CN103270303B - 合成喷嘴封装 - Google Patents

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Abstract

一种合成喷嘴装置包括：外壳；连接器，其在外壳内，构造成与外部功率源连通；驱动器电子器件，其在外壳内；第一隔膜，其在外壳内；和第二隔膜，其在外壳内。

Description

合成喷嘴封装
背景技术
本文中公开的主题涉及合成喷嘴，并且更具体地涉及合成喷嘴封装。
微芯片、LED、无线电频率构件、存储器芯片和其他电子装置在使用期间可产生大量的热。这些电子装置应消散该能量，以防止损伤并且以延长它们的使用寿命。有时，包围电子装置的环境可能不能提供必要的冷却。在环境不能有效地冷却的情况下，可包含冷却装置。冷却装置可因此与环境结合而提供必要的冷却，以延长寿命并保护电子装置。当包括冷却装置以帮助热移除时，冷却装置本身可引入若干额外的设计难题。
发明内容
在一个实施例中，冷却系统包括：外壳；连接器，其在外壳内，能够与外部功率源连通；驱动器电子器件，其在外壳内；和第一隔膜，其在外壳结构内，其中，第一隔膜连接于驱动器电子器件。
在另一实施例中，合成喷嘴装置包括：外壳；连接器，其在外壳内，构造成与外部功率源连通；驱动器电子器件，其在外壳内；第一隔膜，其在外壳内；和第二隔膜，其在外壳内。
在另一实施例中，冷却装置包括：外壳；连接器，其在外壳内，构造成与外部功率源连通；驱动器电子器件，其在外壳内；和第一压电隔膜、第二压电隔膜，其中，驱动器电子器件构造成通过传递电而引起第一隔膜和第二隔膜的运动。
附图说明
当参照附图阅读以下详细说明时，将更好地理解本发明的这些以及其他特征、方面和优势，在附图中，遍及所有附图，相似字符表示相似部件，其中：
图1是根据本发明的实施例的合成喷嘴装置的框图；
图2是压缩/排出空气的示范合成喷嘴；
图3是膨胀/吸入空气的示范合成喷嘴；
图4是根据本发明的实施例的合成喷嘴装置的透视图；
图5是根据本发明的实施例的图4中的合成喷嘴装置的顶视图；
图6是根据本发明的实施例的合成喷嘴装置的透视图；且
图7是根据本发明的实施例的图6中的合成喷嘴装置的顶视图。
具体实施方式
本发明的实施例大体涉及一种用于冷却电子装置的合成喷嘴装置。例如，装置可为微芯片、LED、热沉、无线电构件、存储器芯片等提供对流冷却。如以下详细说明的，合成喷嘴装置有利地将全部构件组合到单个装置中。具体而言，合成喷嘴装置包括外壳，其中连接器、功率电子器件、致动器和一个或多个隔膜全部在外壳内。此外，该装置通过利用与隔膜结合的外壳的表面而有利地形成多个合成喷嘴。因而，该装置在不增加隔膜数量的情况下形成额外合成喷嘴。
转到附图，图1是根据本发明的实施例的合成喷嘴装置10的框图。合成喷嘴装置10包括外壳12、连接器14、功率电子器件16、致动器18和隔膜20。如图1中所见，合成喷嘴装置有利地包括外壳12内的连接器14、功率电子器件16、致动器18和隔膜20，从而形成自含式单元。通过在单个封装件中包括这些构件中的全部，合成喷嘴装置10可有利地插入到现存系统中，或者当受损时可被简单地移除和替换。例如，需要额外冷却的系统可能不需要特别的设计以包含这些构件，但代替地可提供必要的功率以操作合成喷嘴装置10。
在操作期间，合成喷嘴装置10通过连接器14从外部源接收功率。外部功率源可以以交流(A/C)或直流(D/C)形式提供功率。连接器14通过电连接22将该功率传递到功率电子器件16。除了它的作为电连接器的功能之外，连接器14还可用作物理连接器。例如，连接器14可将合成喷嘴装置10物理地连接并定向在系统中。因此，连接器14可适当地定位合成喷嘴装置10，以冷却系统中必要的构件或位置。此外，连接器14可有助于功率电子器件16与它附连至的系统之间的电连通。备选地，可通过电池(未示出)代替连接器14对合成喷嘴装置10提供功率，使得通过电池而非外部源对功率电子器件16提供功率。
