JP2018525966A - マイクロ流体ファン - Google Patents

Abstract

ガス状流体の流れを制御するための装置（１）（１００）が提供される。装置は、第１の電極（１０）（１１０）と、流れの下流方向で第１の電極からオフセットされる第２の電極（２０）（１２０）とを備える。電極は、電圧ソースと接続可能である。熱伝導性フランジ（３０）は、流れの方向に並行な平面で伸長するように配置され、ガス状流体から熱を放散するように適応される。第１の電極の少なくとも一部分は、流れの方向に並行な方向で最大高さ（ｈ_１）と、流れの方向に垂直な方向で最大幅（Ｗ_１）を有する少なくとも一部分を備え、最大高さは、装置のポンピング効率を改善するように、最大幅よりも広い。装置を製造する方法と、このような装置を用いて流体流れを制御する方法も開示される。

Description

ここで開示された発明は、ガス状流体を冷却するための装置に関する。さらに詳細には、ガス状流体の流れを制御して冷却するための電気流体力学装置と、このような装置を製造して制御する方法に関する。

電子システムの性能は、適切な温度範囲内に電子機器を保つための利用可能な冷却技術によって概ね制限されている。改善された性能を有するより小さな装置は、比較的小さい領域に亘る増加した熱放散と関係付けられる。言い換えれば、電子装置の空間のための、及びエネルギー効率の良い冷却に対する必要性が増大している。

例として、電気通信衛星のような衛星は、既存の搭載された温度管理システムの技術の限界に直面する。これらの衛星の電力の浪費は、広帯域マルチメディア及びモバイル通信サービスをブロードキャストに対する増大する要件を満たすために増加する。電子コンポーネント（チップ上の衛星）からの低質量の熱除去を必要とするマイクロ、ナノ、又は「キューブ」衛星は、高性能を維持するために、よりコンパクトな温度管理システムを必要としがちである。

冷却はまた、例えばＷｉＦｉ（登録商標）ルータとコンピュータのような電子機器のための、及び、適切な照明出力を提供して期待される寿命を達成するために、余分な熱の除去が所望される発光ダイオード（ＬＥＤ）のような半導体照明装置のための重要な要素である。多くのＬＥＤ照明のアプリケーションにおいて、熱は、ＬＥＤから熱を引き離して、それを周囲の大気中にするためのヒートシンクを使用して取り除かれる。しかしながら、このような受動的冷却は、より高い電力のＬＥＤにとって効率的であり得ず、これは、従来のヒートシンクが提供できるものよりも高いレベルの冷却を必要とするであろう高い電力のＬＥＤにとって、十分でないかもしれない。さらに、ヒートシンクと熱スプレッダは、場所をとり、重量を増し、最適な性能のために特有の方向付けをしばしば必要とし得る。

これらの問題は、冷却効率を改善するように、大気又は他の流体の付勢された流れを使用する有効な冷却システムを使用して処置されてきた。このような有効な冷却システムの一例は、電気流体力学（ＥＨＤ）ポンプを含み、ここにおいて、イオン化粒子又は分子は、電界と相互作用して冷却媒体の流れを運ぶものである。

たとえこのようなＥＨＤポンプがさまざまな冷却アプリケーションの中で用いられ得ても、ガス状流体の流れを制御するための、及び、改善された冷却効率を提供するための改善された装置と方法についてのさらなる必要性がある。このような装置の改善された製造方法に対する必要性もある。

ガス状流体の輸送と冷却の効率が改善される方法でガス状流体の流れを制御することが、本発明の目的である。

したがって、本発明は、独立請求項の特徴を有する装置と制御方法を提供する。従属請求項は、有利な実施形態を規定する。

第１の態様において、ガス状流体の流れを制御するための装置が提供される。本装置は、第１の電極と第２の電極を備え、第２の電極の少なくとも一部分は、流れの下流方向で第１の電極の少なくとも一部分からオフセットされ、第１の電極と第２の電極は、電圧ソースと接続可能である。本装置は、流れの方向に並行な平面で延びて、ガス状流体から熱を放散するように適合された少なくとも１つの熱伝導性フランジをさらに備える。第１の電極は、流れの方向に並行な方向で、最大の高さと、流れの方向に垂直な方向で最大幅を有する少なくとも一部分を備え、ここにおいて、最大の高さは、最大幅よりも大きく、好ましくは最大幅の少なくとも２倍である。最大の高さはまた、最大幅の３倍、４倍、５倍又は６倍、あるいはそれ以上でもよい。

第２の態様において、第１の態様にしたがった装置を製造する方法が提供される。

第３の態様において、ガス状流体の流れを制御する方法が提供される。本方法は、第１の態様にしたがった装置を提供することと、装置の第１の電極と接触するガス状流体を提供することと、第１の電極と第２の電極の間の電位差を適用することとを備える。

用語「フランジ」は、ガス流の主方向と少なくとも部分的に並行な平面で延びる本質的に薄板形成された構造として理解されるべきである。さらに、「熱伝導性」は、例えば、フランジによって通過するガス状流体から熱エネルギーを受容して、ガス状流体とフランジの間のインターフェースから、受容された熱エネルギーを移すための能力を指す。フランジは、例えば、曲げ、射出成形、フライス加工、又は他の任意の適切な製造技術によって取得され得る。

