CN107193175B - 具有内部对流的可旋转散热器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种可旋转散热器装置，其包括构造成封闭冷却流体的散热器，并且散热器能够围绕旋转轴线旋转。散热器又包括被配置为从在散热器外部的源接收热能的第一部分，以及被配置为将热能的至少一部分消散到设备外部的环境的第二部分。该装置还包括设置在散热器的第一部分的外表面上的光波长转换材料，以及设置在散热器内部的搅拌器。搅拌器旋转地独立于散热器并且被配置为促进冷却流体在第一部分和第二部分之间的循环。

Description

具有内部对流的可旋转散热器
[技术领域]
本发明涉及散热器，并且具体地讲，涉及用于光波长转换材料的可旋转散热器。
[背景技术]
在许多图像投影系统中，光学波长转换材料用作光源。波长转换材料被诸如激光的激发光激发，并且作为响应，转换材料发射与激发光的波长不同的波长的光。许多波长转换材料(例如磷光体和量子点(QD))受热限制。通常通过旋转转换材料来减少激发光斑处的高能量密度，以移动激发光斑，从而将激发热分布在整个较大体积的转换材料中。转换材料也可以放置在旋转固体盘上，其可以用作散热器并且可以吸收和消散来自转换材料的一些激发热。
为了进一步提高从转换材料的热移除和耗散的速率，已经提出了各种解决方案。一种方法是使用以较高速度旋转的较大直径的实心盘作为散热器。然而，这种更大和更重的旋转盘可能难以机械地管理并且难以在投影系统中封装。即使多个平行翅片添加到实心旋转盘，空气流动和热导率约束可能限制翅片的有用性：如果翅片间隔得太近，它们之间的空气可能滞留，从而阻碍从翅片的散热。如果翅片彼此间隔得太远，则在靠近转换材料的翅片的基部与连续的另外的翅片的基部之间可能存在大的温度降。翅片距离转换材料越远，并且其基部温度越低，它们可以散发热量的速率越低。因此，使用多个平行翅片可以以增加的散热速率的形式仅提供递减的返回。
另一类方法使用液体冷却来增加散热速率。例如，转换材料和/或散热器可以部分或完全浸没并在冷却液的浴中旋转。这种方法可以呈现对液体容纳，冷却液体与转换材料的相容性以及由系统，特别是由冷却液体引起的光学像差的挑战。这些液体冷却方法中的许多方法还需要旋转机械流体密封件，其具有有限的寿命并且可能需要频繁的检查，维护和更换。
[发明内容]
本说明书涉及一种可旋转散热装置，其使用由冷却流体提供的热传导和内部对流，以从光波长转换材料吸收热量并将该热量的至少一部分耗散到散热装置外部的周围环境。散热装置包括散热器，散热器被构造成围绕冷却流体并且能够围绕旋转轴线旋转。散热器包括第一部分，其包括相对于旋转轴线径向设置的第一端壁，并且被配置为从转换材料吸收热能。散热器还包括被配置为将至少一部分热能耗散到散热器外部的环境的第二部分。第二部分包括：径向设置在旋转轴线上的第二端壁，以及与第一端壁和第二端壁配合以限定散热器的侧壁。
该装置还包括设置在散热器内部的搅拌器，该搅拌器旋转地独立于散热器。搅拌器搅拌散热器内的冷却流体并促进冷却流体在第一部分和第二部分之间循环。该循环促进增强从散热器的第一部分到第二部分的热传递的内部对流，其中热可以散发到周围环境。
内部冷却流体对流增加了装置可以从转换材料吸收、输送和消散热量的速率。因此，该装置可以被设计成具有较小的直径并且以较低的旋转速度工作，这可以使得该装置更容易机械操作并且与投影系统一起包装。此外，该装置可以利用旋转应用中的流体冷却，而不需要旋转机械密封件，并且不需要冷却流体接触并且潜在地干扰转换材料。
在本说明书中，元件可以被描述为“被配置为”执行一个或多个功能或被配置用于这样的功能。通常，被配置为执行或被配置用于执行功能的元件能够执行该功能，或者适于执行该功能，或者被适配成执行该功能，或者可操作以执行该功能，或者能够以其他方式执行该功能。
应当理解，为了本说明书的目的，“X，Y和Z中的至少一个”和“X，Y和Z中的一个或多个”的语言可以被解释为仅X、仅Y、仅Z，或两个或更多个项目X、Y和Z(例如，XYZ，XY，YZ，ZZ等)的任何组合。类似的逻辑可以应用于“至少一个...”和“一个或多个...”语言的任何出现中的两个或多个项目。
本说明书的一个方面提供一种装置，该装置包括：散热器，被构造成封闭冷却流体，所述散热器可围绕旋转轴线旋转，所述散热器包括：第一部分，被配置为从所述散热器外部的源接收热能；以及被配置为将至少一部分热能耗散到所述装置外部的环境的第二部分。该装置还包括设置在第一部分的外表面上的光波长转换材料；以及设置在所述散热器内部的搅拌器，所述搅拌器旋转地独立于所述散热器，所述搅拌器被构造成促进所述冷却流体在所述第一部分和所述第二部分之间循环。
