CN102364712B - 一种合成射流散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种合成射流散热装置，包括热交换元件，具有内腔，内腔所对应的外壁可用于安置发热源及散热元件；外壁上设置活塞缸，具有贴近于该外壁的活塞腔及装配于该活塞腔内的活塞；合成射流装置，包括一外壳，在外壳内形成有至少一带开口的腔室，该腔室具有一具备弹性的薄膜壁，该薄膜壁通过一活塞杆传动连接所述活塞；其中，通过热交换元件传导的发热源的热量，使活塞通过活塞杆带动所述薄膜壁往复运动，使腔室产生压缩与膨胀的周期性改变，在开口处产生射流。本发明结合被动散热及不耗电能的主动散热机制，能够达到较好的散热效果，并且符合节能减排的环保要求，相比传动的主动式合成射流装置，元件寿命更为长久。

Description

一种合成射流散热装置

技术领域

本发明涉及一种散热装置，特别是涉及一种合成射流散热装置。

背景技术

合成射流系一种主动冷却的的技术方案，其一般采用能够实现往复运动的隔膜，隔膜连接一动力源，通过动力源提供给隔膜的运动，引起气流在开口处的周期性吸入与发射，从而形成射流。合成射流频率较快，能够提高从热源发散出的大部分热量的流速，可以排放掉大量的热；有选择的将对射流的放置位置调整到如散热鳍片或其他需要冷却的地方，可以进一步提高散热效率。由于合成射流散热技术具有着散热高效，空气量需求少，尺寸小，无噪音，耐久性高，寿命长久等优点，因此十分适合于应用在LED照明和其他电子发热元件上。

对于合成射流散热技术的运用，相关业界推出了多种不同的实施方案，其中应用到的合成射流器多采用压电元件或是类似元件，通过消耗电能而工作，和散热器配合达到散热效果。例如Ledon Lamp GmbH公司推出的一种LED灯具，在灯泡顶端设置有合成射流器，合成射流器顶端则设置有散热器，由散热器将热量从LED灯具传导至散热片；散热片为合成射流器形成排气口，以让气流通过，并将气流引到至散热片翼端，达到理想的散热效果。合成射流器的类似应用还有很多，如美国专利US2010/0258274 A1所公开的“利用内部合成射流器的冷却装置”，美国专利US2011/0176935 A1所公开的“喷气的喷射泵”，中国专利200610094365.0所公开的“合成射流激励器”均有记载。而这一类技术应用的共同点在于，合成射流器均为用电元件，如采用压电片来激励而实现射流，也就是说均是主动消耗电能的。针对该问题，申请人进行了一系列的研究与实验，并率先提出了非主动消耗电能的合成射流技术，藉此为合成射流技术开拓了一种新的应用方向。

发明内容

本发明的目的在于提供一种不需要主动消耗电能的合成射流散热装置。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

一种合成射流散热装置，其中包括：

一在工作时产生热量的发热源，通常是功率半导体组件或LED单元或LED模块；

一热交换元件，具有一内腔，该内腔内具有粉末烧结部及气、液两相变化的工作液，该内腔所对应的外壁平整处可用于安置发热源，较佳者为发热源直接焊在该外壁平整处；

一散热组件，与该热交换元件连接，并在物理关系上与发热源隔离，从而可以接收从热交换元件传递过来的热量，而非直接接收发热源的热量；

一活塞缸，设置于该热交换元件的外壁上，具有贴近于该外壁的活塞腔及装配于该活塞腔内的活塞；

一合成射流装置，包括一外壳，在外壳内形成有至少一带开口的腔室，该腔室具有一具备弹性的薄膜壁，该薄膜壁通过一活塞杆传动连接所述活塞；其中，

通过所述热交换元件传导的所安置发热源的热量，所述活塞腔内的空气将遇热而膨胀，及遇到外部较冷空气而收缩，从而使所述活塞通过活塞杆带动所述薄膜壁往复运动，使所述腔室产生压缩与膨胀的周期性改变，在所述开口处产生射流。

