分配された合成ジェットアクチュエータを使用する熱管理のためのシステムおよび方法
【課題】熱管理のための好適なデバイスを提供すること。
【解決手段】１つの実施形態は、合成ジェットアクチュエータ６０および管６１を備える。合成ジェットアクチュエータは、必須ではないが、代表的に、ハウジング４７を備え、このハウジングは、内部チャンバを規定し、そしてハウジングの壁４４のオリフィス４６を有する。合成ジェットアクチュエータはまた、代表的に、ハウジングの一部分を形成する、可撓性のダイアフラム４２を備える。この例示的な実施形態の管は、代表的に、近位端６４および遠位端６５を備え、この近位端は、合成ジェットアクチュエータに隣接して位置決めされる。この実施形態において、合成ジェットアクチュエータの作動は、管の遠位端にて、合成ジェットストリーム５２を形成させる。
【解決手段】１つの実施形態は、合成ジェットアクチュエータ６０および管６１を備える。合成ジェットアクチュエータは、必須ではないが、代表的に、ハウジング４７を備え、このハウジングは、内部チャンバを規定し、そしてハウジングの壁４４のオリフィス４６を有する。合成ジェットアクチュエータはまた、代表的に、ハウジングの一部分を形成する、可撓性のダイアフラム４２を備える。この例示的な実施形態の管は、代表的に、近位端６４および遠位端６５を備え、この近位端は、合成ジェットアクチュエータに隣接して位置決めされる。この実施形態において、合成ジェットアクチュエータの作動は、管の遠位端にて、合成ジェットストリーム５２を形成させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に、熱管理技術に関し、そしてより具体的には、分配された合成ジェットアクチュエータを使用して、熱を発生する物体または成分を冷却するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
熱を精製する物体を冷却することは、多くの異なる技術における関心事である。特に、マイクロプロセッサにおいて、削減される熱予算に付随する、熱消散レベルの上昇は、従来の熱管理技術より優れた、新たな冷却の解決策に対する必要性を生じている。さらに、有効な熱管理ストラテジーが、小さい携帯型デバイス（例えば、可搬型デジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、可搬型ＣＤプレイヤー、および類似の消費者製品）において使用されることが、次第に要求を増している。実際に、熱管理は、従来技術の集積回路の、単一チップモジュールおよび多チップモジュールにおける設計およびパッケージにおける、主要な挑戦である。
【０００３】
伝統的に、大型のマイクロ電子デバイスを冷却することの必要性は、強制的に対流する空気による冷却技術を使用することによって、満たされてきた。強制的な対流は、熱だめありまたはなしのいずれかで、実施され得、そして従来、全体的な冷却または局部的な冷却のいずれかを提供するために、ファンが使用されている。
【０００４】
ファンは、充分な体積の流量を供給し得るが、ファンを使用することに対するいくつかの固有の欠点が存在する。ファンは、所定の体積流量について除去される熱の観点で、比較的非効率である。さらに、不加熱された環境を全体的にかまたは局部的に冷却するためのファンの使用は、しばしば、電磁的干渉、および磁気ベースのファンのモータによって発生される騒音を生じる。ファンの使用はまた、加熱された物体またはマイクロ電子構成要素を冷却する際の任意の成功を得るために、比較的多数の可動部品を必要とする。この理由または他の理由により、ファンは、長期間の信頼性によって妨害され得る。
【０００５】
移動の適用は、空間の制限のさらなる複雑さを導入し、これは、ファンを用いて達成することが困難であり得、同時に、増加した熱管理要求は、より大きいファンが、より高い流量を駆動することを必須にしている。電力消散の要件は、いくつかの例において、熱だめに直接ファンを配置することを必須にしているので、流れと構造体との相互作用に起因する、付随する騒音レベルは、さらなる問題になっている。
【０００６】
いくつかの例において、可搬型デジタルアシスタント（「ＰＤＡ」）、携帯電話などのような携帯装置などにおいて、熱管理に対する必要性は、生成された熱を、熱拡散器の使用を帰して、携帯装置の外側セルへと拡散させるストラテジーを使用することによって、満たされている。その結果、発生した熱は、自然対流を介して、このデバイスの外側セル（すなわち、殻）を通して、消散される。
【０００７】
これらのアプローチは、通常であるが、これらは、さらに多くの熱を生じる新製品が開発されるにつれて悪化されるという、特定の欠点を与える。熱を拡散させるストラテジーの困難は、単に、これがしばしば、充分な量の熱を除去する際に効果的ではないということである。さらに、消散される熱は、携帯デバイスのケーシングの温度の上昇を生じ得、これは、消費者の使用の人間工学的観点から、望ましくない。
【０００８】
以前の冷却技術の制限のいくつかを改善する努力において、熱管理における合成ジェットアクチュエータまたは「正味の質量フラックスが０の」ジェットアクチュエータの使用が、使用されている。例えば、米国特許第６，１２３，１４５号は、冷却において使用するための、合成ジェットアクチュエータの使用を議論する。米国特許第６，１２３，１４５号は、その全体が、本明細書中に完全に記載されているかのように、本明細書中に参考として援用される。従来のジェットとは異なり、合成ジェットアクチュエータは、そのシステムに質量が加えられることを必要とせず、従って、加熱された表面にわたって空気流を効率的に方向付ける、コンパクトな様式を提供する。ジェットストリームは、周囲の流体から全体的に生成されるので、これらのストリームは、複雑な配管を必要とせずに、好都合に統合され得る。
【０００９】
合成ジェットアクチュエータを用いる熱管理技術の開発のさらなる例として、ＧｌｅｚｅｒおよびＭａｈａｌｉｎｇａｍは、チャネル冷却のための装置およびデバイスを開発した。この装置および方法は、米国特許第６，５８８，４９７号に記載されており、この米国特許は、その全体が、本明細書中に完全に記載されているかのように、本明細書中に参考として援用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記米国特許に記載されている技術は、産業における制限のいくつかを解決するが、上述の技術さえも改良することに対する必要性が、なお増加している。例えば、より効果的であるか、効率的であるか、またはコンパクトな合成ジェットアクチュエータに対する必要性が、存在する。より小型の冷却デバイスを有することが望ましい。他方で、冷却フローを、加熱された環境の遠くまで及ぶ部品まで分配することもまた、必要とされている。
【００１１】
従って、上述の欠点および不十分さに取り組むという、現在まで取り組まれていない必要性が、産業において存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の要旨）
本発明の実施形態は、種々の環境における熱管理のためのデバイスを提供する。より具体的には、本発明の実施形態は、分配される冷却装置において、合成ジェットアクチュエータの使用によって、領域またはデバイスを冷却するためのデバイスを包含する。
【００１３】
手短に記載すれば、構成において、このデバイスの１つの実施形態は、とりわけ、合成ジェットアクチュエータおよびチャネルを備える、熱管理のためのデバイスとして実施され得る。この例示的な実施形態のチャネルは、代表的に、近位端および遠位端を備え、この近位端は、合成ジェットアクチュエータに隣接して位置決めされる。この合成ジェットアクチュエータの作動は、好ましくは、このチャネルの遠位端において、合成ジェットストリームを形成させる。もちろん、この合成ジェットストリームは、このチャネルの近位端においてもまた形成され得る。
【００１４】
この例示的な実施形態または他の例示的な実施形態の合成ジェットアクチュエータは、必須ではないが、ハウジングを備え得、このハウジングは、内部チャネルを規定し、そしてこのハウジングの壁における少なくとも１つのオリフィスを有する。この実施形態の合成ジェットアクチュエータはまた、好ましくは、この内部チャンバに体積を変化させるためのデバイスを備え、ここで、この体積変化デバイスは、好ましくは、このハウジングに隣接して位置決めされる。いくつかの実施形態において、この体積を変化させるためのデバイスは、合成ジェットアクチュエータのハウジングの一部分を、実際に構成し得る。例えば、いくつかの例示的な実施形態の体積変化デバイスは、合成ジェットアクチュエータのハウジングの一部分を形成する、可撓性ダイアフラムを備える。
【００１５】
いくつかの例示的な実施形態において、このチャネルは、合成ジェットアクチュエータのハウジングの壁の外側表面に接続された、１つ以上の管から構成される。これらの例示的な実施形態において、この管は、代表的に、合成ジェットアクチュエータのオリフィスの少なくとも一部分を囲む。
【００１６】
本発明の他のシステム、方法、特徴、および利点は、当業者に明らかであるか、または以下の図面および詳細な説明の調査の際に、当業者に明らかになる。このような全てのさらなるシステム、方法、特徴、および利点は、本開示の範囲内に含まれ、本発明の範囲内に含まれ、そして添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【００１７】
本発明の多くの局面は、以下の図面を参照して、よりよく理解され得る。図面における構成要素は、必ずしも同一縮尺ではなく、本発明の原理を明白に説明する際に、強調がなされる。さらに、図面において、類似の参照番号は、いくつかの図にわたって、対応する部品を表す。
（項目１）
熱管理のためのデバイスであって、以下：
ハウジングであって、内部チャンバを規定し、そして該ハウジングの壁にオリフィスを有する、ハウジング；
該ハウジングに隣接する体積変化デバイスであって、該体積変化デバイスは、該内部チャンバの体積を変更するためのものである、体積変化デバイス；および
該ハウジングの壁の外側表面に接続された管であって、該管は、該オリフィスの少なくとも一部分を囲んでいる、管、
を備える、デバイス。
（項目２）
前記体積変化デバイスの作動を制御するための制御システムをさらに備え、該体積変化デバイスの該作動が、気体を、前記管の内部から該チャンバへと引き出し、そして気体を、該チャンバから強制的に出して該管の内部へと入れる、項目１に記載のデバイス。
（項目３）
前記体積変化デバイスが、前記ハウジングの一部分を形成している可撓性ダイアフラムを備える、項目１に記載のデバイス。
（項目４）
前記体積変化デバイスが、前記可撓性ダイアフラムに接着された圧電アクチュエータをさらに備える、項目３に記載のデバイス。
（項目５）
前記可撓性ダイアフラムが、エラストマー材料を含む、項目４に記載のデバイス。
（項目６）
前記可撓性ダイアフラムが、ポリマー材料を含む、項目４に記載のデバイス。
（項目７）
前記管が、取り付け端部および開口端部を備え、該取り付け端具は、前記ハウジングに接続されており、そして前記体積変化デバイスの作動が、該管の該開口端部において、合成ジェットストリームを発生させる、項目１に記載のデバイス。
（項目８）
前記管が、前記合成ジェットストリームを、前記ハウジングから離れた位置で発生させる、項目７に記載のデバイス。
（項目９）
前記管が、前記体積変化デバイスの作動に起因して、ヘルムホルツ型共鳴が該管の内部で生じるような大きさにされている、項目７に記載のデバイス。
（項目１０）
フィンを有する熱だめをさらに備え、前記管の前記開口端部が、該熱だめに隣接して位置決めされ、その結果、前記合成ジェットストリームが、隣接する該フィンの間を通過する、項目７に記載のデバイス。
（項目１１）
ファンをさらに備え、該ファンは、前記熱だめの一端に位置決めされ、その結果、前記合成ジェットストリームは、前記フィンの圧力低下に起因する流れの迂回を減少させることによって、該ファンを補助する、項目１０に記載のデバイス。
（項目１２）
前記内部チャンバが、以下：
第一のサブチャンバ；
該第一のサブチャンバに隣接する第二のサブチャンバ；および
該第二のサブチャンバに隣接する第三のサブチャンバ、
を備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１３）
前記第一のサブチャンバおよび前記第二のサブチャンバが、第一の共通の壁から形成され、該第一の共通の壁が、前記ハウジングの前記内部チャンバ内に収容され、そして該第一の共通の壁は、第一の可撓性ダイアフラムを備える、項目１２に記載のデバイス。
（項目１４）
前記第二のサブチャンバおよび前記第三のサブチャンバが、第二の共通の壁から形成され、該第二の共通の壁は、前記ハウジングの前記内部チャンバ内に収容され、そして該第二の共通の壁は、第二の可撓性ダイアフラムを備える、項目１３に記載のデバイス。
（項目１５）
前記オリフィスが、前記サブチャンバの各々において、少なくとも１つの開口部を備える、項目１４に記載のデバイス。
（項目１６）
前記管が、前記少なくとも１つの開口部の各々に隣接するパイプを備え、該各パイプが、該各開口部の少なくとも一部分を囲んでいる、項目１５に記載のデバイス。
（項目１７）
さらに、以下：
前記第一の可撓性ダイアフラムに取り付けられた、第一の圧電素子；および
前記第二の可撓性ダイアフラムに取り付けられた、第二の圧電素子、
を備える、項目１６に記載のデバイス。
（項目１８）
前記第一の可撓性ダイアフラムおよび第二の可撓性ダイアフラムが、エラストマー材料を含む、項目１７に記載のデバイス。
（項目１９）
前記第一の可撓性ダイアフラムおよび第二の可撓性ダイアフラムが、ポリマー材料を含む、項目１７に記載のデバイス。
（項目２０）
冷却するためのデバイスであって、以下：
合成ジェットアクチュエータ；ならびに
近位端および遠位端を有するチャネルであって、該近位端は、該合成ジェットアクチュエータに隣接しており、該合成ジェットアクチュエータは、合成ジェットストリームを形成させる、チャネル、
を備える、デバイス。
（項目２１）
前記合成ジェットストリームが、前記チャネルの前記遠位端において形成される、項目２０に記載のデバイス。
（項目２２）
前記合成ジェットストリームが、前記チャネルの近位端において形成される、項目２０に記載のデバイス。
（項目２３）
前記合成ジェットアクチュエータの作動を制御するための制御システムをさらに備える、項目２０に記載のデバイス。
（項目２４）
前記合成ジェットアクチュエータが、以下：
ハウジングであって、内部チャンバを規定し、そして該ハウジングの壁にオリフィスを有する、ハウジング；
該ハウジングに隣接する、体積変化手段、
を備える、項目２０に記載のデバイス。
（項目２５）
前記体積変化手段が、前記ハウジングの一部分を形成する可撓性ダイアフラムを備える、項目２４に記載のデバイス。
（項目２６）
