用于与温度相关的电气装置的增强对流冷却的系统和方法

摘要

本发明题为用于与温度相关的功率装置的增强对流冷却的系统和方法。冷却系统包括主动冷却装置和控制器，该控制器生成驱动信号并将该驱动信号传输至主动冷却装置，以选择性地起动该装置。控制器从关于冷却装置功率消耗和功率设备的所测量的运行参数的传感器接收输入——包括该装置是功率产生装置的情况下的功率装置输出功率或该装置是功率消耗装置的情况下的功率装置输入功率。控制器基于冷却装置功率消耗和所测量的功率装置输入或输出功率而生成驱动信号并将该驱动信号传输至冷却装置，以便使主动冷却装置选择性地对产热功率装置进行冷却。能够通过对冷却装置所提供的对流冷却量进行控制而使净系统功率输出或总系统功率输入最大化/最小化。

说明书

背景技术

本发明的实施例通常涉及与温度相关的功率产生和功率消耗装置，更具体地，涉及用于给这样的装置提供受控制的冷却以使功率输出最大化或使这样的装置所导致的功率消耗最小化的系统和方法。

众所周知，某些与温度相关的功率产生和功率消耗电气装置的有效的冷却是关于这样的装置的操作和性能的基本构成要素，因为有效的冷却能够延长这样的装置的寿命并能够导致这样的装置的性能效率增加。例如，关于这样的与温度相关的电气装置的操作，装置的适当的冷却能够使功率产生装置的功率输出最大化或使功率消耗装置的功率消耗最小化。

能够通过适当的温度控制而使性能最大化的与温度相关的功率产生装置的一个示例是太阳能光伏（PV）面板。PV面板是将光子形式的能量转换成电子形式的电的基于半导体的能量转换装置。已知，太阳能PV面板的性能随着升高的温度而降低，并且，太阳能PV面板的效率是面板温度的线性函数——即，转换成DC电的被PV面板吸收的太阳辐射的量与温度相关，转换成DC电的小部分辐射是PV面板的效率。PV面板的与温度相关的效率可能成问题——因为典型的太阳能PV面板处于对将入射太阳辐射转换成电的10-20%的效率量级，未转换成电的被太阳能PV面板吸收的剩余的能量作用于对装置加热。因而，必须从PV面板排除该能量，以便维持期望的效率，因为否则该能量将残存于设备中，从而导致温度的升高。

能够通过适当的温度控制来使性能最大化的与温度相关的功率消耗装置的一个示例是在电信设备中所采用的集成电路（IC）或处理装置。在这样的装置中，认识到，装置的散热和温度控制与功率消耗以及装置的可靠性高度相关。作为一个示例，已知基于CMOS的FPGA（一般地用于电信设备中）中的泄漏电流随着温度而增大，因为在泄漏功率与温度之间存在正反馈环。

在解决与温度相关的功率产生和功率消耗装置中的温度控制的问题时，能够采用冷却系统来给利用被动冷却或主动冷却的装置提供冷却。利用被动冷却方式的现有技术的冷却系统先前使用附接至装置的自然对流冷却式热沉（例如，PV面板的背面的热沉）。然而，虽然这样的被动对流冷却可以提供对装置的运行温度的某些控制，但这些被动冷却系统关于它们能够提供的冷却的水平而受限制，因而还固有地限制与温度相关的功率产生和/或功率消耗装置的性能。先前使用利用主动冷却方式的现有技术的冷却系统，例如，诸如提供强制空气对流的风扇或使诸如水或水基流体的液体循环以从电气装置排热的主动液体冷却装置的机构。然而，现有的主动冷却方式可能成本高，倾向于（由于可能出故障/磨损的旋转部件、轴承或润滑脂而导致）故障或本身消耗相当大量的功率——以致于使主动冷却装置的好处最小化。

因此，存在对用于给与温度相关的功率产生和功率消耗装置提供冷却的经简化的系统和方法的需要，该系统和方法提供受控制的冷却，以使功率输出最大化或使这样的设备所导致的功率消耗最小化。还将对这样的系统和方法期望以有效的方式提供这样的冷却，该冷却系统消耗少量功率并防故障，以便提供便宜且可靠的冷却。

发明内容

根据本发明的一个方面，冷却系统包括：低功率主动冷却装置；以及控制器，电气地耦合至主动冷却装置，控制器配置成生成驱动信号并将该驱动信号传输至主动冷却装置，以选择性地起动主动冷却装置。冷却系统还包括多个传感器，该传感器配置成测量主动冷却装置的功率消耗并测量与被主动冷却装置冷却的产热电气装置的运行相关联的一个或更多个运行参数，产热电气装置包括与温度相关的功率产生装置和与温度相关的功率消耗装置之一。冷却系统的控制器配置成从主动冷却装置的功率消耗和一个或更多个所测量的运行参数的多个传感器接收输入，该输入包括产热电气装置是功率产生装置的情况下的装置输出功率或产热电气装置是功率消耗装置的情况下的装置输入功率。冷却系统的控制器还配置成基于主动冷却装置的功率消耗和所测量的运行参数的所接收的输入而生成驱动信号并将该驱动信号传输至主动冷却装置，以便使主动冷却装置选择性地对产热电气装置进行冷却。在生成驱动信号并将驱动信号传输至主动冷却装置时，控制器对由主动冷却装置提供的对流冷却量进行控制，以便在装置是功率产生装置的情况下使净系统功率输出最大化或在装置是功率消耗装置的情况下使总系统功率输入最小化，净系统功率输出的最大化包括使通过由功率产生装置生成的功率减去由主动冷却装置消耗的功率而定义的净功率最大化，并且，总系统功率输入的最小化包括使通过由功率消耗装置消耗的功率加上由主动冷却装置消耗的功率而定义的总功率最小化。

