JP2006516068A - 発熱デバイスにおける温度均一性及びホットスポット冷却を実現する方法及び装置 - Google Patents
発熱デバイスにおける温度均一性及びホットスポット冷却を実現する方法及び装置 Download PDFInfo
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Abstract
Description
また、熱源99は、図1Bに示すように、如何なるホットスポットも有さない場合もある。図1Bは、ホットスポットを全く有さない熱源99の斜視図と、X及びY方向における距離の関数として温度の変動を表すグラフを示している。図1Bの熱源99は、ホットスポットを有していないが、材料における熱伝播の原理に従い、熱源99の中央は、熱源99の周囲又はエッジに比べて、より高い熱流束を発生する。この現象は、図1Bのグラフに示されている。従来の熱交換器は、熱源の冷却のみを目的とし、その結果、従来の熱交換器では、ホットスポット冷却又は総合的な温度均一性が考慮されていない。
Claims (123)
- 実質的に平面に揃えられている熱交換器の熱交換面に接触する熱源の温度を制御する熱源温度制御方法において、
a.第1の温度の流体を上記熱交換面に流し、該第1の温度の流体が該熱交換面に沿って、上記熱源と熱交換を行う工程と、
b.上記熱交換面から第2の温度の流体を流し、該第2の温度の流体が熱源に沿って、温度差を最小化する工程とを有する熱源温度制御方法。 - 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記載の熱源温度制御方法。
- 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記載の熱源温度制御方法。
- 上記流体の少なくとも一部は、上記熱交換器において、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記載の熱源温度制御方法。
- 上記第1の温度の流体及び第2の温度の流体は、上記平面に対して実質的に垂直に流されることを特徴とする請求項1記載の熱源温度制御方法。
- 上記流体に所望の流体抵抗を加えて、該流体を所望の温度に制御するように構成された少なくとも1つの流路に沿って該流体を流す工程を更に有する請求項1記載の熱源温度制御方法。
- 上記流体は、1つ以上の流路に沿って流され、該各流路は、フロー長寸法及び流体接触寸法を有していることを特徴とする請求項6記載の熱源温度制御方法。
- 上記流路の流体接触寸法は、フロー長寸法に対して変化することを特徴とする請求項7記載の熱源温度制御方法。
- 上記流体接触寸法は、上記熱交換器における1又は複数の動作条件に対応して調整可能に適応化され、該調整可能な流体接触寸法は、流体抵抗を制御するように調整されることを特徴とする請求項8記載の熱源温度制御方法。
- 上記流路に沿った所定の位置における所望の特徴を検出する検出器を接続する工程を更に有する請求項7記載の熱源温度制御方法。
- a.上記流体の第1の部分を上記熱交換面の第1の所望の領域に沿う第1の循環流路に流す工程と、
b.上記流体の第2の部分を上記熱交換面の第2の所望の領域に沿う第2の循環流路に流す工程とを有し、
上記第1の循環流路は、上記第2の循環流路から独立し、上記熱源における温度差を最小化することを特徴とする請求項1記載の熱源温度制御方法。 - 上記熱交換面の1つ以上の選択された領域を所望の熱伝導率に適応化し、局所的な熱抵抗を制御する工程を更に有する請求項7記載の熱源温度制御方法。
- 上記熱交換面に複数の熱輸送構造体を配設する工程を有し、上記熱は、上記流体及び該複数の熱輸送構造体の間で輸送されることを特徴とする請求項7記載の熱源温度制御方法。
- 上記熱交換面の少なくとも一部を所望の粗さに粗くし、上記流体及び熱抵抗の少なくとも1つのを制御する工程を更に有する請求項7記載の熱源温度制御方法。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも1つは、ピラーを含むことを特徴とする請求項13記載の熱源温度制御方法。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも1つは、マイクロチャネルを含むことを特徴とする請求項13記載の熱源温度制御方法。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも1つは、微孔構造を含むことを特徴とする請求項13記載の熱源温度制御方法。
- 上記ピラーの少なくとも1つは、(10ミクロン)2以上(100ミクロン)2以下の範囲内の面積寸法を有することを特徴とする請求項15記載の熱源温度制御方法。
- 上記ピラーの少なくとも1つは、50ミクロン以上2ミリメートル以下の範囲内の高さ寸法を有することを特徴とする請求項15記載の熱源温度制御方法。
