CN107076527A - 低重量管翅片散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种照明设备，照明设备包括光源和散热器(200)。散热器(200)被配置为在操作时消散来自光源的热能。散热器包括多个销状翅片(210)和支撑件(220)，其中，每个翅片(210)具有：相对于支撑件(220)的翅片高度(h)；与支撑件(220)相关联的底部部分(213)以及顶部部分(214)；具有第一宽度(d1)和第二宽度(d2)的截面，第一宽度(d1)和第二宽度(d2)具有选自1.2‑10范围的比率d1/d2；以及第一宽度轴线，其中，销状翅片(210)的第一宽度轴线平行地布置，并且其中，销状翅片(210)在其翅片高度(h)的至少一部分上是中空的。

Description

低重量管翅片散热器
技术领域
本发明涉及包括散热器的照明设备。本发明进一步涉及组装诸如这样的照明设备的设备的方法。此外，本发明还涉及散热器本身。
背景技术
针对照明应用使用散热器在本领域中是已知的。例如，US2014146544描述了一种可以容纳可变数量的发光二极管(LED)的LED光学光引擎聚光灯。安装在LED前面的光学投影透镜将分离的LED光束合并为单个光束(类似于卤素灯和反射器提供的单个光束)。散热器提供高达大约100℉的对流冷却。可选的风扇针对更加极端的条件提供附加的散热。可选的辅助透镜提供附加能力，包括例如，泛光透镜、彩色透镜、以及防石护器(rock guard)。所描绘的设备可以是硬接线的或者无线的。所描绘的设备可以适于许多基础单元和/或平移和倾斜平台。
发明内容
在一些LED照明应用中，总照明方案的重量是关键因素。在照明系统的当前功效下，需要去除许多热量，并且为此需要很大的散热器翅片面积。散热器的重量可以占(系统或者设备的)总重量的50％以上。减少冷却系统的重量对于得出可接受的应用方案是至关重要的。例如，在室外专业应用中，使用大散热器来冷却所谓的泛光灯。通常，这样的系统的重量为约25kg，其中，散热器占60％。减小到薄的翅片似乎是感兴趣的，但这可能导致可负担技术难以实现的尺寸。此外，尤其是当在室外应用中使用时，散热器的薄肋似乎更易变形和损坏。
因此，本发明的一方面是提供具有散热器的备选设备(具体是照明设备)，该备选设备优选地进一步至少部分地消除一个或多个上述缺陷。本发明的另一方面是提供备选散热器，该备选散热器优选地进一步至少部分地消除一个或多个上述缺陷。此外，本发明的一方面是提供组装这样的设备(以及散热器)的备选方法。
看来特别是中空的销可以导致低重量的散热器，同时仍能提供(非常)好的散热。气流场中的(中空的)销翅片结构导致高传热系数，对于相同的热性能，高传热系数需要更小的面积和更小的材料体积。然而，管状结构的气流阻塞可以是热性能的限制因素。气流应当足够高，以将所有热量传递至散热器的外部。为了具有最大效率的解决方案，管的截面形状似乎应该是非轴对称的，并且特别是与预期气流方向对齐。这样，可以获得作为总体的散热器的低液压阻力。
因此，本发明中提出的解决方案是使用附接至基板(本文也表示为“板”或者“支撑件”)的薄壁管而不是在基板上的常见翅片。中空管使得能够同时实现刚性且低重量的结构。例如，由于低的(翅片)壁厚度以及由于管状形状导致的高弯曲和屈曲刚度，管可以具有低重量。在实施例中，内部通道可以不具有实质的热功能。相对于翅片散热器，本发明的销状翅片具有相当大的截面尺寸。因此，在此特别地，管在截面上是非轴对称的，并且与预期气流方向对齐。具体地，与气流方向对齐的椭圆形结合了大量的面积，同时允许高气流通过散热器。
因此，在本发明的第一方面中，提供一种照明设备，照明设备包括光源和散热器，其中，散热器被配置为在(光源处于)操作时，消散来自光源的热能，其中，散热器包括多个销状翅片(本文也进一步表示为“翅片”)和支撑件，其中，每个翅片具有：相对于支撑件的翅片高度(h)；与支撑件相关联的底部部分以及顶部部分；具有第一宽度(d1)和第二宽度(d2)的截面，特别地，第一宽度(d1)和第二宽度(d2)具有选自1.2-15(特别是2-10)范围的比率d1/d2；以及第一宽度轴线，其中，销状翅片的第一宽度轴线特别地平行地布置，并且其中，特别地，销状翅片在其翅片高度(h)的至少一部分上是中空的，其中，每个销状翅片(210)包括翅片壁(215)，翅片壁(215)在销状翅片(210)内限定出具有腔高度(h2)的腔(216)，其中，腔(216)具有腔截面(217)，腔截面(217)具有腔截面面积(218)，其中，在腔高度(h2)的至少一部分上，腔截面面积(218)在从顶部部分(214)至底部部分(213)的方向上减小。.
