CN109072893B - 一种电液动力装置以及包含电液动力装置的系统 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种电液动力EHD装置(2)。所述EHD装置包括第一电极(4)和第二电极(6)。所述第二电极(6)设置在与所述第一电极(4)相隔预定距离的上方位置，用于产生气流。所述第二电极(6)包括至少一个电极元件(10、12)。所述至少一个电极元件(10、12)包括沿着所述至少一个电极元件(10、12)的长度延伸的间隙(18)，用于在毛细作用下沿着所述至少一个电极元件(10、12)传导水滴。

Description

一种电液动力装置以及包含电液动力装置的系统
技术领域
本发明涉及一种电液动力EHD装置以及包括电液动力装置EHD的系统。
背景技术
电液动力(Electro Hydro Dynamic，EHD)设备用于利用电离的空气产生气流。在两个电极之间施加高压，形成电场。所述电场使空气发生电离。所述电离的空气被吸向其中一个电极，从而获得加速。所述加速的空气通过该电极并形成气流。这种气流可用于冷却发热设备。这种情况可以称之为电液动力EHD冷却设备。
US 2016079840公开了一种电液动力EHD推进器，包括第一组电极、第二组电极，以及用于支撑所述第一组电极和所述第二组电极的支撑结构。所述EHD推进器用于产生电离空气的气流以冷却散热片。提出利用所述EHD推进器而非旋转扇来使空气沿着散热片的表面移动。所述EHD推进器没有活动或旋转部件。实现了一种可靠、静音的冷却机制，使所述散热片具有大容量冷却能力。通过将所述EHD推进器与所述散热片电隔离，可以降低事故发生的风险。所述散热片可以与射频拉远单元(Remote Radio Unit，RRU)的功率放大器热耦合。
EHD装置的电极之间的电压接近于与所述电极之间的空气发生电击穿时的电压。相应地，为了使所述EHD装置能正常电离空气，两个电极之间需要保持适当的距离。如果所述EHD装置用在可能存在水滴的环境中，这些水滴会聚集在一个或两个电极上，使其之间的电气距离缩短，造成电击穿，而电击穿可能以电火花或电弧的形式发生。
发明内容
本发明的目的在于避免在电液动力EHD装置的至少一个电极上形成水滴。
根据本发明的一个方面，通过一种电液动力EHD装置实现该目的，所述装置包括第一电极和第二电极，其中，所述第二电极设置在与所述第一电极相隔预定距离的上方位置，用于产生气流。所述第二电极包括至少一个电极元件。所述至少一个电极元件包括沿着所述至少一个电极元件的长度延伸的间隙，用于在毛细作用下沿着所述至少一个电极元件传导水滴。
由于所述第二电极的至少一个电极元件包括沿着所述至少一个电极元件的长度延伸的间隙，用于在毛细作用下沿着所述至少一个电极元件传导水滴，可以避免水滴聚集在所述至少一个电极元件上，使所述第一电极与第二电极之间的电气距离缩短。相反，水滴沿着所述至少一个电极元件在间隙中传导到所述第二电极的区域，在该区域中水滴可以从所述第二电极排出而不会造成电击穿。因此，实现了上述目的。此外，所述EHD装置适合用于所述第二电极上可能形成水滴的潮湿环境中，或者用于可能存在水滴的环境中，例如室外。
所述电液动力EHD装置用于利用所述第一电极与第二电极之间电离的空气产生气流。使用所述EHD装置时，在所述第一电极与第二电极之间施加高压，从而在所述两个电极之间形成电场。所述电场使所述电极之间的空气发生电离。所述电离的空气被吸向所述第二电极，从而使所述两个电极之间的空气获得加速。所述加速的空气通过所述第二电极并形成气流。所述第一电极和第二电极可以包括金属等导电材料。
根据一些实施例，所述至少一个电极元件可以包括形成所述间隙的通透缝。在这种方式中，所述间隙易于形成，例如，通过激光切割操作形成所述间隙。
根据一些实施例，所述至少一个电极元件可以包括两个独立构件，两者之间形式所述间隙。在这种方式中，可以通过将两个独立的构件相隔适当距离的方式设置所述间隙。
