CN1692249A - 光源传热装置 - Google Patents

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heat transfer
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Shanghai Huaxiang Electronic Light Source Co ltd
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Abstract

一种光源传热装置，包括一光电传感头及一传热装置。其光电传感头包括一管狀支承构架，具有一内部空间及一在支承构架上的发光体。其传热装置将光电传感头所产生的热量散热释出，包括一散热器及一具有气密室的传热导体，具有支承构架上之第一部分及第二部分延伸至散热器，以及一在传热导体之气密室的冷却介质，其冷却介质可以经由发光体之热量被蒸发及被散热器所冷凝，以充分地让热量经发光体流向散热器。

Description

光源传热装置
(一)技术领域：
本发明是指一种光源装置，尤指一种光源传热装置，其包含一气密室内的冷却介质，以充分地讓热量從光源经由冷却介质的相平衡过程而充分地释放。
(二)背景技术：
目前，具有灯絲之电灯泡及发光二极管(LED)乃是用来照明的最常見的光源。由於低耗电及瞬时光源传播的显著特性，发光二极管灯特别适合被使用於很多电器用品上，譬如电力设备之电源开关信号灯、指示信号灯、以及电子钟指示灯等等。
由於发光二极管的技術，不但具有低耗电及瞬时光源传播的优越性，而且提供一相对高强度的光源及一发光二极管的光传播发射角度，因此发光二极管已成為最普遍的光源装置之一，諸如交通号誌灯，信号板灯，车辆煞车灯及信号灯，以及机埸导引信号灯。
无论如何，如當一組复数个光源在同一时間使用消耗电力，則光源所產生的热量(即產生电流过大，亦即起动电流約為平常运转电流的5～10倍>将可能造成短路。換言之，过热的問題是传统光源的一般缺点之一。申请人的另一发明，為防止过热的問題，光源通常使用一散热器直接与光源接触经由传导以散热。据此，散热器一般直接由传热导材料制成，如銅或鋁，因此由光源所產生的热量将传递给散热器而散热至周围环境。
散热器与光源一整体密切結合，從光源传至散热器的热量仍以一限制散热率释出。當发光元件的溫度達到100℃，光体及使用寿命将跟著降低。而當溫度達到約120℃时，发光元件将被烧壞。
另进一步而言，當一大量光源被使用於制作一大信号板，信号板的整体重量将因光源散热器的增加而大量增加。換言之，支承构架必須具備足夠剛性以支撐重型的信号板，其中重型的信号板具有几百个散热器与光源所組成。
简单言之，为了解決拆解式和调整式的扣件夹子已经在我們生活中所造成的一件困扰問題，本发明提供一种具有可拆解的及可调整功能的扣件夹子，正是我們所高度期待的。
(三)发明内容：
本发明的主要目的是提供一种光源传热装置，其装置包括一气密室内的冷却介质由光源经冷却介质的相平衡过程以充分地释放出热量。其中的冷却介质具有一高热传导性可快速有效地将热量從光源传递释出至散热器。其中光源的传热是通过冷却介质的蒸发与冷凝的过程。換言之，當冷却介质被散热器冷凝时，气密室内從光源释放出的热量将蒸发冷却介质。因此，在冷却介质的相平衡过程中，热量更可有效地将热量從光源释出至散热器。该光源传热装置中的散热器与光源分开安装，因此光源的重量可被充分地降低以加强光源的实际使用。
本发明一种光源传热装置，它包含：
(a)一种光电传感头，包括：
一种管状支承构架具有一内部空間与一周边表面；以及
一种发光体，包括至少有一个或以上的发光元件以在周边表面放射光；以及
(b)一种传热装置，释放出由光电传感头所產生的热量，包括：
一散热器；
一传热导体，具有一气密室定位於支承构架上的内部空間之第一部分及第二部分延伸至散热器；以及
一包含设置在传热导体的气密室内的冷却介质，其中冷却介质可以经由发光体的热量被蒸发及被散热器所冷凝，以充分地讓热量经发光体流向散热器而释出。
其中，该传热导体包含一延長管状元件形成气密室以容納冷却介质於传热导体的气密室内。
其中，该冷却介质為液态，其具有低於100℃及高於室溫之蒸发溫度。
