(57)【要約】      （修正有）【課題】温度に依存する電力生成装置及び電力消費装置を冷却する。【解決手段】冷却システムは、能動冷却装置と、選択的に装置を起動させるための駆動信号を生成し、それに送信するためのコントローラ４２を含む。コントローラ４２は、冷却装置の消費電力及び電力機器の測定された動作パラメータに関してセンサーから入力を受け取り、その入力は装置が電力生成装置である場合には電力装置の出力電力を含み、装置が電力消費装置である場合には電力装置の入力電力を含む。コントローラ４２は、能動冷却装置に熱発生電力装置を選択的に冷却させるために、冷却装置の消費電力および測定された電力装置の入力もしくは出力電力に基づいて、冷却装置に対して駆動信号を生成し送信する。正味システム電力出力または全システム電力入力は、冷却装置によって提供される対流冷却の量を制御することによって、最大／最小にすることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
低電力能動冷却装置と、
前記能動冷却装置に電気的に結合され、前記能動冷却装置を選択的に起動させるために、前記能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信するように構成されるコントローラ（４２、８０）と、
前記能動冷却装置の消費電力を測定し、前記能動冷却装置により冷却されている熱発生電気装置の動作と関係する１つまたは複数の動作パラメータを測定するように構成される複数のセンサー（６６、６８、７２、７４、７６、１０２、１０４）と、を含み、
前記熱発生電気装置は、温度に依存する電力生成装置（６４）および温度に依存する電力消費装置（９２）の一方を含み、
前記コントローラ（４２、８０）は、
前記能動冷却装置の前記消費電力および前記１つもしくは複数の測定された動作パラメータについての入力であって、前記熱発生電気装置が電力生成装置（６４）である場合には装置出力電力を含み、または、前記熱発生電気装置が電力消費装置（９２）である場合には装置入力電力を含む入力を前記複数のセンサー（６６、６８、７２、７４、７６、１０２、１０４）から受信し、
前記能動冷却装置に前記熱発生電気装置を選択的に冷却させるために、前記能動冷却装置の前記消費電力および前記測定された動作パラメータについての前記受信した入力に基づいて、前記能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信するようにさらに構成され、
前記能動冷却装置に対して前記駆動信号を生成し送信する際には、前記コントローラ（４２、８０）は、前記装置が電力生成装置（６４）である場合には正味システム電力出力を最大にするために、または、前記装置が電力消費装置（９２）である場合には全システム電力入力を最小にするために、前記能動冷却装置によって提供される対流冷却の量を制御し、前記正味システム電源出力を最大にすることは、前記電力生成装置（６４）により生成される電力から前記能動冷却装置によって消費される電力を減ずることによって定義される正味電力を最大にすることを含み、前記全システム電力を最小にすることは、前記電力消費装置（９２）により消費される電力に前記能動冷却装置により消費される電力を加えることによって定義される全電力を最小にすることを含む冷却システム（８６、１１０）。
【請求項２】
前記低電力能動冷却装置は、シンセティックジェット（１２、６２）を含み、前記シンセティックジェット（１２、６２）は、
チャンバ（２０）を取り囲み、オリフィス（３０）が形成される本体（１６）と、
前記本体（１６）の表面の変位を選択的に生じさせるために、前記表面に結合されるアクチュエータ要素（３４、３６）と、を含む、請求項１に記載の冷却システム（８６、１１０）。
【請求項３】
前記シンセティックジェット（１２、６２）は、２重冷却ジェットを含み、前記２重冷却ジェットは、
前記本体（１６）の第１の表面の変位を選択的に生じさせるために、前記第１の表面に結合される第１のアクチュエータ要素（３４）と、
前記本体（１６）の第２の表面の変位を選択的に生じさせるために、前記第２の表面に結合される第２のアクチュエータ要素（３６）と、を含み、
前記第２の表面は、前記第１の表面に対して平行に配置され、前記コントローラ（４２、８０）は、前記本体（１６）の前記オリフィス（３０）から外に放出される一連の流体渦を選択的に生成するように、前記第１および第２のアクチュエータ要素（３４、３６）に前記第１および第２の表面の変位を選択的に生じさせるために、前記２重冷却ジェットに対して駆動信号を生成し送信するように構成される、請求項２に記載の冷却システム（８６、１１０）。
【請求項４】
前記コントローラ（４２、８０）は、
フィードバックループ（８４、１０８）を介して、前記装置出力電力または前記装置入力電力についての複数の入力を前記複数のセンサー（６６、６８、７２、７４、７６、１０２、１０４）から受信し、
前記熱発生電気装置に対して前記能動冷却装置により提供される前記対流冷却の量を反復的に調整して、前記装置が電力生成装置（６４）である場合には前記正味システム電力出力が最大になる温度で、または前記装置が電力消費装置（９２）である場合には前記全システム電力入力が最小になる温度で、前記熱発生電気装置が動作するように、前記複数の入力に基づいて、前記能動冷却装置に対して生成され送信される前記駆動信号を反復的に調整するように、さらに構成される、請求項１に記載の冷却システム（８６、１１０）。
【請求項５】
前記入力は、前記熱発生電気装置の動作温度および前記熱発生電気装置が動作している周囲温度の少なくとも一方をさらに含む、請求項１に記載の冷却システム（８６、１１０）。
【請求項６】
前記コントローラ（４２、８０）は、
単一の測定された動作パラメータについての前記入力に基づいて、前記能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信するように構成され、前記熱発生電気装置が電力生成装置（６４）である場合には前記単一の測定された動作パラメータは前記正味システム出力電力であり、または、前記熱発生電気装置が電力消費装置（９２）である場合には前記単一の測定された動作パラメータは前記全システム入力電力である、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）コントローラまたは比例積分微分型（ＰＩＤ）コントローラ、あるいは、
複数の測定された動作パラメータについての前記入力に基づいて、前記能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信するように構成される複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）コントローラの一方を含む、請求項１に記載の冷却システム（８６、１１０）。
【請求項７】
前記熱発生電気装置が電力生成装置（６４）である場合には、前記装置は光起電力（ＰＶ）モジュール、バッテリ、電力インバータ、または電力エレクトロニクスの１つを含む、請求項１に記載の冷却システム（８６、１１０）。
【請求項８】
前記熱発生電気装置が電力消費装置（９２）である場合には、前記装置は半導体装置、集積回路、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）、または電気通信装置の１つを含む、請求項１に記載の冷却システム（８６、１１０）。
【請求項９】
温度に依存する電力生成装置（６４）を冷却する方法であって、
対流冷却を電力生成装置（６４）に提供する冷却流体の流れを生成するように構成される能動冷却装置を提供するステップであって、前記電力生成装置（６４）は前記装置から生成される電力のレベルが部分的には前記装置の動作温度に依存する、温度に依存する電力生成装置（６４）を含むステップと、
