CN202652794U

CN202652794U - 一种利用合成射流技术的强制风冷散热器

Info

Publication number: CN202652794U
Application number: CN2012201578320U
Authority: CN
Inventors: 吕慧峰; 李抒智
Original assignee: SHANGHAI RESEARCH CENTER OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY FOR SOLID-STATE LIGHTING
Current assignee: SHANGHAI RESEARCH CENTER OF ENGINEERING AND TECHNOLOGY FOR SOLID-STATE LIGHTING
Priority date: 2012-04-13
Filing date: 2012-04-13
Publication date: 2013-01-02
Anticipated expiration: 2022-04-13

Abstract

一种利用合成射流技术的强制风冷散热器，属散热装置领域。包括外周设置有多个肋片的太阳花式散热器，在太阳花式散热器上端面设置有发热电子器件，其在太阳花式散热器下端设置一个合成射流致动器；在合成射流致动器的振动膈膜端设置环形喷嘴；在环形喷嘴外侧设置狭缝喷口；环形喷嘴经通孔与狭缝喷口连通，狭缝喷口的开口朝向太阳花式散热器肋片；在合成射流致动器与太阳花式散热器之间或在太阳花式散热器上，设置与控制电路连接的温度传感器，控制电路与合成射流致动器振动膈膜的振动源电连接。与传统风冷散热器相比，其工作寿命长，能根据实际需要自动控制出口气流流速，能量消耗低，结构紧凑，占用空间较少。适用于电子产品的强制散热领域。

Description

一种利用合成射流技术的强制风冷散热器

技术领域

本实用新型属于散热装置领域，尤其涉及一种用于电子器件散热的强制风冷散热装置。

背景技术

长久以来，散热问题一直困扰着人们。以电子产品为例，随着现代电子集成技术的发展，一些电子产品的发热量也越来越大，热失效问题日益严重。产品温度过高将导致其工作失常，甚至烧毁。强制风冷散热作为一种成熟可靠的主动散热手段越来越受到人们的青睐。但是传统的强制风冷散热器却有着严重的缺陷：

1.传统的强制风冷散热器使用风扇搅动空气，起到强化空气对流的作用。但是风扇的寿命一般只有一千小时左右，这严重地限制了其使用范围。例如，LED(发光二级管)的理论寿命可达十万小时，而风扇一千小时左右的寿命远远低于LED的寿命。当风扇失效之后，LED的散热就只能靠空气自然对流，这将严重影响LED的发光效率和寿命。正是因为这个原因，目前LED厂家基本上放弃了使用传统的强制风冷散热器。

2.传统的强制风冷散热器的噪音很大，主要是因为风扇长时间使用后轴承磨损产生的，此外风扇叶片切割、搅拌空气也会产生噪音。这些噪音都是传统强制风冷散热器的自身结构引起的，无法消除。在博物馆、展览馆等具有静音要求的场所就不适合使用。

3.传统的强制风冷散热器长期工作后，表面附有大量灰尘，严重影响了其使用寿命、美观和散热能力，且很难清洗。

4.传统的强制风冷散热器工作效率较低，比较耗费能源，不符合绿色环保的趋势。

综上可知，传统的强制风冷散热器有很多缺点，在实际使用中存在着诸多不便。有必要发明一种工作更加可靠、使用寿命更长的新型风冷散热器取代传统的强制风冷散热器。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种利用合成射流技术的强制风冷散热器，其利用射流致动器产生空气射流流体，无需风扇叶片就能产生气流，工作寿命长，无噪音，不易沾染灰尘，易于清理，且根据实际需要自动控制出口气流流速，与传统风冷散热器相比能量消耗低，结构紧凑，占用空间较少。

