用于发光二极管照明装置的散热系统和方法

专利名称：用于发光二极管照明装置的散热系统和方法
用于发光二极管照明装置的散热系统和方法
优先权要求本申请要求题为“用于LED灯的热对流模型”，递交于2008年3月2日的美 国临时专利申请No.61/032,988，以及题为“用于发光二极管照明装置的散热系统和方 法”，递交于2008年2月12日的美国专利申请No.12/370,521的优先权，它们的内容以
参考方式合并于此。
背景技术：
发光二极管(LED)是一种半导体二极管，其在PN结的正向为电偏压时发射非 相干的窄谱光。LEDs具有超过其它照明方案的独特优点。它们可以高效率运行，以更 低的输入功率产生更多光输出，并固有地具有较长使用寿命。例如，LEDs通常比白炽灯 每瓦特产生更多光，并且维持时间更长。LEDs的光输出也可以进行色彩匹配和调节，以 符合严格的照明用途需要。相反，白炽灯和荧光灯的光输出不能被同样有效地调节。因 此，经常用于电池供电或者节能装置中的LEDs在更高功率的应用中正变得日益普及，例 如闪光灯，区域照明，和常规家用光源。和白炽灯和荧光灯不同，LEDs是半导体器件，其通常必须在较低温度下运行。 在某种程度上，这是因为LED的P-N结温度需要保持足够低，以防止老化和故障。白炽 灯和荧光灯通过直接辐射分别从极热的灯丝或者气体放电管散热，而LEDs必须在热量扩 散前通过P-N结至该LED封装外壳的传导散热。因此常规的LED封装通常使用各种散 热方案。该散热方案的有效性决定此种LEDs工作的良好程度，因为对于给定水平的光 输出，较低的运行温度产生较高的效能。一个常规的冷却LEDs的被动方法提供了暴露于外界空气的翼状散热器。在此 种方法中，在热传导方程中的热瓶颈通常是该散热器至空气的界面。为最大化跨越此界 面的热交换，该暴露的散热器的表面积通常被最大化，且这些散热片通常被定向，以利 用任何流过这些散热片的气流。不幸的是，这种常规的被动途径由于各种理由不能有效 冷却LEDs。因此，在典型的采用此种途径的LED照明用途中，LEDs经常以低于它们可 用光输出量的一半下运作，以延长它们的寿命以及保全它们的效率。其它LED照明用途采用常规的冷却LEDs的主动方法，其采用例如电扇驱动空 气流过翼状散热器。另一个例子是已申请专利产品，称为“Synjet”，其采用膜片置换法 将空气“吹”过翼状散热器。虽然这种主动方法在LEDs散热上更加有效，但是它们有 许多负面问题。例如，这些方法通常采用电力组件，其对于给定的LED照明用途增加了 成本。此外，这些方法通常有噪声，呈现寄生电损耗，且通常引入不可靠的活动部件。上述相关技术的例子以及与此相关的限制应为说明性的而非排他性的。根据对 说明书的阅读和对附图的研究，其它相关技术的限制将变得显而易见。
发明内容
概述描述了一种用于发光二极管照明装置的散热组件。该散热组件的一个实施方式 包括复数个设置为从发光二极管接收热量的翼片。在该复数个翼片中，两个邻近翼片被 分隔以间隙宽度，并且每一个翼片具有翼片长度。该散热组件还包括一导管，其被设置 为导致堆叠效应气流通过该复数个翼片，以将热量从该复数个翼片去除。分隔两个相邻 翼片的间隙宽度，以及每一翼片的翼片长度被设置为阻止边界层堵塞该复数个翼片。在 一个实施方式中，该散热组件还包括导体和储热系统，其被设置为从该发光二极管接收 热量。还描述了包括该散热组件，发光二极管，和连接插头的照明装置。在一个实施方 式中，该照明装置可以被安装在凹座容器内，其中堆叠效果气流的入流和出流被分隔。 还描述了用于从发光二极管除热的方法。本概述提供简化形式的构思选择的介绍，其在以下的详细说明中有进一步的叙 述。本概述的意图不是确定所要求主题的关键特征或者必要特征，也不是用于限制所要 求主题的范围。


图1描绘了照明装置的框图，其包括根据本发明实施方式的散热组件。图2描绘了照明装置的框图，其包括根据本发明实施方式的散热组件。图3a描绘了照明装置的框图，其包括根据本发明实施方式的散热组件。图3b描绘了照明装置的框图，其包括根据本发明实施方式的散热组件。图3c描绘了照明装置的框图，其包括根据本发明实施方式的散热组件。图4描绘了包括有根据本发明实施方式的照明装置的设备。图5描绘了根据本发明实施方式的用于执行从发光二极管去除热量的方法的流 程图。
具体实施方式
详细说明以下详细描述的是用于发光二极管照明装置的除热系统和方法。现将描述本发明的各个方面。以下说明提供了特定的细节，以透彻理解这些例 子的说明，使之能够实现。然而，本领域技术人员将理解，本发明可以在不具有许多这 些细节的情况下被实现。此外，一些已知的结构或者功能可能不被示出或者详细描述， 以免不必要地遮蔽相关的说明。尽管图表将组件描绘为功能性分离，此种描绘仅仅是为 了说明性的目的。本领域技术人员将显而易见，此图中描绘的组件可以被任意组合或者 分成分离的组件。以下呈现的用于本发明的术语应当以最宽的合理方式解释，即使其正被用于本 发明某些特定实例的详细说明。某些术语还可以被突出于下文中；然而，欲以任何限制 的方式解释的任何术语将被公开地，特定地在此详细说明部分如此定义。
