TW201634872A - 燈頭總成及其組裝方法 - Google Patents

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賀利氏諾伯燈具美國公司
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Abstract

本案提供一種燈頭總成。該燈頭總成包括：一導熱塊；一入口冷卻流體導管，其耦接至該導熱塊，以使得一冷卻流體經組配以自該入口冷卻流體導管流至該導熱塊；以及一金屬熱交換器，其固定至該導熱塊。該金屬熱交換器界定複數個內通道以分配藉由該入口冷卻流體導管提供之冷卻流體。該金屬熱交換器固定至該導熱塊，以使得該冷卻流體經組配以自該導熱塊流至由該金屬熱交換器界定之該複數個內通道。該燈頭總成亦包括複數個光產生元件，該複數個光產生元件固定至該金屬熱交換器。

Description

燈頭總成及其組裝方法
本發明係關於用於液體冷卻型燈系統之燈頭總成，且更特定而言，係關於包括金屬主體部分之此類燈頭總成。
包括光產生元件(例如，紫外輻射LED，亦稱為UV LED)之燈系統係結合諸如像UV固化應用(例如，油墨、諸如黏著劑之黏合劑、塗層等之UV固化)之許多應用來使用。某些光產生裝置(例如，一組UV LED)產生大量熱，且通常使用冷卻流體加以冷卻。
例如，冷卻流體可為由冷卻器系統提供之水。承載光產生元件且提供用於將冷卻流體分配至光產生元件之區域的總成可稱為「燈頭總成」。
燈頭總成達成若干目的，該等目的包括：支撐光產生裝置；分配及控制用於為光產生裝置供電之能量；以及分配冷卻流體。燈頭總成之發展中存在許多挑戰，該等挑戰包括生產成本、生產時間、能量效率、可靠性(例如，就容納冷卻流體而言之可靠性)，以及其他。
因此，將需要提供改良的燈頭總成及組裝並操作此類燈頭總成之方法。
根據本發明之一示範性實施例，提供一種燈頭總成。該燈頭總成包括：導熱塊；入口冷卻流體導管，其耦接至導熱塊，以使得冷卻流體經組配以自入口冷卻流體導管流至導熱塊；以及金屬熱交換器，其固定至導熱塊。金屬熱交換器界定複數個內通道以分配藉由入口冷卻流體導管提供之冷卻流體。金屬熱交換器固定至導熱塊，以使得冷卻流體經組配以 自導熱塊流至由金屬熱交換器界定之複數個內通道。燈頭總成亦包括複數個光產生元件，該複數個光產生元件固定至金屬熱交換器。
根據本發明之另一示範性實施例，提供一種組裝燈頭總成之方法。該方法包括以下步驟：(a)將入口冷卻流體導管耦接至導熱塊，以使得冷卻流體經組配以自入口冷卻流體導管流至導熱塊；(b)將金屬熱交換器固定至導熱塊，金屬熱交換器界定複數個內通道以分配藉由入口冷卻流體導管提供之冷卻流體，金屬熱交換器被固定至導熱塊，以使得冷卻流體經組配以自導熱塊流至由金屬熱交換器界定之複數個內通道；以及(c)將複數個光產生元件固定至金屬熱交換器。
100、200、300、400‧‧‧燈頭總成
102‧‧‧入口冷卻流體導管
102a、104a‧‧‧管配件
102b、104b‧‧‧快速連接配件
104‧‧‧出口冷卻流體導管
106‧‧‧導熱塊
108‧‧‧金屬熱交換器
110‧‧‧光產生元件
202‧‧‧導熱板
202a‧‧‧上板
202a1、202a2、202b1、202b2‧‧‧空腔
202a3、202b3‧‧‧孔隙
202b‧‧‧下板
204‧‧‧板緊固螺釘
302‧‧‧驅動電路
304a、304b‧‧‧電路板
404a、404b‧‧‧電纜
500、502、504、506、508、510‧‧‧步驟