用語「流れの方向」又は「流れ方向」によって、動作の間に装置を通過する結果として生じるガス状流体の主な方向が理解されるはずである。用語は、「意図された流れの方向」とも呼ばれ得る。

いくつかの利点が本発明と関係付けられる。第１に、その幅に関して比較的に大きい高さを有する第１の電極を形成することによって、比較的に高い電界集中が達成され得、これは、周囲の流体に対するイオンの放出を向上し得る。さらに、比較的高い電界集中は、ポンピングされた流体の流れを向上し得る。第２に、主な方向又は伸張が本質的に流体流れの方向と並行であるように、熱的に又は熱伝導フランジを配置することによって、ガス状流体とフランジの間の温度相互作用の表面又はインターフェースは、改善された熱の移行を提供するように大きくされ得る。温度相互作用の表面が広ければ広いほど、より高い冷却効率が達成され得る。第３に、通過流体は、流れの横断方向において見られるような比較的小さな電極領域にさらされ得るので、比較的高くて狭い第１の電極は、装置の流れ抵抗を低減し得る。

一例において、第１の電極の少なくとも１つの部分は、第２の電極に向かって方向付けられた端又は先端部を形成する先細りされた部分を備え得る。突出した又は鋭い部分を有する第１の電極を提供することによって、ガス状流体への第１の電極のユニット領域毎の電子の射出は改善され得る。電子の放出を増加することは、電気流体力学的効果を向上し、装置を通る流れを増加して、したがってそのポンピング及び／又は冷却効果を改善し得る。さらに、開いた領域、即ち流体が通過し得る領域は、必ずしも射出された流れを低減することなく低減され得るので、第１の電極を通した又は第１の電極による第１の電極からの電子放出効果を増加することは、有利なことに、流れ抵抗の低減を可能にし得る。

さらに、第１の電極は、第２の電極から離れて方向付けられた端又は先端部を形成する先細りされた部分を有する少なくとも１つの部分を備え得る。言い換えれば、先細りされた部分は、流体の流れの方向と反対方向において向けられ又は示されて、これは、有利なことに、流れ抵抗を低減して装置の効率を向上するように格子の上流部分を流線型にし得る。一例において、第１の電極の少なくとも一部分は、流体が前述の流路を通して流れるのを可能にするように適応された流路、又は複数の流路を備える。第１の電極の材料を通して通路を配置することによって、流れは増加され、及び／又は、流体抵抗は低減され得る。

第１の電極と第２の電極の間の距離又は間隔は、電極間で低減された電界の強度を制御するように変化され得る。実験により、より小さい隙間、したがって誘導されたより強い電界が、より大きい隙間を有して同じ電力で供給された装置と比較して、増加したポンプ効率又は流量を可能にし得ることが示された。間隔は、例えば１０〜３０００μｍの範囲内、より好ましくは、４００〜２０００μｍの範囲にあり得る。

実施形態にしたがうと、第１の電極は、ガス状流体が第１の電極を通過することができるように配置され得る格子構造を形成するブリッジと接合部を備え得、第１の電極の部分は、ブリッジのうちの少なくとも１つの一部を形成する。

「格子（grid）」によって、例えば格子（grating）、網、又は蜂の巣構造等となるように、互いに結合されたブリッジを備える任意の構造が理解される。ブリッジと接合部は、流体流れを許容し得る格子の開いた領域を規定し得る。さらに、格子が、それらの高さと幅又はゲージ間に、上で特定された比率を有するいくつかのブリッジを備え得ることが理解される。例として、その周辺部分以外の格子全体が、例えばこのようなブリッジから形成され得る。別の例において、格子のブリッジの大部分又は全ては、最大の高さ／ゲージ関連性を満たし得る。

それらの幅に関して比較的大きな高さを有するブリッジの格子を形成することによって、格子は、ブリッジの高さ方向、又は、流れの方向において荷重を運ぶための能力に関して比較的剛性であり得る。これにより、比較的剛性の電極が可能にされ、これは、特に流れの方向で屈曲又は変形しにくくなり得、したがって例えば、装置のショートについての危険性が低減され得る。さらに、比較的剛性で安定した格子は、格子を通過する流体によって満たされる比較的低い流れ抵抗を提供し得る比較的広い開いた領域を、依然として有し得る。さらに、比較的高くて狭いブリッジは、装置の重量と費用両方を低減し得る比較的安定した剛性の格子を形成するために要求される材料の量を低減し得る。比較的剛性の格子を使用することによって、付加的なサポート構造についての必要性が低減され、第１の電極と第２の電極の間の比較的よく規定されて一定の間隔が達成され得る。

それらの比較的大きな高さのおかげで、ブリッジは、格子構造と通過する流体の間の比較的大きな接触表面も提供し得、これは、例えば材料の拡散及び／又はイオン又は電子の射出のような、電極と流体の間の任意の相互作用を促進し得る。

