TW200809152A - Cooling device and electronic device comprising such a cooling device - Google Patents
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Description
200809152 九、發明說明: 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於-冷卻裝置,其包含:-轉換器,其經配 置以在-驅動頻率產生壓力波;以及一管,其具有一 =^ ^配置以接收來自該轉換器之前述之壓力波;以及— .第末端其經配置以產生朝向該物體之一脈動淨輪出沪
動。 //,L 本i月進步關於一包含此一冷卻裝置之電子裝置。 【先前技術】 、☆傳統上’電子部件及系統之冷卻係經由自然或強制對 :L :一般而言,沿著在-電子構裝、散熱片或裝置之_外 p提ί、之一區域由空氣冷卻之方法達成。 旦然而,最近由於自新發展之電子裝置產生之更高之熱通 量密度,舉例而言,較傳統的裝置小巧及/或高功率:装 置對於冷卻之需要已在各種應用中增加。舉例而言,^ Φ ?文進之裝置之例子包括較高功率之半導體光源,諸如雷射 或發光:極體、㈣率裝置,以及較高效能之微處理器、 硬碟機、光碟機,如CDR、DVD及藍光光碟機,以及大區 * 域裝置,諸如平面電視及照明器具。 .就自然對流而言’一方面來說’因為小型化及重量限制 而造成較少可獲得區域,所以冷卻能力逐漸受限,另—方 面,藉由增加散熱區域(平面電視、燈面板),造成過度的 下游局部增溫。 對此問題-明顯且普遍實施的解決辦法係使用風扇。雖 H9515.doc 200809152 然風扇就小巧、噪音及效能持續改進,仍因風扇或多或少 之固有特性遭遇各種問題,諸如大小、噪音.、成本、預期 壽命、到物件之最小距離及受限之設計自由度。 作為藉由風扇冷卻之一替代方法,文件W〇 2〇〇5/〇〇8348 揭示一用於冷卻目的之合成噴射致動器及一管。該管係連 接至一共振腔,並且在該管之遠端產生一噴射流,且可用 於冷卻一物件。該空腔及該管形成一黑目合子共振器,也
就是一二次系統,其中該空腔内之空氣作用為一彈簧,而 該管内之空氣作用為質量。 一此類型系統之一缺點係對於一合理大小之空腔體積,該 管截面面積與該管長度間之比例應係小的,以獲得一低共 振頻率1而,欲獲得—高聲響輸出及—合理之品質因數 (Q) ’該管之截面面積應係大的。 【發明内容】 標 系 /有鑑於先前技術之前述及其他缺點,本發明之大體目 係提供一改進之冷卻裝置。 本毛月之進—步目標係提供—更多方面適用之冷卻 根據本發明,這些及其他目標係由―冷卻裝置達成, 包含:-轉換器’其經配置以在一驅動頻率產生塵力波 一管,其且右_ ^ 八,弟一末端經配置以接收來自該轉換器之 述之壓力波;以及一繁- '
弟一末知,其經配置以產生朝向前: 物體之一脈動淨於山、去去 ^ L 其巾好係—具有—長度大; /、振器,其中λ係該壓力波之波長。 1195I5.doc 200809152 一”轉換器,,在此係一能夠將輸入信號轉換成一對應壓力 波輸出之裝置。該輸入信號可係電的.、磁的或機械的。合 適轉換器之例子包括各種類型之隔膜、活塞、壓電結構等 等。特別是,一經適當尺寸配置之電動揚聲器可用作一轉 換器。 本發明係基於以下體認:可藉由使用一I共振器以達成 增加該脈動介質之速度,加以達到非常有效率之冷卻。 /相車乂於一黑目合子共振器’其中該管之長度相較於波長 係短的,根據本發明之管共振器之長度係大於λ/ι〇,其已 發現係足夠長以避免黑目合子共振。替代地,言亥管作為一 傳迗線,其對該脈動流動產生一速度增加。對於一長度大 議之管,已發現一較佳之效應,並且在一管長度大於 λ/5時發現一更佳之效應。 可看出該管内速度之增加係與sin(27cL/x)+c〇s(hL/W成 反比例。此顯示當‘(2此/_時,也就是當 時,該增益將係最大。 在特定情況中,當該管之長度等於(2η+1)λ/4時,一駐波 產生於忒&共振盗内,其造成一尤其有利之速度增加。 :據本發明之冷卻裝置可經由各種液體或氣體流體之導 ° L出用於冷卻許多種物體、然而,其對於此類物體如 電子電路之空氣冷卻係尤其有用的。 藉由配置邊官共振器之尺寸,以經由在該共振器之一第 -末立而之-開口之中心部份產生—脈動淨流體流出,非常 有政率之冷部可在該流出之方向上達成。因為從根據本發 119515.doc 200809152 明之冷卻裝置之-輸出析出之流體之脈動流動毀壞覆蓋— 欲非常有效率冷卻之物體之一邊界層,其特別是此情況。 理想地’該裝置經設計,以使得在該管之第二末端之-聲壓等級(SPL)之錐形陡升係最小的。此造成一較不 .卩:之揚卑态’例如’該轉換器之較簡單懸吊方式,及/ 或命命之改進。 轉換。。#乂彳土係經设計以在前述驅動頻率,具有較該轉 • 換器'之一沉阻抗大h5:2·5倍之一 P且抗,並且最佳係大約 較該DC阻抗大兩倍。驅動頻率阻抗與沉阻抗間之關係已 $見特别地造成有利的結果。在此背i中,一重要之設計 /數係力因子(5/),其在此選擇,以便獲得前述之驅動頻 率阻抗。 ' 該管共振器之第一末端可經配置以接收直接來自前述轉 換器之壓力诚。士 $ 士、 , _ # , 以成一小巧的設計。此一設計之一要求 分忒g直徑基本上對應該轉換器隔膜之直徑。 _ 曰代方去為’並且為了處理直徑中之任何不同,一空腔 體積可配置於讜轉換器與該管之間。此一空腔不應與一零 目口子共振器之空腔混淆。如前解釋,該管共振器係足夠 - 長以避免黑目合子共振。 • 有利的疋,該驅動頻率可大致上與該系統之反共振頻率 致也就是該轉換器結合該管以及任何其間之空腔。該 反/、振頻率係在該頻率,使系統之阻抗曲線達到一局部最 J、值。如此選取該驅動頻率將造成一最佳輸出速度。 除此之外,該流出可大致係擾動的。經由該開口結構之 119515.doc 200809152 :適=割及該轉換器之對應調諧,擾動流出可在輸出處達 及調^杜可獲:甚至更有效率之冷卻。特別是,該切割 Μ又土係在第=末端形成之一旋渦型態行進離開該開 足夠之距離’其係在該轉換器之-前進衝程期間形 ’以避免在一後退衝程期間被吸回該開口結構。
曰该開口共振器可有利地配置尺寸,以便該流出在一個一 取小可聽聞等級對其係相對高之頻率處脈動。該,,最小 聽聞等級”係一人類可聽見之最小聲壓等級。 … ^取小可聽聞等級係相依於頻率’其最小值在大約行 赫%特別是對於低頻,該最小可聽聞等級係、相對高的。 因—此’該開口共振器可較佳地配置尺寸以在-低於200赫 絲之頻率共振,並且更佳的是在一低於100赫茲之頻率。 1除此之外,該轉換器可有利地設定,以在此一流出之一 [力等級低於最小可聽聞等級之等級產生壓力《。藉此, 。亥/τ卻I置可經配置以安靜地操作。 根據一替代具體實施例,該管共振器可在其第二末端 複:個開口。