TW201335539A - 散熱裝置與具有此散熱裝置的發光二極體(led)燈具 - Google Patents

散熱裝置與具有此散熱裝置的發光二極體(led)燈具 Download PDF

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本發明提供一種用於高功率電子元件的散熱裝置。此散熱裝置包括散熱蓋、散熱盤、導熱座、與電子元件基板,且此散熱裝置更可包括至少一散熱管。並且,此散熱裝置具有由上述元件之間的空間定義而成的第一腔室、第二腔室、與第三腔室,而工作流體可在彼此相通的該等腔室中流動以傳遞高功率電子元件所產生的熱能。本發明之散熱裝置的特點尤其在於:第一腔室的總截面積大於第二腔室的總截面積,且第一腔室的總內表面積不小於第三腔室的總內表面積的1.5倍。

Description

散熱裝置與具有此散熱裝置的發光二極體(LED)燈具
本發明是關於用在高功率電子元件的散熱裝置以及具有此散熱裝置的發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)燈具。
對高功率電子元件而言,「散熱」始終是影響元件性能與使用壽命的重要議題。散熱方式包含傳導(conduction)、對流(convection)、及/或輻射(radiation)。為能排除電子元件產生的熱能,目前的散熱裝置大多採用散熱片、風扇、熱管或其組合之設計,以使熱能可從熱源(如電子元件所在區域)傳遞至散熱區(如散熱片),接著再進一步逸散至散熱區周遭的空氣中。在設計如中央處理器(Central Processing Unit,CPU)等電子元件的散熱裝置時,經常會以風扇搭配使用大量的散熱鰭片或熱管。然而,當考量成本、製作方式、包含電子元件的主體結構或其他因素而無法採取如CPU所用般細薄而緊密的散熱鰭片、製作精密的熱管、或是外加風扇時,往往便難以達成期望的散熱效果。另外,在習知的熱管-鰭片之散熱裝置中,熱管通常具有從頭到尾相同或相近的管狀構造與截面積,使得此熱管於蒸發段與冷凝段二部份的內部表面積相差甚小,因而在無法配置風扇的狀況下,若長時間使用此類採熱管-鰭片設計之散熱裝置,熱管的蒸發段與冷凝段之間的溫度差異會越來越小,致使散熱效果漸趨下滑。有鑒於此,實有必要提供一種能夠解決上述問題之散熱裝置。
為改進上述習知散熱裝置的常見缺失,本發明提出一種散熱裝置,用以為高功率電子元件提供良好的散熱效果;此外,本發明亦提出一種發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)燈具,藉由採用本發明之散熱裝置而具有較長的使用壽命。
在本發明之第一實施態樣中,提供一種散熱裝置以用於至少一高功率電子元件的散熱。在該散熱裝置內,容納有用以傳遞該至少一高功率電子元件所產生的熱能的一工作流體,該散熱裝置可包括:一散熱蓋,包含第一部份與第二部份,且該第一部份為鰭片狀;一散熱盤,具有一內側,該散熱盤和該散熱蓋連接,其中該散熱盤的該內側與該散熱蓋之間的空間定義第一腔室;一導熱座,具有第一側與第二側,其中該導熱座的該第一側與該散熱盤的該內側之間的空間定義第二腔室,且該第二腔室與該第一腔室相通;及一電子元件基板,用以裝設該至少一高功率電子元件,該電子元件基板與該導熱座的該第二側連接,其中該電子元件基板與該導熱座之間的空間定義第三腔室,該第三腔室與該第二腔室相通,且該工作流體能在該第一腔室、第二腔室、與第三腔室內流動。在該散熱裝置中,該第一腔室的總截面積大於該第二腔室的總截面積,且該第一腔室的總內表面積不小於該第三腔室的總內表面積的1.5倍。此外,該散熱裝置亦可包括至少一散熱管,具有柱狀的中空部份,該散熱管的一端與該散熱盤連接,而另一端設置於該導熱座的該第一側,其中該散熱裝置的該第二腔室包含該散熱管的中空部份。再者,該散熱裝置更可包括至少一氣體通道,貫穿該散熱蓋與該散熱盤而不和該至少一散熱管相通,且該氣體通道周圍的該散熱蓋與該散熱盤彼此相接密封,致使該工作流體不會流至該氣體通道中。
在本發明之第二實施態樣中,提供一種LED燈具,包括:一散熱裝置,具有如本發明第一實施態樣所述之散熱裝置的技術特徵;至少一組LED組件,該至少一組LED組件之每一組具有一或多個LED;一透明罩,罩住該至少一組LED組件;及一燈殼,容納該散熱裝置。在該LED燈具中,該至少一組LED組件裝於該散熱裝置的該電子元件基板,以及在接近該散熱裝置的頂部之處,該燈殼具有複數個出氣孔,且在接近該散熱裝置的底部之處,該燈殼具有複數個進氣孔,俾使氣體可由該複數個進氣孔進入該LED燈具之後,再從該複數個出氣孔離開該LED燈具。
