专利名称：通过组合热管和谐振器用于合成喷射冷却来进行远程冷却的制作方法
技术领域：
本发明涉及热管理系统并且具体地涉及用于借助导热构件和合成喷射激励器的 组合来提供远程冷却的热管理系统。
背景技术：
传统上，热管理系统通常仅基于强制对流冷却或者基于它与散热器的组合。先前 的现有技术受诸如系统中容纳的部分的庞大、机械上复杂的结构、可动部分等问题困扰。利 用借助合成喷射激励器和热管的冷却的最近的热管理系统已经变得普遍用于不同类型的 热源。合成喷射激励器利用合成喷射来影响越过本体的气流。通常，合成喷射激励器包 括限定谐振器腔的壳。孔存在于壳的壁中。合成喷射还包括布置于谐振器腔壳中或者周围 的振荡构件，用于周期性地生成合成喷射流，即在外部环境中从壳的孔射出的振荡气流。振 荡构件可以是扬声器、可动活塞或者柔性隔膜作为壳的壁。柔性隔膜通常由压电激励器或 者其他适当装置激励。气流在取决于孔的具体位置提供非常有效的冷却。热管一般为包括工作流体和壳的真空密闭设备。热管随着由在壳的较冷的冷凝器 部分与壳的较暖的蒸发器部分之间的温度差驱动的分两个阶段的改变过程工作。在热管的 壳的蒸发器部分输入的热蒸发液体工作流体。蒸汽然后流向壳的较冷的冷凝器部分，蒸汽 冷凝，并且在蒸汽中携带的蒸发潜热放出它的潜热。冷凝液体通过毛细作用或者重力或者 二者的组合来返回到壳的蒸发器部分。已知在热管理系统中组合热管和合成喷射激励器。第US2007/0127210 Al号美国 专利申请公开了一种热管理系统，该系统包括经由热管热连接到远程布置的换热器的多个 热源。换热器包括暴露于流体流的多个散热片，经过换热器的该流体流用合成喷射激励器 来增强。希望提供如下热管理系统，这些系统还解决在制造、装配和操作期间的安装复杂 度更低、高效传热、系统的庞大和复杂程度这些问题。
发明内容
本发明概念的目的在于提供一种用于热源的热管理的替代和改进系统。另外，目 的在于提供一种利用根据本发明概念的热管理的发光体设备。这一目的由如权利要求1所述的根据本发明的一种热管理系统实现。另外，该目 的由如权利要求10所述的具有根据本发明的对应热管理的一种发光体设备实现。本发明基于如下理解借助组合的导热体和气流冷却结构来高效地提供热源的热 管理，由此允许如下散热器的远程放置，由于非常高效的冷却结构，所以该散热器的尺寸如 与传统散热器解决方案相比还可以减少。因此，根据本发明的一个方面，提供一种用于去除由热源生成的热的热管理系统。 该系统包括与热源远离布置的散热器、布置成在热源与散热器之间提供热连通的导热构件以及合成喷射激励器。合成喷射激励器包括谐振器腔壳和至少部分地布置于谐振器腔壳内 的振荡构件。振荡构件还被布置成生成气流。第一孔布置于谐振器腔壳中以将生成的气流 的至少部分引向热源。因此，提供一种具有远程布置的散热器的热管理系统，该散热器通过组合如与自 然对流冷却相比布置成以主动方式冷却热源的导热构件和合成喷射激励器来冷却。这是有 利的，因为用于高功率热源的散热器经常很庞大，这限制用于热源系统本身和用于建筑物 等中的周围环境的设计自由度。另外，借助用于向热源和或散热器生成气流的导热构件和合成喷射激励器的组合 冷却即使对于高功率热源仍然提供用于除热的非常高效的系统。因此，系统的散热器的尺 寸与现有技术解决方案相比可以减少。另外，该系统与传统管道等相比具有低机械复杂性 并且节省空间。根据该系统的一个实施例，导热构件为热管，这提供的益处在于即使在由热源与 远程散热器之间的小温度差驱动时仍然能够传送大量热。根据该系统的一个实施例，谐振器腔壳为同轴地布置成包围导热构件的管谐振器 管。这提供诸多益处。该布置为热源的热管理提供用于系统安装的有利解决方案，因此仅 需向热源和散热器应用一个组合导热结构，该结构在单个集成部分中包括导热构件和管谐 振器管。另外，该布置节省空间。同轴布置的管谐振器也在导热构件周围提供额外保护，因 为它充当与环境的隔离。根据该系统的一个实施例，引向散热器的第二孔布置于谐振器腔壳中以将生成的 气流的部分引向散热器。因此，进一步冷却散热器。根据该系统的一个实施例，布置合成喷射激励器使得分别引向热源和散热器的气 流的部分在声学上同相。根据该系统的一个实施例，布置合成喷射激励器使得分别引向热源和散热器的气 流的部分在声学上反相。