CN110113911A - 一种多孔压电式合成射流散热装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多孔压电式合成射流散热装置，包括盖板、底板和振动模块，盖板上设有若干喷口，盖板与振动模块形成第一子腔室；底板上设有若干进气口，底板与振动模块形成第二子腔室；振动模块包括安装压片，安装压片内圈设有凸台，用于安装振动膜，振动膜上固定有压电陶瓷片，安装压片上设若干有引流口，连通第一子腔室和第二子腔室，当压电陶瓷片受到激励时，带动振动膜周期性的向第一子腔室和第二子腔室弯曲变形；引流口和进气口处安装有类瓣膜状气门，可以实现气流的单向流通。本发明不仅扩大了射流影响域和有效散热面积，还实现了从远离热源处吸入低温空气对热源进行降温，相比传统的合成射流装置有更好的散热效果和更高的能量利用效率。

Description

一种多孔压电式合成射流散热装置

技术领域

本发明涉及一种散热装置，特指一种基于合成射流原理的散热装置，属于流体传输与控制技术领域。

背景技术

随着电子器件的设计尺寸越来越小，其工作过程中的热流密度逐渐增大，仅仅采用自然对流散热已经不能满足散热需求。长时间高温运作会对电子器件的工作效率和寿命产生重大的影响。传统的散热方法是安装风扇进行强制对流换热，但是安装风扇会显著增大散热系统的尺寸，工作时的震动和噪音问题也难以解决，如果风扇的运动部件出现故障，维修更换都极为不便。

基于合成射流原理的散热器因其无管路、无转动部件、结构简单、效率高、效果好等优点在微型电子器件散热领域的应用越来越广泛。普通的合成射流装置一般为单膜、单腔结构，依靠振动膜的往复运动，改变腔体内的气压，在喷口处往复吹吸，形成成对的漩涡并夹带周边空气向热源运动，对热源起到散热作用。但是传统的单膜、单腔合成射流散热器只有一个喷口，合成射流的作用范围有限。且因为只有一个喷口，所以吹吸的气体都是接近热源处的气体，气体的整体工作温度比较高，散热效果有限。同时，传统的单膜、单腔合成射流散热器的振动膜的一侧位于环境流场中，当振动膜工作时，有一半的动能浪费在环境流场中，能量利用效率低。因此，急需开发一种可以扩大射流作用范围，能量利用效率高，并能显著降低整体工作温度，有效提高散热效果的合成射流装置。

发明内容

针对传统合成射流装置的不足，本发明提供了多孔压电式合成射流散热装置，从远离热源处吸入气体，作用于热源，能量利用效率高，散热效果好。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种多孔压电式合成射流散热装置，包括依次固连的盖板、振动模块、底板，所述盖板和底板为带有空腔的圆柱体，所述振动模块包括安装压片，所述安装压片内圈设有固定振动膜的凸台，振动膜上固定有压电陶瓷片，所述安装压片、底板上分别设有若干引流口和进气口，所述引流口和进气口处安装有类瓣膜状气门，所述盖板上设有若干喷口。

上述方案中，所述类瓣膜状气门的截面为“人”字形，且两端分别设有大小开口。

上述方案中，所述大开口固定在进气口和引流口处。

上述方案中，所述振动模块与盖板形成第一子腔室，振动模块与底板形成第二子腔室。

上述方案中，所述引流口连通第一子腔室和第二子腔室。

上述方案中，所述类瓣膜状气门的材料选用橡胶。

上述方案中，所述喷口正对热源。

上述方案中，所述压电陶瓷片与电源相连。

本发明提供的合成射流散热装置克服了传统技术的不足，与传统合成射流装置相比其主要有益效果在于：

盖板、振动模块和底板结合为一体，结构紧凑，易于集成化，能够在不过多改变尺寸和质量的情况下显著提高散热效果。盖板上开有若干喷口，相对于传统的单喷口结构，射流影响域和有效散热面积扩大了近2倍；盖板上喷口的数量和位置可以根据实际需要灵活设计，可以做到大范围的精准散热。传统的单膜、单腔结构吸入和喷出的气体都是热源附近的气体，温度偏高，散热效果有限，本发明采用的单膜、双腔结构和类瓣膜状气门结构能够实现从远离热源处吸入低温气体，对热源进行散热，气体的整体工作温度下降，散热效果提升了20％左右。传统合成射流散热装置的振动膜的一侧处于环境流场中，动能损失大，本发明的单膜、双腔结构使得振动膜的两侧都处于工作腔室内，有效降低了振动膜的动能损失，使得能量利用效率提高了40％左右。

附图说明

结合下面的附图来对本发明的实施例进行详细说明。

图1为本发明合成射流装置的三维结构示意图；

图2为本发明合成射流装置的剖面图；

图3为本发明合成射流装置中振动膜向第一子腔室变形的示意图；

图4为本发明合成射流装置中振动膜向第二子腔室变形的示意图；

图中：10-盖板；11-喷口；20-振动模块；21-安装压片；22-振动膜；23-压电陶瓷片；24-引流口；30-底板；31-进气口；40-第一子腔室；50-第二子腔室；60-类瓣膜状气门。

具体实施方式

以下将以图示揭露本发明的实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本发明。也就是说，在本发明的实施方式中，有些细节是非必要的。此外，为简化图示，一些现有惯用的结构与组件在图示中将以简单示意的方法绘示。

