TWI732763B - 微流體扇 - Google Patents

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TWI732763B
TWI732763B TW105116921A TW105116921A TWI732763B TW I732763 B TWI732763 B TW I732763B TW 105116921 A TW105116921 A TW 105116921A TW 105116921 A TW105116921 A TW 105116921A TW I732763 B TWI732763 B TW I732763B
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羅柏特 索爾斯隆德
彼德 尼爾森
艾爾 畢喬尼克莉特
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瑞典商寒風科技有限公司
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Abstract

本發明揭示一種用於控制一氣態流體之流動之裝置(1、100)。該裝置包括一第一電極(10、110)及沿該流動之一順流方向自該第一電極偏移之一第二電極(20、120)。該等電極可連接至一電壓源。一導熱凸緣(30)經配置以在平行於該流動之一方向之一平面中延伸且經調適以耗散來自該氣態流體之熱量。該第一電極之至少一部分具有沿平行於該流動方向之一方向之一最大高度(h1)及沿正交於該流動方向之一方向之一最大寬度(w1)，其中該最大高度大於該最大寬度以改良該裝置之泵抽效率。本發明亦揭示一種用於製造該裝置之方法及一種用於藉由此裝置而控制一流體流動之方法。

Description

微流體扇
本發明係關於用於冷卻氣態流體之裝置。更精確言之，本發明係關於一種用於控制及冷卻一氣態流體之流動之電流體動力裝置以及用於製造及控制此裝置之方法。
電子系統之效能在很大程度上受限於可用於使電子器件保持於一適當溫度範圍內之冷卻技術。具有改良效能之較小電子裝置與一相對較小面積上之增強散熱性相關聯。換言之，需要不斷提高電子裝置之冷卻空間效率及冷卻能效。
作為一實例，衛星(諸如電信衛星)正接近既有板上熱管理系統之技術限制。此等衛星之功率耗散增加以滿足廣播、寬頻多媒體及行動通信服務之日益增長需求。需要自電子組件(單晶片衛星)消除低質量熱之微衛星、奈衛星或「立方體」衛星可能需要用於更小型化熱管理系統來維持一高效能。
冷卻亦係諸如(例如)WiFi路由器及電腦之電子器件及諸如發光二極體(LED)之半導體照明裝置之一關鍵因數，為此，期望消除過量熱量來提供適當光輸出且達成預期壽命。在諸多LED照明應用中，使用散熱器來消除熱量以自LED吸走熱量且將熱量耗散至周圍空氣中。然而，此被動冷卻不足以用於需要比習知散熱器可提供之冷卻位準高之冷卻位準之高功率LED。此外，散熱器及均熱器會佔用大量空間，增 加重量，且通常需要特定定向來最佳化效能。
已使用主動冷卻系統(其使用空氣或其他流體之強制流動來改良冷卻效率)來解決此等問題。此等主動冷卻系統之一實例包含電流體動力(EHD)泵，其中離子化粒子或分子與電場相互作用且引入一冷卻介質之流動。
即使此等EHD泵可用於各種冷卻應用中，但仍需要一改良裝置及方法來控制一氣態流體之流動且提供改良冷卻效率。仍需要此等裝置之一改良製造方法。
本發明之一目的係依使得一氣態流體之輸送及冷卻之效率被改良之一方式控制該氣態流體之流動。
相應地，本發明提供具有獨立技術方案之特徵之一裝置及一控制方法。附屬技術方案界定有利實施例。