- 上記ピラーの少なくとも2つは、10ミクロン以上150ミクロン以下の範囲内の間隔寸法で互いに離間されていることを特徴とする請求項15記載の熱源温度制御方法。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも1つは、(10ミクロン)2以上(100ミクロン)2以下の範囲内の面積寸法を有することを特徴とする請求項16記載の熱源温度制御方法。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも1つは、50ミクロン以上2ミリメートル以下の範囲内の高さ寸法を有することを特徴とする請求項16記載の熱源温度制御方法。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも2つは、10ミクロン以上150ミクロン以下の範囲内の間隔寸法で互いに離間されていることを特徴とする請求項16記載の熱源温度制御方法。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも1つは、10ミクロン以上150ミクロン以下の範囲内の幅寸法を有することを特徴とする請求項16記載の熱源温度制御方法。
- 上記微孔構造は、50パーセント以上80パーセント以下の範囲内の多孔度を有することを特徴とする請求項17記載の熱源温度制御方法。
- 上記微孔構造は、10ミクロン以上200ミクロン以下の範囲内の平均孔寸法を有することを特徴とする請求項17記載の熱源温度制御方法。
- 上記微孔構造は、0.25ミリメートル以上2.00ミリメートル以下の範囲内の高さ寸法を有することを特徴とする請求項17記載の熱源温度制御方法。
- 単位面積あたり所望の数の上記熱輸送構造体が配設され、流体抵抗が制御されることを特徴とする請求項13記載の熱源温度制御方法。
- 上記流体抵抗は、上記微孔構造における適切な孔寸法及び適切な孔−体積率を選択することによって最適化されることを特徴とする請求項28記載の熱源温度制御方法。
- 上記流体抵抗は、単位面積あたりのピラーの数及び適切なピラー−体積率を選択することによって最適化されることを特徴とする請求項28記載の熱源温度制御方法。
- 上記流体抵抗は、少なくとも1つの上記マイクロチャネルの適切な水力半径を選択することによって最適化されることを特徴とする請求項28記載の熱源温度制御方法。
- 上記流体抵抗は、上記微孔構造の適切な多孔度を選択することによって最適化されることを特徴とする請求項17記載の熱源温度制御方法。
- 上記流体抵抗は、少なくとも2つの上記ピラー間の適切な間隔寸法を選択することによって最適化されることを特徴とする請求項15記載の熱源温度制御方法。
- 上記熱輸送構造体の長さ寸法を最適化して、上記流体への流体抵抗を制御する工程を更に有する請求項13記載の熱源温度制御方法。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも一部の少なくとも1つの寸法を最適化して、上記流体への流体抵抗を制御する工程を更に有する請求項13記載の熱源温度制御方法。
- 上記2つ以上の熱輸送構造体間の距離を最適化して、上記流体への流体抵抗を制御する工程を更に有する請求項13記載の熱源温度制御方法
- 上記少なくとも1つの熱輸送構造体の少なくとも一部にコーティングを施し、熱抵抗及び流体抵抗の少なくとも1つのを制御する工程を更に有する請求項13記載の熱源温度制御方法。
- 上記少なくとも1つの熱輸送構造体の表面積を最適化して、上記流体への流体抵抗を制御する工程を更に有する請求項13記載の熱源温度制御方法。
- 上記流路に沿って、少なくとも1つのが上記流体抵抗を制御する少なくとも1つのフロー規制要素を配設する工程を更に有する請求項13記載の熱源温度制御方法。
- 上記流路に沿う所定の位置における上記流体の圧力を調整し、該流体の一時的な温度を制御する工程を更に有する請求項7記載の熱源温度制御方法。
- 上記流路に沿う所定の位置における上記流体の流量を調整し、該流体の一時的な温度を制御する工程を更に有する請求項7記載の熱源温度制御方法。
- 熱源の温度を制御する熱交換器において、
a.第1の平面に揃えられ、上記熱源に実質的に接触し、流体と熱交換を行うように構成された第1の層と、
b.上記第1の層に連結され、該第1の層に流体を流し、及び該第1の層から流体を受け取る第2の層とを備え、
上記熱源に沿って、温度差を最小化する熱交換器。 - 上記第2の層は、
a.上記第1の平面に実質的に垂直な複数のインレット流路と、
b.上記第1の平面に実質的に垂直な複数のアウトレット流路とを備え、
上記インレット及びアウトレット流路は、互いに平行に構成されることを特徴とする請求項42記載の熱交換器。 - 上記第2の層は、
a.上記第1の平面に実質的に垂直な複数のインレット流路と、
b.上記第1の平面に実質的に垂直な複数のアウトレット流路とを備え、
上記インレット及びアウトレット流路は、互いに非平行に構成されることを特徴とする請求項42記載の熱交換器。 - 上記第2の層は、
a.第1の層に流体を流す少なくとも1つの第1のポートを有する第1の層と、
b.少なくとも1つの第2のポートを有する第2の層とを備え、
上記第2の層は、第1の層から第2のポートに流体を流し、上記第1の層の流体は、上記第2の層の流体から独立して流れることを特徴とする請求項42記載の熱交換器。 - 上記流体は、単相流状態にあることを特徴とする請求項42記載の熱交換器。
