(57)【要約】  発光ダイオード照明機器のための熱除去アセンブリが記述される。熱除去アセンブリの一実施形態は、発光ダイオードからの熱を受けるように構成される複数のフィンを含む。複数のフィンにおいて、２つの隣接するフィンはギャップ幅によって分離され、各フィンはフィン長さを有する。熱除去アセンブリは、複数のフィンからの熱を除去するために複数のフィンを介して、スタック効果空気流を引き出すように構成されるダクトを含む。２つの隣接するフィンを分離するギャップ幅及び各フィンのフィン長さは、複数のフィンを閉塞する境界層を防ぐように構成される。一実施形態において、熱除去アセンブリは、発光ダイオードから熱を受けるように構成される、コンダクタ及び蓄熱システムを含む。熱除去アセンブリ、発光ダイオード、及びコネクタプラグを含む照明機器も記述される。一実施形態において、照明機器はスタック効果空気流の流入フロー及び流出フローが分離される凹状の缶内に設置され得る。発光ダイオードからの熱を除去するための方法も記述される。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオード照明機器のための熱除去アセンブリにおいて、発光ダイオードから熱を受けるように構成される複数のフィンであって、複数のフィンの２つの隣接するフィンがギャップ幅によって分離され、複数のフィンのそれぞれがフィン長さを有する複数のフィンと、複数のフィンから熱を除去するために複数のフィンを介してスタック効果空気流を引き出すように構成されるダクトであって、複数のフィンの隣接する２つのフィンを分離するギャップ幅及び複数のフィンのそれぞれのフィン長さが、複数のフィンに従って閉塞する境界層を減少させるように構成されるダクトと、を含む発光ダイオード照明機器のための熱除去アセンブリ。
【請求項２】
複数のフィンのそれぞれのフィン長さは、ダクトのダクト長さよりも短くなるように構成される請求項１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項３】
２つの隣接するフィンのギャップ幅は、複数のフィンの隣接する２つのフィンの境界層の幅よりも大きく構成される請求項１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項４】
ダクトは、長さとともに減少する断面積でさらに構成される請求項１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項５】
発光ダイオードからの熱を複数のフィンに伝導するコンダクタをさらに含む請求項１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項６】
発光ダイオードは、実質的にコンダクタの中心で位置づけられ、さらに、複数のフィンは、実質的に、コンダクタのエッジで位置づけられ、さらに、コンダクタは、その中心からエッジに向かって外方に熱を伝導するようにさらに構成される請求項５に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項７】
コンダクタは、発光ダイオードの動作中に実質的に均一な温度を有するように構成される請求項５に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項８】
発光ダイオードからの熱を受けるように構成される蓄熱システムをさらに含む請求項１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項９】
蓄熱システムは、相変化材料を含む請求項８に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１０】
蓄熱システムは、ダクトによって実質的に囲まれる体積内に配置されるように構成される請求項８に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１１】
発光ダイオードからの熱を複数のフィンに伝導するように構成されるコンダクタをさらに含み、コンダクタは、発光ダイオードからの熱を蓄熱システムに伝導するようにさらに構成される請求項８に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１２】
発光ダイオードは、実質的にコンダクタの中心で位置づけられ、さらに、複数のフィンは、実質的にコンダクタのエッジに位置づけられ、さらに、コンダクタは、その中心からエッジに向かって外方に熱を伝導するようにさらに構成される請求項１１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１３】
コンダクタは、発光ダイオードの動作中に、実質的に均一な温度を有するように構成される請求項１１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１４】
蓄熱システムは、ダクト及びコンダクタによって実質的に囲まれる体積内に配置されるように構成される請求項１１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１５】
発光ダイオード照明機器のための熱除去アセンブリにおいて、発光ダイオードから熱を受けるように構成される複数のフィンであって、複数のフィンの２つの隣接するフィンがギャップ幅によって分離され、複数のフィンのそれぞれがフィン長さを有する複数のフィンと、複数のフィンから熱を除去するために複数のフィンを介してスタック効果空気流を引き出すように構成されるダクトであって、複数のフィンの隣接する２つのフィンを分離するギャップ幅及び複数のフィンのそれぞれのフィン長さが、複数のフィンに従って閉塞する境界層を減少させるように構成されるダクトと、発光ダイオードからの熱を受けるように構成される蓄熱システムと、を含む発光ダイオード照明機器のための熱除去アセンブリ。
【請求項１６】
複数のフィンのそれぞれのフィン長さは、ダクトのダクト長さよりも短くなるように構成される請求項１５に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１７】
２つの隣接するフィンのギャップ幅は、複数のフィンの隣接する２つのフィンの境界層の幅よりも大きく構成される請求項１５に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１８】
ダクトは、長さとともに減少する断面積でさらに構成される請求項１５に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１９】
蓄熱システムは、相変化材料を含む請求項１５に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項２０】
蓄熱システムは、ダクトによって実質的に囲まれる体積内に配置されるように構成される請求項１５に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項２１】
発光ダイオードからの熱を複数のフィンに伝導するように構成されるコンダクタをさらに含み、コンダクタは、発光ダイオードからの熱を蓄熱システムに伝導するようにさらに構成される請求項１５に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項２２】
発光ダイオードは、実質的にコンダクタの中心で位置づけられ、さらに、複数のフィンは、実質的にコンダクタのエッジに位置づけられ、さらに、コンダクタは、その中心からエッジに向かって外方に熱を伝導するようにさらに構成される請求項２１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項２３】
コンダクタは、発光ダイオードの動作中に、実質的に均一な温度を有するように構成される請求項２１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項２４】
蓄熱システムは、ダクト及びコンダクタによって実質的に囲まれた体積内に配置されるように構成される請求項２１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項２５】