根据本发明的另一个方面，对与温度相关的功率产生装置进行冷却的方法包括提供配置成生成为功率产生装置提供对流冷却的冷却流体流的主动冷却装置，功率产生装置包括与温度相关的功率产生装置，其中，从该与温度相关的功率产生装置生成的功率级部分地取决于装置的运行温度。该方法还包括可操作地将控制器连接至主动冷却装置，控制器配置成对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制，以便选择性地为装置提供对流冷却；以及给控制器提供由功率产生装置生成的输出功率的电流测量和电压测量的至少一个，输出功率的电流测量和电压测量的至少一个由一个或更多个传感器测量。该方法还包括：给控制器提供在对功率产生装置进行冷却时由主动冷却装置消耗的功率的测量；以及基于给主动冷却装置提供的功率的测量并基于给控制器提供的电流测量和电压测量的至少一个而经由控制器来对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制。在对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制时，控制器对由主动冷却装置提供的对流冷却量进行控制，以便使功率产生装置在使净系统功率最大化的温度下运行，净系统功率被定义为由功率产生装置生成的功率减去由主动冷却装置消耗的功率。

根据本发明的再一个方面，对与温度相关的功率消耗装置进行冷却的方法包括提供配置成生成为功率消耗装置提供对流冷却的冷却流体流的低功率主动冷却装置，功率消耗装置包括与温度相关的功率消耗装置，其中，被该与温度相关的功率消耗装置消耗的功率级部分地取决于装置的运行温度。该方法还包括：可操作地将控制器连接至主动冷却装置，控制器配置成对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制，以便对冷却射流的生成进行控制，以致选择性地为装置提供对流冷却；以及给控制器提供响应于功率消耗装置的功率需求从而提供给功率消耗装置的输入功率的电流测量和电压测量的至少一个，输入功率的电流测量和电压测量的至少一个由一个或更多个传感器测量。该方法还包括：给控制器提供在对功率消耗装置进行冷却时由主动冷却装置消耗的功率的测量；以及基于提供给主动冷却装置的功率的测量并基于提供给控制器的电流测量和电压测量的至少一个而经由控制器来对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制。在对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制时，控制器对由主动冷却装置提供的对流冷却量进行控制，以便使功率消耗装置在使总系统功率最小化的温度下运行，总系统功率定义为由功率消耗装置消耗的功率加上由主动冷却装置消耗的功率。

技术方案1：一种冷却系统，包括：

低功率主动冷却装置；

控制器，电气地耦合至所述主动冷却装置，所述控制器配置成生成驱动信号并将该驱动信号传输至所述主动冷却装置，以选择性地起动所述主动冷却装置；以及

多个传感器，配置成测量所述主动冷却装置的功率消耗并测量与由所述主动冷却装置冷却的产热电气装置的运行相关联的一个或更多个运行参数，所述产热电气装置包括与温度相关的功率产生装置和与温度相关的功率消耗装置之一；

其中，所述控制器还配置成：

从所述主动冷却装置的所述功率消耗和所述一个或更多个所测量的运行参数的所述多个传感器接收输入，所述输入包括所述产热电气装置是功率产生装置的情况下的装置输出功率或所述产热电气装置是功率消耗装置的情况下的装置输入功率；以及

基于所述主动冷却装置的所述功率消耗和所述测量的运行参数的所述接收的输入而生成驱动信号并将该驱动信号传输至所述主动冷却装置，以便使所述主动冷却装置选择性地对所述产热电气装置进行冷却；

其中，在生成所述驱动信号并将所述驱动信号传输至所述主动冷却装置时，所述控制器对由所述主动冷却装置提供的对流冷却量进行控制，以便在所述装置是功率产生装置的情况下使净系统功率输出最大化或在所述装置是功率消耗装置的情况下使总系统功率输入最小化，其中所述净系统功率输出的所述最大化包括使通过由所述功率产生装置生成的功率减去由所述主动冷却装置消耗的功率而定义的净功率最大化，并且，其中所述总系统功率输入的所述最小化包括使通过由所述功率消耗装置消耗的功率加上由所述主动冷却装置消耗的功率而定义的总功率最小化。

技术方案2：如技术方案1所述的冷却系统，其中，所述低功率主动冷却装置包括合成射流器，该合成射流器包括：

包围室的主体，所述主体具有形成于其中的孔口；以及

致动器元件，耦合至所述主体的表面，以选择性地引起所述表面的位移。

技术方案3：如技术方案2所述的冷却系统，其中，所述合成射流器包括双冷却射流器，该双冷却射流器包括：

第一致动器元件，耦合至所述主体的第一表面，以选择性地引起所述第一表面的位移；以及

第二致动器元件，耦合至所述主体的第二表面，以选择性地引起所述第二表面的位移，所述第二表面布置为平行于所述第一表面；

其中，所述控制器配置成生成驱动信号并将该驱动信号传输至所述双冷却射流器，该驱动信号使所述第一致动器元件和第二致动器元件选择性地引起所述第一表面和第二表面的位移，以便选择性地生成从所述主体的所述孔口射出的一系列流体旋涡。

技术方案4：如技术方案1所述的冷却系统，其中，所述控制器还配置成：

经由反馈环而从所述装置输出功率或所述装置输入功率的所述多个传感器接收多个输入；以及

迭代地调整基于所述多个输入而生成并传输至所述主动冷却装置的所述驱动信号，以便迭代地调整由所述主动冷却装置提供给所述产热电气装置的所述对流冷却量，并且，以便使所述产热电气装置在这样的温度下运行：在所述装置是功率产生装置的情况下，使所述净系统功率输出最大化，或者，在所述装置是功率消耗装置的情况下，使所述总系统功率输入最小化。

