專利名稱：帶有分布式噴嘴冷卻的機架的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及熱管理系統(tǒng)，且更特別地，涉及具有分布式噴嘴冷卻以增大對流熱傳遞的熱管理系統(tǒng)。
背景技術：
電子技術的最近發(fā)展已經產生了納米尺寸的電子線路。所得到的先進電子器件盡管更小了，但卻具有更高的熱通量。因為熱基板面(real estate)正在不斷縮小，因此需要先進的冷卻技術。成本、尺寸、可靠性以及可用性是主要的限制。對于許多低功率電子應用，由于成本、可用性以及可靠性的原因，自然對流空氣冷卻是方法的選擇。然而，由于取決于浮性的流動，其性能有限。因此，需要對自然對流的進一步增強，以便冷卻現(xiàn)代功率電子器件。增強的自然對流將允許更高的熱耗散并依然極大地保持被動冷卻的簡單性。合成射流是由外圍流體的周期性吸入和噴射形成的小規(guī)模紊流。射流可沖擊在熱傳遞表面上增強對流冷卻。同樣，它們可平行于熱傳遞表面流動，也增強對流冷卻。這些裝置的小尺寸，加之高空氣速度，可使得能夠極大地減小用于功率電子器件的熱管理硬件的尺寸。合成射流過去被用于邊界層控制應用。然而，它們也被顯示為增大自然和強制對流熱傳遞。盡管研究表明使用合成射流可能增大熱傳遞，但對于合成射流對大熱沉表面的應用可用的數(shù)據(jù)有限。此外，用于合成射流到機架的可靠連接需要新的連接裝置。因此，期望的是理解主流動和合成射流流動之間的相互作用，并充分利用此相互作用來實現(xiàn)對于大熱沉表面(諸如機架冷卻應用)的熱傳遞增強。還將會期望的是提供可靠的連接裝置來將合成射流附到機架上。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一個方面在于具有分布式噴嘴冷卻的機架，該機架包括限定容積的一個或多個側壁，該容積構造成大體上包圍位于該容積內的一個或多個發(fā)熱部件。該機架還包括熱連接到一個或多個側壁中的相應一個側壁上的至少一個鰭片陣列，以及至少一個合成噴嘴組件，該至少一個合成噴嘴組件包括設置在該鰭片陣列的相應一個鰭片的側面上的多孔合成噴嘴或多個單孔合成噴嘴。機架還包括用于將該至少一個合成噴嘴組件的相應一個組件附接到該一個或多個側壁的相應一個側壁上的至少一個附接裝置。本發(fā)明的另一個方面在于帶有分布式噴嘴冷卻的機架，該機架包括限定容積的一個或多個側壁，該容積構造成大體上包圍位于該容積內的一個或多個發(fā)熱部件，以及熱聯(lián)接到該一個或多個側壁中的相應一個側壁上的至少一個鰭片陣列。該機架還包括至少一個合成噴嘴組件，該組件包括設置在該鰭片陣列的相應一個鰭片的側面上的多個單孔合成噴嘴。各單孔合成噴嘴均構造成在相應的其中一個鰭片的末端處引導射流，并包括孔口?？卓诘闹辽僖粋€子集具有在大約三⑶毫米(mm)到大約十七(17)mm范圍內的開口長度L?？卓谥械南鄳粋€孔口與鰭片的相應末端之間的距離d在大約一毫米(mm)到大約七(7)mm的范圍內。


當參考附圖閱讀以下具體實施方式
時，本發(fā)明的這些和其它特征、方面以及優(yōu)點將變得更好理解，其中貫穿附圖，相似的標號代表相似的部件，其中圖1顯示了沒有合成噴嘴組件的機架；圖2顯示了配備相應合成噴嘴組件的機架的兩個側壁；圖3圖示了用于將合成噴嘴附到機架側壁上的壓扣式構造；圖4用透視圖顯示了 c形夾保持件；圖5是圖3中所示的布置的橫截面視圖，顯示了形成在側壁中的一列槽，用來接納用于合成噴嘴的e形或c形夾保持件；圖6圖示了用于將合成噴嘴附接到機架上的彎曲e形夾布置；圖7圖示了用于將合成噴嘴附到機架上的另一示例性布置；圖8圖示了用于將合成噴嘴附到機架上的桿與框架布置；圖9(a)_(c)為用于將合成噴嘴安裝到機架上的部分包圍封裝布置的第一部分的頂視、前視和后視圖；圖10(a)和(b)是部分包圍封裝布置的第二部分的前視/后視圖；圖11是組裝好的部分包圍封裝布置的前視圖；圖12圖示了結合了對稱板的具有轉向氣流的合成噴嘴套件；圖13圖示了圖12中顯示的合成噴嘴套件的兩板式構造；圖14描繪了用于用在圖1的機架中的多孔合成噴嘴的示例性構造；圖15圖示了單孔合成噴嘴的操作；圖16進一步圖示了單孔合成噴嘴的操作；圖17圖示了 ν形溝槽板狀鰭片構造；圖18圖示了合成噴嘴和鰭片之間的間距d ；圖19顯示了合成噴嘴和鰭片的三種不同的“鰭上”布置；圖20顯示了具有開口長度L的用于噴嘴的孔口 ；以及圖21是沿AA截取的圖20的橫截面。零部件列表2單孔合成噴嘴4附接裝置5e形夾保持件的彎曲部分6柔性連接器7 螺栓8 槽9 框架10 機架11 桿12機架的側壁
