TW201005214A - LED (light emitting diode) illumination device capable of rapidly storing energy and dissipating heat - Google Patents

Description

201005214 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 科。侧於—麵㈣置，_是應麟冑辨的led ί晋ΐ柞J 明時所產生的廢熱’經由本發明所揭露的 ϊίΐϊ但快速地被散去’且該熱能可以進一步地 i kfa/r電能源產生11的伽哺換成電能，1^該電能亦可再經 由2充/放領能裝置的伽峨行電能之齡與、 【先則技術】 〇 ❹ ;般發熱物件所產生的廢熱都是直接散去，以具有高功率 ϊϋ燈為例’其所產生的雜會影響到燈源的壽命及發光 '率’因此散熱效率對LED燈而言是一項極重要的設計課題。 凊參閱第1圖’習知的一種散熱形式是在一LED燈1〇的 成配置一金屬基座12 ’且取一散熱簿片座14、结合該金屬基 ί Γ ’LED燈10所產生的廢熱可以先傳導到散熱錄片 然後該廢熱再由散熱韓片座14散逸到空氣中。是以， 燈10的速度及/或散熱錄片座14將廢熱散逸到 二乳的散熱功效便決定了整個LED燈10的散熱效率。

拷从1^專利M306029號揭露利用傳熱元件(熱導管)將LED 快速地傳導到散熱元件(散熱韓片），再加上適當的熱 τ 计使餘元件(散_片)上的廢熱得喊去，以便提高 led燈的散熱效率。 w —if f利如95889號揭露侧熱導管將led燈的廢熱傳 [、翼#，織翻—風紐散熱翼>5吹風絲熱能快速 散去’藉此達到散熱的效果。 j專利細J9G53號揭露將LED燈的廢熱直接以熱導管 端的散熱件’或是廢熱先傳導到散熱鰭片再以熱導管導 向一端的散熱件，藉此達到散熱目的。 * 5 201005214 美國專利7329G3G號揭露湘—熱導管將LED燈的廢敎 - 導向配接在該熱導管一端的散熱器，藉此達到散熱作用。， 卩上各專利前案皆是利用熱導管將熱導向-散熱縛片，然 後再利用自然對流或風力作用，使散熱鰭片上的廢軌得以散 去。此種散熱方式優於傳統散熱方式，但是並沒有進一步教示 如何再利用這些廢熱。 台灣專利453430號揭露利用熱導管傳導廢熱，並且以一 熱電致冷器結合熱導管來進行熱交換。此種方式雖然可以提高 ❹ 散熱效果，但是需外加電力來驅動熱電致冷器。 美國專利6880346號揭露利用熱導管將cpu所產生的廢 熱傳導至一熱電致冷器(thermoelectric cooler，TEC)，然後利用 熱電致冷器及風扇來進行熱交換。此種方式 效果，但是需外加電力來驅動熱電致冷器。 散， 以上專利前案雖然利用熱電致冷器來提高散熱效果，但是 熱電致冷器需要外加電力，因此明顯需要耗費更多的能源。 美國專利2007120138號揭露LED燈的LED晶片底部配 置-熱電致冷器，而LED燈的底面配置一散熱器(heatsink)。 ❿ 如此熱電致冷器用以傳導LED晶片所產生的廢熱，使LED晶 片不致溫度過高，然後再以散熱器來散去廢熱。 美國專利2006198149號揭露1^：0燈配置多個疊置排列的 , 熱電致冷11 ’藉此LED燈所產生的廢熱舰過各熱電致冷器 而傳到一散熱器以便進行散熱。 美國專利2006088271號揭露一光電裝置，例如LED，係 搭配一熱電致冷器以達到熱交換的目的。 以上各專利前案所制的熱電元件是熱電致冷^，其除了 作為熱交躺元射卜，猶為祕導元件。由於熱電致冷器需 要外加的電力來驅動’所以有耗費更多能源的缺點。 6 201005214 * 另外關於上揭各專利前案皆是教示如何將廢熱散去，對於 月b，再生利用完全沒有助益；目前最常見的能源轉換利用多為 太陽能轉成電能’例如台灣專利M326704、台灣專利200713745 號、美國專利7259692號，皆是揭露以太陽能電池或太陽能板 搭配一超電容來進行能源的轉換與利用。 【發明内容】 本發明的主要目的係在提供一種兼具快速儲能與散熱之 led照^裝置，其具有能夠快速散去LED燈所產生的廢熱，