前記体積変化手段が、前記可撓性ダイアフラムに接着された圧電アクチュエータをさらに備える、項目２５に記載のデバイス。
（項目２７）
前記可撓性ダイアフラムが、エラストマー材料を含む、項目２６に記載のデバイス。
（項目２８）
前記可撓性ダイアフラムが、ポリマー材料を含む、項目２６に記載のデバイス。
（項目２９）
前記チャネルが、前記体積変化手段の作動に起因して、ヘルムホルツ型共鳴が、前記チャネルの内部において生じるような大きさにされている、項目２６に記載のデバイス。
（項目３０）
前記チャネルが、管を備える、項目２９に記載のデバイス。
（項目３１）
フィンを有する熱だめをさらに備え、前記チャネルの遠位端は、該熱だめに隣接して位置決めされており、その結果、前記合成ジェットストリームが、隣接する該フィンの間を通過する、項目２９に記載のデバイス。
（項目３２）
ファンをさらに備え、該ファンは、前記熱だめの一端に位置決めされ、その結果、前記合成ジェットストリームが、前記フィンの圧力低下に起因する流れの迂回を減少させることによって、該ファンを補助する、項目３１に記載のデバイス。
（項目３３）
前記チャネルが、熱だめの一部分を構成する、項目２０に記載のデバイス。
（項目３４）
前記合成ジェットアクチュエータが、第一の合成ジェットアクチュエータを備え、前記デバイスが、さらに、以下：
該第一の合成ジェットアクチュエータに隣接する、第二の合成ジェットアクチュエータ；
該第二の合成ジェットアクチュエータに隣接する、第三の合成ジェットアクチュエータ、
を備える、項目２０に記載のデバイス。
（項目３５）
前記合成ジェットアクチュエータが、共通のハウジングによって形成されており、そして前記第一の合成ジェットアクチュエータおよび前記第二の合成ジェットアクチュエータが、第一の共通の壁から形成されており、そして該第二の合成ジェットアクチュエータおよび前記第産の合成ジェットアクチュエータが、第二の共通の壁から形成されている、項目３４に記載のデバイス。
（項目３６）
前記チャネルが、第一の管を備え、前記デバイスが、以下：
近位端および遠位端を有する第二の管であって、該近位端は、前記第二の合成ジェットアクチュエータに隣接している、第二の管；ならびに
近位端および遠位端を有する第三の管であって、該近位端が、前記第三の合成ジェットアクチュエータに隣接している、第三の管、
をさらに備える、項目３５に記載のデバイス。
（項目３７）
前記第一の共通の壁が、第一の可撓性ダイアフラムを備え、そして前記第二の共通の壁が、第二の可撓性のダイアフラムを備える、項目３６に記載のデバイス。
（項目３８）
さらに、以下：
前記第一の可撓性ダイアフラムに取り付けられた、第一の圧電素子；および
前記第二の可撓性ダイアフラムに取り付けられた、第二の圧電素子、
を備える、項目３７に記載のデバイス。
（項目３９）
前記第一の可撓性ダイアフラムおよび第二の可撓性ダイアフラムが、エラストマー材料を含む、項目３８に記載のデバイス。
（項目４０）
前記第一の可撓性ダイアフラムおよび第二の可撓性ダイアフラムが、ポリマー材料を含む、項目３８に記載のデバイス。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】図１Ａは、制御システムを備える、正味の質量フラックスが０である合成ジェットアクチュエータの第一の実施形態の概略断面側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、制御システムがダイアフラムを内向きに、オリフィスの方へと移動させている場合のジェットを図示する、図１Ａの合成ジェットアクチュエータの概略断面側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、制御システムがダイアフラムを外向きに、オリフィスから離して移動させている場合のジェットを図示する、図１Ａの合成ジェットアクチュエータの概略断面側面図である。
【図２】図２は、合成ジェットアクチュエータの第二の例示的な実施形態の断面側面図である。
【図３】図３は、図２の合成ジェットアクチュエータの第二の例示的な実施形態の底面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、分配された冷却装置の断面側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、加熱された環境の異なる領域へと流体フローを方向付けるための、分配された冷却装置の断面上面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、管が周囲から流体を引き抜いている場合の、図４Ａの分配された冷却装置において使用される管の断面側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、管が流体の合成ジェットストリームをこの管の出口において発生させている場合の、図４Ａの分配された冷却装置において使用される管の断面側面図である。
【図６】図６は、複数のアクチュエータが分配された冷却装置の三次元図である。
【図７】図７は、複数のアクチュエータが分配された冷却装置の「プレナム」のうちの１つに焦点を当てた、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の断面側面図である。
【図８】図８は、複数のアクチュエータが分配された冷却装置の「プレナム」のうちの１つに焦点を当てた、図６のこの装置の断面側面図であり、ここで、これらのアクチュエータは、この「プレナム」内に設置されている。
【図９】図９は、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の三次元切り取り図である。
【図１０】図１０は、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の切り取り概略背面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、冷却システムに実装された、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、冷却システムに実装された、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の正面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、先行技術の冷却システムの側面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置が冷却システムにおいて実装されている、図１２Ａの冷却システムの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
（Ｉ．合成ジェットアクチュエータ）
（Ａ．代表的な合成ジェットアクチュエータの基本的な設計）
図１Ａは、内部チャンバ１４を規定し、そして囲んでいるハウジング１１を備える、合成ジェットアクチュエータ１０の一例を図示する。ハウジング１１およびチャンバ１４は、事実上任意の幾何学的構成を採り得るが、議論および理解の目的で、ハウジング１１は、図１Ａの断面において、剛性の側壁１２、剛性の前壁１３、および後方ダイアフラム１８を有するように示され、この後方ダイアフラムは、チャンバ１４に対して、ダイアフラム１８の内向きおよび外向きの動きを可能にする程度まで、可撓性である。前壁１３は、任意の幾何学的形状のオリフィス１６を有する。このオリフィスは、後方ダイアフラム１８の正反対にあり、そして内部チャンバ１４を、周囲流体３９を有する外部環境に接続する。
【００２０】
可撓性ダイアフラム１８は、任意の適切な制御システム２４によって、移動するように制御され得る。例えば、ダイアフラム１８は、金属層を備え得、そして金属電極が、この金属層に隣接して、しかし間隔を空けて配置され得、その結果、ダイアフラム１８は、この電極と金属層との間に付与される電気付勢によって、移動され得る。さらに、電気付勢の発生は、任意の適切なデバイス（例えば、コンピュータ、論理処理装置、または信号発生器であるが、これらに限定されない）によって制御され得る。制御システム２４は、ダイアフラム１８を周期的に移動させ得るか、または時間調和的運動で調節し得、そして流体を強制的にオリフィス１６から出入りさせ得る。
【００２１】
例示的な合成ジェットアクチュエータ１０の作動が、ここで、図１Ｂおよび図１Ｃを参照して記載される。図１Ｂは、ダイアフラム１８が、矢印２６によって図示されるように、チャンバ１４内へと内向きに移動するように制御されている場合の、合成ジェットアクチュエータ１０を図示する。チャンバ１４は、その体積が減少しており、そして流体が、オリフィス１６を通して排出される。この流体が、オリフィス１６を通ってチャンバ１４から出るにつれて、その流れは、鋭利なオリフィスの縁部３０において分離し、そしてボルテックスシート３２を生じ、これは、渦を巻いてボルテックス３４になり、そして矢印３６によって図示されるように、オリフィスの縁部３０から離れて移動し始める。
【００２２】
図１Ｃは、ダイアフラム１８が、矢印３８によって図示されるように、チャンバ１４に対して外向きに移動するように制御されている場合の、合成ジェットアクチュエータ１０を図示する。チャンバ１４は、その体積が増加しており、そして周囲流体３９は、矢印４０によって図示されるように、チャンバ１４内に急送される。ダイアフラム１８は、制御システム２４によって、ダイアフラム１８がチャンバ１４から離れて移動する場合に、ボルテックス３４がすでにオリフィスの縁部３０から除かれており、従って、チャンバ１４内に引き込まれる周囲流体３９によって影響を受けないように、制御される。その間に、周囲流体のジェット３９が、ボルテックス３４によって合成され、周囲流体の強い巻き込みを生じ、オリフィス１６から大きく離れた距離から引き込まれる。
【００２３】
（Ｂ．ハイブリッド圧電アクチュエータを有する合成ジェットアクチュエータ）
上で説明されたように、第一の例示的な実施形態の合成ジェットアクチュエータ１０のダイアフラム１８は、特定の励起周波数において駆動される、金属層および金属電極からなる、電気作動を備える。この電気刺激は、合成ジェットアクチュエータ１０のダイアフラム１８を振動させ、これによって、合成ジェットアクチュエータ１０のチャンバ１４の内部体積を改変する。
【００２４】
あるいは、図２に図示されるように、合成ジェットアクチュエータ４０は、チャンバ４５を規定するハウジング４７を備え得る。このチャンバの体積は、可撓性ダイアフラム４２を、圧電アクチュエータ４１によるダイアフラム４２の励起に起因する、時間調和運動で移動させることによって、変化され得る。図２は、ハウジング４７を有する合成ジェットアクチュエータ４０の切り取り側面図であり、このハウジングは、比較的剛性の円形頂壁４３、比較的剛性の円筒形の側壁４４、およびアクチュエータ４０の底壁を形成する可撓性ダイアフラム４２によって規定される。この図に図示されるように、この側壁は、頂壁４３をダイアフラム４２に接続する。好ましくは、側壁４４および頂壁４３は、剛性材料（例えば、プラスチック）の単一の片から製造される。もちろん、壁４３、４４を、金属材料、または他の適切に剛性の材料から構築することもまた、可能である。さらに、合成ジェットアクチュエータ４０を形成する材料は、必ずしも剛性である必要はない。その材料は、いくらかの可撓性を有し得る。当業者は、合成ジェットアクチュエータ４０のために適切な材料を、特定の実施に基づいて容易に理解する。
【００２５】
上述のように、頂壁４３、可撓性ダイアフラム４２、および側壁４４は、合成ジェットアクチュエータ４０のハウジング４７を規定し、そして体積を有するチャンバ４５を規定する。この実施形態４０のハウジング４７は、円筒形要素の形状を備える。この構成は、必須ではなく、そして特定構成が、合成ジェットアクチュエータ４０がほとんど任意の全体的形状を採り得る点を十分に理解させる目的で、選択されている。
【００２６】
合成ジェットアクチュエータ４０のこの実施形態において、オリフィス４６は、側壁４４の一部分に形成される。オリフィス４６は、チャンバ４５を、周囲流体４８に流体接続する。オリフィス４６の特定の大きさおよび形状は、本発明の例示的な実施形態４０に対して、重要ではない。例として、オリフィス４６は、円形の開口部の形状であり得るか、または側壁４４における水平なスロットもしくは垂直なスロットであり得る。
【００２７】
図３は、合成ジェットアクチュエータ４０の第二の例示的な実施形態の平面図であり、より具体的には、圧電アクチュエータ４１および可撓性ダイアフラム４２を図示する。換言すれば、図３は、アクチュエータ４０の下側、すなわち「底」からの、合成ジェットアクチュエータ４０の図と考えられ得る。この図から見られ得るように、ダイアフラム４２は、側壁４４に取り付けられる。好ましくは、側壁４４へのダイアフラム４２の取り付けは、ダイアフラム４２および側壁４４を構築するために使用される材料のために適切な接着剤によって、達成される。あるいは、ダイアフラム４２は、別の取り付け機構または取り付けデバイスによって、側壁４４に取り付けられ得る。取り付けの方法は、本発明の例示的な実施形態４０に対して重要ではない。しかし、選択される接着方法は、側壁４４とダイアフラム４２との間の密封を生じることが好ましい。
【００２８】
ダイアフラム４２は、好ましくは、エラストマー材料またはポリマー材料から構築される。エラストマーまたはポリマーのダイアフラム４２は、本発明の実施形態４０において必須ではない；しかし、これらの材料から構築されるダイアフラムが好ましい。従来、圧電アクチュエータは、圧電ディスクと結合された、金属ダイアフラムから構成される。しかし、特定の実施において、ポリマー（プラスチックなど）またはエラストマー（ゴムなど）の材料を、圧電アクチュエータのダイアフラムのために使用することが、有利であり得る。あるいは、ポリマーまたはエラストマーのダイアフラムは、金属ダイアフラムと組み合わせて使用されて、ハイブリッドダイアフラムを作製し得る。
【００２９】
エラストマーまたはポリマーは、多数の特別な材料（例えば、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、および／またはポリウレタン）から構築され得る。本発明の実施形態４０について、エラストマーまたはポリマーの材料から構築されるダイアフラム４２が、永続的に変形せずに、伸長し、そしてそのもとの形状に跳ね戻る能力に起因して、選択される。
【００３０】
このような改変されたアクチュエータの構築について、少なくとも２つの利点が存在する。第一に、エラストマーまたはポリマーのダイアフラムの使用は、一般に、アクチュエータの自然な共鳴周波数を低下させ、低い周波数（例えば、２００Ｈｚ未満）での好ましい使用を可能にする。このことは、このアクチュエータの作動を、比較的静かにする。第二に、このような構築は、一般に、金属ダイアフラムと比較される場合に、優れた信頼性を有する。金属ダイアフラムは、圧電材料、およびこの圧電材料を金属に代表的に取り付ける接着剤において、より大きい応力を生じる傾向がある。