- 上記流体は、二相流状態にあることを特徴とする請求項42記載の熱交換器。
- 上記流体の少なくとも一部は、当該熱交換器において、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42記載の熱交換器。
- 上記流体に所望の流体抵抗を加えて、該流体を所望の温度に制御するように適応化された少なくとも1つの流路を更に備える請求項42記載の熱交換器。
- 上記少なくとも1つの流路は、上記第1の層に配設されていることを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記少なくとも1つの流路は、上記第2の層に配設されていることを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記少なくとも1つの流路は、上記第1の層と上記第2の層の間に設けられた第3の層に配設されていることを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記流路は、フロー長寸法及び流体接触寸法を有することを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記流体接触寸法は、所望の位置において、フロー長寸法に対して変化し、流体への流体抵抗が制御されることを特徴とする請求項53記載の熱交換器。
- 上記流路の壁に連結され、1又は複数の動作条件に応じて、流体抵抗を可変に制御するよう調整される少なくとも1つの拡張可能バルブを更に備える請求項49記載の熱交換器。
- 上記流路に沿う所定の位置に配設され、上記熱源の温度に関する情報を提供する1つ以上のセンサを更に備える請求項49記載の熱交換器。
- 上記流路の一部は、上記第1の層に沿う第1の循環流路に向けられ、該第1の循環流路内の流体は、該第1の層の第2の循環流路内の流体とは独立して流れることを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記第1の層の1つ以上の選択された領域は、所望の熱伝導率を有し、上記流体への熱抵抗を制御することを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記第1の層は、複数の熱輸送構造体を備えることを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも1つは、ピラーを含むことを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも1つは、マイクロチャネルを含むことを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも1つは、微孔構造を含むことを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 上記ピラーの少なくとも1つは、(10ミクロン)2以上(100ミクロン)2以下の範囲内の面積寸法を有することを特徴とする請求項60記載の熱交換器。
- 上記ピラーの少なくとも1つは、50ミクロン以上2ミリメートル以下の範囲内の高さ寸法を有することを特徴とする請求項60記載の熱交換器。
- 上記ピラーの少なくとも2つは、10ミクロン以上150ミクロン以下の範囲内の間隔寸法で互いに離間されていることを特徴とする請求項60記載の熱交換器。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも1つは、(10ミクロン)2以上(100ミクロン)2以下の範囲内の面積寸法を有することを特徴とする請求項61記載の熱交換器。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも1つは、50ミクロン以上2ミリメートル以下の範囲内の高さ寸法を有することを特徴とする請求項61記載の熱交換器。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも2つは、10ミクロン以上150ミクロン以下の範囲内の間隔寸法で互いに離間されていることを特徴とする請求項61記載の熱交換器。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも1つは、10ミクロン以上150ミクロン以下の範囲内の幅寸法を有することを特徴とする請求項61記載の熱交換器。
- 上記微孔構造は、50パーセント以上80パーセント以下の範囲内の多孔度を有することを特徴とする請求項62記載の熱交換器。
- 上記微孔構造は、10ミクロン以上200ミクロン以下の範囲内の平均孔寸法を有することを特徴とする請求項62記載の熱交換器。
- 上記微孔構造は、0.25ミリメートル以上2.00ミリメートル以下の範囲内の高さ寸法を有することを特徴とする請求項62記載の熱交換器。