第一部分可包括相对于旋转轴线径向设置的第一端壁；并且所述第二部分可以包括：径向设置在所述旋转轴线上的第二端壁；以及侧壁，与所述第一端壁和所述第二端壁配合以限定所述散热器。
侧壁可以相对于旋转轴线成角度地设置，该角度大于0°且小于90°。
第二部分还可包括从侧壁和第二端壁中的一个或多个的外表面延伸的一个或多个翅片。
第一部分和第二部分中的一个或多个的内表面可以包括被配置为促进冷却流体在第一部分和第二部分之间循环的一个或多个表面特征。
一个或多个表面特征可以包括凹陷和突出部中的一个或多个。
一个或多个表面特征可以包括凹槽、挡板、翅片和叶片中的一个或多个。
侧壁的内表面可以包括螺旋形螺钉表面轮廓，其被构造成促进冷却流体在第一部分和第二部分之间的循环。
该装置还可以包括封装在散热器内的冷却流体。
冷却流体可以包括液体冷却剂，或者冷却流体可以包括液体和气体混合物。
光学波长转换材料可以包括磷光体和量子点中的一种或多种。
搅拌器可包括一个或多个表面特征，其被配置成促进冷却流体在第一部分和第二部分之间的循环。
一个或多个表面特征可以包括凹陷和突出部中的一个或多个。
搅拌器可以被配置为磁性耦合到可配置在散热器外部的搅拌器驱动器。
搅拌器可以被构造成以不同于散热器的对应旋转速度和方向的速度和方向中的一个或多个绕旋转轴线旋转。
搅拌器可以被配置为围绕旋转轴线间歇地旋转。
搅拌器可以被配置为围绕旋转轴线振荡。
搅拌器可以被配置为当散热器围绕旋转轴线旋转时保持静止。
本说明书的另一方面提供一种装置，该装置包括：散热器，被构造成封闭冷却流体，所述散热器可围绕旋转轴线旋转，所述散热器包括：第一部分，包括相对于所述旋转轴线径向设置的第一端壁，所述第一部分被配置为从所述散热器外部的源接收热能；以及被配置为将至少一部分热能耗散到所述散热器外部的环境的第二部分。第二部分包括：径向设置在旋转轴线上的第二端壁，以及与第一端壁和第二端壁配合以限定散热器的侧壁。该装置还包括设置在散热器内部的搅拌器，搅拌器旋转地独立于散热器。搅拌器被构造成促进冷却流体在第一部分和第二部分之间循环。
[附图说明]
现在将参考附图仅以示例的方式描述本说明书的一些实施方式，其中：
图1示出了根据非限制性实施方式的可旋转散热装置的透视图。
图2示出了沿图1中标记的线II-II截取的图1的可旋转散热装置的横截面。
图3a和3b分别示出了根据非限制性实施方式的可旋转散热装置的端壁的侧视图和俯视图。
图4a和图4b分别示出根据非限制性实施方式的可旋转散热装置的不同实施方式的部分剖视图。
图5示出了根据非限制性实施方式的可旋转散热装置的局部剖视图。
图6a和6b示出了根据非限制性实施方式的可旋转散热器装置的第二端壁的不同实施方式的两个平面图。
图7示出了根据非限制性实施方式的可旋转散热器装置的另一实施方式的剖视图。
图8示出了根据非限制性实施方式的行星齿轮系统的示意图。
图9示出了根据非限制性实施方式的可旋转散热器装置的又一实施方式的剖视图。
图10示出了根据非限制性实施方式的可旋转散热器装置的又一实施方式的剖视图。
图11示出了根据非限制性实施方式的可旋转散热器装置的又一实施方式的剖视图。
[具体实施方式]
图1示出了包括可围绕旋转轴线110旋转的散热器105的散热器装置100的透视图。散热器105包括第一端壁115和第二端壁(在图1中不可见)，两者都径向地设置在旋转轴线110上。散热器105还包括与第一端壁115和第二端壁配合以限定散热器105的侧壁120。散热器105构造成封闭冷却流体。装置100还包括从侧壁120的外表面径向延伸的翅片125a，125b，125c，125d和125e(统称为翅片125)。光波长转换材料130的环形层设置在第一端壁115的外表面上。轴135从第二端壁沿着旋转轴线110延伸。轴135可以用于将装置100联接到机械致动源，例如电动机。
当激发光激发并由此加热转换材料130时，该热能被传导地传递到第一端壁115。通过包围在散热器105内的冷却流体的传导和对流，一些热能从第一端壁115传递到侧壁120，翅片125和第二端壁，其然后将热能耗散到设备外部的环境，包括但不限于设备100周围的空气。
图2示出了沿着在图1上标记的线II-II的装置100的横截面。第一端壁115，侧壁120和第二端壁140配合以限定包围冷却流体的散热器105。第一端壁115包括从第一端壁115的内表面延伸的突出部145。突出部145可以引导和/或促进冷却流体的循环。
