本发明涉及热声冷却，尤其涉及一种为电子设备提供强制对流冷却效果的自供电热声冷却设备，以及一种用于电子设备的热声冷却方法。
背景技术：
1、从电子设备中去除热量十分重要，这些电子设备本身充当热源或者在具有多个热源的系统内充当热源，这些电子设备例如个人计算机、服务器、相机、电器、电信设备等。如果热量不被去除，则电子设备会过热，从而导致设备损坏和/或整体系统性能下降。为了去除热量，将散热器等冷却设备与热源结合使用。散热器通常由一种容易导热的材料(例如铝)形成。散热器通常由多个散热片组成，以增加散热器的表面积，从而最大限度地将热量从散热器传递到周围空气中。在大多数电信方案中，冷却是通过自然对流冷却(naturalconvection cooling，ncc)完成的。
2、多年来，电子设备的功率不断增加并且电子设备的尺寸不断减小。因此，电子设备的功率密度以及这些设备产生的热量都增加了。为了充分冷却这些高功率电子设备，需要具有更大冷却能力的冷却设备，并且冷却设备的可靠性变得越来越重要。因此，随着散热量的增加，ncc方案变得越来越不够用。单独的散热器通常不足以冷却现代电子设备，因此需要其它和/或额外的冷却机构(如电动风扇、水冷却系统、散热管等)来去除多余的热量。除了散热器外，这些冷却机构已成为保证各种电子设备可靠性的关键组件。风扇尤其容易出现故障，因为它们的机械和电气组件可能会发生故障。此外，风扇需要外部电源，这些外部电源可能会发生故障，或者当使用电池等有限电源供电时，电源可能会耗尽。虽然为了生产专门针对微电子行业的高度可靠、具有成本竞争力的风扇做了很多工作，但在许多情况下，整体系统可靠性或系统可用性至关重要。在这些情况下，风扇通常安装有反馈机构，并由机器的操作系统监控。电动风扇消耗额外的电力，并且移动部件容易磨损和出现故障。风扇辅助散热器冷却设备的另一个问题是风扇产生的噪声，尤其是在使用更大风扇和/或多个风扇来提高冷却能力的情况下。这在个人计算机和移动设备中尤其是一个问题，其中，用户通常位于靠近热源的位置。
3、由于这些原因，自然对流冷却(natural convection cooling，ncc)仍然是许多无线设备(如射频拉远单元(remote radio unit，rru))的首选冷却方案，主要原因是与其它方案相比，维护更少、成本和可靠性问题也更少。但是，随着热负荷的增加，ncc的能力即将达到极限，迫切需要引入一种可靠的且无移动部件暴露在外部更恶劣环境中的强制对流冷却(force convection cooling，fcc)技术。
技术实现思路
1、因此，现有技术的特征在于本发明所解决的几个缺点。本发明通过利用本文描述的方法和结构特征，最小化并在一些方面消除了上述故障和其它问题。
2、上述和其它目的通过独立权利要求的特征实现。其它实现方式在从属权利要求、说明书和附图中显而易见。
3、根据第一方面，提供了一种热声设备，所述热声设备包括热声发动机，所述热声发动机具有被设置在谐振管内的热换热器、低导热材料叠层和冷换热器。该热声发动机用于根据热声效应引起的热换热器与冷换热器之间的温度梯度，在谐振管中产生声波。该设备包括至少一个支管，其中填充有一定体积的气体以接收所产生的声波，并且具有至少一个开口和被设置在支管内的膜。当膜被声波激发时，膜移动支管中的一定体积的气体，从而产生通过至少一个开口的脉动气体流。
4、由此产生的设备没有暴露于外部环境的旋转部件，因此可以提供比风扇冷却或其它具有旋转部件的强制对流冷却技术更鲁棒和可靠的冷却方案。该设备能够利用来自热源(例如电子单元)热量，在管中产生声波，该声波可以提供足够的声功率，以便能够使膜以一定频率以振荡的方式振动。膜的这种振荡有助于产生通过一个或多个支管中的开口的喷射状空气流。然后，该空气流可用于冷却用于为热声设备供电的相同电子单元，从而得到自供电冷却系统。该设备还减少了现有技术方案中所述的噪声问题。
5、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述叠层包括以下中的至少一种：不锈钢网、具有平行通道阵列的陶瓷元件或具有多孔结构的低导热材料，所述多孔结构使气体流能够在所述叠层的两侧之间通过。
6、在第一方面的一种可能的实现方式中，所述热换热器和所述冷换热器中的至少一个由铜或铝等金属制成，用于增强导热性。
7、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述冷换热器包括至少一个第一冷却片，以增加所述热换热器与所述冷换热器之间的所述温度梯度。
8、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述热声发动机用于产生行波，并且，还基于在所述谐振管中产生的所述声波的功率，所述至少一个支管中的每个支管的长度被确定为产生所述行波的预定义目标频率，这使得所述设备能够在所述膜中提供特定的振荡，从而调整通过所述支管中的所述开口的所产生的喷射流。
9、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述膜被设置成当被所述行波激发时以简谐运动振荡，所述膜的所述激发和所述振荡从而产生通过所述至少一个开口的脉动喷射气体流。
10、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述至少一个支管中的所述一定体积的气体包括空气或惰性气体中的至少一种。这能够为特定目的设计设备，并根据要冷却的设备达到不同的冷却效果。
11、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述热声设备还包括热源和两相设备，所述两相设备被设置成将热量从所述热源传递到所述热换热器；其中吗，所述一个或多个支管被设置成使得通过所述至少一个开口的所述气体流的至少一部分朝向所述热源导引，以提供冷却效果。这实现了自供电冷却系统。
