专利名称：带有分布式喷嘴冷却的机架的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及热管理系统，且更特别地，涉及具有分布式喷嘴冷却以增大对流热传递的热管理系统。
背景技术：
电子技术的最近发展已经产生了纳米尺寸的电子线路。所得到的先进电子器件尽管更小了，但却具有更高的热通量。因为热基板面(real estate)正在不断缩小，因此需要先进的冷却技术。成本、尺寸、可靠性以及可用性是主要的限制。对于许多低功率电子应用，由于成本、可用性以及可靠性的原因，自然对流空气冷却是方法的选择。然而，由于取决于浮性的流动，其性能有限。因此，需要对自然对流的进一步增强，以便冷却现代功率电子器件。增强的自然对流将允许更高的热耗散并依然极大地保持被动冷却的简单性。合成射流是由外围流体的周期性吸入和喷射形成的小规模紊流。射流可冲击在热传递表面上增强对流冷却。同样，它们可平行于热传递表面流动，也增强对流冷却。这些装置的小尺寸，加之高空气速度，可使得能够极大地减小用于功率电子器件的热管理硬件的尺寸。合成射流过去被用于边界层控制应用。然而，它们也被显示为增大自然和强制对流热传递。尽管研究表明使用合成射流可能增大热传递，但对于合成射流对大热沉表面的应用可用的数据有限。此外，用于合成射流到机架的可靠连接需要新的连接装置。因此，期望的是理解主流动和合成射流流动之间的相互作用，并充分利用此相互作用来实现对于大热沉表面(诸如机架冷却应用)的热传递增强。还将会期望的是提供可靠的连接装置来将合成射流附到机架上。
发明内容
本发明的一个方面在于具有分布式喷嘴冷却的机架，该机架包括限定容积的一个或多个侧壁，该容积构造成大体上包围位于该容积内的一个或多个发热部件。该机架还包括热连接到一个或多个侧壁中的相应一个侧壁上的至少一个鳍片阵列，以及至少一个合成喷嘴组件，该至少一个合成喷嘴组件包括设置在该鳍片阵列的相应一个鳍片的侧面上的多孔合成喷嘴或多个单孔合成喷嘴。机架还包括用于将该至少一个合成喷嘴组件的相应一个组件附接到该一个或多个侧壁的相应一个侧壁上的至少一个附接装置。本发明的另一个方面在于带有分布式喷嘴冷却的机架，该机架包括限定容积的一个或多个侧壁，该容积构造成大体上包围位于该容积内的一个或多个发热部件，以及热联接到该一个或多个侧壁中的相应一个侧壁上的至少一个鳍片阵列。该机架还包括至少一个合成喷嘴组件，该组件包括设置在该鳍片阵列的相应一个鳍片的侧面上的多个单孔合成喷嘴。各单孔合成喷嘴均构造成在相应的其中一个鳍片的末端处引导射流，并包括孔口。孔口的至少一个子集具有在大约三⑶毫米(mm)到大约十七(17)mm范围内的开口长度L。孔口中的相应一个孔口与鳍片的相应末端之间的距离d在大约一毫米(mm)到大约七(7)mm的范围内。
当参考附图阅读以下具体实施方式
时，本发明的这些和其它特征、方面以及优点将变得更好理解，其中贯穿附图，相似的标号代表相似的部件，其中图1显示了没有合成喷嘴组件的机架；图2显示了配备相应合成喷嘴组件的机架的两个侧壁；图3图示了用于将合成喷嘴附到机架侧壁上的压扣式构造；图4用透视图显示了 c形夹保持件；图5是图3中所示的布置的横截面视图，显示了形成在侧壁中的一列槽，用来接纳用于合成喷嘴的e形或c形夹保持件；图6图示了用于将合成喷嘴附接到机架上的弯曲e形夹布置；图7图示了用于将合成喷嘴附到机架上的另一示例性布置；图8图示了用于将合成喷嘴附到机架上的杆与框架布置；图9(a)_(c)为用于将合成喷嘴安装到机架上的部分包围封装布置的第一部分的顶视、前视和后视图；图10(a)和(b)是部分包围封装布置的第二部分的前视/后视图；图11是组装好的部分包围封装布置的前视图；图12图示了结合了对称板的具有转向气流的合成喷嘴套件；图13图示了图12中显示的合成喷嘴套件的两板式构造；图14描绘了用于用在图1的机架中的多孔合成喷嘴的示例性构造；图15图示了单孔合成喷嘴的操作；图16进一步图示了单孔合成喷嘴的操作；图17图示了 ν形沟槽板状鳍片构造；图18图示了合成喷嘴和鳍片之间的间距d ；图19显示了合成喷嘴和鳍片的三种不同的“鳍上”布置；图20显示了具有开口长度L的用于喷嘴的孔口 ；以及图21是沿AA截取的图20的横截面。零部件列表2单孔合成喷嘴4附接装置5e形夹保持件的弯曲部分6柔性连接器7 螺栓8 槽9 框架10 机架11 杆12机架的侧壁