藉此使知LED燈能夠有較佳的發光效率以及較長的使用壽 命。 本發明的另一目的係在提供一種兼具快速儲能與散熱之 LED照明裝置’其具有能夠糊LED所產生的廢熱進行熱電 能源轉換並將職㈣電錄速_存及再制，藉此達到節 能及能源再利用之功效。 根據本發明的目的與功效’該LED照明裝置係包含一 LED燈，一金屬基座用以結合該LED燈且接受該燈所散 出的熱能；一熱傳導裝置，例如熱導管，係具有一第一部及一 第二部，其中該第一部結合該金屬基座，且 傳到該第二部;一熱電能源產生器結合該熱傳=葉二二 用以接受熱能以進行熱電能源轉換；一快速充/放電儲能裝置 ，電性連接雜電能源產生H，其肋儲存熱源產生器所 產生的電能以及可以釋放出電能。 =-來，該LED照明裝置可利用熱傳導裝置將廢鮮 散去；而被散去的廢熱經由熱電錄產生器的作用轉換成 ，能，並以快速充/放電儲能裝置進行快速的電能儲進而 達到再生能源利用的功效。 ‘ 以下即依本發_目的、功效及結構_，舉&較佳實施 7 201005214 例並配合圖式詳細說明。 【實施方式】 請參閱第2圖，一種LED燈20,其具有LED晶片22且 相對著一透鏡24。該LED燈20具有大功率的發光輸出足以 作為照明使用。一金屬基座26係配置在該led燈20的底面。 LED燈20所產生的廢熱可以傳導到金屬基座26。 請參閱第3圖，一熱傳導裝置30，例如熱導管，係具有 一第一部32及一第二部34，且一傳導部36的兩端分別連接 〇 第一部32及第二部34之間。熱量能夠由第一部32經傳導部 36而傳導到第二部34。 請參閱第4圖，一熱電能源產生器4〇係由複數個n型熱 電材料和P型熱電材料組成一熱電晶片41。熱電晶片41係具 有一熱端42及一冷端43位在其相對面。 一吸熱片44係結合在該熱電晶片41的熱端42。更進一 步而言，該吸熱片44係一金屬片45表面具有保熱材料46。 ^中金屬片45為一薄片型的銅片或鋁片，保熱材料46為黑色 光阻或炭黑。如此該吸熱片44具有可以快速吸收及保持住熱 ❿ 能的效果。 一散熱片47貼置在該熱電晶片41的冷端43。散熱片47 係一金屬片48的一侧結合一薄片狀的軟性散熱器49所構成。 • 其中軟性散熱器49是一金屬薄片492被夾在二絕緣膜494和 496之間。藉此’散熱片47可以快速地將熱量導出並散去， ' 使得熱電晶片41的冷端43得以保持在低溫狀態。 然而，上述的散熱器49結構僅是作為本實施例的說明’ 並不以此為限。在空間大小許可的情況下，散熱器49也可以 是散熱鰭片’或風扇，或風扇與散熱鰭片的組合。 根據上揭的熱電能源產生器40的結構組態，可預期吸熱 8 201005214 片44吸收一熱源的熱能後，能夠將熱能維持在熱電晶片41的 熱端42，使得熱端42可以保持在高溫狀態且溫度不致於快速 地傳導到冷端43 ;散熱片47可以快速地將冷端43的熱量散 去而形成低溫狀態；由於熱電晶片41的熱端42與冷端43之 間具有較大的溫差，所以熱電晶片41具有高的熱電轉換效率。 請參閱第5圖，圖中將前述的LED燈20、熱傳導裝置30、 熱電能源產生器40搭配一快速充/放電儲能裝置5〇組成一照 明裝置。其中熱傳導裝置30的第一部32結合金屬基座26 ; 熱傳導裝置30的第二部34結合熱電能源產生器4〇的吸熱片 44 ;快速充/放電儲能裝置50藉導線電性連接熱電晶片41\更 進一步而言’快速充/放電儲能裝置50具有一快速儲能介面(超 電容)52，以及一儲能裝置Μ，例如充電電池。 是以LED燈20所產生的廢熱可以經由金屬基座26傳導 到熱傳導裝置30的第一部32。接著熱量由第一部32快速地 傳導到第二部34 ’如此一來，對LED燈20而言可以達到快 速導熱及散熱的效果，故能夠使LED燈20有較高的發光效率 及保持較長的使用壽命。 當熱傳導裝置30的第二部34獲得熱量而溫度升高時，熱 電能源產生器40的吸熱片44會快速地汲取熱量並且啟動熱電 能源轉換的作用；熱電能源產生器40所產生的電量傳送到超 電容52以達到快速累積電能的效果，然後再以此電能快速地 對儲能裝置54進行充電儲能。 是以，原先應該被散逸於大氣中的廢熱，便可經由熱電能 源產生器40及快速充/放電儲能裝置50的搭配使用，形成另 一種可利用的再生能源，因此本發明具有節能及能源再生利用 的效果。 將本發明所揭露的結構組態實際地與習知產品進行比 較’其可以獲得以下的比較結果： 9 201005214 未使用物I勒圖口’取一市售功率為60瓦的LED照明裝置且 LED 或本發明所揭露的裝置’其接合溫度(指 古，二^之金屬基座的溫度〕會明·顯隨點燈的時間而急遽升 间1中麵過5分鐘後，接合溫度即高達·。c。 明裝Ξ ’ ’地’取—市售功率為60瓦的LED照 時間變化的情形。在經過4小時後，其接合 ^接合>3 C。賴地，使關型散刻能夠有效地