12、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述热声设备还包括：散热器，被设置成将热量从所述热源传走，所述散热器包括用于引导气体流的至少一个凹槽；所述一个或多个支管被设置成使得通过所述至少一个开口的所述气体流的至少一部分朝向所述至少一个凹槽导引，从而提供沿着凹槽的附加气体/空气移动，以实现散热器的更有效的强制对流冷却效果。
13、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述散热器包括多个第二冷却片，所述多个第二冷却片被平行设置，以提供凹槽，用于引导从所述至少一个支管中的所述至少一个开口导引的气体流，从而增强强制对流冷却效果。
14、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述热源是电子设备；并且，所述热声设备被设置为自供电冷却设备，以为被设置成与所述电子设备导热连接的至少一个散热器提供强制对流冷却效果。
15、在一个实施例中，电子设备是无线通信设备，例如无线基站系统中的射频拉远单元(remote radio unit，rru)，从而形成无线自供电强制对流冷却设备。
16、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述热声设备包括多个热声发动机，所述多个热声发动机中的至少两个热声发动机串联设置，用于放大在相应谐振管中产生的声波。
17、在第一方面的另一种可能的实现方式中，n个热声发动机被设置成使用相同数量的n个反馈回路管连接成回路，每个反馈回路管被设置成连接热声发动机的谐振管的一侧与另一个热声发动机的相应谐振管的相对侧。这种设置能够进一步放大谐振管中产生的一个或多个声波。
18、在一个实施例中，热声发动机和反馈回路管的数量n为n＝2。这种设置提供了对一个或多个声波的高效放大，同时仍然保持设备中的部件数量较少。
19、在另一个实施例中，热声发动机和反馈回路管的数量n为n＝4。这种设置提供了更有效的散热和对一个或多个声波的放大，同时仍然保持设备中的部件数量相对较少。
20、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述支管中的每个支管从反馈回路管中分支出来。这种设置在空间利用和一个或多个声波的放大方面提供了高效的冷却。
21、在第一方面的另一种可能的实现方式中，支管从每个反馈回路管中分支出来。这种设置在空间利用和一个或多个声波的放大方面提供了高效的冷却。
22、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述热声设备包括由公共管段连接的至少两个支管，其中，所述至少一个开口中的至少一个开口被设置在所述公共管段中。这种设置提供了高效的空间利用。
23、在一个实施例中，所述至少一个开口中的所有开口被设置在所述公共管段中。这种设置提供了高效的空间利用，并且通过调整公共管段的布局和方向，可以定向通过开口的脉动气体流。
24、在第一方面的另一种可能的实现方式中，公共管段包括连接段和孔口段，其中，所述孔口段从所述连接段中的分支开口中分支出来，并容纳所有开口，以及包括用于(至少)两个支管的被设置在分支开口中的共享膜。这种设置提供了高效的空间利用，并且增强了朝向散热器和/或热源的通过开口的脉动气体流。
25、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述谐振管和/或反馈回路管被密封并填充有至少一种气体，例如he或co2气体，所述气体能够对所述谐振管和/或反馈回路管的内部加压，以进一步放大所产生的一个或多个声波，并且还能够由于不同气体中的不同声速而调整一个或多个声波的波长。
26、在第一方面的另一种可能的实现方式中，所述谐振管或反馈回路管中的至少一种气体被加压到高于大气压力，这能够减小所述谐振管和/或反馈回路管的直径。
27、根据第二方面，提供了一种用于产生脉动气体流的方法，所述方法包括：提供根据第一方面的任一种可能的实现方式的热声设备，所述热声设备包括谐振管，以及在谐振管内设置的热换热器、低导热材料叠层和冷换热器；通过在所述热换热器与所述冷换热器之间形成温度梯度，在所述谐振管中产生声波；设置至少一个支管，所述至少一个支管包括一定体积的气体，以接收所产生的声波的至少一部分，所述至少一个支管中的每个支管包括至少一个开口和被设置在所述支管内的膜，所述膜可被所述声波激发；通过所述声波激发所述膜来使所述支管中的所述一定体积的气体移动，以产生通过所述至少一个开口的脉动气体流。
28、由此产生的方法能够在没有旋转部件暴露于外部环境的情况下实现强制对流冷却方案，因此可以提供比风扇冷却或其它具有旋转部件的强制对流冷却技术更鲁棒和可靠的冷却方案。该方法能够利用来自热源(例如电子单元)热量，在管中产生声波，该声波可以提供足够的声功率，以便能够使膜以一定频率以振荡的方式振动。膜的这种振荡有助于产生通过一个或多个支管中的开口的喷射状空气流。然后，该空气流可用于冷却用于为热声设备供电的相同电子单元。
29、在第二方面的一种可能的实现方式中，所述方法还包括：提供热源和两相设备，所述两相设备被设置成将热量从所述热源传递到所述热换热器；通过将通过所述至少一个开口的所述气体流的至少一部分朝向所述热源导引来冷却所述热源，以提供冷却效果，从而实现了自供电冷却系统。
30、在第二方面的另一种可能的实现方式中，所述方法还包括：提供散热器，所述散热器被设置成将热量从所述热源传走，所述散热器包括用于引导气体流的至少一个凹槽；将通过所述至少一个开口的所述气体流的至少一部分朝向所述至少一个凹槽导引，以为所述散热器提供强制对流冷却效果，从而进一步增强散热。
31、在第二方面的又一种可能的实现方式中，所述热源是电子设备，至少一个散热器被设置成与所述电子设备导热连接；所述方法包括为所述至少一个散热器提供强制对流冷却效果，从而提供自供电冷却设备。
32、这些和其它方面将从下面描述的一个或多个实施例中显而易见。