5
13杆/螺栓14鳍片15鳍片的阵列的侧面16鳍片的阵列的侧面20部分包围的封装21凹陷区域22部分包围的封装的第一部分23用于射流空气的开口24部分包围的封装的第二部分25用于射流鼓吹的孔26开口27孔28垫圈29孔30合成喷嘴组件32第一柔性结构34第二柔性结构36激活材料38顺应性壁39孔口40合成喷嘴驱动器42较低的侧壁44板46板的弯曲部分70腔室
具体实施例方式参考图1-17描述了具有分布式喷嘴冷却的机架10。例如如图1中所示，机架10 包括限定容积(未示出)的一个或多个侧壁12，该容积构造成大致包围位于该容积内的一个或多个发热部件(未示出)。发热部件可为需要冷却的任何部件，其非限制性示例包括高功率处理器和功率电子器件。机架还包括热联接到一个或多个侧壁12的相应一个侧壁上的鳍片14的至少一个阵列。对于图1中所示的布置，鳍片14为纵向板状鳍片。然而，也可采用其他类型的鳍片，非限制地包括销形鳍片。简而言之，热量从发热部件传递到侧壁中， 侧壁又将热量传入鳍片14。鳍片14增加用于热传递的表面面积，以冷却发热部件。例如如图2中所示，机架10还包括至少一个合成喷嘴组件30，其包括设置在该至少一个鳍片阵列的相应一个鳍片的侧面15，16上的多孔合成喷嘴(图2中未显示)或多个单孔合成喷嘴2。对于图2中所示的示例性布置，合成喷嘴组件30设置在相应的板状鳍片 14的阵列的下侧面15上。此示例是说明性的，并且本发明不限于此示例构造。此外且如图 2中所示，机架还包括用于将该至少一个合成喷嘴组件30 (包括相应的单个合成喷嘴2)的相应一个附接在该一个或多个侧壁12的相应一个侧壁上的至少一个附接装置4。图2中所示的示例附接装置4仅仅是说明性的，并且以下关于图3-13描述了多个另外的附接装置。 应该注意本发明不限于具体的附接装置。参考图15和16可理解合成喷嘴2的操作。例如如图15和16中所示，合成喷嘴2 的每一个均包括第一柔性结构32，第二柔性结构34，联接到该第一和第二柔性结构的至少一个柔性结构上的至少一个激活材料(active material) 36，以及定位在该第一和第二柔性结构之间并限定腔室的顺应性壁38。如图15和16中所标示的，顺应性壁38限定用于促进该腔室和鳍片14的周围环境之间的流体连通的孔口 39。在图15和16的图示布置中，激活材料36位于第一柔性结构32上以及第二柔性结构34的下侧上。应该注意的是图中示出的激活材料36在柔性结构32，34上的位置纯粹是说明性的，并且本发明不限于激活材料的任何具体位置。尽管对于图15和16中的布置， 激活材料是与相应的柔性结构共同延展的，但是在其它实施例中，该激活材料仅在柔性结构的一部分上延伸。例如，可将较小直径的压电陶瓷板(未示出)而并非共同延展的激活层36设置在柔性结构32，34上。该激活材料可呈单个连续部分的形式。备选地，可采用激活材料的多个不连续部分来促动相应的柔性结构。合适的激活材料是一种能够产生由电刺激形成的应力的材料。柔性结构32，34可包括相同或不同的材料。合适的激活材料的示例包括压电材料，磁致伸缩材料(来自线圈的磁场彼此吸引 /对抗)，形状记忆合金，以及不平衡马达(具有产生振荡运动的质量不平衡的马达)。在压电材料的子集内，合适的激活材料包括双压电构造，此处两个压电层被异相通电以产生弯曲；thunder (薄壁单晶体压电致动及传感装置)构造，此处一个压电层设置在预加应力的不锈钢垫片上；蜂音器元件构造，此处一个压电层设置在黄铜垫片上；以及MFC构造，此处柔性电路上的压电纤维复合物粘结在垫片上。激活材料可结合陶瓷材料。如图2中所示意性描绘的，提供了合成喷嘴驱动器40来向该至少一个激活材料36 施加电流，以形成周围空气的流。合成喷嘴驱动器40可以例如使用导线或柔性连接器电联接到该激活材料36上。简而言之，来自合成喷嘴驱动器40的电流被激活材料接收，并且转换成机械能。