功率电子器件16可为通用集成电路或专用集成电路(ASIC)。例如，功率电子器件可包括专门为合成喷嘴装置10的操作而设计的ASIC。在操作期间，功率电子器件16通过电连接24而控制对(多个)致动器18的功率的计时和释放。例如，在操作期间，功率电子器件16可通过连接器14接收信号，该信号指示系统、电气构件等需要更多或更少的冷却。具体而言，功率电子器件16可接收指示需要增加的冷却的信号。功率电子器件16然后可增加对致动器18的功率和/或计时，用于隔膜20的运动。类似地，如果需要较少的冷却，则功率电子器件16可减慢计时并且/或者减小对(多个)致动器18的功率。
致动器18可以以多种方式控制隔膜20的运动。例如，致动器18可利用电磁致动器、压电致动器、机械致动器(即活塞)等驱动隔膜。当致动器18驱动隔膜20时，隔膜20通过孔26将空气移出外壳12。当空气从外壳12中传递出时，它在系统中的特定位置或构件上形成冷却对流空气流。该对流空气流可通过支持热移除而帮助防止过早磨损、损伤等。
图2和图3表示示范合成喷嘴40，其压缩/排出并且膨胀/吸入空气。如将懂得的，诸如合成喷嘴40的合成喷嘴是零净质量(zero-net-mass)流装置，其包括：被至少一个柔性隔膜、且通常至少两个柔性隔膜44封闭的空气腔或容积42；和空气可行进穿过的小孔46。隔膜44以周期性方式变形，从而引起对应的空气通过孔46的吸入和排出。当空气流出合成喷嘴40时，它冲击在表面48上，在此它对流地冷却表面。
如图2所示，合成喷嘴40正在经历压缩/排出步骤。具体而言，隔膜44沿箭头50的方向移动。当隔膜44沿箭头50的方向移动时，它们降低容积42并形成压力。压力方面的增加形成容积42内部的空气与孔46外部的空气之间的压力差。该压力方面之差造成空气52流出容积42并流入孔46外部的相对低压的位置中，直至压力平衡。
在图3中，合成喷嘴40正在经历膨胀/吸入空气步骤。如图所示，隔膜44沿箭头56的方向移动，这增加容积42。容积42的膨胀降低容积42中的空气压力，从而形成空气压力差。容积42与孔46外部的空气之间的压力方面的差吸引相对高压空气54进入容积42，直至压力平衡。一旦容积42充满空气，则隔膜44重复图2中所示的压缩/排出步骤。
因此，合成喷嘴40将净正动量给予它的外部流体，在此为周围空气。在每个循环期间，该动量表现为自对流涡旋偶极，其射离孔46。涡旋偶极然后冲击在待冷却表面48上，待冷却表面48即微芯片、LED、存储器芯片等，从而干扰边界层并将热对流离开它的来源。在稳定状态条件下，该冲击机制在被加热构件附近形成循环型(circulation pattern)，并且有助于热空气与周围流体之间的混合。
图4是根据本发明的实施例的合成喷嘴装置10的透视图。合成喷嘴装置10包括外壳70、隔膜72和连接器74。如图所示，外壳70形成大致矩形部分76连接于大致圆形部分78的不规则形状。矩形部分76可有利地提供足够的空间，以在与隔膜72相同的外壳70内包括连接器74和功率电子器件(参见图5)。另外，外壳70包括顶部区段80和底部区段82。如图所示，顶部区段80限定顶部表面84和侧壁86。底部区段82可类似地限定底部平面88和侧壁90。
