TWI554719B - 冷卻系統及包含彼等之以發光二極體為主之燈 - Google Patents

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Description

冷卻系統及包含彼等之以發光二極體為主之燈
在最近時間已提議用於危險區域中之數個照明物(illuminaire)或燈，其中藉由發光二極體(LED)替換白熾光源或螢光光源。此等新光源亦必須滿足將此等燈配置於危險區域(比如，防火罩殼)中之特定要求，或涉及防爆產品(比如，Ex-e、Ex-d及其類似者)之其他要求。此外，此LED光源之光輸出取決於溫度，且通常，可能據說，周圍溫度自(例如)20℃至90℃之任何上升皆將使光通量自100%縮減至50%。因此，冷卻系統為此等LED光源所必要，該等冷卻系統補償光通量縮減。又，此等冷卻系統必須達到上文已經針對在危險區域中之使用所提及之要求。
補償光通量縮減之一可能性係藉由增加相對於周圍氛圍之接觸表面來增加燈之完整燈具及對應外殼之冷卻能力以至少部分地補償此光通量縮減。另一可能性係添加在存在對應光通量縮減之狀況下使用之一些LED。
然而，彼等解決方案將引起成本增加且亦引起對應燈或燈配件之尺寸增加。
本發明之目標係以最小額外成本或燈之最小額外重量或尺寸來補償光通量縮減，其中同時地，LED燈應可用於處於廣泛溫度範圍內之危險區域中。
藉由獨立請求項之特徵來解決此目標。
根據本發明，一種對應LED燈之冷卻系統不僅包含作為 該冷卻系統之部件之冷卻本體(其中此冷卻本體配置於防火外殼內)，而且進一步包含電操作型空氣循環構件。
藉由此空氣循環構件，有可能強制地使空氣循環且藉由此經循環空氣而自該LED燈充分地耗散熱，以避免可能由溫度之增加引起之任何光通量縮減。
當然，又，此電操作型空氣循環構件必須達到使其在危險區域中操作之要求。實現此空氣循環構件之一簡單可能性為包含至少一冷卻風扇之此構件。
為了使用該燈之特定防爆屬性，亦有可能將該空氣循環構件配置於該防火外殼內。此意謂：不必鑒於危險區域而採取額外預防性措施，但使用該燈已經達到之對應措施。
舉例而言，防火外殼之一可能性為提供防爆外殼之ex-d罩殼。
通常，不是使用僅一個LED光源，而是使用相當多的LED光源。在此方面，有利的是，該以LED為主之燈包含至少一LED模組，該至少一LED模組具有包括印刷電路板及多個LED之LED板。此等對應模組亦可替換數個其他光源，如(例如)2個或3個螢光電燈或白熾電燈。
此外，對應模組係以不同形式及尺寸而可用，且通常，該等對應LED直接地提供於此印刷電路板(PCB)上。亦有可能直接地使用對應端子以使此LED板與該等端子進行電連接以替換前一白熾電燈或螢光電燈。
為了直接地自該LED板耗散熱，亦有可能使此LED板接觸包含(例如)數個冷卻肋片之該冷卻本體。亦有可能使該 冷卻本體及該板為待配置於該燈內之單部件式構造。
為了獲得相對於該等LED之有效空氣流，可認為有利的是，該空氣循環構件配置於該LED板及/或該冷卻本體之開口中。經由此空氣循環構件，空氣將在該防火外殼內循環，使得熱不僅藉由該冷卻本體及其冷卻肋片轉移至該外殼之壁，而且藉由該外殼內之增加空氣流轉移至該外殼之壁。該空氣循環構件亦可配置於該外殼內之其他位置處，例如，配置於空氣循環腔室內。
此外，該空氣流亦將較好地使熱自該等LED耗散至該冷卻本體及其肋片。
為了獲得用於此熱耗散之相當大表面，可能提議圍繞該LED板及該冷卻本體形成空氣循環腔室。此情形允許空氣流接觸該外殼之幾乎全部的對應內部表面。
可能有必要將該風扇配置於特定位置處以最佳化冷卻效應，且在此方面，接著有利的是，用在該空氣循環構件之該風扇與對應風扇馬達之間的機械扭矩傳輸構件使該風扇與該對應風扇馬達分離。此情形允許風扇馬達與風扇分離配置。此機械扭矩傳輸構件可為旋轉軸、主軸驅動器或其類似物。當然亦有可能將該對應風扇馬達指派至該外殼內之兩個或兩個以上的風扇。
