水下led燈的制作方法
【專利摘要】具有增強(qiáng)冷卻的水下LED燈，允許使用相當(dāng)多的高功率LED。在所有實(shí)施例中，由LED發(fā)出的大部分熱量通過(guò)有別于通過(guò)是罩殼內(nèi)空氣或其他氣體的對(duì)流的熱轉(zhuǎn)移技術(shù)轉(zhuǎn)移至水下燈的外殼，提供了從LED到燈的罩殼壁的或穿過(guò)罩殼壁到水中的直接熱傳送，其方式是通過(guò)導(dǎo)熱體的傳導(dǎo)或通過(guò)熱管或經(jīng)由熱管增強(qiáng)而傳遞至罩殼的內(nèi)壁，或通過(guò)罩殼壁傳遞至水。本說(shuō)明書(shū)公開(kāi)了各種實(shí)施例。
【專利說(shuō)明】水下LED燈
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉參考
[0002]本申請(qǐng)要求2011年12月30日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/582，019、2012年I月12日提交美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/586051和2012年8月14日提交的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)N0.61/683128之權(quán)益。

【背景技術(shù)】
[0003]1、
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0004]本發(fā)明涉及關(guān)于水下照明的領(lǐng)域。
[0005]2、現(xiàn)有技術(shù)
[0006]目前，基于LED的水下燈的亮度受制于燈具內(nèi)的熱量累積。該熱量由LED本身產(chǎn)生，雖然LED比鎢絲光源以及其他許多光源更高效，但其轉(zhuǎn)換效率依然受損，還是低于從輸入能量到光能量的100%有效轉(zhuǎn)換，該能量差變成熱量，這些熱量主要在發(fā)光二極管結(jié)中產(chǎn)生，還有一些產(chǎn)生自使LED工作的電源和相關(guān)的控制電子線路。
[0007]目前，最亮的那些水下LED燈具通常約為8至20瓦，其中少數(shù)燈具接近60瓦。通過(guò)增大單個(gè)LED的功率或增加LED的數(shù)量或使二者都增大以使這些燈具更亮的嘗試均告失敗，因?yàn)樵诜浪鈿?nèi)部增加的熱量顯著縮短了 LED的工作壽命，或?qū)е缕漕伾儾罨蚬β瘦敵鼋档停蛘呤顾鼈冋w受損。即便那些接近60瓦特的少數(shù)燈具也只是通過(guò)將尺寸加大才實(shí)現(xiàn)的，其尺寸大到了笨重且其應(yīng)用性受限的程度。
[0008]另一方面，在非浸沒(méi)式使用的場(chǎng)合，例如劇院舞臺(tái)燈和室外音樂(lè)會(huì)燈，有具有數(shù)百瓦以上量級(jí)的高功率LED燈可用。因?yàn)橥ㄟ^(guò)設(shè)置冷卻開(kāi)口和風(fēng)扇將環(huán)境空氣大力吸入、使之穿過(guò)并離開(kāi)LED或它們的散熱器，這些燈具的外殼容易將其內(nèi)部熱量從LED的結(jié)部散發(fā)掉。還可以安裝各種附加散熱片和散熱外殼以將熱量進(jìn)一步傳遞給周圍的空氣。在這類應(yīng)用中，冷卻通過(guò)幾乎不斷地供給相對(duì)較涼的空氣而促成。
[0009]然而，當(dāng)整個(gè)燈具裝置被密封于淹沒(méi)在水中的容器內(nèi)時(shí)，上述的方式均無(wú)效果。在這種情況下，容器內(nèi)部的空氣量非常小，其溫度會(huì)迅速地變得異常高。可用的唯一冷卻手段是通過(guò)對(duì)流或傳導(dǎo)來(lái)將熱量從LED轉(zhuǎn)移至空氣中，再?gòu)目諝獾秸謿?nèi)壁，然后通過(guò)罩殼進(jìn)入水中。一些熱量可以通過(guò)輻射直接從LED(或電源等)傳送到罩殼內(nèi)壁上，然后通過(guò)殼壁進(jìn)入水中。盡管如此，熱量積聚仍是獲得更大功率的水下LED燈的最大障礙。這里的最大障礙是使熱量從空氣進(jìn)入罩殼內(nèi)壁。從空氣到內(nèi)壁的轉(zhuǎn)移效率很差，因此空氣溫度升高到不能將足夠的熱量從LED轉(zhuǎn)移至空氣的程度，直至LED的溫升達(dá)到破壞性的高溫。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0010]圖1示出了 Elat1n LED照明模塊和相關(guān)聯(lián)的本發(fā)明的示例性實(shí)施例的零件的初始組合裝置。