在一第一態樣中，提供一種用於控制一氣態流體之流動之裝置。該裝置包括一第一電極及一第二電極，其中該第二電極之至少一部分沿該流動之一順流方向自該第一電極之至少一部分偏移，且其中該等電極可連接至一電壓源。該裝置進一步包括至少一導熱凸緣，其在平行於該流動之一方向之一平面中延伸且經調適以耗散來自該氣態流體之熱量。該第一電極包括具有沿平行於該流動方向之一方向之一最大高度及沿正交於該流動方向之一方向之一最大寬度的至少一部分，其中該最大高度大於該最大寬度，較佳地，係該最大寬度之至少2倍。該最大高度亦可為該最大寬度之3倍、4倍、5倍或6倍或更大。
在一第二態樣中，提供一種用於製造根據第一態樣之一裝置之方法。
在一第三態樣中，提供一種用於控制一氣態流體之流動之方法。該方法包括：提供根據第一態樣之一裝置；提供接觸該裝置之第 一電極之一氣態流體；及在第一電極與第二電極之間施加一電位差。
應瞭解，術語「凸緣」係在至少部分平行於氣態流體之一主方向之一平面中延伸之一基本上呈片形之結構。此外，「導熱」係指自(例如)經過凸緣之氣態流體接收熱能且自氣態流體及與凸緣之間之界面轉走所接收之熱能的能力。可藉由(例如)彎曲、注射模製、軋製或任何其他適合製造技術而獲得凸緣。
應瞭解，術語「流動之方向」或「流動方向」係氣態流體在操作期間通過裝置之所得凈流動之主方向。該術語亦可指稱「所欲流動方向」。
若干優點與本發明相關聯。首先，可藉由形成其高度相對大於其寬度之一第一電極而達成一相對較高電場集中度，其可促進離子注入至周圍流體。此外，一相對較高電場集中度可促進泵抽流體之流動。其次，可藉由配置一導熱凸緣使得其主定向或延伸基本上平行於流體流動方向而增大氣態流體與凸緣之間之熱相互作用之一表面或界面以便提供一改良熱傳遞。熱相互作用之表面越大，可達成之冷卻效率越高。再者，一相對較高且較窄之第一電極可減小裝置之一流動阻力，此係因為通過流體可暴露於一相對較小電極面積，如沿流動之一橫向方向所見。
在一實例中，該第一電極之至少一部分可包括形成朝向該第二電極導引之一邊緣或尖端之一漸縮部分。可藉由使該第一電極具有鳥嘴狀或尖頭部分而改良將該第一電極之每單位面積電子注入至該氣態流體中。增加電子之發射可提高電流體動力效應，增加通過該裝置之流動，且因此改良該裝置之泵抽及/或冷卻效率。此外，提高自該第一電極之電子發射效率可有利地允許減小通過或經過該第一電極之流動阻力，此係因為可在無需減小注入電流之情況下減小開口面積，即，該流體可通過之面積。
此外，該第一電極包括具有形成背向該第二電極導引之一邊緣或尖端之一漸縮部分之至少一部分。換言之，沿與該流體之該流動方向相反之一方向導引或指引該漸縮部分，其可有利地流線化網格之上游部分以便減小流動阻力且提高該裝置之效率。在一實例中，該第一電極之至少一部分包括一通道或複數個通道，其經調適以允許該流體流動通過該通道。可藉由配置通過該第一電極之材料之一通路而增加流動及/或減小流動阻力。
該第一電極與該第二電極之間之距離或間隔可經變動以便控制該等電極之間所誘發之電場之強度。實驗表明，一較小間隙及因此一較強誘發電場可實現比具有一較大間隙且供應有相同電功率之裝置高之泵效率或流動速率。間隔可(例如)在10μm至3000μm之範圍內，且更佳地，在400μm至2000μm之範圍內。
根據一實施例，該第一電極可包括形成一網格結構之橋接件及接合點，該網格結構可經配置以允許該氣態流體通過該第一電極，且其中該第一電極之部分形成該等橋接件之至少一者之部分。
應瞭解，「網格」係包括彼此接合成(例如)一格柵、網或蜂窩狀結構等等之橋接件之任何結構。該等橋接件及該等接合點可界定可容許一流體流進入之該網格之開口面積。此外，應瞭解，該網格可包括具有其高度與寬度或口徑之間之上述特定比率之若干橋接件。作為一實例，整個網格而非其周邊部分可(例如)由此等橋接件形成。在另一實例中，該網格之大多數或所有橋接件可滿足最大高度/口徑關係。
