ОХЛАЖДАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО, ИСПОЛЬЗУЮЩЕЕ ВНУТРЕННИЕ ИСКУССТВЕННЫЕ СТРУИ Российский патент 2014 года по МПК G12B15/02 F21V29/00 H01J61/52 H01K1/58 H01L23/34 H05K7/20 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к охлаждающему устройству, использующему искусственные струи. Настоящее изобретение дополнительно относится к электронному устройству, содержащему такое охлаждающее устройство.

Предшествующий уровень техники

В различных применениях из-за более высоких плотностей теплового потока, образующихся в результате недавно разработанных электронных устройств, которые являются, например, более компактными и/или имеют более высокую мощность, чем традиционные устройства, необходимость в охлаждении возрастает. Их примером являются лампы СВЭ (сверхвысокой эффективности) и лампы СИД (на светоизлучающих диодах), где эффективность и срок службы часто ограничиваются выделяющимся количеством тепла.

В дополнение к естественной конвекции могут использоваться вентиляторы, либо традиционные пропеллеры, либо охладители с искусственными струями, чтобы усиливать теплообмен с помощью принудительной конвекции. Типичное управляющее устройство искусственными струями, раскрытое в патенте США US 6123145, содержит корпус, имеющий гибкую управляемую диафрагму. Когда диафрагма перемещается, объем в камере изменяется, и завихрения выталкиваются из камеры через сопло. Производимое искусственное струйное течение может ударяться о нагретую поверхность, таким образом охлаждая эту поверхность.

Однако недостатками, связанными с предшествующим уровнем техники, являются шум, загрязнение, дополнительные затраты, ограниченный срок службы, рассеяние мощности, а также дополнительное пространство и вес. Поскольку применения осветительной аппаратуры предъявляют особые требования по всем этим проблемам (по сравнению, например, с микропроцессорами в компьютерах), потребители и поставщики осветительной аппаратуры неохотно принимают/вводят активное охлаждение с помощью принудительной конвекции. Таким образом, имеется потребность в улучшенном активном охлаждении посредством принудительной конвекции.

Сущность изобретения

Ввиду вышеизложенного, задача изобретения состоит в том, чтобы разрешить или по меньшей мере уменьшить проблемы, обсуждавшиеся выше. В частности, задача состоит в том, чтобы обеспечить устройство искусственного струйного охлаждения для охлаждения электронных устройств, которое не требует фактически никакого дополнительного пространства и веса, при низких дополнительных затратах.

В соответствии с аспектом изобретения, обеспечено устройство искусственного струйного охлаждения для охлаждения объекта, содержащее преобразователь, адаптированный так, чтобы производить волны скорости, и камеру, выполненную с возможностью принимать волны скорости через задействованное отверстие, в котором камера является достаточно большой для того, чтобы производить у задействованного отверстия внутреннюю искусственную струю внутри камеры. Камера выполнена с возможностью содержать объект, таким образом обеспечивая возможность охлаждения объекта внутренней искусственной струей.

Такая компоновка обеспечивает возможность эффективного охлаждения объекта через вихреобразование и столкновение искусственных струй. Благодаря использованию искусственных струй, также может быть достигнуто охлаждение в камерах, по существу, с полным торможением потока. Другое преимущество заключается в том, что объект, подлежащий охлаждению, содержится в камере, поэтому охлаждающее устройство обычно не требует фактически никакого дополнительного пространства и веса, и может быть обеспечено по низкой цене. В частности, оно часто позволяет получать многофункциональное использование существующей камеры, содержащей объект, подлежащий охлаждению, и для ее первоначальной цели (например, отражатель в лампе или модуль подсветки СИД), и в качестве камеры, производящей внутренние искусственные струи. Другое преимущество заключается в том, что искусственные струи меньше мешают, поскольку для них требуется только отверстие с диаметром, составляющим 1/10 расстояния между отверстием и охлаждаемым объектом. Таким образом, для применений в отражателе имеется наименьшее оптическое возмущение благодаря маленькому диаметру отверстия.

