CN108323112B - 一种合成射流液冷装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种合成射流液冷装置，包括射流冷板、合成射流激励器和翅片结构。射流冷板包括射流冷板腔体、隔板、热点接触面和合成射流激励器安装口。隔板的中间开设有液体进口。隔板与射流冷板腔体内壁之间的区域形成液体流道。合成射流激励器包括合成射流激励器腔体和压电薄膜。压电薄膜将合成射流激励器腔体分成自上向下依次设置的液腔和气腔。液腔的顶部开设有冷却液进出口。气腔的外周开设有空气进出口。本发明采用合成射流液冷风冷相结合的冷却方式，利用液体射流冷却，大大提高了冷却能力，同时采用合成射流激励器提供循环动力和风冷动力，无需外部冷却液供给装置，实现了冷却装置的高效和小型化。

Description

一种合成射流液冷装置
技术领域
本发明涉及一种合成射流液冷装置，用于电子装备或局部高热流密度热热点散热。
背景技术
现有电子元器件散热主要采用采用风冷和液冷两种方式，风冷结构简单可靠性高，但是其散热能力有限，无法满足大功率高热流元器件散热需求；液冷多采用流道冷板的形式，一方面普通流道冷板散热能力有限，一方面普通冷板往往需要配套的液冷源提供冷却水。
随着集成电路集成度越来越高，电子元器件的发热量呈现几何级增长，对冷却设备体积和散热能力要求越来越高，对高效小型散热技术的需求越来越迫切。合成射流典型结构是一侧为压电薄膜，一侧开孔的腔体结构，利用压电薄膜将电能装换为薄膜震动，从而在开孔处形成周期性射流。
发明内容
为解决小空间内局部热点的冷却问题，本发明提供了一种合成射流液冷装置，该装置采用合成射流液冷风冷相结合的冷却方式，利用液体射流冷却，大大提高了冷却能力，同时采用合成射流激励器提供循环动力和风冷动力，无需外部冷却液供给装置，实现了冷却装置的高效和小型化。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种合成射流液冷装置，包括射流冷板、合成射流激励器和翅片结构。所述射流冷板包括射流冷板腔体、嵌入设置在射流冷板腔体中间的隔板、设置在射流冷板腔体顶部的热点接触面以及开设在射流冷板腔体底部的合成射流激励器安装口；所述隔板的中间开设有液体进口；所述隔板与射流冷板腔体内壁之间的区域形成液体流道。所述合成射流激励器为双向合成射流激励器，包括合成射流激励器腔体和设置在合成射流激励器腔体内部中段的压电薄膜；所述压电薄膜将合成射流激励器腔体分成自上向下依次设置的液腔和气腔；所述液腔的顶部开设有冷却液进出口；所述气腔的外周开设有若干空气进出口；所述合成射流激励器的上端安装在合成射流激励器安装口中。所述翅片结构包括若干均匀设置在射流冷板腔体外周底部的肋片。
进一步的，所述液体进口的上方设有凸台结构。
进一步的，所述冷却液进出口与液体进口同轴设置，且冷却液进出口的顶面与液体进口的底面相互平行。
进一步的，所述隔板的顶部与射流冷板腔体顶部的内壁之间设有连接件。
进一步的，所述合成射流激励器采用密封胶与射流冷板粘接相连。
进一步的，所述压电薄膜为压电陶瓷薄膜。
进一步的，所述翅片结构焊接在射流冷板上或者与射流冷板一体成型。
进一步的，所述肋片为方形片状结构。
和现有技术相比，本发明的有益效果为：
（1）本发明所述的合成射流液冷装置，利用合成射流激励器产生的周期性射流，对电子元器件热点进行散热冷却，大大增加了装置散热和冷却能力，同时压电薄膜振动提供冷液循环动力，减少了常规液冷冷板的外部供液系统，实现冷却装置了的高效和小型化。
（2）为解决小空间内局部热点散热问题，本发明所述的合成射流液冷装置，利用双向合成射流激励器代替原有的泵驱动液冷模式，利用合成射流激励器液腔产生液体射流对局部热点进行冷却，大大提高了散热效率，实现对局部高热流密度热点散热；同时利用合成射流激励器气腔产生的空气射流对回流冷却液进行冷却，形成完整封闭的散热系统，实现散热装置的小型化，解决小空间内局部热点散热问题。小空间高热流密度电子元器件散热
