CN114501964B - 一种基于压电激振的动态壁面换热装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于压电激振的动态壁面换热装置，包括底座支架，底座支架的侧壁上设有条形口，条形口内设置有低温热源流道，所述底座支架上还设有高温热源流道，所述高温热源流道包括架设在底座支架上的主管，所述主管上套设有换热套，在主管上还串接有波纹管，波纹管设置在换热套两侧；所述的低温热源流道也贯穿换热套；所述底座支架上设有多个弹性悬梁臂，弹性悬梁臂的下端设有惯性质量块，弹性悬梁臂与惯性质量块之间设有压电叠堆件。本发明延长流体在换热套内的停留时间，提升换热效率，此外，还具有体积小的优点，能够满足微型高热流密度设备的强化换热需求。

Description

一种基于压电激振的动态壁面换热装置
技术领域
本发明涉及热管理领域，特别涉及一种基于压电激振的动态壁面换热装置。
背景技术
现代车辆呈现出电气化、信息化以及智能化的鲜明发展趋势，大功率电力电子控制单元、分布式算力单元越来越多，呈现出热源部件种类多、数量大、布置分散、热流密度高、温差跨度大等技术特点，亟需高效快速且利于布置的热管理方案。
目前已知的动态壁面换热装置体积较大，无法在芯片、激光器等微型高热流密度设备上进行普及应用，所以，需要设计一种换热装置来解决上述问题。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种基于压电激振的动态壁面换热装置。本发明能够延长流体在换热套内的停留时间，提升换热效率，此外，还具有体积小的优点，能够满足微型高热流密度设备的强化换热需求。
本发明的技术方案：一种基于压电激振的动态壁面换热装置，包括底座支架，底座支架的侧壁上设有条形口，条形口内设置有低温热源流道，所述底座支架上还设有高温热源流道，所述高温热源流道包括架设在底座支架上的主管，所述主管上套设有换热套，在主管上还串接有波纹管，波纹管设置在换热套两侧；所述的低温热源流道也贯穿换热套；
所述底座支架上设有多个弹性悬梁臂，弹性悬梁臂的下端设有惯性质量块，弹性悬梁臂与惯性质量块之间设有压电叠堆件；所述惯性质量块的下部设有激振片，激振片设置在波纹管上方；对压电叠堆件施加外电压，使压电叠堆件产生激励振动，压电叠堆件带动激振片振动，激振片将激振力传递到主管的波纹管上，使波纹管的壁面振动，波纹管振动时会产生微小的形变，从而使波纹管之间的流体在换热套内停留更长时间，实现热量在换热套内充分的换热。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述弹性悬梁臂上贯穿设有预紧螺栓，预紧螺栓的上端设有预紧平头滚花螺母，弹性悬梁臂的上侧通过预紧弹簧与预紧平头滚花螺母连接。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述激振片通过固定螺栓与惯性质量块连接，激振片的下端设有斜齿，激振片的斜齿与波纹管的接触，在激振片振动时，波纹管受到斜齿的挤压带动波纹管往复蠕动，进一步提高波纹管之间的流体在换热套内的停留时间。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述换热套由三种不同的可控导热系数的材料上下堆叠而成。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述低温热源流道的个数为两根，所述低温热源流道的两侧通过振簧与条形口内壁连接；所述高温热源流道与低温热源流道相互垂直。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述预紧螺栓的上端螺纹连接有预紧平头滚花螺母，预紧平头滚花螺母和弹性悬梁臂之间设有预紧弹簧。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述底座支架的两侧均贯穿设有流道保持架，流道保持架包括和底座支架连接的板状部，板状部的表面设有筒状部，所述高温热源流道的两端分别穿过两个筒状部。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述底座支架上设有多个安装孔；所述弹性悬梁臂的截面呈L型结构，弹性悬梁臂上设有与安装孔对应的固定孔。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述压电叠堆件由多个圆环状的压电片叠堆而成。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述惯性质量块的内部设有六角螺栓沉孔，预紧螺栓的螺帽位于六角螺栓沉孔内，惯性质量块的上表面设有压电叠堆沉孔，压电叠堆沉孔通过连接孔与六角螺栓沉孔连通，压电叠堆件的下端位于压电叠堆沉孔内。
