JP2010522959A - 照明装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、外側輪郭を持つヒートシンクに取り付けられる光源を有する照明装置に関する。更に、前記照明装置は、前記ヒートシンクの前記輪郭のそばを流れる流体による前記ヒートシンクの冷却を介して前記光源を動的に冷却するための冷却装置を有し、前記冷却装置は、１つ又は複数の冷却開口部を持つ。前記冷却装置は、一連の流体パルスを生成するための振動膜冷却システムである。前記冷却開口部は、前記ヒートシンクのそばに配設される。前記光源は、動作中に前記光源から出て来る光のコリメート及び方向づけをするための光学手段を有し、前記ヒートシンクの前記輪郭は、前記光学手段の輪郭と同様である形状を持つ。

Description

本発明は、照明装置に関する。

このような照明装置は、英国特許第ＧＢ２４２０１７２Ａ号から知られている。既知の前記照明装置は、ヒートシンクに取り付けられる光源を有する。ヒートシンクは、輪郭を持つ。前記既知の照明装置は、冷却装置も持ち、前記冷却装置は、気体流によるヒートシンクの冷却を介して光源を動的に冷却するための電気ファンである。前記既知の照明装置は、冷却の目的でのファンの使用に多くの制約があるという不利な点を持つ。例えば、循環させられる気体、例えば空気、の多くは、ヒートシンクを迂回し、ヒートシンクの冷却フィン上に形成される熱境界層とあまり混ざらない。前記ヒートシンクの正反対側に又は前記ヒートシンクの上に配置されるファンは、そのモータ組立体が気流を妨げる「デッドエリア」を持ち、例えば、乱流気体流をもたらす。更に、ファンは、相対的に多くのエネルギを使用し、可聴雑音をもたらし、相対的に多くのスペースを取る。

本発明の目的は、冒頭の段落に記載されているタイプの照明装置であって、上述の不利な点が抑制される照明装置を提供することにある。

この目的のため、前記照明装置は、前記照明装置が、
輪郭を持つヒートシンクに取り付けられる少なくとも１つの光源と、
前記ヒートシンクのそばを流れる流体による前記ヒートシンクの冷却を介して前記光源を動的に冷却するための冷却装置とを有し、前記冷却装置が、少なくとも１つの冷却開口部を持ち、
前記冷却装置が、一連の流体パルスを生成するための振動膜冷却システムであることを特徴とする。

実験で、この冷却方式は、電気ファンを用いる従来の冷却方式よりかなり効果的であることが明らかになった。実際には、前記振動膜冷却システムは、従来のファンを用いるのと比べて、２／３未満のエネルギ入力で、２乃至３倍の冷却もたらすことが分かった。前記システムは、前記振動膜冷却システムが共振冷却システムとして実施される場合、更に効率的である。前記振動膜冷却システムは、単純であり、摩耗しやすい摩擦パーツを持たない。シンセティックジェットモジュール（＝振動膜冷却システム）は、振動板が、１つ以上のオリフィス（＝冷却開口部）を持つキャビティ（＝振動膜チャンバ）内に取り付けられる小さなステレオスピーカに似ている。前記冷却システムは、１つ以上のシンセティックジェットモジュール及びヒートシンクを有してもよく、前記モジュールは、前記光源の上、下又は隣に配置され得る。前記冷却システムは、前記光源、及び／又は前記照明装置の他のパーツ、例えば駆動手段（＝電子回路）の両方を冷却するために使用可能である。