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图1描绘了根据本发明一个实施方式的照明装置100的框图。在图1的 实施例中，照明装置100包括导管110，翼片组件120，导体130，和发光二极管 (“LED” ) 140。导管110，翼片组件120，和导体130构成照明装置100的散热组件。 如下所述，LED 140在工作期间产生的热量通过导体130至翼片组件120的传导而被转 移，然后通过与流过翼片组件120和导管110的堆叠效应气流112的对流被转移。

在本发明的各种实施方式中，LED 140包括一个LED或者复数个LEDs。在LED 140包括复数个LEDs的实施方式中，这些LEDs可以被设置为发出单色或者均一光谱的 光，或者若干LEDs可被设置为发出不同颜色的光，或具有不同的光谱。在LED 140包 括复数个LEDs的各种实施方式中，这些LEDs可以被设置为发出一个方向或者若干方向 的光。在进一步的LED 140包括复数个LEDs的各种实施方式中，这些LEDs可以串联， 并联，或者以这两者的不同组合方式进行电连接。尽管在此论述中LED140被称为包括 至少一个发光二极管，本发明的各种实施方式也可以包括除了发光二极管之外的光发射 装置。LED 140可以被设置为透过透镜或者其它光学结构发射光。在本发明的一个实施方式中，LED 140被连接至导体130，以将LED 140在工作 (例如，当LED 140接收功率输入而发光时)期间通过传导转移至导体130。为了促进这 种传导，LED 140采用例如热垫被连接至导体130。根据制造者指定的热传导性，LED 140 的发光二极管可以将热量从内部P-N结转移至该热垫。在本发明的一个实施方式中，LED 140被电连接至印刷电路板(“PCB”)，其具有向LED 140供电的LED驱动电路。在本发明一个实施方式中，导体130具有LED 140的安装面，其适于LED 140中 复数个LEDs的有效布局。例如，在一个实施方式中，导体130具有H形顶端，其适于 复数个LEDs的有效布局。在其它实施方式中，导体130可以采用不同形状的安装面。 在各种实施方式中，导体130可以用一种类型的材料或者多种类型的材料实现。例如， 在一个实施方式中，导体130可以用铜导体实现。在另一个实施方式中，例如，导体130 可以用铜和导体实现，其中导体130的铜组件被焊接，拧紧，或者连接至铝组件。尽管 导体130在图1中被描述为具有方形截面，其还可以被实现为各种形状和尺寸。翼片组件120被设置为从导体130接收LED 140在工作期间产生的热量，并被进 一步设置为通过对流向流经翼片组件120和导管110的堆叠效应气流112转移热量。在 各种实施方式中，有些情况下类似的导体130，翼片组件120可以用一种类型的材料或者 多种类型的材料加以实现。例如，在一个实施方式中，翼片组件120可以用铝翼片组件 实现。尽管翼片组件120在图1中被描绘成布置在导体130左侧，翼片组件120也可能 用各种根据本发明的方式相对于导体130被间隔布置。在一个实施方式中，导体130和翼片组件120在LED 140工作期间基本上恒温， 因为导体130和翼片组件120相对于翼片组件120和堆叠效应气流112之间的低热传导性 具有高热传导性。因此，在一个实施方式中，导体130和翼片组件120具有基本上一致 的工作温度。在另一个实施方式中，导体130和翼片组件120间存在温度梯度，它们一 起具有一平均工作温度。图1显示了翼片组件120的示范性翼片122和示范性翼片124 (统称为“翼片122 和124” )。翼片122和124是示例性的，在本发明的各种实施方式中，翼片组件120具 有多于两个翼片。此外，尽管在图1中翼片122和124被描绘为具有菱形截面，本发明的各种实施方式也可以实现使翼片组件120的复数个翼片具有，例如，矩形截面，曲形截 面，改进空气动力学截面，或者其它截面。更进一步地，尽管图1中翼片122和124被 描绘为离散的翼片，在本发明的其它实施方式中，翼片组件120也包括“重叠式”的复 数个翼片，其具有更复杂的几何结构。例如，在各种实施方式中，翼片组件120可以包 括复数个翼片，其沿着垂直于堆叠效应气流112的平面具有栅格或者六边形的截面(即， 从照明装置100下，以堆叠效应气流112方向观察为栅格或者六边形的截面)。如图1所示，翼片122和124各自具有翼片宽度和翼片长度(或者“弦长”)，并 且翼片122和124被分隔以一间隙宽度。翼片122和124还各自具有图1未示出的翼片厚 度。在一些实施方式中，翼片组件120中的各翼片具有一致的翼片长度，翼片宽度，以 及翼片厚度，而在其它实施方式终，若干翼片可以具有不同的翼片长度，翼片宽度，或 者翼片厚度。在一些实施方式中，翼片组件120中相邻的每一对翼片还可以具有一致的 间隙宽度，而在其它实施方式中，各相邻的翼片对可以具有不同的间隙宽度。值得注意 的是，在本发明的翼片组件120包括复数个翼片为栅格或者六边形截面的实施方式中， 该复数个翼片还可以在翼片宽度，翼片长度，翼片厚度，和间隙宽度上有所区别。根据 本发明，某些独特结构的翼片长度，翼片宽度，翼片厚度，和间隙宽度能够使照明装置 100的散热组件实现改善的散热性能，其被讨论如下。