例如如在图15中所示，激活材料36在柔性壁32，34上产生应力，造成它们向内弯曲，导致腔室容积变化和进入腔室70的周围空气的涌入量，且然后向外弯曲，从而经由孔口 39将周围空气从腔室70喷出。类似地，如图16中所图示的，当激活材料36在柔性腔室壁32，34上产生应力造成它们扩张时，引起另一个腔室容积变化，周围空气经由孔口 39被吸入腔室70。以此方式，驱动器40促动喷嘴30。合成喷嘴驱动器40可位于机架10内或可远程地定位。此外，合成喷嘴驱动器40 也可被小型化并与合成喷嘴集成。电流可作为正弦波、方波、三角波或任何其它合适的波形提供，并且应该理解的是该电流不限于任何具体的波形。然而，已经发现可使用具有较低谐振的电流，比方说例如正弦波来提供消声合成喷嘴30。对于电流而言电压水平可在1到150 伏之间但不限于此。对于需要降低的噪音的实施例，电流的频率可为2到300赫兹之间，而对于不要求降低的噪声水平的实施例可为300赫兹到15千赫之间。对于许多图示的构造，各合成喷嘴组件30均包括多个单孔合成喷嘴2。对于图3 和5中所示的特定附接构造，至少其中一个侧壁12包括设置在鳍片14的阵列的侧壁15，16 的至少其中一个侧壁上的多个槽8，并且附接装置4构造成用于插入相应的槽8中，并用于将各个相应的单孔合成喷嘴2紧固到相应的槽8上。对于图5中所示的示例布置，其中一个槽8出于图示目的是空的。图3和5的布置可使用c形夹附接装置实施。图4用透视图显示了 c形夹4的一个示例。例如如在图2中所标示的，合成喷嘴2可用柔性连接器6附接到c形夹保持器4上。在一个非限制性示例中，柔性连接器6包括硅酮“耳部”。例如如图5中所标示的，c形夹4的底部咬合到槽8中以稳固地将合成喷嘴2安装到机架侧壁12 上。为了进一步将合成喷嘴紧固到机架上，c形夹保持器4可栓接到侧壁上，例如如图5中所示。图6图示了用于将合成喷嘴附接到机架上的另一示例性布置。对于图6的示例布置，各合成喷嘴组件均包括多个单孔合成喷嘴2。然而，为了便于图示，图2中仅示出了一个喷嘴2。除了以上关于图3-5讨论的c形夹构造，还可使用e形夹来将相应的单孔合成喷嘴 2紧固到侧壁12上。对于图6中显示的构造，附接装置包括多个e形夹(同样由参考标号 4标示)。如图6中所标示的，各e形夹4均具有弯曲部分5。如图所示，各个单孔合成喷嘴 2附接在e形夹4的相应一个上，并且各e形夹4的弯曲部分5紧固到相应的一个侧壁12 上。对于图6中图示的示例布置，各e形夹的弯曲部分5使用螺栓7紧固到侧壁12上。图 6的布置的横截视图类似于图5中所示，除了对于图6的布置不需要槽。图7图示了用于将合成喷嘴附接到机架上的又另一示例性布置。对于图7中所示的布置，各个合成喷嘴组件均包括多个单孔合成喷嘴2，且附接装置包括多个柔性部分6。 如图7中所示，各个单孔合成喷嘴2具有附于其上的至少一个柔性部分6，且各个柔性部分 6紧固到侧壁12的相应一个侧壁上。对于图7中图示的示例布置，各个合成喷嘴均通过三个柔性部分6附接到侧壁上。然而，对于其它布置，可使用其它数目的柔性部分6。在一个非限制性示例中，柔性连接器6包括硅酮“耳部”。该耳部例如可用杆或螺栓7附接到相应的侧壁上。如图7中所示，在相邻的“耳部”对之间可存在空隙或没有空隙。根据一个更特别的示例，至少其中一个单孔合成喷嘴2相对于鳍片14成角度定向。这例如可通过调整用来将柔性部分附接到侧壁上的螺栓的高度来实现。图8图示了用于将合成喷嘴附接到机架上的杆与框架布置。对于图8中所示的布置，各个合成喷嘴组件均包括多个单孔合成喷嘴2，且附接装置包括框架9和附接到框架9 上并从框架9延伸的多个杆11。对于图示的布置，各个单孔合成喷嘴12均附接到两个相邻的杆11上。根据一个更特定的布置，附接装置还包括多个柔性部分6，其中各单孔合成喷嘴 2均具有附在其上的至少两个柔性部分6，且其中单孔合成喷嘴2经由柔性部分6附接到杆 11上。如以上所指出的，柔性部分6的一个非限制性示例是硅酮“耳部”。对于图8中所示的具体布置，各个单孔合成喷嘴2均具有附在其上的至少三个柔性部分6。如图所示，各个单孔合成喷嘴2均经由相应的柔性部分6直接附接到框架9上。