前述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置中，所述底座支架的底部设置有散热口。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明中，在底座支架上设有多个弹性悬梁臂，弹性悬梁臂的下端设有惯性质量块，弹性悬梁臂与惯性质量块之间设有压电叠堆件；所述惯性质量块的下部设有激振片，激振片设置在波纹管上方，通过对压电叠堆件施加不同贫富的正弦激励电压，使压电叠堆件产生不同的激励振动，进而带动惯性质量块上下振动，惯性质量块通过激振片将激振力施加到波纹管上，波纹管受到激振片下端斜面的反复挤压下发生微小的形变，从而使波纹管之间的流体在换热套内停留更长时间，实现热量在换热套内充分的换热，此外，波纹管振动时，使得主管也随之振动，进而带动换热套振动，进而促进换热套内的流体分子共振，加强换热，而且，本装置的集成度较高，整体体积较小，能够满足微型高热流密度设备的强化换热需求。
2、本发明中，在激振片的下端设有斜齿，激振片的斜齿与波纹管的接触，在激振片振动时，波纹管受到斜齿的挤压带动波纹管往复蠕动，进一步提高波纹管之间的流体在换热套内的停留时间，从而提高换热套内流体之间热交换的效果。
3、本发明在底座支架的两侧设置有流道保持架，流道保持架包括和底座支架连接的板状部，板状部的表面设有筒状部，高温热源流道的两端分别穿过两个筒状部，设置流道保持架能够对高温热源主流道限位，防止高温热源流道产生过大滑移。
4、本发明在惯性质量块上设有预紧螺栓，预紧螺栓上端设有预紧平头滚花螺母，预紧平头滚花螺母与弹性悬梁臂之间设有预紧弹簧，通过上述结构能够调节预紧压力的大小，使预紧压力大于激振系统的最大输出力，保证压电叠堆件及整个装置正常工作而不被损坏。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明中高温热源流道和激振片的装配图；
图3是本发明中换热套的结构示意图；
图4是本发明中惯性质量块和弹性悬梁臂的装配图；
图5是本发明中惯性质量块内部的结构示意图；
图6是本发明中底座支架的结构示意图。
附图中的标记为：1-底座支架；2-高温热源流道；201-主管；202-波纹管；3-低温热源流道；4-条形口；5-振簧；6-换热套；7-弹性悬梁臂；8-预紧平头滚花螺母；9-流道保持架；901-板状部；902-筒状部；10-安装孔；11-预紧螺栓；12-预紧弹簧；13-压电叠堆件；14-惯性质量块；15-激振片；151-斜齿；16-固定螺栓；17-压电叠对沉孔；18-固定孔；19-连接孔；20-六角螺栓沉孔；21-散热口。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明，但并不作为对本发明限制的依据。
实施例：一种基于压电激振的动态壁面换热装置，如附图1和附图6所示，包括底座支架1，所述底座支架1的底部设置有散热口21，底座支架1的侧壁设有条形口4，条形口4内设置有低温热源流道3，所述低温热源流道3的个数为两根，低温热源流道3的两侧通过振簧5与条形口4内壁连接。
所述底座支架1上设有高温热源流道2，所述高温热源流道2与低温热源流道3相互垂直，所述高温热源流道2包括架设在底座支架1上的主管201，所述主管201上套设有换热套6，换热套6由三种不同的可控导热系数的材料上下堆叠而成，可以提高换热套6的换热效果，在主管201上还串接有波纹管202，波纹管202由工程耐温橡胶或者铝合金材料制成，在受到横向振动激励之后具有一定蠕动效果，且具有较高的疲劳寿命，高温热源流道2与低温热源流道3相互垂直，并且高温热源流道2两端延伸出底座支架1；所述底座支架1的两侧均贯穿设有流道保持架9，流道保持架9包括和底座支架1连接的板状部901，板状部901的表面设有筒状部902，所述高温热源流道2的两端分别穿过两个筒状部902，设置流道保持架9能够对高温热源主流道2限位，防止高温热源流道2产生过大滑移。
所述底座支架1上设有多个弹性悬梁臂7，所述弹性悬梁臂7上贯穿设有预紧螺栓11，预紧螺栓11的上端设有预紧平头滚花螺母8，弹性悬梁臂7的上侧通过预紧弹簧12与预紧平头滚花螺母8连接，预紧螺栓11、预紧平头滚花螺母8和预紧弹簧12用于产生预紧压力，防止压电叠堆件13受惯性质量块14产生过大惯性力而损坏，通过调节预紧平头滚花螺母8来调节预紧压力的大小，使预紧压力大于激振系统的最大输出力，保证压电叠堆件13及整个装置正常工作而不被损坏；所述底座支架1上设有多个安装孔10，所述弹性悬梁臂7的截面呈L型结构，弹性悬梁臂7上设有与安装孔10对应的固定孔18。
弹性悬梁臂7的下端设有惯性质量块14，弹性悬梁臂7与惯性质量块14之间设有压电叠堆件13，所述压电叠堆件13由多个圆环状的压电片叠堆而成；所述惯性质量块14的下部设有激振片15，激振片15设置在波纹管202上方，对压电叠堆件13施加外电压，使压电叠堆件13产生激励振动，压电叠堆件13带动激振片15振动，激振片15将激振力传递到主管的波纹管202上，使波纹管202的壁面振动，波纹管202振动时会产生微小的形变，从而使波纹管202之间的流体在换热套6内停留更长时间，实现热量在换热套6内充分的换热，还能够促进流体的分子共振加强换热；所述激振片15通过固定螺栓16与惯性质量块14连接，激振片15的下端设有斜齿151，激振片15的斜齿151与波纹管202的接触，在激振片15振动时，波纹管202受到斜齿151的挤压带动波纹管202往复蠕动，进一步提高波纹管202之间的流体在换热套6内的停留时间。
所述惯性质量块14的内部设有六角螺栓沉孔20，预紧螺栓11的螺帽位于六角螺栓沉孔20内，惯性质量块14的上表面设有压电叠堆沉孔17，压电叠堆沉孔17通过连接孔19与六角螺栓沉孔20连通，压电叠堆件13的下端位于压电叠堆沉孔17内。
