專利名稱：氣體噴射器、電子設備和氣體噴射方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于噴射氣體從而使加熱器所產(chǎn)生的熱量消散的氣體噴射器，配備有該氣體噴射器的電子設備以及氣體噴射方法。
背景技術：
由于PC(個人電腦)的性能提高，諸如IC(集成電路)的加熱器所產(chǎn)生熱量的增加會出現(xiàn)問題，目前已經(jīng)提出或商業(yè)化使用了多種散熱方法。一種散熱方法是通過將由諸如鋁的金屬制散熱片布置成與IC接觸，從而使熱量從IC傳送到散熱片，以進行散熱，另一種散熱方法是，利用風扇將諸如PC的殼體內(nèi)的熱空氣強制驅散，將低溫室內(nèi)空氣引導到加熱器周圍，從而實現(xiàn)散熱。另一種方法是同時使用散熱片和風扇，由風扇將散熱片周圍的熱空氣強制驅散，同時使加熱器與空氣的接觸面積更大。
遺憾的是，由諸如風扇所產(chǎn)生的強制循環(huán)會在散熱片下游部分表面上產(chǎn)生溫度邊界層，導致熱量不能有效地從散熱片消散。為了解決該問題，雖然增加風扇速度從而使溫度邊界層變薄可以是一種方案，然而增加風扇的轉動量以便增大風速將導致下述問題，即風扇軸承部分產(chǎn)生噪音，或來自風扇的風產(chǎn)生風噪音。
在一些破壞溫度邊界層從而有效地散熱的方法中，常采用合成射流，這趨向于將例如通過使設置在腔內(nèi)的活塞往復運動而產(chǎn)生的運動空氣通過所述腔的一端上的孔噴出。由所述孔噴出的氣體被稱作合成噴流，并促進空氣混合，從而破壞溫度邊界層，因而與公知的由風扇強制循環(huán)相比，更有效地進行散熱(參考美國專利文獻US6123145(圖8和上述內(nèi)容)以及日本未審專利申請公開2000-223871(圖2))。
遺憾的是，由上述美國專利文獻US6123145所提出的技術，由于活塞往復運動所導致的空氣振動作為聲波進行傳播，從而使該聲波產(chǎn)生噪音問題。近些年來，由于IC趨向于更高的時鐘脈沖，這將導致所產(chǎn)生的熱量不斷地增加，為了破壞因熱量產(chǎn)生而形成在散熱片附近的溫度邊界層，需要向IC和散熱片傳送更多數(shù)量的空氣。如果如上述專利文獻US6123145說明書中圖1所示，通過在噴射氣體的設備中使鼓形圓膜(timbale)振動，而輸送更多量的空氣，則必須通過增大振動幅度，使噴射氣體的量增多。因而，如果鼓形圓膜的頻率在聽得見的頻率帶范圍，那么鼓形圓膜也將產(chǎn)生噪音問題。相反，在降低頻率而減少噪音的同時，氣體噴出量相應地減少。
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種氣體噴射器、配備有氣體噴射器的電子設備和氣體噴射方法，該噴射器能夠有效地使加熱器所產(chǎn)生的熱量消散，同時盡可能地抑制噪音的產(chǎn)生。

發(fā)明內(nèi)容
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的氣體噴射器包括至少一個振動器；多個用于采用脈動流形式噴射氣體的噴射部分，從而使振動器的振動允許在各個氣體噴射時產(chǎn)生的聲波彼此抵消；和第一控制裝置，用于控制振動器的振動頻率。
在本發(fā)明中，術語“彼此抵消”意味著“在聲波傳播的部分或所有區(qū)域內(nèi)，將由振動器產(chǎn)生的聲波設置得彼此抵消”。
根據(jù)本發(fā)明，多個噴射部分噴射氣體，從而使氣體噴射時產(chǎn)生的聲波彼此抵消，因而降低了噪音。特別是由于第一控制裝置優(yōu)化該振動器的頻率，從而在抑制噪音產(chǎn)生的同時，盡可能地增大氣體噴射量，因此有效地將加熱器的熱量消散。為了將聲波設置得使它們彼此抵消，則使它們的位相例如錯移。可選擇地，為了將聲波設置得它們彼此抵消，由該至少一個振動器進行間隔而形成腔室，并且振動器振動，從而從這些腔室交替噴出氣體。
多個噴射部分包括單獨一個殼體，該殼體包括例如多個用于噴射氣體開口；或者可選擇地，包括多個腔室(或殼體)等，每個包括至少一個開口。在后一種情況下，例如氣體噴射器具有下述結構，即將至少一個振動器設置在單獨一個殼體內(nèi)，由振動器隔開而在該殼體內(nèi)形成多個腔室。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，氣體噴射器還包括用于控制振動器的振幅的第二控制裝置。例如通過優(yōu)化振動器的振幅，可以獲得所希望的氣體噴射量。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，振動器的最低共振頻率不大于200(Hz)。通常，在小于最低共振頻率的頻率范圍內(nèi)并表示由振動器所產(chǎn)生聲音的聲音壓力聲波的梯度或曲線大致是彼此相同的，與振動器無關。因而，最低共振頻率越低，則以小于共振頻率的頻率振動的振動器的聲音壓力被最大化。也就是，由于能夠增大振幅，因而能夠盡可能地增大氣體噴射量。