其中，该散热器位於支承构架的上部，传热导体的上部具有如第二部分的功能可与散热器安装，传热导体的底部具有如第一部分之功能可与支承构架結合。
其中，该传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組复数个传热导体通路，传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分。
其中，它进一步包含一电气转接器与光电传感头电气连接至发光体以连接一商业灯泡连接器而与电源连接。
其中，该支承构架之延長管状元件形成气密室的内部空間，而冷却介质置於支承构架的内部空間内。
其中，其支承构架的上部具有传热导体之第二部分的功能与散热器安装，该支承构架的底部具有传热导体的第一部分功能，其中光源体位於支承构架的底部经由传热而与冷却介质接触沟通。
其中，其冷却介质為液态，其具有低於100℃及高於室溫之蒸发溫度。
其中，其传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組复数个传热导体通路，其中传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分。
其中，它进一步包含一电气转接器与光电传感头电气连接至发光体，以连接一商业灯泡连接器而与电源连接。
本发明一种光源传热装置，它包含：
一个或以上的光电传感头供照明用；以及
一传热装置释放出由光电传感头所產生的热量，包括：
一散热器定位与光电传感头分开；
一传热导体具有一气密室含有一个或以上的第一部分相对应光电传感头及第二部分延伸至散热器；以及
一包含设置在传热导体之气密室的冷却介质，其特征在于其冷却介质可以经由光电传感头之热量被蒸发及被散热器所冷凝，以充分地讓热量经光电传感头流向散热器而释放出。
其中，其传热导体包含一延長管状元件形成气密室以容納冷却介质於传热导体的气密室内。
其中，其冷却介质為液态具有低於100℃及高於室溫的蒸发溫度。
其中，其传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組复数个传热导体通路，其中传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分，使冷却介质流经散热器与光电传感头之間。
其中，其每一传热导体包含一管状支承构架具有一周边表面以及一发光体包含在周边表面上具有一个或以上的发光元件与电源连接以放射光。
本发明一种光源传热装置，其优点是：该装置包括一气密室内的冷却介质由光源经冷却介质的相平衡过程以充分地释放热量。其中的冷却介质具有一高热传导性可快速有效地将热量從光源传递释出至散热器。其中光源的传热是通过冷却介质的蒸发与冷凝的过程，當冷却介质被散热器冷凝时，气密室内從光源释放出的热量将蒸发冷却介质，因此，在冷却介质的相平衡过程中，热量更可有效地将热量從光源释出至散热器。该装置中的散热器与光源也可分开安装，因此光源的重量可被充分地降低以加强光源的实际使用。
(四)附图说明：
图1为本发明较佳实施例之一光源传热装置之透视示意图。
图2A为根据本发明较佳实施例之光源传热装置之透视图。
图2B为根据本发明较佳实施例之光源传热装置的传热导体之剖视图。
图3为根据本发明较佳实施例之光源传热装置的传热导体之替代模式。
图4为根据本发明较次佳实施例之光源传热装置之剖視图。
图5为根据本发明以上较次佳实施例之光源传热装置的应用。
(五)具体实施方式：
请参阅图1、图2A、图2B所示，本发明一种光源传热装置，它包括一光电传感头10与一传热装置20将光电传感头10所產生的热量释出。
该光电传感头10包括一管狀支承构架11，其具有一内部空間111及一周边表面112，以及一发光体12，该发光体12具有一在支承构架11上的周边表面112的电路121而与电源P连接，亚且至少有一发光元件122与电路121连接以放射光。
该传热装置20包括一散热器21，一具有气密室221的传热导体22及包含在气密室221的冷却介质23。气密室221包括定位於支承构架11上的内部空間111之第一部分222及第二部分223延伸至散热器21。依据本发明之较佳实施例，第一部分222为传热导体22的尾部，而第二部分223則为传热导体22的另一尾部。据此，冷却介质23可以经由发光体12的热量被蒸发及被散热器21所冷凝，以充分地讓热量经发光体12流向散热器21而释出。