請求項１に記載の熱除去アセンブリ、及び発光ダイオードを含む発光ダイオード照明機器。
【請求項２６】
電源ソケットに電気的に接続されるコネクタプラグをさらに含み、コネクタプラグは、発光ダイオードに電力を供給するようにさらに構成される請求項２５に記載の発光ダイオード照明機器。
【請求項２７】
凹状の缶をさらに含み、発光ダイオード照明機器は、凹状の缶内に設置され、さらに、ダクトは、スタック効果空気流の流入フローと流出フローとを分離する請求項２５に記載の発光ダイオード照明機器。
【請求項２８】
請求項１５に記載の熱除去アセンブリ、及び発光ダイオードを含む発光ダイオード照明機器。
【請求項２９】
電源ソケットに電気的に接続されるコネクタプラグをさらに含み、コネクタプラグは、発光ダイオードに電力を供給するようにさらに構成される請求項２８に記載の発光ダイオード照明機器。
【請求項３０】
凹状の缶をさらに含み、発光ダイオード照明機器は、凹状の缶内に設置され、さらに、ダクトは、スタック効果空気流の流入フローと流出フローとを分離する請求項２８に記載の発光ダイオード照明機器。
【請求項３１】
発光ダイオードからの熱を除去するための方法であって、複数のフィンを備えること、ダクトを備えること、複数のフィンを介して、スタック効果空気流を引き出すようにダクトを構成すること、複数のフィンに従って閉塞する境界層を減少させるように複数のフィンの隣接する２つのフィンを分離するギャップ幅を構成すること、複数のフィンに従って閉塞する境界層を減少させるように複数のフィンのそれぞれのフィン長さを構成すること、複数のフィンに従って閉塞する境界層を減少させるようにダクトのダクト長さを構成すること、発光ダイオードを作動すること、発光ダイオードからの熱を複数のフィンに伝導すること、複数のフィンからの熱をスタック効果空気流に伝達すること、を含む方法。
【請求項３２】
蓄熱システムを備えること、及び発光ダイオードからの熱を蓄熱システムに伝導することをさらに含む請求項３１に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱除去システム及び発光ダイオード照明機器のための方法に関する。
【０００２】
この出願は、２００８年３月２日に出願された、発明の名称「ＬＥＤランプのための熱対流モデル」の米国仮特許出願第61/032988号、及び、２００９年２月１２日に出願された、発明の名称「熱除去システム及び発光ダイオード照明機器のための方法」の米国特許出願第12/370521号の優先権を求める。
【背景技術】
【０００３】
発光ダイオード（ＬＥＤ）は、ｐ−ｎ接合の順方向において電気的にバイアスがかけられたときに、電気的非干渉性の狭スペクトル光を発する半導体ダイオードである。ＬＥＤは、他のライティングソリューションを越える特有の有利性を有する。それらは、低い入力電力とともに、より多くの光出力を生成するように、高効率で動作し、本質的に長寿命を有する。例えば、ＬＥＤは、典型的に、白熱電球よりも、単位ワットあたりで、より多くの光をつくり出し、より長く発光し続ける。また、ＬＥＤの出力光も、厳しい照明装置の要求に適合するように、色の適合及び調整がなされ得る。一方、白熱電球の出力光及び蛍光灯の光は、効果的に調整され得ない。それ故、充電バッテリ又はエネルギを節約する装置でしばしば使用されるＬＥＤは、例えば、フラッシュライト、エリア照明、及び一般的な家庭の光源のような、高出力装置においてますます普及してきている。
【０００４】
白熱電球及び蛍光灯とは異なり、ＬＥＤは、通常、低温で動作しなければならない半導体装置である。このため、一部において、ＬＥＤのｐ−ｎ接合温度は、劣化及び破損を防止するために十分に低く維持される必要がある。白熱電球及び蛍光灯が、それぞれ、非常に熱いフィラメント又はガス放電管から直接放射によって熱を損する一方で、ＬＥＤは、ｐ−ｎ接合からの伝導による熱を、消散される前に、ＬＥＤパッケージのケースに向かって除去しなければならない。従来のＬＥＤパッケージは、それ故、典型的に、様々な熱除去スキームを採用する。より低い連続温度は、出力光の所定のレベルについて、より高い有効性を生じるため、熱除去スキームの効果は、そのようなＬＥＤがいかに良く作動するかを決定する。
【０００５】
ＬＥＤを冷却することに対する従来の消極的なアプローチの１つは、外気に露出するフィン状のヒートシンクを提供する。そのようなアプローチにおいて、熱伝達方程式における熱閉塞点（熱チョークポイント）は、典型的に、空気界面に対するヒートシンクである。この界面を横断して伝達する熱を最小化するために、露出されたヒートシンク領域は、典型的に最小化され、ヒートシンクのフィンは、典型的に、フィンを越えて存在している空気流の有利性をとるように指向される。不運にも、そのような従来の消極的なアプローチは、様々な理由のためにＬＥＤを効果的に冷却しない。それ故、このアプローチを利用する典型的なＬＥＤ照明装置において、ＬＥＤは、しばしば、それらの寿命を延長し、それらの効率を保つために、それらの利用可能な光出力能力の半分未満で作動される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
他のＬＥＤ照明装置は、例えば、駆動ファンとともに、フィン状のヒートシンクにわたって空気に力を与えるという、ＬＥＤを冷却するための従来の積極的なアプローチを利用する。もう１つの例は、フィン状のヒートシンクを越えて空気を「吐出する」ためのダイアフラム変位法を用いる「Synjet」として参照される特許出願中の製品である。そのような積極的なアプローチは、ＬＥＤから熱を除去することにおいて、より効果的であり得る一方で、それらは多くの負の問題を有する。例えば、これらのアプローチは、典型的に、所定のＬＥＤ照明装置に対してコストを追加する、駆動される要素を利用していた。加えて、これらのアプローチは、典型的に騒々しく、寄生的な電気損失を示し、そして、典型的に、信頼できない可動部品を導入する。
【０００７】
前述の関係技術及びそこに関係する制限は、例示的であるということが意図され、唯一のものではない。他の関係する技術の制限が、明細書の解釈と図面の観察において明白となるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
発光ダイオード照明機器のための熱除去アセンブリが記述される。熱除去アセンブリの一実施形態は、発光ダイオードからの熱を受けるように構成される複数のフィンを含む。複数のフィンにおいて、２つの隣接（近接）するフィンは、ギャップ幅（間隙幅）によって分離され、そしてそれぞれのフィンは、フィン長さを有する。熱除去アセンブリはまた、複数のフィンからの熱を除去するように、複数のフィンを介してスタック効果空気流を引き出すように構成されるダクトを含む。２つの隣接するフィンを分離するギャップ幅と、各フィンのフィン長さは、複数のフィンを閉塞する境界層を防止するように構成される。一実施形態において、熱除去アセンブリはまた、発光ダイオードからの熱を受けるように構成される、コンダクタと蓄熱システムを含む。照明機器は、熱除去アセンブリ、発光ダイオードを含み、コネクタプラグもまた記述される。一実施形態において、照明機器は、スタック効果空気流の流入及び流出フローが分離される、凹状の缶内に設置され得る。発光ダイオードからの熱を除去するための方法もまた記述される。
【０００９】
この要約は、以下の詳細な説明においてさらに記述される簡略化された形式における概念の選択を紹介するために与えられる。この要約は、請求される主題の重要な特徴又は本質的な特徴を確認することを意図するものではなく、請求される主題の範囲を限定するように用いられることを意図するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】図１は、本発明の実施形態による熱除去アセンブリを含む照明機器のブロック図を示す。
【図２】図２は、本発明の実施形態による熱除去アセンブリを含む照明機器のブロック図を示す。
【図３ａ】図３ａは、本発明の実施形態による熱除去アセンブリを含む照明機器のブロック図を示す。
【図３ｂ】図３ｂは、本発明の実施形態による熱除去アセンブリを含む照明機器のブロック図を示す。