前記対流冷却を前記装置に選択的に提供するために前記能動冷却装置に提供される電力供給を制御するように構成されるコントローラ（４２、８０）を、前記能動冷却装置に動作可能に接続するステップと、
前記電力生成装置（６４）により生成される前記出力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方を前記コントローラ（４２、８０）に提供するステップであって、前記出力電力の前記電流測定値および前記電圧測定値の前記少なくとも一方は１つまたは複数のセンサー（６６、６８、７２、７４、７６、１０２、１０４）により測定されるステップと、
前記電力生成装置（６４）を冷却する際に前記能動冷却装置により消費される電力の測定値を前記コントローラ（４２、８０）に提供するステップと、
前記能動冷却装置に提供される電力の前記測定値に基づいて、および前記コントローラ（４２、８０）に提供される前記電流測定値および前記電圧測定値の前記少なくとも一方に基づいて、前記能動冷却装置に提供される前記電力供給を、前記コントローラ（４２、８０）を介して制御するステップと、を含み、
前記能動冷却装置に提供される前記電力供給の前記制御の際に、前記コントローラ（４２、８０）は、前記電力生成装置（６４）を正味システム電力が最大になる温度で動作させるために、前記能動冷却装置により提供される対流冷却の量を制御し、前記正味システム電力は、前記電力生成装置（６４）により生成される電力から前記能動冷却装置により消費される電力を減じたものとして定義される方法。
【請求項１０】
前記電力生成装置（６４）により生成される前記出力電力についての、および前記能動冷却装置により消費される前記電力についての複数の測定値を、フィードバックループ（８４、１０８）を介して前記コントローラ（４２、８０）に提供するステップと、
前記能動冷却装置によって前記電力生成装置（６４）に提供される前記対流冷却の量を反復的に調整するために、前記複数の測定値に基づいて、前記能動冷却装置に提供される前記電力供給を、前記コントローラ（４２、８０）を介して反復的に調整するステップと、をさらに含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記コントローラ（４２、８０）は、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）コントローラおよび比例積分微分型（ＰＩＤ）コントローラの一方を含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
１つまたは複数の付加的なセンサー（６６、６８、７２、７４、７６、１０２、１０４）を介して測定される少なくとも１つの付加的な動作パラメータを前記コントローラ（４２、８０）に提供するステップをさらに含み、前記少なくとも１つの付加的な動作パラメータは、前記電力生成装置（６４）がその範囲内で動作しているパラメータ、または前記電力生成装置（６４）の動作に影響を及ぼす動作パラメータを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの付加的な入力パラメータは、前記電力生成装置（６４）の動作温度および前記電力生成装置（６４）が動作している周囲温度の１つまたは複数を含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記コントローラ（４２、８０）は、前記電力生成装置（６４）により生成される前記出力電力の前記測定値、前記能動冷却装置により消費される前記電力の前記測定値、および前記少なくとも１つの付加的な動作パラメータに基づいて、前記能動冷却装置に提供される前記電力供給を決定するように構成される複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）コントローラを含む、請求項１２に記載の方法。
【請求項１５】
前記出力電力の前記電流測定値および前記電圧測定値の前記少なくとも一方は、前記能動冷却装置および前記コントローラ（４２、８０）に前記出力電力の一部を提供した後に、前記１つまたは複数のセンサー（６６、６８、７２、７４、７６、１０２、１０４）により測定される、請求項９に記載の方法。
【請求項１６】
温度に依存する電力消費装置（９２）を冷却する方法であって、
対流冷却を電力消費装置（９２）に提供する冷却流体の流れを生成するように構成される低電力能動冷却装置を提供するステップであって、前記電力消費装置（９２）は前記装置により消費される電力のレベルが部分的には前記装置の動作温度に依存する、温度に依存する電力消費装置（９２）を含むステップと、
前記対流冷却を前記装置に選択的に提供するように前記冷却ジェットの生成を制御するために前記能動冷却装置に提供される電力供給を制御するように構成されるコントローラ（４２、８０）を、前記能動冷却装置に動作可能に接続するステップと、
前記電力消費装置（９２）による電力要求に応じて前記電力消費装置（９２）に供給される前記入力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方を前記コントローラ（４２、８０）に提供するステップであって、前記入力電力の前記電流測定値および前記電圧測定値の前記少なくとも一方は１つまたは複数のセンサー（６６、６８、７２、７４、７６、１０２、１０４）で測定されるステップと、
前記電力消費装置（９２）を冷却する際に前記能動冷却装置により消費される電力の測定値を前記コントローラ（４２、８０）に提供するステップと、
前記能動冷却装置に提供される電力の前記測定値に基づいて、および前記コントローラ（４２、８０）に提供される前記電流測定値および前記電圧測定値の前記少なくとも一方に基づいて、前記能動冷却装置に提供される前記電力供給を、前記コントローラ（４２、８０）を介して制御するステップと、を含み、
前記能動冷却装置に提供される前記電力供給の前記制御の際に、前記コントローラ（４２、８０）は、前記電力消費装置（９２）を全システム電力が最小になる温度で動作させるために、前記能動冷却装置により提供される対流冷却の量を制御し、前記全システム電力は、前記電力消費装置（９２）により消費される電力に前記能動冷却装置により消費される電力を加えたものとして定義される方法。
【請求項１７】
前記電力消費装置（９２）に供給される前記入力電力についての、および前記能動冷却装置により消費される前記電力についての複数の測定値を、フィードバックループ（８４、１０８）を介して前記コントローラ（４２、８０）に提供するステップと、
前記能動冷却装置によって前記電力消費装置（９２）に提供される前記対流冷却の量を反復的に調整するために、前記複数の測定値に基づいて、前記能動冷却装置に提供される前記電力供給を、前記コントローラ（４２、８０）を介して反復的に調整するステップと、をさらに含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
１つまたは複数の付加的なセンサー（６６、６８、７２、７４、７６、１０２、１０４）を介して測定される少なくとも１つの付加的な動作パラメータを前記コントローラ（４２、８０）に提供するステップをさらに含み、前記少なくとも１つの付加的な動作パラメータは、前記電力消費装置（９２）がその範囲内で動作しているパラメータ、または前記電力消費装置（９２）の動作に影響を及ぼす動作パラメータを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの付加的な入力パラメータは、前記電力消費装置（９２）の動作温度および前記電力消費装置（９２）が動作している周囲温度の１つまたは複数を含む、請求項１８に記載の方法。
【請求項２０】
