DE102020200956A1

DE102020200956A1 - Cooling device and cooling method

Info

Publication number: DE102020200956A1
Application number: DE102020200956.2A
Authority: DE
Inventors: Dennis Bäcker
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2020-01-27
Filing date: 2020-01-27
Publication date: 2021-07-29

Abstract

Die Anmeldung betrifft eine Kühlvorrichtung (1), umfassend ein Gehäuse (2), das eine erste Kavität (3) zum Aufnehmen eines Fluids umschließt, mindestens eine erste Düsenöffnung (4), durch welche die erste Kavität (3) in Fluidkommunikation mit einer Umgebung (5) des Gehäuses (2) steht, eine innerhalb der ersten Kavität (3) angeordnete erste auslenkbare Membran (6) und einen ersten Aktor (7), insbesondere Piezo-Aktor, eingerichtet zum Auslenken der ersten auslenkbaren Membran (6) derart, dass eine durch die mindestens eine erste Düsenöffnung (4) aus der ersten Kavität (3) in die Umgebung (5) gerichtete Ausströmung (8) des Fluids und/oder eine durch die mindestens eine erste Düsenöffnung (4) aus der Umgebung (5) in die erste Kavität (3) gerichtete Einströmung (9) des Fluids erzeugbar ist. Das Gehäuse (2) weist eine Vielzahl von Kühlrippen (10, 22) zum Abführen von Wärme, die dem Gehäuse (2) mittels einer mit dem Gehäuse (2) thermisch verbindbaren oder verbundenen Wärmequelle (11) zuführbar ist, auf.The application relates to a cooling device (1), comprising a housing (2) which encloses a first cavity (3) for receiving a fluid, at least one first nozzle opening (4) through which the first cavity (3) is in fluid communication with an environment (5) of the housing (2) stands, a first deflectable membrane (6) arranged within the first cavity (3) and a first actuator (7), in particular a piezo actuator, set up to deflect the first deflectable membrane (6) in such a way that that an outflow (8) of the fluid directed through the at least one first nozzle opening (4) from the first cavity (3) into the environment (5) and / or through the at least one first nozzle opening (4) from the environment (5) a flow (9) of the fluid directed into the first cavity (3) can be generated. The housing (2) has a plurality of cooling fins (10, 22) for dissipating heat, which heat can be supplied to the housing (2) by means of a heat source (11) which can be or is thermally connected to the housing (2).

Description

Die Anmeldung betrifft eine Kühlvorrichtung, insbesondere zum Kühlen von elektronischen oder elektrischen Bauteilen, und ferner ein Kühlverfahren, insbesondere zum Kühlen von elektronischen oder elektrischen Bauteilen.The application relates to a cooling device, in particular for cooling electronic or electrical components, and also to a cooling method, in particular for cooling electronic or electrical components.

Aus dem Stand der Technik sind beispielweise Kühlvorrichtungen bekannt, die dazu eingerichtet sind, zum Ableiten von Wärme von einer Wärmequelle, beispielsweise einem elektronischen oder elektrischen Bauteil, eine Fluidströmung zu erzeugen. Solche Kühlvorrichtungen erzeugen häufig ein hohes Maß an Vibrationen bzw. Geräuschen. Ferner sind solche Kühlvorrichtungen, insbesondere hinsichtlich der fortschreitenden Miniaturisierung und Integration von elektrischen und elektronischen Bauteilen nicht immer klein und/oder leicht genug für bestimmte Anwendungen. Auch arbeiten solche Kühlvorrichtungen häufig auf elektromagnetischer Basis, was bei diesbezüglich empfindlichen Anwendungen problematisch sein kann. Für Kühlverfahren unter Verwendung der bekannten Kühlvorrichtungen gilt entsprechendes.For example, cooling devices are known from the prior art which are designed to generate a fluid flow in order to dissipate heat from a heat source, for example an electronic or electrical component. Such cooling devices often generate a high level of vibrations or noises. Furthermore, such cooling devices are not always small and / or light enough for certain applications, in particular with regard to the advancing miniaturization and integration of electrical and electronic components. Such cooling devices also often work on an electromagnetic basis, which can be problematic in applications that are sensitive in this regard. The same applies to cooling methods using the known cooling devices.

Der vorliegenden Anmeldung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Kühlvorrichtung und ein Kühlverfahren vorzuschlagen, welche die genannten Nachteile verringern oder vermeiden.The present application is therefore based on the object of proposing a cooling device and a cooling method which reduce or avoid the disadvantages mentioned.

Dementsprechend werden eine Kühlvorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie ein Kühlverfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 10 vorgeschlagen. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterentwicklungen ergeben sich mit den Merkmalen der Unteransprüche.Accordingly, a cooling device with the features of claim 1 and a cooling method with the features of claim 10 are proposed. Preferred embodiments and further developments result from the features of the subclaims.

Eine Kühlvorrichtung der vorgeschlagenen Art umfasst
ein Gehäuse, das eine erste Kavität zum Aufnehmen eines Fluids umschließt,
mindestens eine erste Düsenöffnung, durch welche die erste Kavität in Fluidkommunikation mit einer Umgebung des Gehäuses steht,
eine innerhalb der ersten Kavität angeordnete erste auslenkbare Membran und
einen ersten Aktor, insbesondere Piezo-Aktor, eingerichtet zum Auslenken der ersten auslenkbaren Membran derart, dass eine durch die mindestens eine erste Düsenöffnung aus der ersten Kavität in die Umgebung gerichtete Ausströmung des Fluids und/oder eine durch die mindestens eine erste Düsenöffnung aus der Umgebung in die erste Kavität gerichtete Einströmung des Fluids erzeugbar ist.A cooling device of the type proposed comprises
a housing that encloses a first cavity for receiving a fluid,
at least one first nozzle opening through which the first cavity is in fluid communication with an environment of the housing,
a first deflectable membrane disposed within the first cavity and
a first actuator, in particular a piezo actuator, set up to deflect the first deflectable membrane in such a way that an outflow of the fluid directed through the at least one first nozzle opening from the first cavity into the environment and / or an outflow of the fluid from the environment through the at least one first nozzle opening directed inflow of the fluid into the first cavity can be generated.

Das Gehäuse umfasst bevorzugt ein Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, typischerweise ein Metall, etwa Aluminium oder Kupfer, oder eine Metalllegierung. Auch andere Materialien, etwa keramische Werkstoffe oder wärmeleitende Kunststoffe, können verwendet werden.The housing preferably comprises a material with good thermal conductivity, typically a metal, for example aluminum or copper, or a metal alloy. Other materials, such as ceramic materials or thermally conductive plastics, can also be used.

Die erste auslenkbare Membran ist innerhalb der ersten Kavität so angeordnet, dass eine mit der ersten Düsenöffnung fluidisch verbundene erste Kammer innerhalb der ersten Kavität durch Auslenken der ersten auslenkbaren Membran vergrößert oder verkleinert, insbesondere durch alternierendes Auslenken der ersten auslenkbaren Membran in entgegengesetzte Richtungen abwechselnd vergrößert und verkleinert werden kann. Beim Vergrößern der ersten Kammer kann Fluid durch die erste Düsenöffnung zum Erzeugen der Einströmung in die erste Kammer einströmen, beim Verkleinern der ersten Kammer kann Fluid durch die erste Düsenöffnung zum Erzeugen der Ausströmung aus der ersten Kammer ausströmen.The first deflectable membrane is arranged within the first cavity in such a way that a first chamber fluidically connected to the first nozzle opening within the first cavity is enlarged or reduced in size by deflecting the first deflectable membrane, in particular by alternately deflecting the first deflectable membrane in opposite directions and alternately increases and decreases can be reduced in size. When the first chamber is enlarged, fluid can flow into the first chamber through the first nozzle opening to generate the inflow; when the first chamber is reduced, fluid can flow out of the first chamber through the first nozzle opening to generate the outflow.

Die Kühlvorrichtung kann mehrere erste Düsenöffnungen aufweisen, durch welche die erste Kavität in Fluidkommunikation mit der Umgebung des Gehäuses steht.The cooling device can have a plurality of first nozzle openings through which the first cavity is in fluid communication with the surroundings of the housing.

Die erste Kavität kann eine zweite Kammer aufweisen, die auf einer der ersten Kammer entgegengesetzten Seite der ersten auslenkbaren Membran angeordnet ist. Eine oder mehrere erste Düsenöffnungen können mit der zweiten Kammer fluidisch verbunden sein, so dass beim alternierenden Auslenken der ersten auslenkbaren Membran eine nahezu kontinuierliche Strömung derart erzeugt werden kann, dass eine Ausströmung aus der ersten Kammer gleichzeitig mit einer Einströmung in die zweite Kammer und eine Ausströmung aus der zweiten Kammer gleichzeitig mit einer Einströmung in die erste Kammer erfolgt.The first cavity can have a second chamber which is arranged on a side of the first deflectable membrane opposite the first chamber. One or more first nozzle openings can be fluidically connected to the second chamber, so that when the first deflectable membrane is deflected alternately, an almost continuous flow can be generated in such a way that an outflow from the first chamber is simultaneously with an inflow into the second chamber and an outflow takes place from the second chamber at the same time as an inflow into the first chamber.