根据一些实施例，所述第一电极和所述第二电极可以沿第一方向延伸，所述至少一个电极元件可以沿与所述第一方向交叉的第二方向延伸，所述间隙至少一个部分在所述第一方向(8)上的宽度可以在0.1mm至0.5mm范围内。在这种方式中，可以实现适于在水滴上进行毛细作用的间隙宽度。
根据一些实施例，所述间隙可以朝着间隙的至少一端变宽。在这种方式中，所述间隙中水滴上的毛细作用可以在所述间隙的宽端减弱。因此，水滴可以从所述间隙的宽端处排出。相应地，通过所述间隙的毛细作用，水滴可以连续地或间歇地被吸到间隙中，并且所述水滴可以连续地或间歇地从所述间隙的宽端处排出。所述间隙的宽端可以适当地设置在离所述第一电极一定距离处，从而所述第一电极与第二电极之间的电气距离不会因为从所述间隙的宽端处排出的水滴而缩短。
根据一些实施例，所述至少一个电极元件可以至少包括第一电极部分，并且所述第一电极部分与水平面成第一角度设置。在这种方式中，重力可以使得间隙中的水滴沿所述间隙中的第一电极部分流动。
根据一些实施例，所述至少一个电极元件可以包括第一电极部分和第二电极部分，所述第一电极部分和第二电极部分可以相互成钝角设置，其中，所述钝角的顶点背向所述第一电极。在这种方式中，重力可以使得间隙中的水滴也沿着所述间隙中的第二电极部分流动。成钝角设置所述第一电极部分和第二电极部分使得所述第一电极部分和第二电极部分相对于所述第一电极对称。
根据一些实施例，所述间隙可以朝着间隙的下端变宽。在这种方式中，重力可以使得间隙中的水滴朝着所述间隙的宽端流动并从中排出。
根据一些实施例，所述第一电极可以包括朝向第二电极的至少一个凸起，在所述第一电极与第二电极之间设置定预定距离以在所述第一电极与第二电极之间形成电场，其中，所述电场用于利用电离的空气产生所述气流。在这种方式中，所述至少一个凸起可以为所述第一电极的明确限定的一个部分，其中，所述第一电极与第二电极之间的电场将具有最大值。
根据一些实施例，所述第二电极可以包括第一电极元件和第二电极元件，其中，所述第一电极元件与第二电极元件之间可以设有间隔以允许所述气流穿过所述第二电极。在这种方式中，所述第一电极与第二电极之间的电场可以在所述第一电极元件和第二电极元件处分别具有最大值，用于电离空气以在使用所述EHD装置时产生气流。所述产生的气流可以通过所述第一电极元件和第二电极元件之间的间隔穿过所述第二电极。
本发明的另一个目的在于提供一种供户外使用的包括EHD装置的系统，以避免在所述EHD装置的至少一个电极上形成水滴。
根据本发明的一个方面，通过一种系统来实现该目的。所述系统包括发热电子组件、与所述发热电子组件热连接的散热片，以及根据本文描述的任一方面和/或实施例中的电液动力EHD装置，其中，所述EHD装置用于产生沿着和/或穿过所述散热片的流动方向上的气流。在这种方式中，所述EHD装置直接冷却所述散热片，间接冷却所述发热电子组件。因此，所述EHD装置形成所述系统的电液动力EHD冷却设备。此外，如上所述，由于所述第二电极的至少一个电极元件包括沿着所述至少一个电极元件的长度延伸的间隙，可以避免水滴聚集在所述至少一个电极元件上，因此所述系统适用于可能存在水滴的户外环境。从而实现了上述目的。
所述发热电子组件可以包括例如射频拉远单元RRU的功率放大器。由于所述散热片与所述功率放大器热耦合，因此所述功率放大器可以由所述EHD装置间接冷却。
根据一些实施例，所述散热片可以包括第一散热片部件、第二散热片部件，以及用于容纳所述EHD装置的隔室，用于提供沿着和/或穿过所述第一散热片部件的流动方向上的推动气流以及沿着和/或穿过所述第二散热片部件的拉动气流。在这种方式中，所述EHD装置两侧的气流可用于沿着和/或穿过所述第一散热片部件和第二散热片部件提供气流。
根据一些实施例，所述EHD装置可以在所述流动方向上敞开，以实现所述散热片的自然对流冷却。在这种方式中，当关闭所述EHD装置时，所述EHD装置不会妨碍所述散热片的自然对流冷却过程。
当研究所附权利要求和以下详细描述时，本发明的其他特征和优点将变得显而易见。
附图说明