前記コントローラ（４２、８０）は、前記電力消費装置（９２）に供給される前記入力電力の前記測定値、前記能動冷却装置により消費される前記電力の前記測定値、および前記少なくとも１つの付加的な動作パラメータに基づいて、前記能動冷却装置に提供される前記電力供給を決定するように構成される複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）コントローラを含む、請求項１８に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、一般的には、温度に依存する電力生成装置および電力消費装置に関し、特に、このような装置による電力出力を最大にし、消費電力を最小にするために、このような装置に対して制御された冷却を提供するためのシステムおよび方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
よく知られているように、効果的な冷却がこのような装置の寿命を延ばすことができ、このような装置の性能効率の向上をもたらすことができるので、特定の温度に依存する電力生成電気装置および電力消費電気装置を効果的に冷却することは、このような装置の動作および性能に関する必須の構成要素である。例えば、このような温度に依存する電気装置の動作に関して、装置の適切な冷却は、電力生成装置の電力出力を最大にすることができ、あるいは電力消費装置の消費電力を最小にすることができる。
【０００３】
適切な温度制御によって性能を最大にすることができる温度に依存する電力生成装置の一例は、太陽光起電力（ＰＶ）パネルである。ＰＶパネルは、フォトンの形のエネルギーを電子の形の電気に変換する半導体を基礎としたエネルギー変換装置である。太陽ＰＶパネルの性能が温度の上昇と共に低下し、太陽ＰＶパネルの効率がパネル温度の一次関数であることが知られている。すなわち、ＤＣ電気に変換されるＰＶパネルによって吸収される日射量は温度に依存し、ＤＣ電気に変換される日射量の割合がＰＶパネルの効率である。ＰＶパネルの温度に依存する効率は問題となり得る。というのは、典型的な太陽ＰＶパネルが入射する日射を電気に変換する効率は１０〜２０％程度であり、太陽ＰＶパネルによって吸収される残りのエネルギーは電気に変換されず、装置を加熱するために働くからである。したがって、このエネルギーは、所望の効率を維持するためにＰＶパネルから除去しなければならない。そうしなければ、それが装置に留まり、結果的に温度の上昇をもたらすからである。
【０００４】
適切な温度制御によって性能を最大にすることができる温度に依存する電力消費装置の一例は、電気通信機器に用いられる集積回路（ＩＣ）または処理装置である。このような装置では、装置の熱放出および温度制御が装置の信頼性だけでなく、消費電力に非常に関連していることが認識される。一例として、正のフィードバックループが漏れ電力と温度との間に存在するので、ＣＭＯＳを基礎とするＦＰＧＡ（電気通信機器で一般的に用いられる）の漏れ電流が温度と共に増加することが知られている。
【０００５】
温度に依存する電力生成装置および電力消費装置の温度制御の問題に対処する際に、受動冷却または能動冷却を用いる装置に冷却を提供するために、冷却システムを用いることができる。受動冷却方法を用いる先行技術の冷却システムは、装置に取り付けられた自然対流で冷却されるヒートシンク（例えばＰＶパネルの背面のヒートシンク）を以前から用いている。しかし、このような受動的な対流冷却は、装置の動作温度に対するいくらかの制御を提供することができるが、これらの受動的な冷却システムではそれらが提供することができる冷却レベルが限定され、したがって温度に依存する電力生成装置および／または電力消費装置の性能が本質的に限定される。能動冷却方法を用いる先行技術の冷却システムは、例えば、強制空気対流を提供するファン、または水もしくは水性流体などの液体が電気装置から熱を取り除くために循環する能動液体冷却装置などの機構を以前から用いている。しかし、既存の能動冷却方法はコストが高く、故障しやすく（故障／摩耗するおそれのある回転部分、ベアリング、またはグリースによる）、あるいはそれ自体が多くの電力を消費する可能性があり、その結果、能動冷却装置の利益は最小になってしまう。
【０００６】
したがって、温度に依存する電力生成装置および電力消費装置に冷却を提供するための簡略化されたシステムおよび方法に対する必要性があり、このシステムおよび方法は、このような装置による電力出力を最大にし、あるいは消費電力を最小にするように制御される冷却を提供する。少ない電力を消費し、故障に対する抵抗性があり、安価で信頼性が高い冷却を提供する冷却システムを用いて、このようなシステムおよび方法が効率的な事項でこのような冷却を提供することは、さらに望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２０１２／０２６８９３６号明細書
【発明の概要】
【０００８】
本発明の一態様によれば、冷却システムは、低電力能動冷却装置および能動冷却装置に電気的に結合されるコントローラを含み、コントローラは、能動冷却装置を選択的に起動させるために、能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信するように構成される。また冷却システムは、能動冷却装置の消費電力を測定し、能動冷却装置により冷却されている熱発生電気装置の動作と関係する１つまたは複数の動作パラメータを測定するように構成される複数のセンサーを含み、熱発生電気装置は、温度に依存する電力生成装置および温度に依存する電力消費装置の一方を含む。冷却システムのコントローラは、能動冷却装置の消費電力および１つもしくは複数の測定された動作パラメータについての入力を受信するように構成され、その入力は、熱発生電気装置が電力生成装置である場合には装置出力電力を含み、または、熱発生電気装置が電力消費装置である場合には装置入力電力を含む。冷却システムのコントローラは、能動冷却装置に熱発生電気装置を選択的に冷却させるために、能動冷却装置の消費電力および測定された動作パラメータについての受信した入力に基づいて、能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信するようにさらに構成される。能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信する際には、コントローラは、装置が電力生成装置である場合には正味システム電力出力を最大にするために、または、装置が電力消費装置である場合には全システム電力入力を最小にするために、能動冷却装置によって提供される対流冷却の量を制御する。正味システム電源出力を最大にすることは、電力生成装置により生成される電力から能動冷却装置によって消費される電力を減ずることによって定義される正味電力を最大にすることを含み、全システム電力を最小にすることは、電力消費装置により消費される電力に能動冷却装置により消費される電力を加えることによって定義される全電力を最小にすることを含む。
【０００９】
本発明の別の態様によれば、温度に依存する電力生成装置を冷却する方法は、対流冷却を電力生成装置に提供する冷却流体の流れを生成するように構成される能動冷却装置を提供するステップを含み、電力生成装置は装置から生成される電力のレベルが部分的には装置の動作温度に依存する、温度に依存する電力生成装置を含む。また本方法は、対流冷却を装置に選択的に提供するために能動冷却装置に提供される電力供給を制御するように構成されるコントローラを、能動冷却装置に動作可能に接続するステップと、電力生成装置により生成される出力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方をコントローラに提供するステップと、を含み、出力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方は、１つまたは複数のセンサーにより測定される。本方法は、電力生成装置を冷却する際に能動冷却装置により消費される電力の測定値をコントローラに提供するステップと、能動冷却装置に提供される電力の測定値に基づいて、およびコントローラに提供される電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方に基づいて、能動冷却装置に提供される電力供給を、コントローラを介して制御するステップと、をさらに含む。能動冷却装置に提供される電力供給の制御の際に、コントローラは、電力生成装置を正味システム電力が最大になる温度で動作させるために、能動冷却装置により提供される対流冷却の量を制御し、正味システム電力は、電力生成装置により生成される電力から能動冷却装置により消費される電力を減じたものとして定義される。