【図３ｃ】図３ｃは、本発明の実施形態による熱除去アセンブリを含む照明機器のブロック図を示す。
【図４】図４は、本発明の実施形態による照明機器を含む設備を示す。
【図５】図５は、本発明の実施形態による発光ダイオードからの熱を除去する方法を実行するためのフローチャートを示す。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に詳細に記述されるのは、発光ダイオード照明機器のための熱除去アセンブリ及び方法である。
【００１２】
本発明の様々な態様がここで記述されるであろう。以下の記載は、全体的な理解及びこれらの例の記述を可能にするための具体的な詳細を与える。しかしながら、ある当業者は、本発明が多くのこれらの詳細なしで実施され得るということを理解するであろう。加えて、いくつかのよく知られた構造又は機能が、関係する記述を不必要に不明瞭にするということを避けるために、詳細に示されておらず、記述されていないかもしれない。図面は、機能的に分離した要素を示すが、そのような示唆は、単に例示的な目的のためである。この図面において示される要素が、任意に結合され又は別々の要素に分離され得るということが当業者に明白となるであろう。
【００１３】
以下に示される記載において使用される技術は、本発明の特定の具体例の詳細な記述に関して使用されているが、その最も広い合理的な方式において解釈されることを意図している。特定の用語は、以下に強調され、しかしながら、いかなる限定方式において解釈されるように意図されるいかなる専門語も、公然と、そして明確に、この詳細な説明の欄において定義されるであろう。
【００１４】
図１は、本発明の一実施形態によるブロック図を照明機器１００を示す。図１の例において、照明機器１００は、ダクト１１０、フィンアセンブリ１２０、コンダクタ１３０、及び発光ダイオード（「ＬＥＤ」）１４０を含む。ダクト１１０、フィンアセンブリ１２０、及びコンダクタ１３０は、照明機器１００の熱除去アセンブリを構成する。以下に議論されるように、動作中にＬＥＤ１４０によって生じる熱は、コンダクタ１３０を通じてフィンアセンブリ１２０に伝導によって移動させられ、その後、フィンアセンブリ１２０及びダクト１１０を介して流れるスタック効果空気流１１２への対流（伝達）によって移動させられる。
【００１５】
本発明の様々な実施形態において、ＬＥＤ１４０は、１つのＬＥＤ又は複数のＬＥＤを含む。実施形態において、ＬＥＤ１４０は、複数のＬＥＤを含み、ＬＥＤは、単色又は均一のスペクトルを放出するように構成され、または、代わりに、いくつかのＬＥＤは、様々な色を放出し、または、異なるスペクトルを有するように構成され得る。様々な実施形態において、ＬＥＤ１４０は、複数のＬＥＤを含み、ＬＥＤは、一方向において、またはいくつかの方向において光を放射するように構成され得る。さらに様々な実施形態において、ＬＥＤ１４０は、複数のＬＥＤを含み、ＬＥＤは、直列に、並列に、またはその両方の様々な結合において電気的に接続され得る。この議論において、ＬＥＤ１４０は、少なくとも１つの発光ダイオードを含むものとして参照されるが、本発明の様々な実施形態は、発光ダイオード以外の発光装置を含み得る。ＬＥＤ１４０は、レンズ又は他の光学的な構造を通じて光を放射するように構成され得る。
【００１６】
本発明の一実施形態において、ＬＥＤ１４０は、動作中（例えばＬＥＤ１４０が電力を受け、光を放射している間）にＬＥＤ１４０によって生じる熱を、伝導によってコンダクタ１３０に移動させるために、コンダクタ１３０に接続される。そのような伝導を促進させるために、ＬＥＤ１４０は、例えば、熱パッドを利用するコンダクタ１３０に接続される。ＬＥＤ１４０の発光ダイオードは、内部のｐ−ｎ接合からの熱を、製造時に具体化される熱伝導率によって、熱パッドに移動させ得る。本発明の一実施形態において、ＬＥＤ１４０は、ＬＥＤ１４０に電力を供給するためのＬＥＤドライバ回路を有するプリント基板（「ＰＣＢ」）に電気的に接続される。
【００１７】
本発明の一実施形態において、コンダクタ１３０は、ＬＥＤ１４０における複数のＬＥＤの効率的なレイアウトのために適したＬＥＤ１４０のための取付面を有する。例えば、コンダクタ１３０は、一実施形態において、複数のＬＥＤの効率的なレイアウトのために適したＨ形状の頂部を有する。他の実施形態において、コンダクタ１３０は、異なる形状の取付面を利用し得る。様々な実施形態において、コンダクタ１３０は、一種類の材料又は多種類の材料で実施される。例えば、一実施形態において、コンダクタ１３０は、銅のコンダクタとして実施され得る。もう１つの実施形態では、例えば、コンダクタ１３０は、銅とアルミニウムのコンダクタとして実施され、ここで、銅のサブアセンブリのコンダクタ１３０は、アルミニウムのサブアセンブリに、はんだ付けされ、螺合され、または、他の方法で結合される。図１において四角形の断面で示されているが、コンダクタ１３０は、様々な形状及び大きさで実施され得る。
【００１８】
フィンアセンブリ１２０は、動作中にＬＥＤ１４０によって生じる熱をコンダクタ１３０から受けるように構成され、さらに、フィンアセンブリ１２０及びダクト１１０を介して流れるスタック効果空気流１１２の対流によって熱を移動するように構成される。様々な実施形態において、コンダクタ１３０のいくつかの場合と同様に、フィンアセンブリ１２０は、一種類の材料又は多種類の材料によって実施され得る。例えば、一実施形態において、フィンアセンブリ１２０は、アルミニウムのフィンアセンブリとして実施される。フィンアセンブリ１２０がコンダクタ１３０の左側に配置されて図１に示されているが、フィンアセンブリ１２０は、本発明による様々な方法において、コンダクタ１３０に関して空間的に配置される。
【００１９】
一実施形態において、フィンアセンブリ１２０とスタック効果空気流１１２との間の低い熱伝導率と比較して、コンダクタ１３０及びフィンアセンブリ１２０の高い熱伝導率のために、ＬＥＤ１４０の動作中において、コンダクタ１３０及びフィンアセンブリ１２０は、実質的に等温である。それ故、一実施形態におけるコンダクタ１３０及びフィンアセンブリ１２０は、実質的に均一の動作温度を有する。もう１つの実施において、平均動作温度を共に有するコンダクタ１３０とフィンアセンブリ１２０とにわたる温度勾配が存在する。
【００２０】
フィンアセンブリ１２０の、例示的なフィン１２２及び例示的なフィン１２４（共にフィン１２２及び１２４）が図１に示される。フィン１２２及び１２４は例示的なものであり、そして、本発明の様々な実施形態において、フィンアセンブリ１２０は、２よりも多くのフィンを有する。さらに、フィン１２２及び１２４は、図１において、ダイアモンド状の断面として示されるが、本発明の様々な実施形態は、例えば、矩形断面、湾曲断面、空気力学的に改良された断面、又は他の断面を有するようにフィンアセンブリ１２０の複数のフィンを実施する。さらに、フィン１２２及び１２４は、図１において別個のフィンとして示されるが、本発明の他の実施形態において、フィンアセンブリ１２０は、さらに複雑な形状を有する、「オーバラップする」（「重なり合う」）複数のフィンを構成する。例えば、様々な実施形態において、フィンアセンブリ１２０は、スタック効果空気流１１２と垂直な平面を横切るグリッド又は六角形の断面（すなわち、スタック効果空気流１１２の方向に見える照明機器１００の下から示されるようなグリッド又は六角形断面）を有する複数のフィンを構成し得る。
【００２１】
図１に示されるように、フィン１２２及び１２４のそれぞれは、フィン幅及びフィン長さ（又は「コード長」）を有し、そして、フィン１２２及び１２４は、ギャップ幅によって分離される。フィン１２２及び１２４のそれぞれはまた、図１に示されないフィン深さを有する。いくつかの実施形態において、フィンアセンブリ１２０における各フィンは、均一のフィン長さ、フィン幅、又はフィン深さを有する。また、いくつかの実施形態において、フィンアセンブリ１２０におけるそれぞれ隣接する対のフィンは、他の実施形態において、様々な隣接する対のフィンが様々なギャップ幅を有する一方で、均一のギャップ幅を有し得る。特に、フィンアセンブリ１２０が、グリッド又は六角形断面を有する複数のフィンを構成している本発明の実施形態において、複数のフィンは、さらに、フィン幅、フィン長さ、フィン深さ、及びギャップ幅によって特徴づけられ得る。フィン長さ、フィン幅、フィン深さの特定の特有な構成は、照明機器１００の熱除去アセンブリが、以下にさらに議論されるように、本発明による改良された熱除去性能を達成することを可能にする。