5
13桿/螺栓14鰭片15鰭片的陣列的側面16鰭片的陣列的側面20部分包圍的封裝21凹陷區(qū)域22部分包圍的封裝的第一部分23用于射流空氣的開口24部分包圍的封裝的第二部分25用于射流鼓吹的孔26開口27孔28墊圈29孔30合成噴嘴組件32第一柔性結構34第二柔性結構36激活材料38順應性壁39孔口40合成噴嘴驅動器42較低的側壁44板46板的彎曲部分70腔室
具體實施例方式參考圖1-17描述了具有分布式噴嘴冷卻的機架10。例如如圖1中所示，機架10 包括限定容積(未示出)的一個或多個側壁12，該容積構造成大致包圍位于該容積內的一個或多個發(fā)熱部件(未示出)。發(fā)熱部件可為需要冷卻的任何部件，其非限制性示例包括高功率處理器和功率電子器件。機架還包括熱聯(lián)接到一個或多個側壁12的相應一個側壁上的鰭片14的至少一個陣列。對于圖1中所示的布置，鰭片14為縱向板狀鰭片。然而，也可采用其他類型的鰭片，非限制地包括銷形鰭片。簡而言之，熱量從發(fā)熱部件傳遞到側壁中， 側壁又將熱量傳入鰭片14。鰭片14增加用于熱傳遞的表面面積，以冷卻發(fā)熱部件。例如如圖2中所示，機架10還包括至少一個合成噴嘴組件30，其包括設置在該至少一個鰭片陣列的相應一個鰭片的側面15，16上的多孔合成噴嘴(圖2中未顯示)或多個單孔合成噴嘴2。對于圖2中所示的示例性布置，合成噴嘴組件30設置在相應的板狀鰭片 14的陣列的下側面15上。此示例是說明性的，并且本發(fā)明不限于此示例構造。此外且如圖 2中所示，機架還包括用于將該至少一個合成噴嘴組件30 (包括相應的單個合成噴嘴2)的相應一個附接在該一個或多個側壁12的相應一個側壁上的至少一個附接裝置4。圖2中所示的示例附接裝置4僅僅是說明性的，并且以下關于圖3-13描述了多個另外的附接裝置。 應該注意本發(fā)明不限于具體的附接裝置。參考圖15和16可理解合成噴嘴2的操作。例如如圖15和16中所示，合成噴嘴2 的每一個均包括第一柔性結構32，第二柔性結構34，聯(lián)接到該第一和第二柔性結構的至少一個柔性結構上的至少一個激活材料(active material) 36，以及定位在該第一和第二柔性結構之間并限定腔室的順應性壁38。如圖15和16中所標示的，順應性壁38限定用于促進該腔室和鰭片14的周圍環(huán)境之間的流體連通的孔口 39。在圖15和16的圖示布置中，激活材料36位于第一柔性結構32上以及第二柔性結構34的下側上。應該注意的是圖中示出的激活材料36在柔性結構32，34上的位置純粹是說明性的，并且本發(fā)明不限于激活材料的任何具體位置。盡管對于圖15和16中的布置， 激活材料是與相應的柔性結構共同延展的，但是在其它實施例中，該激活材料僅在柔性結構的一部分上延伸。例如，可將較小直徑的壓電陶瓷板(未示出)而并非共同延展的激活層36設置在柔性結構32，34上。該激活材料可呈單個連續(xù)部分的形式。備選地，可采用激活材料的多個不連續(xù)部分來促動相應的柔性結構。合適的激活材料是一種能夠產生由電刺激形成的應力的材料。柔性結構32，34可包括相同或不同的材料。合適的激活材料的示例包括壓電材料，磁致伸縮材料(來自線圈的磁場彼此吸引 /對抗)，形狀記憶合金，以及不平衡馬達(具有產生振蕩運動的質量不平衡的馬達)。在壓電材料的子集內，合適的激活材料包括雙壓電構造，此處兩個壓電層被異相通電以產生彎曲；thunder (薄壁單晶體壓電致動及傳感裝置)構造，此處一個壓電層設置在預加應力的不銹鋼墊片上；蜂音器元件構造，此處一個壓電層設置在黃銅墊片上；以及MFC構造，此處柔性電路上的壓電纖維復合物粘結在墊片上。激活材料可結合陶瓷材料。如圖2中所示意性描繪的，提供了合成噴嘴驅動器40來向該至少一個激活材料36 施加電流，以形成周圍空氣的流。