熱を発生するデバイスにおける所望のホットスポットを冷却するための柔軟な流体輸送のための方法及び装置
熱交換器及びその製造方法は、熱源に連結され、流体を流されるよう構成された接触層（１０２）と、適切な熱伝導率を有する接触層と、流体を接触層に提供するマニホルド層（１０６）とを含み、マニホルド層は、好ましくは、接触層ホットスポット領域を冷却することによって熱源の温度を均一化するよう構成される。熱交換器には、例えばインレットポート及びアウトレットポート等の複数の流体ポートが構成され、流体ポートは、垂直（１１８）及び水平（１０５）に構成される。マニホルド層は、ホットスポットに関連する接触層の所定の接触層ホットスポット領域に流体を循環させる。熱交換器は、好ましくは、接触層及びマニホルド層の間で配設され、接触層ホットスポット領域に最適に流体を流通させる中間層を備える。
【発明の詳細な説明】
【関連出願】
【０００１】
この特許出願は、引用により本願に援用される、２００２年１１月１日に出願された、同時に係属中の米国仮特許出願第６０／４２３，００９号、発明の名称「柔軟な流体輸送及びマイクロチャネルヒートシンクによるホットスポット冷却のための方法（METHODS FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS）」について、米国特許法第１１９条（ｅ）項３５米国連邦法規類集１１９に基づく優先権を主張する。また、この特許出願は、引用により本願に援用される、２００３年１月２４日に出願された、同時に継続中の米国仮特許出願第６０／４４２，３８３号、発明の名称「ＣＰＵ冷却用に最適化されたプレートフィン熱交換器（OPTIMIZED PLATE FIN HEAT EXCHANGER FOR CPU COOLING）」について、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく優先権を主張する。更に、この特許出願は、引用により本願に援用される、２００３年３月１７日に出願された同時に係属中の米国仮特許出願第６０／４５５，７２９号、発明の名称「多孔質構造を有するマイクロチャネル熱交換装置及びその製造方法（MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER APPARATUS WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF）」について、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、包括的には、熱を発生するデバイスを冷却するための方法と装置に関し、詳しくは、熱交換器における圧力降下を最小限に抑制しながら、電子デバイス内の所望のホットスポットを冷却する柔軟な流体輸送方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロチャネルヒートシンクは、１９８０年代前半に登場して以来、高い熱流束の冷却用途への適用可能性を示し、産業分野において使用されてきた。
【０００４】
しかしながら、既存のマイクロチャネルでは、従来型の平行チャネル構成（parallel channel arrangements）が用いられており、これは、熱負荷が空間的に変化する発熱デバイスの冷却には適していない。このような発熱デバイスは、他の領域より多くの熱を発生する領域を有する。
【０００５】
本明細書では、このような、より熱い領域を「ホットスポット（hot spot）」と呼び、ホットスポットより発熱量が少ない領域を「ウォームスポット（warm spot）」と呼ぶ。
【０００６】
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、従来の熱交換器１０の側面図及び平面図を示している。熱交換器１０は、サーマルインターフェイス材料９８を介して、例えば、マイクロプロセッサ等の電子デバイス９９に連結されている。図１Ａ及び１Ｂに示すように、流体は、通常、矢印によって示すように、単一のインレットポート１２から流れ込み、平行なマイクロチャネル１４を底面１１に沿って流れ、アウトレットポート１６から流れ出る。熱交換器１０は、電子デバイス９９を冷却するが流体は、インレットポート１２からアウトレットポート１６まで、均一に流れる。換言すれば、流体は、熱交換器１０の底面１１の全体に沿って実質的に一様に流れ、デバイス９９のホットスポットに対応する底面１１の領域により多くの流体が供給されることはない。更に、通常、熱交換器１０の底面１１に沿って流れるにつれて、インレットポート１２から流れる液体の温度は、高くなる。したがって、熱源９９のダウンストリーム側、すなわちアウトレットポート１６に近い領域には、冷たい流体は供給されず、実際には、アップストリーム側で加熱された、より温かい流体又は二相流体が供給される。このように、加熱された流体は、熱交換器１０の底面１１の全体と熱源９９の領域に亘って熱を輸送し、アウトレットポート１６の近傍では、流体が非常に熱くなり、熱源９９を冷却する効力がなくなる。このような温度の上昇によって、底面１１に流れる流体が沸騰することにより、最も多くの熱が発生している領域から流体が離れる二相フロー不安定状態（two-phase flow instabilities）が生じる。更に、１つのインレットポート１２と１つのアウトレットしか有さない熱交換器１０では、流体は、熱交換器１０の全長に亘って、底面１１の長い平行なマイクロチャネル１４に沿って移動し、この結果、流体が移動する長さのために大きな圧力降下が生じる。熱交換器１０において大きな圧力降下が生じると、熱交換器１０に流体をポンピングすることが困難になる。
【０００７】
図１Ｃは、従来のマルチレベル熱交換器２０の側面図である。流体は、ポート２２からマルチレベル熱交換器２０に流入し、中間層２６の複数の噴出口２８を通って下方向に移動し、底面２７及び排出ポート２４から排出される。更に、噴出口２８に沿って底面２７に移動する流体は、一様には流れない。なお、熱交換器２０に流入する流体は、熱交換器２０の長手方向に拡散するが、この設計では、熱交換器２０のより熱い領域（ホットスポット）及びより多くの流体循環を必要とする熱源に多くの流体を供給するわけではない。更に、この図１Ｃに示す熱交換器２０は、図１Ａ及び図１Ｂの熱交換器１０に関して説明した問題と同じ問題を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、熱源において、適切な温度均一性を実現する熱交換器を提供することである。更に、本発明の目的は、熱源のホットスポットの観点から適切な温度均一性を実現する熱交換器を提供することである。更に、本発明の目的は、比較的高い熱伝導率を有し、熱源に対して適切に熱交換を行う熱交換器を提供することである。更に、本発明の目的は、インレットポートとアウトレットポートの間の圧力降下を小さくできる熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るマイクロチャネル熱交換器は、流体を流されることによって熱源を冷却する接触層を備える。接触層は好ましくは熱源に連結される。更に、熱交換器は、接触層に流体を提供するマニホルド層を備える。マニホルド層は、少なくとも１つのホットスポットを選択的に冷却し、好ましくは、熱源における温度を均一化する。マニホルド層は、好ましくは、ホットスポットに流体を流通させる複数の流路を備える。マニホルド層は、少なくとも１つのインレットポート及び少なくとも１つのアウトレットポートを備える。複数の流体ポートは、熱源のホットスポットに関連する、熱交換器の少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域内で流体を循環させる。複数の流体ポートの少なくとも１つのは、垂直又は水平に構成されている。
【００１０】
好ましくは、複数の流体ポートの少なくとも１つのは、マニホルド層に連結される。これに代えて、複数の流体ポートの少なくとも１つのは、接触層に連結してもよい。更に、熱交換器は、接触層及びマニホルド層の間に配設され、複数の流体ポートから少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域に流体を最適に流通させる中間層を備えていてもよい。中間層は、接触層及びマニホルド層に連結されていてもよく、接触層及びマニホルド層に一体に形成されていてもよい。接触層は、接触層を保護するとともに、好ましくは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を接触層に提供するコーティングを備える。コーティングの熱伝導率は、好ましくは、１００Ｗ／ｍ−Ｋとする。更に、熱交換器は、接触層に沿って、所定のパターンで構成された複数のマイクロチャネルを備える。複数のマイクロチャネルは、接触層に連結され、又は接触層に一体に形成される。これに代えて、複数のマイクロチャネルは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するコーティングを備えていてもよい。更に、熱交換器は、熱源の動作に関する情報を提供する少なくとも１つのセンサを備える。センサは、ホットスポット領域の実質的な近傍に配設される。熱交換器は、少なくとも１つのセンサに連結された制御モジュールを備えていてもよい。制御モジュール制御は、センサから提供された情報に応じて、熱交換器への流体の流量を制御する。更に、熱交換器は、接触層上に配設された蒸気透過膜を備えていてもよい。蒸気透過膜は、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、接触層に液体を維持する。更に、熱交換器の反対側の面に位置する熱源の表面に第２の熱交換器を連結してもよい。
【００１１】
本発明の他の実施形態において、熱交換器は、熱源を冷却するために接触層を備える。接触層は、熱源に連結され、接触層自体に流体が流されるように構成される。接触層は、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する。また、熱交換器は、熱源のホットスポットの冷却を最適化するよう構成された、流体を接触層に提供するマニホルド層を備える。また、熱交換器は、熱源のホットスポットの冷却を最適化するよう構成された少なくとも１つの流体ポートを備える。また、熱交換器は、少なくとも１つのインレットポート及び少なくとも１つのアウトレットポートを備える。マニホルド層内の流体ポートの少なくとも１つのは、熱源のホットスポットに関連する接触層の少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域に流体を循環させる。少なくとも１つの流体ポートの一部は、垂直又は水平に構成される。更に、熱交換器は、少なくとも１つの流体ポートから少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域に流体を最適に流通させる中間層を備える。中間層は、接触層及びマニホルド層の間に配設される。中間層は、接触層及びマニホルド層に連結してもよく、これに代えて、接触層及びマニホルド層に一体に形成してもよい。中間層は、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するコーティングを備えていてもよい。更に、熱交換器は、接触層に沿って所定のパターンで構成された複数のマイクロチャネルを備えていてもよい。複数のマイクロチャネルは、接触層に連結され、又は接触層に一体に形成される。複数のマイクロチャネルは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するコーティングを備える。更に、複数のマイクロチャネルは、マイクロチャネル材料を備え、接触層は、サーマルインターフェイス材料を備えていてもよい。マイクロチャネル材料は、サーマルインターフェイス材料と同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。更に、熱交換器は、接触層上に配設された蒸気透過膜を備えていてもよい。蒸気透過膜は、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、接触層に液体を維持する。更に、熱交換器の反対側の面に位置する熱源の表面に第２の熱交換器を連結してもよい。
【００１２】
更に、本発明は、熱源を冷却する熱交換器を製造する熱交換器の製造方法を提供する。この製造方法は、熱源に連結される接触層を形成する工程を有する。接触層は、熱源と接触層との間で熱を十分に輸送するために、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する。また、この製造方法は、接触層に連結され、接触層に沿って流体を流すことによって熱源を冷却するマニホルド層を形成する工程を有する。更に、この製造方法は、熱源における１つ以上のホットスポット位置を判定する工程を有する。更に、この製造方法は、それぞれが１つ以上のホットスポット位置に関連する複数の接触層ホットスポット領域に対応して熱交換器を構成する工程を有する。更に、この製造方法は、複数の流体ポートを熱交換器に連結する工程を有し、複数の流体ポートの１つ以上は、複数の接触層ホットスポット領域のうちの１つ以上の選択された接触層ホットスポット領域に流体を直接循環させるよう構成される。複数の流体インレットの一部は、垂直又は水平に構成される。更に、この製造方法は、マニホルド層及び接触層の間に中間層を形成する工程を有する。中間層は、マニホルド層から１つ以上の選択された接触層ホットスポット領域に流体を最適に流通させるよう構成される。中間層は、接触層及びマニホルド層に連結される。これに代えて、中間層は、マニホルド層及び接触層に一体に形成してもよい。更に、この製造方法は、電気鋳造法プロセスによって、接触層に熱伝導性コーティングを施す工程を有する。更に、この製造方法は、接触層に沿って、所定のパターンで複数のマイクロチャネルを構成する工程を有する。更に、この製造方法は、接触層に複数のマイクロチャネルに連結し、又は複数のマイクロチャネルを接触層と一体に形成する工程を有する。更に、この製造方法は、複数のマイクロチャネルに少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するコーティングを施す工程を有する。
【００１３】
コーティングは、好ましくは、電気鋳造法プロセスによって複数のマイクロチャネルに適用される。接触層は、所定の熱膨張特性を有するインターフェイス材料を備える。インターフェイス材料の熱膨張特性は、対応する熱源の材料の熱膨張特性と実質的に同等であってもよく、実質的に異なっていてもよい。更に、この製造方法は、接触層上に、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、接触層に液体を維持する蒸気透過膜を配設する工程を有する。更に、この製造方法は、方法は、熱交換器の反対側の面に位置する熱源の表面に第２の熱交換器を連結する工程を有する。
【００１４】
また、本発明に係る熱交換器は、熱源を冷却する冷却手段を備える。冷却手段は熱源に連結され、流体を流されるように構成される。更に、熱交換器は、冷却手段に流体を提供する流体提供手段を備える。流体提供手段は、熱源のホットスポットの冷却を最適化するよう構成された複数の流体インレットを備える。
【００１５】
本発明のこの他の特徴及び利点は、以下に示す好適な実施形態の詳細によって明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
熱交換器は、包括的に言えば、好ましくは熱源と連結された接触層の選択的な領域に流体を通過させることによって、熱源から発生した熱エネルギを捕捉する。詳しくは、流体は、熱交換器内の圧力降下を小さく保ちながら、熱源に亘って、温度均一性を実現するように、ホットスポット及びホットスポットの周囲の領域を冷却するために接触層に特定の領域に流される。後述する様々な実施形態で説明するように、熱交換器は、マニホルド層内で複数のアパーチャ、チャネル及び／又はフィンガを用いて、並びに中間層内の導管を用いて、接触層の選択されたホットスポット領域に及びこの領域から流体を流通及び循環させる。これに代えて、熱交換器は、ホットスポットに流体を直接流入させ、及びホットスポットから流体を排出させることによって、効果的に熱源を冷却するために所定の位置に特別に配置された幾つかのポートを備えていてもよい。
【００１７】
ここでは、デバイスのホットスポット位置を冷却するために流体を柔軟に輸送するマイクロチャネル熱交換器を説明するが、これに代えて、本発明の熱交換器は、デバイスのコールドスポット位置を加熱するための柔軟な流体輸送に用いてもよいことは、当業者にとって明らかである。更に、本発明は、マイクロチャネル熱交換器として説明するが、本発明は、この説明に制限されず、他の用途にも用いることができる。
【００１８】
図２Ａは、本発明に基づく好適な柔軟な流体輸送マイクロチャネル熱交換器（flexible fluid delivery microchannel heat exchanger）２０を備える循環型冷却装置３０の概略を示している。更に、図２Ｂは、本発明に基づく複数のポート１０８、１０９を有する他の柔軟な流体輸送マイクロチャネル熱交換器１００を備える循環型冷却装置３０の概略を示している。
【００１９】
図２Ａに示すように、流体ポート１０８、１０９は、流体ライン３８に連結され、流体ライン３８は、ポンプ３２及び熱コンデンサ３０に連結されている。ポンプ３２は、循環型冷却装置３０内で流体をポンピングし、循環させる。流体を熱交換器１００に供給するために、１つの流体ポート１０８を用いることが好ましい。更に、熱交換器１００から流体を排出するために、１つの流体ポート１０９を用いることが好ましい。好ましくは、各流体ポート１０８、１０９を介して、均一で一定の流量の流体が熱交換器１００に流入し、熱交換器１００から排出される。これに代えて、所定の時刻に、各流体ポート１０８、１０９を介して、流量の異なる流体を熱交換器１００に流入させ及び熱交換器１００から排出してもよい。これに代えて、図２Ｂに示すように、１つのポンプが複数の指定されたインレットポート１０８に流体を提供してもよい。これに代えて、複数のポンプ（図示せず）がそれぞれの対応するインレット及びアウトレットポート１０８、１０９に流体を提供してもよい。更に、これに代えて、このシステムにおいて、様々なホットスポット又はホットスポット位置の熱量の変化、及びホットスポットの位置に応じて、動的感知及び制御モジュール３４を用いて好適な又は代替の熱交換器に出入りする流体の流量を動的に変化させ、及び制御してもよい。
【００２０】
図３Ｂは、本発明に基づく好適なマニホルド層を備える好適な三層式熱交換器１００の分解図である。図３Ｂに好適な実施形態として示す三層式熱交換器１００は、接触層１０２と、少なくとも１つの中間層１０４と、少なくとも１つのマニホルド層１０６とを備える。これに代えて、後述するように、熱交換器１００は、接触層１０２とマニホルド層１０６を含む２層の装置であってもよい。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、熱交換器１００は、例えば、これらに限定されるのではないが、マイクロチップ又は集積回路等の電子デバイスである熱源９９に連結され、熱源９９と熱交換器１００の間には、好ましくは、サーマルインターフェイス材料９８が挟み込まれる。これに代えて、熱交換器１００は、熱源９９の表面に直接連結してもよい。また、これに代えて、熱交換器１００を熱源９９に一体に形成し、すなわち、熱交換器１００と熱源９９を１つの部品として形成してもよいことは当業者にとって明らかである。この場合、接触層１０２は、熱源９９と一体に設けられ、熱源９９と同じ部品に含まれるように形成される。
【００２１】
好ましくは、本発明に基づく熱交換器１００は、図に示すように、長方形状の熱源９９に直接又は間接的に、接触するように構成される。但し、熱交換器１００が熱源９９の形状に応じた他の如何なる形状を有していてもよいことは、当業者にとって明らかである。例えば、本発明に基づく熱交換器は、半円状の形状を有するように構成してもよく、これにより、熱交換器（図示せず）は、対応する半円状の熱源（図示せず）に直接又は間接的に接触することができる。更に、熱交換器１００は、０．５ミリメートル以上５．０ミリメートル以下の範囲で、熱源より僅かに大きい寸法を有していることが好ましい。
【００２２】
図３Ａは、本発明に基づく好適なマニホルド層１０６の平面図である。詳しくは、マニホルド層１０６は、図３Ｂに示すように、上面１３０及び底面１３２に加えて、４つの側面を備えている。但し、図３Ａでは、マニホルド層１０６の機能を適切に表し、説明するために、上面１３０を取り除いて示している。図３Ａに示すように、マニホルド層１０６は、一連のチャネル又は流路１１６、１１８、１２０、１２２と、これらの流路内に形成されたポート１０８、１０９とを備える。好ましくは図３Ｂに示すように、フィンガ１１８、１２０は、マニホルド層１０６のボディを完全に貫通して、Ｚ−方向に延びている。これに代えて、図３Ａに示すように、フィンガ１１８、１２０は、マニホルド層１０６の一部に形成され、Ｚ−方向に延び、アパーチャを有していてもよい。更に、流路１１６、１２２を、マニホルド層１０６の一部に延びるように形成してもよい。インレット及びアウトレット流路１１６、１２０の間の残りの領域１０７は、好ましくは、上面１３０から底面１３２まで延び、マニホルド層１０６のボディを構成する。
【００２３】
図３Ａに示すように、流体は、インレットポート１０８を介してマニホルド層１０６に入り、インレットチャネル１１６に沿って流れ、チャネル１１６からＸ方向及びＹ方向に分岐する幾つかのフィンガ１１８に流れ込み、これにより、接触層１０２の選択された領域に流体が供給される。フィンガ１１８は、好ましくは、異なる所定の方向に形成され、熱源のホットスポット及びその近傍の領域に対応する接触層１０２の位置に流体を提供する。接触層１０２のこれらの位置を、以下では、接触層ホットスポット領域（interface hot spot regions）と呼ぶ。フィンガは、静止した接触層ホットスポット領域を冷却するとともに、時間的に変換する接触層ホットスポット領域をも冷却するよう構成される。図３Ａに示すように、チャネル１１６、１２２及びフィンガ１１８、１２０は、好ましくは、マニホルド層１０６において、Ｘ方向及びＹ方向に配設され、Ｚ方向に延び、これにより、マニホルド層１０６と接触層１０２の間で流体の循環が実現する。このようにチャネル１１６、１２２及びフィンガ１１８、１２０を様々な方向に形成することにより、流体を輸送し、熱源９９のホットスポットを冷却し、及び／又は熱交換器１００内の圧力降下を最小化することができる。これに代えて、図４及び図５の具体例に示すように、マニホルド層１０６内でチャネル１１６、１２２、フィンガ１１８、１２０を一定の間隔で配置し、所定のパターンを形成してもよい。
【００２４】
フィンガ１１８、１２０の構成及び寸法は、冷却する必要がある熱源９９のホットスポットに応じて決定される。マニホルド層１０６は、ホットスポットの位置及び各ホットスポット又はその近傍で発生する熱量に基づき、フィンガ１１８、１２０が接触層１０２内の接触層ホットスポット領域上又はその近傍に配置されるように構成される。マニホルド層１０６は、好ましくは、熱交換器１００とシステム３０（図２Ａ）内で実質的な圧力降下を生じさせることなく、単相流体及び／又は二相流体を接触層１０２に循環させる。接触層ホットスポット領域に流体を輸送することにより、接触層ホットスポット領域に隣接した熱源の領域と同様に、接触層ホットスポット領域の温度が均一になる。
【００２５】
チャネル１１６とフィンガ１１８の数及び寸法は、多くの要因に基づいて決定される。一実施形態においては、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、同じ幅寸法を有する。これに代えて、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、異なる幅寸法を有していてもよい。フィンガ１１８、１２０の幅寸法は、好ましくは、０．２５ミリメートル以上０．５０ミリメートル以下の範囲とする。一実施形態においては、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、同じ長さ及び深さ寸法を有する。これに代えて、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、異なる長さ及び深さ寸法を有していてもよい。他の実施形態においては、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、フィンガの長さに沿って様々な幅寸法を有していてもよい。インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０の長さ寸法は、０．５ミリメートル以上熱源の長さ寸法の三倍以内の範囲内に形成するとよい。更に、フィンガ１１８、１２０は、０．２５ミリメートル以上０．５０ミリメートル以下の範囲内の高さ又は深さ寸法を有するように形成するとよい。更に、マニホルド層１０６内では、１センチメートルあたり１０個未満又は３０個より多くのフィンガを配設することが望ましい。但し、マニホルド層において、１センチメートルあたり、１０個〜３０個のフィンガを設けてもよいことは、当業者にとって明らかである。
【００２６】
また、本発明においては、熱源のホットスポットの冷却効率を最適化するために、フィンガ１１８、１２０及びチャネル１１６、１２２を不規則な構成に形成してもよい。熱源９９に亘る均一な温度を実現するために、流体への熱輸送の空間的分布は、熱の発生の空間的分布に一致させるとよい。流体は、接触層１０２に沿って流れるにつれて、温度が高くなり、二相条件の下で、蒸気に変化し始める。したがって、流体は、著しく膨張し、この結果、流速が著しく速くなる。接触層から流体への熱輸送の効率は、通常、流体の流速が速くなると向上する。したがって、熱交換器１００における流体の流入及び排出のためのフィンガ１１８、１２０及びチャネル１１６、１２２の横断面の寸法を調整することによって、流体への熱輸送効率を調整することができる。
【００２７】
例えば、インレットの近傍でより高い熱が発生する熱源のために特定のフィンガを設計してもよい。更に、液体と蒸気の混合が予想される領域については、フィンガ１１８、１２０及びチャネル１１６、１２２の断面を大きくした方が有利である場合がある。図には示さないが、フィンガの断面をインレット側で小さくすることによって、流体の流速を速めることもできる。また、特定のフィンガ又はチャネルの断面をダウンストリームのアウトレット側で大きくすることにより、流体の流速を遅めることもできる。フィンガ又はチャネルをこのように設計することにより、熱交換器内の、二相フローにおける液体から蒸気への変化のために、流体の体積、加速度及び速度が増加する領域において、圧力降下を最小化でき、及びホットスポット冷却効率を最適化できる。
【００２８】
更に、フィンガ１１８、１２０、及びチャネル１１６、１２２をそれらの長さに沿って、一時的に広く、続いて再び狭くすることにより、マイクロチャネル熱交換器１００内の異なる所望の位置で流体の流速を速めることができる。これに代えて、フィンガとチャネルの寸法を大から小、小から大と幾度も変化させることで、熱源９９に亘る予想された熱消散分布に応じて、熱輸送効率を調整することが適切である場合もある。なお、フィンガとチャネルの寸法の変化に関する説明は、この実施形態に制限されず、後に説明する他の実施形態にも同様に適用することができる。