【００３１】
上述のように、圧電アクチュエータ４１は、エラストマーまたはポリマーのダイアフラム４２に取り付けられる。圧電アクチュエータ４１は、好ましくは、適切な接着剤によって、ダイアフラム４２に設置される。圧電アクチュエータ４１は、電気配線４９によって、電力を供給される。電気配線４９は、圧電アクチュエータ４１に電力を供給するのみでなく、アクチュエータ４１の作動もまた制御する。具体的には、配線４９は、圧電アクチュエータを、電源および制御システム５０に接続する。このシステムは、合成ジェットアクチュエータ４０のハウジング４７とは別個である。もちろん、特定の実施形態において、電源および制御システム５０は、合成ジェットアクチュエータ４０のハウジング４７に設置され得るか、またはこのハウジングの内部にさえ、設置され得る。
【００３２】
電源および制御方法ステムは、圧電アクチュエータ４１を振動させる。圧電アクチュエータ４１の振動は、ダイアフラム４２を、時間調和運動で振動させる。圧電アクチュエータ４１は、好ましくは、ダイアフラム４２の共鳴周波数で振動させられる。もちろん、ダイアフラムの振動の規模および周波数は、圧電素子を異なる周波数で作動させることによって、制御され得る。当業者は、ダイアフラム４２の振動の所望の周波数および振幅を得る目的で、圧電アクチュエータ４１の振動を容易に調節し得る。
【００３３】
第一の例示的な実施形態１０に関して上に記載されたように、第二の例示的な実施形態４０におけるダイアフラム４２の振動は、流体の合成ジェットストリーム５１を、アクチュエータ４０のオリフィス４６において形成させる。ダイアフラム４２が、チャンバ４５に対して内向きに移動するにつれて、チャンバ４５は、その体積を減少させ、そして流体が、オリフィス４６を通って排出される。この流体が、オリフィス４６を通ってチャンバ４５から出るにつれて、この流れは、オリフィスの縁部において分離し、そしてボルテックスシートを生じ、これらは、渦を巻いて、ボルテックスになり、そしてオリフィス４６から離れるように移動する。これらのボルテックスは、周囲の流体４８を巻き込み、そしてこの流体を使用して、合成ジェットストリーム５２を形成する。
【００３４】
第一の例示的な合成ジェットアクチュエータ１０の作動と同様に、ダイアフラム４２がチャンバ４５に対して外向きに移動される場合、チャンバ４５は、その体積を増加させる。この体積の増加は、オリフィス４６において、圧力勾配を形成させ、そして周囲流体４８は、チャンバ４５に急送される。次いで、ダイアフラム４２がチャンバ４５内に戻って振動するにつれて、チャンバ４５内の流体が排出され、上記のように、合成ジェットストリーム５２を形成する。
【００３５】
（ＩＩＩ．分配された冷却装置）
（Ａ．第一の実施例：単一アクチュエータのデバイス）
上記合成ジェットアクチュエータ１０、４０は、多数の異なる実施形態で使用され得る。しかし、合成ジェットアクチュエータ１０、４０の１つの特定の適合は、分配された冷却適用と称され得るものに対してである。分配された冷却適用とは、冷却用の合成ジェットストリームを複数の位置へと提供するために、単一の合成ジェットアクチュエータを必要とし得る状況である。あるいは、分配された冷却適用は、冷却用の流体フローを、アクチュエータの位置からいくらか離れた単一の位置に供給するために、合成ジェットアクチュエータを必要とし得る。例を限定しないが、これらの２つの例は、共通の分配された冷却用途である。
【００３６】
図４Ａは、分配された冷却合成ジェットアクチュエータ６０の１つの実施形態を図示する。説明を容易にするために、分配冷却合成ジェットアクチュエータ６０の例示的な実施形態は、第二の例示的な実施形態４０の改変形態として設計されている。従って、分配された冷却合成ジェットアクチュエータ６０は、内部チャンバ４５を規定するハウジング４７を備える。ハウジング４７およびチャンバ４５は、事実上任意の幾何学的構成を採り得るが、議論および理解の目的で、ハウジング４７は、図４Ａの断面において、剛性の側壁４４、剛性の頂壁４３、およびダイアフラム４２を有するように示され、このダイアフラムは、ダイアフラム４２のチャンバ４５に対して内向きおよび外向きへの移動を可能にする程度まで、可撓性である。側壁４４の一部分は、オリフィス４６を形成する。上記のように、オリフィス４６は、任意の幾何学的形状を有し得る。
【００３７】
上記例示的な実施形態４０においてと同様に、分配される冷却合成ジェットアクチュエータ６０はまた、電気配線４９によってダイアフラム４２上の圧電アクチュエータ４１に接続された、電源および制御システム５０を備える。上記のように、電源および制御システム５０は、アクチュエータ６０から離れ得るか、または例えば、ハウジング４７もしくはハウジング４７の内部に取り付けられ得る。
【００３８】
例示的な分配された冷却装置６０は、チャネル（または管）６１をさらに備える。管６１は、オリフィス４６の断面の形状と類似の断面形状であり得る。しかし、オリフィス４６の形状と全く異なる管６１の断面形状を有することもまた、望ましくあり得る。例えば、異なる断面形状の使用は、管６１から出る任意の流れのより効果的な方向付けを可能にし得る。管６１は、内部領域６３を囲む、好ましくは剛性のシェル６２から形成される。管６１は、近位端または取り付け端部６４、および遠位端または開放端部６５を、さらに備える。管６１は、好ましくは、プラスチック材料から構成され、その結果、管６１は、比較的剛性であるが、依然として軽量である。あるいは、配管６１は、ある形状に形成され、そしてその形状を保持する能力を有する、可撓性材料から構成される。図４Ａにおいて、管６１は、ほぼ蛇行した形状に形成される。管６１の形状は、本発明の原理に対して重要ではなく、そして記載される特定の形状は、本発明の例示的な実施形態６０の原理を説明するためのみに、選択された。
【００３９】
この図に示されるように、管６１は、好ましくは、アクチュエータのオリフィスが配管６１の内部領域６３に流体接続されるように、合成ジェットアクチュエータ６０の側壁４４に取り付けられる。好ましい実施形態において、配管６１は、オリフィス４６の直径に等しいか、またはオリフィス４６の直径より大きい内径を有する。従って、オリフィス４６は、周囲環境４８と直接連絡せず、換言すれば、管６１は、オリフィス４６を完全に覆う。管６１は、シンクの壁４４に「取り付けられている」といわれるが、ハウジング４７および管６１は、単一片の材料から作製され得ることが、理解されるべきである。
【００４０】
以下にさらに詳細に説明されるように、操作の間、ボルテックスが、配管の出口端部６５の縁部において形成される。これらのボルテックスは、渦を巻き、そして管６１の出口から離れるように移動する。これらのボルテックスは、管６１の出口６５において、流体ジェット５２を形成する周囲の流体４８を巻き込む。本質的に、配管６１の使用は、流体のジェット５２が、配管６１から排出され、アクチュエータ自体から離れることを可能にする。基本的に、合成ジェットアクチュエータのオリフィス４６から出る流体の合成ジェットは、管６１が存在しない場合、管６１の代わりに、管６１の出口端部６５から排出される。本実施例６０のこの特徴は、冷却システムの設計者が、合成ジェットアクチュエータ４０を、任意の好都合な位置に位置決めすることを可能にするが、依然として、流体フロー５２を、管６１を所望の位置に単に方向付けることによって、比較的遠い位置に方向付けることを可能にする。
【００４１】
例えば、アクチュエータ４０は、冷却されるべき領域（例えば、中央の位置）から遠く離して位置決めされ得る。配管６１は、熱だめのフィンを通してフローを方向付けるような形状にされ得る。この合成ジェットアクチュエータが熱だめの近くにはないという事実は、一般に、この熱だめのフィンを通るフローを増加させる。実際に、このアクチュエータが、フィンチャネルの入口に位置決めされる場合、このフィンチャネルを通るフローは、アクチュエータハウジングの存在によって妨害される。このことは、分配された冷却に対する問題ではない。
【００４２】
上記のように、配管６１は、予め形成されるか、または可撓性であるかのいずれかであり得る。可撓性である場合、設計者は、デバイス４０を配置し、次いで、管６１を、所望のように形成し得る。このことは、新部品の追加導入の適用のために、非常に有利であり得る。しかし、ほとんどの共通の実施形態において、管６１は、比較的剛性であり、その結果、冷却システムの全体の設計は、実装の前に微調整され得る。
【００４３】
上記のように、管６１の形状または寸法は、本発明の例示的な実施形態６０に対して重要ではない。しかし、管６１の長さおよび／または形状は、分配された冷却合成ジェットアクチュエータ６０の性能に影響を与え得る。この点をよりよく説明するために、分配された冷却装置６０の作動に対する再分類がなされるべきである。
【００４４】
分配された冷却装置６０における合成ジェットアクチュエータ４０の作動は、上記第二の例示的な実施形態における合成ジェットアクチュエータの作動と類似である。具体的には、圧電アクチュエータ４１が、適切な周波数（好ましくは、ダイアフラム４２の共鳴周波数）で振動される。この振動は、ダイアフラム４２を、時間調和運動で振動させる。ダイアフラム４２が内部チャンバ４５に対して内向きに移動するにつれて、チャンバ４５の体積が減少し、チャンバ４５内の圧力が増加し、オリフィス４６における圧力勾配を生じ、そして流体が、合成ジェットアクチュエータ４０のオリフィス４６から排出される。オリフィス４６において、周囲の流体が巻き込まれないので、オリフィス４６を出るフローは、本質的に、ほぼパルス化されており、一般に、圧電アクチュエータ４１によって駆動されるダイアフラム４２の周波数を反映する。この流体パルスは、オリフィス４６に取り付けられた管６１の内部領域６３内に移動する。ダイアフラム４２が、チャンバ４５に対して外向きに移動するにつれて、流体が、管の内部６３から、合成ジェットアクチュエータ４５内へと引き込まれる。次いで、ダイアフラム４２が、その時間調和振動を続け、そしてチャンバ４５内に戻って移動する場合、流体がまた、チャンバ４５から管の内部６３内へと排出される。
【００４５】
図５Ａおよび５Ｂは、分配された冷却装置６０の合成ジェットアクチュエータ４０の作動の間の、管６１の内部６３内での流体の相互作用を図示する。合成ジェットアクチュエータのチャンバ４５からの流体が、管６１の内部６３に入る場合、この入る流体は、「仮想ピストン」６６のように働く。管６１の内部６３に入る流体６６のパルスは、管の内部６３内の流体を圧縮し、これが次に、流体６７を、管６１の出口端部６５から排出する。ダイアフラム４２が、合成ジェットアクチュエータチャンバ４５から外向きに移動する場合、「仮想ピストン」６６は、管６１の内部６３から外に移動し、管の内部６３からチャンバ４５内へと流体を引き込み、これによって、管６１内の圧力を低下させる。管６１内のこのより低い圧力は、管の出口端部６５における圧力勾配を生じ、これによって、流体を、周囲４８から管６１内へと引き込む。再度、管の取り付け端部６４における流体は、「仮想ピストン」６６として働き、時間調和振動で作用する。
【００４６】
管６１の中心部分６８は、管６１の壁６２と境界を接する、別の合成ジェットアクチュエータ「チャンバ」６９のように働く。合成ジェットアクチュエータ４０のオリフィス４６における流体は、この「チャンバ」６９と境界を接し、そしてこの仮想合成ジェットアクチュエータ「チャンバ」６９に対する仮想ピストン６６として働く。オリフィス４６を出入りする流体は、ピストン６６として働き、管６１の出口端部６５から出る流体６７の流れを生じる。管６１を出る流体６７は、管６１の出口６５において、ボルテックスを生じる。これらのボルテックスは、渦を巻き、そして管の出口６５から離れるように移動する。このボルテックスが形成され、そして離れるようにどうするにつれて、これらのボルテックスは、管６１の出口６５において合成ジェットストリーム６７を形成するために、周囲流体４８を巻き込む。
【００４７】
管６１の長さに依存して、合成ジェットアクチュエータ４０のダイアフラム４２の作動は、管６１における仮想合成ジェットアクチュエータを生じるように、特別に調整され得る。上記議論から明らかであるように、そして当業者によって認識されるように、ダイアフラム４２の作動は、好ましくは、合成ジェットアクチュエータ４０のオリフィス４６から出る空気パルス６６の周波数が、管６１の共鳴周波数で放出されるように、調製されるべきである。管６１は、本質的に、１種のヘルムホルツ共鳴器として働き、そして類似の様式で作動し得る。管６１の取り付け端部６４は、代表的なヘルムホルツ共鳴器の閉端部として働き、そしてまた、この共鳴器に対する励起力として働く。
【００４８】
当業者は、管６１の直径が既知である場合、管６１の共鳴周波数を計算し得る。次いで、ダイアフラム４２の振動の周波数および振幅が計算され、その結果、合成ジェットアクチュエータ４０のオリフィス４６から放出されるパルス６６は、共鳴周波数で管６１を励起させる。もちろん、これは全て、適切な制御システム５０によって、自動的に制御され得る。
【００４９】
分配された冷却合成ジェットアクチュエータ７０の別の例示的な構成において、合成ジェットアクチュエータ４０は、多数の管を駆動するように構成される。このような構成は、図４Ｂに図示される。図４Ｂは、分配された冷却合成ジェットアクチュエータの切取り上面図である。示されるように、アクチュエータ７０の合成ジェットアクチュエータのハウジング４７は、好ましくは、複数のオリフィス４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ、４６ｆを有する。ハウジング４７の外側には、多数の管６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆが、これらの管６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆがオリフィス４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ、４６ｆの各々に対応するように、取り付けられる。管６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆは、全て、同じ領域で流体フローを方向付けるように構成され得るか、または好ましい用途において、合成ジェットストリーム５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆを、別々の加熱された領域または物体７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅに方向付けるように、形成される。
【００５０】