【００１０】
本発明のさらに別の態様によれば、温度に依存する電力消費装置を冷却する方法は、対流冷却を電力消費装置に提供する冷却流体の流れを生成するように構成される低電力能動冷却装置を提供するステップを含み、電力消費装置は装置により消費される電力のレベルが部分的には装置の動作温度に依存する、温度に依存する電力消費装置を含む。また本方法は、対流冷却を装置に選択的に提供するように冷却ジェットの生成を制御するために能動冷却装置に提供される電力供給を制御するように構成されるコントローラを、能動冷却装置に動作可能に接続するステップと、電力消費装置による電力要求に応じて電力消費装置に供給される入力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方をコントローラに提供するステップとを含み、入力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方は１つまたは複数のセンサーで測定される。本方法は、電力消費装置を冷却する際に能動冷却装置により消費される電力の測定値をコントローラに提供するステップと、能動冷却装置に提供される電力の測定値に基づいて、およびコントローラに提供される電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方に基づいて、能動冷却装置に提供される電力供給を、コントローラを介して制御するステップと、をさらに含む。能動冷却装置に提供される電力供給の制御の際に、コントローラは、電力消費装置を全システム電力が最小になる温度で動作させるために、能動冷却装置により提供される対流冷却の量を制御し、全システム電力は、電力消費装置により消費される電力に能動冷却装置により消費される電力を加えたものとして定義される。
【００１１】
様々な他の特徴および利点は、以下の詳細な説明および図面から明らかになろう。
【００１２】
図面は、本発明を実施するために現在考えられる実施形態を示す。
【００１３】
図面の説明は以下の通りである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態と共に用いるシンセティックジェット・アセンブリの斜視図である。
【図２】図１のシンセティックジェットの一部分の断面図である。
【図３】図２のシンセティックジェットの断面図であり、制御システムがダイアフラムを内側へ、すなわちオリフィスの方へ移動させる場合のジェットを示す。
【図４】図２のシンセティックジェットの断面図であり、制御システムがダイアフラムを外側へ、すなわちオリフィスから離れる方へ移動させる場合のジェットを示す。
【図５】本発明の一実施形態による、温度に依存する電力生成電気装置に冷却を提供するための１つまたは複数のシンセティックジェットの動作を制御するための制御方式の概略図である。
【図６】本発明の一実施形態による、温度に依存する電力消費電気装置に冷却を提供するための１つまたは複数のシンセティックジェットの動作を制御するための制御方式の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の実施形態は、温度に依存する電力生成電気装置および電力消費電気装置の強化された対流冷却のためのシステムおよび方法に関する。強化された対流冷却を提供する冷却システムは、電力生成電気装置の正味システム電力出力を最大にするために、あるいは電力消費電気装置の全システム消費電力を最小にするために、適切に冷却システムによって提供される対流冷却の量を変化させる制御方式により動作する。冷却システムにより提供される対流冷却は、温度に依存する電力生成／電力消費電気装置の動作条件を変更する間、実装された制御方式により選択的に制御される。
【００１６】
本発明の実施形態によれば、温度に依存する電力生成または電力消費電気装置の強化された対流冷却のための冷却システムは、対流冷却を提供する低電力能動冷却装置を含む。低電力能動冷却装置は、例えばファンまたはブロワなどの様々な形をとることができる、しかし、本発明の例示的実施形態では、低電力能動冷却装置は対流冷却を提供するシンセティックジェット・アクチュエータまたはアセンブリの形である。シンセティックジェット・アクチュエータは、表面上の流体の流れに影響を与えるために流体のシンセティックジェットを生成する技術である。典型的なシンセティックジェット・アクチュエータは、内部チャンバを規定するハウジングを含む。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、ハウジングのオリフィスから外部環境に流れを生成し放出させるように、内部チャンバ内の体積を周期的に変化させるための機構をハウジング内またはその周りにさらに含む。この流れは流体渦を含むことができる。体積を変化させる機構の例は、例えば、ピストンまたはハウジングの壁としてのフレキシブル・ダイアフラムの往復運動の間、オリフィスの内外に流体を動かすためにジェットハウジングに配置されるピストンを含むことができる。フレキシブル・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って作動する。
【００１７】
本発明の実施形態と共に用いることができるシンセティックジェット・アセンブリ１０の例示的実施形態を図１に示す。ここに示す特定のシンセティックジェット・アセンブリ１０は、ハウジングの内部チャンバ内の体積を変化させて、ハウジングのオリフィスから外へ流れを生成し放出するために、ハウジングの対向するフレキシブル・ダイアフラムの壁にたわみを引き起こす２つの圧電アクチュエータ（または他の好適なアクチュエータ）を含む２重冷却ジェット（ＤＣＪ）として構築される。図１に示すように、シンセティックジェット・アセンブリ１０は、図２に断面を示すシンセティックジェット１２および取り付け器具１４を含む。一実施形態では、取り付け器具１４は、１つまたは複数の場所でシンセティックジェット１２のハウジングまたは本体１６に固定されるＵ字形のブラケットである。回路ドライバ１８は、外部に設けることもできるし、あるいは取り付け器具１４に固定することもできる。あるいは、回路ドライバ１８は、シンセティックジェット・アセンブリ１０から遠隔に設けることができる。
【００１８】
次に図１および図２を共に参照すると、シンセティックジェット１２のハウジング１６は、その中に気体または流体２２を有する内部チャンバまたはキャビティ２０を規定し、それを部分的に囲む。本発明の様々な実施形態により、ハウジング１６および内部チャンバ２０は実質的に任意の幾何学的構成をとることができるが、議論および理解のために、ハウジング１６は第１のプレート２４および第２のプレート２６を含むものとして図２の断面図に示している。第１のプレート２４および第２のプレート２６は、それらの間に配置されるスペーサ要素２８により間隔を置いた関係で保持される。一実施形態では、スペーサ要素２８は、第１および第２のプレート２４、２６の間に約１ｍｍの間隔を保持する。１つまたは複数のオリフィス３０は、内部チャンバ２０を周囲の外部環境３２と流体連通させるために、第１および第２のプレート２４、２６とスペーサ要素２８の側壁との間に形成される。代替的実施態様では、スペーサ要素２８は、１つまたは複数のオリフィス３０が形成される前部表面（図示せず）を含む。
【００１９】