技术方案5：如技术方案1所述的冷却系统，其中，所述输入还包括所述产热电气装置的运行温度和所述产热电气装置在其中运行的周围温度的至少一个。

技术方案6：如技术方案1所述的冷却系统，其中，所述控制器包括以下之一：

单输入单输出（SISO）控制器或比例积分微分（PID）控制器，配置成基于对所述控制器的单个所测量的运行参数的输入而生成驱动信号并将该驱动信号传输至所述主动冷却装置，所述单个所测量的运行参数是所述产热电气装置是功率产生装置的情况下的所述净系统输出功率或所述产热电气装置是功率消耗装置的情况下的所述总系统输入功率；或者

多输入单输出（MISO）控制器，配置成基于对该控制器的多个所测量的运行参数的输入而生成驱动信号并将该驱动信号传输至所述主动冷却装置。

技术方案7：如技术方案1所述的冷却系统，其中，在所述产热电气装置是功率产生装置时，所述装置包括光伏（PV）模块、电池、功率变换器或功率电子设备之一。

技术方案8：如技术方案1所述的冷却系统，其中，在所述产热电气装置是功率消耗装置时，所述装置包括半导体装置、集成电路、中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、发光二极管（LED）或电信装置之一。

技术方案9：一种对与温度相关的功率产生装置进行冷却的方法，包括：

提供配置成生成为功率产生装置提供对流冷却的冷却流体流的主动冷却装置，所述功率产生装置包括与温度相关的功率产生装置，其中，从该与温度相关的功率产生装置生成的功率级部分地取决于所述装置的运行温度；

可操作地将控制器连接至所述主动冷却装置，所述控制器配置成对提供给所述主动冷却装置的功率的供给进行控制，以便选择性地为所述装置提供对流冷却；

给所述控制器提供由所述功率产生装置生成的输出功率的电流测量和电压测量的至少一个，所述输出功率的所述电流测量和所述电压测量的所述至少一个由一个或更多个传感器测量；

给所述控制器提供在对所述功率产生装置进行冷却时由所述主动冷却装置消耗的功率的测量；以及

基于给所述主动冷却装置提供的功率的所述测量并基于给所述控制器提供的所述电流测量和所述电压测量的所述至少一个而经由所述控制器来对提供给所述主动冷却装置的功率的供给进行控制；

其中，在对提供给所述主动冷却装置的功率的供给进行控制时，所述控制器对由所述主动冷却装置提供的对流冷却量进行控制，以便使所述功率产生装置在使净系统功率最大化的温度下运行，所述净系统功率被定义为由所述功率产生装置生成的功率减去由所述主动冷却装置消耗的功率。

技术方案10：如技术方案9所述的方法，还包括：

经由反馈环而给所述控制器提供由所述功率产生装置生成的所述输出功率和由所述主动冷却装置消耗的所述功率的多个测量；以及

经由所述控制器来基于该测量而迭代地调整提供给所述主动冷却装置的功率的所述供给，以便迭代地调整由所述主动冷却装置提供给所述功率产生装置的所述对流冷却量。

技术方案11：如技术方案9所述的方法，其中，所述控制器包括单输入单输出（SISO）控制器和比例积分微分（PID）控制器之一。

技术方案12：如技术方案9所述的方法，还包括给所述控制器提供经由一个或更多个另外的传感器而测量的至少一个另外的运行参数，所述至少一个另外的运行参数包括所述功率产生装置在其中运行的参数或影响所述功率产生装置的运行的运行参数。

技术方案13：如技术方案12所述的方法，其中，所述至少一个另外的输入参数包括所述功率产生装置的运行温度和所述功率产生装置在其中运行的周围温度的一个或更多个。

技术方案14：如技术方案12所述的方法，其中，所述控制器包括多输入单输出（MISO）控制器，该控制器配置成基于由所述功率产生装置生成的所述输出功率的测量、由所述主动冷却装置消耗的所述功率的测量以及所述至少一个另外的运行参数而确定提供给所述主动冷却装置的功率的所述供给。

技术方案15：如技术方案9所述的方法，其中，在将一部分所述输出功率提供给所述主动冷却装置和所述控制器之后，由所述一个或更多个传感器测量所述输出功率的所述电流测量和所述电压测量的所述至少一个。

技术方案16：一种对与温度相关的功率消耗装置进行冷却的方法，包括：

提供配置成生成为功率消耗装置提供对流冷却的冷却流体流的低功率主动冷却装置，所述功率消耗装置包括与温度相关的功率消耗装置，其中，被该与温度相关的功率消耗装置消耗的功率级部分地取决于所述装置的运行温度；

可操作地将控制器连接至所述主动冷却装置，所述控制器配置成对提供给所述主动冷却装置的功率的供给进行控制，以便对冷却射流的生成进行控制，以致选择性地为所述装置提供所述对流冷却；

给所述控制器提供响应于所述功率消耗装置的功率需求从而提供给所述功率消耗装置的输入功率的电流测量和电压测量的至少一个，所述输入功率的所述电流测量和所述电压测量的所述至少一个由一个或更多个传感器测量；

给所述控制器提供在对所述功率消耗装置进行冷却时由所述主动冷却装置消耗的功率的测量；以及

基于提供给所述主动冷却装置的功率的所述测量并基于提供给所述控制器的所述电流测量和所述电压测量的所述至少一个而经由所述控制器来对提供给所述主动冷却装置的功率的所述供给进行控制；

其中，在对提供给所述主动冷却装置的功率的所述供给进行控制时，所述控制器对由所述主动冷却装置提供的对流冷却量进行控制，以便使所述功率消耗装置在使总系统功率最小化的温度下运行，所述总系统功率定义为由所述功率消耗装置消耗的功率加上由所述主动冷却装置消耗的功率。