分配された冷却装置の別の実施形態において、合成ジェットアクチュエータモジュールを、別の表面に取り付ける準備ができた手段を有することが、望ましくあり得る。例えば、分配された冷却装置が、深部品の追加導入の用途において使用される場合、取り付ける準備ができた方法が、存在しないかもしれない。このような状況において、合成ジェットアクチュエータ４０の頂壁４３が、表面にすでに接着されるように構成することが望ましくあり得る。合成ジェットアクチュエータ４０は、表面に「固着」するように製造され得る。このことは、両面テープ、両面に接着剤を有する発泡材料などを適用することによって、達成され得る。
【００５１】
（Ｂ．第二の実施例：複数アクチュエータのデバイス）
分配された冷却装置のいくつかの実装において、複数の合成ジェットストリームを発生させることが望ましくあり得る。上記のように、単一の合成ジェットアクチュエータ４０が、複数の管を駆動し得、そしてこれによって、流体の、複数の分配された合成ジェットストリームを発生させ得る。これは、もちろん、複数の合成ジェットが分配される冷却装置の唯一の可能な実施ではない。別の例示的な実施形態は、複数の管を駆動し、そしてこれによって、複数の合成ジェットストリームを放出する、複数の合成ジェットアクチュエータを備え得る。このような実施形態の管は、異なる領域、異なる熱だめチャネルに方向付けられても、全てが同じ位置に方向付けられてもよい。
【００５２】
複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の例示的な実施形態が、図６に図示される。この装置８０は、一般に、ほぼ立方体のハウジング８２から出る複数の管８１を備える。ハウジング８２は、ハウジング８２内に形成された、２つの「プレナム」８３を有し、これによって、これらの２つのプレナム８３は、ハウジング８２の頂部表面８４から下降する。これらの２つのプレナム８３は、ハウジング８２の側壁８５、８６から間隔を空けており、そして好ましくは、ハウジング８２の底部表面８７の全長に達しない。
【００５３】
複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の断面即面図が、図７に図示される。ハウジング８２のプレナム８３のうちの１つが、装置８２の底部表面８７、前壁８８、および後壁８９と境界を接するように、図示される。前壁８８および後壁８９は、各々、１対の上部プラットフォーム９１、９２および１対の下部プラットフォーム９３、９４を形成するこれらのプラットフォーム９１、９２、９３、９４は、好ましくは、壁８８、８９と同じ材料から形成され、そして壁８８、８９に単に接着されるのではない。もちろん、このことは、複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の必須の特徴ではない。さらに、頂壁９５（図８に図示される）は、プレナム８３を密封する目的で、デイバス８０に設置され得る。
【００５４】
図８は、２つのアクチュエータ９６、９７がプレナム８３内で位置決めされ、そして頂壁９５がプレナム８３を覆って設置された後の、図７のデバイスを示す。この図に図示されるように、第一のアクチュエータ９６は、上部プラットフォーム９１、９２上に載り、そして第二のアクチュエータ９７は、下部プラットフォーム９３、９４に載る。これらの２つのアクチュエータ９６、９７は、好ましくは、圧電アクチュエータ１０１、１０２を有する可撓性ダイアフラム９８、９９を備え、これらの圧電素子は、可撓性ダイアフラム９８、９９に設置される。好ましいアクチュエータ９６、９７は、例示的な実施形態４０に関して上に記載された、エラストマーまたはポリマーのアクチュエータである。図２を参照のこと。他のアクチュエータが、本明細書中に記載される装置８０と一緒に使用され得る。しかし、エラストマー／ポリマーアクチュエータが、それらの低いプロフィール設計、頑丈な作動、および安価な費用に起因して、好ましい。
【００５５】
電力および制御が、電気配線（図示せず）によって、アクチュエータ９６、９７に供給される。これらの配線は、代表的に、ハウジング８２の上下両方の側壁８６、８６に切り込まれた、４つの小さいチャネル１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ（３つのみが、図６に図示される）を通って、ハウジング８２に入る。実際に、制御エレクトロニクス（図示せず）全体が、これらのチャネル１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ内に位置決めされ得ることが、予測される。次いで、電力のみが、好ましくは、これらのチャネル１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、およびこれらを含む制御ハードウェアに供給される。
【００５６】
アクチュエータ９６、９７は、好ましくは、装置のハウジング８２におけるプラットフォーム９１、９２、９３、９４に固定される。このことは、ある種の接着剤を使用することによって、達成される。ダイアフラム９８、９９の材料は、エラストマーまたはポリマーであることが好ましく、そしてハウジング８２の好ましい材料は、プラスチックであるので、当業者は、適切な接着剤、または他の取り付け機構を、容易に選択し得る。
【００５７】
一旦、アクチュエータ９６、９７が、装置のハウジング８２の内部の部分に固定されると、装置のプレナム８３が、本質的に、３つの部分に分割される。アクチュエータ９６、９７の位置決めは、３つの別々のチャンバを形成し、これらのチャンバは、３つの別個であるが関連する合成ジェットアクチュエータを生じる。第一（すなわち、底部）のチャンバ１０５は、ハウジングの底壁８７、ハウジングの前壁８８、ハウジングの後壁８９、および第二のアクチュエータ９７と境界を接する。第二のチャンバ１０６は、第一のアクチュエータ９６、前壁８８、後壁８９、および第二のアクチュエータ９７と境界を接する。第三のアクチュエータ１０７は、第一のアクチュエータ９６、前壁８８、後壁８９、および頂壁９５と境界を接する。
【００５８】
分配された冷却装置６０（図４Ａ）の上記実装は、チャンバ４５から単一の管６１へと導く、単一のオリフィス４６を有したことを思い出すこと。しかし、例示的な本実施形態８０において、各チャンバ１０５、１０６、１０７は、１つ以上のオリフィス１０８を有する。例示的な実施形態８０において、各チャンバ１０５、１０６、１０７は、装置のハウジング８２の前壁８８内に形成される、２つのオリフィスを有する。各オリフィスは、さらに、ハウジング８２の前壁８８から出る管８１のうちの１つに流体接続される。もちろん、各チャンバ１０５、１０６、１０７の各々が、２つのオリフィス１０８および管８１を有することは、必須ではない。この例示的な実施形態８０はまた、２つより多いかまたは２つより少ないオリフィス１０８および管８１が存在する場合、あるいは各チャンバ１０５、１０６、１０７に対して異なる数が存在する場合に、作動する。
【００５９】
管８１は、好ましくは、図６に図示されるように、ほぼ同じ水平面において、ハウジング８２に取り付けられる。この理由により、図７および図８は、１つの管８１（および１つのオリフィス１０８）が、ハウジングの前壁８８のおよそ中点において、ハウジング８２に取り付けられるようにのみ見える。管８１は、取り付け端部１０９（ハウジングの前壁８８に取り付けられる）および流体出口端部１１０（管の内部１１１を周囲流体１１２に流体接続する）を備える。
【００６０】
管８１は、好ましくは、全てが同じ水平面において、ハウジング８２に取り付けられ、そしてチャンバ１０５、１０６、１０７は、同じ水平面内にはないので、輪郭付けられた通路１１３が、好ましくは、各チャンバ１０５、１０６、１０７の各々を、特定の合成ジェットアクチュエータによって提供されるオリフィス１０８および管８１に流体接続するために使用される。
【００６１】
これらのポート付き通路１１３は、図９の切り取り断面図に図示される。さらに、図１０は、３つのチャンバ１０５、１０６、１０７、および各チャンバ１０５、１０６、１０７が提供するオリフィス１０８ａ〜ｆの切り取り図を図示する。例として、図１０において、第一のチャンバ１０５は、２つのオリフィス１０８ｅ、１０８ｆを有し；第二のチャンバ１０６は、２つのオリフィス１０８ｃ、１０８ｄを有し；そして第三のチャンバ１０７は、２つのオリフィス１０８ａ、１０８ｂを有する。図９および図１０からまた見られ得るように、ハウジング８２内の３つのチャンバ１０５、１０６、１０７は、必ずしも、断面が矩形である必要はなく、むしろ、流体を、各チャンバ１０５、１０６、１０７によって提供される種々の管８１へと方向付けるような、奇妙な形状である。
【００６２】
もちろん、代替の実施形態において、管８１は、必ずしも、同じ水平面において、ハウジング８２に取り付けられる必要はない。例えば、各チャンバ１０５、１０６、１０７によって提供される管８１は、チャンバ１０５、１０６、１０７に直接接続され得る。この場合、チャンバ１０１５、１０６、１０７は、これらがほぼ矩形の断面を有するように、形成され得る。
【００６３】
例示的な、複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の作動が、「プレナム」８３のうちの１つの具体的な議論によって、ここで記載される。他の「プレナム」８３の作動は、同様であることが、理解されるべきである。作動の際に、２つのダイアフラム９６、９７が、各ダイアフラム９８、９９上の各圧電アクチュエータ１０１、１０２を制御する制御システム（図示せず）によって、時間調和運動で振動させられる。ダイアフラム９８、９９は、好ましくは、２つのダイアフラム９８、９９の位相が互いにずれた状態で振動させられるように、作動される。
【００６４】
２つのアクチュエータ９６、９７が互いの方へと移動するにつれて、第二のチャンバ１０６の体積が減少し、そして頂部チャンバ１０７および底部チャンバ１０５の体積が増加する。従って、第二のチャンバ１０６が、チャンバ１０６から、このチャンバ１０６に接続された管８１の内部１１１内へと流体を押す。上記単一のアクチュエータの例示的な実施形態６０に関する議論から、この流体を管の内部１１１に押し込むことが、流体の「仮想ピストン」のように働くことを、思い出すこと。このプロセスの説明に付いては、上記図５Ａおよび図５Ｂに関する記載を参照のこと。この仮想ピストンは、管８１の内部１１１内へと移動し、管の内部１１１の流体を圧縮し、これによって、流体の合成ジェットストリーム１１５を、この第二のチャンバ１０６に接続された管８１の出口端部１１０において形成させる。
【００６５】
頂部チャンバ１０７および底部チャンバ１０５は、逆の作用を起こす。具体的には、２つのダイアフラム９８、９９が互いの方へと移動するにつれて、頂部チャンバ１０７と底部チャンバ１０５との両方が、これらのチャンバ１０７、１０５に接続された管８１の内部１１１から、流体を引く。これによって、流体の「仮想ピストン」が、頂部チャンバ１０７および底部チャンバ１０５内に移動し、これによって、これらのチャンバ１０７、１０５に接続された管８１の出口端部１１０に、周囲１１２から流体を引き込ませる。
【００６６】
ダイアフラム９８、９９が互いから離れるように振動するにつれて、第二のチャンバの体積が増加し、そして流体は、このチャンバ１０６に接続された管８１内へと、周囲１１２から引き込まれる。もちろん、頂部チャンバ１０７および底部チャンバ１０５の体積は、同様に減少する。これによって、流体の合成ジェットストリーム１１５が、これらの２つのチャンバ１０７、１０５に接続された管８１の出口端部１１０において形成される。
【００６７】
当業者によって認識されるように、複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の作動は、上記基本的な分配された冷却装置６０の作動の原理と非常に類似である。例えば、この実施形態８０の管８１は、単一のアクチュエータが分配された冷却装置６０に関して上で議論された様式で、ヘルムホルツ共鳴器として働く。
【００６８】
複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の１つの共通の実装１２０が、図１１Ａおよび１１Ｂに図示される。もちろん、装置８０のシステムおよび構成の熱管理要求に依存して、他の多くの実装が、装置８０について可能である。この例示的な実装１２０は、装置８０の実装の範囲を限定しない。例示的な実装は、単に、本実施形態８０の特徴をよりよく説明するために提供される。
【００６９】
例示的な実装１２０は、加熱された物体１２２から離して熱を移送するための、外部熱だめ１２１の使用を包含する。複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０は、装置８０における管８１の各々が、熱だめ１２１の一連のフィン１２４を備えて形成された一連のチャネル１２３と整列して、ジェットのフロー１２５が、フィン１２４の間のチャネル１２３を通過するように、位置決めされる。このジェットフロー１２５は、次に、熱だめ１２１のチャネル１２３内に形成された、二次冷却エアフロー１２６を巻き込む。
【００７０】
この冷却モジュール８０の別の利用１３２において、管８１の合成ジェットのアレイが、ファンで駆動されるフロー１２７によって冷却される熱だめ１２１における、フローバイパス１３０を減少させるために使用される。図１２Ａは、合成ジェットアクチュエータ８０なしでの状況を図示する。この実施形態において、ファン１２８は、熱だめ１２１のフィン１２４の間のチャネル１２３を通して、流体フロー１２７を引き込む。しかし、熱だめ１２１のチャネル１２３によって発生する圧力低下に起因して、エアフロー１３０の大部分が、熱だめ１２１を迂回する。このことは、いくつかの用途（ブレードサーバ、電気通信ラックなどのような用途であり、ここで、構成要素の板の間の間隔が狭く、そして多量のエアフローを熱い構成要素に設置された熱だめに通して駆動することを試みるファンの、大きな列が存在する）において遭遇する、共通の問題である。
【００７１】
この実装において、図１２Ｂに図示されるように、合成ジェットアクチュエータは、アクチュエータ８０の管８１が、熱だめ１２１のチャネル１２３内へのフロー１１５をからにするように方向付けされるように、位置決めされる。装置８０の分配された性質に起因して、このアクチュエータは、熱だめ１２１の面より下に位置決めされ得、これによって、このフローのあらゆる妨害を防止することに、注目のこと。アクチュエータ８０が作動される場合、接線方向の合成ジェット１１５が、熱だめ１２１の左縁部の近くに方向付けられる。ファン１２８は、作動を続ける。低圧の高モーメントの合成ジェットは、熱だめ１２１を先に迂回したエアフロー１３０のかなりの巻き込み１３１を可能にする。
【００７２】
