(57)【要約】  冷却器は、環状の入口チャンバと気体流チャンバとの間を連通する経路が形成され、それにより前記入口チャンバ内の圧力下の気体は、前記経路を介して前記気体流チャンバに流入するように形成される、前記気体流生成器を具備する。エネルギー伝達管は、その一方の端部において前記気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有しており、スロットル弁は、前記エネルギー伝達管において、その対向する端部に設置される。前記入口チャンバに約６８９．５ｋＰａｇ（１００ｐｓｉｇ）を超える圧力の気体が供給されると、約１ｋＨｚと、約２０ｋＨｚの間の範囲における周波数での音響トーンが、前記エネルギー伝達管において自発的に生成される。【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却器であって、
圧力下の気体の流れを受け入れる入口装置であって、外側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形内部表面を有する前記入口装置と；
気体流生成器であって、前記入口装置と同軸に位置しており、内側に向けて前記入口チャンバの境界を定める円筒形外部表面を有し、また、気体流チャンバの境界を定める円筒形内部表面も有し、前記入口チャンバと前記気体流チャンバとの間を連通する経路が形成され、それにより前記入口チャンバ内の圧力下の気体は、前記経路を介して前記気体流チャンバに流入する前記気体流生成器と；
エネルギー伝達管であって、第１および第２の対向する端部を有し、その第１端部において前記入口アセンブリに接続され、前記気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有する前記エネルギー伝達管と；
前記エネルギー伝達管において、その前記第２端部に設置されたスロットル弁であって、前記エネルギー伝達管の前記円筒形内部空間を実質的に閉塞するバッフル部を含み、前記エネルギー伝達管に隣接する位置において、前記エネルギー伝達管の前記内部空間からの気体の流出を可能にするための、少なくとも１つのポートが形成され、前記エネルギー伝達管の長手方向に移動可能で、それにより前記エネルギー伝達管の有効長を選択的に調整するスロットル弁と；を備え、
前記気体流生成器内に形成された前記経路はそれぞれ、前記内部円筒形表面に対して第１鋭角で傾斜している内部部分と、前記円筒形外部表面に対して第２鋭角で傾斜している外部部分を有し、曲線中間部は、前記外部部分と前記内部部分を接合し、
前記気体流生成器に形成された各経路の前記内部部分は、前記エネルギー伝達管の中心軸に直交する平面に対して、４度から３０度の範囲における角度で傾斜している平面に設けられており、前記冷却器は、前記入口チャンバに約６８９．５ｋＰａｇ（１００ｐｓｉｇ）を超える圧力の気体が供給されると、約１ｋＨｚと、約２０ｋＨｚの間の範囲における周波数での音響トーンが、前記エネルギー伝達管において自発的に生成されるように構成されている冷却器。
【請求項２】
前記冷却器は、前記音響トーンが実質的に前記エネルギー伝達管の全長に渡り、前記エネルギー伝達管において自発的に生成されるように構成される請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
前記第２鋭角は、２０度から５０度の範囲である請求項１に記載の冷却器。
【請求項４】
前記第２鋭角は、３８度から４２度の範囲である請求項３に記載の冷却器。
【請求項５】
前記エネルギー伝達管がそこを介して延伸する音響緩衝管を更に備える請求項１に記載の冷却器。
【請求項６】
前記気体流生成器は、冷気出口ポートを有し、前記冷却器は、前記冷気出口ポートから供給された冷気を、相対的に暖かい気体と混合するために、前記冷気出口ポートに接続される、冷気拡散器を更に備える請求項１に記載の冷却器。
【請求項７】
前記エネルギー伝達管が位置するハウジングと、前記熱伝達管と熱交換関係にある空気の流れを誘発するファンと、を備える請求項１に記載の冷却器。
【請求項８】
前記周波数は、約１ｋＨｚから約１２ｋＨｚの範囲である請求項１に記載の冷却器。
【請求項９】
前記周波数は、約１ｋＨｚから約４ｋＨｚの範囲である請求項１に記載の冷却器。
【請求項１０】
前記周波数は、約１．５ｋＨｚから約４ｋＨｚの範囲である請求項１に記載の方法。
【請求項１１】
冷気の流れを生成する方法であって、
圧力下の気体の流れを受け入れる入口装置であって、外側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形内部表面を有する前記入口装置と；気体流生成器であって、前記入口装置と同軸に位置しており、内側に向けて前記入口チャンバの境界を定める円筒形外部表面を有し、また、気体流チャンバの境界を定める円筒形内部表面も有し、前記入口チャンバと前記気体流チャンバとの間を連通する経路が形成され、それにより前記入口チャンバ内の圧力下の気体は、前記経路を介して前記気体流チャンバに流入する前記気体流生成器と；エネルギー伝達管であって、第１および第２の対向する端部を有し、その第１端部において前記入口アセンブリに接続され、前記気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有する前記エネルギー伝達管と；前記エネルギー伝達管において、その前記第２端部に設置されたスロットル弁であって、前記エネルギー伝達管の前記円筒形内部空間を実質的に閉塞するバッフル部を含み、前記エネルギー伝達管に隣接する位置において、前記エネルギー伝達管の前記内部空間からの気体の流出を可能にするための、少なくとも１つのポートが形成され、前記エネルギー伝達管の長手方向に移動可能で、それにより前記エネルギー伝達管の有効長を選択的に調整するスロットル弁と；を備える冷却器であって、
前記気体流生成器内に形成された前記経路はそれぞれ、前記内部円筒形表面に対して第１鋭角で傾斜している内部部分と、前記円筒形外部表面に対して第２鋭角で傾斜している外部部分を有し、曲線中間部は、前記外部部分と前記内部部分を接合し、前記気体流生成器に形成された各経路の前記内部部分は、前記エネルギー伝達管の中心軸に直交する平面に対して、４度から３０度の範囲における角度で傾斜している平面に設けられている冷却器を提供するステップを備え、