导管110被设置为堆叠效应气流112的通道，该堆叠效应气流112流经翼片组件 120和导管110，其通过对流将热量运离翼片组件120。具有管道长度的导管110被设置为 相对于翼片组件120，以发挥“堆叠效应”(又称为“heatalator”或者“烟囱效应”)。 特别地，环境空气(优选比上述翼片组件120更冷)通过接触或者接近翼片组件120而被 加热。然后该被加热的空气上浮升过翼片组件120，由于其保持和翼片组件120接触或者 接近而温度升高，同时导致空气密度降低。导管110提供的堆叠效应导致更大的浮力， 并且由此导致更大的气流通过翼片组件120。堆叠效应气流112为该导致的经过翼片组 件120和导管110的的流体。值得注意的是，尽管堆叠效应气流112被描绘为介于翼片 122和124之间并通过导管110的线路，应理解堆叠效应气流112在一个实施方式中被基 本上通过未被该翼片组件120的复数个翼片占据的容积，以及被基本上通过该导管110的 容积。根据本发明，导管112的管道长度的某些独特结构能够使照明装置100的散热组 件实现改善的散热性能。翼片组件120的复数个翼片通过例如减少翼片组件120的进口截面，阻止堆叠效 应气流112流经翼片组件120。在极端的情况下，当该复数个翼片的翼片宽度之和等于翼 片组件120的组件宽度时，堆叠效应气流112被完全阻挡。这对于更大量的翼片宽度相 对较窄的翼片，以及更少量的翼片宽度较大的翼片都成立。因此，为了避免阻挡或者阻 止堆叠效应气流112，翼片数目和各翼片的宽度应该被降低。然而，从翼片组件120被 传递至堆叠效应气流112的热量基本上与翼片组件120的复数个翼片的总表面积成正比。 在一个实施方式中，该复数个翼片的总表面积基本上取决于各翼片的翼片长度和翼片厚 度。因此，为了增加从翼片组件120至堆叠效应气流112的传热量，对于给定翼片长度， 翼片厚度，和翼片宽度，翼片数目应该被增加。根据本发明，上述翼片数目减少和增加的两种理论之间的平衡受组件120的影 响。获悉该平衡是一种新的认识，即翼片组件120的翼片数目可以增加而不过度地阻止堆叠效应气流112，由此增加从翼片组件120至堆叠效应气流112的传热量，直至各翼片 的界面层开始干涉各相邻的翼片对之间的容积。如果翼片数目被进一步升高，而间隙宽 度因此被降低至低于临界距离，该翼片之间的界面层会“扼止”沿着该翼片的堆叠效应 气流112，从而不利地阻止堆叠效应气流112。值得注意的是，对于给定组件宽度和翼片 宽度，用于扼止堆叠效应气流112需要的翼片数目小于完全阻挡堆叠效应气流112需要的 翼片数目，因为各翼片的边界层宽度比各翼片的翼片宽度更宽。因此，分隔两个相邻翼 片的间隙宽度被设置为大于该两个相邻翼片的边界层宽度。 在涉及翼片组件120的翼片数目的该独特的平衡影响之外，在各种实施方式 中，平衡受导管110的管道长度与翼片组件120的翼片长度的比率影响。假如导管110 和翼片组件120以常规方式配置，该比率可能极低，使得翼片组件120的翼片长度非零而 该管道长度基本上为零。实际上，常规的配置可能最大化翼片长度并最小化管道长度， 或者完全弃用导管110。这种结构乍看具有明显的优点，其对于给定的各翼片的翼片厚 度而言该复数个翼片的总表面积增加，质量也增加。虽然增加翼片组件120的质量可以 最低限度地改善翼片组件120作为散热器的性能，此种结构还是极其低效，因为通过加 长翼片长度增加质量不会显著改善导体130和翼片组件120的总热容量，并且加长翼片长 度最大程度上再引入了沿着该复数个翼片的边界层干涉问题。与这种常规配置相比，本 发明的各种实施方式采用新的更高的管道长度与翼片长度比率。例如，在各种实施方式 中，该管道长度可以等于或者稍长于该翼片长度。对于另一个实施例，在各种实施方式 中，该管道长度可以是五倍至十倍于该翼片长度。通过配置这样的实施方式，边界层干 涉问题可被避免，且通过翼片组件120和导管110的堆叠效应气流112的流量被极大地提 尚ο图2描绘了根据本发明一个实施方式的照明装置200的框图。在图2的实施例 中，照明装置200包括照明装置100的导管110，翼片组件120，导体130，和发光二极管 (“LED” ) 140。如上文关于照明装置100的内容所述，LED 140在操作期间产生的热量 通过导体130至翼片组件120的传导而被转移，然后通过与流经翼片组件120和导管110 的堆叠效应气流112的对流被转移。因此，照明装置200的导管110，翼片组件120，导 体130，和发光二极管(“LED”)140基本上相应于照明装置100的部件，除以下标明 的变化之外。照明装置200另外还包括储热系统250。翼片组件120，导体130，和储热系统 250构成照明装置200的散热组件。在本发明的一个实施方式中，储热系统250符合题为