装置100还包括设置在散热器105内部的搅拌器150。搅拌器150包括一个或多个搅拌器磁体170，其与设置在散热器105外部的搅拌器驱动器180的驱动器磁体175相互作用，以将搅拌器150磁性耦合到搅拌器驱动器180。搅拌器驱动器180可以机械联接到机械致动源。因此，在搅拌器150可以以不同于散热器105的旋转速度和方向的速度和/或方向移动和/或旋转的意义上，搅拌器150旋转独立于散热器105。这种旋转独立性可以允许搅拌器150搅拌并促进冷却流体的循环，从而增强在操作中从转换材料130和侧壁120(及其翅片125)接收热量的第一端壁115与将至少一部分热量消散到设备100外部的周围环境的端壁140之间的内部对流。
此外，第一端壁115(及其突出部145)，侧壁120，端壁140和搅拌器150之间的空间可限定引导冷却流体的流动和内部对流的流动通道155。此外，散热器105的旋转与搅拌器150的独立运动相结合可进一步促进冷却流体在第一端壁115与侧壁120和端壁140之间的循环和流动。该流动的方向可以由以下中的一个或多个确定：散热器105和搅拌器150的旋转/运动的方向，散热器105和搅拌器150的形状，邻近第一端壁115的较暖的冷却流体和邻近第二端壁140的相对较冷的冷却流体(即冷却流体中的温度梯度)之间的浮力差，以及第一端壁115，侧壁120和第二端壁140的内表面上的任何表面特征。在图2中，冷却流体被示出为沿着流动方向160流动。
电动机165可以经由轴135联接到装置100，并且可以用于驱动散热器105的旋转。搅拌器驱动器180可由相同的电动机或不同的电动机或其它致动源驱动。
通常，散热器可以包括两个部分：被配置为从在散热器外部的源接收热能的第一部分，以及被配置为将该热能的至少一部分耗散到设备外部的环境的第二部分。在装置100的示例中，第一部分包括当转换材料130被激发光加热时从转换材料130接收热能的第一端壁115。第二部分包括侧壁120(及其翅片125)和端壁140，侧壁和端壁通过穿过散热器105的材料的传导以及通过冷却流体的传导和对流而接收来自第一端壁115的一部分热量，然后将该热量消散到装置100周围的空气。应当注意，第一端壁115还可以将来自转换材料130的一些热量直接散发到装置100外部的空气。
换句话说，装置100包括构造成封闭冷却流体的散热器105，并且散热器105可围绕旋转轴线110旋转。散热器105又包括被配置为从在散热器外部的源接收热能的第一部分，以及被配置为将热能的至少一部分消散到设备100外部的环境的第二部分。装置100还包括设置在第一部分的外表面上的光波长转换材料130，以及设置在散热器105内部的搅拌器150。搅拌器150旋转独立于散热器105，搅拌器150被配置为促进冷却流体在第一部分和第二部分之间循环。
虽然图1和图2示出了可旋转散热装置的给定实施方式，但是不同的变化和实施方式是可能的。例如，散热器的形状不限于图1和图2所示的散热器105的形状：散热器可以是任何形状，只要散热器围绕旋转轴线110大体对称，使得散热器可以旋转而不在轴135上施加不平衡的离轴力。这种质量对称的散热器可以形成可旋转的散热装置的一部分，其被质量平衡以围绕旋转轴线110旋转。
例如，在散热器形状不同的其他实施方式中，第一端壁和第二端壁不需要相对于旋转轴线110径向设置；它们可以弯曲，弯折或以其它方式与旋转轴线110形成锐角或钝角。侧壁也可以是弯曲的或弯折的。此外，虽然在装置100中，第一端壁115的直径被示为小于第二端壁140的直径，但是可以设想，在其它实施方式中，第一端壁可以具有与第二端壁的直径约相同或大于其直径的直径。在一些实施方式中，在第一和第二部分之间可能没有限定的线或边缘；例如，其中散热器具有没有几何边缘的弯曲形状。
装置100被示为具有从外表面侧壁120测量的具有相等高度的五个平行的环形翅片125。然而，在其他实施方式中，该装置可以包括任何合适数量的具有位于散热器的第二部分上的任何适当位置的任何合适形状和尺寸的翅片。例如，该装置可以包括少于或多于五个的翅片，这又可以具有均匀或变化的尺寸，形状和翅片间间隔。翅片的外周可具有除了圆形形状之外的形状，只要散热器105保持关于旋转轴线110的质量对称。虽然在装置100中翅片仅从侧壁120延伸，但是可以设想，在其它实施方式中，翅片可以从第一端壁115，侧壁120和第二端壁140中的一个或多个延伸。
在一些实施方式中，可以使用销，叶片和/或螺旋翅片来代替和/或除了平行环形翅片之外。此外，在一些实施方式中，翅片可以是至少部分中空的，以允许冷却流体循环进入和离开翅片。在其他实施方式中，可旋转散热装置可以不包括翅片。
在包括翅片的实施方式中，翅片的形状和尺寸可以适于吸入空气并推动其流过翅片和散热器，从而增强从翅片和散热器到该空气中的散热。例如，叶片或螺旋翅片可以吸入空气并推动其流过翅片和散热器以增强散热。