此外，框架9可经由杆/ 螺栓13附到相应的侧壁上，其显示在图8中的顶视图中。图9 (a)-(c)，10 (a)和(b)以及11图示了用于将合成喷嘴安装到机架上的部分包围封装布置。对于图11中所示的布置，各个合成喷嘴组件均包括多个单孔合成喷嘴2，且附接装置包括部分包围的封装20。给定合成喷嘴组件内的各个单孔合成喷嘴2设置在部分包围的封装20内。对于图9-11中显示的示例封装构造，部分包围的封装20包括第一部分22和第二部分M。图9(a)是封装的第一部分22的顶视图。图9(b)和9(c)中分别显示了第一部分22的前视和后视图。图10(a)是封装20的第二部分M的顶视图，而图10(b)中显示了第二部分M的前视/后视图。例如如图9(a)中所示，第一部分22限定了构造成接纳相应的单孔合成喷嘴(未示出)的多个开口沈。例如如图11中所示，在组装后，第二部分M附接到第一部分22上以覆盖开口 26。对于图9-11中显示的示例构造，第二部分对通过螺栓7 附到第一部分22上。例如如图9 (a)中所标示的，图示的部分包围的封装20还包括多个垫圈观。如图所示，各垫圈观设置在相应的其中一个开口 26中，并容纳相应的其中一个单孔合成喷嘴2。 在一个非限制示例中，垫圈观由硅橡胶形成。有益的是，垫圈保护单孔合成喷嘴2免受振动。更特别地，并且如图9(b)中所示，第一部分22凹陷以提供用来接纳相应的喷嘴和垫圈的凹陷区域21。此外并且也如图9(b)中所示，提供开口 23来喷射空气，并且在第一部分22内提供孔25用于射流鼓吹(jet bellowing)。垫圈28与孔25以及第二部分M相关而定位喷嘴，以获得用于射流鼓吹的所需容积。对于图9(a)_(c)中所示的示例构造，在第一部分22中提供孔27用于将第一部分22和第二部分M栓接到一起以形成封装20，如图9(c)中所示。此外，在第一部分的末端中形成孔四用于将该封装栓接到相应的机架侧壁12上，例如图9(c)中所示的示例布置。类似地，并且如图10(a)和(b)中所标示的，在第二部分M中形成孔31用于接纳螺栓7。例如如图11中所示，可例如用螺栓7将部分包围的封装20附接到相应的一个侧壁12上。此外，可在封装20以及相应的机架侧壁12之间设置震动阻尼器(或振动吸收衬垫，未示出)。本发明包括对于部分包围封装的多种改型。例如，可用由软橡胶(或Si)制成的衬垫或套管替代图11的示例构造中的“L”形足部托架用于振动吸收。另一个选择是完全去除L形托架，并使用来附接第一和第二部分的螺栓向机架侧壁延伸通过，从而将封装附接到机架侧壁上。此外，可采用封装20的开口形式用于减重。对于此布置，仅使用足够的材料来形成封装的第一部分22和第二部分M以结构性地保持到一起。此开口形式可构造成具有用于喷嘴的六个“环状”保持件的三角格架形状。此外，可采用各种电气连接(未示出)来驱动合成喷嘴。本发明不限于任何具体的电气连接构造。在一个示例布置中，在第二部分M中铸造沟槽(未示出)来接纳来自喷嘴的导线并将它们导向机架外部的连接。在另一个示例布置中，在第二部分M中铸造沟槽用于一起导引导线。尽管依然在封装中，但是导线被朝向机架向下导引，例如穿过机架中的对齐孔以及封装的底部部分。在此情况下，驱动电子器件(未示出)将位于机架内部。在用于合成喷嘴的电气连接的又另一个示例布置中，喷嘴装备相对小的、牢固的导头组(set of leads)，其终止于结实的端子垫片(未示出)。对于此布置，封装20的第一部分22包括邻近喷嘴切口区域的区域，该区域具有用于端子垫片的切口(或凹陷)。封装20的第二部分M包括匹配垫以及到端子垫片并到驱动电子器件的嵌入导线(且对于特定实施例，印刷电路板型的连接)。对于此构造，驱动电子器件(未示出)位于机架外部。 然而，此布置可进行修改以与在机架内部的驱动电子器件一起使用。在此情况下，布线在封装20的第一部分22上，以便于将导线导引到机架中。图12和13图示了用于将合成喷嘴2附接到机架侧壁上的另一个构造，其中气流被转向。对于图12中所示的布置，侧壁12中较低的一个42没有鳍片阵列，而附接装置包括安装在较低侧壁42上的至少一块板44。