前記方法は、前記冷却器への圧縮気体を、約６８９．５ｋＰａｇ（１００ｐｓｉｇ）を超える圧力で前記入口チャンバに供給するステップを備え、
前記冷却器は、約１ｋＨｚと、約２０ｋＨｚの間の範囲における周波数での音響トーンが、前記エネルギー伝達管において自発的に生成されるように構成される、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷却器に関する。
【背景技術】
【０００２】
図１を参照すると、渦管装置１０は、半径方向入口１２を介して、渦生成器１６を取り囲む環状チャンバ１４への圧縮ガスの供給を受ける。合成樹脂材料から製造できる渦生成器は、環状壁１８を有し、環状壁１８には、環状壁の中心軸に直交する共通面に設置された複数の直線状孔２０が形成されている。典型的には、空気の容積および圧力により、６から１２個の孔がある。孔のサイズもまた、空気の容積と圧力に依存する。渦管の目的は、チャンバ内で圧力を極力低下させずに、チャンバ後の回転速度を最大にすることである。孔の軸は、渦生成器の内部円筒形壁に対して接線方向である。環状チャンバ１４に流入した気体は、相対的に高い圧力で孔２０を通過し、渦生成器の内部円筒表面により境界を定められた円筒形渦チャンバ２４に流入する。渦チャンバは、その１つの軸端において、相対的に大きな円形開口部を通って管２８の内部空間と連通し、その反対側の軸端において、かなり小さな円形開口部３０を有する壁により区切られている。管２８は、その反対側端部において部分的に閉じられており、管の周辺部に隣接する隙間３４を有し、その中心で閉塞されている。隙間３４は、管２８の端部に挿入されたスロットル弁（図示せず）に形成された経路により設けてもよい。気体の一部は管２８と、管の最遠端における隙間３４を通り渦管２４から流出し、一部の気体は、円形開口部３０を通り渦チャンバから流出できる。気体は渦チャンバに高速で接線方向に入るので、気体の流れは、渦チャンバにおいて、最大約１，０００，０００ｒｐｍの速度で回転する渦を形成し、この渦における気体の最も抵抗の少ない経路は、より大きな円形開口部を介してである。渦チャンバ２４に入る気体粒子の大きな速度により、粒子は、渦チャンバから管２８を通り、管の反対側端部に向かって進む。気体の一部は、隙間３４から流出でき、流出できなかった気体は、管２８と渦生成器を通って逆流して、開口部３０から流出しなければならない。管の最遠端に到達した気体粒子は、相当な角運動量を有しているので、渦流は、渦生成器に向けて戻る流れの中で維持され、内部渦が、渦生成器からの外部渦流内に形成される。内部渦の半径は、外部渦の半径よりかなり小さいので、内部渦は最初、外部渦よりもかなり大きな角速度で回転する。しかし、最終的には、内部渦と外部渦の間の摩擦により、内部渦の角速度は減少して、両方の渦は同じ角速度で回転して、角速度に差はなくなる。内部渦の半径は外部渦の半径より小さいので、内部渦における粒子の直線速度は、外部渦における粒子の直線速度より小さい。従って、内部渦が、外部渦の角速度に減速されるに従って、エネルギーが、内部渦の粒子から外部渦の粒子に伝達され、隙間３４を介して流出する気体ストリームは、入口の気体よりも高温であり、開口部３０を介して流出する気体ストリームは、入口の気体よりも低温である。
【０００３】
渦管装置はいくつかの商業的用途があり、例えば、部分冷却に使用されるが、相対的に小さな割合の気体しか開口部３０から流出しないので、冷却器としては限界がある。
【０００４】
市場で入手できる１つの渦管装置の公表された性能データは、２９．４℃（華氏８５度）で相対湿度が５５％の入口の空気が８２７．４ｋＰａｇ（１２０ｐｓｉｇ（重量ポンド毎平方インチ））で供給され、周囲圧力（０ｋＰａｇ（０ｐｓｉｇ））に排出されると、渦管装置は、冷却出口から０．６２３ｍ3／ｍｉｎ（２２ｃｆｍ（立方フィート毎分））を１．６７℃（華氏３５度）で供給し、７，４６０ワットを消費することを示している。性能係数は０．１４であることが示される。
【発明の開示】
【０００５】
本発明の第１形態によれば、圧力下の気体の流れを受け入れる入口装置であって、外側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形内部表面を有する入口装置と；気体流生成器であって、入口装置と同軸に位置しており、内側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形外部表面を有し、また、気体流チャンバの境界を定める円筒形内部表面も有し、入口チャンバと気体流チャンバとの間を連通する経路が形成され、それにより入口チャンバ内の圧力下の気体は、経路を介して気体流チャンバに流入する気体流生成器と；エネルギー伝達管であって、第１および第２の対向する端部を有し、その第１端部において入口アセンブリに接続され、気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有する前記エネルギー伝達管と；エネルギー伝達管において、その第２端部に設置されたスロットル弁であって、エネルギー伝達管の円筒形内部空間を実質的に閉塞するバッフル部を含み、エネルギー伝達管に隣接する位置において、エネルギー伝達管の内部空間からの気体の流出を可能にするための、少なくとも１つのポートが形成され、エネルギー伝達管の長手方向に移動可能で、それによりエネルギー伝達管の有効長を選択的に調整するスロットル弁とを備え、気体流生成器内に形成された経路はそれぞれ、内部円筒形表面に対して第１鋭角で傾斜している内部部分と、円筒形外部表面に対して第２鋭角で傾斜している外部部分を有し、曲線中間部は、外部部分と内部部分を接合し、気体流生成器に形成された各経路の内部部分は、エネルギー伝達管の中心軸に直交する平面に対して、４度から３０度の範囲における角度で傾斜している平面に設けられており、冷却器は、入口チャンバに約６８９．５ｋＰａｇ（１００ｐｓｉｇ）を超える圧力の気体が供給されると、約１ｋＨｚと、約２０ｋＨｚの間の範囲における周波数での音響トーンが、エネルギー伝達管において自発的に生成されるように構成されている冷却器が提供される。