在声学上反相就噪声级而言是有利的，因为在系统中的相干噪声 源(在相应孔产生的噪声)将相互抵消。根据该系统的一个实施例，导热构件为柔性的，这允许热源本身的定位灵活性。让 柔性导热构件应用于热源，可以按照预定的空间距离和角度对热源重新定位，并且还允许 可旋转地布置热源。柔性导热构件允许热源的实时重新定位。根据该系统的一个实施例，管谐振器管为柔性的。除了热源在管谐振器管的与热 源最接近定位的末端周围的重新定位之外或者取而代之，柔性管谐振器管还允许热源与散 热器之间热连接的安装的重新定位。根据该系统的一个实施例，热源为如下发光体，该发光体提供灵活的发光体布置 而又甚至为高功率发光体提供非常高效的热管理。根据本发明的第二方面，提供一种发光体设备，该设备包括光单元；与光单元远 离布置的散热器；传热构件，包括导热构件，布置成在光单元与散热器之间提供热连通；以 及合成喷射激励器，包括谐振器腔壳和至少部分地布置于谐振器腔壳内以生成气流的振荡 构件。第一孔布置于谐振器腔壳中以将生成的气流的至少部分引向光单元。因此，提供一种发光体设备，其中通过组合远程散热器(光单元经由导热构件热 连接到该散热器)和合成喷射激励器来便利地布置光单元的冷却，该生成的气流被引向光单元，即热源。发光体设备的优点与先前针对根据本发明概念的用于热管理的系统所述优 点相同。根据该设备的一个实施例，导热构件为热管，并且谐振器腔壳为同轴地布置成包 围热管的管谐振器管。根据该系统的一个实施例，导热构件和管谐振器管是柔性的。根据该系统的一个实施例，可旋转地布置至少一个光单元。根据该系统的一个实施例，该系统还包括用于调节照明方向的激励设备。根据该系统的一个实施例，第二孔布置于谐振器腔壳中以将至少部分气流引向远 程散热器。因此，本发明提供一种具有热管理的发光体设备，该热管理允许散热器(例如被 动散热器)相对于光单元的远程定位，即散热器与发光体设备的实际光单元有距离。另外，应用柔性热管的实施例为照明设计者提供增加的自由度。柔性热管提供允 许光单元装配于不同位置，以便例如使安装适应发光体将安装于其中的实际环境。另外，如 果由于例如通风安装的重新构造而必须改变用于光单元的装配位置，则柔性热管布置是有 利的。柔性热管也允许产生传送其他物体周围的热的热连接。另外，柔性热管允许光单元的实时重新布置，这例如在用于如剧院表演中所用聚 光灯的光跟踪系统中是有利的。根据本发明系统的一个替代实施例，热管为回路热管。根据本发明系统的一个替代实施例，散热器还包括用于泵送至少一个热管内的流 体的泵。根据本发明系统的一个替代实施例，管谐振器管被布置成具有至少一个孔，该孔 被布置成在任何预定方向上导引至少部分气流。根据本发明设备的一个替代实施例，光单元包括至少一个发光二极管。根据本发明系统的一个替代实施例，多个热源如光单元连接到单个远程散热器。根据下文描述的实施例将清楚并且参照这些实施例将阐明本发明的这些和其他 方面、特征及优点。
现在将参照附图具体描述本发明，附图中图1是示出了根据本发明的系统的一个实施例的横截面图的示意图，图2是示出了根据本发明的系统的一个实施例的横截面图的示意图，图3是示出了根据本发明的系统的一个实施例的横截面图的示意图，图4是示出了根据本发明的系统的一个实施例的横截面图的示意图，图5是根据本发明的发光体设备的一个示例实施例的侧视图。
具体实施例方式下文参照图1描述根据本发明的热管理系统的一个示例实施例。用于去除由热源 110生成的热的热管理系统100包括导热构件120、与热源110远离定位的散热器130和合 成喷射激励器140。应当提到如在本文中使用的术语热源可以包括与热源壳(未示出)等组合的实际发热体。热连接借助导热构件120布置于热源110与散热器130之间。导热构 件120因此被布置成在热源110与散热器130之间提供热连通。导热构件120优选地由高 导热率材料(例如铜、铝、镁或者合金)构造，但是在热管情况下可以由塑料(例如有或者 无填料(brading)的硅树脂)制成。可以用多种不同方式实现散热器130。最常用的散热器设备包括如下金属体，该金 属体经常具有散热片以增加金属体的冷却面积。散热器的尺寸和重量与冷却技术有关并且 在自由对流情况下最大。可以显著提高散热器130的冷却性能。