這些開口可導向於基本上相同之方向,或是 同之方向,以為了同時地冷卻幾個物體。除此之外,該 專開 了大致上在相同平面或不同平面上。 牛例而。,该官可係圓柱狀的,並具有一長度、一半徑 及兩個末端。一管之聲響共振頻率係容易計算的,並且尤 其一圓柱管之製造相當單純。 因此,獲得 高聲響品質 根據一具體實施例,此管可大致上係直的 尤,、大的頻率選擇性放大,或是換句話說 119515.doc -10- 200809152 因數(Q)。 延長之開口 之一長度延伸,以為了經由此延長 該冷卻流出。 該管可進一步具有— ,其至少部份沿著該管 之開口,至少部份放射 理所當然地,不同形壯 』办狀之幾個開口可在該管上形成。 經由此一延長開口之形成,該冷卻流體流動可配置至所 欲冷卻之物體。
:據另-具體實施例,該管可大致係旋管外形。藉由將 A 4成-紋官或其他配置,諸如曲折狀 縮,可構成一省空間之冷卻裝置。直u 另外除了在该官之末端,由於該列涡旋形成之喷射, 可弓」入吸入之周圍空氣之一第二流動,以增加冷卻效應。 ,第-流動可自距該開口 —些距離之—位置取得。特別 疋,當欲冷卻之物體係在一侷限隔間時,自一不同之位置 抽出空氣可係有利的。根據一具體實施例,—第二管可同 軸也人π亥:共振态配置,並且在一合適位置具有一開口, 以吸入周圍之冷空氣。 除此之外’根據本發明之該冷卻裝置可有利地包含於一 包括電子電路之電子裝置中。 【實施方式】 圖1 a及1 b概要繪示根據本發明之兩項具體實施例之一冷 卻裝置。 ' 該例示冷卻裝置1係以一揚聲器隔膜及_管共振器3之形 式由一轉換器2形成。該管3之一第一末端4經配置以接收 119515.doc 200809152 來自該轉換器2之壓力波。藉由選取合適之尺寸配置,在 此财係該管3之橫剖面S及長度L,獲得經由該管3之第二 末而7之開口 6之一脈動淨流體流出5。經由此流體流出$, 可冷部在該流出5之方向上之—物體8,例如,—電子電路 或積體電路。 、,該管具有一大於λ/10之長度L’其造成一速度之增益, 並避免該管作為-黑目合子共振器之頸口。最佳的係,該 長度L基本上等於λ/4之奇數倍,也就是(2η+1)λ/4,其中 ㈣,1,2,.··此—管長度將造成該管内—駐波,其提供一尤 其有效率之速度增益。 該官較佳係具有一引起一高增益之高品質因子q,也就 是輸入速度與輸出速度間之比例。獲得此高品質因子卩之 其中一種方法係具有平滑的管壁。 、才象軼仏之具體貫施例,沒有總淨流通過該管3。替 代地ff應在該中心部份流出^射出之量之流體量, 由於該噴射之拖食,在該開口 6之周圍被吸入該管3,如圖 la中該彎曲之箭頭9所示。 …、而舉例而言,在該物體8係置於一密閉空間之情況 中 ^中工氣已叉加熱,從其他地方吸入空氣可是有利 的。為了此目的,該裝置可配置有一額外之通道從上述位 置通在该管3之開口 6。圖7繪示此一設計之一例子。在此 例子中’ 一'笛 冰 弟二管61,其經與該管3同軸配置,其中一端 接近3開D 6,而其另一端63則距該開口 6 一段距離。在操 作中 第二流體流動62被吸入此管,其使能夠引入更冷 119515.doc -12· 200809152 之空氣至一熱點。 在圖la繪示之具體實施例中,一空腔體積v〇係配置、於該 轉換器2後方,一空腔體積V1係配置於該轉換器2與該管共 振器3之間。在圖lb之具體實施例中,僅有一空腔體積 VI。該空腔體積VI對執行該發明係非必要的,可是對於 補償該轉換器2及該管3之不同直徑係有利的。