TWI582342B - 相變化散熱裝置及燈具 - Google Patents

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Description

相變化散熱裝置及燈具
本發明係關於一種相變化散熱裝置及燈具，特別是一種多設置方向的相變化散熱裝置及燈具。
發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)因具有工作壽命長、節能、環保等優點，故應用發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)的光源逐漸成為主流。與白熾燈相比，發光二極體(Light-Emitting Diode，LED)光源在功率、亮度的呈現上毫不遜色，但現階段發光二極體光源還不易取代傳統之白熾燈的原因在於發光二極體光源的散熱問題仍有待改善。
舉例來說，目前發光二極體的散熱方式，大多是利用散熱鰭片以熱傳導的方式來進行散熱，但單靠散熱鰭片其實尚不足以排除發光二極體所產生的熱能。因此，目前研發廠商皆致力於提升散熱裝置對發光二極體之散熱效能。其具體作法之一為利用相變化的散熱原理來提升散熱裝置對發光二極體之散熱效能。
然而，相變化的散熱原理雖然能提升散熱裝置對發光二極體之散熱效能，但因氣體有向上飄的固有特性，故採用相變化散熱器的燈具在設置方向(照射方向)上往往會受到限制。也就是說，若將相變化散熱器倒置則無法發揮出相變化之散熱效果，即專用於向下照射所設計的燈具則恐不適用於向上照射，或向左、右照射。因此，如何改善目前搭配相變化散熱器之燈具的設置方 向受到限制的問題，則為研發人員應解決的問題之一。
本發明在於提供一種相變化散熱裝置及燈具，藉以改善目前相 變化散熱裝置及燈具的設置方向受到限制的問題。
本發明所揭露的相變化散熱裝置，包含一吸熱腔體、一第一散 熱腔體及至少二第一流管。吸熱腔體用以供一光源熱接觸。吸熱腔體內填充有一工作流體。光源與第一散熱腔體位於吸熱腔體之同一側，且第一散熱腔體圍繞形成有一透光空間。透光空間用以對應於光源。第一流管銜接吸熱腔體與第一散熱腔體。其中，當第一散熱腔體高於吸熱腔體，且工作流體吸收光源之熱能時，工作流體由液體型態汽化成氣體型態，並由二第一流管之一流入第一散熱腔體以進行散熱，而位於第一散熱腔體之工作流體由氣體型態凝結成液體型態後 係由二第一流管之另一回流至吸熱腔體。
本發明所揭露的燈具，包含一燈殼、至少一相變化散熱裝置及 至少一光源。燈殼具有一容置空間及位於容置空間一側的一透光部。相變化散熱裝置設於容置空間。每一個相變化散熱裝置包含。吸熱腔體內填充有一工作流體。光源與第一散熱腔體位於吸熱腔體之同一側，且第一散熱腔體圍繞形成有一透光空間。流管銜接吸熱腔體與第一散熱腔體。其中，當第一散熱腔體高於吸熱腔體，且工作流體吸收光源之熱能時，工作流體由液體型態汽化成氣體型態，並由二第一流管之一流入第一散熱腔體以進行散熱，而位於第一散熱腔體之工作流體由氣體型態凝結成液體型態後，係由二第一流管之另一回流至吸熱腔體。光源熱接觸於吸熱腔體，且透光部與透光空間顯露出光源。
根據上述實施例所揭露的相變化散熱裝置及燈具，透過環狀之 第一散熱腔體與光源位於吸熱腔體之同一側的設計，使得搭配此相變化散熱裝置之燈具由低處向高處照射時亦能自動地形成冷卻循環，以透過相變化的散熱原理將光源的熱量排出。
以上關於本發明內容的說明及以下實施方式的說明係用以示範 與解釋本發明的原理，並且提供本發明的專利申請範圍更進一步的解釋。
1‧‧‧燈具
10‧‧‧燈殼
11‧‧‧容置空間
12‧‧‧透光部
20、20a、20b‧‧‧相變化散熱裝置
30、30b‧‧‧光源
100、100b‧‧‧吸熱腔體
110、110b‧‧‧第一腔室
200、200b‧‧‧第一散熱腔體
210、210b‧‧‧第二腔室
220、220b‧‧‧透光空間
300、300b‧‧‧流管
400、400b‧‧‧散熱鰭片
500、500b‧‧‧第二散熱腔體
510、510b‧‧‧第三腔室
520b‧‧‧第一端
530b‧‧‧第二端
540b‧‧‧中段
600、600b‧‧‧第二流管