这通常通过例如应用液体 冷却、通过应用常用风扇的强制对流、包括珀耳帖元件的热电冷却及其任何组合来完成。另外，用于与导热构件120组合生成气流并且将气流引向热源110的合成喷射激 励器140向系统提供非常高效的除热能力。合成喷射激励器140是至少包括谐振器腔壳 150和振荡构件160的设备，该设备借助振荡构件160通过在谐振器腔壳150中的周期性空 气施压来生成也称为合成喷射的气流。振荡构件可以是活塞或者隔膜。振荡构件160可以 是电磁控制的扬声器隔膜。为了实现性能的最大化，应当控制施加的场的频率。谐振器腔壳150被布置成具有第一孔170。谐振器腔壳150被布置成使得第一孔 170朝着热源110打开，由此朝着热源110提供由振荡构件产生的气流的至少部分。腔150 的形状和尺寸、气体(空气)的粘度、振荡构件160的振荡频率、振荡构件的定位、第一孔的 位置是为了实现预定气流而必须匹配或者调节的因素。在根据本发明的系统的一个实施例中，谐振器腔壳150成形为类似于管，并且形 成管谐振器管150。(然而，谐振器腔壳可以代之以成形为合适形状)。振荡构件160布置 于管谐振器管150中。管谐振器管150可以是结构的部分，例如如果热源为发光体，则管谐 振器管150可以是用于发光体的支撑件的部分。根据系统的一个实施例，导热构件120为热管。热管一般为包括工作流体和壳的 真空密闭设备。热管随着由在壳的较冷的冷凝器部分与壳的较暖的蒸发器部分之间的温度 差驱动的分两个阶段的改变过程工作。在热管的壳的蒸发器部分输入的热蒸发液体工作流 体。蒸汽然后朝着壳的较冷的冷凝器部分流动，蒸汽冷凝，并且在蒸汽中携带的蒸发潜热放 出它的潜热。冷凝的液体通过毛细作用或者重力或者其组合返回到壳的蒸发器部分。热管可以由有或者无填料的塑料构造。热管普遍成形为管。然而，为了配合具体应 用，热管可以制成为环形和平面构造。普遍使用水作为工作流体。水适合于在20°C与250°C 之间的温度。适合于更低温度的其他工作流体为甲醇、乙烷、丙烯、氨、氮、氧和氢。更高温 度的应用利用碱金属，比如铯、钾、锂和钠。在根据本发明的系统的一个实施例中并且如图2中示意地所示，在热源110与散 热器130之间提供热连接的导热构件120布置于谐振器腔壳250内。导热构件120和谐振 器腔壳250的形状在这里为管状。然而，其他形状是可能的并且将被视为落入本发明的范 围内。谐振器腔壳在这里形成管谐振器管250，该管被同轴地布置成包围导热构件120。 选择在谐振器腔壳250与导热构件120之间的比例以在导热构件120周围提供足够自由空 间以产生用于振荡构件160的谐振器体积。因此，组合谐振器腔壳250和导热构件120，从 而热管理系统200的单个集成部分提供两种冷却功能。通过将导热构件210和合成喷射激 励器250集成为单个集成部分来实现系统的简化安装，因为集成部分仅需在一端应用于热
6源110而在另一端应用于散热器130。应当提到并非必须准确同轴地布置管谐振器管250 和导热构件120。在上述实施例中并且如图2中所示，谐振器腔壳250为管谐振器管，该管具有布置 于管谐振器管的第一端251中的第一孔261。第一端251布置于热源110处。这里，管谐振 器管250在第一端251形成闭合端，除在第一端251中形成小开口的第一孔261以外。在一个替代实施例中，管谐振器管250在第一端252形成开放端。因此，第一孔 261为管谐振器管250的整个开放端。第二孔262布置于管谐振器管的第二端252。第二孔262被引向散热器130。这里，振荡构件160也布置于管谐振器管的第二端252。当激励振动构件160时， 在热源110 (受到在第一孔261提供的气流)和在散热器(受到在第二孔262提供的气流) 均实现主动冷却。对于管谐振器管250的谐振频率和预定长度，在第一孔261和在第二孔 262提供的气流在声学上同相。在图3中图示了系统300的一个实施例，其中振荡构件160为在管谐振器管250 的中间布置的扬声器设备。扬声器160的前锥体朝向散热器130，而扬声器160的背部朝向 热源110。现在，在第一孔261提供的气流和在第二孔262提供的气流在声学上反相脉动， 这就噪声级而言是有益的，因为两个相干噪声源将相互抵消。现在继续其中振荡构件160为扬声器设备的实施例。