TWI431737B - 發光二極體照明裝置及其水冷式散熱模組 - Google Patents
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Description
本案係關於一種水冷式散熱模組，尤指一種適用於發光二極體照明之發光二極體照明裝置及其水冷式散熱模組。
隨著工業技術的進步，照明技術、器具、工藝及方法也持續地發展、創新，其中又以發光二極體(Light-Emitting Diode,LED)光源為目前照明技術的主流。發光二極體的低功耗特性，不僅可減少發電廠對原油的使用量，也可大幅減少發電過程中所產生的二氧化碳排放量，對地球資源的保護、溫室效應的防止以及地球環境綠化有著莫大的貢獻，因應現代環保節能減碳的需求，以逐漸取代傳統白熾燈以及螢光燈的照明產業，先進國家甚至已立法督導公共照明設施替換為更加節能的發光二極體光源。
為增加發光二極體更廣、更多的照明度，以應用於交通號誌燈、路燈，甚至一般家庭及辦公室之室內照明，多採用提高發光二極體的面積或使用多個發光二極體集束，來獲得高亮度，而此方式勢必要增加整體之電流。然而，高電流所伴隨的高熱量問題，卻是無法避免的，尤其是當使用每瓦特六十流明以上的高發光功率發光二極體時，高熱量所帶來的發光亮度減低以及使用壽命衰減現象更是業界不得不正視的問題。舉例而言，當發光二極體的
p-n接面溫度(p-n junction temperature)於攝氏75度時，其亮度僅剩下攝氏25度(標準工作溫度)時的80%，若p-n接面溫度於攝氏175度時，其亮度僅剩下攝氏25度時的40%；同樣，以p-n接面溫度為準，於攝氏75度的工作溫度使用時，發光二極體之壽命僅有攝氏50度使用時的50%，若於攝氏150度的工作溫度使用時，發光二極體之壽命僅有攝氏50度使用時的5%。
溫度對亮度的影響是線性，但對壽命的影響就呈指數性，同樣以接面溫度為準，若一直保持在50℃以下使用則LED有近20,000小時的壽命，75℃則只剩10,000小時，100℃剩5,000小時，125℃剩2,000小時，150℃剩1,000小時。以上之數值顯示，當溫度光從50℃變成2倍的100℃，使用壽命就從20,000小時縮成1/4倍的5,000小時，由此可知高溫對LED的傷害極大。
因此，高溫的工作環境，不但會降低發光二極體的亮度，同時也會大幅減短發光二極體照明裝置的使用壽命，徒增資源的浪費以及購買的成本，甚至無法達到最初節能減碳的目的，實有立即改進之必要。
本案之主要目的在於提供一種發光二極體照明裝置，俾解決習知之發光二極體透過增加電流之方式提高亮度時，所伴隨之高熱量導致之高溫工作環境，易造成發光二極體亮度減低以及使用壽命衰減之缺點。
本案之另一目的在於提供一種水冷散熱模組，藉由流體輸送組件驅動冷卻流體於導熱座、導熱組件及流體輸送組件中之循環流道
內循環流動，以達成加速進行該發光二極體照明裝置之水冷散熱作用，進而達成保持發光二極體之高亮度以及延長使用壽命等功效。
為達上述目的，本案之一較廣義實施態樣為提供一種發光二極體照明裝置，包括：照明部件以及水冷散熱模組，水冷散熱模組至少包括：導熱座，與照明部件接觸；流體輸送組件，用以驅動冷卻流體循環流動，具有一吸熱板件，且該吸熱板件具有複數個吸熱塊；以及導熱組件，係與導熱座及流體輸送組件相連通，以形成循環流道，以供冷卻流體於循環流道中流動，藉以將照明部件所產之熱能由導熱座吸收，再由循環流道中之冷卻流體循環輸送，以進行水冷散熱。
為達上述目的，本案之另一較廣義實施態樣為一種水冷散熱模組，適用於發光二極體照明裝置，該發光二極體照明裝置具有照明部件，該水冷散熱模組至少包括：導熱座，與照明部件接觸；流體輸送組件，用以驅動冷卻流體循環流動，具有一吸熱板件，且該吸熱板件具有複數個吸熱塊；以及導熱組件，係與導熱座及流體輸送組件相連通，以形成循環流道，以供冷卻流體於循環流道中流動，藉以將照明部件所產之熱能由導熱座吸收，再由循環流道中之冷卻流體循環輸送，以進行水冷散熱。
1‧‧‧發光二極體照明裝置
10‧‧‧水冷式發光二極體頭燈
2‧‧‧照明部件
20‧‧‧固定結構