[0011]圖2示出圖1所示各零件的完整組合裝置。
[0012]圖3示出了按照本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的完整LED燈的側(cè)視圖。
[0013]圖4是圖3所示實(shí)施例的透視圖。
[0014]圖5示出用于LED燈冷卻的另一個(gè)實(shí)施例。
[0015]圖6是圖5的實(shí)施例的剖視圖。
[0016]圖7示出用于LED燈冷卻的另一個(gè)實(shí)施例。
[0017]圖8是圖7的實(shí)施例的剖視圖。
[0018]圖9示意性地示出了用于LED燈冷卻的另一個(gè)實(shí)施例。
[0019]圖10是圖9的實(shí)施例的剖視圖。
[0020]圖11是表示本發(fā)明的用于冷卻LED燈的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
[0021]圖12是表示本發(fā)明的用于冷卻LED燈的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
[0022]圖13是表示本發(fā)明的用于冷卻LED燈具的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
[0023]圖14是表示本發(fā)明的用于冷卻LED燈具的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
[0024]圖15是表示本發(fā)明的用于冷卻LED燈具的又一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
[0025]圖16示出了本發(fā)明的用于冷卻LED燈具的另一個(gè)實(shí)施例。
[0026]圖17是圖16的實(shí)施例的剖視圖。
[0027]圖18是圖16的實(shí)施例的俯視圖。
[0028]圖19示出了本發(fā)明的用于冷卻LED燈具的另一個(gè)實(shí)施例。
[0029]圖20示出了另一個(gè)水下LED燈，該燈采用12個(gè)高功率LED作為L(zhǎng)ED光源。
[0030]圖21示出了圖20的燈的底部。
[0031]圖22是圖20和21的實(shí)施例的整個(gè)燈組件的半剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]本發(fā)明的示例性實(shí)施例利用市售的由Elat1n Profess1nal公司制造的LED照明燈具(Arena Par Fixture)。該照明燈具旨在面向非浸沒(méi)式應(yīng)用,其中可以使用風(fēng)扇冷卻，因?yàn)橛邢鄬?duì)而言不受限的冷卻空氣源。該照明裝置采用90個(gè)3瓦的Cree XP-E發(fā)光二極管(LED)，即18個(gè)紅光、24個(gè)綠光、24個(gè)藍(lán)光和24個(gè)白光LED。這允許白光照明和受控三原色混合以得到白色和/或原色的任何混合，這些顏色均具有亮度控制，以使得可以在程序控制下實(shí)現(xiàn)基本上任何亮度的任何顏色。在這方面，該照明模塊包括一個(gè)電源接頭和兩個(gè)使用DMX-512協(xié)議的通信端口，使多個(gè)照明模塊可以被菊鏈?zhǔn)竭B接。
[0033]圖1示出了該Elat1n照明模塊和相關(guān)聯(lián)的示例性實(shí)施例的零件的初始組裝的分解圖。Elat1n照明模塊20在其頂部具有散熱器22，其與該照明模塊內(nèi)的90個(gè)LED有非常好的熱接觸。本發(fā)明與該照明模塊夾緊，使得其具有到防水外殼外面的優(yōu)異熱傳導(dǎo)，后文將對(duì)此作詳細(xì)說(shuō)明。為了夾緊在散熱器22上，提供了可用螺栓26和鎖緊墊圈30螺栓連接在一起的一對(duì)半環(huán)。半環(huán)夾24圍繞散熱器22夾在照明模塊20上，其間介以熱接合墊32，以保證從散熱器22到半環(huán)夾24的良好熱傳導(dǎo)，在這方面，該半環(huán)夾24優(yōu)選地由高導(dǎo)熱性材料制成，在本示例性實(shí)施例中采用鋁。半環(huán)夾可以直接夾持在散熱器22的周圍，并且達(dá)到其間具有良好接觸的程度，使得從散熱器22到半環(huán)夾24能夠有良好的熱傳導(dǎo)。但這不是優(yōu)選的，因?yàn)椴荒鼙ＷC圍繞散熱器的整個(gè)周邊接觸良好且均勻，而在散熱器22和半環(huán)夾24之間的任何間隙的熱傳導(dǎo)特性會(huì)很差。