【００２２】
ダクト１１０は、フィンアセンブリ１２０とダクト１１０の両方を通じて流れ、対流によってフィンアセンブリ１２０から熱を運び去る、スタック効果空気流１１２のための通路として構成される。ダクト長さを有するダクト１１０は、「スタック効果」（「ヒータレータ」又は「煙突効果」とも呼ばれる）を引き出すために、フィンアセンブリ１２０について構成される。特に望ましくは、上述したフィンアセンブリ１２０の動作温度よりも冷たい外気が、フィンアセンブリ１２０に接触して又は隣接することによって加熱される。加熱された空気は、フィンアセンブリ１２０に接触または近接したままで温度を上昇させ、空気密度における同時の減少を引き起こし、その後、フィンアセンブリ１２０を通じて、浮揚するように上昇する。ダクト１１０によって与えられるスタック効果は、より大きな浮揚力と、したがって、フィンアセンブリ１２０を通じた、より大きな空気流とを生じる。スタック効果空気流１１２は、フィンアセンブリ１２０とダクト１１０を通じる結果として生じる流れである。特に、スタック効果空気流１１２は、フィン１２２及び１２４の間で、ダクト１１０を通じたラインとして示されるが、スタック効果空気流１１２が、一実施形態において、実質的にフィンアセンブリ１２０の複数のフィンによって占められない体積を通じた、そして、実質的にダクト１１０の体積を通じた空気の流れであるということが理解される。ダクト１１２のダクト長さの特定の固有な構成は、照明機器１００の熱除去アセンブリが、本発明による改良された熱除去性能を達成することを可能にする。
【００２３】
フィンアセンブリ１２０の複数のフィンは、例えば、フィンアセンブリ１２０の流入断面を減少させることによって、フィンアセンブリ１２０を通じて流れるスタック効果空気流１１２を妨げる。複数のフィンのフィン幅の合計がフィンアセンブリ１２０のアセンブリの幅に等しいような極端な場合において、スタック効果空気流１１２は、完全にブロックされる。これは、相対的に小さなフィン幅を有するフィンの、より大きな質量と、相対的に大きなフィン幅を有するフィンの、より小さな質量との両方についてあてはまることである。それ故、スタック効果空気流１１２をブロックすること又は妨げることを避けるために、多くのフィン及びそれぞれのフィンのフィン幅が減少されるべきである。しかしながら、フィンアセンブリ１２０からスタック効果空気流１１２に移動させられる熱量は、実質的に、フィンアセンブリ１２０の複数のフィンの総表面積に比例する。複数のフィンの総表面積は、一実施形態において、各フィンのフィン長さ及びフィン深さに実質的に依存する。それ故、フィンアセンブリ１２０からスタック効果空気流１１２へと移動される熱の量を増加させるために、所定のフィン長さ、フィン深さ、及びフィン幅について、フィンの数が増加されるべきである。
【００２４】
本発明によれば、上述されたフィンの数を減少させること、及び増加させることについての代替の論理的根拠の間で、フィンアセンブリ１２０によって、バランスがとられる。バランスを知らせることは、フィンアセンブリ１２０のフィンの数が、スタック効果空気流１１２を過度に妨げることなく増加され、それによって、隣接するフィンの各対の間の体積内においてフィンの境界層が邪魔をするまで、フィンアセンブリ１２０からスタック効果空気流１１２に移動させられる熱量を改善する。もし、フィンの数がさらに増加し、ギャップ幅がそれによって臨界距離の下に減少すると、フィンの境界層の間の障害がフィンに沿ったスタック効果空気流１１２を「閉塞する」（チョークする）。特に、各フィンの境界層の幅が、各フィンのフィン幅よりも広いという理由から、所定のアセンブリの幅及びフィン幅について、スタック効果空気流１１２を閉塞するために要求されるフィンの数は、スタック効果空気流１１２を完全にブロックするために要求されるフィンの数よりも少ない。それ故、２つの隣接するフィンを分離するギャップ幅は、２つの隣接するフィンの境界層の幅よりも大きくなるように構成される。
【００２５】
フィンアセンブリ１２０のフィンの数についてとられる特有のバランスに加えて、様々な実施形態において、フィンアセンブリ１２０のフィン長さに対するダクト１１０のダクト長さの比率において、バランスがとられる。従来の方式におけるダクト１１０及びフィンアセンブリ１２０の場合、アセンブリ１２０のフィン長さが０以外であり、そして、ダクト長さが実質的に０であるような、その比率はとても低くなり得る。実際には、従来の構成は、フィン長さを最大にし、ダクト長さを最小にし、又は、ダクト１１０を利用せずにすますことが可能である。一見、そのような構成は、各フィンの所定のフィン深さについて、複数のフィンの増加された総表面積、又は増加された質量の明白な有利性を有している。フィンアセンブリ１２０の質量を増加させることが、ヒートシンクとしてフィンアセンブリ１２０の性能をわずかに改善する一方で、コンダクタ１３０とフィンアセンブリ１２０の総熱容量が、フィン長さを長くすることを介して質量を追加することによって、大幅に改善されないという理由、そして、さらに、フィン長さを長くすることが、最終的に、複数のフィンに従って境界層の障害の問題を再度導入するという理由から、そのような構成は、最終的に効果のないものとなる。そのような従来の構成とは対照的に、本発明の様々な実施形態は、フィン長さに対するダクト長さの新規な高い比率を利用する。例えば、様々な実施形態において、ダクト長さは、フィン長さと等しいか、又はこれよりもわずかに長くなり得る。もう１つの例では、様々な実施形態において、ダクト長さは、フィン長さの５〜１０倍となり得る。そのような実施形態でそのように構成することによって、境界層の障害の問題は回避され、フィンアセンブリ１２０とダクト１１０を通じたスタック効果空気流１１２の流れは、大きく改善される。
【００２６】
図２は、本発明による一実施形態による照明機器２００のブロック図を示す。図２の例において、照明機器２００は、照明機器１００の、ダクト１１０、フィンアセンブリ１２０、コンダクタ１３０、及び発光ダイオード（「ＬＥＤ」）１４０を含む。照明機器１００について上で議論されたように、動作中のＬＥＤ１４０によって生じた熱は、伝導によって、コンダクタ１３０からフィンアセンブリ１２０へ移動させられ、その後、フィンアセンブリ１２０及びダクト１１０を通じて流れるスタック効果空気流１１２への対流によって移動させられる。それ故、照明機器２００の、ダクト１１０、フィンアセンブリ１２０、コンダクタ１３０、及び発光ダイオード（「ＬＥＤ」）１４０は、以下に述べられる変化を除き、実質的に照明機器１００のそれらに対応する。
【００２７】
照明機器２００は、蓄熱システム２５０を追加的に含む。ダクト１１０、フィンアセンブリ１２０、コンダクタ１３０、及び蓄熱システム２５０は、照明機器２００の熱除去アセンブリを構成する。蓄熱システム２５０は、本発明の一実施形態において、マシューウィーバーらによって２００８年９月２４日に出願された、「ＬＥＤランプにおいて相変化材料を使用する蓄熱システム」という名称の米国特許出願第12/237313号において記述される蓄熱システムに対応し、その内容が参照によってここで導入される。一実施形態において、蓄熱システム２５０に含まれる相変化材料（ＰＣＭ）は、ＬＥＤ１４０の動作中に、コンダクタ１３０からの伝導を介して受けられる熱を吸収するために使用される。蓄熱システム２５０及び照明機器１００の熱除去アセンブリも有する照明機器２００の特有の構成は、照明機器２００の熱除去アセンブリが、本発明による改善された熱除去性能を達成することを可能にする。
【００２８】
