通過組合熱管和諧振器用於合成噴射冷卻來進行遠程冷卻的製作方法

2023-09-17 23:46:55 4

專利名稱：通過組合熱管和諧振器用於合成噴射冷卻來進行遠程冷卻的製作方法
技術領域：
本發明涉及熱管理系統並且具體地涉及用於藉助導熱構件和合成噴射激勵器的 組合來提供遠程冷卻的熱管理系統。
背景技術：
傳統上，熱管理系統通常僅基於強制對流冷卻或者基於它與散熱器的組合。先前 的現有技術受諸如系統中容納的部分的龐大、機械上複雜的結構、可動部分等問題困擾。利 用藉助合成噴射激勵器和熱管的冷卻的最近的熱管理系統已經變得普遍用於不同類型的 熱源。合成噴射激勵器利用合成噴射來影響越過本體的氣流。通常，合成噴射激勵器包 括限定諧振器腔的殼。孔存在於殼的壁中。合成噴射還包括布置於諧振器腔殼中或者周圍 的振蕩構件，用於周期性地生成合成噴射流，即在外部環境中從殼的孔射出的振蕩氣流。振 蕩構件可以是揚聲器、可動活塞或者柔性隔膜作為殼的壁。柔性隔膜通常由壓電激勵器或 者其他適當裝置激勵。氣流在取決於孔的具體位置提供非常有效的冷卻。熱管一般為包括工作流體和殼的真空密閉設備。熱管隨著由在殼的較冷的冷凝器 部分與殼的較暖的蒸發器部分之間的溫度差驅動的分兩個階段的改變過程工作。在熱管的 殼的蒸發器部分輸入的熱蒸發液體工作流體。蒸汽然後流向殼的較冷的冷凝器部分，蒸汽 冷凝，並且在蒸汽中攜帶的蒸發潛熱放出它的潛熱。冷凝液體通過毛細作用或者重力或者 二者的組合來返回到殼的蒸發器部分。已知在熱管理系統中組合熱管和合成噴射激勵器。第US2007/0127210 Al號美國 專利申請公開了一種熱管理系統，該系統包括經由熱管熱連接到遠程布置的換熱器的多個 熱源。換熱器包括暴露於流體流的多個散熱片，經過換熱器的該流體流用合成噴射激勵器 來增強。希望提供如下熱管理系統，這些系統還解決在製造、裝配和操作期間的安裝複雜 度更低、高效傳熱、系統的龐大和複雜程度這些問題。

發明內容
本發明概念的目的在於提供一種用於熱源的熱管理的替代和改進系統。另外，目 的在於提供一種利用根據本發明概念的熱管理的發光體設備。這一目的由如權利要求1所述的根據本發明的一種熱管理系統實現。另外，該目 的由如權利要求10所述的具有根據本發明的對應熱管理的一種發光體設備實現。本發明基於如下理解藉助組合的導熱體和氣流冷卻結構來高效地提供熱源的熱 管理，由此允許如下散熱器的遠程放置，由於非常高效的冷卻結構，所以該散熱器的尺寸如 與傳統散熱器解決方案相比還可以減少。因此，根據本發明的一個方面，提供一種用於去除由熱源生成的熱的熱管理系統。 該系統包括與熱源遠離布置的散熱器、布置成在熱源與散熱器之間提供熱連通的導熱構件以及合成噴射激勵器。合成噴射激勵器包括諧振器腔殼和至少部分地布置於諧振器腔殼內 的振蕩構件。振蕩構件還被布置成生成氣流。第一孔布置於諧振器腔殼中以將生成的氣流 的至少部分引向熱源。因此，提供一種具有遠程布置的散熱器的熱管理系統，該散熱器通過組合如與自 然對流冷卻相比布置成以主動方式冷卻熱源的導熱構件和合成噴射激勵器來冷卻。這是有 利的，因為用於高功率熱源的散熱器經常很龐大，這限制用於熱源系統本身和用於建築物 等中的周圍環境的設計自由度。另外，藉助用於向熱源和或散熱器生成氣流的導熱構件和合成噴射激勵器的組合 冷卻即使對於高功率熱源仍然提供用於除熱的非常高效的系統。因此，系統的散熱器的尺 寸與現有技術解決方案相比可以減少。另外，該系統與傳統管道等相比具有低機械複雜性 並且節省空間。根據該系統的一個實施例，導熱構件為熱管，這提供的益處在於即使在由熱源與 遠程散熱器之間的小溫度差驅動時仍然能夠傳送大量熱。