[發(fā)明專利]脈動熱管散熱型大功率超聲換能器

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910243612.6
• 申請日: 2019-03-28
• 公開（公告）號: CN109877028A
• 公開（公告）日: 2019-06-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 劉世清;麻磊磊;劉軼峰;姚曄;潘岳;姚曙;陳趙江;張志良
• 申請（專利權(quán)）人: 浙江師范大學(xué)
• 主分類號: B06B1/06
• 分類號: B06B1/06;F28D15/02
• 代理公司: 上海旭誠知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 31220
• 代理人: 鄭立

本發(fā)明公開了一種脈動熱管散熱型大功率超聲換能器，涉及超聲換能器技術(shù)領(lǐng)域，包括壓電超聲換能器、脈動熱管散熱裝置，所述壓電超聲換能器包括應(yīng)力螺栓、后蓋板、壓電陶瓷元件、前蓋板，沿徑向穿一系列孔；所述后蓋板為圓柱形，所述前蓋板為圓錐形，通過所述應(yīng)力螺栓將所述前蓋板、壓電陶瓷元件、后蓋板緊密連接；所述脈動熱管散熱裝置有機(jī)耦合于所述壓電超聲換能器內(nèi)。本發(fā)明在不影響換能器性能的前提下，以傳統(tǒng)壓電超聲換能器的機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，與脈動熱管有機(jī)耦合而成。利用脈動熱管高效的傳熱特性將大功率壓電超聲換能器工作時內(nèi)部產(chǎn)生的熱量帶走，確保換能器在正常溫度范圍內(nèi)高效且安全的運(yùn)行，并能夠延長壓電超聲換能器使用壽命。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及超聲換能器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種脈動熱管散熱型大功率超聲換能器。

背景技術(shù)

在功率超聲技術(shù)應(yīng)用中，換能器工作性能的穩(wěn)定性至關(guān)重要，一直為業(yè)界所高度重視。壓電超聲換能器是超聲振動系統(tǒng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的核心器件，而溫度對其性能影響十分顯著。由于在大功率工作狀態(tài)下，換能器與電源之間的阻抗失配引起的功率損耗以及壓電陶瓷自身的介電損耗而產(chǎn)生熱量，又因壓電陶瓷為絕緣材料，其導(dǎo)熱性能差，使壓電超聲換能器中心溫升嚴(yán)重，溫度過高會引起換能器的壓電陶瓷片退極化，使換能器性能急劇下降，導(dǎo)致振動系統(tǒng)崩潰。對于大功率壓電超聲換能器，為控制好換能器的工作溫度、保證其工作性能的穩(wěn)定性，亟須尋求一種能對大功率壓電超聲換能器實(shí)施散熱降溫的有效途徑。

對已有技術(shù)的文獻(xiàn)檢索發(fā)現(xiàn)，申請?zhí)枮镃N200810163538.9，名稱為“超聲波換能器冷卻系統(tǒng)”的中國發(fā)明專利，公開了一種利用制冷系統(tǒng)對超聲換能器進(jìn)行冷卻的方案，在相應(yīng)溫度范圍內(nèi)，使超聲換能器能夠高效工作。該冷卻系統(tǒng)采用蒸汽壓縮式制冷原理，通過制冷劑的壓縮、冷凝、節(jié)流和蒸發(fā)過程，形成制冷循環(huán)，制冷劑不斷帶走超聲換能器的熱量，冷卻系統(tǒng)比較復(fù)雜，需要增加動力設(shè)備，提升了投資成本，不利于實(shí)際應(yīng)用推廣；申請?zhí)枮镃N201110226180.1，名稱為“具有熱管冷卻裝置的大功率超聲波換能器”的中國發(fā)明專利，公開了一種利用熱管冷卻的超聲波換能器，該冷卻方案采用熱管與換能器外部貼合的方式，控制工作溫度，使超聲波換能器能夠高效工作。但由于此類熱管的局限性，需利用重力來實(shí)現(xiàn)熱管工質(zhì)的回流，從而使超聲換能器的工作姿態(tài)受限；申請?zhí)枮镃N200620133985.6，名稱為“超聲波換能器”的中國實(shí)用新型專利，公開了一種以陣列形式排列而成的多振子超聲換能器，該換能器采用“T”型管實(shí)現(xiàn)多路氣體對逐個振子進(jìn)行冷卻，達(dá)到迅速降溫的效果，但該氣體冷卻方式，換熱面積較小，因此無法滿足對換能器高密度且穩(wěn)定的散熱需求。以上幾種方案均為對壓電超聲換能器實(shí)現(xiàn)外部散熱，盡管可有效降低了換能器外表溫度，但其內(nèi)部溫度仍然較高，壓電超聲換能器內(nèi)外存在較大的溫度梯度，其工作性能仍然受到較大的影響。

脈動熱管是上世紀(jì)九十年代出現(xiàn)的新型熱管，其傳熱性能基本不受加速、離心力、電場等條件影響，較傳統(tǒng)熱管有體積小、不需要毛細(xì)吸液芯、結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠、不易燒干、成本低廉等突出優(yōu)點(diǎn)。是未來主要的高熱流密度散熱器件。

因此，本領(lǐng)域的技術(shù)人員致力于開發(fā)一種脈動熱管散熱型大功率超聲換能器，在不影響換能器性能的前提下，以傳統(tǒng)壓電超聲換能器的機(jī)械結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)，與脈動熱管有機(jī)耦合而成。利用脈動熱管高效的傳熱特性將大功率壓電超聲換能器工作時內(nèi)部產(chǎn)生的熱量帶走，確保換能器在正常溫度范圍內(nèi)高效且安全的運(yùn)行，并能夠延長壓電超聲換能器使用壽命。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是如何對大功率壓電超聲換能器進(jìn)行冷卻散熱，有效保證大功率壓電超聲換能器在正常溫度范圍內(nèi)高效、安全的工作。