CN115696856A - 一种集成式压电微喷散热装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于电子器件散热相关技术领域，并公开了一种集成式压电微喷散热装置。一种集成式压电微喷散热装置，该装置包括上盖、压电振子和底座，其中，底座上下两个端面上均设置有凹槽，分别形成泵腔和射流腔，底座的中心设置有多个分液腔，该分液腔的底部设置有喷嘴，冷却液入口与分液腔连接，喷嘴与射流腔相连，泵腔同时与射流腔和冷却液冷却液出口相连；上盖中心设置有压电振子配合的通孔，压电振子设置在上盖和底座之间，压电振子在交变电压的作用下往复振动，将冷却液吸入和排出，以此冷却待冷却电子设备表面。通过本发明，解决主动液冷装置体积大不能满足太空和便携电子设备等紧凑空间需求的问题。
Description
技术领域
本发明属于电子器件散热相关技术领域，更具体地，涉及一种集成式压电微喷散热装置。
背景技术
随着科技的发展，电子器件的功率密度不断上升，导致其内部温度不断上升。高温不仅会对电子器件的工作性能产生影响，也会使其失效率显著增加。热管理已经成为高功率电子器件发展的最为主要的瓶颈之一。
在现有的散热技术中，主动液体冷却技术具有较高的散热能力，是应对高热流密度的有效方式，已在数据中心、电动汽车和军事雷达中广泛应用。主动液冷技术包括微通道冷却、射流微喷冷却和喷雾冷却等技术，其散热能力可达500W/cm2以上。但是，主动液体冷却系统由驱动泵、热沉、换热器和管路等组成，部件较多，尺寸较大，难以在太空和便携电子设备等紧凑空间中应用。
针对这个问题，研究者尝试研制微型泵、微型热沉和微型换热器等组件，期望通过减小组件的体积来减小主动液冷系统的体积。但通过这种方式减小的体积有限，在许多应用场合仍不能满足需求，亟需更为有效的设计方案。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种集成式压电微喷散热装置，解决主动液冷装置体积大不能满足太空和便携电子设备等紧凑空间需求的问题。
为实现上述目的，按照本发明，提供了一种集成式压电微喷散热装置，该装置包括上盖、压电振子和底座，其中，
所述底座上下两个端面上均设置有凹槽，上端面的的凹槽与所述压电振子形成泵腔，下端面与待冷却电子设备表面形成射流腔，所述底座的一侧设置有冷却液入口，另一侧设置有冷却液冷却液出口，该底座的中心设置有多个分液腔，该分液腔的底部设置有喷嘴，所述冷却液入口与分液腔连接，所述喷嘴与射流腔相连，所述泵腔同时与所述射流腔和冷却液冷却液出口相连；
所述上盖中心设置有所述压电振子配合的通孔，所述压电振子设置在所述上盖和底座之间，所述压电振子在交变电压的作用下往复振动，当压电振子向上运动时，冷却液从所述冷却液入口进入分液腔，然后经喷嘴喷洒在待冷却电子设备表面降低该待冷却电子设备表面，最后被吸入所述泵腔中，当压电振子向下运动时，所述泵腔中的冷却液从所述冷却液冷却液出口中排出。
进一步优选地，所述射流腔和泵腔之间通过回收孔连接，回收孔的直径大于所述喷嘴的直径，以此减小冷却液经过回收孔时的压损。
进一步优选地，所述喷嘴和回收孔间隔排列，减少流阻。
进一步优选地，所述压电振子采用薄片式压电振子。
进一步优选地，所述射流腔的横截面与待冷却电子设备的表面大小一致。
进一步优选地，所述冷却液采用去离子水、氟化液或乙二醇。
进一步优选地，所述压电振子和底座之间设置有密封圈，用于密封。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，具备下列有益效果：
1.本发明将冷却液泵送与电子器件散热的功能集成在压电微喷散热装置，减少了主动液冷系统的组件，相较于传统主动液冷系统有更小的体积，使其能够在安装在紧凑空间设备中；
2.本发明的散热装置工作时，冷却液从喷嘴高速喷射到发热电子器件表面，直接与发热电子器件进行换热，消除了常规电子器件散热的接触热阻，大大提高了散热能力；
3.本发明的散热装置工作时，冷却液为间断地喷射到发热电子器件表面，对发热电子器件表面的冷却液造成了额外的流体扰动，有利于形成漩涡和湍流、增强散热能力。
附图说明
图1是按照本发明的优选实施例所构建的压电微喷散热装置的结构爆炸示意图；
图2是按照本发明的优选实施例所构建的上盖结构示意图；
图3是按照本发明的优选实施例所构建的底座透视图；
