KR20220082053A - Mems 기반 기류 시스템 - Google Patents

Abstract

오리피스 플레이트, 팬 요소 및 적어도 하나의 채널을 포함하는 시스템이 개시된다. 오리피스 플레이트는 내부에 적어도 하나의 오리피스를 가진다. 팬 요소는 오리피스(들)를 통해 유체를 구동하기 위해 진동 운동을 겪도록 구성된다. 유체는 적어도 하나의 오리피스를 통해 구동되는 유체에 응답하여 채널(들)을 통해 흡인된다.

Description

MEMS 기반 기류 시스템

다른 출원에 대한 상호 참조

본 출원은 모든 목적을 위해 참조에 의해 본 명세서에 통합되는 2019년 10월 30일자로 "MEMS-BASED PIEZEOELCTRIC FAN"이라는 명칭으로 출원된 미국 특허 가출원 제62/928,209호에 대해 우선권을 주장한다.

컴퓨팅 디바이스는 속도와 컴퓨팅 성능이 증가함에 따라서, 컴퓨팅 디바이스에서 발생되는 열이 또한 증가한다. 다양한 메커니즘이 열의 발생을 해결하기 위해 제안되었다. 팬과 같은 능동적 디바이스는 랩톱 컴퓨터 또는 데스크탑 컴퓨터와 같은 대형 컴퓨팅 디바이스를 통해 공기를 구동하도록 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 능동적 디바이스는 스마트폰과 같은 모바일 디바이스와 관련하여 사용되지 않을 수 있으며, 랩톱 및 데스크톱 컴퓨터와 같은 대형 디바이스에서 부적절할 수 있다. 결과적으로, 컴퓨팅 디바이스를 위한 추가적인 열 관리 해결책이 필요하다.

본 발명의 다양한 실시예가 다음의 상세한 설명 및 첨부된 도면에 개시되어 있다.
도 1a 내지 도 1f는 디바이스에서 사용 가능한 팬 요소들을 포함하는 능동적 시스템의 실시예를 도시한다.
도 2a 내지 도 2c는 디바이스에서 사용 가능한 팬 요소들을 포함하는 능동적 시스템의 실시예를 도시한다.
도 3a 내지 도 3c는 디바이스에서 사용 가능한 팬 요소들을 포함하는 능동적 시스템의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 4a 내지 도 4e는 타일에 형성된 팬 요소들을 사용하는 능동적 시스템의 실시예를 도시한다.
도 5는 디바이스에서 사용 가능한 팬 요소들을 포함하는 능동적 시스템의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 6은 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 다수의 셀을 포함하는 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시하는 도면이다.
도 8은 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 9는 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 10은 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 11은 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 12는 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 13은 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 14는 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 15는 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 16은 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 17은 팬으로서 사용 가능한 시스템의 실시예를 도시한 도면이다.
도 18은 유체 흐름을 구동하기 위한 방법의 실시예를 도시하는 흐름도이다.

본 발명은 공정; 디바이스; 시스템; 물질의 조성; 컴퓨터 판독 가능 저장 매체에 구현된 컴퓨터 프로그램 제품; 및/또는 프로세서, 예를 들어 프로세서에 연결된 메모리에 저장되고 및/또는 메모리에 의해 제공되는 명령을 실행하도록 구성된 프로세서를 포함하는 수많은 방식으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 이러한 구현 또는 본 발명이 취할 수 있는 임의의 다른 형태는 기술로서 지칭될 수 있다. 일반적으로, 개시된 공정의 단계의 순서는 본 발명의 범위 내에서 변경될 수 있다. 달리 언급되지 않는 한, 프로세서나 메모리와 같은 작업을 수행하도록 구성되는 구성요소는 주어진 시간에 작업을 수행하도록 일시적으로 구성되는 일반 구성요소 또는 작업을 수행하도록 제조된 특정 구성요소로서 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 바와 같이, '프로세서'라는 용어는 컴퓨터 프로그램 명령과 같은 데이터를 처리하도록 구성된 하나 이상의 디바이스, 회로, 및/또는 처리 코어를 지칭한다.

본 발명의 하나 이상의 실시예에 대한 상세한 설명이 본 발명의 원리를 예시하는 첨부 도면과 함께 아래에 제공된다. 본 발명은 이러한 실시예와 관련하여 설명되지만, 본 발명은 임의의 실시예에 제한되지 않는다. 본 발명의 범위는 청구범위에 의해서만 제한되며, 본 발명은 수많은 대안, 수정 및 등가물을 포함한다. 본 발명의 완전한 이해를 제공하기 위해 다수의 특정 세부사항이 하기 설명에 기재되어 있다. 이러한 세부사항은 예시의 목적으로 제공되며 본 발명은 이러한 특정 세부사항의 일부 또는 전부 없이 청구범위에 따라 실시될 수 있다. 명료성을 위해, 본 발명과 관련된 기술 분야에서 공지된 기술 자료는 본 발명이 불필요하게 불명료해지는 일이 없도록 상세히 설명하지 않았다.

반도체 디바이스와 같은 컴퓨팅 디바이스의 구성요소가 점점 더 강력해짐에 따라서, 작동 동안 발생되는 열이 증가한다. 예를 들어, 모바일 디바이스(예를 들어, 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 노트북 컴퓨터 및 가상 현실 디바이스) 및 네트워킹 디바이스(예를 들어, 서버)와 같은 컴퓨팅 디바이스는 상당한 양의 열을 발생시킨다. 발생된 열을 관리하기 위해, 공기와 같은 유체의 움직임이 사용될 수 있다. 랩톱 또는 데스크톱 컴퓨터와 같은 대형 디바이스에 대해, 회전하는 블레이드들을 가지는 팬은 대형 디바이스를 통해 공기를 구동하도록 사용될 수 있다. 그러나, 이러한 팬들은 전형적으로 스마트폰 또는 태블릿 컴퓨터와 같은 일부 디바이스에 대해 너무 크다. 팬들은 또한 구성요소의 표면에 존재하는 공기의 경계층 때문에 제한된 효율을 가질 수 있고, 냉각되기를 원하는 고온 표면에 걸친 공기 흐름에 대해 제한된 공기 속도를 제공하고, 과도한 양의 소음을 발생시킬 수 있다. 결과적으로, 유체를 구동하기 위한 추가 해결책이 컴퓨팅 및 기타 응용 분야에서 필요하다.

유체를 구동하는 시스템이 개시된다. 시스템은 오리피스 플레이트, 팬 요소 및 적어도 하나의 채널을 포함한다. 오리피스 플레이트는 내부에 적어도 하나의 오리피스를 가진다. 팬 요소는 오리피스(들)를 통해 유체를 구동하기 위해 진동 운동을 겪도록 구성된다. 유체는 적어도 하나의 오리피스를 통해 구동되는 유체에 응답하여 채널(들)을 통해 흡인된다. 일부 실시예에서, 오리피스들을 통해 유체를 구동하는 진동 운동은 오리피스 플레이트에 근접한 저압 영역을 제공한다. 유체는 형성되는 저압 영역에 응답하여 채널(들)을 통해 흡인된다.

일부 실시예에서, 시스템은 지지 구조물을 포함한다. 팬 요소는 다수의 가장자리를 가지며, 가장자리 중 적어도 하나는 복수의 가장자리의 가장자리가 자유롭게 진동하도록 지지 구조물에 고정된다. 일부 이러한 실시예에서, 채널의 경계는 팬 요소에 의해 한정된다. 또한, 오리피스 플레이트는 팬 요소의 가장자리에 근접한다. 유체는 팬 요소의 표면에 실질적으로 평행하게 흐른다.

일부 실시예에서, 팬 요소는 팬 요소의 중앙 부분이 진동 운동을 겪도록 고정된 가장자리들을 포함한다. 제트 채널이 또한 디바이스에 포함될 수 있다. 유체는 제트 채널에 실질적으로 직각인 방향으로 채널을 통해 흐른다. 제트 채널의 가장자리는 제트 채널 벽에 의해 형성된다. 제트 채널 벽은 내부에 구멍을 가진다. 그러므로, 채널과 제트 채널은 유체가 구멍을 통해 구동되도록 구성된다.

디바이스는 추가 팬 요소를 포함할 수 있다. 추가 팬 요소는 추가 팬 요소의 추가 중앙 부분이 추가 진동 운동을 겪도록 추가의 복수의 고정된 측면을 가진다. 추가 팬 요소의 추가 진동 운동은 팬 요소의 진동 운동과 역위상(out-of-phase)일 수 있다.

일부 실시예에서, 복수의 셀을 포함하는 시스템이 설명된다. 각각의 셀은 오리피스 플레이트(셀들 사이에 공유될 수 있는), 팬 요소, 및 적어도 하나의 채널을 포함한다. 오리피스 플레이트는 내부에 오리피스(들)를 가진다. 팬 요소는 오리피스(들)를 통해 유체를 구동하기 위해 진동 운동을 겪도록 구성된다. 유체는 적어도 하나의 오리피스를 통해 구동되는 유체에 응답하여 채널(들)을 통해 흡인된다. 일부 실시예에서, 오리피스를 통해 유체를 구동하는 진동 운동은 오리피스 플레이트에 근접한 저압 영역을 제공한다. 유체는 형성되는 저압 영역에 응답하여 채널(들)을 통해 흡인된다. 일부 실시예에서, 디바이스는 지지 구조물을 포함하고, 팬 요소는 가장자리들을 포함한다. 가장자리들 중 적어도 하나는 복수의 가장자리의 가장자리가 자유롭게 진동하도록 지지 구조물에 고정된다. 일부 이러한 실시예에서, 채널의 경계는 팬 요소에 의해 한정되며, 오리피스 플레이트는 가장자리에 근접한다. 이러한 실시예에서, 유체는 팬 요소의 표면에 실질적으로 평행하게 흐른다. 일부 실시예에서, 팬 요소는 팬 요소의 중앙 부분이 진동 운동을 겪도록 고정된 가장자리를 포함한다. 일부 실시예에서, 디바이스는 제트 채널을 포함한다. 채널을 통해 흐르는 유체는 제트 채널에 실질적으로 직각인 방향으로 있다.

유체를 이동시키기 위한 방법은 팬 요소를 구동하는 단계, 및 피드백을 사용하는 단계를 포함한다. 팬 요소는 오리피스 플레이트의 오리피스(들)를 통해 유체를 구동하기 위해 진동 운동을 겪도록 구동된다. 유체는 오리피스(들)를 통해 구동되는 유체에 응답하여 채널(들)을 통해 흡인된다. 피드백은 진동 운동의 주파수를 제어하도록 사용된다. 일부 실시예에서, 오리피스를 통해 유체를 구동하는 단계는 오리피스 플레이트에 근접한 저압 영역을 제공한다. 유체는 형성되는 저압 영역에 응답하여 적어도 하나의 채널을 통해 흡인된다.

도 1a 내지 도 1f는 구조물(102)과 함께 사용 가능한 능동적 시스템(100 및 100')들의 예시적인 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되어 있다. 도 1a 내지 도 1f는 축척이 아니다. 대칭으로서 도시되었을지라도, 시스템(들)(100 및/또는 100')은 대칭일 필요는 없다. 도 1a 내지 도 1e는 시스템의 한 실시예의 다양한 모드를 도시한다. 도 1f는 시스템(100')의 다른 실시예를 도시한다.

시스템(100)은 팬 요소(120) 및 지지 구조물(170)을 포함한다. 도 1a 내지 도 1e에 도시된 실시예에서, 지지 구조물(170)은 내부에 통기구(112)를 가지는 상단 플레이트(110), 내부에 오리피스(132)들을 가지는 오리피스 플레이트(130), 앵커(160), 받침대(172), 및 측벽(174)을 포함한다. 팬 요소(120)는 지지 구조물(170)의 내부를 상단 챔버(140)와 저부 챔버(150)로 분할한다. 챔버(140 및 150)들(집합적으로 챔버(140/150))은 오리피스, 또는 저부 플레이트(130), 상단 플레이트(110) 및 측벽(174)들 내에 형성된다. 지지 구조물은 받침대(172)를 통해 구조물(102)에 열적으로 결합된다. 받침대(172)는 또한 유체가 오리피스 플레이트(130)와 구조물(102) 사이를 흐르도록 하기 위한 공간 또는 제트 채널(180)을 제공한다. 일부 실시예에서, 받침대(172)는 셀(100)의 가장자리들에 있는 받침대(들)(도시되지 않음)에 의해 대체되거나 증강될 수 있다. 또한, 구조물(102)은 오리피스 플레이트(130)로부터 더 먼 거리에 배치되거나 제거될 수 있다.

팬 요소(120)는 앵커(160)에 의해 중앙 영역에서 지지된다. 팬 요소의 주변부(예를 들어, 팁(123))에 더 근접하고 그 부분들을 포함하는 팬 요소(120)의 영역들은 작동될 때 진동한다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)의 팁(123)은 앵커(160)로부터 가장 먼 주변부의 일부를 포함하고, 팬 요소(120)의 작동 동안 가장 큰 편향을 겪는다. 명료성을 위해, 팬 요소(120)의 단지 하나의 팁(123)만이 도 1a에 도시되어 있다.

도 1a는 중립 위치에 있는 시스템(100)을 도시한다. 따라서, 팬 요소(120)는 실질적으로 평평한 것으로 도시된다. 동위상 작동을 위해, 팬 요소(120)는 도 1b 및 도 1c에 도시된 위치들 사이에서 진동하도록 구동된다. 이러한 진동 운동은 유체(예를 들어, 공기)를 챔버(140, 150)를 통해 통기구(112) 내로, 및 오리피스(132)들 외부로 높은 속도 및/또는 유량으로 흡인한다. 예를 들어, 유체가 구조물(102)에 충돌하는 속도는 적어도 30 m/s일 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 팬 요소(120)에 의해 적어도 45 m/s의 속도로 구조물(102)을 향해 구동된다. 일부 실시예에서, 유체는 팬 요소(120)에 의해 적어도 60 m/s의 속도로 구조물(102)을 향해 구동된다. 일부 실시예에서, 다른 속도가 가능할 수 있다. 시스템(100)은 또한 팬 요소(120)의 진동 운동에 의해 오리피스(132)들을 통해 챔버(140/150) 내로 유체가 거의 또는 전혀 흡인되지 않도록 구성된다.

시스템(100)이 사용되기를 원하는 디바이스는 또한 시스템을 배치하기 위한 제한된 공간을 가질 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)은 컴퓨팅 디바이스에서 사용될 수 있다. 이러한 컴퓨팅 디바이스는 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 랩톱 컴퓨터, 태블릿, 투인원 랩톱(two-in-one laptop), 휴대용 게임 시스템, 디지털 카메라, 가상 현실 헤드셋, 증강 현실 헤드셋, 혼합 현실 헤드셋, 및 박형의 기타 디바이스를 포함할 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 일부 실시예에서, 시스템(100)이 사용되는 컴퓨팅 디바이스는 박형일 필요가 없다. 예를 들어, 서버, 데스크탑 컴퓨터 및/또는 다른 대형 컴퓨팅 시스템은 또한 시스템(100)을 사용하여 냉각될 수 있다. 시스템(100)은 모바일 컴퓨팅 디바이스 및/또는 적어도 1차원으로 제한된 공간을 가지는 다른 디바이스 내에 상주할 수 있는 마이크로-전자 기계 시스템(micro-electro-mechanical system, MEMS)일 수 있다. 예를 들어, 시스템(100)의 전체 높이(구조물(102)의 상단 또는 오리피스 플레이트(130)의 바닥으로부터 상단 플레이트(110)의 상단까지)는 2 ㎜ 미만일 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(100)의 전체 높이는 1.5 ㎜ 이하이다. 일부 실시예에서, 전체 높이는 250 ㎛를 초과하지 않는다. 일부 실시예에서, 이러한 전체 높이는 1.1 ㎜ 이하이다. 일부 실시예에서, 전체 높이는 1 ㎜를 초과하지 않는다. 그러므로, 시스템(100)은 적어도 1차원으로 제한된 공간을 가지는, 사용 가능한 컴퓨팅 디바이스들 및/또는 다른 디바이스들이다. 그러나, 공간에서의 보다 적은 제한을 가지는 디바이스에서 및/또는 기류를 냉각 또는 구동하는 것 이외의 목적을 위한 시스템(100)의 사용을 방해하는 것은 없다. 하나의 시스템(100)이 도시될지라도(예를 들어, 하나의 셀), 다수의 셀(100)이 사용될 수 있다. 예를 들어, 셀의 1차원 또는 2차원 배열이 활용될 수 있다.