如图12中所标示的，至少其中一个单孔合成射流2安装到板44上，并定向成将射流向外引导，且板44具有至少一个弯曲部分46，用于围绕机架的角落引导该射流，以入射到相邻一个侧壁12上的鳍片14的阵列上。对于图12中所示的特定布置，附接装置包括安装到较低侧壁42上的一块板44。 对于图12中所示的布置，板44用螺栓7附接到较低的侧壁42上。至少其中两个单孔合成喷嘴2安装到板44上，并定向成将各自的射流沿相反的方向向外引导，如图12中所示。对于图12中所示的具体布置，板44具有两个弯曲部分46，用于围绕机架的相应的角落引导相应的射流，以便入射到相应的相邻侧壁12上的鳍片14的阵列上。根据特定的布置，多个单孔合成喷嘴2可安装到板44上，并定向成将相应的射流沿第一方向向外引导，并且多个单孔合成喷嘴2可安装到板44上，并定向成沿第二方向向外引导相应的射流。尽管在图12 中没有明确示出，对于图13中所示的布置这是类似的，但喷嘴2的列位于对称板44的任意一端上。尽管图12显示了单个对称板44，此概念也可用两个板44a，44b来实施，如图13中所示。对于两板式构造，连接装置包括安装在较低的侧壁42上的第一板4 和第二板44b。 板44a，44b可栓接到较低的侧壁上，类似于图12中所示的布置。如图13中所示，至少其中一个单孔合成喷嘴2安装在第一板4 上。类似于图12中所示的布置，该一个或多个喷嘴定向成将射流沿第一方向向外引导。类似地，至少其中一个单孔合成喷嘴2被安装到第二板44b上并定向成将射流沿第二方向向外引导。喷嘴的相对定向和图12中所示相同。第一和第二板44a，44b的每一个均具有弯曲部分46，用于围绕机架的相应角落引导相应射流， 以便入射到相应的相邻一个侧壁12上的鳍片14的阵列上。对于图13中所示的特定的布置，多个单孔合成喷嘴2被安装到第一板4 上，并定向成将相应的射流沿第一方向向外引导，并且多个单孔合成喷嘴2被安装到第二板44b 上，并定向成将相应的射流沿第二方向向外引导。喷嘴的相对定向和图12中所示相同。有益的是，对于由图12和13图示的布置，不需要去除鳍片14的部分，因为喷嘴2被安装在较低的侧壁42上。此外，弯曲部分被弯曲的角度可选择成调整来自喷嘴的空气流和鳍片14 的末端表面之间的角度。此外，板和较低的侧壁之间的间距可进行调整以调整鳍片的末端表面和垂直气流之间的相关距离。如以上指出的，除了单孔合成喷嘴2，合成喷嘴组件可包括图14中图示的多孔合成喷嘴30。此外，各合成喷嘴组件可包括单孔或多孔合成喷嘴30的堆叠(未示出)，如M.Arik等人的共同转让的美国专利申请序列号12/421,068 “Heat Sinks with Distributed and Integrated Jet Cooling”中所述，该专利通过引用而整体地结合在本文中。例如如图14中所示，多孔合成喷嘴30包括第一柔性结构32，第二柔性结构34，联接到该第一和第二柔性结构的至少一个上的至少一个激活材料36，以及定位在该第一和第二柔性结构之间并限定腔室的顺应性壁38。如图14中所标示的，顺应性壁限定用于促进该腔室和鳍片14的周围环境之间的流体连通的多个孔口 39。应该指出的是图14中示出的孔口的数量仅为说明性而非限制性的。在一个非限制性示例中，顺应性壁38包括弹性体。用于顺应性壁38的其它示例材料非限制性地包括聚合物、胶、粘合剂、金属和合成材料。在图14的图示布置中，激活材料36位于第一和第二柔性结构32，34两者之上。应该注意的是图中示出的激活材料36在柔性结构32，34上的位置纯粹是说明性的，并且本发明不限于激活材料的任何具体位置。在特定的实施例中，激活材料是与相应的柔性结构共同延展的。在其它实施例中，激活材料仅在柔性结构的一部分上延伸。该激活材料可呈单个连续部分的形式。备选地，可采用激活材料的多个不连续部分来促动相应的柔性结构。 合适的激活材料是一种能够产生由电刺激形成的应力的材料。在以上关于图15和16提供了合适的激活材料的示例。如以上关于图2所讨论的，可提供合成喷嘴驱动器40来向该至少一个激活材料36 施加电流，以形成周围空气的流。合成喷嘴驱动器40可位于机架10内或可远程地定位。在上述机架中可采用多个不同的鳍片构造。