在另一方面中，本发明还提供这种散热器本身，即，特别是用于照明设备(例如本文进一步描述的)的散热器，散热器包括多个销状翅片和支撑件，其中，每个翅片具有：相对于支撑件的翅片高度(h)；与支撑件相关联的底部部分(即，指向支撑件的部分)以及顶部部分(即，最远离支撑件的部分)；具有第一宽度(d1)和第二宽度(d2)的截面，特别地，第一宽度(d1)和第二宽度(d2)具有选自1.2-15(尤其是1.2-10)范围的比率d1/d2；以及第一宽度轴线，其中，销状翅片的第一宽度轴线特别地平行地布置，并且其中，特别地，销状翅片在其翅片高度(h)的至少一部分上是中空的，其中，每个销状翅片(210)包括翅片壁(215)，翅片壁(215)在销状翅片(210)内限定出具有腔高度(h2)的腔(216)，其中，腔(216)具有腔截面(217)，腔截面(217)具有腔截面面积(218)，其中，在腔高度(h2)的至少一部分上，腔截面面积(218)在从顶部部分(214)至底部部分(213)的方向上减小。更一般地，本发明还提供一种设备，设备包括：诸如光源的热生成功能元件(本文还表示为“功能元件”)；以及这种散热器，其中，散热器特别地被配置为在(热生成功能元件处于)操作中时消散来自热生成功能元件的热能。下文将具体参考具有照明功能的设备进一步阐述本发明。
此外，在实施例中，这样的腔可以不必在腔的整个长度上具有相同的宽度(即，销状翅片的壁(一个或多个)的厚度可以在高度上变化)。就此，越接近顶部部分，腔越大，并且越接近底部部分，腔越小。这可以增加销状翅片的强度，这对于较长翅片尤其相关。.
这样的散热器似乎可以具有与常规散热器相同的散热性质，但重量却更低。换言之，在相同重量下，获得更好的热能消散性质。该重量减小(因此)还可以用于减小散热器的尺寸，同时仍维持合适的散热器功能。此外，这种散热器还可以用于提高设备的效率，因为效率通常随温度增加而减小。在本散热器的情况下，可以更好地冷却设备(例如，光源)中的功能元件，导致设备(例如，光源)的更有效的操作。在此，术语“效率”可以特别地涉及系统功效(以lm/W为单位)或者系统效率(以光学功率/总功率表示)。对于非照明设备，可以使用其他效率指示。
如上文所指出的，热生成功能元件可以是用于其功能并且因此生成热能的任何元件，例如，特别地，在提供光时生成热量的光源、以及用于例如移动网络的电信设备、(特别是)使用多个功率晶体管的电子设备、汽车应用等。光源可以是任何光源，包括：卤素灯、高压灯、金属卤化物灯、钠灯、LED灯等。在特定实施例中，光源包括固态LED光源(例如，LED或者激光二极管)。术语“光源”还可以涉及多个光源，例如，2-20个(固态)LED光源。然而，光源也可以包括更多个LED光源。因此，术语“LED”也可以指多个LED。
本文所描述的照明设备可以特别地包括泛光灯。泛光灯特别地是宽光束、高密度的人造灯。泛光灯通常用于在低照明条件下举行室外体育活动时照亮室外运动场，或者用作现场表演(例如，音乐会和戏剧)时的舞台照明仪器。泛光灯通常提供至少70流明/瓦特(例如，至少100流明/瓦特)的发光功效。泛光灯可以完全基于LED。
散热器在本领域中是已知的。散热器可以被定义为无源热交换器，其通过将热量消散到周围介质中来冷却设备。散热器特别地被设计为将其与周围的冷却介质(例如，空气)接触的表面积最大化。散热器和功能元件可以彼此物理地接触。然而，备选地或者附加地，在其之间可以存在导热介质，例如，热粘合剂或者热油脂。进一步地，备选地或者附加地，可以在功能元件与散热器之间配置热管。这样的热管可以用于将来自功能元件的热量传递至散热器，并且散热器可以用于将热能消散至环境。因此，散热器被配置为(在操作时)消散来自功能元件(特别是光源)的热能。
散热器包括支撑件和多个销状翅片。翅片与支撑件相关联。例如，翅片可以焊接至支撑件、可以用螺钉拧至支撑件、可以由支撑件接合等。可选地，支撑件和翅片是单个单元(例如，通过使用模具可获得)。用于产生散热器的方法在本领域中是已知的。例如，可以通过挤压成型、压铸、深拉、或者金属冲压等来提供翅片。因此，术语“相关联”可以指翅片与支撑件之间在技术上可能的任何连接。
如上文指出的，销状翅片具有顶部部分和底部部分。被表示为底部部分的部分尤其与支撑件相关联。翅片可以在两侧处开口，或者在一侧处闭合，或者在两侧处闭合(进一步见下文)。翅片具有翅片高度，翅片高度通常基本上大于翅片宽度(同样进一步见下文)。翅片可以具有至少0.5cm(例如，至少1cm或者至少2cm)的高度，但也可以是具有至少10cm(甚至是至少20cm，或者更甚至是至少50cm)的高度的翅片。可以是甚至等于或者大于100cm(高度)的翅片。因此，销状翅片可以具有在0.5-150cm(尤其是0.5-100cm)范围中的高度。散热器的翅片通常具有相等的高度，但也可以是不同高度的分布。销状翅片可以具有在0.1-20mm的范围中(尤其是在0.1-10mm的范围中)的(翅片)壁厚度。厚度可以取决于翅片的高度，即，较高的翅片通常将具有较厚的壁。壁厚度通常基本上小于翅片的高度或者宽度。支撑件可以特别地具有在0.5-50mm范围中(例如，在2-10mm的范围中)的厚度。