일부 실시예에서, 오리피스 플레이트(130)의 바닥과 구조물(102)의 상단 사이의 거리(y)는 작을 수 있다. 일부 실시예에서, y는 적어도 200 ㎛ 내지 1 ㎜ 이하이다. 일부 실시예에서, y는 적어도 200 ㎛ 내지 300 ㎛ 이하이다. 이러한 실시예에서, 구조물(102)은 냉각되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 다른 실시예에서, y는 더 클 수 있다. 일부 실시예에서, 구조물(102)은 후술하는 바와 같이 오리피스 플레이트(130)로부터 상당히 멀리 떨어져 있을 수 있다. 보다 구체적으로, 유체를 혼입하기 위해 사용될 때, 구조물(102)은 오리피스 플레이트(130)로부터 더 멀리 떨어져 있거나 생략될 수 있다.

시스템(100)은 유체와 연통한다. 유체는 기체 또는 액체일 수 있다. 예를 들어, 유체는 공기일 수 있다. 일부 실시예에서, 유체는 시스템(100)이 상주하는 디바이스(예를 들어, 디바이스의 외부 통기구를 통해 제공되는) 외부로부터의 유체를 포함한다. 일부 실시예에서, 유체는 시스템이 상주하는 디바이스 내에서(예를 들어, 밀폐된 디바이스에서) 순환한다.

팬 요소(120)는 능동적 시스템(100)의 내부를 상단 챔버(140)와 저부 챔버(150)로 분할하는 것으로 간주될 수 있다. 상단 챔버(140)는 팬 요소(120), 측면들, 및 상단 플레이트(110)에 의해 형성된다. 저부 챔버(150)는 오리피스 플레이트(130), 측면들, 팬 요소(120), 및 앵커(160)에 의해 형성된다. 상단 챔버(140) 및 저부 챔버(150)는 팬 요소(120)의 주변부에서 연결되고, 함께 챔버(140/150)(예를 들어, 시스템(100)의 내부 챔버)를 형성한다.

상단 챔버(140)의 크기 및 구성은 셀(시스템(100)) 치수, 팬 요소(120) 운동 및 작동의 주파수의 함수일 수 있다. 상단 챔버(140)는 높이(h1)를 가진다. 상단 챔버(140)의 높이는 원하는 유량 및/또는 속도로 오리피스(132)를 통해 저부 챔버(140)로 유체를 구동하기에 충분한 압력을 제공하도록 선택될 수 있다. 상단 챔버(140)는 또한 작동될 때 팬 요소(120)가 상단 플레이트(110)와 접촉하지 않을 정도로 충분히 높다. 일부 실시예에서, 상단 챔버(140)의 높이는 적어도 50 ㎛ 내지 500 ㎛ 이하이다. 일부 실시예에서, 상단 챔버(140)는 적어도 200 ㎛ 내지 300 ㎛ 이하의 높이를 가진다.

저부 챔버(150)는 높이(h2)를 가진다. 일부 실시예에서, 저부 챔버(150)의 높이는 팬 요소(120)의 운동을 수용하기에 충분하다. 그러므로, 팬 요소(120)의 어떠한 부분도 정상 작동 동안 오리피스 플레이트(130)와 접촉하지 않는다. 저부 챔버(150)는 일반적으로 상단 챔버(140)보다 작고, 오리피스(132)들 내로의 유체의 역류를 감소시키는 것을 도울 수 있다. 일부 실시예에서, 저부 챔버(150)의 높이는 팬 요소(120)의 최대 편향에 적어도 5 ㎛를 더한 값이고, 10 ㎛ 이하이다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)의 편향(예를 들어, 팁(121)의 편향)은, 적어도 10 ㎛ 내지 100 ㎛ 이하의 진폭을 가진다. 일부 이러한 실시예에서, 팬 요소(120)의 편향 진폭은 적어도 10 ㎛ 내지 60 ㎛ 이하이다. 그러나, 팬 요소(120)의 편향 진폭은 시스템(100)을 통한 원하는 유량 및 시스템(100)의 구성과 같은 요인에 의존한다. 그러므로, 저부 챔버(150)의 높이는 일반적으로 시스템(100)을 통한 유량 및 시스템의 다른 구성요소에 의존한다.

상단 플레이트(110)는 유체가 시스템(100) 내로 흡인될 수 있도록 통과하는 통기구(112)를 포함한다. 상단 통기구(112)는 챔버(140)에서의 원하는 음압(acoustic pressure)에 기초하여 선택된 크기를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 통기구(112)의 폭(w)은 적어도 500 ㎛ 내지 1000 ㎛ 이하이다. 일부 실시예에서, 통기구(112)의 폭은 적어도 250 ㎛ 내지 2,000 ㎛ 이하이다. 도시된 실시예에서, 통기구(112)는 상단 플레이트(110)에서 중앙에 위치된 구멍이다. 다른 실시예에서, 통기구(112)는 다른 곳에 위치될 수 있다. 예를 들어, 통기구(112)는 상단 플레이트(110)의 가장자리들 중 하나에 더 근접할 수 있다. 통기구(112)는 원형, 직사각형 또는 다른 형상의 풋프린트(footprint)를 가질 수 있다. 단일 통기구(112)가 도시되었을지라도, 다수의 통기구가 사용되었을 수 있다. 예를 들어, 통기구들은 상단 챔버(140)의 가장자리를 향해 오프셋될 수 있거나, 또는 상단 챔버(140)의 측면(들)에 위치될 수 있다. 상단 플레이트(110)가 실질적으로 평평한 것으로 도시되었을지라도, 일부 실시예에서, 트렌치 및/또는 다른 구조가 상단 챔버(140)의 구성 및/또는 상단 플레이트(110) 위의 영역을 변경하기 위해 상단 플레이트(110)에 제공될 수 있다. 일부 실시예에서, 통기구(112)는 생략될 수 있다.

팬 요소(120)는 고정된 영역(122) 및 외팔보형 아암(121)들을 포함한다. 단순화를 위해, 고정된 영역(122) 및 외팔보형 아암(121)들은 도 1a 및 도 1f에서만 넘버링다. 고정된 영역(122)은 앵커(160)에 의해 시스템(100)에서 지지(예를 들어, 제자리에 유지)된다. 외팔보형 아암(121)은 작동되는 팬 요소(120)에 응답하여 진동 운동을 겪는다. 도 1a 내지 도 1f에 도시된 실시예에서, 고정된 영역(122)은 중앙에 위치된다. 다른 실시예에서, 고정된 영역(122)은 액추에이터의 하나의 가장자리에 있을 수 있고, 외부 영역(128)은 반대편 가장자리에 있을 수 있다. 이러한 실시예에서, 팬 요소(120)는 가장자리에 고정된다. 균일한 두께를 가지는 것으로 도시되었을지라도, 일부 실시예에서, 팬 요소(120)는 다양한 두께를 가질 수 있다.

앵커(160)는 팬 요소(120)의 중앙 부분에서 팬 요소(120)를 지지한다. 그러므로, 팬 요소(120)의 주변부의 적어도 일부는 움직이게 되고 자유롭게 진동한다. 일부 실시예에서, 앵커(160)는 팬 요소(120)의 중심축을 따라서 연장된다(예를 들어, 도 1a 내지 도 1f의 페이지에 직각으로). 이러한 실시예에서, 진동하는 팬 요소(120)의 부분들(예를 들어, 팁(123)을 포함하는 외팔보형 아암(121)들)은 외팔보형 방식으로 이동한다. 그러므로, 팬 요소(120)의 외팔보형 아암(121)들은 나비의 날개와 유사한 방식(즉, 동위상) 및/또는 시소와 유사한 방식(즉, 역위상)으로 이동할 수 있다. 따라서, 외팔보형 방식으로 진동하는 팬 요소(120)의 외팔보형 아암(121)들은 일부 실시예에서 동위상으로 수행하고, 다른 실시예에서 역위상으로 수행한다. 일부 실시예에서, 앵커(160)는 팬 요소(120)의 축을 따라 연장되지 않는다. 이러한 실시예에서, 팬 요소(120) 주변부의 모든 부분은 자유롭게 진동한다(예를 들어, 해파리와 유사하게). 도시된 실시예에서, 앵커(160)는 팬 요소(120)의 바닥으로부터 팬 요소(120)를 지지한다. 다른 실시예에서, 앵커(160)는 다른 방식으로 팬 요소(120)를 지지할 수 있다. 예를 들어, 앵커(160)는 상단으로부터 팬 요소(120)를 지지할 수 있다(예를 들어, 팬 요소(120)가 앵커(160)에 매달린다). 일부 실시예에서, 앵커(160)의 폭(a)은 적어도 0.5 ㎜ 내지 4 ㎜ 이하이다. 일부 실시예에서, 앵커(160)의 폭은 적어도 2 ㎜ 내지 2.5 ㎜ 이하이다. 앵커(160)는 팬 요소(120)의 적어도 10% 내지 50% 이하를 차지할 수 있다. 일부 실시예에서, 앵커(160)는 생략될 수 있다. 이러한 실시예(아래에 설명됨)에서, 팬 요소(120)는 그 가장자리들 중 하나 이상에서 지지된다. 이러한 실시예에서, 팬 요소(120)는 팬 요소(120)의 중앙 부분이 진동하도록 외팔보형 아암으로서 작동하거나 또는 다수의 가장자리에 핀 고정될 수 있다.

팬 요소(120)는 제1 측면과 제2 측면을 가진다. 일부 실시예에서, 제1 측면은 구조물(102)로부터 원위에 있고, 제2 측면은 구조물(102)에 근접한다. 도 1a 내지 도 1f에 도시된 실시예에서, 팬 요소(120)의 제1 측면은 팬 요소(120)의 상단이고(상단 플레이트(110)에 더 근접하고), 제2 측면은 팬 요소(120)의 바닥이다(오리피스 플레이트(130)에 더 근접한다). 팬 요소(120)는 도 1a 내지 도 1f에 도시된 바와 같이 진동 운동을 겪도록 작동된다. 팬 요소(120)의 진동 운동은 팬 요소(120)의 제1 측면(예를 들어, 구조물(102)로부터/상단 챔버(140)으로부터 원위)으로부터 팬 요소(120)의 제2 측면(예를 들어, 구조물(102)/저부 챔버(150)에 근접한)으로 유체를 구동한다. 팬 요소(120)의 진동 운동은 유체를 통기구(112)를 통해 상단 챔버(140)로 흡인하며; 상단 챔버(140)로부터 저부 챔버(150)로 유체를 강제하고; 오리피스 플레이트(130)의 오리피스(132)들을 통해 저부 챔버(140)로부터 유체를 구동한다.

팬 요소(120)는 팬 요소(120)가 진동하기를 원하는 주파수에 의존하는 길이(L)를 가진다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)의 길이는 적어도 4 ㎜ 내지 10 ㎜ 이하이다. 일부 이러한 실시예에서, 팬 요소(120)는, 적어도 6 ㎜ 내지 8 ㎜ 이하의 길이를 가진다. 팬 요소(120)의 깊이(예를 들어, 도 1a 내지 도 1f에 도시된 평면에 직각인)는 L의 1/4 내지 L의 2배까지 다양할 수 있다. 예를 들어, 팬 요소(120)는 길이와 동일한 깊이를 가질 수 있다. 팬 요소(120)의 두께(t)는 팬 요소(120)의 구성 및/또는 팬 요소(120)가 작동되기를 원하는 주파수에 기초하여 달라질 수 있다. 일부 실시예에서, 팬 요소 두께는, 8 ㎜의 길이를 가지며 적어도 20 ㎑ 내지 25 ㎑ 이하인 주파수에서 구동되는 팬 요소(120)에 대해 적어도 200 ㎛ 내지 350 ㎛ 이하이다. 챔버(140/150)의 길이(C)는 팬 요소(120)의 길이(L)에 근접한다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 팬 요소(120)의 가장자리와 챔버(140/50)의 벽 사이의 거리(d)는 적어도 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 이하이다. 일부 실시예에서, d는 적어도 200 ㎛ 내지 300 ㎛ 이하이다. 팬 요소(120)는 도시된 실시예에서 실질적으로 직사각형 풋프린트를 가질 수 있다. 다른 풋프린트가 가능하다. 예를 들어, 팬 요소(120)의 모든 가장자리가 자유롭게 진동하거나(예를 들어, 해파리와 유사한 방식으로) 또는 팬 요소(120)의 모든 가장자리가 고정되면(예를 들어, 중앙 부분이 진동을 겪도록), 팬 요소(120)는 실질적으로 원형의 풋프린트를 가질 수 있다.

팬 요소(120)는 상단 챔버(140)에서의 유체의 압력파의 음향 공진을 위한 공진 주파수 및 팬 요소(120)의 구조적 공진을 위한 공진 주파수 모두에 또는 그 부근에 있는 주파수에서 구동될 수 있다. 진동 운동을 겪는 팬 요소(120)의 부분은 팬 요소(120)의 공진("구조적 공진")에서 또는 그 부근에서 구동된다. 진동을 겪는 팬 요소(120)의 이러한 부분은 일부 실시예에서 외팔보형 아암(들)(121)일 수 있다. 구조적 공진에 대한 진동의 주파수는 구조적 공진 주파수로 명명된다. 팬 요소(112)를 구동할 때 구조적 공진 주파수의 사용은 시스템(100)의 전력 소비를 감소시킨다. 팬 요소(120) 및 상단 챔버(140)는 또한 이러한 구조적 공진 주파수가 상단 챔버(140)를 통과하는 유체의 압력파에서의 공진(상단 챔버(140)의 음향 공진)에 대응하도록 구성될 수 있다. 이러한 압력파의 주파수는 음향 공진 주파수로 명명된다. 음향 공진에서, 압력에서의 노드는 통기구(112) 부근에서 발생하고, 압력에서의 반대 노드는 시스템(100)의 주변부 부근(예를 들어, 팬 요소(120)의 팁(123) 부근 및 상단 챔버(140)와 저부 챔버(150) 사이의 연결부 부근)에서 발생한다. 이들 두 영역 사이의 거리는 C/2이거나 그 부근이다. 따라서 C/2 = nλ/4이고, 여기서 λ는 유체의 음향 파장이고, n은 홀수이다(예를 들어, n = 1, 3, 5 등)이다. 최하위 모드에 대하여, C = λ/2이다. 챔버(140)의 길이(예를 들어, C)가 팬 요소(120)의 길이에 가깝기 때문에, 일부 실시예에서, L/2 = nλ/4인 것도 대략 사실이며, 여기서 λ는 유체의 음향 파장이고, n은 홀수이다. 그러므로, 팬 요소(120)가 구동되는 주파수(ν)는 팬 요소(120)에 대한 구조적 공진 주파수 또는 그 부근에 있다. 주파수(ν)는 또한 적어도 상단 챔버(140)에 대한 음향 공진 주파수 또는 그 부근에 있다. 상단 챔버(140)의 음향 공진 주파수는 일반적으로 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수보다 온도 및 크기와 같은 파라미터에 따라 덜 극적으로 변한다. 결과적으로, 일부 실시예에서, 팬 요소(120)는 음향 공진 주파수보다 구조적 공진 주파수에서(또는 더 근접하여) 구동될 수 있다.

오리피스 플레이트(130)는 내부에 오리피스(132)들을 가진다. 오리피스(132)들의 특정 수 및 분포가 도시되었을지라도, 다른 수, 다른 위치(들) 및/또는 다른 분포가 사용될 수 있다. 단일 오리피스 플레이트(130)는 단일 시스템(100)을 위해 사용된다. 다른 실시예에서, 다수의 시스템(100)은 오리피스 플레이트를 공유할 수 있다. 예를 들어, 다수의 셀(100)이 원하는 구성으로 함께 제공될 수 있다. 이러한 실시예에서, 셀(100)들은 동일한 크기 및 구성 또는 상이한 크기(들) 및/또는 구성(들)일 수 있다. 오리피스(132)들은 구조물(102)의 표면에 법선으로 배향된 축을 가지는 것으로 도시되어 있다. 다른 실시예에서, 하나 이상의 오리피스(132)의 축은 다른 각도에 있을 수 있다. 예를 들어, 축의 각도는 실질적으로 0°및 0이 아닌 예각으로부터 선택될 수 있다. 오리피스(132)들은 또한 오리피스 플레이트(130)의 표면에 대한 법선에 실질적으로 평행한 측벽들을 가진다. 일부에서, 오리피스들은 오리피스 플레이트(130)의 표면에 대한 법선에 대해 0이 아닌 각도로 측벽들을 가질 수 있다. 예를 들어, 오리피스(132)들은 원뿔 형상일 수 있다. 또한, 오리피스 플레이트(130)가 실질적으로 평평한 것으로 도시되었을지라도, 일부 실시예에서, 트렌치 및/또는 다른 구조가 저부 챔버(150)의 구성 및/또는 오리피스 플레이트(130)와 구조물(102) 사이의 영역을 변경하기 위해 오리피스 플레이트(130)에 제공될 수 있다.

