具有湍流流动的发光二极管冷却
1.对相关申请的交叉引用本技术要求根据提交于2021年4月22日的、标题为“具有湍流流动的发光二极管冷却”的、序号为63/178344的美国临时专利申请的优先权及其利益，该临时专利申请特此通过引用而被并入。
背景技术：
2.本公开总体上涉及灯冷却系统。
3.本章节旨在向读者介绍在下文中描述和/或要求保护的可能与本公开的各种方面有关的各种技术方面。本讨论被认为有助于为读者提供背景信息，以促进更好地理解本公开的各种方面。因此，理解到，这些陈述将从这个角度来阅读，而非作为对现有技术的承认来阅读。
4.总体上，led照明器械为各种各样的应用提供照明。在一些应用中，来自led照明器械的高强度照明可以是期望的。例如，led照明器械可以为动画和电视布景以及演播室提供高强度照明。为了提供这样的高强度照明（例如，照明消耗500w-1500w或更多，传统hmi灯能够为高达18000瓦特的总功率），led在照明器械内的布置可能相对密集且数量众多。随着给定空间中的led的密度增大，由led产生的热量的量和led的温度总体上可能增大。用于制作白光的蓝色led的典型的电光转化效率（“wpe”）是50%，使得仅50%的能量将转化为光子，而另外50%的能量将作为热量损失。在光通过磷光体来从蓝光转化成白色时，可能存在额外的损失。因此，向led提供的电功率的大约一半转化成热量。
5.用于照明系统的常规冷却技术可能不会充分地使这样的高强度led照明器械冷却。另外，芯片级封装（“csp”）技术和板上芯片（“cob”）阵列提供在不封装的情况下将led芯体（die）直接地附接到印刷电路板(“pcb”)的能力。典型的led芯体在尺寸（例如，芯体的长度）上仅为1 mm或更小。led芯体单独地封装，这使得它们在制造过程中更容易处理，并增加了用于散热的可用面积（例如，3 mm x 3 mm例如是一种常见的封装）。在cob和/或csp技术中，led芯体的阵列直接地附接到高分辨率pcb，其能够显著地增大功率密度。如今生产具有每平方英寸80瓦特及更高的功率密度的led阵列，并且，具有更高的功率密度的这些csp和cob技术被不断地开发。led可以典型地要求低于125摄氏度的接合温度，否则它们可能劣化。由于热量约束，系统设计中的led的封装密度有效地由热量限制。传统空气冷却技术（诸如，经由热沉（heat sink））可能不充分地使led照明器械冷却。即使添加风扇以增大在金属热沉之上的空气流，也提供有限的散热。尽管以下的描述对在led照明系统中使用的冷却系统进行了描述，但冷却系统可以施用于其它照明系统中。
技术实现要素：
6.在某些实施例中，用于发光二极管（“led”）组件的冷却系统包括：流体，其配置成在led组件处吸收热量；换热器，其耦合到led组件的一个或多个衬底，其中，换热器配置成在led组件与流体之间交换热量；以及泵，其配置成使流体沿着led组件和换热器循环，其
中，流体在由泵循环时在led组件、换热器或两者处呈现湍流流动。
附图说明
7.当参考附图而阅读以下的详细描述时，本公开的这些及其它特征、方面以及优点将变得更好理解，在附图中，贯穿附图，相同的字符表示相同的部分。专利或申请文件包含至少一幅以彩色制作的图。专利局将根据请求和必要费用的支付提供带有彩色附图的本专利或专利申请出版物的副本。
8.图1是根据一个或多个当前实施例的配置成浸没地并且主动地使发光二极管（led）组件冷却的冷却系统的实施例的示意图；图2是根据一个或多个当前实施例的具有图1的led组件和冷却系统的照明组件的实施例的透视图；图3是根据一个或多个当前实施例的具有冷却系统和led组件的图2的照明组件的横截面视图；图4是根据一个或多个当前实施例的具有冷却系统和led组件的图2的照明组件的透视横截面视图；图5是根据一个或多个当前实施例的图2的led组件的透视图；图6a是根据一个或多个当前实施例的具有冷却系统和led组件的图2的照明组件的后视透视图；图6b是根据一个或多个当前实施例的具有图1的冷却系统的照明组件的另一个实施例的后视透视图；图7是根据一个或多个当前实施例的包括透明包封件的图1的led组件和冷却系统的另一个实施例的透视图；图8是根据一个或多个当前实施例的图7的led组件和透明包封件的透视横截面视图；图9是根据一个或多个当前实施例的图7的led组件和透明包封件的底视透视图；图10是根据一个或多个当前实施例的图7的led组件和透明包封件的局部分解图；图11是根据一个或多个当前实施例的图7的冷却系统的侧视图以及照明组件的实施例的侧视图；图12包括根据一个或多个当前实施例的图7的冷却系统的侧视图；图13包括根据一个或多个当前实施例的耦合到光引导组件的图7的冷却系统的透视图；图14是根据一个或多个当前实施例的具有图1的led组件和冷却系统的照明组件的另一个实施例的透视横截面视图；图15是根据一个或多个当前实施例的图14的照明组件的透视图；图16是根据一个或多个当前实施例的用于控制图1-15的冷却系统的方法的实施例的流程图；图17是根据一个或多个当前实施例的浸没在用于冷却的流动路径内的冷却剂中的led组件的实施例的横截面视图；图18是根据一个或多个当前实施例的包括耦合到换热器的led阵列的led组件的
实施例的横截面视图，其中，led阵列和换热器浸没在用于冷却的流动路径内的冷却剂中；图19a是根据一个或多个当前实施例的具有用于浸没冷却的带有多个换热器的冷却系统led组件的实施例的透视图；图19b是根据一个或多个当前实施例的带有具有层流流动的冷却剂的led组件的实施例的侧视横截面视图；图19c是根据一个或多个当前实施例的带有具有湍流流动的冷却剂的led组件的实施例的侧视横截面视图；以及图20是根据一个或多个当前实施例的经由led组件的横截面的冷却剂流动路径的实施例的示意图。
具体实施方式
9.将在下文中描述本公开的一个或多个具体实施例。这些所描述的实施例仅仅是目前公开的技术的示例。另外，为了提供这些实施例的简明描述，可能未在说明书中描述实际实现方式的所有特征。应当意识到，在对任何这样的实际实现方式的开发中，如在任何工程或设计项目中，必须作出许多特定于实现方式的决策以达到开发者的具体目标，诸如，对与系统相关的约束和与商业相关的约束的依从性，其可能因实现方式不同而变化。此外，应当意识到，这样的开发努力可能复杂并且耗时，但对于得益于本公开的普通技术人员而言，这样的开发努力可能仍是设计、制作以及制造的常规任务。
10.当介绍本公开的各种实施例的元件时，冠词“一”、“一个”以及“该”旨在意味着存在元件中的一个或多个。用语“包含”、“包括”以及“具有”旨在为包括性的，并且意味着可能存在除了所列出的元件之外的额外的元件。另外，应当理解的是，对本公开的“一个实施例
”ꢀ
或“一实施例”的引用不旨在被解释为排除也并入所叙述的特征的额外的实施例的存在。
11.现在转到附图，图1是配置成主动地使led组件102（例如，led装置）冷却的冷却系统100的示意图。冷却系统100包括配置成至少部分地包封和/或容纳led组件102的包封件104和流体地耦合到包封件104的换热器106。冷却系统100还包括泵108，泵108配置成使流体（例如，冷却剂、矿物油、水、碳氢化合物流体、硅流体或其组合）沿着冷却回路110循环通过换热器106、通过包封件104、通过led组件102和/或在led组件102之上循环并且循环回到泵108。在某些实施例中，冷却系统100可以包括led组件102或其部分。
12.led组件102可以是包括一个或多个led的任何组件。例如，为了为应用（诸如电视布景和剧场布景、电影布景、贸易展、以及永久性设定、半永久性设定和暂时性设定的范围中的任一个）提供照明，led组件102可以包括配置成发射光的多个led。当发射光时，led可以产生热量，并且，周围区域（例如，与led组件102相邻和/或位于包封件104内/与包封件104相邻的区域）的温度总体上可以升高。
13.在操作期间，冷却系统100配置成吸收由led组件102生成的热量并且将热量传递到环境空气。例如，当泵108使流体循环通过包封件104和/或通过led组件102时，流体可以吸收由led组件102生成的热量。换热器106可以包括配置成主动地将环境空气朝向/跨过换热器106抽吸以使行进通过换热器106并且沿着冷却回路110行进的流体冷却的辐射器和/或（一个或多个）风扇。在某些实施例中，换热器106可以包括配置成与沿着冷却回路110流动的流体交换热量的第二流体（例如，除了环境空气之外或代替环境空气）。