特別是，通過(guò)該間隙的熱轉(zhuǎn)移將主要通過(guò)該間隙中空氣的熱傳導(dǎo)率，而該傳導(dǎo)率相當(dāng)?shù)汀Ｓ捎谠撻g隙非常小，基本上不存在對(duì)流方式的熱轉(zhuǎn)移，當(dāng)然通過(guò)輻射的熱轉(zhuǎn)移依賴于這兩個(gè)表面之間非常大的溫差，而這正是本發(fā)明為了保護(hù)LED和驅(qū)動(dòng)電路而在設(shè)法基本上加以消除的。當(dāng)然，可以不使用熱接合墊32，而在本實(shí)施例或在后文描述的替代實(shí)施例中使用其它材料的導(dǎo)熱膏。
[0034]在半環(huán)夾24被介以熱接合墊32夾緊在照明模塊20的散熱器22上后，用螺栓穿過(guò)銅散熱環(huán)34中的孔36擰入半環(huán)夾24中的螺孔38，將銅散熱環(huán)34螺栓連接于半環(huán)夾24。如此組裝提供了從照明模塊20上的散熱器22到銅散熱環(huán)34的極好的熱傳導(dǎo)，因?yàn)榘氕h(huán)夾24和熱接合墊32形成了與散熱器22的相當(dāng)大的接觸面積，而且半環(huán)夾24還提供了與銅散熱環(huán)34的相當(dāng)大的接觸面積?；谇拔奶峒暗耐瑯永碛?，也可以在半環(huán)夾24和銅散熱環(huán)34之間使用適當(dāng)形狀的導(dǎo)熱接合墊或由導(dǎo)熱填充物制成的導(dǎo)熱膏(圖1未示出)。
[0035]圖2示出圖1中所示的各個(gè)零件的完整組合裝置。如圖3中所示，圖2的組合裝置適配于外殼40內(nèi)，外殼優(yōu)選地為不銹鋼材料，具有焊接于其上的凸緣42。凸緣42上有把手44，在圖4中該把手也可見(jiàn)。圖2的組合裝置在外殼40內(nèi)適配，銅散熱環(huán)34置于密封件46上。另一密封件(未示出)置放在銅散熱環(huán)34上，其上有透鏡48，整個(gè)組合裝置用螺釘50穿過(guò)四個(gè)90度夾持件52而螺紋連接在一起。
[0036]成品組合裝置可見(jiàn)于圖4。除了外殼40中的開(kāi)口 54和56之外，所示的整個(gè)組合裝置完全水密，所述開(kāi)口用于電源線和通信電纜，也將被密封，以使整個(gè)組合裝置具有水密性，以適于用作水下照明燈具。在這方面，銅散熱環(huán)34有些外伸入水(把手區(qū)域除外)，以提供相當(dāng)大的對(duì)于水的導(dǎo)熱面積，被加熱的水上升而形成正常對(duì)流方式的冷卻水供給，以保持在整個(gè)LED組合裝置相對(duì)較涼，防止照明模塊20中的發(fā)光二極管或電子器件的熱劣化或失效(圖1和圖2)。因此，可使用較多的高功率LED來(lái)實(shí)現(xiàn)高強(qiáng)度、完全可控的白色和彩色水下照明燈具，以提供高度靈活而緊湊的水下照明燈具。
[0037]本發(fā)明提供了顯著增加水下燈具中LED的數(shù)量和/或功率和/或這二者的能力。它還提供了這樣的能力:將“干燥” LED燈具裝入水下罩殼而能夠轉(zhuǎn)移出足夠的熱量進(jìn)入水中，讓LED以正常的預(yù)期壽命和亮度工作。本發(fā)明還提供了這樣的能力:與裝入現(xiàn)有的舞臺(tái)燈具不同，可將任何新設(shè)計(jì)的高功率光引擎放置在水密罩殼中。本發(fā)明通過(guò)如下方式使上述能力成為可能:將熱源直接地且物理地結(jié)合于高導(dǎo)熱材料，其與罩殼內(nèi)部直接物理接觸，并且在接合處具有導(dǎo)熱材料如導(dǎo)熱膏或?qū)釅|以基本上形成“熱高速公路”，可免除對(duì)于內(nèi)部輻射、空氣傳導(dǎo)和/或空氣對(duì)流之依賴。這是通過(guò)將熱源直接地且物理地結(jié)合于穿過(guò)罩殼的壁并進(jìn)入周圍的水的高導(dǎo)熱材料來(lái)完整的。本發(fā)明用有限量的昂貴導(dǎo)熱材料例如銅來(lái)實(shí)現(xiàn)上述能力，從而使罩殼或外殼本身基本上由成本較低的材料構(gòu)成。
[0038]本發(fā)明包括冷卻這種燈具的各種其他方式。舉例來(lái)說(shuō)，可采用使外殼76插入水中的多個(gè)散熱片74通過(guò)熱傳導(dǎo)將熱量傳遞至外殼76的內(nèi)部，如圖5和圖6所示。這涉及設(shè)于外殼的不同橫截面的散熱片74，而不是單一的散熱片。各散熱片74可使防水罩殼延伸進(jìn)水中。在罩殼內(nèi)側(cè)各散熱片可與發(fā)熱元件如發(fā)光二極管的電路板或電源78相接觸。罩殼可以通過(guò)各種方式封閉，例如在圖1-4的實(shí)施例使用透明蓋封閉。此方法使熱量能夠比單散熱片更有效地移除，因?yàn)樗挟a(chǎn)生熱量的元件可以具有將熱量顯著且直接地傳導(dǎo)到水中的路徑。