當結合隨附圖式來閱讀以下詳細描述時，根據以下詳細描述最佳地理解本發明。應強調，根據慣例，圖式之各種特徵未按比例繪製。相反，為清晰起見，任意地擴大或縮小各種特徵之尺寸。圖式中包括以下各圖：圖1A為根據本發明之一示範性實施例的燈頭總成之頂視圖；圖1B為根據本發明之一示範性實施例的圖1A之燈頭總成的頂部透視圖；圖1C為根據本發明之一示範性實施例的圖1A之燈頭總成的另一頂部透視圖；圖2A為根據本發明之另一示範性實施例的燈頭總成之頂視圖；圖2B為根據本發明之另一示範性實施例的圖2A之燈頭總成的頂部透視圖；圖2C為根據本發明之另一示範性實施例的圖2A之燈頭總成的頂視圖，其中上導熱板與燈頭總成之其餘部分分離；圖2D為根據本發明之另一示範性實施例的圖2A之燈頭總成的側面透視分解視圖；圖3A為根據本發明之另一示範性實施例的燈頭總成之頂視圖；圖3B為根據本發明之另一示範性實施例的圖3A之燈頭總成的頂部透視圖； 圖4為根據本發明之另一示範性實施例的燈頭總成之側面透視圖；以及圖5為說明根據本發明之一示範性實施例的組裝燈頭總成之方法的流程圖。
根據本發明之某些示範性實施例，提供一種用於液體冷卻型燈之金屬燈主體總成(亦即，燈頭總成)，該金屬燈主體總成例如使用具有輸出光之朗伯(餘弦)分佈的光源。燈頭總成可包括金屬熱交換器(例如，銅冷卻劑塊)，其中UV LED條帶(或光產生裝置之另一佈置)安裝至該金屬熱交換器。入口冷卻流體導管及出口冷卻流體導管(例如，由銅管形成，由不銹鋼管形成，等等)將冷卻流體例如經由導熱塊供應至金屬熱交換器以冷卻光源。
可以閉環組態(例如，密封的水系統)來提供冷卻流體(經組配來移除由諸如UV LED元件之光產生元件產生的熱量)，其中水冷卻器將冷卻流體提供至燈頭總成，然後，冷卻流體在提供冷卻效應之後返回至水冷卻器。
此外，燈頭總成可包括一對導熱板(例如，固體鋁板)，該對導熱板安裝在入口冷卻流體導管及出口冷卻流體導管上，以用於將來自電路板(安裝在該對導熱板上)之熱量傳送至入口冷卻流體導管及出口冷卻流體導管中。可藉由焊接、銅焊、熔接等將入口冷卻流體導管及出口冷卻流體導管(可包括銅管及銅管配件，或可由諸如不銹鋼之其他材料形成)與導熱塊(亦可由銅形成)接合，以理想地提供能夠處理一大幅度流體壓力(例如，超過100psi)之無洩漏總成。
本文所述之燈頭總成包括經設計成易於可以低成本製造之數目有限的組件。金屬燈頭主體總成易於組裝。可在將金屬燈頭主體總成組裝至剩餘燈總成組件之前執行簡單的冷卻流體壓力測試(例如，用來測試接頭之強度)。
在簡單設計及數目有限的組件的情況下，可經由替代解決方案提供顯著的成本節省。額外益處可包括冷卻流體組裝接頭之穩固接合及 密封，該等冷卻流體組裝接頭具有助於容易對冷卻流體元件進行壓力測試之設計。此外，在包括與入口冷卻流體導管及出口冷卻流體導管接觸之金屬(例如，鋁)導熱板之實施例中，電路可直接結合至導熱板之一表面(亦即，結合至該等板遠離冷卻流體導管的外表面)。
圖1A至圖1C提供燈頭總成100之各種視圖。燈頭總成100包括導熱塊106(例如，銅冷卻劑塊)。入口冷卻流體導管102及出口冷卻流體導管104耦接至導熱塊106。例如，入口冷卻流體導管102及出口冷卻流體導管104中之每一者可由銅(或諸如不銹鋼之另一材料)形成，並且可使用焊接、銅焊、熔接等中之至少一者耦接至導熱塊106。如圖1B所示，入口冷卻流體導管102及出口冷卻流體導管104中之每一者的相對末端包括管配件102a、104a(例如，螺紋銅管配件)。燈頭總成100亦包括固定至導熱塊106之金屬熱交換器108。複數個光產生元件110固定至金屬熱交換器108，如圖1C所示。儘管為簡單起見，在圖1C中將複數個光產生元件110展示為條帶，但應理解的是，可以任何所需要的組態來佈置複數個光產生元件110。複數個光產生元件110可為複數個紫外線(UV)發光二極體(LED)裝置(亦即，UV LED晶粒)。金屬熱交換器108界定複數個內通道(在圖1A至圖1C中不可見)以接收並分配由入口冷卻流體導管102提供之冷卻流體，該冷卻流體首先穿過導熱塊106。