可藉由形成使其高度相對大於其寬度之橋接件之一網格而使該網格相對較剛性以使其能夠沿該等橋接件之高度方向或該流動方向承受負載。藉此，實現不易於彎曲或變形(尤其沿該流動方向)之一相對較剛性電極，且因此可降低該裝置之(例如)短路之風險。此外，相對較剛性且較穩定之網格可仍具有一相對較大開口面積，其可提供由通 過該網格之該流體滿足之一相對較低流動阻力。此外，該等相對較高且較窄之橋接件可減少形成一相對較穩定且較剛性之網格所需之材料量，其可減少該裝置之重量及成本兩者。可藉由使用一相對較剛性網格而減少對額外支撐結構之需要且達成該第一電極與該第二電極之間之一相對界定較明確且較恆定之間隔。
歸因於該等橋接件之相對較大高度，該等橋接件亦可提供該網格結構與該通過流體之間之一相對較大接觸表面，其可促進該電極與該流體之間之任何相互作用，諸如(例如)材料之擴散及/或離子或電子之注入。
根據一實施例，該第一電極可經形成為具有對應於最大高度之一高度或長度及對應於最大寬度之一寬度或厚度之一桿。該桿可(例如)經形成為一圓柱體、支柱或針，且可為中空的、實心的或多孔的。在一實例中，該桿可經調適以使氣態流體流動通過其內部。此外，該桿可具有較佳地沿該流體流動之一方向之一漸縮或尖端部分。在另一實例中，該第一電極可由複數個桿形成或包括複數個桿，該複數個桿可(例如)經配置以便具有基本上平行於該流體流動之一長度延伸及/或配置成二維或三維陣列。使用複數個桿且因此使用複數個發射點之優點在於：其可增加射極之冗餘。
根據一實施例，該第一電極可經形成為在與該流動方向相交之一平面中具有一圓形或多邊形橫截面之一桿。
根據一些實施例，該裝置包括複數個凸緣，其(例如)可經配置成經配置以允許該氣態流體通過該裝置之一層狀結構。替代地或另外，該裝置可包括複數個相互相交凸緣及/或至少部分配置於該第一電極之至少一部分周圍之凸緣。此允許該第一電極由該等凸緣至少部分接納或配置於由該等凸緣界定之一體積內以便節省空間。
根據一實施例，該第二電極電連接至該導熱凸緣。該凸緣可(例 如)至少部分導電且可藉此充當一延伸第二電極。
根據一實施例，該第二電極可與該導熱凸緣一體成型，即，與該凸緣形成一體。在此情況中，可考量使該第二電極用作一第二電極及一導熱或冷卻凸緣兩者。將該第二電極之電功能與該凸緣整合可有利地允許一裝置需要較小空間及/或較少數目個分開部分，其可促進製造且節省成本。
根據一些實施例，該第一電極及該第二電極之至少一者可包括面向(例如)該等電極之另一者之一結構化表面部分。該結構化表面部分可包括可增大該表面部分之面積之微結構及/或奈米結構。該等微結構及/或奈米結構可(例如)包含丘陵狀、山脊狀、拋物面狀、柱狀或溝渠狀幾何外形。增大該等電極之表面積之優點在於：其可改良發射及/或收集電子之能力且因此提高該電極之效率。此外，可藉由通過微結構及/或奈米結構來增大表面積而在一相對較小表面部分上達成一相對角高作用表面積。此有利地允許一相對較大作用表面積及一相對較低流動阻力。一相對較大作用面積亦可增加該電極之壽命，此係因為其可對使表面鈍化之污染物更不敏感。
根據一實施例，該第二電極包括面向該第一電極之一凹面部分。一凹面部分之優點在於：其可提供比一平面部分增大之一表面積，藉此提高收集電子(例如由該第一電極發射之電子)之能力。該凹面可與(例如)一圓形之一弧或一球體或一圓柱體之一表面等形以使其中心軸或對稱軸位於該第一電極之一邊緣或尖端處。藉此，可在該第一電極與該第二電極之間達成一均勻電場。
根據一實施例，該裝置可包括經配置以使該第二電極沿該流動方向與該第一電極分離之一支撐結構。該支撐結構可(例如)不具導電性且具有一界定明確厚度以便維持該第一電極與該第二電極之間之一所要間隔。該支撐結構可(例如)經形成為包括(例如)陶瓷或聚合物之 一網格或一間隔物，且該第一電極及/或該第二電極可藉由(例如)熔接、壓配合、膠合、錫焊、銅焊、塗釉或燒結而連接至該支撐結構或配置於該支撐結構上。該支撐結構可包括經調適以使該第一電極與該第二電極對準及/或使若干堆疊裝置彼此對準之一對準結構。該對準結構可(例如)包括一突出部件及一接納部件(諸如一凹陷或凹口)，其中該突出部件經調適以與另一支撐結構之一對應接納部件協作，且反之亦然。藉此，可促進該等電極及/或該裝置之組裝及對準。