在本發明之第三實施態樣中,提供一種模組化LED燈具,包括:一LED燈模組、一外殼模組、與一固定模組。該LED燈模組包含:一散熱裝置,具有如第一實施態樣所述之散熱裝置的技術特徵;及至少一組LED組件,該至少一組LED組件之每一組具有一或多個LED,其中該至少一組LED組件裝於該散熱裝置的該電子元件基板。該外殼模組包含:一燈殼,容納該LED燈模組之該散熱裝置;及一透明罩,罩住該LED燈模組之至少一組LED組件。該固定模組包含:第一固定件組與第二固定件組其中至少一組,固定該LED燈模組,且該第一固定件組位於該第二固定件組的對側;及一燈座,和該外殼模組的該燈殼相接,且該LED燈模組的該散熱裝置安置於該燈座上。在該模組化LED燈具中,在接近該LED燈模組之該散熱裝置的頂部之處,該外殼模組之該燈殼具有複數個出氣孔,且在接近該散熱裝置的底部之處,該固定模組之該燈座具有複數個進氣孔,俾使氣體由該複數個進氣孔進入該模組化LED燈具之後再從該複數個出氣孔離開。
第一實施態樣
本發明之第一實施態樣是關於散熱裝置。本發明之散熱裝置主要利用熱管(heat pipe)的原理來為高功率電子元件散熱。下文將參照圖1A~1E及圖2A~2C詳細說明本發明第一實施態樣之散熱裝置。
圖1A依照本發明第一實施態樣之一實施例,呈現散熱裝置1的剖面圖。散熱裝置1包括散熱蓋11、散熱盤12、散熱管13、導熱座14、以及電子元件基板15,而工作流體16可置於該散熱裝置1中。如圖1A所示,散熱蓋11具有二個不同形狀的部份,第一部份111可為中空的鰭片狀,第二部份112可為平板狀,而和散熱蓋11連接的散熱盤12之形狀則為開口朝上的碗狀。接著,散熱管13的一端和散熱盤12連接,且散熱管13具有柱狀的中空部份,而散熱管13的另一端設置在導熱座14的第一側141上,電子元件基板15則和導熱座14的第二側142連接。
圖1B~1D呈現散熱裝置1的其他實施例,其中散熱蓋11與散熱盤12可具有和圖1A所示不盡相同的形狀。舉例而言,在圖1B中,散熱蓋11與散熱盤12可具有與圖1A相同的外形,其差別在於圖1B中的散熱蓋11的第一部份111為實心;另外,如圖1C所示,散熱蓋11的第二部份112與散熱盤12可分別為開口朝下與朝上的碗狀;又或者,在圖1D中,散熱蓋11的第一部份111為實心的鰭片狀,散熱蓋11的第二部份112為開口朝下的碗狀,而散熱盤12則為平板狀。
參照圖1A~1D,在本發明之散熱裝置1中,第一腔室161是由散熱盤12的內側121與散熱蓋11之間的空間予以定義,第二腔室162是由導熱座14的第一側141與散熱盤12的內側121之間的空間予以定義,而散熱管13的中空部份亦包含於第二腔室162中,第三腔室163則是由電子元件基板15與導熱座14之間的空間予以定義。第一腔室161、第二腔室162、與第三腔室163彼此相互連通,致使工作流體16可在該等腔室中自由流動。
除以上例示之外,在又一實施例中,若受限於散熱裝置1所在空間或因其他因素的考量,本發明之散熱裝置1亦可不包括散熱管13。參照圖1E,散熱裝置1可由散熱蓋11、散熱盤12、導熱座14、以及電子元件基板15構成。在不具散熱管13的此實施例中,散熱裝置1的第一腔室161與第三腔室163可和圖1A~1D所示相同,散熱裝置1的第二腔室162亦是由導熱座14的第一側141與散熱盤12的內側121之間的空間予以定義,但差別在於此第二腔室162並不包含散熱管13的中空部份。換言之,由於在圖1E中,散熱裝置1不包括散熱管13,所以第二腔室162之體積小於圖1A~1D中所示。與先前實施例相似,第一腔室161、第二腔室162、與第三腔室163彼此相互連通,工作流體16可自由地於該等腔室中流動,使得散熱裝置1仍能有效達成散熱之功效。
在本發明中,當散熱裝置1運作(意即接收高功率電子元件17的熱能並將其逸散)之時,第一腔室161與第二腔室162作為工作流體16的冷凝區,而第三腔室163則為工作流體16的蒸發區。由圖1A~1E可知,散熱裝置1的第一腔室161與第二腔室162具有不同的總截面積,且前者明顯大於後者;而相較於先前技術,本發明之散熱裝置1的特點尤其在於作為冷凝區的第一腔室161與第二腔室162之總內表面積大於作為蒸發區的第三腔室163之總內表面積,且在一較佳實施例中,第一腔室161的總內表面積不小於第三腔室163的總內表面積之1.5倍。此外,第一腔室161、第二腔室162、及/或第三腔室163的腔壁可具有毛細結構(wick structure),其可藉由下列一種或結合多種方式構成:刻劃溝槽、燒結金屬粉末、或是鋪設金屬網及/或纖維。當散熱裝置1和水平面不平行時,具有毛細結構更顯重要,因為具有此結構可避免位於第三腔室163中的工作流體16因累積在較低處而中斷工作流體16的完整散熱運作。