（3）本发明所述的合成射流液冷装置采用双向合成射流激励器作为循环驱动力，分别产生周期性液体射流和空气射流，液体射流对热源进行冷却，空气射流对冷却液进行冷却。本发明将射流冷却与风冷一体设计，利用合成射流激励器一侧产生的液体射流对热源冷却，同时利用另一侧的空气射流对冷却液进行冷却。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是射流冷板和翅片结构的结构示意图；
图3是图1的A-A向剖视图；
图4是合成射流激励器的结构示意图。
其中：
1、射流冷板，11、射流冷板腔体，12、隔板，13、连接件，14、热点接触面，15、合成射流激励器安装口，16、液体进口，17、凸台结构，18、液体流道，2、合成射流激励器，21、合成射流激励器腔体，22、压电薄膜，23、液腔，24、气腔，25、冷却液进出口，26、空气进出口，3、翅片结构。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
如图1所示的一种合成射流液冷装置，包括射流冷板1、合成射流激励器2和翅片结构3。所述翅片结构3焊接在射流冷板1上或者与射流冷板1一体成型，这能够保证肋片与射流冷板冷板间连接的可靠性和良好的导热性。
如图2和图3所示，所述射流冷板1包括射流冷板腔体11、嵌入设置在射流冷板腔体11中间的隔板12、设置在射流冷板腔体11顶部的热点接触面14以及开设在射流冷板腔体11底部的合成射流激励器安装口15。所述隔板12的中间开设有液体进口16；所述隔板12与射流冷板腔体11内壁之间的区域形成液体流道18。所述热点接触面，用于与需要散热的表面相接触。
进一步的，所述翅片结构3包括若干均匀设置在射流冷板腔体外周底部的肋片。优选的，所述肋片为方形片状结构。
进一步的，所述液体进口16的上方设有凸台结构17。
进一步的，所述隔板12的顶部与射流冷板腔体11顶部的内壁之间设有连接件13。
如图4所示，所述合成射流激励器2为双向合成射流激励器，包括合成射流激励器腔体21和设置在合成射流激励器腔体21内部中段的压电薄膜22。所述压电薄膜22将合成射流激励器腔体21分成自上向下依次设置的液腔23和气腔24。所述液腔23的顶部开设有冷却液进出口25。所述气腔24的外周开设有若干空气进出口26。优选的，所述合成射流激励器2的上端采用密封胶粘接在射流冷板1上的合成射流激励器安装口15中，这不仅可以保证本发明的可靠性，还可以确保液体回路的密封性。
进一步的，所述冷却液进出口25与液体进口16同轴设置，且冷却液进出口25的顶面与液体进口16的底面相互平行。
进一步的，所述压电薄膜22为压电陶瓷薄膜。
本发明的工作原理为：
如图4所示，双向合成射流激励器内部的压电薄膜设置在腔体中间区域，将合成射流激励腔体分为液腔和气腔。所述液腔开设有冷却液进出口，该冷却液进出口与射流冷板的液体流道一起形成完整封闭式的液体回路。所述气腔开设有直接与空气相通的空气进出口。压电薄膜在外部供电电流的作用下产生小幅度振动，其振动频率和振动幅值可通过调节供电频率和电压来控制，通过压电薄膜的振动带动两腔体内工质的周期性吸入和喷出。通过压电薄膜的振动，为合成射流激励器腔体内部的冷却液和空气提供动力。为了充分利用压电能量，所述压电薄膜安装在合成射流激励器腔体的中间位置。压电薄膜振动在推动冷却液产生射流的同时，另外一侧将空气吸入腔体内/推动空气产生吹风的同时将冷却液吸入腔体内。压电薄膜向上振动时，气腔吸入空气，液腔内的冷却液被挤压通过冷却液进出口喷出，喷出的冷却液射流穿过液体进口直接喷射到热点接触面上对热源进行冷却，高温冷却液通过液体流道回流。压电薄膜向下振动时，气腔内的空气被挤压喷出吹扫回流流道外侧的肋片，实现空气与肋片的热交换，从而对回流液体进行冷却。压电薄膜向下振动的同时使得液腔产生吸得作用，将被空气冷却后的冷却液吸入液腔内，完成整个循环。压电薄膜的周期性往复运动重复着上述过程。