合成噴嘴驅動器40可以例如使用導線或柔性連接器電聯(lián)接到該激活材料36上。簡而言之，來自合成噴嘴驅動器40的電流被激活材料接收，并且轉換成機械能。例如如在圖15中所示，激活材料36在柔性壁32，34上產生應力，造成它們向內彎曲，導致腔室容積變化和進入腔室70的周圍空氣的涌入量，且然后向外彎曲，從而經由孔口 39將周圍空氣從腔室70噴出。類似地，如圖16中所圖示的，當激活材料36在柔性腔室壁32，34上產生應力造成它們擴張時，引起另一個腔室容積變化，周圍空氣經由孔口 39被吸入腔室70。以此方式，驅動器40促動噴嘴30。合成噴嘴驅動器40可位于機架10內或可遠程地定位。此外，合成噴嘴驅動器40 也可被小型化并與合成噴嘴集成。電流可作為正弦波、方波、三角波或任何其它合適的波形提供，并且應該理解的是該電流不限于任何具體的波形。然而，已經發(fā)現(xiàn)可使用具有較低諧振的電流，比方說例如正弦波來提供消聲合成噴嘴30。對于電流而言電壓水平可在1到150 伏之間但不限于此。對于需要降低的噪音的實施例，電流的頻率可為2到300赫茲之間，而對于不要求降低的噪聲水平的實施例可為300赫茲到15千赫之間。對于許多圖示的構造，各合成噴嘴組件30均包括多個單孔合成噴嘴2。對于圖3 和5中所示的特定附接構造，至少其中一個側壁12包括設置在鰭片14的陣列的側壁15，16 的至少其中一個側壁上的多個槽8，并且附接裝置4構造成用于插入相應的槽8中，并用于將各個相應的單孔合成噴嘴2緊固到相應的槽8上。對于圖5中所示的示例布置，其中一個槽8出于圖示目的是空的。圖3和5的布置可使用c形夾附接裝置實施。圖4用透視圖顯示了 c形夾4的一個示例。例如如在圖2中所標示的，合成噴嘴2可用柔性連接器6附接到c形夾保持器4上。在一個非限制性示例中，柔性連接器6包括硅酮“耳部”。例如如圖5中所標示的，c形夾4的底部咬合到槽8中以穩(wěn)固地將合成噴嘴2安裝到機架側壁12 上。為了進一步將合成噴嘴緊固到機架上，c形夾保持器4可栓接到側壁上，例如如圖5中所示。圖6圖示了用于將合成噴嘴附接到機架上的另一示例性布置。對于圖6的示例布置，各合成噴嘴組件均包括多個單孔合成噴嘴2。然而，為了便于圖示，圖2中僅示出了一個噴嘴2。除了以上關于圖3-5討論的c形夾構造，還可使用e形夾來將相應的單孔合成噴嘴 2緊固到側壁12上。對于圖6中顯示的構造，附接裝置包括多個e形夾(同樣由參考標號 4標示)。如圖6中所標示的，各e形夾4均具有彎曲部分5。如圖所示，各個單孔合成噴嘴 2附接在e形夾4的相應一個上，并且各e形夾4的彎曲部分5緊固到相應的一個側壁12 上。對于圖6中圖示的示例布置，各e形夾的彎曲部分5使用螺栓7緊固到側壁12上。圖 6的布置的橫截視圖類似于圖5中所示，除了對于圖6的布置不需要槽。圖7圖示了用于將合成噴嘴附接到機架上的又另一示例性布置。對于圖7中所示的布置，各個合成噴嘴組件均包括多個單孔合成噴嘴2，且附接裝置包括多個柔性部分6。 如圖7中所示，各個單孔合成噴嘴2具有附于其上的至少一個柔性部分6，且各個柔性部分 6緊固到側壁12的相應一個側壁上。對于圖7中圖示的示例布置，各個合成噴嘴均通過三個柔性部分6附接到側壁上。然而，對于其它布置，可使用其它數(shù)目的柔性部分6。在一個非限制性示例中，柔性連接器6包括硅酮“耳部”。該耳部例如可用桿或螺栓7附接到相應的側壁上。如圖7中所示，在相鄰的“耳部”對之間可存在空隙或沒有空隙。根據(jù)一個更特別的示例，至少其中一個單孔合成噴嘴2相對于鰭片14成角度定向。這例如可通過調整用來將柔性部分附接到側壁上的螺栓的高度來實現(xiàn)。圖8圖示了用于將合成噴嘴附接到機架上的桿與框架布置。對于圖8中所示的布置，各個合成噴嘴組件均包括多個單孔合成噴嘴2，且附接裝置包括框架9和附接到框架9 上并從框架9延伸的多個桿11。對于圖示的布置，各個單孔合成噴嘴12均附接到兩個相鄰的桿11上。根據(jù)一個更特定的布置，附接裝置還包括多個柔性部分6，其中各單孔合成噴嘴 2均具有附在其上的至少兩個柔性部分6，且其中單孔合成噴嘴2經由柔性部分6附接到桿 11上。如以上所指出的，柔性部分6的一個非限制性示例是硅酮“耳部”。對于圖8中所示的具體布置，各個單孔合成噴嘴2均具有附在其上的至少三個柔性部分6。