Die erste Düsenöffnung (oder jede der mehreren ersten Düsenöffnungen) ist eine Öffnung in einer Gehäusewand, die beispielsweise eine zylindrische, konische, quaderförmige oder andere zum Erlauben der Einströmung und der Ausströmung geeignete Form haben kann.The first nozzle opening (or each of the plurality of first nozzle openings) is an opening in a housing wall which, for example, can have a cylindrical, conical, cuboidal or other shape suitable for allowing inflow and outflow.

Die erste auslenkbare Membran ist ein flaches und/oder flächiges Element, gebildet aus einem verformbaren Material, etwa einem Polymer, einem Metall, einer Metalllegierung oder Keramik. Die erste auslenkbare Membran kann im Bereich einer Umfangslinie mit dem Gehäuse verbunden, beispielsweise formschlüssig, kraftschlüssig oder stoffschlüssig verbunden sein.The first deflectable membrane is a flat and / or sheet-like element, formed from a deformable material, for example a polymer, a metal, a metal alloy or ceramic. The first deflectable membrane can be connected to the housing in the area of a circumferential line, for example connected in a form-fitting, force-fitting or material-locking manner.

Der erste Aktor ist dazu eingerichtet, beim Anlegen einer Spannung eine Kraft zum Auslenken der ersten auslenkbaren Membran auszuüben. Der erste Aktor (Piezo) ist typischerweise ein Piezo-Aktor, umfassend ein aus einem Piezoelektrikum, vorzugsweise einem keramischen Piezoelektrikum, gebildetes Piezoelement, welches dazu eingerichtet ist, sich beim Anlegen einer Spannung derart zu verformen, dass eine Kraft zum Auslenken der ersten auslenkbaren Membran ausgeübt wird. Alternativ kann der erste Aktor auch eine andere Art von Aktor sein, beispielsweise ein elektrodynamischer oder elektrostatischer Aktor.The first actuator is designed to exert a force to deflect the first deflectable membrane when a voltage is applied. The first actuator (piezo) is typically a piezo actuator, comprising one of a piezoelectric, preferably a ceramic piezoelectric, formed piezo element, which is set up to deform when a voltage is applied in such a way that a force is exerted to deflect the first deflectable membrane. Alternatively, the first actuator can also be a different type of actuator, for example an electrodynamic or electrostatic actuator.

Das Gehäuse weist eine Vielzahl von Kühlrippen zum Abführen von Wärme, die dem Gehäuse mittels einer mit dem Gehäuse thermisch verbindbaren oder verbundenen Wärmequelle zuführbar ist, auf.The housing has a multiplicity of cooling fins for dissipating heat, which heat can be supplied to the housing by means of a heat source which can be or is connected to the housing thermally.

Die vorgeschlagene Kühlvorrichtung nutzt das Arbeitsprinzip eines sogenannten Synthetic Jet Actuators (SJA) aus. Als SJA wird allgemein eine Vorrichtung mit einer auslenkbaren Membran bezeichnet, mittels derer durch Vergrößern bzw. Verkleinern einer Kavität Strömungen in einem umgebenden Fluid erzeugt werden können, wobei ein Volumenstrom durch einen bestimmten Querschnitt, hier beispielsweise einen Querschnitt der mindestens einen ersten Düsenöffnung, periodisch oder jedenfalls zeitlich veränderlich, ein zeitlicher Mittelwert des Volumenstroms durch den Querschnitt jedoch Null ist.The proposed cooling device uses the working principle of a so-called Synthetic Jet Actuator (SJA). A device with a deflectable membrane is generally referred to as SJA, by means of which flows can be generated in a surrounding fluid by enlarging or reducing a cavity, with a volume flow through a certain cross section, here for example a cross section of the at least one first nozzle opening, periodically or in any case variable over time, but a time average value of the volume flow through the cross section is zero.

Das Gehäuse kann mit der Wärmequelle beispielsweise so verbindbar oder verbunden sein, dass eine Außenfläche des Gehäuses mit einer Außenfläche der Wärmequelle in flächigem Kontakt steht, wodurch eine thermische Verbindung herstellbar ist. Die thermische Verbindung kann ferner durch Einbringen eines wärmeleitfähigen Materials, etwa eines Klebstoffs oder einer Paste, in einen Zwischenraum zwischen den genannten Außenflächen verbessert werden.The housing can be connected or connected to the heat source, for example, in such a way that an outer surface of the housing is in flat contact with an outer surface of the heat source, whereby a thermal connection can be established. The thermal connection can also be improved by introducing a thermally conductive material, for example an adhesive or a paste, into an interspace between said outer surfaces.

Dadurch, dass das Gehäuse mit der Wärmequelle verbindbar oder verbunden ist, kann dem Gehäuse mittels der Wärmequelle bereitgestellte Wärme durch Wärmeleitung zugeführt werden. Die Wärmequelle kann beispielsweise ein zu kühlendes elektrisches oder elektronisches Bauteil sein.Because the housing can be or is connected to the heat source, heat provided by the heat source can be supplied to the housing by conduction. The heat source can be, for example, an electrical or electronic component to be cooled.

Die dem Gehäuse durch die thermische Verbindung zugeführte Wärme kann durch Erzeugen der Einströmung und der Ausströmung in der folgenden Weise abgeführt werden: Das Fluid in der Umgebung des Gehäuses hat zunächst eine geringere Temperatur als eine durch die dem Gehäuse mittels der Wärmequelle zuführbaren Wärme erwärmte Innenfläche der Kavität. In die Kavität einströmendes und/oder eingeströmtes Fluid kann daher - durch Kontakt mit der erwärmten Innenfläche - Wärme aufnehmen, wodurch das Fluid erwärmt wird. Mittels der Ausströmung wird das erwärmte Fluid von der Kühlvorrichtung wegbefördert und somit die durch das Fluid aufgenommene Wärme abgeführt.The heat supplied to the housing through the thermal connection can be dissipated by generating the inflow and the outflow in the following way: The fluid in the vicinity of the housing initially has a lower temperature than an inner surface of the heated by the heat that can be supplied to the housing by means of the heat source Cavity. Fluid flowing into and / or flowing into the cavity can therefore - through contact with the heated inner surface - absorb heat, as a result of which the fluid is heated. By means of the outflow, the heated fluid is conveyed away from the cooling device and thus the heat absorbed by the fluid is removed.

Entsprechend dem Arbeitsprinzip eines SJA wird das Fluid bei der Einströmung in die Kavität aus der unmittelbaren Umgebung des Gehäuses angesaugt und strömt aus verschiedenen Richtungen auf das Gehäuse zu, wohingegen das Fluid bei der Ausströmung eine bevorzugte Richtungskomponente gemäß einer Ausrichtung der Düsenöffnung erfährt und mit einem entsprechend gerichteten Impuls von dem Gehäuse wegbefördert wird. Dadurch wird ein besonders guter Wärmeaustauch ermöglicht.According to the working principle of an SJA, the fluid is sucked in from the immediate vicinity of the housing when flowing into the cavity and flows towards the housing from different directions, whereas the fluid experiences a preferred directional component when flowing out according to an orientation of the nozzle opening and with a corresponding Directed impulse is conveyed away from the housing. This enables particularly good heat exchange.

Dadurch, dass die Kühlvorrichtung direkt mit der Wärmequelle thermisch verbindbar oder verbunden, also insbesondere direkt an der Wärmequelle anordenbar ist und die dem Gehäuse zuführbare Wärme durch die Ausströmung (also durch Ausblasen) abführbar ist, kann eine kompaktere und leichtere Bauweise der Kühlvorrichtung und/oder einer die Kühlvorrichtung umfassenden elektrischen oder elektronischen Einrichtung erzielt werden, als bei einer Kühlvorrichtung, die Wärme von der Wärmequelle durch Erzeugen einer auf die Wärmequelle gerichteten oder an der Wärmequelle entlangströmenden Fluidströmung (also durch Anblasen) abführt.Because the cooling device can be or is thermally connected directly to the heat source, i.e. in particular can be arranged directly on the heat source, and the heat which can be supplied to the housing can be dissipated through the outflow (i.e. by blowing out), a more compact and lighter design of the cooling device and / or an electrical or electronic device comprising the cooling device can be achieved than in the case of a cooling device which dissipates heat from the heat source by generating a fluid flow directed towards the heat source or flowing along the heat source (i.e. by blowing).

Das Erzeugen von Fluidströmungen mittels der ersten auslenkbaren Membran ist zudem, etwa im Vergleich zum Erzeugen von Fluidströmungen mittels eines rotierenden Gebläses, etwa eines elektromotorgetriebenen Ventilators, besonders vibrations- und geräuscharm.The generation of fluid flows by means of the first deflectable membrane is also particularly low in vibration and noise, for example in comparison to the generation of fluid flows by means of a rotating fan, for example an electric motor-driven fan.