如上文所指出的，销是中空的，即，至少在翅片高度的一部分上，翅片是中空的。通常，在基本整个高度上，翅片是中空的。例如，在翅片的高度的至少50％(甚至尤其超过至少90％，例如，100％)上，翅片是中空的。例如，可以利用金属冲压或者其他冲压技术来获得这样的翅片。因此，利用这样的中空的翅片创建的腔不必在整个高度上延伸(即，翅片仅仅在高度的一部分上是中空的)。因此，翅片特别地具有管状形状，管状形状具有截面，截面具有大于1的纵横比。因此，翅片可以具有中空管状结构，其中，一个端部或者两个端部闭合。
更进一步地，这样的腔可以是空的，但也可以填充有材料，尤其是导热材料并且尤其是轻重量材料。因此，在一个实施例中，在其翅片高度(h)的至少一部分上，销状翅片填充有导热材料。然而，腔也可以可选地被配置为热管。因此，腔的中空部分可以至少部分地或者全部填充有(仅仅)除了空气或者翅片壁材料之外的材料。备选地，翅片可以是巨大的，但特别地在长度的至少一部分上，翅片是中空的。在一个实施例中，填料材料可以例如包括聚苯乙烯或者另一种聚合物材料。
由于支撑件和销状翅片的构造，翅片通常在底部部分处(通过翅片，因为翅片与支撑件相关联)有效地闭合。因此，在本文中，翅片尤其不被配置为具有通道(空气可以流动通过)的功能。因此，顶部端部(也)不必开口。因此，在一些实施例中，顶部部分端部是开口的，并且翅片可以从所述开口顶部部分开始、在翅片高度的50％、80％、或者甚至90％上是中空的。在其他实施例中，销状翅片的顶部部分是闭合的。这可以特别适用于室外应用。当使用金属冲压时，可以轻易地获得这样的闭合，因为这样获得的翅片可以在一个部分处是闭合的。通过将开口部分布置至支撑件，顶部部分显然被闭合(并且，如上文所指出的，底部部分特别地被支撑件闭合)。然而，也可以使用其他选项来闭合翅片(同样见下文)。因此，支撑件和翅片的组装可以特别地导致具有截面的管状翅片(截面具有大于1的纵横比)以及在翅片内的腔，翅片在一侧(底部部分)处闭合并且可选地在另一侧(顶部部分)处也闭合。
支撑件可以是平坦的，但也可以可选地是弯曲的和/或具有切面。通常，支撑件具有板状结构，其中，翅片被布置在支撑件的(可选地，弯曲的和/或切面的)一侧处，并且支撑件的另一侧指向功能元件(例如，光源)。特别地，光源和散热器彼此物理接触。例如，散热器可以与包括LED(特别是多个LED)的PCB(印刷电路板)或者PCB基板接触。
术语“散热器”也可以指多个散热器。因此，设备(特别是照明设备)可以包括如本文所描述的多个散热器。
销状翅片可以特别地包括从由以下材料组成的组中选择的材料：铝、镁、铜、金、以及银(特别是铝和/或铜)。翅片可以包括铝和/或其合金。合适的材料可以例如是铝合金1051、6061、6063中的一个或多个、铜、铜钨合金、金刚石、镁、镁合金、金、银、以及前述一个或多个的组合。特别地，材料包括一个或多个金属或者金属合金。然而，也可以应用其他高导热材料(例如，金属或者合金)。因此，销状翅片可以特别地包括从由以下合金组成的组中选择的材料：包括前述(金属)材料中的一个或多个的合金。翅片和支撑件可以包括相同的材料。支撑件还可以包括另一材料。特别地，支撑件材料包括前述高导热材料中的一个或多个，或者另一高导热材料。例如，支撑件和翅片可以由铝(合金)组成。
散热器包括多个销状翅片。特别地，散热器包括＞＞16个翅片，例如，至少100个翅片，比如，至少400个翅片。例如，散热器可以包括：每dm2(1dm2＝100cm2)支撑件至少10个销状翅片，例如，每dm2支撑件至少20个销状翅片，比如，在每dm2支撑件10-400个销状翅片的范围中。
