CN102297405B - 自体无方向循环散热装置 - Google Patents

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Abstract

一种自体无方向循环散热装置，是包括一外管、一导热件、一散热件、至少一均热环，至少一吸液导管及至少一内管，其中，外管内形成至少一容室，该导热件与散热件分别结合于该外管两端，该导热件供电气负载连结于表面，该均热环连结于导热件下方，该内管及吸液导管纳置于外管的容室内，且吸液导管受内管的包覆，两端分别结合于导热件与散热件，内管与外管间的容室则被区隔形成至少一循环管道，该循环管道内填充至少一种流体导热介质，以使该负载热源产生热能由导热件吸收后，加热导热件和均热环中间的流体导热介质，使流体导热介质借毛细作用沿吸液导管传导至散热件散热降温，再由散热件经循环管道循环回到导热件端的均热环。

Description

自体无方向循环散热装置
技术领域
本发明涉及一种自体无方向循环散热装置，特别涉及一种利用至少一吸液导管以毛细作用传导至少一种流体导热介质散热与无方向限制循环的散热装置。
背景技术
按，现有发光二极管(LED)灯具广泛使用于各种照明场合，特别是发光二极管能够产生节能省电的绿能环保效果，但发光二极管灯具最主要的应用瓶颈在于散热的问题，由于发光二极管灯具会随着时间产生高热，现有采用被动式的散热鳍片或散热器的空气冷却方式已不敷使用，除了散热速度慢，热源或热点的降温效率亦是很差，且发光二极管与散热器的接面上的各点散热温度不均匀，并不符合产业利用需求，而逐渐被淘汰。
或有因此萌生改良者，以管路配置并于管内置以冷却液或散热液，并再连结散热器方式提供发光二极管灯具散热，但由于冷却液或散热液流动速率缓慢问题，如果单纯靠热对流推动冷却液或散热液，根本无法达到迅速散热的效果，并且会受限发光二极管灯具负载装设方向，例如：发光二极管装设方向在散热器的上方，即投射灯光向上时，如单单靠热对流方式进行散热，根本很难向上推动冷却液或散热液顺畅及快速流动，因此，通常必需加设小型电动泵浦加压推动冷却液或散热液，但此种方式，势必让小型电动泵浦消耗额外的电力，实有违发光二极管灯具的节能环保的本意，且徒增发光二极管灯具应用装设不便与困难。
在相关的先前专利技术文献方面，如中国台湾专利公报第329139号「发光二极管灯具」新型专利案，揭示该发光二极管灯具内设有一中空状热管，该中空状热管可容纳冷却液，借由该中空状热管的加热产生液、气两相变化使该热管中的热能传导至外部的散热鳍片进行散热，但该热管内的冷却液的液、气变化必需借由空气为介质进行传导，换言之，如冷却液无液、气或气、液冷却变化，即无法进行散热传导，且该冷却液变成气态后必需借由空气为介质传导，无异于上述现有空气冷却散热装置，其传导速度与能力会受限于热管内的压力变化大小，因此，该冷却液的散热传导速度与能力并非可达到预期的效果，并且，该冷却液形成气态后，热管内的温度是靠自然降温，无法有效迅速降温，致使该气态冷却液的冷却速度并不理想，难以达到冷却液冷却循环的功能。
由该前案的专利说明书的实施例及附图中，可以得知该负载热源，如发光二极管(即光源部)仅能限制装设在热管下方及两侧，此可由其专利范围及附图图1、图3、图7及图8显示得知，该发光二极管并无法设置于热管上方，因冷却液无法填满整个热管，如要靠热管内的空气加热而间接使冷却液变成气态，又相当困难及缓慢，根本无法达到循环散热的效果，在冷却液变成气态前，恐怕该发光二极管的温升已超过额定值，而有损害发光二极管及使发光二极管寿命降低之虞，因而限制发光二极管灯具的应用状态与装设方向，而不具有产业利用性。
除此之外，诸如美国发明第7,458,706号「LED LAMP WITH A HEAT SINK」专利案、美国发明第2008/0043480号「LED MODULE HAVING COOLINGAPPARATUS」公开案及美国发明第2009/0237891号[HEAT SINK EQUIPPED DRIVING CIRCUITMODULE ASSEMBLY FOR LED LAMP」公开案等前案，则揭示典型现有空气冷却式的散热器，提供发光二极管照明负载冷却散热，同样地，存在有上述现有空气冷却散热器散热速度与散热速率不佳的问题。
另外，再如中国发明第CN101469856号「发光二极管灯具」公开案，揭示以需通电耗费额外电力的电子致冷器，提供发光二极管光源散热之用，以及，中国发明第CN1979825号「用于发光二极管LED的微喷射流水冷却系统」公开案，揭露需以额外耗电的微泵加压驱动水流及风扇提供发光二极管芯片散热之用，在显示上述两中国发明公开案均为需额外消耗电力方能达成发光二极管散热功能，除了设备成本偏高与占用安装空间外，并不符合发光二极管灯具节能省电及绿能环保的需求。