実施形態にしたがうと、最大の高さと幅に対応する高さ又は長さ、あるいは最大幅に対応する厚みを有する棒として第１の電極が形成され得る。棒は、例えば、円筒、柱又は針として形成され得、空洞、固体又は多孔性であり得る。一例において、棒は、その内部を通してガス状流体の流れを通させるように適応され得る。さらに、棒は、好ましくは流体流れの方向で先細りされた又は鋭い端部分を有し得る。さらなる例において、第１の電極は、例えば流体流れに本質的に並行な長さ拡張を有するように配置され、及び／又は、２次元又は３次元配列において配置され得る複数の棒から形成され得る、又は備え得る。複数の棒、したがって複数の放出点を使用することは、有利なことに、放出（ｅｍｉｔｔｅｒ）の余剰を増加し得る。

実施形態にしたがうと、第１の電極は、流れの方向と交差する平面で円形又は多角形の横断面を有する棒として形成され得る。

いくつかの実施形態にしたがうと、本装置は、例えばガス状流体が本装置を通過できるように配置された層状構造で配置され得る複数のフランジを備える。代替的または付加的に、本装置は、複数の相互に交差するフランジ、及び／又は、第１の電極の少なくとも一部分の周囲に少なくとも部分的に配置されたフランジを備え得る。これは、空間を保存するように、第１の電極が、フランジによって規定された量で少なくとも部分的に受容される、又は、フランジによって規定された量内で配置されるのを可能にする。

実施形態にしたがうと、第２の電極は、熱伝導性フランジに電気的に接続される。フランジは、例えば少なくとも部分的に電気的に導電性で、これにより、延長された第２の電極として作用し得る。

実施形態にしたがうと、第２の電極は、熱伝導性フランジと一体化して形成され得る、すなわちフランジと一体型で形成され得る。第２の電極は、このような場合において、第２の電極と熱伝導又は冷却フランジの両方として機能するように考慮され得る。第２の電極の電気的機能をフランジと一体化することは、有利なことに、本装置が、より小さい空間及び／又はより少ない数の異なる部分を要求するのを可能にし得、これは製造を促進し、費用を節約し得る。

いくつかの実施形態にしたがうと、第１及び第２の電極のうちの少なくとも１つは、例えば、電極のうちの他の１つと向き合う構造化された表面部分を備え得る。構造化された表面部分は、表面部分の領域を増加し得るマイクロ及び／又はナノ構造を備え得る。マイクロ構造及び／又はナノ構造は、例えば、丘（ｈｉｌｌｓ）、隆起（ｒｉｄｇｅｓ）、放物面（ｐａｒａｂｏｌｏｉｄｓ）、柱（ｐｉｌｌａｒｓ）又は溝（ｔｒｅｎｃｈｅｓ）の、幾何学的形態を含み得る。電極の表面領域を増加することは、それが電子を放出する能力及び／又は収集する能力を改善し得るという点で有利であり、したがって電極の効率を改善する。さらに、マイクロ及び／又はナノ構造を用いて表面領域を増加することによって、比較的より高いアクティブな表面領域が比較的小さな表面部分上で達成され得る。これは有利なことに、比較的より大きなアクティブな表面領域と比較的より低い流れ抵抗を可能にする。比較的より大きなアクティブ領域は、表面を不働態化する汚染物質に敏感でないかもしれないので、電極の寿命も増加し得る。

実施形態にしたがうと、第２の電極は、第１の電極に面する凹表面部分を備え得る。凹表面部分は、平坦な表面部分と比較すると、これが増加した表面領域を提供し得るという点で有利であり、これにより、電子、例えば第１の電極によって放出された電子を収集する能力を向上する。凹表面は、その中心又は対称軸を第１の電極の端又は先端部において有する円の弧、あるいは、周囲の表面又は円筒の表面に適合し得る。これにより、同種の電界は、第１の電極と第２の電極の間で達成され得る。

実施形態にしたがうと、本装置は、流れの方向で第２の電極を第１の電極から分離するように配置されたサポート構造を備え得る。このサポート構造は、第１の電極と第２の電極の間の所望の間隔を維持するように、例えば電気的に非導電性であってよく、規定された厚みを有し得る。サポート構造は、例えばセラミック又はポリマーを備える例えば格子又はスペーサとして形成され得、第１及び／又は第２の電極は、例えば溶接、圧入、接着、半田付け、蝋着、グレイジング又は焼結を用いてサポート構造に接続され、又はサポート構造上に配置され得る。サポート構造は、第１の電極を第２の電極と整列するように、及び／又は、いくつかの積み重ねられた装置を互いに整列するように適応された整列構造を備え得る。整列構造は、凹みや窪みのような、例えば突出部材と受容部材を備え得、ここにおいて、突出部材は、別のサポート構造の対応する受容部材と、及び逆も同様に協同するように適応される。これにより、電極及び／又は装置の組立と整列は、促進され得る。