Термин "преобразователь" в данном описании представляет устройство, способное преобразовывать входной сигнал в соответствующий выходной сигнал волн скорости. Этот входной сигнал может быть электрическим, магнитным или механическим. Примеры подходящих преобразователей включают в себя различные типы мембран, поршней, пьезоэлектрических структур и так далее. Поскольку давление воздуха (p) и скорость (u) связаны p=ρcu (где ρ - плотность воздуха, а c - скорость звука в воздухе), о преобразователе можно говорить, как о производящем волны давления. Однако на инфразвуковых частотах воздух будет более или менее несжимаемым, следовательно, в данном описании используется скорее термин "волна скорости", чем "волна давления", в большей степени потому, что вихреобразование производится смещением воздуха, а не давлением. Кроме того, различные типы преобразователей ведут себя по-разному. Например, поршень с кривошипно-шатунным механизмом будет скорее сообщать смещение, а динамик будет скорее прикладывать давление, в зависимости от частоты.

Настоящее изобретение основано на соблюдении симметрии у отверстии в стенке камеры, когда текучая среда в камере приводится в движение преобразователем, обеспечивая искусственные струи, которые будут производиться скорее с любой стороны от стенки, а не только внешняя струя на внешней стороне камеры, при условии, что камера является достаточно глубокой и большой.

Диаметр задействованного отверстия предпочтительно находится между 1/10 и 1/2 от расстояния между отверстием и охлаждаемым объектом. Было показано, что бывает выгодно, когда искусственные струи обычно приблизительно в 10 раз длиннее, чем их диаметр. Кроме того, струе должно быть позволено свободно распространяться на протяжении существенной части длины свободной струи, поэтому расстояние до объекта предпочтительно составляет по меньшей мере 1/5 от длины свободной струи.

Камера и задействованное отверстие могут иметь такие размеры, чтобы действовать, как резонирующая система масс и пружин, приводимая в действие преобразователем, в которой текучая среда в камере действует как пружина, а текучая среда в отверстии действует как масса, посредством чего снижается потребление энергии преобразователя и обеспечивается возможность более эффективного охлаждения. Примером такой системы масс и пружин может быть резонатор Гельмгольца.

Поскольку сам динамик является (второй) демпфированной системой масс и пружин, может быть выгодным так настроить резонансную частоту динамика, содержащего преобразователь, и резонансную частоту системы масс и пружин, образованной камерой и задействованного отверстия, чтобы они, по существу, совпадали, таким образом образуя двойную систему масс и пружин. Настройка резонансной частоты динамика может быть достигнута, например, посредством добавления к динамике перемещающейся массы.

В соответствии с вариантом осуществления, ход (s) преобразователя предпочтительно больше, чем радиус (r_aperture) задействованного отверстия, чтобы удовлетворять критерию формирования струи s>r_aperture.

Изменение объема, вносимое преобразователем, составляет предпочтительно ≥1% от объема камеры. Это помогает усиливать формирование струи.

Охлаждающее устройство может содержать по меньшей мере одну полость, находящуюся в сообщении с камерой по меньшей мере через одно задействованное отверстие, в котором текучая среда в упомянутой полости активизируется упомянутым преобразователем. Здесь, по меньшей мере одна полость является достаточно маленькой, чтобы предотвращать в ней действие текучей среды в качестве пружины в системе масс и пружин, а поверхностное соотношение между поверхностью, приводимой в действие преобразователем, и поверхностью по меньшей мере одного задействованного отверстия составляет >>1. По меньшей мере одна полость модифицирует критерий формирования струи от s>r_aperture к s>r_aperture·A_aperture/A_pump, где

s - ход преобразователя,

r_aperture - радиус отверстия,

A_aperture - площадь отверстия,

A_pump - площадь приводимой в действие поверхности.

Такая компоновка является выгодной, поскольку поверхностное соотношение между приводимой в действие поверхностью и отверстием значительно повышает вихреобразование и охлаждение. Кроме того, для вариантов осуществления в отражателе это приводит к малому оптическому возмущению внутри камеры, поскольку отверстие здесь значительно меньше (в прототипах приблизительно в 50 раз), чем в случае без полости.