根據進一步實施例，該第一電極、該第二電極及該支撐結構之至少一者包括經配置以緩解或補償熱誘發應力(尤其在正交於該流體流動方向之一平面中及/或沿該第一電極或該第二電極之至少一部分之一主長度方向)之一懸吊結構或變形結構。該變形結構可(例如)由在正交於該流動方向之該平面中彎曲之一橋接件形成。由於該橋接件在正交於電極高度(即，該流動方向)之該平面中暴露於應力或扭力，所以該橋接件可歸因於其相對較大高度及相對較小口徑而趨向於在該平面中而非沿該流動或高度方向變形。替代地，該懸吊結構經調適以將一拉伸應力施加於電極，使得其可在熱膨脹期間維持其沿一主長度方向之形狀。該變形(或懸吊)結構有利地允許一裝置對熱誘發應力及熱膨脹更不敏感。藉此，可達成具有相對界定較明確尺寸及一相對較可靠形狀之一裝置。此外，該變形結構可允許組合具有不同熱膨脹係數(CTE)之材料。作為一實例，該第一電極及/或該第二電極可由具有一第一CTE之一材料形成，而該第一電極及/或該第二電極可附接至其之該支撐結構可具有另一CTE。在此情況中，可將一變形結構設置於該等電極及/或該支撐結構中以便使可由CTE差異引起之任何內部熱應力能夠由在正交於該流體流動方向之該平面中變形之該變形結構吸收。因此，該變形結構可實現具有一延長壽命之一更可靠裝置。
根據一實施例，該第一電極及/或該第二電極及/或該支撐結構由 經選擇性沈積以便形成所要結構之一材料形成。該材料可(例如)包括一或若干金屬之一堆疊結構。該沈積方法可(例如)包括模製、電鍍、絲網印刷、塗釉、濺鍍、蒸鍍或燒結。
替代地或另外，製造可包括：(例如)藉由自一基板選擇性移除材料而移除材料。適合技術之實例可包含切割、銑切、蝕刻及噴砂。
該第一電極及/或該第二電極可有利地包括具有一相對較好電子發射能力且具有相對於泵抽流體之化學穩定性或惰性的一材料。此外，該材料具有一相對較強耐高溫性。此等材料之實例可包含(例如)Pt、Au、Ni、W、Zr及不鏽鋼。
根據一實施例，該裝置可包括一傳熱元件，其經配置以將熱量自該第一電極及該第二電極之至少一者傳遞至一基板以改良該裝置之冷卻效率。該傳熱元件可(例如)由配置於該裝置與一印刷電路板之間之一金屬板形成。
根據一實施例，該第一電極與該第二電極之間之該外加電位差可隨時間變動。實驗表明，可藉由(例如)使該電位差交變於一第一正值與零之間及/或交變於一正值與一負值之間而改良每單位面積之流體流動且因此改良泵效率，其歸因於該等電極之改良電弛豫。
在一實例中，該裝置及一電組件(諸如待冷卻之一組件)可連接至一共同電位，諸如(例如)接地。
可藉由本發明之實施例而泵抽之氣態流體之實例包含(例如)諸如氮氣、氦氣、氧氣、氬氣及二氧化碳及其等之任何混合物之介電質。在一實例中，該氣態流體包括環境空氣。
亦應瞭解，本發明之實施例可包括根據下述實施例之任何者之複數個裝置，其等在諸如一PCB之一基板上配置成一陣列或矩陣。此陣列之裝置可(例如)對諸如一LED陣列之多個電組件提供冷卻。
此外，該裝置可具有一電絕緣外殼或連接至接地之一導電外殼 以便保護(例如)一使用者免受電擊。
在本說明書中，術語「泵」或「泵總成」可包含能夠在裝置內產生一氣態流體之一移動、電流或流動及/或使一氣態流體通過裝置之任何裝置。該術語可與術語「風扇」或「風扇總成」互換使用。
將在研習以下詳細揭示內容、圖式及隨附申請專利範圍時明白本發明之進一步目的、特徵及優點。熟悉技術者認識到，即使本發明之不同特徵敘述於不同技術方案中，但其等可組合成除下文將描述之實施例之外之實施例。
1‧‧‧裝置
10‧‧‧第一電極/射極/桿
11‧‧‧橋接件
12‧‧‧接合點
16‧‧‧尖端
20‧‧‧第二電極/集極
30‧‧‧導熱凸緣
40‧‧‧蓋/保護板
50‧‧‧傳熱元件
100‧‧‧堆疊裝置
110‧‧‧第一電極/射極/電子發射電極
111‧‧‧橋接件
112‧‧‧接合點
115‧‧‧變形結構/懸吊結構
120‧‧‧第二電極/集極/電子收集電極
125‧‧‧變形結構/懸吊結構
