(57)【要約】【課題】増大した冷却流量をもたらすシンセティックジェット駆動型冷却デバイスを提供する。【解決手段】一連の流体渦を発生させ、放出するためのシンセティックジェット駆動型冷却デバイスのシンセティックジェットアクチュエータ（複数可）に結合されるマニホルドは、流体渦を受け取り、１次空気流を発生させる。連結管によりマニホルドに連結される空気増幅器は、１次空気流を受け取る。空気増幅器は、連結管に直交して方向設定される空気取入口、および、空気取入口の反対に布置される空気出口を含み、空気取入口の直径より小さい直径を有するベンチュリ部が、空気取入口と空気出口との間に布置される。ベンチュリ部の中心での低圧領域が、空気取入口を通して中に周辺空気を引き込んで２次空気流を発生させ、２次空気流は、１次空気流と合流して、ベンチュリを通って流れて空気出口から流出する合流した空気流れを発生させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一連の流体渦を発生させ、放出するように構成される、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータであって、前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータの各々が、前記一連の流体渦が通って放出されるオリフィスを備える、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータ、
前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータの前記オリフィスからの前記一連の流体渦を受け取るように、前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータに結合されるマニホルドであって、前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータからの前記一連の流体渦が１次空気流を発生させるマニホルド、
前記１次空気流を受け取るように連結管によって前記マニホルドに連結される空気増幅器であって、
前記空気増幅器の第１の端部に布置され、第１の直径を有し、前記連結管の出口に直交して方向設定される空気取入口、
前記第１の端部から反対の前記空気増幅器の第２の端部に布置される空気出口、および、
前記空気取入口と前記空気出口との間に布置され、前記第１の直径未満である第２の直径を有するベンチュリ部
を備える空気増幅器
を備え、
前記ベンチュリ部の中心での低圧領域が、前記空気取入口を通して中に周辺空気を引き込んで２次空気流を発生させ、前記２次空気流が、前記１次空気流と合流して、前記ベンチュリを通って流れて前記空気出口から流出する合流した空気流れをもたらす、
シンセティックジェット駆動型冷却デバイス。
【請求項２】
前記連結管の前記出口が、前記空気取入口の前記第１の直径から前記ベンチュリ部の前記第２の直径まで前記空気増幅器を次第に細くする前記ベンチュリ部のスロートで前記空気増幅器に結合される、請求項１記載の冷却デバイス。
【請求項３】
前記連結管から流出すると、前記１次空気流が、コアンダ効果に起因して、前記空気増幅器の前記ベンチュリ部の表面の近傍で流れるようにされる、請求項２記載の冷却デバイス。
【請求項４】
前記空気増幅器の前記ベンチュリ部によって、前記１次空気流の速度が、ベンチュリ効果に起因して、前記１次空気流が前記ベンチュリ部を通過する際に増大し、そのことにより、前記ベンチュリ部の前記中心での前記低圧領域がさらに形成される、請求項１記載の冷却デバイス。
【請求項５】
前記空気増幅器の前記空気出口から流出する前記合流した空気流れが、前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータからの前記一連の流体渦から発生する前記１次空気流より高い速度および体積流量を有する、請求項１記載の冷却デバイス。
【請求項６】
前記合流した空気流の前記体積流量が、前記１次空気流の体積流量より１５から２０倍大きい、請求項５記載の冷却デバイス。
【請求項７】
前記空気増幅器の前記空気出口が、前記合流した空気流れが熱源に冷却をもたらすように、前記熱源に近接して布置される、請求項１記載の冷却デバイス。
【請求項８】
前記空気増幅器が、冷却されるマイクロエレクトロニクス回路パッケージにより課せられる体積制約の範囲内で適合するように構成されるマイクロベンチュリデバイスを備える、請求項１記載の冷却デバイス。
【請求項９】
前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータが、積層型の構成で配置構成される複数のシンセティックジェットアクチュエータを備え、前記複数のシンセティックジェットアクチュエータの各々の前記オリフィスが、各々のシンセティックジェットアクチュエータから放出される前記一連の流体渦が前記マニホルドに方向が定められるように、他のオリフィスと位置調整される、請求項１記載の冷却デバイス。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータの各々が、