结合以下详细描述和附图中描述的示例性实施例将容易地理解本发明的各个方面和/或实施例，及其特定特征和优点，其中：
图1a和图1b示意性地示出了一种电液动力装置的剖面图；
图2a至图2d示出了一种电液动力装置的示例；
图3a和图3b示出了第二电极各部分的示例；
图4a至图4c示出了一种电液动力装置的另一示例；
图5示出了一种包括电液动力装置的系统的示例。
具体实施方式
现在对本发明的方面和/或实施例作全面的介绍。全文中相同的数字指代相同的元素。为了简洁和/或清楚起见，一些众所周知的功能或结构不一定会详细介绍。
图1a和图1b示意性地示出了一种电液动力EHD装置2'的剖面图。在第一电极4'和第二电极6'之间施加高压。所述第一电极4'和第二电极6'之间的电气距离D是所述第一电极4'与第二电极6'之间的最短距离。为了使所述EHD装置2'具有高效性，所述电气距离D相对于所述第一电极4'与第二电极6'之间施加的电压应该在不造成电击穿的前提下尽可能地短。
所述第二电极6'下侧悬挂的水滴5会将所述原始电气距离D缩短为另一电气距离D'以至于造成电击穿，如图1b中的电弧7所示。因此，应避免在上方电极的临界区域中形成水滴。
发明人已经意识到，可以利用毛细作用来避免在所述上方电极和/或其他地方形成足够大的水滴，以至于在所述EHD装置中造成电击穿。利用毛细作用避免在所述EHD装置的电极上形成水滴是一种符合成本效益的方式。
图2a至图2d示出了一种电液动力EHD装置2的示例。图2a示出了所述EHD装置2的一个视图，图2b示出了所述EHD装置2的局部放大图，图2c示出了沿图2a中C-C截面的视图，而图2d示出了所述EHD装置2的第二电极6的局部放大图。所述EHD装置2包括第一电极4和第二电极6，且所述第一电极4和第二电极6可以设置在未示出的支撑结构中。所述支撑结构将所述第一电极4与所述第二电极6电隔离。所述第二电极6设置在所述第一电极4上方。所述第一电极4可以作为高压发射器，而所述第二电极6可以形成接地的集电栅。在使用所述EHD装置2时，施加在所述第一电极4和第二电极6上的电压非常接近于所述第一电极4和第二电极6之间发生电击穿时的电压。所述高电压形成电场，使所述第一电极4和第二电极6之间的空气发生电离，在从所述第一电极4到所述第二电极6的方向上产生气流。示例性地，所述第一电极4与第二电极6之间的电压可以在7kV至15kV范围内。
所述第二电极6包括至少一个电极元件10、12。特别地，所述第二电极6可以包括第一电极元件10和第二电极元件12。更具体地，所述第二电极可以包括多个电极元件10、12、13，其中，所述电极元件10、12、13与成对的电极元件10、12、13之间设有间隔16。在使用所述EHD装置2时，所述气流允许穿过该间隔16，因此所述气流允许通过所述第二电极6。此外，从所述第二电极6上方落下的水滴可以通过所述间隔16和所述EHD装置2落下，不会影响所述EHD装置2的功能。
所述至少一个电极元件10、12以及所述多个电极元件10、12、13中的每个电极元件适当地包括沿着相关电极元件10、12、13的长度延伸的间隙18。聚集在所述相关电极元件10、12、13上的水滴通过毛细作用被吸到所述间隙18中。因此，所述水滴可以在毛细作用下沿着所述相关电极元件10、12、13传导，并且可以避免所述水滴造成电击穿。
所述电极元件10、12、13中的每个电极元件上的间隙18可以由通透缝20形成。
所述第二电极6可以由金属制成。示例性地，所述第二电极6可以由金属板制成，例如，不锈钢金属板。所述金属板的厚度可以在0.3mm至5.0mm范围内。所述第二电极6可以通过对金属板进行冲压、切割或激光切割、弯曲压形等方式制成。所述电极元件10、12、13中的每个电极元件上的通透缝20，例如，可以通过激光切割操作的方式切割形成。类似地，所述第一电极4可以采用与所述第二电极6相同类型的材料并通过相同的制造方法制成。