特别地，翅片因此不是圆形的(在截面上)，但是在(平行于)支撑件的单个方向上具有延长或者变形。例如，翅片可以具有椭圆形截面(平行于散热器的平面中的截面上)。也可以是其他形状。在实施例中，销状翅片具有从由以下形状组成的组中选择的截面形状：椭圆形、矩形、以及菱形。因此，翅片可以具有截面，截面具有第一宽度(d1)和第二宽度(d2)，第一宽度(d1)和第二宽度(d2)具有不等于1的比率d1/d2。特别地，翅片具有截面，截面具有第一宽度(d1)和第二宽度(d2)，第一宽度(d1)和第二宽度(d2)具有选自1.2-10的范围(例如，特别地在1.4-5的范围，诸如，1.5-3)的比率d1/d2。在本文中，该比率也被表示为纵横比(参见上文)。圆(圆形截面)的纵横比为1。特别地，翅片在翅片的基本整个高度上具有纵横比大于1的这种截面。然而，并不排除比率在高度上发生变化。此外，本文还包括其中不同的翅片具有不同的纵横比的实施例。然而，基本上所有翅片均具有选自本文所指出的(纵横)比率的纵横比。在纵横比不等于1的情况下，获得的散热结果似乎比圆形翅片(纵横比为1)或者细长翅片(纵横比＞＞10(“∞”))更好。
在从圆形截面“变形”的情况下，翅片具有可以包括两个(垂直布置的)轴线(一个较长轴线和一个较短轴线)的截面。两个轴线特别地均平行于支撑件。较长轴线在本文中被表示为第一宽度轴线(以及较短轴线被表示为第二宽度轴线)。为了良好的散热，期望将翅片的第一宽度轴线平行地布置。以这样的方式，可以形成通道，空气可以在基本上没有摩擦的情况下轻易地流动通过该通道。第一宽度轴线特别地垂直于销状翅片的长度轴线，并且特别地平行于支撑件。
术语“平行”也可以表示为“基本上平行”。例如，平行特别地可以表示可以(平行于支撑件)限定主轴线，其中，第一宽度轴线在这样的主轴线的约15°的角度内，特别地在约10°的角度内，甚至更加特别地在约5°的角度内。因此，如对本领域的技术人员清楚的是，可以允许从完全平行的轻微偏离。注意，还可以存在分段，其中，每个分段具有多个销状翅片，其中，在(每个)这样的分段内，第一宽度轴线是平行的，但是，其中，不同分段的相互的第一宽度轴线不一定是平行的。
特别地，散热器配置为：在照明设备或者其他功能设备的操作期间，允许气流在销状翅片之间以平行于第一宽度轴线的方向流动。本领域的技术人员将了解如何将散热器布置为在(照明)设备的正常(预期)使用期间提供最佳的热能消散性质。可选地，设备可以进一步包括风扇或者其他设备，以生成(在销状翅片之间以平行于第一宽度轴线的方向的)这样的流动。此外，散热器可以被布置具有环境中的翅片，并且支撑件与功能元件物理接触。同样通过该方式，散热器被配置为：在照明设备或者其他功能设备的操作期间，允许气流在销状翅片之间以平行于第一宽度轴线的方向流动。当散热器被布置在单元内时，该单元可以例如包括开口，开口以如下方式被布置：在照明设备或者其他功能元件的操作期间，气流在销状翅片之间以平行于第一宽度轴线的方向流动。
翅片通常将被布置在规则阵列中，但可选地，翅片可以不规则地布置。在其中翅片被布置在规则阵列中的特定实施例中，多个销状翅片被布置在具有一个或多个节距(p)的阵列中，一个或多个节距(p)选自1.1*d1-15*d1(特别地1.2*d1-6*d1，更特别地1.5*d1-3*d1)的范围。这样的尺寸一方面可以提供良好的翅片密度，并且另一方面可以提供良好的散热器表面。可以是不同类型的规则阵列，例如，立方(平方)布置或者六边形布置(其中，最接近的邻近者之间的所有节距可以是相同的)。因此，在一个实施例中，销状翅片以六边形阵列被布置。也可以应用不同阵列类型的组合。
在一个特定实施例中，并且特别地针对向散热器(尤其是针对具有相对长的翅片(例如，超过20cm，特别地超过50cm)的散热器)增加强度，期望在翅片的顶部部分处(或者接近该顶部部分处)提供加强结构。因此，在一个实施例中，散热器包括与多个销状翅片的顶部部分相关联的支撑结构。在一个实施例中，支撑结构可以基本上与翅片的底部部分处的支撑件相同。然而，支撑结构也可以包括线结构，例如，(金属)纱网(例如，铝金属纱网)。支撑结构还可以包括可选地具有高热导率的单块主体。支撑结构可以利用使用本领域中已知的方法与翅片相关联，方法包括：钎焊、焊接、或者(简单地)物理接合(例如，通过夹紧或者夹挤(将支撑结构接合至翅片(顶部部分)))。
如上文所指出的，在又一方面中，本发明还提供了组装包括热生成功能元件和散热器的设备的方法，该方法包括：提供所述热生成功能元件以及所述散热器；以及在功能上将热生成功能元件和散热器配置为在热生成功能元件操作时，经由散热器来消散来自热生成功能元件的热能。散热器和功能元件的组装可以通过本领域中已知的方法(例如，钎焊、焊接、胶合、用螺钉旋拧(接合)、布置在相同衬底上等)来完成。特别地，设备可以包括照明设备，并且功能元件可以包括光源。在热生成功能元件的使用期间，散热器将消散其热能(即，来自热生成功能元件的热能)。因此，在一个实施例中，术语“在功能上被配置为”可以指：将其配置在彼此物理接触的元件中，特别地支撑件(在支撑件的非翅片侧处)与功能元件物理接触；或者将其配置为彼此热接触。术语“热”接触可以特别地表示可以将热量从一个传递至另一个。这可以包括在功能元件与散热器(支撑件)之间的热传递元件或材料。