第１のプレート、
前記第１のプレートから隔置され、前記第１のプレートに平行に配置構成される第２のプレート、
チャンバを形成するように、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートに結合され、前記第１のプレートと前記第２のプレートとの間に布置され、中に前記オリフィスを含む壁構造、ならびに、
前記第１のプレートおよび前記第２のプレートのたわみを選択的に引き起こし、そのことにより、前記一連の流体渦が発生し、前記壁構造の前記オリフィスから外に放出されるように前記チャンバの内側の体積を変化させるように、前記第１のプレートおよび前記第２のプレートの少なくとも１つに結合されるアクチュエータ要素
を備える、請求項１記載の冷却デバイス。
【請求項１１】
少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータであって、前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータの各々が、一連の流体渦を発生させ、前記シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスから外に放出するように構成される、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータ、
前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータからの前記一連の流体渦を受け取るように、前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータに結合されるマニホルドであって、前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータからの前記一連の流体渦が１次空気流を発生させるマニホルド、
前記１次空気流を受け取るように前記マニホルドに連結される空気増幅器であって、前記空気増幅器の空気取入口と比較して低減した断面積を有するベンチュリ部を備える空気増幅器
を備え、
前記１次空気流が前記空気増幅器に進入する際に前記１次空気流に作用するコアンダ効果、および、前記空気増幅器の前記ベンチュリ部により引き起こされるベンチュリ効果によって、前記空気取入口を取り巻く流体が前記空気取入口に引き込まれて２次空気流が発生し、前記２次空気流が、前記１次空気流と合流して、前記空気増幅器の空気出口から流出する合流した空気流れをもたらす、
混成型コアンダ−ベンチュリ冷却デバイス。
【請求項１２】
前記１次空気流が、前記空気増幅器の前記空気取入口に全体的に直交する方向で、および前記ベンチュリ部のスロートで前記空気増幅器に進入する、請求項１１記載の冷却デバイス。
【請求項１３】
前記ベンチュリ部の前記スロートが、前記空気取入口での前記第１の直径から、前記第１の直径未満である前記ベンチュリ部の第２の直径まで前記空気増幅器を次第に細くする、請求項１２記載の冷却デバイス。
【請求項１４】
前記１次空気流が前記空気増幅器に進入する際に前記１次空気流に作用する前記コアンダ効果によって、前記１次空気流が、前記空気増幅器の前記ベンチュリ部の表面の近傍で流れる、請求項１１記載の冷却デバイス。
【請求項１５】
前記空気増幅器の前記ベンチュリ部によって、前記１次空気流の速度が、前記ベンチュリ効果に起因して、前記１次空気流が前記ベンチュリ部を通過する際に増大し、そのことにより、前記空気取入口を取り巻く前記流体が前記空気取入口に引き込まれるようにする、前記ベンチュリ部の中心での低圧領域がさらに形成される、請求項１１記載の冷却デバイス。
【請求項１６】
前記空気増幅器の前記空気出口から流出する前記合流した空気流れが、前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータからの前記一連の流体渦から発生する前記１次空気流より高い速度および体積流量を有する、請求項１１記載の冷却デバイス。
【請求項１７】
前記少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータが、積層型の構成で配置構成される複数のシンセティックジェットアクチュエータを備え、前記複数のシンセティックジェットアクチュエータの各々の前記オリフィスが、各々のシンセティックジェットアクチュエータから放出される前記一連の流体渦が前記マニホルドに方向が定められるように、他のオリフィスと位置調整される、請求項１１記載の冷却デバイス。
【請求項１８】
１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータであって、各々が、一連の流体渦を発生させ、前記シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスから外に放出するように構成される、１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータを用意するステップ、