【００２９】
これに代えて、図３Ａに示すように、マニホルド層１０６は、インレットフィンガ１１８内に１以上のアパーチャ１１９を備えていてもよい。好ましくは三層式熱交換器１００では、フィンガ１１８に沿って流れる流体は、アパーチャ１１９を介して、中間層１０４に流れ込む。これに代えて、二層式熱交換器１００では、フィンガ１１８に沿って流れる流体は、アパーチャ１１９から接触層１０２に直接流れ込む。更に、図３Ａに示すように、マニホルド層１０６は、アウトレットフィンガ１２０内にアパーチャ１２１を備えている。好ましくは、三層式熱交換器１００では、中間層１０４から流れ出る流体は、アパーチャ１２１を介して、アウトレットフィンガ１２０に流れ込む。これに代えて、二層式熱交換器１００では、接触層１０２から流れ出る流体は、アパーチャ１２１を介して、アウトレットフィンガ１２０に直接流れ込む。
【００３０】
好適な実施形態では、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、アパーチャを有さないオープンチャネルである。マニホルド層１０６の底面１０３は、三層式熱交換器１００では、中間層１０４の上面に当接し、二層式熱交換器では、接触層１０２に当接する。このようにして、三層式熱交換器１００では、流体は、中間層１０４とマニホルド層１０６の間を自由に行き来することができる。流体は、中間層１０４の導管１０５によって、適切な接触層ホットスポット領域に適切に出入りするように流される。当業者にとって明らかであるが、導管１０５は、後述するように、フィンガに直接整列するように配設してもよく又は三層式システム内の他の場所に配設してもよい。
【００３１】
図３Ｂは、好適なマニホルド層を有する好適な三層式熱交換器１００を示しているが、これに代えて、熱交換器１００は、マニホルド層１０６と接触層１０２からなる二層構造を有していてもよく、この場合、流体は、中間層１０４を介さず、マニホルド層１０６と接触層１０２の間を直接行き来する。ここに示すマニホルド層、中間層及び接触層の構成は、例示的なものであり、実際の構成は、ここに示した構成に制限されないことは当業者にとって明らかである。
【００３２】
図３Ｂに示すように、中間層１０４は、好ましくは、中間層１０４自体を貫通して延びる複数の導管１０５を備えている。流入導管（inflow conduit）１０５は、マニホルド層１０６から接触層１０２の指定された接触層ホットスポット領域に流体を流通させる。同様にアパーチャ１０５は、接触層１０２から流体排出ポート１０９に流体を流通させる。このようにして、中間層１０４は、接触層１０２から、マニホルド層１０６に連結された流体排出ポート１０９への流体の輸送を提供している。
【００３３】
導管１０５は、多くの因子に基づいて、所定のパターンで中間層１０４内に配設される。これらの因子とは、以下に限定されるものではないが、接触層ホットスポット領域の位置、接触層ホットスポット領域において熱源９９を適切に冷却するために必要な流量、流体の温度等である。他の部分の幅寸法は、最大で数ミリメートルに設計されるが、導管１０５は、数百ミクロン程度の幅寸法を有することが好ましい。但し、導管１０５は、少なくとも上述した因子に基づいて、この他の寸法に形成してもよい。中間層１０４の各導管１０５は、同じ形状及び／又は寸法を有しているが、この条件は、必ずしも必要ではないことは当業者にとって明らかである。例えば、上述したフィンガと同様、導管は、この実施形態に代えて、様々に変化する長さ及び／又は幅寸法を有していてもよい。或いは、導管１０５は、中間層１０４を通して一定の深さ又は高さ寸法を有していてもよい。これに代えて、導管１０５は、異なる深さ寸法を有していてもよく、例えば、中間層１０４の厚さ方向において、台形又はノズル形の形状を有していてもよい。導管１０５の水平方向の形状は、図２Ｃでは、長方形として示しているが、この導管１０５の水平方向の形状は、円形（図３Ａ）、曲線を含む形状、楕円形等、他の如何なる形状であってもよい。これに代えて、１又は複数の導管１０５を上部の１又は複数のフィンガの一部又は全体の形状に応じた形状に成形してもよい。
【００３４】
中間層１０４は、好ましくは、導管１０５が垂直になるように、熱交換器１００内で水平に配置される。これに代えて、中間層１０４は、以下に限定されるものではないが、斜めに又は湾曲させる等、熱交換器１００内で他の如何なる方向に配置してもよい。これに代えて、導管１０５は、中間層１０４内で、水平に、斜めに、湾曲させて、又は他の如何なる方向に配設してもよい。更に、中間層１０４は、好ましくは、熱交換器１００の全長に沿って、水平に延び、中間層１０４は、接触層１０２をマニホルド層１０６から完全に分離し、これにより流体を強制的に導管１０５に流通させてもよい。これに代えて、熱交換器１００の一部は、マニホルド層１０６と接触層１０２の間に中間層１０４を含まず、これにより、マニホルド層１０６と接触層１０２の間で流体を自由に行き来させるようにしてもよい。更に、これに代えて、中間層１０４は、マニホルド層１０６と接触層１０２の間で垂直に延び、独立した、個別の中間層領域を形成するようにしてもよい。これに代えて、中間層１０４は、マニホルド層１０６から接触層１０２までに完全には延びていなくてもよい。
【００３５】
図３Ｂは、本発明に基づく好適な接触層１０２の斜視図を示している。図３Ｂに示すように、接触層１０２は、底面１０３と、好ましくは、複数のマイクロチャネル壁１１０とを備え、マイクロチャネル壁１１０の間の領域は、流体の流路に沿って、流体を流し、又は流通させる。底面１０３は、好ましくは、平坦であり、熱源９９からの十分な熱輸送を実現する高い熱伝導率を有している。これに代えて、底面１０３は、特定の位置に流体を集め、又は特定の位置から流体を退けるために設計された凹面（troughs）及び／又は凸面（crests）を備えていてもよい。マイクロチャネル壁１１０は、図３Ｂに示すように、好ましくは、平行に形成され、これにより、流体は、好ましくは、流路に沿って、マイクロチャネル壁１１０間を流れる。これに代えて、各マイクロチャネル壁１１０を非平行に構成してもよい。
【００３６】
また、これに代えて、上述した因子に基づき、他の如何なる適切な構成でマイクロチャネル壁１１０を構成してもよいことは、当業者にとって明らかである。例えば、図８Ｃに示すように、接触層１０２では、マイクロチャネル壁１１０のセクションの間に溝を設けてもよい。更に、マイクロチャネル壁１１０は、接触層１０２内の圧力降下又は圧力差を最小化するための寸法を有していてもよい。また、以下に限定されるものではないが、ピラー（pillars）２０３（図１０）、粗い表面、例えば、焼結金属及びシリコン泡（silicon foam）２１３（図１０）等の微孔性構造又はこれらの組合せ等、マイクロチャネル壁１１０以外の他の構造を用いてもよいことは明らかである。但し、ここでは、例示的に、図３Ｂに示す平行なマイクロチャネル壁１１０を用いて、本発明における接触層１０２を説明する。
【００３７】
マイクロチャネル壁１１０により、流体は、接触層ホットスポット領域の選択されたホットスポット位置に沿って、熱交換を行い、その位置で熱源９９を冷却する。マイクロチャネル壁１１０は、好ましくは、熱源９９の熱量に応じて、２０〜３００ミクロンの範囲内の幅寸法と、１００ミクロン〜１ミリメートルの範囲内の高さ寸法とを有する。マイクロチャネル壁１１０は、好ましくは、熱源の寸法及びホットスポットのサイズ及び熱源からの熱流束密度に応じて、１００ミクロンから数センチメートルの範囲内の長さ寸法を有する。これに代えて、他の如何なるマイクロチャネル壁寸法を用いてもよい。マイクロチャネル壁１１０は、熱源９９の熱量に応じて、５０〜５００ミクロンの範囲内の間隔で区切ることが好ましいが、この間隔は、他の如何なる値に設定してもよい。
【００３８】
図３Ｂでは、マニホルド層１０６のボディ内のチャネル１１６、１２２及びフィンガ１１８、１２０を示すために、マニホルド層１０６の上面を切り取って示している。ここでは、高い熱を発生する熱源９９の位置をホットスポットとし、これより低い熱を発生する熱源９９の位置をウォームスポットとする。図３Ｂに示すように、熱源９９は、ホットスポット領域である位置Ａと、ウォームスポット領域である位置Ｂとを有する。ホットスポット及びウォームスポットに当接する接触層１０２の領域は、接触層ホットスポット領域として示されている。すなわち、図３Ｂに示すように、接触層１０２は、位置Ａ上の接触層ホットスポット領域Ａと、位置Ｂ上の接触層ホットスポット領域Ｂとを含む。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、流体は、まず、好ましくは、１つのインレットポート１０８を介して、熱交換器１００に流入する。そして、流体は、好ましくは１つのインレットチャネル１１６に流入する。これに代えて、熱交換器１００は、２つ以上のインレットチャネル１１６を備えていてもよい。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、インレットポート１０８からインレットチャネル１１６に沿って流れる流体は、まず、フィンガ１１８Ａに分岐する。更に、インレットチャネル１１６の残りの部分に沿って流れる流体は、フィンガ１１８Ｂ及びフィンガ１１８Ｃ等の個々のフィンガに注ぎ込まれる。
【００４０】
図３Ｂに示す具体例では、流体をフィンガ１１８Ａに注ぎ込むことによって、接触層ホットスポット領域Ａに流体を供給する。すなわち、流体は、フィンガ１１８Ａを介して、中間層１０４に流れ下る。流体は、好ましくは、フィンガ１１８Ａの下に配設されたインレット導管１０５Ａを介して、接触層１０２に流れ込み、熱源９９と熱交換を行う。流体は、図３Ｂに示すように、マイクロチャネル壁１１０に沿って移動するが、流体は、接触層１０２に沿って、他の如何なる方向に移動してもよい。次に、加熱された流体は、導管１０５Ｂを介して、アウトレットフィンガ１２０Ａに流れ上がる。同様に、流体は、フィンガ１１８Ｅ、１１８Ｆを介して、中間層１０４に、Ｚ−方向に流れ下る。次に、流体は、Ｚ−方向に、インレット導管１０５Ｃを介して、接触層１０２に流れ下る。そして、加熱された流体は、接触層１０２からアウトレット導管１０５Ｄを介してアウトレットフィンガ１２０Ｅ、１２０Ｆに、Ｚ−方向に流れ上がる。熱交換器１００は、アウトレットフィンガ１２０を介して、マニホルド層１０６で加熱された流体を取り除き、アウトレットフィンガ１２０は、アウトレットチャネル１２２に連結されている。アウトレットチャネル１２２により、流体は、好ましくは、１つのアウトレットポート１０９を介して、熱交換器から排出される。
【００４１】
また、好ましくは、流入及び流出導管１０５は、適切な接触層ホットスポット領域上に直接又は略々直接、配設され、熱源９９のホットスポットに流体を直接供給する。更に、圧力降下を最小化するために、各アウトレットフィンガ１２０は、好ましくは、特定の接触層ホットスポット領域に対応する各インレットフィンガ１１９の近傍に配設される。このように、流体は、インレットフィンガ１１８Ａを介して接触層１０２に流入し、接触層１０２の底面１０３に沿って、接触層１０２からアウトレットフィンガ１２０Ａに最短の距離を移動する。流体が底面１０３に沿って移動する距離により、不要な量の圧力降下を発生させることなく、熱源９９から熱が適切に取り除かれることは明らかである。更に、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、フィンガ１１８に沿って流れる流体の圧力降下を減少させるために、フィンガ１１８、１２０内のコーナ部分は、好ましくは、曲面となるように形成する。
【００４２】
当業者にとって明らかなように、図３Ａ及び図３Ｂに示すマニホルド層１０６の構成は、例示的なものに過ぎない。マニホルド層１０６内のチャネル１１６とフィンガ１１８の構成は、以下に限定されるものではないが、接触層ホットスポット領域の位置、接触層ホットスポット領域への及び接触層ホットスポット領域からの流体の流量、接触層ホットスポット領域の熱源が発生する熱量等の多くの要因に依存する。例えば、図４〜図７Ａに示し、後述するように、マニホルド層１０６の１つの可能な構成として、平行なインレットフィンガ及びアウトレットフィンガをマニホルド層の幅に沿って交互に配置された、相互に組み合うようなパターン（interdigitated pattern）に構成してもよい。但し、チャネル１１６とフィンガ１１８は、他の如何なる構成で配設してもよい。
【００４３】
図４は、本発明に基づく熱交換器の他のマニホルド層４０６の斜視図である。図４のマニホルド層４０６は、互いに組み合う又は噛み合う複数の平行な流体フィンガ４１１、４１２を備え、これにより、熱交換器４００とシステム３０（図２Ａ）内で実質的な圧力降下を生じることなく、単相流体及び／又は二相流体を接触層４０２に循環させることができる。図４に示すように、インレットフィンガ４１１とアウトレットフィンガ４１２とは、交互に配置されている。但し、任意の数のインレットフィンガ又はアウトレットフィンガを連続して隣り合うように配置してもよく、したがって、本発明は、図４に示す交互の構成に制限されないことは、当業者にとって明らかである。更に、平行なフィンガが他の平行なフィンガから分岐し、又は平行なフィンガが他の平行なフィンガに連結されるようにフィンガを交互に配置してもよい。したがって、アウトレットフィンガより多くのインレットフィンガを設けてもよく、逆にインレットフィンガより多くのアウトレットフィンガを設けてもよい。
【００４４】
インレットフィンガ又は流路４１１は、熱交換器に流入する流体を接触層４０２に供給し、アウトレットフィンガ又は流路４１２は、熱交換器４００から排出される流体を接触層４０２から取り出す。ここに示すマニホルド層４０６の構成により、流体は、接触層４０２に流入し、接触層４０２において非常に短い距離を移動した後、アウトレット流路４１２に流入することができる。流体が接触層４０２に沿って移動する長さを実質的に短くすることにより、熱交換器４００及びシステム３０（図２Ａ）における圧力降下を実質的に低減することができる。
【００４５】
図４及び図５に示すように、変形例として示すマニホルド層４０６は、２つのインレット流路４１１に連結され、ここに流体を供給するための流路４１４を備える。また、図８及び図９に示すマニホルド層４０６は、流路４１８に連結された３つのアウトレット流路４１２を備える。マニホルド層４０６の流路４１４は、フィンガ４１１、４１２に流体を流通させる平らな底面を有する。これに代えて、選択された流体流路４１１に流体を流通させるために、流路４１４には、緩やかな斜面を設けてもよい。これに代えて、流体の一部を接触層４０２に流れ落とすために、インレット流路４１４の底面に１以上のアパーチャを設けてもよい。同様にマニホルド層の流路４１８は、流体を収容し、流体をポート４０８に流通させる平らな底面を有していてもよい。これに代えて、選択されたアウトレットポート４０８に流体を流通させるために、流路４１８には、緩やかな斜面を設けてもよい。更に、この具体例では、流路４１４、４１８の幅を約２ミリメートルとする。但し、他の具体例では、他の如何なる幅寸法を用いてもよい。
【００４６】
流路４１４、４１８は、ポート４０８、４０９に連結され、ポート４０８、４０９は、システム３０の流体ライン（fluid lines）３８（図２Ａ）に連結される。マニホルド層４０６は、水平方向に配設された流体ポート４０８、４０９を備える。これに代えて、図４〜図７には示していないが、マニホルド層４０６は、後述するように、垂直及び／又は斜めに構成された流体ポート４０８、４０９を備えていてもよい。これに代えて、マニホルド層４０６は流路４１４を備えていなくてもよい。この場合、流体は、ポート４０８からフィンガ４１１に直接供給される。更に、これに代えて、マニホルド層４１１は、流路４１８を備えていなくてもよく、この場合、フィンガ４１２内の流体は、ポート４０８を介して、熱交換器４００から直接排出される。ここでは、２つのポート４０８が流路４１４、４１８に連結されているが、これに代えて、他の如何なる数のポートを設けてもよい。
【００４７】
インレット流路４１１は、流路４１１及びシステム３０（図２Ａ）に沿って大きな圧力降下を発生させることなく、流体が接触層に移動できるようにするための寸法を有する。インレット流路４１１の幅寸法は、例えば、０．２５ミリメートル以上５．００ミリメートル以下の範囲とする。但し、他の如何なる寸法を用いてもよい。更に、インレット流路４１１の長さ寸法は、０．５ミリメートル以上熱源の長さ寸法の三倍以内の範囲内に形成するとよい。これに代えて、この長さ寸法は、如何なる値としてもよい。更に、上述のように、流体がマイクロチャネル４１０に直接流れるように、インレット流路４１１は、マイクロチャネル４１０に向けて下方に延び、又はマイクロチャネル４１０の高さより僅かに高い位置に延びる。インレット流路４１１の高さ寸法は、０．２５ミリメートル以上５．００ミリメートル以下の範囲内とするとよい。なお、流路４１１は、マイクロチャネル４１０に向けて下方に延びていなくてもよく、ここに示した以外の如何なる高さ寸法を用いてもよいことは、当業者にとって明らかである。また、ここでは、インレット流路４１１は、同じ寸法を有しているが、インレット流路４１１は、異なる寸法を有していてもよいことは、当業者にとって明らかである。更に、これに代えて、インレット流路４１１は、幅、横断面の寸法及び／又は隣接するフィンガの間の距離が様々に変化する不規則な形状を有していてもよい。特に流路４１１は、長手方向に沿って、より広い幅又はより深い深さを有する領域と、より狭い幅又はより浅い深さを有する領域とを備えていてもよい。このように寸法を変化させることにより、より広い部分を介して、接触層４０２内の所定の接触層ホットスポット領域に多くの流体を提供するとともに、狭い部分によって、ウォームスポット接触層ホットスポット領域への流量を制限することができる。
【００４８】
更に、アウトレット流路４１２は、システム３０（図２Ａ）及び流路４１２に沿って大きな圧力降下を発生させることなく、流体を接触層に移動させるために適した寸法を有する。このアウトレット流路４１２は、０．２５ミリメートル以上５．００以下ミリメートルの範囲内の幅寸法を有するが、他の如何なる幅寸法を用いてもよい。更に、アウトレット流路４１２の長さ寸法は、０．５ミリメートル以上熱源の長さ寸法の三倍以内の範囲内に形成するとよい。更に、流体がマイクロチャネル４１０に沿って水平に流れた後に、アウトレット流路４１２に容易に流れ上がるように、アウトレット流路４１２は、マイクロチャネル４１０の高さまで下方に延びている。アウトレット流路４１２の幅寸法は、例えば、０．２５ミリメートル以上５．００ミリメートル以下の範囲とする。但し、他の如何なる寸法を用いてもよい。また、ここでは、アウトレット流路４１２は、同じ寸法を有しているが、アウトレット流路４１２は、異なる寸法を有していてもよいことは、当業者にとって明らかである。更に、これに代えて、アウトレット流路４１２は、幅、横断面の寸法及び／又は隣接するフィンガの間の距離が様々に変化する不規則な形状を有していてもよい。
【００４９】
図４及び５に示すように、インレット及びアウトレット流路４１１、４１２は、それぞれセグメント化され、互いに分離されているため、これらの流路内の流体は、混じり合うことはない。詳しくは、図４に示すように、２つのアウトレット流路４１２は、マニホルド層４０６の外側のエッジ側に設けられ、１つのアウトレット流路４１２は、マニホルド層４０６の中央に設けられている。更に、２つのインレット流路４１１は、中央のアウトレット流路４１２の両側に隣接するように設けられている。この特定の構成により、接触層４０２に入る流体は、アウトレット流路４１２を介して接触層４０２から流れ出る前に接触層４０２内で最短距離を移動する。但し、インレット流路及びアウトレット流路は、他の如何なる適切な構成に配置してもよく、したがって、これらは、ここに示し及び説明する構成に制限されないことは、当業者にとって明らかである。マニホルド層４０６内のインレット及びアウトレットフィンガ４１１、４１２の数は、３個より多いことが望ましく、マニホルド層４０６における１センチメートルあたり１０個未満であることが望ましい。また、インレット流路とアウトレット流路の数は、ここに示し、説明した構成に制限されるものではなく、他の如何なる数としてもよいことは、当業者にとって明らかである。
【００５０】
マニホルド層４０６は、中間層（図示せず）に連結され、中間層（図示せず）は、接触層４０２に連結され、これにより三層式熱交換器４００が形成される。この中間層は、図３Ｂに示す実施形態に関連して説明したものである。これに代えて、図７Ａに示すように、マニホルド層４０６を接触層４０２に連結し、接触層４０２上に配置して、二層式熱交換器４００を形成してもよい。二層式熱交換器の接触層４０２に連結される好適なマニホルド層４０６の断面を図６Ａ〜図６Ｃに示す。詳しくは、図６Ａは、図５の線Ａ−Ａに沿った熱交換器４００の断面図である。更に、図６Ｂは、図５の線Ｂ−Ｂに沿った熱交換器４００の断面図であり、図６は、図５の線Ｃ−Ｃに沿った熱交換器４００の断面図である。上述のように、インレット及びアウトレット流路４１１、４１２は、マニホルド層４０６の上面から底面に延びる。マニホルド層４０６及び接触層４０２が互いに連結される場合、インレット及びアウトレット流路４１１、４１２は、接触層４０２のマイクロチャネル４１０の高さと同じ高さか、僅かに高い高さを有する。この構成により、インレット流路４１１からの流体は、マイクロチャネル４１０を介してインレット流路４１１から容易に流れ出る。更に、この構成により、マイクロチャネル４１０を介して流れる流体は、マイクロチャネル４１０を流れた後に、アウトレット流路４１２に容易に流れ上がる。
【００５１】
図には示さないが、変形例として、中間層１０４（図３Ｂ）は、マニホルド層４０６及び接触層４０２の間に配設してもよい。中間層１０４（図３Ｂ）は、接触層４０２内の指定された接触層ホットスポット領域に流体を流通させる。更に、中間層１０４（図３Ｂ）を用いて、接触層４０２に流体の均一なフローを供給することができる。また中間層１０４を用いて、接触層４０２の接触層ホットスポット領域に流体を提供し、ホットスポットを適切に冷却し、熱源９９における温度を均一にすることができる。インレット及びアウトレット流路４１１、４１２は、必ずしも必要ではないが、適切にホットスポットを冷却するために、熱源９９のホットスポット上又はその近傍に配設される。
【００５２】
図７Ａは、本発明に基づく他の接触層１０２を備える他のマニホルド層４０６の分解図である。好ましくは、接触層１０２は、図３Ｂに示すように、マイクロチャネル壁１１０の連続した構成を含んでいる。この構成では、概略的に言えば、図３Ｂに示す好適なマニホルド層１０６と同様に、流体は、流体ポート４０８を介してマニホルド層４０６に流入し、流路４１４を移動し、流体フィンガ又は流路４１１に向かう。流体は、インレットフィンガ４１１の開口（opening）に流入し、矢印によって示すように、Ｘ−方向に、フィンガ４１１の長さに沿って流れる。更に、流体は、Ｚ−方向に、マニホルド層４０６の下に設けられた接触層４０２に流れ下る。図７Ａに示すように、接触層４０２において、流体は、接触層４０２のＸ及びＹ方向の底面に沿って流れ、熱源９９と熱交換を行う。加熱された流体は、アウトレットフィンガ４１２を介してＺ−方向を上向きに流れ上がって接触層４０２から流出し、アウトレットフィンガ４１２は、Ｘ−方向に沿って、マニホルド層４０６の流路４１８に加熱された流体を流す。そして、流体は、流路４１８に沿って流れ、ポート４０９から流れ出ることによって熱交換器から排出される。
【００５３】
図７Ａに示すように、接触層は、一組のマイクロチャネル４１０間に配置された一連の溝４１６を備え、これらの溝４１６によって、流体は、流路４１１、４１２へ流れ込み及び流路４１１、４１２から流れ出る。詳しくは、溝４１６Ａは、他のマニホルド層４０６のインレット流路４１１の真下に位置し、これにより、接触層４０２に入る流体は、インレット流路４１１を介して、溝４１６Ａに隣接するマイクロチャネルに直接流入する。このように、溝４１６Ａにより、流体は、図５に示すように、インレット流路４１１から特定の指定された流路に直接流される。同様に接触層４０２は、Ｚ方向に、アウトレット流路４１２の真下に設けられた溝４１６Ｂを有する。これにより、アウトレット流路に向かってマイクロチャネル４１０に沿って水平に流れる流体は、溝４１６Ｂに水平に流れ、及び溝４１６Ｂの上のアウトレット流路４１２に垂直に流れる。
【００５４】
図６Ａは、マニホルド層４０６及び接触層４０２を備える熱交換器４００の断面図である。詳しくは、図６Ａは、アウトレット流路４１２と相互に組み合わされたインレット流路４１１を示しており、これにより、流体は、インレット流路４１１に流れ下り、及びアウトレット流路４１２に流れ上がる。更に、図６Ａに示すように、流体は、インレット流路及びアウトレット流路の間に配置され、溝４１６Ａ、４１６Ｂによって分離されたマイクロチャネル４１０を介して水平に流れる。これに代えて、マイクロチャネル壁は、溝によって分離されず、連続していてもよい（図３Ｂ）。図６Ａに示すように、インレット及びアウトレット流路４１１、４１２の両方又は一方は、好ましくは、溝４１６の近くの位置の端部に曲面４２０を有する。この曲面４２０により、流体は、流路４１１に隣接するマイクロチャネル４１０に向かって、流路４１１を流れ下る。このように、接触層１０２に入る流体は、溝４１６Ａに直接流入させるより、より容易にマイクロチャネル４１０に向かって流れる。同様にアウトレット流路４１２の曲面４２０によって、流体は、マイクロチャネル４１０から外側の流路４１２に向けられる。
【００５５】
変形例では、図７Ｂに示すように、接触層４０２’は、マニホルド層４０６（図８及ぶ図９）に関して上述したように、インレット流路４１１及びアウトレット流路４１２を備える。変形例では、流体は、ポート４０８’から接触層４０２’に直接供給される。流体は、流路４１４’に沿って、インレット流路４１１’に向けて流れる。次に、流体は、一組のマイクロチャネル４１０’を横切り、熱源（図示せず）と熱交換を行い、アウトレット流路４１２’に流れ込む。次に、流体は、アウトレット流路４１２’に沿って流路４１８’に流れ、ポート４０９’を介して、接触層４０２’から排出される。ポート４０８’、４０９’は、接触層４０２’に形成してもよく、或いはマニホルド層４０６（図７Ａ）に形成してもよい。
【００５６】
なお、本発明に基づく熱交換器は、ここでは全てが水平方向に動作するように示しているが、この熱交換器は、垂直方向に動作してもよいことは、当業者にとって明らかである。熱交換器は、垂直方向に動作する場合、各インレット流路が隣接するアウトレット流路の上に位置するように構成される。したがって、流体は、インレット流路を介して接触層に入り、アウトレット流路に自然に流れ込む。熱交換器を垂直方向に動作させるために、マニホルド層及び接触層の他の如何なる構成を用いてもよいことは明らかである。
【００５７】
図８Ａ〜図８Ｃは、本発明に基づく熱交換器の他の実施形態の平面図である。詳しくは、図８Ａは、本発明に基づく他のマニホルド層２０６の平面図である。また、図８Ｂ及び図８Ｃは、それぞれ中間層２０４及び接触層２０２の平面図である。更に、図９Ａは、他のマニホルド層２０６を用いた三層式熱交換器を示し、図９Ｂは、他のマニホルド層２０６を用いた二層式熱交換器を示す。
【００５８】