同樣，由于頻率較低，所以人的聽覺趨向于變得遲鈍，如果振動器的驅動頻率范圍不大于200(Hz)，則能夠維持考慮到人的聽覺的安靜特性(quietness property)。優(yōu)選地，振動器的最低共振頻率不大于150(Hz)，使振動器以不大于150(Hz)的頻率振動。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，第一控制裝置對頻率進行控制，從而使頻率不大于100(Hz)。由此，考慮到人的聽覺，能夠進一步降低噪音。特別是頻率優(yōu)選地不大于35(Hz)。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，振動器具有大致沿與其振動方向垂直的方向延伸的表面，當該表面面積不大于70,000(mm2)時，第一控制裝置對頻率進行控制，從而使頻率不大于100(Hz)，第二控制裝置對振幅進行控制，從而使振幅處于1(毫米)-3(毫米)的范圍內(nèi)。這樣設定振動器的面積從而不大于70,000(mm2)的原因是，當試圖嵌入例如臺式電腦或膝上型電腦時，氣體噴射器的體積太大而可能無法嵌入，從而使該結構不能實用。
在此情況下，如果頻率不大于100(Hz)并且振幅小于1毫米，那么為了獲得所希望的氣體噴射量，振動器的表面面積必須制造得大于一定程度，因而，該結構不適于實用。
例如，如果振動器得表面面積為大約70,000(mm2)且振動器在100(Hz)附近振動，那么超過3(毫米)的振幅將導致振動器具有極大慣性，從而導致更大的機械負荷。如果頻率不大于100(Hz)，那么為了獲得所希望的氣體噴射量，振幅優(yōu)選處于1.5(毫米)-3(毫米)的范圍內(nèi)。
同樣，特別地，由于振動器具有大致沿與其振動方向垂直方向延伸的表面，并且當該表面面積不大于70,000(mm2)時，第一控制裝置對頻率進行控制，從而使頻率不大于35Hz，第二控制裝置對振幅進行控制，從而使振幅處于1(毫米)-5(毫米)的范圍內(nèi)，所以能夠進一步降低噪音。當頻率不大于35(Hz)且振幅小于1毫米時，為了獲得所希望的氣體噴射量，將在下文討論的振動器的面積表面面積必須制造得增大至一定程度，因而，該結構不適于實用。
例如，如果振動器的表面面積接近70,000(mm2)且當振動器在35(Hz)附近振動時，由于其大的振動面積，所以超過5(毫米)的振幅將導致振動器具有相當大的慣性，從而導致大的機械負荷。當頻率不大于35(Hz)時，振幅優(yōu)選地處于2(毫米)-5(毫米)的范圍內(nèi)，理想為從3(毫米)-5(毫米)。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，振動器具有大致沿與振動方向垂直方向延伸的表面，該表面面積處于1,500(mm2)-70,000(mm2)的范圍內(nèi)。例如，如果表面面積小于1,500(mm2)，為了獲得所希望的氣體噴射量，則頻率必須超過上述200(Hz)，這將導致噪音的增加，或可選擇地，振幅必須設定得例如不小于5(毫米)，因此，這種布置不適于實用。在此情況下，振動表面的面積優(yōu)選地不小于2000(mm2)。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，振動器具有大致沿與振動方向垂直方向延伸的表面，當由第一控制裝置驅動的頻率、由第二控制裝置驅動的振幅、表面面積分別設定為A(Hz)、B(mm)和C(mm2)時，A×B×C的值處于100,000(mm3/s)-10,1000,000(mm3/s)的范圍中。如果數(shù)值位于該范圍內(nèi)，則能夠獲得所希望的氣體噴射量，并能夠有效地獲得散熱過程。特別是，A×B×C的值優(yōu)選地不小于200,000(mm3/s)。這里，振動器具有兩倍于振幅B的振幅波動，當振動器包括隔膜時，該隔膜的前后表面被使用，“C”是振動器前或后表面面積的兩倍。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，從各個噴射部分噴出的氣體供給至加熱器，加熱器和周圍環(huán)境氣體溫度之間的熱阻不大于0.7(K/W)，在距聲波聲源1(米)的位置上噪聲水平不大于30(dBA)。熱阻值也用作表示氣體噴射器的冷卻能力。噪聲水平優(yōu)選地設定得不大于25(dBA)。例如，諸如IC芯片和電阻的電子元件以及散熱翼片(散熱片)被列為加熱器，然而，上述之外的任何材料也都可作為加熱器，只要它產(chǎn)生熱量，這一點適用于下文所述情形。
在此情況下，包含各個噴射部分和加熱器的殼體體積不大于250(cm3)。