根據該系統的一個實施例，諧振器腔殼為同軸地布置成包圍導熱構件的管諧振器 管。這提供諸多益處。該布置為熱源的熱管理提供用於系統安裝的有利解決方案，因此僅 需向熱源和散熱器應用一個組合導熱結構，該結構在單個集成部分中包括導熱構件和管諧 振器管。另外，該布置節省空間。同軸布置的管諧振器也在導熱構件周圍提供額外保護，因 為它充當與環境的隔離。根據該系統的一個實施例，引向散熱器的第二孔布置於諧振器腔殼中以將生成的 氣流的部分引向散熱器。因此，進一步冷卻散熱器。根據該系統的一個實施例，布置合成噴射激勵器使得分別引向熱源和散熱器的氣 流的部分在聲學上同相。根據該系統的一個實施例，布置合成噴射激勵器使得分別引向熱源和散熱器的氣 流的部分在聲學上反相。在聲學上反相就噪聲級而言是有利的，因為在系統中的相干噪聲 源(在相應孔產生的噪聲)將相互抵消。根據該系統的一個實施例，導熱構件為柔性的，這允許熱源本身的定位靈活性。讓 柔性導熱構件應用於熱源，可以按照預定的空間距離和角度對熱源重新定位，並且還允許 可旋轉地布置熱源。柔性導熱構件允許熱源的實時重新定位。根據該系統的一個實施例，管諧振器管為柔性的。除了熱源在管諧振器管的與熱 源最接近定位的末端周圍的重新定位之外或者取而代之，柔性管諧振器管還允許熱源與散 熱器之間熱連接的安裝的重新定位。根據該系統的一個實施例，熱源為如下發光體，該發光體提供靈活的發光體布置 而又甚至為高功率發光體提供非常高效的熱管理。根據本發明的第二方面，提供一種發光體設備，該設備包括光單元；與光單元遠 離布置的散熱器；傳熱構件，包括導熱構件，布置成在光單元與散熱器之間提供熱連通；以 及合成噴射激勵器，包括諧振器腔殼和至少部分地布置於諧振器腔殼內以生成氣流的振蕩 構件。第一孔布置於諧振器腔殼中以將生成的氣流的至少部分引向光單元。因此，提供一種發光體設備，其中通過組合遠程散熱器(光單元經由導熱構件熱 連接到該散熱器)和合成噴射激勵器來便利地布置光單元的冷卻，該生成的氣流被引向光單元，即熱源。發光體設備的優點與先前針對根據本發明概念的用於熱管理的系統所述優 點相同。根據該設備的一個實施例，導熱構件為熱管，並且諧振器腔殼為同軸地布置成包 圍熱管的管諧振器管。根據該系統的一個實施例，導熱構件和管諧振器管是柔性的。根據該系統的一個實施例，可旋轉地布置至少一個光單元。根據該系統的一個實施例，該系統還包括用於調節照明方向的激勵設備。根據該系統的一個實施例，第二孔布置於諧振器腔殼中以將至少部分氣流引向遠 程散熱器。因此，本發明提供一種具有熱管理的發光體設備，該熱管理允許散熱器(例如被 動散熱器)相對於光單元的遠程定位，即散熱器與發光體設備的實際光單元有距離。另外，應用柔性熱管的實施例為照明設計者提供增加的自由度。柔性熱管提供允 許光單元裝配於不同位置，以便例如使安裝適應發光體將安裝於其中的實際環境。另外，如 果由於例如通風安裝的重新構造而必須改變用於光單元的裝配位置，則柔性熱管布置是有 利的。柔性熱管也允許產生傳送其他物體周圍的熱的熱連接。另外，柔性熱管允許光單元的實時重新布置，這例如在用於如劇院表演中所用聚 光燈的光跟蹤系統中是有利的。根據本發明系統的一個替代實施例，熱管為迴路熱管。根據本發明系統的一個替代實施例，散熱器還包括用於泵送至少一個熱管內的流 體的泵。根據本發明系統的一個替代實施例，管諧振器管被布置成具有至少一個孔，該孔 被布置成在任何預定方向上導引至少部分氣流。根據本發明設備的一個替代實施例，光單元包括至少一個發光二極體。根據本發明系統的一個替代實施例，多個熱源如光單元連接到單個遠程散熱器。根據下文描述的實施例將清楚並且參照這些實施例將闡明本發明的這些和其他 方面、特徵及優點。