図８Ａ及び図９Ａに示すように、マニホルド層２０６は、水平及び垂直に構成された複数の流体ポート２０８を備える。これに代えて、流体ポート２０８は、マニホルド層２０６に対して斜めに又は他の如何なる方向に配設してもよい。流体ポート２０８は、熱交換器２００の所定の接触層ホットスポット領域に流体を効果的に提供するよう、マニホルド層２０６内の選択された位置に配設される。複数の流体ポート２０８は、熱交換器２００に大きな圧力降下を発生させることなく、流体ポートから特定の接触層ホットスポット領域に直接流体を提供できるという重要な利点を有している。更に、流体ポート２０８は、接触層ホットスポット領域内の流体が、排出ポート２０８までの最短距離を移動できるように、マニホルド層２０６内に配設され、これにより、流体は、インレット及びアウトレットポート２０８の間で最小の圧力降下を維持しながら、温度均一性を実現する。更に、マニホルド層２０６を用いることにより、接触層２０２に亘って均等に均一なフローを提供しながら、熱交換器２００内の二相フローを安定化できる。なお、これに代えて、２つ以上のマニホルド層２０６を熱交換器２００に設け、一方のマニホルド層２０６が熱交換器２００へ及び熱交換器２００から流体を流通させ、他方のマニホルド層（図示せず）が熱交換器２００への流体循環の速度を制御するようにしてもよい。これに代えて、複数のマニホルド層２０６の全てが、接触層２０２内の対応する選択された接触層ホットスポット領域に流体を循環させるようにしてもよい。
【００５９】
変形例として示すマニホルド層２０６は、接触層２０２の寸法に対応する幅寸法を有する。更に、マニホルド層２０６は、熱源９９と同じ寸法を有している。これに代えて、マニホルド層２０６は、熱源９９より大きくてもよい。マニホルド層２０６の垂直寸法は、０．１〜１０ミリメートルの範囲内とするとよい。更に、流体ポート２０８に連結されるマニホルド層２０６内のアパーチャの寸法は、１ミリメートルから熱源９９の全幅又は全長の間の範囲内とするとよい。
【００６０】
図１１は、本発明に基づく他のマニホルド層２０６を有する三層式熱交換器２００の一部を切欠いて示す透視図である。図１１に示すように、熱交換器２００は、熱源９９のボディに沿って発生する熱量に基づいて個別の領域に分割される。これらの領域は、垂直な中間層２０４及び／又は接触層２０２のマイクロチャネル壁構造体２１０によって分離される。但し、当業者には明らかであるが、本発明の構成は、図１１に示すアセンブリに制限されず、このアセンブリは、例示的な目的のために示しているに過ぎない。
【００６１】
図３に示すように、熱源９９は、位置Ａのホットスポットと、位置Ｂのウォームスポットとを有し、位置Ａのホットスポットは、位置Ｂのウォームスポットより高い熱を発生する。なお、熱源９９は、如何なる時刻及び如何なる位置において、２つ以上のホットスポット及びウォームスポットを有していてもよいことは明らかである。この具体例では、位置Ａがホットスポットであり、位置Ａから、より多くの熱が位置Ａ上の接触層２０２（図１１では、接触層ホットスポット領域Ａとして示している。）に輸送されるので、熱交換器２００では、位置Ａを適切に冷却するために、より多くの流体及び／又はより高い流量の流体を接触層ホットスポット領域Ａに提供する。なお、この具体例では、接触層ホットスポット領域Ｂは、接触層ホットスポット領域Ａより大きく示されているが、熱交換器２００内の接触層ホットスポット領域Ａ、Ｂ及び他のあらゆる接触層ホットスポット領域は、如何なるサイズを有していてもよく及び／又は相対的に如何なる構成を有していてもよいことは明らかである。
【００６２】
これに代えて、図１１に示すように、流体は、流体ポート２０８Ａを介して熱交換器に入り、中間層２０４に沿って流入導管２０５Ａに流れることによって接触層ホットスポット領域Ａに流入させてもよい。次に、流体は、流入導管２０５ＡをＺ−方向に流れ下り、接触層２０２の接触層ホットスポット領域Ａに至る。流体は、マイクロチャネル２１０Ａの間を流れ、これにより、位置Ａからの熱は、接触層２０２を介した熱伝導によって、流体に輸送される。加熱された流体は、接触層ホットスポット領域Ａ内の接触層２０２に沿って、アウトレットポート２０９Ａに向かって流れ、熱交換器２００から排出される。特定の接触層ホットスポット領域又は一組の接触層ホットスポット領域について、如何なる数のインレットポート２０８及びアウトレットポート２０９を用いてもよいことは、当業者にとって明らかである。更に、排出ポート２０９Ａは、接触層２０２Ａの近くに配設されているが、これに代えて、排出ポート２０９Ａは、以下に限定されるものではないが、例えばマニホルド層２０９Ｂ等の他の如何なる位置に垂直に配設に設けてもよい。
【００６３】
また、図１１に示す具体例では、熱源９９は、熱源９９の位置Ａより低い熱を発生するウォームスポットを位置Ｂに有している。ポート２０８Ｂを介して流入する流体は、中間層２０４Ｂに沿って流入導管２０５Ｂに流れることによって、接触層ホットスポット領域Ｂに供給される。次に、流体は、流入導管２０５ＢをＺ−方向に流れ下り、接触層２０２の接触層ホットスポット領域Ｂに至る。流体は、Ｘ方向及びＹ方向に、マイクロチャネル２１０Ａの間を流れ、これにより、位置Ｂからの熱は、接触層２０２を介した熱伝導によって、流体に輸送される。加熱された流体は、中間層２０４の流出導管２０５Ｂを介して接触層ホットスポット領域Ｂ内の全体の接触層２０２Ｂに沿って、排出ポート２０９Ｂを流れ上がり、熱交換器２００から排出される。
【００６４】
これに代えて、図９Ａに示すように、熱交換器２００は、接触層２０２上に配設された蒸気透過膜２１４を備えていてもよい。蒸気透過膜２１４は、熱交換器２００の内壁に封水的に接触している。蒸気透過膜２１４は、幾つかの小さいアパーチャを有し、接触層２０２に沿って発生した蒸気は、このアパーチャを介してアウトレットポート２０９に流入する。また、膜２１４は、疎水性を有するように構成され、これにより、膜２１４は、接触層２０２に沿って流れる液体がアパーチャを通り抜けることを防いでいる。蒸気透過膜１１４のこの他の詳細については、２００３年２月１２日に出願された、同時に係属中である米国特許出願番号第１０／３６６，１２８号、発明の名称、「蒸気透過マイクロチャネル熱交換器（VAPOR ESCAPE MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER）」に開示されており、この文献は、引用により本願に援用されるものとする。
【００６５】
また、本発明に基づくマイクロチャネル熱交換器は、上述した構成とは異なる構成を有していてもよい。例えば、熱交換器は、接触層に通じる個別にシールされたインレット及びアウトレットアパーチャを有することによって熱交換器内の圧力降下を最小化するマニホルド層を備えていてもよい。この場合、流体は、インレットアパーチャを介して接触層に直接流れ込み、接触層と熱交換を行う。流体は、インレットアパーチャに隣接して配設されたアウトレットアパーチャを介して、接触層から流出する。マニホルド層のこのような多孔構成により、インレットポート及びアウトレットポートの間で流体が流れる距離を最短化でき、及び接触層に通じる幾つかのアパーチャに亘って、流量の分割を最大化できる。
【００６６】
以下、熱交換器１００及び熱交換器１００の個々の層を製造及び組立方法を説明する。以下では、説明を簡潔にするために、本発明に基づく好適な及び代替の熱交換器について、図３Ｂの熱交換器１００及びその個々の層を用いて説明する。また、以下では、本発明に関連して組立／製造の詳細を説明するが、この組立及び製造の詳細は、図１Ａ〜図１Ｃに示すような１つの流体インレットポートと、１つの流体アウトレットポートとを用いる二層式熱交換器及び三層式熱交換器、並びに従来の熱交換器にも同様に適用されることは、当業者にとって明らかである。
【００６７】
接触層１０２は、好ましくは、熱源９９に等しい又は近似する熱膨張率（coefficient of thermal expansion：以下、ＣＴＥという。）を有する。これにより、接触層１０２は、好ましくは、熱源９９の伸縮に応じて同様に伸縮する。これに代えて、接触層１０２の材料は、熱源９９の材料のＣＴＥとは異なるＣＴＥを有していてもよい。シリコン等の材料から作成された接触層１０２は、熱源９９のＣＴＥに対応するＣＴＥを有し、及び熱源９９から流体に適切に熱を輸送するために十分な熱伝導率を有している。但し、これに代えて、熱源９９のＣＴＥに一致するＣＴＥを有する他の材料を用いて接触層１０２を形成してもよい。
【００６８】
熱交換器１００の接触層１０２は、熱源９９がオーバーヒートしないように、熱源９９と、接触層１０２に沿って流れる流体との間で十分な熱伝導を実現する高い熱伝導率を有することが好ましい。接触層１０２は、好ましくは、１００Ｗ／ｍ−Ｋ程度の高い熱伝導率を有する材料から形成される。但し、接触層１０２の熱伝導率は、１００Ｗ／ｍ−Ｋ以上でも以下でもよく、この値に制限されないことは当業者にとって明らかである。
【００６９】
好適な高い熱伝導率を達成するために、接触層１０２は、好ましくは、シリコン等の半導体基板から形成される。これに代えて、接触層は、これらに限定されるものではないが、単結晶誘電材料、金属、アルミニウム、ニッケル銅、コバー（Ｋｏｖａｒ：商標）、黒鉛、ダイヤモンド、これらの複合体及びあらゆる適切な合金を含む他の如何なる材料から作成してもよい。接触層１０２の他の材料としては、パターン化され又は成型された有機メッシュ（patterned or molded organic mesh）がある。
【００７０】
図１２に示すように、接触層１０２は、接触層１０２の材料を保護し、及び接触層１０２の熱交換特性を向上させるために、コーティング材料層１１２でコーティングすることが好ましい。具体的には、コーティング材料層１１２は、流体及び接触層１０２の間の化学的相互作用を防ぐ化学保護を提供する。例えば、アルミニウムから形成された接触層１０２は、これに接触する流体によって削られ、接触層１０２は、時間が経つにつれて劣化する虞がある。ここで、約２５ミクロンのニッケル薄膜によるコーティング材料層１１２を接触層１０２の表面に電気メッキすることにより、接触層１０２の熱的性質を大幅に変化させることなく、化学的な如何なる潜在的反応も防止することができる。なお、接触層１０２の材料に応じて、適切な層厚を有する他の如何なるコーティング材料を用いてもよいことは明らかである。
【００７１】
更に、図１２に示すように、接触層１０２の熱伝導率を向上させ、熱源９９と十分な熱交換を行うために、コーティング材料層１１２を接触層１０２に適用してもよい。例えば、プラスチックで被覆された金属ベースを有する接触層１０２は、プラスチック上にニッケルコーティング材料層１１２を設けることによって熱的に補強できる。このニッケルコーティング材料層１１２は、接触層１０２及び熱源９９の寸法に応じて、少なくとも２５ミクロンの厚さに形成するとよい。接触層１０２の材料に応じて、適切な層厚を有する他の如何なるコーティング材料を用いてもよいことは明らかである。これに代えて、既に高い熱伝導率特性を有する材料上に、更に、コーティング材料層１１２を設け、材料の熱伝導率を向上させてもよい。コーティング材料層１１２は、好ましくは、図１２に示すように、接触層１０２のマイクロチャネル壁１１０だけではなく、底面１０３に適用してもよい。これに代えて、コーティング材料層１１２は、底面１０３及びマイクロチャネル壁１１０の何れか一方のみに適用してもよい。コーティング材料層１１２は、好ましくは、以下に限定されるものではないが、ニッケル及びアルミニウム等の金属を材料とする。但し、これに代えて、コーティング材料層１１２は、他の如何なる熱伝導性材料から形成してもよい。
【００７２】
接触層１０２は、好ましくは、接触層１０２を保護するために、ニッケル薄膜でコーティングされた銅材をエッチング加工することによって形成される。これに代えて、接触層１０２は、アルミニウム、シリコン基板、プラスチック又は他の如何なる適切な材料から形成してもよい。また、熱伝導率が低い材料から形成されている接触層１０２は、接触層１０２の熱伝導率を向上させるために、適切なコーティング材料でコーティングするとよい。接触層を電気鋳造する一手法として、クロム又は他の適切な材料のシード層を接触層１０２の底面１０３に沿って適用し、このシード層に適切な電圧の電気的接続を適用してもよい。この電気的接続により、接触層１０２上に熱伝導性コーティング材料層１１２の層が形成される。また、電気鋳造法によって、１０〜１００ミクロンの範囲の様々な構造体を形成することができる。接触層１０２は、パターン化された電気メッキ等の電気鋳造法によって形成できる。更に、これに代えて、接触層は、光化学エッチング又は化学切削を単独で、又はこれと電気鋳造法とを組み合わせて形成してもよい。化学切削のための標準リゾグラフィセットを用いて、接触層１０２内の構造を加工してもよい。更に、レーザで補助された化学切削処理を用いることで、アスペクト比を変更し及び公差の精度を高めることができる。
【００７３】
マイクロチャネル壁１１０は、好ましくは、シリコンから形成される。また、これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、以下に限定されるものではないが、パターン化されたガラス、ポリマ及び成型されたポリマメッシュを含む他の如何なる材料で形成してもよい。マイクロチャネル壁１１０は、接触層１０２の底面１０３の材料と同じ材料から形成することが好ましいが、これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、接触層１０２の他の部分の材料とは異なる材料から形成してもよい。
【００７４】
好ましくは、マイクロチャネル壁１１０は、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率特性を有する。これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率特性を有していてもよい。当業者にとって明らかであるが、これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、２０Ｗ／ｍ−Ｋ未満の熱伝導率特性を有していてもよく、この場合、図１２に示すように、マイクロチャンネル壁１１０の熱伝導率を向上させるために、マイクロチャネル壁１１０にコーティング材料層１１２を適用するとよい。また、既に高い熱伝導率を有する材料から形成されたマイクロチャネル壁１１０に対して、マイクロチャネル壁１１０の表面を保護する少なくとも２５ミクロンの厚さのコーティング材料層１１２を適用してもよい、熱伝導率が低い材料から形成されたマイクロチャネル壁１１０については、少なくとも５０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率と、２５ミクロン以上の厚さを有するコーティング材料層１１２を適用するとよい。他の種類及び他の厚さのコーティング材料を用いてもよいことは当業者にとって明らかである。
【００７５】
少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するマイクロチャネル壁１１０を形成するためには、マイクロチャネル壁１１０は、例えば、ニッケル又は上述した他の金属のコーティング材料層１１２（図１２）によって電気鋳造される。また、少なくとも５０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するマイクロチャネル壁１１０を形成するためには、マイクロチャネル壁１１０は、薄膜金属フィルムシード層上に銅を電気メッキすることによって形成される。これに代えて、マイクロチャネル壁１１０をコーティング材料でコーティングしなくてもよい。
【００７６】
マイクロチャネル壁１１０は、好ましくは、熱エンボシング法によって形成され、これにより、接触層１０２の底面１０３に沿ってチャネル壁１１０の高アスペクト比が実現される。これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、ガラス表面に蒸着されたシリコン構造体として形成してもよく、この構造体は、ガラス上で所望の構成にエッチングされる。また、これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、標準リゾグラフィ法、スタンピング又は鋳造法、又は他の如何なる適切な技術によって形成してもよい。また、マイクロチャネル壁１１０は、接触層１０２とは別に作成し、陽極結合又はエポキシ樹脂接着によって接触層１０２に連結してもよい。これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、電気メッキ等の従来の電鋳技術によって接触層１０２に連結してもよい。
【００７７】
中間層１０４は、様々な手法を用いて形成できる。中間層は、好ましくは、シリコンによって形成される。また、中間層には、以下に限定されるものではないが、ガラス又はレーザでパターン化されたガラス、ポリマ、金属、ガラス、プラスチック、成形された有機材料又はこれらの複合体を含む他の如何なる適切な材料を用いてもよいことは当業者にとって明らかである。好ましくは、中間層１０４は、プラズマエッチング技術を用いて形成される。これに代えて、中間層１０４は、化学エッチング法を用いて形成してもよい。他の手法として、機械加工、エッチング、押出及び／又は鍛造等によって金属を所望の構成に形成してもよい。また、これに代えて、中間層１０４は、プラスチックメッシュの射出成形によって所望の構成に形成してもよい。これに代えて、中間層１０４は、ガラス板に対するレーザドリルによって所望の構成に形成してもよい。
【００７８】
マニホルド層１０６は、様々な手法で作成することができる。マニホルド層１０６は、プラスチック、金属、ポリマ複合体又は他の何らかの適切な材料を用いた射出成形法によって形成され、ここで、各層は、同じ材料から形成することが好ましい。これに代えて、上述したように、各層は、異なる材料から形成してもよい。マニホルド層１０６は、機械加工又はエッチング等の金属加工技術を用いて形成してもよい。マニホルド層１０６を他の如何なる適切な手法により形成してもよいことは当業者にとって明らかである。
【００７９】
中間層１０４は、様々な手法で接触層１０２及びマニホルド層１０６に連結され、これにより、熱交換器１００が形成される。接触層１０２、中間層１０４及びマニホルド層１０６は、好ましくは、陽極結合、接着材又は共晶結合法等によって互いに連結される。或いは、中間層１０４は、マニホルド層１０６及び接触層１０２の構造体内に一体に形成してもよい。中間層１０４は、化学結合処理によって接触層１０２に連結させてもよい。これに代えて、中間層１０４は、熱エンボシング又はソフトリソグラフィ技術によって形成してもよく、ここで、ワイヤ放電加工機ＥＤＭ又はシリコンマスタを用いて中間層１０４をスタンプしてもよい。更に、必要であれば、中間層１０４を金属又は他の適切な材料で電気メッキし、中間層１０４の熱伝導率を向上させてもよい。
【００８０】
これに代えて、中間層１０４は、射出成形法によって、接触層１０２内のマイクロチャネル壁１１０の作成と同時に形成してもよい。これに代えて、他の何らかの適切な手法によって、マイクロチャネル壁１１０の作成と共に中間層１０４を形成してもよい。熱交換器を形成する他の手法としては、以下に限定されるものではないが、はんだ付け、融接、共晶接合、金属間接合（intermetallic bonding）及び各層で用いられる材料の種類に応じた他の如何なる適切な技術を用いてもよい。
【００８１】
本発明に基づく熱交換器の他の製造方法を図１３に示す。図１３に示すように、この熱交換器の他の製造方法は、接触層として、シリコン基板から形成されたハードマスクを製造する工程（ステップ５００）を有する。ハードマスクは、酸化シリコン又はスピンオンガラスから形成される。一旦、ハードマスクを形成した後、ハードマスク内に複数のアンダーチャネル（under-channels）を形成する。これらのアンダーチャネルは、マイクロチャネル壁１１０間で流路を形成する（ステップ５０２）。アンダーチャネルは、以下に限定されるものではないが、ＨＦエッチング技術、化学切削、ソフトリソグラフィ、二フッ化キセノンエッチング等の如何なる適切な手法によって形成してもよい。更に、隣接するアンダーチャネルが互いにブリッジされないように、各アンダーチャネル間には、十分な間隔を設ける必要がある。次に、何らかの周知の手法を用いて、ハードマスクの上面上に、スピンオンガラスを設け、中間体及びマニホルド層を形成する（ステップ５０４）。続いて、橋かけ法（curing method）によって、中間層及びマニホルド層を強化する（ステップ５０６）。中間層及びマニホルド層を完全に形成し、強化した後に、この強化された層に１又は複数の流体ポートを形成する（ステップ５０８）。流体ポートは、マニホルド層をエッチングし又は穿孔することによって形成される。以上、接触層１０２、中間層１０４及びマニホルド層１０６を作成するための特定の手法を説明したが、当分野で周知の他の手法を用いて熱交換器１００を製造してもよい。
【００８２】
本発明に基づく熱交換器の変形例を図１４に示す。図１４に示す変形例では、２つの熱交換器２００、２００’が１つの熱源９９に連結されている。詳しくは、電子デバイス等の熱源９９は、回路板９６に連結され、垂直に配設され、熱源９９の両面は、必然的に外部に晒される。本発明に基づく熱交換器２００、２００’は、それぞれ、熱源９９の晒された面に連結され、この熱交換器２００、２００’によって、熱源９９の冷却効率が最大化される。これに代えて、熱源が水平に回路板に連結されている場合、２つ以上の熱交換器（図示せず）を熱源９９上にスタックし、各熱交換器を熱源９９に電気的に連結してもよい。この実施形態に関するこの他の詳細は、２００２年２月７日に出願された、同時に係属中である米国特許出願第１０／０７２，１３７号、発明の名称「電力調整モジュール（POWER CONDITIONING MODULE）」に開示されており、この文献は、引用により本願に援用される。
【００８３】
図１４に示す具体例では、２つの層を有する熱交換器２００が熱源９９の左側に連結され、３つの層を有する熱交換器２００’が熱源９９の右側に連結されている。熱源９９の何れの面に好適な又は代替の熱交換器を連結してもよいことは当業者にとって明らかである。また、変形例として、他の熱交換器２００’を熱源９９の両面に連結してもよいことは当業者にとって明らかである、図１４に示す変形例では、熱源９９の厚さに沿って存在するホットスポットを冷却するように流体を供給することによって、熱源９９のホットスポットをより正確に冷却することができる。すなわち、図１４に示す実施形態では、熱源９９の両面で熱交換を行うことによって、熱源９９の中心でホットスポットを適切に冷却することができる。なお、図１４に示す実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂの冷却装置３０を用いているが、他の循環システムを用いてもよいことは当業者にとって明らかである。
【００８４】
上述のように、熱源９９は、熱源９９において実行する必要がある異なるタスクのために、１又は複数のホットスポットの位置が変化する場合がある。熱源９９を適切に冷却するために、システム３０（図２Ａ及び図２Ｂ）は、ホットスポットの位置の変化に応じて、熱交換器１００に入る流体の流量及び／又は流速を動的に変更する感知及び制御モジュール３４を備える。
【００８５】
詳しくは、図１４に示すように、熱交換器２００内の各接触層ホットスポット領域に及び／又は熱源９９の各潜在的なホットスポット位置に１つ以上のセンサ１２４を配設する。これに代えて、熱源及び熱交換器の間で及び／又は熱交換器自体の中に、複数のセンサを均等に配置してもよい。また、制御モジュール３８（図２Ａ及び図２Ｂ）を熱交換器１００への流体のフローを制御する循環型冷却装置３０内の１又は複数のバルブに連結してもよい。この具体例では、これらの１つ以上のバルブは、流体ライン内に配設されるが、これに代えて、他の如何なる箇所に配設してもよい。複数のセンサ１２４は、制御モジュール３４に連結され、制御モジュール３４は、好ましくは、図２に示すように、熱交換器１００のアップストリーム側に配設される。これに代えて、制御モジュール３４は、循環システム３０内の他の如何なる位置に配設してもよい。
【００８６】
センサ１２４は、以下に限定されるものではないが、例えば、接触層ホットスポット領域を流れる流体の流量、接触層１０２及び／又は熱源９９のホットスポット領域の温度、流体の温度等の情報を制御モジュール３４に提供する。例えば、図１４に示す具体例では、接触層１２４上に配設されたセンサは、熱交換器２００の特定の接触層ホットスポット領域の温度が高くなり、熱交換器２００’の特定の接触層ホットスポット領域の温度が低くなっているといった情報を制御モジュール３４に提供する。これに応じて、制御モジュール３４は、熱交換器２００への流体の流量を増加させ、熱交換器２００’への流体の流量を減少させる。これに代えて、制御モジュール３４は、センサ１１８から受け取った情報に応じて、１又は複数の熱交換器内の１又は複数の接触層ホットスポット領域への流体の流量を変更してもよい。図１４に示す具体例では、センサ１１８を２つの熱交換器２００、２００’に接続しているが、これに代えて、センサ１１８を１つの熱交換器だけに接続してもよいことは明らかである。
【００８７】
本発明の構成及び動作原理を明瞭に説明するために、様々な詳細を含む特定の実施例を用いて本発明を説明した。このような特定の実施例の説明及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、例示的に選択された実施例を変更できることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１Ａ】従来の熱交換器の側面図である。
【図１Ｂ】従来の熱交換器の平面図である。
【図１Ｃ】従来のマルチレベル熱交換器の側面図である。
【図２Ａ】本発明に基づく柔軟な流体輸送マイクロチャネル熱交換器の好適な実施形態を組み込んだ循環型冷却装置の概略図である。
【図２Ｂ】本発明に基づく柔軟な流体輸送マイクロチャネル熱交換器の変形例を組み込んだ循環型冷却装置の概略図である。
【図３Ａ】本発明に基づく熱交換器の好適なマニホルド層の平面図である。
【図３Ｂ】本発明に基づく好適なマニホルド層を有する好適な熱交換器の分解図である。
【図４】本発明に基づく互いに組み合うマニホルド層の斜視図である。
【図５】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の平面図である。
【図６Ａ】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図６Ｂ】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図６Ｃ】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図７Ａ】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の分解図である。
【図７Ｂ】本発明に基づく接触層の変形例の斜視図である。
【図８Ａ】本発明に基づくマニホルド層の変形例の平面図である。
【図８Ｂ】本発明に基づく接触層の平面図である。
【図８Ｃ】本発明に基づく接触層の平面図である。
【図９Ａ】本発明に基づく三層式熱交換器の変形例の側面図である。
【図９Ｂ】本発明に基づく二層熱交換器の変形例の側面図である。
【図１０】本発明に基づく超小型ピンアレイを有する接触層の斜視図である。
【図１１】本発明に基づく熱交換器の変形例の一部切欠透視図である。
【図１２】コーティング材料が適用された本発明に基づく熱交換器の接触層の側面図である。
【図１３】本発明に基づく熱交換器の製造手順を示すフローチャートである。
【図１４】熱源に２つの熱交換器を連結する本発明の他の実施形態を示す図である。
【関連出願】