오리피스(132)들의 크기, 분포 및 위치는 구조물(102)의 표면으로 구동되는 유체의 유량을 제어하도록 선택된다. 오리피스(132)들의 위치 및 구성은 저부 챔버(150)로부터 오리피스(132)들을 통해 제트 채널(180)로 유체 흐름을 증가/최대화하도록 구성될 수 있다. 오리피스(132)들의 위치 및 구성은 또한 제트 채널(180)로부터 오리피스(132)를 통한 흡인 흐름(예를 들어, 역류)을 감소/최소화하도록 선택될 수 있다. 예를 들어, 오리피스들의 위치는 오리피스(132)들을 통해 저부 챔버(150) 내로 유체를 끌어당기는 팬 요소(120)의 상향 행정(팁(123)이 오리피스 플레이트(13)으로부터 멀어지는)에서 흡인이 감소되는 팁(123)으로부터 충분히 멀리 떨어지는 것이 바람직하다. 오리피스의 위치는 또한 상단 챔버(140)로부터의 더 높은 압력이 상단 챔버(140)로부터 저부 챔버(150)로 유체를 밀어내는 것을 팬 요소(120)의 상향 행정에서의 흡인이 허용하는 팁(123)에 충분히 가까운 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 상단 챔버(140)로부터 저부 챔버(150)로의 유량 대 상향 행정에서 오리피스(132)를 통한 제트 채널(180)로부터의 유량의 비율("순수 유량비")은 2:1보다 크다. 일부 실시예에서, 순수 유량비는 적어도 85:15이다. 일부 실시예에서, 순수 유량비는 적어도 90:10이다. 원하는 압력, 유속, 흡인, 및 순수 유량비를 제공하기 위해 오리피스(132)들은 팬 요소(120)의 적어도 팁(123)으로부터의 거리(r1) 내지 팁(123)으로부터의 거리(r2) 이하인 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, r1은 적어도 100 ㎛(예를 들어, r1 ≥ 100 ㎛)이고, r2는 1 ㎜ 이하(예를 들어, r2 ≤ 1000 ㎛)이다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)들은 팬 요소(120)의 팁(123)으로부터 적어도 200 ㎛이다(예를 들어, r1 ≥ 200 ㎛). 일부 이러한 실시예에서, 오리피스(132)들은 팬 요소(120)의 팁(123)으로부터 적어도 300 ㎛이다(예를 들어, r1 ≥ 300 ㎛). 일부 실시예에서, 오리피스(132)들은, 적어도 100 ㎛ 내지 500 ㎛ 이하의 폭을 가진다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)들은, 적어도 200 ㎛ 내지 300 ㎛ 이하의 폭을 가진다. 일부 실시예에서, 오리피스 간격(s)은 적어도 100 ㎛ 내지 1 ㎜ 이하이다. 일부 이러한 실시예에서, 오리피스 간격은 적어도 400 ㎛ 내지 600 ㎛ 이하이다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)들은 또한 오리피스 플레이트(130)의 영역의 특정 부분을 점유하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 오리피스(132)들은 오리피스(132)들을 통한 유체의 원하는 유량을 달성하기 위해 오리피스 플레이트(130)의 풋프린트의 적어도 5% 내지 15% 이하를 덮을 수 있다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)들은 오리피스 플레이트(130)의 풋프린트의 적어도 8% 내지 12% 이하를 덮는다.

일부 실시예에서, 팬 요소(120)는 압전기를 사용하여 작동된다. 그러므로, 팬 요소(120)는 압전기 팬 요소일 수 있다. 팬 요소(120)는 팬 요소(120) 상에 장착되거나 또는 이에 통합된 압전기에 의해 구동될 수 있다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)는 시스템(100)에서의 다른 구조 상에 압전기를 제공하는 것을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 방식으로 구동된다. 팬 요소(120) 및 유사한 팬 요소는 이후에 압전기 팬 요소로서 언급되더라도, 압전기 이외의 메커니즘이 팬 요소를 구동하도록 사용될 수 있는 것이 가능하다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)는 기판 상의 압전기 층을 포함한다. 기판은 스테인리스강, Ni 합금 및/또는 Hastelloy 기판일 수 있다. 일부 실시예에서, 압전기 층은 기판 상에 박막으로서 형성된 다수의 서브 층을 포함한다. 다른 실시예에서, 압전기 층은 기판에 부착된 벌크 층일 수 있다. 이러한 압전기 팬 요소(120)는 또한 압전기를 활성화하기 위해 사용되는 전극들을 포함한다. 일부 실시예에서, 기판은 전극으로서 기능한다. 다른 실시예에서, 바닥 전극은 기판과 압전기 층 사이에 제공될 수 있다. 시드(seed), 캡핑(capping), 패시베이션(passivation) 또는 기타 층을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 층들은 압전기 팬 요소에 포함될 수 있다. 따라서, 팬 요소(120)는 압전기를 사용하여 작동될 수 있다.

시스템(100)의 작동은 도 1a 내지 도 1e와 관련하여 설명된다. 특정 압력, 갭 크기 및 흐름의 타이밍과 관련하여 설명되었을지라도, 시스템(100)의 작동은 본 명세서에서의 설명에 의존하지 않는다. 도 1b 및 도 1c는 시스템(100)의 동위상 작동을 도시한다. 도 1b를 참조하면, 팬 요소(120)는 외팔보형 아암(121)들 및 팁(123)이 상단 플레이트(110)로부터 멀어지게 이동하도록 작동되었다. 따라서, 도 1b는 팬 요소(120)의 하향 행정의 말기를 도시하는 것으로 간주될 수 있다. 팬 요소(120)의 진동 운동 때문에, 저부 챔버(150)를 위한 갭(152)은 크기가 감소하고 갭(152B)으로 도시된다. 반대로, 상단 챔버(140)를 위한 갭(142)은 크기가 증가되었고 갭(142B)으로 도시된다. 하향 행정 동안, 팬 요소(120)가 중립 위치에 있을 때, 보다 낮은(예를 들어, 최소) 압력이 주변부에서 전개된다. 하향 행정이 계속됨에 따라서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 저부 챔버(150)는 크기가 감소하고, 상단 챔버(140)는 크기가 증가한다. 그러므로, 유체는 오리피스 플레이트(130)의 표면 및/또는 구조물(102)의 상단 표면에 직각이거나 거의 직각인 방향으로 오리피스(132)들 밖으로 구동된다. 유체는 예를 들어 30 m/s를 초과하는 고속으로 오리피스(132)들로부터(그리고 도시된 실시예에서 구조물(102)을 향하여) 구동된다. 그러므로, 유체는 본 명세서에 기술된 높은 속도로 오리피스(132)를 빠져나간다. 일부 실시예에서, 유체는 그런 다음 구조물(102)의 표면을 따라서 구조물(102)의 주변부를 향해 이동하며, 여기에서, 압력은 오리피스(132) 부근보다 낮다. 또한 하향 행정에서, 상단 챔버(140)는 크기가 증가하고, 보다 낮은 압력이 상단 챔버(140)에서 존재한다. 그 결과, 유체는 통기구(112)를 통해 상단 챔버(140) 내로 흡인된다. 오리피스(132)를 통해 구조물(102)의 표면을 따라서 통기구(112) 내로의 유체의 운동은 도 1c에서 넘버링되지 않은 화살표로 도시되어 있다.

팬 요소(120)는 또한 외팔보형 아암(121)들, 그러므로 따른 팁(123)이 구조물(102)로부터 멀어지고 상단 플레이트(110)를 향해 이동하도록 작동된다. 따라서, 도 1c는 팬 요소(120)의 상향 행정의 말기를 도시하는 것으로 간주될 수 있다. 팬 요소(120)의 운동 때문에, 갭(142)은 크기가 감소되었고 갭(142C)으로서 도시된다. 갭(152)은 크기가 증가되었고, 갭(152C)으로서 도시된다. 상향 행정 동안, 팬 요소(120)가 중립 위치에 있을 때, 더 높은(예를 들어, 최대) 압력이 주변부에서 전개된다. 상향 행정이 계속됨에 따라서, 도 1c에 도시된 바와 같이, 저부 챔버(150)는 크기가 증가하고, 상단 챔버(140)는 크기가 감소한다. 그러므로, 유체는 상단 챔버(140)(예를 들어, 챔버(140/150)의 주변부)로부터 저부 챔버(150)로 구동된다. 그러므로, 팬 요소(120)의 팁(123)이 위로 이동할 때, 상단 챔버(140)는 흡인되는 유체가 속도를 높이고 저부 챔버(150)를 향해 구동되도록 노즐로서 역할을 한다. 저부 챔버(150) 내로의 유체의 운동은 도 1c에서 넘버링되지 않은 화살표로 도시된다. 팬 요소(120) 및 오리피스(132)들의 위치 및 구성은 상향 행정 동안 제트 채널(180)로부터 오리피스(132)들 내로의 유체의 흡인, 그러므로 역류를 감소시키도록 선택된다. 따라서, 시스템(100)은 제트 채널(180)로부터 저부 챔버(10)로 흡인되는 과도한 양의 유체 역류 없이 상단 챔버(140)로부터 저부 챔버(150)로 유체를 구동할 수 있다.

도 1b 및 도 1c에 도시된 위치들 사이의 운동은 반복된다. 그러므로, 팬 요소(120)는 도 1a 내지 도 1c에 도시된 진동 운동을 겪어, 상단 플레이트(110)의 원위측으로부터 상단 챔버(140) 내로 통기구(112)를 통해 유체를 흡인하고; 상단 챔버(140)로부터 저부 챔버(150)로 유체를 전달하고; 오리피스(132)들을 통해 구조물(102)를 향해 유체를 밀어낸다. 위에서 논의된 바와 같이, 팬 요소(120)는 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수에서 또는 그 부근에서 진동하도록 구동된다. 일부 실시예에서, 이러한 것은 외팔보형 아암(121)들의 구조적 공진에 대응한다. 또한, 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 챔버(140/150)의 음향 공진과 정렬되도록 구성된다. 구조적 및 음향 공진 주파수들은 일반적으로 초음파 범위에 있도록 선택된다. 예를 들어, 팬 요소(120)의 진동 운동은 15 ㎑ 내지 30 ㎑의 주파수일 수 있다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)는 적어도 20 ㎑ 내지 30 ㎑ 이하의 주파수/주파수들에서 진동한다. 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 10% 이내이다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 5% 이내이다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 3% 이내이다. 결과적으로, 효율 및 유량이 향상될 수 있다. 그러나, 다른 주파수가 사용될 수 있다.

오리피스 플레이트(130)에서의 오리피스(132)를 통해 구동되는 유체는 오리피스 플레이트(130)의 바닥 표면에 대해 실질적으로 법선(직각)으로(예를 들어, 구조물(102)의 상부 표면에 대해 실질적으로 직각으로) 이동할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체 운동은 오리피스 플레이트(130)의 바닥 표면(예를 들어, 구조물(102)의 상부 표면)에 대한 법선에 대해 0이 아닌 예각을 가질 수 있다.

도 1d 및 도 1e는 팬 요소가 역위상으로 구동되는 중앙 고정 팬 요소(120)를 포함하는 능동적 시스템(100)의 실시예를 도시한다. 보다 구체적으로, 앵커(160)의 양쪽 측면(그러므로 앵커(160)에 의해 지지되는 팬 요소(120)의 중앙 고정 영역(122)의 양쪽 측면) 상의 팬 요소(120)의 외팔보형 아암(121)들은 역위상으로 진동하도록 구동된다. 일부 실시예에서, 앵커(160)의 양쪽 측면 상의 팬 요소(120)의 외팔보형 아암(121)들은 180°역위상으로 또는 그 부근에서 구동된다. 그러므로, 팬 요소(120)의 하나의 외팔보형 아암(121)은 상단 플레이트(110)를 향해 진동하는 반면에, 팬 요소(120)의 다른 외팔보형 아암(121)은 오리피스 플레이트(130)/구조물(102)을 향해 진동한다. 상단 플레이트(110)를 향한 팬 요소(120)의 외팔보형 아암(121)들의 이동(상향 행정)은 앵커(160)의 그 측면 상에서 상단 챔버(140)의 유체를 저부 챔버(150)로 구동한다. 오리피스 플레이트(130)를 향한 팬 요소(120) 섹션의 이동은 오리피스(132)를 통해 구조물(102)을 향해 유체를 구동한다. 그러므로, 고속(예를 들어 동위상 작동과 관련하여 설명된 속도)으로 이동하는 유체는 앵커(160)의 양쪽 측면 상의 오리피스(132) 밖으로 교대로 구동된다. 유체의 이동은 도 1d 및 도 1e에서 넘버링되지 않은 화살표로 도시된다.

도 1d 및 도 1e에 도시된 위치들 사이의 운동은 반복된다. 그러므로, 팬 요소(120)는 도 1a, 도 1d, 및 도 1e에 도시된 진동 운동을 겪어, 상단 플레이트(110)의 원위측으로부터 팬 요소(120)의 각각의 측면에 대해 상단 챔버(140)로 통기구(112)를 통해 유체를 교대로 흡인하고; 상단 챔버(140)의 각각의 측면으로부터 저부 챔버(150)의 대응하는 측면으로 유체를 전달하고; 앵커(160)의 각각의 측면 상의 오리피스(132)들을 통해 구조물(102)을 향해 유체를 밀어낸다. 위에서 논의된 바와 같이, 팬 요소(120)는 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수에서 또는 그 부근에서 진동하도록 구동된다. 또한, 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 챔버(140/150)의 음향 공진과 정렬되도록 구성된다. 구조적 및 음향 공진 주파수들은 일반적으로 초음파 범위에 있도록 선택된다. 예를 들어, 팬 요소(120)의 진동 운동은 동위상 진동에 대해 설명된 주파수에 있을 수 있다. 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 10% 이내이다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 5% 이내이다. 일부 실시예에서, 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 시스템(100)의 음향 공진 주파수의 3% 이내이다. 결과적으로, 효율 및 유량이 향상될 수 있다. 그러나, 다른 주파수가 사용될 수 있다. 역위상 진동을 위해 구조물(102)을 향해 구동되는 유체는 동위상 작동에 대해 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 오리피스 플레이트의 바닥 표면에 대해 실질적으로 법선(직각)으로 이동할 수 있다.

동위상 진동 또는 역위상 진동을 위해 작동되는 시스템(100)을 사용하여, 유체는 통기구(112)를 통해 흡인되고, 오리피스(132)를 통해 고속(예를 들어, 적어도 30 m/s)으로 구동된다. 팬 요소(120)가 15 ㎑ 이상의 주파수에서 진동할 수 있기 때문에, 사용자는 팬 요소의 작동과 관련된 어떤 소음도 듣지 못할 수 있다. 구조적 및/또는 음향 공진 주파수들에서 또는 그 부근에서 구동되면, 작동 시스템에서 사용되는 전력이 상당히 감소될 수 있다. 팬 요소(120)는 진동 동안 상단 플레이트(110) 또는 오리피스 플레이트(130)와 물리적으로 접촉하지 않는다. 그러므로, 팬 요소(120)의 공진이 보다 용이하게 유지될 수 있다. 보다 구체적으로, 팬 요소(120)와 다른 구조물 사이의 물리적 접촉은 팬 요소(120)에 대한 공진 조건을 교란한다. 이러한 조건을 교란하는 것은 팬 요소(120)를 공진 밖으로 구동할 수 있다. 그러므로, 팬 요소(120)의 작동을 유지하기 위해 추가 전력이 사용될 필요가 있을 것이다. 또한, 팬 요소(120)에 의해 구동되는 유체의 흐름이 감소할 수 있다. 이러한 문제는 위에서 논의한 바와 같이 압력차 및 유체 흐름을 사용하여 회피될 수 있다. 개선된 조용한 냉각의 이점은 제한된 추가 전력으로 달성될 수 있다. 또한, 팬 요소(120)의 역위상 진동은 팬 요소(100)의 질량 중심의 위치를 더 안정적으로 유지하는 것을 가능하게 한다. 비록 토크가 팬 요소(120) 상에 가해지더라도, 질량 중심의 운동으로 인한 힘은 감소되거나 제거된다. 그 결과, 팬 요소(120)의 움직임으로 인한 진동이 감소될 수 있다. 더욱이, 시스템(100)의 효율은 팬 요소(120)의 2개의 측면에 대한 역위상 진동 운동의 사용을 통해 개선될 수 있다. 외팔보형 아암(121)의 역위상 진동에 대해, 시스템(100)을 통한 진동이 또한 감소될 수 있다. 결과적으로, 시스템(100)을 포함하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다. 또한, 시스템(100)은 높은 유체 흐름 및/또는 속도가 요구되는 다른 응용 분야(예를 들어, 구조물(102)이 있거나 없는)에서 사용될 수 있다.

도 1f는 상단 중앙 고정 팬 요소를 포함하는 능동적 시스템(100')의 실시예를 도시한다. 시스템(100')은 시스템(100)과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소들은 유사한 도면 부호를 가진다. 예를 들어, 시스템(100')은 구조물(102)과 유사한 구조물(102)과 함께 사용될 수 있다.