“在LED灯中使用相变材料的储热系统”，由Matthew Weaver等人于2008年9月24日 递交的美国专利申请No.12/237,313，其内容以参考方式合并于此。在一个实施方式中， 包括于储热系统250中的相变材料(PCM)被用于在LED 140工作期间通过传导从导体130 吸收热量。该独特的照明装置200的结构具有储热系统250以及照明装置100的散热组 件，根据本发明，其能够使照明装置200的散热组件实现改善的散热性能。在图2的实施例中，储热系统250被描绘为具有矩形截面，但是在各种实施方式 中，储热系统250可以被实现为各种形状和尺寸。图2进一步描绘了越过表面252连接 导管110的储热系统250。在本发明的一些实施方式中，表面252是热绝缘的表面，以 使得储热系统250和导管110不进行热交互。在此类实施方式中，堆叠效应气流112以及储热系统250的热特性基本是独立的。在其它实施方式中，表面252被替换以热传导面，比如，用导体130中采用的材料实现的表面。在这类其它实施方式中，储热系统250 和导管110可以进行热交互，以使得热量从堆叠效应气流112被转移至储热系统250，或 者反之亦然。值得注意的是，在一些图2没有示出的实施方式中，储热系统250和导管 110不跨越表面252进行连接，而是替代以由例如空气，真空，或者照明装置200的其它 部分进行物理区分和分隔。在若干实施方式中，储热系统250和翼片组件120均被设置为通过导体130从 LED 140接收热量。在这类实施方式中，LED 140产生的热量被传递至储热系统250而 非翼片组件120的比例可以变化，例如，随周围大气的温度而变化，在储热系统250存储 热能的工作期间随时间推移而变化，或者在储热系统250释放热能的操作后随时间推移 而变化.在一个实施方式中，在LED 140的操作停止之后，储热系统250通过导体130将 热量释放入翼片组件120，从而在工作之后保持堆叠效应气流112。根据图2可以描述从LED 140去除热量的方法。该方法包括，提供储热系统 250，在翼片组件120中提供复数个翼片，以及提供导管110。该方法还包括，配置导管 110以导致堆叠效应气流112通过该复数个翼片，配置分隔该复数个翼片中两个相邻翼片 的间隙宽度，以减少沿着该复数个翼片阻塞的边界层，配置每一个该复数个翼片的翼片 长度，以减少沿着该复数个翼片阻塞的边界层，以及配置导管110的管道长度，以减少 沿着该复数个翼片阻塞的边界层.该方法还包括，运行LED 140，将热量从LED 140传导 至该复数个翼片，将热量从LED 140传导至该储热系统，和将热量从该复数个翼片对流 传导至堆叠效应气流112。此方法被描绘于图5的流程图中。图3a和图3b(统称为“图3a和3b” )描绘了根据本发明一个实施方式的照明装 置300的框图。图3a描绘了照明装置300的侧视图，图3b描绘了照明装置300的仰视 图。在图3a和3b的实施例中，照明装置300包括导管310，翼片组件320，导体330，发 光二极管(“LED” )340，储热系统350，和印刷电路板(“PCB” )360。导管310， 翼片组件320，导体330，和储热系统350构成照明装置300的散热组件。在本发明的一 些实施方式中，导管310，翼片组件320，导体330，LED 340，和储热系统350基本上相 应于照明装置200的导管110，翼片组件120，导体130，LED140，和储热系统250，除 以下标明的变化以外。因此，如以上关于照明装置200的内容所述，在本发明的一些实 施方式中，一部分LED 340在工作期间产生的热量通过传导经导体330被转移至翼片组件 320，然后通过对流被转移至流经翼片组件320和导管310的堆叠效应气流312，并且另一 部分热量通过传导经导体330和翼片组件320被传导至储热系统350。在本发明的一个实 施方式中，照明装置300可以省略储热系统350。如图3a和3b所示，翼片组件320和导管310至少部分围绕基本上被照明装置 300的其它组件占据的容积。尽管在图3b中被描绘为圆形截面，在本发明的其它实施方 式中，翼片组件320和导管310也可以具有各种其它的截面形状。例如，在其它实施方 式中，翼片组件320和导管310可以具有椭圆，三角形，矩形，或者其它截面形状。在 各种实施方式中，储热系统350和导体330也可以具有类似的各种截面。在一个图3a和 3b中没有示出的实施方式中，翼片组件320和导管310被设置为通过储热系统350和导体 330之一或者两者的内部体积。在另一个图3a和3b中没有示出的实施方式中，导体330被设置为通过翼片组件320的内部体积，以接触储热系统350。如图3a和3b所示，在一 个实施方式中，LED 340被连接至导体330的安装面 332。为了将LED 340在工作期间产生的热量转移至导体330，LED 340采用例如热垫 被连接至安装面332。在本发明的一个实施方式中，安装面332适于LED 340中复数个 LEDs的有效布局。安装面332可以被设置为，例如，适于复数个LEDs有效布局的圆形 或者半圆形顶部。在其它实施方式中，安装面332可以采用不同形状的顶部，比如，H 形顶部或者矩形顶部。在此类实施方式中，例如，安装面332可以在不同的高度包括多 个面，用于在不同的高度安装LED 340和PCB 360。