有在管谐振器管250内或者 部分地在该管外布置扬声器的多种方式。例如当扬声器大于管直径时，扬声器的一部分通 常布置于管谐振器管250外。在该系统的一个替代实施例中，隔膜，即与扬声器160的锥体相同的一侧布置于 管谐振器管250中，而扬声器160的背部布置于自由空间中或者闭合体积中。在该系统的一个替代实施例中，当在管谐振器管250中具有两个孔261、262时，两 个管从管谐振器管的两端发散。在该系统的一个替代实施例中，导热构件和管谐振器管的组合是折叠的。在根据本发明的系统的一个实施例中并且如图4a)中所示(具有如针对上述实施 例所述基本构造)，导热构件120为柔性的。导热构件的柔性为热源110的装配提供若干自 由度。在一个方面中，导热构件120的柔性允许热源110相对于与管谐振器管的第一端251 的距离Δ的可调位置，并且它还允许热源110相对于管谐振器管250以什么角度α定向 的自由度。根据系统的一个实施例，如图4b)中所示，管谐振器管250为柔性的。柔性管谐振 器管250提供热源相对于与热源的距离和方向的定位的额外自由度。本发明概念的第二方面提供一种发光体设备。在图5中图示了一个示例实施例， 其中呈现根据本发明的发光体设备的侧视图。这里在发光体设备500中利用热源热管理的 上述发明概念。在该示例实施例中，发光体设备500包括多个主热源。具体而言，有三个如下光单 元510，这些光单元都被布置成经由对应传热构件540与散热器530热连接。(假设发光体 设备可以包括仅一个光单元510。)散热器530与光单元510远离地布置。在散热器530中的冷却效果可以完全被动 并且仅向形成散热器的支撑结构570散热，该散热器因此可以配备有散热片。
在一个替代实施例中，散热器530也包括泵(未示出)以改进传热。这例如在墙 壁或者天花板安装的情况下是有利的。在图恥)中图示了传热构件MO的近视图。各传热构件540包括伸长的导热构件 120，该构件在一端与它的对应光单元510对接或者附接到该光单元，而在相反端与散热器 530和合成喷射激励器140对接或者附接到它们。合成喷射激励器140包括形成于管谐振 器管250中的谐振器腔壳和布置于谐振器腔壳内的振荡构件160。另外，有在由管谐振器管 250形成的谐振器腔壳中布置的第一孔沈1，该第一孔261被布置成将由振荡构件160生成 的气流的至少部分引向光单元。导热构件120可以被布置成利用热管。管谐振器管250被同轴地布置成包围导热构件120。如在上述热管理系统中那样， 发光体设备的一个替代实施例可以被布置成具有第二孔沈2，参见图2，该第二孔被布置成 将生成的气流的部分引向散热器530。在这一实施例中，散热器530因此包括散热器和强制 对流装置的组合。在发光体设备的这一示例实施例中，可旋转地布置光单元510。光单元510各自包 括装配到扩展器/蒸发器装置512的发光二极管LED 511和这里包括抛物面反射器的辅助 光学器件513。由于本发明的热管理系统可实现的适度温度，所以即使对于高功率LED照 明，也可设想形式为光导的辅助光学器件。光单元510可旋转并且经由具有轴581和582的 接头580连接到支撑构件570。光单元510可以围绕竖直轴580旋转并且围绕水平轴581 倾斜。这里围绕轴581、582手动调节光单元510的调节。然而，借助激励设备560对调节 的电控制可以实施于发光体设备中。用于相应光单元的定位和允许照明方向的自由度可以 通过接头的个别设计来适应实际照明应用。激励设备560为发光体设备500的静止组件的部分。静止组件包括激励设备560、 散热器530、电驱动器590和支撑结构570 (例如静止组件的壳)。激励设备560可以被布 置成电、机械和热控制光单元510。另外，光单元510经由电连接595电连接到灯驱动器590。根据本发明概念的发光体设备适合用于可调投影仪或者聚光灯系统中。它们很 好地适合于LED系统光单元。将从这样的基于LED的光单元去除的损耗功率可以在5W与 IOOff之间。通过利用LED而不是卤素或者HID灯，可以避免顶和UV辐射。在发光体设备500的一个实施例中，导热构件120包括如下热管，该热管包括为回 路管而布置的两个管以便在光单元510与静止组件(560、530、570、590)之间的温度降给定 时获得更高热通量。在一个替代实施例中，电驱动器590热连接到散热器530。上文已经描述如所附权利要求书所述的根据本发明的系统和设备的实施例。这些 应当仅视为非限制例子。如本领域技术人员理解的那样，许多修改和替代实施例在本发明 的范围内是可能的。将理解出于本申请的目的并且具体关于所附权利要求书，用语“包括”并不排除其 他元件或者步骤，用语“一个/ 一种”并不排除多个/多种，这本身将为本领域技术人员所清楚。