【０００６】
本発明の第２形態によれば、圧力下の気体の流れを受け入れる入口装置であって、外側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形内部表面を有する入口装置と、気体流生成器であって、入口装置と同軸に位置しており、内側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形外部表面を有し、また、気体流チャンバの境界を定める円筒形内部表面も有し、入口チャンバと気体流チャンバとの間を連通する経路が形成され、それにより入口チャンバ内の圧力下の気体は、経路を介して気体流チャンバに流入する気体流生成器と、エネルギー伝達管であって、第１および第２の対向する端部を有し、その第１端部において入口アセンブリに接続され、気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有するエネルギー伝達管と、エネルギー伝達管において、その第２端部に設置されたスロットル弁であって、エネルギー伝達管の円筒形内部空間を実質的に閉塞するバッフル部を含み、エネルギー伝達管に隣接する位置において、エネルギー伝達管の内部空間からの気体の流出を可能にするための、少なくとも１つのポートが形成され、エネルギー伝達管の長手方向に移動可能で、それによりエネルギー伝達管の有効長を選択的に調整するスロットル弁とを備える冷却器であって、気体流生成器内に形成された経路はそれぞれ、内部円筒形表面に対して第１鋭角で傾斜している内部部分と、円筒形外部表面に対して第２鋭角で傾斜している外部部分を有し、曲線中間部は、外部部分と内部部分を接合し、気体流生成器に形成された各経路の内部部分は、エネルギー伝達管の中心軸に直交する平面に対して、４度から３０度の範囲における角度で傾斜している平面に設けられている冷却器を提供するステップを備え、本方法は、冷却器への圧縮気体を、約６８９．５ｋＰａｇ（１００ｐｓｉｇ（重量ポンド毎平方インチ））を超える圧力で入口チャンバに供給するステップを備え、冷却器は、約１ｋＨｚと、約２０ｋＨｚの間の範囲における周波数での音響トーンが、エネルギー伝達管において自発的に生成されるように構成されている、冷気の流れを生成する方法が提供される。
【０００７】
本発明をより良く理解するため、および本発明をどのようにして実行できるかを示すため、添付された図面を、例として参照する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
下記の詳細な説明において、本発明を具現する冷却器の動作における供給気体を空気として説明される。しかし、供給気体として他の気体もまた代わりに使用できるということ、および空気は単に例として言及されるということは理解されるであろう。
【０００９】
図２は、従来のマザーボード６４を含むコンピュータケース６０を示している。マイクロプロセッサ６８は、マザーボードに取り付けられたソケット（図示せず）に設置されている。ヒートシンク７２（図６および８）は、マイクロプロセッサ６８と熱伝導状態で接触している。
【００１０】
コンピュータケースには、本発明を具現する冷却器９２が設けられている。冷却器９２は、管１００により圧縮空気源（図示せず）に接続されている本体９６（図５）を含む。本体９６は、円筒形チャンバ１０４を画定する。圧縮空気がそこを通ってチャンバ１０４に入る経路１０６は、チャンバ１０４の半径に対して斜めになっており、チャンバ１０４内に向けて外側に広がる均一径の孔を含む。本発明の実施の形態においては、フレアが円錐形テーパーにより設けられており、円筒形チャンバ１０４の直径は１６．３８ｍｍ（０．６４５インチ）である。円錐形テーパーは４５度の返り（ｂｕｒｒ）によって加工されており、経路の円筒形部分と同軸である。
【００１１】
空気流生成器１０８は、円筒形チャンバ１０４内に位置している。空気流生成器１０８は、チャンバ１０４の円筒形内面から半径方向に間隔をおいて設置され、内部円筒形チャンバ１１０を画定する外面を有する環状部分１０９を含む。環状部分１０９は内部フランジ１１３を有し、延長管１１１はフランジ１１３から突出している。環状部分１０９は、チャンバ１０４と１１０を連通する経路１１２を有して形成されている。空気流生成器１０８は、成形構造１２０をチャンバ１０４内で中心に位置させる外部フランジ１２２と、チャンバ１１０に収まっている環状ボス１２４を有する成形構造１２０により、本体９６内の定位置に保持されている。成形構造１２０は、空気流生成器の延長管の直径よりも小さな最小直径から外側に向けて広がる経路を有して形成されている延長管１２６を含む。延長管１２６は、本体９６の出口管１２８内に突出している。出口管１２８は、マフラー１３０と管１３１を介してハウジング７６（図２、６および７）の入口チャンバ８０に接続されている。本発明の実施の形態においては、空気流生成器の外径は１２．１ｍｍ（０．４７５インチ）であり、従って、２．１６ｍｍ（０．０８５インチ）の半径方向の拡張部、または深さを有する環状チャンバが、空気流生成器の環状部分１０９の外部表面と、本体９６の内部表面の間に形成される。本体９６の内部表面には、約０．０５１ｍｍ（０．００２インチ）の深さを有する溝が加工されている。
【００１２】
エネルギー伝達管１３２は、チャンバ１０４内に位置する外部フランジを有し、空気流生成器１０８と係合している。空気流生成器の延長管１１１は、エネルギー伝達管１３２に収まっている。隔離管１３４は、本体９６内にねじ込まれ、エネルギー伝達管１３２と、空気流生成器１０８と、成形構造１２０を、本体９６に対して適切な位置に固定する。隔離管１３４は、隔離管に取り付けられたマフラー１３９を介して大気に開口している。
【００１３】