技术方案17：如技术方案16所述的方法，还包括：

经由反馈环而将提供给所述功率消耗装置的所述输入功率和由所述主动冷却装置消耗的所述功率的多个测量提供给所述控制器；以及

经由所述控制器来基于该测量而迭代地调整提供给所述主动冷却装置的功率的供给，以便迭代地调整由所述主动冷却装置提供给所述功率消耗装置的所述对流冷却量。

技术方案18：如技术方案16所述的方法，还包括给所述控制器提供经由一个或更多个另外的传感器而测量的至少一个另外的运行参数，所述至少一个另外的运行参数包括所述功率消耗装置在其中运行的参数或影响所述功率消耗装置的运行的运行参数。

技术方案19：如技术方案18所述的方法，其中，所述至少一个另外的输入参数包括所述功率消耗装置的运行温度和所述功率消耗装置在其中运行的周围温度的一个或更多个。

技术方案20：如技术方案18所述的方法，其中，所述控制器包括多输入单输出（MISO）控制器，该控制器配置成基于提供给所述功率消耗装置的所述输入功率的测量、由所述主动冷却装置消耗的所述功率的测量以及所述至少一个另外的运行参数而确定提供给所述主动冷却装置的功率的所述供给。

各种其他特征和优点将从以下的详细描述和附图显而易见。

附图说明

附图说明用于执行本发明的目前预期的实施例。

在附图中：

图1是用于与本发明的实施例一起使用的合成射流器组件的透视图；

图2是图1的合成射流器的一部分的横截面；

图3是描绘射流器作为控制系统而引起膜片朝向孔口向内行进的图2的合成射流器的横截面；

图4是描绘射流器作为控制系统而引起膜片远离孔口向外行进的图2的合成射流器致动器的横截面；

图5是用于对用于给根据本发明的实施例的与温度相关的功率产生电气装置提供冷却的一个或更多个合成射流器的操作进行控制的控制方案的示意图；

图6是用于对用于给根据本发明的实施例的与温度相关的功率消耗电气装置提供冷却的一个或更多个合成射流器的操作进行控制的控制方案的示意图。

具体实施方式

本发明的实施例涉及用于与温度相关的功率产生或功率消耗电气装置的增强的对流冷却的系统和方法。经由控制方案而操作提供增强的对流冷却的冷却系统，该控制方案变更冷却系统所提供的对流冷却的量，以便使功率产生电气装置的净系统功率输出最大化或使功率消耗电气装置的总系统功率消耗最小化。在改变与温度相关的功率产生/功率消耗电气装置的运行状况的期间，经由所实施的控制方案而选择性地控制冷却系统所提供的对流冷却。

根据本发明的实施例，用于与温度相关的功率产生或功率消耗电气装置的增强的对流冷却的冷却系统包括提供对流冷却的（多个）低功率主动冷却装置。（多个）低功率主动冷却装置能够采取各种各样的形式，诸如风扇或鼓风机，但在本发明的示范性的实施例中，（多个）低功率主动冷却装置处于提供对流冷却的合成射流器致动器或组件的形式。合成射流器致动器是生成流体的合成射流以影响该流体在表面上的流动的技术。典型的合成射流器致动器包括限定内室的壳体。在壳体壁中存在孔口。致动器还包括壳体中或壳体周围的机构，该机构用于周期性地改变内室内的容积，以便生成液流并将液流从壳体的孔口射出于外部环境中。该液流可能包括流体旋涡。容积改变机构的示例可以包括例如在活塞的往复运动的期间移动流体来进出于孔口的位于射流器壳体中的活塞和作为壳体壁的柔性膜片。柔性膜片典型地由压电致动器或其他恰当的工具致动。

在图1中说明可与本发明的实施例一起使用的合成射流器组件10的示范性的实施例，其中示出的特定的合成射流器组件10构造为双冷却式射流器（DCJ），该双冷却式喷射器包括两个压电致动器（或其他合适的致动器），该压电致动器引起壳体的相对的柔性膜片壁的偏转，以便改变壳体的内室内的容积，以致从壳体的孔口向外生成并喷射液流。如在图1中所示，合成射流器组件10包括合成射流器12和安装装置14，在图2中说明合成射流器12的横截面。在一个实施例中，安装装置14是在一个或更多个位置处固定于合成射流器12的壳体或主体16的u形托架。电路驱动器18能够外部地定位或固定于安装装置14。备选地，电路驱动器18可以定位成远离合成射流器组件10。

现在同时参考图1和2，合成射流器12的壳体16限定且部分地包围在其中具有气体或流体22的内室或腔20。虽然根据本发明的各种实施例，壳体16和内室20能够采取几乎任何几何构型，但出于讨论和理解的目的，壳体16在图2中的横截面中示出为包括第一板24和第二板26，第一板24和第二板26通过位于其间的隔离物元件28而维持于间隔开的关系。在一个实施例中，隔离物元件28维持第一板24与第二板26之间的大约1mm的间隔。在第一板24和第二板26与隔离物元件28的侧壁之间形成一个或更多个孔口30，以便使内室20与周围的外部环境32流体连通。在备选的实施例中，隔离物元件28包括前表面（未示出），在该前表面形成有一个或更多个孔口30。

