JP6542872B2

JP6542872B2 - 気流発生装置および気流発生装置の配列

Info

Publication number: JP6542872B2
Application number: JP2017508644A
Authority: JP
Inventors: デュソー，マイケル・ジェームス; ホレン，スティーブン・ニルス
Original assignee: ジーイー・アビエイション・システムズ・エルエルシー
Priority date: 2014-08-25
Filing date: 2014-08-25
Publication date: 2019-07-10
Anticipated expiration: 2034-08-25
Also published as: BR112017002697A2; WO2016032429A1; CN106662122A; CN106662122B; JP2017532477A; CA2958278A1; US20170276149A1; EP3186516A1; CA2958278C

Description

本発明は、気流発生装置および気流発生装置の配列に関する。

現代の消費電力の大きい電子装置は熱を発生し、したがって電子装置を設計動作温度の範囲に維持するための熱管理を必要とする。信頼性を高め、電子装置の早期故障を防ぐため、熱を電子装置から取り除かなければならない。ホットスポットを最小限にするため、冷却技術を用いることができる。

米国特許出願公開第２０１１／０６４５９４号明細書

一態様では、本発明の実施形態は、物体とともに使用するための気流発生装置であって、第１面および第２面を有する可撓性構造体であって、可撓性構造体の第１面は物体の部分から間隔を空けられて、上記部分との間の空間を画定する可撓性構造体と、可撓性構造体に配置された少なくとも１つの圧電構造体とを備える気流発生装置に関する。可撓性構造体は、対向する可撓性構造体なしに、間の空間を形成し、少なくとも１つの圧電構造体の作動の結果、物体が、気流発生装置によって生成された気流によって冷却されるように、可撓性構造体が動いて、間の空間の容積を大きくして空気を引き入れ、その後間の空間の容積を小さくして、引き入れられた空気を押し出す。

別の態様では、本発明の実施形態は、物体を冷却するための気流発生装置の配列であって、それぞれの気流発生装置が、第１面および第２面を有する可撓性構造体であって、可撓性構造体の第１面が物体の部分から間隔を空けられて、前記部分との間の空間を画定する可撓性構造体と、可撓性構造体に配置された少なくとも１つの圧電構造体とを備える複数の気流発生装置を有する気流発生装置の配列に関する。複数の気流発生装置の圧電構造体の作動の結果、物体が、複数の気流発生装置のそれぞれによって生成された気流によって冷却されるように、可撓性構造体が動き、間の空間の容積を大きくして空気を引き入れ、その後間の空間の容積を小さくして、引き入れられた空気を押し出す。

第１実施形態に係る、物体とともに使用するための気流発生装置の概略図である。第１実施形態に係る、物体とともに使用するための気流発生装置の概略図である。第１実施形態に係る、物体とともに使用するための気流発生装置の概略図である。第２実施形態に係る、気流発生装置の配列の斜視図である。第２実施形態に係る、気流発生装置の配列の斜視図である。第２実施形態に係る、気流発生装置の配列の斜視図である。本発明の別の実施形態に係る、気流発生装置の代替的な配列の斜視図である。本発明の別の実施形態に係る、気流発生装置の代替的な配列の斜視図である。本発明の別の実施形態に係る、気流発生装置の代替的な配列の斜視図である。

図１Ａは、表面１４を有する物体１２とともに使用するための気流発生装置１０を示している。物体１２は、発熱する物体を含むことができ、かつ任意の適切な発熱素子または熱交換素子を含むことができる。可撓性構造体２０は第１面２２を有し、第１面２２が物体１２の部分から間隔を空けられており、物体１２の部分との間の空間１５を画定する。図示された例では、可撓性構造体２０は可撓性板として示されているが、必ずしも可撓性板である必要はない。可撓性構造体２０は、アルミニウム、銅、ステンレス鋼等を含む、任意の適切なフレキシブルな材料で形成されていてもよい。可撓性構造体２０は物体から間隔を空けられており、物体１２の表面１４とはほぼ向かい合う関係で配置されている。現代の気流発生装置と異なり、可撓性構造体２０は、対向する可撓性構造体なしに、物体１２との間に空間１５を形成する。