对于图1和2中描绘的布置，鳍片是布置成规则的一维阵列的板状鳍片。图17图示了 ν形沟槽板状鳍片构造。在具体的情况下，ν形沟槽构造可展示出相对于例如图1和2中显示的常规板状鳍片布置增强的冷却。应该指出的是尽管图17显示了具有对称ν形沟槽的ν形沟槽构造，但是本发明并不限于这些布置，并且还可采用非对称的ν形沟槽构造。类似地，尽管图17示出了中心线与喷嘴的相应中心线对齐的ν形沟槽，但也可以采用偏置布置，其中ν形沟槽的中心线从喷嘴的中心线偏置。类似地，也可采用这些布置的组合(对于相应的喷嘴非对称ν形沟槽是偏置的)。相对于图15，16，18和19描述了带有分布式喷嘴冷却的机架10的特定特征。如以上参考图1和2所示，机架10包括限定容积(未示出)的一个或多个侧壁12，该容积构造成大致包围位于该容积内的一个或多个发热部件(未示出)。该机架10还包括热连接到一个或多个侧壁中的相应一个侧壁上的至少一个鳍片· 14的阵列，以及至少一个合成喷嘴组件30，该至少一个合成喷嘴组件30包括设置在该至少一个鳍片的阵列的相应一个鳍片的侧面15，16上的多个单孔合成喷嘴2。例如如图15中所示出的，单孔合成喷嘴2的每一个均构造成在鳍片14的相应一个的末端处(“鳍上”构造)引导射流。有益的是，实验性的测试结果显示鳍上构造(喷嘴出口中心线与相应的鳍片对齐)展示出相对于其中在相邻鳍片之间引导射流的布置增强的冷却性能)。例如如图15和16中所示，单孔喷嘴2的每一个均包括孔口。对于特定实施例，孔口的至少一个子集具有在大约三(3)毫米(mm)到大约十七(17)mm范围内的开口长度L，而相应孔口与鳍片的相应末端之间的距离d(例如见图18)在大约一毫米(mm)到大约七(7) mm的范围内。例如如图20和21中所示，对于孔口 39开口长度L是由限定该孔口的壁(例如，硅酮壁)的末端形成的弦的长度。因此，“迎面”查看喷嘴(面向孔口)时，开口长度L 是开口的二维长度。更一般而言，孔口尺寸选择成与鳍片间隔成比例，以实现最优冷却，并提供足够的冷却/涡流生成，喷嘴最佳地与鳍片一起定位。根据更特别的实施例，孔口的至少一个子集具有在大约八(8)毫米到大约十七(17)mm范围内的开口长度L，并且又更特别地，在大约十三(13)mm到大约十七(17)mm范围内。实验性的测试结果显示15mm孔口的喷嘴展示出相对于8mm孔口的喷嘴增强的冷却性能。根据更特别的实施例，距离d处于约一毫米(mm)到约3mm的范围内。在一个非限制性示例中，孔口和鳍片的末端之间的距离d为大约两毫米。如此处所用，用词“约，，应该解释为意味着在所述值加/减百分之十之内。实验性测试结果对于与相应的鳍片间隔IOmm 和2mm的喷嘴显示出类似的冷却。因此，两(2)mm间隔是优选的，以减小喷嘴安装所占用的空间。
图19显示了合成喷嘴和鳍片的三种不同的“鳍上”布置。对于图19中所示的第一构造(标示为“3喷嘴”)，各合成喷嘴组件包括三个单孔合成喷嘴2，且相邻单孔合成喷嘴之间的间隔为每四个鳍片。更一般而言，可使用单孔合成喷嘴2的整数N，此处相邻单孔合成喷嘴之间的间隔为每四个鳍片。对于图19中所示的第一构造，N = 3。例如对于为测试热沉两倍宽的机架，N = 6。例如如图19中所示，短语“每四个鳍片”应该理解为意味着对于板状鳍片的一维阵列的情况每四个鳍片。类似地，对于销鳍片的二维阵列的情况这指的是每四个鳍片列。对于图19中所示的第二构造(标示为“4喷嘴”)，各合成喷嘴组件包括四个单孔合成喷嘴2，且相邻单孔合成喷嘴2之间的间隔为每三个鳍片。更一般而言，可使用单孔合成喷嘴2的整数N，此处相邻单孔合成喷嘴之间的间隔为每三个鳍片。对于图19中所示的第二构造，N = 4。例如对于为测试热沉150%宽的机架，N = 6。例如如图19中所示，短语 “每三个鳍片”应当理解为意味着对于板状鳍片的一维阵列的情况为每三个鳍片，而对于销鳍片的二维阵列的情况为每三个鳍片列。对于图19中所示的第三构造(标示为“5喷嘴”)，各合成喷嘴组件包括五个单孔合成喷嘴2，且相邻单孔合成喷嘴2之间的间隔为每两个鳍片。更一般而言，可使用单孔合成喷嘴2的整数N，此处相邻单孔合成喷嘴之间的间隔为每两个鳍片。对于图19中所示的第二构造，N = 5。