由上述可知现有发光二极管负载之散热装置，借由空气冷却方式的散热速度、效率不佳与接面散热不均，如以前案中借由液、气两相之循环散热，则该发光二极管负载的设置位置受限，无法设置在光源向上投射的位置，另外，如要加设电子致冷器或以小型电动泵浦加压推动冷却液循环散热，则需耗费额外电力、成本偏高及占用安装空间外，并不符合发光二极管照明负载的节能省电与绿色环保需求。
发明内容
为了克服现有技术存在的上述缺点，本发明提供一种自体无方向循环散热装置，其成本低、不需耗费额电力与设备，且可在液、气或气、液两相变化的状态下，快速提供至少一种流体导热介质循环散热效果的散热装置，并使该发光二极管负载的设置位置与方向不受任何限制，可以提供发光二极管灯具在任何方向与位置的安装与应用。
为了实现上述目的，本发明采取如下技术方案：
一种自体无方向循环散热装置，其特征在于，包括：一外管，内部形成至少一容室；一导热件，于内缘形成一接合部，该接合部的外缘设有若干螺牙，该螺牙对应螺锁至外管的容室上端的锁合螺牙，导热件的表面供至少一电气负载结合，以将电气负载的热源吸收至导热件；
一散热件，于内缘形成一接合部，该接合部外缘设有若干螺牙，该螺牙对应螺锁至外管的容室下端的锁合螺牙，使该散热件结合于该外管的容室下端；
至少一均热环，为吸液材料构成，该均热环结合于导热件内缘的接合部表面，该均热环中形成至少一穿孔，该穿孔吻对该导热件的插孔；
至少一吸液导管及至少一内管，该吸液导管为吸液材料构成，该内管包覆于吸液导管的外部，让吸液导管两端局部露出，该吸液导管一端对应插入均热环的穿孔再与导热件内缘连结，该吸液导管另一端连结散热件的内缘，使该吸液导管连结于均热环、导热件与散热件间的容室空间中，该内管与外管间至少被区隔形成至少一循环管道，该循环管道内至少填充一种流体导热介质，以在热源透过导热件吸收后，再加热循环管道中的流体导热介质，使流体导热介质产生液、气两相变化，再借由毛细作用沿吸液导管传导至散热件散热降温冷却，再由散热件经由循环管道循环回到导热件端的均热环中。
本发明的自体无方向循环散热装置的功效，在于借由该吸液导管的毛细作用使如冷却液的流体导热介质无论在于液、气散热或气、液冷却状态，均可顺利作循环散热效果，且不受限发光二极管设置于上、下、左或右的光源投射方向及位置，并可借由该内管与外管之间所区隔形成的容室，使吸液导管与容室内的流体导热介质具有温差区隔，而形成具毛细作用加速的热对流循环散热效果，让发光二极管负载的热源可以迅速被循环降温，并且，透过均热环的设置，使发光二极管负载的接面上的各点散热温度均匀，以达到不使用额外电力与设备，且具高效散热的节能环保自体无方向限制的循环散热功效。
附图说明
图1是本发明的自体无方向循环散热装置第一实施例的立体外观结构示意图。
图2是图1的立体分解结构示意图。
图3是图1的剖视放大图。
图4是本发明的自体无方向循环散热装置第一应用例图。
图5是本发明的自体无方向循环散热装置第二应用例图。
图6是本发明的自体无方向循环散热装置第二实施例图。
图7是本发明的自体无方向循环散热装置第三实施例图。
图8是本发明的自体无方向循环散热装置第四实施例图。
图9是图8的剖视放大图。
图10是图9的A-A’剖视图。
图11为本发明的自体无方向循环散热装置的导热件端实际量测点示意图。
图12为本发明的自体无方向循环散热装置的散热件端实际量测点示意图。
图13为图11及图12的量测点的实际量测数据曲线图。
图14为现有空气冷却式散热器的量测点的实际量测数据曲线图。
主要组件符号说明
100   自体无方向循环散热装置           10   外管
11    散热鳍片                         12   容室
121   锁合螺牙                         122  锁合螺牙
123   循环管道                         124  流体导热介质
125   循环管道                         126  循环管道
127   循环管道                         128  循环管道
20    导热件                           21   接合部
211   螺牙                             212  插孔
30    散热件                           31   接合部
311   螺牙                             312  插孔