根据各种实施例，第一板24和第二板26可以由金属、塑料、玻璃和/或陶瓷形成。同样地，隔离物元件28可以由金属、塑料、玻璃和/或陶瓷形成。合适的金属包括诸如镍、铝、铜和钼的材料或诸如不锈钢、黄铜、青铜合金等。合适的聚合物和塑料包括诸如聚烯烃、聚碳酸酯、热固性材料、环氧树脂、氨基甲酸乙酯、丙烯酸树脂、硅酮、聚酰亚胺和具有光阻能力的材料的热塑性塑料以及其他弹性塑料。合适的陶瓷包括例如钛酸盐（诸如钛酸镧、钛酸铋和锆钛酸铅）和钼酸盐。而且，合成射流器12的各种其他构件也可以由金属形成。

致动器34、36耦合至相应的第一板24和第二板26，以形成第一复合结构或柔性膜片38和第二复合结构或柔性膜片40，第一复合结构或柔性膜片38和第二复合结构或柔性膜片40经由控制器或控制单元42而由驱动器18控制。如在图1中所示，在一个实施例中，控制器42电子地耦合至驱动器18，驱动器18直接地耦合至合成射流器12的安装托架14。在备选的实施例中，控制器42集成至定位成远离合成射流器12的驱动器18。例如，每个柔性膜片38、40可以装备有金属层，并且，金属电极可以安置成与金属层相邻，以便可以经由施加于电极与金属层之间的电偏压而使膜片38、40移动。此外，控制器42可以被配置成通过诸如计算机、逻辑处理器或信号发生器的任何合适的装置而生成电偏压。

在一个实施例中，致动器34、36是可以通过施加引起压力发动装置快速地膨胀和收缩的谐波交变电压而致动的压电运动（压动）装置。在操作的期间，控制器42（联合驱动器18）生成驱动信号，该驱动信号使电荷传输至承受响应于电荷的机械应力和/或应变的压电致动器34、36。压动致动器34、36的应力/应变引起相应的第一板24和第二板26的偏转，以致于获得时间谐波或周期运动。如关于图3和4而详细地描述，作为结果的内室20中的容积改变引起内室20与外部容积32之间的气体或其他流体的互换。

根据本发明的各种实施例，压动致动器34、36可以是单晶片或双晶片装置。在单晶片的实施例中，压动致动器34、36可以耦合至由包括金属、塑料、玻璃或陶瓷的材料形成的板24、26。在双晶片的实施例中，一个或两个压动致动器34、36可以是耦合至由压电材料形成的板24、26的双晶片致动器。在备选的实施例中，双晶片可以包括单个致动器34、36，并且，板24、26是第二致动器。

合成射流器12的构件可以粘附在一起或要不然就使用粘合剂、焊料等来彼此附接。在一个实施例中，采用热固性粘合剂或导电粘合剂来将致动器34、36粘合至第一板24和第二板26，以形成第一复合结构38和第二复合结构40。在导电粘合剂的情况下，粘合剂可以充满诸如银、金等的导电填充物，以便将引线（未示出）附接至合成射流器12。合适的粘合剂可以具有处于100或更小的肖氏A硬度的范围的硬度，并且，作为示例，可以包括硅酮、聚氨酯、热塑性橡胶等，以致于可以获得120度或更大的运行温度。

在本发明的实施例中，致动器34、36可以包括除了压电运动装置之外的装置，诸如液压、气动、磁性、静电以及超声材料。因而，在这样的实施例中，控制系统42被配置成以对应的方式起动相应的致动器34、36。例如，如果使用静电材料，则控制系统42可以被配置成给致动器34、36提供快速交变静电电压，以便使相应的第一板24和第二板26起动并弯曲。

参考图3和4而描述合成射流器12的操作。首先参考图3，将合成射流器12说明为致动器34、36被控制来引起第一板24和第二板26如箭头44所描绘地相对于内室20而向外移动。随着第一板24和第二板26向外弯曲，内室20的内部容积增大，并且，周围流体或气体46如一组箭头48所描绘地冲入内室20中。致动器34、36由控制器42控制，以便在第一板24和第二板26从内室20向外移动时，旋涡已从孔口30的边缘移除，因而不受被卷入内室20中的周围流体46影响。与此同时，由旋涡合成周围流体46的射流，从而创建从远离孔口30的大距离卷入的周围流体46的强夹带。

图4描绘合成射流器12作为致动器34、36而被控制成如箭头50所描绘地使第一板24和第二板26向内弯曲至内室20中。内室20的内部容积减小，并且，流体22作为冷却射流而通过孔口30而沿由一组箭头52指示的方向朝向将被冷却的装置54喷射——其中将被冷却的装置54是例如与温度相关的功率产生装置或与温度相关的功率消耗装置。随着流体22通过孔口30而退出内室20，液流在孔口30的锐边处分开，并且，创建卷成旋涡并开始远离孔口30的边缘而移动的涡流层。

虽然图1-4的合成射流器示出并描述为在其中具有单孔口，但还预想本发明的实施例可以包括多孔口合成射流器致动器。另外，虽然图1-4的合成射流器致动器示出并描述为具有在第一板和第二板的每个上包括的致动器元件，但还预想本发明的实施例可以仅包括位于这些板之一上的单个致动器元件。而且，还预想合成射流器板可能以圆形、矩形或备选地成形的构型提供，而不是如在本文中所说明地以正方形构型提供。

现在参考图5和6，根据本发明的实施例而示出用于对用于给产热电气装置——包括与温度相关的功率产生装置（图5）和与温度相关的功率消耗装置（图6）提供冷却的一个或更多个低功率主动冷却装置的运行进行控制的控制方案的示意图。根据本发明的实施例，控制方案能够实施为对由诸如风扇或鼓风机的许多主动冷却装置的任一个（任意多个）提供的对流冷却进行控制，但在本发明的示范性的实施例中，控制方案对合成射流器（诸如在图1至4中示出的合成射流器12）的运行进行控制。合成射流器的实施——以及经由指定的控制方案而进行的对合成射流器的控制——通过使与温度相关的功率产生装置的功率输出最大化或使由与温度相关的功率消耗装置消耗的功率最小化而允许电气装置的经改进的性能。合成射流器机械地稳健，并且，能够以最低的功率要求运行，从而为电气装置提供增强的冷却和有效的热管理。