複數個光產生元件110往往會在操作期間產生過多熱量。冷卻流體(例如，由冷卻器提供之冷卻水，未示出)經由入口冷卻流體導管102進入燈頭總成100。冷卻流體自入口冷卻流體導管102進入導熱塊106，該冷卻流體自導熱塊106進入由金屬熱交換器108界定之複數個內通道。複數個內通道經被設計成將冷卻流體引至複數個光產生元件110附近以提供冷卻效應。冷卻流體自複數個冷卻通道再進入金屬熱交換器108。冷卻流體然後經由出口冷卻流體導管104行進回冷卻流體源(例如，水冷卻器系統)。
圖2A至圖2D提供燈頭總成200之各種視圖。燈頭總成200包括以上所有例如參考圖1A至圖1C所示且所述之相同的入口冷卻流體導管102、出口冷卻流體導管104、導熱塊106、金屬熱交換器108及複數個光產生元件110。燈頭總成200亦包括一對導熱板202(例如，鋁板塊)，該 對導熱板202包圍入口冷卻流體導管102之一長度之至少一部分及出口冷卻流體導管104之一部分。該對導熱板202包括上板202a及下板202b(將該等板命名為「上」及「下」係任意的，且僅指代圖式中所示之定向)。如圖2C至圖2D所示，上板202a及下板202b中之每一者界定一空腔以接納入口冷卻流體導管102及出口冷卻流體導管104之一部分。更具體而言，上板202a界定第一空腔202a1及第二空腔202a2。同樣地，下板202b界定第一空腔202b1及第二空腔202b2。空腔202a1、202a2、202b1及202b2理想地為弧形，以便很類似入口冷卻流體導管102及出口冷卻流體導管104之相應部分的外部形狀。因此，(i)空腔202a1、202a2、202b1及202b2與(ii)入口冷卻流體導管102及出口冷卻流體導管104之間的配合理想地為相對緊密的配合，進而在其間提供良好的熱交換。圖2D例示用於將上板202a固定至下板202b之板緊固螺釘204與對應的孔隙202a3及202b3。
圖3A至圖3B提供燈頭總成300之各種視圖。燈頭總成300包括以上所有例如參考圖1A至圖1C所示且所述之相同的入口冷卻流體導管102、出口冷卻流體導管104、導熱塊106、金屬熱交換器108及複數個光產生元件110。燈頭總成300亦包括以上參考圖2A至圖2D所示且所述之同一對導熱板202(包括上板202a及下板202b)。
燈頭總成300亦包括電路板304a，電路板304a包括複數個驅動電路302以用於提供電流來為複數個光產生元件110之至少一部分供給能量。電路板304a固定至上板202a之一表面。儘管在圖3A至圖3B中僅部分可見，但燈頭總成300亦包括另一電路板304b，電路板304b包括複數個驅動電路302(不可見)以提供電流來為複數個光產生元件110之另一部分供給能量。電路板304b固定至下板202b之一表面。如熟習此項技術者所瞭解的，電流由電源(例如，遠程電源供應器，未示出)提供，其中電流可在施加於複數個光產生元件110之前加以修改、轉換等(例如，在電路板304a、304b上)。將此電流分配至各種驅動電路302，然後提供至各種光產生元件110。來自驅動電路302之熱量藉由入口冷卻流體導管102(且可能藉由出口冷卻流體導管104)、上板202a、下板202b、電路板304a與電路板304b之間的熱冷卻路徑稍微耗散。