如圖所示，各個單孔合成噴嘴2均經由相應的柔性部分6直接附接到框架9上。此外，框架9可經由桿/ 螺栓13附到相應的側壁上，其顯示在圖8中的頂視圖中。圖9 (a)-(c)，10 (a)和(b)以及11圖示了用于將合成噴嘴安裝到機架上的部分包圍封裝布置。對于圖11中所示的布置，各個合成噴嘴組件均包括多個單孔合成噴嘴2，且附接裝置包括部分包圍的封裝20。給定合成噴嘴組件內的各個單孔合成噴嘴2設置在部分包圍的封裝20內。對于圖9-11中顯示的示例封裝構造，部分包圍的封裝20包括第一部分22和第二部分M。圖9(a)是封裝的第一部分22的頂視圖。圖9(b)和9(c)中分別顯示了第一部分22的前視和后視圖。圖10(a)是封裝20的第二部分M的頂視圖，而圖10(b)中顯示了第二部分M的前視/后視圖。例如如圖9(a)中所示，第一部分22限定了構造成接納相應的單孔合成噴嘴(未示出)的多個開口沈。例如如圖11中所示，在組裝后，第二部分M附接到第一部分22上以覆蓋開口 26。對于圖9-11中顯示的示例構造，第二部分對通過螺栓7 附到第一部分22上。例如如圖9 (a)中所標示的，圖示的部分包圍的封裝20還包括多個墊圈觀。如圖所示，各墊圈觀設置在相應的其中一個開口 26中，并容納相應的其中一個單孔合成噴嘴2。 在一個非限制示例中，墊圈觀由硅橡膠形成。有益的是，墊圈保護單孔合成噴嘴2免受振動。更特別地，并且如圖9(b)中所示，第一部分22凹陷以提供用來接納相應的噴嘴和墊圈的凹陷區(qū)域21。此外并且也如圖9(b)中所示，提供開口 23來噴射空氣，并且在第一部分22內提供孔25用于射流鼓吹(jet bellowing)。墊圈28與孔25以及第二部分M相關而定位噴嘴，以獲得用于射流鼓吹的所需容積。對于圖9(a)_(c)中所示的示例構造，在第一部分22中提供孔27用于將第一部分22和第二部分M栓接到一起以形成封裝20，如圖9(c)中所示。此外，在第一部分的末端中形成孔四用于將該封裝栓接到相應的機架側壁12上，例如圖9(c)中所示的示例布置。類似地，并且如圖10(a)和(b)中所標示的，在第二部分M中形成孔31用于接納螺栓7。例如如圖11中所示，可例如用螺栓7將部分包圍的封裝20附接到相應的一個側壁12上。此外，可在封裝20以及相應的機架側壁12之間設置震動阻尼器(或振動吸收襯墊，未示出)。本發(fā)明包括對于部分包圍封裝的多種改型。例如，可用由軟橡膠(或Si)制成的襯墊或套管替代圖11的示例構造中的“L”形足部托架用于振動吸收。另一個選擇是完全去除L形托架，并使用來附接第一和第二部分的螺栓向機架側壁延伸通過，從而將封裝附接到機架側壁上。此外，可采用封裝20的開口形式用于減重。對于此布置，僅使用足夠的材料來形成封裝的第一部分22和第二部分M以結構性地保持到一起。此開口形式可構造成具有用于噴嘴的六個“環(huán)狀”保持件的三角格架形狀。此外，可采用各種電氣連接(未示出)來驅動合成噴嘴。本發(fā)明不限于任何具體的電氣連接構造。在一個示例布置中，在第二部分M中鑄造溝槽(未示出)來接納來自噴嘴的導線并將它們導向機架外部的連接。在另一個示例布置中，在第二部分M中鑄造溝槽用于一起導引導線。盡管依然在封裝中，但是導線被朝向機架向下導引，例如穿過機架中的對齊孔以及封裝的底部部分。在此情況下，驅動電子器件(未示出)將位于機架內部。在用于合成噴嘴的電氣連接的又另一個示例布置中，噴嘴裝備相對小的、牢固的導頭組(set of leads)，其終止于結實的端子墊片(未示出)。對于此布置，封裝20的第一部分22包括鄰近噴嘴切口區(qū)域的區(qū)域，該區(qū)域具有用于端子墊片的切口(或凹陷)。封裝20的第二部分M包括匹配墊以及到端子墊片并到驅動電子器件的嵌入導線(且對于特定實施例，印刷電路板型的連接)。對于此構造，驅動電子器件(未示出)位于機架外部。 然而，此布置可進行修改以與在機架內部的驅動電子器件一起使用。在此情況下，布線在封裝20的第一部分22上，以便于將導線導引到機架中。圖12和13圖示了用于將合成噴嘴2附接到機架側壁上的另一個構造，其中氣流被轉向。對于圖12中所示的布置，側壁12中較低的一個42沒有鰭片陣列，而附接裝置包括安裝在較低側壁42上的至少一塊板44。