此外，亦有可能將該風扇馬達配置於該防火外殼內，且將至少一風扇指派至外部外殼，該外部外殼用在該外部外殼與該防火外殼之間的空氣導引構件至少部分地覆蓋該防火外殼。
此意謂：該風扇係配置於該防火外殼外部，且僅必須達到關於危險區域中之該配置之某些機械要求。然而，該防火外殼及配置於其中之元件仍達到所有電要求。
為了用此外部風扇及外部外殼來改良冷卻，可考慮使數個冷卻肋片延伸於該防火外殼之外部表面與該外部外殼之間，且尤其係提供於該空氣導引構件內。該外部外殼亦用於保護該等冷卻肋片免受灰塵或其類似物污染。
實現此空氣導引構件之一簡單可能性為藉由空氣導引通道形成之空氣導引構件，該空氣導引通道在兩個通道末端處皆敞開以將空氣導引通過該空氣導引通道。
此空氣導引通道可足以冷卻該防火外殼內之所有該等LED，使得該外殼內之額外冷卻構件可能不係必要的。然而，當然亦有可能組合此外部冷卻構件與上文已經提及之另外的內部冷卻構件。
為了在該空氣導引構件內提供有效空氣流，可將該外部風扇配置於一個通道末端處或其附近。
可行的是，該機械扭矩傳輸構件自配置於該防火外殼內之該風扇馬達通過該空氣導引通道而延伸至配置於該空氣導引通道內之該外部風扇。
如已經概述，內部冷卻及外部冷卻之組合亦係可能的，根據該組合，除了該外部風扇以外，另外內部風扇亦可能配置於該防火外殼內。當然，亦可提供比此等內部風扇及外部風扇更多的風扇，比如，兩個外部風扇或兩個內部風扇，或風扇之任何其他組合。
一般而言，也許有可能使用僅一個風扇馬達，此意謂：該內部風扇及該外部風扇兩者皆係藉由該防火外殼內之該同一風扇馬達致動。
當然亦有可能的是，取決於致動時間，該等風扇亦將產生熱，使得可能有利的是，該對應風扇係藉由該等冷卻肋片支撐或配置於該等冷卻肋片之間。此情形鑒於可能被此等冷卻肋片支撐或至少接觸此等冷卻肋片之該風扇馬達亦係可能的。
通常，在接通該對應燈直至達到可能引起特定光通量縮減之溫度範圍之後將花費一些時間。此外，當然有可能的是，周圍溫度相當低，此情形將影響該燈之任何冷卻。為了使該等風扇僅在其確實被需要之狀況下操作，可將至少一溫度感測器配置於該防火外殼內以控制該風扇之致動及/或速度。此溫度感測器可經配置成相當接近於該LED模組。在具有此溫度感測器的情況下，不僅控制該風扇馬達之接通及關斷，而且可在需要某較強或較弱空氣流時影響該風扇之速度。
此外，可在僅在必要時接通該冷卻系統之此特定部件之狀況下最小化用以操作該風扇之任何所需功率。
該特定冷卻系統可能為亦可併入於已經在使用中之燈或照明物中之額外部件。在(例如)任何白熾或螢光光源係藉由此LED模組替換之狀況下，此特定冷卻系統亦可配置於此燈或照明物內。此意謂：該冷卻系統為可如同模組一樣併入於燈或照明物中之替換部件或額外部件。
此外，因為亦有可能的是此冷卻系統為對應燈或照明物之部件，所以本申請案亦係有關一種包含具有防火外殼之完全封閉燈配件及如上文所提及之冷卻系統的以LED為主之燈。
在下文中將參看隨附圖式詳細地描述本發明之例示性實施例。
在圖1中，存在一個以LED為主之燈2的側視圖，以LED為主之燈2具有包括防火外殼4之燈配件3。在外殼之下部末端處，存在防護玻璃罩26，使得燈配件被完全地封閉。
在圖2中，存在來自一個側面末端之對應燈2的另外側視圖，且在圖3中，存在該同一燈的俯視圖。
一般而言，根據此第一實施例之外殼為盒狀。
在圖4中，存在沿著根據圖3之線IV-IV之對應外殼的橫截面。
在防火外殼4之內部，提供空氣循環腔室14，空氣循環腔室14環繞根據本發明之冷卻系統1。此冷卻系統1包含冷卻本體5，冷卻本體5具有延伸至外殼之上部壁之數個冷卻肋片12，該上部壁與對應防護玻璃罩26相對。在冷卻本體5下方，配置LED模組8，一般而言，LED模組8具有與冷卻本體5之長度相同的長度且附接至冷卻本體5。亦有可能的是，LED模組8係與冷卻本體5一起形成為整合式部件。
LED模組8包含通常為印刷電路板10之至少一LED板9。在此印刷電路板(PCB)上，配置數個LED 11。該配置可呈 數個條帶或其類似者之形式，且亦有可能的是，LED之某其他圖案配置於此PCB 10上。