Das Fluid kann vorzugsweise Luft oder ein anderes Gas, etwa ein Schutzgas wie Stickstoff, Argon oder Kohlenstoffdioxid, oder ein Gasgemisch sein, kann aber auch eine Flüssigkeit, insbesondere eine thermisch leitfähige und/oder elektrisch isolierende Flüssigkeit sein.The fluid can preferably be air or another gas, for example a protective gas such as nitrogen, argon or carbon dioxide, or a gas mixture, but can also be a liquid, in particular a thermally conductive and / or electrically insulating liquid.

Die Kühlrippen können durch Erhebungen und/oder Vertiefungen einer oder mehrerer Oberflächen des Gehäuses gebildet sein. Die Kühlrippen können mit dem Gehäuse integral geformt oder mit diesem verbunden sein. Die Vielzahl von Kühlrippen ist typischerweise durch mehrere Erhebungen und/oder Vertiefungen gebildet, kann aber auch durch eine durchlaufende Erhebung und/oder Vertiefung gebildet sein.The cooling fins can be formed by elevations and / or depressions on one or more surfaces of the housing. The cooling fins can be formed integrally with or connected to the housing. The multiplicity of cooling fins is typically formed by a plurality of elevations and / or depressions, but can also be formed by a continuous elevation and / or depression.

Mittels der Kühlrippen wird die Fähigkeit der Kühlvorrichtung, Wärme abzuleiten, aufgrund der mit den Kühlrippen einhergehenden Vergrößerung einer Oberfläche des Gehäuses weiter verbessert.By means of the cooling fins, the ability of the cooling device to dissipate heat is further improved due to the enlargement of a surface area of the housing associated with the cooling fins.

Eine oder mehrere der Kühlrippen können innerhalb der ersten Kavität angeordnet sein. Da somit das in die Kavität einströmende und/oder eingeströmte Fluid mit den Kühlrippen in Kontakt kommen kann, wird so eine gute Wärmeübertragung von dem Gehäuse an das Fluid erzielt.One or more of the cooling fins can be arranged within the first cavity. Since the fluid flowing into and / or flowing into the cavity can thus come into contact with the cooling fins, good heat transfer from the housing to the fluid is achieved in this way.

Eine oder mehrere der innerhalb der ersten Kavität angeordneten Kühlrippen können dabei beispielsweise an einer der Wärmequelle zugewandten ersten Innenseite der Kavität und/oder an einer von der Wärmequelle abgewandten zweiten Innenseite der Kavität angeordnet sein.One or more of the cooling fins arranged within the first cavity can be arranged, for example, on a first inside of the cavity facing the heat source and / or on a second inside of the cavity facing away from the heat source.

Mindestens eine der einen oder der mehreren innerhalb der ersten Kavität angeordneten Kühlrippen kann in einer Strömungsrichtung der Einströmung ausgerichtet sein. Damit kann eine besonders gute Umströmung der Kühlrippen und entsprechend eine besonders gute Wärmeübertragung von dem Gehäuse an das Fluid erzielt werden.At least one of the one or more cooling ribs arranged within the first cavity can be oriented in a flow direction of the inflow. In this way, a particularly good flow around the cooling ribs and, accordingly, particularly good heat transfer from the housing to the fluid can be achieved.

Die erste Kavität kann eine kreisförmige Grundfläche aufweisen. Die erste Kavität kann alternativ zu der kreisförmigen Grundfläche auch eine anders geformte Grundfläche aufweisen, etwa eine rechteckige, quadratische, vieleckige oder elliptische Grundfläche.The first cavity can have a circular base area. As an alternative to the circular base area, the first cavity can also have a differently shaped base area, for example a rectangular, square, polygonal or elliptical base area.

Weist die Kühlvorrichtung eine radiale Grundfläche auf, kann die Kühlvorrichtung ferner eine bezüglich der kreisförmigen Grundfläche radial angeordnete erste Düsenöffnung oder eine Vielzahl von bezüglich der kreisförmigen Grundfläche radial angeordneten ersten Düsenöffnungen umfassen. Mindestens eine der einen oder der mehreren innerhalb der ersten Kavität angeordneten Kühlrippen kann bezüglich der Kreisfläche radial angeordnet sein. Durch die Kombination der radial angeordneten Düsenöffnungen mit radial innerhalb der ersten Kavität angeordneten Kühlrippen kann die oben erwähnte gute Umströmung der Kühlrippen mit ihren entsprechenden Vorteilen erzielt werdenIf the cooling device has a radial base area, the cooling device can further comprise a first nozzle opening arranged radially with respect to the circular base area or a plurality of first nozzle openings arranged radially with respect to the circular base area. At least one of the one or more cooling ribs arranged within the first cavity can be arranged radially with respect to the circular area. By combining the radially arranged nozzle openings with cooling fins arranged radially inside the first cavity, the above-mentioned good flow around the cooling fins with its corresponding advantages can be achieved

Das Gehäuse kann eine kreisförmige, elliptische, rechteckige, quadratische, vieleckige oder anders geformte Grundfläche ausweisen, wobei die Form der Grundfläche des Gehäuses der Form der Grundfläche der ersten Kavität entsprechen oder von dieser verschieden sein kann. Durch geeignete Wahl der Grundfläche des Gehäuses und/oder weiterer Gehäusedimensionen kann die Kühlvorrichtung an die erwünschte Anwendung, insbesondere an eine Form der Wärmequelle und den zur Verfügung stehenden Platz für die Kühlvorrichtung, angepasst werden.The housing can have a circular, elliptical, rectangular, square, polygonal or other shaped base area, wherein the shape of the base area of the housing can correspond to the shape of the base area of the first cavity or be different from it. By suitable selection of the base area of the housing and / or further housing dimensions, the cooling device can be adapted to the desired application, in particular to a shape of the heat source and the space available for the cooling device.

Eine oder mehrere der Kühlrippen können an einer der Umgebung zugewandten Außenseite des Gehäuses angeordnet sein. Damit kann die Außenseite des Gehäuses durch die mit den Kühlrippen einhergehende vergrößerte Oberfläche zusätzlich zum Abführen von Wärme mittels Strahlung und/oder Konvektion beitragen.One or more of the cooling fins can be arranged on an outside of the housing facing the surroundings. The outside of the housing can therefore also contribute to the dissipation of heat by means of radiation and / or convection due to the enlarged surface associated with the cooling fins.

Der erste Aktor kann eine kreisförmige, rechteckige, quadratische, vieleckige, elliptische, oder andersartige Form aufweisen.The first actuator can have a circular, rectangular, square, polygonal, elliptical or other shape.

Der erste Aktor kann einen Durchmesser und/oder eine Seitenlänge zwischen 1 cm und 15 cm, vorzugsweise zwischen 2 cm und 5 cm, und/oder eine Fläche von zwischen 0.7 cm² und 180 cm², vorzugsweise zwischen 3 cm² und 20 cm², und/oder eine Dicke zwischen 0.3cm und 1cm, vorzugsweise zwischen 0.5cm und 0.8cm aufweisen. Mit entsprechend dimensionierten Aktoren können entsprechend große Volumenströme und/oder Strömungsgeschwindigkeiten und somit entsprechende Kühlleistungen verwirklicht werden. Solche Volumenströme und/oder Strömungsgeschwindigkeiten können für die verschiedensten Verwendungen der Kühlvorrichtung von Vorteil sein.The first actuator can have a diameter and / or a side length between 1 cm and 15 cm, preferably between 2 cm and 5 cm, and / or an area of between 0.7 cm ² and 180 cm ² , preferably between 3 cm ² and 20 cm ² , and / or have a thickness between 0.3cm and 1cm, preferably between 0.5cm and 0.8cm. With appropriately dimensioned actuators, correspondingly large volume flows and / or flow velocities and thus corresponding cooling capacities can be achieved. Such volume flows and / or flow velocities can be advantageous for the most varied of uses of the cooling device.

Die erste auslenkbare Membran kann dazu eingerichtet sein, mit einer Frequenz zwischen 0.5 Hz und 100 kHz, vorzugsweise zwischen 1 Hz und 1 kHz, in alternierende Richtungen auslenkbar zu sein. Die erste auslenkbare Membran kann auch zum Verformen mit einer variabel einstellbaren Frequenz eingerichtet sein, wodurch ein für Anwendungen vorteilhaftes variables Einstellen der Kühlleistung möglich sein kann.The first deflectable membrane can be designed to be deflectable in alternating directions with a frequency between 0.5 Hz and 100 kHz, preferably between 1 Hz and 1 kHz. The first deflectable membrane can also be set up for deformation with a variably adjustable frequency, whereby a variable adjustment of the cooling power that is advantageous for applications can be possible.