例えば圧電結晶である圧電構造体２４は、可撓性構造体２０に配置されていてもよい。図示された例では、圧電構造体２４は可撓性構造体２０の中央に配置されているが、必ずしも中央に配置される必要はない。圧電構造体２４は別の場所に配置することもできるが、圧電構造体２４を可撓性構造体２０の中央に配置することは、可撓性構造体２０のたわみを増すと考えられている。圧電構造体２４は、接続部（不図示）を通じて、適切な電源と、動作可能に接続されていてもよい。可撓性構造体２０には少なくとも１つの単一の圧電構造体２４を配置することができるが、複数の圧電構造体を可撓性構造体に配置できることは、理解されよう。これを説明するため、追加的な圧電構造体２４が仮想線で示されている。単一の圧電構造体２４を含め、任意の数の圧電構造体２４を可撓性構造体２０に配置できることは、理解されよう。複数の圧電構造体２４が配置される場合は、それらは同時に作動するように構成されてもよい。

動作中は、気流発生装置１０によって生成された気流によって物体が冷却されるように、圧電構造体２４の作動の結果、可撓性構造体２０が動き、間の空間１５の容積を大きくして空気を引き入れ、その後間の空間１５の容積を小さくして、引き入れた空気を押し出す。より具体的には、圧電構造体２４に電圧をかけると、可撓性構造体２０は、図１Ｂに示すように、凸状になるように湾曲させられる。このたわみは、部分的な圧力の低下を招き、部分的な圧力の低下は次に、矢印４０で示されているように、間の空間１５に空気を流入させる。反対極性の電圧をかけると、可撓性構造体２０は、図１Ｃに示されているように反対方向に（すなわち、凸状ではなく凹状に）湾曲する。この動作は間の空間１５の容積を小さくし、矢印４２で示されているように、空気を放出させる。可撓性構造体２０は、より大きい容積の空気を放出するために、中間位置（図１Ａ）を越えて湾曲することが好ましいが、可撓性構造体２０の、中間位置に向かって戻る任意の動きが、いくらかの空気を押し出すであろうことは、理解されよう。圧電構造体２４は、望まれる大きさおよび周波数の交流電圧を圧電構造体２４にかけることができるように、制御可能な電源（不図示）に接続されている。可撓性構造体２０の動きは、物体１２を含む、高温の素子を冷却するのに用いることができる気流を生成する。可撓性構造体２０は、表面全体を冷却するのを助けるため、物体１２の表面１４の大部分を覆っていてもよいことが企図されている。

さらなる非限定的な例として、図２Ａ〜２Ｃは、本発明の第２実施形態に係る、代替の気流発生装置１１０を示している。気流発生装置１１０は、上述の気流発生装置１０と類似しており、したがって、同等の部品は１００を加えた同等の番号で識別されている。その際、気流発生装置１０の同等の部品の説明は、別段の記載がない限り、気流発生装置１１０にも適用されることが、理解される。

１つの相違点は、図示された例では、物体１１２が、複数のフィン１１６を有するヒートシンクの形態の熱交換素子として示されていることである。表面１１４は、物体１１２のフィン１１６同士の間に位置している。別の相違点は、物体１１２を冷却するための、気流発生装置１１０の配列が図示されていることである。より具体的には、複数の気流発生装置１１０であって、それぞれが、可撓性構造体１２０と、可撓性構造体１２０に配置された少なくとも１つの圧電構造体１２４とを備えるものである。複数の気流発生装置１１０は、物体１１２から間隔を空けられて、いくつかの、間の空間１１５を形成する。可撓性構造体は、物体１１２の長さの、一部のみの上に延びているように図示されているが、可撓性構造体１２０は、物体１１２の全長にわたって延びていてもよいことを含め、任意の適切な大きさであってもよいことは、理解されよう。さらに、任意の数の圧電構造体１２４を、このような可撓性構造体１２０に配置できることは、理解されよう。さらに、複数の気流発生装置１１０は、物体１１２のフィン１１６同士の間で、端から端まで配置されていてもよい。