為使內部容納有工作流體16的散熱裝置1具有良好的散熱性能,散熱蓋11、散熱盤12、散熱管13、導熱座14與電子元件基板15可由鎂、鋁、銅、或其他高熱傳導係數(thermal conductivity coefficient)金屬之其中一種或多種製成,且在上述該等元件之間可採密封圈、密封塗料、焊接材料、及/或緊固件加以密封連接,以確保散熱裝置1的內部能形成密閉的腔室。此外,透過適當的製程,散熱裝置1的散熱蓋11、散熱盤12、散熱管13、及/或導熱座14可製作成一體成型。
以下繼續搭配圖式說明本發明之散熱裝置1的散熱方式。當把至少一個高功率電子元件17(例如LED或其他高功率的半導體元件)裝設至電子元件基板15時,高功率電子元件17所產生的熱能會先透過熱傳導的方式,經由電子元件基板15傳給散熱裝置1中位於第三腔室163的工作流體16。在第三腔室163中,當工作流體16吸收足量的熱能(符合所用工作流體16的汽化潛熱值)之後會從液態蒸發為氣態,由於氣態的工作流體16造成第三腔室163的壓力高於第二腔室162與第一腔室161的壓力,所以工作流體16會受此壓力差驅動而流向第二腔室162與第一腔室161,而此流動的速度極快,在蒸發區甚至最高可達音速。接著,第二腔室162與第一腔室161外的結構(具體而言,如圖1A~1D所示的散熱蓋11、散熱盤12、與散熱管13,或是如圖1E所示,僅有散熱蓋11與散熱盤12)會吸收工作流體16所攜帶之熱能,促使先前蒸發為氣態的工作流體16冷凝成液態,液態的工作流體16再藉由重力或是該等腔室所具有的毛細結構回流至第三腔室163。透過重複上述工作流體16的蒸發-冷凝循環,散熱裝置1即可高效地帶走高功率電子元件所產生的熱能。
接下來,散熱裝置1從工作流體16所吸收的熱能可透過周遭的對流空氣予以散失。在一較佳實施例中,亦可在散熱蓋11、散熱盤12、與散熱管13其中至少一者的外側加裝散熱鰭片(未呈現),進一步提高散熱裝置1本身的散熱性能;此外,在另一較佳實施例中,更可在散熱裝置1的適當位置裝設風扇(未呈現),強迫空氣對流以提高散熱效率。
依照本發明實施例,由於作為冷凝區的第一腔室161與第二腔室162之總內表面積大於作為蒸發區的第三腔室163之總內表面積,所以,即使長時間使用本發明之散熱裝置1,在第一腔室161與第二腔室162中仍會有部份區域的溫度低於冷凝溫度,致使該區域的工作流體16可冷卻凝結而完成蒸發-冷凝的工作循環,以有效持續散熱裝置1的散熱運作。
接著,圖2A~2C呈現本發明第一實施態樣之另一實施例。在此實施例中,除了和散熱裝置1雷同的結構以外,散熱裝置2更包括氣體通道211,且散熱管23為複數個。舉例而言,如圖2A所示,散熱裝置2可具有四個散熱管23,且氣體通道211的位置是依四個散熱管23分布的情況來配置。圖2B與2C分別為散熱裝置2沿著圖2A之B-B’與C-C’切線的剖面圖,從圖2B~2C中可知,氣體通道211貫穿散熱蓋21與散熱盤22而不與散熱管23相通,且在氣體通道211周圍的散熱蓋21與散熱盤22會予以密封,致使工作流體(未呈現)不會流至氣體通道211中。位於複數個散熱管23之間的氣體會吸收複數個散熱管23所傳遞的熱能,因而使得此處的溫度高於散熱蓋21上方的溫度,進而促成煙囪效應,致使複數個散熱管23之間的氣體可經由氣體通道211而朝遠離散熱裝置2的方向流動,如圖2C中的箭頭所示。在其他實施例中,當散熱裝置2具有不同數量與不同配置的散熱管23時,氣體通道211的數量亦可為複數個,並可配合複數個散熱管23的位置而設置,以得最佳散熱效果。透過設置氣體通道211,散熱裝置2可因複數個散熱管23之間的氣體流動而更加提升整體的散熱性能。
熟知本技術者,在未脫離本發明之真實精神與範疇下,當可由以上例示而思及本發明之散熱裝置的不同配置與型態。
第二實施態樣
本發明之第二實施態樣是關於發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)燈具。藉由納入如第一實施態樣所述之散熱裝置,本發明之LED燈具具備優良的散熱性能以及隨之而來較長的使用壽命,且可作為路燈、隧道燈、探照燈、投射燈、或照明燈等等,尤其適合作為路燈使用。下文將參照圖3及4詳細說明本發明第二實施態樣之LED燈具。
圖3依照本發明第二實施態樣之一實施例,呈現LED燈具3之剖面圖,LED燈具3包括:可具有如本發明第一實施態樣之散熱裝置的所有技術特徵之散熱裝置31、至少一組可具有一或多個LED之LED組件32、罩住所有LED組件32之透明罩33、與容納散熱裝置31之燈殼34。
在此實施例中,如圖3所示,散熱裝置31包括散熱蓋311、散熱盤312、複數個散熱管313、導熱座314、電子元件基板315、以及氣體通道3111,且在散熱裝置31的內部容納有工作流體(未呈現);然而,在其他實施例中,散熱裝置31亦可具有如第一實施態樣之其他實施例所述的特徵,舉例而言,散熱裝置31可不包括複數個散熱管313。繼續回頭參照圖3,LED燈具3之至少一組的LED組件32是裝設在散熱裝置31的電子元件基板315。此外,在接近散熱裝置31的頂部之處(即靠近散熱蓋311),燈殼34具有複數個出氣孔341,且在接近散熱裝置31的底部之處(即靠近導熱座314與電子元件基板315),燈殼34具有複數個進氣孔342,且燈殼34完全遮蓋住整個散熱裝置31。