さらなる実施形態にしたがうと、第１の電極、第２の電極及びサポート構造のうちの少なくとも１つは、特に、流体流れの方向に対して垂直な平面において、及び／又は、第１及び第２の電極の少なくとも一部分の主な長さ方向において、熱的に誘導された圧力について緩和する又は補うように配置された懸垂構造又は変形構造を備える。変形構造は例えば、流れの方向に垂直な平面において湾曲されたブリッジによって形成され得る。ブリッジがその高さに垂直な平面（即ち流れ方向）で圧力又はねじりトルクにさらされたとき、ブリッジは、その比較的大きな高さと小さな規格により、流れ又は高さ方向よりもむしろその平面において変形する傾向があり得る。代替的に、懸垂構造は、それが熱膨張の間に主な長さ方向においてその形状を維持し得るように、引張応力を電極に適用するように適応される。変形（又は懸垂）構造は、有利なことに、装置を、熱により誘発された圧力と熱膨張に対してより敏感でないようにすることができる。これにより、比較的よく規定された寸法と比較的信頼できる形状を有する装置が達成され得る。さらに、変形構造は、結合されることになる、異なる熱膨張係数（ＣＴＥ）を有する材料を可能にする。例として、第１及び／又は第２の電極は、第１のＣＴＥを有する材料から形成され得るのに対して、第１及び／又は第２の電極が取り付けられ得るサポート構造は別のＣＴＥを有し得る。このような場合、変形構造は、流体流れの方向と垂直な平面で変形された変形構造によって吸収されることになるＣＴＥの差異によって引き起こされ得る任意の内部熱応力を可能にするように、電極及び／又はサポート構造において提供され得る。したがって、変形構造は、延長された寿命を有する、より信頼できる装置を可能にし得る。

実施形態にしたがうと、第１の電極及び／又は第２の電極及び／又はサポート構造は、所望の構造を形成するように選択的に堆積された材料から形成される。この材料は、例えば、１つ又はいくつかの金属の積み重ねられた構造を備え得る。堆積方法として、例えば、成形、めっき、スクリーン印刷、グレイジング、スパッタリング、蒸着、又は焼結を備え得る。

代替的に又は付加的に、製造するには、例えば、材料を基板から選択的に取り除くことによる材料の除去を備え得る。適切な技術の例は、カッティング、粉砕、エッチング、及び吹き付け加工を含み得る。

第１及び／又は第２の電極は、有利なことに、ポンピングされた流体に関して電子を発する比較的良い能力を有する化学的に安定した又は不活性の材料を備える。さらに、材料は、比較的高い温度抵抗を有し得る。このような材料の例は、例えば、Ｐｔ、Ａｕ、Ｎｉ、Ｗ、Ｚｒ及びステンレス鋼を含み得る。

実施形態にしたがうと、装置は、装置の冷却効率を改善するために、第１の電極と第２の電極のうちの少なくとも１つから基板に熱を伝導するように配置された熱伝導要素を備え得る。熱伝導要素は例えば、装置とプリント基板の間で配置された金属板から形成され得る。

実施形態にしたがうと、第１の電極と第２の電極の間の適用された電位差は、時間の関数として変化され得る。実験により、例えば、第１の正値とゼロの間、及び／又は、正値と負値の間で電位差を変えることによって、ユニット領域毎の流体流れ、したがってポンプ効率が、電極の改善された電気緩和によって改善されることが示された。

一例において、本装置と、冷却されるための構成要素のような電気構成要素は、例えば接地のような共通の電位に接続され得る。

本発明の実施形態を用いてポンピングされ得るガス状流体の例は、例えば、窒素、ヘリウム、酸素、アルゴン、及び二酸化炭素、及び任意のこれらの混合物のような絶縁体を含む。一例において、ガス状流体は、周囲の空気からなる。

本発明の実施形態は、ＰＣＢのような基板上の配列、又は行列において配置される以下の実施形態のうちの任意の１つによる複数の装置を備え得ることも正しく認識される。本装置のこのような配列は、例えば、ＬＥＤの配列のような複数の電気構成要素の冷却を提供し得る。

さらに、本装置は、例えば電気ショックからユーザを守るように地面に接続された電気絶縁されたハウジング、又は電導ハウジングとともに提供され得る。

本明細書において、用語「ポンプ」又は「ポンプ組立」は、装置内及び／又は装置を通したガス状流体の移動、流動又は流れを生成できる任意の装置を含み得る。この用語は、用語「ファン」又は「ファン組立」とともに交互に使用される。

本発明のさらなる目的、特徴及び利点は、以下の詳細な開示、図面及び添付された特許請求の範囲を検討するときに明らかとなる。当業者であれば、本発明の異なる特徴は、たとえ異なる請求項において規定されていても、以下で記述された以外の実施形態に結合され得ることを理解する。

上記とともに本発明の付加的な目的、特徴及び利点は、本発明の実施形態の、以下の説明となる限定的でない詳細な説明を通してより良く理解される。添付された図面に対して言及がなされる。