- 上記第1の層の少なくとも一部は、所望の粗さを有し、流体抵抗を制御することを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 単位面積あたり所望の数の上記熱輸送構造体が配設され、流体抵抗が制御されることを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 上記熱輸送構造体の長さ寸法は、上記流体への流体抵抗を制御するように構成されていることを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 上記熱輸送構造体の高さ寸法は、上記流体への流体抵抗を制御するように構成されていることを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 上記1又は複数の熱輸送構造体は、隣接する熱輸送構造体から適切な距離に配設され、上記流体への流体抵抗を制御することを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 上記少なくとも1つの熱輸送構造体の少なくとも一部は、上記流体への熱抵抗を制御するコーティングを有することを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 上記少なくとも1つの熱輸送構造体は、上記流体への流体抵抗を制御する適切な表面積を有することを特徴とする請求項59記載の熱交換器。
- 上記流路は、上記流路に拡張し、上記流体への流体抵抗を制御する少なくとも1つのフロー規制要素を備えることを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記流路は、所定の位置で流体の圧力を調整し、上記流体の温度を制御することを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記流路は、所望の位置で流体の圧力を調整し、上記流体の一時的な温度を制御することを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 上記流路は、上記流体の少なくとも一部の流量を調整し、上記流体の温度を制御することを特徴とする請求項49記載の熱交換器。
- 熱源の温度を制御する封水循環システムにおいて、
a.上記熱源における温度差を最小化するように構成され、上記熱源の温度を制御する少なくとも1つの熱交換器と、
b.上記熱交換器の少なくとも1つのに連結され、当該封水循環システム内に流体を循環させる少なくとも1つのポンプと、
c.上記少なくとも1つのポンプ及び少なくとも1つの熱交換器に連結された少なくとも1つの除熱器とを備える封水循環システム - 上記少なくとも1つの熱交換器は、
a.第1の平面に沿って構成され、上記熱源に実質的に接触し、少なくとも1つの熱交換流路に沿って流体を流すように構成された接触層と、
b.少なくとも1つのインレット流路に沿ってインレット流体を供給し、少なくとも1つのアウトレット流路に沿ってアウトレット流体を取り除くマニホルド層とを備えることを特徴とする請求項84記載の封水循環システム。 - 上記マニホルド層は、
a.上記インレット流路に接続され、第1の平面に実質的に垂直に構成された複数のインレットフィンガと、
b.上記アウトレット流路に接続され、上記第1の平面に実質的に垂直に構成された複数のアウトレットフィンガとを備え、
上記インレット及びアウトレットフィンガは、互いに平行に構成されていることを特徴とする請求項85記載の封水循環システム。 - 上記マニホルド層は、
a.上記インレット流路に接続され、第1の平面に実質的に垂直に構成された複数のインレットフィンガと、
上記インレット及びアウトレットフィンガは、互いに非平行に構成されていることを特徴とする請求項85記載の封水循環システム。 - 上記マニホルド層は、
a.互いに最適な距離に配設された複数の流路を有する第1の層と、
b.上記アウトレット流路から上記第2のポートに流体を流すように構成された第2の層とを有し、
上記第1の層の流体は、上記第2の層を流体から独立して流れることを特徴とする請求項85記載の封水循環システム。 - 上記流体は、単相流状態にあることを特徴とする請求項84記載の封水循環システム。
- 上記流体は、二相流状態にあることを特徴とする請求項84記載の封水循環システム。
- 上記流体の少なくとも一部は、上記熱交換器において、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84記載の封水循環システム。
- 上記熱交換器は、該熱交換器内の所望の位置において、上記流体に所望の流体抵抗を加えて、該流体の流量を制御することを特徴とする請求項85記載の封水循環システム。
- 上記インレット流路及びアウトレット流路は、それぞれフロー長寸法及び流体接触寸法を有することを特徴とする請求項92記載の封水循環システム。
- 上記流体接触寸法は、上記フロー長寸法に対して変化し、流体への流体抵抗が制御されることを特徴とする請求項93記載の封水循環システム。
- 上記熱交換器内の壁に沿って連結され、1又は複数の動作条件に応じて、上記流体への流体抵抗を可変に制御するように調整される少なくとも1つの拡張可能バルブを更に備える請求項92記載の封水循環システム。