请参照图1，一种多孔压电式合成射流散热装置，包括依次粘贴为一起的盖板10、振动模块20和底板30。盖板10为带有空腔的圆柱体，直径取值60mm，高度取值16mm，侧边壁厚为2mm，上端面开有5个喷口11，喷口11形状为圆形，直径取值5mm，喷口方向正对热源，盖板10的材料选用适合精密加工的铝型材。底板30为带有空腔的圆柱体，直径取值60mm，高度取值16mm，侧边壁厚为2mm，下端面开有5个进气口31，进气口31形状为圆形，直径取值5mm，底板30的材料选用适合精密加工的铝型材。振动模块20由安装压片21、振动膜22和压电陶瓷片23构成，安装压片21为圆环状柱体，圆环外径取值60mm，内径取值40mm，厚度为4mm，安装压片21内圈设有凸台，用于固定振动膜22，安装压片21材料选择pp抗静电板材，振动膜22为圆形金属膜片，直径取值40mm，厚度为0.3mm，材料为黄铜，压电陶瓷片23为正方形的薄片，边长取值8mm，厚度为1mm，材料为PZT5，压电陶瓷片23固定于振动膜22的中心位置，安装压片21上开有2个引流口24，引流口24形状为圆形，直径取值5mm，引流口24连通第一子腔室40和第二子腔室50。进气口31和引流口24处都安装有类瓣膜状气门60，类瓣膜状气门60的截面为“人”字形，两端分别设有大小两个圆形的开口，大开口固定在进气口31和引流口24处，直径取值5mm，小开口在正常状态下闭合，类瓣膜状气门60允许气体从大开口处进入，从小开口处喷出，即气体只能单向通过气门，类瓣膜状气门60的材料为橡胶。

请参照图2，其绘示了本发明合成射流装置的剖面图。盖板10和振动模块20共同围成第一子腔室40，底板30和振动模块20共同围成第二子腔室50。压电陶瓷片23通过导线与电源连接，当压电陶瓷片23受到交流电信号的激励时，周期性的带动振动膜22在第一子腔室40和第二子腔室50之间变形运动。

请参照图3，其中振动膜22向第一子腔室40变形。振动膜22的运动使得第一子腔室40的空间减小，腔室内的气压增大，引流口24处的类瓣膜状气门60阻止第一子腔室40的气体向第二子腔室50流动，所以第一子腔室40内的气体只能从盖板10上的喷口11处向外喷出。同时，振动膜22的运动使得第二子腔室50的空间变大，腔室内的气压减小，引流口24处的类瓣膜状气门60阻止了第一子腔室40的气体向第二子腔室50流动，进气口31外侧的气体在气压差的作用下通过进气口31进入第二子腔室50。

请参照图4，其中振动膜22向第二子腔室50变形。振动膜22的运动使得第二子腔室50的空间减小，腔室内的气压增大。进气口31处的类瓣膜状气门60阻止了第二子腔室50内的气体通过进气口31向外喷出，所以腔室内气体在振动膜22的压迫下只能通过引流口24和引流口24处的类瓣膜状气门60进入第一子腔室40。同时，振动膜22的运动使得第一子腔室40的空间增大，腔室内的气压减小，喷口11外侧的气体在压力差的作用下通过喷口11进入第一子腔室40。

请参照图3和图4，振动膜22在第一子腔室40和第二子腔室50之间的往复变形运动，造成了喷口11处的周期性气体吹吸，在经过多次的气体吹吸之后，喷口11处形成成对的漩涡射流，喷口11正对热源，射流对热源起到散热作用。

相比于传统的单膜单腔式单孔合成射流装置，本发明拥有更多的喷口11，射流影响域和有效散热面积扩大了接近2倍。传统的合成射流装置的振动膜一侧位于环境流场中，浪费了接近一半的动能，本发明的振动膜22两侧均是工作腔室，有效降低了振动膜22的动能损失，使得能量利用效率提高了40％左右。同时，本发明除了在喷口11处周期性吹吸热源附近的气体之外，还通过第二子腔室50从远离热源的地方吸入低温气体，大大降低了整体工作气体的温度，散热效果得到了20％左右的提升。

综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。

以上内容是结合附图对本发明实施例进行的描述，对本发明只起到示意性作用而非限制性作用。因此，本发明并不局限于上述的具体实施方式。本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行各种组合、修改或者同等替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种多孔压电式合成射流散热装置，其特征在于，包括依次固连的盖板(10)、振动模块(20)、底板(30)，所述盖板(10)和底板(30)为带有空腔的圆柱体，所述振动模块(20)包括安装压片(21)，所述安装压片(21)内圈设有固定振动膜(22)的凸台，振动膜(22)上固定有压电陶瓷片(23)，所述安装压片(21)、底板(30)上分别设有若干引流口(24)和进气口(31)，所述引流口(24)和进气口(31)处安装有类瓣膜状气门(60)，所述盖板(10)上设有若干喷口(11)。

2.根据权利要求1所述的多孔压电式合成射流散热装置，其特征在于，所述类瓣膜状气门(60)的截面为“人”字形，且两端分别设有大小开口。

3.根据权利要求1或2所述的多孔压电式合成射流散热装置，其特征在于，所述大开口固定在进气口(31)和引流口(24)处。

4.根据权利要求3所述的多孔压电式合成射流散热装置，其特征在于，所述振动模块(20)与盖板(10)形成第一子腔室(40)，振动模块(20)与底板(30)形成第二子腔室(50)。

5.根据权利要求4所述的多孔压电式合成射流散热装置，其特征在于，所述引流口(24)连通第一子腔室(40)和第二子腔室(50)。

6.根据权利要求2所述的多孔压电式合成射流散热装置，其特征在于，所述类瓣膜状气门(60)的材料选用橡胶。

7.根据权利要求1所述的多孔压电式合成射流散热装置，其特征在于，所述喷口(11)正对热源。

8.根据权利要求1所述的多孔压电式合成射流散热装置，其特征在于，所述压电陶瓷片(23)与电源相连。