CN117322148A - 用于冷却加热环境中的敏感电子器件的装置、系统和方法 - Google Patents

Abstract

一种用于冷却加热环境中的敏感电子器件的装置、系统和方法。该装置、系统和方法包括：邻近加热腔室并在电子器件腔室内的敏感电子器件；轴向延伸通过所述电子器件腔室的流分离器；以及进气口，其使所述加热腔室和所述电子器件腔室外部的空气轴向地流动到所述电子器件腔室中并到达所述流分离器，使得所述流在所述流分离器的一侧上形成邻近所述加热腔室的热中断区，以及在所述流分离器的另一侧上形成在所述敏感电子器件周围的冷却区。

Description

用于冷却加热环境中的敏感电子器件的装置、系统和方法

相关申请的交叉引用

本申请要求2021年5月11日递交的、名称为“AN APPARATUS,SYSTEM AND METHODOF COOLING SENSITIVE ELECTRONICS IN A HEATED ENVIRONMENT”的美国临时申请No.63/186,979的优先权，该申请的全部内容通过引用结合于此，如同其全部内容被阐述一样。

背景技术

技术领域

本公开涉及电子设备，并且更具体地涉及在加热环境中冷却敏感电子器件的装置、系统和方法。

背景说明

电子设备通常具有存储和使用的热限制。尽管如此，在现代化时代越来越希望具有在高热环境中操作的敏感电子器件，诸如芯片组相机技术。

例如，在包括炉(oven)或炉顶(stovetop)的物联网(IoT)系统中，越来越期望在高热系统中包括诸如相机组件的光学电子器件。作为示例，IoT系统可以将人工智能(AI)实现到烹饪过程中，其中该AI监视烹饪过程并且自动实现规则层级以确保食物烹饪良好，并且该规则层级的一部分可以是基于食物烹饪时对食物的“视觉”监视的不同并行烹饪路径—由此迫使IoT系统包括相机系统。这对于先前的手动观察方法(例如炉门中的前玻璃)出于成本或安全目的而被取消的情况尤其如此。

然而，在高热环境中，例如在炉中，敏感电子器件的操作不符合对这种敏感电子器件的上述典型限制。因此，需要一种用于在高热环境中冷却敏感电子器件的新装置、系统和方法。

发明内容

本公开涉及并包括冷却加热环境中的敏感电子器件的装置、系统和方法。该装置、系统和方法包括：所述敏感电子器件邻近加热腔室并在电子器件腔室内；流分离器(flowseparator)，轴向延伸通过所述电子器件腔室；以及进气口，其使加热腔室和电子器件腔室外部的空气轴向地流动到电子器件腔室中并到达所述流分离器，使得该流在流分离器的一侧上形成邻近加热腔室的热中断区(thermal break zone)，以及在流分离器的另一侧上形成在敏感电子器件周围的冷却区。

附图说明

所公开的非限制性实施例是关于附图来讨论的，附图形成了本发明的一部分，其中相同的附图标记表示相同的元件，并且其中：

图1示出了实施例的各方面；

图2示出了实施例的各方面；以及

图3示出了实施例的各方面。

具体实施方式

本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明与清楚理解本文描述的装置、系统和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似设备、系统和方法中发现的其他方面。因此，本领域技术人员可以认识到，其它元件和/或操作对于实现本文所述的设备、系统和方法可能是期望的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是已知的，并且因为它们不促进对本公开的更好理解，所以为了简洁起见，在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本公开被认为仍然包括本领域普通技术人员已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。

在全文中提供实施例，使得本公开充分彻底并且将所公开的实施例的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式来实现实施例。因此，实施例不应被解释为限制本公开的范围。如上所述，在一些实施例中，可能不详细描述公知的工艺、公知的设备结构和公知的技术。

本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不是旨在进行限制。例如，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、部件、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、部件、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非特别地被确定为优选的或需要的执行顺序，否则这里描述的步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可采用额外或替代步骤来代替所揭示方面或与所揭示方面结合。

当元件或层被称为在另一元件或层“之上”、“接合到”、“连接到”或“耦合到”该另一元件或层时，除非另外清楚地指出，否则其可以直接在另一元件或层之上、接合到、连接到或耦合到该另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“之间”相对于“直接之间”、“相邻”相对于“直接相邻”等)。此外，如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任意和所有组合。

此外，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件、组件、区域、层和/或部分，但是这些元件、组件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、组件、区域、层或部分与另一个元件、组件、区域、层或部分区分开。除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语当在本文中使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、组件、区域、层或部分可以被称为第二元件、组件、区域、层或部分。

为了在高热环境中冷却诸如光学(即，相机)电子器件的敏感电子器件，实施例使用外部空气来使热量移动通过和远离(多个)敏感电子组件的区域。通过与炉相关的非限制性示例，即使给定了本领域已知的隔热技术，典型的是，炉壁从内腔内部到刚好在腔外部产生显著的辐射热。这种辐射热最终并基本上会加热相邻的电子组件(即使这些敏感电子器件在烹调腔外)，从而导致诸如光学电子器件之类的敏感电子器件失效。

