CN101644398A - 兼具快速储能与散热的led照明装置 - Google Patents

Abstract

本发明系一种兼具快速储能与散热的LED照明装置，其包含一LED灯；一金属基座结合该LED灯且接受该LED灯所散出的热能；一热传导装置具有一第一部及一第二部，该第一部结合该金属基座，且热能可以由第一部传到第二部；一热电能源产生器结合该热传导装置的第二部用以接受热能及进行热电能源转换；一快速充/放电储能装置系电性连接该热电能源产生器，其用以储存热电能源产生器所产生的电能以及可以释放出电能。如此该LED灯所产生的废热不但可以快速地被散去，且该废热经由热电能源产生器的作用便可转换成电能，再经由快速充/放电储能装置的快速储存电能的作动，便可达到兼具快速储能与散热的LED照明装置的目的。

Description

兼具快速储能与散热的LED照明装置

技术领域

本发明系关于一种照明装置，特别是应用于高功率的LED灯。该LED灯在照明时所产生的废热，经由本发明所揭露的装置运作下，不但可以快速地被散去，且该热能可以进一步地经由热电能源产生器的作用而转换成电能，而该电能亦可再经由快速充/放电储能装置的作用而进行电能的储存与释出。

背景技术

一般发热物件所产生的废热都是直接散去，以具有高功率的LED灯为例，其所产生的废热会影响到灯源的寿命及发光效率，因此散热效率对LED灯而言是一项极重要的设计课题。

请参阅图1，公知的一种散热形式是在一LED灯10的底面配置一金属基座12，且取一散热鳍片座14结合该金属基座12。如此，LED灯10所产生的废热可以先传导到散热鳍片座14，然后该废热再由散热鳍片座14散逸到空气中。这样，废热离开LED灯10的速度及/或散热鳍片座14将废热散逸到空气的散热功效便决定了整个LED灯10的散热效率。

中国台湾专利M306029号揭露利用传热元件(热导管)将LED灯的废热快速地传导到散热元件(散热鳍片)，再加上适当的热对流设计使散热元件(散热鳍片)上的废热得以散去，以便提高LED灯的散热效率。

中国台湾专利M295889号揭露利用热导管将LED灯的废热传导到散热翼片，然后再以一风扇对散热翼片吹风使废热能快速散去，藉此达到散热的效果。

中国台湾专利M309053号揭露将LED灯的废热直接以热导管导至一端的散热件，或是废热先传导到散热鳍片再以热导管导向一端的散热件，藉此达到散热目的。

美国专利7329030号揭露利用一热导管将LED灯的废热导向配接在该热导管一端的散热器，藉此达到散热作用。

以上各专利前案皆是利用热导管将热导向一散热鳍片，然后再利用自然对流或风力作用，使散热鳍片上的废热得以散去。此种散热方式优于传统散热方式，但是并没有进一步教导如何再利用这些废热。

中国台湾专利453430号揭露利用热导管传导废热，并且以一热电致冷器结合热导管来进行热交换。此种方式虽然可以提高散热效果，但是需外加电力来驱动热电致冷器。

美国专利6880346号揭露利用热导管将CPU所产生的废热传导至一热电致冷器(thermoelectric cooler，TEC)，然后利用热电致冷器及风扇来进行热交换。此种方式虽然可以提高散热效果，但是需外加电力来驱动热电致冷器。

以上专利前案虽然利用热电致冷器来提高散热效果，但是热电致冷器需要外加电力，因此明显需要耗费更多的能源。

美国专利2007120138号揭露LED灯的LED晶片底部配置一热电致冷器，而LED灯的底面配置一散热器(heat sink)。如此热电致冷器用以传导LED晶片所产生的废热，使LED晶片不致温度过高，然后再以散热器来散去废热。

美国专利2006198149号揭露LED灯配置多个迭置排列的热电致冷器，藉此LED灯所产生的废热须通过各热电致冷器而传到一散热器以便进行散热。

美国专利2006088271号揭露一光电装置，例如LED，系搭配一热电致冷器以达到热交换的目的。

以上各专利前案所使用的热电元件是热电致冷器，其除了作为热交换的元件外，还作为热传导元件。由于热电致冷器需要外加的电力来驱动，所以有耗费更多能源的缺点。

另外关于上揭各专利前案皆是教导如何将废热散去，对于能源再生利用完全没有助益；目前最常见的能源转换利用多为太阳能转成电能，例如中国台湾专利M326704、中国台湾专利200713745号、美国专利7259692号，皆是揭露以太阳能电池或太阳能板搭配一超电容来进行能源的转换与利用。