首先参考图5，示出针对用于给与温度相关的功率产生装置64提供冷却的一个或更多个合成射流器62的运行的控制方案60。与温度相关的功率产生装置64可以采取许多类型的装置的任一种的形式——包括（但不限于）例如光伏（PV）面板或模块、电池、功率变换器或其他功率电子设备。

如在图5中所示，为了对功率产生装置64进行冷却而提供合成射流器62，合成射流器62安装于功率产生装置64上或定位成与功率产生装置64相邻，以致于从合成射流器62喷射的流体旋涡流动至/流经功率产生装置64上，以便提供对功率产生装置64的对流冷却。虽然仅示出单个合成射流器62，但认识到，能够为了对功率产生装置64进行冷却而提供多个合成射流器。根据本发明的示范性的实施例，合成射流器62像图1-4中所示出的合成射流12那样构造，即作为DCJ，并且，包括两个压电致动器（或其他合适的致动器），这两个压电致动器引起壳体的相对的柔性膜片壁的偏转，以便改变壳体的内室内的容积，以致生成液流并将液流从壳体的孔口射出。然而，认识到，为了对功率产生装置64进行冷却而提供的（多个）合成射流器62可以具有不同的构造，诸如仅具有单个引起射流器壳体的一个壁的偏转的压电致动器。

一个或更多个传感器可操作地连接至功率产生装置64，为了对与装置的运行相关联的运行参数进行测量/监测而提供该传感器。最低限度，由连接至装置64的输出70的电流和/或电压传感器66、68对功率产生装置64的输出功率进行测量/监测。作为一个示例，能够使用分流电阻器或利用磁场的DC电流传感器来制作来自功率产生装置64的DC电流输出。根据本发明的示范性的实施例，在功率转移至合成射流器62之后，记录电压和电流测量，以便对来自装置64的“净系统功率输出”进行测量，该“净系统功率输出”被定义为由装置64生成的DC功率减去由合成射流器62消耗的功率。

功率产生装置64运行且/或可能影响装置的运行的其他运行参数还能够由恰当的传感器测量，这些运行参数通常在72、74、76处指示且/或作为输入参数而提供。这些运行参数将基于由合成射流器62冷却的功率产生装置64的类型和可用的参数/数据的类型而变化，但可能包括（例如）与任何与温度相关的功率产生装置64的运行相关联的更一般化的参数——诸如装置运行的周围温度（由温度传感器72采集）和装置运行温度（由温度传感器74采集）——和/或与特定的装置运行（例如，光伏（PV）模块的运行）相关联的更专门化的参数，诸如太阳辐射照度或风速（如能够被由76指示的通常的“传感器”采集）。另外，如在78处所指示，基于历史数据的冷却计划能够作为输入而提供。

如在图5中进一步示出，控制器80可操作地连接至（多个）合成射流器62以控制其运行。控制器80可以具有许多体系结构的任一种，包括例如单输入单输出（SISO）控制器、比例积分导数（PID）控制器或多输入单输出（MISO）控制器。能够至少部分地基于可用于从诸如传感器66、68、72、74、76的相关联的传感器输入至控制器80的许多可测量的参数而确定控制器80的精确的体系结构。无论具体的体系结构如何，控制器80都用以对供给至合成射流器62的功率进行控制（即，对驱动信号的生成/驱动信号至合成射流器62的传输进行控制），以便变更从射流器62喷射的流体旋涡的量/等级和/或从射流器62排出流体旋涡的频率。认识到，能够采用单个控制器80来对（多个）合成射流器62的运行进行控制，或者，能够采用多个控制器来对多个合成射流器62的运行进行控制。根据本发明的一个实施例，能够通过功率产生装置64所导致的一部分功率输出而给控制器80和（多个）合成射流器62提供电力。备选地，或作为备用电源，可以提供电池82来给控制器82和（多个）合成射流器62提供功率。

在运行时，控制器80实施控制方案60来对由合成射流器62为与温度相关的功率产生装置64提供的冷却量进行控制，以致使与温度相关的功率产生装置64的净系统功率输出最大化，控制器80从相关联的传感器66、68、72、74、76接收输入，以便制定控制方案60。最低限度地，控制器80用来接收如由电流传感器66和/或电压传感器68所测量的来自功率产生装置64的输出功率的测量（减去提供给合成射流器62/控制器80的任何功率）和在生成冷却液流时由合成射流器62消耗的功率的测量。如在图5中所示，功率产生装置64运行且/或可能影响装置的运行的其他可用的运行参数的测量还由控制器80进行/输入至控制器80，诸如由传感器72、74采集的周围温度和装置运行温度。

在功率产生装置64的运行期间，将输入测量馈送至控制器80中，以确定恰当的功率电平，在该功率电平下，使合成射流器62运行，以便使来自功率产生装置64的功率输出最大化。更具体地，控制器80确定恰当的功率电平，在该功率电平下，使合成射流器62运行，以便使净系统功率输出（即，由功率产生装置64生成的功率减去由合成射流器62消耗的功率）最大化。控制器80基于所接收的输入而生成驱动信号来使合成射流器62运行，（多个）合成射流器62于是响应于所生成的驱动信号而在经确定的功率电平下运行，以便给功率产生装置64提供冷却。控制器80具有反馈环——通常在84处指示——以致于能够对来自功率产生装置64的实时的净系统功率输出70进行监测，基于运行状况和净功率输出70，并且，为了使功率产生装置64的净功率输出最大化，对供给至合成射流器62的功率进行调整/控制。因而，例如，由于来自功率产生装置64的输出功率70开始随着升高的运行温度而降低，因而对功率减小进行测量/监测并将功率减小输入至控制器80，控制器80用以（经由经修改的驱动信号而）增大供给至合成射流器62的功率，以便降低运行温度并相应地使功率产生装置64的净功率输出最大化。