【０００１】
この特許出願は、引用により本願に援用される、２００２年１１月１日に出願された、同時に係属中の米国仮特許出願第６０／４２３，００９号、発明の名称「柔軟な流体輸送及びマイクロチャネルヒートシンクによるホットスポット冷却のための方法（METHODS FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS）」について、米国特許法第１１９条（ｅ）項３５米国連邦法規類集１１９に基づく優先権を主張する。また、この特許出願は、引用により本願に援用される、２００３年１月２４日に出願された、同時に継続中の米国仮特許出願第６０／４４２，３８３号、発明の名称「ＣＰＵ冷却用に最適化されたプレートフィン熱交換器（OPTIMIZED PLATE FIN HEAT EXCHANGER FOR CPU COOLING）」について、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく優先権を主張する。更に、この特許出願は、引用により本願に援用される、２００３年３月１７日に出願された同時に係属中の米国仮特許出願第６０／４５５，７２９号、発明の名称「多孔質構造を有するマイクロチャネル熱交換装置及びその製造方法（MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER APPARATUS WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF）」について、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づく優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、包括的には、熱を発生するデバイスを冷却するための方法と装置に関し、詳しくは、熱交換器における圧力降下を最小限に抑制しながら、電子デバイス内の所望のホットスポットを冷却する柔軟な流体輸送方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
マイクロチャネルヒートシンクは、１９８０年代前半に登場して以来、高い熱流束の冷却用途への適用可能性を示し、産業分野において使用されてきた。
【０００４】
しかしながら、既存のマイクロチャネルでは、従来型の平行チャネル構成（parallel channel arrangements）が用いられており、これは、熱負荷が空間的に変化する発熱デバイスの冷却には適していない。このような発熱デバイスは、他の領域より多くの熱を発生する領域を有する。
【０００５】
本明細書では、このような、より熱い領域を「ホットスポット（hot spot）」と呼び、ホットスポットより発熱量が少ない領域を「ウォームスポット（warm spot）」と呼ぶ。
【０００６】
図１Ａ及び図１Ｂは、それぞれ、従来の熱交換器１０の側面図及び平面図を示している。熱交換器１０は、サーマルインターフェイス材料９８を介して、例えば、マイクロプロセッサ等の電子デバイス９９に連結されている。図１Ａ及び１Ｂに示すように、流体は、通常、矢印によって示すように、単一のインレットポート１２から流れ込み、平行なマイクロチャネル１４を底面１１に沿って流れ、アウトレットポート１６から流れ出る。熱交換器１０は、電子デバイス９９を冷却するが流体は、インレットポート１２からアウトレットポート１６まで、均一に流れる。換言すれば、流体は、熱交換器１０の底面１１の全体に沿って実質的に一様に流れ、デバイス９９のホットスポットに対応する底面１１の領域により多くの流体が供給されることはない。更に、通常、熱交換器１０の底面１１に沿って流れるにつれて、インレットポート１２から流れる液体の温度は、高くなる。したがって、熱源９９のダウンストリーム側、すなわちアウトレットポート１６に近い領域には、冷たい流体は供給されず、実際には、アップストリーム側で加熱された、より温かい流体又は二相流体が供給される。このように、加熱された流体は、熱交換器１０の底面１１の全体と熱源９９の領域に亘って熱を輸送し、アウトレットポート１６の近傍では、流体が非常に熱くなり、熱源９９を冷却する効力がなくなる。このような温度の上昇によって、底面１１に流れる流体が沸騰することにより、最も多くの熱が発生している領域から流体が離れる二相フロー不安定状態（two-phase flow instabilities）が生じる。更に、１つのインレットポート１２と１つのアウトレットしか有さない熱交換器１０では、流体は、熱交換器１０の全長に亘って、底面１１の長い平行なマイクロチャネル１４に沿って移動し、この結果、流体が移動する長さのために大きな圧力降下が生じる。熱交換器１０において大きな圧力降下が生じると、熱交換器１０に流体をポンピングすることが困難になる。
【０００７】
図１Ｃは、従来のマルチレベル熱交換器２０の側面図である。流体は、ポート２２からマルチレベル熱交換器２０に流入し、中間層２６の複数の噴出口２８を通って下方向に移動し、底面２７及び排出ポート２４から排出される。更に、噴出口２８に沿って底面２７に移動する流体は、一様には流れない。なお、熱交換器２０に流入する流体は、熱交換器２０の長手方向に拡散するが、この設計では、熱交換器２０のより熱い領域（ホットスポット）及びより多くの流体循環を必要とする熱源に多くの流体を供給するわけではない。更に、この図１Ｃに示す熱交換器２０は、図１Ａ及び図１Ｂの熱交換器１０に関して説明した問題と同じ問題を有している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
そこで、本発明の目的は、熱源において、適切な温度均一性を実現する熱交換器を提供することである。更に、本発明の目的は、熱源のホットスポットの観点から適切な温度均一性を実現する熱交換器を提供することである。更に、本発明の目的は、比較的高い熱伝導率を有し、熱源に対して適切に熱交換を行う熱交換器を提供することである。更に、本発明の目的は、インレットポートとアウトレットポートの間の圧力降下を小さくできる熱交換器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係るマイクロチャネル熱交換器は、流体を流されることによって熱源を冷却する接触層を備える。接触層は好ましくは熱源に連結される。更に、熱交換器は、接触層に流体を提供するマニホルド層を備える。マニホルド層は、少なくとも１つのホットスポットを選択的に冷却し、好ましくは、熱源における温度を均一化する。マニホルド層は、好ましくは、ホットスポットに流体を流通させる複数の流路を備える。マニホルド層は、少なくとも１つのインレットポート及び少なくとも１つのアウトレットポートを備える。複数の流体ポートは、熱源のホットスポットに関連する、熱交換器の少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域内で流体を循環させる。複数の流体ポートの少なくとも１つのは、垂直又は水平に構成されている。
【００１０】
好ましくは、複数の流体ポートの少なくとも１つのは、マニホルド層に連結される。これに代えて、複数の流体ポートの少なくとも１つのは、接触層に連結してもよい。更に、熱交換器は、接触層及びマニホルド層の間に配設され、複数の流体ポートから少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域に流体を最適に流通させる中間層を備えていてもよい。中間層は、接触層及びマニホルド層に連結されていてもよく、接触層及びマニホルド層に一体に形成されていてもよい。接触層は、接触層を保護するとともに、好ましくは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を接触層に提供するコーティングを備える。コーティングの熱伝導率は、好ましくは、１００Ｗ／ｍ−Ｋとする。更に、熱交換器は、接触層に沿って、所定のパターンで構成された複数のマイクロチャネルを備える。複数のマイクロチャネルは、接触層に連結され、又は接触層に一体に形成される。これに代えて、複数のマイクロチャネルは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するコーティングを備えていてもよい。更に、熱交換器は、熱源の動作に関する情報を提供する少なくとも１つのセンサを備える。センサは、ホットスポット領域の実質的な近傍に配設される。熱交換器は、少なくとも１つのセンサに連結された制御モジュールを備えていてもよい。制御モジュール制御は、センサから提供された情報に応じて、熱交換器への流体の流量を制御する。更に、熱交換器は、接触層上に配設された蒸気透過膜を備えていてもよい。蒸気透過膜は、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、接触層に液体を維持する。更に、熱交換器の反対側の面に位置する熱源の表面に第２の熱交換器を連結してもよい。
【００１１】
本発明の他の実施形態において、熱交換器は、熱源を冷却するために接触層を備える。接触層は、熱源に連結され、接触層自体に流体が流されるように構成される。接触層は、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する。また、熱交換器は、熱源のホットスポットの冷却を最適化するよう構成された、流体を接触層に提供するマニホルド層を備える。また、熱交換器は、熱源のホットスポットの冷却を最適化するよう構成された少なくとも１つの流体ポートを備える。また、熱交換器は、少なくとも１つのインレットポート及び少なくとも１つのアウトレットポートを備える。マニホルド層内の流体ポートの少なくとも１つのは、熱源のホットスポットに関連する接触層の少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域に流体を循環させる。少なくとも１つの流体ポートの一部は、垂直又は水平に構成される。更に、熱交換器は、少なくとも１つの流体ポートから少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域に流体を最適に流通させる中間層を備える。中間層は、接触層及びマニホルド層の間に配設される。中間層は、接触層及びマニホルド層に連結してもよく、これに代えて、接触層及びマニホルド層に一体に形成してもよい。中間層は、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するコーティングを備えていてもよい。更に、熱交換器は、接触層に沿って所定のパターンで構成された複数のマイクロチャネルを備えていてもよい。複数のマイクロチャネルは、接触層に連結され、又は接触層に一体に形成される。複数のマイクロチャネルは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するコーティングを備える。更に、複数のマイクロチャネルは、マイクロチャネル材料を備え、接触層は、サーマルインターフェイス材料を備えていてもよい。マイクロチャネル材料は、サーマルインターフェイス材料と同じ材料であっても、異なる材料であってもよい。更に、熱交換器は、接触層上に配設された蒸気透過膜を備えていてもよい。蒸気透過膜は、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、接触層に液体を維持する。更に、熱交換器の反対側の面に位置する熱源の表面に第２の熱交換器を連結してもよい。
【００１２】
更に、本発明は、熱源を冷却する熱交換器を製造する熱交換器の製造方法を提供する。この製造方法は、熱源に連結される接触層を形成する工程を有する。接触層は、熱源と接触層との間で熱を十分に輸送するために、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有する。また、この製造方法は、接触層に連結され、接触層に沿って流体を流すことによって熱源を冷却するマニホルド層を形成する工程を有する。更に、この製造方法は、熱源における１つ以上のホットスポット位置を判定する工程を有する。更に、この製造方法は、それぞれが１つ以上のホットスポット位置に関連する複数の接触層ホットスポット領域に対応して熱交換器を構成する工程を有する。更に、この製造方法は、複数の流体ポートを熱交換器に連結する工程を有し、複数の流体ポートの１つ以上は、複数の接触層ホットスポット領域のうちの１つ以上の選択された接触層ホットスポット領域に流体を直接循環させるよう構成される。複数の流体インレットの一部は、垂直又は水平に構成される。更に、この製造方法は、マニホルド層及び接触層の間に中間層を形成する工程を有する。中間層は、マニホルド層から１つ以上の選択された接触層ホットスポット領域に流体を最適に流通させるよう構成される。中間層は、接触層及びマニホルド層に連結される。これに代えて、中間層は、マニホルド層及び接触層に一体に形成してもよい。更に、この製造方法は、電気鋳造法プロセスによって、接触層に熱伝導性コーティングを施す工程を有する。更に、この製造方法は、接触層に沿って、所定のパターンで複数のマイクロチャネルを構成する工程を有する。更に、この製造方法は、接触層に複数のマイクロチャネルに連結し、又は複数のマイクロチャネルを接触層と一体に形成する工程を有する。更に、この製造方法は、複数のマイクロチャネルに少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するコーティングを施す工程を有する。
【００１３】
コーティングは、好ましくは、電気鋳造法プロセスによって複数のマイクロチャネルに適用される。接触層は、所定の熱膨張特性を有するインターフェイス材料を備える。インターフェイス材料の熱膨張特性は、対応する熱源の材料の熱膨張特性と実質的に同等であってもよく、実質的に異なっていてもよい。更に、この製造方法は、接触層上に、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、接触層に液体を維持する蒸気透過膜を配設する工程を有する。更に、この製造方法は、方法は、熱交換器の反対側の面に位置する熱源の表面に第２の熱交換器を連結する工程を有する。
【００１４】
また、本発明に係る熱交換器は、熱源を冷却する冷却手段を備える。冷却手段は熱源に連結され、流体を流されるように構成される。更に、熱交換器は、冷却手段に流体を提供する流体提供手段を備える。流体提供手段は、熱源のホットスポットの冷却を最適化するよう構成された複数の流体インレットを備える。
【００１５】
本発明のこの他の特徴及び利点は、以下に示す好適な実施形態の詳細によって明らかとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
熱交換器は、包括的に言えば、好ましくは熱源と連結された接触層の選択的な領域に流体を通過させることによって、熱源から発生した熱エネルギを捕捉する。詳しくは、流体は、熱交換器内の圧力降下を小さく保ちながら、熱源に亘って、温度均一性を実現するように、ホットスポット及びホットスポットの周囲の領域を冷却するために接触層に特定の領域に流される。後述する様々な実施形態で説明するように、熱交換器は、マニホルド層内で複数のアパーチャ、チャネル及び／又はフィンガを用いて、並びに中間層内の導管を用いて、接触層の選択されたホットスポット領域に及びこの領域から流体を流通及び循環させる。これに代えて、熱交換器は、ホットスポットに流体を直接流入させ、及びホットスポットから流体を排出させることによって、効果的に熱源を冷却するために所定の位置に特別に配置された幾つかのポートを備えていてもよい。
【００１７】
ここでは、デバイスのホットスポット位置を冷却するために流体を柔軟に輸送するマイクロチャネル熱交換器を説明するが、これに代えて、本発明の熱交換器は、デバイスのコールドスポット位置を加熱するための柔軟な流体輸送に用いてもよいことは、当業者にとって明らかである。更に、本発明は、マイクロチャネル熱交換器として説明するが、本発明は、この説明に制限されず、他の用途にも用いることができる。
【００１８】
図２Ａは、本発明に基づく好適な柔軟な流体輸送マイクロチャネル熱交換器（flexible fluid delivery microchannel heat exchanger）２０を備える循環型冷却装置３０の概略を示している。更に、図２Ｂは、本発明に基づく複数のポート１０８、１０９を有する他の柔軟な流体輸送マイクロチャネル熱交換器１００を備える循環型冷却装置３０の概略を示している。
【００１９】
図２Ａに示すように、流体ポート１０８、１０９は、流体ライン３８に連結され、流体ライン３８は、ポンプ３２及び熱コンデンサ３０に連結されている。ポンプ３２は、循環型冷却装置３０内で流体をポンピングし、循環させる。流体を熱交換器１００に供給するために、１つの流体ポート１０８を用いることが好ましい。更に、熱交換器１００から流体を排出するために、１つの流体ポート１０９を用いることが好ましい。好ましくは、各流体ポート１０８、１０９を介して、均一で一定の流量の流体が熱交換器１００に流入し、熱交換器１００から排出される。これに代えて、所定の時刻に、各流体ポート１０８、１０９を介して、流量の異なる流体を熱交換器１００に流入させ及び熱交換器１００から排出してもよい。これに代えて、図２Ｂに示すように、１つのポンプが複数の指定されたインレットポート１０８に流体を提供してもよい。これに代えて、複数のポンプ（図示せず）がそれぞれの対応するインレット及びアウトレットポート１０８、１０９に流体を提供してもよい。更に、これに代えて、このシステムにおいて、様々なホットスポット又はホットスポット位置の熱量の変化、及びホットスポットの位置に応じて、動的感知及び制御モジュール３４を用いて好適な又は代替の熱交換器に出入りする流体の流量を動的に変化させ、及び制御してもよい。
【００２０】
図３Ｂは、本発明に基づく好適なマニホルド層を備える好適な三層式熱交換器１００の分解図である。図３Ｂに好適な実施形態として示す三層式熱交換器１００は、接触層１０２と、少なくとも１つの中間層１０４と、少なくとも１つのマニホルド層１０６とを備える。これに代えて、後述するように、熱交換器１００は、接触層１０２とマニホルド層１０６を含む２層の装置であってもよい。図２Ａ及び図２Ｂに示すように、熱交換器１００は、例えば、これらに限定されるのではないが、マイクロチップ又は集積回路等の電子デバイスである熱源９９に連結され、熱源９９と熱交換器１００の間には、好ましくは、サーマルインターフェイス材料９８が挟み込まれる。これに代えて、熱交換器１００は、熱源９９の表面に直接連結してもよい。また、これに代えて、熱交換器１００を熱源９９に一体に形成し、すなわち、熱交換器１００と熱源９９を１つの部品として形成してもよいことは当業者にとって明らかである。この場合、接触層１０２は、熱源９９と一体に設けられ、熱源９９と同じ部品に含まれるように形成される。
【００２１】
好ましくは、本発明に基づく熱交換器１００は、図に示すように、長方形状の熱源９９に直接又は間接的に、接触するように構成される。但し、熱交換器１００が熱源９９の形状に応じた他の如何なる形状を有していてもよいことは、当業者にとって明らかである。例えば、本発明に基づく熱交換器は、半円状の形状を有するように構成してもよく、これにより、熱交換器（図示せず）は、対応する半円状の熱源（図示せず）に直接又は間接的に接触することができる。更に、熱交換器１００は、０．５ミリメートル以上５．０ミリメートル以下の範囲で、熱源より僅かに大きい寸法を有していることが好ましい。
【００２２】
図３Ａは、本発明に基づく好適なマニホルド層１０６の平面図である。詳しくは、マニホルド層１０６は、図３Ｂに示すように、上面１３０及び底面１３２に加えて、４つの側面を備えている。但し、図３Ａでは、マニホルド層１０６の機能を適切に表し、説明するために、上面１３０を取り除いて示している。図３Ａに示すように、マニホルド層１０６は、一連のチャネル又は流路１１６、１１８、１２０、１２２と、これらの流路内に形成されたポート１０８、１０９とを備える。好ましくは図３Ｂに示すように、フィンガ１１８、１２０は、マニホルド層１０６のボディを完全に貫通して、Ｚ−方向に延びている。これに代えて、図３Ａに示すように、フィンガ１１８、１２０は、マニホルド層１０６の一部に形成され、Ｚ−方向に延び、アパーチャを有していてもよい。更に、流路１１６、１２２を、マニホルド層１０６の一部に延びるように形成してもよい。インレット及びアウトレット流路１１６、１２０の間の残りの領域１０７は、好ましくは、上面１３０から底面１３２まで延び、マニホルド層１０６のボディを構成する。
【００２３】
図３Ａに示すように、流体は、インレットポート１０８を介してマニホルド層１０６に入り、インレットチャネル１１６に沿って流れ、チャネル１１６からＸ方向及びＹ方向に分岐する幾つかのフィンガ１１８に流れ込み、これにより、接触層１０２の選択された領域に流体が供給される。フィンガ１１８は、好ましくは、異なる所定の方向に形成され、熱源のホットスポット及びその近傍の領域に対応する接触層１０２の位置に流体を提供する。接触層１０２のこれらの位置を、以下では、接触層ホットスポット領域（interface hot spot regions）と呼ぶ。フィンガは、静止した接触層ホットスポット領域を冷却するとともに、時間的に変換する接触層ホットスポット領域をも冷却するよう構成される。図３Ａに示すように、チャネル１１６、１２２及びフィンガ１１８、１２０は、好ましくは、マニホルド層１０６において、Ｘ方向及びＹ方向に配設され、Ｚ方向に延び、これにより、マニホルド層１０６と接触層１０２の間で流体の循環が実現する。このようにチャネル１１６、１２２及びフィンガ１１８、１２０を様々な方向に形成することにより、流体を輸送し、熱源９９のホットスポットを冷却し、及び／又は熱交換器１００内の圧力降下を最小化することができる。これに代えて、図４及び図５の具体例に示すように、マニホルド層１０６内でチャネル１１６、１２２、フィンガ１１８、１２０を一定の間隔で配置し、所定のパターンを形成してもよい。
【００２４】
フィンガ１１８、１２０の構成及び寸法は、冷却する必要がある熱源９９のホットスポットに応じて決定される。マニホルド層１０６は、ホットスポットの位置及び各ホットスポット又はその近傍で発生する熱量に基づき、フィンガ１１８、１２０が接触層１０２内の接触層ホットスポット領域上又はその近傍に配置されるように構成される。マニホルド層１０６は、好ましくは、熱交換器１００とシステム３０（図２Ａ）内で実質的な圧力降下を生じさせることなく、単相流体及び／又は二相流体を接触層１０２に循環させる。接触層ホットスポット領域に流体を輸送することにより、接触層ホットスポット領域に隣接した熱源の領域と同様に、接触層ホットスポット領域の温度が均一になる。
【００２５】
チャネル１１６とフィンガ１１８の数及び寸法は、多くの要因に基づいて決定される。一実施形態においては、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、同じ幅寸法を有する。これに代えて、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、異なる幅寸法を有していてもよい。フィンガ１１８、１２０の幅寸法は、好ましくは、０．２５ミリメートル以上０．５０ミリメートル以下の範囲とする。一実施形態においては、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、同じ長さ及び深さ寸法を有する。これに代えて、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、異なる長さ及び深さ寸法を有していてもよい。他の実施形態においては、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、フィンガの長さに沿って様々な幅寸法を有していてもよい。インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０の長さ寸法は、０．５ミリメートル以上熱源の長さ寸法の三倍以内の範囲内に形成するとよい。更に、フィンガ１１８、１２０は、０．２５ミリメートル以上０．５０ミリメートル以下の範囲内の高さ又は深さ寸法を有するように形成するとよい。更に、マニホルド層１０６内では、１センチメートルあたり１０個未満又は３０個より多くのフィンガを配設することが望ましい。但し、マニホルド層において、１センチメートルあたり、１０個〜３０個のフィンガを設けてもよいことは、当業者にとって明らかである。
【００２６】
また、本発明においては、熱源のホットスポットの冷却効率を最適化するために、フィンガ１１８、１２０及びチャネル１１６、１２２を不規則な構成に形成してもよい。熱源９９に亘る均一な温度を実現するために、流体への熱輸送の空間的分布は、熱の発生の空間的分布に一致させるとよい。流体は、接触層１０２に沿って流れるにつれて、温度が高くなり、二相条件の下で、蒸気に変化し始める。したがって、流体は、著しく膨張し、この結果、流速が著しく速くなる。接触層から流体への熱輸送の効率は、通常、流体の流速が速くなると向上する。したがって、熱交換器１００における流体の流入及び排出のためのフィンガ１１８、１２０及びチャネル１１６、１２２の横断面の寸法を調整することによって、流体への熱輸送効率を調整することができる。
【００２７】
例えば、インレットの近傍でより高い熱が発生する熱源のために特定のフィンガを設計してもよい。更に、液体と蒸気の混合が予想される領域については、フィンガ１１８、１２０及びチャネル１１６、１２２の断面を大きくした方が有利である場合がある。図には示さないが、フィンガの断面をインレット側で小さくすることによって、流体の流速を速めることもできる。また、特定のフィンガ又はチャネルの断面をダウンストリームのアウトレット側で大きくすることにより、流体の流速を遅めることもできる。フィンガ又はチャネルをこのように設計することにより、熱交換器内の、二相フローにおける液体から蒸気への変化のために、流体の体積、加速度及び速度が増加する領域において、圧力降下を最小化でき、及びホットスポット冷却効率を最適化できる。
【００２８】
更に、フィンガ１１８、１２０、及びチャネル１１６、１２２をそれらの長さに沿って、一時的に広く、続いて再び狭くすることにより、マイクロチャネル熱交換器１００内の異なる所望の位置で流体の流速を速めることができる。これに代えて、フィンガとチャネルの寸法を大から小、小から大と幾度も変化させることで、熱源９９に亘る予想された熱消散分布に応じて、熱輸送効率を調整することが適切である場合もある。なお、フィンガとチャネルの寸法の変化に関する説明は、この実施形態に制限されず、後に説明する他の実施形態にも同様に適用することができる。
【００２９】
これに代えて、図３Ａに示すように、マニホルド層１０６は、インレットフィンガ１１８内に１以上のアパーチャ１１９を備えていてもよい。好ましくは三層式熱交換器１００では、フィンガ１１８に沿って流れる流体は、アパーチャ１１９を介して、中間層１０４に流れ込む。これに代えて、二層式熱交換器１００では、フィンガ１１８に沿って流れる流体は、アパーチャ１１９から接触層１０２に直接流れ込む。更に、図３Ａに示すように、マニホルド層１０６は、アウトレットフィンガ１２０内にアパーチャ１２１を備えている。好ましくは、三層式熱交換器１００では、中間層１０４から流れ出る流体は、アパーチャ１２１を介して、アウトレットフィンガ１２０に流れ込む。これに代えて、二層式熱交換器１００では、接触層１０２から流れ出る流体は、アパーチャ１２１を介して、アウトレットフィンガ１２０に直接流れ込む。
【００３０】