図１は、本発明の実施形態による装置の概略的な斜視図である。 図２ａは、本発明の実施形態による第１の電極の斜視図を示している。 図２ｂは、本発明の実施形態による第１の電極の斜視図を示している。 図２ｃは、本発明の実施形態による第１の電極の斜視図を示している。 図２ｄは、本発明の実施形態による第１の電極の斜視図を示している。 図３ａは、本発明の実施形態によるフランジ配置と第２の電極を図示している。 図３ｂは、本発明の実施形態によるフランジ配置と第２の電極を図示している。 図４は、本実施形態による装置の斜視図を示している。 図５ａは、本発明の実施形態による懸垂構造で提供される電極の上面図である。 図５ｂは、本発明の実施形態による懸垂構造で提供される電極の上面図である。 図６は、本発明の実施形態によるファン組立のような組立の横断面である。 図７ａは、本発明の実施形態による装置に適用される電流パルスを図表を用いて図示している。 図７ｂは、本発明の実施形態による装置に適用される電流パルスを図表を用いて図示している。

すべての図面は概略的であり、一般的にスケーリングされず、発明を明瞭にするために必要である部分を一般的に示すのみであるのに対し、他の部分は省略され、又は単に提案され得る。

図１は、第１の電極、又はエミッタ１０、及び、（矢印によって示された）流れの下流方向で、エミッタ１０の一部分からオフセットで配置された少なくとも一部分を有する第２の電極、又はコレクタ２０を備える装置１を示す。本実施形態にしたがうと、コレクタ２０は、流れの方向に対して並行なそれぞれの平面でそれぞれ伸張する、例えば銅の３つの導電性薄板から形成され得る熱伝導性フランジ３０と一体化される。

エミッタは、流れと横伸長の方向における垂直伸長又は最大高さｈ１、あるいは、流れの方向に垂直な又は少なくとも交差する方向で最大幅ｗ１を有する棒１０として形成され得る。本図面において示されるように、最大高さｈ１は、最大幅ｗ２よりも大きく、したがって、流れの方向において伸長された形状を有する棒１０を提供する。棒１０は、流れの方向で尖っている１つ又はいくつかの先端部１６でも提供され、これにより、可能性あるエミッタの放出点の数を増加している。

動作の間、エミッタ１０とコレクタ２０は、少なくとも意図された流れ方向の方向で、エミッタ１０とコレクタ２０の間の電界を誘導するように（示されない）電圧ソースに接続され得、これにより、前述の方向に沿ってガス状流体の動きを誘発する。流体が装置１を通過するにつれて、流体によって運ばれた熱エネルギーは、フランジ３０との熱接触の際、フランジ３０に移行されて、装置１の周囲に結局は放散される。

図２ａ〜図２ｄは、図１において示された装置１と類似した装置の第１の電極又はエミッタ１０の異なる例を示す。図２ａにおいて、エミッタ１０は、流体がエミッタ１０を通して流れるのを可能にする格子を形成するブリッジ１１と接合部１２を備え得る。エミッタ１０は、（図１において矢印によって示された）意図された流れ方向に垂直な平面において横伸長部を有するのに対して、ブリッジ１１の少なくとも１つの少なくとも一部分は、対応する幅ｗ２よりも大きい最大の高さｈ１を有する。

図２ｂは、別の例を開示し、ここにおいて、エミッタ１０は、矩形の横断面と先端部を有する棒、又は柱として形成される。さらに、エミッタ１０は、図２ｃにおいて示された複数の先端部を有する円筒形の棒として形成され得、及び／又は、図２ｄにおいて示された１つ、又はいくつかの針形状にされた本体を備え得る。

図３ａと図３ｂは、図１と図２〜図２ｄを参照して記述された装置に対して同様に構成された装置１を開示する。装置１は、複数の熱伝導フランジ３０を備え得、これらのそれぞれは、流れに対して並行で、装置１０の共通中心軸Ａから始まるそれぞれの平面で伸長する。さらに、カバー又は保護プレート４０は、流れの方向と、フランジ３０の頂端で（すなわちフランジの下流方向端で）交差する平面で配置され得る。カバー４０は、装置１に渡って流れを通過させるためのスルーホールを有する円形のディスクとして形成され得る。コレクタ２０は、フランジの頂端、好ましくはスルーホール近くに配置され得、例えば、図２ａを参照して記述されたエミッタの構造に類似した網又は格子構造から形成され、又は、流れの方向と交差する平面で伸長するために配置された複数の線を備え得る。さらに、フランジ３０は、エミッタ１０を収容するように、装置１の長さ軸に沿って伸長する空間又は隙間を形成するように適応され得、これは例えば、フランジ３０によって規定された空間又は隙間において少なくとも部分的に挿入されるように適応される（示されていない）棒として形成され得る。図３ａが装置１のような斜視図を示すのに対し、図３ｂは、流れの方向で見られるような下からの図を示す。