40    均热环                           41   穿孔
50    吸液导管                         60   内管
70   吸液中管            200   电气负载
A1   量测点              A2    量测点
A3   量测点              A4    量测点
T    时间轴              P     温度轴
具体实施方式
请参阅图1、图2及图3所示，为本发明的自体无方向循环散热装置100的第一实施例，其中，该自体无方向循环散热装置100包括一外管10，该外管10为一导热体，例如：铝，于外部设有若干散热鳍片11，该外管10内形成至少一容室12，该容室12上端内壁设有若干锁合螺牙121，该容室12下端内壁设有若干锁合螺牙122。
一导热件20，为导热材料构成，如铝、铜或合金等金属材料，于外部表面可供一电气负载200连结，该电气负载200的型式不限，在本发明中是以一发光二极管灯具为例，该导热件20并于内缘形成一接合部21，该接合部21外缘设有若干螺牙211，该螺牙211对应螺锁至外管10的容室12上端的锁合螺牙121，使该导热件20结合于该外管10的容室12上端，该接合部21内缘则设有至少一插孔212。
一散热件30，为导热材料构成，如铝、铜或合金等金属材料，于内缘形成一接合部31，该接合部31外缘设有若干螺牙311，该螺牙311对应螺锁至外管10的容室12下端的锁合螺牙122，使该散热件30结合于该外管10的容室12下端，该接合部31内缘则设有至少一插孔312。
上述的导热件20、散热件30与外管10的容室12间的组合结构，并不以螺牙211、锁合螺牙121与螺牙311、锁合螺牙122间的对应螺锁方式为限，举凡是等效的组合结构，如黏合或嵌合等等效结构，当不脱本发明的范畴。
至少一均热环40，为吸液材料构成，如不织布、海棉等吸液材料，该均热环40结合于导热件20内缘的接合部21表面，该均热环40中形成至少一穿孔41，该穿孔41吻对该导热件20的插孔212。
至少一吸液导管50及至少一内管60，该吸液导管50为吸液材料构成，如不织布、海棉等吸液材料，该内管60为耐热隔温材料构成，如橡胶或塑料，该内管60包覆于吸液导管50的外部，仅让吸液导管50两端局部露出，该吸液导管50两端分别对应插入均热环40的穿孔41与导热件20的插孔212、散热件30的插孔312，使该吸液导管50连结于均热环40、导热件20与散热件30间的容室12空间中，让该内管60与外管10间被区隔形成至少一循环管道123，该循环管道123内至少填充一种流体导热介质124，该流体导热介质124的型式不限，在本发明中是以冷却液为例，其它如水或油等具散热效果的流体介质，当不脱本发明的范畴。
上述的吸液导管50两端与导热件20、散热件30间的连结结构，并不以插接于插孔212及插孔312为限，其它等效的连结结构如黏合或嵌合，当不脱本发明的范畴。
请再配合图4所示，为本发明的自体无方向循环散热装置100的第一应用例，其中，显示该发光二极管灯具型态的电气负载200产生热源时，该热源透过导热件20吸收后，再加热导热件10和均热环40中间的流体导热介质124，使流体导热介质124产生液、气两相变化，再借由毛细作用沿吸液导管50向下传导至散热件30散热降温冷却，再由散热件30经由循环管道123循环回到导热件20端的均热环40(如图4中箭头方向所示)，在此自体循环过程中，该外管10的散热鳍片11也发挥辅助散热降温的作用，最后，再由该均热环40吸收该流体导热介质124，而重复上述的循环散热降温动作，该均热环40并提供电气负载200及其所连结的导热件20表面上每一点的均匀散热功能。
借由上述的散热循环路径，可迅速让电气负载200的热源或热点的高温可迅速经由吸液导管50毛细作用而带往散热件30端作降温，并且，不论该流体导热介质124是否有发生液、气散热或气、液冷却的两相变化，均可透过此吸液导管50加速传导效果，并借由该内管60与外管10隔开形成温度差，使吸液导管50内的流体导热介质124与循环管道123中的流体导热介质124形成一热一冷的热对流二次加速循环效果，让流体导热介质124的散热循环速率加速。
请再配合图5所示，为本发明的自体无方向循环散热装置100的第二应用例，其中，显示电气负载200朝下设置的状态，同样地，可依上述相同的流体导热介质124循环散热路径(如图5中箭头方向所示)，迅速由导热件20经由该吸液导管50毛细作用传导至散热件降温散热冷却，并透过循环管道123循环回到导热件20端的均热环40，同理可得，该电气负载200无论设置方向朝左或朝右，亦均有此自体循环散热的效果，因此，本发明可不受电气负载200设置位置及方向的限制，均可发挥使流体导热介质124无方向限制的自体循环散热功效。