圖4例示燈頭總成400。燈頭總成400包括以上所有例如參考圖1A至圖1C所示且所述之相同的入口冷卻流體導管102、出口冷卻流體導管104、導熱塊106、金屬熱交換器108及複數個光產生元件110。燈頭總成400亦包括以上例如參考圖2A至圖2D所示且所述之同一對導熱板202(包括上板202a及下板202b)。燈頭總成400亦包括以上所有例如參考圖3A至圖3B所示且所述之相同的電路板304a、電路板304b及驅動電路302。
燈頭總成400亦包括導體402(例如，銅導電條)，導體402在驅動電路302與光產生元件110之間提供電流路徑。燈頭總成400亦包括電纜404a、404b，電纜404a、404b提供來自電源(例如，遠程電源供應器，未示出)之電能量。此電能量被分配至各種驅動電路302。
圖4亦例示快速連接配件102b、104b，快速連接配件102b、104b提供在入口冷卻流體導管102及出口冷卻流體導管104中之每一者之末端處(其中快速連接配件102b、104b與圖1B所示之螺紋銅管配件102a、104a接合)。
根據本發明之某些示範性實施例，電連續接地路徑被建立，該電連續接地路徑包括入口冷卻流體導管、出口冷卻流體導管、導熱塊、金屬熱交換器及該對導熱板中之每一者。電連續接地路徑經理想地組配來提供一種用於燈頭總成之電組件的接地路徑，該等電組件諸如電路板上所包括之電組件(例如，驅動電路等)。
圖5為根據本發明之某些示範性實施例的流程圖。如熟習此項技術者所理解的，可省略流程圖中所包括之某些步驟；可添加某些額外的步驟；且步驟之順序可與所例示之順序不同。
特別參考圖5中之流程圖，提供一種組裝燈頭總成之方法。在步驟500，將入口冷卻流體導管及出口冷卻流體導管(例如，例如圖1A至圖1C所示之流體導管102、104)耦接至導熱塊(例如，例如圖1A至圖1C所示之導熱塊106)，以使得冷卻流體經組配以自入口冷卻流體導管流至導熱塊。在步驟502，將金屬熱交換器(例如，例如圖1A至圖1C所示之金屬熱交換器108)固定至導熱塊。金屬熱交換器界定複數個內通道以分配藉由入口冷卻流體導管提供之冷卻流體。將金屬熱交換器固定至導熱塊，以使 得冷卻流體經組配自導熱塊流至由金屬熱交換器界定之複數個內通道。在步驟504，將複數個光產生元件(例如，例如圖1C所示之光產生元件110，該等光產生元件110可為UV LED光產生裝置之複數個陣列)固定至金屬熱交換器。
在步驟506，用一對導熱板(例如，例如圖2A至圖2D所示之導熱板202a、202b)包圍入口冷卻流體導管及出口冷卻流體導管中之每一者之至少一部分。更具體而言，在步驟506中，且特別參考圖2C至圖2D，將入口冷卻流體導管102及出口冷卻流體導管104之一部分與相應空腔202a1、202b1、202a2及202b2對準，以使得空腔及冷卻流體導管102、104在組裝後提供緊密配合。
在步驟508，將第一電路板固定至該對導熱板中之第一者之外表面(例如，例如圖3A至圖3B所示之電路板304a固定至導熱板202a)，且將第二電路板固定至該對導熱板中之第二者之外表面(例如，例如圖3B所示之電路板304b固定至導熱板202b)。第一電路板包括第一複數個驅動電路，該第一複數個驅動電路經組配將電能量提供至複數個光產生元件中之若干者，且第二電路板包括第二複數個驅動電路，該第二複數個驅動電路經組配將電能量提供至複數個光產生元件中之其他者。例如，特別參考圖3A至圖3B，在每一電路板304a及304b上提供複數個驅動電路302，以用於將電能量提供至光產生元件110中之某些若干者。例如，特別參考圖4，導體402(例如，銅導電條)在電路板304a、304b中之每一者上的驅動電路302中之某些若干者與對應的光產生元件110之間提供電流路徑。