前記照明装置の実施例は、少なくとも１つの冷却開口部が、少なくとも２つの、好ましくは少なくとも４つのオリフィスを持ち、前記冷却オリフィスが、前記ヒートシンクの前記輪郭のそばに配設されることを特徴とする。従って、前記冷却装置は、前記ヒートシンクの前記輪郭と同様な形状を持つ冷却パターンを生成し、その結果、前記ヒートシンクは、流体流でフラッシュされることとなる。前記ヒートシンクの前記輪郭であって、内側輪郭、外側輪郭、又は内側輪郭と外側輪郭との両方であり得る前記輪郭の大部分、例えば、５０％以上、好ましくは７０％以上、より好ましくは８５％以上が、前記冷却装置によって生成される流体流にさらされる。さらされる前記輪郭が多ければ多いほど、冷却はよくなる。前記流体は、気体又は液体であり得る。前記流体が気体である場合、前記流体は、好ましくは、空気である。４つの開口部、即ちオリフィスは、例えば、前記外側輪郭をフラッシュする２つの冷却開口部をその外側に設け、前記内側輪郭をフラッシュする２つの他の冷却開口部をその内側に設けることによって、前記開口部の三次元配置の作成を可能にし、従って、三次元ヒートシンクの効果的な冷却を可能にする。前記輪郭が、曲面／平面に対応する場合には、前記冷却開口部の前記三次元配置を経由して流体を流すことにより、例えば前記ヒートシンクの外面を、ほぼ全体的にフラッシュすることも可能である。

前記照明装置の他の実施例は、前記光源が、動作中に前記光源から出て来る光のコリメート及び方向づけをするための光学手段を有し、前記ヒートシンクの前記輪郭が、前記光学手段の輪郭と同様である形状を持つことを特徴とする。従って、その場合、前記ヒートシンクが、ヒートシンクを有する既知の従来の照明装置と比べて相対的に少ないスペースしか取らないということが実現される。前記流体パルスを輸送することは可能であると考えられるので、前記ヒートシンクの複雑な三次元形状にもかかわらず、それでも、前記共振冷却システムからの流体流で前記ヒートシンクをほぼ完全にフラッシュすることが可能であることが分かった。このため、前記照明装置は、前記冷却システムが、振動膜チャンバを持ち、各冷却開口部が、各々の流体パルス伝導体を介して前記振動膜チャンバに接続されることを特徴とする。前記流体パルスが前記流体パルス伝導体内にある限り、前記流体パルスは安定しており、即ち、環境から流体が取り出されず又は吸い込まれず、乱流は生じない。前記流体パルスが前記冷却開口部を出ると、前記流体パルスは、環境雰囲気に影響を及ぼし、その直接周囲から流体を取り出し、又は吸い込み、結果的に、前記流体パルスは不安定になり、乱流流体流をもたらす、又は乱流流体流になる。前記流体パルス伝導体は、好ましくは、動作中に好ましくは依然として共振状態にある振動膜によって生成されるような前記流体パルスの連続の波長λ（ラムダ）の半分のＮ倍に等しい長さを持つ。その場合、前記振動膜冷却システムは、最も効率的なようにして、相対的により少ないエネルギ損失で動作するようである。

更に、実験で、管状伝導体が流体パルス伝導体としての使用にとりわけ適していることが分かった。好ましくは、可撓管が用いられる。なぜなら、その場合、前記冷却開口部の、前記ヒートシンクに対する正確な、所望の位置が、容易に得られ得るからである。

前記照明装置は、前記流体流による前記ヒートシンクのほぼ全体的なフラッシングを更に向上させるため、前記冷却開口部の少なくとも１つが、シャワーヘッドのような形をしていることを特徴とする。その場合、前記ヒートシンクのフラッシング、更に一層改善され、従って、前記ヒートシンクの冷却（その結果としての前記光源の冷却）は、更に一層改善される。

前記照明装置の別の実施例は、前記振動膜チャンバが、前記光源から間隔を置いて配置され、好ましくは、前記ヒートシンクの最大寸法の少なくとも３倍、好ましくは少なくとも７倍である距離を隔てたところに配置されることを特徴とする。前記流体パルスの連続を相対的に長い距離にわたってほぼエネルギ損失なしに輸送することが可能であることは、前記振動膜チャンバを前記ヒートシンクから相対的に長い距離を隔てたところに配置することを可能にする。前記照明装置の動作中、おそらく、依然として、幾らかの雑音は前記振動膜によって生成され得るので、前記流体パルスの連続を輸送することが可能であることは、前記光源が前記流体パルス伝導体を介して前記天井からつるされている状態で、前記振動膜チャンバを、例えば吊り天井の後ろに隠すことを可能にする。