除了翅片表面积和通过翅片的空气流之外，翅片的温度可以影响从该翅片的散热速率。翅片的温度可以通过其附接到侧壁120的翅片的底部处的温度来确定。基部温度越高，翅片温度越高，并且来自翅片的散热速率越高。与单独的传导热传递相比，由散热器内的循环冷却流体实现的对流热传递可以更有效地将热从第一部分(例如，第一端壁115)传递到所有翅片125的基部。这又可以增加所有翅片125的基部温度，并且可以减小离热源(例如翅片125a)最近的翅片和离热源(例如翅片125e)最远的翅片的基部温度之间的差异。这可以增加翅片共同地耗散热量的速率。此外，这可以允许翅片彼此进一步间隔开，从而允许翅片之间的增强的空气循环，不明显地降低与位于散热器的第一部分处的热源间隔最远的翅片的基部温度。
现在转向转换材料130，其可以被布置为关于旋转轴线110大体对称的任何形状，并且提供使用转换材料的特定应用的照明要求。例如，转换材料可以布置成盘的形状。转换材料130可以包括但不限于磷光体和量子点(QD)。在一些实施方式中，转换材料130可从散热器105移除和/或可拆卸，这可允许根据需要修复或替换转换材料130。
为了提供转换材料130的必要旋转，装置100可使用任何合适的机械联接器联接到机械致动源，但不限于，轴135，齿轮，齿轮箱，链条和链轮，离合器和/或传动带中的一个或多个。外部致动源可以包括但不限于电动机和环形电动机。散热器105可以由任何合适的材料制成，包括但不限于金属和金属合金。散热器105可包括用于填充，加满和/或更换冷却流体的可重新密封的开口。散热器105还可以包括应急泄压阀，以防止在过热的情况下散热器105的过度加压。冷却流体可以包括任何合适的液体冷却剂，包括水和乙二醇混合物，和/或任何合适的液体和气体混合物。当冷却流体包括液体冷却剂时，流动通道155中的流体流可以包括单相流。当冷却流体包括液体和气体混合物时，流动通道155中的流体流可以包括两相流。
现在转到搅拌器150，图2示出了具有梯形横截面的搅拌器150。然而，预期搅拌器可以具有任何合适的形状和尺寸，只要搅拌器能够促进冷却流体在散热器105的第一部分(例如第一端壁115)和第二部分(例如侧壁120和端壁140)之间的循环。在一些实施方式中，搅拌器150可包括构造成促进冷却流体在第一部分和第二部分之间循环的表面特征。这些表面特征可以包括但不限于凹陷和/或突出部。这种表面特征的一些实例包括叶片，挡板，翅片，凹槽，螺旋形螺钉轮廓等。
虽然搅拌器150示出为在搅拌器150的一端附近具有搅拌器磁体170，预期搅拌器磁体170可以处于搅拌器150中的任何合适的位置。在一些实施方式中，搅拌器150的多个或所有部分可以是磁性的，可磁化的，或灌注有磁性或可磁化材料。此外，搅拌器驱动器180不需要邻近第二端壁140定位。可以设想，搅拌器驱动器180可以定位在任何合适的位置，包括邻近或围绕侧壁120的外周边。可以设想，在操作中，只要冷却流体继续在散热器105的第一部分和第二部分之间循环，则装置100可以容许搅拌器150和搅拌器驱动器180之间的磁性耦合中的一些滑动。
搅拌器150由搅拌器驱动器180驱动，促进冷却流体在散热器105的第一和第二部分之间循环。搅拌器150通过不以与散热器105的旋转速度和方向相同的速度和方向移动来促进循环。该差异继而在冷却流体上施加剪切负载力，该剪切负载力搅动并促进冷却流体的循环。可以设想，搅拌器150可以以任何合适的方式移动，包括但不限于，围绕旋转轴线110以不同于散热器105的旋转速度和方向的速度和/或方向旋转；围绕旋转轴线110以可变速度旋转；围绕旋转轴线110间歇地或以脉冲方式旋转；并围绕旋转轴线110振荡，振荡包括前向、静态和反相。
还可以设想，搅拌器150可以通过搅拌器驱动器180保持静止，并且作为散热器105保持静止，并且内部的冷却流体围绕旋转轴线110旋转。在一些实施方式中，搅拌器驱动器180可包括电磁体。当电磁体未被供电时，搅拌器可与在旋转散热器105内部旋转的冷却流体一起流动。当电磁体被供电时，搅拌器可相对于旋转的冷却流体保持静止，从而搅拌和促进冷却流体的循环。
第一端壁115及其突出部145，侧壁120，第二端壁140和搅拌器150的组合限定了流动通道155，冷却流体可沿着流动通道流动并在散热器105内部循环。尽管图2示出了用于流动通道155的特定形状，但是可以设想，这些流动通道可以具有任何合适的形状只要冷却流体可以在流体吸热的第一部分(例如第一端壁115)和流体释放热量的第二部分(例如侧壁120和第二端壁140)之间循环。流动通道的形状可以由第一端壁115，侧壁120，第二端壁140和搅拌器150的形状和相对位置确定。
此外，虽然图2示出了沿流动方向160在流动通道155中流动的冷却流体，但是可以设想，冷却流体可以沿任何合适的方向只要该流动包括在散热器105的第一部分和第二部分之间的冷却流体的循环。流动方向可受许多因素影响，包括但不限于：流动通道155的形状和尺寸及其相对于旋转轴线110的取向；冷却流体中的温度梯度；散热器105和搅拌器150的相对运动；以及搅拌器150的表面上以及第一端壁115、侧壁120和第二端壁140的内表面上的任何特征。