合成射流器62、控制器80以及传感器66、68、72、74、76的阵列共同地形成冷却系统86，冷却系统86提供来对与温度相关的功率产生装置64进行冷却，以便使功率产生装置64的净功率输出最大化。冷却系统86经由传感器66、68、72、74、76而采集有关与温度相关的功率产生装置64的运行的数据，将该数据（与其他可能的非传感器相关的输入一起）提供并输入至控制器80，并且，对（多个）合成射流器62的运行进行控制，以给装置64提供受控制的对流冷却，从而使由装置64生成的功率最大化。

现在参考图6，示出针对用于给与温度相关的功率消耗装置92提供冷却的一个或更多个合成射流器62的运行的控制方案90。与温度相关的功率消耗装置92可以采取许多类型的装置的任一种的形式——包括（但不限于）例如半导体装置、集成电路、中央处理单元（CPU）、图形处理单元（GPU）、LED或电信装置。

如在图6中所示，为了对功率消耗装置92进行冷却而提供合成射流器62，合成射流器62安装于功率消耗装置92上或定位成与功率消耗装置92相邻，以致于从合成射流器62喷射的流体旋涡流动至/流经功率消耗装置92上，以便提供对功率消耗装置92的对流冷却。虽然仅示出单个合成射流器62，但认识到，能够为了对功率消耗装置92进行冷却而提供多个合成射流器。根据本发明的示范性的实施例，合成射流器62像图1-4中所示出的合成射流12那样构造，即作为DCJ，并且，包括两个压电致动器（或其他合适的致动器），这两个压电致动器引起壳体的相对的柔性膜片壁的偏转，以便改变壳体的内室内的容积，以致生成液流并将液流从壳体的孔口射出。然而，认识到，为了对功率消耗装置92进行冷却而提供的（多个）合成射流器62可以具有不同的构造，诸如仅具有单个引起射流器壳体的一个壁的偏转的压电致动器。

一个或更多个传感器可操作地连接至功率消耗装置92，该传感器为了对装置92的运行进行测量/监测而提供。最低限度地，（例如从电源94）提供给功率消耗装置92以便满足装置92的功率需求的功率加上提供给用于提供冷却的合成射流器62的功率由连接至装置92的功率输入100的电流传感器96和/或电压传感器98测量/监测。功率消耗装置92运行且/或可能影响装置的运行的其他运行参数还能够由恰当的传感器测量且/或作为通常在102、104、106处指示的输入而提供。这些运行参数将基于由合成射流器62冷却的功率消耗装置92的类型和可用的参数/数据的类型而变更，但能够包括（例如）装置运行的周围温度（由传感器104采集）和装置运行温度（由传感器102采集）或基于历史数据的冷却计划（作为输入106而提供）。

如在图6中进一步示出，控制器80可操作地连接至（多个）合成射流器62以对其运行进行控制。控制器80用以（经由驱动信号的生成和传输而）对供给至射流器62的功率进行控制，以便变更从射流器62喷射的流体旋涡的量/等级和/或从射流器62排出流体旋涡的频率。通过对由合成射流器62为与温度相关的功率消耗装置92提供的对流冷却量进行控制，从而选择性地对功率消耗装置92运行的温度进行控制，以便使由与温度相关的功率消耗装置92消耗的功率最小化。控制器80从相关联的传感器96、98、102、104接收一个或更多个输入（以及其他可能的输入，例如106），以便制定控制方案90。最低限度地，控制器80运行来进行对由装置消耗的总功率的测量——即，“总输入功率”，“总输入功率”被定义为由装置92消耗的DC功率加上由合成射流器62消耗的功率。功率消耗装置92运行且/或可能影响装置92的运行的其他可用的运行参数的测量还由控制器80进行/输入至控制器80，诸如如在图6中所示出的周围温度104和装置运行温度102。

在功率消耗装置92的运行期间，将运行参数的输入测量馈送至控制器80中，以确定恰当的功率电平，在该功率电平下，使（多个）合成射流器62运行，以便使总系统功率（即，由功率消耗装置92消耗的功率加上由合成射流器62消耗的功率）最小化，（多个）合成射流器62于是在经确定的功率电平下运行，以便给功率消耗装置92提供冷却。控制器80具有反馈环——通常在108处指示——以致于能够对提供给功率消耗装置92和（多个）合成射流器62的实时功率进行监测，以便满足对功率消耗装置92和（多个）合成射流器62的功率要求，基于运行状况和所消耗的功率，并且，为了使由功率消耗装置92消耗的功率最小化，对供给至合成射流器62的功率进行调整/控制。因而，例如，由于由功率消耗装置92消耗的功率开始随着升高的运行温度而增大，因而对所消耗的功率的增大进行测量/监测并将所消耗的功率的增大输入至控制器80，控制器80用以增大供给至合成射流器62的功率，以便降低运行温度，以便使功率消耗最小化并使功率消耗装置92的效率最大化。

合成射流器62、控制器80以及传感器96、98、102、104的阵列共同地形成冷却系统110，冷却系统110提供来对与温度相关的功率消耗装置92进行冷却，以便使功率消耗装置92导致的总功率消耗最小化。冷却系统110经由传感器96、98、102、104而采集有关与温度相关的功率消耗装置92的运行的数据，将该数据（与其他可能的非传感器相关的输入一起）提供并输入至控制器80，并且，对（多个）合成射流器62的运行进行控制，以给装置92提供受控制的对流冷却，从而使由功率消耗最小化。