本实用新型的技术方案是：提供一种利用合成射流技术的强制风冷散热器，包括外周设置有多个肋片的太阳花式散热器，在所述的太阳花式散热器的上端面，设置有需冷却的发热电子器件，其特征是：在太阳花式散热器的下端，设置一个合成射流致动器；在所述合成射流致动器的振动膈膜端，设置环形喷嘴；在所述环形喷嘴的外侧，设置狭缝喷口；所述的环形喷嘴经通孔与狭缝喷口连通，所述狭缝喷口的开口朝向太阳花式散热器的肋片；在合成射流致动器与太阳花式散热器之间或在太阳花式散热器上，设置一个温度传感器，所述的温度传感器与控制电路电连接，所述的控制电路与合成射流致动器振动膈膜或振动膈膜的振动源电连接。

其所述的太阳花式散热器与合成射流致动器经紧固件连接为一体。

其所述的通孔至少为一个。

具体的，所述的狭缝喷口与太阳花式散热器的肋片对应设置在同一轴线上。

具体的，所述的合成射流致动器为至少一端带有至少一个振动膈膜的零质量射流致动器。

进一步的，所述的控制电路包括常规的温度反馈电路、振荡电路和放大电路，所述温度反馈电路的信号输入端与温度传感器电连接，所述放大电路的输出端与合成射流致动器的振动膈膜或振动膈膜的振动源电连接。

更进一步的，所述的振动膈膜为压电式振动膈膜或电磁式振动隔膜；所述振动膈膜的振动源为压电振子或电磁振子。

与现有技术比较，本实用新型的优点是：

1.利用射流致动器产生空气射流流体，无需风扇叶片就能产生气流，工作寿命长；

2.合成射流致动器由于独特的工作原理，基本无噪音；

3.合成射流的进气量和出气量相等，是“零质量射流”，不易沾染灰尘，且易于清理；

4.合成射流利用高能量的气旋吸卷周围空气一起运动，与传统风冷散热器相比非常节能，能量消耗低；

5.结构紧凑，整体体积小，占用空间较少。

附图说明

图1是本技术方案主要部件的立体结构示意图；

图2是本技术方案的合成射流散热器的控制电路的原理方框图；

图3是本技术方案第一个实施例立体结构示意图；

图4是本技术方案第一个实施例的俯视图；

图5是本技术方案第一个实施例沿图4中A-A线截取的侧截面图；

图6是本技术方案第一个实施的散热器的剖面试图；

图7是本技术方案第二个实施例立体结构示意图；

图8是本技术方案第二个实施例的俯视图；

图9是本技术方案第二个实施例沿图4中B-B线截取的侧截面图。

图中1为环形喷嘴，2为狭缝喷口，3为振动膈膜，4为合成射流致动器，5为太阳花式散热器，6为温度传感器，7为通孔，8为控制电路，9为紧固螺丝，10为连接导线，11为芯片，12为承载基板。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明。

图1中，本技术方案包括外周设置有多个肋片的太阳花式散热器5，在太阳花式散热器的下端，设置一个合成射流致动器4；在合成射流致动器振动膈膜3的一端，设置环形喷嘴1；在所述环形喷嘴的外侧，设置有狭缝喷口2；所述的环形喷嘴经通孔7与狭缝喷口连通，所述狭缝喷口的开口朝向太阳花式散热器的肋片。

在合成射流致动器与太阳花式散热器之间或在太阳花式散热器上，设置一个温度传感器6。

由图可知，合成射流致动器为至少一端带有一个或数个振动膈膜的零质量射流致动器，通过隔膜的振动产生引发空气流动，合成射流致动器的出气口与通孔形成气流通道，环形喷嘴上设有狭缝喷口，合成射流致动器产生的气流经通孔进入环形喷嘴，再由狭缝喷口射出形成强劲的合成射流。

