TWI544314B - 使用合成噴流自電子裝置移除熱之方法與裝置 - Google Patents

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Description

使用合成噴流自電子裝置移除熱之方法與裝置
本文中所揭示之標的物一般而言係關於冷卻技術，且更具體而言，係關於用於使用合成噴流自電子裝置移除熱之方法及裝置。
大多數電子裝置在操作期間產生熱。需要移除所產生之熱以用於保持電子裝置之效能且避免損壞該等電子裝置。舉例而言，在各種電子電路晶片(諸如，裝配於電腦母板上之微處理器)中，熱移除對於微處理器及其圍繞組件之可靠操作及效能係極重要的。根據另一實例，發光二極體(LED)之效能及完整性與相關聯之驅動器電子器件係高度溫度相依的。
與白熾燈相比，基於LED之燈具繼續獲得重要性，此乃因LED在將輸入電功率轉換成光上具有較高效力。高亮度LED及其在照明工業上之應用之開發及廣泛使用需要開發先進熱管理系統。LED需要較高驅動電流及功率強度，藉此增加燈具發生之熱輸出。較小之殼體(或外殼)大小對於接受基於LED之燈具自結構及裝飾性角度要求兩方面係極重要。因此，在一經侷限空間中進行先進冷卻係高流明之基於LED之照明應用中之一典型要求。
雖然熱管理及分佈對於LED之可靠性及功能性係極重要的，但一般而言，自越來越小空間之一較高速率之熱移除係現今之電子裝置中之一常見要求。儘管數個習用技術已用於有效熱管理，但舉例而言，大多數技術遭受燈具發生之高成本、較高殼體大小要求以及其他缺點。
因此，對於一經改良之方法及裝置，存在用於提供電子裝置環境中之冷卻之一需要。
根據本發明之一實施例，提供一種用於移除熱之裝置。該裝置包括具有一腔之一散熱器及包括安裝於該腔內之至少一個合成噴流之一合成噴流堆疊。至少一個桿及至少一個嚙合結構經組態以提供該至少一個合成噴流相對於該至少一個桿之一剛性定位。該合成噴流包括至少一個孔口，一流體通過該孔口噴出。
根據另一實施例，提供一種用於將一合成孔口堆疊組裝於一散熱器中之方法。至少一個臂延伸件自該合成孔口延伸。該方法包含將至少一個桿可移除地附接至該散熱器中之一腔之一基底。將至少一個嚙合結構裝配至該至少一個桿。將至少一個臂延伸件裝配至該至少一個桿上以使得該臂延伸件沿該桿之移動在至少一個方向上受限於該至少一個嚙合結構。
如本文中所用，以單數敍述且藉助字「一(a)」或「一(an)」開始之一元件或功能應理解為並不排除複數個該等元件或功能，除非明確敍述此排除。此外，提及所請求發明之「一個實施例」不應解釋為排除亦併入有所述特徵之額外實施例之存在。
圖1圖解說明根據本發明之一實施例之併入有一合成噴流堆疊150以用於移除熱之一燈具100。燈具100包括一個或多個發光二極體或LED 110、一散熱器120及包圍於一燈具殼體140內之功率電子器件130。燈具殼體140進一步包括排氣口142以為產生於燈具100內之熱(例如，熱空氣)提供一逃逸路線。散熱器120包括散熱器翅片122及用於容納合成噴流堆疊150之一腔124。合成噴流堆疊150包括一個或多個合成噴流160。
圖2圖解說明(舉例而言)類似於圖1之合成噴流160之一合成噴流200之一分解圖。合成噴流200包含：一第一壓電圓盤202，其耦合至一第一電連接204；一第二壓電圓盤206，其耦合至一第二電連接208；及一壁210，其具有至少一個孔口212以用於進給及釋放周圍流體及/或空氣之一噴流。如本文中所用，術語「合成噴流」係指合成噴流裝置，舉例而言，如圖2中所圖解說明及/或如此項技術中通常習知。出於此論述之目的，除非另有說明，否則自合成噴流流出之流體(或空氣)流稱為「噴流」。
