TWI385337B - 發光二極體頭燈散熱系統及其發光二極體頭燈散熱管 - Google Patents
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Description
本揭示內容是有關於一種車燈散熱結構,且特別是有關於一種發光二極體車燈散熱結構。
發光二極體之應用,因其省電及低廢熱等優勢而倍受青睞。近年來,隨著科技發展,發光二極體之亮度有了大幅的提升,而使其在照明應用上大放異彩。然而,發光二極體之亮度,先天存在熱衰問題,迫使各界致力於發光二極體照明設備之散熱研究。
目前雖有不少人致力於將發光二極體照明設備應用在車輛之頭燈,卻始終無法克服熱衰問題,特別是在中低緯度國家,因氣候炎熱而使此一問題殊不可解。
因此,本揭示內容之一技術態樣是在提供一種發光二極體頭燈散熱系統,以克服發光二極體頭燈之亮度的熱衰問題。
本揭示內容之另一技術態樣是在提供一種發光二極體頭燈散熱管,以使發光二極體得以應用於車輛之照明頭燈。
依據本揭示內容一實施方式,提出一種發光二極體頭燈散熱系統,包含一車用空調系統、一導熱裝置及一發光二極體頭燈。車用空調系統具有一致冷裝置。導熱裝置連接致冷裝置,發光二極體頭燈連接於導熱裝置。
依據本揭示內容另一實施方式,提出一種發光二極體頭燈散熱管,係用以連接一車輛之發光二極體頭燈與致冷裝置,其包括一熱管本體、一連接件及一夾持件。連接件係位於熱管本體之一端,用以連接發光二極體頭燈,夾持件係位於熱管本體之另一端,用以連接致冷裝置。
藉此,上述諸實施方式讓發光二極體頭燈透過熱管或導熱裝置,以車用空調系統為散熱機構。
經本發明人之長期觀察與多年實務經驗,目前各種發光二極體頭燈氣冷式或水冷式散熱結構皆殊不可行。具體而言,一般汽車之引擎的最佳工作溫度為攝氏80度左右,而中低緯度國家道路上的汽車由於曝曬於陽光下,車體本身之溫度亦高達攝氏40以上。因此,整體而言,無論頭燈散熱片如何設計,安置在車體何處,皆受制於環境溫度偏高,而無法將頭燈之溫度降低至攝氏30度以下。易言之,發光二極體提供照明之最佳溫度,與一般汽車工作狀態是兩個無法產生平衡或交集的溫度區間。
因此,本發明人殫精竭慮,苦心觀察汽車工作環境之實務狀態後,提出以車用空調系統作為發光二極體頭燈之散熱基礎的技術,本發明人不僅考量車用空調系統係維持車內溫度於人類可承受範圍,而此溫度範圍亦與發光二極體之最佳照明工作溫度範圍有所交集;亦考量以車用空調系統作為發光二極體之散熱基礎時,應不危及車用空調系統之原始功能。具體而言,以三菱汽車Colt plus車輛為例,一般車用空調系統係提供3.47kW功率之能量,以將車內溫度控制於25~28℃溫度範圍,而發光二極體頭燈所產生之廢熱一般為50~100W功率,因而只佔車用空調系統不到3%的能力。因此,利用車用空調系統作為發光二極體頭燈之散熱基礎,實乃破除固有散熱觀念之窠臼的創舉。
請參照第1圖,第1圖是本揭示內容一實施方式之發光二極體頭燈散熱系統的結構示意圖。第1圖中,本實施方式之發光二極體頭燈散熱系統包含一車用空調系統、一導熱裝置100及一發光二極體頭燈200。車用空調系統具有一致冷裝置300,其係用以提供冷氣301給車體400內之容置空間410,進而提供舒適之溫度環境予駕駛人及乘客。導熱裝置100連接致冷裝置300,發光二極體頭燈200則連接於導熱裝置100。藉此,本實施方式讓發光二極體頭燈200透過導熱裝置100,以車用空調系統為散熱機構(Heat Sink)。
值得一提的是,致冷裝置300雖目前以冷媒系統為大宗,但並不以此為限,考量日後環保需求之殷盛,適於電動車的致冷晶片等致冷裝置300亦可沿用本揭示內容之技術。
請繼續參照第2圖,第2圖是以致冷晶片實現第1圖之致冷裝置300時的結構示意圖。第2圖中,致冷裝置300為一致冷晶片310。而導熱裝置100可為一熱管,此熱管可直接連接(例如管路燒結或銲接)或間接連接(例如纏繞)在致冷晶片310上。藉此,致冷晶片310便可透過導熱裝置100,供發光二極體頭燈200作為散熱機構。當然,導熱裝置100之具體實施手段並不以熱管為限,亦可為一導熱金屬。