圖3中的箭頭標出氣體進出LED燈具3及於其中流動的情形。透過燈殼34的複數個進氣孔342,氣體可進入LED燈具3中。由於散熱裝置31透過底部的電子元件基板315吸收LED組件32所產生之熱能,所以LED燈具3底部的溫度會高於其頂部的溫度。因此,進入LED燈具3中的氣體會在散熱裝置31的周圍從下往上流動並吸收散熱裝置31的熱能。最後,氣體可經由複數個出氣孔341離開LED燈具3並藉此帶走LED組件32所產生之熱能。再者,因為在如圖3所示的實施例中,散熱裝置31具有氣體通道3111,所以,LED燈具3中的氣體可從複數個散熱管313之間經由氣體通道3111而朝複數個出氣孔341流動,提升整體的熱對流作用而加強散熱效果。
圖4呈現本發明第二實施態樣之另一實施例。在此實施例中,LED燈具4具有類似圖3所示之LED燈具3的結構,而二者之不同在於:在LED燈具4中,散熱裝置41不具有氣體通道,且燈殼44僅部分遮蓋散熱裝置41,造成大部分的散熱蓋411會暴露在大氣中。和LED燈具3的情況相似,透過從複數個進氣孔442流入LED燈具4並從複數個出氣孔441流出的氣體,LED組件42的熱能可藉此逸散。除此之外,由於散熱裝置41的散熱蓋411直接和LED燈具4外界的大量空氣接觸,所以散熱裝置41從LED組件42吸收的熱能有一部分可直接由空氣帶離。藉此,散熱蓋411和散熱裝置41的受熱處之間總是具有溫差,因而確保散熱裝置41可持續運作。
為能獲致更好的散熱效果,舉例而言,在LED燈具4中,散熱裝置41的外側可裝有散熱鰭片(未呈現),散熱裝置41的第一腔室、第二腔室、及/或第三腔室(未標示)的腔壁可具有毛細結構,且散熱蓋411可為中空的結構,致使散熱裝置41中的工作流體(未呈現)可自由流經散熱裝置41內部的所有區域,而當散熱裝置41和水平面不平行時,工作流體不會因累積在較低處而中斷完整散熱作業的循環運作。由於在本實施例中,散熱裝置41的受熱部份(由電子元件基板415與導熱座414構成)遠小於散熱部份(由散熱蓋411、散熱盤412、與散熱管413構成),且如先前所述,散熱裝置41所吸收的熱能可透過其周圍對流情況良好的氣體帶走,所以,即使長時間使用LED燈具4,散熱裝置41中總是會有溫度較低的區域,促使工作流體由高溫處移向低溫處,持續不斷地為LED組件散熱,並因而延長LED燈具4的使用壽命。
第三實施態樣
本發明之第三實施態樣是關於模組化發光二極體(LED)燈具。在第三實施態樣中,本發明之模組化LED燈具具備如第二實施態樣之LED燈具的優異散熱性能,且由於其模組化設計,本發明之模組化LED燈具可於現場進行模組化更換,而無需如同習知的LED燈具一般,需要將LED燈具從與之相接的其他結構上(例如電桿)拆除、或甚至需要更換整組的LED燈具。下文將參照圖5A~6E詳細說明本發明第三實施態樣之模組化LED燈具。
在第三實施態樣中,模組化LED燈具採用如第一實施態樣所述之散熱裝置以及類似第二實施態樣所述之LED燈具的結構,因此為避免贅述,於後續描述中將省略和第一實施態樣與第二實施態樣內容相關的文字,例如散熱裝置本身的結構、或是LED燈具的散熱方式。
圖5A~5C依照本發明第三實施態樣之一實施例,呈現模組化LED燈具5的剖面圖,模組化LED燈具5包括:LED燈模組51、外殼模組52、以及固定模組53。從圖5A可知,LED燈模組51包含可具有如第一實施態樣所述之散熱裝置的所有技術特徵之散熱裝置511,以及和散熱裝置511相接之至少一組LED組件512(比方說,圖5呈現2組LED組件512),更明確而言,LED組件512具有至少一個LED,且LED組件512是裝設於散熱裝置511的電子元件基板(未標示),此外,LED燈模組51亦可更包括一稜鏡(未呈現),以使LED組件512的光線曲折或發散,使光線能照射至所需位置;外殼模組52包含容納散熱裝置511的燈殼521,以及罩住LED組件512的透明罩522,並且,在接近散熱裝置511的頂部之處,燈殼521具有複數個出氣孔521a,且燈殼521完全遮蓋散熱裝置511;固定模組53則包含用以固定散熱裝置511的固定件組531a與531b,以及和燈殼521相接的燈座532,且透明罩522亦可和燈座532接合,並且,在接近散熱裝置511的底部之處,燈座532具有複數個進氣孔532a。