可選擇地，從各個噴射部分將氣體向該加熱器噴射，加熱器和周圍環(huán)境氣體溫度之間的熱阻不大于0.5(K/W)，在距聲波聲源1米的位置上噪聲水平不大于30(dBA)，包含各個噴射部分和加熱器的殼體體積不大于500(cm3)。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，相對于沿與其振動方向垂直方向延伸的平面，振動器具有大致對稱形狀。由于這種對稱結構不僅允許各個聲波具有相同的振幅等，還允許作為聲波失真分量的諧波也最大程度地具有相同的振幅等，從而使噪音進一步被降低。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，振動器包括具有沿與振動方向垂直方向延伸的表面以及相對于該表面對稱的形狀的第一振動器；具有與第一振動器的形狀大致相同形狀的第二振動器，該第二振動器設置得大致沿與第一振動器同一方向振動，但是與第一振動器的方向相反。采用該結構，即使當振動器具有不對稱形狀時，通過將它們設置得相互相反方向上，能夠保持整體形狀對稱。因而，分別由多個噴嘴產(chǎn)生的聲波的波形彼此最大程度地保持相同，從而改善了安靜特性。具有包括例如線圈部分和磁鐵部分的揚聲器形狀的元件可以用作具有非對稱形狀的振動器。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，各個噴射部分包括殼體，該殼體包括多個由振動器隔開的腔室，從而使用于噴射氣體的腔室的體積彼此基本相同。例如當腔室具有多個開口時，每個開口允許每個腔室與殼體外部相通，氣體可以通過該開口被噴出。根據(jù)本發(fā)明，通過將不同腔室設置得具有相同的體積，由不同腔室所產(chǎn)生的氣體噴出量、聲音振幅等可以彼此相同，從而有效地實現(xiàn)散熱過程，并盡可能地降低噪音。在本發(fā)明的氣體噴射器中，噴射部分不具有不同的殼體，但是所有振動器部分集中在一個單一殼體內(nèi)。振動器可以是單個或多個，同樣適用于下述介紹。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，各個噴射部分包括殼體和設置在該殼體外部并用于對振動器進行驅動的致動器，該殼體包括多個由振動器隔開并用于噴射氣體的腔室。通過將致動器設置在殼體外部，不同腔室的體積能夠制造的最大程度地相同。如果將致動器設置在殼體內(nèi)，致動器的熱量可能保持在殼體內(nèi)，對該熱量進行的保持降低了散熱能力。幸運的是，本發(fā)明能夠避免該問題。由此，如上所述，能夠實現(xiàn)有效的散熱過程，同時，能夠盡可能地降低噪音。
根據(jù)本發(fā)明的一種模式，該殼體具有從外部向至少一個腔室延伸的孔部，該氣體噴射器還包括延伸穿過該孔部并固定在振動器上的桿，以及設置在所述孔部內(nèi)且用于對該桿進行支撐的支撐部件。通過設置該支撐部件，可阻止桿偏移，從而實現(xiàn)振動器穩(wěn)定振動。同樣，通過設置支撐部件，例如覆蓋所述孔部并對殼體進行密封，當振動器振動時，可阻止殼體72內(nèi)的氣體從孔部泄漏。
本發(fā)明的電子設備包括至少一個加熱器；至少一個振動器；多個用于采用脈動流形式噴射氣體的噴射部分，從而振動器的振動允許分別在氣體噴射時產(chǎn)生的聲波彼此抵消；用于控制振動器的振動頻率的控制裝置。
根據(jù)本發(fā)明，通過優(yōu)化振動器的頻率，能夠盡可能地增加氣體噴射量，同時抑制噪音，從而有效地對加熱器的熱量進行散熱。該電子設備包括計算機、PDA(個人數(shù)字助理)、攝像機、顯示設備、音響設備和其它的電子設備。
本發(fā)明的氣體噴射方法包括下述步驟采用脈動流形式噴射氣體，從而至少一個振動器的振動允許分別由氣體噴射而產(chǎn)生的聲波彼此抵消；對振動器的振動頻率進行控制。
根據(jù)本發(fā)明，通過優(yōu)化振動器的頻率，能夠盡可能地增加氣體噴射量，同時抑制噪音，從而有效地對加熱器的熱量進行散熱。
如上所述，根據(jù)本發(fā)明，加熱器所產(chǎn)生的熱量被有效地消散，同時盡可能地抑制噪音。


圖1是本發(fā)明一個實施例的氣體噴射器的透視圖。
圖2是圖1所示氣體噴射器的橫截面剖視圖；圖3是對IC芯片等進行散熱的實例的透視圖；圖4是本發(fā)明另一個實施例的氣體噴射器的橫截面剖視圖；圖5是沿圖4中A-A線所作的橫截面剖視圖；圖6是氣體噴射器61和散熱片的平面視圖，該氣體噴射器具有比圖4所示氣體噴射器更多量的噴嘴；圖7是本發(fā)明另一個實施例的氣體噴射器的橫截面剖視圖；圖8A和8B示出從圖1所示氣體噴射器的不同噴嘴發(fā)出的聲波的測量結果；圖9A和9B示出從圖4所示氣體噴射器的不同噴嘴發(fā)出的聲波的測量結果；圖10是表示人類聽覺特性的曲線圖；圖11說明具有110Hz最低共振頻率f0的揚聲器的聲學特性的實例；圖12說明具有200Hz最低共振頻率f0的揚聲器的聲學特性的實例；圖13是說明評估值和氣體流速關系的圖表；
圖14是說明評估值和噴射氣體流速關系的曲線圖；圖15說明噪音水平相對于熱阻的特性；圖16是本發(fā)明另一實施例的氣體噴射器的橫截面剖視圖；圖17是圖16所示氣體噴射器的改進方案的橫截面剖視圖。
具體實施例方式
下文將參考附圖對本發(fā)明實施例進行說明。
圖1是本發(fā)明一個實施例的氣體噴射器的透視圖，圖2是氣體噴射器的橫截面剖視圖。