該轉換器之 方向係不重要的且可反轉。 圖2係根據本發明之一進一步具體實施例之一冷卻裝置^ 之一概要透視圖。相同的參考數字用於對應圖丨&及ib内元 件之元件’可是不應視為限制先前之此等圖式。 圖2中,该官共振器3具有一圓柱狀或圓形之橫截面,並 且該轉換器2係以一揚聲器隔膜之形式提供,並附著於該 管之第一末端4。應該注意的是,其完全不是要限制本發 明之專利範圍’其同樣係可用於包括其他類型之開口共振 裔之冷卻裝置,諸如具有不同形狀之管,舉例而言,長方 形之截面及著其延伸具有不同截面之開口共振器。除此 之4轉換ϋ可以任何其他能夠產生壓力波之方法之形 式提仏。舉例而言,此等方法包括壓電轉換器、機械可移 動:塞等等。除此之外,該轉換器不一定需要如附加圖式 中、"不,緊密地附著於該開口共振器,而是可替代地實體 上…亥開口共振器分開,只要該開口共振器經與該轉換器 相關地配置,以便使由該轉換器產生之壓力波耦合至該開 口共振器之第一末端。 開 在并多應用中,-冷卻裝置之—重要特性係,其維持不 119515.doc 200809152 被一使用者注意到。因此, 小巧且安靜的。 以^置較佳係經設計以係 :圓3 #繪不-相等響度圖表’根據本發明之該冷 區2之—較佳之操作區域係概要詩示成圖3中之該斜線 ^ °該較佳之操作區域2G係位於該最小可聽聞等級之 壯署亚且一經設計/尺寸配置以在此區域2〇内操作之冷卻 二=一使用者可聽得到的。應該要注意的是 冷卻裝置在仍是該使用者或多或少沒注意到時, 後選取之Μ 义之限制。圖3中之該圖表内之最 率 ^ ^取決於,諸如大小限制、所要求之冷卻功 等二Ρ旋置於其中貫施之系統之其他部份之聲音發射 哥敬之因素。 二V其概要緣示根據本發明之另-具體實施例之-=置3:’其不同於圖2中之該冷卻化之地方是,在 產生Λ :部’出係在該管33之第二末端32之三個帛口 31a_c 精此’使㈣相同冷卻裝置3G可冷卻數個物^ 之圖1 中:其概要繪示根據本發明之-進-步具體實施例 曰,二,置40 ’其不同於圖2中之該冷卻裝置1的地方 疋 此該冷卻流出經由延長之 、一 該管43之第二末端42之開口發生。a,以及經土 ^體實施例對於長形物體之冷料尤其有用的。 " 〃不同於圖2中之該冷卻裝置1的地方係,在 H95l5.doc -14· 200809152 此該管5 1捲繞成一旋管形狀。此配置在保持該冷卻誓置$ 之總尺寸配置在可能之最壓縮的同時,,允許在所要之C 區域2 0内配置該管5 1之尺寸。 熟諳此技藝者應了解,本發明完全不限於該等較佳具體 實砵例。舉例而言,該轉換器可以各種·方法連接至該管, 並且該管不需要具有一圓形之橫截面。 【圖式簡單說明】 本發明之這些及其他態樣已參考繪示本發明之現行較佳 具體實施例之附加圖式,更詳細說明,其中: 土 圖la係根據本發明之一第一具體實施例之一 -概要平面視圖。 衣置之 圖1 b係根據本發明之一第二具體實施例之一冷卻裝置
一概要平面視圖。 I 圖2係圖la及圖lb中該管共振器之一透視圖。 圖3係績示根據本發明之—冷卻裝置之—較佳操作範圍 之一圖式。 圖4係根據本發明之一楚_目μ 一 第一具體貫施例之一冷卻裝置之 一概要透視圖。 圖5係根據本杯明 _ ^ 月之一弟三具體實施例之一冷卻裝置> 一概要透視圖。 之 圖6係根據本發明 h月之一第四具體實施例之一冷 一概要透視圖。 ^ 變化之一概要平面圖 圖7係圖lb中該冷卻裝置之 【主要元件符號說明】 119515.doc • 15- 200809152 1 2 3 4 5 6 7 8