3‧‧‧水冷散熱模組
31‧‧‧導熱座
310‧‧‧本體
310a‧‧‧入口
310b‧‧‧出口
310c‧‧‧容置部
311‧‧‧導熱蓋體
311a‧‧‧內表面
311b‧‧‧外表面
311c、331b、331d‧‧‧吸熱塊
32‧‧‧導熱組件
321、322‧‧‧循環導管
323‧‧‧電源線
33‧‧‧流體輸送組件
330‧‧‧風扇
331‧‧‧吸熱板件
331a‧‧‧第一表面
331c‧‧‧第二表面
331e‧‧‧通道
332‧‧‧閥體座
332a‧‧‧儲液室
332b、332c‧‧‧開口
333‧‧‧閥體薄膜
333a‧‧‧入口閥門結構
333b‧‧‧出口閥門結構
334‧‧‧電路板
335‧‧‧閥體蓋體
335a‧‧‧入口閥門通道
335b‧‧‧出口閥門通道
335c‧‧‧壓力腔室
336‧‧‧致動裝置
336a‧‧‧振動薄膜
336b‧‧‧致動器
337‧‧‧蓋體
338a‧‧‧入口通道
338b‧‧‧出口通道
4‧‧‧攜帶本體
第1A圖：其係為本案較佳實施例之具水冷散熱模組之發光二極體照明裝置之分解結構。
第1B圖：其係為第1A圖之組裝結構示意圖。
第2A圖：其係為第1A圖所示之發光二極體照明裝置之導熱座之正面分解結構示意圖。
第2B圖：其係為第2A圖之背面分解結構示意圖。
第3A圖：其係為第1A圖所示之發光二極體照明裝置之流體輸送組件之正面分解結構示意圖。
第3B圖：其係為第3A圖之背面分解結構示意圖。
第4A圖：其係為第3A圖所示之流體輸送組件之吸熱板件之正面結構示意圖。
第4B圖：其係為第4A圖之背面結構示意圖。
第5圖：其係為本案較佳實施例之發光二極體照明裝置及其水冷散熱模組應用於頭燈之示意圖。
體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上係當作說明之用，而非用以限制本案。
請參閱第1A及1B圖，其係分別為本案較佳實施例之具水冷散熱模組之發光二極體照明裝置之分解結構及組裝結構示意圖。如第1A、1B圖所示，本案之發光二極體照明裝置1至少包括照明部件2以及水冷散熱模組3，照明部件2中設置有複數個發光二極體(LED)，以作為光源、提供照明之用，水冷散熱模組3係與照明部件2連
接設置，用以對照明部件2進行散熱。其中，水冷散熱模組3係包括導熱座31、導熱組件32以及流體輸送組件33，導熱座31之一端係貼附連接於高產熱之照明部件2，用以吸收照明部件2所產生之熱能，再由與導熱座31相連通之導熱組件32傳遞至流體輸送組件33中。
於一些實施例中，導熱組件32至少包括兩循環導管321、322，此兩循環導管321、322之一端係與導熱座31相連通，另一端則與流體輸送組件33之入口通道338a及出口通道338b相連通，如此以形成一循環流道，並可透過此連通設置於導熱座31、導熱組件32以及流體輸送裝置33中之循環流道，以使冷卻流體於循環流道中流動，俾將照明部件2所產之熱能攜帶至流體輸送組件33中進行散熱。
以及，流體輸送組件33可為但不限於壓電泵浦，用以驅動冷卻流體於導熱座31及導熱組件32之循環流道內循環流動，於另一些實施例中，在流體輸送組件33上更可增設一主動式散熱裝置，例如：風扇330，其係可設置於流體輸送組件33之吸熱板件331之上，用以對吸熱板件331進行主動式散熱，俾利加速進行對照明部件2之散熱，進而達成保持發光二極體之高亮度以及延長使用壽命等功效。此外，由於流體輸送組件33具有可拆卸的特性，當流體輸送組件33損壞、故障時，僅需更換流體輸送組件33，而無須更換整組發光二極體照明裝置1，更可達到降低維護成本之功效。
請同時參閱第1A圖、第2A圖及第2B圖，其中第2A、2B圖係分別為第1A圖所示之發光二極體照明裝置之導熱座之正面及背面分解結
構示意圖。如第1A圖所示，導熱座31係設置於照明部件2之底部，並與照明部件2相互接觸並導熱，以使照明部件2所產生之熱能得以傳導至導熱座31而進行熱交換。請續參閱第2A、2B圖，導熱座31具有本體310以及導熱蓋體311，導熱蓋體311具有內表面311a及外表面311b，外表面311b係與照明部件2相對應，用以供照明部件2貼附設置於其上，俾將照明部件2之熱量傳遞至導熱座31中。內表面311a則對應於本體310，且在內表面311a上更可具有複數個吸熱塊311c，但不以此為限。