权利要求
1.一种热管理系统(100，200，300)，用于去除由热源(110)生成的热，所述系统包括散热器(130)，与所述热源远离地布置；导热构件(120)，布置成在所述热源与所述散热器之间提供热连通；以及合成喷射激励器(140)，包括谐振器腔壳(150)和振荡构件(160)，其中所述振荡器构 件被至少部分地布置于所述谐振器腔壳内并且还被布置成生成气流，并且其中布置于所述 谐振器腔壳中的第一孔(170二61)被布置成将所述生成的气流的至少部分引向所述热源。
2.根据权利要求1所述的系统，其中所述导热构件(120)为热管。
3.根据任一前述权利要求所述的系统000，300)，其中所述谐振器腔壳为同轴地布置 成包围所述导热构件(120)的管谐振器管050)。
4.根据任一前述权利要求所述的系统(300)，其中朝向所述散热器(130)的第二孔 (262)布置于所述谐振器腔壳(150，250)中以将所述生成的气流的部分引向所述散热器。
5.根据权利要求4所述的系统(300)，其中所述合成喷射激励器(140)被布置成使得 分别引向所述热源(110)和所述散热器(130)的所述气流的所述部分在声学上同相。
6.根据权利要求4所述的系统(300)，其中所述合成喷射激励器(140)被布置成使得 分别引向所述热源(110)和所述散热器(130)的所述气流的所述部分在声学上反相。
7.根据任一前述权利要求所述的系统(100，200，300)，其中所述导热构件(120)为柔 性的。
8.根据权利要求3至7中的任一权利要求所述的系统000)，其中所述管谐振器管 (250)为柔性的。
9.根据任一前述权利要求所述的系统，其中所述热源(110)为发光体。
10.一种发光体设备(500)，包括:光单元(510)；散热器(530)，与所述光单元远离地布置；传热构件(540)，包括导热构件，布置成在所述光单元与所述散热器之间提供热连通； 以及合成喷射激励器(140)，包括谐振器腔壳(250)和至少部分地布置于所述谐振器腔壳 内以生成气流的振荡构件(160)，其中第一孔061)布置于所述谐振器腔壳中以将所述生 成的气流的至少部分引向所述光单元。
11.根据权利要求10所述的设备，其中所述导热构件为热管，并且所述谐振器腔壳为 同轴地布置成包围所述热管的管谐振器管。
12.根据权利要求11所述的设备，其中所述导热构件和所述管谐振器管为柔性的。
13.根据权利要求12所述的设备，其中所述光单元被可旋转地布置。
14.根据权利要求12或者13所述的设备，还包括用于调节所述光单元的照明方向的激 励设备(560)。
15.根据权利要求10至14中的任一权利要求所述的设备，其中第二孔布置于所述谐振 器腔壳中以将所述气流的至少部分引向所述散热器。
全文摘要
本发明涉及用于去除由热源(110)生成的热的热管理。这通过导热构件(120)和合成喷射激励器(140)的组合来完成，该导热构件在一端热连接到热源而在相反端连接到远程布置的散热器(130)。合成喷射激励器被布置成通过生成气流并且将气流引向热源来将主动冷却直接提供到热源上。合成喷射激励器包括谐振器腔壳(150)和振荡构件(160)。振荡器构件至少部分地布置于所述谐振器腔内。导热构件和合成喷射激励器的组合提供非常高效的冷却。
文档编号H01L23/467GK102089581SQ200980126643
公开日2011年6月8日 申请日期2009年6月25日 优先权日2008年7月10日
发明者A·A·M·马里纽斯, C·J·M·拉桑斯, G·M·卡龙, H·J·科内利森, P·A·瓦克特斯, R·M·亚特斯, R·埃尔费里奇 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司