工作原理：本发明应用于需要高效换热且运行工况中热源部件种类多、布置分散、热流密度高、温差跨度大的元件或设备。使用时，将装置置于需要换热的壁面，根据使用中所需的换热性能，通过对压电叠堆件13施加不同频幅的正弦激励电压，并通过高压放大器进行信号的放大，使其发生不同的激励振动，从而带动惯性质量块14上下振动，再通过惯性质量块14上的激振片15将激振力施加到波纹管202上，波纹管202受到激振片15下端斜面的反复挤压下进行横向蠕动，蠕动的两段波纹管202之间的流体在换热套6内停留更长时间，实现热量在不同导热系数的材料间充分的换热，并且激振片15的高频振动也会使得波纹管202振动，进而使得主管201在激振电压下受激振片15产生振动，同时带动换热套6振动，进而促进换热套6内的流体分子共振，加强换热。

Claims (10)

1.一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：包括底座支架(1)，底座支架(1)的侧壁上设有条形口(4)，条形口(4)内设置有低温热源流道(3)，所述底座支架(1)上还设有高温热源流道(2)，所述高温热源流道(2)包括架设在底座支架(1)上的主管(201)，所述主管(201)上套设有换热套(6)，在主管(201)上还串接有波纹管(202)，波纹管(202)设置在换热套(6)两侧；所述的低温热源流道(3)也贯穿换热套(6)；
所述底座支架(1)上设有多个弹性悬梁臂(7)，弹性悬梁臂(7)的下端设有惯性质量块(14)，弹性悬梁臂(7)与惯性质量块(14)之间设有压电叠堆件(13)；所述惯性质量块(14)下部设有激振片(15)，激振片(15)设置在波纹管(202)上方；对压电叠堆件(13)施加外电压，使压电叠堆件(13)产生激励振动，压电叠堆件(13)带动激振片(15)振动，激振片(15)将激振力传递到主管的波纹管(202)上，使波纹管(202)的壁面振动，波纹管(202)振动时会产生微小的形变，从而使波纹管(202)之间的流体在换热套(6)内停留更长时间，实现热量在换热套(6)内充分的换热。
2.根据权利要求1所述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：所述弹性悬梁臂(7)上贯穿设有预紧螺栓(11)，预紧螺栓(11)的上端设有预紧平头滚花螺母(8)，弹性悬梁臂(7)的上侧通过预紧弹簧(12)与预紧平头滚花螺母(8)连接。
3.根据权利要求1所述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：所述激振片(15)通过固定螺栓(16)与惯性质量块(14)连接，激振片(15)的下端设有斜齿(151)，激振片(15)的斜齿(151)与波纹管(202)的接触，在激振片(15)振动时，波纹管(202)受到斜齿(151)的挤压带动波纹管(202)往复蠕动，进一步提高波纹管(202)之间的流体在换热套(6)内的停留时间。
4.根据权利要求1所述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：所述换热套(6)由三种不同的可控导热系数的材料上下堆叠而成。
5.根据权利要求1所述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：所述低温热源流道(3)的个数为两根，低温热源流道(3)的两侧通过振簧(5)与条形口(4)内壁连接；所述高温热源流道(2)与低温热源流道(3)相互垂直。
6.根据权利要求1所述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：所述底座支架(1)的两侧均贯穿设有流道保持架(9)，流道保持架(9)包括和底座支架(1)连接的板状部(901)，板状部(901)的表面设有筒状部(902)，所述高温热源流道(2)的两端分别穿过两个筒状部(902)。
7.根据权利要求1所述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：所述底座支架(1)上设有多个安装孔(10)；所述弹性悬梁臂(7)的截面呈L型结构，弹性悬梁臂(7)上设有与安装孔(10)对应的固定孔(18)。
8.根据权利要求1所述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：所述压电叠堆件(13)由多个圆环状的压电片叠堆而成。
9.根据权利要求1所述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：所述惯性质量块(14)的内部设有六角螺栓沉孔(20)，预紧螺栓(11)的螺帽位于六角螺栓沉孔(20)内，惯性质量块(14)的上表面设有压电叠堆沉孔(17)，压电叠堆沉孔(17)通过连接孔(19)与六角螺栓沉孔(20)连通，压电叠堆件(13)的下端位于压电叠堆沉孔(17)内。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种基于压电激振的动态壁面换热装置，其特征在于：所述底座支架(1)的底部设置有散热口(21)。
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