氣體噴射器1包括單獨殼體22。將振動器25設置在殼體22內(nèi)，由振動器25將殼體22的內(nèi)部劃分成兩個腔室22a和22b。腔室22a和22b包含例如空氣。在殼體22內(nèi)形成有多個開口部分22c和22d，從而允許上述被劃分的腔室22a和22b分別與殼體22的外部相通。在此情況下，開口部分22c和22d的數(shù)量彼此相同。開口部分22c(22d)的數(shù)量可以是單個的。分別將噴嘴23和24設置在開口部分22c和22d上，從而能夠將包含在腔室22a和22b內(nèi)的空氣噴出。噴嘴23等不是必需件，僅形成開口22c等也是足夠的。
振動器25包括隔膜27，隔膜27例如由諸如PET(聚對苯二甲酸乙二醇酯)膜的撓性膜狀物質組成。振動器25具有例如揚聲器的結構，并由線圈、磁鐵等(未示出)組成。振動器25由控制部分20控制?？刂撇糠?0例如包括用于向振動器25的線圈上施加正弦交流電壓的能量供給電路、用于控制振動器25的波形的控制電路等。該控制電路特別用于控制電壓也就是施加在振動器25上的電壓幅度、驅動頻率等。
殼體22由諸如鋁的金屬或塑料等高剛度物質制成，并具有矩形平行六面體形狀。此處所使用的殼體22包括例如由相同材料組成的開口并具有相同形狀。
下文將介紹具有上述結構的氣體噴射器1的操作。當控制部分20以預定頻率驅動振動器25，從而使隔膜27正弦振動時，腔室22a和22b的每個的壓力交替增加和下降?；诖?，通過開口部分22c和22d產(chǎn)生氣流。氣流被產(chǎn)生，從而通過噴嘴23和24，氣體交替地從內(nèi)部向外部流出，并交替地從殼體22的外部流向內(nèi)部。從噴嘴23等噴出的空氣等形成合成噴流。術語“合成噴流”意味著產(chǎn)生這樣的噴流，從而由于來自噴嘴23等的噴氣降低了圍繞該被噴出空氣的氣壓，該被噴出空氣周圍的氣體被吸到該被噴出空氣內(nèi)。換句話說，被噴出的空氣和圍繞該被噴出空氣的氣體被合成為合成噴流。由于氣體采用脈動流形式被噴射到上述腔室22a和22b外部，所以通過將該被噴出的空氣吹向諸如IC芯片和散熱片的加熱器，能夠有效地進行散熱。
同時，隔膜27的振動交替地產(chǎn)生通過噴嘴23和24的聲波，并使該聲波在空氣中傳播。由于腔室22a和22b的形狀等、開口部分22c和22d的形狀、噴嘴23和24的形狀等分別彼此相同，噴嘴23和24所產(chǎn)生的聲波的波形彼此相同并具有相互相反的相位。因而，噴嘴23和24分別所產(chǎn)生的聲波彼此抵消，從而消除了噪音。
噴嘴23和24之間的間距d優(yōu)選設定得滿足關系d＜λ/2(其中，λ是所產(chǎn)生的聲波的波長)。當滿足該關系時，噴嘴23和24等所產(chǎn)生的聲波不會出現(xiàn)最大振幅彼此增強的部分，從而能夠盡可能地抑制噪音的產(chǎn)生。
圖3是借助氣體噴射器1對IC芯片等進行散熱的實例的透視圖。IC芯片50設置得與例如熱傳播器(或用作熱管的熱傳遞裝置)51接觸，將多個散熱片52固定在該熱傳播器51上。將氣體噴射器1設置成使得來自噴嘴23和24的氣體被噴向散熱片52。
IC芯片50所產(chǎn)生的熱量由熱傳播器51擴散，并傳遞到散熱片52。由此，熱空氣停留在每個散熱片52的附近，導致形成溫度邊界層。因而，由例如振動器25的振動而從噴嘴23和24所產(chǎn)生的噴流吹向散熱片52，從而破壞所述溫度邊界層，因而有效地將IC的熱量驅散。
圖4和5是本發(fā)明另一實施例的氣體噴射器的橫截面剖視圖。圖5是沿圖4中A-A線所作的橫截面剖視圖，圖4是沿圖5中B-B線所作的橫截面剖視圖。氣體噴射器61具有下述結構，即在殼體68內(nèi)設置有腔室62a和62b。由殼體68和設置在殼體68內(nèi)的壁69形成了腔室62a和62b。在腔室62a和62b內(nèi)分別設置有振動器65a和65b。振動器65a和65b中每個例如與圖1和2所示振動器25的結構相同。在殼體68上設置了分別與腔室62a和62b的內(nèi)部相通的噴嘴63a和63b，從而允許空氣分別從腔室62a和62b內(nèi)排出。振動器65a和65b設置得分別堵塞設置在壁69上的開口66a和66b。由振動器65b在腔室62a內(nèi)使空氣振動，從而將空氣從噴嘴63a排出。同樣，由振動器65a在腔室62b內(nèi)使空氣振動，從而將空氣從噴嘴63b排出。振動器65a和65b與和圖2所示的控制部分20相同的控制部分(未示出)相連，從而被控制得例如以彼此振幅相同且位相相互反相地振動。
由于振動器65a和65b設置得具有彼此相同的振動方向R，并如上所述彼此面對，所以即使當振動器具有與揚聲器不對稱的形狀，也可以保持整體對稱。因而，分別由噴嘴63a和63b所產(chǎn)生的聲波的波形可以彼此最大程度地相同，從而改善了安靜特性。
該實施例的氣體噴射器61包括兩個振動器，如果設置了偶數(shù)個振動器，則聲波也同樣彼此消弱。