请再参阅图6所示，为本发明的自体无方向循环散热装置100的第二实施例，其中，显示该外管10与内管60间的循环管道123内填充至少一吸液中管70，该吸液中管70为吸液材料所构成，如不织布或海棉，以吸收该流体导热介质124，同样可以如该吸液导管50的毛细作用，发挥迅速传导流体导热介质124的功效，同样可以达到图1至图5所示的第一实施例中的单纯液态流体导热介质124的热对流循环效果。
请配合图7所示，为本发明的自体无方向循环散热装置100的第三实施例，其中，显示该散热件30内缘的接合部31表面结合一均热环40，该均热环40的穿孔41吻对该接合部31的插孔312，供该吸液导管50一端穿过，使散热件30的表面的每一点部位的散热更加均匀，并加速该流体导热介质124于如图4及图5所示自体循环路径的循环散热效率。
请再参阅图8、图9及图10所示，为本发明的自体无方向循环散热装置100的第四实施例，其中，显示该导热件20的接合部21内缘设有数个插孔212，该散热件30的接合部31内缘设有数插个孔312，该结合于导热件20及散热件30中的均热环40中设有数个穿孔41，该数个组内管60及吸液导管50组合，各吸液导管50两端分别穿过各穿孔41再插接于导热件20的接合部21的各插孔212，以及散热件30的接合部31的各插孔312之间，使该数个组内管60将外管10的容室12区隔形成数个循环管道125、126、127及128，使该填充于各循环管道125、126、127及128内的流体导热介质124，有更多组的吸液导管50与循环管道125、126、127及128共同形成绵密的自体循环网络(如图10所示)，可加速该流体导热介质124的自体循环散热速度与提升该电气负载200的散热效率。
请再配合图11、图12、图13及图14所示，为本发明的自体无方向循环散热装置100与未装设本发明中的吸液导管50、内管60及流体导热介质124的现有空气冷却式散热器的量测对照曲线图，该图11显示量测点A1及A2分别为导热件20表面一点及外管10的散热鳍片11的一点；图12显示量测点A3及A4分别为散热件30表面一点及外管10的散热鳍片11的一点，本发明的自体无方向循环散热装置100的量测结果如下列表一及图13所示，而对照组的现有空气冷却式散热器量测结果如下列表二及图14所示，该横向轴为时间轴T，纵向轴为温度轴P，其中：
(表一)
Figure GSB00000906595000081
(表二)
Figure GSB00000906595000082
Figure GSB00000906595000091
由以上表一与表二，以及图13与图14间的实验数据加以比对分析下，可以得到下列的结论：
1.从本发明的自体无方向循环散热装置100试验量测数据分析比较，A1点的最高温度为77.6℃，A2点的最高温度为75.1℃，A3点的最高温度为75.8，A4点的最高温度为74.8℃。A1点与A4点的温度差约在3℃范围内，且在20分钟左右就达到热平衡状态，10个小时后量测A1点温度为76.3度，并量测发光二极管灯具型态的电气负载200亮度，和原来的亮度一样，未见衰减。
2.从现有的空气冷却式散热器试验量测数据分析比较，相对于图11的A1点的最高温度为87.1℃、A2点的最高温度为75.1；相对于图12的A3点的最高温度为74.5℃，A4点的最高温度为73.5℃，A1点的温度与A4点的温度差最大为12.3℃，且还未达热平衡，经10个小时后A1点量测温度达到112℃，再量测该相对于图11的发光二极管灯具型态的电气负载200亮度，仅为原来的60％，有明显的光衰减现象。
3.本发明的自体无方向循环散热装置100比现有空气冷却式散热器的散热体温度低13.6℃，显示本发明的自体无方向循环散热装置100具有较快及较好的散热效率。
4.由本发明的自体无方向循环散热装置100的整体温度差仅在3℃微小范围以内，而现有的空气冷却式散热器的整体温度差在13℃以上，此点说明了本发明能有效的把电气负载200所有热能快速送达到外管10的散热鳍片11及散热件30的所有点，使其能快速的和外界空气进行热交换，以降低节点温度(junction temperatures)，进而保障电气负载200的寿命与光源亮度的稳定。
5.由本发明的自体无方向循环散热装置100中的A1点和A4点的温差仅在狭小范围内，而显得证本发明可以增加高度或长度的不受方向限制的自体循环的散热传导效率；而现有的空气冷却式散热器则没有这个效果，如本发明要进一步增加散热面积，只要增加长度，就能很有效率的增加有效的散热面积，但现有空气冷却式散热器则无法达成此一效果。