700、700b‧‧‧第二散熱鰭片
FL‧‧‧液體型態之工作流體
FG‧‧‧氣體型態之工作流體
S1、S2、S3‧‧‧弧線
第1圖為根據本發明第一實施例所述之燈具的立體示意圖。
第2圖為第1圖之相變化散熱裝置與光源的立體示意圖。
第3圖為第2圖之剖面示意圖。
第4圖為根據本發明第二實施例所述之相變化散熱裝置的剖面示意圖。
第5圖為根據第三實施例所揭露之相變化散熱裝置與光源的立體示意圖。
第6圖為第5圖之剖面示意圖。
請參閱第1圖至第3圖。第1圖為根據本發明第一實施例所述之燈具的立體示意圖。第2圖為第1圖之相變化散熱裝置與光源的立體示意圖。第3圖為第2圖之剖面示意圖。
本實施例之燈具1包含一燈殼10、多個相變化散熱裝置20及多個光源30。
燈殼10具有一容置空間11及位於容置空間11一側的一透光部12。透光部12的材質例如為玻璃或可透光的塑膠。
這些相變化散熱裝置20位於容置空間11，並固定於燈殼10內。 每一個相變化散熱裝置20包含一吸熱腔體100、一第一散熱腔體200及多個第一流管300。
吸熱腔體100的材質例如為金屬、石墨、陶瓷等導熱材質。吸 熱腔體100具有一第一腔室110。第一腔室110填充有液體型態的一工作流體FL。在本實施例中，液體型態的工作流體FL為水，但並不以此為限。在其他實施例中，工作流體FL也可以是冷煤、甲醇、乙醇、***或為其他可輔助熱傳導之液態物質。在本實施例中，工作流體FL是填滿第一腔室110，即工作流體FL和吸熱腔體100貼附光源30之頂部之間幾乎無空氣間隔而提升工作流體FL之熱傳導效果。
光源30例如為發光二極體或鎢絲燈。光源30熱接觸於吸熱腔 體100。
第一散熱腔體200的材質例如為金屬、石墨、陶瓷等導熱材質。 第一散熱腔體200具有一第二腔室210。第一散熱腔體200之外形例如為圓環狀、三角環狀、方環狀或多角環狀，並圍繞形成有一透光空間220。光源30與第一散熱腔體200位於吸熱腔體100之同一側，且透光空間220與透光部12顯露出光源30，使光源30發出之光線能夠穿過透光利間220，並從透光部12射出。
這些流管300銜接吸熱腔體100與散熱腔體200，以令第一腔室 110與第二腔室210相連通。此外，至少一根第一流管300的部分需高於工作流體FL之液面，以令氣體型態之工作流體FG能夠自然地流進第一散熱腔體200。
此外，相變化散熱裝置20更包含一第一散熱鰭片400。第一散熱鰭片400熱接觸於第一散熱腔體200，以提高相變化散熱裝置20的散熱效率。
接下來將針對燈具1之散熱原理進行說明。
如第3圖所示，當光源30開始發光，且第一散熱腔體200高於 吸熱腔體100時，光源30所產生之熱能會透過吸熱腔體100傳導至位於第一腔室110的工作流體FL。工作流體FL吸收光源30所產生之熱能後，會促使位於吸熱腔體100內之工作流體FL由液體型態汽化成氣體型態。氣體型態之工作流體FG依據氣體的特性會自然向上飄而由這些第一流管300之一流入第一散熱腔體200之第二腔室210並透過散熱腔體200與散熱鰭片400將熱能散至之外部環境。接著，在第二腔室210中，氣體型態的工作流體FG的熱量在散出的過程中會逐漸凝結成液體型態之工作流體FL，並透過這些第一流管300之一回流至吸熱腔體100之第一腔室110，進而自動地形成一冷卻循環。藉此，能夠自動地透過冷卻循環將光源30的熱能排出。
此外，由於上述之冷卻循環是利用氣體的特性自動形成的，並 無需透過幫浦等主動元件輔助，故可降低相變化散熱裝置20的耗能。
在本實施例中，由於光源30與第一散熱腔體200位於吸熱腔體 100之同一側，且第一散熱腔體200圍繞形成有透光空間220，故採用相變化散熱裝置20之燈具1由低處往高處照射時，仍可自動地形成上述之冷卻循環，以令光源30的熱能自動地透過冷卻循環排出。
在上述實施例中，散熱腔體的數量為一個，並第一散熱腔體200與光源30位於吸熱腔體100之同一側，但並不以此為限，在其他實施例中，散熱腔體的數量也可以是二個以上，並分別位於吸熱腔體之相異側。請參閱第4圖。第4圖為根據本發明第二實施例所述之相變化散熱裝置的剖面示意圖。