LED 11在至防護玻璃罩26之方向上發射光。在PCB 10之中間且亦在冷卻本體5之中間，配置開口13。在此開口中，配置作為冷卻系統1之部件之空氣循環構件6。空氣循環構件6包含冷卻風扇7，在冷卻風扇7配置於防火外殼4內部時該冷卻風扇可被視為內部風扇。此外，空氣循環構件6亦包含某風扇馬達15。
在冷卻風扇7藉由其風扇馬達15旋轉之狀況下，空氣將強制地在防火外殼內且尤其是在空氣循環腔室14內循環，見對應空氣流動方向27。
經由此空氣流，將耗散藉由LED產生之熱，使得增強燈之總體冷卻效應。
空氣流將防止一個或一些LED之任何局域化加熱，且亦將相對於冷卻本體及其肋片且亦鑒於外殼之外部壁而提供熱之更一般分佈。
因為根據本申請案之燈配置於危險區域中，所以必須滿足關於彼等區域中此等電裝置之配置之對應要求，比如，防火外殼為ex-d罩殼。
在圖5至圖7中，揭示根據本發明之對應冷卻系統之第二實施例。圖5為以LED為主之燈2的側視圖，且圖6為此燈的仰視圖。
根據此實施例之對應防火外殼或燈配件3為圓頂狀，且包含內部外殼(見防火外殼4)及外部外殼17(尤其見圖6及圖 7)。內部或防火外殼又為完全封閉配件，LED模組8與冷卻本體5一起配置於完全封閉配件中。根據圖7，冷卻本體5與LED模組8整合，其中作為冷卻本體5之部件之數個冷卻肋片12在垂直方向上向上延伸。
對應LED 11與PCB係配置於冷卻本體5之底部表面上，且經引導至對應防護玻璃罩26。
在防火外殼4與外部外殼17之間，提供呈空氣導引通道20形式之空氣導引構件18。此空氣導引通道20在其末端處敞開，見通道末端21及22。
根據圖6，空氣導引通道20係經數個冷卻肋片19細分。彼等肋片自防火外殼4之外部表面24延伸通過空氣導引通道20且延伸直到外部外殼17之內部表面。
在根據圖5至圖7之第二實施例中，空氣循環構件6包含風扇馬達15，風扇馬達15係與對應風扇分離，見外部風扇25。在馬達與外部風扇25之間，存在機械扭矩傳輸構件16。此構件可為旋轉軸、主軸或其類似物。
對應機械扭矩傳輸構件16延伸通過空氣導引通道20，其中風扇馬達15係配置於防火外殼4內且外部風扇25係在空氣導引通道20內配置於其通道末端22附近。
在此通道末端22處，外部外殼17具有數個開口28，使得將空氣流自下部通道末端21引導至此上部通道末端22且通過對應開口28而引導至周圍氛圍。
對應機械扭矩傳輸構件16為應達到關於危險區域中之配置之對應機械要求的純粹機械連接件。
然而，空氣循環構件6之對應電部件全部係配置於防火外殼4或完全封閉燈配件3內。
一些另外的特定冷卻肋片19係配置於藉由彼等肋片支撐之外部風扇25下方，見圖7，其中風扇馬達15亦在外殼4內部配置於對應冷卻肋片12之間。
在根據本發明之所有實施例中，有可能將溫度感測器23配置於防火外殼內部且通常鄰近於LED模組8或對應LED11。藉由此溫度感測器23，量測在LED附近之溫度，且可遵照經量測溫度來控制風扇之任何致動。此意謂：僅在防火外殼內之溫度增加至高於特定位準之狀況下，接通對應風扇馬達15以除了提供已經藉由冷卻本體及其冷卻肋片提供之冷卻以外亦提供一些冷卻。
此外，又，可取決於經量測溫度來控制風扇之速度，使得在該溫度進一步上升之狀況下，該速度亦增加，且反之亦然。
此外，亦有可能另外配置內部冷卻風扇7，見(例如)圖3。此內部風扇可如圖3所說明進行配置，或亦可藉由對應機械扭矩傳輸構件16而連接至風扇馬達15。有可能取決於經量測溫度來分離地致動此兩個風扇中每一者。
根據本申請案，提供一種冷卻系統，該冷卻系統鑒於熱自來源(見LED)至罩殼之壁之轉移而極有效且用以相對於冷卻本體及其肋片以較好方式來分佈熱。此冷卻系統可包含內部及/或外部風扇。
通常，提供在罩殼內或亦圍繞罩殼之增加空氣流，其中 在需要時可僅使用冷卻系統。
此外，本發明亦係有關具有如上文所論述之對應冷卻系統的此以LED為主之燈。
1‧‧‧冷卻系統