在步驟510，將冷卻流體提供至金屬熱交換器中以便在複數個光產生元件之區域中提供冷卻。對複數個光產生元件之此冷卻包括：(i)使冷卻流體自冷卻流體源(例如，冷卻器)經由入口冷卻流體導管流至導熱塊中；(ii)使冷卻流體經由導熱塊流至金屬熱交換器中；以及(iii)使冷卻流體自金屬熱交換器經由出口冷卻流體導管返回至冷卻流體源。
經由本文所述之本發明之各種實施例，在入口冷卻流體導管、導熱塊與金屬熱交換器中之每一者之間建立電連續接地路徑，入口冷卻流體導管、導熱塊及金屬熱交換器全部可由金屬材料(例如，銅)形成。此 種路徑可提供用於燈頭總成之電組件的電接地連接，該等電組件諸如提供電流來為複數個光產生元件供給能量之複數個驅動電路。
儘管本發明之各種實施例已將導熱塊(例如，圖式中所示之元件106)及金屬熱交換器(例如，圖式中所示之元件108)例示為分離組件，但應理解的是，此等元件可組合於單個元件中，並且可由單件材料(例如，單件銅材料)形成。
儘管本發明描述某種特定的光產生元件(例如，UV LED元件)，但本發明不限於此。例如，其他UV光產生元件以及非UV元件亦在考慮之內。光產生元件可以任何期望地組態來佈置，例如，此類元件以列及/或陣列形式來布置。
儘管在本文中對本發明參考特定實施例進行例示及描述，但本發明不欲限於所示細節。相反，可在申請專利範圍之範疇及等效物範圍內作出細節方面的各種修改而不脫離本發明。
100‧‧‧燈頭總成
102‧‧‧入口冷卻流體導管
104‧‧‧出口冷卻流體導管
106‧‧‧導熱塊
108‧‧‧金屬熱交換器
110‧‧‧光產生元件

Claims (20)

  1. 一種燈頭總成，其包含：一導熱塊；一入口冷卻流體導管，其耦接至該導熱塊，以使得一冷卻流體經組配以自該入口冷卻流體導管流至該導熱塊；一金屬熱交換器，其固定至該導熱塊，該金屬熱交換器界定複數個內通道以分配藉由該入口冷卻流體導管提供之冷卻流體，該金屬熱交換器固定至該導熱塊，以使得該冷卻流體經組配以自該導熱塊流至由該金屬熱交換器界定之該複數個內通道；以及複數個光產生元件，其固定至該金屬熱交換器。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之燈頭總成，其中該複數個光產生元件為UV LED元件。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之燈頭總成，其中提供至該金屬熱交換器之該冷卻流體經組配來移除由該等UV LED元件產生之熱量。
  4. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之燈頭總成，其進一步包含一對鋁板，該對鋁板包圍該入口冷卻流體導管之一長度之至少一部分。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之燈頭總成，其進一步包含一出口冷卻流體導管，其中該出口冷卻流體導管之一長度之至少一部分由該對鋁板包圍。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之燈頭總成，其中該對鋁板中之每一者界定一相應空腔，以接納該入口冷卻流體導管之一部分。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之燈頭總成，其中一電路板固定至該等鋁板中之一者之一表面，該電路板包括複數驅動電路以用於提供電流來為該複數個光產生元件之至少一部分供給能量。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之燈頭總成，其中另一電路板固定至該等鋁板中之另一者之一表面，該另一電路板包括複數驅動電路以用於提供電流來為該複數個光產生元件之另一部分供給能量。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之燈頭總成，其中該等鋁板中之該一者自該入口冷卻流體導管接收一冷卻效應，進而移除由該等驅動電路產生之熱量。