様々な実施形態によれば、第１および第２のプレート２４、２６は、金属、プラスチック、ガラス、および／またはセラミックから形成することができる。同様に、スペーサ要素２８は、金属、プラスチック、ガラス、および／またはセラミックから形成することができる。好適な金属としては、ニッケル、アルミニウム、銅、およびモリブデンなどの材料、あるいはステンレススチール、黄銅、青銅などの合金が挙げられる。好適なポリマーおよびプラスチックとしては、ポリオレフィン、ポリカーボネート、熱硬化性樹脂、エポキシ化合物、ウレタン、アクリル、シリコーン、ポリイミド、およびフォトレジストとして使用可能な材料などの熱可塑性プラスチック、ならびに他の弾力性のあるプラスチックが挙げられる。好適なセラミックとしては、例えば、チタン酸塩（例えばランタンチタン酸塩、ビスマスチタン酸塩、およびジルコン酸チタン酸鉛）およびモリブデン酸塩が挙げられる。さらに、シンセティックジェット１２の様々な他の構成要素は、同様に金属から形成することができる。
【００２０】
アクチュエータ３４、３６は、それぞれ第１および第２のプレート２４、２６に結合されて、第１および第２の複合構造またはフレキシブル・ダイアフラム３８、４０を形成し、それらはコントローラまたは制御ユニット４２を介してドライバ１８によって制御される。図１に示すように、一実施形態では、コントローラ４２はドライバ１８に電子的に結合され、ドライバ１８はシンセティックジェット１２の取り付けブラケット１４に直接結合される。代替的実施形態では、コントローラ４２は、シンセティックジェット１２から遠隔に設置されるドライバ１８に集積化される。例えば、各フレキシブル・ダイアフラム３８、４０は金属層を備えてもよく、電極と金属層との間に印加される電気バイアスによりダイアフラム３８、４０が動くことができるように、金属電極を金属層に隣接して配置することができる。さらに、コントローラ４２は、例えば、コンピュータ、ロジックプロセッサ、または信号発生器などの任意の好適な装置によって電気バイアスを生成するように構成することができる。
【００２１】
一実施形態では、アクチュエータ３４、３６は、圧電起動装置を急速に拡張し収縮させる高調波の交流電圧を印加することによって作動することができる圧電性の起動（圧電起動）装置である。動作中に、コントローラ４２は（ドライバ１８と連動して）圧電アクチュエータ３４、３６に電荷を送る駆動信号を生成し、圧電アクチュエータ３４、３６は電荷に応答して機械的応力および／または歪みを受ける。圧電起動アクチュエータ３４、３６の応力／歪みは、時間高調波または周期的な動きが達成されるように、それぞれ第１および第２のプレート２４、２６のたわみを引き起こす。図３および図４に関して詳細に説明したように、結果として生じる内部チャンバ２０の体積変化によって、内部チャンバ２０と外部体積３２との間に気体または他の流体の交換が生じる。
【００２２】
本発明の様々な実施形態によれば、圧電起動アクチュエータ３４、３６は、モノモルフまたはバイモルフ装置とすることができる。モノモルフの実施形態では、圧電起動アクチュエータ３４、３６は、金属、プラスチック、ガラス、またはセラミックを含む材料から形成されるプレート２４、２６に結合することができる。バイモルフの実施形態では、圧電起動アクチュエータ３４、３６の一方または両方は、圧電材料から形成されるプレート２４、２６に結合されるバイモルフ・アクチュエータとすることができる。代替的実施形態では、バイモルフは単一のアクチュエータ３４、３６を含むことができ、プレート２４、２６は第２のアクチュエータである。
【００２３】
シンセティックジェット１２の構成要素は、互いに付着してもよく、あるいは接着剤、半田などを用いて互いに接着されてもよい。一実施形態では、熱硬化性接着剤または電気伝導性接着剤がアクチュエータ３４、３６を第１および第２のプレート２４、２６に結合するために用いられて、第１および第２の複合構造３８、４０が形成される。電気伝導性接着剤の場合には、シンセティックジェット１２にリード線（図示せず）を付けるために、接着剤を銀、金などの電気伝導性充填材で満たすことができる。好適な接着剤は、１００以下のショアＡ硬度の範囲の硬度を有してもよく、例えばシリコーン、ポリウレタン、熱可塑性ゴムなどを含んでもよい。そのようにすれば、１２０度以上の動作温度を達成することができる。
【００２４】
本発明の一実施形態では、アクチュエータ３４、３６は、圧電起動装置以外の装置、例えば液圧、空気圧、磁気、静電気、および超音波の材料を含むことができる。したがって、このような実施形態では、制御システム４２は、それぞれのアクチュエータ３４、３６を対応する方法で動かすように構成される。例えば、静電材料が用いられる場合には、制御システム４２は、それぞれの第１および第２のプレート２４、２６を動かし屈曲させるために、アクチュエータ３４、３６に急速な交流静電電圧を提供するように構成することができる。
【００２５】
シンセティックジェット１２の動作を、図３および図４を参照して説明する。最初に図３を参照すると、矢印４４で示すように、第１および第２のプレート２４、２６が内部チャンバ２０に対して外側へ動くようにアクチュエータ３４、３６が制御される場合のシンセティックジェット１２を示す。第１および第２のプレート２４、２６が外側に屈曲すると、内部チャンバ２０の内部体積が増加し、矢印４８で示すように、周囲の流体または気体４６は内部チャンバ２０に流れ込む。アクチュエータ３４、３６は、第１および第２のプレート２４、２６が内部チャンバ２０から外側へ動く際に、渦がオリフィス３０の端からすでに取り除かれ、したがって内部チャンバ２０に吸い込まれる周囲の流体４６に影響されないように、コントローラ４２によって制御される。その間に、オリフィス３０から遠く離れた距離から吸い込まれる周囲の流体４６の強い吸い込みを生成する渦によって、周囲の流体４６のジェットが合成される。
【００２６】
図４は、矢印５０で示すように、第１および第２のプレート２４、２６が内部チャンバ２０の内側へ屈曲するようにアクチュエータ３４、３６が制御される場合のシンセティックジェット１２を示す。内部チャンバ２０の内部体積が減少して、流体２２が冷却される装置５４の方へ矢印５２で示す方向にオリフィス３０を通して冷却ジェットとして射出される。冷却される装置５４は、例えば、温度に依存する電力生成装置または温度に依存する電力消費装置である。流体２２がオリフィス３０を通して内部チャンバ２０から出ると、流れはオリフィス３０の鋭利な端で分離し、渦を巻込み、オリフィス３０の端から離れて動き始める渦の層を生成する。
【００２７】
図１〜図４のシンセティックジェットは単一のオリフィスを有するものとして図示し説明したが、本発明の実施形態が複数のオリフィスのシンセティックジェット・アクチュエータを含んでもよいことが想定される。さらに、図１〜図４のシンセティックジェット・アクチュエータは第１および第２のプレートの各々に含まれるアクチュエータ要素を有するものとして図示し説明したが、本発明の実施形態がプレートの一方に配置される単一のアクチュエータ要素だけを含んでもよいことが想定される。さらに、シンセティックジェット・プレートは、本明細書に図示するような正方形の構成ではなく、円形、矩形、または代替的な形状の構成で提供することができることも想定される。
【００２８】
次に図５および図６を参照すると、温度に依存する電力生成装置（図５）および温度に依存する電力消費装置（図６）を含む熱発生電気装置に冷却を提供するための１つまたは複数の低電力能動冷却装置の動作を制御するための制御方式の概略図を、本発明の実施形態に従って示す。本発明の実施形態によれば、制御方式は、例えばファンまたはブロワなどのいくつかの能動冷却装置のいずれかによって提供される対流冷却を制御するために実装することができるが、本発明の例示的実施形態では、制御方式はシンセティックジェット（例えば図１〜図４に示すシンセティックジェット１２）の動作を制御する。シンセティックジェットおよび詳述された制御方式によるその制御の実装は、温度に依存する電力生成装置の電力出力を最大にするか、あるいは温度に依存する電力消費装置によって消費される電力を最小にすることによって、電気装置の改良された性能を可能にする。シンセティックジェットは、機械的に堅牢であり、最小の所要電力で電気装置の強化された冷却および効果的な温度管理を提供するように動作することができる。