如第4圖所示，在本實施例中，相變化散熱裝置20a更包含一 第二散熱腔體500、多個第二流管600及一第二散熱鰭片700。第一散熱腔體200與第二散熱腔體500分別位於吸熱腔體100相對兩側。第二散熱腔體500具有一第三腔室510。第二流管600銜接吸熱腔體100與第二散熱腔體500，以令第一腔室110連通第三腔室510。第二散熱鰭片700熱接觸於第二散熱腔體500。 詳細來說，第一散熱腔體200與光源30皆位於吸熱腔體100之上方，而第二散熱腔體500位於吸熱腔體100之下方，使得搭配本實施例之相變化散熱裝置20a之燈具(未繪示)能夠具有向上照射與向下照射兩個設置方向。
此外，從第4圖中可知，因第二散熱腔體500與其銜接之第二 流管600低於工作流體FL之液面，故部分工作流體FL會流入低於工作流體FL之液面的第二散熱腔體500。如此一來，將有可能在工作流體FL之存量控制上產生困擾。因此，在其他實施例中，亦可在第一流管300及第二流管600上加裝定向閥來限制工作流體於第一流管300及第二流管600中的流向，或者在第一流管300及第二流管600上加裝開關閥來控制工作流體於第一流管300及第二流管600中的流動狀況(例如可流通或不可流通)。如此一來，將可避免吸熱腔體100之工作流FL非預期地流至第一散熱腔體200或第二散熱腔體500。
上述實施例中，第二散熱腔體500為圓柱狀，且位於吸熱腔體 100之單一側。但並不以此為限，在其他實施例中，第二散熱腔體500的形狀也可以為彎曲狀並位於吸熱腔體100之相異側。請參閱第5圖與第6圖。第5圖為根據第三實施例所揭露之相變化散熱裝置與光源的立體示意圖。第6圖為第5圖之剖面示意圖。
本實施例之相變化散熱裝置20b包含一吸熱腔體100b、一第一 散熱腔體200b、多個第一流管300b、第一散熱鰭片400b、多個第二散熱腔體 500b、多個第二流管600b及多個第二散熱鰭片700b。吸熱腔體100b、一第一散熱腔體200b、多個第一流管300b及第一散熱鰭片400b之結構與第3圖之吸熱腔體100、一第一散熱腔體200、多個第一流管300及第一散熱鰭片400相似，故不再贅述。
第二散熱腔體500b的材質例如為金屬、石墨、陶瓷等導熱材質。 每一個第二散熱腔體500b具有相對的一第一端520b及一第二端530b。第二散熱腔體500b具有一第三腔室510b，且第三腔室510b自第一端520b延伸至第二端530b。各第二散熱腔體500b之第一端520b與第二端530b分別鄰近於吸熱腔體100b之相異兩側。詳細來說，這些第二散熱腔體500b分別沿呈半圓之弧線S1、S2延伸彎曲，使得這些第二散熱腔體500b之外形呈U字形。此外，這些弧線S1、S2所處之平面彼此正交，使得這些第二散熱腔體500b之各第一端520b、各第二端530b及各中段540b分別位於吸熱腔體100a之左右兩側、前後兩側與下側。
這些第二流管600b分別銜接吸熱腔體100b與第二散熱腔體 500b之第一端520b、吸熱腔體100b與第二散熱腔體500b之第二端530b，吸熱腔體100b與第二散熱腔體500b之中段540b，以令第一腔室110與各第三腔室510b連通。
光源30b例如為發光二極體或鎢絲燈。光源30b熱接觸於吸熱 腔體100b。
在本實施例中，由於這些第二散熱腔體500b之各第一端520b、 各第二端530b及各中段540b分別位於吸熱腔體100a之左右兩側、前後兩側與下側，故這些第二散熱腔體500b與第一散熱腔體100b相搭配，使得搭配本實 施例之相變化散熱裝置20b的燈具1能夠具有向上、下、左、右、前、後照射的多個設置方向。
在本實施例之相變化散熱裝置20b中，是利用圓環狀的第一散 熱腔體100b搭配二個U字形的第二散熱腔體500b，但並不以此為限，在其他實施例中，相變化散熱裝置也可以利用圓環狀的第一散熱腔體100b搭配一個U字形的第二散熱腔體500b與一個L字形散熱腔體，或是圓環狀的第一散熱腔體100b搭配一個U字形的第二散熱腔體500b與一個圓柱形第二散熱腔體(如第4圖之元件500)，或是圓環狀的第一散熱腔體100b搭配一個U字形的第二散熱腔體500b。
