TW201341716A - 照明裝置及其散熱裝置 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種散熱裝置(1)，其具有框體(2)、配置於框體(2)內部的發熱體(5)及將自發熱體(5)產生的熱輸送至框體(2)的面狀熱管(4)，面狀熱管(4)具有受熱部與排熱部，以受熱部而與發熱體(5)導熱地接觸，並以排熱部而與框體(2)導熱地接觸，並且排熱部以外之部位遠離框體(2)。

Description

照明裝置及其散熱裝置

本發明係關於一種散熱裝置，尤其係關於將自配置於框體內部之發熱體產生之熱輸送至框體並自該框體排出至環境之散熱裝置。而且，本發明係關於一種將自配置於框體內部之光源產生之熱輸送至框體並自該框體排出至環境之照明裝置。

已知有一種照明裝置，其於框體之內部配置有例如LED之類之發光元件。LED比起例如白熾燈泡之類之傳統光源，發光效率高，即與發光量相比，發熱量較小，但仍會產生無法忽略之熱量。因此，即便是使用LED作為光源之照明裝置，亦需要將自發光元件產生之熱排出至環境之散熱裝置。

而且，於室外或水中使用之照明裝置之情形時，必須將光源配置於可防風雨或防水地構成之框體中，但對於此種照明裝置而言，需要將光源產生之熱快速輸送至框體並自框體表面排出至環境之散熱裝置。

例如，於專利文獻1中，揭示有一種照明單元，其將光學構件與散熱殼體構件合起來構成框體，於該框體之內部配置發光元件(LED)，將發光元件發出之光線通過光學構件投射至外部。於該照明單元中，發光元件係配置於基板上，基板經由黏結構件而黏結於散熱殼體構件之前表面所設之基板安裝面。由於採用此種結構，因此發光元件產生的熱 將通過基板與黏結構件而傳遞至散熱殼體構件，並自散熱殼體放出至環境中。而且，於專利文獻1中記載有：使散熱殼體構件由導熱性優異之材料、例如鋁合金等金屬材料形成。

而且，於專利文獻2中，揭示有一種於碗形框體之底部配置有LED發光元件之LED照明裝置，且記載有：將含有聚對苯二甲酸丁二醇酯等熱塑性樹脂、氧化鋁等無機系填充劑及玻璃纖維等的熱塑性樹脂成形體作為框體。該熱塑性樹脂成形體不僅輕量，而且導熱性優異，因此可將LED產生之熱效率良好地放出至環境中。

現有技術文獻

專利文獻

專利文獻1：日本專利特開2010-33757號公報

專利文獻2：日本專利特開2011-216437號公報

專利文獻1及專利文獻2中揭示之照明裝置，係利用照明裝置之框體自身作為散熱器來構成散熱裝置，因此無須另行配置散熱器。因此，可使照明裝置(散熱裝置)變得緊湊。但是，必須使發熱體(LED發光元件)於框體內部與框體接觸，因此存在框體的形狀設計之自由度低的問題。而且，框體自身擔負將熱自框體內部輸送至框體外廓的熱輸送構件之作用，因此存在導致框體變重之問題。

本發明係有鑒於如上所述之背景而完成，其目的在於提供一種散熱裝置，其將自配置於框體內部之發熱體產生的熱輸送至框體並自該 框體排出至環境，且框體的形狀設計之自由度大，可實現框體之輕量化。而且，本發明之目的在於提供一種可將光源產生的熱快速地排出之照明裝置。

為達成上述目的，本發明之散熱裝置具有框體、配置於上述框體內部之發熱體及將自上述發熱體產生之熱輸送至上述框體之熱輸送構件，並將自上述發熱體產生之熱排出至環境，其特徵在於：上述熱輸送構件具有受熱部及排熱部，以上述受熱部而與上述發熱體導熱地接觸，並以上述排熱部而與上述框體導熱地接觸，並且上述排熱部以外之部位遠離上述框體。