現在將參照附圖具體描述本發明，附圖中圖1是示出了根據本發明的系統的一個實施例的橫截面圖的示意圖，圖2是示出了根據本發明的系統的一個實施例的橫截面圖的示意圖，圖3是示出了根據本發明的系統的一個實施例的橫截面圖的示意圖，圖4是示出了根據本發明的系統的一個實施例的橫截面圖的示意圖，圖5是根據本發明的發光體設備的一個示例實施例的側視圖。
具體實施例方式下文參照圖1描述根據本發明的熱管理系統的一個示例實施例。用於去除由熱源 110生成的熱的熱管理系統100包括導熱構件120、與熱源110遠離定位的散熱器130和合 成噴射激勵器140。應當提到如在本文中使用的術語熱源可以包括與熱源殼(未示出)等組合的實際發熱體。熱連接藉助導熱構件120布置於熱源110與散熱器130之間。導熱構 件120因此被布置成在熱源110與散熱器130之間提供熱連通。導熱構件120優選地由高 導熱率材料(例如銅、鋁、鎂或者合金)構造，但是在熱管情況下可以由塑料(例如有或者 無填料(brading)的矽樹脂)製成。可以用多種不同方式實現散熱器130。最常用的散熱器設備包括如下金屬體，該金 屬體經常具有散熱片以增加金屬體的冷卻面積。散熱器的尺寸和重量與冷卻技術有關並且 在自由對流情況下最大。可以顯著提高散熱器130的冷卻性能。這通常通過例如應用液體 冷卻、通過應用常用風扇的強制對流、包括珀耳帖元件的熱電冷卻及其任何組合來完成。另外，用於與導熱構件120組合生成氣流並且將氣流引向熱源110的合成噴射激 勵器140向系統提供非常高效的除熱能力。合成噴射激勵器140是至少包括諧振器腔殼 150和振蕩構件160的設備，該設備藉助振蕩構件160通過在諧振器腔殼150中的周期性空 氣施壓來生成也稱為合成噴射的氣流。振蕩構件可以是活塞或者隔膜。振蕩構件160可以 是電磁控制的揚聲器隔膜。為了實現性能的最大化，應當控制施加的場的頻率。諧振器腔殼150被布置成具有第一孔170。諧振器腔殼150被布置成使得第一孔 170朝著熱源110打開，由此朝著熱源110提供由振蕩構件產生的氣流的至少部分。腔150 的形狀和尺寸、氣體(空氣)的粘度、振蕩構件160的振蕩頻率、振蕩構件的定位、第一孔的 位置是為了實現預定氣流而必須匹配或者調節的因素。在根據本發明的系統的一個實施例中，諧振器腔殼150成形為類似於管，並且形 成管諧振器管150。(然而，諧振器腔殼可以代之以成形為合適形狀)。振蕩構件160布置 於管諧振器管150中。管諧振器管150可以是結構的部分，例如如果熱源為發光體，則管諧 振器管150可以是用於發光體的支撐件的部分。根據系統的一個實施例，導熱構件120為熱管。熱管一般為包括工作流體和殼的 真空密閉設備。熱管隨著由在殼的較冷的冷凝器部分與殼的較暖的蒸發器部分之間的溫度 差驅動的分兩個階段的改變過程工作。在熱管的殼的蒸發器部分輸入的熱蒸發液體工作流 體。蒸汽然後朝著殼的較冷的冷凝器部分流動，蒸汽冷凝，並且在蒸汽中攜帶的蒸發潛熱放 出它的潛熱。冷凝的液體通過毛細作用或者重力或者其組合返回到殼的蒸發器部分。熱管可以由有或者無填料的塑料構造。熱管普遍成形為管。然而，為了配合具體應 用，熱管可以製成為環形和平面構造。普遍使用水作為工作流體。水適合於在20°C與250°C 之間的溫度。適合於更低溫度的其他工作流體為甲醇、乙烷、丙烯、氨、氮、氧和氫。更高溫 度的應用利用鹼金屬，比如銫、鉀、鋰和鈉。