作为上述方案的进一步改进，活塞缸侧壁上靠近首、尾侧分别设置有连通至活塞腔的第一、第二通孔，该第二通孔上设置有朝向活塞腔导通的单向阀。

进一步，外壳内设置有分别带开口的第一腔室及第二腔室，第一腔室及第二腔室之间通过所述薄膜壁相隔离，籍由薄膜壁的往复运动，使第一腔室及第二腔室交替压缩与膨胀。

进一步，外壳上设置有连通至第二腔室的通孔，所述活塞杆穿过该通孔后与所述薄膜壁传动连接。

进一步，薄膜壁连接有弹簧，在所述第一腔室压缩状态下，该弹簧可挤压活塞杆而使所述活塞回退。

进一步，弹簧位于所述第二腔室内并与所述活塞杆呈套设关系，所述活塞杆上设置有可与所述弹簧相卡的限位卡耳。

上述散热组件为散热鳍片。

上述的热交换元件为热管或均热板或是其组合。

上述的开口连接有朝向所述活塞缸的喷气口。

一种合成射流散热装置，其中包括：

一在工作时产生热量的发热源，通常是功率半导体组件或LED单元或LED模块；

一热交换元件，具有一内腔，该内腔内具有粉末烧结部及气、液两相变化的工作液，该内腔所对应的外壁平整处可用于安置发热源，较佳者为发热源直接焊在该外壁平整处；

一散热组件，与该热交换元件连接，并在物理关系上与发热源隔离，从而可以接收从热交换元件传递过来的热量，而非直接接收发热源的热量；

一活塞缸，设置于该热交换元件的外壁上，具有贴近于该外壁的活塞腔及装配于该活塞腔内的活塞；

一合成射流装置，包括一外壳，在外壳内形成有分别带开口的第一腔室及第二腔室，第一腔室及第二腔室之间通一薄膜壁相隔离，该隔膜壁通过一活塞杆与所述活塞传动连接；其中，

通过所述热交换元件传导的所安置发热源的热量，所述活塞腔内的空气将遇热而膨胀，及遇到外部较冷空气而收缩，从而使所述活塞通过活塞杆带动所述薄膜壁往复运动，使所述第一腔室及第二腔室产生交替压缩与膨胀的周期性改变，在所述开口处产生射流。

进一步，外壳上设置有连通至第二腔室的通孔，所述活塞杆穿过该通孔后与所述薄膜壁传动连接。

进一步，薄膜壁连接有弹簧，在所述第一腔室压缩状态下，该弹簧可挤压活塞杆而使所述活塞回退。

进一步，所述弹簧位于所述第二腔室内并与所述活塞杆呈套设关系，所述活塞杆上设置有可与所述弹簧相卡的限位卡耳。

作为上述方案的进一步改进，热交换元件连接有散热组件。

上述散热组件为散热鳍片。

进一步，热交换元件为热管或均热板或是其组合。

进一步，第一腔室或第二腔室的开口连接有朝向所述活塞缸的喷气口。

本发明的有益效果是：本发明系采用电子元件作为发热源与热交换元件直接接触，在工作时所产生的热量由热交换元件传导后，一方面由散热组件直接散出，另一方面由活塞缸利用以配合外部较冷空气使活塞产生往复运动，再借助活塞杆带动薄膜壁运动而在开口产生射流；可见，本发明结合被动散热及不耗电能的主动散热机制，在工作过程中采用电子元件的废热进行驱动，不但能够达到较好的散热效果，并且符合节能减排的环保要求，此外相比传动的主动式合成射流装置，本发明元件寿命更为长久。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单说明。显然，所描述的附图只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得的其他设计方案和附图：