照明设备(以及散热器)可以是以下各项的一部分或者可以应用在以下各项中：例如，办公照明系统、家庭应用系统、商店照明系统、家居照明系统、重点照明系统、聚光照明系统、剧院照明系统、光纤应用系统、投影系统、自发光显示系统、像素化显示系统、分段显示系统、警示标记系统、医用照明应用系统、指示牌系统、装饰照明系统、便携系统、汽车应用、温室照明系统、园艺照明、或者LCD背光照明。
此外，本发明可以应用在LED照明方案中，例如，室内或者室外泛光灯，或者具有LED面板的道路照明。
如上文所指出的，照明单元可以用作LCD显示设备中的背光照明单元。因此，本发明还提供了包括如本文所定义的照明单元(以及散热器)的、被配置为背光照明单元的LCD显示设备。在又一方面中，本发明还提供了包括背光照明单元的液晶显示设备，其中，背光照明单元包括如本文所定义的一个或多个照明设备。
本领域的技术人员将理解本文中的术语“基本上”，例如，“基本上所有光”或者“基本上由……组成”。术语“基本上”还可以包括具有“全部”、“完全”、“所有”等的实施例。因此，在实施例中，也可以去除形容词“基本上”。在适用的情况下，术语“基本上”还可以涉及90％或者更高，例如，95％或者更高，特别地99％或者更高，甚至更特别地99.5％或者更高，包括100％。术语“包括/包含”也包括如下实施例：其中术语“包括/包含”意味着“由……组成”。术语“和/或”特别地涉及在“和/或”前面和后面提到的一个或多个项目。例如，短语“项目1和/或项目2”以及类似的短语可以涉及项目1和项目2中的一个或多个。在一个实施例中，术语“包括”可以指“由......组成”，但在另一实施例中，也可以指“至少包含所定义的种类并且可选地包含一个或多个其他种类”。
此外，在说明书和在权利要求书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等是用于区分类似元件并且不一定用于描述相继顺序或者时间顺序。应当理解，这样使用的术语在恰当情况下是可互换的，并且本文所描述的本发明的实施例能够按照除了本文所描述或者图示的顺序之外的顺序进行操作。
本文的设备与其他设备一起在操作期间进行描述。如将对于本领域的技术人员清楚的是，本发明不限于操作方法或者操作中的设备。
应当注意，上述实施例图示但不限制本发明，并且本领域的技术人员能够在不脱离所附权利要求的范围的情况下设计出许多备选实施例。在权利要求中，放置在括号中的任何附图标记都不应被理解为限制权利要求。动词“包括”及其词形变化的使用不排除权利要求中所陈述的元件或者步骤之外的元件或者步骤的存在。在元素前面的冠词“一”或者“一个”并不排除多个这种元素的存在。本发明可以借助包括多个不同元件的硬件、以及借助合适地编程的计算机来实现。在列举了多个部件的设备权利要求中，多个这样的部件可以由同一个硬件项来体现。在互不相同的从属权利要求中记载特定措施的事实并不表示不可以有利地使用这些措施的组合。
本发明进一步应用于包括在说明书中描述的和/或在附图中示出的特征中的一个或多个的设备。本发明还涉及包括说明书中描述和/或附图中示出的特征中的一个或多个的方法或过程。
本专利中所讨论的各个方面可以进行组合，以提供附加优点。此外，一些特征可以形成一个或多个分案申请的基础。
附图说明
现在将参考示意性附图仅仅通过示例的方式描述本发明的实施例，在附图中，对应的附图标记表示对应的部分，并且其中：
图1a至图1f示意性地描绘了散热器的一些方面和实施例；
图2a至图2b示意性地描绘了功能元件(例如，光源)与散热器的组合的一些实施例；以及
图3a至图3d示意性地描绘了在一个示例中使用的一些布置。
附图不一定按照比例绘制。
具体实施方式
图1a示意性地描绘了散热器200，散热器200包括多个销状翅片210以及支撑件220。翅片和支撑件均可以例如是铝。特别地，支撑件200可以是板状元件。特别地，支撑件可以具有在0.5-50mm范围中(例如，在2-10mm的范围中)的厚度(或者高度)。翅片210被布置在支撑件220的一侧处。支撑件220的另一侧可以与功能元件热接触(见下文)。
每个翅片210具有相对于支撑件220的高度h(例如，在1-100cm的范围中)。此外，每个翅片具有与支撑件220相关联的底部部分213以及顶部部分214。如对于截面中示出的翅片可见的，销状翅片210在其翅片高度h的100％上是中空的。因此，散热器的总高度是支撑件220的厚度或高度以及翅片210的高度h。