相較於如圖3所示之第二實施態樣的LED燈具3,如圖5A所示之第三實施態樣的模組化LED燈具5所另外具備的固定模組53使得模組化LED燈具5中的LED燈模組51(含散熱裝置511與LED組件512)易於安裝。因此,在使用第三實施態樣之模組化LED燈具5作為路燈、隧道燈、探照燈、投射燈、或照明燈等等的情況下,當LED燈模組51發生故障、損壞或需要升級時,維修人員可直接在現場更換一組新的LED燈模組51,而無需拆除LED燈具的周邊結構,例如習知的LED路燈中和電線桿相連的燈架,更不需要將包含燈殼等等部份的整組LED燈具予以更換。和習知的LED燈具相比,本發明之模組化LED燈具5因而具有節省成本、提高安裝速度等優點。
為使本發明之模組化LED燈具5的特點與優點更加顯明,現將參照圖5A~5C進一步說明模組化LED燈具5的固定模組53。如圖5A所示,固定模組53可包含皆採螺栓型式的第一固定件組531a與第二固定件組531b、燈座532、以及裝設於燈座532上的安裝支架533。由圖5A可清楚看出,LED燈模組51的上半部是透過第一固定件組531a而安裝在安裝支架533上,且LED燈模組52的下半部是藉由位於第一固定件組531a之對側的第二固定件組531b而和燈座532接合。另外,如圖5B所示,固定模組53亦可僅包含例如螺栓的第一固定件組531a、燈座532、以及安裝支架533,而LED燈模組51是透過第一固定件組531a而固定於安裝支架533上。除此之外,也可如圖5C所示一般,藉由例如卡榫的第一固定件組531a與採螺栓型式的第二固定件組531b並搭配安裝支架533,致使LED燈模組51和固定模組53接合在一起。無論在圖5A~5C中的任一情況中,第一固定件組531a與第二固定件組531b其中至少一組之固定件的數量與位置,皆可配合固定模組53與模組化LED燈具5的整體配置加以調整;此外,安裝支架533更可製作成和燈座532一體成型。
接著,參照圖6A~6E來說明第三實施態樣之另一實施例的模組化LED燈具6。和圖5A~5C的模組化LED燈具5類似,模組化LED燈具6包括:LED燈模組61、外殼模組62、以及固定模組63,且模組化LED燈具6之各個模組中的元件結構與彼此之間的相關位置亦與模組化LED燈具5雷同,因而在此不予以累述。現將針對模組化LED燈具6與模組化LED燈具5之差異詳加說明如下。
圖6A~6B呈現第三實施態樣之另一實施例的模組化LED燈具6的剖面圖。如圖6A所示,在模組化LED燈具6中,外殼模組62的燈殼621僅部分遮蓋LED燈模組61的散熱裝置611,而透過固定模組63中採螺栓形式的第一固定件組631a,可將散熱裝置611的上半部直接鎖在燈殼621上,且散熱裝置611的下半部亦可透過採螺栓形式的第二固定件組631b而鎖在固定模組63的燈座632上,或是如圖6B所示,固定模組63可不包含第二固定件組631b,而LED燈模組61僅靠第一固定件組631a固定。此外,模組化LED燈具6的燈殼621可由複數之殼體組成,舉例而言,燈殼621的組成可包含直接和LED燈模組61接觸的殼體與其餘未和LED燈模組61接觸的殼體。藉由具有複數之殼體的燈殼621,當要維修或更新模組化LED燈具6時,維修人員只要拆除燈殼621中直接和LED燈模組61接觸的殼體,就可進行LED燈模組61的更換事宜。
另外,圖6C~6E亦呈現第三實施態樣之另一實施例的模組化LED燈具6的剖面圖。和圖6A與6B所示不同,在如圖6C~6E的模組化LED燈具6中,外殼模組62更包含裝設在LED燈模組61的頂部而遮蓋散熱裝置611的外罩623,且外罩623上亦可具有複數個氣孔623a;另外,外殼模組62的透明罩622可直接接合於LED燈模組61的散熱裝置611上,如圖6C所示,而和模組化LED燈具5中透明罩522的接合位置不同。除上所述,相較於圖6A與6B,圖6D與6E中的模組化LED燈具6之固定模組63可更包含裝設於燈殼621上且可與其一體成型的安裝支架633,LED燈模組61的散熱裝置611之上半部可藉由採螺栓型式的第一固定件組631a而安裝於安裝支架633上(如圖6D所示),或是透過安裝支架633中的適當結構而使LED燈模組61的散熱裝置611之上半部直接卡在安裝支架633上(如圖6E所示)。此外,在模組化LED燈具6之固定模組63中,第一固定件631a與第二固定件組631b可採用螺栓、卡榫等各種常見的固定件型式,或是固定模組63亦可僅包含第一固定件組631a與第二固定件組631b其中一組。熟知本技術者,當可由本發明之以上例示而思及固定件組631a與631b的不同配置與型態。
