一种双声源驱动微型热声压电制冷机制造技术

本发明专利技术涉及一种双声源驱动微型热声压电制冷机，包括压电材料、弹性薄膜、短直管、冷端换热器、热端换热器、回热器、冷端外罩、热端外罩和散热肋片；压电材料和弹性薄膜共同组成压电驱动装置，在交变电流作用下产生周期性形变，使得短直管内流体往复振荡；短直管内热端换热器、回热器和冷端换热器顺次相连；回热器与振荡流体相互作用，将热量从冷端换热器转移到热端换热器，并在回热器两端产生温度差；热端换热器热量通过热端外罩和散热片带走，冷端散热器通过冷端外罩从需要降温的物体吸收热量。本发明专利技术依靠热声效应实现制冷效果，具有结构简单、可靠性高、维修成本低等优点，可为电子设备热管理提供一种新的解决途径。设备热管理提供一种新的解决途径。设备热管理提供一种新的解决途径。

【技术实现步骤摘要】
一种双声源驱动微型热声压电制冷机


[0001]本专利技术涉及电子器件热管理
，尤其涉及一种双声源驱动微型热声压电制冷机。

技术介绍

[0002]现代生活中电子设备已经渗透到了民用、厂矿、军事等各个方面。电子行业的不断发展对电子设备体积提出了小型化的要求。与此同时，电子设备的功能和复杂性日益增长，使得在有限的体积范围内，电子设备的功耗不断增加，热流密度急剧上升，电子设备的温度迅速提高，不仅影响了电子器件工作的可靠性，而且造成了能源浪费。因此，对电子器件进行有效的热管理对于保证电子设备可靠运行、减小能耗至关重要。现有电子设备的热管理方式主要分为自然冷却和强制冷却(空气和液体)两种。自然冷却是利用设备中各个元器件的空隙以及机壳的热传导、对流和辐射来达到冷却目的，主要应用在中小功率设备上。与自然冷却相比，液体强制冷却具有散热效率高、散热量大等特点，近年来获得了更多的市场青睐；然而，这也同时面临着装置结构复杂、制造成本较高等问题。
[0003]为了解决电子设备高效冷却问题，除了需要攻克现有的热管理技术瓶颈之外，还需要积极探索新型冷却技术。热声制冷是一种新型制冷技术，它利用热声效应，通过对多孔材料施加高强度压力波，使得热量从多孔材料一端转移到另外一端，达到制冷效果。微型热声制冷机可以产生低于环境温度的制冷温度，能够有效地降低电子器件表面温度，确保电子设备在低温环境下平稳高效运行，在电子设备热管理领域具有潜在应用前景，然而目前相关研究报道较少。因此，需要积极开展微型热声制冷机研究，推动电子器件热管理技术的发展，促进工业生产节能降耗。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于针对现有技术的缺陷，提供一种双声源驱动微型热声压电制冷机，拓展热声制冷技术在电子器件热管理领域应用，探索新的电子设备高效冷却技术路径。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供技术方案如下：
[0006]一种双声源驱动微型热声压电制冷机，其特征在于：包括压电驱动器、短直管、冷端换热器、热端换热器、回热器、冷端外罩、热端外罩，所述回热器设置于所述短直管内中部，回热器内平行于中心轴的方向贯穿设置有若干流体通道，所述冷端换热器和热端换热器设置于短直管内，分别紧密连接于所述流体通道的两端，所述压电驱动器设置有两个，分别连接于短直管的两端，封闭短直管两端开口，短直管内部形成一封闭腔体，所述冷端外罩套设在短直管上设置有冷端换热器的一端，所述热端外罩套设在短直管上设置有热端换热器的一端，所述短直管内有工作介质为流体。
[0007]进一步的，所述压电驱动器包括压电材料和弹性薄膜，所述弹性薄膜覆盖在所述短直管的两端，所述压电材料分别设置在弹性薄膜的两侧，并连接有实时函数信号发声器、功率放大器和相位控制器，压电材料正、反表面在交变电流的作用下能够产生周期性形变，
引起弹性薄膜的振动，从而压缩短直管内工作气体。
[0008]进一步的，所述压电材料为偏聚氟乙烯压电陶瓷，采用圆形片状结构，厚度为0.2mm，所述弹性薄膜为聚苯乙烯，采用圆形片状结构，厚度为0.4mm。
[0009]进一步的，所述冷端外罩和热端外罩为圆柱形直管，其内径与所述短直管的外径相等，冷端外罩和热端外罩开口端分别与冷端换热器和热端换热器相对齐。
[0010]进一步的，所述热端外罩的外侧等间距套设有若干散热肋片。
[0011]进一步的，所述散热肋片的数量为6
‑
8片，采用环形结构，每片厚度为1mm，间距为2mm，外径为内径的2倍。
[0012]进一步的，所述短直管内径为20mm，长度为50mm，材质为紫铜，短直管内流体为空气。
[0013]进一步的，所述流体通道采用蜂窝状结构，所述回热器的长度为10mm，孔径为0.5mm，孔隙率为75％，材质为氧化铝。
[0014]进一步的，所述冷端换热器和热端换热器为板翅式结构，材质为紫铜，长度为5mm，板翅厚度为1mm，板翅间距为1mm，冷端换热器和热端换热器的板翅间气体流动方向与所述短直管中心轴平行。