В соответствии с вариантом осуществления, задействованное отверстие представляет собой канал трубки, в котором трубка прикреплена к катушке динамика в динамике, содержащем преобразователь. Преимущество, связанное с этим вариантом осуществления, заключается в том, что регулирование массы трубки обеспечивает возможность настраивания резонансной частоты динамика так, чтобы она, по существу, совпадала с резонансной частотой камеры. Кроме того, дополнительная масса трубки позволяет работать на низкой частоте (величиной порядка 100 Гц), и таким образом имеет пониженный уровень шума, поскольку минимальный уровень звукового давления для слышимого звука является относительно высоким для низких частот. Таким образом, сложное и дорогостоящее снижение уровня шума не требуется. Низкая частота также продляет срок службы преобразователя.

В соответствии с вариантом осуществления динамик имеет закрытую заднюю стенку, посредством чего первая полость сформирована с помощью внутренних поверхностей динамика, фланца трубки и/или мембраны динамика. Преимущество, связанное с этим вариантом осуществления, заключается в полностью закрытой системе, и это означает, например, что в применении в лампе СВЭ, ртуть находится в замкнутом пространстве и не сможет улетучиться из камеры после взрыва горелки.

В соответствии с вариантом осуществления корпус включает в себя переднюю сторону упомянутого динамика, посредством чего сформирована вторая полость, причем вторая полость находится в связи с камерой через второе задействованное отверстие. Преимущество этого варианта осуществления заключается в полностью закрытой системе, и это означает, например, что в применении в лампе СВЭ, ртуть ограничена второй полостью и не сможет улетучиться из камеры после взрыва горелки.

Второе задействованное отверстие может быть соединено со второй полостью через трубопровод, имеющий длину λ/2, где λ - длина волны для волн скорости, производимых динамиком.

Камера также может содержать по меньшей мере одно незадействованное отверстие, адаптированное так, чтобы производить дополнительную внутреннюю искусственную струю внутри камеры. Это возможно, поскольку в какой-либо резонирующей системе масс и пружин можно управлять множеством отверстий с помощью единственного, или меньшего количества задействованных отверстий. Термин "задействованное отверстие" в данном описании относится к отверстию, которое главным образом управляется преобразователем, производящим волны давления, тогда как термин "незадействованное отверстие" относится к отверстию, которое главным образом управляется резонирующей системой масс и пружин. Использование незадействованных отверстий обеспечивает возможность охлаждения множества объектов или участков местного перегрева без необходимости множества преобразователей. Как должно быть понятно специалистам в данной области техники, незадействованное отверстие изменяет резонансную частоту камеры. Таким образом, незадействованное отверстие, когда ее можно применять, следует принимать во внимание при настройке резонансной частоты системы масс и пружин, которая образована камерой, для совпадения с резонансной частотой динамика.

Устройство искусственного струйного охлаждения в соответствии с настоящим изобретением, помимо этого, можно благоприятно включать в электронное устройство, содержащее электронные компоненты.

Другие цели, признаки и преимущества станут ясны из последующего подробного раскрытия, из прилагаемых зависимых пунктов формулы изобретения, а также из чертежей.

Краткое описание чертежей

Вышеупомянутые, также как дополнительные задачи, признаки и преимущества настоящего изобретения будут лучше понятны благодаря следующему иллюстративному и не ограничивающему подробному описанию предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, приведенному со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых одинаковые ссылочные позиции будут использоваться для подобных элементов, и в котором:

Фиг.1 иллюстрирует вариант осуществления охлаждающего устройства для лампы СВЭ, где динамик, имеющий открытую заднюю стенку, приводит в действие трубку, посредством чего у задействованного отверстия формируется и внутренняя, и внешняя струя.

Фиг.2 иллюстрирует вариант осуществления охлаждающего устройства для лампы СВЭ, где динамик приводит в действие трубку. Динамик имеет закрытую заднюю стенку, посредством чего образуется полость (резонатор) накачки, поддерживающий внутреннюю струю.

Фиг.3 иллюстрирует вариант осуществления охлаждающего устройства для лампы СВЭ, где корпус включает в себя переднюю сторону динамика, посредством чего образуется полость (резонатор) накачки, поддерживающий внутреннюю струю.

Фиг.4 иллюстрирует вариант осуществления охлаждающего устройства для лампы СВЭ с полостью (резонаторами) накачки с обеих сторон от динамика.

Фиг.5 иллюстрирует вариант осуществления охлаждающего устройства для подсветки СИД.