為使讀者更加理解第三實施態樣之模組化LED燈具的優點,現將簡單說明本發明之模組化LED燈具5(6)的模組化安裝方式。當使用第三實施態樣之模組化LED燈具5(6)時,維修人員可視現場狀況而選擇從上往下、或從下往上安裝LED燈模組51(61)。舉例來說,在從上往下安裝的情況中,維修人員需先將燈殼521(621)拆除,接著置入LED燈模組51(61),透過採螺栓型式的第一固定件組531a(631a)將LED燈模組51(61)的上半部鎖在安裝支架533(633)上,而LED燈模組51(61)的下半部則可靠例如卡榫的第二固定件531b(631b)卡在燈座532(632)上,或亦可不藉由第二固定件531b(631b)就直接和燈座532(632)接合,待將LED燈模組51(61)安裝完畢之後,再回裝燈殼521(621)以完成模組化LED燈具5(6)的模組化更換。透過本實施態樣之模組化LED燈具5(6)的模組化設計,熟知本技術者當可依其所需而選擇合適的安裝方式。
承上所述,雖然申請人已為求清楚而以若干細節詳加描述本發明,然而,熟習本技術者當可由本發明之教示,實行落入隨附申請專利範圍之範疇中的各式變化與修正。因此,所述實施例應被視為說明而非限制,且本發明並不限於此處所列細節,而是涵蓋所有依本發明隨附申請專利範圍所作之簡單變化與等效者。
1...散熱裝置
11...散熱蓋
111...散熱蓋的第一部份
112...散熱蓋的第二部份
12...散熱盤
121...散熱盤的內側
13...散熱管
14...導熱座
141...導熱座的第一側
142...導熱座的第二側
15...電子元件基板
16...工作流體
161...第一腔室
162...第二腔室
163...第三腔室
17...高功率電子元件
2...散熱裝置
21...散熱蓋
211...氣體通道
22...散熱盤
23...散熱管
3...LED燈具
31...散熱裝置
311...散熱蓋
3111...氣體通道
312...散熱盤
313...散熱管
314...導熱座
315...電子元件基板
32...LED組件
33...透明罩
34...燈殼
341...出氣孔
342...進氣孔
4...LED燈具
41...散熱裝置
411...散熱蓋
412...散熱盤
413...散熱管
414...導熱座
415...電子元件基板
42...LED組件
43...透明罩
44...燈殼
441...出氣孔
442...進氣孔
5...模組化LED燈具
51...LED燈模組
511...散熱裝置
512...LED組件
52...外殼模組
521...燈殼
521a...出氣孔
522...透明罩
53...固定模組
531a...第一固定件組
531b...第二固定件組
532...燈座
532a...進氣孔
533...安裝支架
6...模組化LED燈具
61...LED燈模組
611...散熱裝置
612...LED組件
62...外殼模組
621...燈殼
621a...出氣孔
622...透明罩
623...外罩
623a...氣孔
63...固定模組
631a...第一固定件組
631b...第二固定件組
632...燈座
632a...進氣孔
633...安裝支架
透過以上描述搭配隨附圖式,本發明之優點與特點可更加顯明,其中:
圖1A依照本發明第一實施態樣之一實施例,呈現散熱裝置的剖面圖;
圖1B~1E依照本發明第一實施態樣之其他實施例,呈現散熱裝置的剖面圖;
圖2A依照本發明第一實施態樣之另一實施例,呈現散熱裝置的俯視圖;
圖2B依照本發明第一實施態樣之另一實施例,呈現散熱裝置沿圖2A之B-B’切線的剖面圖;
圖2C依照本發明第一實施態樣之另一實施例,呈現散熱裝置沿圖2A之C-C’切線的剖面圖;
圖3依照本發明第二實施態樣之一實施例,呈現LED燈具的剖面圖;
圖4依照本發明第二實施態樣之另一實施例,呈現LED燈具的剖面圖;
圖5A~5C依照本發明第三實施態樣之一實施例,呈現模組化LED燈具的剖面圖;及
圖6A~6E依照本發明第三實施態樣之另一實施例,呈現模組化LED燈具的剖面圖。
1...散熱裝置
11...散熱蓋
111...散熱蓋的第一部份
112...散熱蓋的第二部份
12...散熱盤
121...散熱盤的內側
13...散熱管
14...導熱座
141...導熱座的第一側
142...導熱座的第二側
15...電子元件基板
16...工作流體
161...第一腔室
162...第二腔室
163...第三腔室
17...高功率電子元件

Claims (41)