129‧‧‧電接點部分
130‧‧‧網格間隔物/支撐結構
140‧‧‧階段間隔物/堆疊結構
142‧‧‧對準結構
150‧‧‧電連接器/電端子/電連接件
200‧‧‧風扇總成
A‧‧‧中心軸
d‧‧‧距離/間隙
h1‧‧‧最大高度
w1‧‧‧最大寬度
將透過本發明之實施例之以下繪示性且非限制性詳細描述而較佳理解本發明之上述及額外目的、特徵及優點。將參考附圖，其中：圖1係根據本發明之一實施例之一裝置之一示意透視圖；圖2a至圖2d展示根據本發明之一實施例之第一電極之透視圖；圖3a及圖3b繪示根據本發明之一實施例之凸緣配置及一第二電極；圖4展示根據一實施例之一裝置之一透視圖；圖5a及圖5b係根據本發明之實施例之具有一懸吊結構之一電極之俯視圖；圖6係根據本發明之一實施例之一總成(諸如一風扇總成)之一橫截面；及圖7a及圖7b用圖形繪示根據本發明之一實施例之施加於裝置之電流脈衝。
所有圖係示意性的，一般不按比例繪製，且大體上僅展示闡明本發明所需之部分，而其他部分可被省略或僅被暗示。
圖1展示包括一第一電極或射極10及一第二電極或集極20之一裝 置1，第二電極或集極20具有經配置以沿流動之一順流方向(由箭頭指示)自射極10之一部分偏移之至少一部分。根據本實施例，集極20與可由(例如)三個導電銅片(其等各在平行於流動方向之一各自平面中延伸)形成之一導熱凸緣30整合。
射極可經形成為一桿10，其具有沿流動方向之一垂直延伸部分或最大高度h1及沿垂直於或至少相交於流動方向之一方向之一橫向延伸部分或最大寬度w1。如本圖中所展示，最大高度h1大於最大寬度w1以因此使桿10具有沿流動方向之一長形形狀。桿10亦可具有指向流動方向之一或若干尖端16，藉此增加射極之可能發射點之數目。
在操作期間，射極10及集極20可連接至一電壓源(圖中未展示)以便至少沿所欲流動方向之一方向誘發射極10與集極20之間之一電場，藉此誘發氣態流體沿該方向之一運動。當流體通過裝置1時，由流體攜載之熱能可在與凸緣30熱接觸之後被傳遞至凸緣30且最終被耗散至裝置1之周圍環境。
圖2a至圖2d展示類似於圖1中所展示之裝置1的一裝置之第一電極或射極10之不同實例。在圖2a中，射極10可包括形成允許一流體流動通過射極10之一網格之橋接件11及接合點12。射極10在垂直於所欲流動方向(由圖1中之箭頭指示)之一平面中具有一橫向延伸部分，而橋接件11之至少一者之至少一部分具有大於其對應寬度w1之一最大高度h1。
圖2b揭示另一實例，其中射極10經形成為具有一矩形橫截面及一尖端之一桿或支柱。此外，射極10可經形成為具有複數個尖端之一圓柱形桿(如圖2c中所展示)，及/或包括一或若干針狀體(如圖2d中所展示)。
圖3a及圖3b揭示類似地經構形為參考圖1及圖2a至圖2d所描述之裝置的一裝置1。裝置1可包括複數個導熱凸緣30，其等之各者在平行 於流動且源自於裝置10之一共同中心軸A之一各自平面中延伸。此外，一蓋或保護板40可經配置於與流動方向相交且位於凸緣30之頂端處(即，位於凸緣之一下游端處)之一平面中。蓋40可經形成為具有用於使流動通過裝置1之一通孔之一圓盤。集極20可經配置於凸緣之頂端處，較佳地接近通孔，且可(例如)由類似於參考圖2a所描述之射極之結構的一網或網格結構形成，或包括經配置以在與流動方向相交之一平面中延伸之複數個導線。此外，凸緣30可經調適以形成沿裝置1之一長軸延伸之一空間或空隙以便容納一射極10，射極10可(例如)經形成為經調適以至少部分插入於由凸緣30界定之該空間或空隙中之一桿(圖中未展示)。圖3a展示此一裝置1之一透視圖，而圖3b展示自下方觀看之一視圖，如沿流動方向所見。