【００２９】
最初に図５を参照して、温度に依存する電力生成装置６４に冷却を提供するための１つまたは複数のシンセティックジェット６２の動作のための制御方式６０を示す。温度に依存する電力生成装置６４は、例えば光起電力（ＰＶ）パネルもしくはモジュール、バッテリ、電力インバータ、または他の電力エレクトロニクスを含む（しかしこれらに限定されない）いくつかのタイプの装置の任意の形をとることができる。
【００３０】
図５に示すように、シンセティックジェット６２が電力生成装置６４を冷却するために設けられ、シンセティックジェット６２は、シンセティックジェット６２から噴射される流体渦が対流冷却を提供するために電力生成装置６４の上に／を横切って流れるように、電力生成装置６４に装着されるか、またはそれに隣接して配置される。単一のシンセティックジェット６２だけを示しているが、電力生成装置６４を冷却するために複数のシンセティックジェットを設けることができることが認識される。本発明の例示的実施形態によれば、シンセティックジェット６２は、図１〜図４に示すシンセティックジェット１２のように、すなわちＤＣＪとして構築され、ハウジングの内部チャンバ内の体積を変化させて、ハウジングのオリフィスから外へ流れを生成し放出するために、ハウジングの対向するフレキシブル・ダイアフラムの壁のたわみを引き起こす２つの圧電アクチュエータ（または他の好適なアクチュエータ）を含む。しかし、電力生成装置６４を冷却するために提供されるシンセティックジェット６２は、例えばジェットハウジングの１つの壁のたわみを引き起こす単一の圧電アクチュエータのみを有するなどの異なる構造であってもよいことが認識される。
【００３１】
１つまたは複数のセンサーは、装置の動作と関係する動作パラメータを測定／モニターするために設けられ、電力生成装置６４に動作可能に接続される。少なくとも、電力生成装置６４の出力電力は、装置６４の出力７０に接続された電流および／または電圧センサー６６、６８によって測定／モニターされる。一例として、電力生成装置６４からのＤＣ電流出力は、分路抵抗器または磁場を用いるＤＣ電流センサーを用いて行うことができる。本発明の例示的実施形態によれば、装置６４からの「正味システム電力出力」を測定するために、電力がシンセティックジェット６２に流用された後に電圧および電流測定を記録する。「正味システム電力出力」は、装置６４により生成されるＤＣ電力からシンセティックジェット６２により消費される電力を減じたものとして定義される。
【００３２】
電力生成装置６４が動作している範囲内の、および／または装置の動作に影響を及ぼすかもしれない他の動作パラメータも、符号７２、７４、７６で一般的に示すように、適切なセンサーで測定することができ、および／または入力パラメータとして提供することができる。これらの動作パラメータは、シンセティックジェット６２によって冷却されている電力生成装置６４のタイプおよび利用可能なパラメータ／データのタイプに基づいて変化するが、しかし、例えば装置が動作している周囲温度（温度センサー７２によって得られる）および装置動作温度（温度センサー７４によって得られる）などの、任意の温度に依存する電力生成装置６４の動作と関係するより全般的なパラメータ、ならびに／または、例えば（符号７６で示す一般の「センサー」によって得られる）日射量または風などの特定の装置動作（例えば光起電力（ＰＶ）モジュールの動作）と関係するより特殊なパラメータを含むことができる。さらに、符号７８に示すように、履歴データに基づく冷却スケジュールを入力として提供することができる。
【００３３】
図５にさらに示すように、コントローラ８０はシンセティックジェット６２に動作可能に接続され、その動作を制御する。コントローラ８０は、例えば、単一入力単一出力（ＳＩＳＯ）コントローラ、比例積分微分型（ＰＩＤ）コントローラ、または複数入力単一出力（ＭＩＳＯ）コントローラを含むいくつかのアーキテクチャのいずれかを有することができる。コントローラ８０の正確なアーキテクチャは、少なくとも部分的には、センサー６６、６８、７２、７４、７６などの関連するセンサーからコントローラ８０への入力に利用できる測定可能なパラメータの数に基づいて決定することができる。ジェット６２から噴射される流体渦の量／大きさ、および／または流体渦がジェット６２から噴出する頻度を変化させるために、具体的なアーキテクチャに関係なく、コントローラ８０はシンセティックジェット６２に供給される電力を制御するように機能する（すなわち、シンセティックジェット６２に対する駆動信号の生成／送信を制御する）。単一のコントローラ８０はシンセティックジェット６２の動作を制御するために用いることができ、または、複数のコントローラは複数のシンセティックジェット６２の動作を制御するために用いることができることが認識される。本発明の一実施形態によれば、コントローラ８０およびシンセティックジェット６２は、電力生成装置６４による電力出力の一部によって電力が供給される。その代わりに、または、電力のバックアップソースとして、コントローラ８０およびシンセティックジェット６２に電力を提供するために、バッテリ８２を設けることができる。
【００３４】
動作中には、コントローラ８０は、温度に依存する電力生成装置６４の正味システム電力出力を最大にするように、温度に依存する電力生成装置６４のためのシンセティックジェット６２によって提供される冷却の量を制御するために制御方式６０を実行し、コントローラ８０は制御方式６０を定式化するために関連するセンサー６６、６８、７２、７４、７６から入力を受け取る。少なくとも、コントローラ８０は、電流および／または電圧センサー６６、６８により測定される電力生成装置６４からの出力電力の測定値（シンセティックジェット６２／コントローラ８０に提供される電力を減じて）、ならびに冷却流を生成する際にシンセティックジェット６２によって消費される電力の測定値を受け取るように動作する。図５に示すように、例えばセンサー７２、７４によって得られる周囲温度および装置動作温度などの、電力生成装置６４が動作している範囲内の、および／または装置の動作に影響を及ぼすかもしれない他の利用可能な動作パラメータの測定値も、コントローラ８０によって取得され／入力される。
【００３５】
電力生成装置６４の動作中に、電力生成装置６４からの電力出力を最大にするために、入力測定値がコントローラ８０に供給されて、シンセティックジェット６２を動作させる適切な電力レベルを決定する。より具体的には、コントローラ８０は、正味システム電力出力（すなわち、電力生成装置６４により生成される電力からシンセティックジェット６２により消費される電力を減じたもの）を最大にするために、シンセティックジェット６２を動作させる適切な電力レベルを決定する。コントローラ８０は、受信した入力に基づいてシンセティックジェット６２を動作させるための駆動信号を生成し、それからシンセティックジェット６２は、電力生成装置６４に冷却を提供するために、生成された駆動信号に応じて決定された電力レベルで動作する。コントローラ８０は、電力生成装置６４からの実時間の正味システム電力出力７０をモニターすることができるように、符号８４で一般的に示すフィードバックループを有し、シンセティックジェット６２に供給される電力は、動作条件および正味電力出力７０に基づいて、電力生成装置６４の正味電力出力を最大にするために、調整／制御される。このようにして、例えば、動作温度の上昇に伴って電力生成装置６４からの出力電力７０が減少し始めると、電力の減少が測定／モニターされて、コントローラ８０に入力され、コントローラ８０は、動作温度を低下させ、したがって電力生成装置６４の正味電力出力を最大にするために、シンセティックジェット６２に供給される電力を（変更された駆動信号により）増加させるように機能する。