Die Frequenz kann eine Resonanzfrequenz des ersten Aktors und/oder der ersten auslenkbaren Membran und/oder eines durch die Kühlvorrichtung gebildeten Resonators sein. Durch das Betreiben des ersten Aktors mit der Resonanzfrequenz kann eine maximale Auslenkung mit dem entsprechenden Vorteil einer maximalen Kühlleistung erzielt werden.The frequency can be a resonance frequency of the first actuator and / or the first deflectable membrane and / or a resonator formed by the cooling device. By operating the first actuator at the resonance frequency, a maximum deflection can be achieved with the corresponding advantage of a maximum cooling capacity.

Die Kühlvorrichtung kann ferner mindestens ein Wärmerohr (auch als Heatpipe bezeichnet) aufweisen, mittels dessen das Gehäuse mit der Wärmequelle thermisch verbindbar oder verbunden ist. Das Wärmerohr kann eine einen Hohlraum umschließende Wandung, insbesondere metallische Wandung, umfassen. Der Hohlraum kann zum Aufnehmen eines Fluids mit geeigneten thermischen Eigenschaften als Kühlmittel eingerichtet sein. Mittels eines oder mehrerer solcher Wärmerohre kann eine flexible Anbringung der Kühlvorrichtung gemäß den Anforderungen der Anwendung (etwa räumliche Beschränkungen oder vibrationsempfindliche Komponenten) erzielt werden. Auch können ggf. mehrere Wärmequellen mittels eines oder mehrerer Wärmerohre mit einer Kühlvorrichtung verbindbar oder verbunden sein, womit Platz und Kosten gespart werden können.The cooling device can furthermore have at least one heat pipe (also referred to as a heat pipe), by means of which the housing can be or is thermally connected to the heat source. The heat pipe can comprise a wall enclosing a cavity, in particular a metallic wall. The cavity can be designed to receive a fluid with suitable thermal properties as a coolant. By means of one or more such heat pipes, flexible attachment of the cooling device can be achieved in accordance with the requirements of the application (such as spatial restrictions or vibration-sensitive components). If necessary, several heat sources can also be connected or connected to a cooling device by means of one or more heat pipes, whereby space and costs can be saved.

Die Kühlvorrichtung kann ferner umfassen:

mindestens eine zweite auslenkbare Membran, die im Wesentlichen parallel zu der ersten auslenkbaren Membran angeordnet ist und
einen zweiten Aktor, eingerichtet zum Auslenken der zweiten auslenkbaren Membran derart, dass eine Einströmung des Fluids und/oder eine Ausströmung des Fluids erzeugbar ist.

The cooling device can further comprise:

at least one second deflectable membrane which is arranged substantially parallel to the first deflectable membrane and
a second actuator, set up to deflect the second deflectable membrane in such a way that an inflow of the fluid and / or an outflow of the fluid can be generated.

Mittels einer zweiten auslenkbaren Membran kann die Kühlleistung der Kühlvorrichtung weiter verbessert werden. Die zweite auslenkbare Membran kann gemäß der oben im Zusammenhang mit der ersten auslenkbaren Membran genannten Merkmale weitergebildet werden. Die zweite auslenkbare Membran kann innerhalb der ersten Kavität angeordnet sein.The cooling performance of the cooling device can be further improved by means of a second deflectable membrane. The second deflectable membrane can be developed in accordance with the features mentioned above in connection with the first deflectable membrane. The second deflectable membrane can be arranged within the first cavity.

Das Gehäuse kann eine zweite Kavität zum Aufnehmen des Fluids umschließen. In diesem Fall kann die zweite auslenkbare Membran innerhalb der zweiten Kavität angeordnet sein. Die erste und/oder zweite Kavität kann auch mehrere auslenkbare Membranen aufweisen. Die Kühlvorrichtung kann ferner mindestens eine zweite Düsenöffnung umfassen, durch welche die zweite Kavität in Fluidkommunikation mit der Umgebung steht.The housing can enclose a second cavity for receiving the fluid. In this case, the second deflectable membrane can be arranged within the second cavity. The first and / or second cavity can also have several deflectable membranes. The cooling device can further comprise at least one second nozzle opening, through which the second cavity is in fluid communication with the environment.

Ein Kühlverfahren der vorgeschlagenen Art umfasst die Schritte:

Bereitstellen einer Kühlvorrichtung, umfassend ein Gehäuse, das eine erste Kavität zum Aufnehmen eines
Fluids umschließt, mindestens eine erste Düsenöffnung, durch welche die erste Kavität in Fluidkommunikation mit einer Umgebung des Gehäuses steht,
eine innerhalb der ersten Kavität angeordnete erste auslenkbare Membran und
einen ersten Aktor, eingerichtet zum Auslenken der ersten auslenkbaren Membran derart, dass eine durch die mindestens eine erste Düsenöffnung aus der Kavität in die Umgebung gerichtete Ausströmung des Fluids und/oder eine durch die mindestens eine erste Düsenöffnung aus der Umgebung in die Kavität gerichtete Einströmung des Fluids erzeugbar ist,
Herstellen einer thermischen Verbindung zwischen einer Außenfläche des Gehäuses und einer Wärmequelle so, dass das Gehäuse von der Wärmequelle bereitgestellte Wärme aufnehmen kann, wobei eine Fluidtemperatur des Fluids in der Umgebung des Gehäuses geringer ist als eine Temperatur der Wärmequelle,
alternierendes Erzeugen der Einströmung und der Ausströmung derart, dass in die Kavität einströmendes und/oder eingeströmtes Fluid durch Kontakt mit dem Gehäuse die von der Wärmequelle erzeugte Wärme aufnehmen kann und dass aus der Kavität ausströmendes und/oder ausgeströmtes Fluid die aufgenommene Wärme an die Umgebung abgeben kann.

A cooling method of the type proposed comprises the steps:

Providing a cooling device comprising a housing having a first cavity for receiving a
Fluids encloses at least one first nozzle opening through which the first cavity is in fluid communication with an environment of the housing,
a first deflectable membrane disposed within the first cavity and
a first actuator, set up to deflect the first deflectable membrane such that an outflow of the fluid directed through the at least one first nozzle opening from the cavity into the environment and / or an inflow of the fluid directed through the at least one first nozzle opening from the environment into the cavity Fluids can be generated,
Establishing a thermal connection between an outer surface of the housing and a heat source so that the housing can absorb heat provided by the heat source, a fluid temperature of the fluid in the vicinity of the housing being lower than a temperature of the heat source,
alternating generation of the inflow and the outflow in such a way that fluid flowing into and / or inflowing into the cavity can absorb the heat generated by the heat source through contact with the housing and that fluid flowing out and / or out of the cavity releases the absorbed heat to the environment can.

Das Kühlverfahren beruht auf der oben erläuterten Erkenntnis, dass ein Kühlen einer Wärmequelle in vorteilhafter Weise durch Ausblasen eines Fluids mittels einer Kühlvorrichtung, die das Arbeitsprinzip eines SJA ausnutzt, verwirklicht werden kann.The cooling method is based on the knowledge explained above that a heat source can be cooled in an advantageous manner by blowing out a fluid by means of a cooling device which uses the operating principle of an SJA.

Als Kühlvorrichtung können dabei viele SJA-basierte Vorrichtungen, etwa solche, die bereits aus dem Stand der Technik bekannt sind, verwendet werden, insbesondere solche, die ein Gehäuse mit guter Wärmeleitfähigkeit aufweisen.Many SJA-based devices, for example those that are already known from the prior art, in particular those that have a housing with good thermal conductivity, can be used as the cooling device.

Besonders vorteilhaft kann eine Kühlvorrichtung der oben vorgeschlagenen Art (einschließlich möglicher Weiterbildungen), deren Gehäuse eine Vielzahl von Kühlrippen umfasst, verwendet werden. Damit kann die von der Wärmequelle bereitgestellte Wärme besonders gut abgeführt werden.A cooling device of the type proposed above (including possible developments), the housing of which comprises a plurality of cooling fins, can be used particularly advantageously. The heat provided by the heat source can thus be dissipated particularly well.

Im Folgenden werden die vorgeschlagene Kühlvorrichtung und das vorgeschlagene Kühlverfahren anhand beispielhafter Ausführungsformen näher erläutert, wobei die beigefügten Abbildungen zum besseren Verständnis der beispielhaften Ausführungsformen samt ihrer oben genannten und sonstigen Vorteile beitragen sollen. Hierbei zeigen, jeweils schematisch,

1 eine Seitenansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer ersten beispielhaften Ausführungsform,
2 einen Querschnitt durch die Kühlvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform,
3 eine auslenkbare Membran der Kühlvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform,
4, eine auslenkbare Membran einer Kühlvorrichtung gemäß einer zweiten beispielhaften Ausführungsform,
5 einen Teil der Kühlvorrichtung gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform,
6 einen Querschnitt durch eine Kühlvorrichtung gemäß einer dritten beispielhaften Ausführungsform,
7 einen Querschnitt durch eine Kühlvorrichtung gemäß einer vierten beispielhaften Ausführungsform,
8 eine Seitenansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer fünften beispielhaften Ausführungsform,
9 eine Seitenansicht einer Kühlvorrichtung gemäß einer sechsten beispielhaften Ausführungsform.