尽管图2示出了第一端壁115包括突出部145，但是可以设想，第一端壁115可以包括任何其它合适的内表面特征，包括但不限于凹陷和/或突出部。在其它实施方式中，第一端壁115可以不包括突出部145和/或没有其他设计的表面特征。在第一端壁115包括内表面特征的实施方式中，这些特征可有助于促进冷却流体在散热器105的第一和第二部分之间的循环。
此外，虽然装置100被示为包括设置在散热器105内部的搅拌器150，但是可以预期，在一些实施方式中，可旋转散热器装置可以不包括设置在散热器内部的旋转独立搅拌器。在这些实施方式中，多个因素可以促进冷却流体在第一和第二部分之间循环，这些因素包括但不限于：散热器的壁相对于旋转轴线的取向；散热器的旋转速度；散热器壁的内表面上的特征；和冷却流体中的温度梯度。下面更详细地讨论散热器的壁的内表面的这些特征。
图3a和3b分别示出了被配置为围绕旋转轴线303旋转的第一端壁301的侧视图和俯视图。如图3a所示，第一端壁301在其外表面上包括光波长转换材料130的环。在其内表面(即，被构造成面向散热器的内部的表面)，第一端壁301包括翅片310和突出部345。突出部345可以包括螺旋槽305。如图3b所示，第一端壁301的内表面也可以包括凹槽320。单独地和/或一起工作的翅片310、凹槽320和凸起345及其螺旋槽305可以增加用于从第一端壁301到冷却液体的热传递的表面面积，并且还可以促进冷却流体的循环并且引导其沿着流动方向315的流动。还可以想到，第一端壁301可以仅包括翅片310、凹槽320和突出部345中的一个或任何选择。此外，可以想到，突出部345可以不包括螺旋槽305。
图4a示出了装置100的局部横截面，示出了第一端壁115，侧壁120，翅片125，第二端壁140和转换材料130的一部分。还示出了旋转轴线110。图4a中未示出装置100的搅拌器150。由于第一端壁115的直径小于第二端壁140的直径，侧壁120相对于旋转轴线110以角度407设置。当装置100围绕旋转轴线110旋转时，离心力将旋转冷却流体推向倾斜侧壁120，这促进冷却流体沿流动方向410的流动。角度407可以大于0o并小于90o。在一些实施方式中，角度407可以大于约1°并且小于约25°。在其他实施方式中，角度407可以大于约2°并且小于约10°。在另外的实施方式中，角度407可以是约5°。
图4b示出了包括第一端壁415和第二端壁440的可旋转散热装置400的局部横截面，两者与侧壁420配合以限定被构造成包围冷却流体并且可围绕旋转轴线402旋转的散热器405。翅片425a，425b，425c，425d和425e从侧壁420径向延伸。包括转换材料130的环设置在第一端壁415的外表面上。装置400大体上类似于装置100，其主要区别在于，在装置100中，第一端壁115的直径小于第二端壁140的直径，在装置400中，第一端壁415的直径大于第二端壁440的直径。
由于第一端壁415的直径大于第二端壁440的直径，侧壁420相对于旋转轴线402以角度445设置。当装置400绕旋转轴线402旋转时，离心力将旋转冷却液推向倾斜侧壁420，这促进了冷却流体沿流动方向450的流动。角度445可以大于0°并小于90°。在一些实施方式中，角度445可以大于约1°并且小于约25°。在其他实施方式中，角度445可以大于约2°并且小于约10°。在另外的实施方式中，角度445可以是约5°。如图4a和4b所示，侧壁相对于旋转轴线的角度可以是影响散热器内部的冷却流体的循环和流动方向的若干因素之一。
图5示出了包括第一端壁515和第二端壁540的可旋转散热装置500的局部横截面，两者与侧壁520配合以限定被构造成封闭冷却流体并且可围绕旋转轴线510旋转的散热器505。翅片525a、525b、525c和525d从侧壁520径向延伸。包括转换材料130的环设置在第一端壁515的外表面上。侧壁520的内表面包括螺钉轮廓545。装置500还可包括形成为螺旋形螺杆的搅拌器555，如图5中的侧视图所示。随着散热器505和包围在其内的冷却流体绕旋转轴线510旋转，螺钉轮廓545和搅拌器555可以促进冷却流体及其在流动方向550上的流动的循环。流动方向可以取决于散热器505和搅拌器555的旋转方向。此外，图5所示的侧壁内表面螺钉轮廓增加了侧壁520的内表面面积，从而有助于从冷却流体到侧壁520的热交换。