其中，狭缝喷口与所述环形喷嘴相通，所述狭缝喷口的两边壁面在沿气体流出方向平行或成一定角度。

太阳花式散热器一端与合成射流致动器连接，另一端可根据实际要求与热源(即需散热的发热电子器件)配合，图中合成射流致动器与热源配合的一端表面有温度传感器。

由图可知，合成射流致动器与环形喷嘴密闭配合，且密闭配合后合成射流致动器底部的振动膈膜与所述环形喷嘴底部留有一定空间。

合成射流致动器底部的振动膈膜产生的气流能通过所述通孔到达所述喷嘴，并从所述狭缝喷口射出。

狭缝喷口与散热器肋片对应设置在同一轴线上。

合成射流技术是国外最近发展起来的一种新概念的流动控制技术。

该技术的核心是合成射流致动器，它具有不需要气源和外界质量注入、结构简单、容易实现批量生产和集成等优点。

射流致动器通常由空腔、振动膈膜、喷口等部分组成，实质上是一种单膜单腔单喷口的激励器，其中振动膈膜通常为平板型或平板+弓形结构。当振动膈膜向一个方向运动时，周围流体通过喷口被吸入空腔；当振动膈膜向另一个方向运动时，流体从喷口喷出，并在喷流与周围流体间形成了一个剪切层，剪切层卷起形成旋涡对(圆形喷口时为涡环)。而后当振动膈膜背向喷口运动，再将周围流体拽回空腔时，此时旋涡对在自身的诱导速度作用下已远离喷口，几乎不再受影响。

所以当振动膈膜周期性振动时，会形成一系列的旋涡，旋涡不断的往下游迁移。在迁移的过程中，旋涡能量不断耗散，其相干结构不断逐渐消失，最后演变为散乱的湍流，与周围的环境流体融为一体。周期性运动的振动膈膜导致喷口处不断产生旋涡，旋涡源源不断地将动量输送到远离喷口的流场中并且重复整个演化过程，在离开喷口一定距离后形成类似于定常射流的流型。

图2中，温度传感器与控制电路(图中以信号发生电路来表示)电连接，所述的控制电路经放大电路与合成射流致动器振动膈膜或振动膈膜的振动源(图中以压电振子来表示)电连接。

很明显，图示中所述的温度传感器探知热源的温度并反馈到所述控制电路以调节振动膈膜的振动频率，达到控制合成射流致动器出口流速的目的。

由图可知，控制电路包括温度反馈电路、振荡电路和放大电路，温度反馈电路的信号输入端与温度传感器电连接，所述放大电路的输出端与合成射流致动器的振动膈膜或振动膈膜的振动源电连接。

很明显，这是一个带有温度反馈电路的振荡-放大驱动电路，温度传感器探知热源的温度并反馈到控制电路，信号发生器发送脉冲信号，经功率放大器放大后用来控制合成射流致动器的振动膈膜作往复振动运动。并根据反馈回来的温度信息的高低，调节振动膈膜的振动频率，从而控制合成射流散热器的气体出口流速，进行流速的自动控制，从而实现狭缝喷口所喷出冷却风流之流速的自动控制。

由于上述控制方法为现有技术，故其具体电路和连接关系在此不再叙述。

在图3～图6中，本技术方案所涉及的环形喷嘴1内腔底部有至少一个通孔7，通孔7与狭缝喷口2相通。合成射流致动器4与环形喷嘴1密闭配合后，合成射流致动器4底部的振动膈膜3与环形喷嘴1内腔底部留有一定的空间，振动膈膜3反复运动，带动空气经通孔7进入环形喷嘴1，最终从狭缝喷口2喷出形成气旋，并带动周围空气一起运动，形成气流，对散热器5进行散热。

其散热器5使用传热系数较高的材料制成，散热表面积较大，内腔底部用来安装被冷却物体，是具有一定平整度要求的平面，以减少与被冷却物体之间的空隙，提高传热能力。

在散热器5底部有三个螺纹沉孔，通过螺栓9与合成射流致动器4配合。散热器5底部有一开口，用于连接导线10的排布；所使用的连接导线10通过设置在散热器5底部的开口引出。

进一步的，合成射流致动器4与环形喷嘴1密闭配合后，与芯片11的承载基板12及太阳花式散热器5用螺栓9安装配合，狭缝喷口2与散热器5肋片对应设置在同一轴线上。

接通电源后，合成射流致动器4的振动膈膜3反复运动，气体通过通孔7进入环形喷嘴1，再由狭缝喷口2射出形成强劲的合成射流，对太阳花式散热器5进行散热，热源的温度由温度传感器6探知并反馈到合成射流散热器的控制电路8，以控制其出口冷却气体的流速。