[0039]圖7和圖8示出了冷卻燈具的另一種方法。這里的有效導(dǎo)熱路徑從發(fā)熱元件例如(但不限于)位于罩殼82上部的LED電路板、導(dǎo)熱體86和電源80到防水罩殼(例如不銹鋼或銅的罩殼)的內(nèi)壁(在電源80的情況下為底部)。傳遞至金屬(或其它類型的導(dǎo)熱尚好的)罩殼82 (外殼)內(nèi)壁的熱量會(huì)非常迅速地以傳導(dǎo)方式通過(guò)殼壁并且以越過(guò)可選的垂直散熱片84的對(duì)流方式進(jìn)入水中。如果熱量以傳導(dǎo)方式轉(zhuǎn)移至罩殼82的內(nèi)壁上，則熱量轉(zhuǎn)移至水中的整個(gè)過(guò)程的效率將遠(yuǎn)高于當(dāng)前的熱量轉(zhuǎn)移方法，即主要通過(guò)截獲于罩殼中的空氣和內(nèi)壁之間(強(qiáng)制或自由)的對(duì)流的熱量轉(zhuǎn)移。這種到內(nèi)壁的對(duì)流通路是市場(chǎng)上的水下LED燈的主要熱轉(zhuǎn)移通路，是熱轉(zhuǎn)移的重大障礙。本方法可消除高傳熱阻力的對(duì)流通路。
[0040]根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的到罩殼內(nèi)壁的傳導(dǎo)通路通過(guò)與發(fā)熱元件與罩殼內(nèi)壁這二者接觸的重大導(dǎo)熱構(gòu)件實(shí)現(xiàn)。例如，其上裝有發(fā)光二極管的電源所在的銅板可以被壓配到外殼的內(nèi)側(cè)。同樣地，一個(gè)或多個(gè)銅板可以與LED電路板接觸或可以為其擴(kuò)展部分，因此被擴(kuò)展到具有被壓入防水罩殼內(nèi)部的有效區(qū)域。同樣地，此類板可以用螺栓連接、焊接、膠接或銅焊到罩殼的內(nèi)面；任何可使它們與外殼的內(nèi)壁緊密接觸而其間不存在高的熱轉(zhuǎn)移阻力的方法都可滿足要求。
[0041]圖9和圖10示意性地示出一個(gè)實(shí)施例，其中產(chǎn)生熱的LED88安裝在擱架狀導(dǎo)熱體90上，電源92直接靠貼于外殼102的底部安裝。因此，防水罩殼可以做成在其內(nèi)面具有可以直接安裝發(fā)熱元件的區(qū)域。例如，罩殼的一部分形成外殼內(nèi)面上的擱架，電源或LED電路板固定在其上。當(dāng)然，就此方法的所有這些實(shí)例而言，如果需要的話，位于罩殼外側(cè)的散熱片能進(jìn)一步增加熱轉(zhuǎn)移。
[0042]從罩殼移除熱量的另一種方法是使用某種形式的熱管。一些利用可經(jīng)歷相變的介質(zhì)的熱管可以被用來(lái)將熱量從發(fā)熱元件如LED電路板或電源移走。這樣的熱管94(僅示出一個(gè)，然而通?？偸鞘褂枚鄠€(gè)熱管)可以將熱轉(zhuǎn)移至防水罩殼的內(nèi)壁(圖11)。這類似于上述方法，但是不同于以傳導(dǎo)使熱到達(dá)罩殼內(nèi)壁的方式，而是通過(guò)熱管內(nèi)的大量流體移動(dòng)和流體的相變將熱帶到那里。這種將熱量移至內(nèi)壁的方法比通過(guò)防水罩殼內(nèi)捕集的空氣的對(duì)流將熱量轉(zhuǎn)移至內(nèi)壁的現(xiàn)行方法更有效。在圖11的實(shí)施例中，電源96直接安裝在外殼底部并且LED組直接安裝在導(dǎo)熱體構(gòu)件98上，其直接將熱量傳至外殼102的壁上。在所示的實(shí)施例中，外殼102包括用于附加冷卻的散熱片100。
[0043]或者，此類熱管103可穿透外殼直接進(jìn)入水中(圖12)來(lái)傳遞熱量。熱量然后在水中會(huì)以對(duì)流方式被帶走。或者，此類熱管可以保持在罩殼內(nèi)并將熱量傳遞至一個(gè)或多個(gè)散熱片104，所述散熱片貫通防水罩殼的壁的兩側(cè)，并通過(guò)對(duì)流將熱量傳入水中(圖13)。
[0044]現(xiàn)在參照?qǐng)D14，來(lái)看采用熱管的另一個(gè)實(shí)施例。此實(shí)施例類似于圖11的實(shí)施例，但采用一個(gè)或多個(gè)熱管150來(lái)輔助將LED的熱量從導(dǎo)熱體98分配到外殼102，并且因此到達(dá)周圍的水中。因?yàn)樗镜臉?gòu)造，可使用多個(gè)熱管，或者也可使用單個(gè)環(huán)形熱管。環(huán)形熱管的制造成本可能較低，然而效果不好，除非水下燈垂直朝上，環(huán)形熱管被保持成水平。多個(gè)熱管能很好地工作，即使水下燈的角度傾斜至一個(gè)角度范圍，具體取決于圍繞外殼102內(nèi)面的每個(gè)光管的角度范圍和其他熱管參數(shù)。