図４は、別の実施形態による装置を開示し、これは、以前の図面を参照して議論された装置のうちの任意の１つのように同様に構成され得る。装置１は、（矢印によって示される）流れの方向に方向付けられたフランジ３０の層状構造として形成され得るコレクタを備える。フランジは、例えば銅のような、熱伝導と電導材料の平面薄板から形成され得、これは、層状構造を形成するように曲げられ得る。フランジ３０の上流端によってエミッタ１０は配置され、フランジから距離ｄだけ離れて間隔をあけられ得る。エミッタ１０は、例えば以前議論された格子構造を形成し得る、又は、１つ又はいくつかの線から形成され得る。エミッタ１０とコレクタ２０は、正の距離ｄだけ流れ方向で互いに離れて間隔をあけて配置され得る。間隔は、例えば、サポート構造によって、又は、エミッタ１０とコレクタ２０の間で配置された格子スペーサによって維持され得る。比較的狭い隙間ｄは、このような隙間が比較的高い電界を提供して、したがって流量に影響する電気流体力学的効果を向上し得るので望ましいかもしれない。

エミッタ１０とコレクタ２０は、エミッタ１０とコレクタ２０のうちの少なくとも１つから熱を移行、又は放散するように配置され得る、熱移行要素５０に取り付けられ得る。図４において示されるように、熱移行要素５０は、例えば金属の薄板から形成され得、（示されない）プリント基板において、受容構造に圧入、又はリフロー半田付けされ得る。動作の間、通過するガス状流体からの熱は、例えばコレクタ２０からプリント基板に熱移行要素５０を介して放散され得る。

いくつかの実施形態にしたがうと、本装置は、第１の電極及び／又は第２の電極の熱的に誘発された変形を和らげる又は防ぐように適合された懸垂構造を備え得る。変形構造とも呼ばれ得る懸垂構造は、例えば、電極の任意の１つの長さ方向、電極の少なくとも一部分、又は電極によって形成された構造に対して引張応力を適用するように適応され得る。図５ａは、例えば本発明の実施形態にしたがった装置１００におけるエミッタ１１０として作用する格子の変形構造又は懸垂構造１１５の一例を示す。この例において、格子は、以前に記述された実施形態によるブリッジ１１１と接合部１１２を備え得る。図５ａにおいて示されるように、懸垂構造１１５は、流れ方向に対して標準の平面で湾曲したブリッジ１１１から構成され得る。湾曲した形状は、例えば、ブリッジ１１１の製造の間に形成され、又は装置１００の使用の間に生じる熱的圧力によって誘発され得る。湾曲した形状は、熱が圧力を誘発した際により容易に変形させるように弱められた部分、例えば低減された幅を有する一部分を備え得る。

格子の材料が上昇する温度とともに膨張するにつれて、変形構造１２６のブリッジ１１１は、ブリッジ１１１の長さ方向で作動する圧縮力によって圧縮され得る。長さ方向により第１の接合部と第２の接合部の間の伸長の方向が理解されるべきである。これにより、格子の横拡張は変形構造１１５によって和らげられて、熱的に誘発された圧力は低減されるので、変形構造１１５以外のエミッタ１１０は、熱膨張にも関わらずその元々の形状を保ち得る。しかしながら、変形構想１１５のブリッジ１１１上で作用する力はまた、又は代替的に、例えば、構造上で作用するねじりモーメント、又はトルクによって引き起こされ得ることが理解されるべきである。

図５ｂは、図５ａを参照して記述された同様の変形構造１１５を示し、ここにおいて、懸垂構造１１５は、エミッタ１１０に対して引張応力を適用するように適合される。しかしながら、装置１００は、任意の１つ又はいくつかのエミッタ１１０、コレクタ１２０及び（示されない）サポート構造において配置された変形構造１１５で提供され得ることが理解される。

図６は、以前記述された実施形態のうちの任意の１つにしたがった３つの装置１００の積み重ねを備えるファン組立２００のような組立の横断面を示す。横断面は、（図６において矢印によって示される）流れの方向に沿ってとられる。各装置は、電子放出電極（エミッタ）１１０、電子収集電極（コレクタ）１２０、（示されない）熱伝導フランジ、流れの方向でエミッタ１１０とコレクタ１２０を別離するように配置された格子スペーサ１３０を備える。この実施形態にしたがうと、エミッタ１１０とコレクタ１２０は、例えばバルク材や表面被覆を形成する例えばＰＴ、Ａｕ、又はステンレス鋼を備え得る。

格子スペーサ１３０は、例えばエミッタ１１０とコレクタ１２０をサポートする格子として形成され得る。図６において示されるように、格子スペーサ１３０は、例えば溶接、半田付け、又は接着によってエミッタ１１０とコレクタ１２０の端部分が取り付けられる周辺枠を備え得る。代替的に又は付加的に、格子スペーサ１３０は、柱やスペーサ等のような他の間隔構造を備え得る。格子スペーサ１３０はまた、例えば、エミッタとコレクタの中央部分を支える付加的なブリッジ又は柱のような、１つ又はいくつかの間隔部材を備え得る。格子スペーサ１３０はまた、図５ａと図５ｂを参照して記述された変形構造に類似した（示されない）変形構造１１５を備え得る。

エミッタ１１０及び／又はコレクタ１２０がサポート構造１３０に固く取り付けられる場合において、例えば屈曲や撓みのような変形、及び、破砕、切断又は緩められた接合部等のような損傷についての危険性は、変形構造１１５によって低減され得る。これにより、装置１００の信頼性と耐用寿命が増加され得る。