  1. 一種散熱裝置,用於至少一高功率電子元件的散熱,在該散熱裝置內容納有用以傳遞該至少一高功率電子元件所產生的熱能的一工作流體,該散熱裝置包括:一散熱蓋,包含第一部份與第二部份,且該第一部份為鰭片狀;一散熱盤,具有一內側,該散熱盤和該散熱蓋連接,其中該散熱盤的該內側與該散熱蓋之間的空間定義第一腔室;一導熱座,具有第一側與第二側,其中該導熱座的該第一側與該散熱盤的該內側之間的空間定義第二腔室,且該第二腔室與該第一腔室相通;及一電子元件基板,用以裝設該至少一高功率電子元件,該電子元件基板與該導熱座的該第二側連接,其中該電子元件基板與該導熱座之間的空間定義第三腔室,該第三腔室與該第二腔室相通,且該工作流體能在該第一腔室、第二腔室、與第三腔室內流動,其中該第一腔室的總截面積大於該第二腔室的總截面積,且該第一腔室的總內表面積不小於該第三腔室的總內表面積的1.5倍。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置,更包括:至少一散熱管,具有柱狀的中空部份,該散熱管的一端與該散熱盤連接,而另一端設置於該導熱座的該第一側,其中該散熱裝置的該第二腔室包含該散熱管的中空部份。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之散熱裝置,其中該散熱蓋的該第一部份為中空,以增加該第一腔室的內表面積,並使該工作流體能於該散熱蓋的內部流動。
  4. 如申請專利範圍第1或2項所述之散熱裝置,其中該第一腔室、第二腔室、與第三腔室其中至少一者的腔壁具有毛細結構,其由溝槽、燒結金屬粉粒、金屬網或纖維其中一或多者所構成。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之散熱裝置,其中該散熱蓋的第二部份為平板狀或開口朝下的碗狀。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之散熱裝置,其中該散熱盤為平板狀或開口朝上的碗狀。
  7. 如申請專利範圍第2項所述之散熱裝置,其中該散熱蓋、該散熱盤、與該至少一散熱管其中至少一者的外側裝設有散熱鰭片。
  8. 如申請專利範圍第2項所述之散熱裝置,更包括:至少一氣體通道,貫穿該散熱蓋與該散熱盤而不和該至少一散熱管相通,且該氣體通道周圍的該散熱蓋與該散熱盤彼此相接密封,致使該工作流體不會流至該氣體通道中。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之散熱裝置,其中該至少一氣體通道配合該至少一散熱管的位置而設置。
  10. 如申請專利範圍第2項所述之散熱裝置,其中該散熱蓋、該散熱盤、該導熱座、及/或該至少一散熱管為一體成型。
  11. 如申請專利範圍第2項所述之散熱裝置,其中該散熱蓋、該散熱盤、該至少一散熱管、該導熱座與該電子元件基板之間以密封圈、密封塗料、焊接材料、及/或緊固件加以密封連接。
  12. 如申請專利範圍第2項所述之散熱裝置,其中該散熱蓋、該散熱盤、該至少一散熱管、該導熱座與該電子元件基板由下列一或多種的材料構成:鎂、鋁、銅。
  13. 如申請專利範圍第1或2項所述之散熱裝置,更包括:一風扇,產生強迫的對流空氣,用以協助將該至少一高功率電子元件所產生的熱能散失。
  14. 如申請專利範圍第1或2項所述之散熱裝置,其中-該至少一高功率電子元件為發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)、或任何高功率的半導體元件。
  15. 一種LED燈具,包括:一散熱裝置,具有如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置的技術特徵;至少一組LED組件,該至少一組LED組件之每一組具有一或多個LED;一透明罩,罩住該至少一組LED組件;及一燈殼,容納該散熱裝置,其中該至少一組LED組件裝於該散熱裝置的該電子元件基板,及在接近該散熱裝置的頂部之處,該燈殼具有複數個出氣孔,且在接近該散熱裝置的底部之處,該燈殼具有複數個進氣孔,俾使氣體由該複數個進氣孔進入該LED燈具之後,再從該複數個出氣孔離開該LED燈具。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之LED燈具,其中該散熱裝置更包括:至少一散熱管,具有柱狀的中空部份,該散熱管的一端與該散熱盤連接,而另一端設置於該導熱座的該第一側,其中該散熱裝置的該第二腔室包含該散熱管的中空部份。
  17. 如申請專利範圍第15或16項所述之LED燈具,其中該燈殼完全遮蓋該散熱裝置。
  18. 如申請專利範圍第15或16項所述之LED燈具,其中該燈殼部分遮蓋該散熱裝置。
  19. 如申請專利範圍第15或16項所述之LED燈具,其中該散熱裝置的該散熱蓋的該第一部份為中空,以增加該第一腔室的總內表面積,並使該工作流體能於該散熱蓋的內部流動。
  20. 如申請專利範圍第15或16項所述之LED燈具,其中該散熱裝置的該第一腔室、第二腔室、與第三腔室其中至少一者的腔壁具有毛細結構。
  21. 如申請專利範圍第16項所述之LED燈具,其中該散熱裝置的該散熱蓋、該散熱盤、與該至少一散熱管其中至少一者的外側裝設有散熱鰭片。