In the following, the proposed cooling device and the proposed cooling method are explained in more detail on the basis of exemplary embodiments, the attached figures being intended to contribute to a better understanding of the exemplary embodiments together with their above-mentioned and other advantages. Here show, in each case schematically,

1 a side view of a cooling device according to a first exemplary embodiment,
2 a cross section through the cooling device according to the first exemplary embodiment,
3 a deflectable membrane of the cooling device according to the first exemplary embodiment,
4th , a deflectable membrane of a cooling device according to a second exemplary embodiment,
5 part of the cooling device according to the second exemplary embodiment,
6th a cross section through a cooling device according to a third exemplary embodiment,
7th a cross section through a cooling device according to a fourth exemplary embodiment,
8th a side view of a cooling device according to a fifth exemplary embodiment,
9 a side view of a cooling device according to a sixth exemplary embodiment.

Wiederkehrende und ähnliche Merkmale verschiedener beispielhafter Ausführungsformen werden in den Abbildungen mit identischen Bezugszeichen versehen, wobei Bezugszeichen bereits zuvor gezeigter Merkmale auch ausgelassen werden können. Ebenso kann bei der Beschreibung verschiedener Abbildungen auf die Erwähnung bereits beschriebener Merkmale verzichtet werden.Recurring and similar features of various exemplary embodiments are provided with identical reference symbols in the figures, wherein reference symbols for previously shown features can also be omitted. Features that have already been described can also be dispensed with in the description of various figures.

1 zeigt eine (seitliche) Außenansicht der Kühlvorrichtung gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform, 2 zeigt einen Querschnitt durch die Kühlvorrichtung 1 durch eine Ebene, die in 1 durch eine gestrichelte Linie (A-A) angedeutet ist. 1 shows an external (side) view of the cooling device according to the first exemplary embodiment; 2 shows a cross section through the cooling device 1 through a level that is in 1 indicated by a dashed line (AA).

Die in 1 und 2 gezeigte Kühlvorrichtung 1 umfasst ein Gehäuse 2, das eine erste Kavität 3 (in der Außenansicht in 1 durch eine gepunktete Umrisslinie angedeutet) zum Aufnehmen eines Fluids umschließt, einen Satz erster Düsenöffnungen 4, durch welche die erste Kavität 3 in Fluidkommunikation mit einer Umgebung 5 des Gehäuses 2 steht, eine innerhalb der ersten Kavität 3 angeordnete erste auslenkbare Membran 6 und einen ersten Aktor 7.In the 1 and 2 shown cooling device 1 includes a housing 2 that is a first cavity 3 (in the exterior view in 1 indicated by a dotted outline) for receiving a fluid encloses a set of first nozzle openings 4th through which the first cavity 3 in fluid communication with an environment 5 of the housing 2 stands, one inside the first cavity 3 arranged first deflectable membrane 6th and a first actuator 7th .

Der Aktor 7 ist eingerichtet zum alternierenden Auslenken der ersten auslenkbaren Membran 6 derart, dass eine durch die ersten Düsenöffnungen 4 aus der ersten Kavität 3 in die Umgebung 5 gerichtete Ausströmung 8 des Fluids (angedeutet durch Pfeile) und eine durch die ersten Düsenöffnungen 4 aus der Umgebung 5 in die erste Kavität 3 gerichtete Einströmung 9 des Fluids erzeugbar ist.The actuator 7th is set up for the alternating deflection of the first deflectable membrane 6th such that one through the first nozzle openings 4th from the first cavity 3 in the nearby areas 5 directed outflow 8th of the fluid (indicated by arrows) and one through the first nozzle openings 4th from the area 5 into the first cavity 3 directed inflow 9 of the fluid can be generated.

Das Gehäuse 2 weist eine Vielzahl von parallel zueinander angeordneten inneren Kühlrippen 10 zum Abführen von Wärme, die dem Gehäuse 2 mittels einer mit dem Gehäuse thermisch verbundenen Wärmequelle 11 zuführbar ist, auf. Das Gehäuse 2 ist mit der Wärmequelle 11 so verbunden, dass eine Außenfläche 18 des Gehäuses 2 mit einer Außenfläche 19 der Wärmequelle 11 in flächigem Kontakt steht, wodurch eine thermische Verbindung hergestellt ist. Die Kühlvorrichtung 1 ist also direkt mit der Wärmequelle 11 angeordnet und mit dieser thermisch verbunden. Die thermische Verbindung kann zusätzlich durch Einbringen eines wärmeleitfähigen Materials, etwa eines Klebstoffs oder einer Paste, in einen zwischen den Außenflächen 18 und 19 gebildeten Zwischenraum verbessert werden.The case 2 has a multiplicity of inner cooling fins arranged parallel to one another 10 to dissipate heat from the housing 2 by means of a heat source thermally connected to the housing 11 is feedable on. The case 2 is with the heat source 11 so connected that an outer surface 18th of the housing 2 with an outer surface 19th the heat source 11 is in flat contact, whereby a thermal connection is established. The cooler 1 so is directly with the heat source 11 arranged and thermally connected to this. The thermal connection can also be achieved by introducing a thermally conductive material, such as an adhesive or a paste, into one between the outer surfaces 18th and 19th formed gap can be improved.

Das Gehäuse ist zweiteilig, nämlich aus einem ersten Gehäuseteil 12 und einem zweiten Gehäuseteil 13, gebildet, wobei der erste und zweite Gehäuseteil 12 und 13 aus einem Material mit guter Wärmeleitfähigkeit, beispielsweise einem Metall, einer Metalllegierung, einem wärmeleitfähigen Kunststoff oder einem keramischen Werkstoff bestehen.The housing is in two parts, namely from a first housing part 12th and a second housing part 13th ,, wherein the first and second housing parts 12th and 13th consist of a material with good thermal conductivity, for example a metal, a metal alloy, a thermally conductive plastic or a ceramic material.

Die inneren Kühlrippen 10 sind innerhalb der ersten Kavität 3 angeordnet und durch Erhebungen einer der Wärmequelle 11 zugewandten ersten Innenseite 14 des ersten Gehäuseteils 12 und einer von der Wärmequelle 11 abgewandten zweiten Innenseite 15 des zweiten Gehäuseteils 13 gebildet, wobei die inneren Kühlrippen 10 mit dem jeweiligen Gehäuseteil 12, 13 integral gebildet sind.The inner cooling fins 10 are inside the first cavity 3 arranged and by elevations of one of the heat sources 11 facing first inside 14th of the first housing part 12th and one from the heat source 11 facing away from the second inside 15th of the second housing part 13th formed, with the inner cooling fins 10 with the respective housing part 12th , 13th are integrally formed.

Die inneren Kühlrippen 10 sind parallel zu einer Einlassrichtung der ersten Düsenöffnungen 4 und somit in einer Strömungsrichtung der Einströmung 9 ausgerichtet.The inner cooling fins 10 are parallel to an inlet direction of the first nozzle openings 4th and thus in a flow direction of the inflow 9 aligned.

Die erste auslenkbare Membran 6 ist ein flaches, flächiges Element, gebildet aus einem verformbaren Material, etwa einem Polymer, einem Metall, einer Metalllegierung oder Keramik. Die erste auslenkbare Membran 6 ist im Bereich einer Umfangslinie mit dem Gehäuse 2 verbunden, und zwar in der Weise, dass die erste auslenkbare Membran 6 im Bereich der Umfangslinie zwischen den beiden Gehäuseteilen 12 und 13 eingespannt, also kraftschlüssig mit diesen verbunden ist. Die erste auslenkbare Membran 6 kann jedoch auch auf andere Weise, beispielsweise formschlüssig oder stoffschlüssig mit dem Gehäuse 2 verbunden sein.The first deflectable membrane 6th is a flat, sheet-like element formed from a deformable material such as a polymer, a metal, a metal alloy or ceramic. The first deflectable membrane 6th is in the area of a circumferential line with the housing 2 connected in such a way that the first deflectable membrane 6th in the area of the circumference between the two housing parts 12th and 13th clamped, so is positively connected to these. The first deflectable membrane 6th however, it can also be used in other ways, for example in a form-fitting or material-fitting manner with the housing 2 be connected.