如图2-3所示的射流冷板的结构示意图。隔板嵌入设置在射流冷板腔体的中间，将射流冷板腔体分隔成如图2中箭头所示的液体流道。冷却液在液体流道中按照箭头所示的方向流动，从合成射流激励器出来后，先通过液体进口冲向热点接触面，然后在热点接触面的作用下，分别从凸台结构的外周进入到隔板顶部与射流冷板腔体顶部内侧之间的液体流道中，再由隔板的外周与射流冷板腔体内周之间的液体流道向下流动，最后由隔板底部与射流冷板腔体底部内侧之间的液体流道回到合成射流激励器中。热点接触面为与需散热表面接触面。合成射流激励器安装口，用于安装合成射流激励器，安装时，合成射流激励器出口与射流冷板液体进口轴对齐，合成射流出口平面与冷板回液出口下平面平齐，连接处并采用密封工艺密封，从而射流冷板流道与合成射流激励器液腔一起组成封闭的液体回路。为了防止液体发生回流，在射流冷板的液体进口处设置凸台结构，阻止液体直接返回合成射流冷板腔体内。为了冷却高温回流液体液，在射流冷板的底部表面设置翅片结构，通过合成射流激励器一侧产生的周期性空气射流吹扫肋片，间接的对高温回流冷却液进行冷却。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种合成射流液冷装置，其特征在于：包括射流冷板、合成射流激励器和翅片结构；
所述射流冷板包括射流冷板腔体、嵌入设置在射流冷板腔体中间的隔板、设置在射流冷板腔体顶部的热点接触面以及开设在射流冷板腔体底部的合成射流激励器安装口；所述隔板的中间开设有液体进口；所述隔板与射流冷板腔体内壁之间的区域形成液体流道；
所述合成射流激励器为双向合成射流激励器，包括合成射流激励器腔体和设置在合成射流激励器腔体内部中段的压电薄膜；所述压电薄膜将合成射流激励器腔体分成自上向下依次设置的液腔和气腔；所述液腔的顶部开设有冷却液进出口；所述气腔的外周开设有若干空气进出口；所述合成射流激励器的上端安装在合成射流激励器安装口中；
所述翅片结构包括若干均匀设置在射流冷板腔体外周底部的肋片；
压电薄膜振动在推动冷却液产生射流的同时，另外一侧将空气吸入腔体内/推动空气产生吹风的同时将冷却液吸入腔体内，压电薄膜向上振动时，气腔吸入空气，液腔内的冷却液被挤压通过冷却液进出口喷出，喷出的冷却液射流穿过液体进口直接喷射到热点接触面上对热源进行冷却，高温冷却液通过液体流道回流;压电薄膜向下振动时，气腔内的空气被挤压喷出吹扫回流流道外侧的肋片，实现空气与肋片的热交换，从而对回流液体进行冷却。
2.根据权利要求1所述的一种合成射流液冷装置，其特征在于：所述液体进口的上方设有凸台结构。
3.根据权利要求1所述的一种合成射流液冷装置，其特征在于：所述冷却液进出口与液体进口同轴设置，且冷却液进出口的顶面与液体进口的底面相互平行。
4.根据权利要求1所述的一种合成射流液冷装置，其特征在于：所述隔板的顶部与射流冷板腔体顶部的内壁之间设有连接件。
5.根据权利要求1所述的一种合成射流液冷装置，其特征在于：所述合成射流激励器采用密封胶与射流冷板粘接相连。
6.根据权利要求1所述的一种合成射流液冷装置，其特征在于：所述压电薄膜为压电陶瓷薄膜。
7.根据权利要求1所述的一种合成射流液冷装置，其特征在于：所述翅片结构焊接在射流冷板上或者与射流冷板一体成型。
8.根据权利要求1所述的一种合成射流液冷装置，其特征在于：所述肋片为方形片状结构。
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