又，中国专利第200810017370.0号揭露一种可实现热量回收的LED照明装置，该专利案将LED光源的废热传导到一封闭的盒形内基板上，然后一部份的热能由贴置在内基板上的热电转换器搭配散热翅片予以进行热电转换且储存于一储能转换单元，另一部份的热能由一散热装置搭配风扇予以进行散热作用。是以该专利案的散热方式有二，其一为热电转换器加散热翅片，另一为散热装置加风扇。

该专利案具有热管(热传导装置)可将热能由内基板导向散热翅片，然而热管所传导的热量并非用来作为热电转换；此外，该专利案未能揭露热电转换器的特征构造，若以一般热电转换器而言，其热电转换效能未臻理想。再者，该专利案虽然教导利用储能转换单元将热电转换器所产生的电能储存起来，但是热电转换器所产生的电能很小，以一般储能方式进行储能的话需要很长的时间才能储存到可供使用的电力，因此该专利案无法达到快速储能的效果。

另外，中国专利第200510055961.3号揭露一种废热回收系统，其将来自于发动机的废热搭配热管予以回收，并搭配催化剂使得结合热管的热电转换模块可以进行热电转换。根据前一专利案的说明，一般热电转换模块的转换效率不高，而且所产生的电能小，而该专利案又没有揭露具有特殊结构的热电转换模块，又没有教导如何快速储能以供使用，所以该专利案的技术在实用上未臻理想。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种兼具快速储能与散热的LED照明装置，其具有能够快速散去LED灯所产生的废热，藉此使得LED灯能够有较佳的发光效率以及较长的使用寿命。

本发明的另一目的是提供一种兼具快速储能与散热的LED照明装置，其具有能够利用LED所产生的废热进行热电能源转换并将所产生的电能快速地储存及再使用，藉此达到节能及能源再利用的功效。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种兼具快速储能与散热的LED照明装置，包含：一LED灯；一热传导装置，其具有一第一部及一第二部，其中该第一部结合所述LED灯并接受所述LED灯传导出来的热能，且该热能可由该第一部传到该第二部；所述热传导装置的第二部结合一热电能源产生器，该热电能源产生器用以接受热能以进行热电能源转换；所述热电能源产生器电性连接一快速充/放电储能装置，该快速充/放电储能装置用以储存该热电能源产生器所产生的电能及释放出电能。

如此一来，该LED照明装置可利用热传导装置将废热快速地散去；而被散去的废热经由热电能源产生器的作用转换成电能，并以快速充/放电储能装置进行快速的电能储存，进而达到再生能源利用的功效。

在本发明的实施措施中：

所述导热装置为热导管。

所述热电能源产生器具有一热电晶片，该热电晶片的相对两侧分别为一热端及一冷端，一吸热片结合该热端及该热传导装置的第二部，一散热片结合该冷端。

所述吸热片表面具有一保热物质且结合在该热端。

所述保热物质为黑色光阻或炭黑。

所述散热片由一金属片的一侧结合一薄片状的软性散热器所构成。

所述软性散热器为一金属薄片，该金属薄片被夹在二绝缘膜之间。

所述快速充/放电储能装置包含一快速储能介面及一储能装置。

所述快速储能介面为一超电容。

还包含一金属基座，该金属基座配置在该LED灯与该热传导装置的第一部之间，其用以接受该LED灯所散逸出的热能并传导至该第一部。

本发明的优点在于：

1.由于利用热导管快速地将LED灯所产生的废热导离开LED灯底部的金属基座，因此具有较佳的散热效果；

2.由于该热导管所导出的热能更可以配合本发明具特定构造的热电能源产生器来进行热电能源转换，以及配合本发明的快速充/放电储能装置，将热电能源产生器所产生的电能迅速储存起来以备使用，因此本发明不但不需要外加的电力来驱动热电能源产生器的运作，更可以获得一再生能源可再利用，因此具有良好的节能功效。