14.泵108可以是配置成使流体循环通过冷却回路110的变速泵。在某些实施例中，泵108的壳体可以包括配置成基于沿着冷却回路110流动的流体的体积而膨胀和/或收缩的柔性隔膜。例如，当流体在led组件102处并且从led组件102吸收热量时，流体可以膨胀（例如，热膨胀）。当流体从led组件102和包封件104流动时，泵108的柔性隔膜可以膨胀以允许增大的体积的流体穿过泵，而不影响通过泵108并且沿着冷却回路110的流体的流动速率。在一些实施例中，泵108的柔性隔膜可以是配置成允许接近泵108的内部部分的服务面板。如在下文中更详细地描述的，在某些实施例中，柔性隔膜可以沿着冷却回路110位于别处（例如，除了位于泵108处之外或代替位于泵108处），以促进冷却回路110中的流体的热膨胀。
15.led组件102配置成发射光，该光可以穿过在led组件102与包封件104之间循环并且循环通过包封件104的流体。因此，led组件102配置成在由冷却系统100冷却时为本文中所描述的各种应用（例如，动画和电视照明以及可以得益于高强度照明的其它应用）提供照明。led组件102的led可以包括不同配置/多种配置。例如，led组件102可以包括芯片级封装（csp）阵列（例如，双色csp阵列）。csp技术可以得益于指定区域中的非常高的密度的led芯片（例如，每平方英寸/厘米），并且，csp技术可以利用不同颜色的个别的led。例如，csp技术可以包括五色配置（例如，暖白色、冷白色、红色、绿色以及蓝色）、四色配置（例如，白色、红色、绿色以及蓝色）、三色配置（例如，红色、绿色以及蓝色）、双色白色配置（例如，暖白色和冷白色）、单白色配置和/或单色配置。
16.在一些实施例中，led组件102可以包括板上单色芯片（“cob”）阵列。cob阵列可以包括结合到单个衬底的相对大量的led和放置于整个阵列之上的磷光体的层。cob技术的优点是每一指定区域的非常高的led密度（例如，每平方英寸/厘米）。另外或备选地，led组件102可以包括离散led。
17.冷却系统100包括配置成控制led组件102、换热器106、泵108或其组合的控制器120。例如，控制器120可以控制led组件102中的一些或全部led以引起led发射光。另外或备选地，控制器120可以控制换热器106的操作以引起换热器106在流体与环境空气之间交换更多或更少的热量。例如，控制器120可以控制换热器106的风扇以控制通过换热器106/换热器106之上的空气流动速率。在某些实施例中，换热器106的风扇可以经由脉宽调制（pwm）功率来控制。风扇可以基于led组件102处的温度来控制。在一些实施例中，为了降低换热器106的风扇的噪声输出，只有当通过其它手段（例如，经由不具有主动空气流的辐射器）进行的流体的冷却不足时，控制器120可以操作风扇。
18.如所图示的，冷却系统100可以包括传感器121，传感器121设置于led组件102处，并且配置成输出指示led组件102处的温度和/或与led组件102相邻的流体的温度的信号（例如，输入信号）。传感器121可以是任何合适的温度/热传感器，诸如热电偶。在某些实施例中，冷却系统100可以包括其它（一个或多个）热传感器，其设置于流体内并且配置成输出指示（例如，在包封件104内的）流体的温度的信号和/或设置于包封件104处并且配置成输出指示包封件104处的温度的信号。
19.此外，控制器120可以控制泵108的操作以引起泵108使流体沿着冷却回路110以特定流动速率循环。例如，基于led组件102处和/或包封件104处的温度（例如，基于从传感器121接收的指示led组件102处的温度的信号），控制器120可以配置成将指示用于调整流动通过冷却回路110的流体的流动速率的指令的信号（例如，输出信号）输出到泵108。
20.如所图示的，控制器120包括处理器122和存储器124。处理器122（例如，微处理器）可以用于执行软件，诸如用于控制冷却系统100（例如，用于泵108的控制器操作以控制通过冷却回路110的流体的流动速率）的存储于存储器124中的软件。此外，处理器122可以包括多个微处理器、一个或多个“通用”微处理器、一个或多个专用微处理器和/或一个或多个专用集成电路（asics）或其一些组合。例如，处理器122可以包括一个或多个精简指令集（risc）或复杂指令集（cisc）处理器。
21.存储器装置124可以包括诸如随机存取存储器（ram）之类的易失性存储器和/或诸如只读存储器（rom）之类的非易失性存储器。存储器装置124可以存储各种各样的信息，并且可以用于各种目的。例如，存储器装置124可以存储供处理器122执行的处理器可执行指令（例如，固件或软件），诸如用于控制冷却系统100的指令。在某些实施例中，控制器120还可以包括一个或多个存储装置和/或其它合适的部件。（一个或多个）存储装置（例如，非易失性存储设备）可以包括rom、闪速存储器、硬盘驱动器或任何其它合适的光学存储介质、磁存储介质或固态存储介质或其组合。（一个或多个）存储装置可以存储数据（例如，led组件102处的所测量的温度）、指令（例如，用于控制冷却系统100的软件或固件）以及任何其它合适的数据。处理器122和/或存储器装置124和/或额外的处理器和/或存储器装置可以位于系统的任何合适的部分中。例如，用于存储指令（例如，用于控制冷却系统100的部分的软件或固件）的存储器装置可以位于冷却系统100中或与冷却系统100相关联。
22.另外，控制器120包括用户接口126，用户接口126配置成告知操作者led组件102处的温度和/或通过冷却回路110的流体的流动速率。例如，用户接口126可以包括配置成能够实现操作者交互的显示器和/或其它用户交互装置（例如，按钮）。
23.图2是具有图1的冷却系统100和led组件102的照明组件130的实施例的透视图。照明组件130包括配置成反射由led组件102发射的光的反射器132（例如，抛物面反射器）。例如，由led组件102发射的光可以穿过设置于led组件102与包封件104之间的流体、穿过包封件104，并且可以被反射器132向外反射。反射器132耦合到照明组件130的底座134（例如，壳体）。在某些实施例中，led组件102、包封件104和/或冷却系统100的其它部分可以耦合到底座134。例如，如在下文中更详细地描述的，冷却系统100的换热器106和/或泵108可以耦合到底座134。
24.图3是具有冷却系统100的图2的照明组件130的横截面视图。如所图示的，冷却系统100包括包封件104、设置于包封件104中的led组件102、配置成与流体交换热量的换热器106以及配置成驱动流体的循环的泵108。另外，冷却系统100包括入口导管140，入口导管140耦合到泵108并且耦合到包封件104的流体入口142。此外，冷却系统100包括出口导管144，出口导管144耦合到包封件104的流体出口146并且耦合到换热器106。在某些实施例中，入口导管140和/或出口导管144可以延伸到led组件102中和/或延伸到包封件104中。
25.如所图示的，流体入口142总体上沿着包封件104和led组件102的中心线设置。泵108配置成将来自入口导管140的流体驱动到流体入口142中、总体上沿着led组件102和包封件104的中心线驱动、驱动到led组件102与包封件之间的间隙（例如，其中流体吸收由led组件102生成的热量的间隙）中并且沿着该间隙驱动、从流体出口146出来并且驱动到出口导管144中（例如，沿着冷却回路110）。在led组件102处吸收热量之后，流体循环通过换热器106并且返回到泵108。在换热器106处，流体排放在led组件102处吸收的热量。例如，换热器
106包括辐射器150和配置成跨过辐射器150抽吸空气（例如，环境空气）的风扇152。跨过辐射器150抽吸的空气可以从流动通过辐射器150的流体吸收热量（例如，从流体传递到辐射器150的热量），由此使流体冷却，以便随后沿着冷却回路110循环并且通过led组件102和包封件104循环回来。
26.另外，在某些实施例中，换热器106可能不排放被led组件102处的流体吸收的全部的热量，使得流体保留在led组件102处吸收的热量中的至少一些。因此，沿着冷却回路110的流体的温度（例如，平均温度）可以升高，由此增大流体的体积。冷却系统100包括泵108处的柔性膜154，柔性膜154配置成由于流体的加热而膨胀并且由于流体的冷却而收缩（例如，以适应流体沿着冷却回路110的体积改变）。在某些实施例中，柔性膜154可以在冷却系统100内被包括在别处。
27.冷却系统100包括流体地耦合到冷却回路110的阀156。阀156可以配置成诸如在流体添加到冷却回路110（例如，阀156可以是泄放阀）时，从冷却回路110泄放空气和/或流体。另外或备选地，流体可以经由阀156（例如，阀156可以是填充阀）添加到冷却回路110。在某些实施例中，冷却系统100可以包括多个阀156，其中，第一阀156是泄放阀，并且，第二阀156是填充阀。