Фиг.6 иллюстрирует вариант осуществления охлаждающего устройства для оптического прожектора на СИД.

Подробное описание

Фиг.1 иллюстрирует вариант осуществления настоящего изобретения для охлаждения лампы 1 сверхвысокой эффективности (СВЭ). Лампа 1 СВЭ содержит параболоидный отражатель 2 и переднее стекло 3, герметично прикрепленное к отражателю 2, таким образом образуя камеру 4. Отражатель 2 здесь сделан из стекла и имеет отражающую внутреннюю поверхность. Кварцевая горелка 5 может быть расположена внутри лампы 1 СВЭ. Для типичной лампы 1 СВЭ, имеется первый участок 6 местного перегрева, расположенный у переднего сужения кварцевой горелки (то есть, у конца кварцевой горелки, ближайшего к переднему стеклу), и второй участок 7 местного перегрева, расположенный в середине кварцевой горелки (то есть, находящийся на полпути между концами кварцевой горелки). Следует отметить, что при условии выполнения кварцевой горелки горизонтально, распределение тепла в середине кварцевой горелки является таким, что второй участок 7 местного перегрева расположен в ее верхней части, тогда как холодный участок 20 образуется в ее нижней части.

Чтобы предотвращать имманентную кристаллизацию, для этих участков 6, 7 местного перегрева требуется охлаждение, без охлаждения холодного участка 20. Для обеспечения возможности охлаждения участков 6, 7 местного перегрева, в стенке отражателя выполнены задействованное отверстие 8 и незадействованное отверстие 9.

Задействованное отверстие 8 выполнено в стенке отражателя в области около переднего стекла и направлено к участку 6 местного перегрева у переднего сужения кварцевой горелки. Выполнение задействованного отверстия 8 около переднего стекла является выгодным, поскольку температура здесь более низкая (имеется температурный градиент от приблизительно 200°C у задействованного отверстия 8 до приблизительно 400°C у незадействованного отверстия 9), и кроме того, пространство и плоскостность стенки отражателя упрощает изготовление. Выполнение задействованного отверстия 8 в верхней части камеры способствует образованию контура естественной конвекции. Если вместо этого ее размещать в нижней части отражателя, она сможет противодействовать образованию контура естественной конвекции. Дистанция столкновения предпочтительно является такой, что допускает достаточное вихреобразование искусственной струи.

Преобразователь 10, здесь являющийся динамиком, выполнен в задействованном отверстии 8. Трубка 11 прикреплена к катушке 12 динамика, посредством чего канал трубки 11 образует задействованное отверстие. Центрирование и выравнивание керамической трубки и динамика облегчены с помощью выступа 26 на фланце 24, который устанавливается в выемку в коническом профиле динамика по радиусу катушки. Трубка 11 в данном описании представляет собой керамическую трубку, сделанную, например, из керамики Alsint с коэффициентом теплового расширения (CTE), который меньше или равен CTE стекла отражателя, и может быть зафиксирована с использованием соответствующего связующего вещества, такого как клей. Трубка 11 устанавливается, с помощью посадки с зазором, в отверстие в стенке отражателя. Момент инерции трубки с фланцем предпочтительно снижен до минимума, чтобы предотвращать отклонение резонансных мод, которые может индуцировать контакт между трубкой и отверстием в отражателе.

При работе ход динамика 10 приводит к поступательному движению трубки 11, вводящему изменение объема для камеры 4. Изменение объема составляет предпочтительно ≥1% от объема камеры. Если ход динамика больше, чем радиус задействованного отверстия, у задействованного отверстия 8 может формироваться струйное течение. Это приводит к образованию внутренней искусственной струи 12, которая попадает на участок 6 местного перегрева у переднего сужения кварцевой горелки. Поскольку динамик 10 имеет отверстие 21 в задней стенке динамика, также имеется внешняя струя.

Как иллюстрируется на Фиг.1, незадействованное отверстие 9 выполнено в стенке отражателя и может быть образовано, например, просто посредством просверливания отверстия в стенке отражателя. Для незадействованного отверстия не требуется, но может быть выгодным, когда она позволяет охлаждать множество участков местного перегрева, используя единственный преобразователь. Незадействованное отверстие 9 здесь направлено к участку 7 местного перегрева в середине кварцевой горелки. Диаметр незадействованного отверстия предпочтительно находится между 1/10 и 1/2 от расстояния между незадействованного отверстия 9 и участком 7 местного перегрева в середине кварцевой горелки.