上述框體亦可形成為筒狀，上述熱輸送構件形成為平板狀，上述熱輸送構件於平板之外緣，導熱地接觸上述框體之內面。

而且，上述框體亦可具有突出至內面的環狀構件，上述熱輸送構件於平板外緣之整周，導熱地接觸上述環狀構件。

進而，亦可包括：堵塞構件，於上述環狀構件之安裝有上述熱輸送構件的面之相反面，堵塞由上述框體內部之上述環狀構件圍成的開口。

進而，上述堵塞構件亦可由導熱率比上述框體之原材料小的原材料所構成。

本發明之照明裝置的特徵在於包括前述之散熱裝置，並且，上述發熱體為發光元件，且將上述發光元件發出的光線放出至上述框體之外部。

再者，本發明之散熱裝置並不限定於安裝至本體裝置(例如 照明裝置)並將自本體裝置產生的熱排出至環境之裝置。以本體裝置自身作為散熱裝置發揮作用之方式構成的裝置，亦包含於本發明之散熱裝置中。例如，以將光源產生之熱自框體表面排出至環境以冷卻光源之方式構成的照明裝置，相當於本發明之散熱裝置。

根據本發明，具有將自發熱體產生之熱輸送至框體的熱輸送 構件，因此框體之形狀設計上的限制小。

而且，由於熱輸送構件之排熱部以外之部位遠離上述框體， 因此可確保熱輸送構件之受熱部與排熱部之間的溫度差較大。而且，由於熱不會流入熱輸送構件以外的構件、導熱率差的構件，因此熱阻降低。因此，可提高散熱裝置之性能。而且，可實現散熱裝置之輕量化。

而且，若將框體形成為筒狀，將熱輸送構件形成為平板狀， 且熱輸送構件於平板之外緣，導熱地接觸框體之內面，則可減小框體之高度(厚度)，因此可進一步實現散熱裝置之輕量化。

而且，若具有突出至框體內面之環狀構件，且熱輸送構件於 平板外緣之整周，導熱地接觸環狀構件，則可將熱輸送構件之排熱部與框體接觸的面積最大化，因此散熱裝置之性能提高。其結果，可進一步實現散熱裝置之小型化。

而且，若具有於環狀構件之安裝有熱輸送構件的面之相反面 堵塞由框體內部之環狀構件圍成之開口的堵塞構件，則可將配置有發熱體的空間與其他空間予以分離，因此，例如適合於將不耐熱的零件等配置於 框體內部的情形。

而且，若使上述堵塞構件由導熱率比框體之原材料小的原材 料構成，則可確保熱輸送構件之受熱部與排熱部之間的溫度差較大，因此散熱裝置之性能提高。

而且，若具有本發明之任一散熱裝置來構成照明裝置，則可 加大照明裝置之外形設計之自由度，並且可實現照明裝置之輕量化。

1‧‧‧散熱裝置

2‧‧‧框體

3‧‧‧凸肋

4‧‧‧面狀熱管

5‧‧‧發熱體

6‧‧‧隔熱材

11‧‧‧照明裝置

12‧‧‧透鏡

13‧‧‧LED發光元件

14‧‧‧阻熱材

15‧‧‧開口

16‧‧‧上部區域

17‧‧‧下部區域

18‧‧‧點燈電路

第1圖係本發明之散熱裝置之概念圖，第1(a)圖為平面圖，第1(b)圖為正剖面圖，第1(c)圖為底面圖。

第2圖係本發明之照明裝置之概念性的正剖面圖。

第3圖係散熱裝置之模型圖。

第4圖係表示散熱裝置之熱阻之計算結果的圖表。

第5圖係表示散熱裝置之變形例之概念性的正剖面圖。

以下，參照附圖說明本發明之實施方式。

將本發明之散熱裝置1之概念性的結構示於第1圖。再者，第1圖係為概念圖，並未準確表達散熱裝置1之具體形狀或尺寸。因此，無法自第1圖讀取散熱裝置1及構成散熱裝置1的零件之尺寸或尺寸比率。

散熱裝置1之框體2整體呈圓筒形，於圓筒之高度方向之中央部，形成有凸肋3。凸肋3係突出至框體2內面之環狀構件，且形成於框體2內面之整周(於平面圖中為整個圓周)。而且，框體2係形成散熱裝置1之外 廓，劃分散熱裝置1之內部空間與外部空間(環境)，並且將散熱裝置1以外的零件(面狀熱管4與發熱體5)保持於上述內部空間之零件。