前記照明装置の他の実施例は、前記照明装置が、前記冷却装置を制御するための制御回路を具備することを特徴とする。従って、前記照明装置に課される熱的条件の変化を制御すること、又は前記照明装置に課される熱的条件の変化に応えることが簡単に可能である。このため、前記回路は、前記ヒートシンクの温度を検出し、それと設定値を比較し、前記冷却装置に操縦信号を供給するセンサを具備し得る。前記冷却装置は、前記光源と前記制御回路との両方を冷却するように設計されてもよい。

前記照明装置の他の実施例は、前記光源が、少なくとも１つの発光ダイオード（ＬＥＤ）であることを特徴とする。ＬＥＤを有する照明装置は、とりわけ、冷却装置が、相対的に小さいＬＥＤと比べて相対的に多くのスペースを取ることから、熱管理の問題を抱えることが知られている。前記振動膜冷却システムは、そのコンパクトさ及び高い効率のため、ＬＥＤを冷却するのにとりわけ適している。前記ＬＥＤは、白色（Ｗ）、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）、青色（Ｂ）又はアンバー（Ａ）の発光スペクトルを持ち得る。それらの組み合わせは、ＷＲＧＢＡ出発ＬＥＤの色座標によって構成される色空間の範囲に入るあらゆる所望の光スペクトルをもたらす。前記ＬＥＤは、前記ＬＥＤの直上に位置する又は前記ＬＥＤから遠く離れた二次変換発光素子、例えば、遠隔蛍光体又はルミラミック（lumiramics）と組み合わせて利用され得る。

前記照明装置の別の実施例は、前記ヒートシンクが、前記ヒートシンクの軸の周りに同心状に配設され、環状スリットによって離間される複数の環状冷却フィンのような形をしていることを特徴とする。従って、１つのヒートシンクに取り付けられる小さな光源、例えばＬＥＤの環状配列を持ち、各光源を更に効果的に冷却することが可能である。前記光源のほぼ環状の配列の場合には、ヒートシンクであって、前記ヒートシンクの前記軸に垂直な面において、円形、三角形、矩形、正方形、六角形又は八角形の形状を持つヒートシンクがとりわけ適切である。他の例においては、様々な光源の１つ以上の配列を冷却するために、もちろん、含まれる光源の量に依存して、複数のヒートシンクを持つことが可能である、又は他の例においては、１つの冷却システムが複数の光源を冷却することが可能である。冷却効率を高めるため、前記冷却開口部は、１つ又は複数の前記ヒートシンクの各々のスリットの中又は反対側に配置されるのが好ましい。本発明の照明装置は、スタンドアロンユニットとして用いられ得る、又は他の電気装置を有するネットワークの一部を形成し得る。

ここで、本発明を、図面を参照して説明する。

従来技術の照明装置において用いられているような冷却装置の概略図である。 従来技術の照明装置において用いられているような冷却装置の概略図である。 本発明による照明装置において用いられるような冷却装置の概略図である。 本発明による照明装置の第１実施例の概略図である。 本発明による照明装置の第２実施例の概略図である。 本発明による照明装置の第３実施例の概略図である。 本発明による照明装置の第４実施例の側面図である。 複数の、図６に示されている照明装置の斜視図である。 図７に示されている照明装置の底面図である。 単一の、図６に示されている照明装置の概略図である。 複数の、図６に示されている照明装置の幾つかの配置の概略図である。 複数の、図６に示されている照明装置の幾つかの配置の概略図である。 図６に示されている照明装置の（縮尺通りではない）設計図を示す。

図１ａ及び１ｂは、冷却装置としての電気ファン１０の２つの基本的な形状を概略的に示している。各ファンは、ハウジング１４と、前記ハウジング中でファン軸１２のまわりを回転するプロペラ１１とを有する。動作中、気流が生成され、内部への流れ１３は、入口開口部１５を通ってハウジングに入り、出口又は冷却開口部１７を通って、外部への流れ１６として、ハウジングを出る。図１ａにおいては、入口及び出口開口部は、互いの反対側に配置され、軸方向気流をもたらす。図１ｂにおいては、入口及び出口開口部は、互いに対して９０°の角度で配置され、入口の流れは、ファン軸に沿っており、出口の流れは、ファン軸１２に対して垂直である。実際には、出口開口部が２つ以上の方向に設けられる場合、ファンは非常に非効率的に動作するようである。