並與if ’再取—市f功率為⑼瓦的LED照明裝置 裝能 冑路的裝置’其中在未搭配快速充/放電儲能 時間經過3〇分鐘後，其接合溫度即可穩定 2較於使關型散刻，使財發财以達到更佳的散熱效 明所9圖，取—市售功率為6G瓦的LED燈搭配本發 組能ΊΓ /裝置’其巾在未搭配使用快速充/放電儲能裝置的 ΐϋΪΪ 30分鐘的點燈時間後’由熱電能源產生器所產 ^輸出電壓約可穩定在U伏特，而輸出電流約可穩定在幻 ^培’明顯地，無論是輸出電壓或是輸出電流皆已初具實用 價值。 請參閱第10®，取-市售功率為6〇瓦的LED燈分別搭 配韓形散熱，以及獅本發贿_的裝置，並且進行24 小時的室外實際點制試，由圖中可知使用本發嘱LED照 =裝置其接合溫度是賴低於使料形散熱>1的LED照明裝 且細本發_ LED照明裝置具有可快速充電以及可 以有輸出魏可供個，其為使_形散熱片的⑽照明裝 201005214 置所不具備之功能。 施例’其揭露利用熱導管快速地將 該熱導管所導出的熱能更可以配合本 因更可以獲得-再生能源可再利用，

以及:圭實施例以及設計圖式，惟較佳實施例 範圍二以本發明技藝之權利 υ甘砰之技藝手段、或為下述中請專利範圍.内容 么以:範圍而實施者，均不脫離本發明之範嘴而為申請 【圖式簡單說明】 第1圖係習知LED燈及散熱鰭片的組合結構示意圖。 第2圖係本發明之LED燈結構示意圖。 第3圖係本發明之熱傳導裝置結構示意圖。 第4圖係本發明之熱電能源產生器結構示意圖。 第5圖係本發明之LED燈、熱傳導裝置、熱電能源產生器搭 配一快速充/放電儲能裝置的組合結構示意圖。 第6圖係市售功率為60瓦的LED燈在未使用鰭型散熱片或本 發明之装置的接合溫度隨點燈時間變化的情形。 第7圖係市售功率為60瓦的LED燈搭配使用鰭型散熱片之接 合溫度隨點燈時間變化的情形。 … 第8圖係市售功率為60瓦的LED燈搭配使用本發明所揭露的 11 201005214 熱傳導裝置與熱電能源產生器，以及有無搭配超電容快速充/ 放電儲能裝置的接合溫度比較圓。 化的情形 第9圖係市售功率為60瓦的LED燈搭配本發明所揭露的裝 置’，未搭配使用超電容快速充/放電儲能裝置的情形下，由 熱電能源產生器所產生的輸出電壓與輸出電流隨點燈時間變 率為60瓦的led燈使用本發明所揭露之裝 實之裝置，其接合溫度於室外進行24小時 =輪本出發明所揭露之裝置，其更具有 【主要元件符號說明】 10 LED 燈 12金屬基座 14散熱鰭片座 20 LED 燈 22 LED晶片 24透鏡 26金屬基座 3〇熱傳導裝置 32第一部 34第二部 36傳導部 40熱電能源產生器 41熱電晶片 42熱端 43冷端 44吸熱片 45金屬片 46保熱材料 47散熱片 48金屬片 49散熱器 492金屬片 ❷ 201005214 494絕緣膜 496絕緣膜 50快速充/放電儲能裝置 52超電容 54儲能裝置

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Claims (1)

1. 201005214 十、申請專利範圍： 1.-種兼具快賴能紐歉led _裝置，其 一 led 燈； 一熱傳導裝置，係具有—第—部及 ❹ 轉:幽熱傳導裝置的第二部用以接 以健娜_產生器用 …€此源產生器所產生的電能及釋放出電能。 ㈣撕叙料料難與散熱之 …、月裝置，其中該導紐置健-熱導管。 1項㈣之料快__散熱之 電⑼中該熱電能源產生器具有—_晶片，該熱 ❹ 端及該敎值^側分別熱端及—冷端’ 1熱片結合該熱 μ»、、專導裝置的第二部，一散熱片結合該冷端。 專利範圍第3斯述之兼具快速·與散熱之 熱端*。、、置，其中該吸熱片表面具有一保熱物質且結合在該 ㈤專利範圍第4項所述之兼具快速儲能與散熱之 ”、、月裝置，其中該保熱物質係為黑色光阻或炭黑。 τρηΐϋ請專利範圍第3項所述之兼具快速儲能與散熱之 月裝置，其中該散熱片係一金屬片的一側結合一薄片狀 的軟性散熱器所構成。 7·如申請專利範圍第6項所述之兼具快速儲能與散熱之 201005214 3=_置’其中該軟性散歸是—金_被夾在二絕緣 8. LED 專第1彻獻兼频稍能與散熱之 面及^儲ίί置岐細^鎌絲置包含-快速儲能介 LED^Vi專8項所述之兼具快速舰與散熱之 、、、、置其中該快速儲能介面係指一超電容。 ❹ 1養狀兼L雛與散熱之 燈與該熱傳導裝置的第-部之間，其用以接 出的熱能並傳導至該第—部。 參 15