依据本发明之较佳实施例，支承构架11用以建构如一延長中空构件以定义内部空間111，其中支承构架11由具有高传热导率材料所制成，如銅或鋁。据此，支承构架11可以形成一圆形状剖面，一三角形剖面，一矩形剖面，或一多边形剖面，其中传热导体22之第一部分222揷入固定於支承构架11，因此传热导体22之第一部分222必須与具支承构架11的周边表面112的一周边墙110接触。
如图2A所示，发光元件122安装在支承构架11的周边表面112上以与电路121连接。依据本发明之较佳实施例，发光元件122為一双結合极体具有兩个电极与电路121电气连接的這种方式，使得兩个终端电极被充电後，由发光元件122而放射光。一般而言，不同的支承构架11可以產生不同颜色的光，如紅色、籃色、或綠色。值得一提的是，发光元件122可以是单結合极体具有一个电极与支承构架11电气连接，而另一个电极則与电路121电气连接。
 如图2A所示，电路121包含一弹性板层1211固定<如以粘胶粘附>在支承构架11的周边表面112上，电路装置1212位於弹性板层1211上以与发光元件122连接。
依据本发明之现今先进技術，电路121被优先直接地印制在支承构架11的周边表面112上，因此发光元件122安装在支承构架11的周边表面112上以与电路121连接。
為保护发光元件122，光电传感头10进一步包含一透明的灯光罩13而密封安装在支承构架11的周边表面112上以密封保护电路121及发光元件122。灯光罩13优先由樹脂或其他類似具高热阻抗能力的材料所組成，而模压塑制成包含整体支承构架11之周边表面112。
灯光罩13具有一在支承构架11上之光投射凸出部分与发光元件122对齊定位如一透镜131的功能，因此发光元件122所產生的光被設計经由灯光罩13之光投射凸出部分释出至外界。換言之，灯光罩13之光投射凸出部分具有一圆形狀可适當将光由发光元件122放大，所以可加强光电传感头10的光的强度。优先言之，发光元件122定位接近於灯光罩13之光投射凸出部分131的焦点，使光得以更均勻分佈之。
散热器21，由具有高热传导率的材料所組成，具有一传热导体揷座头211以使传热导体22之第二部分223得以滑动揷入。散热器21，具有一組散热叶片212，以冷却冷却介质23，其经由光电传感头10所產生的热量而蒸发，在传热导体22的第一部分222，得以在气密室221内冷凝而将冷却介质23由气態变至液态。
如图2A所示，传热导体22由具高热传导率之材料所組成，具有一延長管狀元件，包含兩个封閉尾端而将气密室221封閉之。传热导体22之第一部分222具有一相对应剖面被揷入固定在支承构架11上，以充分地增加光电传感头10与传热导体22的对应表面积，更进而加强從光电传感头10至散热器21的传热。据此，當传热导体22的第一部分222与光电传感头10契合时，传热导体22的第一部分222正好相对於传热导体22具有一非管状剖面以防止光电传感头10所不期望的旋转。
冷却介质23為液态具有低蒸发溫度，如60℃～70℃，其中冷却介质23位於传热导体22的气密室221内。當光电传感头10被使用一段时間，发光元件122產生热量而使气密室221内的溫度增加。
當光电传感头10從传热导体22之气密室221的第二部分223的溫度達到或高於冷却介质23的蒸发溫度，冷却介质23开始在第二部分223蒸发溫區域根据传热理论，热量由一較高溫區域流至一較低溫區域。因此，气態之冷却介质23從传热导体22之气密室221的第一部分222被延伸至散热器21而溫度低於光电传感头10之溫度。然後，冷却介质23被散热器21冷却而冷凝回到它的液态。据此，热量由光电传感头10经由冷却介质23的相平衡过程，非常有效率地转移至散热器21。另外，冷却介质23在蒸发过程亚不会消失，盖因冷却介质23被密封容納在传热导体22的气密室221之内，所以可以延長其使用寿命。
值得一提的是，冷却介质23具有比金屬較高的热传导率，可快速且有效地由光电传感头10将热量传递從散热器21散热之，因此灯光罩13的表面可維持在一溫度内而使操作員可接触灯光罩13的表面而不会烧傷他(或她)的手，即使光电传感头10被使用一長段时間之后。