気流発生装置１１０の動作は、圧電構造体１２４が作動すると、その結果、可撓性構造体１２０が動いて、複数の間の空間１１５の容積を大きくして空気を引き入れ（図２Ｂ）、その後複数の間の空間１１５の容積を小さくして、引き入れられた空気を押し出す（図２Ｃ）という点で、上述の気流発生装置１０の動作と類似している。このようにして、物体１１２の表面１１４は、複数の気流発生装置１１０のそれぞれが生成する気流によって冷却される。

さらなる非限定的な例として、図３は、本発明の第３実施形態に係る、代替の気流発生装置２１０を示している。気流発生装置２１０は、上述の気流発生装置１１０と類似しており、したがって、同等の部品は１００を加えた同等の番号で識別されている。その際、気流発生装置１１０の同等の部品の説明は、別段の記載がない限り、気流発生装置２１０にも適用されることが、理解される。

１つの類似点は、気流発生装置２１０の配列が、図示されていることである。１つの相違点は、追加的な気流発生装置２１０が、物体２１２のフィン２１６同士の間に図示されていることである。さらに、可撓性構造体２２０は、図示された複数の気流発生装置２１０が、物体２１２の複数の表面２１４から間隔を空けられて、物体２１２の複数の表面に沿って複数の間の空間を画定するように、フィン２１６によって生成された表面２１４同士の間で、異なる方法で向きを定められている。より具体的には、間の空間の２つの部分、すなわち２１５Ａおよび２１５Ｂが生成されている。第１面２２２は、表面２１４から間隔を空けられて、第１の、間の空間２１５Ａを画定し、第２面２２３は、別の表面２１４から間隔を空けられて、第２の、間の空間２１５Ｂを画定する。複数の気流発生装置２１０が、物体２１２のフィン２１６同士の間で、端から端まで配置されているように図示されているが、必ずしも端から端まで配置される必要はない。そうではなく、単一の気流発生装置を物体の全部または一部に沿って用いるか、または、物体の長さに沿って、気流発生装置同士の間隔を空ける等してもよい。

動作中は、圧電構造体２２４が作動すると、その結果、可撓性構造体２２０が動いて、第１の、間の空間２１５Ａの容積を大きくして空気を引き入れ、第２の、間の空間２１５Ｂの容積を小さくして、引き入れられた空気を押し出す。より具体的には、第１電圧を圧電構造体２２４にかけると、可撓性構造体２２０は、間の空間２１５Ａに向かって曲がることができる。このことは、矢印２４０で示されているように、間の空間２１５Ｂに空気を流入させ、矢印２４２で示されているように、空気を間の空間２１５Ａから放出させる。交流電圧を圧電構造体２２４にかけると、可撓性構造体２２０は、間の空間２１５Ｂに向かって曲がることができる。このことは、矢印２４０で示されているように、間の空間２１５Ａに空気を流入させ、矢印２４２で示されているように、空気を間の空間２１５Ｂから放出させる。可撓性構造体２２０の動きは、物体２１２の複数の表面を冷却するのに用いることができる気流を生成する。複数の気流発生装置２１０は同じ方向に同時に曲がるものとして図示されているが、気流発生装置２１０は逆方向に曲がるように作動させること、および／または、気流発生装置２１０を異なるタイミングで作動させることが可能であることも、企図されている。異なるタイミングで作動させることには、物体２１２の長さにわたって順次に、すなわち連続的に作動させて、空気を物体２１２に沿って動かすことができるようにすることが含まれる。