如圖12中所標示的，至少其中一個單孔合成射流2安裝到板44上，并定向成將射流向外引導，且板44具有至少一個彎曲部分46，用于圍繞機架的角落引導該射流，以入射到相鄰一個側壁12上的鰭片14的陣列上。對于圖12中所示的特定布置，附接裝置包括安裝到較低側壁42上的一塊板44。 對于圖12中所示的布置，板44用螺栓7附接到較低的側壁42上。至少其中兩個單孔合成噴嘴2安裝到板44上，并定向成將各自的射流沿相反的方向向外引導，如圖12中所示。對于圖12中所示的具體布置，板44具有兩個彎曲部分46，用于圍繞機架的相應的角落引導相應的射流，以便入射到相應的相鄰側壁12上的鰭片14的陣列上。根據(jù)特定的布置，多個單孔合成噴嘴2可安裝到板44上，并定向成將相應的射流沿第一方向向外引導，并且多個單孔合成噴嘴2可安裝到板44上，并定向成沿第二方向向外引導相應的射流。盡管在圖12 中沒有明確示出，對于圖13中所示的布置這是類似的，但噴嘴2的列位于對稱板44的任意一端上。盡管圖12顯示了單個對稱板44，此概念也可用兩個板44a，44b來實施，如圖13中所示。對于兩板式構造，連接裝置包括安裝在較低的側壁42上的第一板4 和第二板44b。 板44a，44b可栓接到較低的側壁上，類似于圖12中所示的布置。如圖13中所示，至少其中一個單孔合成噴嘴2安裝在第一板4 上。類似于圖12中所示的布置，該一個或多個噴嘴定向成將射流沿第一方向向外引導。類似地，至少其中一個單孔合成噴嘴2被安裝到第二板44b上并定向成將射流沿第二方向向外引導。噴嘴的相對定向和圖12中所示相同。第一和第二板44a，44b的每一個均具有彎曲部分46，用于圍繞機架的相應角落引導相應射流， 以便入射到相應的相鄰一個側壁12上的鰭片14的陣列上。對于圖13中所示的特定的布置，多個單孔合成噴嘴2被安裝到第一板4 上，并定向成將相應的射流沿第一方向向外引導，并且多個單孔合成噴嘴2被安裝到第二板44b 上，并定向成將相應的射流沿第二方向向外引導。噴嘴的相對定向和圖12中所示相同。有益的是，對于由圖12和13圖示的布置，不需要去除鰭片14的部分，因為噴嘴2被安裝在較低的側壁42上。此外，彎曲部分被彎曲的角度可選擇成調整來自噴嘴的空氣流和鰭片14 的末端表面之間的角度。此外，板和較低的側壁之間的間距可進行調整以調整鰭片的末端表面和垂直氣流之間的相關距離。如以上指出的，除了單孔合成噴嘴2，合成噴嘴組件可包括圖14中圖示的多孔合成噴嘴30。此外，各合成噴嘴組件可包括單孔或多孔合成噴嘴30的堆疊(未示出)，如M.Arik等人的共同轉讓的美國專利申請序列號12/421,068 “Heat Sinks with Distributed and Integrated Jet Cooling”中所述，該專利通過引用而整體地結合在本文中。例如如圖14中所示，多孔合成噴嘴30包括第一柔性結構32，第二柔性結構34，聯(lián)接到該第一和第二柔性結構的至少一個上的至少一個激活材料36，以及定位在該第一和第二柔性結構之間并限定腔室的順應性壁38。如圖14中所標示的，順應性壁限定用于促進該腔室和鰭片14的周圍環(huán)境之間的流體連通的多個孔口 39。應該指出的是圖14中示出的孔口的數(shù)量僅為說明性而非限制性的。在一個非限制性示例中，順應性壁38包括彈性體。用于順應性壁38的其它示例材料非限制性地包括聚合物、膠、粘合劑、金屬和合成材料。在圖14的圖示布置中，激活材料36位于第一和第二柔性結構32，34兩者之上。應該注意的是圖中示出的激活材料36在柔性結構32，34上的位置純粹是說明性的，并且本發(fā)明不限于激活材料的任何具體位置。在特定的實施例中，激活材料是與相應的柔性結構共同延展的。在其它實施例中，激活材料僅在柔性結構的一部分上延伸。該激活材料可呈單個連續(xù)部分的形式。備選地，可采用激活材料的多個不連續(xù)部分來促動相應的柔性結構。 合適的激活材料是一種能夠產生由電刺激形成的應力的材料。在以上關于圖15和16提供了合適的激活材料的示例。如以上關于圖2所討論的，可提供合成噴嘴驅動器40來向該至少一個激活材料36 施加電流，以形成周圍空氣的流。合成噴嘴驅動器40可位于機架10內或可遠程地定位。在上述機架中可采用多個不同的鰭片構造。