如後所述，框體2係作為將自發熱體5產生的熱放出至環境的 一種散熱器發揮作用，因此對於框體2之原材料，選擇導熱性佳之材料。例如，黃銅之導熱性及耐蝕性優異，因此若由黃銅構成框體2，則適合於在室外使用散熱裝置1的情形。而且，若由鋁或鋁合金構成框體2，則可實現散熱裝置1之輕量化。

面狀熱管4係於平面圖中呈圓形的圓板狀之熱管。於面狀熱 管4之內部填充有冷媒，並且具有：蒸氣擴散流路(未圖示)，使吸熱後氣化之冷媒蒸氣擴散；以及毛細管(未圖示)，使散熱後冷凝之冷媒液返回。 面狀熱管4以此方式而構成，因此作為熱輸送構件發揮作用，該熱輸送構件藉由冷媒之狀態變化來進行吸熱與散熱，並使冷媒於吸熱部位與散熱部位之間循環以輸送熱。本實施方式中，以圓板之中心部成為吸熱部位而圓周部分成為散熱部位的方式來構成面狀熱管4。於面狀熱管4之吸熱部位(圓板之中心部)，安裝固定有發熱體5並與面狀熱管4導熱地接觸。而且，面狀熱管4係於散熱部位(圓板之圓周部分)安裝固定於框體2並導熱地接觸凸肋3。

發熱體5所產生之熱於面狀熱管4之吸熱部位(圓板之中心 部)被吸收，以散熱部位(圓板之圓周部分)得到排熱，並傳導至框體2，再自框體2之外表面放出至環境中。即，面狀熱管4之吸熱部位(圓板之中心部)相當於熱輸送構件之受熱部，散熱部位(圓板之圓周部分)相當於排熱部。

再者，若使面狀熱管4之散熱部位之面積大於吸熱部位之面 積，則與自發熱體5流向吸熱部位之熱流束相比，可減小自散熱部位流向框體2之熱流束。藉此，因自散熱部位朝向框體2之熱傳導而產生的框體2、尤其是凸肋3之溫度上升得到抑制，其結果，發熱體5之溫度上升得到抑制。

再者，面狀熱管4係已周知之裝置，因此省略詳細說明。若 有必要，例如請參照日本專利第4112602號公報等。

發熱體5係藉由散熱裝置1來散熱之冷卻對象物。發熱體5只 要是於動作過程中產生熱之裝置或元件，則為任何者皆可。即，散熱裝置1之冷卻對象物並無特別限定。

但是，本發明在將光源密封配置於框體內部之照明裝置中， 作為冷卻光源之裝置尤其有用。因此，作為本發明之其他實施方式，對照明裝置11之構成進行說明。

第2圖係表示照明裝置11之概念性的構成之正剖面圖。照明 裝置11之基本構成與散熱裝置1共用，因此對於共用之構成要素標註相同之符號，主要對與散熱裝置1不同之部分進行說明。再者，第2圖亦為概念圖，並未準確表達照明裝置11之具體形狀或尺寸。因此，無法自第2圖讀取照明裝置11及構成照明裝置11之零件之尺寸或尺寸比率。

照明裝置11例如係被用於漁業之照明器具，具有水密構造。 亦即，照明裝置11之框體2係上方封閉的圓筒狀之(即，如使酒杯倒置般之)容器，於框體2下方之開口，水密地安裝有透鏡12。於框體2之內部，配置有照明裝置11之光源即LED發光元件13，LED發光元件13所產生之光線通過透鏡12而投射至框體2之外部。LED發光元件13所產生之熱通過面狀熱管4 而傳導至框體2，並放出至框體2之外部(環境)。即，照明裝置11中的LED發光元件13相當於散熱裝置1中的發熱體5。照明裝置11自身亦可謂之為一種散熱裝置。