上記実施形態では、気流発生装置は、任意の適切な方法で、物体に取り付けることができる。非限定的な例として、可撓性構造体を物体に、または物体近くの構造体に、取り付けるのに複数の取付け具を用いてもよい。上記の気流発生装置は、気流発生装置が物体の冷却を助ける１以上の気流を生成できるように、物体に対し任意の適切な方法で向きを定められ得ることは、理解されよう。気流発生装置は、熱感受性のために均一の温度分布を必要とする電子部品等、放熱のための熱管理を必要とする任意の装置に用いることができる。例えば、気流発生装置は、航空機搭載電子装置、船舶取付電子装置、および陸上用電子装置のいずれにも、用いることができる。さらに上記の実施形態は、物体の複数の表面、および物体の複数の部分を冷却するため、物体の複数の表面、および物体の複数の部分から間隔を空けられていてもよい。

上記の実施形態は、それらの気流発生装置が、局所的な高温部のある消費電力の大きい電子装置の冷却、または均一の温度分布を必要とする電子部品の冷却という、熱管理問題を解決するということを含め、様々な利点を提供する。上記の気流発生装置は、製造が容易で、電気引出量（ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｄｒａｗ）が低く、軽量で、部品の信頼性を高める。上記の実施形態はまた、現代の気流発生装置と比べ、より軽量で、より安価である。

上述されていない場合でも、様々な実施形態の異なる特徴および構造を、望まれるように、互いに組み合わせて用いることができる。いくつかの特徴は、すべての実施形態で示されていない場合があるが、望まれる場合にはそれらを実施することができる。したがって、新しい実施形態が明確に示されているか否かに関わらず、異なる実施形態の様々な特徴を、望まれるように混合し、組み合わせて新しい実施形態を形成してもよい。本明細書に記載する特徴のすべての組み合わせまたは順列は、本開示に包含される。