Die ersten Düsenöffnungen 4 sind schlitzförmige Öffnungen in seitlichen Gehäusewänden 16, die in Bereichen ausgebildet sind, in denen die beiden Gehäuseteile 12 und 13 aneinander angrenzen. Die ersten Düsenöffnungen 4 können auch andere Formen, beispielsweise eine zylindrische, konische, quaderförmige oder andere zum Erlauben der Einströmung 9 und der Ausströmung 8 geeignete Form haben. Die ersten Düsenöffnungen 4 können alternativ anders am Gehäuse angeordnet sein, etwa an einer der Wärmequelle 11 gegenüberliegenden Deckfläche 17.The first nozzle openings 4th are slot-shaped openings in the side walls of the housing 16 which are formed in areas in which the two housing parts 12th and 13th adjoin each other. The first nozzle openings 4th Other shapes can also be used, for example cylindrical, conical, cuboid or others to allow the inflow 9 and the outflow 8th have suitable shape. The first nozzle openings 4th can alternatively be arranged differently on the housing, for example on one of the heat sources 11 opposite top surface 17th .

Der erste Aktor 7 ist ein als flächiges Piezoelement gebildeter Piezo-Aktor, der mit der ersten auslenkbaren Membran 6 flächig, beispielsweise durch Verkleben oder Verlöten, verbunden ist. Der erste Aktor 7 ist dazu eingerichtet, sich beim Anlegen einer Spannung zu verformen und somit - aufgrund der flächigen Verbindung zwischen dem ersten Aktor 7 und der ersten auslenkbaren Membran 6 - eine Kraft zum Auslenken der ersten auslenkbaren Membran 6 auszuüben. Durch Anlegen einer Wechselspannung kann insbesondere eine in ihrer Richtung alternierende Kraft erzeugt werden, wodurch die erste auslenkbare Membran 6 in alternierende Richtungen auslenkbar ist.The first actor 7th is a piezo actuator formed as a flat piezo element, which is connected to the first deflectable membrane 6th flat, for example by gluing or soldering, is connected. The first actor 7th is set up to deform when a voltage is applied and thus - due to the flat connection between the first actuator 7th and the first deflectable membrane 6th a force to deflect the first deflectable membrane 6th exercise. By applying an alternating voltage, in particular one in their Direction alternating force can be generated, whereby the first deflectable membrane 6th is deflectable in alternating directions.

Die erste auslenkbare Membran 6 ist innerhalb der ersten Kavität 3 so angeordnet, dass die erste Kavität 3 durch die erste auslenkbare Membran 6 in eine erste Kammer 20 und eine zweite Kammer 21 unterteilt wird, wobei die erste und zweite Kammer 20 und 21 mit den ersten Düsenöffnungen 4 fluidisch verbunden sind.The first deflectable membrane 6th is inside the first cavity 3 arranged so that the first cavity 3 through the first deflectable membrane 6th in a first chamber 20th and a second chamber 21 is divided, the first and second chambers 20th and 21 with the first nozzle openings 4th are fluidically connected.

Durch Auslenken der ersten auslenkbaren Membran 6 mittels des ersten Aktors 7 kann die erste Kammer 20 gleichzeitig mit einem Verkleinern der zweiten Kammer 21 vergrößert oder gleichzeitig mit einem Vergrößern der zweiten Kammer 21 verkleinert werden. Beim Vergrößern einer der Kammern 20 und 21 kann Fluid durch die ersten Düsenöffnungen 4 zum Erzeugen der Einströmung 9 in die jeweilige Kammer 20, 21 einströmen, beim Verkleinern der jeweiligen Kammer 20, 21 kann Fluid durch die ersten Düsenöffnungen 4 zum Erzeugen der Ausströmung 8 aus der jeweiligen Kammer 20, 21 ausströmen.By deflecting the first deflectable membrane 6th by means of the first actuator 7th can the first chamber 20th at the same time as reducing the size of the second chamber 21 enlarged or at the same time as enlarging the second chamber 21 can be reduced in size. When enlarging one of the chambers 20th and 21 can fluid through the first nozzle openings 4th to generate the inflow 9 in the respective chamber 20th , 21 flow in when reducing the size of the respective chamber 20th , 21 can fluid through the first nozzle openings 4th to generate the outflow 8th from the respective chamber 20th , 21 emanate.

In der gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform ist jeder der ersten Düsenöffnungen 4 sowohl mit der ersten Kammer 20 als auch mit der zweiten Kammer 21 fluidisch verbunden. Alternativ können eine oder mehrere der ersten Düsenöffnungen 4 nur mit der ersten Kammer 20 und eine oder mehrere der ersten Düsenöffnungen 4 nur mit der zweiten Kammer 21 fluidisch verbunden sein. Es kann auch vorgesehen sein, dass nur eine der Kammern 20 und 21 eine oder mehrere erste Düsenöffnungen 4 aufweist.In the first exemplary embodiment shown, each of the first nozzle openings is 4th both with the first chamber 20th as well as with the second chamber 21 fluidically connected. Alternatively, one or more of the first nozzle openings can be used 4th only with the first chamber 20th and one or more of the first nozzle openings 4th only with the second chamber 21 be fluidically connected. It can also be provided that only one of the chambers 20th and 21 one or more first nozzle openings 4th having.

Die dem Gehäuse 2 durch die thermische Verbindung des Gehäuses 2 mit der Wärmequelle 11 zugeführte Wärme kann durch Erzeugen der Einströmung 9 und der Ausströmung 8 in der folgenden Weise abgeführt werden: Das Fluid in der Umgebung 5 des Gehäuses 2 hat zunächst eine geringere Temperatur als durch die dem Gehäuse 2 mittels der Wärmequelle 11 zuführbaren Wärme erwärmte Innenflächen der Kavität (beispielsweise die erste Innenseite 14 und die zweite Innenseite 15). In die Kavität einströmendes und eingeströmtes Fluid nimmt daher - durch Kontakt mit den erwärmten Innenflächen - Wärme auf, wodurch das Fluid erwärmt wird. Mittels der Ausströmung 8 wird das erwärmte Fluid von der Kühlvorrichtung 1 wegbefördert und somit die durch das Fluid aufgenommene Wärme abgeführt.The case 2 through the thermal connection of the housing 2 with the heat source 11 supplied heat can be generated by generating the inflow 9 and the outflow 8th can be discharged in the following way: The fluid in the environment 5 of the housing 2 initially has a lower temperature than that of the housing 2 by means of the heat source 11 heat that can be supplied to heat the inner surfaces of the cavity (for example the first inner side 14th and the second inside 15th ). Fluid flowing into and into the cavity therefore absorbs heat - through contact with the heated inner surfaces - whereby the fluid is heated. By means of the outflow 8th is the heated fluid from the cooling device 1 transported away and thus dissipated the heat absorbed by the fluid.

Die erste Kavität 2 der ersten beispielhaften Ausführungsform weist eine rechteckige Grundfläche auf. Dementsprechend weist die in 3 gezeigte erste auslenkbare Membran 6 eine rechteckige Form auf. Ebenso weist der mit der ersten auslenkbaren Membran 6 flächig verbundene Piezo-Aktor 7 eine rechteckige Form auf.The first cavity 2 of the first exemplary embodiment has a rectangular base. Accordingly, the in 3 shown first deflectable membrane 6th a rectangular shape. Likewise, the one with the first deflectable membrane 6th flat connected piezo actuator 7th a rectangular shape.

Anhand der in 1 und 2 gezeigten ersten beispielhaften Ausführungsform wird im Folgenden eine beispielhafte Ausführungsform des vorgeschlagenen Kühlverfahrens erläutert.Using the in 1 and 2 The first exemplary embodiment shown, an exemplary embodiment of the proposed cooling method is explained below.

In einem ersten Schritt des Kühlverfahrens wird eine Kühlvorrichtung mit den in Anspruch 10 genannten Merkmalen bereitgestellt, wobei hier die Kühlvorrichtung 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform verwendet wird.In a first step of the cooling method, a cooling device having the features mentioned in claim 10 is provided, the cooling device here 1 is used according to the first exemplary embodiment.

In einem zweiten Schritt wird eine thermische Verbindung zwischen der Außenfläche 18 der Kühlvorrichtung 1 und der Wärmequelle 11 hergestellt, in dem die Außenfläche 18 der Kühlvorrichtung 18 in flächigen Kontakt mit der Außenfläche 19 der Wärmequelle 11 gebracht wird. Aufgrund der so hergestellten thermischen Verbindung kann das Gehäuse 2 der Kühlvorrichtung 1 von der Wärmequelle 11 bereitgestellte Wärme aufnehmen, wobei eine Fluidtemperatur des Fluids in der Umgebung des Gehäuses 2 geringer ist als eine Temperatur der Wärmequelle 11.In a second step, a thermal connection is established between the outer surface 18th the cooling device 1 and the heat source 11 manufactured in which the outer surface 18th the cooling device 18th in planar contact with the outer surface 19th the heat source 11 is brought. Due to the thermal connection established in this way, the housing 2 the cooling device 1 from the heat source 11 absorb provided heat, wherein a fluid temperature of the fluid in the vicinity of the housing 2 is lower than a temperature of the heat source 11 .