Незадействованное отверстие 9 отличается от задействованного отверстия 8 тем, что там нет преобразователя, выполненного с возможностью приводить в движение воздух. Вместо этого воздух в незадействованном отверстии 9 действует, как масса, управляемая воздухом в камере 4, который действует, как пружина. В результате внутренняя искусственная струя формируется у незадействованного отверстия 9 и падает на участок 7 местного перегрева в середине кварцевой горелки. Кроме того, у незадействованного отверстия формируется внешняя струя.

Каждое отверстие 8, 9 может быть сужена к внутренней части камеры, чтобы усиливать внутреннюю струю. Кроме того, края каждого отверстия предпочтительно являются острыми, чтобы способствовать вихреобразованию. Обеспечивая поверхность каждого отверстия 8, 9 канавками, имеющими форму спирали, или при наличии отверстия в форме сопла, выступающей в камеру, турбулентность струи может быть дополнительно увеличена или может стимулироваться распространение вихрей. Каждое отверстие 8, 9 может сообщаться с окружающей средой, но часто отверстие 8, 9 находится в связи с герметизированным объемом вне камеры. Это может быть выгодным, например, для предотвращения загрязнения или ограничения распространения ртути при взрыве горелки лампы СВЭ. В качестве альтернативы, каждое отверстие 8, 9 может быть оборудовано фильтром от пыли и загрязнения. Фильтр может быть удаленным.

Камера также может иметь одну или больше выпускных трубок (не показаны), оборудованных контрольными клапанами, чтобы улучшать газовый обмен, картину течения и вихреобразование.

Фиг.2 иллюстрирует другой вариант осуществления изобретения. Здесь, кольцо 22 выполнено у задней стенки динамика 10. Кольцо уплотняет заднюю стенку динамика так, чтобы образовать полость 16 посредством внутренних поверхностей динамика, фланца 24 трубки и мембраны 25 динамика. Полость 16 находится в сообщении с камерой 4 через задействованное отверстие 8. Полость 16, которая является достаточно маленькой, чтобы предотвращать действие воздуха в полости в качестве пружины в системе масс и пружин, модифицирует критерий формирования струи в s>r_aperture·A_aperture/A_pump, где

s - ход преобразователя (относится скорее к воздуху, чем к трубке),

r_aperture - радиус отверстия,

A_aperture - площадь отверстия,

A_pump - площадь приводимой в действие поверхности.

Приводимая в действие поверхность, A_pump, здесь образована площадью фланца 24 и мембраны 25, обращенной к полости, и обычно приблизительно в 50 раз больше площади задействованного отверстия, A_aperture. Она позволяет накачивать воздух и усиливать формирование струи даже с умеренным ходом динамика. Косвенно она также воздействует на незадействованное отверстие 9, поскольку это увеличивает изменение объема в камере 4.

При работе фланец 24 трубки и мембрана 25 вместе накачивают воздух в полости. Воздух протекает от части полости около мембраны 25 вокруг катушки 12 к части полости около фланца 24 к трубке. Этот поток охлаждает катушку динамика.

Фиг.3 иллюстрирует еще один вариант осуществления изобретения. Здесь корпус 27, содержащий переднюю сторону динамика 10, герметично прикреплен к динамику 10, чтобы образовать полость 28. Корпус имеет отверстие, образующее задействованное отверстие 33. Корпус 27 предпочтительно имеет CTE, который соответствует лампе СВЭ, и может быть, сделан, например, из керамики. Как иллюстрируется на Фиг.3, корпус может быть в форме трубки с фланцем, в котором выступ 19 на фланце трубки прикреплен к внешнему краю динамика 10. Следует отметить, что корпус 27 не перемещается с ходом катушки динамика. Кроме того, соединение корпуса 27 с отражателем 2 предпочтительно является герметичным.