本體310具有入口310a及出口310b，用以與導熱組件32之循環導管321、322對應連接，且在本體310之內側，更具有一容置部310c，當導熱蓋體311與本體310相組裝時，導熱蓋體311之內表面311a上的複數個吸熱塊311c恰可容設於本體310之容置部310c中。以及，容置部310c係與入口310a及出口310b相連通，如此一來，當冷卻液體經由導熱組件32之循環導管321及導熱座31之入口310a而流入容置部310c時，則可與導熱蓋體311之內表面311a上的複數個吸熱塊311c進行熱交換，攜熱後的冷卻液體則可再由出口310b流出導熱座31，並由導熱組件32之循環導管322傳遞至流體輸送組件33中進行循環。
請參閱第3A、3B圖，其係分別為第1A圖所示之發光二極體照明裝置之流體輸送組件之正面及背面分解結構示意圖。如第3B圖所示，流體輸送組件33由上至下依序由蓋體337、致動裝置336、閥體蓋體335、電路板334、閥體薄膜333、閥體座332及吸熱板件331所組成。其組裝方式係將閥體薄膜333設置於閥體座332及閥體蓋
體335之間，並使閥體薄膜333與閥體座332及閥體蓋體335相互堆疊結合，且在閥體蓋體335上之相對應位置更設置有致動裝置336。致動裝置336係由一振動薄膜336a以及一致動器336b組裝而成，用以驅動流體輸送組件33之作動，以及，於未作動狀態下，振動薄膜336a係與閥體蓋體335分離，以定義形成壓力腔室335c。此外，於本實施例中，流體輸送組件33之閥體座332的底部更具有儲液室332a，用以暫存流體，俾可供吸熱板件331與之對應組接，以促進散熱。於另一些實施例中，流體輸送組件33更可具有一主動式散熱裝置，例如：風扇330，其係可與吸熱板件331對應設置，用以對吸熱板件331進行主動式散熱。於本實施例中，當風扇330及吸熱板件331與蓋體337、致動裝置336、閥體蓋體335、閥體座332等結構對應組合後，則可完成流體輸送組件33之組裝，同時更可與導熱座31及導熱組件32共同形成一流體迴路裝置。
其中，閥體座332具有一個入口通道338a以及一個出口通道338b，流體即經由入口通道338a傳送至閥體座332上之開口332b，其後再傳送至閥體薄膜333上。以及，在閥體薄膜333及閥體座332之間具有出口暫存腔，用以暫時儲存流體，當流體自閥體薄膜333向下輸送時，係可流經開口332b及出口暫存腔，再向下輸送至儲液室332a內，最後再由儲液室332a輸送至閥體座332之出口通道338b而排出。
請同時參閱第3A、3B圖，閥體薄膜333主要係為一厚度實質上相同之薄片結構，其上係具有複數個鏤空閥開關，包含第一閥開關
以及第二閥開關，於本實施例中，第一閥開關係為入口閥門結構333a，而第二閥開關係為出口閥門結構333b，其中，入口閥門結構333a係具有入口閥片以及複數個環繞入口閥片週邊而設置之鏤空孔洞，另外，在孔洞之間更具有與入口閥片相連接之延伸部。同樣地，出口閥門結構333b同樣具有出口閥片、環繞出口閥片週邊而設置之鏤空孔洞以及與出口閥片相連接之延伸部等結構。閥體蓋體335具有入口閥門通道335a及出口閥門通道335b，其係分別對應於入口閥門結構333a及出口閥門結構333b，且在閥體薄膜333及閥體蓋體335之間具有入口暫存腔。以及，在閥體蓋體335之一表面具有與致動裝置336之致動器336b相對應設置之壓力腔室335c，該壓力腔室335c係經由入口閥門通道335a連通於入口暫存腔，並同時與出口閥門通道335b相連通。
於本實施例中，當致動裝置336受電壓驅動而造成彎曲變形時，將致使壓力腔室335c的體積改變，進而產生壓力差推動流體，使流體由閥體座332上的入口通道338a流經閥體薄膜333之入口閥門結構333a，進入壓力腔室335c，並由閥體薄膜333之出口閥門結構333b流至閥體座332之儲液室332a中，並順沿吸熱板件331上的通道331e(如第4A圖所示)而流動，再由閥體座332之出口通道338b而排出，進而達到促使冷卻流體循環之水冷散熱之目的。