如图2B所示，传热导体22在其纵向空間上及气密室221的周壁上包含一組复数个传热导体通路224，亦即传热导体22的内部表面上，其中传热导体通路224由传热导体22之第一部分222延伸至第二部分223，以引导冷却介质23流经散热器21与光电传感头10之間。依据本发明之较佳实施例，传热导体通路224可以是任何剖面之防水槽，如半圆形的，三角形的，矩形的，平行地及纵向地鋸齿狀交錯的沿著传热导体22的内部表面。
据此，冷却介质23之冷却週期，即冷却介质23将被光电传感头10之热量所蒸发及被散热器21冷却而冷凝回到它的液态。冷却介质23被引导沿著传热导体通路224流回至光电传感头10以加强冷却週期。換言之，當已蒸发的冷却介质23在第二部分223经散热器21被冷却至液态，传热导体通路224引导冷却介质23回至原先位置。另外，传热导体通路224也可增加传热导体22与冷却介质23之間的接触面积，以加强本发明之光源的冷却效果。
如图2A所示，散热器21具体定位在支承构架11上，传热导体22的上部即具体第二部分223以安装散热器21，而传热导体22的下部即具体第一部分222以安装支承构架11。因此，當热量蒸发冷却介质23向上流动，冷却介质23即接著被散热器21所冷凝而滴至气密室221的底部与光电传感头10再接触。所以散热器21被优先安装在支承构架11上以加强冷却介质23的相平衡过程。
依据本发明之较佳实施例，乙醚(C2H5)20或乙醇可作為冷却介质23為室溫下之液态乙醚及蒸发溫度約等於或低於60℃。冷却介质23的最佳数量大約为气密室221容积的30％。举例而言，當传热导体22之气密室221内的内徑設計成3～4mm以形成一总容积約3～6ml之气密室221以及在气密室221内所得約1～2ml之冷却介质23，如此传热装置20可支撐光电传感头10的散热亚設計成具有18W功率，或3V及6A，以產生等於或高於200lumenl的光通量單位，亦即经由一紅光过滤器之約55W照度的鹵素灯，或約80W或以上的藍色灯。无论如何，一55W照度的鹵素灯经由一藍光过滤器可僅僅產生一55W照度的藍色灯。
依据较佳实施例，本发明之光源具体具有如灯泡功能可分离式地置放在一灯泡揷座头上与电源连接。因此该光电传感头10包含一电气转接器14位於支承构架11上，以电气连接光源体12，其中该电气转接器14供揷入灯泡揷座头以建造成一萬向电气转接器供经由灯泡揷座头而与电源P连接。
如图2A所示，本发明之光源具体垂直安装於灯泡揷座头，一般而言，液态冷却介质23盛放於传热导体22之气密室221的底部以与支承构架11上之光源体12接触沟通。值得一提的是，光源可具体安装於灯泡揷座头的水平位置，盖因液态冷却介质23可在气密室221的底部散热。換言之，冷却介质23之相平衡过程将可產生，因光电传感头10的热量乃依据相对应的散热器21的支承构架11之任何原先位置。
图3説明传热导体22’之替代模式由支承构架11’所构成，其中支承构架11’构成如一延長管状元件以形成如气密室221’内之内部空間111’，因此可包含冷却介质23’於支承构架11’之内部空間111’。換言之，支承构架11’的上部具有传热导体22’之第二部分223’的功能与散热器21’安装一起，而支承构架11’的底部具有传热导体22’之第一部分222’的功能，其中光源体12’位於支承构架11’的底部经由传热而与冷却介质23’接触沟通。
如图4所示及説明第二实施例之一光源，為本发明较佳实施例的另一替代模式，其中光源具有较佳实施例相同的結构零件。传热导体22”為一延長管状元件，具有由光电传感头10所延伸的第一部分222”以及第二部分223”而安装於散热器21”，其中散热器21”定位与光电传感头10分开。值得一提，光电传感头10可经由传热导体22”与散热器21”接触沟通，所以可以经由冷却介质23”之相平衡过程将热量由光电传感头10传热至散热器21”。
由於冷却介质23”的高热传导率，冷却介质23”在传热导体22”之第一部分222”被光电传感头10之热量所蒸发及在传热导体22”的第二部分223”被散热器21”冷却而冷凝。換言之，即使光电传感头10定位与散热器21”分开，光电传感头10之热量可以很快地及有效地经由传热导体22”而传递至散热器21”，如图4所示。