在根據本發明的系統的一個實施例中並且如圖2中示意地所示，在熱源110與散 熱器130之間提供熱連接的導熱構件120布置於諧振器腔殼250內。導熱構件120和諧振 器腔殼250的形狀在這裡為管狀。然而，其他形狀是可能的並且將被視為落入本發明的範 圍內。諧振器腔殼在這裡形成管諧振器管250，該管被同軸地布置成包圍導熱構件120。 選擇在諧振器腔殼250與導熱構件120之間的比例以在導熱構件120周圍提供足夠自由空 間以產生用于振蕩構件160的諧振器體積。因此，組合諧振器腔殼250和導熱構件120，從 而熱管理系統200的單個集成部分提供兩種冷卻功能。通過將導熱構件210和合成噴射激 勵器250集成為單個集成部分來實現系統的簡化安裝，因為集成部分僅需在一端應用於熱
6源110而在另一端應用於散熱器130。應當提到並非必須準確同軸地布置管諧振器管250 和導熱構件120。在上述實施例中並且如圖2中所示，諧振器腔殼250為管諧振器管，該管具有布置 於管諧振器管的第一端251中的第一孔261。第一端251布置於熱源110處。這裡，管諧振 器管250在第一端251形成閉合端，除在第一端251中形成小開口的第一孔261以外。在一個替代實施例中，管諧振器管250在第一端252形成開放端。因此，第一孔 261為管諧振器管250的整個開放端。第二孔262布置於管諧振器管的第二端252。第二孔262被引向散熱器130。這裡，振蕩構件160也布置於管諧振器管的第二端252。當激勵振動構件160時， 在熱源110 (受到在第一孔261提供的氣流)和在散熱器(受到在第二孔262提供的氣流) 均實現主動冷卻。對於管諧振器管250的諧振頻率和預定長度，在第一孔261和在第二孔 262提供的氣流在聲學上同相。在圖3中圖示了系統300的一個實施例，其中振蕩構件160為在管諧振器管250 的中間布置的揚聲器設備。揚聲器160的前錐體朝向散熱器130，而揚聲器160的背部朝向 熱源110。現在，在第一孔261提供的氣流和在第二孔262提供的氣流在聲學上反相脈動， 這就噪聲級而言是有益的，因為兩個相干噪聲源將相互抵消。現在繼續其中振蕩構件160為揚聲器設備的實施例。有在管諧振器管250內或者 部分地在該管外布置揚聲器的多種方式。例如當揚聲器大於管直徑時，揚聲器的一部分通 常布置於管諧振器管250外。在該系統的一個替代實施例中，隔膜，即與揚聲器160的錐體相同的一側布置於 管諧振器管250中，而揚聲器160的背部布置於自由空間中或者閉合體積中。在該系統的一個替代實施例中，當在管諧振器管250中具有兩個孔261、262時，兩 個管從管諧振器管的兩端發散。在該系統的一個替代實施例中，導熱構件和管諧振器管的組合是摺疊的。在根據本發明的系統的一個實施例中並且如圖4a)中所示(具有如針對上述實施 例所述基本構造)，導熱構件120為柔性的。導熱構件的柔性為熱源110的裝配提供若干自 由度。在一個方面中，導熱構件120的柔性允許熱源110相對於與管諧振器管的第一端251 的距離Δ的可調位置，並且它還允許熱源110相對於管諧振器管250以什麼角度α定向 的自由度。根據系統的一個實施例，如圖4b)中所示，管諧振器管250為柔性的。柔性管諧振 器管250提供熱源相對於與熱源的距離和方向的定位的額外自由度。本發明概念的第二方面提供一種發光體設備。在圖5中圖示了一個示例實施例， 其中呈現根據本發明的發光體設備的側視圖。這裡在發光體設備500中利用熱源熱管理的 上述發明概念。在該示例實施例中，發光體設備500包括多個主熱源。具體而言，有三個如下光單 元510，這些光單元都被布置成經由對應傳熱構件540與散熱器530熱連接。(假設發光體 設備可以包括僅一個光單元510。)散熱器530與光單元510遠離地布置。在散熱器530中的冷卻效果可以完全被動 並且僅向形成散熱器的支撐結構570散熱，該散熱器因此可以配備有散熱片。