その反対側端部においては、エネルギー伝達管１３２には、管１３２の端部に取り付けられている管継手でネジ山により係合しているスロットル弁１３６が設けられている。スロットル弁１３６は中空で、半径方向開口部１３８と縦方向溝１４０を介してエネルギー伝達管１３２の内部と連通している内部空間を画定する。溝１４０の位置は、管１３２の壁に近接している空気のみが、スロットル弁１３６を介して管１３２から流出し、従って、隔離管１３４とマフラー１３９を介して大気中に流出するようになっている。
【００１４】
図５を参照すると、空気流生成器１０８内の経路１１２は、直線状ではなく、内端部における経路の中心軸が、外端部における経路の中心軸に対して、約２度から４度の角度となるように曲線状であることが分かる。
【００１５】
経路１１２への入口は、３０度の円錐形ツールを使用して形成され、ツールは、初期は、生成器の外周表面の半径と略整列され、その後、入口を拡張するように、空気流生成器の周辺部に沿って、傾斜あるいは屈折される。このように、入口の下流方向（環状チャンバ内の空気の流れの方向に対して）の表面は、相対的に急斜面であるが、上流方向の面は、空気流生成器の周辺表面からのよりスムーズな移動が可能であり、環状チャンバから経路１１２への空気の流れを促進する。これらが形成された方法のため、入口は、空気流生成器の周辺部について引き伸ばされており、１．１４ｍｍ（０．０４５インチ）の長さ（周辺寸法）と、０．７６ｍｍ（０．０３０）インチの幅（空気流生成器の中心軸に平行）を有している。経路は、テーバーの内部では均一径である。経路１１２への、テーバー状の入口の上流方向の内部表面（環状チャンバ内の空気の流れの方向に対して）と、空気流生成器の外部周辺部との間の角度は約３８度±２度であり、経路１１２のその内端部における中心軸は、チャンバ１１０の境界を定める表面に対して約４０度±２度である。
【００１６】
図４を参照すると、各経路１１２は、チャンバ１１０の中心軸に直交する平面に対して、４度から３０度の範囲の角度で、好ましくは約７度で傾斜している平面内に存在する。
【００１７】
空気流生成器は好ましくは、金属合金で製造され、曲線状経路１１２は、ろう原型法により形成される。しかし、空気流生成器は、合成樹脂材料のような他の材料により製造することもでき、また射出成形のような他のプロセスにより製造することもできる。
【００１８】
明瞭にするために、図５は６本の経路１１２しか例示していないが、経路数は典型的には４から８本であっても良いことが分かっている。本発明のこの好適な実施の形態においては、６本の経路がある。
【００１９】
経路１１２のサイズは、明瞭にするために、図では誇張してある。好適な実施の形態では、経路は直径が０．５５９ｍｍ（０．０２２インチ）である。経路のサイズは、空気流生成器の所望の作動特性に依存する。他のプロトタイプにおいては、最大１．５９ｍｍ（０．０６２５インチ）の直径を有する経路が使用されている。
【００２０】
冷却器の動作において、圧縮機は、周囲温度において圧縮空気を、管１００を介して経路１０６に送り、圧縮空気はチャンバ１０４に流入し、チャンバ１０４内で回転流を生成する。経路１０６は、経路がチャンバ１０４内に向けて狭い場所から広い場所に変わる場所では、チャンバ１０４の半径に対して傾斜しているので、チャンバ１０４内の空気流は、図５に示されるように、反時計方向に回転する。空気は、チャンバ１０４から、経路１１２を介してチャンバ１１０へ流れ、延長管１１１とエネルギー伝達管１３２を介して流れる回転外部流を形成する。外部流の空気のある部分は、スロットル弁１３６の溝１４０と経路１３８を介して流出して、マフラー１３９を介して大気中に流出するが、空気の相対的に多くの部分は、回転内部流において管１３２を介して逆流し、延長管１２６と出口管１２８を介して流出する。出口管１２８を介してエネルギー伝達管から流出する空気流は、圧縮機により冷却器に供給される供給空気より冷たく、隔離管１３４とマフラー１３９を介して流出する空気流は、供給空気よりも熱い。
【００２１】
冷却器は、ハウジングを介して空気の流れを形成するファン１４６が設けられているハウジング１４４を含む。好適な実施の形態におけるマフラー１３０の外部表面温度は、典型的には約−２６．１℃（華氏−１５度）であり、ファンによりコンピュータケースの内部に供給される空気流は、実質的にコンピュータケースの内部を冷却するように機能する。更に、ハウジング４４を通る空気流は、隔離管の外部表面を冷却し、それによりエネルギー伝達管を冷却する。
【００２２】
図２、６および７を参照すると、ヒートシンク７２は、入口チャンバ８０を有するハウジング７４内に搭載されている。管１３１を介して供給される冷気は、ノズル１５４を介して入口チャンバ内に放出される。ノズル１５４から放出された冷気が、ハウジング７４を介して、狭い、高速ストリームとして通過することを防止することは、これによりヒートシンク内での非常に大きな温度勾配を生じるという結果になるので重要である。入口チャンバ８０は、周囲空気入口開口部８４を有し、ハウジング７４には、ノズル１５４により供給される冷気の容積（周囲圧に対して膨張する）よりも、はるかに大量の空気（周囲大気圧における）を搬送する排気ファン８８が設けられる。従って、大容量の周囲空気が、入口開口部８４を介してチャンバ８０内に導入される。チャンバ８０は、肋材補強構造１５０を含み、入口開口部８４を介してチャンバ８０に流入した周囲空気がこれに当り、それにより、チャンバ８０に流入した周囲空気の流れは、入口チャンバの断面全体に拡散される。更に、ノズル１５４は、管１３１を介して、冷却器９２により供給された冷気を、金属スパイダ１６２上に搭載されたディスクまたはボタン１５８上に導く。ボタン１５８は、ノズル１５４に面する表面に、皿状凹部を有する。ノズルからの冷気ストリームがボタンに当ると、冷気ストリームは遮蔽され、凹部の湾曲部により冷気の流れが部分的に反転し、その結果、冷気ストリームはチャンバ８０内で周囲空気と混合することになる。ほどよく混合した空気はファンにより引き寄せられ、ヒートシンク７２と対流熱交換関係で流れ、それにより暖められる。チャンバ８０内で起きた混合のために、ヒートシンクに当る空気流は、略均一温度になる。また、周囲空気は、ハウジング側の入口スロット７６を介してハウジング７４に流入し、チャンバ８０を通ってハウジング７４に流入する空気と混合する。周囲空気と、ノズル５４により供給された冷気との完全な混合により、ヒートシンクからの均一の熱伝達率を作り出す空気のストリームと、ＣＰＵからヒートシンクへの、好ましい熱伝達率がもたらされる。