然而，N的具体值可变化。例如如图19中所示，短语“每两个鳍片”应当理解为意味着对于板状鳍片的情况为每两个鳍片，而对于销鳍片的二维阵列的情况为每两个鳍片列。尽管冷却增强随着喷嘴的数目而增加，但此趋势随着喷嘴的上升的数目而下降。 从三个喷嘴转换到四个喷嘴，整体的增强从2. 5变化至3. 2，上升0. 7，而当从四个喷嘴转换到五个喷嘴时其增加0.3。这显示随着喷嘴的数目增加COP(性能系数)下降。在本发明中 COP限定为合成喷嘴的热耗散与功耗的比率。这些结果是针对一系列多喷嘴测试对于使用具有15mm孔口的合成喷嘴的鳍上布置获得的，合成喷嘴放置在鳍片板下方两毫米处。对于这些布置，从三喷嘴转换到四喷嘴导致COP轻微地从49下降至47。然而，从四喷嘴转换至五喷嘴导致COP从47下降至42。有益的是，使用四喷嘴获得相对于自然对流获得300%的增强，以及47的性能系数。尽管本文仅说明并描述了本发明的某些特征，但本领域技术人员将想到许多改型和改变。因此应该理解的是，所附权利要求书意图覆盖落入本发明真实精神之内的所有此类变更和改变。
1权利要求
1.一种具有分布式喷嘴冷却的机架(10)，所述机架包括限定容积的一个或多个侧壁(12)，所述容积构造成大体上包围位于所述容积内的一个或多个发热部件；鳍片(14)的至少一个阵列，其热联接到所述一个或多个侧壁的相应一个侧壁上；至少一个合成喷嘴组件(30)，其包括设置在所述鳍片的至少一个阵列的相应一个鳍片的侧面(15，16)上的多孔口合成喷嘴(30)或多个单孔合成喷嘴(2)；以及用于将所述至少一个合成喷口组件的相应一个组件附接到所述一个或多个侧壁的相应一个侧壁上的至少一个附接装置0，6，9，11，20，44)。
2.如权利要求1所述的机架(10)，其特征在于，所述至少一个合成喷嘴组件(30)包括多个单孔合成喷嘴O)，其中所述侧壁(1 的至少其中一个侧壁包括设置在所述鳍片(14) 的阵列的侧面(15，16)的至少其中一个侧面上的多个槽(8)，并且其中所述至少一个附接装置构造成用于插入相应的所述槽，并用于将相应的单孔合成喷嘴紧固到所述槽上。
3.如权利要求1所述的机架(10)，其特征在于，所述至少一个合成喷嘴组件(30)包括多个单孔合成喷嘴O)，其中所述至少一个附接装置包括多个夹G)，各所述夹具有弯曲部分(5)，其中各所述单孔合成喷嘴附接在所述夹的相应一个夹上，并且其中各所述夹的所述弯曲部分紧固在所述一个或多个侧壁(1 的相应一个侧壁上。
4.如权利要求1所述的机架(10)，其特征在于，所述至少一个合成喷嘴组件(30)包括多个单孔合成喷嘴O)，其中所述至少一个附接装置包括多个柔性部分(6)，其中各所述单孔合成喷嘴具有附在其上的至少一个柔性部分，并且其中各所述柔性部分紧固到所述一个或多个侧壁(1 的相应一个侧壁上，并且其中至少其中一个所述单孔合成喷嘴O)以相对于所述鳍片(14)的角度定向。
5.如权利要求1所述的机架(10)，其特征在于，所述至少一个合成喷嘴组件(30)包括多个单孔合成喷嘴O)，其中所述附接装置包括框架(9)和附接到所述框架上并从所述框架延伸的多个杆(11)，其中各所述单孔合成喷嘴附接到两个相邻的杆上，其中所述附接装置还包括多个柔性部分(6)，其中各所述单孔合成喷嘴具有附到其上的至少两个柔性部分， 并且其中所述单孔合成喷嘴经由所述柔性部分附接到所述杆(11)上。
6.如权利要求1所述的机架(10)，其特征在于，所述至少一个合成喷嘴组件(30)包括多个单孔合成喷嘴O)，其中所述附接装置包括部分包围的封装(20)，其中各所述单孔合成喷嘴设置在所述部分包围的封装内，其中所述部分包围的封装00)包括第一部分0 和第二部分(M)，其中所述第一部分限定构造成接纳相应的所述单孔合成喷嘴O)的多个开口(26)，其中所述第二部分附接到所述第一部分上以覆盖所述开口，其中所述部分包围的封装00)还包括多个垫圈( )，各所述垫圈设置在相应的所述开口中，并容纳相应的所述单孔合成喷嘴O)，并且其中所述部分包围的封装附接到所述侧壁(1 的相应一个侧壁上。