前記シンセティックジェットアクチュエータの前記オリフィスからの前記一連の流体渦を受け取るように、前記１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータにマニホルドを結合するステップであって、前記１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータからの前記一連の流体渦が１次空気流を発生させる、結合するステップ、
前記マニホルドから前記１次空気流を受け取るように連結管によって前記マニホルドに空気増幅器を連結するステップであって、前記空気増幅器が、前記空気増幅器の空気取入口と比較して低減した断面積を有するベンチュリ部を備える、連結するステップ
を含み、
シンセティックジェット積層体に前記空気増幅器を連結することによって、前記１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータから発生する前記１次空気流より高い速度および体積流量を有する、前記空気増幅器からの空気流れのアウトプットが発生する、
シンセティックジェット冷却デバイスを製造する方法。
【請求項１９】
前記１次空気流が前記空気増幅器に進入する際に前記１次空気流に作用するコアンダ効果、および、前記空気増幅器の前記ベンチュリ部により引き起こされるベンチュリ効果によって、前記空気取入口を取り巻く流体が前記空気取入口に引き込まれて２次空気流が発生し、前記２次空気流が、前記１次空気流と合流して、前記空気増幅器の空気出口から流出する前記空気流れのアウトプットをもたらす、請求項１８記載の方法。
【請求項２０】
前記マニホルドに前記空気増幅器を連結するステップが、前記ベンチュリ部のスロートで前記空気増幅器に前記連結管の出口を連結するステップを含み、前記連結管の前記出口が、前記１次空気流が前記コアンダ効果およびベンチュリ効果を受けるように、前記空気増幅器の前記空気取入口に直交して方向設定される、請求項１９記載の方法。
【請求項２１】
前記１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータが、複数のシンセティックジェットアクチュエータを備え、前記方法が、前記複数のシンセティックジェットアクチュエータを、シンセティックジェット積層体に、および、前記複数のシンセティックジェットアクチュエータの前記オリフィスが位置調整されるように配置構成するステップをさらに含む、請求項１９記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般にはシンセティックジェットデバイスに関し、より詳細には、シンセティックジェットデバイスの体積流量および熱伝達率を増大するための装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
シンセティックジェットアクチュエータは、流体のシンセティックジェットを発生させて、ある表面の上方のその流体の流れに影響を与えて、その表面から離れたところに熱を分散させる、広く使用されている技術である。典型的なシンセティックジェットアクチュエータは、内部チャンバを画定するハウジングを備える。オリフィスがハウジングの壁に存在する。アクチュエータは、一連の流体渦が発生し、ハウジングのオリフィスから外の外部環境に放出されるように、内部チャンバの内側の体積を周期的に変化させるための機構を、ハウジングの中または付近にさらに含む。体積変化機構の例は、例えば、ピストンの往復動の間にオリフィスの中および外に流体を移動させるための、ジェットハウジングに布置されるピストン、またはハウジングの壁としての可撓性ダイアフラムを含み得る。可撓性ダイアフラムは典型的には、圧電アクチュエータまたは他の適切な手段により作動させられる。
【０００３】
典型的には制御システムが、体積変化機構の時間調和運動を生成するために使用される。機構がチャンバ体積を減少する際、流体はオリフィスを通ってチャンバから排出される。流体がオリフィスを通過する際、オリフィスの鋭い縁部が流れを分離して渦層を生成し、渦層は巻き上がって渦になる。これらの渦は、それらの渦自体の自己誘導速度にしたがってオリフィスの縁部から離れて移動する。機構がチャンバ体積を増大する際、周囲流体がオリフィスからかなりの距離からチャンバに引き入れられる。渦はすでにオリフィスの縁部から離れて移動しているので、それらの渦は、チャンバ内に進入する周囲流体による影響を受けない。渦がオリフィスから離れて進行する際、それらの渦は、流体のジェット、すなわち「シンセティックジェット」を合成する。
【０００４】