請繼續參照第3圖,第3圖是以冷媒系統實現第1圖之致冷裝置300時的結構示意圖。第3圖中,冷媒系統320可大致分為壓縮機321、冷凝器322、蒸發器323與膨脹閥324。其中,導熱裝置100(此處以熱管為例)之一端係連接於冷媒系統之冷媒管路,此處所謂連接係指導熱連接,而不以直接或間接為限。具體而言,熱管與冷媒管路並不一定需要直接連接,熱管與冷媒管路緊密貼合亦可達成所述導熱連接。直接連接時,冷媒雖可注入熱管,但此舉會有更動冷媒管路原始設計之額外成本,且熱管與冷媒管路連通處亦有冷媒外洩之風險。因此,本揭示內容更可於另一實施方式中,在導熱裝置100上設計一夾持件,夾持件係連接導熱裝置100,並用以使導熱裝置100夾固於冷媒管路。從導熱裝置100與冷媒系統320的連接位置觀之,第3圖中,導熱裝置100是以蒸發器323的吸氣管為散熱體,亦即熱沉(Heat Sink)。
值得一提的是,導熱裝置100與冷媒系統320之冷媒管路的連接方式,是一種管路的分歧手段,除上述透過夾持件實現以外,亦可採用下列諸方式:1.銲接手段,亦即將導熱裝置銲接於冷媒管路。2.燒結手段,亦即將導熱裝置燒結於冷媒管路。3.牙接手段,亦即在導熱裝置與冷媒管路間設計相對應之螺牙及螺孔,以進行接合。當然,連接導熱裝置100與冷媒系統320之冷媒管路的手段並不以此為限。
請繼續參照第4圖,第4圖是第3圖一實施方式之結構示意圖,其係繪示導熱裝置100連接於冷媒管路銜接冷媒系統320之蒸發器323處。具體而言,如第4圖所示,導熱裝置100可連接於冷媒管路銜接冷媒系統320之蒸發器323處;更精確的說,導熱裝置100可連接於冷媒系統320的液氣分離器325。此舉有利於在冷媒系統320運作時取得整體溫度最低點,以作散熱用。
請繼續參照第5圖,第5圖是第3圖另一實施方式之結構示意圖,其係繪示導熱裝置100連接於冷媒管路銜接冷媒系統之冷凝器322處。如第5圖所示,導熱裝置100亦可連接於冷媒管路銜接冷媒系統之冷凝器322處;更精確的說,導熱裝置100可連接於冷媒系統320的儲液器326。此舉則有利於在冷媒系統320未運作時,仍獲得大面積之散熱結構。換句話說,導熱裝置100被固定在冷媒系統320的儲液器326時,可利用儲液器326內的冷媒進行散熱,所述儲液器326係供冷媒在此蒸發與冷凝。
綜上所述,從技術角度觀之,由於目前所有車輛空調系統在冷媒經過蒸發器以提供車體內冷氣時,為了確保冷媒必須由液體全部被蒸發成為氣體,使冷媒到達壓縮機前全部成為氣體,以避免造成壓縮機液壓縮的嚴重故障;所以冷媒管路經過蒸發器回到引擎室時,高價位汽車都會加裝液氣分離器,而且高低價位汽車都會有一段管路不保温直接暴露於引擎室,借由引擎室高温使冷媒全部氣化;相對而言,上述諸實施方式是利用發光二極體頭燈的熱來氣化冷媒,如無法將冷媒全部氣化,再由引擎室提供之高温來補償氣化;具有能源回收再利用且使發光二極體頭燈保持於較低的温度的雙重技術意涵,一般此段冷媒管温度25度以下。且在車輛未開冷氣只開大車燈時,仍可利用冷氣系統做為發光二極體頭燈的大型散熱板。
從另一個角度觀之,一般車輛在要熄火停駛時,當壓縮機關閉後,冷媒管路的表面常會略微結霜;這是因為壓縮機在停機時,高壓冷媒仍持續流入低壓端,進而產生膨脹。此時為延長冷媒管路的使用壽命,一般建議是不要立即關閉車用空調系統,而使其維持送風功能以幫助冷媒管路表面的凝霜溶解;由此觀之,當車輛要熄火停駛時,發光二極體頭燈200的餘熱可透過導熱裝置100傳遞到冷媒管路,協助冷媒管路表面的凝霜溶解。