エミッタとコレクタの間隔は、格子スペーサ１３０のブリッジの高さによって決定され得、これはしたがって、エミッタ１１０とコレクタ１２０の間で誘導された電界の大きさを決定し得る。エミッタ１１０とコレクタ１２０の間の距離ｄは、例えば０．４ｍｍと２ｍｍの範囲内であり得る。

さらに、格子スペーサ１３０は、エミッタ１１０とコレクタ１２０の整列、及び／又は積み重ねの装置１００の整列を促進するための整列構造を備え得る。

ファン組立２００は第１の装置のエミッタ１１０と、第２の装置のコレクタ１２０の間の距離を維持するように配置されたステージスペーサ１４０で積み重ねられた構造も備え得る。積み重ね構造１４０はまた、積み重ねられた装置１００の整列と組立を促進するための（図６において示されていない）整列構造１４２と、ことによると、組立２００の構成要素間の任意の機械的負荷を低減するために、図５ａと図５ｂを参照して記述された変形構造１１５、１２５を備え得る。

格子スペーサ１３０及び／又は積み重ね構造１４０は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３又はＭａｃｏｒ（登録商標）のようなセラミック材料、プラスチック材料、又は任意の適切な電導材料を備え得る。

図６において示されるように、エミッタ１１０とコレクタ１２０は、電気コネクタ又はターミナル１５０によって（示されていない）外部電源に接続され得る。この方法で、電位差は、それぞれの装置１００のエミッタ１１０とコレクタ１２０の間で適用され得る。電位差は、エミッタとコレクタ１２０のそれぞれの間、及びそれぞれを通した電子放出を促進して流体の動きを伝え得る電界を誘導し得る。さらに、エミッタ１１０及び／又はコレクタ１２０の間の電気接続１５０と外部電源は、積み重ね構造の機械的特徴によって及び／又は（図６において示されていない）電気接触部分１２９によって提供され得る。機械的特徴は、例えば、例えば焼結又は溶接の後に続く、例えば分配又はスクリーン印刷によって形成されることになる電気接続が形成されるのを可能にするように適応され得る。有利なことに、積み重ねのいくつか又は全てのエミッタ１１０及び／又はコレクタ１２０は、同じ製造ステップにおいて接続され得る。

図７ａとｂは、時間ｔの関数として、本発明にしたがった装置１００のエミッタ１１０に対して提供される電流ｉを示す。図７ａにおいて、正電流は、第１の時間期間の間、適用されて維持されて、その後除去される。第２の時間期間の後に電力供給が再びスイッチオンされ、したがって第２のパルスを形成する。この手順を繰り返すことは、流体において存在し得る空間電荷を低減でき、任意のイオン化された粒子が再結合できるようにもし得る。

応力緩和をさらに改善するために、パルス逆電流が、図７ａを参照して記述されたパルス間で導入され得る。このようなプロセスの例は、図７ｂにおいて示され、ここにおいて、正のパルスは、負のパルスによって分離される。図７ｂにおいて示されるように、負のパルスは、正のパルスよりも大きな絶対値を有し得るが、正の流れ全体を可能にするために、より短い期間の間だけ持続する。逆のパルスによって正のパルスを分離するこの手順は、ことによるとエミッタ１１０及び／又はコレクタ１２０の汚染物質を除去するために、有利なことに応力緩和を改善し得る。

適用される電位差は、例えば装置の動作のモードに依存する。例えばインジェクションタイプモードの場合に、適用される電位差は、エミッタとコレクタの間の実際の距離に依存して２５０〜５０００ｖの範囲において構成され得る。例えば伝導タイプモードの場合、適用される電位差は、エミッタとコレクタの間の同じ実際の距離について、１０〜５００ｖの範囲において構成され得る。

インジェクションタイプモード、又はイオンドラッグ（ｄｒａｇ）モードは、装置の動作モードとして理解することができ、ここにおいて、エミッタでの比較的高い電界は、エミッタとガス状流体のインターフェースでガス状流体中に電子を注入させ、したがってガス状流体中で自由イオンのコロナを生成する。他方、伝導モードは、電界が実質的なコロナを作成するには低すぎるモードとして理解され得る。かえって、ガス流は、流体の流れを運ぶガス状流体中の不純物と粒子によって引き起こされる。

一例において、外部電圧供給は、オゾンの形成を低減する方法で制御され得る。これは、例えば、最大の電位差又は電荷を制限することによって達成され得、これにより、電気ブレークスルーやスパークについての危険性を低減する。付加的に又は代替的に、ハウジング、コレクタ及び／又はフランジは、例えば触媒表面を用いてオゾンを分解するように適応され得る。