所述第一电极4和所述第二电极6沿第一方向8延伸。所述至少一个电极元件10、12沿与所述第一方向8交叉的第二方向14延伸。在这些实施例中，所述第二方向14垂直于所述第一方向8。然而，所述第二方向14也可以与所述第一方向8成不同的角度，例如45°角。
所述间隙18的宽度可以在0.1mm至0.5mm范围内。更具体地，所述间隙18至少一个部分在所述第一方向8上的宽度可以在0.1mm至0.5mm范围内。根据一些实施例，所述间隙18的宽度可以在0.2mm至0.3mm范围内。
所述间隙18朝着间隙18的一端32变宽。例如，所述间隙18的一端32的宽可以是1毫米或大于1毫米。所述间隙18的一端32也可以称为所述间隙18的宽端32。对所述间隙18中的任意水滴上的毛细作用在所述间隙18的宽端32处减弱，并且水滴可以从所述间隙18的宽端32处排出。所述间隙18的宽端32可以设置在所述电极元件10、12内。或者，如图2b和图2d所示，所述间隙18的宽端32也可以设置在所述第二电极6的公共部分33上，其中，所述电极元件10、12与所述公共部分33连接。
所述电极元件10、12、13中的每个电极元件包括第一电极部分26，其中，当使用所述EHD装置2时，所述第一电极部分26与水平面H成第一角度A设置。因此，重力可以帮助所述间隙18中的水滴沿所述间隙18中的第一电极部分26流向间隙18的下端。在所述间隙18的下端处，所述间隙18的宽端32可以排出所述间隙18中的水滴。然而，可选地，也可以简单地将所述间隙18一直延伸穿过所述公共部分33，从而在所述第二电极6的下端形成排水口。
如上所述，所述第一电极4沿所述第一方向8延伸。所述第一电极4的延伸部分在垂直于所述第一方向8上受到限制，例如，限制在1mm至10mm之间。因此，所述气流通过所述第一电极4而不受到所述第一电极4的任何较大程度的阻碍。对于所述电极元件10、12、13中的每个电极元件，所述第一电极4包括朝向所述第二电极6延伸的一个凸起24。在一个凸起24与相应的电极元件10、12、13之间设置预定距离。所述预定距离适当地构成所述EHD装置2的第一电极4和第二电极6之间的电气距离D。因此，所述第一电极4和第二电极6之间的电场在所述电气距离D的位置处具有最大值。示例性地，所述电气距离D可以是例如15mm。此时，施加在所述第一电极4和第二电极6之间的电压大约可以是15kV。
作为替代性示例，图3a示意性地示出了第二电极6的一个部分。所述电极元件10、12、13中的每个电极元件包括两个独立构件22、22'，两者之间形式所述间隙18。同样，所述间隙18之间的宽度使得水滴将通过毛细作用被吸到所述间隙18中。在这些实施例中，两个独立构件22、22'各自包括一个杆。所述独立构件22、22'与所述第二电极6的公共部分33'连接。类似地，另一公共部分(未示出)可以与所述独立构件22、22'的对立端连接。在所述电极元件10、12、13之间形成用于通过气流的间隔16。
作为另一示例，图3b示意性地示出了第二电极6的一个部分。同样，所述电极元件10包括两个独立构件22、22'，两者之间形成所述间隙18。在图3b中，仅示出了一个电极元件10。同样，所述间隙18之间的宽度使得水滴将通过毛细作用被吸到所述间隙18中。在这些实施例中，所述两个独立构件22、22'各自包括一个扁平构件。同样，所述独立构件22、22'与所述第二电极6的公共部分33'连接。在所述电极元件10之间形成用于通过气流的间隔16。在图3b中示出了与其中一个独立构件22相邻的一个间隔。
图4a至图4c示出了电液动力EHD装置2的另一示例。图4a示出了所述EHD装置2的一个视图，图4b示出了所述EHD装置2的局部放大图，图4c示出了沿图4a中的线III-III的剖面图。这些实施例类似于图2a至图2d中的实施例。因此，以下主要描述与图2a至图2d中的实施例的不同之处。
同样，所述EHD装置2包括沿第一方向8延伸的第一电极4和第二电极6。所述第二电极6包括至少一个电极元件10、12、13。对于所述电极元件10、12、13中的每个电极元件，所述第一电极4包括朝向所述第二电极6的一个凸起24。所述电极元件10、12、13与成对的电极元件10、12、13之间设有间隔16。所述至少一个电极元件10、12包括沿着所述至少一个电极元件10、12的长度延伸的间隙18。所述至少一个电极元件10、12沿与所述第一方向8交叉的第二方向14延伸。