図２の例において、蓄熱システム２５０は、矩形断面として示されるが、様々な実施形態において、蓄熱システム２５０は、様々な形状及び大きさで実施され得る。図２は、表面２５２にわたってダクト１１０に接続される蓄熱システム２５０をさらに示す。本発明のいくつかの実施形態において、表面２５２は、蓄熱システム２５０及びダクト１１０が熱的に相互に作用しないように、熱的に断熱された表面である。そのような実施形態において、スタック効果空気流１１２及び蓄熱システム２５０の熱特性は、実質的に独立している。他の実施形態において、表面２５２は、代わりに、例えば、コンダクタ１３０において利用される材料で実施される表面のような、熱的に伝導する表面である。そのような他の実施形態において、蓄熱システム２５０及びダクト１１０は、スタック効果空気流１１２から蓄熱システム２５０へ、または逆に、熱が移動させられるように、熱的に交互に作用する。特に、図２に示されないいくつかの実施形態において、蓄熱システム２５０及びダクト１１０は、表面２５２を横切って接続されないが、代わりに、例えば、空気、真空、または照明機器２００の他の部分によって、物理的に区別又は分離される。
【００２９】
いくつかの実施形態において、蓄熱システム２５０及びフィンアセンブリ１２０の両方は、コンダクタ１３０を経由してＬＥＤ１４０から熱を受け取るように構成される。そのような実施形態において、フィンアセンブリ１２０に対する代わりに、蓄熱システム２５０に対して伝導される、ＬＥＤ１４０によって生じた熱の比率は、例えば、外気の温度の変化とともに、蓄熱システム２５０が熱エネルギを蓄熱するような動作中の時間の経過とともに、又は、蓄熱システム２５０が熱エネルギを解放するような、動作後の時間の経過とともに、変化し得る。一実施形態において、ＬＥＤ１４０の動作が停止した後に、蓄熱システム２５０は、コンダクタ１３０を経由して、フィンアセンブリ１２０内に熱を解放し、それによって、動作後に、スタック効果空気流１１２を維持する。
【００３０】
ＬＥＤ１４０からの熱を除去するための方法が、図２に関して記述され得る。その方法は、蓄熱システム２５０を提供すること、フィンアセンブリ１２０内に複数のフィンを提供すること、及びダクトを提供すること、を含む。その方法は、さらに、複数のフィンを介してスタック効果空気流１１２を引き出すようにダクト１１０を構成すること、複数のフィンに沿って閉塞する境界層を減少させるように、複数のフィンの隣接する２つのフィンを分離するギャップ幅を構成すること、複数のフィンに沿って閉塞する境界層を減少させるように、複数のフィンのそれぞれのフィン長さを構成すること、そして、複数のフィンに沿って閉塞する境界層を減少させるように、ダクト１１０のダクト長さを構成すること、をさらに含む。その方法はまた、ＬＥＤ１４０を動作させること、ＬＥＤ１４０からの熱を複数のフィンに伝導させること、ＬＥＤ１４０からの熱を蓄熱システムに伝導させること、及び、複数のフィンからの熱をスタック効果空気流１１２に伝達すること、を含む。この方法は、図５においてフローチャートで示される。
【００３１】
図３ａ及び図３ｂ（共に「図３ａ及び３ｂ」）は、本発明の一実施形態による照明機器３００のブロック図を示す。図３ａは、照明機器３００の側面図  であり、図３ｂは、照明機器３００の底面図である。図３ａ及び３ｂの例において、照明機器３００は、ダクト３１０、フィンアセンブリ３２０、コンダクタ３３０，発光ダイオード（「ＬＥＤ」）３４０、蓄熱システム３５０、及びプリント基板（「ＰＣＢ」）３６０を含む。ダクト３１０、フィンアセンブリ３２０、コンダクタ３３０及び蓄熱システム３５０は、照明機器３００の熱除去アセンブリを構成する。本発明のいくつかの実施形態において、ダクト３１０、フィンアセンブリ３２０、コンダクタ３３０、ＬＥＤ３４０、及び蓄熱システム３５０は、以下に述べられる変化を除き、実質的に、照明機器２００の、ダクト１１０、フィンアセンブリ１２０、コンダクタ１３０、ＬＥＤ１４０、及び蓄熱システム２５０に対応する。それ故、照明機器２００について上で議論されたように、本発明のいくつかの実施形態において、動作中にＬＥＤ３４０によってつくられる熱の一部は、伝導によって、コンダクタ３３０からフィンアセンブリ３２０へと移動させられ、そして、その後、対流（伝達）によって、フィンアセンブリ３２０とダクト３１０とを通じて流れるスタック効果空気流３１２に移動させられ、そして、他の熱の一部は、伝導によって、コンダクタ３３０及びフィンアセンブリ３２０を通じて、蓄熱システム２５０に移動させられる。本発明の一実施形態において、照明機器３００は、蓄熱システム３５０を除外し得る。
【００３２】
図３ａ及び３ｂに示されるように、フィンアセンブリ３２０及びダクト３１０は、照明機器３００の他のサブアセンブリによって実質的に占められる体積を、少なくとも部分的に取り囲む。図３ｂにおいて、円形断面を有するものとして示されるが、フィンアセンブリ３２０及びダクト３１０は、本発明の他の実施形態において、様々な他の断面形状を有し得る。例えば、他の実施形態において、フィンアセンブリ３２０及びダクト３１０は、楕円状、三角形状、矩形状または、さらに他の断面形状を有し得る。蓄熱システム３５０及びコンダクタ３３０は、様々な実施形態において、同様に、様々な断面を有し得る。図３ａ及び３ｂに示されない一実施形態において、フィンアセンブリ３２０及びダクト３１０は、蓄熱システム３５０とコンダクタ３３０のどちらか又は両方の内部体積を通過するように構成される。図３ａ及び３ｂに示されないもう１つの実施形態において、コンダクタ３３０は、蓄熱システム３５０に接触するように、フィンアセンブリ３２０の内部体積を通過するように構成される。
【００３３】
図３ａ及び３ｂに示されるように、一実施形態において、ＬＥＤ３４０は、コンダクタ３３０の取付面３３２に接続される。動作中にＬＥＤ３４０によって生じた熱をコンダクタ３３０に移動させるために、ＬＥＤ３４０は、例えば、熱パッドを利用する取付面３３２に接続される。本発明の一実施形態において、取付面３３２は、例えば、複数のＬＥＤの効率的なレイアウトのために適した円形又は半円形の頂部とともに構成され得る。取付面３３２は、例えば、複数のＬＥＤの効率的なレイアウトのために適した円形又は半円形の頂部で構成され得る。他の実施形態において、取付面３３２は、例えば、Ｈ形状の頂部又は矩形の頂部のような異なる形状の頂部を利用し得る。そのような実施形態において、例えば、取付面３３２は、ＬＥＤ３４０及びＰＣＢ３６０を異なる高さで取り付けるために、異なる高さで多数の表面を含み得る。
【００３４】
図３ａ及び３ｂに示されるように、コンダクタ３３０は、フィンアセンブリ３２０の中心で取り付けられ得る。様々な実施形態において、コンダクタ３３０は、一種類の材料または多種類の材料で実施され得る。例えば、一実施形態において、コンダクタ３３０は、銅のコンダクタとして実施され得る。もう１つの実施形態において、コンダクタ３３０の部分は、アルミニウムのコンダクタとして実施され得る。コンダクタ３３０は、例えば、フィンアセンブリ３２０に、半田付けされ、螺合され、又は他の方法で接続され得る。コンダクタ３３０は、様々な形状及び大きさで実施され得る。
【００３５】
本発明の一実施形態において、ＬＥＤ３４０は、ＰＣＢ３６０に電気的に接続される。図３ａ及び３ｂに示されるように、ＰＣＢ３６０はフィンアセンブリ３２０の周囲に適合するように構成され得る。図３ａ及び３ｂにさらに示されるように、ＰＣＢ３６０は、ＬＥＤ３４０に近接するコンダクタ３３０の取付面３３２に接続されるように構成され得る。ＰＣＢ３６０をそのように構成することによって、照明機器３００は、例えば、空間を効率的に利用するコンパクトな構成を、有利に達成する。ＰＣＢ３６０は、図３において、矩形断面を有するように示されるが、もう１つの実施形態において、ＰＣＢ３６０は、例えば、円形断面、又は他の断面を有し得る。ＰＣＢ３６０は、一実施形態において、ＬＥＤ１４０に電力を供給するためのＬＥＤドライバ回路を含む。ＬＥＤドライバ回路は、一実施形態において、マシューウィーバーによって出願され、その内容がここで参照されることによって組み入れられる、「異色ストリング長におけるＬＥＤの駆動のための電気回路」という名称の米国特許出願に記述されるドライバ回路に対応する。
【００３６】