而且，照明裝置11具有阻熱材14。阻熱材14係堵塞由凸肋3 所圍成之開口15之罩，被安裝固定於凸肋3之上表面(即，安裝有面狀熱管4之面之相反面)，將框體2之內部分割成上部區域16與下部區域17。因此，因LED發光元件13所產生之熱而升溫的下部區域17內之空氣不會移動至上部區域16，因此上部區域16內之空氣之升溫得到抑制，上部區域16內之裝置(例如，LED發光元件13之點燈電路18)得到保護。

而且，阻熱材14係由導熱率比框體2小之材料所構成。較為 理想的是，框體2與阻熱材14之導熱率之比率為5倍左右以上。例如，於框體2之原材料為黃銅之情形時，若對阻熱材14之原材料選擇不鏽鋼，則可實現上述導熱率之比率。而且，若為一般之樹脂原材料，則導熱率大致為1 W/(m．K)以下，若使阻熱材14由樹脂原材料構成，則可使阻熱材14之導熱率充分小於框體2之導熱率。若如此般選擇阻熱材14之材料，則阻熱材14之面方向熱阻將比框體2之凸肋3大，因此阻熱材14幾乎不會對面狀熱管4之受熱部與排熱部之間的熱梯度造成影響。因此，即使具有阻熱材14，面狀熱管4對熱輸送之效率亦不會降低。

而且，於使阻熱材14由與框體2相同之材料構成之情形時， 使其厚度小於凸肋3(例如，設為凸肋3之厚度的五分之一以下)。如此，阻熱材14之面方向熱阻亦變得大於框體2之凸肋3。因此，即使具有阻熱材14，面狀熱管4對熱輸送之效率亦不會降低。

最後，對為確認本發明之效果而進行的計算結果進行說明。第3圖表示用於計算之散熱裝置1之模型圖。圖中所示之尺寸之單位為mm。而且，於第3圖中，D為由凸肋3圍成之開口(相當於第2圖之開口15)之直徑，於0 mm至60 mm之範圍內以10 mm為單位改變D之大小來進行計算。第3圖表示設D=60 mm之情形時之形狀。而且，D=0 mm相當於不存在開口之狀態，即相當於面狀熱管4之整個背面與凸肋3接觸之狀態。

再者，於計算中，將框體2之材質設為黃銅，假定單個面狀熱管4之導熱率為1800 W/(m．K)。而且，假定發熱體5被安裝於銅製基板上。再者，周圍流體為水，環境溫度設為25℃。發熱量設為154.1 W。對於浮力之影響，假定包辛尼斯克近似。

第4圖係總結計算結果之圖表，表示開口之直徑D與散熱裝置1之總熱阻之關係。橫軸為開口之直徑D(mm)，縱軸為散熱裝置1之總熱阻，即發熱體5與框體2之間的熱阻(K/W)。由第4圖可容易理解，若加大開口之直徑D，則散熱裝置1之總熱阻變小。若開口之直徑D較小(凸肋3較大)，則面狀熱管4與凸肋3接觸之面積變大，自面狀熱管4流向凸肋3之熱量變多，面狀熱管4之溫度降低，其結果，發熱體5與框體2之間的溫度梯度變小，因此考慮會發生此種現象。

如此，於散熱裝置1中，若加大開口之直徑D，則可實現框體2之輕量化(即，散熱裝置1之輕量化)。一般而言，散熱裝置之輕量化與高散熱量化處於此消彼長之關係，但根據本發明，可同時實現兩者。

以上，對本發明之具體實施方式進行了說明，但本發明之技術範圍並不限定於此。於申請專利範圍所記載之技術思想之範圍內，可自 由地應用變形或改良而實施。

例如，於上述實施方式中，示出了框體2具有凸肋3且面狀熱管4之排熱部與凸肋3導熱地接觸之例子，但本發明之散熱裝置或照明裝置並不限定於具有凸肋3者。例如第5(a)圖所示，亦可於框體2之內側形成凹槽，使面狀熱管4之排熱部嵌合於該凹槽，使面狀熱管4與框體導熱地接觸。