大致沿第一壓電圓盤202及第二壓電圓盤206之週邊附接壁210以在合成噴流200中界定一腔214。在一個實施例中，壁210包含一彈性體材料(舉例而言，諸如聚矽氧之一彈性體材料)以用於合成噴流200之一最佳操作。針對壁210之相容材料包含泡沫體及此項技術中通常習知之各種其他材料。由電連接204、208遞送之電流使壓電圓盤202、206通電以分別在壓電圓盤202、206中產生一實體移動(例如，振動)。使壓電圓盤202、206通電以由一可調整頻率改變圓盤202、206之間的腔214之體積，且透過孔口212或多個孔口(圖2中未顯示)噴出或壓出其中所含有之一流體(例如，空氣)。
一般而言，合成噴流(例如，合成噴流200)係零淨質量流裝置，其包括由一撓性結構包圍之空氣之一腔或體積及透過其將空氣壓出之一小孔口，如圖2中所圖解說明。更具體而言，以一週期性或一預定方式誘發合成噴流200結構變形從而致使透過孔口212對應地吸入及排出空氣。合成噴流藉由改良本端對流冷卻來有效地傳送熱。舉例而言，合成噴流200將一淨正動量賦予空氣。在合成噴流200之每一振動循環期間，空氣之動量表現為自孔口212流走之一自對流偶極子。如此表現之渦流偶極子撞擊於欲冷卻之一表面上，諸如，一LED電路板總成或散熱器(例如，散熱器120)。空氣撞擊於經加熱組件上導致以壓出對流之方式自經加熱組件移除熱。在穩定狀態條件中，此撞擊機構開發接近經加熱組件之環流型樣且促進一電子裝置(例如，燈具100之殼體140)內之熱空氣與一周圍流體(例如，來自燈具外部之空氣)之混合。總而言之，合成噴流提供超過及優於自然對流所達成之冷卻之顯著增強之冷卻。舉例而言，在一個實施例中，與自然對流所提供之冷卻相比，合成噴流之使用將冷卻增強至10倍。
圖3圖解說明類似於圖1之合成噴流堆疊150之一合成噴流堆疊300之一正視圖。合成噴流堆疊300位於一散熱器350之一腔352內。合成噴流堆疊300包括呈一堆疊組態之多個合成噴流310、312、314、316。合成噴流310具有一第一臂延伸件320及一第二臂延伸件322以用於分別提供與一第一桿330及一第二桿332之一剛性機械耦合。雖然在圖3所圖解說明之實施例中，合成噴流310包含兩個臂延伸件320及322以提供與桿330及332之一剛性機械耦合，但在其他實施例中，合成噴流310可僅包含一個臂延伸件。在又其他實施例中，合成噴流310中包含三個或三個以上臂延伸件以用於與對應數目個桿之機械耦合。桿330提供合成噴流310相對於散熱器350之一剛性定位。舉例而言，桿330係一帶螺紋桿，且桿330係擰緊至散熱器350之一表面(舉例而言，散熱器350之基底)中以提供如所圖解說明之剛性定位。根據其他實施例，將桿330附接至一電子裝置(圖3中未顯示)(舉例而言，一燈具)之另一組件。將間隔件340及342裝配於桿330及332上(藉由將間隔件滑動至桿上之位置中)以分別提供在臂延伸件320及322與散熱器350之間的一所期望之間隙。將間隔件344安裝於桿330上以提供在臂延伸件320與臂延伸件324之間的一所期望之間隙。類似地，將間隔件346定位於桿332上以提供在臂延伸件322與臂延伸件326之間的一所期望之間隙。因此，間隔件344及346提供連續堆疊之合成噴流(例如，310與312)之間或一合成噴流(例如，310)與散熱器350之表面之間的一經組態分離。因此，上文所述之合成噴流堆疊300裝置避免合成噴流堆疊300或其組件與散熱器350之翅片(圖3中未顯示)之直接介接。避免與散熱器350翅片之顯著直接介接保持散熱器350之高效率。
根據一實施例，一種用於將一合成噴流堆疊(舉例而言，合成噴流堆疊300)組裝於散熱器350中之方法包含將桿330附接至散熱器350之一腔中之一基底。將第一間隔件340裝配至桿330上，且此後裝配第一臂延伸件320。第一臂延伸件320沿桿330之移動在至少一個方向上(舉例而言，在第一間隔件340之一方向上(例如，圖3中垂直向下))受限於第一間隔件340。然後，裝配間隔件344，隨後係臂延伸件324。可使用一反覆製程來組裝或製成一合成噴流堆疊(舉例而言，合成噴流堆疊300)。有利地，總成製程之反覆性質提供一簡單、模組化、可縮放且緊致型合成噴流堆疊。有利地，所述之合成噴流堆疊安裝機構不需要將合成噴流(例如，310)附接至散熱器350。