【００２３】
ファン８８は、暖気をコンピュータケースに送り込み、暖気はそこから従来のファン（図示せず）により放出される。
【００２４】
ボタン１５８は、−１６２．２℃（華氏マイナス２６０度）から１２６．７℃（華氏２６０度）の温度範囲で繰り返される循環運動に耐えられる材料から製造されなければならない。いくつかのセラミック材料が適切であることが分かってきた。１つの適切な鉱物材料は、黒オパールである。
【００２５】
コンピュータケース（マザーボードとプロセッサを含む）は、ヒートシンクにより、冷却器により供給された冷気流へかかる熱負荷を極めて正確に判定できるので、冷却器の性能を測定するテストベンチとして機能する。
【００２６】
広範囲な実験を通して、図２−５を参照して説明した冷却器は、ほとんどの作動条件下で、図１に示す渦管装置に比して、はるかに優れた性能を有していることが分かった。例えば、２９．４℃（華氏８５度）、相対湿度５５％の圧縮空気を、７５８．４ｋＰａｇ（１１０ｐｓｉｇ（重量ポンド毎平方インチ））で供給し、７３４ｍｍ（２８．９インチ）Ｈｇの周囲圧力に放出し、ストッロル弁１３６を、ストッロル弁を介する出口流が約８．５ｌ／ｍｉｎ（０．３ｃｆｍ（立方フィート毎分））であるように設定すると、ヒートシンクへ供給される流れは、周囲圧力、および１．１℃（華氏３４度）の温度で、１．１３ｍ3／ｍｉｎ（４０ｃｆｍ（立方フィート毎分））であり、圧縮機の電力消費は、わずか７５０ｗである。この場合、性能係数は、２．５３である。冷気がヒートシンクに供給されるときの温度は、もちろん周囲温度に依存する。冷気流の温度もまたノズル１５４により供給される空気流の温度に依存する。
【００２７】
優れた性能の達成には、経路１１２からチャンバ１１０内への開口部の近傍における音響振動の存在が貢献していることが分かった。また、音響振動が、熱伝達管のほぼ全長に渡って存在するときは、音響トーンが、チャンバ１１０内への経路１１２の開口部においてのみ存在するときに比べて、性能がより良好であることも分かった。チャンバ１１０内と、熱伝達管内の音響振動の存在は、プローブを冷気出口を介して管内に挿入することにより検証された。
【００２８】
上述した実際の実践において、周波数２．１７７ｋＨｚの音響トーンは、７５８．４ｋＰａｇ（１１０ｐｓｉｇ（重量ポンド毎平方インチ））の圧力で０．１１９ｍ3／ｍｉｎ（４．２ｃｆｍ（立方フィート毎分））の流量で供給される圧縮空気を使用して生成される。本体９６の内部表面における溝が空気流を経路１１２に導くが、音響トーンの周波数には大きな影響は与えない。
【００２９】
音響振動が熱伝達管内で生成されるかどうかに影響を与える変数には、環状カナル（流路）の半径方向の広がり、空気入口経路１０６の、空気流生成器における経路１１２に対する向き、経路１０６がチャンバ１０４内に開口するテーバーの深さと角度、経路１１２のテーバーの深さと角度、経路１１２の数、サイズ、長さ、および向き、経路１１２の入口と経路１１２の出口の間の角度差、空気流生成器の内径および外径、および、経路１１２と、空気流生成器の中心軸に直交する面との間の角度（典型的には７度）がある。
【００３０】
異なる容積の環状チャンバを有する同一な空気流生成器を使用して、いくつかの実験を行った。環状チャンバの容積は、本体９６の内部に環状カナルまたはチャネルを形成することにより修正した。このように、本体の内部に、フランジ１２２の外径（この好適な実施の形態においては１４．１ｍｍ（０．５５５インチ））になるように孔を開けた後に、環状カナルを、本体９６の内部表面において、フランジ１２２とエネルギー伝達管の外部フランジの間に位置するように加工した。カナルを加工することで、環状チャンバの外部表面に周辺溝を形成した。種々の実験は、空気流生成器の直径Ｄと、カナルの深さＲの比を変えられるということにより特徴付けられた。各場合において、空気路に沿った５点において気圧が測定された。これらのうち１０の実験結果を、下記の表Ａと表Ｂに示し、１−１０の列は、１０の実験それぞれの観測結果を示している。
【００３１】
【表１】
2008527741.tif 000002
【００３２】
【表２】
2008527741.tif 000003
【００３３】
各表において、「比」の行は、各実験に対して、空気流生成器の直径Ｄと、カナルの深さＲの比を示している。次の行は、供給圧（ｋＰａｇ（（）内はｐｓｉｇ（重量ポンド毎平方インチ））で）を示し、次の４行は、図４に示すように、空気流路に沿う４点における圧力（ｋＰａｇ（（）内はｐｓｉｇ（重量ポンド毎平方インチ））で）を示している。「周波数」の行は、図４においてマークを付けられた音響プローブ点において、冷気出口を介して挿入され、管の軸上に置かれたプローブによりエネルギー伝達管において観測された音響トーンの周波数を示している。「全長？」の行は、トーンが、エネルギー伝達管の全長に渡って感知されたかどうかを示している。トーンが、全長に渡って感知されたかどうかは、エネルギー伝達管に沿ってほぼ中間の点まで挿入されたプローブと、ほぼスロットル弁まで挿入されたプローブによる観測に基づいて判定された。「冷気流」の行は、冷気出口で冷気流が検出されたかどうかを示している。冷気流の温度は、エネルギー伝達管の全長に沿ってトーンが存在するときよりも、実質的に低い。
【００３４】
圧力は、ＯＴＣから販売されている静的圧力プローブを使用して測定された。周波数測定は、Ｅｘｔｅｃｈ  Ｍｏｄｅｌ  ４０７７９０  Ｏｃｔａｖｅ  Ｂａｎｄ  Ｓｏｕｎｄ  Ａｎａｌｙｚｅｒ（タイプ２メータ）とＮｏｒｓｏｎｉｃ  Ｍｏｄｅｌ  １１０リアルタイムサウンドメータを使用して行った。
【００３５】