第二实施例之一光源，特别設計為商业用途，如使用在告示牌上。如图5所示，一組复数个之光电传感头10被支承於告示牌上以与电源相接，其中传热导体22”因為由每一光电传感头10安装於散热器21”之方式，故光电传感头10之热量可以完全地经由传热导体22”而传递至散热器21”。因此，全部光电传感头10之热量可以有效地经由安装於一适當區域之單一大型散热器21”而散热释出。散热器21”制造成一竖固之商业用的散热器是适當的，如流体冷却系統可在传热导体22”内冷却其冷却介质23’以释出由光电传感头10”传递而来的热量。

Claims (33)

1、一种光源传热装置，其特征在于：它包含：
(a)一种光电传感头，其包含有：
一管狀支承构架，其具有一內部空間与一周边表面；以及
一发光体，包括至少有一个或以上的发光元件以在周边表面放射光；以及
(b)一种传热装置，释放出由光电传感头所產生的热量，包含：
一散热器；
一传热导体，其具有一气密室定位於支承构架上的內部空間之第一部分及第二部分而延伸至散热器；以及
一包含设置在传热导体的气密室內的冷却介质，其冷却介质可经由发光体的热量被蒸发及被散热器所冷凝，以充分地讓热量经发光体流向散热器而释出。
2、根据权利要求1所述之一种光源传热装置，其特征在于：该传热导体包含一延長管狀元件形成气密室以容納冷却介质於传热导体的气密室內。
3、根据权利要求1所述之一种光源传热装置，其特征在于：该冷却介质為液态，其具有低於100℃及高於室溫之蒸发溫度。
4、根据权利要求2所述之一种光源传热装置，其特征在于：该冷却介质為液态，其具有低於100℃及高於室溫之一蒸发溫度。
5、根据权利要求1所述之一种光源传热装置，其特征在于：该散热器位於支承构架的上部，传热导体的上部具有如第二部分之功能可与散热器安装，传热导体的底部具有如第一部分之功能可与支承构架結合。
6、根据权利要求2所述之一种光源传热装置，其特征在于：该散热器位於支承构架的上部，传热导体的上部具有如第二部分之功能可与散热器安装，传热导体的底部具有如第一部分之功能可与支承构架結合。
7、根据权利要求4所述之一种光源传热装置，其特征在于：该散热器位於支承构架的上部，传热导体的上部具有如第二部分之功能可与散热器安装，传热导体的底部具有如第一部分之功能可与支承构架結合。
8根据权利要求1所述之一种光源传热装置，其特征在于：该传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組传热导体通路，传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分。
9根据权利要求2所述之一种光源传热装置，其特征在于：该传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組传热导体通路，传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分。
10据权利要求4所述之一种光源传热装置，其特征在于：该传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組传热导体通路，传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分。
11据权利要求7所述之一种光源传热装置，其特征在于：该传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組传热导体通路，传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分。
12据权利要求1所述之一种光源传热装置，其特征在于：它进一步包含一电气转接器与光电传感头电气连接至发光体，以连接一商业灯泡连接器而与电源连接。
13据权利要求4所述之一种光源传热装置，其特征在于：它进一步包含一电气转接器与光电传感头电气连接至发光体，以连接一商业灯泡连接器而与电源连接。
14据权利要求7所述之一种光源传热装置，其特征在于：它进一步包含一电气转接器与光电传感头电气连接至发光体，以连接一商业灯泡连接器而与电源连接。
15据权利要求11所述之一种光源传热装置，其特征在于：它进一步包含一电气转接器与光电传感头电气连接至发光体，以连接一商业灯泡连接器而与电源连接。