好適な実施形態では、インレット及びアウトレットフィンガ１１８、１２０は、アパーチャを有さないオープンチャネルである。マニホルド層１０６の底面１０３は、三層式熱交換器１００では、中間層１０４の上面に当接し、二層式熱交換器では、接触層１０２に当接する。このようにして、三層式熱交換器１００では、流体は、中間層１０４とマニホルド層１０６の間を自由に行き来することができる。流体は、中間層１０４の導管１０５によって、適切な接触層ホットスポット領域に適切に出入りするように流される。当業者にとって明らかであるが、導管１０５は、後述するように、フィンガに直接整列するように配設してもよく又は三層式システム内の他の場所に配設してもよい。
【００３１】
図３Ｂは、好適なマニホルド層を有する好適な三層式熱交換器１００を示しているが、これに代えて、熱交換器１００は、マニホルド層１０６と接触層１０２からなる二層構造を有していてもよく、この場合、流体は、中間層１０４を介さず、マニホルド層１０６と接触層１０２の間を直接行き来する。ここに示すマニホルド層、中間層及び接触層の構成は、例示的なものであり、実際の構成は、ここに示した構成に制限されないことは当業者にとって明らかである。
【００３２】
図３Ｂに示すように、中間層１０４は、好ましくは、中間層１０４自体を貫通して延びる複数の導管１０５を備えている。流入導管（inflow conduit）１０５は、マニホルド層１０６から接触層１０２の指定された接触層ホットスポット領域に流体を流通させる。同様にアパーチャ１０５は、接触層１０２から流体排出ポート１０９に流体を流通させる。このようにして、中間層１０４は、接触層１０２から、マニホルド層１０６に連結された流体排出ポート１０９への流体の輸送を提供している。
【００３３】
導管１０５は、多くの因子に基づいて、所定のパターンで中間層１０４内に配設される。これらの因子とは、以下に限定されるものではないが、接触層ホットスポット領域の位置、接触層ホットスポット領域において熱源９９を適切に冷却するために必要な流量、流体の温度等である。他の部分の幅寸法は、最大で数ミリメートルに設計されるが、導管１０５は、数百ミクロン程度の幅寸法を有することが好ましい。但し、導管１０５は、少なくとも上述した因子に基づいて、この他の寸法に形成してもよい。中間層１０４の各導管１０５は、同じ形状及び／又は寸法を有しているが、この条件は、必ずしも必要ではないことは当業者にとって明らかである。例えば、上述したフィンガと同様、導管は、この実施形態に代えて、様々に変化する長さ及び／又は幅寸法を有していてもよい。或いは、導管１０５は、中間層１０４を通して一定の深さ又は高さ寸法を有していてもよい。これに代えて、導管１０５は、異なる深さ寸法を有していてもよく、例えば、中間層１０４の厚さ方向において、台形又はノズル形の形状を有していてもよい。導管１０５の水平方向の形状は、図２Ｃでは、長方形として示しているが、この導管１０５の水平方向の形状は、円形（図３Ａ）、曲線を含む形状、楕円形等、他の如何なる形状であってもよい。これに代えて、１又は複数の導管１０５を上部の１又は複数のフィンガの一部又は全体の形状に応じた形状に成形してもよい。
【００３４】
中間層１０４は、好ましくは、導管１０５が垂直になるように、熱交換器１００内で水平に配置される。これに代えて、中間層１０４は、以下に限定されるものではないが、斜めに又は湾曲させる等、熱交換器１００内で他の如何なる方向に配置してもよい。これに代えて、導管１０５は、中間層１０４内で、水平に、斜めに、湾曲させて、又は他の如何なる方向に配設してもよい。更に、中間層１０４は、好ましくは、熱交換器１００の全長に沿って、水平に延び、中間層１０４は、接触層１０２をマニホルド層１０６から完全に分離し、これにより流体を強制的に導管１０５に流通させてもよい。これに代えて、熱交換器１００の一部は、マニホルド層１０６と接触層１０２の間に中間層１０４を含まず、これにより、マニホルド層１０６と接触層１０２の間で流体を自由に行き来させるようにしてもよい。更に、これに代えて、中間層１０４は、マニホルド層１０６と接触層１０２の間で垂直に延び、独立した、個別の中間層領域を形成するようにしてもよい。これに代えて、中間層１０４は、マニホルド層１０６から接触層１０２までに完全には延びていなくてもよい。
【００３５】
図３Ｂは、本発明に基づく好適な接触層１０２の斜視図を示している。図３Ｂに示すように、接触層１０２は、底面１０３と、好ましくは、複数のマイクロチャネル壁１１０とを備え、マイクロチャネル壁１１０の間の領域は、流体の流路に沿って、流体を流し、又は流通させる。底面１０３は、好ましくは、平坦であり、熱源９９からの十分な熱輸送を実現する高い熱伝導率を有している。これに代えて、底面１０３は、特定の位置に流体を集め、又は特定の位置から流体を退けるために設計された凹面（troughs）及び／又は凸面（crests）を備えていてもよい。マイクロチャネル壁１１０は、図３Ｂに示すように、好ましくは、平行に形成され、これにより、流体は、好ましくは、流路に沿って、マイクロチャネル壁１１０間を流れる。これに代えて、各マイクロチャネル壁１１０を非平行に構成してもよい。
【００３６】
また、これに代えて、上述した因子に基づき、他の如何なる適切な構成でマイクロチャネル壁１１０を構成してもよいことは、当業者にとって明らかである。例えば、図８Ｃに示すように、接触層１０２では、マイクロチャネル壁１１０のセクションの間に溝を設けてもよい。更に、マイクロチャネル壁１１０は、接触層１０２内の圧力降下又は圧力差を最小化するための寸法を有していてもよい。また、以下に限定されるものではないが、ピラー（pillars）２０３（図１０）、粗い表面、例えば、焼結金属及びシリコン泡（silicon foam）２１３（図１０）等の微孔性構造又はこれらの組合せ等、マイクロチャネル壁１１０以外の他の構造を用いてもよいことは明らかである。但し、ここでは、例示的に、図３Ｂに示す平行なマイクロチャネル壁１１０を用いて、本発明における接触層１０２を説明する。
【００３７】
マイクロチャネル壁１１０により、流体は、接触層ホットスポット領域の選択されたホットスポット位置に沿って、熱交換を行い、その位置で熱源９９を冷却する。マイクロチャネル壁１１０は、好ましくは、熱源９９の熱量に応じて、２０〜３００ミクロンの範囲内の幅寸法と、１００ミクロン〜１ミリメートルの範囲内の高さ寸法とを有する。マイクロチャネル壁１１０は、好ましくは、熱源の寸法及びホットスポットのサイズ及び熱源からの熱流束密度に応じて、１００ミクロンから数センチメートルの範囲内の長さ寸法を有する。これに代えて、他の如何なるマイクロチャネル壁寸法を用いてもよい。マイクロチャネル壁１１０は、熱源９９の熱量に応じて、５０〜５００ミクロンの範囲内の間隔で区切ることが好ましいが、この間隔は、他の如何なる値に設定してもよい。
【００３８】
図３Ｂでは、マニホルド層１０６のボディ内のチャネル１１６、１２２及びフィンガ１１８、１２０を示すために、マニホルド層１０６の上面を切り取って示している。ここでは、高い熱を発生する熱源９９の位置をホットスポットとし、これより低い熱を発生する熱源９９の位置をウォームスポットとする。図３Ｂに示すように、熱源９９は、ホットスポット領域である位置Ａと、ウォームスポット領域である位置Ｂとを有する。ホットスポット及びウォームスポットに当接する接触層１０２の領域は、接触層ホットスポット領域として示されている。すなわち、図３Ｂに示すように、接触層１０２は、位置Ａ上の接触層ホットスポット領域Ａと、位置Ｂ上の接触層ホットスポット領域Ｂとを含む。
【００３９】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、流体は、まず、好ましくは、１つのインレットポート１０８を介して、熱交換器１００に流入する。そして、流体は、好ましくは１つのインレットチャネル１１６に流入する。これに代えて、熱交換器１００は、２つ以上のインレットチャネル１１６を備えていてもよい。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、インレットポート１０８からインレットチャネル１１６に沿って流れる流体は、まず、フィンガ１１８Ａに分岐する。更に、インレットチャネル１１６の残りの部分に沿って流れる流体は、フィンガ１１８Ｂ及びフィンガ１１８Ｃ等の個々のフィンガに注ぎ込まれる。
【００４０】
図３Ｂに示す具体例では、流体をフィンガ１１８Ａに注ぎ込むことによって、接触層ホットスポット領域Ａに流体を供給する。すなわち、流体は、フィンガ１１８Ａを介して、中間層１０４に流れ下る。流体は、好ましくは、フィンガ１１８Ａの下に配設されたインレット導管１０５Ａを介して、接触層１０２に流れ込み、熱源９９と熱交換を行う。流体は、図３Ｂに示すように、マイクロチャネル壁１１０に沿って移動するが、流体は、接触層１０２に沿って、他の如何なる方向に移動してもよい。次に、加熱された流体は、導管１０５Ｂを介して、アウトレットフィンガ１２０Ａに流れ上がる。同様に、流体は、フィンガ１１８Ｅ、１１８Ｆを介して、中間層１０４に、Ｚ−方向に流れ下る。次に、流体は、Ｚ−方向に、インレット導管１０５Ｃを介して、接触層１０２に流れ下る。そして、加熱された流体は、接触層１０２からアウトレット導管１０５Ｄを介してアウトレットフィンガ１２０Ｅ、１２０Ｆに、Ｚ−方向に流れ上がる。熱交換器１００は、アウトレットフィンガ１２０を介して、マニホルド層１０６で加熱された流体を取り除き、アウトレットフィンガ１２０は、アウトレットチャネル１２２に連結されている。アウトレットチャネル１２２により、流体は、好ましくは、１つのアウトレットポート１０９を介して、熱交換器から排出される。
【００４１】
また、好ましくは、流入及び流出導管１０５は、適切な接触層ホットスポット領域上に直接又は略々直接、配設され、熱源９９のホットスポットに流体を直接供給する。更に、圧力降下を最小化するために、各アウトレットフィンガ１２０は、好ましくは、特定の接触層ホットスポット領域に対応する各インレットフィンガ１１９の近傍に配設される。このように、流体は、インレットフィンガ１１８Ａを介して接触層１０２に流入し、接触層１０２の底面１０３に沿って、接触層１０２からアウトレットフィンガ１２０Ａに最短の距離を移動する。流体が底面１０３に沿って移動する距離により、不要な量の圧力降下を発生させることなく、熱源９９から熱が適切に取り除かれることは明らかである。更に、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、フィンガ１１８に沿って流れる流体の圧力降下を減少させるために、フィンガ１１８、１２０内のコーナ部分は、好ましくは、曲面となるように形成する。
【００４２】
当業者にとって明らかなように、図３Ａ及び図３Ｂに示すマニホルド層１０６の構成は、例示的なものに過ぎない。マニホルド層１０６内のチャネル１１６とフィンガ１１８の構成は、以下に限定されるものではないが、接触層ホットスポット領域の位置、接触層ホットスポット領域への及び接触層ホットスポット領域からの流体の流量、接触層ホットスポット領域の熱源が発生する熱量等の多くの要因に依存する。例えば、図４〜図７Ａに示し、後述するように、マニホルド層１０６の１つの可能な構成として、平行なインレットフィンガ及びアウトレットフィンガをマニホルド層の幅に沿って交互に配置された、相互に組み合うようなパターン（interdigitated pattern）に構成してもよい。但し、チャネル１１６とフィンガ１１８は、他の如何なる構成で配設してもよい。
【００４３】
図４は、本発明に基づく熱交換器の他のマニホルド層４０６の斜視図である。図４のマニホルド層４０６は、互いに組み合う又は噛み合う複数の平行な流体フィンガ４１１、４１２を備え、これにより、熱交換器４００とシステム３０（図２Ａ）内で実質的な圧力降下を生じることなく、単相流体及び／又は二相流体を接触層４０２に循環させることができる。図４に示すように、インレットフィンガ４１１とアウトレットフィンガ４１２とは、交互に配置されている。但し、任意の数のインレットフィンガ又はアウトレットフィンガを連続して隣り合うように配置してもよく、したがって、本発明は、図４に示す交互の構成に制限されないことは、当業者にとって明らかである。更に、平行なフィンガが他の平行なフィンガから分岐し、又は平行なフィンガが他の平行なフィンガに連結されるようにフィンガを交互に配置してもよい。したがって、アウトレットフィンガより多くのインレットフィンガを設けてもよく、逆にインレットフィンガより多くのアウトレットフィンガを設けてもよい。
【００４４】
インレットフィンガ又は流路４１１は、熱交換器に流入する流体を接触層４０２に供給し、アウトレットフィンガ又は流路４１２は、熱交換器４００から排出される流体を接触層４０２から取り出す。ここに示すマニホルド層４０６の構成により、流体は、接触層４０２に流入し、接触層４０２において非常に短い距離を移動した後、アウトレット流路４１２に流入することができる。流体が接触層４０２に沿って移動する長さを実質的に短くすることにより、熱交換器４００及びシステム３０（図２Ａ）における圧力降下を実質的に低減することができる。
【００４５】
図４及び図５に示すように、変形例として示すマニホルド層４０６は、２つのインレット流路４１１に連結され、ここに流体を供給するための流路４１４を備える。また、図８及び図９に示すマニホルド層４０６は、流路４１８に連結された３つのアウトレット流路４１２を備える。マニホルド層４０６の流路４１４は、フィンガ４１１、４１２に流体を流通させる平らな底面を有する。これに代えて、選択された流体流路４１１に流体を流通させるために、流路４１４には、緩やかな斜面を設けてもよい。これに代えて、流体の一部を接触層４０２に流れ落とすために、インレット流路４１４の底面に１以上のアパーチャを設けてもよい。同様にマニホルド層の流路４１８は、流体を収容し、流体をポート４０８に流通させる平らな底面を有していてもよい。これに代えて、選択されたアウトレットポート４０８に流体を流通させるために、流路４１８には、緩やかな斜面を設けてもよい。更に、この具体例では、流路４１４、４１８の幅を約２ミリメートルとする。但し、他の具体例では、他の如何なる幅寸法を用いてもよい。
【００４６】
流路４１４、４１８は、ポート４０８、４０９に連結され、ポート４０８、４０９は、システム３０の流体ライン（fluid lines）３８（図２Ａ）に連結される。マニホルド層４０６は、水平方向に配設された流体ポート４０８、４０９を備える。これに代えて、図４〜図７には示していないが、マニホルド層４０６は、後述するように、垂直及び／又は斜めに構成された流体ポート４０８、４０９を備えていてもよい。これに代えて、マニホルド層４０６は流路４１４を備えていなくてもよい。この場合、流体は、ポート４０８からフィンガ４１１に直接供給される。更に、これに代えて、マニホルド層４１１は、流路４１８を備えていなくてもよく、この場合、フィンガ４１２内の流体は、ポート４０８を介して、熱交換器４００から直接排出される。ここでは、２つのポート４０８が流路４１４、４１８に連結されているが、これに代えて、他の如何なる数のポートを設けてもよい。
【００４７】
インレット流路４１１は、流路４１１及びシステム３０（図２Ａ）に沿って大きな圧力降下を発生させることなく、流体が接触層に移動できるようにするための寸法を有する。インレット流路４１１の幅寸法は、例えば、０．２５ミリメートル以上５．００ミリメートル以下の範囲とする。但し、他の如何なる寸法を用いてもよい。更に、インレット流路４１１の長さ寸法は、０．５ミリメートル以上熱源の長さ寸法の三倍以内の範囲内に形成するとよい。これに代えて、この長さ寸法は、如何なる値としてもよい。更に、上述のように、流体がマイクロチャネル４１０に直接流れるように、インレット流路４１１は、マイクロチャネル４１０に向けて下方に延び、又はマイクロチャネル４１０の高さより僅かに高い位置に延びる。インレット流路４１１の高さ寸法は、０．２５ミリメートル以上５．００ミリメートル以下の範囲内とするとよい。なお、流路４１１は、マイクロチャネル４１０に向けて下方に延びていなくてもよく、ここに示した以外の如何なる高さ寸法を用いてもよいことは、当業者にとって明らかである。また、ここでは、インレット流路４１１は、同じ寸法を有しているが、インレット流路４１１は、異なる寸法を有していてもよいことは、当業者にとって明らかである。更に、これに代えて、インレット流路４１１は、幅、横断面の寸法及び／又は隣接するフィンガの間の距離が様々に変化する不規則な形状を有していてもよい。特に流路４１１は、長手方向に沿って、より広い幅又はより深い深さを有する領域と、より狭い幅又はより浅い深さを有する領域とを備えていてもよい。このように寸法を変化させることにより、より広い部分を介して、接触層４０２内の所定の接触層ホットスポット領域に多くの流体を提供するとともに、狭い部分によって、ウォームスポット接触層ホットスポット領域への流量を制限することができる。
【００４８】
更に、アウトレット流路４１２は、システム３０（図２Ａ）及び流路４１２に沿って大きな圧力降下を発生させることなく、流体を接触層に移動させるために適した寸法を有する。このアウトレット流路４１２は、０．２５ミリメートル以上５．００以下ミリメートルの範囲内の幅寸法を有するが、他の如何なる幅寸法を用いてもよい。更に、アウトレット流路４１２の長さ寸法は、０．５ミリメートル以上熱源の長さ寸法の三倍以内の範囲内に形成するとよい。更に、流体がマイクロチャネル４１０に沿って水平に流れた後に、アウトレット流路４１２に容易に流れ上がるように、アウトレット流路４１２は、マイクロチャネル４１０の高さまで下方に延びている。アウトレット流路４１２の幅寸法は、例えば、０．２５ミリメートル以上５．００ミリメートル以下の範囲とする。但し、他の如何なる寸法を用いてもよい。また、ここでは、アウトレット流路４１２は、同じ寸法を有しているが、アウトレット流路４１２は、異なる寸法を有していてもよいことは、当業者にとって明らかである。更に、これに代えて、アウトレット流路４１２は、幅、横断面の寸法及び／又は隣接するフィンガの間の距離が様々に変化する不規則な形状を有していてもよい。
【００４９】
図４及び５に示すように、インレット及びアウトレット流路４１１、４１２は、それぞれセグメント化され、互いに分離されているため、これらの流路内の流体は、混じり合うことはない。詳しくは、図４に示すように、２つのアウトレット流路４１２は、マニホルド層４０６の外側のエッジ側に設けられ、１つのアウトレット流路４１２は、マニホルド層４０６の中央に設けられている。更に、２つのインレット流路４１１は、中央のアウトレット流路４１２の両側に隣接するように設けられている。この特定の構成により、接触層４０２に入る流体は、アウトレット流路４１２を介して接触層４０２から流れ出る前に接触層４０２内で最短距離を移動する。但し、インレット流路及びアウトレット流路は、他の如何なる適切な構成に配置してもよく、したがって、これらは、ここに示し及び説明する構成に制限されないことは、当業者にとって明らかである。マニホルド層４０６内のインレット及びアウトレットフィンガ４１１、４１２の数は、３個より多いことが望ましく、マニホルド層４０６における１センチメートルあたり１０個未満であることが望ましい。また、インレット流路とアウトレット流路の数は、ここに示し、説明した構成に制限されるものではなく、他の如何なる数としてもよいことは、当業者にとって明らかである。
【００５０】
マニホルド層４０６は、中間層（図示せず）に連結され、中間層（図示せず）は、接触層４０２に連結され、これにより三層式熱交換器４００が形成される。この中間層は、図３Ｂに示す実施形態に関連して説明したものである。これに代えて、図７Ａに示すように、マニホルド層４０６を接触層４０２に連結し、接触層４０２上に配置して、二層式熱交換器４００を形成してもよい。二層式熱交換器の接触層４０２に連結される好適なマニホルド層４０６の断面を図６Ａ〜図６Ｃに示す。詳しくは、図６Ａは、図５の線Ａ−Ａに沿った熱交換器４００の断面図である。更に、図６Ｂは、図５の線Ｂ−Ｂに沿った熱交換器４００の断面図であり、図６は、図５の線Ｃ−Ｃに沿った熱交換器４００の断面図である。上述のように、インレット及びアウトレット流路４１１、４１２は、マニホルド層４０６の上面から底面に延びる。マニホルド層４０６及び接触層４０２が互いに連結される場合、インレット及びアウトレット流路４１１、４１２は、接触層４０２のマイクロチャネル４１０の高さと同じ高さか、僅かに高い高さを有する。この構成により、インレット流路４１１からの流体は、マイクロチャネル４１０を介してインレット流路４１１から容易に流れ出る。更に、この構成により、マイクロチャネル４１０を介して流れる流体は、マイクロチャネル４１０を流れた後に、アウトレット流路４１２に容易に流れ上がる。
【００５１】
図には示さないが、変形例として、中間層１０４（図３Ｂ）は、マニホルド層４０６及び接触層４０２の間に配設してもよい。中間層１０４（図３Ｂ）は、接触層４０２内の指定された接触層ホットスポット領域に流体を流通させる。更に、中間層１０４（図３Ｂ）を用いて、接触層４０２に流体の均一なフローを供給することができる。また中間層１０４を用いて、接触層４０２の接触層ホットスポット領域に流体を提供し、ホットスポットを適切に冷却し、熱源９９における温度を均一にすることができる。インレット及びアウトレット流路４１１、４１２は、必ずしも必要ではないが、適切にホットスポットを冷却するために、熱源９９のホットスポット上又はその近傍に配設される。
【００５２】
図７Ａは、本発明に基づく他の接触層１０２を備える他のマニホルド層４０６の分解図である。好ましくは、接触層１０２は、図３Ｂに示すように、マイクロチャネル壁１１０の連続した構成を含んでいる。この構成では、概略的に言えば、図３Ｂに示す好適なマニホルド層１０６と同様に、流体は、流体ポート４０８を介してマニホルド層４０６に流入し、流路４１４を移動し、流体フィンガ又は流路４１１に向かう。流体は、インレットフィンガ４１１の開口（opening）に流入し、矢印によって示すように、Ｘ−方向に、フィンガ４１１の長さに沿って流れる。更に、流体は、Ｚ−方向に、マニホルド層４０６の下に設けられた接触層４０２に流れ下る。図７Ａに示すように、接触層４０２において、流体は、接触層４０２のＸ及びＹ方向の底面に沿って流れ、熱源９９と熱交換を行う。加熱された流体は、アウトレットフィンガ４１２を介してＺ−方向を上向きに流れ上がって接触層４０２から流出し、アウトレットフィンガ４１２は、Ｘ−方向に沿って、マニホルド層４０６の流路４１８に加熱された流体を流す。そして、流体は、流路４１８に沿って流れ、ポート４０９から流れ出ることによって熱交換器から排出される。
【００５３】
図７Ａに示すように、接触層は、一組のマイクロチャネル４１０間に配置された一連の溝４１６を備え、これらの溝４１６によって、流体は、流路４１１、４１２へ流れ込み及び流路４１１、４１２から流れ出る。詳しくは、溝４１６Ａは、他のマニホルド層４０６のインレット流路４１１の真下に位置し、これにより、接触層４０２に入る流体は、インレット流路４１１を介して、溝４１６Ａに隣接するマイクロチャネルに直接流入する。このように、溝４１６Ａにより、流体は、図５に示すように、インレット流路４１１から特定の指定された流路に直接流される。同様に接触層４０２は、Ｚ方向に、アウトレット流路４１２の真下に設けられた溝４１６Ｂを有する。これにより、アウトレット流路に向かってマイクロチャネル４１０に沿って水平に流れる流体は、溝４１６Ｂに水平に流れ、及び溝４１６Ｂの上のアウトレット流路４１２に垂直に流れる。
【００５４】
図６Ａは、マニホルド層４０６及び接触層４０２を備える熱交換器４００の断面図である。詳しくは、図６Ａは、アウトレット流路４１２と相互に組み合わされたインレット流路４１１を示しており、これにより、流体は、インレット流路４１１に流れ下り、及びアウトレット流路４１２に流れ上がる。更に、図６Ａに示すように、流体は、インレット流路及びアウトレット流路の間に配置され、溝４１６Ａ、４１６Ｂによって分離されたマイクロチャネル４１０を介して水平に流れる。これに代えて、マイクロチャネル壁は、溝によって分離されず、連続していてもよい（図３Ｂ）。図６Ａに示すように、インレット及びアウトレット流路４１１、４１２の両方又は一方は、好ましくは、溝４１６の近くの位置の端部に曲面４２０を有する。この曲面４２０により、流体は、流路４１１に隣接するマイクロチャネル４１０に向かって、流路４１１を流れ下る。このように、接触層１０２に入る流体は、溝４１６Ａに直接流入させるより、より容易にマイクロチャネル４１０に向かって流れる。同様にアウトレット流路４１２の曲面４２０によって、流体は、マイクロチャネル４１０から外側の流路４１２に向けられる。
【００５５】
変形例では、図７Ｂに示すように、接触層４０２’は、マニホルド層４０６（図８及ぶ図９）に関して上述したように、インレット流路４１１及びアウトレット流路４１２を備える。変形例では、流体は、ポート４０８’から接触層４０２’に直接供給される。流体は、流路４１４’に沿って、インレット流路４１１’に向けて流れる。次に、流体は、一組のマイクロチャネル４１０’を横切り、熱源（図示せず）と熱交換を行い、アウトレット流路４１２’に流れ込む。次に、流体は、アウトレット流路４１２’に沿って流路４１８’に流れ、ポート４０９’を介して、接触層４０２’から排出される。ポート４０８’、４０９’は、接触層４０２’に形成してもよく、或いはマニホルド層４０６（図７Ａ）に形成してもよい。
【００５６】
なお、本発明に基づく熱交換器は、ここでは全てが水平方向に動作するように示しているが、この熱交換器は、垂直方向に動作してもよいことは、当業者にとって明らかである。熱交換器は、垂直方向に動作する場合、各インレット流路が隣接するアウトレット流路の上に位置するように構成される。したがって、流体は、インレット流路を介して接触層に入り、アウトレット流路に自然に流れ込む。熱交換器を垂直方向に動作させるために、マニホルド層及び接触層の他の如何なる構成を用いてもよいことは明らかである。
【００５７】
図８Ａ〜図８Ｃは、本発明に基づく熱交換器の他の実施形態の平面図である。詳しくは、図８Ａは、本発明に基づく他のマニホルド層２０６の平面図である。また、図８Ｂ及び図８Ｃは、それぞれ中間層２０４及び接触層２０２の平面図である。更に、図９Ａは、他のマニホルド層２０６を用いた三層式熱交換器を示し、図９Ｂは、他のマニホルド層２０６を用いた二層式熱交換器を示す。
【００５８】
図８Ａ及び図９Ａに示すように、マニホルド層２０６は、水平及び垂直に構成された複数の流体ポート２０８を備える。これに代えて、流体ポート２０８は、マニホルド層２０６に対して斜めに又は他の如何なる方向に配設してもよい。流体ポート２０８は、熱交換器２００の所定の接触層ホットスポット領域に流体を効果的に提供するよう、マニホルド層２０６内の選択された位置に配設される。複数の流体ポート２０８は、熱交換器２００に大きな圧力降下を発生させることなく、流体ポートから特定の接触層ホットスポット領域に直接流体を提供できるという重要な利点を有している。更に、流体ポート２０８は、接触層ホットスポット領域内の流体が、排出ポート２０８までの最短距離を移動できるように、マニホルド層２０６内に配設され、これにより、流体は、インレット及びアウトレットポート２０８の間で最小の圧力降下を維持しながら、温度均一性を実現する。更に、マニホルド層２０６を用いることにより、接触層２０２に亘って均等に均一なフローを提供しながら、熱交換器２００内の二相フローを安定化できる。なお、これに代えて、２つ以上のマニホルド層２０６を熱交換器２００に設け、一方のマニホルド層２０６が熱交換器２００へ及び熱交換器２００から流体を流通させ、他方のマニホルド層（図示せず）が熱交換器２００への流体循環の速度を制御するようにしてもよい。これに代えて、複数のマニホルド層２０６の全てが、接触層２０２内の対応する選択された接触層ホットスポット領域に流体を循環させるようにしてもよい。