  10. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之燈頭總成，其進一步包含至少一個電纜，該至少一個電纜用於將來自一電源之電能量提供至該燈頭總成以便為該複數個光產生元件供電。
  11. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之燈頭總成，其中在該入口冷卻流體導管、該導熱塊及該金屬熱交換器中之每一者之間建立一電連續接地路徑。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之燈頭總成，其中該電連續接地路徑經組配來提供用於該燈頭總成之複數電組件的一接地路徑，該等電組件包括提供電流來為該複數個光產生元件供給能量之複數個驅動電路。
  13. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之燈頭總成，其中使用焊接、銅焊及熔接中之至少一者將該入口冷卻流體導管耦接至該導熱塊。
  14. 如申請專利範圍第1-3項中任一項所述之燈頭總成，其中該導熱塊、該入口冷卻流體導管及該金屬熱交換器中之每一者由包括銅之一材料形成。
  15. 一種組裝一燈頭總成之方法，該方法包含以下步驟：(a)將一入口冷卻流體導管耦接至一導熱塊，以使得一冷卻流體經組配以自該入口冷卻流體導管流至該導熱塊；(b)將一金屬熱交換器固定至該導熱塊，該金屬熱交換器界定複數個內通道以分配藉由該入口冷卻流體導管提供之冷卻流體，該金屬熱交換器固定至該導熱塊，以使得該冷卻流體經組配以自該導熱塊流至由該金屬熱交換器界定之該複數個內通道；以及(c)將複數個光產生元件固定至該金屬熱交換器。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之方法，其進一步包含一步驟(d)：用一對導熱板包圍該入口冷卻流體導管之至少一部分。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之方法，其中步驟(d)包括將該入口冷卻流體導管之一部分與由該等導熱板中之每一者界定之一空腔對準。
  18. 如申請專利範圍第16-17項中任一項所述之方法，其進一步包含一步驟(e)：將一第一電路板固定至該對導熱板中之一第一者之一外表面；以及將一第二電路板固定至該對導熱板中之一第二者之一外表面，該第一電路板包括一第一複數個驅動電路，該第一複數個驅動電路經組配 將電能量提供至該複數個光產生元件中之若干者，該第二電路板包括一第二複數個驅動電路，該第二複數個驅動電路經組配將電能量提供至該複數個光產生元件中之其他者。
  19. 如申請專利範圍第15-17項中任一項所述之方法，其中步驟(a)亦包括：將一出口冷卻流體導管耦接至該導熱塊，以使得該冷卻流體經組配以自該導熱塊經由該出口冷卻流體導管流至一冷卻流體源。
  20. 如申請專利範圍第19項所述之方法，其進一步包含以下一步驟：將該冷卻流體提供至該金屬熱交換器中以便在該複數個光產生元件之區域中提供冷卻，提供該冷卻流體之該步驟包括：(i)使該冷卻流體自該冷卻流體源經由該入口冷卻流體導管流至該導熱塊中，(ii)使該冷卻流體經由該導熱塊流至該金屬熱交換器中，以及(iii)使該冷卻流體自該金屬熱交換器經由該出口冷卻流體導管返回至該冷卻流體源。
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