圖4圖解說明根據本發明之另一實施例之合成噴流堆疊400之一俯視圖。合成噴流堆疊400包括一合成噴流410，其具有三個臂延伸件420、422、424。臂延伸件420包含一孔440以用於藉由使一桿(例如，圖3之桿330)穿過孔440來將臂延伸件裝配至該桿上。臂延伸件422及424分別包含孔442及444以用於插入及配合有類似桿。合成噴流410包括如所圖解說明之多個孔口430、431、432、433、434、435。孔口430至435及臂延伸件420、422、424經組態而偏移以使得臂延伸件420、422、424不妨礙一噴流自孔口430至435流出。防止對來自孔口430至435之噴流之任何妨礙提供藉由合成噴流(例如，合成噴流410)之對流冷卻之最佳效率。
相對於圖1、3及4，彼等熟習此項技術者應瞭解，雖然提及一桿、一間隔件及一臂延伸件機構以將一合成噴流堆疊剛性地定位於一電子裝置之一部分(例如，一燈具之散熱器腔)內，但如此項技術中通常習知之各種其他嚙合結構同樣可用於以一等效方式提供合成噴流堆疊(例如，合成噴流堆疊400)之一剛性定位而不背離本發明之範疇及精神。根據一個實施例，舉例而言，自合成噴流之臂延伸件不具有如圖4所圖解說明之孔(例如，孔440)。替代地，該等臂延伸件包含一夾扣配合機構作為嚙合結構以提供合成噴流相對於一桿(類似於桿330)之結構剛性。根據數個其他實施例，嚙合結構340包含而不限於一夾子、一閂鎖、一夾扣配合凹槽(click fit notch)(連同桿330中之一對應插孔)、一黏合劑(用於將成形之臂延伸件附接至桿330)。根據另一實施例，不將桿擰緊至一散熱器表面中(如圖3中所圖解說明)，而使用一黏合劑將該等桿附接至該散熱器表面。彼等熟習此項技術者應易於想到用於將合成噴流堆疊定位於電子裝置內以使得機構不妨礙噴流自合成噴流流出且使得該等機構不需要與散熱器之一顯著介接之機構之諸多此等類似及其他顯而易見之變化形式。所有此等顯而易見之機構皆包含於本發明之範疇及精神內。
圖5圖解說明類似於圖3之合成噴流310之一合成噴流500之一剖視圖。合成噴流500包含一第一壓電圓盤502及一壓電第二圓盤504及一壁510(類似於圖2之壁210)。臂延伸件520及522自壁510延伸以用於與(舉例而言)兩個桿(類似於桿330及332)耦合。將臂延伸件520及522機械地耦合至壁510，如圖5所圖解說明。在其他實施例中，將壁510與臂延伸件520及522製造為一單個組件。
臂延伸件520、522包含具有一所期望之硬度係數之材料以用於合成噴流500之一最佳操作。熟習此項技術者應瞭解，延伸臂520、522之一低硬度可導致合成噴流500本身之振盪，而延伸臂520、522之一高硬度可導致合成噴流500之自然頻率之一改變，從而導致操作頻率下冷卻效能之損失。根據圖5所圖解說明之實施例，臂延伸件520、522包含具有一低模數彈性體材料(舉例而言，聚矽氧)之一材料，其經組態以對合成噴流500操作之頻率具有最小影響。
如所論述，圖5所圖解說明之組態，臂延伸件520、522自壁510延伸以向合成噴流500提供一剛性結構支撐。由圖5中所圖解說明之組態所提供之剛性結構支撐避免合成噴流500之第一圓盤502與第二圓盤504之夾緊。與其中將合成噴流500夾緊至臂延伸件520及/或522之組態相比，防止夾緊有利地確保合成噴流500之合成噴流之彎曲運動不受阻礙。合成噴流500之彎曲運動對其冷卻效能極重要。