시스템(100')은 각각 도 1a 내지 도 1e의 지지 구조물(170), 통기구(112)를 가지는 상단 플레이트(110), 팬 요소(120), 오리피스(132)들을 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭(142)을 가지는 상단 챔버(140), 갭(152)을 가지는 저부 챔버(150), 앵커(160) 및 제트 채널(180)과 유사한, 지지 구조물(170'), 통기구(112')들을 가지는 상단 플레이트(110'), 팬 요소(120), 오리피스(132)들을 포함하는 오리피스 플레이트(130), 갭을 가지는 상단 챔버(140'), 갭을 가지는 저부 챔버(150), 앵커(160) 및 제트 채널(180)을 포함한다. 그러므로, 팬 요소(120)는 팬 요소(120)의 주변부의 적어도 일부가 자유롭게 진동하도록 앵커(160)에 의해 중앙에서 지지된다. 일부 실시예에서, 앵커(160)는 팬 요소(120)의 축을 따라서 연장된다(예를 들어, 앵커(360A 및/또는 360B)와 유사한 방식으로). 다른 실시예에서, 앵커(160)는 팬 요소(120)의 중앙 부분 부근에만 있다(예를 들어, 앵커(360C 및/또는 360D)와 유사하게). 팬 요소(120)는 도 1a 내지 도 1e에 도시된 팬 요소(120)의 고정된 영역(122) 및 외팔보형 아암(121)과 각각 유사한 고정된 영역(122) 및 외팔보형 아암(121)을 포함한다. 팬 요소(120)의 외팔보형 아암(121)들은 동위상으로 및/또는 역위상으로 구동될 수 있다.

앵커(160)는 위로부터 팬 요소(120)를 지지한다. 그러므로, 팬 요소(120)는 앵커(160)로부터 현수된다. 앵커(160)는 상단 플레이트(110')로부터 현수된다. 상단 플레이트(110')는 통기구(113)를 포함한다. 앵커(160)의 측면들에 있는 통기구(112')들은 유체가 챔버(140')의 측면들로 유동하는 경로를 제공한다.

시스템(100)과 관련하여 위에서 논의된 바와 같이, 팬 요소(120)는 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수에서 또는 그 부근에서 진동하도록 구동될 수 있다. 또한, 팬 요소(120)의 구조적 공진 주파수는 챔버(140'/150)의 음향 공진과 정렬되도록 구성될 수 있다. 구조적 및 음향 공진 주파수들은 일반적으로 초음파 범위에 있도록 선택된다. 예를 들어, 팬 요소(120)의 진동 운동은 시스템(100)에 대해 설명된 주파수에 있을 수 있다. 결과적으로, 효율성 및 유량이 향상될 수 있다. 그러나 다른 주파수가 사용될 수 있다.

시스템(100')은 시스템(100)과 유사한 방식으로 작동한다. 그러므로, 시스템(100')은 시스템(100)의 이점을 공유한다. 팬 요소(120)와 유사한 방식으로 구성된 팬 요소(120)의 사용은 효율성 및 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다. 아울러, 앵커(160)로부터 팬 요소(120)를 현수하는 것은 성능을 더욱 향상시킬 수 있다. 특히, 다른 셀(도시되지 않음)에 영향을 미칠 수 있는 시스템(100')의 진동이 감소될 수 있다. 예를 들어, 보다 적은 진동이 팬 요소(120)의 운동으로 인해 상단 플레이트(110')에서 유도될 수 있다. 결과적으로, 시스템(100')과 다른 시스템(예를 들어, 다른 셀) 또는 시스템(100')을 통합하는 디바이스의 다른 부분 사이의 혼선이 감소될 수 있다. 그러므로, 성능이 개선될 수 있다.

시스템(100 및 100')들은 오리피스(132)를 빠져나가는 유체가 적어도 30 m/s의 높은 속도를 가지도록 유체를 구동한다. 일부 실시예에서, 오리피스(132)를 빠져나가는 유체는 적어도 45 m/s의 속도를 가진다. 일부 실시예에서, 유체는 적어도 60 m/s의 속도로 오리피스(132)를 빠져나간다. 일부 실시예에서 다른 속도가 가능할 수 있다. 챔버(140/150)들을 통해 이동하는 유체가 높은 유량을 가지기 때문에, 유체 출구 오리피스(132)들은 부분적으로 높은 속도를 가진다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 챔버(140/150)들을 통한 유량은 분당 적어도 0.05 입방 피트(cfm)일 수 있다. 일부 실시예에서, 챔버(140/150)를 통한 유량은 적어도 0.1 cfm이다. 다른(즉, 더 높거나 더 낮은) 유량이 가능하다. 시스템(들)(100 및/또는 100')을 통해 구동될 수 있는 비교적 높은 유량은 팬 요소(120) 및 지지 구조물(들)(170 및/또는 170')로부터 열을 효율적으로 제거한다.

도 2a 내지 도 2c는 시스템(100)과 유사한 시스템(200)을 도시한다. 도 2a는 중립 위치에 있는 시스템(200)을 도시한다. 도 2b는 흡인 배열에 있는 시스템(200)을 도시한다. 도 2c는 배출 배열에 있는 시스템(200)을 도시한다. 결과적으로 유사한 구성요소는 유사한 도면 부호를 가진다. 예를 들어, 시스템(200)은 구조물(102)과 유사한 구조물(202)과 함께 사용될 수 있다. 시스템(200)은 도 1a 내지 도 1f의 받침대(172) 및 측벽(174)들, 상단 플레이트(110), 팬 요소(120), 오리피스(132)들을 포함하는 오리피스 플레이트(130), 저부 챔버(150), 및 제트 채널(180)을 각각 가지는 지지 구조물(170)와 각각 유사한, 받침대(272) 및 측벽(274)들, 팬 요소(220), 오리피스(232)들을 포함하는 오리피스 플레이트(230), 챔버(250) 및 제트 채널(280)을 가지는 지지 구조물(270)을 포함한다. 그러나, 도시된 실시예에서, 지지 구조물(270)은 상단 플레이트를 포함하지 않는다. 또한, 팬 요소(220)는 그 가장자리에서 측벽(274)들에 고정된다. 따라서, 챔버(250)는 오리피스 플레이트(230)와 팬 요소(220) 사이에 형성된다.

시스템(200)은 시스템(100 및/또는 100')들과 유사한 방식으로 작동한다. 도 2b에 도시된 흡인 배열에서, 팬 요소(220)는 오리피스 플레이트(230)로부터 멀어지게 진동한다. 이러한 운동은 챔버(20)를 확장시킨다. 그런 다음, 팬 요소(220)는 도 2c에 도시된 배출 모드에서 반대 방향으로 진동한다. 도 2c에서 넘버링되지 않은 화살표로 표시된 바와 같이, 유체는 오리피스(232)들 밖으로 구동된다. 일부 실시예에서, 유체는 적어도 30 m/s의 속도로 오리피스(232)들 밖으로 구동된다. 일부 실시예에서, 오리피스(232)들 밖으로 구동되는 유체는 적어도 45 m/s의 속도를 가진다. 일부 실시예에서, 유체는 적어도 55 m/s의 속도를 가진다. 또한, 일부 실시예에서, 적어도 60 m/s 및/또는 75 m/s의 유체 속도가 달성될 수 있다. 그러나 일부 실시예에서는 더 높은 속도가 가능할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 구조물(302)과 함께 사용 가능한 능동적 시스템(300)의 예시적인 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 단지 특정 구성요소들만이 도시되고, 도 3a 내지 도 3c는 축척이 아니다. 시스템(300)은 구조물(302)과 함께 사용된다. 대칭으로 도시되었을지라도, 시스템(300)은 대칭일 필요는 없다.

시스템(300)은 시스템(100 및 200)들과 유사하다. 결과적으로, 유사한 구성요소들을 유사한 도면 부호를 가진다. 시스템(300)은 팬 요소(120, 220)들과 유사한 팬 요소(310, 320)들을 포함한다. 팬 요소(310)는 상단 플레이트(110)를 대체하도록 고려될 수 있다. 시스템(300)은 또한 내부에 오리피스(132 및/또는 232)들을 가지는 오리피스 플레이트(130 및/또는 230)들, 상단 챔버(140), 저부 챔버(150 및/또는 250), 지지 구조물(170 및/또는 270) 및 제트 채널(180 및/또는 280)과 유사할 수 있는, 내부에 오리피스(332)들을 가지는 오리피스 플레이트(330), 상단 챔버(340), 저부 챔버(350), 지지 구조물(370) 및 제트 채널(380)을 포함한다. 단순화를 위해, 제트 채널(380)은 도 3c에서 넘버링되지 않았다. 지지 구조물(370)은 받침대(172 및/또는 272)들 및 측벽(174 및/또는 274)과 유사한 받침대(372)들 및 측벽(374)들을 포함한다. 또한 후술하는 바와 같이 유체를 혼입하도록 사용되는 선택적 채널(390)들이 도시되어 있다.

팬 요소(310)는 구조물(302)로부터 멀리 있는 제1 측면 및 구조물(302)에 근접한 제2 측면을 가진다. 팬 요소(310)의 제1 측면은 팬 요소(310)의 상단이고, 제2 측면은 팬 요소(310)의 바닥이다. 팬 요소(310)는 또한 내부에 수동적 통기구(312)를 가진다. 도시된 실시예에서, 수동적 통기구(312)는 팬 요소(310)의 중앙에 위치된 구멍이다. 다른 실시예에서, 수동적 통기구(312)는 다른 곳에 위치될 수 있다. 예를 들어, 수동적 통기구(312)는 팬 요소(310)의 가장자리들 중 하나에 더 근접할 수 있다. 수동적 통기구(312)는 원형, 직사각형 또는 기타 형상의 풋프린트를 가질 수 있다. 하나의 수동적 통기구(312)가 도시되었을지라도, 다수의 수동적 통기구가 사용될 수 있다.

팬 요소(320)는 팬 요소(310)와 구조물(302) 사이에 있다. 도시된 실시예에서, 팬 요소(320)는 또한 팬 요소(310)와 오리피스 플레이트(330) 사이에 있다. 팬 요소(310, 320)들은 갭(342)에 의해 분리되어 상단 챔버(340)를 형성한다. 저부 챔버(350)는 팬 요소(320)와 오리피스 플레이트(330) 사이에 형성된다. 팬 요소(320)는 또한 내부에 능동적 통기구(322)들을 가진다. 도시된 실시예에서, 능동적 통기구(322)들은 팬 요소(320)의 중앙 영역으로부터 멀리 떨어진 구멍들이다. 다른 실시예에서, 능동적 통기구(322)들은 다른 곳에 위치될 수 있다. 예를 들어, 능동적 통기구들은 팬 요소(320)에서 중앙에 위치될 수 있다. 2개의 능동적 통기구(322)가 도시되었을지라도, 다른 수(예를 들어, 1개, 3개 등)가 존재할 수 있다. 일부 실시예에서, 능동적 통기구(322)들은 능동적 통기구(322)들이 수동적 통기구(312)와 정렬되지 않도록 위치된다. 능동적 통기구(322)들은 원형, 직사각형 또는 다른 형상의 풋프린트를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 통기구를 포함하지 않는 단일 팬 요소(310 또는 320)가 2개의 팬 요소 대신 사용될 수 있다.

도 3a는 중립 위치에 있는 시스템(300)을 도시한다. 그러므로, 팬 요소(310, 320)들은 실질적으로 평평한 것으로 도시되어 있다. 작동시에, 팬 요소(310, 320)들은 도 3b 및 도 3c에 도시된 위치들 사이에서 진동하도록 작동된다. 그러므로, 팬 요소(310, 320)들은 압전기 액추에이터일 수 있다. 시스템(300)의 작동은 도 3b 및 도 3c와 관련하여 설명된다. 도 3b를 참조하면, 압전기 팬 요소(310)는 구조물(302)로부터 멀어지도록 이동하도록 작동되는(볼록하게 변형되는) 반면에, 압전기 팬 요소(320)는 구조물(302)을 향해 이동(오목하게 변형)되도록 작동되었다. 이러한 구성은 흡인 배열로서 지칭된다. 압전기 팬 요소(310, 320)들의 진동 운동으로 인해, 갭(342)은 크기가 증가되고 갭(342A)으로서 도시된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 갭(342)은 중립 위치(도 3a)에서 적어도 10 ㎛ 내지 20 ㎛ 이하의 높이를 가진다. 갭(342A)은 흡인 배열(도 3b)에서 적어도 20 ㎛ 내지 30 ㎛ 이하의 높이를 가질 수 있다. 그러므로, 상단 챔버(340)는 체적이 증가한 반면에, 저부 챔버(350)는 체적이 감소하였다. 흡인 배열에서, 수동적 통기구(312)의 흐름 저항(수동적 흡인 흐름 저항)은 낮다. 결과적으로, 수동적 통기구(312)에서의 압력은 낮다. 대조적으로, 능동적 통기구(322)의 흐름 저항(능동적 흡인 흐름 저항)은 높다. 결과적으로, 능동적 통기구(322)에서의 압력은 높다. 낮은 수동적 흡인 흐름 저항 때문에, 유체는 수동적 통기구(312)를 통해 상단 챔버(340) 내로 흡인된다. 이러한 것은 도 3b에서 화살표로 도시되어 있다. 그러나, 유체는 높은 수동적 흡인 흐름 저항 때문에 능동적 통기구(322) 밖으로 흐르지 못한다(또는 제한된 정도로 흘러나간다). 그러나, 능동적 통기구(322)는 이러한 구성에서 물리적으로 폐쇄되지 않는다. 예를 들어, 능동적 통기구(322)는 흡인 배열에서 오리피스 플레이트(330)와 접촉하지 않는다.

도 3c는 배출 배열을 도시한다. 압전기 팬 요소(310)는 구조물(302)을 향해 이동(오목하게 변형)하도록 작동된 반면에, 압전기 팬 요소(320)는 구조물(302)로부터 멀어지게 이동(볼록하게 변형)하도록 작동되었다. 압전기 팬 요소(310, 320)들의 진동 운동으로 인해, 갭(342)은 크기가 감소하였고 갭(342B)으로 도시된다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 갭(342)은 중립 위치(도 3a)에서 적어도 10 ㎛ 내지 20 ㎛ 이하의 높이를 가진다. 갭(342B)은 배출 배열(도 3c)에서 적어도 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 이하의 높이를 가진다. 그러므로, 상단 챔버(340)는 체적이 감소한 반면에, 저부 챔버(350)는 체적이 증가하였다. 배출 배열에서, 수동적 통기구(312)의 흐름 저항(수동적 배출 흐름 저항)은 높다. 결과적으로, 수동적 통기구(312)에서의 압력은 높다. 대조적으로, 능동적 통기구(322)의 흐름 저항(능동적 배출 흐름 저항)은 낮다. 결과적으로, 능동적 통기구(322)에서의 압력은 낮다. 낮은 능동적 배출 흐름 저항 때문에, 유체는 상단 챔버(340)로부터 능동적 통기구(322)를 통해 저부 챔버(350) 내로, 그리고 오리피스(332)를 통해 배출된다. 이러한 것은 도 3c에서 화살표로 도시되어 있다. 그러나, 유체는 높은 수동적 배출 흐름 저항 때문에 수동적 통기구(312) 밖으로 흐르지 않는다(또는 제한된 정도로 흘러나간다). 따라서, 배출 배열에서, 수동적 통기구(312)는 폐쇄된 것으로 간주되고 능동적 통기구(322)는 개방된 것으로 간주된다. 그러나, 수동적 통기구(312)는 이러한 구성에서 물리적으로 폐쇄되지 않는다. 예를 들어, 수동적 통기구(312)는 배출 배열의 팬 요소(320)와 접촉하지 않는다. 갭(342B)은 길이가 0이 아니다.

팬 요소(310 및 320)들의 진동 운동(및 도 3b로부터 도 3c로 갭(342A/442B)에서 수반되는 감소)으로 인해, 유체는 상단 챔버(340)로 오리피스(332)를 통해 흡인된다. 유체의 운동은 오리피스(332)들을 통과하는 화살표로 도시되어 있다. 유체는 도 3c에서의 일부 오리피스(332)에 대해 점선 및 화살표로 도시된 바와 같이 오리피스 플레이트(320)로부터 멀어지게 이동함에 따라서 확장될 수 있다. 유체는 구조물(302)(존재하면)로부터 편향되어, 구조물(302)과 오리피스 플레이트(330) 사이의 채널을 따라서 이동할 수 있다.