例如，炉可以包括光学芯片组，当与存储多个规则的控制器结合使用时，该光学芯片组可分析以进行食物识别以及根据所识别的食物来确定熟度。该光学芯片组(即，相机、图像处理、硬件、固件、软件)可能对在正被感测的炉内产生的热非常敏感。为了解决这种敏感性，实施例提供了用于这些敏感电子器件的冷却系统。

因此，在实施例中，在炉的灵敏电子器件所位于的一个或多个区域(或类似的加热装置或存储区域)中提供了多区(multi-zone)冷却区。提供多区冷却使得能够使用较低成本的电气组件(因为不存在使用耐热部件的需要或存在对使用耐热部件的减少的需要)，并且简化了器具构造(因为不存在对敏感电气部件周围的区域进行基本上隔热的需要)。因此，通过实施例提高了制造效率，并且降低了构造和设计成本。

更具体地说，如图1所示，这些实施例提供了一种冷却系统10，其能够防止辐射热12击溃加热腔室16中的隔热件14，从而对加热腔室16的外周或附近的敏感电子器件20的工作和预期寿命产生不利影响。冷却系统10可包括多个区域30、32，使得一个区域30可提供流动空气作为对辐射热的隔热屏障，而第二区域32可提供冷却区域以保持敏感电子器件的期望温度。

区域1 30使用流动的空气作为绝热屏障，其产生了热中断，该热中断在来自炉腔的辐射热朝向敏感电子器件辐射时中断该辐射热。该热中断提供了低热导率的区域，其减少或基本上防止了加热腔室和敏感电子器件所在的装置区域之间的热能流动。

区域2 32使用相同的移动空气将新鲜的冷空气注入到敏感电子器件(例如，参考的光学电子器件，即，相机电子器件)上和附近。区域2提供了一个温和的环境，其中敏感电子器件被保护在它们可接受的工作范围和“休眠”范围内。

区域2的冷却空气32可以通过流分离器40而与区域1的更热的热绝缘空气30分离。该流分离器40可以是将单个进入流50分离成两个或多个分流(partial flow)的任何元件。

所述流分离器40可以是固体设备，例如热阻件和/或隔热板，其具有足够的物理深度以将进入的流50分离到如所讨论的区域1和区域2中。作为示例，所述固体分离器可以由玻璃或塑料形成。还可以提供进入空气的排风52，例如在完全循环回路(full circulatorycircuit)实施例中，提供在电子器件腔室的用于进入空气的相同侧处，在流通(flow-through)实施例中，提供在腔室的与进入空气相对的侧处，或者在所述电子器件腔室的两侧处。不用说，排风52可流到带走废/热流的一个或多个烟道，或者流可从排风52带走和/或较冷的空气在离开腔室之前经由本领域技术人员已知的任何其它装置在敏感电子器件上被重新引导。

固体流分离器可以是机械致动的，例如仅在制造期间或在操作期间致动，以获得期望的流。作为示例并且如图所示，流分离器的一侧(例如，在与进入空气相对的一侧上)可具有用于流通的开口，和/或可被铰接(hinged)60，例如位置锁定铰链，当达到流分离器的期望位置时，该位置锁定铰链可被永久地或暂时地适当锁定。或者，流分离器可在其更靠近进入空气的一侧上被铰接。同样地，流分离器可以安装到电子组件，并且因此可以另外包括用于该电子组件的一个或多个散热器。

简单地说，无论是手动调节还是自动调节，可调节流分离器都可以改变电子器件腔室内的空气流。作为非限制性示例，流分离器中的位置改变可引入湍流(turbulence)和/或以其它方式中断或重定向区域1或区域2中的层流(laminar flow)，以便相对于电子器件腔室中的空气流将热中断移动得更远离敏感电子器件，或增加存在于敏感电子器件周围的冷空气的体积。也就是说，可以改变侧流(sir flow)以改进直接围绕敏感电子器件的“冷却包络(coling envelope)”。

作为在电子器件腔室内提供经改变的气流的附加示例，可以在电子器件腔室的与进入空气相对的端部处提供圆形表面，使得进入的流最初邻近加热腔室通过以提供区域1，并且然后围绕该腔室的远端以提供相反的排出流。也就是说，物理屏障或波导可以存在于电子器件腔室内或由电子器件腔室的一个或多个面提供，以便沿着特定路径引导层流，和/或以便将湍流引入层流，以产生期望的热和冷空气流。