請參閱第4A及4B圖，其係分別為第3A圖所示之流體輸送組件之吸熱板件之正面及背面結構示意圖。如圖所示，吸熱板件331大體上係為一板狀結構，且吸熱板件331具有第一表面331a及與第一表面331a相對應之第二表面331c。在第一表面331a及第二表面
331c上分別佈設有複數個吸熱塊331b及331d，以本實施例為例，第一表面331a上之吸熱塊331b係可為但不限為直立式鰭片結構，且每一吸熱塊331b係彼此平行排列設置，以定義形成複數個流道331e，藉此以使流體可於複數個流道331e中進行流動，且於流動的過程中與相鄰之吸熱塊331b相接觸。於一些實施例中，吸熱塊331b係由可吸熱之材質所製成，例如：金屬材質，但不以此為限，以使流體於接觸吸熱塊331b的過程中，可將熱量傳遞至接觸吸熱塊331b上，俾進行水冷散熱。於另一些實施例中，第二表面331c上的吸熱塊331d亦可為但不限為微型圓柱體之結構。
請同時參閱第3A、3B、4A及4B圖，於本實施例中，吸熱板件331係可與閥體座332之儲液室332a相互組裝連接，但不以此為限，且第一表面331a係對應於閥體座332之儲液室332a，亦即其上之吸熱塊331b係可卡合設置於儲液室332a中，因此，當流體流入儲液室332a內時需流經複數個吸熱塊331b之間的流道331e，以進行熱交換，再由閥體座332之出口通道338b排出。以及，吸熱板件331之第二表面331c則為空氣接觸面，其係可供風扇330對應組裝於其上，以對吸熱板件331進行強制散熱。
此外，於一些實施例中，流體輸送組件33之閥體座332、閥體蓋體335等結構亦可由可吸熱之材質，例如：金屬材質，所形成，但不以此為限，藉此以使流體在閥體座332及閥體蓋體335之間的輸送過程中即可進行熱交換，更可進一步促進散熱。
請參閱第5圖，其係為本案較佳實施例之發光二極體照明裝置及其水冷散熱模組應用於頭燈之示意圖。於本實施例中，本案之發
光二極體照明裝置1係應用於一頭戴式頭燈，即為一水冷式發光二極體頭燈10，但其應用並不以此為限，舉例來說，本案具水冷散熱模組之發光二極體照明裝置1更可廣泛應用於自行車燈、手電筒或是汽車頭燈等裝置，均不以此為限。
1‧‧‧發光二極體照明裝置
2‧‧‧照明部件
3‧‧‧冷散熱模組
31‧‧‧導熱座
32‧‧‧導熱組件
321、322‧‧‧循環導管
33‧‧‧流體輸送組件
330‧‧‧風扇
331‧‧‧吸熱板件
338a‧‧‧入口通道
338b‧‧‧出口通道
Claims (8)
- 一種發光二極體照明裝置，包括：一照明部件；以及一水冷散熱模組，至少包括：一導熱座，與該照明部件接觸，且具有一本體及一導熱蓋體，該導熱蓋體具有一內表面及一外表面，該外表面係與該照明部件對應設置，該內表面則對應於該本體，且該內表面更具有複數個吸熱塊；一流體輸送組件，用以驅動一冷卻流體循環流動，具有一吸熱板件，且該吸熱板件具有複數個吸熱塊；以及一導熱組件，係與該導熱座及該流體輸送組件相連通，以形成一循環流道，以供該冷卻流體於該循環流道中流動，藉以將該照明部件所產之熱能由該導熱座吸收，再由該循環流道中之冷卻流體循環輸送，以進行水冷散熱。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體照明裝置，其中該流體輸送組件為一壓電泵浦，具有一入口通道以及一出口通道，用以輸入及輸出該冷卻流體。
- 如申請專利範圍第2項所述之發光二極體照明裝置，該導熱組件具有至少二循環導管，該至少二循環導管之一端係與該導熱座相連通，另一端則分別與該流體輸送裝置之該入口通道及該出口通道相連通。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體照明裝置，該本體具有 一入口、一出口及一容置部，該入口及該出口係與該導熱組件相連通，該容置部係可對應容設該導熱蓋體之該內表面之複數個吸熱塊。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體照明裝置，該吸熱塊係為一直立式鰭片結構或一微型圓柱體結構。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體照明裝置，該流體輸送裝置更具有一主動式散熱裝置，用以對該吸熱板件進行主動式散熱。