典型的なシンセティックジェットデバイスの１つの欠点は、それらのデバイスが、発生させる流量が非常に低く、その結果残念ながら、そのことに対応した低い熱伝達率を規定するものであるということである。この低い熱伝達率は、高い率の熱放散を必要とするシステムおよびデバイスにとっては問題となる場合がある。特にエレクトロニクスパッケージにおいては、ますます強力になる処理システムに関連して熱放散レベルが上昇し、その結果として、典型的なシンセティックジェットデバイスでは満たし得ない場合がある、向上した冷却率に対するニーズが生じている。例えばマイクロエレクトロニクス業界においては、技術の進歩によって、トランジスタ密度は増大し、電子チップはより高速になり、その結果、妥当なチップ温度を維持するために放散しなければならない熱流束もまた上昇した。これらの増大した冷却要件を満たすために、シンセティックジェットデバイスのサイズおよび／または数を増大することが考えられる一方で、そのような電子パッケージを冷却するために実装される任意の冷却システムには、厳しい体積制約が課せられることが多いことが認識される。
【０００５】
したがって、熱を生み出すデバイスを効率的な様式で冷却するためのシステムに対するニーズが存在する。さらには、最小限の空間要件を有し、冷却流量の増大をもたらすそのようなシステムに対するニーズが存在する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１１／０１６２８２３号公報
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の実施形態は、増大した冷却流量をもたらすシンセティックジェット駆動型冷却デバイスを提供することにより、上述の欠点を克服する。シンセティックジェット駆動型冷却デバイスはパッケージを組み込み、そのパッケージを通って流体流は経路指定され、増大した冷却性能をもたらすように流体流の流量を増大するための、コアンダ効果およびベンチュリ効果を受ける。
【０００８】
本発明の一態様によれば、シンセティックジェット駆動型冷却デバイスは、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータであって、一連の流体渦を発生させ、シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスを通して放出するように構成される、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータ、および、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータのオリフィスからの一連の流体渦を受け取るように、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータに結合されるマニホルドであって、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータからの一連の流体渦が１次空気流を発生させるマニホルドを含む。シンセティックジェット駆動型冷却デバイスは、１次空気流を受け取るように連結管によってマニホルドに連結される空気増幅器をさらに含み、空気増幅器は、空気増幅器の第１の端部に布置され、第１の直径を有し、連結管の出口に直交して方向設定される空気取入口、第１の端部から反対の空気増幅器の第２の端部に布置される空気出口、および、空気取入口と空気出口との間に布置され、第１の直径未満である第２の直径を有するベンチュリ部をさらに備える。ベンチュリ部の中心での低圧領域が、空気取入口を通して中に周辺空気を引き込んで２次空気流を発生させ、２次空気流は、１次空気流と合流して、ベンチュリを通って流れて空気出口から流出する合流した空気流れをもたらす。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、混成型コアンダ−ベンチュリ冷却デバイスは、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータであって、一連の流体渦を発生させ、シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスから外に放出するように構成される、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータ、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータからの一連の流体渦を受け取り、１次空気流を発生させるように、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータに結合されるマニホルド、および、１次空気流を受け取るようにマニホルドに連結される空気増幅器であって、空気増幅器の空気取入口と比較して低減した断面積を有するベンチュリ部を備える空気増幅器を含む。１次空気流が空気増幅器に進入する際に１次空気流に作用するコアンダ効果、および、空気増幅器のベンチュリ部により引き起こされるベンチュリ効果によって、空気取入口を取り巻く流体が空気取入口に引き込まれて２次空気流が発生し、２次空気流は、１次空気流と合流して、空気増幅器の空気出口から流出する合流した空気流れをもたらす。