而且，結合面狀熱管4與框體2之手段並無特別限定。既可為借助黏結材之結合，亦可為利用螺絲或彈簧之機械緊固。若有可能，則亦可選擇熔接或釺焊。即，只要可實現導熱性的接觸，則選擇任何手段皆可。 對於結合發熱體5與面狀熱管4之手段亦同樣。

而且，作為熱輸送構件之具體例，示出了面狀熱管4，但熱輸送構件並不限於面狀熱管4，既可為固體熱輸送構件(例如銅板)，亦可為各種(面狀熱管以外之)熱管。

而且，作為堵塞構件之具體例，示出了阻熱材14，並示出了阻熱材14被安裝固定於凸肋3之上表面之例子，但堵塞構件並不限定於此。例如第5(b)圖所示，亦可將隔熱材6嵌入由凸肋3所圍成之開口內，並使隔熱材6與面狀熱管4之上表面抵接。

而且，於上述實施方式中，示出了將框體2形成為圓筒狀之例子，但於本發明中，於言及「筒狀之框體」之情形時，「筒」並不限定於「圓筒」。「筒」之橫剖面亦可為任何形狀。

而且，於上述實施方式中，示出了將框體2設為黃銅、鋁或鋁合金之例子，但框體2之原材料並不限定於該等。亦可選擇其他金屬材料 或非金屬材料。

而且，於上述實施方式中，示出了具有LED發光元件13作為光源之照明裝置11，但本發明之適用對象並不限定於將LED作為光源之照明裝置、具有LED作為冷卻對象之發熱體之散熱裝置。可將本發明適用於具有各種光源之照明裝置、以各種發熱體作為冷卻對象之散熱裝置。

而且，於上述實施方式中，示出了將LED發光元件13產生之熱放出至水中的照明裝置11之例子，但本發明之散熱裝置及照明裝置並不限定於散熱至水中的裝置。亦可為散熱至空中(大氣)中的裝置。

再者，本發明係獨立行政法人新能量．產業技術綜合開發機構於平成23年先導之與產業技術創作事業相關的「借助低功耗型高亮度．小型LED水中照明之低環境負荷型燈火漁業之實證研究」之成果。

本申請案係基於並主張於2012年4月11日申請之包含說明書、申請專利範圍、附圖及摘要的日本專利申請案2012-90531號之優先權。該原始專利申請案之揭示內容的全文以參照之方式併入本申請案中。

[產業上之可利用性]

本發明係作為將自配置於框體內部之發熱體產生的熱排出至環境之散熱裝置而有用。而且，作為將自配置於框體內部之光源產生的熱排出至環境之照明裝置而有用。

1‧‧‧散熱裝置

2‧‧‧框體

3‧‧‧凸肋

4‧‧‧面狀熱管

5‧‧‧發熱體

Claims (6)

1. 一種散熱裝置，其具有一框體、配置於上述框體內部之發熱體及將自上述發熱體產生之熱輸送至上述框體之一熱輸送構件，並將自上述發熱體產生之熱，排出至環境，其特徵在於：上述熱輸送構件具有一受熱部及一排熱部，以上述受熱部而與上述發熱體導熱地接觸，並以上述排熱部而與上述框體導熱地接觸，上述排熱部以外之部位，係遠離上述框體。
2. 如請求項1所述之散熱裝置，其中上述框體形成為筒狀，上述熱輸送構件形成為一平板狀，上述熱輸送構件於平板之外緣，導熱地接觸上述框體之內面。
3. 如請求項2所述之散熱裝置，其中上述框體具有突出至內面的一環狀構件，上述熱輸送構件於平板外緣之整周，導熱地接觸上述環狀構件。
4. 如請求項3所述之散熱裝置，其包括：一堵塞構件，於上述環狀構件之安裝有上述熱輸送構件的一面之相反面，堵塞由上述框體內部之上述環狀構件圍成的一開口。
5. 如請求項4所述之散熱裝置，其中上述堵塞構件係由導熱率比上述框體之原材料小的原材料所構成。
6. 一種照明裝置，其特徵在於包括：如請求項1至5中任一項所述之散熱裝置，並且上述發熱體為一發光元件，上述發光元件發出的光線放射至上述框體之外部。