  22. 如申請專利範圍第16項所述之LED燈具,其中該散熱裝置更包括:至少一氣體通道,貫穿該散熱蓋與該散熱盤而不和該至少一散熱管相通,且該氣體通道周圍的該散熱蓋與該散熱盤彼此相接密封,致使該工作流體不會流至該氣體通道。
  23. 如申請專利範圍第22項所述之LED燈具,其中該散熱裝置的該至少一氣體通道配合該至少一散熱管的位置而設置。
  24. 如申請專利範圍第15或16項所述之LED燈具,其中該LED燈具為路燈、隧道燈、探照燈、投射燈、或照明燈。
  25. 一種模組化LED燈具,包括:一LED燈模組,包含:一散熱裝置,具有如申請專利範圍第1項所述之散熱裝置的技術特徵;及至少一組LED組件,該至少一組LED組件之每一組具有一或多個LED,其中該至少一組LED組件裝於該散熱裝置的該電子元件基板;一外殼模組,包含:一燈殼,容納該LED燈模組之該散熱裝置;及一透明罩,罩住該LED燈模組之至少一組LED組件,以及一固定模組,包含:固定件組,固定該LED燈模組,其中該固定件組包含第一固定件組與第二固定件組其中至少一組,且該第一固定件組位於該第二固定件組的對側;及一燈座,和該外殼模組的該燈殼相接,且該LED燈模組的該散熱裝置安置於該燈座上,其中在接近該LED燈模組之該散熱裝置的頂部之處,該外殼模組之該燈殼具有複數個出氣孔,且在接近該散熱裝置的底部之處,該固定模組之該燈座具有複數個進氣孔,俾使氣體由該複數個進氣孔進入該模組化LED燈具之後再從該複數個出氣孔離開。
  26. 如申請專利範圍第25項之模組化LED燈具,其中該固定模組之該第一固定件組將該LED燈模組之該散熱裝置固定在該外殼模組之該燈殼上。
  27. 如申請專利範圍第25項之模組化LED燈具,其中該固定模組之該第二固定件組將該LED燈模組之該散熱裝置固定在該固定模組之該燈座上。
  28. 如申請專利範圍第25項之模組化LED燈具,其中該固定模組更包含一安裝支架,該安裝支架裝設於該固定模組之該燈座與該外殼模組之該燈殼其中至少一者上。
  29. 如申請專利範圍第28項之模組化LED燈具,其中該固定模組之該安裝支架和該固定模組之該燈座與該外殼模組之該燈殼其中至少一者一體成型。
  30. 如申請專利範圍第28項之模組化LED燈具,其中該固定模組之該第一固定件組與該第二固定件組其中至少一組將該LED燈模組之該散熱裝置固定在該固定模組之該安裝支架上。
  31. 如申請專利範圍第25或28項之模組化LED燈具,其中該固定模組之該第一固定件組與該第二固定件組分別為複數之螺栓或卡榫。
  32. 如申請專利範圍第25或28項之模組化LED燈具,其中該外殼模組之該透明罩和該固定模組之該燈座或該LED燈模組之該散熱裝置接合。
  33. 如申請專利範圍第25或28項之模組化LED燈具,其中該外殼模組之該燈殼是由複數之殼體組成。
  34. 如申請專利範圍第25或28項之模組化LED燈具,其中該外殼模組之該燈殼完全遮蓋該LED燈模組之該散熱裝置。
  35. 如申請專利範圍第25或28項之模組化LED燈具,其中該外殼模組之該燈殼部分遮蓋該LED燈模組之該散熱裝置。
  36. 如申請專利範圍第35項之模組化LED燈具,其中該外殼模組更包含一外罩,裝設於該LED燈模組之該散熱裝置的頂部以遮蓋該散熱裝置。
  37. 如申請專利範圍第25或28項之模組化LED燈具,其中該LED燈模組之該散熱裝置更包含:至少一散熱管,具有柱狀的中空部份,該散熱管的一端與該散熱盤連接,而另一端設置於該導熱座的該第一側,其中該散熱裝置的該第二腔室包含該散熱管的中空部份。
  38. 如申請專利範圍第25或28項之模組化LED燈具,其中該LED燈模組之該散熱裝置的該散熱蓋的該第一部份為中空,以增加該第一腔室的總內表面積,並使該工作流體能於該散熱蓋的內部流動。
  39. 如申請專利範圍第25或28項之模組化LED燈具,其中該LED燈模組之該散熱裝置的該第一腔室、第二腔室、與第三腔室其中至少一者的腔壁具有毛細結構。
  40. 如申請專利範圍第37項之模組化LED燈具,其中該LED燈模組之該散熱裝置的該散熱蓋、該散熱盤、與該至少一散熱管其中至少一者的外側裝設有散熱鰭片。
  41. 如申請專利範圍第37項之模組化LED燈具,其中該LED燈模組之該散熱裝置更包含:至少一氣體通道,貫穿該散熱蓋與該散熱盤而不和該至少一散熱管相通,且該氣體通道周圍的該散熱蓋與該散熱盤彼此相接密封,致使該工作流體不會流至該氣體通道,且該散熱裝置的該至少一氣體通道配合該至少一散熱管的位置而設置。
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TWI576538B (zh) * 2015-11-23 2017-04-01 均英精密工業股份有限公司 光照裝置及其散熱模組
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