图1是本发明第一种实施例的结构示意图；

图2是本发明第一种实施例中腔室压缩状态的结构示意图；

图3是本发明第一种实施例中腔室膨胀状态的结构示意图；

图4是本发明第二种实施例的结构示意图；

图5是本发明第二种实施例中第一腔室压缩状态的结构示意图；

图6是本发明第二种实施例中第一腔室膨胀状态的结构示意图；

图7是本发明第三种实施例的结构示意图；

图8是本发明第三种实施例中第一腔室压缩状态的结构示意图；

图9是本发明第三种实施例中第一腔室膨胀状态的结构示意图；

图10是本发明第四种实施例的结构示意图；

图11是本发明第四种实施例中活塞前进状态的结构示意图；

图12是本发明第四种实施例中活塞后退状态的结构示意图；

图13是本发明中热交换元件采用热管实施例的剖面结构示意图；

图14是本发明中热交换元件采用均热板实施例的剖面结构示意图。

具体实施方式

以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。

参照图1，为本发明合成射流散热装置所提供的第一种实施例，其主要的部件包括热交换元件1、活塞缸2及合成射流装置3，其中的热交换元件1需要达到对发热源4迅速热传递效果，可选择为如图13所示的热管或如图14所示的均热板，或是热管和均热板的一个或多个的组合，类似的是，其均具有内腔11，该内腔11内具有粉末烧结部12及气、液两相变化的工作液13，内腔11所对应的外壁14具有平整的部分，以用于安置发热源4及活塞缸2；其中如图13所示，热管形式的最佳选择，是在内腔11内具有沟槽结构的烧结复合管。而如果采用热管或均热板组合的方式，则热管、均热板之间采用直接接触或是直接焊接的方式结合在一起，如此可使得热传递效率最高，发热源4接触端的路径由此热交换元件1到活塞缸2之间的温差能够达到最小。

活塞缸2内部的活塞腔21贴近于外壁14设置，以获取较好的热传递效果，活塞腔21内装配有实现往复运动的活塞22，活塞22连接一活塞杆23伸出于活塞缸2；合成射流装置3结构包括一外壳31，外壳31内形成有腔室32，外壳31上设置有一连通至腔室32的开口33，为配合活塞缸2的相应部件，腔室32的一侧外壁为具备弹性的薄膜壁34，并且该薄膜壁34连接活塞杆23，进而和活塞22传动连接。

此外根据实际应用的调整，热交换元件1直接与一散热组件5相连接，散热组件5可以为散热鳍片、散热翼片、烟囱式散热器等类似的散热装置，如此可为热交换元件1所安置的发热源4提供另一条单独的散热路径，或是形成将活塞缸2及合成射流装置3配合在目前常见的散热装置上的构成方案；值得注意的是，散热组件5在物理位置关系上与发热源4相隔离，其工作原理是在发热源4发出热量时，统一通过热交换元件1传递，进而传递到散热组件5上，由散热组件5进行热交换。

本发明中发热源4可以是LED单元、LED模块、CPU、GPU、功率半导体等等电子元件，其不设置于电路板上，而是采用分隔设计，并且优选采用贴装焊接的方式安装在热交换元件1上，如此在工作发热时更多的热量会传递给热交换元件1；其工作及发热时，合成射流散热装置的工作过程可表述为：发热源4发出的热量，通过热交换元件1快速传导给散热组件5及活塞缸2处，一方面籍由散热组件5与空气的接触达到被动散热目的，另一方面，活塞腔21内的空气因传递过来的热量而受热膨胀，推动活塞22前进，如此活塞22便通过活塞杆23推动合成射流装置3中外壳31的薄膜壁34，使得薄膜壁34内凹变形，腔室32随之被压缩，如此腔室32内的空气便被挤压而从开口33喷出，其状态如图2所示；当活塞22前进到最大行程附近，薄膜壁34内凹变形到极限，且腔室32也压缩到最小状态下，由于活塞腔21受压缩一侧、薄膜壁34的弹性形变及外部冷空气的共同作用，为活塞22提供一个回退的动力，此过程中，薄膜壁34逐渐恢复原状并开始往外凸，使得腔室32膨胀，由于气压作用，腔室32通过开口33吸入空气，其状态如图3所示；当活塞22回退达到极限时，薄膜壁34外凸及腔室32的膨胀亦达到极限，且活塞腔21靠近热交换元件1一侧的空气再受到挤压并在接收热量，活塞再次开始前进，薄膜壁34亦再次恢复并逐渐内凹，使得腔室32由膨胀状态逐渐转为压缩状态；可见，活塞22及通过活塞杆23所传动连接的薄膜壁34会呈现往复运动，使得腔室32产生压缩与膨胀的周期性改变，从而在开口33处产生了射流。

实际应用中，合成射流装置3设计在较冷处为佳，如此较容易获得冷空气；在一种优选方案中，开口33可连接一朝向活塞缸2的喷气口35，如此在开口33形成的射流可为为活塞腔21提供冷却。

本发明的合成射流装置3中，外壳31内形成至少一个带开口腔室即可实现射流，而为了尽可能的提升其效果，在此本发明作出了进一步的改进，其方案如下：

如图4所示，该实施例的基本结构和上一实施例相同，所不同的是，合成射流装置3中，外壳31内设置有第一腔室301和第二腔室302，该第一腔室301带有开口303，该第二腔室302带有开口304，且两腔室之间通过薄膜壁34相隔离，如此一来薄膜壁34分别相当于第一腔室301和第二腔室302各自的外壁；薄膜壁34为了通过活塞杆23和活塞22传动连接，可在外壳上设置有连通至第二腔室302的通孔305，通孔303的尺寸刚好配合活塞杆23，使活塞杆23穿过该通孔305后传动配合薄膜壁34，并保证通孔305处不会漏气或漏气较少。