実験はまた、冷却器が実験１、３、８または１０に対して規定した条件に従って作動していて、音響振動が、例えば、かなり異なる周波数の振動を、エネルギー伝達管の内部に結合することにより抑制されると、冷気出口から流出する空気の温度は、ほぼ入口空気温度まで、実質的に即座に上昇したことも示した。ハウジング１４４と隔離管１３４は、コンピュータケース内で、例えば、ディスクドライブモータにより生成されてエネルギー伝達管に結合されて管内の音響振動を抑制しそれにより冷却器の性能を低下させる、音響振動から、エネルギー伝達管１３２を隔離するように機能する。
【００３６】
音響振動は、気体流量と、エネルギー伝達管の物理的構造に関して特徴的である周波数範囲において、優先的に増幅されている空気流における擾乱のエネルギーによって、エネルギー伝達管内で自発的に生成される。スロットル弁を調整することにより、エネルギー伝達管は、より広い範囲内の周波数の狭い範囲に調整される。
【００３７】
実験６、７、および９から、音響トーンが観測されなくても、内部空気ストリームと、外部空気ストリームとの間の、内部空気ストリームの角速度喪失に起因する熱伝達は、冷気の小さな流れしか生成しないことも分かる。
【００３８】
音響振動の生成が有利である冷却器の特徴には、経路１１２の構成と、空気流生成器の中心軸に対する経路１１２の向きが含まれる。音響振動の生成が有利な他の特徴には、環状チャンバ１０４の相対的に大きな半径方向の広がりと、チャンバ１０４への入口経路１０６の向きが含まれる。このように、渦管装置の場合は、渦生成器を、渦チャンバへの空気流が、空気流生成器上流の流れの状態に無関係に、渦チャンバに対して接線方向になるように構成すれば十分であると考えられる。図に示されている冷却器の場合は、空気流生成器からエネルギー伝達管１３２への流れの移行は、渦管装置の場合に比べてより緩慢であり、チャンバ１０４への入口と、チャンバ１０４それ自体（相対的に大きな半径方向の広がりを有する）の構成は、エネルギー伝達管内の外部空気流の擾乱を最小にするように選択される。
【００３９】
スロットル弁は、エネルギー伝達管を調整することに加えて、外部ストリームまたは流れの最も熱い部分を除去し、内部流のより冷たい空気と混合できないようにすることで、エネルギー伝達管の好ましい性能にも貢献している。
【００４０】
図２−８を参照して説明した冷却器は、図１を参照して説明した渦管装置と同じ原理で作動するのではないことに留意することは重要である。これは、優れた性能と、チャンバ内の空気流は、渦管装置の渦チャンバ内の渦流よりも実質的に低い速度で回転する（７５０，０００ｒｐｍ未満対約１，０００，０００ｒｐｍ）という事実から明白である。更に、冷気の流れを生成するように作動する、従来の渦管装置で行った実験では、上記の実験１−５に示されているような音響振動は見られなかった。
【００４１】
本発明は、上述した特別な実施の形態には限定されないこと、および添付される請求項で規定される本発明およびその等価物の範囲を逸脱することなく種々の変形形態が可能であることは理解されよう。例えば、表で示される実験は、音響トーンの周波数を、約１．５ｋＨｚから約４ｋＨｚの範囲で示しているが、本発明の他の実施の形態においては、１ｋＨｚという低い周波数から２０ｋＨｚという高い周波数が観測された。状況によりそうでないと示されない限り、１つの請求項における要素例の数への言及は、それが１つの例または２つ以上の例への言及であっても、要素の記述された数の例を少なくとも必要とするが、記述された数よりも多い例を有する構造または方法を、請求項の範囲から除外するものではない。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】図１は、従来の渦管の断面図である。
【図２】図２は、本発明を具現する冷却器を備えたコンピュータケースの部分切取側面図である。
【図３】図３は、本冷却器の一部分の拡大図である。
【図４】図４は、本冷却器の一部を形成するエネルギー伝達管の断面図である。
【図５】図５は、図４の線８−８における断面図である。
【図６】図６は、図２に示すコンピュータケースに搭載された冷気拡散器の部分断面図である。
【図７】図７は、図６の線７−７における断面図である。
【図８】図８は、図６の線８−８における断面図である。
【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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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成19年9月10日(2007.9.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷却器であって、
圧力下の気体の流れを受け入れる入口装置であって、外側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形内部表面を有する前記入口装置と；
気体流生成器であって、内側に向けて前記入口チャンバの境界を定める円筒形外部表面を有し、また、気体流チャンバの境界を定める円筒形内部表面も有し、前記入口チャンバと前記気体流チャンバの間を連通する経路を有しており、それにより前記入口チャンバ内の圧力下の気体は、前記経路を介して前記気体流チャンバに流入する前記気体流生成器と；
エネルギー伝達管であって、第１および第２の対向する端部を有し、前記気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有し、前記エネルギー伝達管の第２の端部は、前記エネルギー伝達管の内部から気体を流出可能にするために、前記エネルギー伝達管に隣接する位置に少なくとも１つのポートを有する、エネルギー伝達管と；を備え、
各経路の内部部分は、前記エネルギー伝達管の中心軸に直交する平面に対して、４度から３０度の範囲における角度で傾斜している平面に設けられており、
各経路は直線ではないが、むしろ曲線状であり、
前記冷却器は、前記入口チャンバに約６８９．５ｋＰａｇ（１００ｐｓｉｇ）を超える圧力の気体が供給されると、音響トーンが前記エネルギー伝達管において自発的に生成されるように構成されている冷却器。
【請求項２】
前記音響トーンは、前記経路から前記気体流チャンバ内へ開口に隣接して生成される請求項１に記載の冷却器。