本発明の上記実施形態、特に、任意の「好ましい」実施形態は、単に、実装の可能な説明であり、単に、本発明の原理の明白な理解のために記載されたことが、強調されるべきである。多くの改変物および変更物が、本発明の精神および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の上記実施形態に対してなされ得る。このような全ての変更物および改変物は、本開示および本発明の範囲内に含まれる、そして添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【００７３】
従って、本発明がこのように記載されたので、少なくとも上記特許請求の範囲に記載されるものが、特許請求される。
【技術分野】
【０００１】
（技術分野）
本発明は、一般に、熱管理技術に関し、そしてより具体的には、分配された合成ジェットアクチュエータを使用して、熱を発生する物体または成分を冷却するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
熱を精製する物体を冷却することは、多くの異なる技術における関心事である。特に、マイクロプロセッサにおいて、削減される熱予算に付随する、熱消散レベルの上昇は、従来の熱管理技術より優れた、新たな冷却の解決策に対する必要性を生じている。さらに、有効な熱管理ストラテジーが、小さい携帯型デバイス（例えば、可搬型デジタルアシスタント（ＰＤＡ）、携帯電話、可搬型ＣＤプレイヤー、および類似の消費者製品）において使用されることが、次第に要求を増している。実際に、熱管理は、従来技術の集積回路の、単一チップモジュールおよび多チップモジュールにおける設計およびパッケージにおける、主要な挑戦である。
【０００３】
伝統的に、大型のマイクロ電子デバイスを冷却することの必要性は、強制的に対流する空気による冷却技術を使用することによって、満たされてきた。強制的な対流は、熱だめありまたはなしのいずれかで、実施され得、そして従来、全体的な冷却または局部的な冷却のいずれかを提供するために、ファンが使用されている。
【０００４】
ファンは、充分な体積の流量を供給し得るが、ファンを使用することに対するいくつかの固有の欠点が存在する。ファンは、所定の体積流量について除去される熱の観点で、比較的非効率である。さらに、不加熱された環境を全体的にかまたは局部的に冷却するためのファンの使用は、しばしば、電磁的干渉、および磁気ベースのファンのモータによって発生される騒音を生じる。ファンの使用はまた、加熱された物体またはマイクロ電子構成要素を冷却する際の任意の成功を得るために、比較的多数の可動部品を必要とする。この理由または他の理由により、ファンは、長期間の信頼性によって妨害され得る。
【０００５】
移動の適用は、空間の制限のさらなる複雑さを導入し、これは、ファンを用いて達成することが困難であり得、同時に、増加した熱管理要求は、より大きいファンが、より高い流量を駆動することを必須にしている。電力消散の要件は、いくつかの例において、熱だめに直接ファンを配置することを必須にしているので、流れと構造体との相互作用に起因する、付随する騒音レベルは、さらなる問題になっている。
【０００６】
いくつかの例において、可搬型デジタルアシスタント（「ＰＤＡ」）、携帯電話などのような携帯装置などにおいて、熱管理に対する必要性は、生成された熱を、熱拡散器の使用を帰して、携帯装置の外側セルへと拡散させるストラテジーを使用することによって、満たされている。その結果、発生した熱は、自然対流を介して、このデバイスの外側セル（すなわち、殻）を通して、消散される。
【０００７】
これらのアプローチは、通常であるが、これらは、さらに多くの熱を生じる新製品が開発されるにつれて悪化されるという、特定の欠点を与える。熱を拡散させるストラテジーの困難は、単に、これがしばしば、充分な量の熱を除去する際に効果的ではないということである。さらに、消散される熱は、携帯デバイスのケーシングの温度の上昇を生じ得、これは、消費者の使用の人間工学的観点から、望ましくない。
【０００８】
以前の冷却技術の制限のいくつかを改善する努力において、熱管理における合成ジェットアクチュエータまたは「正味の質量フラックスが０の」ジェットアクチュエータの使用が、使用されている。例えば、米国特許第６，１２３，１４５号は、冷却において使用するための、合成ジェットアクチュエータの使用を議論する。米国特許第６，１２３，１４５号は、その全体が、本明細書中に完全に記載されているかのように、本明細書中に参考として援用される。従来のジェットとは異なり、合成ジェットアクチュエータは、そのシステムに質量が加えられることを必要とせず、従って、加熱された表面にわたって空気流を効率的に方向付ける、コンパクトな様式を提供する。ジェットストリームは、周囲の流体から全体的に生成されるので、これらのストリームは、複雑な配管を必要とせずに、好都合に統合され得る。
【０００９】
合成ジェットアクチュエータを用いる熱管理技術の開発のさらなる例として、ＧｌｅｚｅｒおよびＭａｈａｌｉｎｇａｍは、チャネル冷却のための装置およびデバイスを開発した。この装置および方法は、米国特許第６，５８８，４９７号に記載されており、この米国特許は、その全体が、本明細書中に完全に記載されているかのように、本明細書中に参考として援用される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
上記米国特許に記載されている技術は、産業における制限のいくつかを解決するが、上述の技術さえも改良することに対する必要性が、なお増加している。例えば、より効果的であるか、効率的であるか、またはコンパクトな合成ジェットアクチュエータに対する必要性が、存在する。より小型の冷却デバイスを有することが望ましい。他方で、冷却フローを、加熱された環境の遠くまで及ぶ部品まで分配することもまた、必要とされている。
【００１１】
従って、上述の欠点および不十分さに取り組むという、現在まで取り組まれていない必要性が、産業において存在する。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
（発明の要旨）
本発明の実施形態は、種々の環境における熱管理のためのデバイスを提供する。より具体的には、本発明の実施形態は、分配される冷却装置において、合成ジェットアクチュエータの使用によって、領域またはデバイスを冷却するためのデバイスを包含する。
【００１３】
手短に記載すれば、構成において、このデバイスの１つの実施形態は、とりわけ、合成ジェットアクチュエータおよびチャネルを備える、熱管理のためのデバイスとして実施され得る。この例示的な実施形態のチャネルは、代表的に、近位端および遠位端を備え、この近位端は、合成ジェットアクチュエータに隣接して位置決めされる。この合成ジェットアクチュエータの作動は、好ましくは、このチャネルの遠位端において、合成ジェットストリームを形成させる。もちろん、この合成ジェットストリームは、このチャネルの近位端においてもまた形成され得る。
【００１４】
この例示的な実施形態または他の例示的な実施形態の合成ジェットアクチュエータは、必須ではないが、ハウジングを備え得、このハウジングは、内部チャネルを規定し、そしてこのハウジングの壁における少なくとも１つのオリフィスを有する。この実施形態の合成ジェットアクチュエータはまた、好ましくは、この内部チャンバに体積を変化させるためのデバイスを備え、ここで、この体積変化デバイスは、好ましくは、このハウジングに隣接して位置決めされる。いくつかの実施形態において、この体積を変化させるためのデバイスは、合成ジェットアクチュエータのハウジングの一部分を、実際に構成し得る。例えば、いくつかの例示的な実施形態の体積変化デバイスは、合成ジェットアクチュエータのハウジングの一部分を形成する、可撓性ダイアフラムを備える。
【００１５】
いくつかの例示的な実施形態において、このチャネルは、合成ジェットアクチュエータのハウジングの壁の外側表面に接続された、１つ以上の管から構成される。これらの例示的な実施形態において、この管は、代表的に、合成ジェットアクチュエータのオリフィスの少なくとも一部分を囲む。
【００１６】
本発明の他のシステム、方法、特徴、および利点は、当業者に明らかであるか、または以下の図面および詳細な説明の調査の際に、当業者に明らかになる。このような全てのさらなるシステム、方法、特徴、および利点は、本開示の範囲内に含まれ、本発明の範囲内に含まれ、そして添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【００１７】
本発明の多くの局面は、以下の図面を参照して、よりよく理解され得る。図面における構成要素は、必ずしも同一縮尺ではなく、本発明の原理を明白に説明する際に、強調がなされる。さらに、図面において、類似の参照番号は、いくつかの図にわたって、対応する部品を表す。
（項目１）
熱管理のためのデバイスであって、以下：
ハウジングであって、内部チャンバを規定し、そして該ハウジングの壁にオリフィスを有する、ハウジング；
該ハウジングに隣接する体積変化デバイスであって、該体積変化デバイスは、該内部チャンバの体積を変更するためのものである、体積変化デバイス；および
該ハウジングの壁の外側表面に接続された管であって、該管は、該オリフィスの少なくとも一部分を囲んでいる、管、
を備える、デバイス。
（項目２）
前記体積変化デバイスの作動を制御するための制御システムをさらに備え、該体積変化デバイスの該作動が、気体を、前記管の内部から該チャンバへと引き出し、そして気体を、該チャンバから強制的に出して該管の内部へと入れる、項目１に記載のデバイス。
（項目３）
前記体積変化デバイスが、前記ハウジングの一部分を形成している可撓性ダイアフラムを備える、項目１に記載のデバイス。
（項目４）
前記体積変化デバイスが、前記可撓性ダイアフラムに接着された圧電アクチュエータをさらに備える、項目３に記載のデバイス。
（項目５）
前記可撓性ダイアフラムが、エラストマー材料を含む、項目４に記載のデバイス。
（項目６）
前記可撓性ダイアフラムが、ポリマー材料を含む、項目４に記載のデバイス。
（項目７）
前記管が、取り付け端部および開口端部を備え、該取り付け端具は、前記ハウジングに接続されており、そして前記体積変化デバイスの作動が、該管の該開口端部において、合成ジェットストリームを発生させる、項目１に記載のデバイス。
（項目８）
前記管が、前記合成ジェットストリームを、前記ハウジングから離れた位置で発生させる、項目７に記載のデバイス。
（項目９）
前記管が、前記体積変化デバイスの作動に起因して、ヘルムホルツ型共鳴が該管の内部で生じるような大きさにされている、項目７に記載のデバイス。
（項目１０）
フィンを有する熱だめをさらに備え、前記管の前記開口端部が、該熱だめに隣接して位置決めされ、その結果、前記合成ジェットストリームが、隣接する該フィンの間を通過する、項目７に記載のデバイス。
（項目１１）
ファンをさらに備え、該ファンは、前記熱だめの一端に位置決めされ、その結果、前記合成ジェットストリームは、前記フィンの圧力低下に起因する流れの迂回を減少させることによって、該ファンを補助する、項目１０に記載のデバイス。
（項目１２）
前記内部チャンバが、以下：
第一のサブチャンバ；
該第一のサブチャンバに隣接する第二のサブチャンバ；および
該第二のサブチャンバに隣接する第三のサブチャンバ、
を備える、項目１に記載のデバイス。
（項目１３）
前記第一のサブチャンバおよび前記第二のサブチャンバが、第一の共通の壁から形成され、該第一の共通の壁が、前記ハウジングの前記内部チャンバ内に収容され、そして該第一の共通の壁は、第一の可撓性ダイアフラムを備える、項目１２に記載のデバイス。
（項目１４）
前記第二のサブチャンバおよび前記第三のサブチャンバが、第二の共通の壁から形成され、該第二の共通の壁は、前記ハウジングの前記内部チャンバ内に収容され、そして該第二の共通の壁は、第二の可撓性ダイアフラムを備える、項目１３に記載のデバイス。
（項目１５）
前記オリフィスが、前記サブチャンバの各々において、少なくとも１つの開口部を備える、項目１４に記載のデバイス。
（項目１６）
前記管が、前記少なくとも１つの開口部の各々に隣接するパイプを備え、該各パイプが、該各開口部の少なくとも一部分を囲んでいる、項目１５に記載のデバイス。
（項目１７）
さらに、以下：
前記第一の可撓性ダイアフラムに取り付けられた、第一の圧電素子；および
前記第二の可撓性ダイアフラムに取り付けられた、第二の圧電素子、
を備える、項目１６に記載のデバイス。
（項目１８）
前記第一の可撓性ダイアフラムおよび第二の可撓性ダイアフラムが、エラストマー材料を含む、項目１７に記載のデバイス。
（項目１９）
前記第一の可撓性ダイアフラムおよび第二の可撓性ダイアフラムが、ポリマー材料を含む、項目１７に記載のデバイス。
（項目２０）
冷却するためのデバイスであって、以下：
合成ジェットアクチュエータ；ならびに
近位端および遠位端を有するチャネルであって、該近位端は、該合成ジェットアクチュエータに隣接しており、該合成ジェットアクチュエータは、合成ジェットストリームを形成させる、チャネル、
を備える、デバイス。
（項目２１）
前記合成ジェットストリームが、前記チャネルの前記遠位端において形成される、項目２０に記載のデバイス。
（項目２２）
前記合成ジェットストリームが、前記チャネルの近位端において形成される、項目２０に記載のデバイス。
（項目２３）
前記合成ジェットアクチュエータの作動を制御するための制御システムをさらに備える、項目２０に記載のデバイス。
（項目２４）
前記合成ジェットアクチュエータが、以下：
ハウジングであって、内部チャンバを規定し、そして該ハウジングの壁にオリフィスを有する、ハウジング；
該ハウジングに隣接する、体積変化手段、
を備える、項目２０に記載のデバイス。
（項目２５）
前記体積変化手段が、前記ハウジングの一部分を形成する可撓性ダイアフラムを備える、項目２４に記載のデバイス。
（項目２６）
前記体積変化手段が、前記可撓性ダイアフラムに接着された圧電アクチュエータをさらに備える、項目２５に記載のデバイス。
（項目２７）
前記可撓性ダイアフラムが、エラストマー材料を含む、項目２６に記載のデバイス。
（項目２８）
前記可撓性ダイアフラムが、ポリマー材料を含む、項目２６に記載のデバイス。
（項目２９）
前記チャネルが、前記体積変化手段の作動に起因して、ヘルムホルツ型共鳴が、前記チャネルの内部において生じるような大きさにされている、項目２６に記載のデバイス。
（項目３０）
前記チャネルが、管を備える、項目２９に記載のデバイス。
（項目３１）
フィンを有する熱だめをさらに備え、前記チャネルの遠位端は、該熱だめに隣接して位置決めされており、その結果、前記合成ジェットストリームが、隣接する該フィンの間を通過する、項目２９に記載のデバイス。
（項目３２）
ファンをさらに備え、該ファンは、前記熱だめの一端に位置決めされ、その結果、前記合成ジェットストリームが、前記フィンの圧力低下に起因する流れの迂回を減少させることによって、該ファンを補助する、項目３１に記載のデバイス。
（項目３３）
前記チャネルが、熱だめの一部分を構成する、項目２０に記載のデバイス。