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、シンセティックジェット冷却デバイスを製造する方法は、１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータであって、各々が、一連の流体渦を発生させ、シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスから外に放出するように構成される、１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータを用意するステップ、シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスからの一連の流体渦を受け取り、一連の流体渦から１次空気流を発生させるように、１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータにマニホルドを結合するステップ、および、マニホルドから１次空気流を受け取るように連結管によってマニホルドに空気増幅器を連結するステップであって、空気増幅器が、空気増幅器の空気取入口と比較して低減した断面積を有するベンチュリ部を備える、連結するステップを含む。シンセティックジェット積層体に空気増幅器を連結することによって、１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータから発生する１次空気流より高い速度および体積流量を有する、空気増幅器からの空気流れのアウトプットが発生する。
【００１１】
これらおよび他の利点および特徴は、付随する図面に関して提供する本発明の好ましい実施形態の以下の詳細な説明から、より容易に理解されよう。
【００１２】
図面は、本発明を遂行するために現在企図される実施形態を例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】制御システムを伴うシンセティックジェットアクチュエータの断面図である。
【図２】制御システムによってプレートが内方向に、オリフィスに向かって動く際のジェットを図示する、図１のシンセティックジェットアクチュエータの断面図である。
【図３】制御システムによってプレートが外方向に、オリフィスから離れて動く際のジェットを図示する、図１のシンセティックジェットアクチュエータの断面図である。
【図４】本発明の実施形態による、シンセティックジェット駆動型冷却デバイスのブロック概略図である。
【図５】本発明の実施形態による、シンセティックジェット駆動型冷却デバイスのブロック概略図である。
【図６】図４および図５のシンセティックジェット駆動型冷却デバイスにより発生する流体流れを例示するブロック概略図である。
【図７】本発明の実施形態による、シンセティックジェット駆動型冷却デバイスのブロック概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
図１〜図３を参照すると、本発明の実施形態とともに使用可能である、シンセティックジェットアクチュエータまたはデバイス１０、およびその動作が、シンセティックジェットアクチュエータの全体的な動作を説明する目的で示されている。シンセティックジェットアクチュエータ１０は、内部チャンバ１４を画定かつ囲繞するハウジング１２を含む。ハウジング１２およびチャンバ１４は、用途に応じて、円板形、卵形、正方形、長方形、楕円形等々のような実質的に任意の幾何学的構成をとり得るが、考察および理解の目的で、ハウジング１２は図１に断面図の形で示され、ハウジング１２は、チャンバ１４を画定するように、連続的な外側境界表面すなわち壁１６、および、壁１６の両方の側部上で相互に平行に配置構成される１対のプレート１８、２０（すなわち上部プレートおよび下部プレート）を有し、プレートの一方または両方は、チャンバ１４に対して内方向および外方向にプレートの変位を可能にする程度に可撓性である。壁１６は、内部チャンバ１４を、周囲流体（例えば空気）を有する周辺外部環境と流体連通状態にする、任意の幾何学的形状の１つまたは複数のオリフィス２２を有し、オリフィス（複数可）２２は、オリフィスから発出する流体を、所望の場所に、および、シンセティックジェットアクチュエータ１０の近傍または周りに布置される物体（図示せず）に方向を定めるように布置される。
【００１５】
図１〜図３に示すようなプレート１８、２０の少なくとも１つに、またはそれらのプレートの両方に、プレートの変位を引き起こすように構成される、１つまたは複数のアクチュエータ要素、マイクロメカニカルデバイス、または圧電動力（ｐｉｅｚｏｍｏｔｉｖｅ）デバイス２４、２６が取り付けられる。例示的な実施形態ではアクチュエータ要素２４、２６は、コントローラ／電源２８から電荷を周期的に受け取り、電荷に応答した機械的な応力および／またはひずみがかけられるように構成される圧電要素（例えば圧電円板、モノモルフ、またはバイモルフ）を備える。圧電要素２４、２６の応力／ひずみは、例えば、プレートの時間調和運動または振動が実現されるように、プレート１８、２０のたわみを引き起こす。それぞれプレート１８、２０に結合される圧電要素２４、２６を選択的に制御して、シンセティックジェットアクチュエータ１０から吐き出されるシンセティックジェット流３０の体積および速度を制御するように、プレートの一方または両方の振動を引き起こすことが可能であることが認識される。
