[实用新型]脉动热管散热型大功率超声换能器

说明书

本实用新型公开了一种脉动热管散热型大功率超声换能器，涉及超声换能器技术领域，包括压电超声换能器、脉动热管散热装置，所述压电超声换能器包括应力螺栓、后盖板、压电陶瓷元件、前盖板，沿径向穿一系列孔；所述后盖板为圆柱形，所述前盖板为圆锥形，通过所述应力螺栓将所述前盖板、压电陶瓷元件、后盖板紧密连接；所述脉动热管散热装置有机耦合于所述压电超声换能器内。本实用新型在不影响换能器性能的前提下，以传统压电超声换能器的机械结构为基础，与脉动热管有机耦合而成。利用脉动热管高效的传热特性将大功率压电超声换能器工作时内部产生的热量带走，确保换能器在正常温度范围内高效且安全的运行，并能够延长压电超声换能器使用寿命。

技术领域

本实用新型涉及超声换能器技术领域，尤其涉及一种脉动热管散热型大功率超声换能器。

背景技术

在功率超声技术应用中，换能器工作性能的稳定性至关重要，一直为业界所高度重视。压电超声换能器是超声振动系统进行能量转换的核心器件，而温度对其性能影响十分显著。由于在大功率工作状态下，换能器与电源之间的阻抗失配引起的功率损耗以及压电陶瓷自身的介电损耗而产生热量，又因压电陶瓷为绝缘材料，其导热性能差，使压电超声换能器中心温升严重，温度过高会引起换能器的压电陶瓷片退极化，使换能器性能急剧下降，导致振动系统崩溃。对于大功率压电超声换能器，为控制好换能器的工作温度、保证其工作性能的稳定性，亟须寻求一种能对大功率压电超声换能器实施散热降温的有效途径。

对已有技术的文献检索发现，申请号为CN200810163538.9，名称为“超声波换能器冷却系统”的中国发明专利，公开了一种利用制冷系统对超声换能器进行冷却的方案，在相应温度范围内，使超声换能器能够高效工作。该冷却系统采用蒸汽压缩式制冷原理，通过制冷剂的压缩、冷凝、节流和蒸发过程，形成制冷循环，制冷剂不断带走超声换能器的热量，冷却系统比较复杂，需要增加动力设备，提升了投资成本，不利于实际应用推广；申请号为CN201110226180.1，名称为“具有热管冷却装置的大功率超声波换能器”的中国发明专利，公开了一种利用热管冷却的超声波换能器，该冷却方案采用热管与换能器外部贴合的方式，控制工作温度，使超声波换能器能够高效工作。但由于此类热管的局限性，需利用重力来实现热管工质的回流，从而使超声换能器的工作姿态受限；申请号为CN200620133985.6，名称为“超声波换能器”的中国实用新型专利，公开了一种以阵列形式排列而成的多振子超声换能器，该换能器采用“T”型管实现多路气体对逐个振子进行冷却，达到迅速降温的效果，但该气体冷却方式，换热面积较小，因此无法满足对换能器高密度且稳定的散热需求。以上几种方案均为对压电超声换能器实现外部散热，尽管可有效降低了换能器外表温度，但其内部温度仍然较高，压电超声换能器内外存在较大的温度梯度，其工作性能仍然受到较大的影响。

脉动热管是上世纪九十年代出现的新型热管，其传热性能基本不受加速、离心力、电场等条件影响，较传统热管有体积小、不需要毛细吸液芯、结构简单、运行可靠、不易烧干、成本低廉等突出优点。是未来主要的高热流密度散热器件。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种脉动热管散热型大功率超声换能器，在不影响换能器性能的前提下，以传统压电超声换能器的机械结构为基础，与脉动热管有机耦合而成。利用脉动热管高效的传热特性将大功率压电超声换能器工作时内部产生的热量带走，确保换能器在正常温度范围内高效且安全的运行，并能够延长压电超声换能器使用寿命。

实用新型内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本实用新型所要解决的技术问题是如何对大功率压电超声换能器进行冷却散热，有效保证大功率压电超声换能器在正常温度范围内高效、安全的工作。