【００３６】
全体として、シンセティックジェット６２、コントローラ８０、およびセンサー６６、６８、７２、７４、７６のアレイは、温度に依存する電力生成装置６４の正味電力出力を最大にするために、温度に依存する電力生成装置６４を冷却するために提供される冷却システム８６を形成する。冷却システム８６は、センサー６６、６８、７２、７４、７６により温度に依存する電力生成装置６４の動作に関するデータを取得し、（他の可能性のある非センサー関連入力と共に）データをコントローラ８０に提供／入力し、装置６４によって生成される電力を最大にするために、装置６４に対して制御された対流冷却を提供するシンセティックジェット６２の動作を制御する。
【００３７】
次に図６を参照して、温度に依存する電力消費装置９２に冷却を提供するための１つまたは複数のシンセティックジェット６２の動作のための制御方式９０を示す。温度に依存する電力消費装置９２は、例えば、半導体装置、集積回路、中央処理ユニット（ＣＰＵ）、グラフィック処理ユニット（ＧＰＵ）、ＬＥＤ、または電気通信装置を含む（しかしこれらに限定されない）いくつかのタイプの装置のいずれかの形をとることができる。
【００３８】
図６に示すように、シンセティックジェット６２が電力消費装置９２を冷却するために設けられ、シンセティックジェット６２は、シンセティックジェット６２から噴射される流体渦が対流冷却を提供するために電力消費装置９２の上に／を横切って流れるように、電力消費装置９２に装着されるか、またはそれに隣接して配置される。単一のシンセティックジェット６２だけを示しているが、電力消費装置９２を冷却するために複数のシンセティックジェットを設けることができることが認識される。本発明の例示的実施形態によれば、シンセティックジェット６２は、図１〜図４に示すシンセティックジェット１２のように、すなわちＤＣＪとして構築され、ハウジングの内部チャンバ内の体積を変化させて、ハウジングのオリフィスから外へ流れを生成し放出するために、ハウジングの対向するフレキシブル・ダイアフラムの壁のたわみを引き起こす２つの圧電アクチュエータ（または他の好適なアクチュエータ）を含む。しかし、電力消費装置９２を冷却するために提供されるシンセティックジェット６２は、例えばジェットハウジングの１つの壁のたわみを引き起こす単一の圧電アクチュエータのみを有するなどの異なる構造であってもよいことが認識される。
【００３９】
１つまたは複数のセンサーは、装置９２の動作を測定／モニターするために設けられ、電力消費装置９２に動作可能に接続される。少なくとも、（例えば電力源９４から）電力消費装置９２に提供される電力は、装置９２の電力需要に、冷却するためにシンセティックジェット６２に供給される電力を加えた電力を満たすために、装置９２の電力入力１００に接続される電流および／または電圧センサー９６、９８によって測定／モニターされる。電力消費装置９２が動作している範囲内の、および／または装置の動作に影響を及ぼすかもしれない他の動作パラメータも、符号１０２、１０４、１０６で一般的に示すように、適切なセンサーで測定することができ、および／または入力として提供することができる。これらの動作パラメータは、シンセティックジェット６２によって冷却されている電力消費装置９２のタイプおよび利用可能なパラメータ／データのタイプに基づいて変化するが、しかし、例えば装置が動作している周囲温度（センサー１０４によって得られる）、装置動作温度（センサー１０２によって得られる）、または履歴データに基づく冷却スケジュール（入力１０６として提供される）を含むことができる。
【００４０】
図６にさらに示すように、コントローラ８０はシンセティックジェット６２に動作可能に接続され、その動作を制御する。ジェット６２から噴射される流体渦の量／大きさ、および／または流体渦がジェット６２から噴出する頻度を変化させるために、コントローラ８０は（駆動信号の生成／送信により）ジェット６２に供給される電力を制御するように機能する。温度に依存する電力消費装置９２のためのシンセティックジェット６２によって提供される対流冷却の量を制御することによって、温度に依存する電力消費装置９２によって消費される電力を最小にするように、電力消費装置９２が動作する温度が選択的に制御される。コントローラ８０は、制御方式９０を定式化するために、関連するセンサー９６、９８、１０２、１０４（および他の潜在的な入力、例えば符号１０６）から１つまたは複数の入力を受け取る。少なくとも、コントローラ８０は、装置によって消費される全電力、すなわち「全入力電力」の測定値を得るように動作する。「全入力電力」は、装置９２により消費されるＤＣ電力にシンセティックジェット６２により消費される電力を加えたものとして定義される。図６に示すように、例えば周囲温度１０４および装置動作温度１０２などの、電力消費装置９２が動作している範囲内の、および／または装置９２の動作に影響を及ぼすかもしれない他の利用可能な動作パラメータの測定値も、コントローラ８０によって取得され／入力される。
【００４１】
電力消費装置９２の動作中に、全システム電力（すなわち、電力消費装置９２により消費される電力にシンセティックジェット６２により消費される電力を加えたもの）を最小にするために、動作パラメータの入力測定値がコントローラ８０に供給されて、シンセティックジェット６２を動作させる適切な電力レベルを決定する。それから、シンセティックジェット６２は、電力消費装置９２に冷却を提供するために、決定された電力レベルで動作する。コントローラ８０は、電力消費装置９２およびシンセティックジェット６２の電力需要を満たすために、電力消費装置９２およびシンセティックジェット６２に供給される実時間の電力をモニターすることができるように、符号１０８で一般的に示すフィードバックループを有し、シンセティックジェット６２に供給される電力は、動作条件および消費される電力に基づいて、電力消費装置９２により消費される電力を最小にするために、調整／制御される。このようにして、例えば、動作温度の上昇に伴って電力消費装置９２により消費される電力が増加し始めると、消費される電力の増加が測定／モニターされて、コントローラ８０に入力され、コントローラ８０は、電力消費装置９２の消費電力を最小にし、効率を最大にするために、動作温度を低下させるために、シンセティックジェット６２に供給される電力を増加させるように機能する。
【００４２】
全体として、シンセティックジェット６２、コントローラ８０、およびセンサー９６、９８、１０２、１０４のアレイは、温度に依存する電力消費装置９２による全消費電力を最小にするために、温度に依存する電力消費装置９２を冷却するために提供される冷却システム１１０を形成する。冷却システム１１０は、センサー９６、９８、１０２、１０４により温度に依存する電力消費装置９２の動作に関するデータを取得し、（他の可能性のある非センサー関連入力と共に）データをコントローラ８０に提供／入力し、消費電力を最小にするために、装置９２に対して制御された対流冷却を提供するシンセティックジェット６２の動作を制御する。
【００４３】
有益には、このようにして、本発明の実施形態は冷却システム、およびその動作のための制御方式を提供し、それは温度に依存する電力生成電気装置および／または温度に依存する電力消費電気装置に強化された対流冷却を提供する。冷却システムは、電力生成電気装置の電力出力を最大にするために、または電力消費電気装置の消費電力を最小にするために、温度に依存する電力生成／電力消費電気装置の動作条件を変更する間に、冷却システムによって提供される対流冷却の量を選択的に変化させるように制御方式を介して動作される。これは、性能の向上だけでなく、熱的劣化の低減および信頼性の向上も意味している。冷却システムのシンセティックジェットは効率的な事項で対流冷却を提供し、冷却システムは少ない電力を消費し、故障に抵抗性があり、安価で信頼性が高い冷却を提供する。