【００１６】
本発明の実施形態ではアクチュエータ２４、２６は、形状記憶合金、磁性材料、静電材料、水硬性材料、および超音波材料などの、圧電動力デバイス以外のデバイスを含み得る。したがってそのような実施形態では、コントローラ／電源２８は、対応する方式でアクチュエータ２４、２６を動作状態にするように構成される。すなわち静電材料に関しては、コントローラ／電源２８を、アクチュエータ２４、２６が取り付けられるプレート１８、２０を動作状態にし、曲げるために、アクチュエータ２４、２６に、急速に交番する静電電圧を付与するように構成することが可能である。そのような追加的な材料を、それら自体をモノモルフおよびバイモルフの配置構成で構成することが可能である。
【００１７】
シンセティックジェットアクチュエータ１０の動作を、図２および図３を参照して説明する。図２は、プレート１８、２０が、矢印３１により図示するように、チャンバ１４内に内方向に移動するようにコントローラ／電源２８により制御される際のシンセティックジェットアクチュエータ１０を図示する。チャンバ１４はその体積が減少され、流体がオリフィス２２を通って排出される。流体がオリフィス２２を通ってチャンバ１４から流出する際、流れは、オリフィス２２の縁部で分離し、渦層３２を生成し、渦層３２は、巻き上がって渦３４になり、矢印３６により指示する方向にオリフィス縁部３０から離れて移動し始める。
【００１８】
図３は、プレート１８、２０が、矢印３８により図示するように、チャンバ１４に対して外方向に移動するように制御される際のシンセティックジェットアクチュエータ１０を図示する。チャンバ１４はその体積が増大され、周囲流体３９が、矢印４０の組により図示するようにチャンバ１４内に突進する。プレート１８、２０は、プレート１８、２０がチャンバ１４から離れて移動するとき、渦３４が、すでにオリフィス縁部から除去されており、したがってチャンバ１４に引き入れられる周囲流体３９による影響を受けないように、制御システム２８により制御される。一方で周囲流体３９のジェットが、渦３４により合成されて、オリフィス２２からかなり離れた距離から引き寄せられる周囲流体の強力な引き込みを生成する。
【００１９】
次に図４および図５を参照すると、混成型コアンダ−ベンチュリシンセティックジェット駆動型冷却デバイス５０が、本発明の実施形態によって示されている。冷却デバイス５０は、図１〜図３に示すような複数のシンセティックジェットアクチュエータ／デバイス１０を含むが、冷却デバイスに含まれるシンセティックジェットアクチュエータの構造は、図１〜図３に示すシンセティックジェットアクチュエータ１０の構造とは異なる場合があることが認識される。シンセティックジェットアクチュエータ１０は、シンセティックジェット積層体５２を形成するように配置構成され、積層体５２に含まれるシンセティックジェットアクチュエータ１０の数は、冷却デバイスを駆動するために求められる必要な流れ体積のアウトプットに基づいて決定される。図５に示すように、積層体５２内のシンセティックジェットアクチュエータ１０の各々のオリフィス２２は、各々のシンセティックジェットアクチュエータ１０から発する流体のジェットが同じ方向に流れるように位置調整される。
【００２０】
再び図４を参照すると、マニホルド５４が、シンセティックジェットアクチュエータ１０の積層体に結合され、シンセティックジェットアクチュエータ１０から発する流体のジェットがマニホルド５４により収集されるように、シンセティックジェットアクチュエータ１０の複数のオリフィス２２を覆うように布置される。マニホルド５４により収集される流体のジェットは、冷却デバイス５０の空気増幅器５８にマニホルド５４を連結する連結管５６（または同様の構成要素）に方向が定められ、連結管５６は、連結管５６を通って経路指定されるシンセティックジェットアクチュエータ１０からの流体のジェットが、空気増幅器５８のベンチュリ部６２のスロート６０で連結管５６の出口６３から流出させられるように、空気増幅器５８に対して布置される。
【００２１】
図４に示すように空気増幅器５８は、連結管５６から離れている追加的な空気取入口６４をさらに含み、空気取入口６４は、連結管５６に直交して方向設定される。空気出口６６が、空気取入口６４から反対に、ベンチュリ部６２の他方の側部上に布置され、空気出口６６から流出する増大した速度および体積を有する増幅された空気流れが、熱源６８に方向が定められるように、冷却すべき熱源６８に近接するように布置され得る。一実施形態によれば熱源６８は、マイクロエレクトロニクス回路パッケージの形式である場合があり、そのことに応じて冷却デバイス５０を、マイクロエレクトロニクス回路パッケージにより課せられる余裕のない体積制約の範囲内で適合するように設計されるマイクロベンチュリデバイスとして構成することが可能である。
【００２２】