【００５９】
変形例として示すマニホルド層２０６は、接触層２０２の寸法に対応する幅寸法を有する。更に、マニホルド層２０６は、熱源９９と同じ寸法を有している。これに代えて、マニホルド層２０６は、熱源９９より大きくてもよい。マニホルド層２０６の垂直寸法は、０．１〜１０ミリメートルの範囲内とするとよい。更に、流体ポート２０８に連結されるマニホルド層２０６内のアパーチャの寸法は、１ミリメートルから熱源９９の全幅又は全長の間の範囲内とするとよい。
【００６０】
図１１は、本発明に基づく他のマニホルド層２０６を有する三層式熱交換器２００の一部を切欠いて示す透視図である。図１１に示すように、熱交換器２００は、熱源９９のボディに沿って発生する熱量に基づいて個別の領域に分割される。これらの領域は、垂直な中間層２０４及び／又は接触層２０２のマイクロチャネル壁構造体２１０によって分離される。但し、当業者には明らかであるが、本発明の構成は、図１１に示すアセンブリに制限されず、このアセンブリは、例示的な目的のために示しているに過ぎない。
【００６１】
図３に示すように、熱源９９は、位置Ａのホットスポットと、位置Ｂのウォームスポットとを有し、位置Ａのホットスポットは、位置Ｂのウォームスポットより高い熱を発生する。なお、熱源９９は、如何なる時刻及び如何なる位置において、２つ以上のホットスポット及びウォームスポットを有していてもよいことは明らかである。この具体例では、位置Ａがホットスポットであり、位置Ａから、より多くの熱が位置Ａ上の接触層２０２（図１１では、接触層ホットスポット領域Ａとして示している。）に輸送されるので、熱交換器２００では、位置Ａを適切に冷却するために、より多くの流体及び／又はより高い流量の流体を接触層ホットスポット領域Ａに提供する。なお、この具体例では、接触層ホットスポット領域Ｂは、接触層ホットスポット領域Ａより大きく示されているが、熱交換器２００内の接触層ホットスポット領域Ａ、Ｂ及び他のあらゆる接触層ホットスポット領域は、如何なるサイズを有していてもよく及び／又は相対的に如何なる構成を有していてもよいことは明らかである。
【００６２】
これに代えて、図１１に示すように、流体は、流体ポート２０８Ａを介して熱交換器に入り、中間層２０４に沿って流入導管２０５Ａに流れることによって接触層ホットスポット領域Ａに流入させてもよい。次に、流体は、流入導管２０５ＡをＺ−方向に流れ下り、接触層２０２の接触層ホットスポット領域Ａに至る。流体は、マイクロチャネル２１０Ａの間を流れ、これにより、位置Ａからの熱は、接触層２０２を介した熱伝導によって、流体に輸送される。加熱された流体は、接触層ホットスポット領域Ａ内の接触層２０２に沿って、アウトレットポート２０９Ａに向かって流れ、熱交換器２００から排出される。特定の接触層ホットスポット領域又は一組の接触層ホットスポット領域について、如何なる数のインレットポート２０８及びアウトレットポート２０９を用いてもよいことは、当業者にとって明らかである。更に、排出ポート２０９Ａは、接触層２０２Ａの近くに配設されているが、これに代えて、排出ポート２０９Ａは、以下に限定されるものではないが、例えばマニホルド層２０９Ｂ等の他の如何なる位置に垂直に配設に設けてもよい。
【００６３】
また、図１１に示す具体例では、熱源９９は、熱源９９の位置Ａより低い熱を発生するウォームスポットを位置Ｂに有している。ポート２０８Ｂを介して流入する流体は、中間層２０４Ｂに沿って流入導管２０５Ｂに流れることによって、接触層ホットスポット領域Ｂに供給される。次に、流体は、流入導管２０５ＢをＺ−方向に流れ下り、接触層２０２の接触層ホットスポット領域Ｂに至る。流体は、Ｘ方向及びＹ方向に、マイクロチャネル２１０Ａの間を流れ、これにより、位置Ｂからの熱は、接触層２０２を介した熱伝導によって、流体に輸送される。加熱された流体は、中間層２０４の流出導管２０５Ｂを介して接触層ホットスポット領域Ｂ内の全体の接触層２０２Ｂに沿って、排出ポート２０９Ｂを流れ上がり、熱交換器２００から排出される。
【００６４】
これに代えて、図９Ａに示すように、熱交換器２００は、接触層２０２上に配設された蒸気透過膜２１４を備えていてもよい。蒸気透過膜２１４は、熱交換器２００の内壁に封水的に接触している。蒸気透過膜２１４は、幾つかの小さいアパーチャを有し、接触層２０２に沿って発生した蒸気は、このアパーチャを介してアウトレットポート２０９に流入する。また、膜２１４は、疎水性を有するように構成され、これにより、膜２１４は、接触層２０２に沿って流れる液体がアパーチャを通り抜けることを防いでいる。蒸気透過膜１１４のこの他の詳細については、２００３年２月１２日に出願された、同時に係属中である米国特許出願番号第１０／３６６，１２８号、発明の名称、「蒸気透過マイクロチャネル熱交換器（VAPOR ESCAPE MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER）」に開示されており、この文献は、引用により本願に援用されるものとする。
【００６５】
また、本発明に基づくマイクロチャネル熱交換器は、上述した構成とは異なる構成を有していてもよい。例えば、熱交換器は、接触層に通じる個別にシールされたインレット及びアウトレットアパーチャを有することによって熱交換器内の圧力降下を最小化するマニホルド層を備えていてもよい。この場合、流体は、インレットアパーチャを介して接触層に直接流れ込み、接触層と熱交換を行う。流体は、インレットアパーチャに隣接して配設されたアウトレットアパーチャを介して、接触層から流出する。マニホルド層のこのような多孔構成により、インレットポート及びアウトレットポートの間で流体が流れる距離を最短化でき、及び接触層に通じる幾つかのアパーチャに亘って、流量の分割を最大化できる。
【００６６】
以下、熱交換器１００及び熱交換器１００の個々の層を製造及び組立方法を説明する。以下では、説明を簡潔にするために、本発明に基づく好適な及び代替の熱交換器について、図３Ｂの熱交換器１００及びその個々の層を用いて説明する。また、以下では、本発明に関連して組立／製造の詳細を説明するが、この組立及び製造の詳細は、図１Ａ〜図１Ｃに示すような１つの流体インレットポートと、１つの流体アウトレットポートとを用いる二層式熱交換器及び三層式熱交換器、並びに従来の熱交換器にも同様に適用されることは、当業者にとって明らかである。
【００６７】
接触層１０２は、好ましくは、熱源９９に等しい又は近似する熱膨張率（coefficient of thermal expansion：以下、ＣＴＥという。）を有する。これにより、接触層１０２は、好ましくは、熱源９９の伸縮に応じて同様に伸縮する。これに代えて、接触層１０２の材料は、熱源９９の材料のＣＴＥとは異なるＣＴＥを有していてもよい。シリコン等の材料から作成された接触層１０２は、熱源９９のＣＴＥに対応するＣＴＥを有し、及び熱源９９から流体に適切に熱を輸送するために十分な熱伝導率を有している。但し、これに代えて、熱源９９のＣＴＥに一致するＣＴＥを有する他の材料を用いて接触層１０２を形成してもよい。
【００６８】
熱交換器１００の接触層１０２は、熱源９９がオーバーヒートしないように、熱源９９と、接触層１０２に沿って流れる流体との間で十分な熱伝導を実現する高い熱伝導率を有することが好ましい。接触層１０２は、好ましくは、１００Ｗ／ｍ−Ｋ程度の高い熱伝導率を有する材料から形成される。但し、接触層１０２の熱伝導率は、１００Ｗ／ｍ−Ｋ以上でも以下でもよく、この値に制限されないことは当業者にとって明らかである。
【００６９】
好適な高い熱伝導率を達成するために、接触層１０２は、好ましくは、シリコン等の半導体基板から形成される。これに代えて、接触層は、これらに限定されるものではないが、単結晶誘電材料、金属、アルミニウム、ニッケル銅、コバー（Ｋｏｖａｒ：商標）、黒鉛、ダイヤモンド、これらの複合体及びあらゆる適切な合金を含む他の如何なる材料から作成してもよい。接触層１０２の他の材料としては、パターン化され又は成型された有機メッシュ（patterned or molded organic mesh）がある。
【００７０】
図１２に示すように、接触層１０２は、接触層１０２の材料を保護し、及び接触層１０２の熱交換特性を向上させるために、コーティング材料層１１２でコーティングすることが好ましい。具体的には、コーティング材料層１１２は、流体及び接触層１０２の間の化学的相互作用を防ぐ化学保護を提供する。例えば、アルミニウムから形成された接触層１０２は、これに接触する流体によって削られ、接触層１０２は、時間が経つにつれて劣化する虞がある。ここで、約２５ミクロンのニッケル薄膜によるコーティング材料層１１２を接触層１０２の表面に電気メッキすることにより、接触層１０２の熱的性質を大幅に変化させることなく、化学的な如何なる潜在的反応も防止することができる。なお、接触層１０２の材料に応じて、適切な層厚を有する他の如何なるコーティング材料を用いてもよいことは明らかである。
【００７１】
更に、図１２に示すように、接触層１０２の熱伝導率を向上させ、熱源９９と十分な熱交換を行うために、コーティング材料層１１２を接触層１０２に適用してもよい。例えば、プラスチックで被覆された金属ベースを有する接触層１０２は、プラスチック上にニッケルコーティング材料層１１２を設けることによって熱的に補強できる。このニッケルコーティング材料層１１２は、接触層１０２及び熱源９９の寸法に応じて、少なくとも２５ミクロンの厚さに形成するとよい。接触層１０２の材料に応じて、適切な層厚を有する他の如何なるコーティング材料を用いてもよいことは明らかである。これに代えて、既に高い熱伝導率特性を有する材料上に、更に、コーティング材料層１１２を設け、材料の熱伝導率を向上させてもよい。コーティング材料層１１２は、好ましくは、図１２に示すように、接触層１０２のマイクロチャネル壁１１０だけではなく、底面１０３に適用してもよい。これに代えて、コーティング材料層１１２は、底面１０３及びマイクロチャネル壁１１０の何れか一方のみに適用してもよい。コーティング材料層１１２は、好ましくは、以下に限定されるものではないが、ニッケル及びアルミニウム等の金属を材料とする。但し、これに代えて、コーティング材料層１１２は、他の如何なる熱伝導性材料から形成してもよい。
【００７２】
接触層１０２は、好ましくは、接触層１０２を保護するために、ニッケル薄膜でコーティングされた銅材をエッチング加工することによって形成される。これに代えて、接触層１０２は、アルミニウム、シリコン基板、プラスチック又は他の如何なる適切な材料から形成してもよい。また、熱伝導率が低い材料から形成されている接触層１０２は、接触層１０２の熱伝導率を向上させるために、適切なコーティング材料でコーティングするとよい。接触層を電気鋳造する一手法として、クロム又は他の適切な材料のシード層を接触層１０２の底面１０３に沿って適用し、このシード層に適切な電圧の電気的接続を適用してもよい。この電気的接続により、接触層１０２上に熱伝導性コーティング材料層１１２の層が形成される。また、電気鋳造法によって、１０〜１００ミクロンの範囲の様々な構造体を形成することができる。接触層１０２は、パターン化された電気メッキ等の電気鋳造法によって形成できる。更に、これに代えて、接触層は、光化学エッチング又は化学切削を単独で、又はこれと電気鋳造法とを組み合わせて形成してもよい。化学切削のための標準リゾグラフィセットを用いて、接触層１０２内の構造を加工してもよい。更に、レーザで補助された化学切削処理を用いることで、アスペクト比を変更し及び公差の精度を高めることができる。
【００７３】
マイクロチャネル壁１１０は、好ましくは、シリコンから形成される。また、これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、以下に限定されるものではないが、パターン化されたガラス、ポリマ及び成型されたポリマメッシュを含む他の如何なる材料で形成してもよい。マイクロチャネル壁１１０は、接触層１０２の底面１０３の材料と同じ材料から形成することが好ましいが、これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、接触層１０２の他の部分の材料とは異なる材料から形成してもよい。
【００７４】
好ましくは、マイクロチャネル壁１１０は、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率特性を有する。これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、２０Ｗ／ｍ−Ｋより大きい熱伝導率特性を有していてもよい。当業者にとって明らかであるが、これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、２０Ｗ／ｍ−Ｋ未満の熱伝導率特性を有していてもよく、この場合、図１２に示すように、マイクロチャンネル壁１１０の熱伝導率を向上させるために、マイクロチャネル壁１１０にコーティング材料層１１２を適用するとよい。また、既に高い熱伝導率を有する材料から形成されたマイクロチャネル壁１１０に対して、マイクロチャネル壁１１０の表面を保護する少なくとも２５ミクロンの厚さのコーティング材料層１１２を適用してもよい、熱伝導率が低い材料から形成されたマイクロチャネル壁１１０については、少なくとも５０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率と、２５ミクロン以上の厚さを有するコーティング材料層１１２を適用するとよい。他の種類及び他の厚さのコーティング材料を用いてもよいことは当業者にとって明らかである。
【００７５】
少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するマイクロチャネル壁１１０を形成するためには、マイクロチャネル壁１１０は、例えば、ニッケル又は上述した他の金属のコーティング材料層１１２（図１２）によって電気鋳造される。また、少なくとも５０Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を有するマイクロチャネル壁１１０を形成するためには、マイクロチャネル壁１１０は、薄膜金属フィルムシード層上に銅を電気メッキすることによって形成される。これに代えて、マイクロチャネル壁１１０をコーティング材料でコーティングしなくてもよい。
【００７６】
マイクロチャネル壁１１０は、好ましくは、熱エンボシング法によって形成され、これにより、接触層１０２の底面１０３に沿ってチャネル壁１１０の高アスペクト比が実現される。これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、ガラス表面に蒸着されたシリコン構造体として形成してもよく、この構造体は、ガラス上で所望の構成にエッチングされる。また、これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、標準リゾグラフィ法、スタンピング又は鋳造法、又は他の如何なる適切な技術によって形成してもよい。また、マイクロチャネル壁１１０は、接触層１０２とは別に作成し、陽極結合又はエポキシ樹脂接着によって接触層１０２に連結してもよい。これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、電気メッキ等の従来の電鋳技術によって接触層１０２に連結してもよい。
【００７７】
中間層１０４は、様々な手法を用いて形成できる。中間層は、好ましくは、シリコンによって形成される。また、中間層には、以下に限定されるものではないが、ガラス又はレーザでパターン化されたガラス、ポリマ、金属、ガラス、プラスチック、成形された有機材料又はこれらの複合体を含む他の如何なる適切な材料を用いてもよいことは当業者にとって明らかである。好ましくは、中間層１０４は、プラズマエッチング技術を用いて形成される。これに代えて、中間層１０４は、化学エッチング法を用いて形成してもよい。他の手法として、機械加工、エッチング、押出及び／又は鍛造等によって金属を所望の構成に形成してもよい。また、これに代えて、中間層１０４は、プラスチックメッシュの射出成形によって所望の構成に形成してもよい。これに代えて、中間層１０４は、ガラス板に対するレーザドリルによって所望の構成に形成してもよい。
【００７８】
マニホルド層１０６は、様々な手法で作成することができる。マニホルド層１０６は、プラスチック、金属、ポリマ複合体又は他の何らかの適切な材料を用いた射出成形法によって形成され、ここで、各層は、同じ材料から形成することが好ましい。これに代えて、上述したように、各層は、異なる材料から形成してもよい。マニホルド層１０６は、機械加工又はエッチング等の金属加工技術を用いて形成してもよい。マニホルド層１０６を他の如何なる適切な手法により形成してもよいことは当業者にとって明らかである。
【００７９】
中間層１０４は、様々な手法で接触層１０２及びマニホルド層１０６に連結され、これにより、熱交換器１００が形成される。接触層１０２、中間層１０４及びマニホルド層１０６は、好ましくは、陽極結合、接着材又は共晶結合法等によって互いに連結される。或いは、中間層１０４は、マニホルド層１０６及び接触層１０２の構造体内に一体に形成してもよい。中間層１０４は、化学結合処理によって接触層１０２に連結させてもよい。これに代えて、中間層１０４は、熱エンボシング又はソフトリソグラフィ技術によって形成してもよく、ここで、ワイヤ放電加工機ＥＤＭ又はシリコンマスタを用いて中間層１０４をスタンプしてもよい。更に、必要であれば、中間層１０４を金属又は他の適切な材料で電気メッキし、中間層１０４の熱伝導率を向上させてもよい。
【００８０】
これに代えて、中間層１０４は、射出成形法によって、接触層１０２内のマイクロチャネル壁１１０の作成と同時に形成してもよい。これに代えて、他の何らかの適切な手法によって、マイクロチャネル壁１１０の作成と共に中間層１０４を形成してもよい。熱交換器を形成する他の手法としては、以下に限定されるものではないが、はんだ付け、融接、共晶接合、金属間接合（intermetallic bonding）及び各層で用いられる材料の種類に応じた他の如何なる適切な技術を用いてもよい。
【００８１】
本発明に基づく熱交換器の他の製造方法を図１３に示す。図１３に示すように、この熱交換器の他の製造方法は、接触層として、シリコン基板から形成されたハードマスクを製造する工程（ステップ５００）を有する。ハードマスクは、酸化シリコン又はスピンオンガラスから形成される。一旦、ハードマスクを形成した後、ハードマスク内に複数のアンダーチャネル（under-channels）を形成する。これらのアンダーチャネルは、マイクロチャネル壁１１０間で流路を形成する（ステップ５０２）。アンダーチャネルは、以下に限定されるものではないが、ＨＦエッチング技術、化学切削、ソフトリソグラフィ、二フッ化キセノンエッチング等の如何なる適切な手法によって形成してもよい。更に、隣接するアンダーチャネルが互いにブリッジされないように、各アンダーチャネル間には、十分な間隔を設ける必要がある。次に、何らかの周知の手法を用いて、ハードマスクの上面上に、スピンオンガラスを設け、中間体及びマニホルド層を形成する（ステップ５０４）。続いて、橋かけ法（curing method）によって、中間層及びマニホルド層を強化する（ステップ５０６）。中間層及びマニホルド層を完全に形成し、強化した後に、この強化された層に１又は複数の流体ポートを形成する（ステップ５０８）。流体ポートは、マニホルド層をエッチングし又は穿孔することによって形成される。以上、接触層１０２、中間層１０４及びマニホルド層１０６を作成するための特定の手法を説明したが、当分野で周知の他の手法を用いて熱交換器１００を製造してもよい。
【００８２】
本発明に基づく熱交換器の変形例を図１４に示す。図１４に示す変形例では、２つの熱交換器２００、２００’が１つの熱源９９に連結されている。詳しくは、電子デバイス等の熱源９９は、回路板９６に連結され、垂直に配設され、熱源９９の両面は、必然的に外部に晒される。本発明に基づく熱交換器２００、２００’は、それぞれ、熱源９９の晒された面に連結され、この熱交換器２００、２００’によって、熱源９９の冷却効率が最大化される。これに代えて、熱源が水平に回路板に連結されている場合、２つ以上の熱交換器（図示せず）を熱源９９上にスタックし、各熱交換器を熱源９９に電気的に連結してもよい。この実施形態に関するこの他の詳細は、２００２年２月７日に出願された、同時に係属中である米国特許出願第１０／０７２，１３７号、発明の名称「電力調整モジュール（POWER CONDITIONING MODULE）」に開示されており、この文献は、引用により本願に援用される。
【００８３】
図１４に示す具体例では、２つの層を有する熱交換器２００が熱源９９の左側に連結され、３つの層を有する熱交換器２００’が熱源９９の右側に連結されている。熱源９９の何れの面に好適な又は代替の熱交換器を連結してもよいことは当業者にとって明らかである。また、変形例として、他の熱交換器２００’を熱源９９の両面に連結してもよいことは当業者にとって明らかである、図１４に示す変形例では、熱源９９の厚さに沿って存在するホットスポットを冷却するように流体を供給することによって、熱源９９のホットスポットをより正確に冷却することができる。すなわち、図１４に示す実施形態では、熱源９９の両面で熱交換を行うことによって、熱源９９の中心でホットスポットを適切に冷却することができる。なお、図１４に示す実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂの冷却装置３０を用いているが、他の循環システムを用いてもよいことは当業者にとって明らかである。
【００８４】
上述のように、熱源９９は、熱源９９において実行する必要がある異なるタスクのために、１又は複数のホットスポットの位置が変化する場合がある。熱源９９を適切に冷却するために、システム３０（図２Ａ及び図２Ｂ）は、ホットスポットの位置の変化に応じて、熱交換器１００に入る流体の流量及び／又は流速を動的に変更する感知及び制御モジュール３４を備える。
【００８５】
詳しくは、図１４に示すように、熱交換器２００内の各接触層ホットスポット領域に及び／又は熱源９９の各潜在的なホットスポット位置に１つ以上のセンサ１２４を配設する。これに代えて、熱源及び熱交換器の間で及び／又は熱交換器自体の中に、複数のセンサを均等に配置してもよい。また、制御モジュール３８（図２Ａ及び図２Ｂ）を熱交換器１００への流体のフローを制御する循環型冷却装置３０内の１又は複数のバルブに連結してもよい。この具体例では、これらの１つ以上のバルブは、流体ライン内に配設されるが、これに代えて、他の如何なる箇所に配設してもよい。複数のセンサ１２４は、制御モジュール３４に連結され、制御モジュール３４は、好ましくは、図２に示すように、熱交換器１００のアップストリーム側に配設される。これに代えて、制御モジュール３４は、循環システム３０内の他の如何なる位置に配設してもよい。
【００８６】
センサ１２４は、以下に限定されるものではないが、例えば、接触層ホットスポット領域を流れる流体の流量、接触層１０２及び／又は熱源９９のホットスポット領域の温度、流体の温度等の情報を制御モジュール３４に提供する。例えば、図１４に示す具体例では、接触層１２４上に配設されたセンサは、熱交換器２００の特定の接触層ホットスポット領域の温度が高くなり、熱交換器２００’の特定の接触層ホットスポット領域の温度が低くなっているといった情報を制御モジュール３４に提供する。これに応じて、制御モジュール３４は、熱交換器２００への流体の流量を増加させ、熱交換器２００’への流体の流量を減少させる。これに代えて、制御モジュール３４は、センサ１１８から受け取った情報に応じて、１又は複数の熱交換器内の１又は複数の接触層ホットスポット領域への流体の流量を変更してもよい。図１４に示す具体例では、センサ１１８を２つの熱交換器２００、２００’に接続しているが、これに代えて、センサ１１８を１つの熱交換器だけに接続してもよいことは明らかである。
【００８７】
本発明の構成及び動作原理を明瞭に説明するために、様々な詳細を含む特定の実施例を用いて本発明を説明した。このような特定の実施例の説明及びその詳細は、特許請求の範囲を制限するものではない。本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、例示的に選択された実施例を変更できることは、当業者にとって明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００８８】
【図１Ａ】従来の熱交換器の側面図である。
【図１Ｂ】従来の熱交換器の平面図である。
【図１Ｃ】従来のマルチレベル熱交換器の側面図である。
【図２Ａ】本発明に基づく柔軟な流体輸送マイクロチャネル熱交換器の好適な実施形態を組み込んだ循環型冷却装置の概略図である。
【図２Ｂ】本発明に基づく柔軟な流体輸送マイクロチャネル熱交換器の変形例を組み込んだ循環型冷却装置の概略図である。
【図３Ａ】本発明に基づく熱交換器の好適なマニホルド層の平面図である。
【図３Ｂ】本発明に基づく好適なマニホルド層を有する好適な熱交換器の分解図である。
【図４】本発明に基づく互いに組み合うマニホルド層の斜視図である。
【図５】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の平面図である。
【図６Ａ】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図６Ｂ】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図６Ｃ】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の線Ｃ−Ｃに沿った断面図である。
【図７Ａ】本発明に基づく接触層及び互いに組み合うマニホルド層の分解図である。
【図７Ｂ】本発明に基づく接触層の変形例の斜視図である。
【図８Ａ】本発明に基づくマニホルド層の変形例の平面図である。
【図８Ｂ】本発明に基づく接触層の平面図である。
【図８Ｃ】本発明に基づく接触層の平面図である。
【図９Ａ】本発明に基づく三層式熱交換器の変形例の側面図である。
【図９Ｂ】本発明に基づく二層熱交換器の変形例の側面図である。
【図１０】本発明に基づく超小型ピンアレイを有する接触層の斜視図である。
【図１１】本発明に基づく熱交換器の変形例の一部切欠透視図である。
【図１２】コーティング材料が適用された本発明に基づく熱交換器の接触層の側面図である。
【図１３】本発明に基づく熱交換器の製造手順を示すフローチャートである。
【図１４】熱源に２つの熱交換器を連結する本発明の他の実施形態を示す図である。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ａ．熱源に連結され、流体を流されることによって該熱源を冷却する接触層と、
ｂ．上記接触層に及び上記接触層から流体を循環させ、上記熱源内の少なくとも１つの接触層ホットスポット領域を選択的に冷却するマニホルド層とを備える熱交換器。
【請求項２】
上記マニホルド層は、上記熱源の所定の位置における温度を均一化することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
上記流体は、単相流状態にあることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
上記流体は、二相流状態にあることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