在任何这样的实施例中，空气可以在腔室的与进入空气相同的一侧被排出以用于完全循环空气，和/或在腔室的与进入空气相对的端部处排出，以便去除在热中断中加热的任何空气。后一排风口可在重力方向上放置在圆形表面的“上方”，以利用加热的空气在区域1中加热时应形成空气流的上部的事实。当然，根据本公开，本领域技术人员将理解，在本文所讨论的实施例的一些中，空气可经过、部分再循环、完全再循环和/或完全循环，并且可相应地被排出，以便改进敏感电子器件周围的冷却包络。

在替代实施例中，流分离器可以是非固体的，诸如在敏感电子器件的区域周围引入层流或湍流。类似地，空气射流可以从腔室的与进入空气相对的端部引入，在电子器件腔室的中央，从而在进入空气流中提供湍流空气中断，即，流分离器。

在每个这样的实施例中，空气可以从电子器件腔室的任一侧或两侧排出。例如，在完全循环实施例中，空气可从腔室的与进入空气相同的一侧排出，以及从腔室的相对侧排出，以便在流经电子器件之前，从热中断区移除被加热的空气；或者在两个区域完全流通的实施例中，空气可从腔室的与进入空气相对的一侧被排出。

因此，控制器可控制所述流分离器和/或气流的致动。控制器可以优选地本质上是电子的，并且可以与受控系统远程通信。例如，控制器可以响应于感测来控制气流和/或流分离器，所述感测例如是加热腔室和/或敏感电子区域中或者附近的温度感测。

如全文所引用的，这些区域可以由进入的空气流产生。在优选实施例中，该进入的空气流可以构成强制空气(forced air)，例如可以产生足以维持在全文中讨论的必要的隔热和环境维持条件的流速。根据这里的讨论，这种强制空气可以通过对本领域技术人员来说显而易见的任何方法产生，例如通过轴向地与流分离器成平面的轴向风扇。

如自始至终另外讨论的，进入的空气流可以被排出，例如从敏感电子器件腔室的任一侧或两侧排出。这种排风可以主动地发生，例如通过一个或多个排风风扇来进行，或者可以被动地发生，例如其中排风可响应于在进入的流处产生的压力和/或由流分离器进行的流的划分而进行。

如本文所使用的，所述敏感电子器件可包括敏感电子设备或芯片组，诸如光学和/或成像设备/芯片组，以及与敏感电子器件结合操作的必要辅助元件，诸如存储元件、处理元件、通信元件等。如本文所使用的“操作环境”可以指所有这样的设备的正确操作所需的最低温度。

图2和3示出了图1所示实施例的温度模拟。更具体地说，该温度模拟示出了流分离如何有效地向电子单元提供冷空气，并提供将热空气保持在区域1中的热中断。

图3示出了热/辐射表面(以橙色示出)在区域1的热中断处损失热量。在流分离器处发生更显著的温度变化，这使得能够实现区域2的冷却腔中的低温度。

此外，提供本公开的描述以使得本领域的任何技术人员能够制造或使用所公开的实施例。所属领域的技术人员将容易明白，对本发明的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它变化。因此，本公开内容并不旨在局限于本文所描述的示例和设计，而是应当符合与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。

Claims (17)

1.一种用于敏感电子器件的冷却系统，包括：

所述敏感电子器件与加热腔室相邻，并且在电子器件腔室内；

流分离器，轴向延伸通过所述电子器件腔室；以及

进气口，所述进气口使所述加热腔室和所述电子器件腔室外部的空气轴向地流动到所述电子器件腔室中并到达所述流分离器，以使得所述流在所述流分离器的一侧上形成邻近所述加热腔室的热中断区，并且在所述流分离器的另一侧上形成围绕所述敏感电子器件的冷却区。

2.根据权利要求1所述的冷却系统，其中，所述敏感电子器件是光学电子器件。

3.根据权利要求2所述的冷却系统，其中所述光学电子器件包括相机系统。

4.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述加热腔室包括炉室。

5.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述热中断区提供低热导率的区域，所述区域减少或基本上防止热能到达所述流分离器。

6.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述流分离器将所述流分离成两个或更多个部分流。

7.根据权利要求6所述的冷却系统，其中，在所述流分离器的任一侧上的所述部分流是单向的。

8.根据权利要求6所述的冷却系统，其中，所述流分离器的任一侧上的所述部分流处于相反的方向。

9.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述流分离器包括固体元件。

10.根据权利要求9所述的冷却系统，其中所述固体元件包括玻璃或塑料中的一者。

11.根据权利要求9所述的冷却系统，其中所述固体元件是机械致动的。

12.根据权利要求11所述的冷却系统，其中所述机械致动包括铰链。

13.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述流分离器是非固体的。

14.根据权利要求13所述的冷却系统，其中所述非固体流分离器包括层流或湍流。

15.根据权利要求13所述的冷却系统，其中所述非固体流分离器包括空气喷射器。

16.根据权利要求1所述的冷却系统，还包括排风口，所述流从所述排风口离开所述电子器件腔室。

17.根据权利要求1所述的冷却系统，其中所述进气口包括轴向风扇。