图4是按照本发明的优选实施例所构建的散热装置的底座俯视图；
图5是按照本发明的优选实施例所构建的压电微喷散热装置的剖视图；
图6是按照本发明的优选实施例所构建的散热装置的流体泵送过程的示意图，其中，(1)是冷却液吸入阶段的示意图，(2)是冷却液排出阶段的示意图。
在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中：
1-上盖，2-压电振子，3-密封圈，4-底座，401-冷却液入口，402-分液腔，403-喷嘴，404-射流腔，405-回收孔，406-泵腔，407-冷却液出口，5-单向阀。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
如图1、图2所示，本发明提出的一种集成式压电微喷散热装置包括上盖1、压电振子2、密封圈3以及底座4。上盖1将压电振子2安装在底座4上，两者之间通过密封圈3进行密封；
上盖1将压电振子2安装在底座4上，压电振子2与底座4配合形成泵腔406，两者之间通过密封圈3进行支撑和密封；底座4底部设置有射流腔404，射流腔404与待冷却电子设备相互配合；底座4内部还设置有冷却液入口401、分液腔402、喷嘴403、回收孔405和冷却液出口407；冷却液经冷却液入口401进入分液腔402，在喷嘴403内加速，喷射到分液腔402内对电子设备进行冷却，后经回收孔405进入泵腔406，经冷却液出口407流出散热装置；
冷却液由压电振子2驱动，压电振子2在外部交变电压的作用下往复振动，使散热装置内部液体容积周期性地增大或减小，同时与冷却系统管路上的单向阀5相配合，形成冷却液的定向泵送。
进一步地，底座4内设置有多个喷嘴403与回收孔405，两者间隔排列，有利于减少流阻，提高电子设备的温度均匀性。
进一步地，回收孔405直径大于喷嘴403，减小冷却液流经回收孔405时的压损。
进一步地，射流腔405与待冷却电子设备冷却面大小一致，以提高冷却效率。
进一步地，冷却液优选采用去离子水、氟化液或乙二醇。
进一步地，压电振子2优选为薄片式压电振子，以减小压电振子2的谐振频率，提高装置在低频驱动下的泵送能力。
图3为本发明提供的散热装置的底座4透视图，底座4包括冷却液入口401、分液腔402、喷嘴403、射流腔404、回收孔405、泵腔406、和冷却液出口407。
图4为本发明提供的散热装置的底座4内喷嘴403和回收孔405的排布图，在射流腔404内等距布置有多排喷嘴403，相邻喷嘴403中间布置有回收孔405，并且回收孔405直径大于喷嘴403。通过这种设计来减小流阻、提高温度均匀性。
下面结合图5与图6对本发明提出的集成式压电微喷散热装置的工作过程进行进一步说明。散热装置工作时与冷却系统管路相连，在装置冷却液入口401和冷却液出口407分别设置有单向阀5以实现冷却液的单向流动。压电振子2在交变电压的作用下产生往复振动，冷却液被吸入或排出泵腔。当压电振子2往上运动时，装置内部容积变大，冷却液入口401处单向阀5打开，冷却液出口407处单向阀关闭，冷却液由冷却液入口401进入装置内部，经由分液腔402和喷嘴403喷射到与射流腔404底部配合的待冷却电子设备表面进行换热，吸热后的冷却液由回收孔405进入泵腔406，完成装置的吸入阶段。当压电振子2向下运动时，装置内部容积减小，冷却液入口401处单向阀5关闭，冷却液出口407处单向阀5打开，冷却液被排出泵腔406，经由冷却液出口407排出装置。吸入阶段和排除阶段循环往复，形成冷却液的连续泵送和电子器件冷却。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种集成式压电微喷散热装置，其特征在于，该装置包括上盖(1)、压电振子(2)和底座(4)，其中，
所述底座(4)上下两个端面上均设置有凹槽，上端面的的凹槽与所述压电振子形成泵腔(406)，下端面与待冷却电子设备表面形成射流腔(404)，所述底座(4)的一侧设置有冷却液入口(401)，另一侧设置有冷却液冷却液出口(407)，该底座的中心设置有多个分液腔(402)，该分液腔的底部设置有喷嘴(403)，所述冷却液入口与分液腔(402)连接，所述喷嘴(403)与射流腔(404)相连，所述泵腔(406)同时与所述射流腔和冷却液冷却液出口相连；