混成型コアンダ−ベンチュリシンセティックジェット駆動型冷却デバイス５０の動作、およびそれにより発生する空気流れを、図６に全体的に例示する。冷却デバイス５０の動作中、７０として指示する、シンセティックジェットアクチュエータ１０により発生する流体（すなわち空気）のジェットが、マニホルド５４により収集され、連結管５６を通って流れるように圧縮される。空気は、高い速度で連結管５６を通って流れが調整され、７２として指示する１次空気流としてベンチュリ部６２のスロートで空気増幅器５８内に流出する。コアンダ効果に起因して、連結管５６から流出するこの１次空気流７２は、ベンチュリ部６２の表面７４に近い通路をたどり、すなわち１次空気流７２は、コアンダ輪郭に付着し、ベンチュリ６２を通って空気増幅器５８の空気出口６６に向けて方向が定められる。ベンチュリの表面の近くに１次空気流７２が付着することによって、７４として指示する、ベンチュリの中心での低圧領域が生成され、その低圧領域が、空気取入口を通って空気増幅器に進入する周辺流体／空気を引き込んで、全体的に７６として指示する２次空気流を生成し、２次空気流は、１次空気流７２の方向に流れ、そのことにより１次空気流７２への空気の高い体積流れを生成する。コアンダ効果およびベンチュリ効果を組み合わせることは、シンセティックジェットデバイスからの体積流量を増大するのに役立ち、１次空気流７２および周辺空気（すなわち２次空気流７６）の合流した流れが、７８として指示する、高い体積、高い速度の合流した空気流れとして空気出口から流出する。
【００２３】
次に図７を参照すると、シンセティックジェット冷却デバイス８０が、本発明の別の実施形態によって示されている。シンセティックジェット冷却デバイス８０は、構造および動作に関して、図４および図６に示すシンセティックジェット冷却デバイス５０の構造および動作とは、シンセティックジェット冷却デバイス５０においての複数の個々のシンセティックジェットアクチュエータ１０の積層型の配置構成５２が、シンセティックジェット冷却デバイス８０においての単一のシンセティックジェットアクチュエータ１０により置き換えられているという点を除いて同様である。すなわち、本発明の実施形態が、複数のシンセティックジェットアクチュエータではなく、単一のシンセティックジェットアクチュエータのみを組み込むシンセティックジェット冷却デバイスを対象とする場合があることが認識される。そのような実施形態ではシンセティックジェット冷却デバイス８０は、コアンダ効果およびベンチュリ効果を利用して、シンセティックジェット冷却デバイスからの体積流量を増大することがやはり可能である。
【００２４】
このように有益には、本発明の実施形態は、コアンダ効果およびベンチュリ効果を利用して、シンセティックジェット冷却デバイスからの体積流量を増大するように設計されるシンセティックジェット冷却デバイス５０、８０を提供するものであり、結果として得られる流量は、コアンダ効果およびベンチュリ効果を利用するように設計されない（すなわち、シンセティックジェットアクチュエータにより発生する流体ジェットだけに依拠する）同様のサイズの冷却デバイスにより発生する流量の結果として得られるものの（例えば）１５〜２０倍の大きさである。そのことに応じて、シンセティックジェット冷却デバイス５０、８０により実現可能である熱伝達率が著しく高められる。結果として、同じ熱伝達率に対して、シンセティックジェット冷却デバイス５０、８０のサイズを、マイクロエレクトロニクス回路パッケージを冷却する際に直面し得るような、厳しい体積制約が冷却システムに課せられる用途において、冷却デバイスを実装可能であるように低減することが可能である。あるいは、冷却デバイス５０、８０の同じサイズに対して、熱伝達率を劇的に増大することが可能である。
【００２５】
したがって本発明の一実施形態によれば、シンセティックジェット駆動型冷却デバイスは、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータであって、一連の流体渦を発生させ、シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスを通して放出するように構成される、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータ、および、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータのオリフィスからの一連の流体渦を受け取るように、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータに結合されるマニホルドであって、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータからの一連の流体渦が１次空気流を発生させるマニホルドを含む。シンセティックジェット駆動型冷却デバイスは、１次空気流を受け取るように連結管によってマニホルドに連結される空気増幅器をさらに含み、空気増幅器は、空気増幅器の第１の端部に布置され、第１の直径を有し、連結管の出口に直交して方向設定される空気取入口、第１の端部から反対の空気増幅器の第２の端部に布置される空気出口、および、空気取入口と空気出口との間に布置され、第１の直径未満である第２の直径を有するベンチュリ部をさらに備える。ベンチュリ部の中心での低圧領域が、空気取入口を通して中に周辺空気を引き込んで２次空気流を発生させ、２次空気流は、１次空気流と合流して、ベンチュリを通って流れて空気出口から流出する合流した空気流れをもたらす。