30 31a 31b 31c 32 33 40 馨 4 1 a 41b 42 ’ 43 * 50 51 61 62 63 119515.doc 冷卻裝置 轉換器 管共振器 第一末端 脈動淨流體流出 開口 第二末端 物體 彎曲之箭頭 冷卻裝置 開口 開口 開口 第二末端 管 冷卻裝置 延長之開口 延長之開口 第二末端 管 冷卻裝置 管 通道 弟二流動 另一端 -16-
Claims (1)
- 200809152 十、申請專利範圍: 】·種使用用於冷卻一物體(8)之脈動流體之冷卻裝置,复 包含: Μ 轉換器(2),其經配置以在一驅動頻率產生壓力波, 吕(3) ’其具有一第一末端(4)經配置以接收來自該 、时之鈿述壓力波,以及一第二末端(7)經配置以產生 朝向如述物體之脈動淨輸出流動,I其特徵為,前述管係一具有一大於λ/ι〇之長度(l)之管 〆、振°。(3) ’其中λ係該等壓力波之波長。 士明求項1之裝置,其中該管共振器具有一大於λ/8之長 度(L) ’並且較佳的係大於λ/5。 3 · 如請求項1 々、之凌置,其中該管共振器具有之一長度基 上等於(2η+1)λ/4,其中n=0,l,2,.··並且λ係前述壓力波 之波長。 求員1之裝置’其中前述轉換器經設計以在 驅動頻率s 士 4 ^ 、…、有一較該轉換器之一DC阻抗大ι·5一2·5倍之阻 抗0 =明求項4之裝置,其中前述轉換器經配置以在前述驅 動頻率目亡 ”胥一大約較該DC阻抗大兩倍之阻抗。 6. 如前面性4、 之第一明,項中任一項之冷卻裝置,其中該管共振器(3) 末& (4) ’其經配置以接收直接來自前述轉 之壓力波。 ㈣裔(2) 如請求項]ς 1 、一5中任一項之冷卻裝置,其中一空腔體積(Vl) 配置於该轉換器與該管共振器之間。 119515.doc 200809152 8 ·如刖面請求項中任一人、,、 々p衣置,其中前述驅動頻率 任竹办 匕3 '亥轉換器(2)、該管共振器(3)及其·中之 任何空腔(Vl)车 ^ 糸、洗之一反共振頻率一致。 9·如刖面,請求項中 — ⑶細阶署 冷卻裝置’其中前述管共振器 ιη )Γ置以減少穿過前述開口之—總淨流動。 妳」面吻求項中任一項之冷卻裝置,其中前述驅動頻率 工=取Μ使雨述淨輸出流動基本上係擾動的。 1 1 ·如前面請求項φ s 員中任一項之冷卻裝置,其中該第二末 具有複數個開口。 w) 12 ·如前面請求頊φ _ A 員中任一項之冷卻裝置,其中前述管大致上 係直的。 13·如前面請求項卜11中任-項之冷卻裝置,其中前述管大 致係旋管形狀。 •士觔面明求項中任一項之冷卻裝置,其中前述管具有一 延長之開口,其至少部份沿著前述管之一長度延伸,以 為了至少部份經由前述延長開口放射前述輸出流動。 15·如前面請求項中任一項之冷卻裝置,其包含一通道 用於自一距該共振器之第二末端(7)一些距離之位置引入 流體之一第二流動(62)。 16. —種包含電子電路之電子裝置,以及如前面請求項中任 一項之用於冷卻前述電路之冷卻裝置。 119515.doc 200809152119515-fig.doc 200809152頻率(赫芝)圖3 30圖4 119515-fig.doc 40200809152119515-iig.doc
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