在一些实施方式中，与旋转独立搅拌器555相反，装置500包括从第一端壁515和第二端壁540中的一个或两个沿着旋转轴线510延伸的螺旋形螺钉状突出部。在这些实施方式中，当装置500旋转时，突出部的螺旋旋转和侧壁520的螺钉轮廓545的作用可以促进冷却流体的循环并且引导其沿着流动方向550的流动。流动方向可以取决于散热器505的旋转方向和螺旋突出部。
图6a示出了第二端壁640a的俯视图，该第二端壁包括从第二端壁640a的内表面延伸并进入相应的散热器(未示出)的螺旋叶片645。在一些实施方式中，与螺旋叶片645相反和/或除了螺旋叶片645之外，第二端壁640a包括形成为进入第二端壁640a的内表面的凹陷的螺旋槽。当第二端壁640a围绕对应的旋转轴线(未示出)旋转时，螺旋叶片645可搅动冷却流体并沿流动方向650引导其流动。流动方向可以取决于第二端壁640a围绕旋转轴线的旋转方向。
图6b示出了第二端壁640b的俯视平面图，第二端壁包括从第二端壁640b的内表面延伸并进入相应的散热器(未示出)的翅片或叶片655。当第二端壁640b绕对应的旋转轴线(未示出)旋转时，叶片655搅动冷却流体并且引导其沿流动方向660流动。流动方向可以取决于第二端壁640b围绕旋转轴线的旋转方向。图6a和6b所示的表面特征增加了第二端壁640a和640b的内表面积，从而有利于从冷却流体到第二端壁的热交换。
通常，散热器的第一部分(例如第一端壁)和第二部分(例如侧壁和第二端壁)中的一个或多个可以包括内表面特征，内表面特征被配置为促进冷却流体在相应散热器的第一部分和第二部分之间循环。这些表面特征可以包括凹陷和/或突出部，包括但不限于叶片，挡板，翅片，凹槽和螺旋形螺钉轮廓。
图7示出了可旋转散热器装置700的剖视图，该可旋转散热器装置包括构造成包围冷却流体并且可围绕旋转轴线710旋转的散热器705。散热器705包括均从旋转轴线710径向延伸的第一端壁715和第二端壁740，并且两者均与侧壁720配合以限定散热器705。翅片725a、725b、725c和725d从侧壁720的外表面径向延伸。包括光波长转换材料130的环设置在第一端壁715的外表面上。
搅拌器750设置在散热器705内部并且与散热器705旋转独立。搅拌器750和散热器705的壁之间的空间限定了流动通道755，冷却流体沿着该流动通道流动并且在散热器705的第一部分(例如，第一端壁715)和第二部分(例如侧壁720和第二端壁740)之间循环。搅拌器750包括搅拌器磁体765，其与设置在散热器705外部的搅拌器驱动器775的驱动器磁体770磁性地相互作用。装置700以大致类似于装置100的操作的方式从转换材料130吸收和耗散热。
散热器705可以经由轴735机械地联接到散热器电动机760。散热器电动机760可以使散热器705沿着散热器旋转方向790旋转。搅拌器驱动器775可以经由带785机械地联接到搅拌器电动机780。搅拌器电动机780可以使搅拌器驱动器775旋转，从而使搅拌器750沿搅拌器旋转方向795旋转。散热器旋转方向790可以不同于搅拌器旋转方向795。散热器705和搅拌器750的相对旋转可以促进冷却流体在散热器705的第一部分和第二部分之间的循环。
散热器电动机760和搅拌器电动机780可以包括但不限于DC无刷电动机和步进电动机。使用两个单独的电动机来旋转散热器705和搅拌器750可以允许一个相对于另一个以不同的速度和/或方向旋转。此外，虽然图7示出了将散热器705联接到散热器电动机760的轴735和将搅拌器驱动器775联接到搅拌器电动机780的带785，但是可以设想，可以使用任何合适的机械联接器来将散热器705和搅拌器驱动器775联接到它们各自的电动机。机械联接器的一些示例包括齿轮、齿轮箱、离合器、链条和链轮、轴、传动带、环形电动机等。
虽然图7示出了由单独的电动机驱动的散热器705和搅拌器750，还可以想到，散热器和搅拌器可以由同一电动机驱动，同时保持彼此独立旋转。如果散热器和搅拌器不限于以相同的速度和方向旋转，则它们是旋转独立的。例如，图8示出了示例的行星齿轮箱800，其可以用于旋转由同一电动机供电的散热器和搅拌器，同时保持搅拌器和散热器旋转独立。
在齿轮箱800中，太阳齿轮805可以围绕轴735的圆周固定，该轴由散热器电动机760供电并且旋转散热器705。当太阳齿轮805沿着旋转方向810旋转时，其与行星齿轮815啮合并使其旋转，而行星齿轮又在与太阳齿轮805和轴735的旋转方向825相反的旋转方向825上与环形齿轮820啮合并使其旋转。如果环形齿轮820联接到搅拌器驱动器775，则使轴735旋转的一个电动机760可以用于使散热器705和搅拌器750沿相反方向旋转。在其他实施方式中，可以使用行星齿轮箱的不同变型。例如，可以使用具有固定环或太阳齿轮(未示出)的不同类型的行星齿轮箱，其中行星齿轮架和从动齿轮在相同方向但以不同速度旋转。