7.如权利要求1所述的机架(10)，其特征在于，所述侧壁(12)的较低的一个侧壁G2) 没有鳍片的阵列，其中所述附接装置包括安装到所述较低的侧壁上的至少一个板(44)，其中至少其中一个所述单孔合成喷嘴(2)安装到所述板上并定向成向外引导射流，并且其中所述板具有用于围绕所述机架的角落引导所述射流的至少一个弯曲部分，以便入射到所述侧壁的相邻一个侧壁上的所述鳍片的阵列上，其中所述附接装置包括安装到所述较低的侧壁上的一块板(44)，其中至少其中两个所述单孔合成喷嘴(2)安装到所述板上，并定向成沿相反的方向向外引导各自的射流，并且其中所述板具有用于围绕所述机架的所述相应的角落引导相应的所述射流的两个弯曲部分，以便入射到所述侧壁的相应的相邻侧壁上的所述鳍片的阵列上。
8.如权利要求1所述的机架(10)，其特征在于，所述侧壁(12)的较低的一个侧壁G2) 没有鳍片的阵列，其中所述附接装置包括安装到所述较低的侧壁上的至少一个板(44)，其中至少其中一个所述单孔合成喷嘴(2)安装到所述板上并定向成向外引导射流，并且其中所述板具有用于围绕所述机架的角落引导所述射流的至少一个弯曲部分，以便入射到所述侧壁的相邻一个侧壁上的所述鳍片的阵列上，其中所述附接装置包括安装到所述较低的侧壁上的第一板(44a)和第二板G4b)，其中至少其中一个所述单孔合成喷嘴(2)安装到所述第一板上并定向成沿第一方向向外引导射流，其中至少其中一个所述单孔合成喷嘴安装到所述第二板上并定向成沿第二方向向外引导射流，并且其中所述第一板和所述第二板的每一个均具有用于围绕所述机架的所述相应的角落引导相应的射流的弯曲部分，以便入射到所述侧壁的相应的相邻一个侧壁上的所述鳍片的阵列上。
9.如权利要求1所述的机架(10)，其特征在于，所述多孔合成喷嘴包括第一柔性结构(32)；第二柔性结构(34)；联接到所述第一柔性结构和第二柔性结构的至少其中一个上的至少一个激活材料 (36)；以及定位在所述第一柔性结构和第二柔性结构之间并限定腔室的顺应性壁(38)，其中所述顺应性壁限定多个孔口(39)，用于促进所述腔室和所述鳍片的周围环境之间的流体连通。
10.一种具有分布式喷嘴冷却的机架(10)，所述机架包括限定容积的一个或多个侧壁(1 ，所述容积构造成大体上包围位于所述容积内的一个或多个发热部件；鳍片(14)的至少一个阵列，其热联接到所述一个或多个侧壁的相应一个侧壁上；至少一个合成喷嘴组件(30)包括设置在所述鳍片的至少一个阵列的相应一个鳍片的侧面(15，16)上的多个单孔合成喷嘴O)，其中各所述单孔合成喷嘴构造成在所述鳍片的相应一个鳍片的末端处弓I导射流，其中各所述单孔喷嘴包括孔口，其中所述孔口的至少一个子集具有在大约三C3)毫米 (mm)到大约十七(17)mm范围内的开口长度L，并且其中所述孔口的相应其中一个孔口与所述鳍片的相应末端之间的距离d在大约一毫米(mm)到大约七(7)mm的范围内。
11.如权利要求10所述的机架(10)，其特征在于，所述孔口的至少一个子集具有在大约八(8)mm到大约十七(17)mm范围内的开口长度L，并且其中所述距离d在大约一毫米 (mm)到大约3mm的范围内。
全文摘要
提供了一种带有分布式喷嘴冷却的机架(10)。该机架包括限定容积的一个或多个侧壁(12)，该容积构造成大体上包围位于该容积内的一个或多个发热部件。该机架还包括热连接到一个或多个侧壁中的相应一个侧壁上的至少一个鳍片(14)的阵列，以及至少一个合成喷口组件(30)，该至少一个合成喷口组件包括设置在该鳍片的阵列的相应一个鳍片的侧面(15，16)上的多孔合成喷嘴(30)或多个单孔合成喷嘴(2)。该机架还包括用于将所述至少一个合成喷口组件的相应一个附接到所述一个或多个侧壁的相应一个侧壁上的至少一个附接装置(4，6，9，11，20，44)。
文档编号H05K7/20GK102256471SQ201110109628
公开日2011年11月23日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年4月14日
发明者B·J·范德普勒格, B·P·惠伦, C·C·施勒德, E·R·奈斯沃纳, M·阿里克, W·D·格斯特勒, 李日 申请人:通用电气公司