具體而言，如圖5所圖解說明，將壁510大致定位於第一壓電圓盤502及第二壓電圓盤504之週邊內。根據另一實施例，圖6圖解說明一合成噴流600，其包含一第一壓電圓盤602及一第二壓電圓盤604及一壁610(類似於圖2之壁210)。臂延伸件620及622自壁610延伸。如圖6所圖解說明，壁610經組態以自第一壓電圓盤602及第二壓電圓盤604之週邊水平向外突出。根據又一實施例，圖7圖解說明一合成噴流700，其包含一第一壓電圓盤702及一第二壓電圓盤704及一壁710(類似於圖2之壁210)。臂延伸件720及722自壁710延伸。如圖7所圖解說明，壁710經組態以自第一壓電圓盤702及第二壓電圓盤704之週邊垂直向外突出。
本文中所揭示之各種實施例提供數個優點。根據某些實施例，合成噴流堆疊提供(一電子裝置之)一散熱器內部之一冷卻裝置，而不將合成噴流或其附件實體附接至散熱器翅片。某些其他實施例提供一散熱器中之一簡單、模組化、可縮放且可靠之合成噴流封裝，而不影響合成噴流之冷卻效能。各種實施例進一步使得能夠使用可變數目個合成噴流與可變數目個孔口從而提供沿各種方向及呈各種型樣之噴流，包含沿一垂直及/或水平方向之均勻或不均勻之型樣。
根據各種其他優點，所揭示之實施例提供一緊致且低成本之封裝方案。本文中所論述之實施例達成藉由合成噴流之有效冷卻且解決與LED及其他類似裝置之高溫操作條件相關聯之低可靠性憂慮。雖然相對於圖之論述涉及基於LED之燈具，但彼等熟習此項技術者應易於瞭解，本文中所揭示之合成噴流堆疊之各種實施例同樣可類似地適用於數個其他類型之電子裝置/環境中之熱移除應用。
除非另外界定，否則本文所用之技術及科學術語具有與一熟習本發明所屬技術者通常所理解意義相同之意義。如本文中所用之術語「第一」、「第二」及諸如此類不指示任何次序、數量或重要性，而是用以區分一個元件與另一元件。此外，術語「一(a)」及「一(an)」不指示對數量之一限定，而是指示存在所提及物項中之至少一者，且除非另有陳述，否則術語「前部」、「背部」、「底部」及/或「頂部」僅係為便於闡述而使用且不限於任何一個位置或空間定向。若揭示範圍，則針對同一組件或性質之所有範圍之端點皆包含在內且可獨立地組合(例如，「高達約25重量%，或更具體而言，約5重量%至約20重量%」之範圍包含「約5重量%至約25重量%」之範圍之端點及所有中間值等等)。結合一數量使用之修飾語「約」包含所陳述之值且具有上下文所指示之意義(例如，包含與特定數量之量測相關聯之錯誤之程度)。
雖然本文中僅圖解說明且闡述本發明之某些特徵，但彼等熟習此項技術者應想出諸多修改及變化形式。因此，應理解，隨附申請專利範圍意欲涵蓋歸屬於本發明之真實精神內之所有此等修改及變化形式。
100．．．燈具
110．．．發光二極體或LED
120．．．散熱器
122．．．散熱器翅片
124．．．腔
130．．．功率電子器件
140．．．燈具殼體
142．．．排氣口
150．．．合成噴流堆疊
160．．．合成噴流
200．．．合成噴流
202．．．第一壓電圓盤
204．．．第一電連接
206．．．第二壓電圓盤
208．．．第二電連接
210．．．壁
212．．．孔口
300．．．合成噴流堆疊
310．．．合成噴流
312．．．合成噴流
314．．．合成噴流
320．．．第一臂延伸件
322．．．第二臂延伸件
324．．．第三臂延伸件
326．．．臂延伸件
330．．．第一桿
332．．．第二桿
340．．．第一間隔件/第一軸環/嚙合結構
342．．．第二間隔件
344．．．第三間隔件
346．．．間隔件
350．．．散熱器
352．．．腔
400．．．合成噴流堆疊
410．．．合成噴流
420．．．第一臂延伸件
422．．．第二臂延伸件
424．．．第三臂延伸件
430．．．孔口
432．．．孔口
440．．．孔
442．．．孔
444．．．孔
500．．．合成噴流
502．．．第一壓電圓盤
504．．．第二壓電圓盤
510．．．壁
520．．．第一臂延伸件
522．．．第二臂延伸件
600．．．合成噴流
602．．．第一壓電圓盤
604．．．第二壓電圓盤
610．．．壁