28.如上所述，控制器120可以配置成控制led组件102、换热器106、泵108或其组合。例如，控制器120可以控制led组件102中的一些或全部led以引起led发射光。另外，控制器120可以控制风扇152的旋转速率和/或流体沿着冷却回路110的流动速率。例如，基于从led组件102处的传感器121接收的反馈（例如，led组件102处的温度），控制器120可以控制风扇152的旋转速率和/或流体的流动速率。更具体地，响应于led组件102处的温度高于目标温度并且led组件102处的温度与目标温度之间的差超过阈值数值，控制器可以增大风扇152的旋转速率和/或可以增大流体的流动速率。响应于led组件102处的温度低于目标温度并且led组件102处的温度与目标温度之间的差超过阈值数值，控制器可以减小风扇152的旋转速率和/或可以减小流体的流动速率。
29.图4是具有冷却系统100的图2的照明组件130的透视横截面视图。如所图示的，冷却系统100的流体配置成从入口导管140流动，通过流体入口142，并且通过形成于led组件102内的内部环形通道160（例如，沿方向162）。因此，该流体作为冰冷的流体进入led组件102。内部环形通道160耦合到流体入口142并且耦合到led组件102的端部164。如箭头170所指示的，流体从内部环形通道160循环通过形成于led组件102的端部164与包封件104的端部168之间的端部通道166。如箭头174所指示的，流体从端部通道166循环到形成于led组件102与包封件104之间的外部环形通道172中。当流体流动通过外部环形通道172时，流体吸收由led组件102生成的热量。流体从外部环形通道172通过流体出口146离开包封件104并且流动到出口导管144中。因此，流体作为加热的流体离开包封件104。在穿过冷却系统100的换热器106和泵108之后，流体通过led组件102和包封件104循环回来，以继续使led组件102冷却。
30.照明组件130是照明组件的侧部发射配置，使得照明组件130配置成径向向外地（例如，从照明组件130的侧部）并且通过流体和包封件104发射光。如在下文中参考图14和图15而更详细地描述的，诸如代替图2-5的侧部发射配置或除此之外，冷却系统100可以包括照明组件的前部发射配置。
31.图5是图2的led组件102的透视图。如所图示的，led组件102包括塔180和安装到塔180的led阵列182。如所图示的，塔180是由面板184（例如，六个面板184）形成的六边形结构，其中，九个led阵列182安装于每个面板184上。在某些实施例中，塔可以包括更多或更少的面板184（例如，三个面板184、四个面板184、八个面板184等等），和/或每个面板184可以包括更多或更少的led阵列182（例如，一个led阵列182、两个led阵列182、五个led阵列182、二十个led阵列182等等）。在一些实施例中，塔180可以在其它实施例中不同地成形，和/或可以省略。例如，在一些实施例中，led阵列182可以直接地安装到包封件104。在某些实施例中，除了led阵列182之外或代替led阵列182，led组件102还可以包括其它led配置。
32.led组件102的led阵列182配置成通过流动于led组件102与包封件104之间的流体（例如，通过形成于led组件102与包封件104之间的外部环形通道172）并且通过包封件104向外发射光。流体可以是透明或半透明的，使得流体配置成允许光穿过流体朝向包封件104。例如，流体可以是具有1.4与1.6之间的折射率的介电流体和/或电绝缘流体。在一些实施例中，包封流体的包封件104可以是丙烯酸树脂、聚碳酸酯、玻璃（例如，硼硅酸盐玻璃）或具有大约1.44-1.5之间的折射率的另一种材料。在某些实施例中，led阵列182的led可以包括由led发射的光所穿过的硅酮（例如，硅酮层）。硅酮可以具有大约1.38-1.6的折射率。因此，一种类型的流体（例如，具有上文中所陈述的折射率的流体）可以促进光从led穿过流体并且朝向包封件104。另外，led（例如，硅酮）的层、流体和/或包封件104的折射率总体上可以匹配（例如，在差异阈值内）。在一些实施例中，流体和/或包封件104可以表现为配置成光学地使由led组件102提供的光成形的透镜。例如，具有上述的具体折射率的流体和/或包封件104可以允许流体和/或包封件以期望的方式使光成形。
33.另外或备选地，流体可以包括具有相对长的保质期（例如，大约二十五年）的矿物油或具有与矿物油类似的性质的流体。流体可以为非腐蚀性的，使得流体促进通过泵108沿着冷却回路110泵送并且与塑料和其它系统材料相容。此外，这样的流体总体上可以具有相对低的粘度，这可以允许直接地使led组件102的电子器件（例如，led阵列182、耦合到led阵列182并且耦合到印刷电路板（“pcb”）的布线以及led组件102的其它电子部件）冷却，而不影响电子器件的性能/功能性。在某些实施例中，被包括在冷却回路110中的流体的类型可以取决于led阵列182的量和/或总体上被包括在led组件102中的led的数量、led组件102的结构/几何结构、led组件102的led的密度、由led组件102生成的热量的量或其组合。在操作期间，led组件102的led阵列182可以具有每平方英寸20 w-300 w之间、每平方英寸50 w-250 w之间的功率密度以及其它合适的功率密度。在一个方面，每个led阵列182可以具有4平方英寸或更小的表面面积。由于本文中所提到的冷却系统的原因，led阵列182可以在前面提到的功率密度下操作达长于30秒、1分钟、1小时以及100小时。在一些实施例中，led组件102可以具有400 w-5000 w的总功率。
34.在一些实施例中，与其中led阵列182暴露于空气的实施例相比，设置于led阵列182与包封件104之间的流体的折射率可能引起光更容易离开led阵列182。这可能导致从led阵列182发射的光的色移。控制器120可以基于所发射的光的潜在色移而控制led阵列182（例如，led阵列182的颜色和/或色温）。
35.包封件104可以包括清透材料、透明材料和/或半透明材料，使得由led组件102发射的光可以穿过包封件104（例如，在穿过设置于外部环形通道172内和/或流动通过外部环
形通道172的流体之后）并且从包封件104向外。例如，包封件104可以由清透塑料和/或玻璃（例如，硼硅酸盐玻璃）形成。在某些实施例中，包封件104可以包括聚（甲基丙烯酸甲酯）（“pmma”）和/或其它丙烯酸树脂。
36.如所图示的，led组件102包括印刷电路板（“pcb”）190，pcb 190耦合到基座pcb 192、led阵列182以及led组件102的端部164（例如，端部板）。例如，每个pcb 190总体上沿着相应的面板184延伸，并且耦合（例如，经由连接器193物理地耦合并且电耦合）到led阵列182，led阵列182耦合到相应的面板184。每个连接器193在连接件194处耦合到相应的led阵列182。在某些实施例中，每个led阵列182可以配置成卡扣/点击到面板184上的恰当位置中。例如，每个面板184可以包括配置成经由卡扣或点击机构接收led阵列182以促进led组件102的组装的特征。
37.图6a是具有冷却系统100的图2的照明组件130的后视透视图。如在上文中总体上描述的，冷却系统100包括配置成使流体（例如，冰冷的流体）流动到led组件102和包封件104中的入口导管140和配置成从led组件102和包封件104接收流体（例如，加热的流体）的出口导管144。流体从出口导管144循环、通过换热器106的辐射器150、通过泵108并且回到入口导管140。如所图示的，冷却系统包括配置成跨过辐射器150抽吸空气以使穿过辐射器150的流体冷却的四个风扇152。在某些实施例中，冷却系统可以包括更多或更少的风扇152（例如，一个风扇152、两个风扇152、三个风扇152、五个风扇152、十个风扇152等等）。风扇152定位于辐射器150上方，使得从穿过辐射器150的流体传递的热量朝向/通过风扇152总体上向上移动。另外，换热器106和泵108安装到照明组件130的底座134。