上で概要を述べたように、図７ａと図７ｂによって説明されたような、流体の流れを制御するための方法は、命令を記憶するコンピュータ読み取り可能な媒体を含むコンピュータプログラム製品の形態で分配されて使用されるコンピュータ実行可能な命令として具現化され得る。例を介して、コンピュータ読み取り可能な媒体は、コンピュータ記録媒体と通信媒体を備え得る。当業者によく知られるように、コンピュータ記録媒体は、コンピュータ読み取り可能な命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータのような情報の記憶のための任意の方法、又は技術において実現される揮発性と不揮発性、取り外し可能と取り外し可能でない媒体の両方を含む。コンピュータ記録媒体（又は一時的でない媒体）は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ＥＥＰＲＯＭ（登録商標）、フラッシュメモリ、又は他のメモリ技術、ＣＤ−ＲＯＭ、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、又は他の光学ディスク記憶装置、磁気カセット、磁気テープ、磁気ディスク記憶装置、又は他の磁気記憶装置を含むが、これらに限定されない。さらに、通信媒体（又は一時的な媒体）が、搬送波又は他の輸送メカニズムのような変調されたデータ信号においてコンピュータ読取可能な命令、データ構造、プログラムモジュール又は他のデータを典型的に具現化し、任意の情報配送媒体を含むことは、当業者に知られている。

Claims (21)

1. ガス状流体の流れを制御するための装置（１）であって、
   第１の電極（１０）と、
   第２の電極（２０）と、ここで、前記第２の電極の少なくとも一部分は、前記流れの下流方向で前記第１の電極の少なくとも一部分からオフセットされ、前記第１、第２の電極は、電圧ソースと接続可能であり、
   前記流れの方向に沿って方向付けられた平面に伸長し、前記ガス状流体から熱を放散するように適合された少なくとも１つの熱伝導性フランジ（３０）とを備え、
   前記第１の電極の少なくとも一部分は、前記流れの方向に並行な方向で最大高さ（ｈ_１）と、前記流れの方向に垂直な方向で最大幅（Ｗ_１）を有する少なくとも一部分を備え、前記最大高さは、前記最大幅よりも大きい、装置。
2. 前記第１の電極は、前記ガス状流体が前記第１の電極を通過することができるように配置された格子構造を形成するブリッジ（１１）と接合部（１２）を備え、前記第１の電極の一部分は、前記ブリッジのうちの少なくとも１つの一部を形成する、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の電極は、前記最大高さ（ｈ１）に対応する高さと、前記最大幅（ｗ１）に対応する幅を有する棒として形成される、請求項１に記載の装置。
4. 前記第１の電極は、前記流れの方向と交差する平面で円形又は多角形の横断面を有する棒として形成される、請求項３に記載の装置。
5. 前記棒は、前記流れの方向で尖っている少なくとも１つの鋭い先端部を備える、請求項３又は４に記載の装置。
6. 前記装置は、前記ガス状流体が前記第２の電極を通過できるように配置され、層状構造に配置された複数のフランジを備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
7. 前記装置は、複数の相互に交差するフランジを備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
8. 前記装置は、前記第１の電極の少なくとも一部分の周囲に少なくとも部分的に配置された複数のフランジを備える、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の装置。
9. 前記第２の電極は、前記熱伝導性フランジに電気的に接続されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
10. 前記第２の電極は、前記熱伝導性フランジと一体化して形成されている、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の装置。
11. 前記流れの方向で、前記第１の電極から前記第２の電極を分離するサポート構造をさらに備える、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の装置。
12. 前記流れの方向における前記第２の電極と前記第１の電極の間の距離は、０．４ｍｍ〜２ｍｍの間である、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の装置。
13. 前記第１の電極と前記第２の電極のうちの少なくとも１つは、前記流れの方向に垂直な平面で、前記第１の電極又は前記第２の電極においてそれぞれ熱的に誘発された変形を和らげるように配置された懸垂構造を備える、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載の装置。
14. 前記第１の電極と前記第２の電極のうちの少なくとも１つから基板に、及び／又は、前記基板の後部上に配置された構造に、熱を移行するように配置された熱伝導要素をさらに備える、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の装置。
15. ガス状流体の流れを制御するための装置を製造する方法であって、
    前記流れの方向に並行な方向で最大高さ（ｈ_１）と、前記流れの方向に垂直な方向で最大幅（Ｗ_１）を有する少なくとも一部分を備え、前記最大高さは、前記最大幅よりも大きい第１の電極（１１０）を提供することと、
    前記流れの方向に並行な平面で伸長するフランジとして形成された一部分を備える第２の電極（１２０）を提供することと、
    前記流れの方向で前記第１の電極からオフセットされた前記第２の電極を配置することとを備える、
    方法。
16. 第１の電極及び／又は第２の電極は、金属を選択的に堆積することによって提供される、請求項１５に記載の方法。
17. 第１の電極及び／又は第２の電極は、材料を金属基板から選択的に除去することによって提供される、請求項１５に記載の方法。
18. ガス状流体の流れを制御する方法であって、
    請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の装置（１００）を提供することと、
    前記装置の前記第１の電極（１１０）と接触するガス状流体を提供することと、
    前記第１の電極と前記第２の電極（１２０）の間の電位差を適用することとを備える、
    方法。
19. 前記電位差を時間の関数として変化させるステップをさらに備える、請求項１８に記載の方法。
20. 前記適用された電位差は、４００〜４０００ｖの範囲にある、請求項１８又は１９に記載の方法。
21. 前記適用された電位差は、１００〜４００ｖの範囲にある、請求項１８又は１９に記載の方法。

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