Полость 28, которая является достаточно маленькой, чтобы предотвращать действие воздуха в полости в качестве пружины в системе масс и пружин, модифицирует критерий формирования струи в s>r_aperture·A_aperture/A_pump, где

s - ход преобразователя,

r_aperture - радиус отверстия,

A_aperture - площадь отверстия,

A_pump - площадь мембраны динамика.

Площадь мембраны 25 динамика, A_pump, обычно приблизительно в 50 раз больше площади отверстия, A_aperture, и таким образом, она в значительной степени усиливает вихреобразование и охлаждение. Косвенно она также воздействует на незадействованное отверстие 9, поскольку это увеличивает изменение объема в камере 4.

Параметры для двух иллюстративных вариантов осуществления определены в таблице 1 ниже. Первый иллюстративный вариант осуществления относится к варианту осуществления, имеющему вибрационную трубку с полостью накачки, как описано выше в отношении Фиг.2. Второй иллюстративный вариант осуществления относится к варианту осуществления, имеющему динамик, выполненный перед полостью накачки, как описано выше в отношении Фиг.3.

Таблица 1   Вибрационная трубка с полостью (резонатором) накачки (Фиг.2) Динамик перед полостью (резонатором) накачки (Фиг.3) Фокусное расстояние [м] 0,007 0,007 Радиус отражателя [м] 0,0325 0,0325 Половина длины отражателя [м] 0,0305 0,0305 Половина ширины отражателя [м] 0,027 0,027 Радиус горелки [м] 0,0045 0,0045 Длина горелки [м] 0,04 0,04 Длина трубки [м] 0,006 0,006 Радиус отверстия [м] 0,0015 0,0015 Ход динамика [м] 0,0012 0,0012 Радиус динамика [м] 0,0107 0,0107 Температура [K] 300 300 Объем полости [см³] 1 1

Отметим, что в варианте осуществления, имеющем вибрационную трубку (изображенную на Фиг.2), резонансная частота динамика предпочтительно настроена так, чтобы совпадать с резонансной частотой полости Гельмгольца, посредством регулирования массы трубки 11.

Собственная частота Гельмгольца, f_H, охлаждающего устройства может быть описана как:

где

V - объем камеры, который меньше объема кварцевой горелки,

A_i - площадь поперечного сечения отверстия

L_i - длина отверстия

r_i - радиус отверстия

i - номер отверстия, и

c - скорость звука в газе (здесь 20√T, где T - температура в K)

Параметры в таблице 1 приводят к следующим вычисленным значениям.

Таблица 2   Вибрационная трубка с полостью (резонатором) накачки (Фиг.2) Динамик перед полостью (резонатором) накачки (Фиг.3) Частота Гельмгольца [Гц] 259 259 Скорость движения воздуха [м/с] 31,07 31,69 Объемное вытеснение [м³] 1,69·10^-6 1,73·10^-6 Относительное объемное вытеснение 2,2% 2,2% Фактор качества 7,8 7,8 Частота затухания Гельмгольца [Гц] 251 251 Звуковое давление [дБ] 64 64

Расчетная интенсивность звука составляет 64 дБ. Однако, в практических экспериментах воспринимаемый шум оказывался меньше.

Фиг.4 иллюстрирует комбинацию из двух предшествующих вариантов осуществления (которые были описаны в отношении Фиг.2 и 3). Здесь обе стороны динамика 10 закрыты, чтобы создать нагнетание двойного действия. Кольцо 22 уплотняет заднюю стенку динамика 10 так, что первая полость 16 образована внутренними поверхностями динамика, фланца 24 трубки 11 и мембраны динамика 25. Первая полость 16 находится в связи с камерой 4 через первую задействованное отверстие 8, где формируется искусственная струя. Кроме того, корпус 27 включает в себя переднюю сторону динамика 10, образуя вторую полость 28. Корпус здесь имеет отверстие, соединенное со второй задействованного отверстия 33 трубопроводом 29. Дополнительная искусственная струя, формируемая у второй задействованного отверстия 33, может использоваться для охлаждения дополнительного участка местного перегрева, такого как участок 7 местного перегрева в середине кварцевой горелки. При наличии у трубопровода 29 длины, равной λ/2, где λ - длина волны для волн скорости, производимых динамиком 10, об отверстия 8, 33 будут "дышать" одновременно, чтобы обеспечивать возможность для резонанса Гельмгольца. Следует отметить, что корпус 27 не перемещается вместе с катушкой динамика.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, имеется два смежных резонатора Гельмгольца с отверстием в приводимой в действие общей стенке. Это позволяет охлаждать по меньшей мере один участок местного перегрева с помощью чистого рециркулирующего воздуха, предотвращая попадание загрязнения и пыли.