對于圖1和2中描繪的布置，鰭片是布置成規(guī)則的一維陣列的板狀鰭片。圖17圖示了 ν形溝槽板狀鰭片構造。在具體的情況下，ν形溝槽構造可展示出相對于例如圖1和2中顯示的常規(guī)板狀鰭片布置增強的冷卻。應該指出的是盡管圖17顯示了具有對稱ν形溝槽的ν形溝槽構造，但是本發(fā)明并不限于這些布置，并且還可采用非對稱的ν形溝槽構造。類似地，盡管圖17示出了中心線與噴嘴的相應中心線對齊的ν形溝槽，但也可以采用偏置布置，其中ν形溝槽的中心線從噴嘴的中心線偏置。類似地，也可采用這些布置的組合(對于相應的噴嘴非對稱ν形溝槽是偏置的)。相對于圖15，16，18和19描述了帶有分布式噴嘴冷卻的機架10的特定特征。如以上參考圖1和2所示，機架10包括限定容積(未示出)的一個或多個側壁12，該容積構造成大致包圍位于該容積內的一個或多個發(fā)熱部件(未示出)。該機架10還包括熱連接到一個或多個側壁中的相應一個側壁上的至少一個鰭片· 14的陣列，以及至少一個合成噴嘴組件30，該至少一個合成噴嘴組件30包括設置在該至少一個鰭片的陣列的相應一個鰭片的側面15，16上的多個單孔合成噴嘴2。例如如圖15中所示出的，單孔合成噴嘴2的每一個均構造成在鰭片14的相應一個的末端處(“鰭上”構造)引導射流。有益的是，實驗性的測試結果顯示鰭上構造(噴嘴出口中心線與相應的鰭片對齊)展示出相對于其中在相鄰鰭片之間引導射流的布置增強的冷卻性能)。例如如圖15和16中所示，單孔噴嘴2的每一個均包括孔口。對于特定實施例，孔口的至少一個子集具有在大約三(3)毫米(mm)到大約十七(17)mm范圍內的開口長度L，而相應孔口與鰭片的相應末端之間的距離d(例如見圖18)在大約一毫米(mm)到大約七(7) mm的范圍內。例如如圖20和21中所示，對于孔口 39開口長度L是由限定該孔口的壁(例如，硅酮壁)的末端形成的弦的長度。因此，“迎面”查看噴嘴(面向孔口)時，開口長度L 是開口的二維長度。更一般而言，孔口尺寸選擇成與鰭片間隔成比例，以實現(xiàn)最優(yōu)冷卻，并提供足夠的冷卻/渦流生成，噴嘴最佳地與鰭片一起定位。根據(jù)更特別的實施例，孔口的至少一個子集具有在大約八(8)毫米到大約十七(17)mm范圍內的開口長度L，并且又更特別地，在大約十三(13)mm到大約十七(17)mm范圍內。實驗性的測試結果顯示15mm孔口的噴嘴展示出相對于8mm孔口的噴嘴增強的冷卻性能。根據(jù)更特別的實施例，距離d處于約一毫米(mm)到約3mm的范圍內。在一個非限制性示例中，孔口和鰭片的末端之間的距離d為大約兩毫米。如此處所用，用詞“約，，應該解釋為意味著在所述值加/減百分之十之內。實驗性測試結果對于與相應的鰭片間隔IOmm 和2mm的噴嘴顯示出類似的冷卻。因此，兩(2)mm間隔是優(yōu)選的，以減小噴嘴安裝所占用的空間。
圖19顯示了合成噴嘴和鰭片的三種不同的“鰭上”布置。對于圖19中所示的第一構造(標示為“3噴嘴”)，各合成噴嘴組件包括三個單孔合成噴嘴2，且相鄰單孔合成噴嘴之間的間隔為每四個鰭片。更一般而言，可使用單孔合成噴嘴2的整數(shù)N，此處相鄰單孔合成噴嘴之間的間隔為每四個鰭片。對于圖19中所示的第一構造，N = 3。例如對于為測試熱沉兩倍寬的機架，N = 6。例如如圖19中所示，短語“每四個鰭片”應該理解為意味著對于板狀鰭片的一維陣列的情況每四個鰭片。類似地，對于銷鰭片的二維陣列的情況這指的是每四個鰭片列。對于圖19中所示的第二構造(標示為“4噴嘴”)，各合成噴嘴組件包括四個單孔合成噴嘴2，且相鄰單孔合成噴嘴2之間的間隔為每三個鰭片。更一般而言，可使用單孔合成噴嘴2的整數(shù)N，此處相鄰單孔合成噴嘴之間的間隔為每三個鰭片。對于圖19中所示的第二構造，N = 4。例如對于為測試熱沉150%寬的機架，N = 6。例如如圖19中所示，短語 “每三個鰭片”應當理解為意味著對于板狀鰭片的一維陣列的情況為每三個鰭片，而對于銷鰭片的二維陣列的情況為每三個鰭片列。對于圖19中所示的第三構造(標示為“5噴嘴”)，各合成噴嘴組件包括五個單孔合成噴嘴2，且相鄰單孔合成噴嘴2之間的間隔為每兩個鰭片。更一般而言，可使用單孔合成噴嘴2的整數(shù)N，此處相鄰單孔合成噴嘴之間的間隔為每兩個鰭片。