Als Fluid wird hierbei eine das Gehäuse 2 umgebende Luft verwendet, wobei auch andere Gase, etwa Stickstoff, Argon oder Kohlenstoffdioxid, oder Gasgemische verwendet werden können. Auch Flüssigkeiten, insbesondere thermisch leitfähige und/oder elektrisch isolierende Flüssigkeiten, sind als Fluid je nach Anwendung geeignet.The housing is used as the fluid 2 surrounding air is used, although other gases, such as nitrogen, argon or carbon dioxide, or gas mixtures can also be used. Liquids, in particular thermally conductive and / or electrically insulating liquids, are also suitable as fluids, depending on the application.

In einem dritten Schritt wird durch Anlegen einer Wechselspannung an den ersten Aktor 7 ein alternierendes Auslenken der ersten auslenkbaren Membran 6 bewirkt, was zu einem alternierenden Erzeugen der Einströmung 9 und der Ausströmung 8 führt. In die erste Kavität 3 einströmendes und eingeströmtes Fluid nimmt durch Kontakt mit dem Gehäuse 2 von der Wärmequelle 11 erzeugte Wärme auf. Aus der Kavität ausströmendes und ausgeströmtes Fluid gibt die aufgenommene Wärme an die Umgebung 5 ab.In a third step, an alternating voltage is applied to the first actuator 7th an alternating deflection of the first deflectable membrane 6th causes an alternating generation of the inflow 9 and the outflow 8th leads. In the first cavity 3 Inflowing and inflowing fluid comes into contact with the housing 2 from the heat source 11 generated heat. Fluid flowing out of and out of the cavity transfers the absorbed heat to the environment 5 away.

Das Verfahren kann, je nach Anwendung, weitere Schritte umfassen, beispielsweise ein Einbringen einer wärmeleitenden Paste zwischen die Außenflächen 18 und 19 und/oder ein Ableiten des ausgeströmten Fluids mittels eines Strömungskanals. Das Verfahren kann auch unter Verwendung anderer Kühlvorrichtungen erfolgen, beispielsweise einer Kühlvorrichtung, die der Kühlvorrichtung 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform im Wesentlichen entspricht, aber keine Kühlrippen aufweist, bei der also die erste Innenseite 14 und die erste Innenseite 15 jeweils als Ebene Fläche ohne Erhebungen oder Vertiefungen gebildet sind. Auch beispielsweise die nachfolgend beschriebenen Kühlvorrichtungen gemäß den weiteren beispielhaften Ausführungsformen können in dem beschriebenen Verfahren verwendet werden.Depending on the application, the method can include further steps, for example introducing a thermally conductive paste between the outer surfaces 18th and 19th and / or diverting the fluid that has flowed out by means of a flow channel. The method can also be carried out using other cooling devices, for example a cooling device, that of the cooling device 1 according to the first exemplary embodiment essentially corresponds, but has no cooling fins, that is to say in the case of the first inside 14th and the first inside 15th are each formed as a flat surface without elevations or depressions. Also, for example, those described below Cooling devices according to the further exemplary embodiments can be used in the described method.

Die nachfolgend beschriebenen Kühlvorrichtungen gemäß den weiteren beispielhaften Ausführungsformen entsprechen in weiten Teilen der ersten beispielhaften Ausführungsform, weshalb sich die nachfolgende Beschreibung im Wesentlichen auf diejenigen Merkmale beschränkt, in denen sich die weiteren beispielhaften Ausführungsformen von der ersten beispielhaften Ausführungsform und/oder von einer jeweils vorangehend beschriebenen beispielhaften Ausführungsform unterscheiden.The cooling devices described below according to the further exemplary embodiments correspond to a large extent to the first exemplary embodiment, which is why the following description is essentially limited to those features in which the further exemplary embodiments differ from the first exemplary embodiment and / or from one previously described exemplary embodiment differ.

Bei der zweiten beispielhaften Ausführungsform weist die erste Kavität 2 eine kreisförmige Grundfläche auf. Dementsprechend weist die in 4 gezeigte erste auslenkbare Membran 6 eine kreisförmige Form auf. Ebenso weist der mit der ersten auslenkbaren Membran 6 flächig verbundene Piezo-Aktor 7 eine kreisförmige Form auf.In the second exemplary embodiment, the first cavity 2 a circular base. Accordingly, the in 4th shown first deflectable membrane 6th a circular shape. Likewise, the one with the first deflectable membrane 6th flat connected piezo actuator 7th a circular shape.

5 zeigt die erste Innenseite 14 des ersten Gehäuseteils 12 der Kühlvorrichtung gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform. Die an der ersten Innenseite 14 angeordneten inneren Kühlrippen 10 sind bezüglich der kreisförmigen Grundfläche der ersten Kavität 3 radial ausgerichtet. Ferner sind die ersten Düsenöffnungen 4 radial angeordnet, was in 5 nicht gezeigt aber durch radiale Richtungen der Ausströmung 8 angedeutet ist. Die Kühlrippen sind somit entlang Richtungen der Einströmung 9 (die den Richtungen der Ausströmung 9 entgegengesetzt sind) ausgerichtet. 5 shows the first inside 14th of the first housing part 12th the cooling device according to the second exemplary embodiment. The one on the first inside 14th arranged inner cooling fins 10 are with respect to the circular base area of the first cavity 3 aligned radially. Furthermore, the first nozzle openings 4th arranged radially, which is in 5 not shown but by radial directions of the outflow 8th is indicated. The cooling fins are thus along directions of the inflow 9 (corresponding to the directions of the outflow 9 are opposite).

Die erste Kavität 3 kann alternativ zu der kreisförmigen oder rechteckigen Grundfläche auch eine anders geformte Grundfläche aufweisen, etwa eine quadratische, vieleckige oder elliptische Grundfläche. Auch das Gehäuse 2 kann eine kreisförmige, elliptische, rechteckige, quadratische, vieleckige oder anders geformte Grundfläche ausweisen, wobei die Form der Grundfläche des Gehäuses 2 der Form der Grundfläche der ersten Kavität 3 entsprechen oder von dieser verschieden sein kann. Der erste Aktor 7 kann ebenfalls auch andere Formen, etwa quadratische, vieleckige, elliptische, oder andersartige Formen aufweisen.The first cavity 3 As an alternative to the circular or rectangular base area, it can also have a differently shaped base area, for example a square, polygonal or elliptical base area. The case too 2 can have a circular, elliptical, rectangular, square, polygonal or other shaped base area, the shape of the base area of the housing 2 the shape of the base of the first cavity 3 may correspond to or be different from this. The first actor 7th can also have other shapes, such as square, polygonal, elliptical, or other shapes.

Die in 6 gezeigte Kühlvorrichtung 1 gemäß der dritten beispielhaften Ausführungsform weist neben der Vielzahl von inneren Kühlrippen 10 eine Vielzahl von äußeren Kühlrippen 22 auf, wobei die äußeren Kühlrippen 22 an der der Umgebung 5 zugewandten Deckfläche 17 des Gehäuses 2 angeordnet und zum Abgeben von dem Gehäuse 2 durch die Wärmequelle 11 zugeführter Wärme an die Umgebung 5 eingerichtet sind.In the 6th shown cooling device 1 according to the third exemplary embodiment has in addition to the plurality of inner cooling fins 10 a variety of outer cooling fins 22nd on, with the outer cooling fins 22nd in the surrounding area 5 facing top surface 17th of the housing 2 arranged and dispensed from the housing 2 by the heat source 11 added heat to the environment 5 are set up.

Die in 7 gezeigte Kühlvorrichtung 1 gemäß der vierten beispielhaften Ausführungsform unterscheidet sich von der Kühlvorrichtung 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform darin, dass das Gehäuse 2 neben der ersten Kavität 3 eine zweite Kavität 25 aufweist, die zwischen dem ersten Gehäuseteil 12 und einem dritten Gehäuseteil 28 gebildet ist. Eine zweite auslenkbare Membran 26 ist innerhalb der zweiten Kavität 25 im Wesentlichen parallel zu der ersten auslenkbaren Membran 6 angeordnet. Die zweite auslenkbare Membran 26 umfasst einen zweiten Aktor 27, eingerichtet zum Auslenken der zweiten auslenkbaren Membran 26 derart, dass eine Einströmung des Fluids und/oder eine Ausströmung des Fluids durch zweite Düsenöffnungen (nicht gezeigt) erzeugbar ist, wobei die zweite Kavität 25 mittels der zweiten Düsenöffnungen mit der Umgebung 5 des Gehäuses 2 fluidisch verbunden ist.In the 7th shown cooling device 1 according to the fourth exemplary embodiment is different from the cooling device 1 according to the first exemplary embodiment in that the housing 2 next to the first cavity 3 a second cavity 25th having between the first housing part 12th and a third housing part 28 is formed. A second deflectable membrane 26th is inside the second cavity 25th substantially parallel to the first deflectable membrane 6th arranged. The second deflectable membrane 26th includes a second actuator 27 configured to deflect the second deflectable membrane 26th such that an inflow of the fluid and / or an outflow of the fluid through second nozzle openings (not shown) can be generated, the second cavity 25th by means of the second nozzle openings with the environment 5 of the housing 2 is fluidically connected.