[0045]圖15類似于圖14，它用熱管152將LED的熱量從導(dǎo)熱體(雖然僅在本實(shí)施例中)直接轉(zhuǎn)移至水。這里單個(gè)熱管不能在所示構(gòu)造中使用，因?yàn)閱蝹€(gè)熱管不能如圖所示地穿透外殼。然而，作為另一種選擇，單個(gè)環(huán)形熱管可以被用作局部的部分即外殼本身的延伸，但是這樣會(huì)受到前述的垂直限制。
[0046]另外可以制備熱管106,其將水從防水罩殼108以外導(dǎo)入罩殼內(nèi)，然后再流出(圖16-18)。水(有相變或無(wú)相變)將憑借由發(fā)熱元件導(dǎo)致的對(duì)流從這些熱管流過(guò)。水流過(guò)外殼108時(shí)，會(huì)從發(fā)熱元件(如導(dǎo)熱體110上的LED電路板或電源112)得到熱量，然后流出防水罩殼，在比進(jìn)入時(shí)高的水位返回更大的水體。同時(shí)較涼的水會(huì)在較低水位進(jìn)入熱管中。這樣的熱管實(shí)際上可以穿過(guò)導(dǎo)熱體110和/或電源112，并可用來(lái)有效地在外殼自身面積之外增加散熱面積。舉例來(lái)說(shuō)，如果熱管之間隔開(kāi)一個(gè)熱管內(nèi)徑“D” (熱管中心到中心為2個(gè)直徑)，則每個(gè)將具有HD的內(nèi)周長(zhǎng)(稍大于3D)，或它們的整體周長(zhǎng)能夠?yàn)槠渲行乃趫A的圓周長(zhǎng)的1.5倍。計(jì)入外殼本身的周長(zhǎng)，這種方式提供了近2.5倍的外殼單獨(dú)暴露于水的面積。
[0047]LED也可以放置在具有良好導(dǎo)熱性的電路板上，例如其上具有相應(yīng)的電路連接部分和電路的銅板，其上局部地安裝了印刷電路板。這樣的構(gòu)造由一些高功率LED促成，在發(fā)熱的LED下有熱墊，電連接部分稍偏離于熱墊。這使熱墊能夠直接安裝于銅或其他導(dǎo)熱體上，但這樣的構(gòu)造不對(duì)本發(fā)明構(gòu)成限制。這種總體構(gòu)造提供了如圖19所示的以下特征。這些電路板110、120等的占用面積比LED和置于其上的附隨電路更大。然后，包含LED和附隨電路的電路板的該部分(且僅為該部分)可以被密封在防水介質(zhì)(例如環(huán)氧樹(shù)脂)中而形成外殼的一部分，以允許整個(gè)單元暴露于水中，如圖19中所示。由于電路板比置于其上的電子元件與LED大，并且因?yàn)樗鼈兙哂辛己脤?dǎo)熱性，這就使熱量較多地、有效地從電路板的暴露于水的非密封部分轉(zhuǎn)移至水中。由于各電路板的非密封部分與水接觸，熱量會(huì)通過(guò)熱傳導(dǎo)有效地傳遞至電路板的非密封部分，然后有效地進(jìn)入水中。在某些情況下(例如電路板130和140)，板可以向外延伸到使板的外周邊的兩側(cè)都暴露于水的程度。
[0048]圖20說(shuō)明另一個(gè)水下LED燈58，該燈使用12個(gè)高功率LED作為光源。這些LED被布置成3個(gè)LED的內(nèi)環(huán)和9個(gè)LED的外環(huán)。
[0049]圖21示出了圖20的燈的底部。冷卻散熱片或板60中刻有一些“U”形凹槽，這些凹槽從散熱片/板60的邊緣行進(jìn)到恰好在這些LED的下面。這些槽被配置成三個(gè)單獨(dú)凹槽62和與之交錯(cuò)的三對(duì)凹槽64和66。三個(gè)凹槽62向內(nèi)延伸到LED的外環(huán)，被取向成恰好位于外側(cè)圓內(nèi)的LED中相應(yīng)的一個(gè)的下面。在三對(duì)凹槽64和66中，凹槽64向內(nèi)延伸到LED的內(nèi)環(huán)，使之恰好位于某個(gè)相應(yīng)的內(nèi)環(huán)LED的下面。三個(gè)凹槽66向內(nèi)延伸到這些LED的外環(huán)中恰好位于其余六個(gè)LED的下面。圖中所示的陰影部分是為了顯示散熱片/板60上的某些熱點(diǎn)，并非物理構(gòu)造部分。