對于圖19中所示的第二構造，N = 5。然而，N的具體值可變化。例如如圖19中所示，短語“每兩個鰭片”應當理解為意味著對于板狀鰭片的情況為每兩個鰭片，而對于銷鰭片的二維陣列的情況為每兩個鰭片列。盡管冷卻增強隨著噴嘴的數(shù)目而增加，但此趨勢隨著噴嘴的上升的數(shù)目而下降。 從三個噴嘴轉換到四個噴嘴，整體的增強從2. 5變化至3. 2，上升0. 7，而當從四個噴嘴轉換到五個噴嘴時其增加0.3。這顯示隨著噴嘴的數(shù)目增加COP(性能系數(shù))下降。在本發(fā)明中 COP限定為合成噴嘴的熱耗散與功耗的比率。這些結果是針對一系列多噴嘴測試對于使用具有15mm孔口的合成噴嘴的鰭上布置獲得的，合成噴嘴放置在鰭片板下方兩毫米處。對于這些布置，從三噴嘴轉換到四噴嘴導致COP輕微地從49下降至47。然而，從四噴嘴轉換至五噴嘴導致COP從47下降至42。有益的是，使用四噴嘴獲得相對于自然對流獲得300%的增強，以及47的性能系數(shù)。盡管本文僅說明并描述了本發(fā)明的某些特征，但本領域技術人員將想到許多改型和改變。因此應該理解的是，所附權利要求書意圖覆蓋落入本發(fā)明真實精神之內的所有此類變更和改變。
1權利要求
1.一種具有分布式噴嘴冷卻的機架(10)，所述機架包括限定容積的一個或多個側壁(12)，所述容積構造成大體上包圍位于所述容積內的一個或多個發(fā)熱部件；鰭片(14)的至少一個陣列，其熱聯(lián)接到所述一個或多個側壁的相應一個側壁上；至少一個合成噴嘴組件(30)，其包括設置在所述鰭片的至少一個陣列的相應一個鰭片的側面(15，16)上的多孔口合成噴嘴(30)或多個單孔合成噴嘴(2)；以及用于將所述至少一個合成噴口組件的相應一個組件附接到所述一個或多個側壁的相應一個側壁上的至少一個附接裝置0，6，9，11，20，44)。
2.如權利要求1所述的機架(10)，其特征在于，所述至少一個合成噴嘴組件(30)包括多個單孔合成噴嘴O)，其中所述側壁(1 的至少其中一個側壁包括設置在所述鰭片(14) 的陣列的側面(15，16)的至少其中一個側面上的多個槽(8)，并且其中所述至少一個附接裝置構造成用于插入相應的所述槽，并用于將相應的單孔合成噴嘴緊固到所述槽上。
3.如權利要求1所述的機架(10)，其特征在于，所述至少一個合成噴嘴組件(30)包括多個單孔合成噴嘴O)，其中所述至少一個附接裝置包括多個夾G)，各所述夾具有彎曲部分(5)，其中各所述單孔合成噴嘴附接在所述夾的相應一個夾上，并且其中各所述夾的所述彎曲部分緊固在所述一個或多個側壁(1 的相應一個側壁上。
4.如權利要求1所述的機架(10)，其特征在于，所述至少一個合成噴嘴組件(30)包括多個單孔合成噴嘴O)，其中所述至少一個附接裝置包括多個柔性部分(6)，其中各所述單孔合成噴嘴具有附在其上的至少一個柔性部分，并且其中各所述柔性部分緊固到所述一個或多個側壁(1 的相應一個側壁上，并且其中至少其中一個所述單孔合成噴嘴O)以相對于所述鰭片(14)的角度定向。
5.如權利要求1所述的機架(10)，其特征在于，所述至少一個合成噴嘴組件(30)包括多個單孔合成噴嘴O)，其中所述附接裝置包括框架(9)和附接到所述框架上并從所述框架延伸的多個桿(11)，其中各所述單孔合成噴嘴附接到兩個相鄰的桿上，其中所述附接裝置還包括多個柔性部分(6)，其中各所述單孔合成噴嘴具有附到其上的至少兩個柔性部分， 并且其中所述單孔合成噴嘴經由所述柔性部分附接到所述桿(11)上。
6.如權利要求1所述的機架(10)，其特征在于，所述至少一個合成噴嘴組件(30)包括多個單孔合成噴嘴O)，其中所述附接裝置包括部分包圍的封裝(20)，其中各所述單孔合成噴嘴設置在所述部分包圍的封裝內，其中所述部分包圍的封裝00)包括第一部分0 和第二部分(M)，其中所述第一部分限定構造成接納相應的所述單孔合成噴嘴O)的多個開口(26)，其中所述第二部分附接到所述第一部分上以覆蓋所述開口，其中所述部分包圍的封裝00)還包括多個墊圈( )，各所述墊圈設置在相應的所述開口中，并容納相應的所述單孔合成噴嘴O)，并且其中所述部分包圍的封裝附接到所述側壁(1 的相應一個側壁上。