（項目３４）
前記合成ジェットアクチュエータが、第一の合成ジェットアクチュエータを備え、前記デバイスが、さらに、以下：
該第一の合成ジェットアクチュエータに隣接する、第二の合成ジェットアクチュエータ；
該第二の合成ジェットアクチュエータに隣接する、第三の合成ジェットアクチュエータ、
を備える、項目２０に記載のデバイス。
（項目３５）
前記合成ジェットアクチュエータが、共通のハウジングによって形成されており、そして前記第一の合成ジェットアクチュエータおよび前記第二の合成ジェットアクチュエータが、第一の共通の壁から形成されており、そして該第二の合成ジェットアクチュエータおよび前記第産の合成ジェットアクチュエータが、第二の共通の壁から形成されている、項目３４に記載のデバイス。
（項目３６）
前記チャネルが、第一の管を備え、前記デバイスが、以下：
近位端および遠位端を有する第二の管であって、該近位端は、前記第二の合成ジェットアクチュエータに隣接している、第二の管；ならびに
近位端および遠位端を有する第三の管であって、該近位端が、前記第三の合成ジェットアクチュエータに隣接している、第三の管、
をさらに備える、項目３５に記載のデバイス。
（項目３７）
前記第一の共通の壁が、第一の可撓性ダイアフラムを備え、そして前記第二の共通の壁が、第二の可撓性のダイアフラムを備える、項目３６に記載のデバイス。
（項目３８）
さらに、以下：
前記第一の可撓性ダイアフラムに取り付けられた、第一の圧電素子；および
前記第二の可撓性ダイアフラムに取り付けられた、第二の圧電素子、
を備える、項目３７に記載のデバイス。
（項目３９）
前記第一の可撓性ダイアフラムおよび第二の可撓性ダイアフラムが、エラストマー材料を含む、項目３８に記載のデバイス。
（項目４０）
前記第一の可撓性ダイアフラムおよび第二の可撓性ダイアフラムが、ポリマー材料を含む、項目３８に記載のデバイス。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１Ａ】図１Ａは、制御システムを備える、正味の質量フラックスが０である合成ジェットアクチュエータの第一の実施形態の概略断面側面図である。
【図１Ｂ】図１Ｂは、制御システムがダイアフラムを内向きに、オリフィスの方へと移動させている場合のジェットを図示する、図１Ａの合成ジェットアクチュエータの概略断面側面図である。
【図１Ｃ】図１Ｃは、制御システムがダイアフラムを外向きに、オリフィスから離して移動させている場合のジェットを図示する、図１Ａの合成ジェットアクチュエータの概略断面側面図である。
【図２】図２は、合成ジェットアクチュエータの第二の例示的な実施形態の断面側面図である。
【図３】図３は、図２の合成ジェットアクチュエータの第二の例示的な実施形態の底面図である。
【図４Ａ】図４Ａは、分配された冷却装置の断面側面図である。
【図４Ｂ】図４Ｂは、加熱された環境の異なる領域へと流体フローを方向付けるための、分配された冷却装置の断面上面図である。
【図５Ａ】図５Ａは、管が周囲から流体を引き抜いている場合の、図４Ａの分配された冷却装置において使用される管の断面側面図である。
【図５Ｂ】図５Ｂは、管が流体の合成ジェットストリームをこの管の出口において発生させている場合の、図４Ａの分配された冷却装置において使用される管の断面側面図である。
【図６】図６は、複数のアクチュエータが分配された冷却装置の三次元図である。
【図７】図７は、複数のアクチュエータが分配された冷却装置の「プレナム」のうちの１つに焦点を当てた、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の断面側面図である。
【図８】図８は、複数のアクチュエータが分配された冷却装置の「プレナム」のうちの１つに焦点を当てた、図６のこの装置の断面側面図であり、ここで、これらのアクチュエータは、この「プレナム」内に設置されている。
【図９】図９は、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の三次元切り取り図である。
【図１０】図１０は、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の切り取り概略背面図である。
【図１１Ａ】図１１Ａは、冷却システムに実装された、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の側面図である。
【図１１Ｂ】図１１Ｂは、冷却システムに実装された、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置の正面図である。
【図１２Ａ】図１２Ａは、先行技術の冷却システムの側面図である。
【図１２Ｂ】図１２Ｂは、図６の複数のアクチュエータが分配された冷却装置が冷却システムにおいて実装されている、図１２Ａの冷却システムの側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（好ましい実施形態の詳細な説明）
（Ｉ．合成ジェットアクチュエータ）
（Ａ．代表的な合成ジェットアクチュエータの基本的な設計）
図１Ａは、内部チャンバ１４を規定し、そして囲んでいるハウジング１１を備える、合成ジェットアクチュエータ１０の一例を図示する。ハウジング１１およびチャンバ１４は、事実上任意の幾何学的構成を採り得るが、議論および理解の目的で、ハウジング１１は、図１Ａの断面において、剛性の側壁１２、剛性の前壁１３、および後方ダイアフラム１８を有するように示され、この後方ダイアフラムは、チャンバ１４に対して、ダイアフラム１８の内向きおよび外向きの動きを可能にする程度まで、可撓性である。前壁１３は、任意の幾何学的形状のオリフィス１６を有する。このオリフィスは、後方ダイアフラム１８の正反対にあり、そして内部チャンバ１４を、周囲流体３９を有する外部環境に接続する。
【００２０】
可撓性ダイアフラム１８は、任意の適切な制御システム２４によって、移動するように制御され得る。例えば、ダイアフラム１８は、金属層を備え得、そして金属電極が、この金属層に隣接して、しかし間隔を空けて配置され得、その結果、ダイアフラム１８は、この電極と金属層との間に付与される電気付勢によって、移動され得る。さらに、電気付勢の発生は、任意の適切なデバイス（例えば、コンピュータ、論理処理装置、または信号発生器であるが、これらに限定されない）によって制御され得る。制御システム２４は、ダイアフラム１８を周期的に移動させ得るか、または時間調和的運動で調節し得、そして流体を強制的にオリフィス１６から出入りさせ得る。
【００２１】
例示的な合成ジェットアクチュエータ１０の作動が、ここで、図１Ｂおよび図１Ｃを参照して記載される。図１Ｂは、ダイアフラム１８が、矢印２６によって図示されるように、チャンバ１４内へと内向きに移動するように制御されている場合の、合成ジェットアクチュエータ１０を図示する。チャンバ１４は、その体積が減少しており、そして流体が、オリフィス１６を通して排出される。この流体が、オリフィス１６を通ってチャンバ１４から出るにつれて、その流れは、鋭利なオリフィスの縁部３０において分離し、そしてボルテックスシート３２を生じ、これは、渦を巻いてボルテックス３４になり、そして矢印３６によって図示されるように、オリフィスの縁部３０から離れて移動し始める。
【００２２】
図１Ｃは、ダイアフラム１８が、矢印３８によって図示されるように、チャンバ１４に対して外向きに移動するように制御されている場合の、合成ジェットアクチュエータ１０を図示する。チャンバ１４は、その体積が増加しており、そして周囲流体３９は、矢印４０によって図示されるように、チャンバ１４内に急送される。ダイアフラム１８は、制御システム２４によって、ダイアフラム１８がチャンバ１４から離れて移動する場合に、ボルテックス３４がすでにオリフィスの縁部３０から除かれており、従って、チャンバ１４内に引き込まれる周囲流体３９によって影響を受けないように、制御される。その間に、周囲流体のジェット３９が、ボルテックス３４によって合成され、周囲流体の強い巻き込みを生じ、オリフィス１６から大きく離れた距離から引き込まれる。
【００２３】
（Ｂ．ハイブリッド圧電アクチュエータを有する合成ジェットアクチュエータ）
上で説明されたように、第一の例示的な実施形態の合成ジェットアクチュエータ１０のダイアフラム１８は、特定の励起周波数において駆動される、金属層および金属電極からなる、電気作動を備える。この電気刺激は、合成ジェットアクチュエータ１０のダイアフラム１８を振動させ、これによって、合成ジェットアクチュエータ１０のチャンバ１４の内部体積を改変する。
【００２４】
あるいは、図２に図示されるように、合成ジェットアクチュエータ４０は、チャンバ４５を規定するハウジング４７を備え得る。このチャンバの体積は、可撓性ダイアフラム４２を、圧電アクチュエータ４１によるダイアフラム４２の励起に起因する、時間調和運動で移動させることによって、変化され得る。図２は、ハウジング４７を有する合成ジェットアクチュエータ４０の切り取り側面図であり、このハウジングは、比較的剛性の円形頂壁４３、比較的剛性の円筒形の側壁４４、およびアクチュエータ４０の底壁を形成する可撓性ダイアフラム４２によって規定される。この図に図示されるように、この側壁は、頂壁４３をダイアフラム４２に接続する。好ましくは、側壁４４および頂壁４３は、剛性材料（例えば、プラスチック）の単一の片から製造される。もちろん、壁４３、４４を、金属材料、または他の適切に剛性の材料から構築することもまた、可能である。さらに、合成ジェットアクチュエータ４０を形成する材料は、必ずしも剛性である必要はない。その材料は、いくらかの可撓性を有し得る。当業者は、合成ジェットアクチュエータ４０のために適切な材料を、特定の実施に基づいて容易に理解する。
【００２５】
上述のように、頂壁４３、可撓性ダイアフラム４２、および側壁４４は、合成ジェットアクチュエータ４０のハウジング４７を規定し、そして体積を有するチャンバ４５を規定する。この実施形態４０のハウジング４７は、円筒形要素の形状を備える。この構成は、必須ではなく、そして特定構成が、合成ジェットアクチュエータ４０がほとんど任意の全体的形状を採り得る点を十分に理解させる目的で、選択されている。
【００２６】
合成ジェットアクチュエータ４０のこの実施形態において、オリフィス４６は、側壁４４の一部分に形成される。オリフィス４６は、チャンバ４５を、周囲流体４８に流体接続する。オリフィス４６の特定の大きさおよび形状は、本発明の例示的な実施形態４０に対して、重要ではない。例として、オリフィス４６は、円形の開口部の形状であり得るか、または側壁４４における水平なスロットもしくは垂直なスロットであり得る。
【００２７】
図３は、合成ジェットアクチュエータ４０の第二の例示的な実施形態の平面図であり、より具体的には、圧電アクチュエータ４１および可撓性ダイアフラム４２を図示する。換言すれば、図３は、アクチュエータ４０の下側、すなわち「底」からの、合成ジェットアクチュエータ４０の図と考えられ得る。この図から見られ得るように、ダイアフラム４２は、側壁４４に取り付けられる。好ましくは、側壁４４へのダイアフラム４２の取り付けは、ダイアフラム４２および側壁４４を構築するために使用される材料のために適切な接着剤によって、達成される。あるいは、ダイアフラム４２は、別の取り付け機構または取り付けデバイスによって、側壁４４に取り付けられ得る。取り付けの方法は、本発明の例示的な実施形態４０に対して重要ではない。しかし、選択される接着方法は、側壁４４とダイアフラム４２との間の密封を生じることが好ましい。
【００２８】
ダイアフラム４２は、好ましくは、エラストマー材料またはポリマー材料から構築される。エラストマーまたはポリマーのダイアフラム４２は、本発明の実施形態４０において必須ではない；しかし、これらの材料から構築されるダイアフラムが好ましい。従来、圧電アクチュエータは、圧電ディスクと結合された、金属ダイアフラムから構成される。しかし、特定の実施において、ポリマー（プラスチックなど）またはエラストマー（ゴムなど）の材料を、圧電アクチュエータのダイアフラムのために使用することが、有利であり得る。あるいは、ポリマーまたはエラストマーのダイアフラムは、金属ダイアフラムと組み合わせて使用されて、ハイブリッドダイアフラムを作製し得る。
【００２９】
エラストマーまたはポリマーは、多数の特別な材料（例えば、ポリイソプレン、ポリイソブチレン、ポリブタジエン、および／またはポリウレタン）から構築され得る。本発明の実施形態４０について、エラストマーまたはポリマーの材料から構築されるダイアフラム４２が、永続的に変形せずに、伸長し、そしてそのもとの形状に跳ね戻る能力に起因して、選択される。
【００３０】
このような改変されたアクチュエータの構築について、少なくとも２つの利点が存在する。第一に、エラストマーまたはポリマーのダイアフラムの使用は、一般に、アクチュエータの自然な共鳴周波数を低下させ、低い周波数（例えば、２００Ｈｚ未満）での好ましい使用を可能にする。このことは、このアクチュエータの作動を、比較的静かにする。第二に、このような構築は、一般に、金属ダイアフラムと比較される場合に、優れた信頼性を有する。金属ダイアフラムは、圧電材料、およびこの圧電材料を金属に代表的に取り付ける接着剤において、より大きい応力を生じる傾向がある。
【００３１】
上述のように、圧電アクチュエータ４１は、エラストマーまたはポリマーのダイアフラム４２に取り付けられる。圧電アクチュエータ４１は、好ましくは、適切な接着剤によって、ダイアフラム４２に設置される。圧電アクチュエータ４１は、電気配線４９によって、電力を供給される。電気配線４９は、圧電アクチュエータ４１に電力を供給するのみでなく、アクチュエータ４１の作動もまた制御する。具体的には、配線４９は、圧電アクチュエータを、電源および制御システム５０に接続する。このシステムは、合成ジェットアクチュエータ４０のハウジング４７とは別個である。もちろん、特定の実施形態において、電源および制御システム５０は、合成ジェットアクチュエータ４０のハウジング４７に設置され得るか、またはこのハウジングの内部にさえ、設置され得る。
【００３２】
電源および制御方法ステムは、圧電アクチュエータ４１を振動させる。圧電アクチュエータ４１の振動は、ダイアフラム４２を、時間調和運動で振動させる。圧電アクチュエータ４１は、好ましくは、ダイアフラム４２の共鳴周波数で振動させられる。もちろん、ダイアフラムの振動の規模および周波数は、圧電素子を異なる周波数で作動させることによって、制御され得る。当業者は、ダイアフラム４２の振動の所望の周波数および振幅を得る目的で、圧電アクチュエータ４１の振動を容易に調節し得る。
【００３３】