도 3b 및 도 3c에 도시된 위치들 사이의 운동은 반복될 수 있다. 그러므로, 압전기 팬 요소(310 및 320)들은 진동하여, 팬 요소(310)의 원위측으로부터 수동적 통기구(312)를 통해 상단 챔버(340) 내로, 능동적 통기구(322)를 통해 챔버(340) 밖으로 유체를 흡인하고, 오리피스(332)를 통해 구조물(302)을 향해 유체를 밀어낸다. 일부 실시예에서, 팬 요소(310 및/또는 320)들의 진동 주파수/주파수들은 팬 요소(120)의 주파수/주파수들과 유사하다. 또한, 일부 실시예에서, 팬 요소(들)(310 및/또는 320)는 공진 주파수 또는 그 부근에서 구동될 수 있다. 압전기 팬 요소(들)(310, 320)의 공진 주파수들은 또한 근접하는 것이 바람직할 수 있다. 일부 실시예에서, 압전기 팬 요소(들)(310 및 320)의 공진 주파수들은 100 ㎐ 이내인 것이 바람직하다. 일부 실시예에서, 피드백은 공진에서 또는 그 부근에서 압전기 팬 요소(들)(310 및/또는 320)를 유지하기 위해 사용된다. 팬 요소(310 및/또는 320)들의 공진 주파수들은 챔버(들)(340 및/또는 350)의 음향 공진 주파수들과 밀접하게 일치될 수 있다. 일부 실시예에서, 유체가 구조물(302)에 충돌하는 속도는 시스템(들)(100 및/또는 200)에 대해 설명된 범위 내에 있다.

시스템(300)을 사용하여, 유체는 수동적 통기구(312)를 통해 흡인되고(흡인 배열에서), 능동적 통기구(322) 및 오리피스(332)를 통해 구동될 수 있다(배출 배열에서). 그러므로, 기류는 시스템(300)에 의해 구동될 수 있다. 또한, 유체는 시스템(100)에 의해 구동되는 유체와 유사한 방식으로 구조물(302)로부터 열을 효율적으로 소산할 수 있다. 그러므로, 시스템(300)을 이용하는 디바이스의 성능은 개선될 수 있다. 또한, 시스템(300)은 MEMS 디바이스일 수 있다. 따라서, 시스템(300)은 위에서 설명된 것과 유사한 전체 높이를 가지는 소형일 수 있고 유사한 디바이스에서 사용될 수 있다.

도 4a 내지 도 4e는 타일 또는 어레이로서 구성된 다수의 셀을 포함하는 능동적 시스템(400)의 실시예를 도시한다. 도 4a는 평면도를 도시하고, 도 4b 내지 도 4e는 측면도를 도시한다. 도 4a 내지 도 4e는 축척이 아니다. 시스템(400)은 본 명세서에서 설명된 시스템 중 하나 이상과 유사한 4개의 셀(401A, 401B, 401C 및 401D)(집합적으로 또는 대체로 401)을 포함한다. 보다 구체적으로, 셀(401)들은 시스템(100)과 유사하다. 일부 실시예에서, 셀(들)(401)은 시스템(300) 및/또는 다른 시스템과 유사할 수 있다. 2x2 구성의 4개의 셀(401)이 도시되었을지라도, 일부 실시예에서, 다른 수 및/또는 다른 구성의 셀(401)들이 채택될 수 있다. 도시된 실시예에서, 셀(401)들은 구멍(112)들을 가지는 상단 플레이트(110), 팬 요소(120), 오리피스(132)들을 가지는 오리피스 플레이트(130), 상단 챔버(140), 저부 챔버(150) 및 앵커(160)와 유사한, 구멍(412)들을 가지는 공유된 상단 플레이트(410), 팬 요소(420)들, 오리피스(432)들을 포함하는 공유된 오리피스 플레이트(430), 상단 챔버(440), 저부 챔버(450) 및 앵커(지지 구조물)(460)를 포함한다. 일부 실시예에서, 셀(401)들은 함께 제조되고, 예를 들어 상단 플레이트(410) 및 오리피스 플레이트(430)를 통해 절단하는 것에 의해 분리될 수 있다. 팬 요소(420)들은 역위상으로(즉, 시소와 유사한 방식으로) 구동된다. 또한, 도 4b 내지 도 4e에서 알 수 있는 바와 같이, 하나의 셀에 있는 팬 요소(420)는 인접한 셀(들)에서의 팬 요소(들)(420)와 역위상으로 구동된다. 도 4b 및 도 4c에서, 행(row)에서의 팬 요소(420)들은 역위상으로 구동된다. 그러므로, 셀(401A)에서의 팬 요소(420)는 셀(401B)에서의 팬 요소(420)와 역위상이다. 유사하게, 셀(401C)에서의 팬 요소(420)는 셀(401D)에서의 팬 요소(420)와 역위상이다. 도 4d 및 도 4e에서, 열(column)에서의 팬 요소(420)들은 역위상으로 구동된다. 따라서, 셀(401A)에서의 팬 요소(420)는 셀(401C)에서의 팬 요소(420)와 역위상이다. 유사하게, 셀(401B)에서의 팬 요소(420)는 셀(401D)에서의 팬 요소(420)와 역위상이다. 팬 요소(420)를 역위상으로 구동하는 것에 의해, 시스템(400)에서의 진동이 감소될 수 있다.

시스템(400)의 셀(401)은 시스템(들)(100, 300) 및/또는 유사한 시스템과 유사한 방식으로 기능한다. 결과적으로, 본 명세서에서 설명된 이점은 시스템(400)에 의해 공유될 수 있다. 인접한 셀에서의 팬 요소들이 역위상으로 구동되기 때문에, 시스템(400)에서의 진동이 감소될 수 있다. 다수의 셀(401)이 사용되기 때문에, 시스템(400)은 향상된 냉각 능력을 누릴 수 있다. 또한, 다수의 개별 셀(401) 및/또는 시스템(400)은 원하는 셀 풋프린트를 얻기 위해 다양한 방식으로 조합될 수 있다.

도 5는 열 생성 구조물과 함께 사용 가능한 시스템(500)의 예시적인 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되어 있고, 도 5는 축척이 아니다. 압전기 냉각 시스템(500)은 구조물(502)과 함께 사용된다. 구조물(502)은 구조물(들)(102, 202 및/또는 302)과 유사하다.

압전기 냉각 시스템(500)은 각각 팬 요소(520)를 포함하는 다수의 셀(501)을 포함한다. 셀(501)들은 S가 적어도 3 ㎜ 내지 5 ㎜ 이하이도록 전술한 것과 동일한 크기 범위를 가질 수 있다. 압전기 블레이드 요소(520)들은 가만히 있을 때 각도(φ)로 배향된다. 작동될 때, 팬 요소(520)들은 각도(φ1과 φ2)들 사이에서 진동한다. 일부 실시예에서, 진동 각도(φ2-φ1)는 적어도 5°내지 20°이하이다. 팬 요소(520)들의 길이는 구조물(502)까지의 거리 및 작동의 각도에 의존하여 변할 수 있다. 예를 들어, 팬 요소(520)의 진동 부분은 길이가 적어도 1 ㎜ 내지 5 ㎜ 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 진동 주파수는 명목상 300 Hz이다. 다른 주파수가 또한 가능하다. 일부 실시예에서, φ는 명목상 30°이고, h는 명목상 250 ㎛이다. 각각의 팬 요소(520)의 상단은 구조물(502)의 표면 위의 거리(d)이다. 일부 실시예에서, d는 적어도 300 ㎛ 내지 500 ㎛ 이하이다. 그러나 다른 간격이 가능하다.

작동시에, 팬 요소(520)들은 진동하여, 하나의 압전기 요소의 원위측으로부터 다른 압전기 요소의 근위측으로 유체를 흡인한다. 유체의 이러한 운동은 도 5에서 곡선 화살표에 의해 보여질 수 있다. 유체는 구조물(502)의 표면을 따라서 구동된다. 일부 실시예에서, 셀(100, 200, 300 및/또는 401)(90°회전된)들과 같은 셀이 사용될 수 있다. 아울러, 압전기 냉각 구조물(500)은 압전기 냉각 구조물(100, 200, 300, 및/또는 400) 중 하나 이상과 결합될 수 있다. 이러한 실시예에서, 팬 요소(520)들은 대응하는 열 생성 구조물을 따라서 공기를 흡인하는 것을 도울 수 있다.

시스템(100, 200, 300, 400 및/또는 500)들은 공기(또는 다른 가스) 및/또는 액체와 같은 유체를 구동하도록 사용될 수 있다. 예를 들어, 시스템(100, 200, 300, 400 및/또는 500)들은 MEM 기반 팬으로서 사용될 수 있다. 이러한 팬은, 훨씬 더 많은 공간을 필요로 하고 배압을 낮추고 훨씬 더 낮은 속도의 흐름을 제공하는 회전 블레이드들을 가지는 팬과 대비된다. 일부 실시예에서, MEM 기반 팬은 팬 요소(120, 220, 320, 420 및/또는 520)들에 의해 직접 구동되는 유체로부터 직접적이지 않은 흐름을 제공할 수 있다. 보다 구체적으로, 요소(120, 220, 420 및/또는 520)들과 같은 팬 요소들은 오리피스를 통해 고속으로 유체를 구동할 수 있다. 일부 실시예에서, 유체가 오리피스를 떠나는 속도는 적어도 30 m/s이다. 일부 실시예에서, 유체는 압전기 냉각 요소에 의해 적어도 40 m/s의 속도로 구동된다. 일부 이러한 실시예에서, 유체는 적어도 45 m/s의 속도를 가진다. 일부 실시예에서, 유체는 적어도 55 m/s의 속도를 가진다. 또한, 일부 실시예에서, 섹션당 적어도 60 m 및/또는 75 m/s의 유체 속도가 달성될 수 있다. 일부 실시예에서 더 높은 속도가 가능할 수 있다. 유체가 고속으로 오리피스를 빠져나가기 때문에, 오리피스 플레이트 외부에는 낮은 압력이 생성된다. 이러한 낮은 압력은 혼입을 거쳐 오리피스 플레이트의 영역에서 구조물을 통해 유체를 흡인한다. 일부 실시예에서, 오리피스를 통해 배출되는 것보다 상당히 높은 체적의 유체 흐름이 혼입된다. 예를 들어, 오리피스를 통해 밀려난 유체의 체적의 적어도 5배 내지 10배가 혼입될 수 있다. 따라서, 유체의 거시적 흐름이 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 구조물(102, 202, 302 및/또는 502)들에 대한 것과 같은 임의의 표면들은 원하는 높은 혼입을 얻기 위해 오리피스 플레이트의 바닥으로부터 적어도 5 내지 10 ㎜이다. 따라서, 본 명세서에서 설명된 MEMS 기반 팬은 혼입을 통해 유체를 보다 효율적으로 이동시킬 수 있다.

예를 들어, 도 6은 팬으로서 작동할 수 있는 시스템(600)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되어 있고, 도 6은 축척이 아니다. 팬(600)의 부분들은 시스템(100, 200, 300, 및/또는 500)들과 유사하다. 그러므로, 팬(600)은 팬 요소(120), 내부에 오리피스(132)들을 가지는 오리피스 플레이트(130), 챔버(150), 앵커(160), 지지 구조물(170) 및 채널(190)과 유사한, 팬 요소(620), 내부에 오리피스(632)들을 가지는 오리피스 플레이트(630), 챔버(650), 앵커(660), 지지 구조물(670), 채널(690) 및 오리피스를 포함한다. 단일 오리피스(632)만이 도시되었을지라도, 다수의 오리피스가 존재할 수 있다. 단일 팬 요소(620)만이 도시되었을지라도, 다수의 팬 요소가 사용될 수 있다. 어떠한 통기구도 도시되어 있지 않았을지라도, 팬 요소(620)는 통기구/구멍들을 포함할 수 있다.

오리피스 플레이트(630)는 팬 요소(620) 아래 대신에 팬 요소(620)의 가장자리(또는 팁) 부근에 위치된다. 그러므로, 오리피스 플레이트(630)는 팬 요소(620)가 중립 위치에 있으면(예를 들어, 구동되지 않으면) 팬 요소(620)의 표면에 실질적으로 직각이다. 다른 실시예에서, 오리피스 플레이트(630)는 다른 각도로 배향될 수 있다.

작동시에, 팬 요소(620)는 진동 운동을 겪는다. 일부 실시예에서, 팬 요소(620)는 공진 또는 그 부근에서 구동된다. 일부 실시예에서, 팬 요소(620)가 구동되는 주파수는 본 명세서에서 설명된 범위(예를 들어, 일부 실시예에서 적어도 15 ㎑, 일부 경우에 적어도 20 ㎑)에 있을 수 있다. 팬 요소(620)가 한쪽 측면에서 앵커(660)에 부착되기 때문에, 팬 요소(620)는 외팔보형 빔, 또는 팬 요소(120)의 절반부와 유사한 방식으로 진동하는 것으로 간주될 수 있다. 그러므로, 오리피스(632) 부근에서 팬 요소(620)의 단부가 진동한다. 이러한 것은 도 6의 양방향 화살표로 보여질 수 있다.

팬 요소(620)가 이동/굽혀짐에 따라서, 유체는 예를 들어 위에서 설명된 범위에서 고속으로 오리피스(632)를 통해 구동될 수 있다. 그러므로, 유체는 적어도 30 m/s, 적어도 45 m/s 또는 그 이상의 속도로 오리피스(632)를 통해 구동될 수 있다. 유체가 고속으로 오리피스(632)들을 빠져나가기 때문에, 낮은 압력이 팬 요소(620) 반대편에 있는 오리피스(632)의 측면에서 생성된다. 이러한 낮은 압력은 유체가 채널(690)에 흡인 또는 채널을 통해 홉인되게 한다. 이러한 것은 채널(690)에서 넘버링되지 않은 화살표로 도시된다. 유체는 구멍(692)을 통해 빠져나간다. 일부 실시예에서, 구멍(690) 부근의 영역은 일부 유체가 오리피스(632)를 통해 이러한 영역에 들어가기 때문에 제트 채널이도록 간주될 수 있다. 일부 실시예에서, 상당히 높은 체적의 유체는 오리피스(632)를 통하는 것보다 채널(690)을 통해 흐른다. 예를 들어, 오리피스(632)를 통해 구동되는 유체의 체적의 적어도 5배 내지 10배가 채널(690)을 통해 혼입될 수 있고, 채널(690) 밖으로, 그리고 구멍(692)을 통해 흐를 수 있다. 유체 흐름 사이의 다른 관계가 다른 실시예에서 발생할 수 있다. 따라서, 채널(690) 및 구멍(692)을 통한 유체의 거시적 흐름이 달성될 수 있다.

일부 실시예에서, 이러한 거시적 유체가 흐르는 방향은 중립 위치에 있을 때 팬 요소(620)의 표면에 실질적으로 평행하다. 예를 들어, 유체는 유체가 채널(690)을 통해 흐름에 따라서 실질적으로 동일한 방향(예를 들어, 도 6에 도시된 바와 같이 수평)으로 구멍(692) 밖으로 흐를 수 있다.

시스템(600)을 사용하여, 큰 체적의 유체가 혼입될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 채널(690)을 통해 혼입된 유체의 유량은 오리피스(들)(632)를 통해 구동되는 유체의 유량만큼 곱해진 적어도 3 내지 5일 수 있다. 일부 실시예에서, 더욱 큰 유량이 달성될 수 있다. 따라서, 채널(690) 및 구멍(692)을 통한 큰 유량이 달성될 수 있다. 또한, 시스템(600)은 얇을 수 있다. 예를 들어, 채널(690)에서의 유체 흐름 방향에 직각인 방향에서 시스템(600)의 높이는 일부 실시예에서 10 ㎜보다 크지 않을 수 있다. 일부 실시예에서 시스템(600)의 높이는 5 ㎜ 이하일 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(600)은 3 ㎜ 이하의 높이를 가질 수 있다. 그 결과, 시스템(600)은 낮은 프로파일을 가지는 상당한 유체 흐름을 제공할 수 있다. 따라서, 시스템(600)은 제한된 공간을 가진 모바일 디바이스와 같은 시스템에서 큰 체적의 유체를 이동시킬 수 있다. 따라서, 이러한 디바이스의 성능은 향상될 수 있다.

도 7a 및 도 7b는 다수의 셀(600)을 가지는 팬(700)의 실시예를 도시하는 도면이다. 도 7a는 시스템(700)으로의 입구를 나타내는 사시도인 반면에, 도 7b는 시스템(700)으로부터의 출구를 도시한다. 시스템(700)은 다수의 셀(600)을 포함하고, 셀의 일부만이 도 7a에서 넘버링다. 또한 팬 요소(620)들, 채널(690)들, 및 구멍(692)들이 도시되어 있다. 단순화를 위해, 일부 팬 요소(620), 채널(690) 및 구멍(692)만이 표시된다. 셀(600)의 2개의 층이 도시되었을지라도, 다른 실시예에서, 다른 수의 층(예를 들어, 1, 3 또는 그 이상) 및/또는 층당 다른 수의 셀(600)이 사용될 수 있다.