圖4揭示根據另一實施例之一裝置，其可類似地經構形為參考先前圖所討論之裝置之任何者。裝置1包括一集極，其可經形成為沿流動方向(由箭頭指示)定向之凸緣30之一層狀結構。凸緣可(例如)由一導熱且導電之一平坦片狀材料(諸如銅)(其可經彎曲以形成一層狀結構)形成。一射極10可經配置於凸緣30之上游端以與凸緣隔開達一距離d。射極10可(例如)形成如先前所討論之一網格結構或由一或若干導線形成。射極10及集極20可經配置成沿流動方向彼此隔開達一正距離d。間隔可(例如)由一支撐結構或經配置於射極10與集極20之間之網格間隔物維持。可期望一相對較窄間隙d，此係因為此間隙可提供一相對較高電場且因此增強影響流動速率之電流體動力效應。
射極10及集極20可附接至可經配置以傳遞或耗散來自射極10及集極20之至少一者之熱量之一傳熱元件50。如圖4中所展示，傳熱元件50可由(例如)一金屬片形成且可經壓配合或回焊至一印刷電路板(圖中未展示)中之接納結構中。在操作期間，來自通過氣態流體之熱量可經由傳熱元件50而自(例如)集極20耗散至印刷電路板。
根據一些實施例，裝置可包括經調適以吸收或防止第一電極及/或第二電極之熱誘發變形之一懸吊結構。該懸吊結構(其亦可指稱一變形結構)可(例如)經調適以將一拉伸應力施加於電極之任何者、該(等)電極之至少一部分或由該(等)電極形成之一結構之一長度方向。圖5a展示根據本發明之實施例之一裝置100中之一網格(其充當(例如)之一射極110)之一變形結構或懸吊結構115之一實例。在此實例中，網格可包括根據先前所描述實施例之橋接件111及接合點112。如圖5a中所指示，懸吊結構115可由在法向於流動方向之一平面中彎曲之橋接件111組成。彎曲形狀可(例如)在橋接件111之製造期間形成，或由(例如)發生於裝置100之使用期間之熱應力誘發。彎曲形狀亦可包括一弱化部分(例如具有一減小寬度之一部分)以便使熱誘發應力之後之變形較容易。
由於網格之材料會隨溫度升高而膨脹，所以可藉由沿橋接件111之長度方向作用之壓縮力而壓縮變形結構115之橋接件111。應瞭解，長度方向係一第一接合點與一第二接合點之間之延伸方向。藉此，可由變形結構115吸收網格之橫向膨脹且減小熱誘發應力，使得不管熱膨脹如何，射極110而非變形結構115可保持其原始形狀。然而，應瞭解，作用於變形結構115之橋接件111上之力亦可或代以由作用於結構上之(例如)一扭矩或扭力引起。
圖5b展示類似於參考圖5a所描述之變形結構的一變形結構125，其中懸吊結構125經調適以將一拉伸應力施加於射極110。然而，應瞭解，裝置100可具有配置於射極110、集極120及一支撐結構(圖中未展示)之任何一或若干者中之變形結構125。
圖6展示一總成(諸如一風扇總成200)之一橫截面，該總成包括根據先前所描述實施例之任何者之三個裝置100之一堆疊。沿流動方向(由圖6中之一箭頭指示)取得橫截面。各裝置包括一電子發射電極(射 極)110、一電子收集電極(集極)120、一導熱凸緣(圖中未展示)及一網格間隔物130(其經配置以使射極110及集極120沿流動方向分離)。根據此實施例，射極110及集極120可包括(例如)Pt、Au或不鏽鋼來形成(例如)塊狀材料或一表面塗層。
網格間隔物130可(例如)經形成為支撐射極110及集極120之一網格。如圖6中所繪示，網格間隔物130可包括射極110及集極120之邊緣部分藉由(例如)熔接、錫焊或膠合而附接至其之一周邊框架。替代地或另外，網格間隔物130可包括諸如支柱或間隔物等等之其他間隔結構。網格間隔物130亦可包括支撐射極及集極之中央部分之一或若干間隔部件，諸如(例如)額外橋接件或支柱。網格間隔物130亦可包括類似於參考圖5a及圖5b所描述之變形結構的一變形結構115(圖中未展示)。支撐結構130可具有不同於射極110及/或集極120之熱膨脹係數CTE的一CTE。若射極110及/或集極120剛性地附接至支撐結構130，則可藉由變形結構115而降低變形(諸如(例如)彎曲及撓曲)及損壞(諸如斷裂、斷接或鬆弛接合等等)之風險。藉此，可增加裝置100之可靠性及有效壽命。
可由網格間隔物130之橋接件之高度判定射極及集極之間隔d以可因此判定射極110與集極120之間所誘發之電場之量值。射極110與集極120之間之距離d可(例如)在0.4mm至2mm之範圍內。