形成冷却空气流的为隔膜72。在本实施例中，两个隔膜72有利地形成三个合成喷嘴92、94和96。第一合成喷嘴92在隔膜72与外壳70的顶部区段80之间形成。第二合成喷嘴94在两个隔膜72之间形成。第三合成喷嘴96在隔膜72与外壳70的底部区段82之间形成。因而，通过利用顶部和底部区段80、82，装置10在没有额外隔膜72的条件下形成两个额外合成喷嘴。在其他实施例中，可存在任意数量的隔膜72，例如，1、2、3、4、5、6、7个等。在又一些其他实施例中，在隔膜72中的每个之间可存在坚硬的盘。例如，坚硬的盘可定位在图4中的隔膜72之间。隔膜72中间的坚硬的盘可在没有增加额外隔膜72的条件下有利地将合成喷嘴数目从三个增加至四个。
为了利用隔膜72吸入和排出空气，外壳70限定孔98。在本实施例中，孔98形成于外壳中，与连接器74相对，但在其他实施例中可形成于外壳70上的任何地方。此外，为了改善进出外壳70的空气流，侧壁86和90可与孔98一起形成角度100。例如，相对于孔98，侧壁86和90可形成0-90度、15-75度或30-60度的角度100。因此，包括方向、速度和容积的空气流的优化可通过改变角度100和孔98的大小来实现。
此外，顶部表面和底部表面84和88可包括孔102，以帮助吸入和排出空气。孔102防止外壳70内的过大压力积累，其可能损伤隔膜72，并且阻碍平滑的流体流或者降低合成喷嘴的性能。如图4所示，在顶部表面84上存在两个孔102。虽然在图4中未示出，但在底面88上类似地存在两个孔。在其他实施例中，可存在任意数量的孔102。例如，在顶部表面或底部表面84和88上可存在0、1、2、3、4、5、10、15、20等个孔。此外，并且取决于实施例，这些孔102可形成不同的形状，并且在顶部表面84和底部表面88上占据不同的位置。
在本实施例中，连接器74定位在与孔98相对的位置。在其他实施例中，连接器可定位在矩形部分76上的不同位置处。例如，连接器可定位在位置104处。移动连接器74至不同位置的能力有助于装置10的正确定向。通过正确定向，装置10可最大化冷却效率。
图5是根据本发明的实施例的图4中的合成喷嘴装置10的顶视图，其中移除了顶部表面84。如图所示，外壳70内为连接器74、隔膜72、框架120和功率电子器件122。连接器74包括两个插脚(prong)124，其通过电线126引导功率至功率电子器件122。虽然在本实施例中示出两个插脚124，但是其他实施例可包括具有孔的连接器74，该孔接收来自功率源的插脚。此外，还可使用其他类型的连接器74。
在行进穿过连接器74之后，功率进入功率电子器件122。如上面所提到的，矩形部分76可有利地提供空间，以包含功率电子器件122和连接器74。此外，功率电子器件122可为特别为驱动合成喷嘴装置10而设计的ASIC。例如，ASIC可通过控制去往隔膜72的功率的量和计时而对何时隔膜72弯曲和它们弯曲到什么程度进行计时。因而，隔膜72可同步、异步弯曲，或者一个隔膜可比另一隔膜72弯曲更多等。
如上面所提到的，电磁致动器、压电致动器、机械致动器(即活塞)等可驱动隔膜72。在本实施例中，压电致动器驱动隔膜72。例如，压电构件可类似于压电蜂鸣器元件。具体而言，隔膜包括利用胶130而连接于垫片(即盘)132的压电盘128。实际上，胶130将压电盘128附连并保持在垫片132上的合适位置中。此外，垫片132利用弹性框架120而保持在合适位置中。因而，框架120通过将压电盘128和垫片132悬挂在外壳70内而允许(多个)隔膜72的振动。
在操作期间，功率通过电线134离开功率电子器件122，并在连接点136处连接于压电盘128。为了使电流流动，地线138在连接点140处连接于垫片132。当电进入压电元件128时，它导致压电元件128膨胀。压电元件128的膨胀导致隔膜72弯曲。例如，压电元件128可接收正弦功率，从而导致隔膜72正弦地上下弯曲。这种运动导致(多个)隔膜72将空气吸入和排出外壳70，从而，提供冷却空气流。除了导线134和138之外，装置10包括导线142和144。虽然未示出，但导线142和144连接于其他隔膜72，从而提供功率至其他压电盘。如上面所说明的，在其他实施例中可存在多于两个隔膜72。这些隔膜中的每个需要功率，并且因此，对于每个额外隔膜72，可存在离开功率电子器件122的额外的两根导线。