翼片组件320被设置为从导体330接收LED 340在工作期间产生的热量，且被进 一步设置为将该热量对流传递给流经翼片组件320和导管310的堆叠效应气流312。在各 种实施方式中，翼片组件320可以用一种类型的材料或者多种类型的材料加以实现。在 一个实施方式中，导体330和翼片组件320大致上为恒温。图3b显示了示范性的翼片322，示范性的翼片324，以及其它翼片，其被布置于 翼片组件320的周围。该包括示范性翼片322和示范性翼片324的复数个翼片是示例性 的，在各种实施方式中，该复数个翼片各自具有，例如，矩形截面，曲形截面，提升空 气动力学的截面，或者其它横截面。尽管该复数个翼片在图3b中被描绘为离散的翼片， 在其它实施方式中，翼片组件320也可包括“重叠式”的复数个具有更复杂几何结构的 翼片，比如栅格几何结构或者六边形几何结构。翼片组件320的复数个翼片各自具有图3b所示的翼片厚度(例如，翼片组件320 的外部周长至翼片组件320内部周长的距离)。图3b还显示该复数个翼片各自具有翼片 宽度，且与相邻翼片被分隔以一间隙宽度(例如，一部分翼片组件320的周长)。在一个 实施方式中，翼片组件320的整体周长包括该组件的宽度。如图3a所示，该复数个翼片 各自具有翼片长度(或者“弦长”)，以及翼片厚度。根据本发明，通过以上对于照明 装置100讨论的相关方式，某些翼片长度，翼片宽度，翼片厚度，和间隙宽度的配置可 以使照明装置300的散热组件实现改善的散热性能。值得注意的是，尽管图3a和3b描绘了该复数个翼片的翼片厚度为从翼片组件320的外部周长延伸至内部周长，其它实施方式也可以具有不同的结构。例如，在各种实 施方式中，翼片可以被附着于该外部周长，仅向该内部周长部分延伸，而在各种其它实 施方式中，翼片可以被附着于该内部周长，仅向该外部周长部分延伸。第三类实施方式 包括两组此种部分延伸的翼片，其分别被附着于该内部或者外部周长之一。导管310被设 置为堆叠效应气流312的通道，堆叠效应气流312流经翼片组件 320和导管310，并通过对流将热量运离翼片组件320。在一个实施方式中，导管310的 外表面用热绝缘材料(例如塑料)实现，以抑制堆叠效应气流312和周围环境的热交互。 导管310被设置为对应于翼片组件320，以通过上文对于导管110所讨论的方式发挥堆叠 效应。尽管堆叠效应气流312在图3a中被描绘为线路，应理解在一个实施方式中，堆叠 效应气流312为基本上通过未被翼片组件320的复数个的翼片占据的容积，以及基本上通 过翼片组件320和导管310的外部和内部周长之间的容积。根据本发明，通过上文对于 照明装置100讨论的相关手段，某些导管310的管道长度配置可以使照明装置300的散热 组件实现改善的散热性能。如图3a所示，堆叠效应气流312流经的导管310的横截面面积随管道长度减少， 因为在导管310的直径减少时内部和外部周长之间的导管310的宽度基本上保持不变。相 应地，堆叠效应气流312在该变窄的通道中增加，而堆叠效应气流312的局部静压下降。 在一个实施方式中，这可以创造顺压梯度，其保持薄的边界层并阻止它们从导管310的 表面分离。从而增强堆叠效应气流312的性能。图3c描绘了根据本发明一个实施方式的照明装置301的框图。图3c描绘了照明 装置301的侧视图。在图3c的实施例中，照明装置301包括导管311，翼片组件321， 导体331，发光二极管(“LED”)341，储热系统351，印刷电路板(“PCB”)361，光 导管390，顶部反射器392，和底部反射器394.导管311，翼片组件321，导体331，和储 热系统351构成照明装置301的散热组件.在本发明的一些实施方式中，导管311，翼片 组件321，导体331，LED 341，和储热系统351基本上相应于照明装置300的导管310， 翼片组件320，导体330，LED 340，和储热系统350，除了以下标明的以外。因此，如 上关于照明装置300所述，在本发明的一些实施方式中，一部分LED 341在工作期间产生 的热量通过传导经导体331被转移至翼片组件321，然后通过对流传导被转移至流经翼片 组件321和导管311的堆叠效应气流313，而另一部分热量则通过传导经导体331和翼片 组件321被转移至储热系统351。在本发明的一个实施方式中，照明装置301可以省略储 热系统351。如图3c所示，LED 341被布置于照明装置301内，并被设置为通过光导管390向 上发光。相反，如图3a所示，LED 340被布置于照明装置300的外围之上，并在一个实 施方式中被配制为从该照明装置300向下发光。值得注意的是，在照明装置300和照明 装置301两者中，堆叠效应气流312和堆叠效应气流313分别被设置为往上流。