此外，網格間隔物130可包括用於促進射極110及集極120對準及/或堆疊之裝置100對準之一對準結構。
風扇總成200亦可包括一堆疊結構，其具有經配置以維持一第一裝置之射極110與一第二裝置之集極120之間之一距離的階段間隔物140。堆疊結構140亦可包括用於促進堆疊裝置100對準及組裝之一對準結構142(圖6中未展示)，且可包括參考圖5a及圖5b所描述之一變形結構115、125以減小總成200之組件之間之任何機械應力。
網格間隔物130及/或堆疊結構140可(例如)包括一陶瓷材料(諸如Al2O3或MacorTM)、一塑膠材料或任何適合電絕緣材料。
如圖6中所展示，射極110及集極120可藉由一電連接器或端子150而連接至一外部電壓供應器(圖中未展示)。依此方式，可在各裝置100之射極110與集極120之間施加一電位差。該電位差可誘發可促進電子發射且使流體移動於射極110與集極120之間及移動通過射極110及集極120之各者之一電場。此外，射極110及/或集極120與外部電源供應器之間之電連接件150可由堆疊結構之機械特徵提供及/或由電接點部分129(圖6中未展示)提供。機械特徵可(例如)經調適以便能夠藉由(例如)施配或絲網印刷，接著(例如)燒結或熔接而形成電連接件。有利地，可在相同製造步驟中連接堆疊之射極110及/或集極120之若干者或全部。
圖7a及圖7b展示提供至根據本發明之一裝置100之射極110之一電流i，其依據時間t而變化。在圖7a中，施加一正電流且使其維持一第一時間週期，且接著消除該正電流。在一第二時間週期之後，再次接通電流供應器以因此形成一第二脈衝。重複此程序可減少可存在於流體中之空間電荷且亦可允許任何離子化粒子重組。
為進一步改良弛豫，可在參考圖7a所描述之脈衝之間引入一脈衝反向電流。圖7b中展示此程序之一實例，其中正脈衝由負脈衝分離。如圖7b中所展示，負脈衝可具有大於正脈衝之一絕對值，但持續一較短時間週期以便實現一總體正流動。由反向脈衝使正脈衝分離之此程序可有利地改良弛豫以可移除射極110及/或集極120之污染物。
外加電位差可(例如)取決於裝置之操作之模式。就(例如)一注入型模式而言，可取決於射極與集極之間之實際距離而包括250V至5000V範圍內之外加電位差。就(例如)一導電型模式而言，外加電位差亦可取決於射極與集極之間之實際距離而在10V至500V之範圍 內。
可將注入型模式或離子拖曳模式理解為裝置之一操作模式，其中射極處之一相對較高電場引起電子被注入至射極及氣態流體之界面處之氣態流體中以因此在氣態流體中產生自由離子之一電暈。另一方面，可將導電模式理解為其中電場過低以致無法產生一實質電暈之一模式。相反地，由氣態流體中之雜質或粒子引起氣體流動以引入一流體流動。
在一實例中，可依減少臭氧形成之一方式控制外部電壓供應器。此可(例如)藉由限制一最大電位差或電荷且藉此降低電擊穿或電火花之風險而達成。另外或替代地，一外殼、集極及/或凸緣可經調適以(例如)藉由一催化表面而分解臭氧。
如上文所概述，用於控制一流體之流動(如由圖7a及圖7b所繪示)之方法可體現為分佈於一電腦程式產品中且依一電腦程式產品之形式使用之電腦可執行指令，該電腦程式產品包含儲存此等指令之一電腦可讀媒體。舉例而言，電腦可讀媒體可包括電腦儲存媒體及通信媒體。如熟悉技術者所熟知，電腦儲存媒體包含揮發性可抽換式及不可抽換式媒體及非揮發性可抽換式及不可抽換式媒體兩者，其等實施於任何方法或技術中以儲存諸如電腦可讀指令、資料結構、程式模組或其他資料之資訊。電腦儲存媒體(或非暫時性媒體)包含(但不限於)RAM、ROM、EEPROM、快閃記憶體或其他記憶體技術、CD-ROM、數位多功能光碟(DVD)或其他光碟儲存器、卡式磁帶、磁帶、磁碟儲存器或其他磁性儲存裝置。此外，如熟悉技術者所知，通信媒體(或暫時性媒體)通常以一調變資料訊號(諸如一載波)或其他傳送機制體現電腦可讀指令、資料結構、程式模組或其他資料且包含任何資訊傳送媒體。