圖6是氣體噴射器61和散熱片的平面視圖，該氣體噴射器具有比圖4所示氣體噴射器更多數(shù)量的噴嘴63a和63b。氣體噴射器61相對于散熱片31設置，從而使噴嘴63a(63b)的每個面對著例如散熱片31的每個翅片件32的空氣通過部分32a。由此，散熱片31被有效地利用，從而改善了散熱效率。
圖7是本發(fā)明另一個實施例的氣體噴射器的橫截面剖視圖。該實施例的氣體噴射器41包括板狀振動器45以替代圖2所示振動器25。通過將平面線圈(未示出)連接到諸如樹脂膜上而構成振動器45。當控制部分40向所述線圈施加交流電壓時，通過使用例如設置在殼體22內(nèi)的磁鐵(未示出)的磁場，振動器在圖中上下振動。通過如上所述設置振動器，通過腔22a側和22b側而獲得對稱的結構，從而盡可能地減少噪音等。
雖然，相應實施例的氣體噴射器1、61和41能夠降低噪音，同時如上所述能夠有效地散熱，但是完全消除所產(chǎn)生的聲音是困難的。原因如下。
1)振動器前后側上產(chǎn)生的噪音包括具有相互不同振幅的基本分量。
2)振動器前后側上產(chǎn)生的噪音包括位相相差180度的基本分量。
3)振動器前后側上產(chǎn)生的噪音包括具有相互不同振幅的諧波分量(失真分量)。
4)振動器前后側上產(chǎn)生的噪音包括位相相差180度的諧波分量。
例如，在圖1和2所示氣體噴射器1中，振動器25的前表面面對腔室22b，振動器25的后側(接近于致動器)上的框架面對腔室22a。通常，由于不太考慮具有揚聲器形狀的振動器25的后側上的聲音壓力，所以所述框架有時具有噪音隔絕功能，后側上的聲音壓力比前側上的壓力小。換句話說，采用該結構，前側和后側上基本波的振幅通常彼此不同，導致殘留有噪音。圖8說明根據(jù)該結構從每個噴嘴23和每個噴嘴24所發(fā)出的聲波的測量結果，其中，上下曲線表示從圖1所示每個下噴嘴24和每個上噴嘴23所發(fā)出的聲波的測量結果。如圖8A所示，從噴嘴24所發(fā)出的聲波具有比從噴嘴23所發(fā)出的聲波更大的振幅。圖8B說明這些聲波的合成，如圖8b所示，在基本波頻率下保留噪音。
當使用圖4和5所示氣體噴射器61時，由于揚聲器的單獨一個前表面和單獨一個后表面面對每個腔室，所以由設置在相應兩個腔室62a和62b內(nèi)的每個噴嘴63a和每個噴嘴63b所發(fā)出的基本波的振幅幾乎彼此相同。在此情況下，在基本波被抵消到一定程度的同時，抵消諧波分量是不足夠的。圖9A說明從每個噴嘴63a和每個噴嘴63b所發(fā)出的聲波的測量結果，圖9B說明這些聲波的合成。如圖9B所示，圖中的振幅放大率比圖8B中的放大率小，同時諧波分量即圖9A所示基本波的第二和更高諧波保留，這是由于下述事實，即多個振動器的使用導致它們存在各自的差異，從而阻止從每個噴嘴發(fā)出的諧波的振幅和位相彼此相同。
用于解決這些問題的可能的防止措施是，振動器具有盡可能對稱的結構，盡可能僅使用單獨一個振動器，并將腔室設置在該振動器的兩側上。此外，其它有效的防止措施是盡可能地降低基本頻率。
圖10是說明人類聽覺特性的曲線圖。該曲線圖等同于參考JIS標準所規(guī)定的響度曲線(具有A權重(A-weighted)特性)，如圖所示，當在頻率20(Hz)-20(kHz)的范圍內(nèi)處于相同聲級時，所能聽見聲級的振幅。也就是，如曲線圖所示，參考1(kHz)下的聲波，每個頻率下的聲音所能聽見的該聲級的振幅。如圖所示，由相同的聲音壓力，50(Hz)下的聲音比1(kHz)下的聲音低30(dB)。由下述關系式(1)定義聲音壓力Lp(dB)Lp＝20log(p/p0) (1)其中p和p0分別表示聲壓(Pa)和基準聲壓(20μPa)。
在不將頻率降低到20Hz的情況下，只要頻率接近20Hz，那么該頻率下的聲音具有足夠低的可聽度，具有考慮該可聽度特性的A權重特性的噪音水平非常低。同樣，基本波頻率的降低伴隨著諧波的頻率降低，從而將諧波噪音轉移到可聽度特性的盡可能低的部分。由于降低頻率導致從噴嘴噴射的氣體數(shù)量下降，簡單地降低頻率是不足夠的。
本發(fā)明人等所做的實驗驗證了下述事實，即通過大約30Hz下的基本波，能夠獲得令人滿意的聲音減弱效果。如圖10所示，在相同的聲音壓力下，如果頻率從200(Hz)下降到100(Hz)，則噪音水平下降大約1O(dBA)，如果頻率從100(Hz)下降到30(Hz)，則噪音水平額外比100(Hz)時還下降大約20(dBA)。
從單一頻率下的聲音的觀點出發(fā)，在以低頻驅動振動器從而降低噪音水平的同時，如上所述，低驅動頻率相應地降低了振動器的往復次數(shù)，導致通過噴嘴排出的氣體數(shù)量下降。根據(jù)該觀點，需要利用振動器提供一滿意的振幅。換句話說，考慮到諸如揚聲器的振動器的特性，必須獲得在諸如30(Hz)或100(Hz)的不大于200(Hz)下的聲音壓力。