图7～图9给出了本技术方案的另一个实施例，与前一个实施例不同的是，合成射流致动器4及散热器5及环形喷嘴1根据实际需求都做了结构上的改变。

很明显的，在实施例一中，太阳花式散热器的散热肋片在其上部，发热源(发热芯片)位于太阳花式散热器的下部，太阳花式散热器的纵剖面类似于英文字母“U”，是一个下凹的结构形式。

而在本实施例中，太阳花式散热器类似一个瓶子盖的结构形式，发热源(发热芯片)位于太阳花式散热器的顶部。

较第一个实施例，本实施例结构更加紧凑，环形喷嘴1缩短，合成射流致动器4为圆柱形，太阳花式散热器5结构也有变化，散热面积更大。

本实施例与第一个实施例的技术方案基本相同，合成射流致动器4与环形喷嘴1密闭配合后，与承载芯片11的基板12及太阳花式散热器5用螺栓9安装配合，狭缝喷口2与散热器5肋片对应设置早同一轴线上，接通电源后合成射流致动器4的振动膈膜3反复运动，气体通过通孔7进入环形喷嘴1，再由狭缝喷口2射出形成强劲的合成射流，对太阳花式散热器5进行散热，热源的温度由温度传感器6探知并反馈到合成射流散热器的控制电路8，以控制其出口流速。

所使用的连接导线10通过散热器5底部开口排出。

由于本技术方案采用合成射流致动器作为空气流体的驱动源，无需风扇叶片就能产生气流，避免了现有风扇式强冷装置的诸多缺陷，其工作寿命长，无噪音，不易沾染灰尘，易于清理，与传统风冷散热器相比能量消耗低，结构紧凑，占用空间较少，散热冷却效果更佳。

本实用新型可广泛用于电子产品/半导体器件的强制散热领域。

Claims

1.一种利用合成射流技术的强制风冷散热器，包括外周设置有多个肋片的太阳花式散热器，在所述的太阳花式散热器的上端面，设置有需冷却的发热电子器件，其特征是：

在太阳花式散热器的下端，设置一个合成射流致动器；

在所述合成射流致动器的振动膈膜端，设置环形喷嘴；

在所述环形喷嘴的外侧，设置狭缝喷口；

所述的环形喷嘴经通孔与狭缝喷口连通，所述狭缝喷口的开口朝向太阳花式散热器的肋片；

在合成射流致动器与太阳花式散热器之间或在太阳花式散热器上，设置一个温度传感器，所述的温度传感器与控制电路电连接，所述的控制电路与合成射流致动器振动膈膜或振动膈膜的振动源电连接。

2.按照权利要求1所述的利用合成射流技术的强制风冷散热器，其特征是所述的太阳花式散热器与合成射流致动器经紧固件连接为一体。

3.按照权利要求1所述的利用合成射流技术的强制风冷散热器，其特征是所述的通孔至少为一个。

4.按照权利要求1所述的利用合成射流技术的强制风冷散热器，其特征是所述的狭缝喷口与太阳花式散热器的肋片对应设置在同一轴线上。

5.按照权利要求1所述的利用合成射流技术的强制风冷散热器，其特征是所述的合成射流致动器为至少一端带有至少一个振动膈膜的零质量射流致动器。

6.按照权利要求1所述的利用合成射流技术的强制风冷散热器，其特征是所述的控制电路包括常规的温度反馈电路、振荡电路和放大电路，所述温度反馈电路的信号输入端与温度传感器电连接，所述放大电路的输出端与合成射流致动器的振动膈膜或振动膈膜的振动源电连接。

7.按照权利要求1所述的利用合成射流技术的强制风冷散热器，其特征是所述的振动膈膜为压电式振动膈膜或电磁式振动隔膜；所述振动膈膜的振动源为压电振子或电磁振子。