【００４４】
開示された方法と装置の技術的な寄与は、それが温度に依存する電力生成電気装置の正味システム電力出力を最大にするための、および／または温度に依存する電力消費電気装置の全システム消費電力を最小にするための実装された技術をコントローラに提供するということである。
【００４５】
したがって、本発明の一実施形態によれば、冷却システムは、低電力能動冷却装置および能動冷却装置に電気的に結合されるコントローラを含み、コントローラは、能動冷却装置を選択的に起動させるために、能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信するように構成される。また冷却システムは、能動冷却装置の消費電力を測定し、能動冷却装置により冷却されている熱発生電気装置の動作と関係する１つまたは複数の動作パラメータを測定するように構成される複数のセンサーを含み、熱発生電気装置は、温度に依存する電力生成装置および温度に依存する電力消費装置の一方を含む。冷却システムのコントローラは、能動冷却装置の消費電力および１つもしくは複数の測定された動作パラメータについての入力を受信するように構成され、その入力は、熱発生電気装置が電力生成装置である場合には装置出力電力を含み、または、熱発生電気装置が電力消費装置である場合には装置入力電力を含む。冷却システムのコントローラは、能動冷却装置に熱発生電気装置を選択的に冷却させるために、能動冷却装置の消費電力および測定された動作パラメータについての受信した入力に基づいて、能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信するようにさらに構成される。能動冷却装置に対して駆動信号を生成し送信する際には、コントローラは、装置が電力生成装置である場合には正味システム電力出力を最大にするために、または、装置が電力消費装置である場合には全システム電力入力を最小にするために、能動冷却装置によって提供される対流冷却の量を制御する。正味システム電源出力を最大にすることは、電力生成装置により生成される電力から能動冷却装置によって消費される電力を減ずることによって定義される正味電力を最大にすることを含み、全システム電力を最小にすることは、電力消費装置により消費される電力に能動冷却装置により消費される電力を加えることによって定義される全電力を最小にすることを含む。
【００４６】
本発明の別の実施形態によれば、温度に依存する電力生成装置を冷却する方法は、対流冷却を電力生成装置に提供する冷却流体の流れを生成するように構成される能動冷却装置を提供するステップを含み、電力生成装置は装置から生成される電力のレベルが部分的には装置の動作温度に依存する、温度に依存する電力生成装置を含む。また本方法は、対流冷却を装置に選択的に提供するために能動冷却装置に提供される電力供給を制御するように構成されるコントローラを、能動冷却装置に動作可能に接続するステップと、電力生成装置により生成される出力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方をコントローラに提供するステップと、を含み、出力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方は、１つまたは複数のセンサーにより測定される。本方法は、電力生成装置を冷却する際に能動冷却装置により消費される電力の測定値をコントローラに提供するステップと、能動冷却装置に提供される電力の測定値に基づいて、およびコントローラに提供される電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方に基づいて、能動冷却装置に提供される電力供給を、コントローラを介して制御するステップと、をさらに含む。能動冷却装置に提供される電力供給の制御の際に、コントローラは、電力生成装置を正味システム電力が最大になる温度で動作させるために、能動冷却装置により提供される対流冷却の量を制御し、正味システム電力は、電力生成装置により生成される電力から能動冷却装置により消費される電力を減じたものとして定義される。
【００４７】
本発明のさらに別の実施形態によれば、温度に依存する電力消費装置を冷却する方法は、対流冷却を電力消費装置に提供する冷却流体の流れを生成するように構成される低電力能動冷却装置を提供するステップを含み、電力消費装置は装置により消費される電力のレベルが部分的には装置の動作温度に依存する、温度に依存する電力消費装置を含む。また本方法は、対流冷却を装置に選択的に提供するように冷却ジェットの生成を制御するために能動冷却装置に提供される電力供給を制御するように構成されるコントローラを、能動冷却装置に動作可能に接続するステップと、電力消費装置による電力要求に応じて電力消費装置に供給される入力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方をコントローラに提供するステップとを含み、入力電力の電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方は１つまたは複数のセンサーで測定される。本方法は、電力消費装置を冷却する際に能動冷却装置により消費される電力の測定値をコントローラに提供するステップと、能動冷却装置に提供される電力の測定値に基づいて、およびコントローラに提供される電流測定値および電圧測定値の少なくとも一方に基づいて、能動冷却装置に提供される電力供給を、コントローラを介して制御するステップと、をさらに含む。能動冷却装置に提供される電力供給の制御の際に、コントローラは、電力消費装置を全システム電力が最小になる温度で動作させるために、能動冷却装置により提供される対流冷却の量を制御し、全システム電力は、電力消費装置により消費される電力に能動冷却装置により消費される電力を加えたものとして定義される。
【００４８】
本明細書は最良の形態を含む本発明を開示するため、および、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、ならびに使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が本発明を実施することを可能にするための例を用いる。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００４９】
１０  シンセティックジェット・アセンブリ
１２  シンセティックジェット
１４  取り付け器具
１６  ハウジング（本体）
１８  回路ドライバ
２０  内部チャンバ
２２  流体
２４  第１のプレート
２６  第２のプレート
２８  スペーサ要素
３０  オリフィス
３２  周囲の外部環境
３４、３６  アクチュエータ
３８、４０  フレキシブル・ダイアフラム
４２  コントローラ（制御システム）
４４  矢印
４６  周囲の流体
４８、５０、５２  矢印
５４  装置
６０  制御方式
６２  シンセティックジェット
６４  電力生成装置
６６、６８  センサー
７０  正味電力出力
７２、７４、７６  センサー
７８  冷却スケジュール
８０  コントローラ
８２  バッテリ
８４  フィードバックループ
８６  冷却システム
９０  制御方式
９２  電力消費装置
９４  電力源
９６、９８  センサー
１００  電力入力
１０２、１０４  センサー
１０６  冷却スケジュール
１０８  フィードバックループ
１１０  冷却システム
【図１】
2015092565.tif 000003
【図２】
2015092565.tif 000004
【図３】
2015092565.tif 000005
【図４】
2015092565.tif 000006
【図５】
2015092565.tif 000007
【図６】
2015092565.tif 000008
【外国語明細書】
2015092565000001.pdf