1‧‧‧裝置
10‧‧‧第一電極/射極/桿
16‧‧‧尖端
20‧‧‧第二電極/集極
30‧‧‧導熱凸緣

Claims (20)

  1. 一種用於控制一氣態流體之流動之裝置(1)，其包括：一第一電極(10)；一第二電極(20)，其中該第二電極之至少一部分沿該流動之一順流方向自該第一電極之至少一部分偏移，該等電極可連接至一電壓源；及複數個導熱凸緣(30)，其在沿該流動之一方向定向之一平面中延伸且經調適以耗散來自該氣態流體之熱量，其中該複數個導熱凸緣經配置至少部分地圍繞該第一電極之至少一部分；其中該第一電極之至少一部分具有沿平行於該流動之一方向之一方向之一最大高度(h1)及沿正交於該流動方向之一方向之一最大寬度(w1)，其中該最大高度大於該最大寬度。
  2. 如請求項1之裝置，其中該第一電極包括形成一網格結構之橋接件(11)及接合點(12)，該網格結構經配置以允許該氣態流體通過該第一電極，且其中該第一電極之該部分形成該等橋接件之至少一者之部分。
  3. 如請求項1之裝置，其中該第一電極經形成為具有對應於該最大高度(h1)之一高度及對應於該最大寬度(w1)之一寬度的一桿。
  4. 如請求項3之裝置，其中該第一電極經形成為在與該流動方向相交之一平面中具有一圓形或多邊形橫截面之一桿。
  5. 如請求項3或4之裝置，其中該桿包括指向該流動方向之至少一尖端。
  6. 如請求項1之裝置，其中該裝置包括配置成一層狀結構之複數個凸緣，該層狀結構經配置以允許該氣態流體通過該第二電極。
  7. 如請求項1之裝置，其中該裝置包括複數個相互相交凸緣。
  8. 如請求項1之裝置，其中該第二電極電連接至該導熱凸緣。
  9. 如請求項1之裝置，其中該第二電極與該導熱凸緣一體成型。
  10. 如請求項1之裝置，其進一步包括使該第二電極沿該流動方向與該第一電極分離之一支撐結構。
  11. 如請求項1之裝置，其中沿該流動方向之該第二電極與該第一電極之間之一距離係介於0.4mm至2mm之間。
  12. 如請求項1之裝置，其中該第一電極及該第二電極之至少一者包括一懸吊結構，該懸吊結構經配置以在正交於該流動方向之一平面中吸收該第一電極或該第二電極之各自熱誘發變形。
  13. 如請求項1之裝置，其進一步包括一傳熱元件，該傳熱元件經配置以將熱量自該第一電極及該第二電極之至少一者傳遞至一基板及/或傳遞至配置於該基板之一背面上之一結構。
  14. 一種用於製造用於控制一氣態流體之流動之一裝置之方法，其包括：提供包括至少一部分之一第一電極(110)，該至少一部分具有沿平行於該流動方向之一方向之一最大高度(h1)及沿正交於該流動方向之一方向之一最大寬度(w1)，且其中該最大高度大於該最大寬度；提供包括一部分之一第二電極(120)，該部分經形成為在平行於該流動之一方向之一平面中延伸之複數個導熱凸緣，其中該複數個凸緣經配置至少部分地圍繞該第一電極之至少一部分；且將該第二電極配置成沿該流動方向自該第一電極偏移。
  15. 如請求項14之方法，其中藉由選擇性沈積一金屬而提供該第一電極及/或該第二電極。
  16. 如請求項14之方法，其中藉由自一金屬基板選擇性移除材料而提供該第一電極及/或該第二電極。
  17. 一種用於控制一氣態流體之流動之方法，其包括：提供如請求項1至13中任一項之裝置(100)；提供接觸該裝置之該第一電極(110)之一氣態流體；且將一電位差施加於該第一電極與該第二電極(120)之間。
  18. 如請求項17之方法，其進一步包括以下步驟：使該電位差隨時間變動。
  19. 如請求項17或18之方法，其中包括400V至4000V範圍內之該外加電位差。
  20. 如請求項17或18之方法，其中包括100V至400V範圍內之該外加電位差。
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