16据权利要求1所述之一种光源传热装置，其特征在于：该支承构架之延長管狀元件形成气密室的內部空間，而冷却介质置於支承构架的內部空間內。
17据权利要求16所述之一种光源传热装置，其特征在于：该支承构架的上部具有传热导体之第二部分的功能与散热器安装，支承构架的底部具有传热导体之第一部分功能，其中光源体位於支承构架的底部经由传热而与冷却介质接触沟通。
18据权利要求17所述之一种光源传热装置，其特征在于：该冷却介质為液态，其具有低於100℃及高於室溫之蒸发溫度。
19据权利要求17所述之一种光源传热装置，其特征在于：该传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組传热导体通路，其中传热导体通路由传热导体之第一部分延伸至第二部分。
20据权利要求18所述之一种光源传热装置，其特征在于：该传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組传热导体通路，其中传热导体通路由传热导体之第一部分延伸至第二部分。
21据权利要求16所述之一种光源传热装置，其特征在于：它进一步包含一电气转接器与光电传感头电气连接至发光体，以连接一商业灯泡连接器而与电源连接。
22据权利要求20所述之一种光源传热装置，其特征在于：它进一步包含一电气转接器与光电传感头电气连接至发光体，以连接一商业灯泡连接器而与电源连接。
23一种光源传热装置，其特征在于：它包括：
一个或以上之光电传感头供照明用；以及
一传热装置，释放出由光电传感头所產生的热量，包括：
一散热器，定位与光电传感头分开；
一传热导体，具有一气密室含有一个或以上的第一部分相对应光电传感头及第二部分延伸至散热器；以及
一包含设置在传热导体之气密室內的冷却介质，其特征在于：其冷却介质可以经由光电传感头之热量被蒸发及被散热器所冷凝，以充分地讓热量经光电传感头流向散热器而释放出。
24据权利要求23所述之一种光源传热装置，其特征在于：其传热导体包含一延長管狀元件形成气密室以容納冷却介质於传热导体的气密室內。
25据权利要求23所述之一种光源传热装置，其特征在于：其冷却介质為液态具有低於100℃及高於室溫的蒸发溫度。
26据权利要求24所述之一种光源传热装置，其特征在于：其冷却介质為液态具有低於100℃及高於室溫的蒸发溫度。
27据权利要求23所述之一种光源传热装置，其特征在于：其传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組传热导体通路，其中传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分，使冷却介质流经散热器与光电传感头之間。
28据权利要求24所述之一种光源传热装置，其特征在于：其传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組传热导体通路，其中传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分使冷却介质流经散热器与光电传感头之間。
29据权利要求26所述之一种光源传热装置，其特征在于其特征在于：其传热导体进一步在气密室的周壁上具有一組传热导体通路，其中传热导体通路由传热导体的第一部分延伸至第二部分，使冷却介质流经散热器与光电传感头之間。
30据权利要求23所述之一种光源传热装置，其特征在于：其每一传热导体包含一管狀支承构架，具有一周边表面以及一发光体包含在周边表面上具有一个或以上的发光元件与电源连接以放射光。
31据权利要求24所述之一种光源传热装置，其特征在于：其每一传热导体包含一管狀支承构架具有一周边表面以及一发光体包含在周边表面上具有一个或以上的发光元件与电源连接以放射光。
32据权利要求28所述之一种光源传热装置，其特征在于：其每一传热导体包含一管狀支承构架具有一周边表面以及一发光体包含在周边表面上具有一个或以上的发光元件与电源连接以放射光。
33据权利要求29所述之一种光源传热装置，其特征在于：其每一传热导体包含一管狀支承构架具有一周边表面以及一发光体包含在周边表面上具有一个或以上的发光元件与电源连接以放射光。
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