Die erste Kavität 6 und/oder die zweite Kavität 25 kann alternativ auch jeweils mehrere auslenkbare Membranen aufweisen.The first cavity 6th and / or the second cavity 25th can alternatively also each have a plurality of deflectable membranes.

Die in 8 gezeigte Kühlvorrichtung 1 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform entspricht in weiten Teilen der Kühlvorrichtung 1 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform, wobei die ersten Düsenöffnungen 4 hier nur an einer seitlichen Gehäusewand 16 des Gehäuses 2 angeordnet sind. An einer der seitlichen Gehäusewand 16 gegenüberliegenden Gehäusewand 16' ist das Gehäuse mittels Wärmerohren 29 mit einem ersten Kühlkörper 30 verbunden. Die Wärmerohre 29 (auch Heatpipes) weisen jeweils eine metallische Wandung und einen Hohlraum auf, wobei der Hohlraum zum Aufnehmen eines Fluids mit geeigneten thermischen Eigenschaften als Kühlmittels eingerichtet ist. Der erste Kühlkörper 30 ist mit der Wärmequelle 11 thermisch verbunden. Das Gehäuse 2 ist in dieser beispielhaften Ausführungsform mittels der Wärmerohre 29 und des ersten Kühlkörpers 30 thermisch mit der Wärmequelle 11 verbunden, wodurch etwa eine flexible Positionierung des Gehäuses 2 ermöglicht wird.In the 8th shown cooling device 1 according to the fifth exemplary embodiment largely corresponds to the cooling device 1 according to the first exemplary embodiment, wherein the first nozzle openings 4th here only on one side of the housing 16 of the housing 2 are arranged. On one of the side walls of the housing 16 opposite housing wall 16 ' is the housing by means of heat pipes 29 with a first heat sink 30th connected. The heat pipes 29 (also heat pipes) each have a metallic wall and a cavity, the cavity being designed to accommodate a fluid with suitable thermal properties as a coolant. The first heat sink 30th is with the heat source 11 thermally connected. The case 2 is in this exemplary embodiment by means of the heat pipes 29 and the first heat sink 30th thermal with the heat source 11 connected, thus allowing flexible positioning of the housing 2 is made possible.

Die in 9 gezeigte Kühlvorrichtung 1 gemäß der sechsten beispielhaften Ausführungsform entspricht in weiten Teilen der Kühlvorrichtung 1 gemäß der fünften beispielhaften Ausführungsform, wobei die mit dem ersten (mit der Wärmequelle 11 verbundenen) Kühlkörper verbundenen Wärmerohre 29 hier nicht direkt mit dem Gehäuse 2, sondern mit einem zweiten Kühlkörper 31 verbunden sind. Der Kühlkörper 31 ist flächig mit der Außenfläche 18 des Gehäuses 2 verbunden. Das Gehäuse 2 ist somit mittels des zweiten Kühlkörpers 31, der Wärmerohre 29 und des ersten Kühlkörpers 30 thermisch mit der Wärmequelle 11 verbunden, wodurch gegenüber der fünften beispielhaften Ausführungsform eine wärmeleitende Kontaktfläche (nämlich hier die Kontaktfläche zwischen dem zweiten Kühlkörper 31 und der Außenfläche 18 des Gehäuses 2, der im fünften Beispiel die Kontaktfläche zwischen den Wärmerohren 29 und dem Gehäuse 2 entspricht) vergrößert ist.In the 9 shown cooling device 1 according to the sixth exemplary embodiment largely corresponds to the cooling device 1 according to the fifth exemplary embodiment, wherein the with the first (with the heat source 11 connected) heat sink connected heat pipes 29 here not directly with the case 2 , but with a second heat sink 31 are connected. The heat sink 31 is flat with the outer surface 18th of the housing 2 connected. The case 2 is thus by means of the second heat sink 31 , the heat pipes 29 and the first heat sink 30th thermal with the heat source 11 connected, whereby compared to the fifth exemplary embodiment, a thermally conductive contact surface (namely here the contact surface between the second heat sink 31 and the outer surface 18th of the housing 2 , which in the fifth example is the contact area between the heat pipes 29 and the case 2 corresponds to) is enlarged.

BezugszeichenlisteList of reference symbols

11: KühlvorrichtungCooling device
22: Gehäusecasing
33: Erste KavitätFirst cavity
44th: Erste DüsenöffnungFirst nozzle opening
55: Umgebungvicinity
66th: Erste auslenkbare MembranFirst deflectable membrane
77th: Erster AktorFirst actuator
88th: AusströmungOutflow
99: EinströmungInflow
1010: Innere KühlrippenInner cooling fins
1111: WärmequelleHeat source
1212th: Erster GehäuseteilFirst housing part
1313th: Zweiter GehäuseteilSecond housing part
1414th: Erste InnenseiteFirst inside
1515th: Zweite InnenseiteSecond inside
16, 16'16, 16 ': Seitliche GehäusewandLateral housing wall
1717th: DeckflächeDeck area
18,1918.19: AußenflächenExterior surfaces
2020th: Erste KammerFirst chamber
2121st: Zweite KammerSecond chamber
2222nd: Äußere KühlrippenExternal cooling fins
2525th: Zweite KavitätSecond cavity
2626th: Zweite auslenkbare MembranSecond deflectable membrane
2727: Zweiter AktorSecond actuator
2828: Dritter GehäuseteilThird housing part
2929: WärmerohrHeat pipe
3030th: Erster KühlkörperFirst heat sink
3131: Zweiter KühlkörperSecond heat sink

Claims

Cooling device (1), comprising a housing (2) which encloses a first cavity (3) for receiving a fluid, at least one first nozzle opening (4) through which the first cavity (3) is in fluid communication with an environment (5) of the housing (2), a first deflectable membrane (6) arranged within the first cavity (3) and a first actuator (7), in particular a piezo actuator, set up to deflect the first deflectable membrane (6) in such a way that an outflow directed through the at least one first nozzle opening (4) from the first cavity (3) into the environment (5) (8) of the fluid and / or an inflow (9) of the fluid directed through the at least one first nozzle opening (4) from the surroundings (5) into the first cavity (3) can be generated, characterized in that: that the housing (2) has a plurality of cooling fins (10, 22) for dissipating heat, which can be supplied to the housing (2) by means of a heat source (11) which is thermally connectable or connected to the housing (2).

Cooling device (1) after Claim 1 , wherein one or more of the cooling fins (10) are arranged within the first cavity (3).

Cooling device (1) after Claim 2 wherein at least one of the one or more cooling fins (10) arranged within the first cavity (3) is aligned in a flow direction of the inflow (9).

Cooling device (1) after Claim 2 or 3 , wherein the first cavity (3) has a circular base area, the cooling device (1) comprises a plurality of first nozzle openings (4) arranged radially with respect to the circular base area and at least one of the one or more cooling fins arranged within the first cavity (3) (10) is arranged radially with respect to the circular surface.

Cooling device (1) according to one of the preceding claims, wherein one or more of the cooling ribs (22) are arranged on an outside of the housing (2) facing the surroundings (5).

Cooling device (1) according to one of the preceding claims, further comprising at least one heat pipe (29), by means of which the housing (2) can be or is thermally connected to the heat source (11).

Cooling device (1) according to one of the preceding claims, further comprising at least one second deflectable membrane (26) which is arranged essentially parallel to the first deflectable membrane (6) and a second actuator, set up to deflect the second deflectable membrane (26) in such a way that an inflow (9) of the fluid and / or an outflow (8) of the fluid can be generated.

Cooling device (1) after Claim 7 , wherein the housing (2) encloses a second cavity (25) for receiving the fluid and the cooling device (1) further comprises at least one second nozzle opening, through which the second cavity (25) is in fluid communication with the environment (5).

A cooling method comprising the steps Providing a cooling device (1), comprising a housing (2) which encloses a first cavity (3) for receiving a fluid, at least one first nozzle opening (4) through which the first cavity (3) is in fluid communication with an environment (5) of the housing (2), a first deflectable membrane (6) arranged within the first cavity (3) and a first actuator (7), set up to deflect the first deflectable membrane (6) in such a way that an outflow (8) of the fluid directed through the at least one first nozzle opening (4) out of the cavity into the surroundings (5) and / or a through the at least one first nozzle opening (4) directed inflow (9) of the fluid from the surroundings (5) into the cavity can be generated, Establishing a thermal connection between an outer surface of the housing (2) and a heat source (11) so that the housing (2) can absorb heat provided by the heat source (11), a fluid temperature of the fluid in the vicinity (5) of the housing (2) is lower than a temperature of the heat source (11), alternating generation of the inflow (9) and the outflow (8) in such a way that fluid flowing into and / or inflowing into the cavity can absorb the heat generated by the heat source (11) through contact with the housing (2) and that flowing out of the cavity and / or the fluid that has flowed out can release the absorbed heat to the surroundings (5).