6.由热平衡的时间来比较，本发明的自体无方向循环散热装置100比现有空气冷却式散热器能快速达到热平衡。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (19)

1.一种自体无方向循环散热装置，其特征在于，包括：
一外管，内部形成至少一容室；
一导热件，于内缘形成一接合部，该接合部的外缘设有若干螺牙，该螺牙对应螺锁至外管的容室上端的锁合螺牙，导热件的表面供至少一电气负载结合，以将电气负载的热源吸收至导热件；
一散热件，于内缘形成一接合部，该接合部外缘设有若干螺牙，该螺牙对应螺锁至外管的容室下端的锁合螺牙，使该散热件结合于该外管的容室下端；
至少一均热环，为吸液材料构成，该均热环结合于导热件内缘的接合部表面，该均热环中形成至少一穿孔，导热件内缘的所述接合部内缘设有至少一插孔，该穿孔吻对该导热件的插孔；
至少一吸液导管及至少一内管，该吸液导管为吸液材料构成，该内管包覆于吸液导管的外部，让吸液导管两端局部露出，该吸液导管一端对应插入均热环的穿孔再与导热件内缘连结，该吸液导管另一端连结散热件的内缘，使该吸液导管连结于均热环、导热件与散热件间的容室空间中，该内管与外管间至少被区隔形成至少一循环管道，该循环管道内至少填充一种流体导热介质，以在热源透过导热件吸收后，再加热循环管道中的流体导热介质，使流体导热介质产生液、气两相变化，再藉由毛细作用沿吸液导管传导至散热件散热降温冷却，再由散热件经由循环管道循环回到导热件端的均热环中。
2.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述外管外部设有若干散热鳍片。
3.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述外管为一导热体。
4.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述导热件为导热材料构成。
5.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述导热件表面所连结的电气负载为发光二极管灯具。
6.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述散热件为导热材料构成。
7.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述接合部内缘设有至少一插孔。
8.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述散热件内缘表面结合一均热环。
9.根据权利要求8所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述均热环为不织布。
10.根据权利要求8所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述均热环为海棉。
11.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述均热环为不织布。
12.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述均热环为海棉。
13.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述吸液导管为不织布。
14.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述吸液导管为海棉。
15.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述内管与外管间区隔形成的循环管道内所填充的流体导热介质为冷却液。
16.根据权利要求1所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述内管与外管间区隔形成的循环管道内所填充以至少一吸液中管。
17.根据权利要求16所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述吸液中管为吸液材料。
18.根据权利要求16所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述吸液中管为不织布。
19.根据权利要求16所述的自体无方向循环散热装置，其特征在于，所述吸液中管为海棉。
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