圖11和12分別說明具有110(Hz)和200(Hz)最低共振頻率f0的揚聲器的聲學特性的實例。在比各自最低共振頻率f0高的頻率下的聲音壓力水平都是大約90(dB)。然而在比各自最低共振頻率f0低的頻率范圍內(nèi)，在相同頻率下，具有較低的最低共振頻率f0的揚聲器的聲音壓力比具有較高的最低共振頻率f0的揚聲器的聲音壓力大。關注例如50(Hz)的聲音壓力，具有110(Hz)共振頻率f0的揚聲器的聲音壓力是70(dB)，具有200(Hz)共振頻率f0的揚聲器的聲音壓力是大約62(dB)。這是由于在小于f0的頻率范圍內(nèi)，每個聲音壓力具有40(dB/dc)的放大特性。
也就是，假設揚聲器具有相當于根據(jù)上述每個實施例的振動器25等的驅動特性的特性，那么可以說，具有較低的最低共振頻率f0的揚聲器在低頻下具有更高的聲音壓力。更高的聲音壓力導致從噴嘴噴出更大數(shù)量的氣體或更大的流速。因而可以說，包括驅動系統(tǒng)的振動器的最低共振頻率f0越低，在低頻范圍內(nèi)氣體的噴出量或流速將被增加。當振動器例如在30(Hz)下被驅動時，同時最低共振頻率f0非常低并接近30(Hz)時，本發(fā)明人等所做的實驗揭示了下述事實，采用具有大約100(Hz)的最低共振頻率f0的揚聲器，即使在30(Hz)下被驅動，必要的振動器可以獲得一聲音壓力(例如振幅)。
因而，利用具有最低共振頻率f0不大于200(Hz)的振動器是足夠的，優(yōu)選地不大于150(Hz)，更優(yōu)選地不大于100(Hz)，并在小于該相應的最低共振頻率f0的頻率范圍內(nèi)對其進行驅動。
增大相應實施例的氣體噴射器1、41和61的氣體噴射量的因素如下1)振動器的面積大；2)振動器的振幅大；
3)振動器的驅動頻率高。
鑒于上述因素，本發(fā)明人等設想了一評估值D，D＝A×B×C，其中，振動器的驅動頻率、振動器的振幅、振動器的面積(在多個振動器的情況下，是指總面積)被分別表示為A(Hz)、±B(mm)、C(mm2)。圖13是說明評估值等和氣體流速關系的圖表。圖14是說明該評估值和該噴出氣體流速關系的曲線圖。此時，可以假設流速與氣體噴出量(每單位時間的氣體運動量)成比例使用圖1或4所示包括32個噴嘴且每個噴嘴內(nèi)徑為3毫米的氣體噴射器進行實驗。使用商業(yè)可用揚聲器作為振動器，由于該揚聲器設計成最適于在大約20(Hz)-200(Hz)范圍內(nèi)往復運動。圖13和14表示評估值越大，則流速增加這一趨勢。
如上所述，當通過將由氣體噴射器發(fā)出的氣體吹向散熱片，而評估散熱能力時，簡單地說，流速越高，則散熱能力越大。如圖14所示，相對于評估值D，當其超過100,000(mm3/s)時，相應的熱阻大約是1(K/W)，當其超過200,000(mm3/s)時，相應的熱阻和流速分別小于0.7(K/W)和大于4(m/s)，從而證明上述數(shù)值對于散熱設備是令人滿意的。對于公眾來說，熱阻小于0.3(K/W)的散熱設備用于70(W)等級CPU的散熱。同時應該認為，由于根據(jù)設備的使用條件而確定散熱能力的規(guī)范，所以不能僅憑流速進行評估，流速只提供粗略的確定信息。
根據(jù)JIS標準，熱阻的單位是“(m2K)/W”，由于熱阻被定義為“將兩個目標表面之間熱差除以熱通量1(W/m2)所獲得的數(shù)值”。熱通量被定義為“每單位時間內(nèi)每單位面積傳播的熱量(熱量單位是“J”)”。在本發(fā)明中，在熱阻單位被定義為上述“K/W”的同時，不考慮上述兩個表面的“面積”的單位，也通常使用熱阻單位“K/W”。在本實施例中，例如當加熱器和加熱器周圍環(huán)境氣體之間的溫差由Δt表示時，熱阻R由R＝Δt/加熱器的瓦特值來表示。
根據(jù)本實施例，能夠形成隨著直徑和振幅增加而流速增大的合成噴流。特別地，實驗揭示了下述事實，振幅小于1毫米的揚聲器的錐體(例如圖2所示的隔膜27)允許更高的流速，從而實現(xiàn)更高的散熱能力。如果振幅小于1毫米，為了實現(xiàn)所希望的氣體噴射量，則必須增大上述面積C，從而該結構不適于實際使用。振幅超過1毫米越多越好，當驅動頻率A不大于100(Hz)時，振幅優(yōu)選為1-3毫米，當驅動頻率A為30(Hz)時，則振幅理想情況下不小于3毫米。
同樣，考慮到振動器尺寸的上限，振幅優(yōu)選不大于5毫米。振動器尺寸優(yōu)選為面積C不大于70,000(mm2)換句話說，其孔徑(直徑)不大于300毫米。原因是如果面積超過70,000(mm2)，那么即使當試圖嵌入臺式電腦或膝上型電腦時，氣體噴射器尺寸大，則不能嵌入，從而這種布置不適于實際使用。
當面積C不大于70,000(mm2)時，根據(jù)下述原因，振幅設定為5毫米或小于5毫米。在此情況下，當面積C大約為70,000(mm2)時，如果振動器以例如35(Hz)左右的頻率振動時，超過5毫米的振幅會導致振動器具有更大慣性，從而導致更大的機械負荷，并且如果振動器以100(Hz)左右頻率振動時，超過5毫米的振幅導致振動器具有更大的慣性。從而導致更大的機械負荷。
通過本實驗，采用孔徑小于60毫米(面積C＝2827mm2)的揚聲器，可獲得不大于0.5(K/W)的熱阻數(shù)值。假設如果面積C大約是上述數(shù)值的一半，則熱阻大致增加一倍。面積C大于或等于1,500(mm2)就足夠了。如果面積小于1,500(mm2)，則為了獲得所期望的氣體噴射量，頻率必須等于或大于200(Hz)，這導致噪音增大，或振幅必須例如等于或大于5毫米，因此該布置不適于實際使用。在此情況下，面積C優(yōu)選地小于2,000(mm2)。