该实施例下的工作方式，和上一实施例类似，然而因为具备两个腔室，会使得两个腔室交替工作，具体的可描述为：在活塞22前进以通过活塞杆23推动薄膜壁34时，薄膜壁34朝向第一腔室301凹入，使得第一腔室301空间逐渐压缩，同时第二腔室302空间逐渐膨胀，由于大气压力作用，第一腔室301的开口303喷出空气，第二腔室302的开口304吸入空气，其状态如图5所示；在活塞22后退以通过活塞杆23拉动薄膜壁34时，薄膜壁34逐渐朝向第二腔室302凹入，此时使得第一腔室301空间逐渐膨胀，而第二腔室302的空间逐渐压缩，在大气压力作用下，第一腔室301的开口303吸入空气，第二腔室302的开口304喷出空气，其状态如图6所示；如此往复，使得第一腔室301第二腔室302产生交替性压缩与膨胀的周期性改变，如此将各自在其开口处产生射流。

可见，该实施例下，活塞22的一个来回周期，会分别产生的两组射流，效率基本是上一个实施例的两倍。

考虑到实际使用中元件之间的摩擦及空气阻力等因素的存在，会阻碍活塞22的往复运动，本发明作出相应的改进。如图7所示，在上述实施例的基础上，可以使薄膜壁34连接一弹簧6，用于在第一腔室301处于压缩状态，尤其是压缩极限下，产生一挤压力来挤压活塞杆23，以使得活塞杆23及所连接的活塞22回退，如此可以增加活塞22回退时的动力；为实现弹簧6的设置，将弹簧6安置在第一腔室301或第二腔室302，在本发明的优选实施例中，为了定位方便，弹簧6设置于第二腔室302内，一端连接在薄膜壁34上，并与活塞杆23呈套设关系，此外在活塞杆23上设置有可与弹簧6相卡的限位卡耳231，该结构状态下，弹簧6至多能顶压到限位卡耳231处，因此其在活塞杆23上的位置受到了限位卡耳231的限制。该实施例的工作状态，可以表述如下：

在活塞22前进以通过活塞杆23推动薄膜壁34时，薄膜壁34朝向第一腔室301凹入，使得第一腔室301空间逐渐压缩，同时第二腔室302空间逐渐膨胀，由于大气压力作用，第一腔室301的开口303喷出空气，第二腔室302的开口304吸入空气，此时由于活塞杆23朝第一腔室301的方向运动，弹簧6受到限位卡耳231与薄膜壁34的共同的限制而被压缩，当活塞22连通活塞杆23及薄膜壁34达到极限状态下，弹簧6同时达到压缩极限，此状态可参考图8；接下来活塞腔21内因气压比外界低而让活塞22回退，以拉回活塞杆23，且弹簧6也趁势推开活塞杆23，使得活塞杆23及活塞22急拉回退；最终活塞22及活塞杆23回退到极限状态时，薄膜壁34由于自身弹性及第一腔室301中空气的进入而朝第二腔室302凸起，使得第一腔室301膨胀，第二腔室302压缩，其状态如图9。上述两个状态往复，即在第一腔室301的开口303及第二腔室302的开口304产生射流。

本发明结合上述的任意一种射流装置，可以作进一步的优化，参照图10，其中可在活塞缸2的侧壁靠近首、尾侧分别设置有连通至活塞腔21的第一通孔24及第二通孔25，且如前所述的方案，可以将合成射流装置3产生的射流的一部分通过喷气口35或其他导气装置导至第二通孔25，并在该第二通孔25上设置朝向活塞腔21导通的单向阀26，单向阀26可采用常见的球阀或是阀门结构；该方案的工作原理可表述如下：由于单向阀26的作用，活塞腔21内的气体不能从第二通孔25出去，因此当活塞22的位置位于第一通孔24之间时第二通孔25，活塞腔22相当于一个密闭空间，此为原始状态；本发明在使用过程中，活塞腔21接收到热量，内部气体受热膨胀，活塞23开始前推，并通过活塞杆23推动薄膜壁34，其工作原理和上述几种实施例类似；而当活塞22前进到一定程度，其位置会超过第一通孔24，该状态可参考图11，此时活塞腔21因为第一通孔24和外界连通，受热膨胀的热空气因压力作用会通过第一通孔24喷出，当气体喷出后，活塞腔21会出现气体不足，压力小于外界的情况，此时由薄膜壁34或弹簧6的作用，以及活塞腔21压力不足的因素，活塞22会被拉回退，同时小部分冷空气由合成射流装置3喷到第二通孔25，冲开单向阀26并喷入活塞腔21，以补充活塞腔21内的空气，此状态可参考图12；当然，合成射流装置3喷出的大部分气体，则可应用于对发热源的散热，此方面不是本发明的重点，且属于公知技术，在此不再赘述。