38.图6b是具有图1的冷却系统100的照明组件187的实施例的后视透视图。照明组件187包括配置成使流体（例如，冰冷的流体）流动到led组件102和包封件104中的入口导管140和配置成从led组件102和包封件104接收流体（例如，加热的流体）的出口导管144。流体从出口导管144循环到辐射器150、通过辐射器150、到中间导管189、通过耦合到中间导管189的膨胀室188、并且经由泵108回到入口导管140。膨胀室188配置成由于流体的加热而膨胀并且由于流体的冷却而收缩（例如，以适应流体沿着冷却回路110的体积改变）。在某些实施例中，膨胀室188可以沿着冷却回路110（诸如，沿着入口导管140和/或沿着出口导管144）被包括在别处。
39.如所图示的，照明组件187包括耦合到辐射器150和膨胀室188的第一支架191以及耦合到辐射器150和泵108的第二支架195。辐射器150和膨胀室188安装到第一支架191，并且，第一支架191安装到底座134，使得第一支架191配置成支承膨胀室188的重量和/或辐射器150的重量的至少部分（例如，以将与（一个或多个）重量相关联的力传递到底座134）。另外，辐射器150和泵108安装到第二支架195，并且，第二支架195安装到底座134，使得第二支架195配置成支承泵108的重量和/或辐射器150的重量的至少部分（例如，以将与（一个或多个）重量相关联的力传递到底座134）。
40.图7是可以被包括在图1的冷却系统100中的led组件196和包封件198的透视图。如所图示的，led组件196设置于包封件198内。led组件196包括配置成接收沿着冷却回路110流动（例如，如箭头202所指示的那样）的流体的流体入口200和配置成使流体从包封件和led组件196流动到冷却回路110（例如，如箭头206所指示的那样）的流体出口204（然而，流体方向可以反转，使得流体例如通过流体出口204进入，并且通过流体入口200离开）。另外，
包封件198包括基座208和从基座208延伸的筒体210。在某些实施例中，冷却系统100的led组件196和/或包封件198可以被包括在图2-6的照明组件中。
41.led组件196包括塔220和安装到塔220的led阵列182。如所图示的，塔220是具有安装于六边形结构的六个侧部中的每个上的九个led阵列182的六边形结构。在某些实施例中，塔220可以包括更多或更少的侧部（例如，三个侧部、四个侧部、八个侧部等等），和/或每个侧部可以包括更多或更少的led阵列182（例如，一个led阵列182、两个led阵列182、五个led阵列182、二十个led阵列182等等）。在一些实施例中，塔220可以在其它实施例中不同地成形，和/或可以省略。例如，在一些实施例中，led阵列182可以直接地安装到包封件198。在某些实施例中，除了led阵列182之外或代替led阵列182，led组件196可以包括其它led配置。
42.led组件196的led阵列182配置成通过流动于led组件196与包封件198之间的流体（例如，通过冷却系统100的外部环形通道224）并且通过包封件198向外发射光。在一些实施例中，包封流体的包封件198可以是丙烯酸树脂、聚碳酸酯、玻璃（例如，硼硅酸盐玻璃）或具有大约1.44-1.5之间的折射率的另一种材料。另外，led（例如，硅酮）的层、流体和/或包封件198的折射率总体上可以匹配（例如，在差异阈值内）。
43.包封件198可以包括清透材料、透明材料和/或半透明材料，使得由led组件196发射的光可以穿过包封件198（例如，在穿过设置于外部环形通道224内和/或流动通过外部环形通道224的流体之后）并且从包封件198向外。例如，包封件198可以由清透塑料和/或玻璃（例如，硼硅酸盐玻璃）形成。在某些实施例中，包封件198可以包括聚（甲基丙烯酸甲酯）（“pmma”）和/或其它丙烯酸树脂。
44.冷却系统100配置成使流体流动到流体入口200中，通过led组件196与包封件198之间的外部环形通道224，并且朝向塔220的端部230流动。端部230设置成总体上与基座208相对。塔220包括从端部230延伸到基座208的内部环形通道232。如所图示的，内部环形通道232在塔220的端部230处流体地耦合到外部环形通道224。冷却系统100配置成使流体从外部环形通道224流动并且经由端部230流动到内部环形通道232中。内部环形通道232流体地耦合到流体出口204，使得流体可以经由内部环形通道232穿过塔220并且在流体出口204处从塔220和包封件198出来。
45.当流体越过并且穿过led组件196（例如，越过led阵列182并且穿过塔220）时，流体配置成吸收通过led阵列182的操作生成的热量。例如，由于流体配置成在流动通过外部环形通道224和内部环形通道232两者时吸收由led阵列182生成的热量，因而与仅从光源的内部或外部提取热量的冷却系统的实施例相比，冷却系统100配置成显著地增大可以被吸收的热量的量。另外，由于流体是总体上透明和/或半透明的（例如，流体具有总体上1.4-1.5之间的折射率），因而流体可以对从led组件196发射并且通过流体的光造成最小影响/不造成影响。因此，流体可以在对从led组件196发射的光的质量造成很少影响至没有影响的情况下，在led组件196的操作期间主动地使led组件196冷却。
46.led组件196是照明组件的侧部发射配置，使得led组件196配置成径向向外地（例如，从led组件196的侧部）并且通过流体和包封件198发射光。如在下文中参考图14和图15而更详细地描述的，诸如代替图7-10的侧部发射配置或除此之外，冷却系统100还可以包括照明组件的前部发射配置。
47.图8是图7的led组件196和包封件198的透视横截面视图。如上所述，包封件198配置成通过流体入口200从泵108接收流体。流体然后配置成接触塔220和耦合到塔220的led组件196的基座300。塔220和基座300配置成将流体沿着外部环形通道224向上引导。流体然后配置成流动通过端部230并且流动到内部环形通道232中。如所图示的，内部环形通道232形成于塔220与led组件196的pcb 302之间并且由塔220和led组件196的pcb 302形成。流体配置成在内部环形通道232内朝向电耦合到pcb 302的基座pcb 304向下流动。在越过pcb 302和/或基座pcb 304之后，流体配置成在流体出口204处离开塔220和包封件198。如关于图7所提到的，流体方向可以反转，使得流体可以配置成朝内流动通过流体出口204中，朝上通过内部环形通道232，通过端部230，并且沿外部环形通道224朝下，并且从流体入口200出来。
48.pcb 302可以电耦合到led阵列182，使得pcb 302可以提供功率和/或与led阵列182通信。例如，led组件196可以包括在pcb 302与led阵列182之间向外延伸的布线。因此，流体可以在pcb 302和在pcb 302与led阵列182之间延伸的布线之上流动，以冷却和吸收来自塔220的热量（例如，传递到塔220/被塔220吸收的由led阵列182生成的热量）、来自pcb 302的热量和/或来自布线的热量。另外，流体可以在基座pcb 304之上流动并且可以从基座pcb 304吸收热量。例如，基座pcb 304包括配置成接触流体的湿侧306和配置成保持干燥（例如，不接触流体）的总体上与湿侧306相对的干侧。如在上文中总体上描述的，流体可以是介电和/或电绝缘的，使得流体可以对led阵列182、pcb 302、基座pcb 304以及led组件196的布线造成最小影响/不造成影响。
49.图9是图7的led组件196和包封件198的底视透视图。如所图示的，基座pcb 304包括配置成保持总体上干燥（例如，在冷却系统100的操作期间不接触流体）的干侧400。led组件196包括衬垫402，衬垫402配置成在包封件198与led组件196之间（例如，在包封件198的基座208与led组件196的基座pcb 304之间）形成密封。因此，led组件196可以在基座pcb 304的干侧400处保持干燥，并且，冷却系统100可以配置成使流体流动通过包封件198和塔220而不使流体泄漏。
50.图10是图7的led组件196和包封件198的局部分解图。led组件196配置成如总体上由箭头500指示的那样插入到包封件198中和从包封件198移除。例如，为了替换led组件196的部分（例如，led阵列182、pcb 302、基座pcb 304、布线等等），led组件196和包封件198可以通过沿着总体上与箭头500平行的轴线将led组件196从包封件198移除来拆卸。另外，虽然led组件196和包封件198设置于所图示的位置（例如，其中，led组件196和包封件198向下延伸）中，但led组件196可以使用螺纹包封件、衬垫、闩锁和/或其它紧固机构来以流体的最小损失和/或飞溅从包封件198移除。为了将led组件196组装/重新组装到包封件198中，led组件196可以沿着总体上与箭头500平行的轴线插入到包封件198中。因而，本文中所描述的led组件196和包封件198的配置和耦合可以促进led组件196的迅速且容易的维护。