작동시에, 시스템(700)은 시스템(600)과 유사한 방식으로 기능한다. 그러므로, 유체는 채널(690)들을 통해 혼입된다. 유체 흐름의 방향은 도 7a에서 라베링되지 않은 화살표에 의해 도시된다. 그러므로, 하나 이상의 층에서 다수의 셀(600)을 이용하는 것에 의해, 채널(690)(및 팬 요소(620)들의 표면)에 실질적으로 평행하게 흐르는 원하는 체적의 유체가 달성될 수 있다. 그러므로, 시스템(700)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 8은 팬으로서 사용될 수 있는 시스템(800)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만 도시되어 있고, 도 8은 축척이 아니다. 시스템(800)은 단일 셀을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다수의 시스템(800)은 1차원 어레이(예를 들어, 라인 또는 라인 세그먼트(들)) 또는 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 그러므로, 시스템(800)은 또한 다수의 시스템(800)을 포함할 수 있는 대형 냉각 시스템에서 단일 셀로 보여질 수 있다. 시스템(800)은 모바일 컴퓨팅 디바이스, 비-모바일 디바이스에서 사용되고 및/또는 다른 디바이스와 함께 사용될 수 있다.

시스템(800)은 상단 팬 요소(810) 및 저부 팬 요소(820)를 포함한다. 팬 요소(810, 820)들은 팬 요소(120, 220, 310, 320, 및/또는 420)들과 같이 본 명세서에서 설명된 팬 요소들과 유사할 수 있다. 팬(800)은 위에서 설명된 것과 유사한 치수를 가질 수 있다. 따라서, 팬 요소(810, 820)들은 각각 기판, 압전기 층, 및 전극(도 8에 별도로 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 단순화를 위해, 팬 요소들 및 기타 전자 기기로의 리드는 도시되지 않는다. 내부에 오리피스(832)들을 가지는 오리피스 플레이트(830)는 각각 오리피스(132, 232, 332 및/또는 432)들을 가지는 오리피스 플레이트(들)(130, 230, 330 및/또는 430)와 유사하다. 특정 수, 크기 및 분포의 오리피스(832)들이 도시되었을지라도, 다른 수(단일 오리피스 포함하는), 다른 크기(들) 및 다른 분포의 오리피스(들)가 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 팬 요소(810, 820)들은 구멍 및/또는 밸브를 포함하지 않는다. 따라서, 시스템(800)은 도 3에 도시된 시스템(300)과 유사하다. 챔버(340, 350)들과 유사한 챔버(840, 850)들이 도시되어 있다. 그러나, 팬 요소(810 및 820)들은 내부에 통기구를 포함하지 않는다. 그러므로, 시스템(800)은 또한 도 2에 도시된 시스템(200)과 유사하다. 다른 실시예에서, 팬 요소(810, 820)들 중 하나 또는 둘 모두는 구멍(들), 통기구(들), 및/또는 밸브(들)를 포함할 수 있다. 또한, 도 8에서 화살표로 도시된 방향으로 유체(예를 들어, 공기)를 혼입하도록 사용되는, 지지 구조물(870)에 있는 채널(890)들이 도시되어 있다. 채널(890)들로부터 혼입된 공기를 안내하기 위한 표면 또는 제트 채널이 도시되었을지라도, 이러한 표면 또는 제트 채널이 포함될 수 있다. 다른 요소는 도시되지 않거나 넘버링되지 않았다.

도시된 실시예에서, 상단 및 저부 팬 요소(810, 820)들은 진동한다. 일부 실시예에서, 상단 및 저부 팬 요소는 180°역위상으로 진동한다. 그러므로, 상단 팬 요소(810)가 오리피스 플레이트(830)로부터 멀어지도록 이동/굽혀짐에 따라서, 저부 팬 요소(820)는 오리피스 플레이트(830)에 더 근접하게 이동/굽혀진다. 그 결과, 저부 챔버(850)는 크기가 감소되어, 오리피스(832)들을 통한 유체의 흐름을 강제한다. 이러한 것은 압축 행정으로 명명된다. 흡인 행정에서, 저부 팬 요소(820)는 오리피스 플레이트(830)으로부터 멀어지도록 이동/굽혀지고, 상단 팬 요소(810)는 오리피스 플레이트(830)을 향해 굽혀진다. 따라서, 유체는 오리피스(832)들을 통해 저부 챔버 내로 흡인된다. 상단 및 저부 챔버들 사이에서 어떠한 밸브들도 없을지라도, 2개의 팬 요소(810 및 820)의 사용은 시스템(800, 800)의 성능을 향상시킬 수 있다. 보다 구체적으로, 역위상으로 진동하는 2개의 팬 요소(810 및 820)는 팬 요소(810 및 820)들 사이의 교감 운동을 허용할 수 있다. 일부 실시예에서, 2개의 팬 요소(810 및 880)의 교감 운동은 팬 요소(810 및 880)들에 대한 진동의 진폭을 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 진동의 진폭은 일부 실시예에서 최대 50%까지 증가될 수 있다.

작동시에, 압축 행정(저부 팬 요소(820)가 오리피스 플레이트(830)를 향해 굽혀지는) 동안, 유체는 고속으로 오리피스(832)들 밖으로 구동된다. 오리피스들 밖으로의 유체 흐름은 화살표로 도시된다(단순화를 위해, 일부 오리피스(832)에서 나오는 유체 흐름만이 표시된다). 일부 실시예에서, 유체가 저부 챔버를 위한 오리피스를 떠나는 속도는 적어도 30 m/s이다. 일부 실시예에서, 유체는 적어도 40 m/s의 속도로 팬 요소(810, 820)에 의해 구동된다. 일부 이러한 실시예에서, 유체는 적어도 45 m/s의 속도를 가진다. 일부 실시예에서, 유체는 적어도 55 m/s의 속도를 가진다. 또한, 일부 실시예에서, 섹션당 적어도 60 m 및/또는 75 m/s의 유체 속도가 달성될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서 더 높은 속도가 가능할 수 있다.

유체가 압축 행정 동안 고속으로 오리피스(832)를 빠져나가기 때문에, 낮은 압력이 오리피스 플레이트(830) 외부에서 생성된다. 결과적으로, 유체는 채널(890)들로부터 흡인된다. 일부 실시예에서, 저부 챔버보다 채널을 통한 상당히 높은 체적의 유체 흐름이 달성된다. 예를 들어, 압축 행정에서 오리피스(832)들을 통해 밀려난 유체 체적의 적어도 5배 내지 10배는 채널(890)들을 통해 혼입되어 채널들 밖으로 흐를 수 있다. 그러므로, 유체의 거시적 흐름이 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 임의의 표면들은 원하는 높은 혼입을 얻기 위해 오리피스 플레이트의 바닥으로부터 적어도 5 내지 10 ㎜이다. 시스템(800)에 대하여, 채널(890)들을 통한 유체 흐름의 체적은 비교적 높다. 일부 실시예에서, 채널(890)들을 통한 유체의 유량은 오리피스(832)들을 통한 유량만큼 곱한 적어도 3 내지 5이다. 일부 실시예에서, 보다 높은 유량이 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 채널 면적의 2배는 더욱 작은 채널들을 가지는 유체 유량만큼 곱해진 적어도 6인 유체의 단위 시간 흐름당 체적을 초래한다(예를 들어, 2 x 채널 면적은 ≥ 6 x 유체 유량을 초래한다). 따라서, 시스템(800)은 혼입을 통해 유체를 보다 효율적으로 이동시킬 수 있다.

흡인 행정(저부 팬 요소(820)가 오리피스 플레이트(830)으로부터 멀어지게 이동하는) 동안, 유체는 오리피스(832)를 통해 저부 챔버(850)로 흡인된다. 유체가 오리피스(832)들을 통해 흡인될지라도, 유체가 오리피스(832)들을 떠나는 높은 속도 및 채널(890)들을 통해 들어오는 유체의 큰 체적 때문에, 새로운 유체는 오리피스(832)들로부터 저부 챔버 내로 흡인된다. 그러므로, 시스템(800)은 채널(890)들을 통해 큰 체적의 공기와 같은 유체(따라서 상대적으로 큰 흐름)를 혼입하고 오리피스(832)들을 통해 소량의 유체를 흡인(및 배출)한다.

시스템(800)은 본 명세서에서 설명된 시스템의 이점을 공유할 수 있다. 시스템(800)은 혼입된 유체를 구동할 수 있다. 도시된 실시예에서 혼입된 유체가 구동되는 방향은 팬 요소(810, 820)들의 표면에 실질적으로 직각일 수 있다. 2개의 팬 요소(810, 820)가 사용되고 역위상으로 구동되기 때문에, 교감 운동이 달성될 수 있다. 결과적으로, 팬 요소(810, 820)들의 진동 진폭이 증가될 수 있고, 유체 흐름이 향상될 수 있다. 그러므로, 시스템(800)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 9는 팬으로서 사용될 수 있는 시스템(900)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되어 있고, 도 9는 축척이 아니다. 시스템(900)은 단일 셀을 포함하는 것으로서 도시되어 있다. 그러나, 다수의 시스템(800)들은 1차원 어레이(예를 들어, 라인 또는 라인 세그먼트(들)) 또는 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 그러므로, 시스템(900)은 또한 다수의 시스템(900)을 포함할 수 있는 더욱 큰 시스템에서 단일 셀로서 보여질 수 있다. 시스템(900)은 모바일 컴퓨팅 디바이스, 비-모바일 디바이스에서 사용되고 및/또는 다른 디바이스와 함께 사용될 수 있다.

시스템(900)은 저부 팬 요소(820)를 포함한다. 팬 요소(920)는 팬 요소(120, 220, 310, 320, 420, 및/또는 920)들과 같은 본 명세서에 설명된 팬 요소들과 유사할 수 있다. 팬(900)은 상기된 것들과 유사한 치수를 가질 수 있다. 따라서, 팬 요소(920)는 각각 기판, 압전기 층 및 전극(도 8에 별도로 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 단순화를 위해, 팬 요소들 및 다른 전자 기기에 대한 리드는 도시되지 않는다. 내부에 오리피스(932)들을 가지는 오리피스 플레이트(930)는 각각 오리피스(132, 232, 332, 432 및/또는 832)들을 가지는 오리피스 플레이트(들)(130, 230, 330, 430 및/또는 930)와 유사하다. 비록 특정 수, 크기 및 분포의 오리피스(932)들이 도시되었을지라도, 다른 수(단일 오리피스를 포함하는), 다른 크기(들) 및 다른 분포의 오리피스(들)가 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 팬 요소(810, 820)들은 구멍들 및/또는 밸브들을 포함하지 못한다. 그러므로, 시스템(900)은 도 2에 도시된 시스템(200)과 유사하다. 도 9에서 화살표에 의해 도시된 방향으로 유체(예를 들어, 공기)를 혼입하도록 사용되는, 지지 구조물(970)에서의 채널(990)이 또한 도시되어 있다. 비록 채널(990)들로부터 혼입된 공기를 안내하기 위한 표면 또는 제트 채널이 도시되지 않았을지라도, 이러한 표면 또는 제트 채널이 포함될 수 있다. 다른 요소들은 도시되지 않거나 넘버링되지 않았다.

시스템(900)은 시스템(800)과 유사한 방식으로 작동한다. 그러므로, 팬 요소(920)는 진동하여 유체가 챔버(950)로부터 오리피스(932)들을 통해 구동되도록 한다. 오리피스(932)들을 통해 구동되는 유체는 본 명세서에서 설명된 속도(예를 들어, 적어도 30 m/s 이상)로 이동할 수 있다. 그러므로, 저압 영역이 오리피스 플레이트(930)의 외부(예를 들어, 챔버(950)의 반대편)에 형성된다. 저압 영역은 위에서 설명한 것과 유사한 방식으로 채널(990)들을 통해 많은 양의 유체를 혼입한다. 그러므로, 전술한 것과 유사한 유량(예를 들어, 오리피스(932)들을 통한 유량만큼 곱한 적어도 3 내지 5 이상)이 달성될 수 있다.

따라서, 시스템(900)은 시스템(800)의 이점 중 일부를 공유한다. 그러나, 단 하나의 팬 요소(920)만이 사용된다. 시스템(900)은 여전히 화살표로 도시된 바와 같이 채널(990)들을 통해 유체(예를 들어, 공기)를 혼입할 수 있다. 그러므로, 시스템(900)은 원하는 유량으로 유체를 이동시키도록 사용될 수 있다. 따라서, 시스템(900)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 10은 팬으로서 사용가능한 시스템(1000)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만 도시되어 있고, 도 10은 축척이 아니다. 시스템(1000)은 단일 셀을 포함하는 것으로서 도시된다. 그러나, 다수의 시스템(1000)이 1차원 또는 2차원으로 배열될 수 있다. 시스템(1000)이 시스템(100, 200, 300, 500, 800 및 900)들과 유사하기 때문에, 유사한 구성요소는 유사한 도면 부호를 가진다. 도시된 실시예에서, 상단 팬 요소(310) 및 저부 팬 요소(320), 내부에 오리피스(332)들을 가지는 오리피스 플레이트(330), 상단 챔버(340), 저부 챔버(350), 지지 구조물(370), 및 통기구(312)와 각각 유사한 2개의 팬 요소(상단 팬 요소(1010) 및 저부 팬 요소(1020)), 내부에 오리피스(1032)들을 가지는 오리피스 플레이트(1030), 상단 챔버(1040), 저부 챔버(1050), 지지 구조물(1070), 및 통기구(1012)가 있다. 그러므로, 시스템(1000)은 시스템(300)과 유사하다. 또한 유체를 채널(1090)들 내로 안내하도록 사용할 수 있는 선택적 덕트(1094)가 도시되어 있다.

도시된 실시예에서, 팬 요소(1010, 1020)들은 진동한다. 일부 실시예에서, 팬 요소(1010, 1020)들은 180°역위상으로 진동한다. 그러므로, 상단 팬 요소(1010)가 오리피스 플레이트(1032)로부터 멀어지게 이동/굽혀짐에 따라서, 저부 팬 요소는 오리피스 플레이트(1030)에 근접하게 이동/굽혀진다. 그 결과, 저부 챔버(1050)는 크기가 감소되어, 오리피스(1032)들을 통한 유체의 흐름을 방지하거나 감소시킨다. 아울러, 갭(1042)이 넓어지고, 유체(예를 들어, 공기)가 상단 챔버(1040) 내로 흡인된다. 이러한 것은 흡인 행정으로 지칭될 수 있다. 압축 행정에서, 저부 팬 요소(1020)는 오리피스 플레이트(1030)로부터 멀어지게 이동/굽혀지고, 상단 팬 요소(1010)는 오리피스 플레이트(1030)를 향해 굽혀진다. 따라서, 시스템(1000)은 시스템(300)과 유사한 방식으로 작동한다.

유체는 고속으로 오리피스(1032) 밖으로 구동된다. 오리피스들로부터 밖으로의 유체 흐름은 화살표로 도시된다. 일부 실시예에서, 유체가 저부 챔버를 위한 오리피스를 떠나는 속도는 적어도 30 m/s이다. 일부 실시예에서, 유체는 오리피스(1032)를 통해 팬 요소(1010, 1020)에 의해 구동되며, 적어도 40 m/s의 속도이다. 일부 이러한 실시예에서, 유체는 적어도 45 m/s의 속도를 가진다. 일부 실시예에서, 유체는 적어도 55 m/s의 속도를 가진다. 또한, 일부 실시예에서, 섹션당 적어도 60 m 및/또는 75 m/s의 유체 속도가 달성될 수 있다. 그러나, 일부 실시예에서는 더욱 높은 속도가 가능할 수 있다. 30 m/s 이상 범위에서의 유체 속도는 부분적으로 오리피스 플레이트에서의 오리피스 직경의 신중한 선택으로 인해 달성 가능할 수 있다.

시스템(1000)은 전술한 시스템과 유사한 방식으로 작동한다. 유체가 고속으로 오리피스를 빠져나가기 때문에, 낮은 압력이 오리피스 플레이트(1030) 외부에서 생성된다. 결과적으로, 유체는 채널(1090)들을 통해 흡인된다. 일부 실시예에서, 챔버(1040, 1050)보다 채널(1090)들로부터의 상당히 높은 체적의 유체 흐름이 달성된다. 예를 들어, 오리피스(1032)들을 통해 밀려난 유체의 유량만큼 곱한 적어도 3에서 5는 채널(1090)들을 통해 혼입된다. 일부 실시예에서, 높은 유량이 가능할 수 있다. 그러므로, 유체의 거시적 흐름이 달성될 수 있다. 일부 실시예에서, 표면들은 원하는 높은 혼입을 얻기 위해 오리피스 플레이트의 바닥으로부터 적어도 5 내지 10 ㎜이다. 그러므로, 채널(1090)들을 통한 유체 흐름의 체적은 비교적 높다. 일부 실시예에서, 채널(109)들의 면적의 2배는 더욱 작은 채널들을 가지는 유체 유량만큼 곱해진 적어도 6인 유체의 단위 시간 흐름당 체적을 초래한다(예를 들어, 2 x 채널 면적은 ≥ 6 x 유체 유량을 초래한다). 따라서, 시스템(1000)은 유체를 보다 효율적으로 이동시킬 수 있다.