7.如權利要求1所述的機架(10)，其特征在于，所述側壁(12)的較低的一個側壁G2) 沒有鰭片的陣列，其中所述附接裝置包括安裝到所述較低的側壁上的至少一個板(44)，其中至少其中一個所述單孔合成噴嘴(2)安裝到所述板上并定向成向外引導射流，并且其中所述板具有用于圍繞所述機架的角落引導所述射流的至少一個彎曲部分，以便入射到所述側壁的相鄰一個側壁上的所述鰭片的陣列上，其中所述附接裝置包括安裝到所述較低的側壁上的一塊板(44)，其中至少其中兩個所述單孔合成噴嘴(2)安裝到所述板上，并定向成沿相反的方向向外引導各自的射流，并且其中所述板具有用于圍繞所述機架的所述相應的角落引導相應的所述射流的兩個彎曲部分，以便入射到所述側壁的相應的相鄰側壁上的所述鰭片的陣列上。
8.如權利要求1所述的機架(10)，其特征在于，所述側壁(12)的較低的一個側壁G2) 沒有鰭片的陣列，其中所述附接裝置包括安裝到所述較低的側壁上的至少一個板(44)，其中至少其中一個所述單孔合成噴嘴(2)安裝到所述板上并定向成向外引導射流，并且其中所述板具有用于圍繞所述機架的角落引導所述射流的至少一個彎曲部分，以便入射到所述側壁的相鄰一個側壁上的所述鰭片的陣列上，其中所述附接裝置包括安裝到所述較低的側壁上的第一板(44a)和第二板G4b)，其中至少其中一個所述單孔合成噴嘴(2)安裝到所述第一板上并定向成沿第一方向向外引導射流，其中至少其中一個所述單孔合成噴嘴安裝到所述第二板上并定向成沿第二方向向外引導射流，并且其中所述第一板和所述第二板的每一個均具有用于圍繞所述機架的所述相應的角落引導相應的射流的彎曲部分，以便入射到所述側壁的相應的相鄰一個側壁上的所述鰭片的陣列上。
9.如權利要求1所述的機架(10)，其特征在于，所述多孔合成噴嘴包括第一柔性結構(32)；第二柔性結構(34)；聯(lián)接到所述第一柔性結構和第二柔性結構的至少其中一個上的至少一個激活材料 (36)；以及定位在所述第一柔性結構和第二柔性結構之間并限定腔室的順應性壁(38)，其中所述順應性壁限定多個孔口(39)，用于促進所述腔室和所述鰭片的周圍環(huán)境之間的流體連通。
10.一種具有分布式噴嘴冷卻的機架(10)，所述機架包括限定容積的一個或多個側壁(1 ，所述容積構造成大體上包圍位于所述容積內的一個或多個發(fā)熱部件；鰭片(14)的至少一個陣列，其熱聯(lián)接到所述一個或多個側壁的相應一個側壁上；至少一個合成噴嘴組件(30)包括設置在所述鰭片的至少一個陣列的相應一個鰭片的側面(15，16)上的多個單孔合成噴嘴O)，其中各所述單孔合成噴嘴構造成在所述鰭片的相應一個鰭片的末端處弓I導射流，其中各所述單孔噴嘴包括孔口，其中所述孔口的至少一個子集具有在大約三C3)毫米 (mm)到大約十七(17)mm范圍內的開口長度L，并且其中所述孔口的相應其中一個孔口與所述鰭片的相應末端之間的距離d在大約一毫米(mm)到大約七(7)mm的范圍內。
11.如權利要求10所述的機架(10)，其特征在于，所述孔口的至少一個子集具有在大約八(8)mm到大約十七(17)mm范圍內的開口長度L，并且其中所述距離d在大約一毫米 (mm)到大約3mm的范圍內。
全文摘要
提供了一種帶有分布式噴嘴冷卻的機架(10)。該機架包括限定容積的一個或多個側壁(12)，該容積構造成大體上包圍位于該容積內的一個或多個發(fā)熱部件。該機架還包括熱連接到一個或多個側壁中的相應一個側壁上的至少一個鰭片(14)的陣列，以及至少一個合成噴口組件(30)，該至少一個合成噴口組件包括設置在該鰭片的陣列的相應一個鰭片的側面(15，16)上的多孔合成噴嘴(30)或多個單孔合成噴嘴(2)。該機架還包括用于將所述至少一個合成噴口組件的相應一個附接到所述一個或多個側壁的相應一個側壁上的至少一個附接裝置(4，6，9，11，20，44)。
文檔編號H05K7/20GK102256471SQ201110109628
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月14日 優(yōu)先權日2010年4月14日
發(fā)明者B·J·范德普勒格, B·P·惠倫, C·C·施勒德, E·R·奈斯沃納, M·阿里克, W·D·格斯特勒, 李日 申請人:通用電氣公司