フィンアセンブリ３２０は、動作中にＬＥＤ３４０によって生じた熱をコンダクタ３３０から受けるように構成され、さらに、対流によって、熱をフィンアセンブリ３２０及びダクト３１０を通じて流れるスタック効果空気流３１２に移動させるように構成される。様々な実施形態において、フィンアセンブリ３２０は、一種類の材料又は多種類の材料で実施され得る。一実施形態において、コンダクタ３３０及びフィンアセンブリ３２０は、実質的に等温である。
【００３７】
例示的なフィン３２２、例示的なフィン３２４、及び追加的なフィンが、フィンアセンブリ３２０の周囲に配置されて図３ｂに示される。例示的なフィン３２２及び例示的なフィン３２４を含む複数のフィンが例示され、様々な実施形態において、複数のフィンのそれぞれは、例えば、矩形状断面、湾曲断面、空気力学的に改善された断面、又は他の断面を有する。複数のフィンが、図３ｂにおいて別個に示されるが、他の実施形態において、フィンアセンブリ３２０は、グリッド形状又は六角形形状のような、より複雑な形状を有する「オーバラップする」複数のフィンを含む。
【００３８】
フィンアセンブリ３２０の複数のフィンのそれぞれは、図３ｂに示されるフィン深さ（例えばフィンアセンブリ３２０の外周からフィンアセンブリ３２０の内周までの距離）を有する。図３ｂにも示されるように、複数のフィンのそれぞれは、フィン幅を有し、ギャップ幅（例えば、フィンアセンブリ３２０の周囲の部分）によって、近接するフィンから分離される。一実施形態において、フィンアセンブリ３２０の全周は、アセンブリ幅を構成する。図３ａに示されるように、複数のフィンのそれぞれは、フィン長さ（又は「コード長さ」）及びフィン深さを有する。フィン長さ、フィン幅、及びギャップ幅の特定の構成は、照明機器３００の熱除去アセンブリが、照明機器１００に関して上で議論されたことと対応する方式において、本発明による改善された熱除去性能を達成するということを可能にする。
【００３９】
特に、図３ａ及び３ｂは、フィンアセンブリ３２０の外周から内周に向かって延びるように、複数のフィンのフィン深さを示すが、他の実施形態においては、異なる構成を有し得る。例えば、様々な実施形態において、フィンは、外周に取り付けられ、内周に向かって内方に部分的にのみ延び、そして、外周に向かって外方に部分的にのみ延びる。実施形態の第３の変化は、それぞれ、内周又は外周のどちらかに取り付けられる、そのような部分的に延びるフィンの２つのグループを含む。
【００４０】
ダクト３１０は、対流によってフィンアセンブリ３２０から熱を運び去り、フィンアセンブリ３２０及びダクト３１０の両方を通じて流れる、スタック効果空気流３１２のための通路として構成される。一実施形態において、ダクト３１０の外面は、スタック効果空気流３１２と周囲の環境との間の熱の相互作用を防止するために、熱的に断熱された材料（例えばプラスチック）で実施される。ダクト３１０は、ダクト１１０について上で議論されたことに対応する方式で、スタック効果を引き出すために、フィンアセンブリ３２０について構成される。スタック効果空気流３１２は、図３ａにおいてラインとして示されるが、スタック効果空気流３１２は、一実施形態において、実質的に、フィンアセンブリ３２０の複数のフィンによって占められていない体積を通じて、そして、実質的に、フィンアセンブリ３２０及びダクト３１０の外側と内側の間の体積を通じた空気の流れであるということが理解される。ダクト３１０のダクト長さの特定の構成は、照明機器３００の熱除去アセンブリが、照明機器１００について上で議論されたことと対応する方式において、本発明による改善された熱除去性能を達成することを可能にする。
【００４１】
図３ａに示されるように、ダクト３１０の直径が減少するのに対して、内周と外周との間のダクト３１０の幅は、実質的に一定のままであるという理由から、スタック効果空気流３１２が流れるダクト３１０の断面積は、ダクト長さとともに減少する。したがって、スタック効果空気流３１２の部分的な静圧が落ちるのに対して、狭い通路内におけるスタック効果空気流３１２の流速は増加する。これは、一実施形態において、境界層を薄く維持し、それらをダクト３１０の表面から分離するのを防止する、望ましい圧力勾配をつくり出す。スタック効果空気流３１２の性能は、それによって高められる。
【００４２】
図３ｃは、本発明の一実施形態による照明機器３０１のブロック図を示す。図３ｃは、照明機器３０１の側面図を示す。図３ｃの例において、照明機器３０１は、ダクト３１１、フィンアセンブリ３２１、コンダクタ３３１、発光ダイオード（「ＬＥＤ」）３４１、蓄熱システム３５１、プリント基板（「ＰＣＢ」）３６１、光パイプ３９０、トップリフレクタ３９２、及び、ボトムリフレクタ３９４を含む。ダクト３１１、フィンアセンブリ３２１、コンダクタ３３１、及び蓄熱システム３５１は、照明機器３０１の熱除去アセンブリを構成する。本発明のいくつかの実施形態において、ダクト３１１、フィンアセンブリ３２１、コンダクタ３３１、ＬＥＤ３４１、及び蓄熱システム３５１は、以下に記述される変化を除き、実質的に、照明機器３００の、ダクト３１０、フィンアセンブリ３２０、コンダクタ３３０、ＬＥＤ３４０、及び蓄熱システム３５０に対応する。それ故、照明機器３００について上で議論されたように、本発明のいくつかの実施形態において、動作中にＬＥＤ３４１によって生じた熱の一部は、伝導によって、コンダクタ３３１を通じてフィンアセンブリ３２１に移動させられ、そして、その後、対流によって、フィンアセンブリ３２１及びダクト３１１を通じて流れるスタック効果空気流３１３に移動させられ、熱の他の一部は、伝導によって、コンダクタ３３１及びフィンアセンブリ３２１を通じて、蓄熱システム３５１に移動させられる。本発明の一実施形態において、照明機器３０１は、蓄熱システム３５１を除外し得る。
【００４３】
図３ｃに示されるように、ＬＥＤ３４１は、照明機器３０１内に配置され、光パイプ３９０を通じて上を照らすように構成される。その一方、図３ａに示されるように、ＬＥＤ３４０は、照明機器３００の周囲に配置され、一実施形態において、照明機器３００から下を照らすように構成される。特に、照明機器３００内及び照明機器３０１内の両方において、スタック効果空気流３１２及びスタック効果空気流３１３は、それぞれ、上方に流れるように構成される。それ故、照明機器３００は、例えば、光が、実質的に下方に向けられる天井設備又は他の設備について良好に適合され、照明機器３０１は、例えば、光が実質的に上方に向けられる床設備又は他の設備について、良好に適合される。
【００４４】
照明機器３０１は、光パイプ３９０、トップリフレクタ３９２、及びボトムリフレクタ３９４を含む。光パイプ３９０は、様々な実施形態において、例えば、中空ガイド、内部の反射面を伴うガイド、透明プラスチック又はガラスのガイド、光ファイバガイド、又は他の種類の光ガイドとして構成される。トップリフレクタ３９２は、例えば、キャンドルフレームとして見えるように構成される、半透明な、装飾的なリフレクタとして実施される。もう１つの実施形態において、トップリフレクタ３９２は、レンズ又は、装飾的な方式又は実用的な方式において、光パイプ３９０からの光の向きを変えるリフレクタとして実施される。図３ｃにおいて、部分的なダイアモンド又は四角形の断面を有するものとして示されるが、トップリフレクタ３９２は、他の実施形態において、例えば、円形、矩形又は他の断面で実施される。ボトムリフレクタ３９４は、例えば、放物線状となり得る、または、光パイプ３９０内を進む光の量を最大化するように設計される他の形状を有し得る鏡面で実施される。ボトムリフレクタ３９４は、光パイプ３９０について、ＬＥＤ３４１に近接して、ＬＥＤ３４１の周りに、又は、ＬＥＤ３４１の後ろに配置され得る。光パイプ３９０は、ＬＥＤ３４１によって放射される光のいくらか又は全てを直接集め、集めた光をトップリフレクタ３９２に案内するように構成される。一実施形態において、光パイプ３９０によって直接集められることのなかったいくらか又は全ての光は、ボトムリフレクタ３９４から反射され、そして、光パイプ３９０に向きが変えられる。光パイプ３９０は、それ故、直接的ではなく、ボトムリフレクタ３９４を経由して、ＬＥＤ３４１によって放射されたいくらかの光を集め得る。いくつかの実施形態において、光が光パイプ３９０から直接放射されるように、トップリフレクタ３９２は、照明機器３０１から除かれ得る。
【００４５】