通过以上几种实施例可以看出，本发明的合成射流散热装置提供了两条散热路劲，一条是通过散热组件5的被动散热，另一条是通过合成射流装置3实现的主动散热；其较佳的实施方案为应用在LED照明，即发热源4是LED或是LED模组，并直接焊接在热交换元件1上，能够实现理想的散热效果。

本发明创造并不局限于上述实施方式，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (8)

1.一种合成射流散热装置，其中包括：

一在工作时产生热量的发热源；

一热交换元件，具有一内腔，该内腔内具有粉末烧结部及气、液两相变化的工作液，该内腔所对应的外壁平整处可用于安置发热源；

一散热组件，与该热交换元件连接，并在物理关系上与发热源隔离；

一活塞缸，设置于该热交换元件的外壁平整处，具有贴近于该外壁的活塞腔及装配于该活塞腔内的活塞；

一合成射流装置，包括一外壳，在外壳内形成有分别带开口的第一腔室及第二腔室，该第一腔室及第二腔室之间通过一薄膜壁相隔离，所述外壳上设置有连通至第二腔室的通孔，该薄膜壁通过一穿过所述通孔的活塞杆与所述活塞传动连接；其中，

通过所述热交换元件传导的所安置发热源的热量，所述活塞腔内的空气将遇热而膨胀，及遇到外部较冷空气而收缩，从而使所述活塞通过活塞杆带动所述薄膜壁往复运动，使所述第一腔室及第二腔室产生交替压缩与膨胀的周期性改变，在所述开口处产生射流。

2.根据权利要求1所述的一种合成射流散热装置，其中所述薄膜壁连接有弹簧，在所述第一腔室压缩状态下，该弹簧可挤压活塞杆而使所述活塞回退；所述弹簧位于所述第二腔室内并与所述活塞杆呈套设关系，所述活塞杆上设置有可与所述弹簧相卡的限位卡耳。

3.根据权利要求1所述的一种合成射流散热装置，其中所述第一腔室或第二腔室的开口连接有朝向所述活塞缸的喷气口。

4.根据权利要求1所述的一种合成射流散热装置，其中所述活塞缸侧壁上靠近首、尾侧分别设置有连通至活塞腔的第一、第二通孔，该第二通孔上设置有朝向活塞腔导通的单向阀。

5.根据权利要求4所述的一种合成射流散热装置，其中所述合成射流装置的第一腔室连接有喷气口，该喷气口与所述活塞缸的第二通孔连接。

6.根据权利要求1所述的一种合成射流散热装置，其中所述散热组件为散热鳍片。

7.根据权利要求1所述的一种合成射流散热装置，其中所述热交换元件为热管或均热板或是其组合。

8.一种合成射流散热装置，其中包括：

    一在工作时产生热量的发热源；

一热交换元件，具有内腔，该内腔内具有粉末烧结部及气、液两相变化的工作液，该内腔所对应的外壁平整处可用于安置发热源；

一散热组件，与该热交换元件连接，并在物理关系上与发热源隔离；

一活塞缸，设置于该热交换元件的外壁平整处，具有贴近于该外壁的活塞腔及装配于该活塞腔内的活塞；

一合成射流装置，包括一外壳，在外壳内形成有一带开口的腔室，该腔室具有一具备弹性的薄膜壁，该薄膜壁通过一活塞杆传动连接所述活塞；其中，

通过所述热交换元件传导的所安置发热源的热量，所述活塞腔内的空气将遇热而膨胀，及遇到外部较冷空气而收缩，从而使所述活塞通过活塞杆带动所述薄膜壁往复运动，使所述腔室产生压缩与膨胀的周期性改变，在所述开口处产生射流。

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