本明細書は、当業者であれば、説明されている装置またはシステムを製造および使用すること、ならびに提示されている、任意の組み込まれた方法を実行することを含む本発明の実施を可能にするために、最良の実施例を含む例を用いて、本発明を開示している。本発明の、特許性を有する範囲は、特許請求の範囲によって規定され、当業者が想到する他の例を含んでもよい。そのような他の例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造的要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的には異ならない均等の構造的要素を有する場合は、特許請求の範囲に含まれることが意図される。
［実施態様１］
物体（１２、１１２、２１２）とともに使用するための気流発生装置（１０、１１０、２１０）であって、
前記物体（１２、１１２、２１２）の部分から間隔を空けられて、前記部分との間の空間（１５、１１５、２１５Ａ）を画定する、第１面（２２、１２２、２２２）を有する可撓性構造体（２０、１２０、２２０）と、
前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）に配置された少なくとも１つの圧電構造体（２４、１２４、２２４）とを備え、
前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）が、対向する可撓性構造体なしに、前記間の空間（１５、１１５、２１５Ａ）を形成し、前記少なくとも１つの圧電構造体（２４、１２４、２２４）が作動すると、その結果、前記物体（１２、１１２、２１２）が、前記気流発生装置（１０、１１０、２１０）によって生成された気流によって冷却されるように、前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）が動き、前記間の空間（１５、１１５、２１５Ａ）の容積を大きくして空気を引き入れ、その後前記間の空間（１５、１１５、２１５Ａ）の前記容積を小さくして、引き入れられた前記空気を押し出す、気流発生装置（１０、１１０、２１０）。
［実施態様２］
複数の圧電構造体（２４、１２４、２２４）が前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）に配置された、実施態様１に記載の気流発生装置（１０、１１０、２１０）。
［実施態様３］
前記複数の圧電構造体（２４、１２４、２２４）が、同時に、または順に作動するように構成されている、実施態様２に記載の気流発生装置（１０、１１０、２１０）。
［実施態様４］
前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）が板である、実施態様１に記載の気流発生装置（１０、１１０、２１０）。
［実施態様５］
前記圧電構造体（２４、１２４、２２４）が前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）の中央に配置されている、実施態様１に記載の気流発生装置（１０、１１０、２１０）。
［実施態様６］
前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）が、前記物体（１２、１１２、２１２）の第１表面（１４、１１４、２１４）の大部分を覆っている、実施態様１に記載の気流発生装置（１０、１１０、２１０）。
［実施態様７］
第２面（２２３）が、前記物体（２１２）の部分から間隔を空けられて、前記部分との間に第２の間の空間（２１５Ｂ）を画定し、前記少なくとも１つの圧電構造体（２２４）の作動の結果、前記可撓性構造体（２２０）が動き、前記第２の間の空間（２１５Ｂ）の容積を大きくして空気を引き入れ、その後前記第２の間の空間（２１５Ｂ）の前記容積を小さくして、引き入れられた前記空気を押し出す、実施態様１に記載の気流発生装置（２１０）。
［実施態様８］
物体（１１２、２１２）を冷却するための気流発生装置（１１０、２１０）の配列であって、
それぞれの前記気流発生装置（１１０、２１０）が、
第１面（１２２、２２２）および第２面（２２３）を有する可撓性構造体（１２０、２２０）であって、前記可撓性構造体（１２０、２２０）の前記第１面（１２２、２２２）が前記物体（１１２、２１２）の部分から間隔を空けられて、前記部分との間の空間（１１５、２１５Ａ）を画定する、可撓性構造体（１２０、２２０）と、
前記可撓性構造体（１２０、２２０）に配置された少なくとも１つの圧電構造体（１２４、２２４）とを備える、複数の前記気流発生装置（１１０、２１０）を備え、
前記複数の気流発生装置（１１０、２１０）の前記圧電構造体（１２４、２２４）の作動の結果、前記物体（１１２、２１２）が、前記複数の気流発生装置（１１０、２１０）のそれぞれによって生成された気流によって冷却されるように、前記可撓性構造体（１２０、２２０）が動き、前記間の空間（１１５、２１５Ａ）の容積を大きくして空気を引き入れ、その後前記間の空間（１１５、２１５Ａ）の前記容積を小さくして、引き入れられた前記空気を押し出す、気流発生装置（１１０、２１０）の配列。
［実施態様９］
前記複数の気流発生装置（１１０、２１０）が、前記物体（１１２、２１２）の第１表面（１１４、２１４）の複数の部分から間隔を空けられて、前記第１表面（１１４、２１４）に沿って複数の前記間の空間（１１５、２１５Ａ）を画定する、実施態様８に記載の気流発生装置（１１０、２１０）の配列。
［実施態様１０］
前記複数の気流発生装置（１１０、２１０）が、連続的に作動して前記空気を前記物体（１１２、２１２）に沿って動かすように構成されている、実施態様９に記載の気流発生装置（１１０、２１０）の配列。
［実施態様１１］
前記物体（１１２、２１２）がフィン（１１６、２１６）を有する壁であり、かつ、前記複数の気流発生装置（１１０、２１０）が、前記フィン（１１６、２１６）を有する壁から間隔を空けられて、前記フィン（１１６、２１６）を有する壁の、前記フィン（１１６、２１６）同士の間に配置されている、実施態様９に記載の気流発生装置（１１０、２１０）の配列。
［実施態様１２］
前記複数の気流発生装置（１１０、２１０）が、前記フィン（１１６、２１６）を有する壁の、前記フィン（１１６、２１６）同士の間で、端から端まで配置されている、実施態様１１に記載の気流発生装置（１１０、２１０）の配列。
［実施態様１３］
前記複数の気流発生装置（１１０、２１０）の少なくとも１つが、前記物体（１１２、２１２）の複数の前記表面（１１４、２１４）から間隔を空けられて、前記物体（１１２、２１２）の前記複数の表面（１１４、２１４）に沿って複数の前記間の空間（１１５、２１５Ａ）を画定する、実施態様８に記載の気流発生装置（１１０、２１０）の配列。
［実施態様１４］
前記複数の気流発生装置（１１０、２１０）の少なくとも１つが、前記可撓性構造体（１２０、２２０）に配置された複数の前記圧電構造体（１２４、２２４）を備える、実施態様８に記載の気流発生装置（１１０、２１０）の配列。