【請求項３】
前記音響トーンは、前記エネルギー伝達管の実質的に全長にわたって生成される請求項１に記載の冷却器。
【請求項４】
前記音響トーンは、約１ｋＨｚと、約２０ｋＨｚの間の範囲における周波数を有する請求項１に記載の冷却器。
【請求項５】
前記音響トーンは、約１ｋＨｚと、約１２ｋＨｚの間の範囲における周波数を有する請求項１に記載の冷却器。
【請求項６】
前記音響トーンは、約１．５ｋＨｚと、約４ｋＨｚの間の範囲における周波数を有する請求項１に記載の冷却器。
【請求項７】
前記入口装置は、それを介して前記圧力下のガスの流れが前記入口チャンバに到達するように吐出される、入口経路を有しており、前記入口チャンバは、半径を有しており、
前記入口経路は、前記入口チャンバの前記半径に対して傾斜する請求項１に記載の冷却器。
【請求項８】
前記入口経路は、前記入口チャンバ内へ外側方向に広がる、均一な径の開口を備える請求項７に記載の冷却器。
【請求項９】
前記エネルギー伝達管がそれを介して伸張する、音響吸収管を更に備える請求項１に記載の冷却器。
【請求項１０】
前記気体流生成器は、前記入口チャンバと前記気体流チャンバとの間を連通させる、４から８の間の数の経路を有する請求項１に記載の冷却器。
【請求項１１】
内側端部における各経路の中心軸は、外側端部における前記経路の中心軸に対して約２〜４度の角度にある請求項１に記載の冷却器。
【請求項１２】
前記気体流生成器の環状部分は、前記円筒形外側表面を画定する請求項１に記載の冷却器。
【請求項１３】
前記気体流生成器の環状部分は、前記入口チャンバと前記気体流チャンバとの間を連通させる、前記経路を画定する請求項１２に記載の冷却器。
【請求項１４】
前記エネルギー伝達管の第２の端部は、スロットル弁を具備する請求項１に記載の冷却器。
【請求項１５】
各通路の内部部分は、前記エネルギー伝達管の中心軸に垂直な平面に対して約７度の範囲の角度で傾斜する平面に設けられる請求項１に記載の冷却器。
【請求項１６】
各経路は、１．５８８ｍｍ（０．０６２５インチ）以下の直径を有する請求項１に記載の冷却器。
【請求項１７】
前記冷却器は、前記入口装置を介して前記入口チャンバに流入する圧縮空気が、前記気体流生成器内の前記経路を介して前記気体流チャンバ内へ流れて、それにより、回転する外側流を、前記エネルギー伝達管を介して前記エネルギー伝達管の第２の端部に向かって流れさせるように形成されており、
この回転する流れの一部が、前記エネルギー伝達管から前記ポートを介して流出するが、その大部分は、前記エネルギー伝達管を介して回転する内側流として戻り、前記回転する内側流は、前記エネルギー伝達管の第１の端部に向かって移動し、前記エネルギー伝達管の第１の端部において出口管を介して流出する、請求項１に記載の冷却器。
【請求項１８】
冷却器であって、
圧力下の気体の流れを受け入れる入口装置であって、外側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形内部表面を有する前記入口装置と；
気体流生成器であって、内側に向けて前記入口チャンバの境界を定める円筒形外部表面を有し、また、気体流チャンバの境界を定める円筒形内部表面も有し、前記入口チャンバと前記気体流チャンバの間を連通する経路を有しており、それにより前記入口チャンバ内の圧力下の気体は、前記経路を介して前記気体流チャンバに流入する前記気体流生成器と；
エネルギー伝達管であって、第１と第２の対向する端部の間で伸張する長さを有しており、前記気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有し、前記エネルギー伝達管の第２の端部は、前記エネルギー伝達管の内部から気体を流出可能にするために、前記エネルギー伝達管に隣接する位置に少なくとも１つのポートを有する、エネルギー伝達管と；を備え、
前記入口装置を介して前記入口チャンバに流入する圧縮空気が、前記気体流生成器内の前記経路を介して前記気体流チャンバ内へ流れて、それにより、回転する外側流を、前記エネルギー伝達管を介して前記エネルギー伝達管の第２の端部に向かって流れさせており、
この回転する流れの一部が、前記エネルギー伝達管から前記ポートを介して流出するが、その大部分は、前記エネルギー伝達管を介して回転する内側流として戻り、前記回転する内側流は、前記エネルギー伝達管の第１の端部に向かって移動し、前記エネルギー伝達管の第１の端部において出口管を介して流出しており、
前記冷却器は、前記入口装置に約６８９．５ｋＰａｇ（１００ｐｓｉｇ）を超える供給圧力の気体が供給されると、音響トーンが前記エネルギー伝達管の実質的に全長にわたって生成されるように構成されている冷却器。
【請求項１９】
冷気の流れを生成する方法であって、
圧力下の気体の流れを受け入れる入口装置であって、外側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形内部表面を有する前記入口装置と；気体流生成器であって、内側に向けて前記入口チャンバの境界を定める円筒形外部表面を有し、また、気体流チャンバの境界を定める円筒形内部表面も有し、前記入口チャンバと前記気体流チャンバの間を連通する経路を有しており、それにより前記入口チャンバ内の圧力下の気体は、前記経路を介して前記気体流チャンバに流入する前記気体流生成器と；エネルギー伝達管であって、第１と第２の対向する端部の間で伸張する長さを有しており、前記気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有し、前記エネルギー伝達管の第２の端部は、前記エネルギー伝達管の内部から気体を流出可能にするために、前記エネルギー伝達管に隣接する位置に少なくとも１つのポートを有する、エネルギー伝達管と；を備える、冷却器を提供するステップと、