通過將具有上述面積C的振動器應用于上述實施例所述的氣體噴射器1、41和61中，并以驅動頻率A進行控制，且振幅為B，則能夠實現(xiàn)有效的散熱，并能夠降低噪音。特別是能夠獲得適于噪音水平不大于30(dBA)且熱阻不大于0.7(K/W)的散熱設備。
圖15說明噪音水平相對于熱阻的兩種特性，其中一種特性由包括回轉葉輪的公知風扇實現(xiàn)，另一種特性由本發(fā)明任一個實施例的氣體噴射器實現(xiàn)，該圖對它們進行比較。這里熱阻被定義為用于加熱器的散熱片和圍繞散熱片周圍環(huán)境氣體之間的熱阻。如圖所示，與公知風扇所提供的數(shù)值相比，本發(fā)明任一個實施例的氣體噴射器能夠提供熱阻和噪音水平的更優(yōu)值。
為了最小化本發(fā)明任一個實施例的氣體噴射器的尺寸，需要使用具有小孔徑的振動器。然而根據(jù)上述評估值，小直徑是不有利的。作為防范措施，推薦使用能夠實現(xiàn)大振幅的振動器。根據(jù)本發(fā)明技術，相對于包括散熱片的250cc的殼體體積，在遠離聲源1米的位置可以實現(xiàn)熱阻不大于0.7(K/W)，噪音水平不大于30(dBA)圖16是本發(fā)明另一個實施例的氣體噴射器的橫截面剖視圖。圖7所示板狀振動器45用作該實施例的氣體噴射器71的振動器。將桿85固定在振動器45上，還具有用于致動振動器45的致動器78。將桿85插入殼體72上的孔部72a。致動器78包括磁軛、磁鐵82、線圈84等。當控制部分70向線圈施加交流電壓時，桿85在圖中上下運動，從而使振動器45產(chǎn)生振動。
在該實施例中，由于致動器78設置在殼體72的外部，腔室72a和72b的各自體積能夠制造得最大限度地相同。同樣，如果將致動器78設置在殼體72內(nèi)，那么致動器78的熱量可能保持在腔室72a和72b內(nèi)。當振動器在此狀態(tài)下振動時，包含熱量的氣流被噴出，導致散熱量的減小。幸運的是，在本實施例中，可以避免這種問題。
圖17是圖16所示氣體噴射器的改進方案的橫截面剖視圖。作為圖16所示氣體噴射器的改進的氣體噴射器91包括用于對桿85進行支撐的支撐部件92。支撐部件92例如由波紋管件組成。采用該支撐部件92，可阻止桿75相對于振動器45的振動方向橫向偏移，從而實現(xiàn)振動器45的穩(wěn)定振動。同樣，當將支撐部件92例如設置得覆蓋孔部72e并對殼體72進行密封時，則當振動器45振動時，可阻止殼體72內(nèi)的氣體從孔部72e泄漏。
本發(fā)明并不局限于上述實施例，而能夠進行各種改進。
例如，每個實施例的氣體噴射器包括單獨一個殼體。但是也可以具有這樣一種結構，其中，備有多個獨立的殼體，每個殼體重設置有振動器。在此情況下，通過控制振動器的位相和頻率，能夠降低噪音。
在圖7所示氣體噴射器中，例如由線圈使振動器45發(fā)生振動時，也可以由例如壓電設備組成振動器。在使用壓電設備時，當微型化時，氣體噴射器特別有效。
權利要求
1.一種包括至少一個振動器的氣體噴射器，其包括多個用于采用脈動流形式噴射氣體的噴射部分，從而所述振動器的振動允許分別在氣體噴射時產(chǎn)生的聲波彼此抵消；和第一控制裝置，用于控制所述振動器的振動頻率。
2.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，還包括用于控制所述振動器的振幅的第二控制裝置。
3.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，所述振動器的最低共振頻率不大于200(Hz)。
4.根據(jù)權利要求3所述的氣體噴射器，其中，所述振動器的最低共振頻率不大于150(Hz)。
5.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，所述第一控制裝置對頻率進行控制，從而使頻率不大于100(Hz)。
6.根據(jù)權利要求5所述的氣體噴射器，其中，所述第一控制裝置對頻率進行控制，從而使頻率不大于35(Hz)。
7.根據(jù)權利要求2所述的氣體噴射器，其中，所述振動器具有沿與其振動方向基本上垂直的方向延伸的表面，并且當所述表面面積不大于70,000(mm2)時，所述第一控制裝置對頻率進行控制，從而使頻率不大于100(Hz)，所述第二控制裝置對振幅進行控制，從而使振幅處于1(毫米)-3(毫米)的范圍內(nèi)。
8.根據(jù)權利要求7所述的氣體噴射器，其中，所述第二控制裝置對振幅進行控制，從而使振幅處于1.5(毫米)-3(毫米)的范圍內(nèi)。
9.根據(jù)權利要求2所述的氣體噴射器，其中，所述振動器具有沿與其振動方向基本上垂直的方向延伸的表面，并且當該表面面積不大于70,000(mm2)時，所述第一控制裝置對頻率進行控制，從而使頻率不大于35(Hz)，所述第二控制裝置對振幅進行控制，從而使振幅處于1(毫米)-5(毫米)的范圍內(nèi)。