第一の例示的な実施形態１０に関して上に記載されたように、第二の例示的な実施形態４０におけるダイアフラム４２の振動は、流体の合成ジェットストリーム５１を、アクチュエータ４０のオリフィス４６において形成させる。ダイアフラム４２が、チャンバ４５に対して内向きに移動するにつれて、チャンバ４５は、その体積を減少させ、そして流体が、オリフィス４６を通って排出される。この流体が、オリフィス４６を通ってチャンバ４５から出るにつれて、この流れは、オリフィスの縁部において分離し、そしてボルテックスシートを生じ、これらは、渦を巻いて、ボルテックスになり、そしてオリフィス４６から離れるように移動する。これらのボルテックスは、周囲の流体４８を巻き込み、そしてこの流体を使用して、合成ジェットストリーム５２を形成する。
【００３４】
第一の例示的な合成ジェットアクチュエータ１０の作動と同様に、ダイアフラム４２がチャンバ４５に対して外向きに移動される場合、チャンバ４５は、その体積を増加させる。この体積の増加は、オリフィス４６において、圧力勾配を形成させ、そして周囲流体４８は、チャンバ４５に急送される。次いで、ダイアフラム４２がチャンバ４５内に戻って振動するにつれて、チャンバ４５内の流体が排出され、上記のように、合成ジェットストリーム５２を形成する。
【００３５】
（ＩＩＩ．分配された冷却装置）
（Ａ．第一の実施例：単一アクチュエータのデバイス）
上記合成ジェットアクチュエータ１０、４０は、多数の異なる実施形態で使用され得る。しかし、合成ジェットアクチュエータ１０、４０の１つの特定の適合は、分配された冷却適用と称され得るものに対してである。分配された冷却適用とは、冷却用の合成ジェットストリームを複数の位置へと提供するために、単一の合成ジェットアクチュエータを必要とし得る状況である。あるいは、分配された冷却適用は、冷却用の流体フローを、アクチュエータの位置からいくらか離れた単一の位置に供給するために、合成ジェットアクチュエータを必要とし得る。例を限定しないが、これらの２つの例は、共通の分配された冷却用途である。
【００３６】
図４Ａは、分配された冷却合成ジェットアクチュエータ６０の１つの実施形態を図示する。説明を容易にするために、分配冷却合成ジェットアクチュエータ６０の例示的な実施形態は、第二の例示的な実施形態４０の改変形態として設計されている。従って、分配された冷却合成ジェットアクチュエータ６０は、内部チャンバ４５を規定するハウジング４７を備える。ハウジング４７およびチャンバ４５は、事実上任意の幾何学的構成を採り得るが、議論および理解の目的で、ハウジング４７は、図４Ａの断面において、剛性の側壁４４、剛性の頂壁４３、およびダイアフラム４２を有するように示され、このダイアフラムは、ダイアフラム４２のチャンバ４５に対して内向きおよび外向きへの移動を可能にする程度まで、可撓性である。側壁４４の一部分は、オリフィス４６を形成する。上記のように、オリフィス４６は、任意の幾何学的形状を有し得る。
【００３７】
上記例示的な実施形態４０においてと同様に、分配される冷却合成ジェットアクチュエータ６０はまた、電気配線４９によってダイアフラム４２上の圧電アクチュエータ４１に接続された、電源および制御システム５０を備える。上記のように、電源および制御システム５０は、アクチュエータ６０から離れ得るか、または例えば、ハウジング４７もしくはハウジング４７の内部に取り付けられ得る。
【００３８】
例示的な分配された冷却装置６０は、チャネル（または管）６１をさらに備える。管６１は、オリフィス４６の断面の形状と類似の断面形状であり得る。しかし、オリフィス４６の形状と全く異なる管６１の断面形状を有することもまた、望ましくあり得る。例えば、異なる断面形状の使用は、管６１から出る任意の流れのより効果的な方向付けを可能にし得る。管６１は、内部領域６３を囲む、好ましくは剛性のシェル６２から形成される。管６１は、近位端または取り付け端部６４、および遠位端または開放端部６５を、さらに備える。管６１は、好ましくは、プラスチック材料から構成され、その結果、管６１は、比較的剛性であるが、依然として軽量である。あるいは、配管６１は、ある形状に形成され、そしてその形状を保持する能力を有する、可撓性材料から構成される。図４Ａにおいて、管６１は、ほぼ蛇行した形状に形成される。管６１の形状は、本発明の原理に対して重要ではなく、そして記載される特定の形状は、本発明の例示的な実施形態６０の原理を説明するためのみに、選択された。
【００３９】
この図に示されるように、管６１は、好ましくは、アクチュエータのオリフィスが配管６１の内部領域６３に流体接続されるように、合成ジェットアクチュエータ６０の側壁４４に取り付けられる。好ましい実施形態において、配管６１は、オリフィス４６の直径に等しいか、またはオリフィス４６の直径より大きい内径を有する。従って、オリフィス４６は、周囲環境４８と直接連絡せず、換言すれば、管６１は、オリフィス４６を完全に覆う。管６１は、シンクの壁４４に「取り付けられている」といわれるが、ハウジング４７および管６１は、単一片の材料から作製され得ることが、理解されるべきである。
【００４０】
以下にさらに詳細に説明されるように、操作の間、ボルテックスが、配管の出口端部６５の縁部において形成される。これらのボルテックスは、渦を巻き、そして管６１の出口から離れるように移動する。これらのボルテックスは、管６１の出口６５において、流体ジェット５２を形成する周囲の流体４８を巻き込む。本質的に、配管６１の使用は、流体のジェット５２が、配管６１から排出され、アクチュエータ自体から離れることを可能にする。基本的に、合成ジェットアクチュエータのオリフィス４６から出る流体の合成ジェットは、管６１が存在しない場合、管６１の代わりに、管６１の出口端部６５から排出される。本実施例６０のこの特徴は、冷却システムの設計者が、合成ジェットアクチュエータ４０を、任意の好都合な位置に位置決めすることを可能にするが、依然として、流体フロー５２を、管６１を所望の位置に単に方向付けることによって、比較的遠い位置に方向付けることを可能にする。
【００４１】
例えば、アクチュエータ４０は、冷却されるべき領域（例えば、中央の位置）から遠く離して位置決めされ得る。配管６１は、熱だめのフィンを通してフローを方向付けるような形状にされ得る。この合成ジェットアクチュエータが熱だめの近くにはないという事実は、一般に、この熱だめのフィンを通るフローを増加させる。実際に、このアクチュエータが、フィンチャネルの入口に位置決めされる場合、このフィンチャネルを通るフローは、アクチュエータハウジングの存在によって妨害される。このことは、分配された冷却に対する問題ではない。
【００４２】
上記のように、配管６１は、予め形成されるか、または可撓性であるかのいずれかであり得る。可撓性である場合、設計者は、デバイス４０を配置し、次いで、管６１を、所望のように形成し得る。このことは、新部品の追加導入の適用のために、非常に有利であり得る。しかし、ほとんどの共通の実施形態において、管６１は、比較的剛性であり、その結果、冷却システムの全体の設計は、実装の前に微調整され得る。
【００４３】
上記のように、管６１の形状または寸法は、本発明の例示的な実施形態６０に対して重要ではない。しかし、管６１の長さおよび／または形状は、分配された冷却合成ジェットアクチュエータ６０の性能に影響を与え得る。この点をよりよく説明するために、分配された冷却装置６０の作動に対する再分類がなされるべきである。
【００４４】
分配された冷却装置６０における合成ジェットアクチュエータ４０の作動は、上記第二の例示的な実施形態における合成ジェットアクチュエータの作動と類似である。具体的には、圧電アクチュエータ４１が、適切な周波数（好ましくは、ダイアフラム４２の共鳴周波数）で振動される。この振動は、ダイアフラム４２を、時間調和運動で振動させる。ダイアフラム４２が内部チャンバ４５に対して内向きに移動するにつれて、チャンバ４５の体積が減少し、チャンバ４５内の圧力が増加し、オリフィス４６における圧力勾配を生じ、そして流体が、合成ジェットアクチュエータ４０のオリフィス４６から排出される。オリフィス４６において、周囲の流体が巻き込まれないので、オリフィス４６を出るフローは、本質的に、ほぼパルス化されており、一般に、圧電アクチュエータ４１によって駆動されるダイアフラム４２の周波数を反映する。この流体パルスは、オリフィス４６に取り付けられた管６１の内部領域６３内に移動する。ダイアフラム４２が、チャンバ４５に対して外向きに移動するにつれて、流体が、管の内部６３から、合成ジェットアクチュエータ４５内へと引き込まれる。次いで、ダイアフラム４２が、その時間調和振動を続け、そしてチャンバ４５内に戻って移動する場合、流体がまた、チャンバ４５から管の内部６３内へと排出される。
【００４５】
図５Ａおよび５Ｂは、分配された冷却装置６０の合成ジェットアクチュエータ４０の作動の間の、管６１の内部６３内での流体の相互作用を図示する。合成ジェットアクチュエータのチャンバ４５からの流体が、管６１の内部６３に入る場合、この入る流体は、「仮想ピストン」６６のように働く。管６１の内部６３に入る流体６６のパルスは、管の内部６３内の流体を圧縮し、これが次に、流体６７を、管６１の出口端部６５から排出する。ダイアフラム４２が、合成ジェットアクチュエータチャンバ４５から外向きに移動する場合、「仮想ピストン」６６は、管６１の内部６３から外に移動し、管の内部６３からチャンバ４５内へと流体を引き込み、これによって、管６１内の圧力を低下させる。管６１内のこのより低い圧力は、管の出口端部６５における圧力勾配を生じ、これによって、流体を、周囲４８から管６１内へと引き込む。再度、管の取り付け端部６４における流体は、「仮想ピストン」６６として働き、時間調和振動で作用する。
【００４６】
管６１の中心部分６８は、管６１の壁６２と境界を接する、別の合成ジェットアクチュエータ「チャンバ」６９のように働く。合成ジェットアクチュエータ４０のオリフィス４６における流体は、この「チャンバ」６９と境界を接し、そしてこの仮想合成ジェットアクチュエータ「チャンバ」６９に対する仮想ピストン６６として働く。オリフィス４６を出入りする流体は、ピストン６６として働き、管６１の出口端部６５から出る流体６７の流れを生じる。管６１を出る流体６７は、管６１の出口６５において、ボルテックスを生じる。これらのボルテックスは、渦を巻き、そして管の出口６５から離れるように移動する。このボルテックスが形成され、そして離れるようにどうするにつれて、これらのボルテックスは、管６１の出口６５において合成ジェットストリーム６７を形成するために、周囲流体４８を巻き込む。
【００４７】
管６１の長さに依存して、合成ジェットアクチュエータ４０のダイアフラム４２の作動は、管６１における仮想合成ジェットアクチュエータを生じるように、特別に調整され得る。上記議論から明らかであるように、そして当業者によって認識されるように、ダイアフラム４２の作動は、好ましくは、合成ジェットアクチュエータ４０のオリフィス４６から出る空気パルス６６の周波数が、管６１の共鳴周波数で放出されるように、調製されるべきである。管６１は、本質的に、１種のヘルムホルツ共鳴器として働き、そして類似の様式で作動し得る。管６１の取り付け端部６４は、代表的なヘルムホルツ共鳴器の閉端部として働き、そしてまた、この共鳴器に対する励起力として働く。
【００４８】
当業者は、管６１の直径が既知である場合、管６１の共鳴周波数を計算し得る。次いで、ダイアフラム４２の振動の周波数および振幅が計算され、その結果、合成ジェットアクチュエータ４０のオリフィス４６から放出されるパルス６６は、共鳴周波数で管６１を励起させる。もちろん、これは全て、適切な制御システム５０によって、自動的に制御され得る。
【００４９】
分配された冷却合成ジェットアクチュエータ７０の別の例示的な構成において、合成ジェットアクチュエータ４０は、多数の管を駆動するように構成される。このような構成は、図４Ｂに図示される。図４Ｂは、分配された冷却合成ジェットアクチュエータの切取り上面図である。示されるように、アクチュエータ７０の合成ジェットアクチュエータのハウジング４７は、好ましくは、複数のオリフィス４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ、４６ｆを有する。ハウジング４７の外側には、多数の管６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆが、これらの管６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆがオリフィス４６ａ、４６ｂ、４６ｃ、４６ｄ、４６ｅ、４６ｆの各々に対応するように、取り付けられる。管６１ａ、６１ｂ、６１ｃ、６１ｄ、６１ｅ、６１ｆは、全て、同じ領域で流体フローを方向付けるように構成され得るか、または好ましい用途において、合成ジェットストリーム５２ａ、５２ｂ、５２ｃ、５２ｄ、５２ｅ、５２ｆを、別々の加熱された領域または物体７１ａ、７１ｂ、７１ｃ、７１ｄ、７１ｅに方向付けるように、形成される。
【００５０】
分配された冷却装置の別の実施形態において、合成ジェットアクチュエータモジュールを、別の表面に取り付ける準備ができた手段を有することが、望ましくあり得る。例えば、分配された冷却装置が、深部品の追加導入の用途において使用される場合、取り付ける準備ができた方法が、存在しないかもしれない。このような状況において、合成ジェットアクチュエータ４０の頂壁４３が、表面にすでに接着されるように構成することが望ましくあり得る。合成ジェットアクチュエータ４０は、表面に「固着」するように製造され得る。このことは、両面テープ、両面に接着剤を有する発泡材料などを適用することによって、達成され得る。
【００５１】
（Ｂ．第二の実施例：複数アクチュエータのデバイス）
分配された冷却装置のいくつかの実装において、複数の合成ジェットストリームを発生させることが望ましくあり得る。上記のように、単一の合成ジェットアクチュエータ４０が、複数の管を駆動し得、そしてこれによって、流体の、複数の分配された合成ジェットストリームを発生させ得る。これは、もちろん、複数の合成ジェットが分配される冷却装置の唯一の可能な実施ではない。別の例示的な実施形態は、複数の管を駆動し、そしてこれによって、複数の合成ジェットストリームを放出する、複数の合成ジェットアクチュエータを備え得る。このような実施形態の管は、異なる領域、異なる熱だめチャネルに方向付けられても、全てが同じ位置に方向付けられてもよい。
【００５２】
複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の例示的な実施形態が、図６に図示される。この装置８０は、一般に、ほぼ立方体のハウジング８２から出る複数の管８１を備える。ハウジング８２は、ハウジング８２内に形成された、２つの「プレナム」８３を有し、これによって、これらの２つのプレナム８３は、ハウジング８２の頂部表面８４から下降する。これらの２つのプレナム８３は、ハウジング８２の側壁８５、８６から間隔を空けており、そして好ましくは、ハウジング８２の底部表面８７の全長に達しない。
【００５３】