前記入口装置を介して前記入口チャンバに圧縮空気を流入させて、前記気体流生成器内の前記経路を介して前記気体流チャンバ内へ流れて、それにより、回転する外側流を、前記エネルギー伝達管を介して前記エネルギー伝達管の第２の端部に向かって流れさせる、ステップであって、この回転する流れの一部が、前記エネルギー伝達管から前記ポートを介して流出するが、その大部分は、前記エネルギー伝達管を介して回転する内側流として戻り、前記回転する内側流は、前記エネルギー伝達管の第１の端部に向かって移動し、前記エネルギー伝達管の第１の端部において出口管を介して流出する、ステップと、
を備える方法において、
前記回転する流れは、７５０，０００回／分（ｒｐｍ）より少ない回転数で回転する、方法。
【請求項２０】
冷却器であって、
圧力下の気体の流れを受け入れる入口装置であって、外側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形内部表面を有する前記入口装置と；
気体流生成器であって、前記入口装置と同軸に位置しており、内側に向けて前記入口チャンバの境界を定める円筒形外部表面を有し、また、気体流チャンバの境界を定める円筒形内部表面も有し、前記入口チャンバと前記気体流チャンバとの間を連通する経路が形成され、それにより前記入口チャンバ内の圧力下の気体は、前記経路を介して前記気体流チャンバに流入する前記気体流生成器と；
エネルギー伝達管であって、第１および第２の対向する端部を有し、その第１端部において前記入口アセンブリに接続され、前記気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有する前記エネルギー伝達管と；
前記エネルギー伝達管において、その前記第２端部に設置されたスロットル弁であって、前記エネルギー伝達管の前記円筒形内部空間を実質的に閉塞するバッフル部を含み、前記エネルギー伝達管に隣接する位置において、前記エネルギー伝達管の前記内部空間からの気体の流出を可能にするための、少なくとも１つのポートが形成され、前記エネルギー伝達管の長手方向に移動可能で、それにより前記エネルギー伝達管の有効長を選択的に調整するスロットル弁と；を備え、
前記気体流生成器内に形成された前記経路はそれぞれ、前記内部円筒形表面に対して第１鋭角で傾斜している内部部分と、前記円筒形外部表面に対して第２鋭角で傾斜している外部部分を有し、曲線中間部は、前記外部部分と前記内部部分を接合し、
前記気体流生成器に形成された各経路の前記内部部分は、前記エネルギー伝達管の中心軸に直交する平面に対して、４度から３０度の範囲における角度で傾斜している平面に設けられており、前記冷却器は、前記入口チャンバに約６８９．５ｋＰａｇ（１００ｐｓｉｇ）を超える圧力の気体が供給されると、約１ｋＨｚと、約２０ｋＨｚの間の範囲における周波数での音響トーンが、前記エネルギー伝達管において自発的に生成されるように構成されている冷却器。
【請求項２１】
前記冷却器は、前記音響トーンが実質的に前記エネルギー伝達管の全長に渡り、前記エネルギー伝達管において自発的に生成されるように構成される請求項２０に記載の冷却器。
【請求項２２】
前記第２鋭角は、２０度から５０度の範囲である請求項２０に記載の冷却器。
【請求項２３】
前記第２鋭角は、３８度から４２度の範囲である請求項２２に記載の冷却器。
【請求項２４】
前記エネルギー伝達管がそこを介して延伸する音響緩衝管を更に備える請求項２０に記載の冷却器。
【請求項２５】
前記気体流生成器は、冷気出口ポートを有し、前記冷却器は、前記冷気出口ポートから供給された冷気を、相対的に暖かい気体と混合するために、前記冷気出口ポートに接続される、冷気拡散器を更に備える請求項２０に記載の冷却器。
【請求項２６】
前記エネルギー伝達管が位置するハウジングと、前記熱伝達管と熱交換関係にある空気の流れを誘発するファンと、を備える請求項２０に記載の冷却器。
【請求項２７】
前記周波数は、約１ｋＨｚから約１２ｋＨｚの範囲である請求項２０に記載の冷却器。
【請求項２８】
前記周波数は、約１ｋＨｚから約４ｋＨｚの範囲である請求項２０に記載の冷却器。
【請求項２９】
前記周波数は、約１．５ｋＨｚから約４ｋＨｚの範囲である請求項２０に記載の方法。
【請求項３０】
冷気の流れを生成する方法であって、
圧力下の気体の流れを受け入れる入口装置であって、外側に向けて入口チャンバの境界を定める円筒形内部表面を有する前記入口装置と；気体流生成器であって、前記入口装置と同軸に位置しており、内側に向けて前記入口チャンバの境界を定める円筒形外部表面を有し、また、気体流チャンバの境界を定める円筒形内部表面も有し、前記入口チャンバと前記気体流チャンバとの間を連通する経路が形成され、それにより前記入口チャンバ内の圧力下の気体は、前記経路を介して前記気体流チャンバに流入する前記気体流生成器と；エネルギー伝達管であって、第１および第２の対向する端部を有し、その第１端部において前記入口アセンブリに接続され、前記気体流チャンバと連通する円筒形内部空間を有する前記エネルギー伝達管と；前記エネルギー伝達管において、その前記第２端部に設置されたスロットル弁であって、前記エネルギー伝達管の前記円筒形内部空間を実質的に閉塞するバッフル部を含み、前記エネルギー伝達管に隣接する位置において、前記エネルギー伝達管の前記内部空間からの気体の流出を可能にするための、少なくとも１つのポートが形成され、前記エネルギー伝達管の長手方向に移動可能で、それにより前記エネルギー伝達管の有効長を選択的に調整するスロットル弁と；を備える冷却器であって、前記気体流生成器内に形成された前記経路はそれぞれ、前記内部円筒形表面に対して第１鋭角で傾斜している内部部分と、前記円筒形外部表面に対して第２鋭角で傾斜している外部部分を有し、曲線中間部は、前記外部部分と前記内部部分を接合し、前記気体流生成器に形成された各経路の前記内部部分は、前記エネルギー伝達管の前記中心軸に直交する平面に対して、４度から３０度の範囲における角度で傾斜している平面に設けられている冷却器を提供するステップを備え、
前記方法は、前記冷却器への圧縮気体を、約６８９．５ｋＰａｇ（１００ｐｓｉｇ）を超える圧力で前記入口チャンバに供給するステップを備え、
前記冷却器は、約１ｋＨｚと、約２０ｋＨｚの間の範囲における周波数での音響トーンが、前記エネルギー伝達管において自発的に生成されるように構成される方法。
【国際調査報告】
2008527741.tif 000012