図２は、振動膜冷却装置２０を概略的に示している。振動膜冷却装置は、壁部２４を備えるチャンバ２１を有する。チャンバには、膜２７が設けられ、前記膜２７は、動作中、振動軸２６に沿って振動し、好ましくは共振し、一連の流体パルス２２を生成し、前記パルスは、壁部２４に設けられる冷却開口部、即ちオリフィス２３、を通ってチャンバを出る。示されているように、幾つかのオリフィスは、実質的に壁部２４自体に設けられるが、他のオリフィス、例えば２３ａは、壁部２４から或る距離離れたところに設けられ、管状パルス伝導体２５を介してチャンバに接続される。振動膜冷却装置の効率にとって、開口部が、チャンバの１つの面に設けられるのか、又は様々な面に設けられるのか、振動軸に対して様々な向きを持つかどうかは、問題ではない。

図３は、本発明による照明装置３０の第１実施例の概略図である。照明装置は、光源３１、この図においては、コンパクトな高圧水銀蒸気放電ランプ、例えばＵＨＰランプを有する。光源は、ヒートシンク３２に取り付けられ、更に、光学手段３３、この図においては放物面反射器３３を有する。ヒートシンクは、実質的に、反射器の外側輪郭３４と同様である形状を持つ。振動膜冷却装置３５、この図においては、図２に示されているものに類似している共振冷却システムは、ヒートシンクに隣接して設けられる。装置３５は、ヒートシンクを一連の流体パルス３９でフラッシュする６つのオリフィス３６を持ち、前記一連の流体パルス３９は、その内側輪郭／面３７及び外側輪郭／面３８の両方において、オリフィスから出ると、乱流流体流になる。更に、ヒートシンクは、各々の冷却開口部３６を介して流体パルス３９が供給される流路１００を有する。ヒートシンクの全体的な冷却の結果として、光源は、非常に効果的に冷却される。

図４は、本発明による照明装置３０の第２実施例の概略図である。この実施例においては、光源、この図においては、白色ＬＥＤ３１と、光学手段３３と、ヒートシンク３２とを有する部分４２は、振動膜冷却装置３５の部分を形成するチャンバ４０から遠く離れている。この図においては流体は空気である流体パルスの連続は、チャンバにおいて生成され、空気パルス伝導体４１を介してヒートシンクへ輸送される。前記ヒートシンクは、それにより、効果的に冷却される。この実施例においては、チャンバには、オリフィス４３が１つしかない。他の構成（図示せず）においては、遠隔部４２は、空気パルス伝導体を介して（吊り）天井につるされ、チャンバは、天井に又は吊り天井の後ろに隠される。

図５は、チャンバ４０がヒートシンク３２内に配置される本発明による照明装置の第３実施例の概略図である。これは、照明装置が、更に少ないスペースしか取らず、美的設計を可能にするという利点を持つ。この実施例においては、３つのオリフィス／冷却開口部４３がある。

図６は、本発明による照明装置５０の第４実施例の概略側面図である。ヒートシンク５１が設けられ、前記ヒートシンク５１は、ヒートシンクの軸５３の周りに同心状に配設される多くの環状冷却フィン５２を持ち、前記軸は、この実施例においては、動作中に光源（図７参照）によって放射される光のコリメート及び方向づけをするための光学反射器５９の光軸５８と一致する。隣接する同心フィンの各ペアは、各々のスリット５４によって分離される。共振冷却装置５７の各々のオリフィス／冷却開口部５６は、各スリットの第１端部５５に設けられ、冷却開口部は、一緒に、シャワーヘッドを形成する。

図７は、７つの、図６に示されているような照明装置を全て収容する照明システムの斜視図である。各照明装置は、各々の光源６１を持ち、各ＬＥＤは、各々の光学手段５９を持ち、熱伝導パイプ６３を介して各々のヒートシンク５１に取り付けられる。ヒートシンクは、共通の共振冷却装置５７によって冷却される。六角形配置の６つのＬＥＤを備える７つのＬＥＤが配設される。即ち、２つの赤色ＬＥＤ Ｒと、２つの緑色ＬＥＤ Ｇと、２つの青色ＬＥＤ Ｂとが、中央の白色ＬＥＤ Ｗを囲んでいる。
各反射器は、その各々の光軸５８に沿って、その各々の光源６１からその各々の発光窓６２の方へ広がる。共振冷却装置５７は、反射器の、発光窓と反対の側に設けられる。照明システムは、冷却装置を制御するための制御手段（図８参照）を更に有する。