受益地，本发明的实施例因而提供冷却系统和针对该冷却系统的运行的控制方案，该控制方案给与温度相关的功率产生电气装置和/或与温度相关的功率消耗电气装置提供增强的对流冷却。经由控制方案而使冷却系统运行，以选择性地变更在改变与温度相关的功率产生/功率消耗电气装置的运行状况的期间由冷却系统提供的对流冷却量，以便使功率产生电气装置的功率输出最大化或使功率消耗电气装置的功率消耗最小化。这不仅对改进的性能有意义，而且还对减少的热降解和改进的可靠性有意义。冷却系统中的合成射流器以有效的方式提供对流冷却，冷却系统消耗少量功率并防故障，以便提供便宜且可靠的冷却。

对所公开的方法和仪器的技术贡献是提供用于使与温度相关的功率产生电气装置的净系统功率输出最大化且/或用于使与温度相关的功率消耗电气装置的总系统功率消耗最小化的控制器实现的技术。

因此，根据本发明的一个实施例，冷却系统包括：低功率主动冷却装置；以及控制器，电气地耦合至主动冷却装置，控制器配置成生成驱动信号并将该驱动信号传输至主动冷却装置，以选择性地起动主动冷却装置。冷却系统还包括多个传感器，该传感器配置成测量主动冷却装置的功率消耗并测量与被主动冷却装置冷却的产热电气装置的运行相关联的一个或更多个运行参数，产热电气装置包括与温度相关的功率产生装置和与温度相关的功率消耗装置之一。冷却系统的控制器配置成从主动冷却装置的功率消耗和一个或更多个所测量的运行参数的多个传感器接收输入，该输入包括产热电气装置是功率产生装置的情况下的装置输出功率或产热电气装置是功率消耗装置的情况下的装置输入功率。冷却系统的控制器还配置成基于主动冷却装置的功率消耗和所测量的运行参数的所接收的输入而生成驱动信号并将该驱动信号传输至主动冷却装置，以便使主动冷却装置选择性地对产热电气装置进行冷却。在生成驱动信号并将驱动信号传输至主动冷却装置时，控制器对由主动冷却装置提供的对流冷却量进行控制，以便在装置是功率产生装置的情况下使净系统功率输出最大化或在装置是功率消耗装置的情况下使总系统功率输入最小化，净系统功率输出的最大化包括使通过由功率产生装置生成的功率减去由主动冷却装置消耗的功率而定义的净功率最大化，并且，总系统功率输入的最小化包括使通过由功率消耗装置消耗的功率加上由主动冷却装置消耗的功率而定义的总功率最小化。

根据本发明的另一个实施例，对与温度相关的功率产生装置进行冷却的方法包括提供配置成生成为功率产生装置提供对流冷却的冷却流体流的主动冷却装置，功率产生装置包括与温度相关的功率产生装置，其中，从该与温度相关的功率产生装置生成的功率级部分地取决于装置的运行温度。该方法还包括可操作地将控制器连接至主动冷却装置，控制器配置成对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制，以便选择性地为装置提供对流冷却；以及给控制器提供由功率产生装置生成的输出功率的电流测量和电压测量的至少一个，输出功率的电流测量和电压测量的至少一个由一个或更多个传感器测量。该方法还包括：给控制器提供在对功率产生装置进行冷却时由主动冷却装置消耗的功率的测量；以及基于给主动冷却装置提供的功率的测量并基于给控制器提供的电流测量和电压测量的至少一个而经由控制器来对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制。在对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制时，控制器对由主动冷却装置提供的对流冷却量进行控制，以便使功率产生装置在使净系统功率最大化的温度下运行，净系统功率被定义为由功率产生装置生成的功率减去由主动冷却装置消耗的功率。

根据本发明的再一个实施例，对与温度相关的功率消耗装置进行冷却的方法包括提供配置成生成为功率消耗装置提供对流冷却的冷却流体流的低功率主动冷却装置，功率消耗装置包括与温度相关的功率消耗装置，其中，被该与温度相关的功率消耗装置消耗的功率级部分地取决于装置的运行温度。该方法还包括：可操作地将控制器连接至主动冷却装置，控制器配置成对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制，以便对冷却射流的生成进行控制，以致选择性地为装置提供对流冷却；以及给控制器提供响应于功率消耗装置的功率需求从而提供给功率消耗装置的输入功率的电流测量和电压测量的至少一个，输入功率的电流测量和电压测量的至少一个由一个或更多个传感器测量。该方法还包括：给控制器提供在对功率消耗装置进行冷却时由主动冷却装置消耗的功率的测量；以及基于提供给主动冷却装置的功率的测量并基于提供给控制器的电流测量和电压测量的至少一个而经由控制器来对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制。在对提供给主动冷却装置的功率的供给进行控制时，控制器对由主动冷却装置提供的对流冷却量进行控制，以便使功率消耗装置在使总系统功率最小化的温度下运行，总系统功率定义为由功率消耗装置消耗的功率加上由主动冷却装置消耗的功率。

本书面描述使用示例来公开本发明，包括最佳模式，并且，还允许任何本领域技术人员实践本发明，包括制作并使用任何装置或系统和执行任何合并的方法。本发明的可取得专利权的范围由权利要求定义，并且，可以包括本领域技术人员所想到的其他示例。这样的其他示例旨在处于权利要求的范围内，只要它们具有并非不同于权利要求的文字语言的结构元件，或者只要它们包括与权利要求的文字语言无实质差异的等效的结构元件。