因此， 照明装置300很适合于，例如，天花板安装或者其它光基本上朝向下方的安装，而照明 装置301很适于，例如，地板安装或者其它光基本上朝向上方的安装。照明装置301包括光导管390，顶部反射器392，和底部反射器394。光导管390 在各种实施方式中被配置为，例如，空腔导管，具有内部反射面的导管，透明塑料或者 玻璃导管，纤维-镜片导管，或者其它类型的光导管。顶部反射器392被实现为，例如，设置成显示为烛焰的透明装饰性反射体。在另一个实施方式中，顶部反射器392被实现 为透镜或者反射体，用于以装饰性方式或者实用性方式重定向来自光导管390的光。尽 管在图3c中顶部反射器392被描绘为具有部分菱形或者方形的截面，其在实施方式中可 以被实现为具有圆形，矩形，或者其它横截面。底部反射器394可以被实现为，例如， 可以是抛物面的或者具有其它设计成最大化进入光导管390的光量的反射面。底部反射 器394可以被设置为邻近LED 341，围绕LED 341，或者相对于光导管390在LED 341之 后。光导管390被设置为直接聚集一些或者全部由LED 341发出的光，并将聚集的光导 向顶部反射器392。在一个实施方式中，一些或者全部不是由光导管390直接聚集的光从 底部反射器394被反射，并被重定向至光导管390。因此光导管390可以通过底部反射 器394间接聚集一些由LED 341发出的光。在一些实施方式中，顶部反射器392从照明 装置301中被省略，以使得光直接从光导管390被发出。
如图3c所示，翼片组件321和导管311至少部分围绕基本上被照明装置301的其 它组件占据的容积。翼片组件321和导管311可以具有类似于照明装置300的翼片组件 320的圆形截面形状，或者也可以具有各种其它截面形状，例如，椭圆，三角形，矩形， 或者其它截面形状。在各种实施方式中，储热系统351，导体331，和光导管390可以具 有类似的不同横截面。在图3c未示出的一个实施方式中，翼片组件321和导管311被设 置为穿过储热系统351和导体331之一或者两者的内部体积。在另一个图3c未示出的实 施方式中，光导管390不被储热系统351围绕，而是替代以在邻近储热系统351，至少部 分被翼片组件321和导管311包围的容积内。在另一个图3c未示出的实施方式中，光导 管390包围储热系统351和导管311之一或者两者。在一个实施方式中，LED 341以LED 340连接照明装置300的导体330的安装面 332的方式连接导体331的安装面333。在另一个实施方式中，LED 341被连接至PCB 361，PCB 361被连接至导体331的安装面333。在此实施方式中，PCB 361可以具有一 配置为低热阻的部分，用于LED 341至导体331的热交换。导体331可以被安装在翼片 组件321的中心。在各种实施方式中，导体331可以用类似于照明装置300的导体330 所采用的原料进行实施。导体331可以被实现为各种形状与尺寸。在本发明的一个实施 方式中，LED 341被电连接至PCB 361，其配置类似于照明装置300的PCB 360。PCB 361可以被设置为贴合于储热系统351的周长内。通过这样配置PCB361，照明装置301 可以有利地实现，例如，有效利用空间的紧凑结构。翼片组件321被设置为从导体331接收LED 341在工作期间产生的热量，并进一 步被设置为将热量通过向流经翼片组件321与导管311的堆叠效应气流313的对流进行传 递。翼片组件321可以被实现为类似于照明装置300的翼片组件320的方式。因此，翼 片组件321包括，例如，布置在翼片组件321周长周围的复数个翼片。该复数个翼片可 以具有，例如，矩形截面，曲形截面，改善空气动力学的截面，或者其它截面，并且在 一些实施方式中可以包括“交叠”的复数个具有栅格几何结构或者六边形几何结构的翼 片。根据本发明，某些翼片组件321的配置可以通过上述对于照明装置300的相关方式 使照明装置301的散热组件实现改善的散热性能。导管311被设置为堆叠效应气流313的通路，该堆叠效应气流313流经翼片组件 321与导管311，其通过对流将热量带离翼片组件321。导管311相对于翼片组件321被设置，以通过上述对于导管310相关的方式发挥堆叠效应。尽管堆叠效应气流313在图 3c中被描绘为线路，应理解堆叠效应气流313在一个实施方式中基本上通过未被该翼片 组件321的复数个翼片占据的容积，以及基本上通过翼片组件321的内部和外部周长和该 导管311的容积。根据本发明，导管311的管道长度的某些结构能够通过上述对于照明 装置300相当的方式使照明装置301的散热组件实现改善的散热性能。尽管图3c将堆叠 效应气流313流经的导管311的横截面面积描绘为基本上沿着管道长度不变，在另一个实 施方式中，导管311的横截面面积可以类似于照明装置300的导管310的方式沿管道长度 降低。 图4描绘了装置400，其包括被安装于天花板480凹座中的照明装置300。在图 4的实施例中，没有描绘照明装置300的细节，例如导管310，翼片组件320，导体330， LED 340，储热系统350，与PCB 360。