现在转到图9，示出了可旋转散热装置900的剖视图。装置900包括散热器905，散热器被构造成封闭冷却流体并且能够围绕旋转轴线910旋转。散热器905包括均从旋转轴线910径向延伸的第一端壁915和第二端壁940。第一端壁915和第二端壁940与侧壁920配合以限定散热器905。翅片925a、925b、925c和925d从侧壁920的外表面径向延伸。包括转换材料130的环设置在第一端壁915的外表面上。
第二端壁940包括沿着旋转轴线910轴向地并且远离散热器905的内部延伸的突出部。该突出部终止于沿着旋转轴线910轴向延伸的轴935。突出部还限定搅拌器腔945，搅拌器腔被配置为接收设置在散热器905内部的搅拌器950的至少一部分。搅拌器腔945的形状和尺寸适于使得当搅拌器950的一部分被接收在搅拌器腔945内部时，搅拌器950保持绕旋转轴线910旋转。可接收到搅拌器腔945中的搅拌器950的部分包括嵌入或形成为搅拌器950的一部分的一个或多个搅拌器磁体970。
轴935还可以包括嵌入或形成为轴935的一部分的一个或多个轴磁体960。散热器电动机绕组965可围绕轴935的圆周径向设置，以能够与轴磁体960磁性地相互作用。另外，搅拌器电动机绕组975可以围绕第二端壁940的突出部的外周并且在散热器905外侧径向地设置。这些搅拌器电动机绕组975被配置为与搅拌器磁体970磁性地相互作用。
当散热器电动机绕组965被供电时，它们可以与轴磁体960磁性地相互作用，并且在轴935上施加旋转力，这又可以导致散热器905围绕旋转轴线910旋转。当搅拌器电动机绕组975被供电时，它们可以与搅拌器磁体970磁性地相互作用，并在搅拌器950上施加旋转力，这可以使搅拌器950绕旋转轴线910旋转。通过独立于为搅拌器电动机绕组975供电而为散热器电动机绕组965供电，搅拌器950可独立于散热器905的旋转而旋转。另外，可以设想，即使当散热器905和包含在其内的冷却流体旋转时，搅拌器电动机绕组975可以以使得搅拌器950保持静止的方式供电。
散热器905和搅拌器950的相对运动可导致冷却流体在散热器905的第一部分(例如第一端壁915)和第二部分(侧壁920和第二端壁940)之间沿流动方向955循环并流动。流动方向955可以取决于散热器905和搅拌器950的旋转方向、冷却流体中的温度梯度以及装置900相对于地球引力场的取向。装置900以大致类似于装置100的操作的方式从转换材料130吸收并消散热量。
现在转到图10，示出了可旋转散热装置1000的剖视图。装置1000包括散热器1005，散热器被构造成封闭冷却流体并且能够围绕旋转轴线1010旋转。散热器1005包括均从旋转轴线1010径向延伸的第一端壁1015和第二端壁1040。第一端壁1015和第二端壁1040与侧壁1020配合以限定散热器1005。翅片1025a、1025b、1025c和1025d从侧壁1020的外表面径向延伸。包括转换材料130的环设置在第一端壁1015的外表面上。
图10示出了弯曲并且具有凹曲率的侧壁1020。还可以想到，在其他实施方式中，侧壁可以具有凸曲率，或任何其他合适的弯曲形状。侧壁的曲率和/或形状可以影响冷却流体在散热器内的流动和循环。此外，虽然图10示出了没有搅拌器的装置1000，但是设想到装置1000可以包括设置在散热器1005内的搅拌器。搅拌器可以旋转地独立于散热器1005。还可以想到，第一端壁1015、侧壁1020和第二端壁1040中的一个或多个的内表面可以包括被配置为控制和/或促进散热器1005内的冷却流体的流动和循环的表面特征。
现在转到图11，示出了可旋转散热装置1100的剖视图。装置1100包括散热器1105，散热器被配置为包围冷却流体并且可绕旋转轴线1110旋转。散热器1105包括第一端壁1115和第二端壁1140，两者均从旋转轴线1110径向延伸。第一端壁1115和第二端壁1140与侧壁配合以限定散热器1105。侧壁包括两段：第一段1120a和第二段1120b，分别以相对于旋转轴线1110的角度1145和1150设置。散热器1105还包括从侧壁的段1020a的外表面径向延伸的翅片1125a、1125b、1125c和1125d。包括转换材料130的环设置在第一端壁1015的外表面上。
由于侧壁包括两段1120a和1120b，每个段与旋转轴线1110成对应的角度，所以这些段可以限定散热器1105内部的相应区域1155和1160。区域1155和1160中的每一个可以不同地影响和/或促进冷却流体的循环。在一些实施方式中，散热器1105可以包括对应于每个区域1155,1160的内表面特征，以控制和/或影响该相应区域中的冷却流体的流动和循环。在另外其他实施方式中，装置1100可以包括设置在散热器1105内的搅拌器。搅拌器可以旋转地独立于散热器1105。在一些实施方式中，搅拌器可具有不同形状和/或表面特征的区域，该区域可对应于区域1155和1160。