図８は、図７に示されている照明装置の底面図であり、図８においては、ヒートシンク５１の、同心環状六角形構造のフィン５２が、はっきり見える。冷却フィンは、スリット５４によって分離される。制御回路６４は、ヒートシンクの軸５３上に設けられ、最も中央の冷却フィン５２によって囲まれる。

図９ａは、単一の、図６に示されているような照明装置５０の概略図であり、図９ｂ及び９ｃは、各々、三角形及び六角形配置で配設される３つ及び７つの照明装置の概略図である。示されている配置は、単なる例であり、発明の考えから逸脱することなく、多くの他の形状、例えば、鎖状又は円形配置（中心に照明装置のない六角形配置）があり得る。

図１０は、図６の照明装置の（縮尺通りではない）設計図を、各々、斜視図ＰＶ、側面図ＳＶ、上面図ＴＶ及び底面図ＢＶで示している。ヒートシンクは、環状同心リングとして形成される冷却フィンを持つ。

Claims (16)

1. 照明装置であって、前記照明装置が、
   輪郭を持つヒートシンクに取り付けられる少なくとも１つの光源と、
   前記ヒートシンクのそばを流れる流体による前記ヒートシンクの冷却を介して前記光源を動的に冷却するための冷却装置とを有し、前記冷却装置が、少なくとも１つの冷却開口部を持ち、
   前記冷却装置が、一連の流体パルスを生成するための振動膜冷却システムであることを特徴とする照明装置。
2. 少なくとも１つの冷却開口部が、少なくとも２つの、好ましくは少なくとも４つのオリフィスを持ち、前記冷却オリフィスが、前記ヒートシンクの前記輪郭のそばに配設されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
3. 前記輪郭が、曲面／平面に対応することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
4. 前記光源が、動作中に前記光源から出て来る光のコリメート及び方向づけをするための光学手段を有し、前記ヒートシンクの前記輪郭が、前記光学手段の輪郭と同様である形状を持つことを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
5. 前記冷却システムが、振動膜チャンバを持ち、各冷却開口部が、各々の流体パルス伝導体を介して前記振動膜チャンバに接続されることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
6. 前記流体パルス伝導体が、動作中に共振器によって生成されるような波長λの半分のＮ倍に等しい長さを持つことを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
7. 前記流体パルス伝導体が、管、好ましくは可撓管であることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
8. 前記冷却開口部の少なくとも１つが、シャワーヘッドのような形をしていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
9. 前記振動膜チャンバが、前記光源から間隔を置いて配置され、好ましくは、前記ヒートシンクの最大寸法の少なくとも３倍、好ましくは少なくとも７倍である距離を隔てたところにあることを特徴とする請求項５に記載の照明装置。
10. 前記照明装置が、前記冷却装置を制御するための制御回路を具備することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
11. 前記光源が、少なくとも１つのＬＥＤであることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
12. 各々のＬＥＤが、白色、赤色、緑色、青色若しくはアンバーの発光スペクトル、又はそれらの任意の組み合わせを持つことを特徴とする請求項１１に記載の照明装置。
13. 前記ヒートシンクが、前記ヒートシンクの軸の周りに同心状に配設され、環状スリットによって離間される複数の環状冷却フィンのような形をしていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
14. 前記ヒートシンクが、前記ヒートシンクの前記軸に垂直な面において、円形、三角形、矩形、正方形、六角形又は八角形の形状を持つことを特徴とする請求項１３に記載の照明装置。
15. 前記冷却開口部が、前記ヒートシンクの各々のスリットの中又は反対側に配置されることを特徴とする請求項１３に記載の照明装置。
16. 前記照明装置が、複数のヒートシンクを有することを特徴とする請求項１に記載の照明装置。

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