複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の断面即面図が、図７に図示される。ハウジング８２のプレナム８３のうちの１つが、装置８２の底部表面８７、前壁８８、および後壁８９と境界を接するように、図示される。前壁８８および後壁８９は、各々、１対の上部プラットフォーム９１、９２および１対の下部プラットフォーム９３、９４を形成するこれらのプラットフォーム９１、９２、９３、９４は、好ましくは、壁８８、８９と同じ材料から形成され、そして壁８８、８９に単に接着されるのではない。もちろん、このことは、複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の必須の特徴ではない。さらに、頂壁９５（図８に図示される）は、プレナム８３を密封する目的で、デイバス８０に設置され得る。
【００５４】
図８は、２つのアクチュエータ９６、９７がプレナム８３内で位置決めされ、そして頂壁９５がプレナム８３を覆って設置された後の、図７のデバイスを示す。この図に図示されるように、第一のアクチュエータ９６は、上部プラットフォーム９１、９２上に載り、そして第二のアクチュエータ９７は、下部プラットフォーム９３、９４に載る。これらの２つのアクチュエータ９６、９７は、好ましくは、圧電アクチュエータ１０１、１０２を有する可撓性ダイアフラム９８、９９を備え、これらの圧電素子は、可撓性ダイアフラム９８、９９に設置される。好ましいアクチュエータ９６、９７は、例示的な実施形態４０に関して上に記載された、エラストマーまたはポリマーのアクチュエータである。図２を参照のこと。他のアクチュエータが、本明細書中に記載される装置８０と一緒に使用され得る。しかし、エラストマー／ポリマーアクチュエータが、それらの低いプロフィール設計、頑丈な作動、および安価な費用に起因して、好ましい。
【００５５】
電力および制御が、電気配線（図示せず）によって、アクチュエータ９６、９７に供給される。これらの配線は、代表的に、ハウジング８２の上下両方の側壁８６、８６に切り込まれた、４つの小さいチャネル１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ（３つのみが、図６に図示される）を通って、ハウジング８２に入る。実際に、制御エレクトロニクス（図示せず）全体が、これらのチャネル１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ内に位置決めされ得ることが、予測される。次いで、電力のみが、好ましくは、これらのチャネル１０３ａ、１０３ｂ、１０３ｃ、およびこれらを含む制御ハードウェアに供給される。
【００５６】
アクチュエータ９６、９７は、好ましくは、装置のハウジング８２におけるプラットフォーム９１、９２、９３、９４に固定される。このことは、ある種の接着剤を使用することによって、達成される。ダイアフラム９８、９９の材料は、エラストマーまたはポリマーであることが好ましく、そしてハウジング８２の好ましい材料は、プラスチックであるので、当業者は、適切な接着剤、または他の取り付け機構を、容易に選択し得る。
【００５７】
一旦、アクチュエータ９６、９７が、装置のハウジング８２の内部の部分に固定されると、装置のプレナム８３が、本質的に、３つの部分に分割される。アクチュエータ９６、９７の位置決めは、３つの別々のチャンバを形成し、これらのチャンバは、３つの別個であるが関連する合成ジェットアクチュエータを生じる。第一（すなわち、底部）のチャンバ１０５は、ハウジングの底壁８７、ハウジングの前壁８８、ハウジングの後壁８９、および第二のアクチュエータ９７と境界を接する。第二のチャンバ１０６は、第一のアクチュエータ９６、前壁８８、後壁８９、および第二のアクチュエータ９７と境界を接する。第三のアクチュエータ１０７は、第一のアクチュエータ９６、前壁８８、後壁８９、および頂壁９５と境界を接する。
【００５８】
分配された冷却装置６０（図４Ａ）の上記実装は、チャンバ４５から単一の管６１へと導く、単一のオリフィス４６を有したことを思い出すこと。しかし、例示的な本実施形態８０において、各チャンバ１０５、１０６、１０７は、１つ以上のオリフィス１０８を有する。例示的な実施形態８０において、各チャンバ１０５、１０６、１０７は、装置のハウジング８２の前壁８８内に形成される、２つのオリフィスを有する。各オリフィスは、さらに、ハウジング８２の前壁８８から出る管８１のうちの１つに流体接続される。もちろん、各チャンバ１０５、１０６、１０７の各々が、２つのオリフィス１０８および管８１を有することは、必須ではない。この例示的な実施形態８０はまた、２つより多いかまたは２つより少ないオリフィス１０８および管８１が存在する場合、あるいは各チャンバ１０５、１０６、１０７に対して異なる数が存在する場合に、作動する。
【００５９】
管８１は、好ましくは、図６に図示されるように、ほぼ同じ水平面において、ハウジング８２に取り付けられる。この理由により、図７および図８は、１つの管８１（および１つのオリフィス１０８）が、ハウジングの前壁８８のおよそ中点において、ハウジング８２に取り付けられるようにのみ見える。管８１は、取り付け端部１０９（ハウジングの前壁８８に取り付けられる）および流体出口端部１１０（管の内部１１１を周囲流体１１２に流体接続する）を備える。
【００６０】
管８１は、好ましくは、全てが同じ水平面において、ハウジング８２に取り付けられ、そしてチャンバ１０５、１０６、１０７は、同じ水平面内にはないので、輪郭付けられた通路１１３が、好ましくは、各チャンバ１０５、１０６、１０７の各々を、特定の合成ジェットアクチュエータによって提供されるオリフィス１０８および管８１に流体接続するために使用される。
【００６１】
これらのポート付き通路１１３は、図９の切り取り断面図に図示される。さらに、図１０は、３つのチャンバ１０５、１０６、１０７、および各チャンバ１０５、１０６、１０７が提供するオリフィス１０８ａ〜ｆの切り取り図を図示する。例として、図１０において、第一のチャンバ１０５は、２つのオリフィス１０８ｅ、１０８ｆを有し；第二のチャンバ１０６は、２つのオリフィス１０８ｃ、１０８ｄを有し；そして第三のチャンバ１０７は、２つのオリフィス１０８ａ、１０８ｂを有する。図９および図１０からまた見られ得るように、ハウジング８２内の３つのチャンバ１０５、１０６、１０７は、必ずしも、断面が矩形である必要はなく、むしろ、流体を、各チャンバ１０５、１０６、１０７によって提供される種々の管８１へと方向付けるような、奇妙な形状である。
【００６２】
もちろん、代替の実施形態において、管８１は、必ずしも、同じ水平面において、ハウジング８２に取り付けられる必要はない。例えば、各チャンバ１０５、１０６、１０７によって提供される管８１は、チャンバ１０５、１０６、１０７に直接接続され得る。この場合、チャンバ１０１５、１０６、１０７は、これらがほぼ矩形の断面を有するように、形成され得る。
【００６３】
例示的な、複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の作動が、「プレナム」８３のうちの１つの具体的な議論によって、ここで記載される。他の「プレナム」８３の作動は、同様であることが、理解されるべきである。作動の際に、２つのダイアフラム９６、９７が、各ダイアフラム９８、９９上の各圧電アクチュエータ１０１、１０２を制御する制御システム（図示せず）によって、時間調和運動で振動させられる。ダイアフラム９８、９９は、好ましくは、２つのダイアフラム９８、９９の位相が互いにずれた状態で振動させられるように、作動される。
【００６４】
２つのアクチュエータ９６、９７が互いの方へと移動するにつれて、第二のチャンバ１０６の体積が減少し、そして頂部チャンバ１０７および底部チャンバ１０５の体積が増加する。従って、第二のチャンバ１０６が、チャンバ１０６から、このチャンバ１０６に接続された管８１の内部１１１内へと流体を押す。上記単一のアクチュエータの例示的な実施形態６０に関する議論から、この流体を管の内部１１１に押し込むことが、流体の「仮想ピストン」のように働くことを、思い出すこと。このプロセスの説明に付いては、上記図５Ａおよび図５Ｂに関する記載を参照のこと。この仮想ピストンは、管８１の内部１１１内へと移動し、管の内部１１１の流体を圧縮し、これによって、流体の合成ジェットストリーム１１５を、この第二のチャンバ１０６に接続された管８１の出口端部１１０において形成させる。
【００６５】
頂部チャンバ１０７および底部チャンバ１０５は、逆の作用を起こす。具体的には、２つのダイアフラム９８、９９が互いの方へと移動するにつれて、頂部チャンバ１０７と底部チャンバ１０５との両方が、これらのチャンバ１０７、１０５に接続された管８１の内部１１１から、流体を引く。これによって、流体の「仮想ピストン」が、頂部チャンバ１０７および底部チャンバ１０５内に移動し、これによって、これらのチャンバ１０７、１０５に接続された管８１の出口端部１１０に、周囲１１２から流体を引き込ませる。
【００６６】
ダイアフラム９８、９９が互いから離れるように振動するにつれて、第二のチャンバの体積が増加し、そして流体は、このチャンバ１０６に接続された管８１内へと、周囲１１２から引き込まれる。もちろん、頂部チャンバ１０７および底部チャンバ１０５の体積は、同様に減少する。これによって、流体の合成ジェットストリーム１１５が、これらの２つのチャンバ１０７、１０５に接続された管８１の出口端部１１０において形成される。
【００６７】
当業者によって認識されるように、複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の作動は、上記基本的な分配された冷却装置６０の作動の原理と非常に類似である。例えば、この実施形態８０の管８１は、単一のアクチュエータが分配された冷却装置６０に関して上で議論された様式で、ヘルムホルツ共鳴器として働く。
【００６８】
複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０の１つの共通の実装１２０が、図１１Ａおよび１１Ｂに図示される。もちろん、装置８０のシステムおよび構成の熱管理要求に依存して、他の多くの実装が、装置８０について可能である。この例示的な実装１２０は、装置８０の実装の範囲を限定しない。例示的な実装は、単に、本実施形態８０の特徴をよりよく説明するために提供される。
【００６９】
例示的な実装１２０は、加熱された物体１２２から離して熱を移送するための、外部熱だめ１２１の使用を包含する。複数のアクチュエータが分配された冷却装置８０は、装置８０における管８１の各々が、熱だめ１２１の一連のフィン１２４を備えて形成された一連のチャネル１２３と整列して、ジェットのフロー１２５が、フィン１２４の間のチャネル１２３を通過するように、位置決めされる。このジェットフロー１２５は、次に、熱だめ１２１のチャネル１２３内に形成された、二次冷却エアフロー１２６を巻き込む。
【００７０】
この冷却モジュール８０の別の利用１３２において、管８１の合成ジェットのアレイが、ファンで駆動されるフロー１２７によって冷却される熱だめ１２１における、フローバイパス１３０を減少させるために使用される。図１２Ａは、合成ジェットアクチュエータ８０なしでの状況を図示する。この実施形態において、ファン１２８は、熱だめ１２１のフィン１２４の間のチャネル１２３を通して、流体フロー１２７を引き込む。しかし、熱だめ１２１のチャネル１２３によって発生する圧力低下に起因して、エアフロー１３０の大部分が、熱だめ１２１を迂回する。このことは、いくつかの用途（ブレードサーバ、電気通信ラックなどのような用途であり、ここで、構成要素の板の間の間隔が狭く、そして多量のエアフローを熱い構成要素に設置された熱だめに通して駆動することを試みるファンの、大きな列が存在する）において遭遇する、共通の問題である。
【００７１】
この実装において、図１２Ｂに図示されるように、合成ジェットアクチュエータは、アクチュエータ８０の管８１が、熱だめ１２１のチャネル１２３内へのフロー１１５をからにするように方向付けされるように、位置決めされる。装置８０の分配された性質に起因して、このアクチュエータは、熱だめ１２１の面より下に位置決めされ得、これによって、このフローのあらゆる妨害を防止することに、注目のこと。アクチュエータ８０が作動される場合、接線方向の合成ジェット１１５が、熱だめ１２１の左縁部の近くに方向付けられる。ファン１２８は、作動を続ける。低圧の高モーメントの合成ジェットは、熱だめ１２１を先に迂回したエアフロー１３０のかなりの巻き込み１３１を可能にする。
【００７２】
本発明の上記実施形態、特に、任意の「好ましい」実施形態は、単に、実装の可能な説明であり、単に、本発明の原理の明白な理解のために記載されたことが、強調されるべきである。多くの改変物および変更物が、本発明の精神および原理から実質的に逸脱することなく、本発明の上記実施形態に対してなされ得る。このような全ての変更物および改変物は、本開示および本発明の範囲内に含まれる、そして添付の特許請求の範囲によって保護されることが意図される。
【００７３】
従って、本発明がこのように記載されたので、少なくとも上記特許請求の範囲に記載されるものが、特許請求される。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
本明細書に記載のデバイス。
【請求項１】
本明細書に記載のデバイス。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図２】
【図３】
【図４Ａ】
【図４Ｂ】
【図５Ａ】
【図５Ｂ】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１Ａ】
【図１１Ｂ】
【図１２Ａ】
【図１２Ｂ】
【公開番号】特開２０１０−１０１３２５（Ｐ２０１０−１０１３２５Ａ）
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２７５９４８（Ｐ２００９−２７５９４８）
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【分割の表示】特願２００６−５１８８６４（Ｐ２００６−５１８８６４）の分割
【原出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（５０５４７７２３５）ジョージア テック リサーチ コーポレイション (12)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年５月６日（２０１０．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月３日（２００９．１２．３）
【分割の表示】特願２００６−５１８８６４（Ｐ２００６−５１８８６４）の分割
【原出願日】平成１６年７月７日（２００４．７．７）
【出願人】（５０５４７７２３５）ジョージア テック リサーチ コーポレイション (12)
【Ｆターム（参考）】
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