附图说明

图1为公知LED灯及散热鳍片的组合结构示意图；

图2为本发明的LED灯结构示意图；

图3为本发明的热传导装置结构示意图；

图4为本发明的热电能源产生器结构示意图；

图5为本发明的LED灯、热传导装置、热电能源产生器搭配快速充/放电储能装置的组合结构示意图；

图6为60瓦LED灯在未使用鳍型散热片或本发明装置的接合温度随点灯时间变化的情形；

图7为60瓦LED灯搭配使用鳍型散热片的接合温度随点灯时间变化的情形；

图8为60瓦LED灯搭配使用本发明的热传导装置与热电能源产生器，以及有无搭配大电容快速充/放电储能装置的接合温度比较图；

图9为60瓦LED灯搭配本发明装置，在未搭配使用超电容快速充/放电储能装置的情形下，由热电能源产生器所产生的输出电压与输出电流随点灯时间变化的情形；

图10为60瓦LED灯使用本发明装置与使用鳍形散热片的装置，其接合温度于室外进行24小时实际点灯测试的比较情形。

具体实施方式

以下即依本发明的目的、功效及结构组态，举出较佳实施例并配合附图详细说明。

请参阅图2，一种LED灯20，其具有LED晶片22且相对着一透镜24。该LED灯20具有大功率的发光输出足以作为照明使用。一金属基座26配置在该LED灯20的底面。LED灯20所产生的废热可以传导到金属基座26。

请参阅图3，一个热传导装置30，例如热导管，其具有一个第一部32及一个第二部34，且传导部36的两端分别连接第一部32及第二部34之间。热量能够由第一部32经传导部36而传导到第二部34。

请参阅图4，热电能源产生器40由数个N型热电材料和P型热电材料组成一热电晶片41。该热电晶片41的相对两侧分别具有一热端42及一冷端43。

一吸热片44结合在该热电晶片41的热端42。更进一步而言，该吸热片44为一表面具有保热材料46的金属片45。其中金属片45为一薄片型的铜片或铝片，保热材料46为黑色光阻或炭黑。如此该吸热片44具有可以快速吸收及保持住热能的效果。

一散热片47贴置在该热电晶片41的冷端43。散热片47由一金属片48的一侧结合一薄片状的软性散热器49所构成。其中软性散热器49是一金属薄片492被夹在二绝缘膜494和496之间。藉此，散热片47可以快速地将热量导出并散去，使得热电晶片41的冷端43得以保持在低温状态。

然而，上述的散热器49结构仅是作为本实施例的说明，并不以此为限。在空间大小许可的情况下，散热器49也可以是散热鳍片，或风扇，或风扇与散热鳍片的组合。

根据上揭的热电能源产生器40的结构组态，可预期吸热片44吸收一热源的热能后，能够将热能维持在热电晶片41的热端42，使得热端42可以保持在高温状态且温度不致于快速地传导到冷端43；散热片47可以快速地将冷端43的热量散去而形成低温状态；由于热电晶片41的热端42与冷端43之间具有较大的温差，所以热电晶片41具有高的热电转换效率。

请参阅图5，图中将前述的LED灯20、热传导装置30、热电能源产生器40搭配一快速充/放电储能装置50组成一照明装置。其中热传导装置30的第一部32结合金属基座26；热传导装置30的第二部34结合热电能源产生器40的吸热片44；快速充/放电储能装置50藉导线电性连接热电晶片41。更进一步而言，快速充/放电储能装置50具有一快速储能介面(如超电容，即大容量)52，以及一储能装置54，例如充电电池。

这样，LED灯20所产生的废热可以经由金属基座26传导到热传导装置30的第一部32。接着热量由第一部32快速地传导到第二部34，如此一来，对LED灯20而言可以达到快速导热及散热的效果，故能够使LED灯20有较高的发光效率及保持较长的使用寿命。

当热传导装置30的第二部34获得热量而温度升高时，热电能源产生器40的吸热片44会快速地汲取热量并且启动热电能源转换；热电能源产生器40所产生的电量传送到超电容52以达到快速累积电能的效果，然后再以此电能快速地对储能装置54进行充电储能。

这样，原先应该被散逸于大气中的废热，便可经由热电能源产生器40及快速充/放电储能装置50的搭配使用，形成另一种可利用的再生能源，因此本发明具有节能及能源再生利用的效果。

将本发明所揭露的结构组态实际地与公知产品进行比较，其可以获得以下的比较结果：

请参阅图6，取一市售功率为60瓦的LED照明装置且未使用鳍型散热片或本发明所揭露的装置，其接合温度(指LED灯底面的金属基座的温度)会明显随点灯的时间而急遽升高，其中在经过5分钟后，接合温度即高达100℃。

请参阅图7，同样地，取一市售功率为60瓦的LED照明装置并搭配使用鳍型散热片(形成图1所示的结构形态)，其接合温度随点灯时间变化的情形。在经过4小时后，其接合温度约可稳定在57℃。明显地，使用鳍型散热片能够有效地降低接合温度。