그러므로, 시스템(1000)은 시스템(들)(800 및/또는 900)의 일부 이점을 공유한다. 그러므로, 시스템(1000)은 원하는 유량으로 유체를 이동시키도록 사용될 수 있다. 따라서, 시스템(1000)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 11은 시스템(1100)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되고, 도 11은 축척이 아니다. 시스템(1100)은 단일 셀을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다수의 시스템(1100)이 1차원 또는 2차원으로 배열될 수 있다. 시스템(1100)이 시스템(100, 200, 300, 500, 800, 900 및 1000)들과 유사하기 때문에, 유사한 구성요소는 유사한 도면 부호를 가진다. 도시된 실시예에서, 상단 팬 요소(810) 및 저부 팬 요소(820), 내부에 오리피스(832)들을 가지는 오리피스 플레이트(830), 상단 챔버(840), 저부 챔버(850), 지지 구조물(870) 및 채널(890)들과 유사한 2개의 팬 요소(상단 팬 요소(1110) 및 저부 팬 요소(1120)), 내부에 오리피스(1132)들을 가지는 오리피스 플레이트(1130), 상단 챔버(1140), 저부 챔버(1150), 지지 구조물(1170), 및 채널(1190)들이 있다. 그러므로, 시스템(1100)은 시스템(800)과 유사하다. 어떠한 통기구도 도시되지 않았을지라도, 팬 요소(1110 및/또는 1120)들 중 하나 또는 둘 모두는 통기구들/구멍들을 포함할 수 있다.

시스템(1100)은 전술한 시스템과 유사한 방식으로 작동한다. 도시된 실시예에서, 팬 요소(들)(1110 및/또는 1120)는 진동한다. 일부 실시예에서, 상단 및 저부 팬 요소들은 180°역위상으로 진동한다. 그러므로, 상단 팬 요소(1110)가 오리피스 플레이트로부터 멀어지게 이동/굽혀짐에 따라서, 저부 팬 요소(1120)는 오리피스 플레이트(1130)에 더 근접하여 이동/굽혀진다. 유체는 고속으로 오리피스(1132) 밖으로 구동된다. 오리피스(1122)들 밖으로의 유체 흐름은 화살표로 도시된다. 일부 실시예에서, 유체가 저부 챔버를 위한 오리피스들을 떠나는 속도는 적어도 30 m/s이다. 달성된 유체 속도는 위에서 설명한 것과 유사할 수 있다. 유체가 오리피스(1132)들을 고속으로 빠져 나가기 때문에, 낮은 압력이 오리피스 플레이트(1130) 외부에 생성된다. 결과적으로, 유체는 채널(1190)들 및 제트 채널(1180)을 통해 흡인된다. 제트 채널(1180)은 혼입된 흐름을 제트 채널(1180)에서의 구멍(1182)과 같은 구멍(들)을 통해 밖으로 안내하도록 이용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 단일의 중앙에 위치된 단일 구멍(1182)이 사용된다. 그러나, 구멍들의 다른 수 및/또는 다른 위치(들)가 선택될 수 있다. 제트 채널(1180)은 혼입된 유체를 안내하도록 사용될 수 있다. 제트 채널(1130)을 빠져 나가는 유체는 화살표로 도시된다. 일부 실시예에서, 표면 형성 제트 채널(1130)은 원하는 높은 혼입을 얻기 위해 오리피스 플레이트(1130)의 바닥으로부터 적어도 5 내지 10 ㎜이다. 일부 실시예에서, 챔버(1150)보다 채널(1190)들로부터 제트 채널(1180)을 통한 상당히 더 높은 체적의 유체 흐름이 달성된다. 예를 들어, 위에서 설명한 순서대로의 유량이 획득될 수 있다. 그러므로, 유체의 거시적 흐름이 달성될 수 있다. 따라서, MEMS 기반 팬(1100)은 유체를 보다 효율적으로 이동시킬 수 있다.

따라서, 시스템(1100)은 시스템(들)(800, 900 및/또는 1000)의 이점 중 일부를 공유한다. 그러므로, 시스템(1100)은 원하는 유량으로 유체를 이동시키도록 사용될 수 있다. 따라서, 시스템(1100)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 12는 시스템(1200)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되고, 도 12는 축척이 아니다. 시스템(1200)은 단일 셀을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다수의 시스템(1200)이 1차원 또는 2차원으로 배열될 수 있다. 시스템(1200)이 시스템(100, 200, 300, 500, 800, 900, 1000 및 1100)들과 유사하기 때문에, 유사한 구성요소는 유사한 도면 부호를 가진다. 도시된 실시예에서, 상단 팬 요소(1110) 및 저부 팬 요소(1120), 내부에 오리피스(1132)들을 가지는 오리피스 플레이트(1130), 상단 챔버(1140), 저부 챔버(1150), 지지 구조물(1170), 채널(1190) 및 제트 채널(1180)과 유사한 2개의 팬 요소(상단 팬 요소(1210) 및 저부 팬 요소(1220)), 내부에 오리피스(1232)들을 가지는 오리피스 플레이트(1230), 상단 챔버(1240), 저부 챔버(1250), 지지 구조물(1270), 채널(1290)들, 및 구멍(1282)들을 가지는 제트 채널(1280)이 있다. 따라서, 시스템(1200)은 시스템(1100)과 유사하다. 어떠한 통기구들도 도시되지 않았을지라도, 팬 요소(1210 및/또는 1220)들 중 하나 또는 둘 모두는 통기구/구멍들을 포함할 수 있다.

시스템(1200)은 시스템(1100)과 유사하다. 따라서, 제트 채널(1280)은 제트 채널(1180)과 유사하고, 혼입된 유체를 안내하도록 사용될 수 있다. 제트 채널(1280)을 빠져나가는 유체는 화살표로 도시된다. 그러나, 도시된 실시예에서, 제트 채널(1280)은 테이퍼진다.

시스템(1200)은 전술한 시스템과 유사한 방식으로 작동한다. 결과적으로, 혼입된 유체는 채널(1290)들로부터 제트 채널(1280)을 통해 흡인된다. 제트 채널(1280)의 테이퍼의 각도는 오리피스(1232)들로부터의 흐름을 제어하고 및/또는 제트 채널(1280)을 통해 원하는 혼입된 흐름을 제공하도록 조정될 수 있다. 그러므로, 유체의 거시적 흐름(예를 들어, 위에서 설명된 유량의 순서로)이 달성되고 제어될 수 있다. 따라서, 시스템(1200)은 원하는 유체 흐름을 보다 효율적으로 제공할 수 있다.

따라서, 시스템(1200)은 시스템(들)(800, 900, 1000, 및/또는 1100)의 이점 중 일부를 공유한다. 따라서, 시스템(1200)은 원하는 유량으로 유체를 이동시키도록 사용될 수 있다. 따라서 시스템(1200)을 사용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 13은 시스템(1300)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해 특정 구성요소만이 도시되고, 도 13은 축척이 아니다. 시스템(1300)은 단일 셀을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다수의 시스템(1300)이 1차원 또는 2차원으로 배열될 수 있다. 시스템(1300)이 시스템(100, 200, 300, 500, 800, 900, 1000, 1100 및 1200)들과 유사하기 때문에, 유사한 구성요소는 유사한 도면 부호를 가진다. 도시된 실시예에서, 상단 팬 요소(1110) 및 저부 팬 요소(1120), 내부에 오리피스(1132)들을 가지는 오리피스 플레이트(1130), 상단 챔버(1140), 저부 챔버(1150), 지지 구조물(1170), 채널(1190), 및 구멍(1182)을 가지는 제트 채널(1180)과 유사한 2개의 팬 요소(상단 팬 요소(1310) 및 저부 팬 요소(1320)), 내부에 오리피스(1332)들을 가지는 오리피스 플레이트(1330), 상단 챔버(1340), 저부 챔버(1350), 지지 구조물(1370), 채널(1390)들, 및 구멍(1382)을 가지는 제트 채널(1380)이 있다. 그러므로, 시스템(1300)은 시스템(1100)과 유사하다. 어떠한 통기구도 도시되어 있지 않았을지라도, 팬 요소(1310 및/또는 1320)들 중 하나 또는 둘 모두는 통기구/구멍들을 포함할 수 있다.

제트 채널(1380)들의 흐름을 2개의 흐름으로 분할하도록 사용될 수 있는 분리기(1384)가 또한 도시되어 있다. 제1 흐름은 분리기(1384)와 오리피스 플레이트(1330) 사이에 있다. 이러한 흐름은 저부 챔버(1350)로 들어가고, 오리피스(1332)들 밖으로 밀려나 혼입된 흐름을 생성할 수 있다. 제2 흐름은 분리기(1384)와 제트 채널(1380)의 벽들 사이에서, 제트 채널(1380)의 저부 부분을 통해 이동하는 혼입된 흐름이다. 이러한 흐름은 화살표로 도시된 바와 같이 시스템(1300)을 빠져 나갈 수 있다.

시스템(1300)은 위에서 설명된 시스템과 유사한 방식으로 작동한다. 그러므로, 팬 요소(들)(1310 및/또는 1320)는 진동하도록 구동된다(선택적으로 역위상으로). 유체는 고속으로 오리피스(1332) 밖으로 구동된다. 일부 실시예에서, 유체가 오리피스를 떠나는 속도는 위에서 설명한 것과 유사할 수 있다. 유체가 고속으로 오리피스(1332)들을 빠져나가기 때문에, 낮은 압력이 오리피스 플레이트(1330) 외부에서 생성된다. 결과적으로, 유체는 채널(1390)들로부터 분할된 제트 채널(1380)을 통해 흡인된다. 일부 실시예에서, 챔버(1350)보다 채널(1390)들로부터 상당히 큰 체적의 유체 흐름이 달성된다. 예를 들어, 위에서 설명한 순서대로 유량이 획득될 수 있다. 그러므로, 유체의 거시적 흐름이 달성될 수 있다. 위에서 논의한 바와 같이, 제트 채널(1380)에서의 유체는 분리기(1384)에 의해 분할된다. 분리기(1384)와 팬 요소(1320) 사이의 유체의 일부는 혼입물을 구동하도록 사용되는 반면에, 나머지는 화살표로 도시된 바와 같이 제트 채널(1380) 밖으로 흐른다. 따라서, MEMS 기반 팬(1300)은 유체를 보다 효율적으로 이동시킬 수 있다.

따라서, 시스템(1300)은 시스템(들)(800, 900, 1000, 1100, 및/또는 1200)의 이점 중 일부를 공유한다. 따라서, 시스템(1300)은 원하는 유량으로 유체를 이동시키도록 사용될 수 있다. 따라서, 시스템(1300)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 14는 시스템(1400)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되고, 도 14는 축척이 아니다. 시스템(1400)은 단일 셀을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다수의 시스템(1400)이 1차원 또는 2차원으로 배열될 수 있다. 시스템(1400)이 시스템(100, 200, 300, 500, 800, 900, 1000, 1100, 1200 및 1300)들과 유사하기 때문에, 유사한 구성요소는 유사한 도면 부호를 가진다. 도시된 실시예에서, 시스템(1400)은 상단 팬 요소(1110) 및 저부 팬 요소(1120), 내부에 오리피스(1132)들을 가지는 오리피스 플레이트(1130), 상단 챔버(1140), 저부 챔버(1150), 지지 구조물(1170), 채널(1190), 및 구멍(1182)을 가지는 제트 채널(1180)과 유사한 상단 팬 요소(1410), 저부 팬 요소(1420), 내부에 오리피스(1432)들을 가지는 오리피스 플레이트(1430), 상단 챔버(1440), 저부 챔버(1450), 지지 구조물(1470), 채널(1490)들, 및 구멍(1482)을 가지는 제트 채널(1480)들을 포함한다. 따라서, 시스템(1400)은 시스템(1100)과 유사하다. 어떠한 통기구도 도시되어 있지 않았을지라도, 팬 요소(1410 및/또는 1420)들 중 하나 또는 둘 모두는 통기구/구멍들을 포함할 수 있다.

따라서, 시스템(1400)은 위에서 설명된 시스템, 특히 시스템(1300)과 유사한 방식으로 작동한다. 제트 채널(1480)과 채널(1490)은 시스템(1300)보다 더욱 분할된다. 채널(1490)에서의 혼입된 유체는 액추에이터(들)(1410, 1420)에 의해 챔버(1450) 내로 흡인될 수 있고, 오리피스(1432)들 밖으로 구동될 수 있다. 유체는 오리피스(1432)들 밖으로 고속으로 구동된다. 달성된 유체 속도는 위에서 설명한 것과 유사할 수 있다. 따라서, 유체는 채널(1490) 및 제트 채널(1480)에서 혼입된다. 나머지 혼입된 흐름은 제트 채널(1480)을 통과한다. 제트 채널(1480)은 혼입된 유체를 안내하도록 사용될 수 있고, 본 명세서에서 설명된 것과 유사한 방식으로 위치될 수 있다. 제트 채널(1480)을 빠져나가는 유체는 화살표로 표시된다. 따라서, 유체의 거시적 흐름(예를 들어, 위에서 설명된 유량 순서로)이 달성될 수 있다. 따라서, 시스템(1400)은 유체를 보다 효율적으로 이동시킬 수 있다.

따라서, 시스템(1400)은 시스템(들)(800, 900, 1000, 1100, 1200 및/또는 1300)의 이점 중 일부를 공유한다. 그러므로, 시스템(1400)은 원하는 유량으로 유체를 이동시키도록 사용될 수 있다. 따라서, 시스템(1400)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 15는 시스템(1500)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되고, 도 15는 축척이 아니다. 시스템(1500)은 단일 셀을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다수의 시스템(1500)이 1차원 또는 2차원으로 배열될 수 있다. 시스템(1500)이 시스템(100, 200, 300, 500, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300 및 1400)들과 유사하기 때문에, 유사한 구성요소는 유사한 도면 부호를 가진다. 도시된 실시예에서, 시스템(1500)은 상단 팬 요소(1110) 및 저부 팬 요소(1120), 내부에 오리피스(1132)들을 가지는 오리피스 플레이트(1130), 상단 챔버(1140), 저부 챔버(1150), 지지 구조물(1170), 채널(1190), 및 구멍(1182)을 가지는 제트 채널(1180)과 유사한 상단 팬 요소(1510), 저부 팬 요소(1520), 내부에 오리피스(1532)들을 가지는 오리피스 플레이트(1530), 상단 챔버(1540), 저부 챔버(1550), 지지 구조물(1570), 채널(1590)들, 및 구멍(1582)을 가지는 제트 채널(1580)을 포함한다. 그러므로, 시스템(1500)은 시스템(1100)과 유사하다. 어떠한 통기구도 도시되지 않았을지라도, 팬 요소(1510 및/또는 1520)들 중 하나 또는 둘 모두는 통기구/구멍들을 포함할 수 있다.

시스템(1500)은 시스템(1400)과 유사하고 유사한 방식으로 작동한다. 그러므로, 시스템(1500)은 분리기(15840)를 포함한다. 아울러, 제트 채널(1580)은 플러그(1586)들을 포함하며, 그 중 하나만이 넘버링다. 플러그(1586)들은 제트 채널(1580)을 통한 흐름을 조절하도록 사용될 수 있다. 또한, 채널(1590)들로의 유체 흐름 방향을 제어하도록 사용될 수 있는 후드(1594)가 도시되어 있다. 예를 들어, 유체는 팬 요소(1510)의 상단을 가로질러 안내될 수 있다. 그러므로, 유체의 거시적 흐름(예를 들어, 위에서 설명한 유량 순서대로)이 달성될 수 있다. 따라서, 시스템(1500)은 원하는 방향으로 유체를 보다 효율적으로 이동시킬 수 있다.