2‧‧‧以發光二極體(LED)為主之燈
3‧‧‧完全封閉燈配件
4‧‧‧防火外殼
5‧‧‧冷卻本體
6‧‧‧電操作型空氣循環構件
7‧‧‧內部冷卻風扇
8‧‧‧發光二極體(LED)模組
9‧‧‧發光二極體(LED)板
10‧‧‧印刷電路板(PCB)
11‧‧‧發光二極體(LED)
12‧‧‧冷卻肋片
13‧‧‧開口
14‧‧‧空氣循環腔室
15‧‧‧風扇馬達/冷卻風扇
16‧‧‧機械扭矩傳輸構件/冷卻風扇
17‧‧‧外部外殼
18‧‧‧空氣導引構件
19‧‧‧冷卻肋片
20‧‧‧空氣導引通道
21‧‧‧下部通道末端
22‧‧‧上部通道末端
23‧‧‧溫度感測器
24‧‧‧外部表面
25‧‧‧外部風扇/冷卻風扇
26‧‧‧防護玻璃罩
27‧‧‧空氣流動方向
28‧‧‧開口
在圖1中，存在以LED為主之燈的側視圖；在圖2中，存在根據圖1之燈的側面圖；在圖3中，存在根據圖1之燈的俯視圖；在圖4中，存在沿著圖3之線IV-IV的橫截面；在圖5中，存在燈之第二實施例的側視圖；在圖6中，存在根據圖5之燈的仰視圖；及在圖7中，存在沿著圖5之線VII-VII的橫截面。
2‧‧‧以發光二極體(LED)為主之燈
3‧‧‧完全封閉燈配件
4‧‧‧防火外殼
26‧‧‧防護玻璃罩

Claims (16)

  1. 一種至少包括冷卻系統及數個LED之發光二極體(LED)為主之燈，該燈包含具有防火外殼之完全封閉燈配件，該防火外殼為ex-d罩殼，作為該冷卻系統之部件之冷卻本體配置於該防火外殼中，其中該冷卻系統進一步包含配置於該防火外殼內之電操作型空氣循環構件，該空氣循環構件包含至少一冷卻風扇，該冷卻風扇與風扇馬達分離，其中該風扇馬達係配置於該防火外殼內。
  2. 如請求項1之LED為主之燈，其中該LED為主之燈包含至少一LED模組，該至少一LED模組具有包括印刷電路板(PCB)及多個LED之LED板。
  3. 如請求項2之LED為主之燈，其中該LED板接觸包含數個冷卻肋片之該冷卻本體。
  4. 如請求項2之LED為主之燈，其中該空氣循環構件係配置於該LED板及/或該冷卻本體之開口中。
  5. 如請求項2之LED為主之燈，其中在該外殼內圍繞該LED模組及該冷卻本體形成空氣循環腔室。
  6. 如請求項1之LED為主之燈，其中該空氣循環構件之該冷卻風扇係藉由在該冷卻風扇與風扇馬達之間的機械扭矩傳輸構件與該風扇馬達分離。
  7. 如請求項6之LED為主之燈，其中該冷卻風扇係經指派至外部外殼作為外部風扇，該外部外殼藉由在該外部外殼與該防火外殼之間的空氣導引構件至少部分地覆蓋該防火外殼。
  8. 如請求項7之LED為主之燈，其中數個冷卻肋片延伸於該防火外殼之外部表面與該外部外殼之間，且係提供於該空氣導引構件內。
  9. 如請求項7之LED為主之燈，其中該空氣導引構件係藉由空氣導引通道形成，該空氣導引通道在兩個通道末端處敞開以將空氣導引通過該空氣導引通道。
  10. 如請求項7之LED為主之燈，其中該外部風扇係配置於一個通道末端處或其附近。
  11. 如請求項6之LED為主之燈，其中該機械扭矩傳輸構件自該防火外殼內之該風扇馬達通過該空氣導引通道延伸至該空氣導引通道內之該外部風扇。
  12. 如請求項1之LED為主之燈，其中將內部風扇配置於該防火外殼內。
  13. 如請求項1之LED為主之燈，其中內部風扇亦係藉由該冷卻風扇之該風扇馬達致動。
  14. 如請求項6之LED為主之燈，其中該外部風扇係藉由冷卻肋片支撐。
  15. 如請求項6之LED為主之燈，其中該風扇馬達接觸冷卻肋片。
  16. 如請求項1之LED為主之燈，其中將至少一溫度感測器配置於該防火外殼內，以控制該冷卻風扇之致動及/或速度。
TW101120782A 2011-06-08 2012-06-08 冷卻系統及包含彼等之以發光二極體為主之燈 TWI554719B (zh)

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