请参阅图8，再取一市售功率为60瓦的LED照明装置并搭配本发明所揭露的装置，其中在未搭配快速充/放电储能装置的组态下点灯时间经过30分钟后，其接合温度即可稳定在48℃；若进一步搭配使用快速充/放电储能装置，则经过30分钟的点灯时间后，其接合温度更可稳定在47℃；很明显地，相较于使用鳍型散热片，使用本发明可以达到更佳的散热效果。

请参阅图9，取一市售功率为60瓦的LED灯搭配本发明所揭露的装置，其中在未搭配使用快速充/放电储能装置的组态下，经过30分钟的点灯时间后，由热电能源产生器所产生的输出电压约可稳定在1.3伏特，而输出电流约可稳定在53毫安培；明显地，无论是输出电压或是输出电流皆已初具实用价值。

请参阅图10，取一市售功率为60瓦的LED灯分别搭配鳍形散热片，以及搭配本发明所揭露的装置，并且进行24小时的室外实际点灯测试，由图中可知使用本发明的LED照明装置其接合温度明显低于使用鳍形散热片的LED照明装置；而且使用本发明的LED照明装置具有可快速充电以及可以有输出电能可供使用，该图显示60瓦的LED灯使用本发明装置，其更具有一份电功率可随点灯时间作输出，其为使用鳍形散热片的LED照明装置所不具备的功能。

归纳以上本发明的实施例，其揭露利用热导管快速地将LED灯所产生的废热导离开LED灯底部的金属基座，因此具有较佳的散热效果；同时该热导管所导出的热能更可以配合本发明具特定构造的热电能源产生器来进行热电能源转换，以及配合本发明的快速充/放电储能装置，将热电能源产生器所产生的电能迅速储存起来以备使用。因此本发明不但不需要外加的电力来驱动热电能源产生器的运作，更可以获得一再生能源可再利用，因此具有良好的节能功效。

以上乃本发明的较佳实施例，惟较佳实施例仅是举例说明，并非用于限制本发明技艺的权利范围，凡以均等的技艺手段、或为本发明的权利要求书内容所涵盖的权利范围而实施者，均不脱离本发明的范畴而为申请人的权利范围。

Claims (10)

1.一种兼具快速储能与散热的LED照明装置，包含：

一LED灯；

一热传导装置，其具有一第一部及一第二部，其中该第一部结合所述LED灯并接受所述LED灯传导出来的热能，且该热能可由该第一部传到该第二部；

其特征在于：

所述热传导装置的第二部结合一热电能源产生器，该热电能源产生器用以接受热能以进行热电能源转换；

所述热电能源产生器电性连接一快速充/放电储能装置，该快速充/放电储能装置用以储存该热电能源产生器所产生的电能及释放出电能。

2.如权利要求1所述的兼具快速储能与散热的LED照明装置，其特征在于：所述导热装置为热导管。

3.如权利要求1所述的兼具快速储能与散热的LED照明装置，其特征在于：所述热电能源产生器具有一热电晶片，该热电晶片的相对两侧分别为一热端及一冷端，一吸热片结合该热端及该热传导装置的第二部，一散热片结合该冷端。

4.如权利要求3所述的兼具快速储能与散热的LED照明装置，其特征在于：所述吸热片表面具有一保热物质且结合在该热端。

5.如权利要求4所述的兼具快速储能与散热的LED照明装置，其特征在于：所述保热物质为黑色光阻或炭黑。

6.如权利要求3所述的兼具快速储能与散热的LED照明装置，其特征在于：所述散热片由一金属片的一侧结合一薄片状的软性散热器所构成。

7.如权利要求6所述的兼具快速储能与散热的LED照明装置，其特征在于：所述软性散热器为一金属薄片，该金属薄片被夹在二绝缘膜之间。

8.如权利要求1所述的兼具快速储能与散热的LED照明装置，其特征在于：所述快速充/放电储能装置包含一快速储能介面及一储能装置。

9.如权利要求8所述的兼具快速储能与散热的LED照明装置，其特征在于：所述快速储能介面为一超电容。

10.如权利要求1所述的兼具快速储能与散热的LED照明装置，其特征在于：还包含一金属基座，该金属基座配置在该LED灯与该热传导装置的第一部之间，其用以接受该LED灯所散逸出的热能并传导至该第一部。

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