所述上盖(1)中心设置有所述压电振子(2)配合的通孔，所述压电振子(2)设置在所述上盖和底座之间，所述压电振子(2)在交变电压的作用下往复振动，当压电振子向上运动时，冷却液从所述冷却液入口(401)进入分液腔(402)，然后经喷嘴喷洒在待冷却电子设备表面降低该待冷却电子设备表面，最后被吸入所述泵腔(406)中，当压电振子向下运动时，所述泵腔(406)中的冷却液从所述冷却液冷却液出口(407)中排出。
2.如权利要求1所述的一种集成式压电微喷散热装置，其特征在于，所述射流腔(404)和泵腔(406)之间通过回收孔(405)连接，回收孔(405)的直径大于所述喷嘴(403)的直径，以此减小冷却液经过回收孔时的压损。
3.如权利要求2所述的一种集成式压电微喷散热装置，其特征在于，所述喷嘴(403)和回收孔(405)间隔排列，减少流阻。
4.如权利要求1或2所述的一种集成式压电微喷散热装置，其特征在于，所述压电振子(2)采用薄片式压电振子。
5.如权利要求1或2所述的一种集成式压电微喷散热装置，其特征在于，所述射流腔(404)的横截面与待冷却电子设备的表面大小一致。
6.如权利要求1或2所述的一种集成式压电微喷散热装置，其特征在于，所述冷却液采用去离子水、氟化液或乙二醇。
7.如权利要求1或2所述的一种集成式压电微喷散热装置，其特征在于，所述压电振子(2)和底座(4)之间设置有密封圈(3)，用于密封。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211267572.7A CN115696856A (zh) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | 一种集成式压电微喷散热装置 |
Applications Claiming Priority (1)
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| CN202211267572.7A CN115696856A (zh) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | 一种集成式压电微喷散热装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN115696856A true CN115696856A (zh) | 2023-02-03 |
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ID=85065776
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|---|---|---|---|
| CN202211267572.7A Pending CN115696856A (zh) | 2022-10-17 | 2022-10-17 | 一种集成式压电微喷散热装置 |
Country Status (1)
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|---|---|
| CN (1) | CN115696856A (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118136599A (zh) * | 2024-05-06 | 2024-06-04 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于压电振子扰动的液冷散热装置及散热方法 |
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2022
- 2022-10-17 CN CN202211267572.7A patent/CN115696856A/zh active Pending
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN118136599A (zh) * | 2024-05-06 | 2024-06-04 | 中国人民解放军国防科技大学 | 一种基于压电振子扰动的液冷散热装置及散热方法 |
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