在一個替代實施例中，散熱器530也包括泵(未示出)以改進傳熱。這例如在牆 壁或者天花板安裝的情況下是有利的。在圖恥)中圖示了傳熱構件MO的近視圖。各傳熱構件540包括伸長的導熱構件 120，該構件在一端與它的對應光單元510對接或者附接到該光單元，而在相反端與散熱器 530和合成噴射激勵器140對接或者附接到它們。合成噴射激勵器140包括形成於管諧振 器管250中的諧振器腔殼和布置於諧振器腔殼內的振蕩構件160。另外，有在由管諧振器管 250形成的諧振器腔殼中布置的第一孔沈1，該第一孔261被布置成將由振蕩構件160生成 的氣流的至少部分引向光單元。導熱構件120可以被布置成利用熱管。管諧振器管250被同軸地布置成包圍導熱構件120。如在上述熱管理系統中那樣， 發光體設備的一個替代實施例可以被布置成具有第二孔沈2，參見圖2，該第二孔被布置成 將生成的氣流的部分引向散熱器530。在這一實施例中，散熱器530因此包括散熱器和強制 對流裝置的組合。在發光體設備的這一示例實施例中，可旋轉地布置光單元510。光單元510各自包 括裝配到擴展器/蒸發器裝置512的發光二極體LED 511和這裡包括拋物面反射器的輔助 光學器件513。由於本發明的熱管理系統可實現的適度溫度，所以即使對於高功率LED照 明，也可設想形式為光導的輔助光學器件。光單元510可旋轉並且經由具有軸581和582的 接頭580連接到支撐構件570。光單元510可以圍繞豎直軸580旋轉並且圍繞水平軸581 傾斜。這裡圍繞軸581、582手動調節光單元510的調節。然而，藉助激勵設備560對調節 的電控制可以實施於發光體設備中。用於相應光單元的定位和允許照明方向的自由度可以 通過接頭的個別設計來適應實際照明應用。激勵設備560為發光體設備500的靜止組件的部分。靜止組件包括激勵設備560、 散熱器530、電驅動器590和支撐結構570 (例如靜止組件的殼)。激勵設備560可以被布 置成電、機械和熱控制光單元510。另外，光單元510經由電連接595電連接到燈驅動器590。根據本發明概念的發光體設備適合用於可調投影儀或者聚光燈系統中。它們很 好地適合於LED系統光單元。將從這樣的基於LED的光單元去除的損耗功率可以在5W與 IOOff之間。通過利用LED而不是滷素或者HID燈，可以避免頂和UV輻射。在發光體設備500的一個實施例中，導熱構件120包括如下熱管，該熱管包括為回 路管而布置的兩個管以便在光單元510與靜止組件(560、530、570、590)之間的溫度降給定 時獲得更高熱通量。在一個替代實施例中，電驅動器590熱連接到散熱器530。上文已經描述如所附權利要求書所述的根據本發明的系統和設備的實施例。這些 應當僅視為非限制例子。如本領域技術人員理解的那樣，許多修改和替代實施例在本發明 的範圍內是可能的。將理解出於本申請的目的並且具體關於所附權利要求書，用語「包括」並不排除其 他元件或者步驟，用語「一個/ 一種」並不排除多個/多種，這本身將為本領域技術人員所清楚。
權利要求