[0050]圖22是通過(guò)開(kāi)口 68 (多個(gè)這種開(kāi)口之一)剖切的本實(shí)施例的整個(gè)燈組件的半剖視圖。構(gòu)件70相對(duì)于頂部組件密封并相對(duì)于冷卻散熱片/板60密封，冷卻散熱片/板60形成在其上安裝LED的燈組件的基座。冷卻散熱片/板60沿徑向外伸超出所述構(gòu)件70但不到燈的外殼體72，以形成冷卻散熱片/板60的外徑和殼體72的內(nèi)徑之間的冷卻水的入□。
[0051]在使用過(guò)程中，由位于冷卻散熱片/板60頂部的高功率LED放出的熱會(huì)加熱冷卻散熱片/板60以及水，尤其是在凹槽62、64和66中的水。冷卻散熱片/板60將該熱量中的一些傳導(dǎo)到位于外側(cè)的或超出殼體72的殼體外環(huán),也將位于冷卻散熱片/板下面、上面和超出其的水加熱。因其密度下降，這種被加熱的水上升，最終作為第一冷卻源流出到開(kāi)口
68。此外，該水的流動(dòng)降低了凹槽62、64和66端部的壓力，使水流出凹槽的端部，從而為上升的更涼的水所取代以保持凹槽充滿水。這樣便形成了第二冷卻源，使整個(gè)系統(tǒng)對(duì)于達(dá)到預(yù)期目標(biāo)十分有效。在本質(zhì)上，凹槽在不減薄整體散熱片/板的情況下提供了水的流路和短的傳導(dǎo)路徑，這種減薄會(huì)降低冷卻散熱片/板的向外的徑向熱傳導(dǎo)。
[0052]于是，冷卻散熱片/板60上方的環(huán)形間隙有助于將被加熱的水從散熱片/板抽走，并且將更涼的水從下方吸上來(lái)。為達(dá)成此目的，在散熱片/板的臨水一側(cè)切入凹槽62、64和66。這些溝槽具有幾種作用:
[0053]i )它們?cè)跍囟茸罡叩母鱾€(gè)LED元件基部下方通過(guò)，并且由于該處板的截面厚度減少這些凹槽使熱量可以更快地傳遞至板的臨水側(cè)，在該處熱量可以被水吸走。
[0054]? )它們可增加暴露于水的板的表面積，使更多的熱量被水吸走。
[0055]iii)所述凹槽被切割成使得它們?cè)谔峁┹^薄的截面而允許熱量從燈具的內(nèi)部傳輸?shù)嚼鋮s散熱片/板的臨水側(cè)的同時(shí)仍然允許非常良好的橫向散熱。通過(guò)允許從燈具內(nèi)部到臨水側(cè)的良好熱轉(zhuǎn)移，同時(shí)仍然允許熱量被更好地橫向傳遞至散熱片/板的其余部分，使熱轉(zhuǎn)移得以最優(yōu)化。僅僅整體上更薄的散熱片/板會(huì)存在無(wú)助于冷卻的區(qū)域，因?yàn)樯崞?板的很大區(qū)域(即那些不是直接地或接近直接地位于LED元件下方的區(qū)域)不能有效地將熱量傳遞至其自身。類似地，整體上厚的散熱/板能夠允許熱量被良好地橫向轉(zhuǎn)移，但是將熱量從燈具內(nèi)轉(zhuǎn)移至散熱片/板的臨水側(cè)的效率較低。凹槽通過(guò)提供橫向熱轉(zhuǎn)移和從燈具內(nèi)部到散熱片/板的臨水側(cè)的熱轉(zhuǎn)移之間的最佳適配，使熱轉(zhuǎn)移得到優(yōu)化。
[0056]可設(shè)有水泵以不斷地驅(qū)動(dòng)較涼的水從散熱片/板上流過(guò)。
[0057]在一些本文公開(kāi)的實(shí)施例中，沒(méi)有示出完整的防水罩殼，而僅示出某些方面。通常，此類罩殼可以是完整的并且以任何常規(guī)方式密封，例如(但不限于)圖1-4中所示。在所有情況下，以不同于通過(guò)罩殼內(nèi)的空氣或其他氣體的對(duì)流方式的通過(guò)直接熱傳遞或經(jīng)由燈的罩殼壁的的技術(shù)，將由LED發(fā)出的大部分熱量轉(zhuǎn)移至水下燈的外殼，其條件是通過(guò)導(dǎo)熱體的傳熱優(yōu)選地具有至少8Btu/(ft.hr.T )的傳熱系數(shù)(例如不銹鋼)，更優(yōu)選地為至少I 1Btu/(ft.hr.°F )(例如招)，或還更優(yōu)選地為220Btu/(ft.hr.°F )(例如銅)，或者通過(guò)到達(dá)罩殼內(nèi)壁或穿過(guò)罩殼壁而到達(dá)水的熱管來(lái)增強(qiáng)。
[0058]因此，本發(fā)明具有多個(gè)方面，這些方面可單獨(dú)使用或按照需要以各種組合或子組合實(shí)施。然而，本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例是為了說(shuō)明而不是為了限制目的被公開(kāi)和描述，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下可以在形式和細(xì)節(jié)上作出各種改變。
【權(quán)利要求】