請參考第6圖,第6圖是本揭示內容另一實施方式之發光二極體頭燈散熱管的結構示意圖;為方便解釋,圖中更繪示一冷媒系統320。發光二極體頭燈散熱管500,係用以連接一車輛之發光二極體頭燈200與致冷裝置,此處致冷裝置以冷媒系統320為例。發光二極體頭燈散熱管500包括一熱管本體510、一連接件520及一夾持件530。連接件520係位於熱管本體510之一端,用以連接發光二極體頭燈200;夾持件530係位於熱管本體510之另一端,用以連接冷媒系統320。藉此,本實施方式讓發光二極體頭燈200透過熱管500,以車用空調系統為散熱機構(Heat Sink)。
請繼續參考第7圖,第7圖是第6圖之夾持件530於另一實施方式之結構示意圖。具體而言,夾持件530係連接於冷媒系統320之冷媒管路。為使夾持件530便於連接冷媒管路,夾持件530之具體設計可為一機械式夾件,例如C型扣結構。此C型扣結構包括一萬向接頭531、C型扣片532、固定片533及螺鎖件534。萬向接頭531使熱管500可以適應各種類型之車體及其冷媒系統320。C型扣片532、固定片533及螺鎖件534可使夾持件530與冷媒系統320之冷媒管路緊密接合。值得一提的是,C型扣片532與冷媒管路接合處,以及萬向接頭531與熱管本體510接合處,皆可塗佈散熱膏以進一步減低熱阻。
請再一併參考第8A圖到第8C圖,第8A圖到第8C圖是第6圖之夾持件530於又一實施方式之結構示意圖。前述第7圖之萬向接頭531,因為存在氣隙以作為轉向空間,即使塗滿散熱膏仍不免熱阻過大;因此,如第8A圖到第8C圖所示,夾持件530亦可由兩個C型扣片532所組成,以分別連接熱管本體510及冷媒系統320的管路。由第8A圖到第8C圖可知,本實施方式僅列舉各種可行的夾持件530結構設計,而非作為限制者。於本技術領域中具有通常知識者,亦可仿效本實施方式,自行設計其他夾持件,然亦不脫離本實施方式之技術範疇。當然,從最直觀的設計角度來說,只要熱管本體510本身具有金屬延展彎折的特性,熱管本體510可直接連接C型扣片532、固定片533及螺鎖件534,而不需再裝設萬向接頭531於其上。
最後,熱管500之種類可為一熱虹吸式熱管、一毛細式熱管或一迴路型熱管。具體而言,考慮到致冷裝置之工作流體,通常為水或冷媒,與致冷裝置本身在車用空調系統內之運作型態,熱管500的選用可區分如下:
若致冷裝置使用型態可使工作流體利用重力返液,則應使用熱虹吸式熱管以提高熱傳能力。若致冷裝置使用型態是冷凝部在下,蒸發部在上,則需使用毛細式熱管以返液。毛細式熱管係以多孔性結構藉由毛細力使液態工作流體回到為於上方的蒸發部,常用的有燒結、溝槽及網狀結構。依液氣流道是否分離,又可將熱管分為傳統熱管及迴路型熱管,迴路型構造較複雜但利用其液氣流道分離,可避免因液氣流體流向相反的剪切力影響到返液而降低最大熱傳。
雖然本發明已以諸實施方式揭露如上,然其並非用以限定本發明,任何熟習此技藝者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾,因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
500、100...熱管
200...發光二極體頭燈
300...致冷裝置
301...冷氣
310...致冷晶片
320...冷媒系統
321...壓縮機
322...冷凝器
323...蒸發器
324...膨脹閥
325...液氣分離器
326...儲液器
400...車體
410...容置空間
500...熱管
510...熱管本體
520...連接件
530...夾持件
531...萬向接頭
532...C型扣片
533...固定片
534...螺鎖件
為讓本揭示內容之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂,所附圖式之說明如下:
第1圖是本揭示內容一實施方式之發光二極體頭燈散熱系統的結構示意圖。
第2圖是以致冷晶片實現第1圖之致冷裝置300時的結構示意圖。
第3圖是以冷媒系統實現第1圖之致冷裝置300時的結構示意圖。