图6是根据本发明的实施例的合成喷嘴装置10的透视图。合成喷嘴装置10包括外壳160、隔膜162和连接器164。如图所示，外壳160形成不规则形状，其具有带圆角166的大致矩形形状。外壳160可有利地提供足够的空间，以将连接器164和功率电子器件(参见图7)包含在与隔膜162相同的外壳160内。另外，外壳160包括顶部区段168和底部区段170。如图所示，顶部区段168限定顶部表面172和侧壁174。底部区段170可类似地限定底部表面176和侧壁178。
类似于图4中所述的装置，图6的装置10利用隔膜162形成冷却空气流。具体而言，两个隔膜162有利地形成三个合成喷嘴180、182和184。如上面所解释的，通过利用顶部和底部区段168、170，装置10在没有额外隔膜162的条件下形成两个额外合成喷嘴。在其他实施例中，可存在任意数量的隔膜162，例如，1、2、3、4、5、6、7个等。在又一些其他实施例中，在隔膜162中的每个之间可存在坚硬的盘。例如，坚硬的盘可定位在隔膜162之间。定位在隔膜162之间的坚硬的盘可有利地将合成喷嘴数量从三个增加至四个。
为了利用隔膜162吸入和排出空气，外壳160限定孔186。在本实施例中，孔186在圆角166中间形成，但在其他实施例中可形成在外壳160上的任何地方。此外，为了引导或改善进出外壳160的空气流，侧壁174和178可与孔186一起形成角度188。例如，相对于孔186，侧壁174和178可形成0-90度、15-75度或30-60度的角度。因此，空气流方向、速度和容积的优化可通过改变角度188和孔186的大小来实现。
外壳160还可包括顶部表面和底部表面172和176上的孔190。孔190可防止外壳160内的过大压力的积累，其可导致对隔膜162的损伤并阻碍平滑的流体流。如图6所示，在顶部表面上存在两个孔190。虽然在图6中未示出，但在底部表面176上类似地存在两个孔190。此外，虽然图6只示出两个孔190，但是其他实施例可包括任意数量的孔190。例如，在顶部表面或底部表面172和176上可存在0、1、2、3、4、5、10、15、20等个孔。取决于实施例，这些孔190可形成不同的形状，并且在顶部表面和底部表面172、176上占据不同的位置。例如，孔190可为类似方形、矩形、类似椭圆形等。
在本实施例中，连接器164包括两个端口192而不是两个插脚。类似于上面所论述的，并且取决于实施例，连接器164可包括端口、插脚、带式连接器等。此外，连接器164可定位在矩形部分160上的不同位置处。移动连接器164至不同位置的能力有助于装置10的定位和定向。通过恰当地定位装置10，冷却效率可改善。
图7是根据本发明的实施例的图6中的合成喷嘴装置10的顶视图，其中没有顶部区段168。如图所示，装置10有利地将连接器164、隔膜162、框架200和功率电子器件202全部包括在外壳10内。
装置10通过连接器164接收功率。功率可由A/C或D/C源提供。功率沿着线路204行进至功率电子器件202。如上面所提到的，外壳160可有利地提供空间，以包含功率电子器件202和连接器164。类似于图5的功率电子器件122，功率电子器件202可为特别为驱动合成喷嘴装置10而设计的ASIC。例如，ASIC可通过控制去往隔膜162的功率的量和计时而对何时隔膜162弯曲和它们弯曲到什么程度进行计时。因而，功率电子器件202可优化冷却流，而同时节省功率。