上記流体の少なくとも一部は、上記接触層において、単層流状態と二相流状態の間で遷移することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項６】
上記マニホルド層は、上記熱源のホットスポットの冷却を最適化するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項７】
上記マニホルド層は、上記接触層上に配設され、上記流体は、該マニホルド層及び該接触層の間を流れることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項８】
上記マニホルド層は、該マニホルド層の少なくとも１つの寸法に亘って配設された複数の流体輸送流路を備えることを特徴とする請求項７記載の熱交換器。
【請求項９】
上記流体輸送流路は、平行に配設されることを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
【請求項１０】
少なくとも１つの上記流体輸送流路は、他の流体輸送流路に非平行に配設されていることを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
【請求項１１】
上記熱交換器に及び上記熱交換器から流体を循環させる複数の流体ポートを更に備え、該複数の流体ポートの少なくとも１つのは、少なくとも１つのインレットポート及び少なくとも１つのアウトレットポートを有することを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
【請求項１２】
上記複数の流体ポートは、１つ以上の上記接触層ホットスポット領域に上記流体を循環させることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１３】
上記少なくとも１つの接触層ホットスポット領域は、隣接する接触層ホットスポット領域から密閉可能に分離されていることを特徴とする請求項１２記載の熱交換器。
【請求項１４】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、垂直に配設されていることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１５】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、水平に配設されていることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１６】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、上記マニホルド層に連結されていることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１７】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、上記接触層に連結されていることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１８】
上記接触層と上記マニホルド層の間に配設され、該マニホルド層と上記少なくとも１つの接触層ホットスポット領域の間で流体を流通させる複数の導管を有する中間層を更に備える請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１９】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に連結されていることを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２０】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に一体に形成されていることを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２１】
上記複数の導管の少なくとも１つのは、上記中間層において、少なくとも１つの可変の寸法を有していることを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２２】
上記接触層は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を提供するコーティングを備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項２３】
上記コーティングは、ニッケルを基材とする材料から形成されていることを特徴とする請求項２２記載の熱交換器。
【請求項２４】
上記接触層は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項２５】
上記接触層に沿って所定のパターンで構成された複数のピラーを更に備える請求項１記載の熱交換器。
【請求項２６】
上記接触層は、粗面化された表面を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項２７】
上記接触層は、表面上に微孔構造を備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項２８】
上記接触層に沿った所定のパターンで構成された複数のマイクロチャネルを備える請求項１記載の熱交換器。
【請求項２９】
上記複数のマイクロチャネルは、上記接触層に連結されていることを特徴とする請求項２８記載の熱交換器。
【請求項３０】
上記複数のマイクロチャネルは、上記接触層に一体に形成されていることを特徴とする請求項２８記載の熱交換器。
【請求項３１】
上記複数のマイクロチャネルは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有するコーティングを備えることを特徴とする請求項２８記載の熱交換器。
【請求項３２】
上記接触層ホットスポット領域の実質的な近傍に配設され、上記熱源の動作に関連する情報を提供する少なくとも１つのセンサを備える請求項１記載の熱交換器。
【請求項３３】
上記少なくとも１つのセンサに連結され、該センサから提供された情報に応じて上記熱交換器への流体の流量を制御する制御モジュールを更に備える請求項３２記載の熱交換器。
【請求項３４】
上記接触層上に配設され、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、該接触層に液体を維持する蒸気透過膜を更に備える請求項１１記載の熱交換器。
【請求項３５】
ａ．熱源に連結され、流体を流されることによって該熱源を冷却する接触層と、
ｂ．当該熱交換器内の圧力降下を最小化するよう構成された複数のフィンガを有し、上記流体を接触層に提供するマニホルド層とを備える熱交換器。
【請求項３６】
上記流体は、単相流状態にあることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項３７】
上記流体は、二相流状態にあることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項３８】
上記流体の少なくとも一部は、上記接触層において、単層流状態と二相流状態の間で遷移することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項３９】
上記マニホルド層は、上記熱源の少なくとも１つの接触層ホットスポットを冷却するよう構成されていることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４０】
上記マニホルド層は、上記熱源において、温度を実質的に均一化することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４１】
上記接触層は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を提供するコーティングを備えることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４２】
上記コーティングは、ニッケルを基材とする材料から形成されていることを特徴とする請求項４１記載の熱交換器。
【請求項４３】
上記接触層は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４４】
上記複数のフィンガの少なくとも１つのは、上記マニホルド層内の他のフィンガに非平行に配設されていることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４５】
上記複数のフィンガは、互いに平行に配設されていることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４６】
上記フィンガは、同じ長さ及び幅を有することを特徴とする請求項４５記載の熱交換器。
【請求項４７】
少なくとも１つの上記フィンガは、他のフィンガとは異なる寸法を有することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４８】
上記複数のフィンガは、上記マニホルド層の少なくとも１つの寸法において、不規則的に配置されていることを特徴とする請求項４５記載の熱交換器。
【請求項４９】
上記複数のフィンガの少なくとも１つのは、上記マニホルド層の長さに沿って少なくとも１つの可変の寸法を有していることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項５０】
上記マニホルド層は、３個より多く１０個より少ない平行なフィンガを有していることを特徴とする請求項４５記載の熱交換器。
【請求項５１】
上記マニホルド層に連結され、当該熱交換器に流体を供給し、及び当該熱交換器から流体を取り除く複数の流体ポートを更に備える請求項３５記載の熱交換器。
【請求項５２】
上記少なくとも１つの流体ポートは、上記接触層内の少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域に流体を循環させることを特徴とする請求項５１記載の熱交換器。
【請求項５３】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、垂直に配設されていることを特徴とする請求項５１記載の熱交換器。
【請求項５４】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、水平に配設されていることを特徴とする請求項５１記載の熱交換器。
【請求項５５】
上記接触層と上記マニホルド層の間に配設され、該マニホルド層と該接触層の間で流体を流通させる所定の構成に構成された複数の導管を有する中間層を更に備える請求項５１記載の熱交換器。
【請求項５６】
上記複数の導管は、上記マニホルド層から上記接触層に流体を流通させる少なくとも１つのインレット導管を備えることを特徴とする請求項５５記載の熱交換器。
【請求項５７】
上記複数の導管は、上記接触層から上記マニホルド層に流体を流通させる少なくとも１つのアウトレット導管を備えることを特徴とする請求項５５記載の熱交換器。
【請求項５８】
上記複数の導管の少なくとも１つのは、上記中間層の長さに沿って少なくとも１つの可変の寸法を有することを特徴とする請求項５６記載の熱交換器。
【請求項５９】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に連結されていることを特徴とする請求項５５記載の熱交換器。
【請求項６０】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に一体に形成されていることを特徴とする請求項５５記載の熱交換器。
【請求項６１】
上記接触層は、適切な熱伝導率を有するコーティングを備えることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６２】
上記熱伝導率は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋであることを特徴とする請求項６１記載の熱交換器。
【請求項６３】
上記接触層に沿って所定のパターンで構成された複数のピラーを更に備える請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６４】
上記接触層は、粗面化された表面を有することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６５】
上記接触層は、表面上に微孔構造を備えることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６６】
上記接触層に沿って配設された複数のマイクロチャネルを更に備える請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６７】
上記複数のマイクロチャネルは、上記接触層に連結されていることを特徴とする請求項６６記載の熱交換器。
【請求項６８】
上記複数のマイクロチャネルは、上記接触層に一体に形成されていることを特徴とする請求項６６記載の熱交換器。
【請求項６９】
上記複数のマイクロチャネルは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有するコーティングを備えることを特徴とする請求項６６記載の熱交換器。
【請求項７０】
上記接触層上に配設され、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、該接触層に液体を維持する蒸気透過膜を更に備える請求項３５記載の熱交換器。
【請求項７１】
熱源を冷却する熱交換器を製造する熱交換器の製造方法において、
ａ．適切な熱伝導率を有し、蒸気熱源から熱を輸送する接触層を形成する工程と、
ｂ．上記接触層に連結され、該接触層に及び該接触層から流体を循環させるマニホルド層を形成する工程とを有する熱交換器の製造方法。
【請求項７２】
上記熱源における温度を均一化するよう上記マニホルド層を構成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７３】
上記熱交換器における圧力降下を最小化するよう上記マニホルド層を構成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７４】
上記流体は、単相流状態にあることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７５】
上記流体は、二相流状態にあることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７６】
上記少なくとも１つの接触層ホットスポット領域に流体を提供するように構成された複数のフィンガを含むように上記マニホルド層を構成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７７】
１つ以上の選択された接触層ホットスポット領域に流体を直接循環させるように構成された１つ以上の流体ポートを含む複数の流体ポートを上記熱交換器に連結する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７８】
１つ以上の選択された接触層ホットスポット領域に流体を直接循環させる単一のインレットポート及び単一のアウトレットポートを上記熱交換器に連結する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７９】
上記複数の流体インレットの少なくと１つは、上記熱源に対して垂直に配設されていることを特徴とする請求項７７記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８０】
上記複数の流体インレットの少なくと１つは、上記熱源に対して水平に配設されていることを特徴とする請求項７７記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８１】
上記マニホルド及び上記接触層の間に配設され、上記マニホルド層及び上記接触層の間で上記流体を流通させる複数の導管を有する中間層を形成するステップを更に有する請求項７７記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８２】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に連結されていることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８３】
上記中間層は、接着プロセスによって上記接触層及びマニホルド層に連結されることを特徴とする請求項８２記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８４】
上記複数の導管の少なくとも１つのは、上記中間層において、少なくとも１つの可変の寸法を有していることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８５】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に一体に形成されていることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８６】
上記接触層に熱伝導性を有するコーティングを施す工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８７】
上記コーティングは、ニッケルを基材とする材料から形成されていることを特徴とする請求項８６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８８】
上記熱伝導性を有するコーティングは、電気鋳造法プロセスによって施されることを特徴とする請求項８６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８９】
上記熱伝導性を有するコーティングは、電気鋳造法プロセスによって施されることを特徴とする請求項８６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９０】
上記接触層に沿って、所定のパターンで構成された複数のマイクロチャネルを形成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９１】
上記接触層に沿って、所定のパターンで構成された複数のピラーを形成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９２】
上記接触層の表面を粗面化する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９３】
上記接触層上に微孔性構造を配設する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９４】
上記接触層に複数のマイクロチャネルを連結する工程を更に有する請求項９０記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９５】
上記接触層に複数のマイクロチャネルを一体に形成する工程を更に有する請求項９０記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９６】
上記複数のマイクロチャネルに、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有するコーティングを施す工程を更に有する請求項９０記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９７】
上記コーティングを施す工程は、
ａ．上記複数のマイクロチャネルの適用表面に適切な材料のシード層を適用する工程と、
ｂ．上記シード層に電気的接続を適用する工程とを有することを特徴とする請求項９６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９８】
上記コーティングを施す工程は、電気鋳造法プロセスによって複数のマイクロチャネルに適用されることを特徴とする請求項９６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９９】
上記接触層上に、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、該接触層に液体を維持する蒸気透過膜を配設する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１００】
上記接触層は、エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０１】
上記接触層は、電気鋳造法プロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０２】
上記接触層は、光化学エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０３】
上記接触層は、化学エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０４】
上記接触層は、レーザを用いた化学エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０５】
上記接触層は、熱源と一体に形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０６】
複数のマイクロチャネルは電気鋳造法プロセスによって形成されることを特徴とする請求項９０記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０７】
上記電気鋳造法プロセスは、熱エンボシング法と組み合わせて実行されることを特徴とする請求項１０６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０８】
電気鋳造法プロセスは、ソフトリソグラフィパターニング技術を利用することを特徴とする請求項１０６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０９】
上記中間層は、プラズマエッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１０】
上記中間層は、化学エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１１】
上記中間層は、金属を所望の構成に機械加工することによって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１２】
上記中間層は、射出成形法によって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１３】
上記中間層は、レーザ穴あけプロセスによって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１４】
上記中間層は、熱エンボシング法によって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１５】
上記中間層は、ソフトリソグラフィ技術によって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１６】
上記中間層は、切削加工によって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１７】
上記マニホルド層は、射出成形法によって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１８】
上記マニホルド層は、エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１９】
上記マニホルド層は、切削加工によって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１２０】
ａ．熱源に連結され、流体を流されることによって該熱源を冷却する冷却手段と、
ｂ．上記接触層に及び上記接触層から流体を循環させ、上記熱源内の少なくとも１つの接触層ホットスポット領域を選択的に冷却する流体提供手段とを備える熱交換器。
【請求項１２１】
上記接触層は、上記熱源と一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１２２】
上記接触層は、上記熱源と一体に形成されていることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項１２３】
上記接触層は、上記熱源と一体に形成されていることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器。
【請求項１２４】
ａ．集積回路と、
ｂ．上記集積回路に一体に形成され、流体が流されるよう構成された接触層と、
ｃ．上記接触層に及び上記接触層から流体を循環させ、少なくとも１つの接触層ホットスポット領域を選択的に冷却するマニホルド層とを備える電子デバイス。
【請求項１２５】
ａ．集積回路と、
ｂ．上記集積回路に一体に形成され、流体が流されるよう構成された接触層と、
ｃ．当該電子デバイス内の圧力降下を最小化するよう構成された複数のフィンガを有し、上記流体を接触層に提供するマニホルド層とを備える電子デバイス。
【請求項１２６】
電子デバイスの製造方法において、
ａ．集積回路を準備する工程と、
ｂ．上記集積回路から熱を吸収する接触層を上記集積回路に一体に形成する工程と、
ｃ．上記接触層に流体を循環させ、及び上記電子デバイス内で圧力降下を最小化するマニホルド層を上記接触層上に形成する工程とを有する電子デバイスの製造方法。
【請求項１２７】
少なくとも１つの集積回路を冷却するための循環システムにおいて、
ａ．１．上記集積回路に接触し、流体を流される接触層と、２．上記接触層に連結され、該接触層に流体を循環させ、及び熱交換器内の圧力降下を最小化するマニホルド層とを備え、上記集積回路から発生する熱を吸収するための少なくとも１つの熱交換器と、
ｂ．少なくとも１つの上記熱交換器に連結され、ループ内に流体を循環させる少なくとも１つのポンプと、
ｃ．上記ポンプ及び熱交換器に連結され、該熱交換器から排出された加熱された液体を冷却する少なくとも１つの放熱器とを備える循環システム。
【請求項１】
ａ．熱源に連結され、流体を流されることによって該熱源を冷却する接触層と、
ｂ．上記接触層に及び上記接触層から流体を循環させ、上記熱源内の少なくとも１つの接触層ホットスポット領域を選択的に冷却するマニホルド層とを備える熱交換器。
【請求項２】
上記マニホルド層は、上記熱源の所定の位置における温度を均一化することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項３】
上記流体は、単相流状態にあることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項４】
上記流体は、二相流状態にあることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項５】
上記流体の少なくとも一部は、上記接触層において、単層流状態と二相流状態の間で遷移することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項６】