51.图11是图7的冷却系统100的侧视图和照明组件600的侧视图。如所图示的，包封件198的基座208耦合到换热器601。在从led组件196吸收热量并且在led组件196处吸收热量之后，流体配置成流动到换热器601中并且通过换热器601。换热器601包括配置成将热量从流体交换到与换热器601相邻的环境空气的辐射器602。换热器601可以包括换热器601的四个侧部中的每个上的辐射器602（例如，四个辐射器602）。在某些实施例中，换热器601可以
包括更多或更少的侧部，其中，每个侧部具有辐射器602。辐射器602包括配置成将热量从流体（例如，从流体吸收热量）传递到环境空气的翅片604。在一些实施例中，换热器601可以包括配置成使流体冷却的其它形状（例如，球体、筒体等等）。
52.led组件196的led阵列182从包封件198的基座208向外延伸距离610。在某些实施例中，距离610可以处于大约3英寸与大约9英寸之间。在一些实施例中，距离610可以是大约5英寸半。另外，冷却系统100延伸总体上竖直的距离612和总体上水平的距离614。在某些实施例中，总体上竖直的距离612可以处于大约10英寸与大约20英寸之间，和/或总体上水平的距离614可以处于大约7英寸与大约17英寸之间。在一些实施例中，总体上竖直的距离612可以是14英寸，和/或总体上水平的距离614可以是12英寸。
53.照明组件600是具有配置成发射光的照明区域620的现有技术照明组件。照明区域620的后部部分可以是配置成从照明区域620吸收/传递热量的热沉。如所图示的，冷却系统100总体上比照明组件600的照明区域620和热沉更小且更紧凑。另外，如在上文中总体上描述的，冷却系统100配置成在led组件196在1500w下操作时为led组件196提供充分冷却。照明组件600可以配置成为在400w下操作的照明区域620的灯提供冷却。因此，冷却系统100可以通过提供配置成在显著地更高的功率下操作的更紧凑的设计，来总体上比照明组件600和现有技术照明组件更通用。在某些实施例中，冷却系统100的led组件102和/或包封件104可以耦合到换热器601，使得换热器601配置成与循环通过led组件102和包封件104的流体交换热量。
54.图12包括图7的冷却系统100的侧视图。冷却系统100包括配置成配合于包封件198之上/配合到包封件198上的盖700。盖700包括配置成使由led组件196发射的光的颜色相关温度（“cct”）转化的材料。例如，盖700可以包括磷光体和/或由磷光体形成，并且可以配置成使大约5600k的冷白色cct转化成大约4300k、大约3200k的较暖白色cct以及其它cct。在某些实施例中，盖700可以是注射模制的塑料、硅酮、涂层玻璃或其组合。在某些实施例中，盖700可以配合于包封件104之上/配合到包封件104上，使得盖700使由led组件102发射的通过包封件104的光的cct转化。
55.如总体上通过箭头702注意到的，盖700配置成滑动到包封件198上并且从包封件198滑落。例如，盖700可以是容易地现场可更换的，使得操作者可以使盖700滑动到包封件198上并且从包封件198滑落。另外，由低成本单色版本的led组件196产生的光可以在添加盖700的情况下容易地转化成任何cct，这可能是相对低的成本的。而且，与传统实施例相比，盖700可以显著地更加功率有效，因为，盖700不是移除由led组件196发射的光的部分的滤光器。替代地，盖700配置成使光转化成期望的颜色和cct。
56.在某些实施例中，led组件196可以配置成发射蓝光、冷白光（例如，5000k或更高）或其它颜色。盖700可以适于任何合适的颜色和/或白色，使得从单色版本的led组件196（例如，蓝光led组件196或冷白光led组件196）发射的光可以在不对led组件196或冷却系统100的其它电子器件做改变的情况下转化成任何cct和/或任何颜色。
57.如所图示的，盖700配置成在盖700设置于包封件198上时接触包封件198。包封件198与盖700之间的接触可以允许包封件198将热量传递到盖700。在包封件198内流动的流体可以配置成使包封件198和盖700两者冷却（例如，流体可以从包封件198吸收热量以促进盖700的冷却）。
58.图13包括耦合到配置成引导由冷却系统100的led组件102发射的光的光引导组件800、802和804的图7的冷却系统100的透视图。例如，光引导组件800是配置成设置于建筑物布景中并且将由led组件102发射的光向下引导的高吊顶（high bay）组件。光引导组件802是配置成设置于演播室中以提供环境照明的空间光引导组件。另外，光引导组件804是配置成设置于演播室中并且总体上使由led组件102发射的光聚焦的伞形组件。
59.图14是具有led组件822和图1的冷却系统100的照明组件820的另一个实施例的透视横截面视图。照明组件820是可以被包括在冷却系统100中的照明组件的前部发射配置，使得照明组件820配置成如箭头823所指示的那样将光通过照明组件820的前部部分（而非通过照明组件的侧部（例如，如在图2-13的照明组件实施例中的那样））向外发射。因此，冷却系统100可以包括具有侧部发射配置、前部发射配置和/或其它的照明组件。
60.照明组件820包括配置成接收流体并且使流体流动以使led组件822冷却的底座824。如所图示的，led组件822设置于底座824内并且安装到底座824。另外，照明组件820包括耦合到底座824的盖826。盖826配置成至少部分地包封照明组件820，使得盖826将流体引导通过照明组件820并且在led组件822之上引导。另外，盖826可以包括清透材料、透明材料和/或半透明材料，使得由led组件822发射的光可以穿过盖826（例如，在穿过流体之后）并且从盖826向外。例如，盖826可以由清透塑料和/或玻璃（例如，硼硅酸盐玻璃）形成。在某些实施例中，盖826可以包括聚（甲基丙烯酸甲酯）（“pmma”）和/或其它丙烯酸树脂和/或本文中所描述的其它材料。
61.底座824包括配置成接收沿着冷却回路110（例如，如箭头832所指示的那样）流动的流体的流体入口830和配置成使流体从底座824流动到冷却回路110（例如，如箭头836所指示的那样）的流体出口834（然而，流体方向可以反转，使得流体例如通过流体出口834进入，并且通过流体入口830离开）。另外，底座824包括基座840和从基座840延伸的筒体842。基座840包括流体入口830和流体出口834。在某些实施例中，led组件822和/或底座824可以被包括在图2-13的照明组件和/或led组件中。
62.led组件822包括安装到pcb 852的led 850。pcb 852经由连接件854安装到底座824。例如，pcb 852包括在底座824的壁架（ledge）858之上延伸的凸块856。连接件854使led组件822紧固到壁架858。另外，连接件854可以是配置成向led 850提供功率和/或电连接的电连接件。在某些实施例中，pcb 852可以包括设置成总体上与所图示的凸块856相对并且配置成安装到底座824的额外的壁架858的额外的凸块856。然而，出于清楚性的目的，在图14中省略额外的凸块856和额外的壁架858。
63.led组件822的led 850配置成通过流动于led组件822与盖826之间的流体（例如，通过冷却系统100的上通道860）并且通过盖826向外发射光。在一些实施例中，包封流体的盖826可以是丙烯酸树脂、聚碳酸酯、玻璃（例如，硼硅酸盐玻璃）或具有大约1.44-1.5之间的折射率的另一种材料。另外，led 850（例如，硅酮）、流体和/或盖826的折射率总体上可以匹配（例如，在差异阈值内）。
64.冷却系统100配置成使流体流动到流体入口830中，流动到在led组件822与盖826之间延伸的上通道860中（例如，如箭头862所指示的那样），并且流动到在led组件822与底座824的基座840之间延伸的下通道864中（例如，如箭头866所指示的那样）。流体配置成在流体流动通过上通道860和下通道864时吸收由led组件822生成的热量（例如，由于led 850
和pcb 852的操作以及由led 850发射的光）。另外，由于流体是总体上透明和/或半透明的（例如，流体具有总体上处于1.4-1.5之间的折射率），因而流体可以对从led组件822发射并且通过流体的光造成最小影响/不造成影响。因此，流体可以在对从led组件822发射的光的质量有很少影响至没有影响的情况下，在led组件822的操作期间主动地使led组件822冷却。