[0015]进一步的，所述冷端外罩和热端外罩的长度为30mm，材质为紫铜。
[0016]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：1.本专利技术提出的一种双声源驱动微型热声压电制冷机，在短直管两端压电驱动器产生振荡流体，利用热声制冷效应，将冷端换热器内热量通过回热器转移至热端换热器，再通过热端外罩和散热肋片散发到环境中去；因此，热端换热器温度维持在室温，而冷端换热器温度低于室温，冷端换热器可通过冷端外罩冷却高温物体。
[0017]2.本专利技术提出的双声源驱动微型热声压电制冷机去除了活塞等机械运动部件，同时采用空气作为工作介质，具有结构简单、制作成本低、高效可靠、对环境污染小等显著优点。
[0018]3.本专利技术提出的双声源驱动微型热声压电制冷机采用两个压电驱动器压缩短直管内工作气体，与单声源驱动(单个压电驱动器)驻波热声制冷机相比，本专利技术双声源结构设计具有以下两个显著优点：首先，双声源结构设计能够通过调节输入两个压电驱动器电信号之间的频率和相位差改变短直管内声场，增加短直管内声场行波成分，从而增强热声制冷效应，提升热声制冷效率；其次，双声源结构设计能够增强系统声功输入，提升系统制冷效果。
[0019]4.本专利技术提出的双声源驱动微型热声压电制冷机采用环形肋片作为散热片，不仅结构上紧凑、美观，而且散热面积大、效果好，能快速带走热端换热器热量，有利于降低冷端换热器温度，提升冷端换热器制冷量。
[0020]5.本专利技术提出的双声源驱动微型热声压电制冷机通过冷端外罩和热端外罩将压电驱动器与外界环境隔离，能够有效地降低噪音。
附图说明
[0021]图1为本专利技术实施例整体结构示意图；
[0022]图2为本专利技术实施例整体结构剖视图；
[0023]图3为本专利技术实施例压电驱动器结构示意图；
[0024]图4为本专利技术实施例压电驱动器俯视图；
[0025]图5为本专利技术实施例短直管结构示意图；
[0026]图6为本专利技术实施例冷端换热器结构示意图；
[0027]图7为本专利技术实施例热端换热器结构示意图；
[0028]图8为本专利技术实施例回热器结构示意图；
[0029]图9为本专利技术实施例回热器俯视图；
[0030]图10为本专利技术实施例回热器与短直管组合结构示意图；
[0031]图11为本专利技术实施例热端外罩结构示意图；
[0032]图12为本专利技术实施例冷端外罩结构示意图；
[0033]图13为本专利技术实施例散热肋片结构示意图；
[0034]图14为本专利技术实施例热端外罩和散热肋片组合结构示意图；
[0035]其中：1
‑
压电材料，2
‑
弹性薄膜，3
‑
短直管，4
‑
冷端换热器，5
‑
热端换热器，6
‑
回热器，7
‑
冷端外罩，8
‑...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种双声源驱动微型热声压电制冷机，其特征在于：包括压电驱动器、短直管(3)、冷端换热器(4)、热端换热器(5)、回热器(6)、冷端外罩(7)、热端外罩(8)，所述回热器(6)设置于所述短直管(3)内中部，回热器(6)内平行于中心轴的方向贯穿设置有若干流体通道(10)，所述冷端换热器(4)和热端换热器(5)设置于短直管(3)内，分别紧密连接于所述流体通道(10)的两端，所述压电驱动器设置有两个，分别连接于短直管(3)的两端，封闭短直管(3)两端开口，短直管(3)内部形成一封闭腔体，所述冷端外罩(7)套设在短直管(3)上设置有冷端换热器(4)的一端，所述热端外罩(8)套设在短直管(3)上设置有热端换热器(5)的一端，所述短直管(3)内有工作介质为流体。2.根据权利要求1所述一种双声源驱动微型热声压电制冷机，其特征在于：所述压电驱动器包括压电材料(1)和弹性薄膜(2)，所述弹性薄膜(2)覆盖在所述短直管(3)的两端，所述压电材料(1)分别设置在弹性薄膜(2)的两侧，并连接有实时函数信号发声器、功率放大器和相位控制器，压电材料正、反表面在交变电流的作用下能够产生周期性形变，引起弹性薄膜(2)的振动，从而压缩短直管(3)内工作气体。3.根据权利要求2所述一种双声源驱动微型热声压电制冷机，其特征在于：所述压电材料(1)为偏聚氟乙烯压电陶瓷，采用圆形片状结构，厚度为0.2mm，所述弹性薄膜(2)为聚苯乙烯，采用圆形片状结构，厚度为0.4mm。4.根据权利要求1所述一种双...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈庚，梁睿奇，唐昕樾，唐子琪，张明玥，叶林，祖丽克娅木，
申请(专利权)人：东南大学，
类型：发明
国别省市：