如上面所论述的，电磁致动器、压电致动器、机械致动器(即活塞)等可驱动隔膜162。在本实施例中，压电致动器驱动隔膜162。如图所示，隔膜162包括利用胶208而连接于垫片(即盘)210的压电盘206。更具体而言，胶208将压电盘206附连并保持在垫片210上的合适位置中。此外，垫片210利用弹性框架200而保持在合适位置中。因而，框架200将压电盘206和垫片210悬挂在外壳160内。因此，由于悬挂，压电盘206能够在外壳160内振动。
在操作期间，功率行进穿过功率电子器件202和电线212，并在连接点214处进入压电盘206中。为了使电流流动，地线216在连接点218处连接于垫片210。当电进入压电元件206时，它导致压电元件206膨胀，并且当功率停止时，其收缩。因而，通过膨胀和收缩压电元件206，整个隔膜162弯曲。例如，压电元件206可接收正弦功率，从而导致隔膜162正弦地上下弯曲。这种运动导致(多个)隔膜162将空气吸入和排出外壳160。除了导线212和216之外，装置10包括导线220和222。虽然未示出，但导线220和222连接于其他隔膜162，从而提供功率至另一压电盘(参见图6)。在包括多于两个隔膜162的实施例中可存在额外的导线，其将隔膜162连接于功率电子器件202。
本发明的技术效果包括将连接器、隔膜和功率电子器件组合在单个外壳内。因此，该装置可冷却现存的系统，从而防止重新设计系统以包括合成喷嘴。此外，因为该装置将全部构件包括在单个外壳内，所以它在破裂或用旧时可容易地替换。最后，该装置有利地使用与隔膜结合的外壳表面，以形成额外合成喷嘴。
本书面说明使用示例以公开本发明，包括最佳实施方式，并且还可使任何本领域技术人员能够实践本发明，包括制造和利用任何装置或系统，并执行任何合并的方法。本发明的可申请专利的范围由权利要求限定，并且可包括由本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有不与权利要求的字面语言不同的结构元件，或者如果这些其他示例包括与权利要求的字面语言无显著差异的等同结构元件，则这些其他示例意图在权利要求的范围内。

Claims (26)

1.一种冷却系统，包括：
外壳，其包括顶部区段和平行于所述顶部区段的底部区段；
连接器，其在所述外壳内，能够与外部功率源连通；
驱动器电子器件，其在所述外壳内；和
第一隔膜，其在所述外壳内，其中，所述第一隔膜连接于所述驱动器电子器件，
其中，所述第一隔膜布置为平行于所述外壳的所述顶部区段和所述底部区段，并且其中，所述第一隔膜、所述顶部区段和所述底部区段构造为当致动所述第一隔膜时形成多个平行合成气流。
2.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述系统包括连接于所述驱动器电子器件的第二隔膜。
3.根据权利要求2所述的冷却系统，其特征在于，所述第一隔膜和所述第二隔膜与所述外壳结合形成三个合成喷嘴。
4.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述外壳限定壁和穿过所述壁的孔。
5.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述壁相对于所述孔形成0-90度之间的角度。
6.根据权利要求4所述的冷却系统，其特征在于，所述壁相对于所述孔形成0-30度之间的角度。
7.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述第一隔膜包括压电致动器。
8.根据权利要求7所述的冷却系统，其特征在于，所述压电致动器为压电盘。