图3a和3b中未示出的连接器370包括被连接至 (例如，被拧入)电源插座的插头，其用于向照明装置300供电。在一个实施方式中，连 接器370通过布置于照明装置300中或者周围的的电线被连接至PCB 360。在一个实施 方式中，连接器370还可以包括一电源，其被设置为将该电源插座的电压或者电流变换 为适合PCB 360的LED驱动电路的电压或者电流。在本发明其它实施方式中，不同于被 安装在天花板480的凹座内，照明装置可以被安装在，例如，轨道-照明固定装置，悬挂 固定装置，烛台基，或者其它类型的固定装置中。尽管在图4中一部分照明装置300被 描绘为在天花板480的最低表面延伸，在其它实施方式中，照明装置300也可以和天花板 480的最低表面相平，或者可以完全在天花板480的最低表面之上(例如，其被完全收纳 于天花板480的凹座内)。在图4的实施例中，显示了堆叠效应气流412。在本发明的一些实施方式中，一 部分照明装置的LED 340在工作期间产生的热量通过传导被传递至翼片组件320，然后通 过对流以类似堆叠效应气流312的方式被传递至堆叠效应气流412。值得注意的是，在图 4中，堆叠效应气流412显示为在照明装置300内部上升，而在天花板480的凹座内时在 照明装置300外部下降。因此，在图4的实施例中，照明装置300内部的导管310还提 供独特分隔堆叠效应气流412的入流和出流的功能。导管310的外表面可以用热绝缘材 料(例如塑料)加以实现，以阻止堆叠效应气流412的入流和出流之间的热交互。因此，导管310提供了畅通而无阻碍的通路，用于要从照明装置300增加或者 消除的空气，使之符合该凹座的上表面并向外径向流动，然后沿着该凹座的周边向下回 流，并最终从该凹座流出，然后堆叠效应气流在该处沿着天花板480向外径向流动，离 开照明装置300。该包括照明装置300的装置400的独特结构由此可以达到根据本发明的 改善的散热性能。当词语“此处”，“上述”，“以下”，以及类似含义的词语被用于此申请 时，应当指本申请全文而非本申请的任何特定部分。如果上下文允许，上述详细说明中 采用单数或者复数的词语还可以分别包括其复数或者单数。关于两个或两个以上项目列 举的词语“或者”覆盖所有下列关于此词语的解释任何该列举中的项目，全部该列举 中的项目，以及该列举中项目的任意组合。上述所要求保护主题内容的各种实施方式的描述是为了示例与说明目的而被提 供。其不是为了将所要求保护的主题内容穷尽或者限制到所公开的精确形式。对于本领域技术人员，许多改进与变化是显而易见的。所选取和描述的实施方式是为了最佳描述 本发明的原理及其实际应用，由此使本领域技术人员能够理解所要求保护的主题内容， 各种实施方式以及预期的适于特定用途的不同改进。 本发明在此提供的教导可以被用于其它系统，而不一定是上述的系统。上述的 各种实施方式的要素与举措可以被进一步结合以提供进一步的实施方式。虽然上述说明描述了本发明的某些实施方式，并描述了预期的最佳方式，无论 上述内容在文中显得如何详细，本发明都可以用许多方式实施。该系统的履行细节可以 极大地变化，而仍然由此处公开的本发明包括在内。如上所述，当描述本发明的某些特 征或者方面时，所使用的特定术语不应被认为表示该术语在此处被再定义，以将其限定 为该术语相关的任何本发明的特定特性，特征，方面。通常，以下权利要求中所采用的 术语不应当被解释为将本发明限定至说明书终公开的特定实施例，除非上述详细说明部 分明确定义了此种术语。相应地，本发明的实际范围不仅包括所公开的实施方式，还包 括权利要求之下实现或者实施本发明的全部等价方式。
权利要求
1.用于发光二极管照明装置的散热组件，该散热组件包括复数个翼片，其被设置为从发光二极管接收热量，其中该复数个翼片中两个相邻的 翼片被间隔以间隙宽度，并且该复数个翼片各自具有翼片长度；以及导管，其被设置为导致堆叠效应气流通过该复数个翼片，以将热量从该复数个翼片 去除，其中分隔该复数个翼片中两个相邻的翼片的间隙宽度，以及该复数个翼片中每一 个翼片的翼片长度被设置为减少沿着该复数个翼片堵塞的边界层。
2.如权利要求1所述的散热组件，其中该复数个翼片中每一个翼片的的翼片长度被设 置为短于该导管的管道长度。
3.如权利要求1所述的散热组件，其中分隔两个相邻翼片的间隙宽度被设置为大于该 复数个翼片的两个相邻翼片的边界层宽度。
4.如权利要求1所述的散热组件，其中该导管被进一步设置为具有沿长度减少的横截 面面积。
5.如权利要求1所述的散热组件，其进一步包括导体被设置为将热量从该发光二极管 传导至该复数个翼片。
6.如权利要求5的散热组件，其中该发光二极管被设置为大致上位于该导体的中心， 进一步地，其中该复数个翼片被设置为基本上位于该导体的边缘，进一步地，其中该导 体被进一步设置为从该中心向该边缘朝外传导热量。
7.如权利要求5所述的散热组件，其中该导体被设置为在该发光二极管工作期间具有 基本上均一的温度。
8.如权利要求1所述的散热组件，其进一步包括储热系统被设置为从该发光二极管接 收热量。
9.如权利要求8所述的散热组件，其中该储热系统包括相变材料。