虽然图11示出侧壁具有两段1120a和1120b，但是可以设想，散热器可以具有任何其它合适的复合形状，包括以与旋转轴线1110相对应的角度设置的任何数量的侧壁段。此外，尽管图11示出了具有约等于第二端壁1140的直径1170的直径1165的第一端壁1115，但是可以设想直径1165可以大于或小于直径1170。还可以想到，第一端壁1115和第二端壁1140中的一个或多个还可以包括多个段，每个段设置成与旋转轴线1110成相对应的角度
本文所述的可旋转散热装置的实施方式可以提供用于旋转光波长转换材料的散热器，这些散热器具有增强的吸热和散热速率，而不需要非常大的散热器直径或非常高的散热器旋转速率。此外，本说明书的装置可以在旋转散热器中提供高热通量液体冷却，而不需要使机械液体密封旋转。此外，内部对流液体冷却可更快速且均匀地将热量分配给所有翅片，从而允许更大的翅片间间距和更高的翅片散热效率。
上述实施方式旨在是示例性的，并且在不脱离仅由所附权利要求书单独限定的本发明的范围的情况下，本领域技术人员可以对其进行改变和修改。

Claims (19)

1.一种用于光波长转换材料的散热装置，包括：
散热器，被构造成围绕冷却流体，所述散热器可围绕旋转轴线旋转，所述散热器包括：
第一部分，被配置为从所述散热器外部的源接收热能；以及
第二部分，被配置为将所述热能的至少一部分耗散到所述装置外部的环境；
光波长转换材料，设置在所述第一部分的外表面上；以及
搅拌器，设置在所述散热器内部，所述搅拌器旋转地独立于所述散热器，所述搅拌器被构造成促进所述冷却流体在所述第一部分和所述第二部分之间循环。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：
所述第一部分包括相对于所述旋转轴线径向设置的第一端壁；以及
所述第二部分包括：
相对于所述旋转轴线径向设置的第二端壁；以及
侧壁，与所述第一端壁和所述第二端壁配合以限定所述散热器。
3.根据权利要求2所述的装置，其中所述侧壁设置成与所述旋转轴线成一角度，所述角度大于0°且小于90°。
4.根据权利要求2所述的装置，其中所述第二部分还包括从所述侧壁和所述第二端壁中的一个或多个的外表面延伸的一个或多个翅片。
5.根据权利要求2所述的装置，其中所述第一部分和所述第二部分中的一个或多个的内表面包括被配置为促进所述冷却流体在所述第一部分和所述第二部分之间循环的一个或多个表面特征。
6.根据权利要求5所述的装置，其中所述一个或多个表面特征包括凹陷和凸起中的一个或多个。
7.根据权利要求5所述的装置，其中所述一个或多个表面特征包括凹槽、挡板、翅片和叶片中的一个或多个。
8.根据权利要求2所述的装置，其中所述侧壁的内表面包括螺旋形螺钉表面轮廓，所述螺旋形螺钉表面轮廓被构造成促进所述冷却流体在所述第一部分和所述第二部分之间循环。
9.根据权利要求1所述的装置，还包括封闭在所述散热器内的所述冷却流体。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述冷却流体包括液体冷却剂。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述冷却流体包括液体和气体混合物。
12.根据权利要求1所述的装置，其中所述光波长转换材料包括磷光体和量子点中的一种或多种。
13.根据权利要求1所述的装置，其中所述搅拌器包括一个或多个表面特征，所述一个或多个表面特征被构造成促进所述冷却流体在所述第一部分和所述第二部分之间循环。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述一个或多个表面特征包括凹陷和凸起中的一个或多个。
15.根据权利要求1所述的装置，其中所述搅拌器被构造成磁性耦合到可配置在所述散热器外部的搅拌器驱动器。
16.根据权利要求1所述的装置，其中所述搅拌器构造成以不同于所述散热器的相应旋转速度和方向的速度和方向中的一个或多个绕所述旋转轴线旋转。
17.根据权利要求16所述的装置，其中所述搅拌器被配置为围绕所述旋转轴线间歇地旋转。
18.根据权利要求16所述的装置，其中所述搅拌器被配置为还围绕所述旋转轴线振荡。
19.根据权利要求1所述的装置，其中所述搅拌器被构造成当所述散热器围绕所述旋转轴线旋转时保持静止。
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