В соответствии с еще одним вариантом осуществления, имеется два или больше задействованных отверстий, выполненных в камере, чтобы уменьшать слышимый шум (например, благодаря действию, как диполь или квадраполь (quadrapole)), и/или использоваться для того, чтобы попадать на множество участков местного перегрева. Очевидно, что преобразователь сам уже является диполем, пока обе стороны преобразователя находятся в связи. Таким образом, два преобразователя могут составлять квадруполь.

Фиг.5 иллюстрирует вариант осуществления изобретения для подсветки СИД. Здесь модуль 32 подсветки СИД может действовать, как резонатор Гельмгольца. Модуль 32 подсветки СИД может быть разделен на множество отделений (где каждое отделение содержит подмножество светодиодов СИД) для улучшения резонанса и/или приведения в действие пары отделений целесообразно в противофазе, чтобы создать диполь для уменьшения уровня шума. Внутренние искусственные струи здесь падают на теплоотводы светодиодов для усиления конвекции.

Фиг.6 иллюстрирует оптический прожектор на СИД, где внутренние искусственные струи используются для охлаждения диэлектрика в конденсаторе мощного преобразователя, который требователен к температуре (обычно максимум 70-80°C).

Изобретение было описано выше главным образом в отношении нескольких вариантов осуществления. Однако, как должно быть понятно специалистам в данной области техники, другие варианты осуществления, отличающиеся от раскрытых выше, в равной степени возможны в пределах объема изобретения, как определено прилагаемой формулой изобретения.

Например, вместо использования трубки, присоединенной к катушке динамика, преобразователем может приводиться в действие перфорированная мембрана. Мембрана может быть зеркально отражающей, чтобы соответствовать, например, существующему отражателю СВЭ. Еще одним альтернативным вариантом может быть приводимая в действие стенка, имеющая отверстие. Также может быть возможно опустить или использовать больше чем одну незадействованное отверстие. Кроме того, охлаждающее устройство может использоваться для охлаждения большого многообразия объектов через истечение различных жидких или газообразных сред, а не только воздуха.

Хотя для описанных вариантов осуществления резонансная частота устройства имела величину порядка 100 Гц, резонансную частоту можно также спроектировать так, чтобы она была ниже зоны слышимости (инфразвук) или выше зоны слышимости (ультразвук), чтобы достигнуть небольшого слышимого шума во время работы. Кроме того, охлаждающее устройство может содержать автоматическую настройку на резонансную частоту, как раскрыто в WO 2005/027569.

Изобретение относится к охлаждающему устройству, использующему искусственные струи. Технический результат - улучшение активного охлаждения посредством принудительной конвекции. Достигается тем, что в устройстве (1) искусственного струйного охлаждения для охлаждения объекта (5), содержащем преобразователь (10), адаптированный так, чтобы производить волны скорости, и камеру (4), выполненную с возможностью принимать волны скорости через задействованное отверстие (8). Камера (4) является достаточно большой для того, чтобы производить у задействованного отверстия (8) внутреннюю искусственную струю внутри камеры (4). Кроме того, камера (4) выполнена с возможностью содержать объект (5), таким образом обеспечивая возможность охлаждения объекта (5) внутренней искусственной струей. Такая компоновка обычно допускает многофункциональное использование существующей камеры, содержащей подлежащий охлаждению объект, и для ее первоначальной цели (например, отражатель в лампе или модуль подсветки СИД), и в качестве камеры, производящей внутренние искусственные струи, поэтому охлаждающее устройство обычно фактически не требует дополнительного пространства и веса и может обеспечиваться по низкой цене. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Устройство искусственного струйного охлаждения (1) для охлаждения объекта (5), содержащее преобразователь (10), выполненный с возможностью генерирования волн скорости, и камеру (4), выполненную с возможностью приема упомянутых волн скорости через задействованное отверстие (8), отличающееся тем, что упомянутая камера (4) является достаточно большой для того, чтобы производить у упомянутого задействованного отверстия (8) внутреннюю искусственную струю внутри камеры (4), причем упомянутая камера (4) и упомянутое задействованное отверстие (8) имеют такие размеры, чтобы действовать как резонирующая система масс и пружин, приводимая в действие упомянутым преобразователем (10), причем текучая среда в упомянутой камере (4) действует как пружина, а текучая среда в упомянутом задействованном отверстии (8) действует как масса, причем упомянутая камера (4) выполнена с возможностью содержания упомянутого объекта (5), таким образом обеспечивая возможность охлаждения упомянутого объекта (5) упомянутой внутренней искусственной струей.