10.如权利要求8所述的散热组件，其中该储热系统被设置为布置于基本由该导管围 绕的体积内。
11.如权利要求8所述的散热组件，其进一步包括被设置为从该发光二极管向该复数 个翼片导热的导体，其中该导体被进一步设置为从该发光二极管向该储热系统导热。
12.如权利要求11的散热组件，其中该发光二极管被设置为大致上位于该导体的中 心，进一步地，其中该复数个翼片被设置为基本上位于该导体的边缘，进一步地，其中 该导体被进一步设置为从该中心向该边缘朝外传导热量。
13.如权利要求11所述的散热组件，其中该导体被设置为在该发光二极管操作期间具 有基本上均一的温度。
14.如权利要求11所述的散热组件，其中该储热系统被设置为布置于大致由该导管与 该导体围绕的体积内。
15.用于发光二极管照明装置的散热组件，该散热组件包括复数个翼片，其被设置为从发光二极管接收热量，其中该复数个翼片中两个相邻的 翼片被间隔以间隙宽度，并且该复数个翼片各自具有翼片长度；导管，其被设置为导致堆叠效应气流通过该复数个翼片，以将热量从该复数个翼片 去除，其中分隔该复数个翼片中两个相邻的翼片的间隙宽度，以及该复数个翼片中每一 个翼片的翼片长度被设置为减少沿着该复数个翼片堵塞的边界层；以及储热系统，其被设置为从该发光二极管接收热量。
16.如权利要求15所述的散热组件，其中该复数个翼片中每一个翼片的的翼片长度被 设置为短于该导管的管道长度。
17.如权利要求15所述的散热组件，其中分隔两个相邻翼片的间隙宽度被设置为大于 该复数个翼片的两个相邻翼片的边界层宽度。
18.如权利要求15所述的散热组件，其中该导管被进一步设置为具有沿长度减少的横 截面面积。
19.如权利要求15所述的散热组件，其中该储热系统包括相变材料。
20.如权利要求15所述的散热组件，其中该储热系统被设置为布置于大致由该导管围 绕的体积内。
21.如权利要求15所述的散热组件，其进一步包括被设置为从该发光二极管向该复数 个翼片导热的导体，其中该导体被进一步设置为从该发光二极管向该储热系统导热。
22.如权利要求21的散热组件，其中该发光二极管被设置为大致上位于该导体的中 心，进一步地，其中该复数个翼片被设置为基本上位于该导体的边缘，进一步地，其中 该导体被进一步设置为从该中心向该边缘朝外传导热量。
23.如权利要求21所述的散热组件，其中该导体被设置为在该发光二极管工作期间具 有大致上均一的温度。
24.如权利要求21所述的散热组件，其中该储热系统被设置为布置于大致由该导管与 该导体围绕的体积内。
25.—种发光二极管照明装置，包括权利要求1的散热组件；和发光二极管。
26.如权利要求25所述的发光二极管，其进一步包括被设置为电连接至电源插座的插 头，其中该插头被进一步设置为向该发光二极管供电。
27.根据权利要求25的发光二极管照明装置，其进一步包括凹座容器，其中该发光二 极管装置被安装于该凹座容器中，进一步地，其中该导管分隔该堆叠效应气流的入流和 出流。
28.—种发光二极管照明装置，其包括权利要求15的组件；和发光二极管。
29.如权利要求28所述的发光二极管，其进一步包括被设置为电连接至电源插座的插 头，其中该插头被进一步设置为向该发光二极管供电。
30.根据权利要求28的发光二极管照明装置，其进一步包括凹座容器，其中该发光二 极管装置被安装于该凹座容器中，进一步地，其中该导管分隔该堆叠效应气流的入流和 出流。
31.用于从发光二极管照明装置去除热量的方法，该方法包括提供复数个翼片；提供导管；设置该导管以导致堆叠效应气流通过该复数个翼片；设置分隔该复数个翼片的两个相邻翼片的间隙宽度，以减少沿着该复数个翼片堵塞 的边界层；设置该复数个翼片中每个翼片的翼片长度，以减少沿着该复数个翼片堵塞的边界层；设置该导管的管道长度以减少沿着该复数个翼片堵塞的边界层； 操作该发光二极管；将热量从该发光二极管传导至该复数个翼片； 将热量从该复数个翼片对流传导至该堆叠效应气流。
32.如权利要求31的方法，其进一步包括 提供储热系统；和将热量从该发光二极管传导至该储热系统。
全文摘要
描述了一种用于发光二极管照明装置的散热组件。该散热组件的一个实施方式包括复数个设置为从发光二极管接收热量的翼片。在该复数个翼片中，两个邻近翼片被分隔以间隙宽度，并且每一个翼片具有翼片长度。该散热组件还包括一导管，其被设置为吸引堆叠效应气流通过该复数个翼片，以将热量从该复数个翼片去除。分隔两个相邻翼片的间隙宽度，以及每一翼片的翼片长度被设置为阻止边界层堵塞该复数个翼片。在一个实施方式中，该散热组件还包括导体和储热系统，其被设置为从该发光二极管接收热量。还描述了包括该散热组件，发光二极管，和连接插头的照明装置。在一个实施方式中，该照明装置可以被安装在凹座容器内，其中堆叠效果气流的入流和出流被分隔。还描述了用于从发光二极管除热的方法。
文档编号F21S2/00GK102016408SQ200980115871
公开日2011年4月13日 申请日期2009年2月27日 优先权日2008年3月2日
发明者马修·韦弗 申请人:鲁梅耐蒂克斯公司