在此，示出了规则阵列或者图案1210。翅片210因此具有节距p。在示意性描绘的实施例中，布置1210是六边形的。因此，最近的邻近者可以依赖于方向而在距离或者节距上不同。在非六边形布置中，在最近的邻近者之间可以存在两个不同的节距(同样见图1b)。不同的节距由附图标记p1和p2表示。附图标记201表示连接器，以将翅片210与支撑件220相关联(同样见下文)。通过示例的方式，支撑件220被绘制为平坦的；然而，支撑件220也可以是弯曲的和/或包括切面(具有相互的角度)。附图标记215表示翅片壁，翅片壁通常相当薄(与翅片高度h相比)。
图1b示意性地更详细地描绘了布置(这里是非六边形布置)。可以识别出多个节距p；特别地表示出了最近的邻近者之间的节距p1和p2。此外，与第一节距p1近似正交的节距由附图标记p3表示。在基本上六边形的阵列中，p1＝p2＝p3；在非六边形阵列中，p1和p2可以不相等。注意，利用这样的布置，空气可以相对轻易地流动通过由翅片210形成的通道。翅片210具有截面211，截面211具有第一宽度d1和第二宽度d2，第一宽度d1和第二宽度d2特别地具有从1.2-10范围中选择的比率d1/d2。此外，翅片210具有第一宽度轴线212。销状翅片210的第一宽度轴线212被平行地布置(并且平行于支撑件(未在图1b中描绘))。注意，在图1a中，这些宽度轴线212也相互平行(并且也平行于支撑件220(的平面))。在一个特定实施例中，d1在8-10mm的范围中，d2在3-6mm的范围中，并且节距p1和p2(以及p3)在10-20mm的范围中。
图1c示意性地描绘了(中空的)翅片210的一些可能的形状。翅片210具有壁215，壁215包括导热材料30(“翅片壁材料”)，例如，铝或者铜(包括铝或者铜的合金)等。由于翅片210(在其高度的至少一部分上)是中空的，所以形成了腔216。其截面由附图标记217表示，并且其截面面积由附图标记218表示。
如在图1d中所示，腔的截面面积218可以在翅片210的高度h上变化。在该示意性实施例中，腔或者凹陷从顶部部分214开始在高度h的约65％上延伸。销状翅片210可以被布置在连接器201中。该连接器201可以是在支撑件220上或者支撑件220中的突出结构、延伸结构、或者凹入结构或者陷入结构(同样见下文)。翅片210可以被夹固在其中。连接器201还可以包括钎焊或者焊接连接、或者在支撑件220与销状翅片210的底部部分213之间的其他类型的连接。
图1e示意性地描绘了通过使用连接器201来使翅片210可以与支撑件220相关联的方式的非限制性数量的选项。然而，还可以是使翅片与支撑件220相关联的其他方式。散热器可以被提供作为单个主体，或者可以将翅片钎焊或者焊接至支撑件等。例如，左侧翅片210在顶部部分214处开口并且从此处开始在100％上是中空的，而其他翅片的顶部部分是闭合的。例如，中间的销状翅片210(在翅片高度h的至少一部分上)填充有导热材料35。从底部部分开始，右侧翅片在其高度h的约90％上是中空的。
为了防止污染管，其(部分地)填充有低密度材料(比如，泡沫状聚苯乙烯)或者导热材料，但备选地或附加地，特别地，顶部可以是闭合的。实现闭合顶部的优选方式是，通过锻造具有闭合底部的管并且将其倒置地放置在基板上。管可以在压铸基板上压入配合，压铸基板在其上具有将管压入配合到其上的特征，以获得良好的热互连和机械互连。此外，可以通过使管与一种网、或者线、带或者垫环(本文所指出的支撑结构的实施例，同样见图1f)互连来获得散热器的鲁棒性。
图1f示意性地描绘了散热器200的一个实施例，散热器200进一步包括(除了支撑件220之外)支撑结构240。该支撑结构240被布置在顶部部分214处。可选地，翅片210的一部分可以延伸超过支撑结构240。然而，顶部部分214也可以嵌入在支撑结构中。可选地，支撑结构240和支撑件220基本上相同。因此，它们也可以包括相同类型的材料或者相同的材料。
图2a示意性地描绘了设备1000的一个实施例，设备1000包括热生成功能元件1010和散热器200。在此，作为示例，设备1000包括照明设备100，并且热生成功能元件1010包括光源10。附图标记11表示光源的光。
图2b示意性地描绘了作为设备1000(尤其是照明设备100)的示例的泛光灯。如上文所述，散热器200的重量可能相当大。然而，利用本发明，可以使该重量与现有技术散热器相比极大地被减小。如在图2a和图2b中以及其他附图中示出的，这些实施例中的散热器仅包括支撑件的一侧处的翅片。此外，在图2a至图2b中，(散热器200的)支撑件被配置为(在非翅片侧)与功能元件1000物理接触。