65.冷却系统100配置成使流体如箭头870所指示的那样从上通道860流动并且流动到流体出口834中，并且如箭头872所指示的那样从下通道864流动到流体出口834中。在使流体在led组件822之上流动并且流动到流体出口834中之后，泵108使流体循环通过冷却系统100的换热器106，例如以使流体冷却。
66.图15是图14的照明组件820的透视图。如上所述，冷却系统100配置成使流体循环到底座824的流体入口830中，在照明组件820的led组件822之上循环，并且循环通过流体出口834，由此使led组件822冷却。因此，图14和图15的照明组件820提供可以经由冷却系统100被冷却的照明组件和led组件的前部发射配置。
67.图16是用于控制图1的冷却系统100的方法900的流程图。例如，方法900或其部分可以由冷却系统100的控制器120执行。方法900在方框902处开始，其中，测量led组件（例如，led组件102/196）处的温度。传感器121可以测量温度并且输出指示led组件处或与led组件相邻的温度（例如，led组件的表面处的温度、与led组件相邻和/或在led组件之上流动的流体的温度、包封件104/198的表面处的温度等等）的信号（例如，到控制器120的输入信号）。控制器120可以接收指示温度的信号。
68.在方框904处，确定led组件处的温度。除了方框902之外或代替方框902，可以执行方框904。例如，可以从方法900省略方框902，并且，可以传感器121从冷却系统100省略。控制器120可以配置成基于led组件或其部分是否正发射光并且基于led组件或其部分已发射光的时间的量而确定led组件处的温度。如在上文中总体上描述的，控制器120可以配置成控制led组件（例如，通过控制哪些led阵列182正发光、led阵列182发光的持续时间、由led阵列182发射的光的强度等等）。基于控制动作，控制器120可以确定/估计led组件处的温度（例如，led组件102/196的表面处的温度、与led组件102/196相邻和/或在led组件102/196之上流动的流体的温度、包封件104/198的表面处的温度等等）。
69.在方框906处，冷却系统100的（一个或多个）操作参数基于led组件处的温度（例如，在方框902处测量和/或在方框904处确定的温度）而调整。例如，控制器120可以将指示用于调整通过冷却回路110的流体的流动速率的指令的信号（例如，输出信号）输出到泵108。另外或备选地，控制器120可以将指示调整在换热器的辐射器之上流动的空气的流动速率的指令的信号输出到换热器（例如，换热器106/601）（例如，通过将指示用于调整风扇的转速以调整空气的流动速率的指令的信号输出到换热器106/601的风扇）。在某些实施例中，控制器120可以基于led组件处的温度来控制led组件，诸如通过减少发射光的led阵列的数量和/或以防止led组件的过热。
70.在某些实施例中，控制器120可以将led组件处的温度与目标温度比较并且确定该温度（例如，led组件102/196处的所测量和/或确定的温度）与目标温度之间的差是否大于阈值数值。基于该差超过阈值数值，控制器120可以控制上述的冷却系统100的操作参数。因此，控制器120可以基于较小温度波动而减少由冷却系统100执行的某些控制动作和/或可
以减少空气流的量和/或被换热器用来使流体冷却的功率。控制器120可以接收指示目标温度的输入（例如，从冷却系统100的操作者）和/或可以基于被包括在led组件中的led的类型、循环通过冷却系统100的流体的类型、包封件的材料、led组件的塔的材料、led组件和/或冷却系统100总体上的尺寸或其组合而确定目标温度。
71.在完成方框906之后，方法900返回到方框902，并且，测量led组件处的下一个温度。备选地，方法900可以返回到方框904，并且，可以确定led组件处的下一个温度。因此，方法900的方框902-906可以总体上由冷却系统100和/或由控制器120迭代地执行，以促进led组件和包封件的冷却。
72.在以上实施例中，浸没冷却能够在led照明中实现新水平的功率密度（例如，预确定的功率密度）。例如，上述的浸没冷却技术能够实现在每平方英寸超过100w下的led组件的操作，其中，紧凑“led灯”在小于3英寸的直径的情况下能够实现1500w的功率。这先前尚未利用空气冷却的led产品做到。将浸没冷却的热效率额外增大到两倍那么多或更多可以为led源的甚至更大的功率密度创造进一步的机会。这将能够实现更紧凑的照明系统、更高得多的束功率以及聚焦能力以及更低的系统成本。对前面提到的技术的改进是“热沉增强的浸没冷却”的概念，这可以将浸没功率密度增大到每平方英寸超过200w。
73.热-限制性led因素已表明，led功率密度不受led半导体材料使电能（瓦特）转化成光的能力限制。替代地，led功率密度受到热劣化限制（例如，从紧凑led光源提取热量是一项挑战）。利用蓝色led的电功率到光的转化典型地具有大约50%的wpe（电光转化效率）。然后，蓝色激活的磷光体沉积于顶部上以产生白光。对于白色led，大约30-40%的电能转化成光。剩余的能量（高达70%或更多）转化成热量。在创建紧凑led的密集地封装的阵列时的挑战是如何提取热量以将led维持于不会劣化或减少led劣化的操作温度处。led典型地具有105-125摄氏度之间的最高操作温度。实际的led半导体本身可能仅为1平方毫米或更小。在led封装内部，热垫块用于将热量从紧凑芯体传递到封装上的较大金属垫块。如先前所描述的，许多led系统使用空气冷却，这限制在不使led劣化的情况下空气冷却的led系统可以实现的led功率密度的量。
74.图17是与在上文中关于浸没在用于冷却的流动路径内的冷却剂中的led阵列而描述的那些实施例类似的实施例。更具体地，图17是包括衬底1002和（包括耦合到衬底1002的led 1006的）led阵列1004的led组件1000（例如，led装置）的横截面视图。衬底1002可以是硝酸铝（alni）衬底，可以包括其它材料和/或可以是另一种类型的衬底。冷却剂可以如箭头1008所指示的那样从到led组件1000外部的换热器（诸如，与参考图1而描述的换热器106类似的换热器）进入。当冷却剂越过led组件1000的底侧1010时，冷却剂从led组件1000移除一些热量。接下来，如箭头1012所指示的那样，冷却剂在led组件1000周围流动，并且如箭头1016所指示的那样，在led组件1000的顶侧1014之上流动，从而进一步使led组件1000冷却并且将热量朝外带回到换热器。在该实施例中，接触冷却剂的总表面面积可以是led阵列1004和衬底1002的表面面积。浸没冷却通过使led组件1000浸没到以冷却剂（例如，介电冷却剂流体）填充的光学地清透的液体包封件中来显著地提高led冷却的效率。led 1006的正面和背面（例如，衬底1002）两者与冷却剂直接接触。冷却剂的实际冷却是使用外部换热器（例如，辐射器）和将热量从冷却剂传递到空气的风扇来远程地做到的。这能够实现紧凑光
源，因为，不再要求led组件1000与使led组件1000冷却所要求的热沉是相同的尺寸。本公开进一步增强led冷却浸没系统的冷却能力。
75.紧凑led源的益处浸没冷却允许更多的led封装到更小的光源中。浸没冷却的益处可以包括更小的照明器材、更低成本的照明器材以及高强度窄束应用，等等益处。特别地，对于点照明应用，led源的尺寸和期望的束角可以确定反射从led源发射的光所需要的反射器的尺寸。例如，在利用3英寸直径led源和可以实现15度照明点或更小的24英寸反射器的传统应用中，类似的1.5英寸直径源可以与12英寸反射器一起使用，以用于使用浸没冷却的相同的束角和输出功率。关于更低的成本，所使用的led的数量以及器材和冷却系统的尺寸基于达到可靠性目标所需要的热要求。如果使用更高效的冷却系统，则可以使用更少的led来以更高的光输出密度生成光。换而言之，可以在使用更少的led时更努力地驱动led。更小的器材和更少的led降低成本，同时维持相同的输出性能。另外，对于如舞台照明那样的许多应用，通常代替传统led照明系统而使用具有窄束控制（fresnels、molebeam、arri m系列）的12k hmi和钨器材。这主要由于许多led照明系统当在大型光源（100 w或更高）中在大于100 w/in2下被操作时不被有效地冷却。传统的钨和hmi灯丝尤其在较高的功率水平（5000瓦特及以上）下更紧凑得多，并且因此允许更好的束控制。但是，随着led阵列的尺寸变得更紧凑，这可能限制进入冷却剂中的热传递的量。因此，本公开提供用于有效地将热量传递到冷却剂的led组件的冷却系统，包括但不限于其中冷却系统和led组件可以替换传统的hmi和钨器材的高强度窄束应用。