根據上述實施例所揭露的相變化散熱裝置及燈具，透過環狀之 第一散熱腔體與光源位於吸熱腔體之同一側的設計，使得搭配此相變化散熱裝置之燈具由低處向高處照射時亦能自動地形成冷卻循環，以透過相變化的散熱原理將光源的熱量排出。
此外，透過多個散熱腔體完全圍繞或部分圍繞吸熱腔體之外圍 的設計，使得相變化散熱裝置在多個設置方向上皆能自動地形成冷卻循環，以透過相變化的散熱原理將光源的熱量排出。如此一來，搭配多設置方向之相變化散熱裝置的燈具能夠在多個照射方向皆能自動形成冷卻循環，進而改善習知燈具的設置方向受到限制的問題。
雖然本發明的實施例揭露如上所述，然並非用以限定本發明，任何熟習相關技藝者，在不脫離本發明的精神和範圍內，舉凡依本發明申請範圍所述的形狀、構造、特徵及數量當可做些許的變更，因此本發明的專利保護範圍須視本說明書所附的申請專利範圍所界定者為準。
20‧‧‧相變化散熱裝置
30‧‧‧光源
100‧‧‧吸熱腔體
110‧‧‧第一腔室
200‧‧‧第一散熱腔體
210‧‧‧第二腔室
220‧‧‧透光空間
300‧‧‧流管
400‧‧‧散熱鰭片
FL‧‧‧液體型態之工作流體
FG‧‧‧氣體型態之工作流體

Claims (12)

  1. 一種相變化散熱裝置，包含：一吸熱腔體，用以供一光源熱接觸，該吸熱腔體內填充有一工作流體；一第一散熱腔體，該光源與該第一散熱腔體位於該吸熱腔體之同一側，且該第一散熱腔體圍繞形成有一透光空間，該透光空間用以對應於該光源；以及至少二第一流管，銜接該吸熱腔體與該第一散熱腔體；其中，當該第一散熱腔體高於該吸熱腔體，且該工作流體吸收該光源之熱能時，該工作流體由液體型態汽化成氣體型態，並由該二第一流管之一流入該第一散熱腔體以進行散熱，而位於該第一散熱腔體之該工作流體由氣體型態凝結成液體型態後，係由該二第一流管之另一回流至該吸熱腔體。
  2. 如請求項1所述之相變化散熱裝置，其中該第一散熱腔體為環狀，並圍繞出該透光空間。
  3. 如請求項1所述之相變化散熱裝置，更包含一第一散熱鰭片，該第一散熱鰭片熱接觸。
  4. 如請求項1所述之相變化散熱裝置，更包含一第二散熱腔體及至少二第二流管，該些第二流管銜接該吸熱腔體與該第二散熱腔體，該第一散熱腔體與該第二散熱腔體分別位於該吸熱腔體之相對兩側。
  5. 如請求項1所述之相變化散熱裝置，更包含一第二散熱腔體，該第一散熱腔體與該第二散熱腔體分別位於該吸熱腔體之相鄰兩側。
  6. 如請求項1所述之相變化散熱裝置，更包含至少一第二散熱腔體，該第二散熱腔體具有相對的一第一端及一第二端，該第二散熱腔體之該第一端與該第 二端和該第一散熱腔體分別位於該吸熱腔體之相異側。
  7. 如請求項6所述之相變化散熱裝置，其中該第二散熱腔體沿一弧線延伸彎曲。
  8. 如請求項6所述之相變化散熱裝置，其中該至少一第二散熱腔體的數量為二個，該二第二散熱腔體各沿一弧線延伸彎曲，該二弧線所處之平面彼此正交。
  9. 如請求項6所述之相變化散熱裝置，其中該至少一第二散熱腔體的數量為三個，該三第二散熱腔體各沿一弧線延伸彎曲，該三弧線所處之平面彼此正交。
  10. 如請求項1所述之相變化散熱裝置，更包含多個第二散熱腔體，該第一散熱腔體與該些第二散熱腔體分別位於該吸熱腔體之相異側。
  11. 如請求項1所述之相變化散熱裝置，其中至少一該流管高於該工作流體之液面。
  12. 一種燈具，包含：一燈殼，具有一容置空間及位於該容置空間一側的一透光部；至少一相變化散熱裝置，設於該容置空間，每一該相變化散熱裝置包含：一吸熱腔體，該吸熱腔體內填充有一工作流體；一第一散熱腔體，該第一散熱腔體圍繞形成有一透光空間；以及至少二流管，銜接該吸熱腔體與該第一散熱腔體；以及至少一光源，熱接觸於該吸熱腔體，且該光源與該第一散熱腔體位於該吸熱腔體之同一側，且該透光部與該透光空間顯露出該光源；其中，當該第一散熱腔體高於該吸熱腔體，且該工作流體吸收該光源之熱能時，該工作流體由液體型態汽化成氣體型態，並由該二第一流管之一流入該第一散熱腔體以進行散熱，而位於該第一散熱腔體之該工作流體由氣體 型態凝結成液體型態後，係由該二第一流管之另一回流至該吸熱腔體。
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