同样，所述电极元件10、12中的每个电极元件均包括第一电极部分26，其中，当使用所述EHD装置2时，所述第一电极部分26可以与水平面H成第一角度A设置。
在这些实施例中，所述电极元件10、12中的每个电极元件均包括第二电极部分28，其中，当使用所述EHD装置2时，所述第二电极部分28可以与水平面H成第二角度B设置。所述第一电极部分26和第二电极部分28相互成钝角C设置，其中，所述钝角C的顶点30背向所述第一电极4。所述第一电极部分26和第二电极部分28以这种方式设置，从而通过重力来使得间隙18中的水滴沿所述间隙18中的第一电极部分26和第二电极部分28向所述间隙18的两个下端流动。
所述间隙18可以为沿所述第一电极部分26和第二电极部分28延伸的一个间隙。或者，所述第一电极部分26和第二电极部分28也可以各自分别设有间隙18、18'。
如果所述间隙18沿所述第一电极部分26和第二电极部分28延伸，则所述间隙18朝着间隙18的两端32、32'变宽。如果所述第一部分26和第二部分28分别设有间隙18、18'，则沿着每个间隙18、18'的一端32、32'变宽。所述间隙18朝着一个或两个下端32、32'变宽。因此，所述间隙18中的任意水滴上的毛细作用在所述间隙18的低位置处的宽端32、32'减弱，并且水滴可以从所述间隙18的宽端32、32'处排出。
图5示出了一种包括电液动力EHD装置2的系统50的示例。
所述系统50包括：发热电子组件52，散热片54，和根据本文描述的方面和/或实施例中的所述EHD装置2。所述发热电子组件52被适当地设置在壳体53内。所述散热片54与所述发热电子组件52热连接并被设置在所述壳体53外。所述EHD装置2用于产生沿着和/或穿过所述散热片54的流动方向55上的气流。适当地，所述流动方向55朝上。因此，所述散热片54处的自然对流通过所述EHD装置2产生的气流来补充。在这些实施例中，所述散热片54包括大量的鳍片57，其中，鳍片57提供需要所述气流冷却的巨大冷却表面。因此，所述EHD装置2冷却所述散热片54，又反过来传导来自所述发热电子部件52的热量。
所述散热片54包括第一散热片部件56、第二散热片部件58，以及用于容纳所述EHD装置2的隔室60。所述第一散热片部件56设置在所述隔室60上方，所述第二散热片部件58设置在所述隔室60下方。因此，所述EHD装置2提供沿着和/或穿过所述第一散热片部件56的流动方向55上的推动气流以及沿着和/或穿过所述第二散热片部件58的拉动气流。
所述隔室60的上下侧敞开，以允许所述EHD装置2产生的气流穿过所述隔室60。
所述EHD装置2和所述隔室60在所述流动方向55上是敞开的，以使所述散热片54能够实现自然对流冷却。因此，当所述EHD装置2关闭时，自然对流既不受到所述EHD装置2的阻碍也不受到所述隔室60的阻碍。
所述系统50，例如，可以是射频拉远单元RRU，所述发热电子组件52，例如，可以包括功率放大器。施加到所述EHD装置2的第一电极和第二电极的高压可以由设置在所述壳体53内的电子组件产生。电导体将这些电子部件与所述EHD装置2的第一电极和第二电极连接。
所述系统50用于存在水滴的环境，例如，适合户外使用。如上所述，由于在所述EHD装置2的第二电极中提供的间隙，毛细作用能够避免在所述第二电极上形成水滴。
示例性地，参见例如图2a和4a所示，所述EHD装置2在第一方向8上的长度可以约为0.3m，且可以施加10kV至15kV的电压。这种EHD装置2可以提供8至12立方英尺/每分钟的气流。与所述散热片54中的自然对流冷却相比，这种气流可以提供10W/升空气增加的冷却容量。例如，取决于所述散热片54的设计，所述散热片54可以提供30W/升空气的自然对流冷却能力。在所述EHD装置2开启的情况下，所述冷却能力可以是大约40W/升空气。