１０気流発生装置
１２物体
１４表面
１５間の空間
２０可撓性構造体
２２第１面
２４圧電構造体
４０矢印
４２矢印
１１０気流発生装置
１１２物体
１１４表面
１１５間の空間
１１６フィン
１２０可撓性構造体
１２２第１面
１２４圧電構造体
１４０矢印
１４２矢印
２１０気流発生装置
２１２物体
２１４表面
２１５Ａ間の空間
２１５Ｂ間の空間
２１６フィン
２２０可撓性構造体
２２２第１面
２２３第２面
２２４圧電構造体
２４０矢印
２４２矢印

Claims

複数のフィンと、フィン同士の間に位置する複数の表面（１１４）とを有する物体（１２、１１２、２１２）とともに使用するための気流発生装置（１０、１１０、２１０）を複数備える、気流発生装置（２１０）の配列であって、
前記複数のフィンの各々が、前記物体（１２、１１２、２１２）の表面（１１４）に接続された第１の端と、前記第１の端と反対に位置する第２の端を有し、
前記配列に含まれる複数の気流発生装置（２１０）が、対応する単一のフィンに沿って配置され、
前記複数の気流発生装置（２１０）の各々が、
各々が前記物体（１２、１１２、２１２）の対応する一対のフィンから間隔を空けられて、その長手方向が前記第１の端から前記第２の端に延びるように、前記対応する一対のフィンの各々と平行に配置され、前記対応する一対のフィンの一方との間の第１の空間（１５、１１５、２１５Ａ）を画定する、第１面（２２、１２２、２２２）と、前記対応する一対のフィンの他方との間の第２の空間（２１５Ｂ）を画定する、第２面（２２３）とを有する複数の板状の可撓性構造体（２０、１２０、２２０）と、
前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）に配置された少なくとも１つの圧電構造体（２４、１２４、２２４）とを備え、
前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）が、対向する可撓性構造体なしに、前記第１及び第２の空間（１５、１１５、２１５Ａ、２１５Ｂ）を形成し、前記少なくとも１つの圧電構造体（２４、１２４、２２４）が作動すると、その結果、前記物体（１２、１１２、２１２）が、前記気流発生装置（１０、１１０、２１０）によって生成された気流によって冷却されるように、前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）が動き、前記第１の空間（１５、１１５、２１５Ａ）の容積を大きくして前記複数の表面（１１４）を介して前記第２の空間（２１５Ｂ）から空気を引き入れ、その後前記第１の空間（１５、１１５、２１５Ａ）の前記容積を小さくして、引き入れられた前記空気を前記複数の表面（１１４）を介して前記第２の空間（２１５Ｂ）へ押し出すと共に、前記第２の端で前記フィンの外側に放出する、気流発生装置（１０、１１０、２１０）の配列。
複数の圧電構造体（２４、１２４、２２４）が前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）に配置された、請求項１に記載の気流発生装置（１０、１１０、２１０）の配列。
前記複数の圧電構造体（２４、１２４、２２４）が、同時に、または順に作動するように構成されている、請求項２に記載の気流発生装置（１０、１１０、２１０）の配列。
前記物体（１２、１１２、２１２）が局所的な高温部を発生させる電子装置板を含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の気流発生装置（１０、１１０、２１０）の配列。
前記圧電構造体（２４、１２４、２２４）が前記可撓性構造体（２０、１２０、２２０）の中央に配置されている、請求項１乃至４のいずれかに記載の気流発生装置（１０、１１０、２１０）の配列。