620．．．第一臂延伸件
622．．．第二臂延伸件
700．．．合成噴流
702．．．第一壓電圓盤
704．．．第二壓電圓盤
710．．．壁
720．．．第一臂延伸件
724．．．第二臂延伸件
參考附圖閱讀以上詳細說明將更佳地理解本發明之此等及其他特徵、態樣及優點，其中在所有圖式中相同符號表示相同部件，其中：
圖1係圖解說明根據本發明之一實施例之包括一基於合成噴流堆疊之冷卻裝置之一LED燈具之一部分剖面圖。
圖2係用於圖1之基於合成噴流堆疊之冷卻裝置中之一合成噴流之一分解圖。
圖3係根據本發明之一實施例之基於合成噴流堆疊之冷卻裝置之一部分剖視圖。
圖4係根據本發明之一實施例之具有臂延伸件之一合成噴流之一俯視圖。
圖5係根據本發明之一實施例之一合成噴流之一剖視圖。
圖6係根據本發明之一實施例之一合成噴流之一剖視圖。
圖7係根據本發明之一實施例之一合成噴流之一剖視圖。
100．．．燈具
110．．．發光二極體或LED
120．．．散熱器
122．．．散熱器翅片
124．．．腔
130．．．功率電子器件
140．．．燈具殼體
142．．．排氣口
150．．．合成噴流堆疊
160．．．合成噴流

Claims (16)

  1. 一種用於移除熱之裝置，其包括：一散熱器，其具有一腔；及一合成噴流堆疊，其包括至少一個合成噴流，該至少一個合成噴流使用至少一個桿及至少一個嚙合結構安裝於該腔內以提供該至少一個合成噴流相對於該至少一個桿之一剛性定位，其中該合成噴流包括至少一個孔口，一流體通過該至少一個孔口噴出；其中該合成噴流堆疊進一步包含：至少一個臂，其自該至少一個合成噴流延伸，該至少一個臂包括一孔；其中該至少一個桿可釋放地固定於該散熱器之該腔內以為該至少一個臂提供一剛性支撐；及其中該至少一個桿經組態以插入穿過該孔，且其中該至少一個桿經組態以為該至少一個合成噴流提供一剛性支撐。
  2. 如請求項1之裝置，其中該至少一個合成噴流包括至少兩個合成噴流，且其中該堆疊進一步包括該至少一個嚙合結構以用於提供該至少兩個合成噴流之間及/或該至少一個合成噴流與該散熱器之間的一分離。
  3. 如請求項1之裝置，其中該至少一個桿中之每一者經定向而相對於該至少一個孔口中之每一者非對稱地定位，以使得該至少一個桿不妨礙該至少一個孔口。
  4. 如請求項3之裝置，其中該至少一個桿包括複數個桿。
  5. 如請求項4之裝置，其中該至少一個孔口包括複數個孔口。
  6. 如請求項1之裝置，其中該至少一個桿係擰緊至該散熱器中。
  7. 如請求項1之裝置，其中該至少一個桿係固定至該散熱器之一基底。
  8. 如請求項1之裝置，其中該合成噴流進一步包括一第一壓電圓盤及一第二壓電圓盤，每一圓盤經組態以在接入電後振動；及一壁，其定位於該第一壓電圓盤與該第二壓電圓盤之間，其中該壁進一步包括該至少一個孔口。
  9. 如請求項8之裝置，其中該至少一個臂自該壁延伸。
  10. 如請求項9之裝置，其中該壁經定位以大致保持於該第一壓電圓盤及該第二壓電圓盤之週邊內。
  11. 如請求項9之裝置，其中該壁經定位以自該第一壓電圓盤及該第二壓電圓盤之該週邊水平向外突出。
  12. 如請求項9之裝置，其中該壁經定位以自該第一壓電圓盤及該第二壓電圓盤之該週邊垂直向外突出。
  13. 如請求項8之裝置，其中該壁包括一彈性體材料。
  14. 如請求項1之裝置，其中該至少一個臂包括一低模數彈性體材料。
  15. 如請求項1之裝置，其中該嚙合結構包括一間隔件、一夾子、一閂鎖、一夾扣配合凹槽及一黏合劑黏結物中之至少一者。
  16. 如請求項15之裝置，其中該至少一個嚙合結構包括可在該至少一個桿上方滑動之一間隔件，其經組態以提供該至少兩個合成噴流之間及/或該至少一個合成噴流與該散熱器之間的一分離。
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