应理解，上述是对各种示例实施例的说明，并且本发明仅由所附权利要求限定。本领域技术人员将意识到，可以修改所述示例实施例，并且可以将所述示例实施例的不同特征进行组合以在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的前提下构建除本文描述的实施例之外的实施例。
例如，电极元件10、12、13可包括与所述电极元件10、12、13相互平行的一个以上间隙18。

Claims (12)

1.一种电液动力EHD装置(2)，其特征在于，包括第一电极(4)和第二电极(6)，其中，所述第二电极(6)被设置在与所述第一电极(4)相隔预定距离的位置，用于产生气流，所述第二电极(6)包括至少一个电极元件(10、12)；
其中，所述至少一个电极元件(10、12)包括沿着所述至少一个电极元件(10、12)的长度延伸的间隙(18)，用于在毛细作用下沿着所述至少一个电极元件(10、12)传导水滴。
2.根据权利要求1所述的EHD装置(2)，其特征在于，所述至少一个电极元件(10、12)包括形成所述间隙(18)的通透缝(20)。
3.根据权利要求1所述的EHD装置(2)，其特征在于，所述至少一个电极元件(10、12)包括两个独立构件(22、22')，两者之间形成所述间隙(18)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的EHD装置(2)，其特征在于，所述第一电极(4)和所述第二电极(6)沿着第一方向(8)延伸，所述至少一个电极元件(10、12)沿与所述第一方向(8)交叉的第二方向(14)延伸，所述间隙(18)至少一个部分在所述第一方向(8)上的宽度在0.1mm至0.5mm范围内。
5.根据前述权利要求1至3中任一项所述的EHD装置(2)，其特征在于，所述间隙(18)朝着间隙(18)的至少一端(32)变宽。
6.根据前述权利要求1至3中任一项所述的EHD装置(2)，其特征在于，所述至少一个电极元件(10、12)包括第一电极部分(26)和第二电极部分(28)，所述第一电极部分和所述第二电极部分(26、28)相互成钝角(C)设置，其中，所述钝角的顶点(30)背向所述第一电极(4)。
7.根据权利要求6所述的EHD装置(2)，其特征在于，所述间隙(18)朝着间隙(18)的下端(32)变宽。
8.根据前述权利要求1至3中任一项所述的EHD装置(2)，其特征在于，所述第一电极(4)包括朝向第二电极(6)的至少一个凸起(24、24')，在所述第一电极(4)和第二电极(6)之间设置预定距离以在所述第一电极(4)和第二电极(6)之间形成电场，其中，所述电场用于利用电离的空气产生所述气流。
9.根据前述权利要求1至3中任一项所述的EHD装置(2)，其特征在于，所述第二电极包括第一电极元件(10)和第二电极元件(12)，其中，所述第一电极元件(10)与第二电极元件(12)之间设有间隔(16)以允许所述气流通过所述第二电极(6)。
10.一种系统(50)，其特征在于，包括发热电子组件(52)、与所述发热电子组件(52)热连接的散热片(54)，以及根据前述权利要求中任一项所述的电液动力EHD装置(2)，其中，所述EHD装置(2)用于产生沿着和/或穿过所述散热片(54)的流动方向(55)上的气流。
11.根据权利要求10所述的系统，其特征在于，所述散热片(54)包括第一散热片部件(56)、第二散热片部件(58)，以及用于容纳所述EHD装置(2)的隔室(60)，用于提供沿着和/或穿过所述第一散热片部件(56)的流动方向(55)上的推动气流以及沿着和/或穿过所述第二散热片部件(58)的拉动气流。
12.根据权利要求11所述的系统，其特征在于，所述EHD装置(2)在所述流动方向(55)上敞开，以实现所述散热片(54)的自然对流冷却。
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