- 如申請專利範圍第1項所述之發光二極體照明裝置，該發光二極體照明裝置係應用於一頭戴式頭燈、一自行車燈、一手電筒或一汽車頭燈至少其中之一。
- 一種水冷散熱模組，適用於一發光二極體照明裝置，該發光二極體照明裝置具有一照明部件，該水冷散熱模組至少包括：一導熱座，與該照明部件接觸，且具有一本體及一導熱蓋體，該導熱蓋體具有一內表面及一外表面，該外表面係與該照明部件對應設置，該內表面則對應於該本體，且該內表面更具有複數個吸熱塊；一流體輸送組件，用以驅動一冷卻流體循環流動，具有一吸熱板件，且該吸熱板件具有複數個吸熱塊；以及一導熱組件，係與該導熱座及該流體輸送組件相連通，以形成一循環流道，以供該冷卻流體於該循環流道中流動，藉以將該照明部件所產之熱能由該導熱座吸收，再由該循環流道中之冷卻流體循環輸送，以進行水冷散熱。
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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| TW100130804A TWI431737B (zh) | 2011-08-26 | 2011-08-26 | 發光二極體照明裝置及其水冷式散熱模組 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWI431737B (zh) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI626530B (zh) * | 2015-09-11 | 2018-06-11 | 訊凱國際股份有限公司 | 電子系統及其外接式輔助散熱裝置 |
| US10080309B2 (en) | 2015-09-10 | 2018-09-18 | Cooler Master Co., Ltd. | Electronic system and external auxiliary heat dissipation device thereof |
| TWI701780B (zh) * | 2018-12-26 | 2020-08-11 | 技嘉科技股份有限公司 | 散熱組件 |
-
2011
- 2011-08-26 TW TW100130804A patent/TWI431737B/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US10080309B2 (en) | 2015-09-10 | 2018-09-18 | Cooler Master Co., Ltd. | Electronic system and external auxiliary heat dissipation device thereof |
| TWI626530B (zh) * | 2015-09-11 | 2018-06-11 | 訊凱國際股份有限公司 | 電子系統及其外接式輔助散熱裝置 |
| TWI701780B (zh) * | 2018-12-26 | 2020-08-11 | 技嘉科技股份有限公司 | 散熱組件 |
| US11448331B2 (en) | 2018-12-26 | 2022-09-20 | Giga-Byte Technology Co., Ltd. | Heat dissipation assembly |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| TW201309966A (zh) | 2013-03-01 |
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