第4圖是第3圖一實施方式之結構示意圖,其係繪示導熱裝置100連接於冷媒管路銜接冷媒系統320之蒸發器323處。
第5圖是第3圖另一實施方式之結構示意圖,其係繪示導熱裝置100連接於冷媒管路銜接冷媒系統之冷凝器322處。
第6圖是本揭示內容另一實施方式之發光二極體頭燈散熱管的結構示意圖。
第7圖是第6圖之夾持件530於另一實施方式之結構示意圖。
第8A-8C圖是第6圖之夾持件530於又一實施方式之結構示意圖。
100...導熱裝置
200...發光二極體頭燈
300...致冷裝置
301...冷氣
400...車體
410...容置空間
Claims (17)
- 一種發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,包含:一車用空調系統,具有一冷媒系統;一導熱裝置,連接該冷媒系統;以及一發光二極體頭燈,連接於該導熱裝置;藉此,該發光二極體頭燈透過該導熱裝置,以該車用空調系統為散熱機構(Heat Sink)。
- 如請求項1所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,其中該導熱裝置係連接於該冷媒系統之冷媒管路。
- 如請求項2所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,更包括一夾持件,該夾持件係連接該導熱裝置,並用以使該導熱裝置夾持固定於該冷媒管路。
- 如請求項2所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,其中該導熱裝置係連接於該冷媒管路銜接該冷媒系統之蒸發器處。
- 如請求項2所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,其中該導熱裝置係連接於該冷媒管路銜接該冷媒系統之冷凝器處。
- 如請求項2所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,其中該導熱裝置係連接於該冷媒管路銜接該冷媒系統之液氣分離器處。
- 如請求項2所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,其中該導熱裝置係連接於該冷媒管路銜接該冷媒系統之儲液器處。
- 如請求項2所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,其中該導熱裝置為一熱管。
- 如請求項2所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,其中該導熱裝置係銲接於該冷媒管路。
- 如請求項2所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,其中該導熱裝置係管路燒結於該冷媒管路。
- 如請求項2所述之發光二極體頭燈(LED headlight)散熱系統,其中該導熱裝置係管路牙接於該冷媒管路。
- 一種發光二極體頭燈散熱管,係用以連接一車輛之發光二極體頭燈與該車輛之冷媒系統,其包括:一熱管本體; 一連接件,係位於該熱管本體之一端,用以連接該發光二極體頭燈;以及一夾持件,係位於該熱管本體之另一端,用以連接該冷媒系統;藉此,該發光二極體頭燈可透過該熱管本體,利用該冷媒系統作為其散熱機構。
- 如請求項12所述之發光二極體頭燈散熱管,其中該夾持件係為一機械式夾件。
- 如請求項13所述之發光二極體頭燈散熱管,其中該機械式夾件係為一C型扣。
- 如請求項12所述之發光二極體頭燈散熱管,其中該熱管本體為一熱虹吸式熱管。
- 如請求項12所述之發光二極體頭燈散熱管,其中該熱管本體為一毛細式熱管。
- 如請求項12所述之發光二極體頭燈散熱管,其中該熱管本體為一迴路型熱管。
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