図３ｃに示されるように、フィンアセンブリ３２１及びダクト３１１は、照明機器３０１の他のサブアセンブリによって実質的に占められる体積を少なくとも部分的に取り囲む。フィンアセンブリ３２１及びダクト３１１は、照明機器３００のフィンアセンブリ３２０及びダクト３１０と同様な円形断面形状を有し、又は、例えば、楕円状、三角形状、矩形状、又は、さらに、他の端面形状のような、様々な他の断面形状を有し得る。蓄熱システム３５１、コンダクタ３３１、及び光パイプ３９０は、様々な実施形態において、同様に様々な断面を有し得る。図３ｃに示されない一実施形態において、フィンアセンブリ３２１及びダクト３１１は、蓄熱システム３５１及びコンダクタ３３１のどちらか又は両方の内部体積を通過するように構成される。図３ｃに示されないもう１つの実施形態において、光パイプ３９０は、蓄熱システム３５１によって囲まれていないが、代わりに、フィンアセンブリ３２１及びダクト３１１によって少なくとも部分的に囲まれる体積内で蓄熱システム３５１に近接している。図３ｃに示されないもう１つの実施形態において、光パイプ３９０は、蓄熱システム３５１及びダクト３１１のどちらか又は両方を囲む。
【００４６】
一実施形態において、ＬＥＤ３４１は、照明機器３００のコンダクタ３３０の取付面３３２にＬＥＤ３４０が接続されたことと同様な方式において、コンダクタ３３１の取付面３３３に接続される。もう１つの実施形態において、ＬＥＤ３４１は、コンダクタ３３１の取付面３３３に接続されるＰＣＢ３６１に接続される。そのような実施形態において、ＰＣＢ３６１は、ＬＥＤ３４１からコンダクタ３３１への熱移動のための、低い熱抵抗を伴って構成される部分を有し得る。コンダクタ３３１は、フィンアセンブリ３２１の中心で取り付けられ得る。様々な実施形態において、コンダクタ３３１は、照明機器３００のコンダクタ３３０について利用されたものと同様な材料で実施され得る。コンダクタ３３１は、様々な形状及び大きさで実施され得る。本発明の一実施形態にでは、ＬＥＤ３４１は、照明機器３００のＰＣＢ３６０と同様な方式において、ＰＣＢ３６１に電気的に接続される。ＰＣＢ３６１は、蓄熱システム３５１の周囲内に適合するように構成され得る。ＰＣＢ３６１をそのように構成することによって、照明機器３０１は、例えば、空間を効率的に利用するコンパクトな構成を有利に達成する。
【００４７】
フィンアセンブリ３２１は、動作中に、ＬＥＤ３４１によって生じる熱を、コンダクタ３３１から受けるように構成され、さらに、対流によって、フィンアセンブリ３２１及びダクト３１１を通じて流れるスタック効果空気流３１３に熱を移動するように構成される。フィンアセンブリ３２１は、照明機器３００のフィンアセンブリ３２０と同様な方式で実施され得る。それ故、フィンアセンブリ３２１は、例えば、フィンアセンブリ３２１の周囲に配置される複数のフィンを含む。複数のフィンは、例えば、矩形断面、湾曲断面、空気力学的に改善された断面、又は他の断面を有し、いくつかの実施形態において、例えば、グリッド形状又は六角形形状を有する「オーバラップする」複数のフィンを含み得る。フィンアセンブリ３２１の特定の構成は、照明機器３０１の熱除去アセンブリが、照明機器３００について上で議論されたことと対応する方式で、本発明による改善された熱除去性能を達成するということを可能にする。
【００４８】
ダクト３１１は、フィンアセンブリ３２１及びダクト３１１の両方を通じて流れ、対流（伝達）によってフィンアセンブリ３２１から熱を運び去る、スタック効果空気流３１３のための通路として構成される。ダクト３１１は、ダクト３１０について上で議論されたことに対応する方式で、スタック効果を引き出すように構成される。スタック効果空気流３１３は、図３ｃにおいてラインとして示されるが、スタック効果空気流３１３は、一実施形態において、実質的に、フィンアセンブリ３２１の複数のフィンによって占められていない体積を通じて、そして、実質的に、フィンアセンブリ３２１及びダクト３１１の外周及び内周の間の体積を通じた空気の流れであるということが理解される。ダクト３１１のダクト長さの特定の構成は、照明機器３０１の熱除去アセンブリが、照明機器３００について上で議論されたことと対応する方式で、本発明による改善された熱除去性能を達成するということを可能にする。図３ｃは、スタック効果空気流３１３が、ダクト長さとともに実質的に一定のままとして流れるダクト３１１の断面積を示し、もう１つの実施形態において、ダクト３１１の断面積が、照明機器３００のダクト３１０と同様な方式で、ダクト長さとともに減少する。
【００４９】
図４は、シーリング４８０において凹状の缶内に設置される照明機器３００を含む設備４００を示す。図４の例において、ダクト３１０、フィンアセンブリ３２０、コンダクタ３３０、ＬＥＤ３４０、蓄熱システム３５０、及びＰＣＢ３６０のような照明機器３００の詳細は示されていない。図３ａ及び３ｂに示されていないコネクタ３７０は、照明機器３００に対して電源を供給するための電源ソケットに接続（例えば螺合）されるコネクタプラグを構成する。一実施形態において、コネクタ３７０は、照明機器３００内またはその周りに配置される電気ワイヤを経由して、ＰＣＢ３６０に接続される。コネクタ３７０は、追加的に、一実施形態において、電源ソケットの電圧又は電流を、ＰＣＢ３６０のＬＥＤドライバ回路について適合する電圧又は電流に変換するように構成されるパワーサプライを含む。本発明の他の実施形態において、天井４８０内の凹状の缶内に設置される代わりに、照明機器３００は、例えば、トラック照明固定具、つり固定具、枝付き照明のベース、又は他の種類の固定具内に設置され得る。図４において、照明機器３００の一部は、天井４８０の最も低い面の下に延びて示されるが、他の実施形態において、照明機器３００は、天井４８０の最も低い面でのレベルに位置し、又は、全体的に、天井４８０の最も低い面の上に（例えば、天井４８０の凹状の缶内に全体的に囲まれて）位置し得る。
【００５０】
図４の例において、スタック効果空気流４１２が示される。本発明のいくつかの実施形態において、動作中に照明機器３００のＬＥＤ３４０によって生じる熱は、伝導によって、フィンアセンブリ３２０に移動させられ、そして、その後、対流（伝達）によって、スタック効果空気流３１２と同様な方式で、スタック効果空気流４１２に移動させられる。特に、図４において、スタック効果空気流４１２は、照明機器３００の内側で、上昇して示され、そして、照明機器３００の外側で、さらに天井４８０の凹状の缶の内側で、下降して示される。それ故、図４の例において、照明機器３００の内側のダクト３１０はまた、スタック効果空気流４１２の流入フローと流出フローを分離する特有の機能の役割を果たす。ダクト３１０の外面は、スタック効果空気流４１２の流入フローと流出フローとの間の熱の相互作用を防止するように、熱的に断熱した材料（例えばプラスチック）とともに実施され得る。
【００５１】
ダクト３１０は、それ故、照明機器３００から排出され、凹状の缶の上面に接触し、そして放射状に外方へと流れ、そしてその後、凹状の缶の周囲に沿って戻って流れ落ちるように、そして、最終的に、スタック効果空気流４１２が、凹状の缶から流れ出て、天井４８０に沿って、照明機器３００から放射状に外方へと流れ去るように、空気が上昇するための、明確な、そして、遮られていない通路を提供する。照明機器３００を含む、設備４００の特有な構成は、それ故、本発明による改善された熱除去性能を達成する。
【００５２】
「ここで」、「上で」、「下で」の語、及び、同様な意味の語は、この出願で使用されるとき、全体として、そして、この出願のどのような特定の部分ではないものとして、この出願に対して参照するべきである。文脈が許す場所で、単数又は複数を使用する上の詳細な説明における用語はまた、複数又は単数をそれぞれ含む。２またはそれより多くの事項のリストに関連して、「又は」の語は、用語の以下の解釈、リストにおけるいかなる事項、リストにおける全ての事項、及び、リストにおける事項のいかなる組み合わせ、の全てを網羅する。
【００５３】