1.一種適于水下使用的LED燈，包括: LED燈組件，所述燈組件有可從所述組件的外圍熱訪問(wèn)的散熱器； 板，所述板與所述散熱器聯(lián)接以從所述散熱器傳熱； 外殼，所述外殼具有開(kāi)放頂部和位于其所述開(kāi)放頂部的向外延伸的凸緣； 所述LED燈組件位于所述外殼中，使所述板在所述外殼的頂部緊固在所述凸緣上，并向外延伸超出所述凸緣的大部分；以及 透鏡； 至少一個(gè)透鏡夾，其將所述透鏡夾持于所述板上； 所述透鏡、板和凸緣的組合被密封，從而在所述外殼中的任何其它開(kāi)口可被密封，以提供適于水下使用的LED燈。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈，其中所述板通過(guò)夾持于所述散熱器的導(dǎo)熱夾聯(lián)接于所述散熱器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的LED燈，其中在所述外殼的中的任何其他開(kāi)口包括一個(gè)用于電源連接的開(kāi)口。
4.一種適于水下使用的LED燈,包括: 夕卜殼; 所述外殼內(nèi)的多個(gè)LED ； 所述LED安裝在所述外殼中，以通過(guò)不同于在所述外殼內(nèi)的對(duì)流的方式將源自所述LED的大部分熱量轉(zhuǎn)移至所述外殼和/或所述外殼周圍的水中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈，其中熱量以傳導(dǎo)方式通過(guò)導(dǎo)熱體轉(zhuǎn)移至所述外殼的壁的內(nèi)表面，并以對(duì)流方式從所述外殼的外壁轉(zhuǎn)移至所述外殼之外。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈，其中所述外殼具有穿過(guò)所述外殼的至少一個(gè)導(dǎo)熱體，并且其中熱量以傳導(dǎo)方式通過(guò)穿過(guò)外殼的壁的導(dǎo)熱體從LED轉(zhuǎn)移至水，并以對(duì)流方式從所述導(dǎo)熱體轉(zhuǎn)移至所述外殼之外。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈,其中所述外殼具有在外殼的外壁上的多個(gè)散熱片，并且其中熱量以傳導(dǎo)方式通過(guò)到達(dá)所述外殼的壁的內(nèi)表面的導(dǎo)熱體而從LED轉(zhuǎn)移至水，并通過(guò)在所述外殼之外的對(duì)流從所述外殼的所述散熱片轉(zhuǎn)移至水。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED燈，其中所述散熱片是水平散熱片。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的LED燈，其中所述散熱片是垂直散熱片。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈，還包括在所述外殼中的電源和至少一個(gè)熱管，并且其中通過(guò)聯(lián)接在所述電源和所述外殼的所述內(nèi)表面之間的至少一個(gè)熱管將熱量從所述電源轉(zhuǎn)移至所述外殼的內(nèi)表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的LED燈，其中所述外殼具有垂直散熱片，所述垂直散熱片在所述外殼的外表面上。
12.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈，還包括在所述外殼中的電源和至少一個(gè)熱管，并且其中來(lái)自所述電源的熱量通過(guò)所述至少一個(gè)熱管轉(zhuǎn)移至水，所述至少一個(gè)熱管具有聯(lián)接于所述電源的第一端和穿過(guò)所述外殼的壁將熱量直接轉(zhuǎn)移至水的第二端。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的LED燈，其中所述外殼具有垂直散熱片，所述垂直散熱片在所述外殼的外表面上。
14.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈，其中所述外殼具有通過(guò)所述外殼的多個(gè)垂直管，用于使水通過(guò)所述多個(gè)垂直管對(duì)流，并且其中熱量至少部分地通過(guò)導(dǎo)熱體以傳導(dǎo)方式從所述LED轉(zhuǎn)移至所述垂直管中的水。