10.根據(jù)權利要求9所述的氣體噴射器，其中，所述第二控制裝置對振幅進行控制，從而使振幅處于2(毫米)-5(毫米)的范圍內(nèi)。
11.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，所述振動器具有沿與其振動方向基本上垂直的方向延伸的表面，該表面面積處于1,500(mm2)-70,000(mm2)的范圍內(nèi)。
12.根據(jù)權利要求11所述的氣體噴射器，其中，所述振動器的表面面積不小于2,000(mm2)。
13.根據(jù)權利要求2所述的氣體噴射器，其中，所述振動器具有沿與其振動方向基本上垂直的方向延伸的表面，并且其中，當由所述第一控制裝置驅動的頻率、由所述第二控制裝置驅動的振幅以及所述表面面積分別設定為A(Hz)、B(mm)和C(mm2)時，A×B×C的值為100,000(mm3/s)-10,000,000(mm3/s)。
14.根據(jù)權利要求13所述的氣體噴射器，其中，A×B×C的值小于200,000(mm3/s)。
15.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，從各個噴射部分噴出的氣體供給至該加熱器，所述加熱器與所述加熱器周圍氣體溫度之間的熱阻不大于0.7(K/W)，在距聲波聲源1米的位置處的噪聲水平不大于30(dBA)。
16.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，所述噪聲水平不大于25(dBA)
17.根據(jù)權利要求16所述的氣體噴射器，其中，包含所述各個噴射部分和所述加熱器的殼體體積不大于250(cm3)。
18.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，所述振動器具有相對于沿與其振動方向垂直的方向延伸的表面大致對稱的形狀。
19.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，從各個噴射部分噴出的氣體供給至該加熱器，所述加熱器與所述加熱器周圍環(huán)境氣體溫度之間的熱阻不大于0.5(K/W)，在距聲波聲源1米的位置處噪聲水平不大于30(dBA)，包含所述各個噴射部分和所述加熱器的殼體體積不大于500(cm3)。
20.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，所述振動器包括具有沿與其振動方向垂直的方向延伸的表面以及相對于該表面對稱的形狀的第一振動器；具有與所述第一振動器的形狀基本上相同形狀的第二振動器，該第二振動器設置得基本上沿與所述第一振動器相同的方向振動，但是與所述第一振動器的方向相反。
21.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，所述各個噴射部分包括殼體，該殼體包括多個由所述振動器隔開的腔室，從而使得用于噴射氣體的所述各腔室的體積基本上相同。
22.根據(jù)權利要求1所述的氣體噴射器，其中，各個噴射部分包括殼體和設置在所述殼體外部并用于對振動器進行驅動的致動器，該殼體包括多個由所述振動器隔開并用于噴射氣體的腔室。
23.根據(jù)權利要求22所述的氣體噴射器，其中，所述殼體具有從其外部向至少一個所述腔室延伸的孔部，所述氣體噴射器還包括；延伸穿過所述孔部并固定在所述振動器上從而與所述致動器整體移動的桿，設置在所述孔部中從而對所述桿進行支撐的支撐部件。
24.一種包括至少一個加熱器和至少一個振動器的電子設備，其包括多個用于采用脈動流形式噴射氣體的噴射部分，從而所述振動器的振動允許分別由氣體噴射而產(chǎn)生的聲波彼此抵消；以及用于控制所述振動器的振動頻率的控制裝置。
25.一種氣體噴射方法，包括下述步驟采用脈動流形式噴射氣體，從而至少一個振動器的振動允許分別由氣體噴射而產(chǎn)生的聲波彼此抵消；以及對所述振動器的振動頻率進行控制。
全文摘要
本發(fā)明公開一種能夠有效地使發(fā)熱器所產(chǎn)生的熱量消散，同時盡可能地抑制噪音產(chǎn)生的氣體噴射器；配備有該氣體噴射器的電子設備；和氣體噴射方法。氣體噴射器(1)包括振動體(25)。當氣體從噴嘴(23，24)噴出并伴有從中產(chǎn)生的聲波時，氣體噴射器通過振動體(25)的振動將氣體噴射為脈動流，從而使聲波彼此抵消。而且，控制部分(20)將振動體(25)的振動頻率控制為最優(yōu)值，從而在抑制噪音產(chǎn)生的同時，盡可能地增大氣體噴射量，因此允許發(fā)熱體有效地輻射熱量。
文檔編號F04B45/047GK1906416SQ20058000150
公開日2007年1月31日 申請日期2005年2月2日 優(yōu)先權日2004年3月18日
發(fā)明者石川博一, 武笠智治 申請人:索尼株式會社