图3a至图3d(未按比例绘制！)示意性地指示了用于计算散热器的热性质的四种情况。图3a示出了具有椭圆形销翅片的情况，30×11个销，闭合的顶部，翅片高度为100mm，基部厚度为5mm，翅片壁厚度为0.5mm，具有节距为17mm的基本上六边形的布置；d3＝12.5mm并且d4＝20.45mm。图3b示出了具有椭圆形销翅片的情况，34×12个销，在顶部处开口，翅片高度为110mm，基部高度为4mm，翅片壁厚为0.8mm，具有节距为15mm的基本上六边形的布置；d3＝10.5mm并且d4＝17mm。图3c示出了具有圆形销翅片的情况，34×12个销，在顶部处闭合，翅片高度为100mm，基部高度为5mm，翅片壁厚为0.5mm，具有节距为15mm的基本上六边形的布置；d3＝8mm并且d4＝19mm。图3d示出了具有圆形销翅片的情况，30×11个销，顶部开口，翅片高度为110mm，基部高度为4mm，翅片壁厚为0.5mm，具有节距为17mm的基本上六边形的布置；d3＝10.5mm并且d4＝22.45mm。在此表示的节距p是从左下开始至右上的一排三个销210的节距。节距p4表示另一节距，其在六边形布置中可以等于节距p。暴露于流动的总表面积为1：2.6x10-2m2(3a)，3.1x10-2m2(3b)，2.9x10-2m2(3c)以及2.7x10-2m2(3d)。
将以下条件选择作为边界条件：
-环境温度：25℃(298K)；
-铝热导率：237W/mK(默认值)；
-包括辐射(散热器发射率＝0.9)；
-包括重力效应；
-在0Pa的相对压力下用于空气的开口；
-附接至翅片基部的底部表面的热通量(针对所有情况是恒定的)；
-总热通量＝500W/85800mm2＝5827.5W/m2。
使用了剪切应力输送(SST)湍流模型。
(参考图3a至图3d)的结果在下表中显示：
然后，评估整个散热器的热阻，见下表：
3a 3b 3c 3d
翅片的数量 330 408 408 330
一个翅片的面积(m2) 2.21E-03 2.41E-03 2.24E-03 2.21E-03
总翅片面积(m2) 7.29E-01 9.83E-01 9.12E-01 7.28E-01
基部面积(m2) 0.0858 0.0858 0.0858 0.0858
翅片效率 0.75 0.82 0.75 0.75
翅片的平均热传递系数(HTC)(W/m2K) 12.8 10.7 8.7 10.9
基部的平均热传递系数(HTC)(W/m2K) 3.8 2.7 2.5 3
热阻(K/W) 0.14 0.11 0.16 0.16
结果清楚地显示，在最大温度和热阻方面，椭圆形销翅片提供更好的结果。此外，椭圆形翅片的流阻与圆形翅片相比更低。系统中可以进一步被优化的平均热传递非常高。可以通过进一步优化设计来实现较高值。
此外，已经对上文给出的泛光灯示例所需尺寸的散热器的直翅片进行了热计算。在关于材料特性和热传递系数的一些假设的情况下，总翅片重量为约11kg并且从翅片到环境的热阻为0.04K/W。对管状翅片散热器进行了类似的计算，其中，将管之间的节距设定为15mm的初步值，并且管的截面是椭圆形的，具有9mm的最大直径和4.5mm的最小直径。管被放置在六边形阵列中。通常，在0.52m×0.495m的基部上，需要1320个管。预期从翅片到环境的热阻(Rth)与直翅片散热器相当，为约0.04K/W，但翅片重量却低很多，约为3.6kg，这甚至远低于直翅片散热器在1mm的翅片厚度下预期的重量6kg。
利用本发明，克服了的现有技术的一些缺陷，包括：
-翅片散热器的高重量；
-一般薄壁元件的较低弯曲和屈曲刚度；
-放置在气流场中的圆形或者混合管状结构的高液压阻力。
因此，本发明可以包括散热器基部(“支撑件”)，散热器基部具有标尺、支撑件、凸块、或者孔(“连接器”)，以附接管阵列。基板在一个方向上可以是平坦的或者弯曲的、或者在两个方向上是弯曲的。管具有低壁厚度，其通过例如以下方式连接至基板：压入配合、用螺钉旋拧、钎焊、焊接、或者保证良好热连接的其他连接技术。此外，管是中空的，并且具有非轴对称截面。椭圆形是第一优选项，但可以是与预期气流方向对齐的其他中空矩形、六边形、或者其他多角度轮廓。具有非轴对称截面的任何纵向结构提供高弯曲刚度和强度，同时还提供可以具有附加孔或者狭缝的冷却面积，并且与预期气流方向对齐。例如，可以将具有(平坦)底部的锻造(椭圆形)管倒置地放置在散热器基部上。可选地，填充中空管状结构的低密度材料防止污染并且为管提供附加刚度。可选地，结构将管机械地互连以增强鲁棒性，该结构可以与上文提到的盖组合。

Claims (12)