上記マニホルド層は、上記熱源のホットスポットの冷却を最適化するよう構成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項７】
上記マニホルド層は、上記接触層上に配設され、上記流体は、該マニホルド層及び該接触層の間を流れることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項８】
上記マニホルド層は、該マニホルド層の少なくとも１つの寸法に亘って配設された複数の流体輸送流路を備えることを特徴とする請求項７記載の熱交換器。
【請求項９】
上記流体輸送流路は、平行に配設されることを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
【請求項１０】
少なくとも１つの上記流体輸送流路は、他の流体輸送流路に非平行に配設されていることを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
【請求項１１】
上記熱交換器に及び上記熱交換器から流体を循環させる複数の流体ポートを更に備え、該複数の流体ポートの少なくとも１つのは、少なくとも１つのインレットポート及び少なくとも１つのアウトレットポートを有することを特徴とする請求項８記載の熱交換器。
【請求項１２】
上記複数の流体ポートは、１つ以上の上記接触層ホットスポット領域に上記流体を循環させることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１３】
上記少なくとも１つの接触層ホットスポット領域は、隣接する接触層ホットスポット領域から密閉可能に分離されていることを特徴とする請求項１２記載の熱交換器。
【請求項１４】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、垂直に配設されていることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１５】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、水平に配設されていることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１６】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、上記マニホルド層に連結されていることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１７】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、上記接触層に連結されていることを特徴とする請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１８】
上記接触層と上記マニホルド層の間に配設され、該マニホルド層と上記少なくとも１つの接触層ホットスポット領域の間で流体を流通させる複数の導管を有する中間層を更に備える請求項１１記載の熱交換器。
【請求項１９】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に連結されていることを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２０】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に一体に形成されていることを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２１】
上記複数の導管の少なくとも１つのは、上記中間層において、少なくとも１つの可変の寸法を有していることを特徴とする請求項１８記載の熱交換器。
【請求項２２】
上記接触層は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を提供するコーティングを備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項２３】
上記コーティングは、ニッケルを基材とする材料から形成されていることを特徴とする請求項２２記載の熱交換器。
【請求項２４】
上記接触層は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項２５】
上記接触層に沿って所定のパターンで構成された複数のピラーを更に備える請求項１記載の熱交換器。
【請求項２６】
上記接触層は、粗面化された表面を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項２７】
上記接触層は、表面上に微孔構造を備えることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項２８】
上記接触層に沿った所定のパターンで構成された複数のマイクロチャネルを備える請求項１記載の熱交換器。
【請求項２９】
上記複数のマイクロチャネルは、上記接触層に連結されていることを特徴とする請求項２８記載の熱交換器。
【請求項３０】
上記複数のマイクロチャネルは、上記接触層に一体に形成されていることを特徴とする請求項２８記載の熱交換器。
【請求項３１】
上記複数のマイクロチャネルは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有するコーティングを備えることを特徴とする請求項２８記載の熱交換器。
【請求項３２】
上記接触層ホットスポット領域の実質的な近傍に配設され、上記熱源の動作に関連する情報を提供する少なくとも１つのセンサを備える請求項１記載の熱交換器。
【請求項３３】
上記少なくとも１つのセンサに連結され、該センサから提供された情報に応じて上記熱交換器への流体の流量を制御する制御モジュールを更に備える請求項３２記載の熱交換器。
【請求項３４】
上記接触層上に配設され、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、該接触層に液体を維持する蒸気透過膜を更に備える請求項１１記載の熱交換器。
【請求項３５】
ａ．熱源に連結され、流体を流されることによって該熱源を冷却する接触層と、
ｂ．当該熱交換器内の圧力降下を最小化するよう構成された複数のフィンガを有し、上記流体を接触層に提供するマニホルド層とを備える熱交換器。
【請求項３６】
上記流体は、単相流状態にあることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項３７】
上記流体は、二相流状態にあることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項３８】
上記流体の少なくとも一部は、上記接触層において、単層流状態と二相流状態の間で遷移することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項３９】
上記マニホルド層は、上記熱源の少なくとも１つの接触層ホットスポットを冷却するよう構成されていることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４０】
上記マニホルド層は、上記熱源において、温度を実質的に均一化することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４１】
上記接触層は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋの適切な熱伝導率を提供するコーティングを備えることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４２】
上記コーティングは、ニッケルを基材とする材料から形成されていることを特徴とする請求項４１記載の熱交換器。
【請求項４３】
上記接触層は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４４】
上記複数のフィンガの少なくとも１つのは、上記マニホルド層内の他のフィンガに非平行に配設されていることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４５】
上記複数のフィンガは、互いに平行に配設されていることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４６】
上記フィンガは、同じ長さ及び幅を有することを特徴とする請求項４５記載の熱交換器。
【請求項４７】
少なくとも１つの上記フィンガは、他のフィンガとは異なる寸法を有することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項４８】
上記複数のフィンガは、上記マニホルド層の少なくとも１つの寸法において、不規則的に配置されていることを特徴とする請求項４５記載の熱交換器。
【請求項４９】
上記複数のフィンガの少なくとも１つのは、上記マニホルド層の長さに沿って少なくとも１つの可変の寸法を有していることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項５０】
上記マニホルド層は、３個より多く１０個より少ない平行なフィンガを有していることを特徴とする請求項４５記載の熱交換器。
【請求項５１】
上記マニホルド層に連結され、当該熱交換器に流体を供給し、及び当該熱交換器から流体を取り除く複数の流体ポートを更に備える請求項３５記載の熱交換器。
【請求項５２】
上記少なくとも１つの流体ポートは、上記接触層内の少なくとも１つの所定の接触層ホットスポット領域に流体を循環させることを特徴とする請求項５１記載の熱交換器。
【請求項５３】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、垂直に配設されていることを特徴とする請求項５１記載の熱交換器。
【請求項５４】
上記複数の流体ポートの少なくとも１つのは、水平に配設されていることを特徴とする請求項５１記載の熱交換器。
【請求項５５】
上記接触層と上記マニホルド層の間に配設され、該マニホルド層と該接触層の間で流体を流通させる所定の構成に構成された複数の導管を有する中間層を更に備える請求項５１記載の熱交換器。
【請求項５６】
上記複数の導管は、上記マニホルド層から上記接触層に流体を流通させる少なくとも１つのインレット導管を備えることを特徴とする請求項５５記載の熱交換器。
【請求項５７】
上記複数の導管は、上記接触層から上記マニホルド層に流体を流通させる少なくとも１つのアウトレット導管を備えることを特徴とする請求項５５記載の熱交換器。
【請求項５８】
上記複数の導管の少なくとも１つのは、上記中間層の長さに沿って少なくとも１つの可変の寸法を有することを特徴とする請求項５６記載の熱交換器。
【請求項５９】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に連結されていることを特徴とする請求項５５記載の熱交換器。
【請求項６０】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に一体に形成されていることを特徴とする請求項５５記載の熱交換器。
【請求項６１】
上記接触層は、適切な熱伝導率を有するコーティングを備えることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６２】
上記熱伝導率は、少なくとも１００Ｗ／ｍ−Ｋであることを特徴とする請求項６１記載の熱交換器。
【請求項６３】
上記接触層に沿って所定のパターンで構成された複数のピラーを更に備える請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６４】
上記接触層は、粗面化された表面を有することを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６５】
上記接触層は、表面上に微孔構造を備えることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６６】
上記接触層に沿って配設された複数のマイクロチャネルを更に備える請求項３５記載の熱交換器。
【請求項６７】
上記複数のマイクロチャネルは、上記接触層に連結されていることを特徴とする請求項６６記載の熱交換器。
【請求項６８】
上記複数のマイクロチャネルは、上記接触層に一体に形成されていることを特徴とする請求項６６記載の熱交換器。
【請求項６９】
上記複数のマイクロチャネルは、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有するコーティングを備えることを特徴とする請求項６６記載の熱交換器。
【請求項７０】
上記接触層上に配設され、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、該接触層に液体を維持する蒸気透過膜を更に備える請求項３５記載の熱交換器。
【請求項７１】
熱源を冷却する熱交換器を製造する熱交換器の製造方法において、
ａ．適切な熱伝導率を有し、蒸気熱源から熱を輸送する接触層を形成する工程と、
ｂ．上記接触層に連結され、該接触層に及び該接触層から流体を循環させるマニホルド層を形成する工程とを有する熱交換器の製造方法。
【請求項７２】
上記熱源における温度を均一化するよう上記マニホルド層を構成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７３】
上記熱交換器における圧力降下を最小化するよう上記マニホルド層を構成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７４】
上記流体は、単相流状態にあることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７５】
上記流体は、二相流状態にあることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７６】
上記少なくとも１つの接触層ホットスポット領域に流体を提供するように構成された複数のフィンガを含むように上記マニホルド層を構成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７７】
１つ以上の選択された接触層ホットスポット領域に流体を直接循環させるように構成された１つ以上の流体ポートを含む複数の流体ポートを上記熱交換器に連結する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７８】
１つ以上の選択された接触層ホットスポット領域に流体を直接循環させる単一のインレットポート及び単一のアウトレットポートを上記熱交換器に連結する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項７９】
上記複数の流体インレットの少なくと１つは、上記熱源に対して垂直に配設されていることを特徴とする請求項７７記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８０】
上記複数の流体インレットの少なくと１つは、上記熱源に対して水平に配設されていることを特徴とする請求項７７記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８１】
上記マニホルド及び上記接触層の間に配設され、上記マニホルド層及び上記接触層の間で上記流体を流通させる複数の導管を有する中間層を形成するステップを更に有する請求項７７記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８２】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に連結されていることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８３】
上記中間層は、接着プロセスによって上記接触層及びマニホルド層に連結されることを特徴とする請求項８２記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８４】
上記複数の導管の少なくとも１つのは、上記中間層において、少なくとも１つの可変の寸法を有していることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８５】
上記中間層は、上記接触層及び上記マニホルド層に一体に形成されていることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８６】
上記接触層に熱伝導性を有するコーティングを施す工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８７】
上記コーティングは、ニッケルを基材とする材料から形成されていることを特徴とする請求項８６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８８】
上記熱伝導性を有するコーティングは、電気鋳造法プロセスによって施されることを特徴とする請求項８６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項８９】
上記熱伝導性を有するコーティングは、電気鋳造法プロセスによって施されることを特徴とする請求項８６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９０】
上記接触層に沿って、所定のパターンで構成された複数のマイクロチャネルを形成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９１】
上記接触層に沿って、所定のパターンで構成された複数のピラーを形成する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９２】
上記接触層の表面を粗面化する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９３】
上記接触層上に微孔性構造を配設する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９４】
上記接触層に複数のマイクロチャネルを連結する工程を更に有する請求項９０記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９５】
上記接触層に複数のマイクロチャネルを一体に形成する工程を更に有する請求項９０記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９６】
上記複数のマイクロチャネルに、少なくとも２０Ｗ／ｍ−Ｋの熱伝導率を有するコーティングを施す工程を更に有する請求項９０記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９７】
上記コーティングを施す工程は、
ａ．上記複数のマイクロチャネルの適用表面に適切な材料のシード層を適用する工程と、
ｂ．上記シード層に電気的接続を適用する工程とを有することを特徴とする請求項９６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９８】
上記コーティングを施す工程は、電気鋳造法プロセスによって複数のマイクロチャネルに適用されることを特徴とする請求項９６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項９９】
上記接触層上に、少なくとも１つのアウトレットポートに蒸気を透過させるとともに、該接触層に液体を維持する蒸気透過膜を配設する工程を更に有する請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１００】
上記接触層は、エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０１】
上記接触層は、電気鋳造法プロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０２】
上記接触層は、光化学エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０３】
上記接触層は、化学エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０４】
上記接触層は、レーザを用いた化学エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０５】
上記接触層は、熱源と一体に形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０６】
複数のマイクロチャネルは電気鋳造法プロセスによって形成されることを特徴とする請求項９０記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０７】
上記電気鋳造法プロセスは、熱エンボシング法と組み合わせて実行されることを特徴とする請求項１０６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０８】
電気鋳造法プロセスは、ソフトリソグラフィパターニング技術を利用することを特徴とする請求項１０６記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１０９】
上記中間層は、プラズマエッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１０】
上記中間層は、化学エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１１】
上記中間層は、金属を所望の構成に機械加工することによって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１２】
上記中間層は、射出成形法によって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１３】
上記中間層は、レーザ穴あけプロセスによって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１４】
上記中間層は、熱エンボシング法によって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１５】
上記中間層は、ソフトリソグラフィ技術によって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１６】
上記中間層は、切削加工によって形成されることを特徴とする請求項８１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１７】
上記マニホルド層は、射出成形法によって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１８】
上記マニホルド層は、エッチングプロセスによって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１１９】
上記マニホルド層は、切削加工によって形成されることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器の製造方法。
【請求項１２０】
ａ．熱源に連結され、流体を流されることによって該熱源を冷却する冷却手段と、
ｂ．上記接触層に及び上記接触層から流体を循環させ、上記熱源内の少なくとも１つの接触層ホットスポット領域を選択的に冷却する流体提供手段とを備える熱交換器。
【請求項１２１】
上記接触層は、上記熱源と一体に形成されていることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
【請求項１２２】
上記接触層は、上記熱源と一体に形成されていることを特徴とする請求項３５記載の熱交換器。
【請求項１２３】
上記接触層は、上記熱源と一体に形成されていることを特徴とする請求項７１記載の熱交換器。
【請求項１２４】
ａ．集積回路と、
ｂ．上記集積回路に一体に形成され、流体が流されるよう構成された接触層と、
ｃ．上記接触層に及び上記接触層から流体を循環させ、少なくとも１つの接触層ホットスポット領域を選択的に冷却するマニホルド層とを備える電子デバイス。
【請求項１２５】
ａ．集積回路と、
ｂ．上記集積回路に一体に形成され、流体が流されるよう構成された接触層と、
ｃ．当該電子デバイス内の圧力降下を最小化するよう構成された複数のフィンガを有し、上記流体を接触層に提供するマニホルド層とを備える電子デバイス。
【請求項１２６】
電子デバイスの製造方法において、
ａ．集積回路を準備する工程と、
ｂ．上記集積回路から熱を吸収する接触層を上記集積回路に一体に形成する工程と、
ｃ．上記接触層に流体を循環させ、及び上記電子デバイス内で圧力降下を最小化するマニホルド層を上記接触層上に形成する工程とを有する電子デバイスの製造方法。
【請求項１２７】
少なくとも１つの集積回路を冷却するための循環システムにおいて、
ａ．１．上記集積回路に接触し、流体を流される接触層と、２．上記接触層に連結され、該接触層に流体を循環させ、及び熱交換器内の圧力降下を最小化するマニホルド層とを備え、上記集積回路から発生する熱を吸収するための少なくとも１つの熱交換器と、
ｂ．少なくとも１つの上記熱交換器に連結され、ループ内に流体を循環させる少なくとも１つのポンプと、
ｃ．上記ポンプ及び熱交換器に連結され、該熱交換器から排出された加熱された液体を冷却する少なくとも１つの放熱器とを備える循環システム。
【図１Ａ】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１Ｃ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３Ｂ】
【図４】
【図５】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【公表番号】特表２００６−５１４７３４（Ｐ２００６−５１４７３４Ａ）
【公表日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００５−５０２１７８（Ｐ２００５−５０２１７８）
【出願日】平成１５年１０月９日（２００３．１０．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３２１７８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０４２３１３
【国際公開日】平成１６年５月２１日（２００４．５．２１）
【出願人】（５０５１６３７４１）クーリギー インコーポレイテッド (32)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成１８年５月１１日（２００６．５．１１）
【国際特許分類】
【出願日】平成１５年１０月９日（２００３．１０．９）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００３／０３２１７８
【国際公開番号】ＷＯ２００４／０４２３１３
【国際公開日】平成１６年５月２１日（２００４．５．２１）
【出願人】（５０５１６３７４１）クーリギー インコーポレイテッド (32)
【Ｆターム（参考）】
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