請求される主題の様々な実施形態の前述の記載は、例示及び記述の目的のために提供された。それは包括的なものではなく、又は主題が開示される正確な形式に対して請求される主題を限定するということを意図するものではない。多くの修正及び変形が、その技術分野における実務者にとって明白となるであろう。本発明の原理及びその実際の適用を最も良く記述するために実施形態が選択され、記述され、それによって、関係する技術分野における他の技術者が、熟慮された特定の使用に適した様々な修正とともに、請求される主題、様々な実施形態を理解することを可能にする。
【００５４】
ここで提供される本発明の技術は、他のシステムに適用され、必ずしも上記のシステムに適用されるとは限らない。上記の様々な実施形態の要素と作用は、さらなる実施形態を提供するために組み合わせられ得る。
【００５５】
上記の記述が本発明の特定の実施形態を記述し、熟慮されたベストモードを記述する一方で、たとえいかに上記のことが文章に詳細にされても、本発明は多くの方法で実施され得る。ここで開示される本発明によってさらに網羅されている一方で、システムの詳細は、その実施の詳細において、かなり変化し得る。上述されるように、本発明の特定の特徴又は態様が記述するときに使用される専門用語は、関係している発明のいかなる特定の特徴、特性、又は態様に限定されるように、ここで再定義されるということを課すようにとられるべきではない。一般に、以下の請求の範囲において使用される用語は、上記の詳細な説明の欄が、明確にその用語を定義しない限り、明細書において開示される特定の実施形態に本発明を限定すると解釈されるべきではない。したがって、本発明の実際の範囲は、開示された実施形態を網羅するだけでなく、請求の範囲の下で本発明を実行又は実施する全ての等価な方法も網羅する。
【図１】
2011513918.tif 000003
【図２】
2011513918.tif 000004
【図３ａ】
2011513918.tif 000005
【図３ｂ】
2011513918.tif 000006
【図３ｃ】
2011513918.tif 000007
【図４】
2011513918.tif 000008
【図５】
2011513918.tif 000009
【手続補正書】
【提出日】平成22年11月4日(2010.11.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
発光ダイオードを有する照明機器によって生じる熱のための熱除去アセンブリであって、
発光ダイオードから熱を受けるように構成される複数のフィンであって、複数のフィンの２つの隣接するフィンがギャップ幅によって分離され、かつ、複数のフィンのそれぞれがフィン長さを有し、かつ、各フィンがフィン長さに沿う第１の方向に延び、かつ、ギャップ幅が、第１の方向に実質的に垂直な面において特定される複数のフィンと、
ギャップ幅を介して複数のフィンを通過するスタック効果空気流を引き出すように構成されるダクトであって、スタック効果空気流が複数のフィンを通過してダクトを通じて流れるように、スタック効果空気流の実質的な部分が実質的にフィン長さに沿う第１の方向に流れ、かつ、複数のフィンの２つの隣接するフィンを分離するギャップ幅と複数のフィンのそれぞれのフィン長さとが、特定のダクトについてのダクト及び照明機器についてのフィン構成内で複数のフィンのそれぞれに沿って形成する、隣接する境界層の間の干渉を減少させるように選択されるダクトと、を含む熱除去アセンブリ。
【請求項２】
発光ダイオードからの熱を受けるように構成される蓄熱システムをさらに含む請求項１に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項３】
発光ダイオードからの熱を複数のフィンに伝導するように構成されるコンダクタをさらに含み、コンダクタは、発光ダイオードからの熱を蓄熱システムに伝導するようにさらに構成される請求項２に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項４】
複数のフィンのそれぞれのフィン長さは、ダクトのダクト長さよりも短くなるように構成される請求項１から３のいずれか１項に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項５】
２つの隣接するフィンのギャップ幅は、複数のフィンの隣接する２つのフィンの境界層を許容するように、２つの隣接するフィンのそれぞれに沿う平面内の全ての点で、緩衝しないように充分に離れてなる請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項６】
ダクトは、長さとともに減少する断面積でさらに構成される請求項１から３のいずれか１項に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項７】
発光ダイオードは、実質的にコンダクタの中心で位置づけられ、さらに、複数のフィンは、実質的に、コンダクタのエッジで位置づけられ、さらに、コンダクタは、その中心からエッジに向かって外方に熱を伝導するようにさらに構成される請求項３に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項８】
コンダクタは、発光ダイオードの動作中に実質的に均一な温度を有するように構成される請求項３に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項９】
蓄熱システムは、相変化材料を含む請求項２又は３に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１０】
蓄熱システムは、ダクトによって実質的に囲まれる体積内に配置されるように構成される請求項２又は３に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１１】
蓄熱システムは、ダクト及びコンダクタによって実質的に囲まれる体積内に配置されるように構成される請求項３に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１２】
電源ソケットに電気的に接続されるコネクタプラグをさらに含み、コネクタプラグは、発光ダイオードに電力を供給するようにさらに構成される請求項１から３のいずれか１項に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１３】
凹状の缶をさらに含み、熱除去アセンブリは、凹状の缶内に設置され、さらに、ダクトは、スタック効果空気流の流入フローと流出フローとを分離する請求項１から３のいずれか１項に記載の熱除去アセンブリ。
【請求項１４】
発光ダイオードからの熱を除去するための方法であって、
複数のフィンを備えることであって、複数のフィンの２つの隣接するフィンがギャップ幅によって分離され、かつ、複数のフィンのそれぞれがフィン長さを有し、かつ、各フィンがフィン長さに沿う第１の方向に延び、かつ、ギャップ幅が第１の方向に実質的に垂直な面において特定される、複数のフィンを備えること、
ダクトを備えること、
ギャップ幅を介して複数のフィンを通過するスタック効果空気流を引き出すようにダクトを構成することであって、スタック効果空気流が複数のフィンを通過してダクトを通じて流れるように、スタック効果空気流の実質的な部分がフィン長さに沿う第１の方向に実質的に流れる、ギャップ幅を介して複数のフィンを通過するスタック効果空気流を引き出すようにダクトを構成すること、
複数のフィンに従って閉塞する境界層を減少させるように複数のフィンの隣接する２つのフィンを分離するギャップ幅を構成すること、
複数のフィンに従って閉塞する境界層を減少させるように複数のフィンのそれぞれのフィン長さを構成すること、
複数のフィンに従って閉塞する境界層を減少させるようにダクトのダクト長さを構成すること、
発光ダイオードを作動すること、
発光ダイオードからの熱を複数のフィンに伝導すること、
複数のフィンからの熱をスタック効果空気流に伝達すること、を含む方法。
【請求項１５】
蓄熱システムを備えること、及び発光ダイオードからの熱を蓄熱システムに伝導することをさらに含む請求項１４に記載の方法。
【国際調査報告】
2011513918.tif 000010
2011513918.tif 000011
2011513918.tif 000012