1.一种照明设备(100)，包括光源(10)和散热器(200)，其中，所述散热器(200)被配置为在操作时消散来自所述光源(10)的热能，并且其中，所述散热器包括多个销状翅片(210)和支撑件(220)，其中，每个翅片(210)具有：相对于所述支撑件(220)的翅片高度(h)；与所述支撑件(220)相关联的底部部分(213)以及顶部部分(214)；具有第一宽度(d1)和第二宽度(d2)的截面(211)，所述第一宽度(d1)和所述第二宽度(d2)具有从1.2-10的范围中选择的比率d1/d2；以及第一宽度轴线(212)，其中，所述销状翅片(210)的所述第一宽度轴线(212)被平行布置，并且其中，所述销状翅片(210)在其翅片高度(h)的至少一部分上是中空的，其中，每个销状翅片(210)包括翅片壁(215)，其中所述翅片壁(215)在所述销状翅片(210)内限定具有腔高度(h2)的腔(216)，其中，所述腔(216)具有腔截面(217)，所述腔截面(217)具有腔截面面积(218)，其中，在所述腔高度(h2)的至少一部分上，所述腔截面面积(218)在从所述顶部部分(214)到所述底部部分(213)的方向上减小。
2.根据权利要求1所述的照明设备(100)，其中，所述多个销状翅片(210)被布置在阵列(1210)中，所述阵列(1210)具有从1.2*d1-6*d1的范围中选择的一个或多个节距(p)。
3.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(100)，其中，所述销状翅片(210)的所述顶部部分(214)被闭合。
4.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(100)，其中，销状翅片(210)具有在0.5-100cm范围中的高度(h)。
5.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(100)，其中，所述散热器(200)包括支撑结构(240)，所述支撑结构(240)与所述多个销状翅片(210)的所述顶部部分(214)相关联。
6.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(100)，其中，所述销状翅片(210)在其翅片高度(h)的至少一部分上填充有导热材料(35)。
7.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(100)，其中，所述销状翅片(210)以六边形阵列(1210)被布置。
8.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(100)，其中，所述照明设备(100)包括泛光灯。
9.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(100)，其中，所述散热器(200)被配置为：在所述照明设备(200)的操作期间，允许气流在所述销状翅片(210)之间以平行于所述第一宽度轴线(212)的方向流动。
10.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(100)，其中，所述销状翅片(210)包括从由以下各项组成的组中选择的材料(30)：铝、镁、铜、金、银、以及包括一个或多个前述材料的合金。
11.根据前述权利要求中任一项所述的照明设备(100)，其中，所述销状翅片(210)具有从由以下各项组成的组中选择的截面形状：椭圆形、矩形、以及菱形。
12.一种散热器(200)，包括多个销状翅片(210)和支撑件(220)，
其中，每个翅片(210)具有：相对于所述支撑件(220)的翅片高度(h)；与所述支撑件(220)相关联的底部部分(213)以及顶部部分(214)；具有第一宽度(d1)和第二宽度(d2)的截面(211)，所述第一宽度(d1)和所述第二宽度(d2)具有从1.2-10的范围中选择的比率d1/d2；以及第一宽度轴线(212)，其中，所述销状翅片(210)的所述第一宽度轴线(212)被平行布置，并且其中所述销状翅片(210)在其翅片高度(h)的至少一部分上是中空的，其中，每个销状翅片(210)包括翅片壁(215)，所述翅片壁(215)在所述销状翅片(210)内限定具有腔高度(h2)的腔(216)，其中，所述腔(216)具有腔截面(217)，所述腔截面(217)具有腔截面面积(218)，其中，在所述腔高度(h2)的至少一部分上，所述腔截面面积(218)在从所述顶部部分(214)到所述底部部分(213)的方向上减小。
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