15.根據(jù)權(quán)利要求4所述的LED燈，其中所述LED安裝在所述外殼的底部并且其中所述外殼的底部向外延伸超出所述外殼的側(cè)壁，所述外殼具有圍繞所述外殼的外側(cè)的殼體，在所述殼體和所述外殼的底部之間具有至少一個(gè)開(kāi)口，并且靠近所述殼體的頂部具有至少一個(gè)開(kāi)口，從而使水可以在所述殼體和所述外殼之間流動(dòng)，并在所述外殼的底部的至少一部分的頂部上流過(guò)。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的LED燈，其中所述外殼的底部的下表面內(nèi)具有凹槽，每個(gè)凹槽從至少一個(gè)LED的下面延伸到所述外殼的底部的邊緣，以提供從每個(gè)LED的下面到所述外殼的底部的外緣側(cè)的水流通路。
17.一種適于水下使用的LED燈，包括: LED燈組件，所述LED燈組件具有可從所述組件的外圍熱訪問(wèn)的散熱器； 夾具，所述夾具聯(lián)接于所述散熱器的周圍以從所述散熱器傳導(dǎo)熱量； 板，所述板聯(lián)接于所述夾具以從所述夾具傳導(dǎo)熱量； 外殼，所述外殼具有開(kāi)放的頂部和位于其開(kāi)放的頂部的向外延伸的凸緣； 所述LED燈組件和夾具位于所述外殼中，使所述板在所述外殼的頂部緊固在所述凸緣上，并向外延伸超出所述凸緣的大部分；以及 透鏡； 至少一個(gè)透鏡夾，其將透鏡保持于所述板上； 所述透鏡、板和凸緣的組合被密封，從而所述外殼中的任何其它開(kāi)口可被密封，以提供適于水下使用的LED燈。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的LED燈，其中在所述外殼中的任何其他開(kāi)口包括一個(gè)用于電源連接的開(kāi)口。
19.一種適于水下使用的LED燈，包括: 夕卜殼; 在所述外殼內(nèi)的LED組； 所述LED組被安裝在導(dǎo)熱體上并與所述導(dǎo)熱體緊密熱接觸； 所述導(dǎo)熱體與壁的第一表面緊密熱接觸，所述壁的與所述第一表面相對(duì)的第二表面上有水； 從而當(dāng)所述外殼被密封且所述LED燈在水下工作時(shí)，所述LED組的大部分冷卻是以傳導(dǎo)方式將所述LED組產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)移至所述外殼的內(nèi)表面，而不是以對(duì)流或輻射方式將熱量轉(zhuǎn)移至所述外殼的內(nèi)表面。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的LED燈，其中所述導(dǎo)熱體的熱傳導(dǎo)率為至少14W/mK。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的LED燈，其中與所述壁形成外殼的一部分，在所述外殼的外表面上有至少一個(gè)冷卻散熱片。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的LED燈，其中所述冷卻散熱片被取向?yàn)榇怪庇谒鯨ED燈投射光的方向。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的LED燈，其中所述冷卻散熱片是所述導(dǎo)熱體的延伸部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的LED燈，其中所述冷卻散熱片包括多個(gè)冷卻散熱片。
25.根據(jù)權(quán)利要求22所述的LED燈，其中所述冷卻散熱片被取向?yàn)槠叫杏谒鯨ED燈投射光的方向。
26.根據(jù)權(quán)利要求25所述的LED燈，其中所述冷卻散熱片包括多個(gè)冷卻散熱片。
27.根據(jù)權(quán)利要求19所述的LED燈，其中所述壁包括多個(gè)垂直管，所述多個(gè)垂直管穿過(guò)外殼以讓水從中流過(guò)。
28.根據(jù)權(quán)利要求19所述的LED燈,其中所述壁包括位于殼體內(nèi)的外殼,在所述外殼和所述殼體之間有讓水從中流過(guò)的開(kāi)口。
【文檔編號(hào)】F21V29/00GK104136841SQ201280070633
【公開(kāi)日】2014年11月5日 申請(qǐng)日期:2012年12月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月30日
【發(fā)明者】T·庫(kù)達(dá), G·巴斯凱特, D·拉里維埃, B·卡爾皮切夫, M·W·富勒, J·卡納梵, S·溫斯洛, A·萊昂 申請(qǐng)人:以Wet設(shè)計(jì)公司名義營(yíng)業(yè)的Wet企業(yè)股份有限公司