【００２６】
本発明の別の実施形態によれば、混成型コアンダ−ベンチュリ冷却デバイスは、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータであって、一連の流体渦を発生させ、シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスから外に放出するように構成される、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータ、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータからの一連の流体渦を受け取り、１次空気流を発生させるように、少なくとも１つのシンセティックジェットアクチュエータに結合されるマニホルド、および、１次空気流を受け取るようにマニホルドに連結される空気増幅器であって、空気増幅器の空気取入口と比較して低減した断面積を有するベンチュリ部を備える空気増幅器を含む。１次空気流が空気増幅器に進入する際に１次空気流に作用するコアンダ効果、および、空気増幅器のベンチュリ部により引き起こされるベンチュリ効果によって、空気取入口を取り巻く流体が空気取入口に引き込まれて２次空気流が発生し、２次空気流は、１次空気流と合流して、空気増幅器の空気出口から流出する合流した空気流れをもたらす。
【００２７】
本発明のさらに別の実施形態によれば、シンセティックジェット冷却デバイスを製造する方法は、１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータであって、各々が、一連の流体渦を発生させ、シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスから外に放出するように構成される、１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータを用意するステップ、シンセティックジェットアクチュエータのオリフィスからの一連の流体渦を受け取り、一連の流体渦から１次空気流を発生させるように、１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータにマニホルドを結合するステップ、および、マニホルドから１次空気流を受け取るように連結管によってマニホルドに空気増幅器を連結するステップであって、空気増幅器が、空気増幅器の空気取入口と比較して低減した断面積を有するベンチュリ部を備える、連結するステップを含む。シンセティックジェット積層体に空気増幅器を連結することによって、１つまたは複数のシンセティックジェットアクチュエータから発生する１次空気流より高い速度および体積流量を有する、空気増幅器からの空気流れのアウトプットが発生する。
【００２８】
本発明をわずかな限られた数の実施形態に関して詳細に説明したが、本発明はそのような開示した実施形態に限定されないことを容易に理解されたい。むしろ本発明を、これまで説明していないが、本発明の趣旨および範囲に相応する、任意の数の変形、代替、置換、または同等の配置構成を組み込むように修正することが可能である。加えて、本発明の様々な実施形態を説明したが、本発明の態様は、説明した実施形態の一部のみを含む場合があることを理解されたい。したがって本発明は、前述の説明により限定されると理解すべきではなく、添付の特許請求の範囲の範囲により限定されるだけである。
【符号の説明】
【００２９】
１０  シンセティックジェットアクチュエータ／デバイス
１２  ハウジング
１４  内部チャンバ
１６  壁
１８、２０  プレート
２２  オリフィス
２４、２６  アクチュエータ要素、マイクロメカニカルデバイス、圧電動力デバイス、圧電要素
２８  コントローラ／電源、制御システム
３０  シンセティックジェット流、オリフィス縁部
３１  矢印
３２  渦層
３４  渦
３６、３８  矢印
３９  周囲流体
４０  矢印
５０  混成型コアンダ−ベンチュリシンセティックジェット駆動型冷却デバイス、シンセティックジェット冷却デバイス
５２  シンセティックジェット積層体、積層型の配置構成
５４  マニホルド
５６  連結管
５８  空気増幅器
６０  スロート
６２  ベンチュリ部
６３  出口
６４  空気取入口
６６  空気出口
６８  熱源
７０  流体のジェット
７２  １次空気流
７４  表面、低圧領域
７６  ２次空気流
７８  合流した空気流れ
８０  シンセティックジェット冷却デバイス
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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