76.如上所述，对于浸没冷却中的led功率密度的限制因素可以是从led阵列到流动的冷却剂中的热量的传递。紧凑led阵列可以在无任何增强的情况下一致地且有效地被冷却高达大于100 w/in2。但是，在led阵列变得太小而不能通过其自身将所有的led热量传递到流动的流体中时，可以使用额外的热传递技术来增大led阵列的有效表面面积，因此更多的热量可以有效地传递到冷却剂。
77.图18是包括衬底1042和耦合到衬底1042的led阵列1044的led组件1040（例如，led装置）的实施例的横截面视图。如所图示的，led阵列1044包括耦合到衬底1042的led 1046。另外，包括换热器1048（例如，热沉）的冷却系统耦合到led组件1040。换热器1048可以由多种合适的材料（包括铜、铝、碳纤维、石墨、alni、纳米管、合成金刚石、蓝宝石和/或各种类型的声子导热陶瓷和晶体结构）制成。换热器1048还可以具有与图18中所示出的配置不同的配置。在某些实施例中，led组件1040可以包括换热器1048和/或冷却系统的其它部分。
78.通过使换热器1048附接到衬底1042，接触冷却剂的总表面面积可以包括led组件1040的表面1050（例如，led 1046的一个或多个表面）和换热器1048的表面1052（例如，换热器1048的一个或多个表面），这可以相对于传统照明系统使接触表面面积达双倍以上。例如，冷却剂可以如箭头1060所指示的那样从换热器1048和led组件1040外部的换热器（诸如，与参考图1而描述的换热器106类似的换热器）进入。当冷却剂越过换热器1048的表面1052时，冷却剂从换热器1048移除热量。接下来，如箭头1062所指示的那样，冷却剂在led组件1040和换热器1048周围流动，并且如箭头1064所指示的那样，在led组件1040的表面1050之上流动，从而进一步使led组件1040冷却并且将热量朝外带回到外部换热器。另外，换热器106相对于led 1046布置于led组件1040之后，以便不与从led 1046发射的光干扰。
79.随着led组件1040的尺寸变得更紧凑，换热器1048的这样的使用创建了用于与冷却剂进行热传递的额外的表面区域，这使高功率led阵列能够被支承在更小的占地面积中。例如，换热器1048可以将接触冷却剂的表面面积增大到两倍那么多或更多，并且可以具有相对于传统led冷却系统大致相同的热性能和稳定性，而对led组件1040或相关联的冷却系统作出很少的其它改变或者不作其他改变。
80.换热器1048包括耦合到衬底1042的基座1070和从基座1070延伸的翅片1072。如所图示的，翅片1072是直的，并且从基座1070总体上垂直地延伸。在某些实施例中，换热器1048可以取向成使得翅片1072的长度总体上平行于冷却剂流动的方向。另外或备选地，翅片1072可以是弯曲、波浪形的，或具有相对于图18的所图示的实施例不同的几何结构，以创建额外的表面区域，同时仍然基本上平行于流动的方向。
81.图19a是具有带有用于浸没冷却的多个换热器的冷却系统的led组件1080（例如，led装置）的实施例的透视图。led组件1080包括面板1082，并且，每个面板1082包括led阵列1084，诸如与图18中所示出的led阵列1044类似的led阵列。如所图示的，led组件1080包括六个面板1082，使得面板1082形成六棱柱。在某些实施例中，led组件1080可以包括更多或更少的面板1082（例如，三个面板1082、四个面板1082、五个面板1082、七个面板1082、十个面板1082、二十个面板1082），和/或led组件1080可以包括其它形状和/或配置。另外，led组件1080设置于包封件1083中，包封件1083可以类似于上述的包封件104。在某些实施例中，led组件1080可以包括包封件1083。
82.如箭头1088所指示的那样，冷却剂可以进入led组件1080的端部1094，诸如作用为冷却剂路径的led组件1080的贯穿孔或通孔。冷却剂可以从端部1094流动，通过led组件1080并且从设置成总体上与端部1094相对的led组件1080的端部1090出来。冷却剂可以穿过形成于面板1082之间的led组件1080的内部环形通道。换热器可以设置于内部环形通道中和/或可以形成内部环形通道。例如，换热器可以耦合到面板1082的内侧（例如，耦合到led阵列1084的衬底），并且可以在led阵列1084与流动通过内部环形通道的冷却剂之间交换热量。在某些实施例中，led组件1080可以包括换热器。
83.冷却剂可以通过孔隙1092（例如，孔、通孔）离开led组件1080，并且进入形成于led组件1080与包封件1083之间的端部通道1095。如箭头1096所指示的，冷却剂可以从led组件1080的端部1090流动，通过端部通道1095，并且流动到形成于面板1082与包封件1083之间的外部环形通道1098中。在外部环形通道1098处，如箭头1100所指示的，冷却剂在每个led阵列1084之上流动，由此从led阵列1084（例如，从led阵列1084的led的面）吸收额外的热量。因此，冷却剂可以在led阵列1084处提供额外的冷却。如本文中所描述的，冷却剂可以是透明或半透明的，以允许从led阵列1084发射的光穿过冷却剂和包封件1083。暴露于用于冷却的流体的led阵列1084的led的总表面面积可以大于40平方英寸、大于50平方英寸、等于54平方英寸、大于60平方英寸、大于70平方英寸、大于80平方英寸、等于84平方英寸、大于90平方英寸或为其它合适的表面面积。在某些实施例中，此表面面积可以是暴露于用于冷却的流体的led组件1080的总表面面积（例如，led阵列1084的led的表面面积和led阵列1084的衬底的表面面积）。led组件1080的直径可以具有1英寸与3英寸之间的范围或可以具有另一个合适的直径。
84.冷却剂路径设计影响能够被冷却剂从换热器抽吸走的热量的量。特别地，允许未
加热的冷却剂在led组件1080的led和换热器（例如，设置于led组件1080内的换热器）周围经过而不被加热的冷却剂路径应当被避免，因为，这样的冷却剂路径浪费热容量。特别地，如图19b中所示出的，以在平滑或规则的路径中流动而不混合的冷却剂为特征的具有层流流动的冷却剂路径，是应当避免的类型的冷却剂路径的示例，因为热容量被浪费。如所图示的，在图19b中，led组件1110可以如箭头1112所指示的那样接收流动通过形成于led阵列1116之间的内部环形通道1114的冷却剂。如箭头1124所指示的，冷却剂可以流动通过端部通道1118和形成于led阵列1116与包封件1122之间的外部环形通道1120。包封件1122可以类似于上述的包封件104。冷却剂然后如箭头1126所指示的那样离开外部环形通道1120。当冷却剂穿过内部环形通道1114时，冷却剂的流动可以如箭头1128所指示的那样保持层流（例如，基本上层流）。例如，与内部环形通道1114中的led阵列1116相邻的冷却剂边界层可以相对于内部环形通道的内部处的内部冷却剂层显著地更慢地移动，使得内部冷却剂层处的冷却剂与led阵列1116进行很少的接触。结果，内部冷却剂层处的冷却剂从led阵列1116吸收很少的热量。另外，通过外部环形通道1120的冷却剂的流动可以保持层流（例如，基本上层流）。因此，图19b的led组件1110可能不会经由层流流动实现冷却剂的最佳热容量。
85.在湍流流动中，流体运动可以呈现在压力和/或流动速度的方面的混乱改变。湍流流动和层流流动可以利用雷诺数来表征。雷诺数（re）由下面的方程1定义：re = (ρ u l) / μ
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（方程1）参考方程1，ρ是冷却剂的密度（kg/m3），u是冷却剂的流动速度（m/s），l是特征线性尺寸（m），诸如冷却剂所流动通过的管的半径或直径，并且，μ是冷却剂的粘度。总体上，小于2000的雷诺数指示层流流动，而大于2000的雷诺数指示湍流流动。雷诺数与流动路径的直径和流动速度直接地相关。具有高速流动的细管将显著地增大雷诺数并且移动成湍流流动状态。具有较慢的流体速度的大型开口管和室将更有可能创建层流流动。由于缓慢移动的边界层形成于流体路径的侧部处，因而层流流动在冷却方面远远不那么有效。