1.一種熱管理系統(100，200，300)，用於去除由熱源(110)生成的熱，所述系統包括散熱器(130)，與所述熱源遠離地布置；導熱構件(120)，布置成在所述熱源與所述散熱器之間提供熱連通；以及合成噴射激勵器(140)，包括諧振器腔殼(150)和振蕩構件(160)，其中所述振蕩器構 件被至少部分地布置於所述諧振器腔殼內並且還被布置成生成氣流，並且其中布置於所述 諧振器腔殼中的第一孔(170二61)被布置成將所述生成的氣流的至少部分引向所述熱源。
2.根據權利要求1所述的系統，其中所述導熱構件(120)為熱管。
3.根據任一前述權利要求所述的系統000，300)，其中所述諧振器腔殼為同軸地布置 成包圍所述導熱構件(120)的管諧振器管050)。
4.根據任一前述權利要求所述的系統(300)，其中朝向所述散熱器(130)的第二孔 (262)布置於所述諧振器腔殼(150，250)中以將所述生成的氣流的部分引向所述散熱器。
5.根據權利要求4所述的系統(300)，其中所述合成噴射激勵器(140)被布置成使得 分別引向所述熱源(110)和所述散熱器(130)的所述氣流的所述部分在聲學上同相。
6.根據權利要求4所述的系統(300)，其中所述合成噴射激勵器(140)被布置成使得 分別引向所述熱源(110)和所述散熱器(130)的所述氣流的所述部分在聲學上反相。
7.根據任一前述權利要求所述的系統(100，200，300)，其中所述導熱構件(120)為柔 性的。
8.根據權利要求3至7中的任一權利要求所述的系統000)，其中所述管諧振器管 (250)為柔性的。
9.根據任一前述權利要求所述的系統，其中所述熱源(110)為發光體。
10.一種發光體設備(500)，包括:光單元(510)；散熱器(530)，與所述光單元遠離地布置；傳熱構件(540)，包括導熱構件，布置成在所述光單元與所述散熱器之間提供熱連通； 以及合成噴射激勵器(140)，包括諧振器腔殼(250)和至少部分地布置於所述諧振器腔殼 內以生成氣流的振蕩構件(160)，其中第一孔061)布置於所述諧振器腔殼中以將所述生 成的氣流的至少部分引向所述光單元。
11.根據權利要求10所述的設備，其中所述導熱構件為熱管，並且所述諧振器腔殼為 同軸地布置成包圍所述熱管的管諧振器管。
12.根據權利要求11所述的設備，其中所述導熱構件和所述管諧振器管為柔性的。
13.根據權利要求12所述的設備，其中所述光單元被可旋轉地布置。
14.根據權利要求12或者13所述的設備，還包括用於調節所述光單元的照明方向的激 勵設備(560)。
15.根據權利要求10至14中的任一權利要求所述的設備，其中第二孔布置於所述諧振 器腔殼中以將所述氣流的至少部分引向所述散熱器。
全文摘要
本發明涉及用於去除由熱源(110)生成的熱的熱管理。這通過導熱構件(120)和合成噴射激勵器(140)的組合來完成，該導熱構件在一端熱連接到熱源而在相反端連接到遠程布置的散熱器(130)。合成噴射激勵器被布置成通過生成氣流並且將氣流引向熱源來將主動冷卻直接提供到熱源上。合成噴射激勵器包括諧振器腔殼(150)和振蕩構件(160)。振蕩器構件至少部分地布置於所述諧振器腔內。導熱構件和合成噴射激勵器的組合提供非常高效的冷卻。
文檔編號H01L23/467GK102089581SQ200980126643
公開日2011年6月8日 申請日期2009年6月25日 優先權日2008年7月10日
發明者A·A·M·馬裡紐斯, C·J·M·拉桑斯, G·M·卡龍, H·J·科內利森, P·A·瓦克特斯, R·M·亞特斯, R·埃爾費裡奇 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司