9.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述外壳限定顶部表面和底部表面，其中至少一个相应的孔穿过所述顶部表面和所述底部表面中的每个，并且其中，所述孔构造成减小所述外壳中的压力。
10.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述外壳包括连接于圆形部分的矩形部分。
11.根据权利要求10所述的冷却系统，其特征在于，所述矩形部分包含所述连接器和所述驱动器电子器件，而所述圆形部分包含所述第一隔膜。
12.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述外壳限定在一个边上有圆角的矩形形状。
13.根据权利要求1所述的冷却系统，其特征在于，所述驱动器电子器件包括专用集成芯片。
14.一种冷却系统，包括：
外壳，其包括顶部区段和平行于所述顶部区段的底部区段；
连接器，其在所述外壳内，其中，所述连接器构造成与外部功率源连通；
驱动器电子器件，其在所述外壳内；
第一隔膜，其在所述外壳内；和
第二隔膜，其在所述外壳内，
其中，所述第一隔膜和所述第二隔膜布置为平行于所述外壳的所述顶部区段和所述底部区段，并且其中，所述第一隔膜、所述第二隔膜、所述顶部区段和所述底部区段构造为当致动所述第一隔膜和所述第二隔膜时形成多个平行合成气流。
15.根据权利要求14所述的冷却系统，其特征在于，所述第一隔膜和所述第二隔膜与所述外壳一起构造成形成三个合成喷嘴。
16.根据权利要求14所述的冷却系统，其特征在于，所述第一隔膜和所述第二隔膜中的每个包括相应的压电盘。
17.根据权利要求16所述的冷却系统，其特征在于，所述驱动器电子器件通过电连接而使所述压电盘动作。
18.一种冷却系统，包括：
外壳，其包括顶部区段和平行于所述顶部区段的底部区段；
驱动器电子器件，其在所述外壳内；
第一压电隔膜；和
第二压电隔膜，并且其中，所述驱动器电子器件构造成通过传递功率而引起所述第一压电隔膜和所述第二压电隔膜的运动，
其中，所述第一压电隔膜和所述第二压电隔膜布置为平行于所述外壳的所述顶部区段和所述底部区段，并且其中，所述第一压电隔膜、所述第二压电隔膜、所述顶部区段和所述底部区段构造为当所述驱动器电子器件使所述第一压电隔膜和所述第二压电隔膜移动时形成多个平行合成气流。
19.根据权利要求18所述的冷却系统，其特征在于，所述外壳与所述第一压电隔膜和所述第二压电隔膜结合形成三个合成喷嘴。
20.根据权利要求18所述的冷却系统，其特征在于，所述驱动器电子器件为专用集成芯片。
21.根据权利要求18所述的冷却系统，其特征在于，包括所述外壳内的连接器，其中，所述连接器构造成从外部功率源将功率提供至所述驱动器电子器件。
22.根据权利要求18所述的冷却系统，其特征在于，包括所述外壳内的电池，其中，所述电池构造成将功率提供至所述驱动器电子器件。
23.根据权利要求18所述的冷却系统，其特征在于，所述外壳包括穿透其的多个孔。
24.一种冷却系统，包括：
外壳，其具有穿透其的孔，其中所述外壳包括顶部区段和平行于所述顶部区段的底部区段；
多个合成喷嘴，其设置在所述外壳内并且构造成平行于彼此地流过所述外壳并且离开所述孔；和
驱动器电子器件，其设置在所述外壳内并且构造成使所述多个合成喷嘴动作。
25.根据权利要求24所述的冷却系统，其特征在于，包括所述外壳内的至少一个隔膜，其中，所述至少一个隔膜构造成产生所述多个合成喷嘴。
26.根据权利要求24所述的冷却系统，其特征在于，包括所述外壳内的连接器，其中，所述连接器构造成从外部功率源将功率提供至所述驱动器电子器件。
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