따라서, 시스템(1500)은 시스템(들)(800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300 및/또는 1400)의 이점 중 일부를 공유한다. 그러므로, 시스템(1500)은 원하는 유량으로 유체를 이동시키도록 사용될 수 있다. 따라서, 시스템(1500)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 16은 시스템(1600)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되고, 도 16은 축척이 아니다. 시스템(1600)은 단일 셀을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 다수의 시스템(1600)이 1차원 또는 2차원으로 배열될 수 있다. 시스템(1600)이 시스템(100, 200, 300, 500, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 및 1600)들과 유사하기 때문에, 유사한 구성요소는 유사한 도면 부호를 가진다. 도시된 실시예에서, 시스템(1600)은 상단 팬 요소(1310) 및 저부 팬 요소(1320), 내부에 오리피스(1332)들을 가지는 오리피스 플레이트(1330), 상단 챔버(1340), 저부 챔버(1350), 지지 구조물(1370), 채널(1390)들, 및 구멍(1382)을 가지는 제트 채널(1380)과 유사한 상단 팬 요소(1610), 저부 팬 요소(1620), 내부에 오리피스(1632)들을 가지는 오리피스 플레이트(1630), 상단 챔버(1640), 저부 챔버(1650), 지지 구조물(1670), 채널(1690)들, 및 구멍(1682) 및 분리기(1684)를 가지는 제트 채널(1680)을 포함한다. 그러므로, 시스템(1600)은 시스템(1300)과 유사하다. 어떠한 통기구가 도시되어 있지 않았을지라도, 팬 요소(1510 및/또는 1520)들 중 하나 또는 둘 모두는 통기구/구멍들을 포함할 수 있다. 시스템(1600)은 또한 캐스케이드 셀(cascaded cell)들을 포함한다. 따라서 시스템(1600)은 팬 요소(1610 및 1620), 채널(1690), 상단 챔버(1640), 저부 챔버(16450), 분리기(1684)와 유사한, 팬 요소(1610A 및 1620A)들, 채널(1690A)들, 상단 챔버(1640A), 저부 챔버(1650A) 및 분리기(1684A)를 포함한다.

팬 요소(1610A, 1610B, 1680A 및/또는 1680B)들은 진동한다. 일부 실시예에서, 팬 요소(1610A 및 1620A, 1610 및 1620)들의 쌍은 180°역위상으로 진동한다. 따라서, 상단 액추에이터(1610/1610A)가 오리피스 플레이트(1630)로부터 멀어지게 이동/굽혀짐에 따라서, 저부 액추에이터(1620/1620A)는 오리피스 플레이트(1630)에 더 근접하여 이동/굽혀진다. 결과적으로, 유체는 채널(1690 및 1690A)들에서 혼입된다. 제트 채널(1680)은 혼입된 유체를 안내하도록 사용될 수 있다. 구멍(1682)들을 통해 제트 채널(1680)을 빠져 나가는 유체는 화살표로 도시된다.

시스템(1600)은 캐스케이드형 아키텍처(cascaded architecture)이다. 캐스케이드의 각각의 레벨은 시스템(1300)과 유사한 시스템을 포함한다. 그러나, 다른 구성이 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 팬 요소들은 캐스케이드로 정렬된다. 일부 실시예에서, 캐스케이드에서의 팬 요소들은 오프셋될 수 있다. 시스템(1600)은 위에서 설명된 시스템과 유사한 방식으로 작동한다. 그러나, 캐스케이드형 액추에이터의 사용은 혼입된 유체 흐름 및/또는 압력이 조정되는 것을 가능하게 할 수 있다. 그러므로, 유체의 거시적 흐름(예를 들어, 위에서 설명된 유량 순서로)이 달성될 수 있다. 따라서, 시스템 팬(1600)은 유체를 보다 효율적으로 이동시킬 수 있다.

따라서, 시스템(1600)은 시스템(들)(800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 및/또는 1500)의 이점 중 일부를 공유한다. 그러므로, 시스템(1600)은 원하는 유량으로 유체를 이동시키도록 사용될 수 있다. 그러므로, 시스템(1600)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 17은 팬으로서 사용될 수 있는 시스템(1700)의 실시예를 도시하는 도면이다. 명료성을 위해, 특정 구성요소만이 도시되어 있고, 도 17은 축척이 아니다. 시스템(1700)은 단일 셀을 포함하는 것으로서 도시되어 있다. 그러나, 다수의 시스템(1700)은 1차원 어레이(예를 들어, 라인 또는 라인 세그먼트(들)) 또는 2차원 어레이로 배열될 수 있다. 따라서, 시스템(1700)은 또한 다수의 시스템(1700)을 포함할 수 있는 더욱 큰 시스템에서 단일 셀로서 보여질 수 있다. 시스템(1700)은 모바일 컴퓨팅 디바이스, 비-모바일 디바이스에서 사용되고 및/또는 다른 디바이스와 함께 사용될 수 있다.

시스템(1700)은 저부 팬 요소(1720)를 포함한다. 팬 요소(1720)는 팬 요소(120, 220, 310, 320, 420, 820, 920, 1020, 1120, 1220, 1320, 1420, 1520 및 1620)들과 같은 본 명세서에 설명된 팬 요소와 유사할 수 있다. 팬(1700)은 위에서 설명된 것과 유사한 치수를 가질 수 있다. 그러므로, 팬 요소(1720)는 기판, 압전기 층 및 전극(도 17에 별도로 도시되지 않음)을 포함할 수 있다. 단순화를 위해 팬 요소 및 기타 전자 기기에 대한 리드는 도시되지 않는다. 내부에 오리피스(932)들을 가지는 오리피스 플레이트(1730)는 오리피스(132, 232, 332, 432, 632, 832, 932, 1032, 1132, 1232, 1332, 1432, 1532 및/또는 1632)를 각각 가지는 오리피스 플레이트(30, 230, 330, 430, 630, 830, 930, 1030, 1130, 1230, 1330, 1430, 1530 및/또는 1630)와 유사하다. 특정 수, 크기 및 분포의 오리피스(1732)들이 도시되었을지라도, 다른 수(단일 오리피스 또는 다스의 오리피스를 포함하는), 다른 크기(들) 및 다른 분포의 오리피스(들)가 사용될 수 있다. 시스템(1700)은 도 1에 도시된 시스템(100)뿐만 아니라, 도 6에 도시된 시스템(600)과 유사하다. 오리피스 플레이트(1730)들은 팬 요소(1720)의 팁 부근에 위치된다. 또한, 지지 구조물(1770)에 있는 채널(1790)들 뿐만 아니라, 도 17에서의 화살표로 표시된 방향으로 유체(예를 들어, 공기)를 혼입하도록 사용되는 측벽(1774)들에서의 구멍(1792)들이 도시되어 있다.

시스템(1700)은 시스템(100 및 600)과 유사한 방식으로 작동한다. 그러므로, 팬 요소(1720)는 도 17에서 넘버링되지 않은 양방향 화살표로서 도시된 바와 같이 진동한다. 이러한 진동 운동은 유체가 챔버(1750)로부터 오리피스(1732)를 통해 제트 채널(1780) 내로 구동되게 한다. 오리피스(1732)들을 통해 구동된 유체는 본 명세서에서 설명된 속도(예를 들어, 적어도 30 m/s)로 이동할 수 있다. 그러므로, 저압 영역이 제트 채널(1780)에서의 오리피스 플레이트(1730) 외부(예를 들어, 챔버(1750)의 반대편)에 형성된다. 저압 영역은 위에서 설명된 것과 유사한 방식으로 채널(1790)들을 통해 큰 체적의 유체를 혼입한다. 그러므로, 위에서 설명된 것과 유사한 유량(예를 들어, 오리피스(1732)들을 통한 유량만큼 곱해진 적어도 3 내지 5 이상)은 채널(1790)들을 통해 달성될 수 있다. 이러한 유체는 또한 제트 채널(1780)을 통해 이동하고, 구멍(1792)들을 통해 빠져 나간다.

따라서, 시스템(1700)은 시스템(들)(800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500 및/또는 1600)의 이점 중 일부를 공유한다. 그러므로, 시스템(1700)은 원하는 유량으로 유체를 이동시키도록 사용될 수 있다. 따라서, 시스템(1700)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

도 18은 모바일 디바이스에 있는 능동적 팬 요소를 구동하기 위한 방법(1800)의 실시예를 도시하는 흐름도이다. 방법(1800)은 단순화를 위해 도시되지 않은 단계를 포함할 수 있다. 방법(1800)은 시스템(700)과 관련하여 설명된다. 그러나, 방법(1800)은 본 명세서에서 설명된 시스템 및 셀을 포함하지만 이에 제한되지 않는 다른 시스템과 함께 사용될 수 있다.

1802에서, 시스템에 있는 팬 요소(들) 중 하나 이상이 진동하도록 작동된다. 1802에서, 원하는 주파수를 가지는 전기 신호가 팬 요소(들)를 구동하도록 사용된다. 일부 실시예에서, 팬 요소는 1802에서 구조적 및/또는 음향 공진 주파수에서 또는 그 부근에서 구동된다. 구동 주파수는 예를 들어 시스템(700)에 대해 15 ㎑ 이상(예를 들어, 적어도 20 ㎑)일 수 있다. 다수의 팬 요소가 1802에서 구동되면, 팬 요소는 역위상으로 구동될 수 있다. 일부 실시예에서, 팬 요소들은 실질적으로 180° 역위상으로 구동된다. 예를 들어, 팬 요소는 인접한 팬 요소와 반대 방향으로 진동할 수 있다. 일부 실시예에서, 개별 팬 요소는 역위상으로 구동된다. 예를 들어, 팬 요소의 상이한 부분들은 반대 방향으로 진동하도록 구동될 수 있다. 또한, 1802에서, 팬 요소들은 오리피스를 빠져나가는 유체가 예를 들어 본 명세서에서 설명된 범위에서 높은 속도를 갖도록 구동된다. 그러므로, 낮은 압력이 오리피스 플레이트에서 발생하고, 유체는 채널들을 통해 흡인될 수 있다.

압전기 팬 요소(들)로부터의 피드백은 1804에서 구동 전류를 조정하도록 사용된다. 일부 실시예에서, 조정은 팬 요소(들) 및/또는 시스템의 음향 및/또는 구조적 공진 주파수/주파수들에서 또는 그 부근에서 주파수를 유지하도록 사용된다. 특정 팬 요소의 공진 주파수는 예를 들어 온도에서 변화로 인해 드리프트될 수 있다. 1804에서 만들어진 조정은 공진 주파수에서의 드리프트가 설명되는 것을 가능하게 한다.

예를 들어, 시스템(700)(예를 들어, 셀(600)들)에서의 팬 요소(들)는 1802에서 구조적 공진 주파수/주파수들로 구동될 수 있다. 이러한 공진 주파수는 또한 챔버(650)에 대한 음향 공진 주파수 또는 그 부근에 있을 수 있다. 1804에서, 피드백은 시스템(700)의 팬 요소(들)를 공진 상태로, 다수의 팬 요소가 구동되는 일부 실시예에서, 180°역위상으로 유지하기 위해 사용된다. 그러므로, 시스템(700)을 통한 유체 흐름을 구동할 때 팬 요소(들)의 효율이 유지될 수 있다. 일부 실시예에서, 1804는 팬 요소(들)를 통해 전류를 샘플링하고, 공진 및 낮은 입력 전력을 유지하기 위해 전류를 조정하는 것을 포함한다. 그 결과, 오리피스(632)들을 통한 높은 속도가 달성될 수 있고, 채널(690)들을 통해 높은 체적의 유체가 흡인될 수 있다.

그러므로, 시스템(들)(600, 700, 800, 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400, 1500, 1600 및/또는 1700)과 같은 시스템은 원하는 유량으로 유체 흐름을 구동하도록 작동될 수 있다. 따라서, 방법(1800)을 이용하는 디바이스의 성능이 개선될 수 있다.

전술한 실시예는 이해의 명료성을 위해 일부 상세하게 설명되었을지라도, 본 발명은 제공된 세부 사항으로 제한되지 않는다. 본 발명을 구현하는 많은 대안적인 방법이 있다. 개시된 실시예는 예시적이며 제한적이지 않는다.

Claims (20)

1. 시스템으로서,
   내부에 적어도 하나의 오리피스를 가지는 오리피스 플레이트;
   상기 적어도 하나의 오리피스를 통해 유체를 구동하기 위해 진동 운동을 겪도록 구성된 팬 요소; 및
   적어도 하나의 채널을 포함하며, 상기 유체는 상기 적어도 하나의 오리피스를 통해 구동되는 유체에 응답하여 상기 적어도 하나의 채널을 통해 흡인되는, 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 오리피스들을 통해 유체를 구동하는 진동 운동은 상기 오리피스 플레이트에 근접한 저압 영역을 제공하며, 상기 유체는 형성되는 상기 저압 영역에 응답하여 상기 적어도 하나의 채널을 통해 흡인되는, 시스템.
3. 제1항에 있어서, 지지 구조물을 추가로 포함하며, 상기 팬 요소는 복수의 가장자리를 포함하고, 상기 복수의 가장자리 중 적어도 하나는 상기 복수의 가장자리의 가장자리가 자유롭게 진동하도록 상기 지지 구조물에 고정되는, 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 채널의 경계는 상기 팬 요소에 의해 한정되고, 상기 오리피스 플레이트는 상기 가장자리에 근접한, 시스템.
5. 제4항에 있어서, 상기 유체는 상기 팬 요소의 표면에 실질적으로 평행하게 흐르는, 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 팬 요소는 상기 팬 요소의 중앙 부분이 진동 운동을 겪도록 복수의 고정된 가장자리를 포함하는, 시스템.
7. 제6항에 있어서, 제트 채널을 추가로 포함하며, 상기 채널을 통해 흐르는 유체는 상기 제트 채널에 실질적으로 직각인 방향으로 흐르는, 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 제트 채널의 가장자리는 상기 제트 채널 벽에 의해 형성되며, 상기 제트 채널 벽은 내부에 구멍을 가지며, 상기 채널과 상기 제트 채널은 유체가 상기 구멍을 통해 구동되도록 구성되는, 시스템.
9. 제6항에 있어서, 추가 팬 요소를 추가로 포함하며, 상기 추가 팬 요소는 상기 추가 팬 요소의 추가 중앙 부분이 추가 진동 운동을 겪도록 추가의 복수의 고정된 측면을 포함하는, 시스템.
10. 제9항에 있어서, 상기 추가 팬 요소의 추가 진동 운동은 상기 팬 요소의 진동 운동과 역위상(out-of-phase)인, 시스템.
11. 시스템으로서,
    복수의 셀을 포함하며, 각각의 셀은 오리피스 플레이트, 팬 요소, 및 적어도 하나의 채널을 포함하며, 상기 오리피스 플레이트는 내부에 적어도 하나의 오리피스를 가지며, 상기 팬 요소는 상기 적어도 하나의 오리피스를 통해 유체를 구동하기 위해 진동 운동을 겪도록 구성되며, 상기 유체는 상기 적어도 하나의 오리피스를 통해 구동되는 유체에 응답하여 상기 적어도 하나의 채널을 통해 흡인되는, 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 오리피스들을 통해 유체를 구동하는 진동 운동은 상기 오리피스 플레이트에 근접한 저압 영역을 제공하며, 유체는 형성되는 상기 저압 영역에 응답하여 상기 적어도 하나의 채널을 통해 흡인되는, 시스템.
13. 제11항에 있어서, 상기 복수의 셀의 각각은 지지 구조물을 추가로 포함하고, 상기 팬 요소는 복수의 가장자리를 포함하고, 상기 복수의 가장자리 중 적어도 하나는 상기 복수의 가장자리의 가장자리가 자유롭게 진동하도록 상기 지지 구조물에 고정되는, 시스템.
14. 제13항에 있어서, 상기 채널의 경계는 상기 팬 요소에 의해 한정되며, 상기 오리피스 플레이트는 상기 가장자리에 근접한, 시스템.
15. 제14항에 있어서, 상기 유체는 팬 요소의 표면에 실질적으로 평행하게 흐르는, 시스템.
16. 제11항에 있어서, 상기 팬 요소는 상기 팬 요소의 중앙 부분이 진동 운동을 겪도록 복수의 고정된 가장자리를 포함하는, 시스템.
17. 제16항에 있어서, 제트 채널을 추가로 포함하며, 상기 채널을 통해 흐르는 유체는 상기 제트 채널에 실질적으로 직각인 방향으로 흐르는, 시스템.
18. 제11항에 있어서, 상기 복수의 셀은 상기 오리피스 플레이트를 공유하는, 시스템.
19. 방법으로서,
    오리피스 플레이트의 적어도 하나의 오리피스를 통해 유체를 구동하기 위해 진동 운동을 겪도록 팬 요소를 구동하는 단계로서, 상기 유체는 상기 적어도 하나의 오리피스를 통해 구동되는 유체에 응답하여 상기 적어도 하나의 채널을 통해 흡인되는, 상기 단계; 및
    상기 진동 운동의 주파수를 제어하도록 피드백을 이용하는 단계를 포함하는, 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 오리피스를 통해 유체를 구동하는 단계는 상기 오리피스 플레이트에 근접한 저압 영역을 제공하며, 상기 유체는 형성되는 상기 저압 영역에 응답하여 상기 적어도 하나의 채널을 통해 흡인되는, 방법.

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