86.因此，参考图19b，循环通过内部环形通道1114的流体的流动速率可以增大，使得流体呈现大于2000的雷诺数。增大的流动速率可以在内部环形通道1114内的led阵列1116处生成湍流，由此增加流体的扩散（例如，较冷的流体和较热的流体的混合）和在流体与led阵列1116之间的热传递。在穿过内部环形通道1114之后，流体可以进入端部通道1118并且从湍流流动转变成层流流动。例如，端部通道1118的尺寸（例如，体积）可以大到足以促进使流体减慢并且使流体转变成层流流动。当流体进入外部环形通道1120时，流体可以是层流的。流体可以在处于层流流动时使led阵列1116冷却。
87.创建湍流流动的另一个关键促成因素是导管或流体路径的粗糙度和几何结构。能够添加粗糙表面、褶皱表面和有意的特征，以分解层流流动并且在更低得多的雷诺数下生成湍流流动。湍流流动可以极度地增加（十倍或更多）热传递。例如，湍流流动可以以与边界层干扰并且减少边界层的涡流为特征。穆迪图（moody chart）是用以帮助预测湍流流动的在流体动力学领域中的常用工具。表面的几何结构还能够设计成具有创建湍流流动的特征。横杆、横切件、格栅（grated）、堆叠板、挡板、山形件（chevron）、多孔金属（例如，多孔铜）以及各种其它几何结构和设计可以用于增加速度和湍流，由此促进led的冷却。流体路径设计应当使流体的扩散最大化并且应当使流体对于换热器的暴露最大化。在可能时，交叉流动在冷却方面被示出相对于平行流动更有效。
88.考虑到前文，图19c是led组件1200（例如，led装置）的实施例的侧视横截面视图，led组件1200带有具有湍流流动（以流体的不规则移动为特征）的冷却剂。led组件1200可以如箭头1202所指示的那样在led组件1200的入口1204处接收冷却剂。led组件1200包括led阵列1206。每个led阵列1206包括衬底1208和耦合到衬底1208的led 1210。另外，led组件1200可以包括包封件1211，并且，led阵列1206可以设置于包封件1211内。包封件1211可以类似于上述的包封件104。
89.冷却系统包括耦合到led阵列1206的换热器1212。在某些实施例中，led组件1200可以包括换热器1212和/或冷却系统的其它部分。如所图示的，换热器1212包括耦合到led阵列1206的衬底1208的外部部分1214和设置于外部部分1214内部的内部部分1216。内部部分1216可以耦合到外部部分1214，诸如经由在内部部分1216与外部部分1214之间延伸的一个或多个支架。冷却剂通道1218形成于换热器1212的外部部分1214与内部部分1216之间，使得在冷却剂流动通过冷却剂通道1218时，换热器1212可以在led阵列1206与冷却剂之间交换热量。
90.冷却剂可以流动到led组件1200的内部环形通道1240中。如所图示的，换热器1212设置于内部环形通道1240中。如箭头1244所指示的，冷却剂可以流动通过形成于换热器1212中的冷却剂通道1218，通过形成于包封件1211、led阵列1206与换热器1212之间的端部通道1241，并且通过形成于led阵列1206与包封件1211之间的外部环形通道1242。然后，如箭头1248所指示的，冷却剂在led组件1200的出口1246处离开外部环形通道1242。
91.换热器1212的外部部分1214和内部部分1216包括挡板1260（例如，翅片），挡板1260配置成使冷却剂通道1218中的流体的流动被打乱，由此促进换热器1212处的湍流流体流动。特别地，每个外部部分1214包括耦合到相应的led阵列1206的衬底1208的基座1262，并且，挡板1260从基座1262延伸。另外，内部部分1216包括基座1270，并且，挡板1260从基座1270延伸。如箭头1280所指示的，挡板1260可以在换热器1212处生成涡流，由此促进led阵列1206与流动通过冷却剂通道1218的冷却剂以及总体上内部环形通道1240之间的热传递。例如，如上所述，挡板1260可以分解潜在的层流流动并且引起较热的冷却剂与较冷的冷却剂在内部环形通道1240处混合。在某些实施例中，挡板1260可以引起冷却剂达到和/或超过2000的雷诺数。因此，换热器1212可以生成促进led阵列1206与冷却剂之间的热传递的湍流流动。如所图示的，挡板1260是直的，并且从基座1262和基座1270总体上垂直地延伸。在某些实施例中，挡板1260可以是其它形状和/或可以包括与流体流动平行和/或设置成相对于流体流动成一角度以生成湍流的其它几何结构。例如，挡板1260可以相对于基座1262和/或基座1270以斜角延伸。
92.在穿过冷却剂通道1218之后，流体可以进入端部通道1241并且从湍流流动转变成层流流动。例如，端部通道1241的尺寸（例如，体积）可以大到足以促进使流体减慢并且使流体转变成层流流动。当流体进入外部环形通道1242时，流体可以是层流的。流体可以在处于层流流动时使led 1210冷却。另外，外部环形通道1242中的冷却剂的层流流动可以避免和/或减少led 1210的劣化。相比之下，外部环形通道1242中的湍流流动可能增强led 1210的劣化。
93.图20是经由led组件2008（例如，led装置）的横截面的冷却剂流动路径的实施例的示意图。参考图20，冷却剂经由泵2002被推进到从冷却剂移除热量的第一换热器2004中。来
自第一换热器2004的被冷却的冷却剂进入led组件2008的第一室2006（例如，内部环形通道）。第一室2006可以部分地由第一衬底2010和第二衬底2012形成。第一衬底2010和第二衬底2012中的每个可以附接到相应的第二换热器2014，第二换热器2014形成冷却剂的流动路径的部分。第二换热器2014位于衬底2010和衬底2012的与耦合到衬底2010和衬底2012的led 2015相对的侧部上。衬底2010和衬底2012以及led 2015可以形成led组件2008的led阵列。尽管第二换热器2014图示为具有与流动路径垂直并且与衬底2010和衬底2012垂直的翅片2016（例如，挡板），但翅片2016可以布置成使得翅片2016的长度布置成与流动路径平行。还可以使用如上所述的其它换热器几何结构来用于创建或促进冷却剂的湍流流动。例如，翅片2016可以相对于衬底2010和衬底2012以斜角设置。
94.当冷却剂流动经过第二换热器2014时，冷却剂然后朝上流动到led组件2008的包封件的顶部（例如，端部通道）并且返回朝下朝向led组件2008的侧部沿着包封件流动到第二室2018（例如，外部环形通道）中，从而进一步同时使led和衬底冷却。加热的冷却剂然后流动回到泵2002并且再次进入待被冷却的第一换热器2004。在该实施例中，泵2002和第一换热器2004可以在热回路中切换，使得来自led组件2008的加热的冷却剂在离开led组件2008之后立即首先进入第一换热器2004，并且然后从第一换热器2004进入泵2002，这将冷却的冷却剂推进到led组件2008的第一室2006中。在某些实施例中，冷却系统2000可以包括泵2002、第一换热器2004、第二换热器2014、led组件2008，led组件2008的（一个或多个）部分或其任何组合。
95.在某些实施例中，翅片2016可以诸如通过引起第一室2006中的冷却剂的混合来生成和/或促进第一室2006中的湍流流体流动，和/或可以减小沿着衬底2012的边界层。如在上文中参考图19c而描述的，冷却剂的流动可以在进入第二室2018时或在进入第二室2018之前转变成层流流动，以给led 2015提供额外的冷却，同时避免或减少由于冷却剂流动而导致的led 2015的劣化。在某些实施例中，流体通过第一室2006的流动速率可以实现大于2000的雷诺数，使得流动速率促进第一室2006处的流体的湍流流动（例如，代替经由翅片2016生成的湍流流动或除此之外）。
96.虽然在本文中已图示和描述本公开的仅某些特征，但本领域技术人员将想到许多修改和改变。因此，将理解的是，所附权利要求旨在涵盖如落入本公开的真实精神内的所有这样的修改和改变。
97.本文中所提出并且要求保护的技术被引用并且应用于有实际性质的实质性对象和具体示例，其可论证地改进本技术领域并且因此不是抽象的、无形的或纯理论的。此外，如果本说明书的末尾所附的任何权利要求包含指定为“用于[执行]
……
[功能]的部件”或“用于[执行]
……
[功能]的步骤”的一个或多个元素，则旨在这样的元素将根据35 u.s.c. 112（f）来解释。然而，对于包含以任何其它方式指定的元素的任何权利要求，旨在这样的元素将不根据35 u.s.c. 112（f）来解释。