2. Устройство искусственного струйного охлаждения по п.1, в котором диаметр упомянутого задействованного отверстия (8) находится между 1/10 и 1/2 от расстояния между задействованным отверстием и охлаждаемым объектом.

3. Устройство искусственного струйного охлаждения по п.2, в котором резонансная частота динамика, содержащего упомянутый преобразователь (10), и резонансная частота упомянутой системы масс и пружин, образуемой упомянутой камерой (4) и упомянутым задействованным отверстием, выполнены с возможностью образования двойной системы масс и пружин.

4. Устройство искусственного струйного охлаждения по любому из предыдущих пунктов, в котором ход преобразователя (10) больше, чем радиус задействованного отверстия.

5. Устройство искусственного струйного охлаждения по любому из пп.1, 2 или 3, в котором изменение объема, вносимое преобразователем (10), составляет ≥1% от объема камеры.

6. Устройство искусственного струйного охлаждения по любому из пп.1, 2 или 3, дополнительно содержащее по меньшей мере одну полость (16, 28), находящуюся в сообщении с упомянутой камерой (4) через по меньшей мере одно задействованное отверстие (8, 33), причем текучая среда в упомянутой по меньшей мере одной полости (16, 28) приводится в движение упомянутым преобразователем (10), причем упомянутая по меньшей мере одна полость (16, 28) является достаточно маленькой для предотвращения там действия текучей среды в качестве пружины в системе масс и пружин.

7. Устройство искусственного струйного охлаждения по любому из пп.1, 2 или 3, в котором упомянутое задействованное отверстие (8) расположено в элементе, приводимом в действие упомянутым преобразователем (10), причем упомянутый элемент является стенкой, мембраной или трубкой (11).

8. Устройство искусственного струйного охлаждения по любому из пп.1, 2 или 3, в котором упомянутое задействованное отверстие (8) представляет собой канал трубки (11), прикрепленной к катушке (12) динамика, содержащего упомянутый преобразователь (10).

9. Устройство искусственного струйного охлаждения по п.8, в котором упомянутый динамик имеет закрытую заднюю стенку, посредством чего первая полость (16) образуется внутренними поверхностями упомянутого динамика, фланца (24) упомянутой трубки и/или мембраны (25) динамика.

10. Устройство искусственного струйного охлаждения по п.6, дополнительно содержащее корпус (27), включающий в себя переднюю сторону упомянутого преобразователя (10), посредством чего образуется вторая полость (28).

11. Устройство искусственного струйного охлаждения по п.10, в котором упомянутая вторая полость (28) соединена с упомянутым вторым задействованным отверстием (33) через трубу (29), имеющую длину λ/2, где λ - длина волны для волн скорости, генерируемых динамиком (10).

12. Устройство искусственного струйного охлаждения по любому из пп.1, 2 или 3, в котором упомянутая камера (4) содержит по меньшей мере одно незадействованное отверстие (9), выполненное с возможностью генерирования дополнительной внутренней искусственной струи внутри упомянутой камеры (4).

13. Электронное устройство, содержащее устройство (1) искусственного струйного охлаждения по любому из предыдущих пунктов и электронные компоненты (5), выполненные внутри упомянутой камеры (4), подлежащие охлаждению упомянутым устройством (1) искусственного струйного охлаждения.

14. Осветительное устройство, содержащее устройство (1) искусственного струйного охлаждения по п.6, в котором упомянутое осветительное устройство имеет участки перегрева внутри упомянутой камеры (4), подлежащие охлаждению упомянутым устройством (1) искусственного струйного охлаждения.