- 上記熱交換器の所定の位置に配設され、上記熱源の冷却に関する情報を提供する1つ以上のセンサを更に備える請求項84記載の封水循環システム。
- 上記流路の一部は、上記第1の層に沿う第1の循環流路に向けられ、該第1の循環流路内の流体は、上記接触層の第2の循環流路内の流体とは独立して流れることを特徴とする請求項85記載の封水循環システム。
- 上記接触層の1つ以上の選択された領域は、上記流体への熱抵抗を制御する所望の熱伝導率を有することを特徴とする請求項92記載の封水循環システム。
- 上記接触層は、複数の熱輸送構造体を備えることを特徴とする請求項92記載の封水循環システム。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも1つは、ピラーを含むことを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも1つは、マイクロチャネルを含むことを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 上記熱輸送構造体の少なくとも1つは、微孔構造を含むことを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 上記ピラーの少なくとも1つは、(10ミクロン)2以上(100ミクロン)2以下の範囲内の面積寸法を有することを特徴とする請求項100記載の封水循環システム。
- 上記ピラーの少なくとも1つは、50ミクロン以上2ミリメートル以下の範囲内の高さ寸法を有することを特徴とする請求項100記載の封水循環システム。
- 上記ピラーの少なくとも2つは、10ミクロン以上150ミクロン以下の範囲内の間隔寸法で互いに離間されていることを特徴とする請求項100記載の封水循環システム。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも1つは、(10ミクロン)2以上(100ミクロン)2以下の範囲内の面積寸法を有することを特徴とする請求項101記載の封水循環システム。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも1つは、50ミクロン以上2ミリメートル以下の範囲内の高さ寸法を有することを特徴とする請求項101記載の封水循環システム。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも2つは、10ミクロン以上150ミクロン以下の範囲内の間隔寸法で互いに離間されていることを特徴とする請求項101記載の封水循環システム。
- 上記マイクロチャネルの少なくとも1つは、10ミクロン以上150ミクロン以下の範囲内の幅寸法を有することを特徴とする請求項101記載の封水循環システム。
- 上記微孔構造は、50パーセント以上80パーセント以下の範囲内の多孔度を有することを特徴とする請求項102記載の封水循環システム。
- 上記微孔構造は、10ミクロン以上200ミクロン以下の範囲内の平均孔寸法を有することを特徴とする請求項102記載の封水循環システム。
- 上記微孔構造は、0.25ミリメートル以上2.00ミリメートル以下の範囲内の高さ寸法を有することを特徴とする請求項102記載の封水循環システム。
- 上記接触層の少なくとも一部は、所望の粗さを有し、流体抵抗を制御することを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 単位面積あたり所望の数の上記熱輸送構造体が配設され、流体抵抗が制御されることを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 上記熱輸送構造体の長さ寸法は、上記流体への流体抵抗を制御するように構成されていることを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 上記熱輸送構造体の高さ寸法は、上記流体への流体抵抗を制御するように構成されていることを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 上記1又は複数の熱輸送構造体は、隣接する熱輸送構造体から適切な距離に配設され、上記流体への流体抵抗を制御することを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 上記少なくとも1つの熱輸送構造体の少なくとも一部は、上記流体への熱抵抗を制御するコーティングを有することを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 上記少なくとも1つの熱輸送構造体は、上記流体への流体抵抗を制御する適切な表面積を有することを特徴とする請求項99記載の封水循環システム。
- 上記少なくとも1つの流路は、上記流路に拡張し、上記流体への流体抵抗を制御する少なくとも1つのフロー規制要素を備えることを特徴とする請求項92記載の封水循環システム。
- 上記インレット及びアウトレット流路の少なくとも1つは、流路に沿う所定の位置に沿って上記流体の圧力を調整し、該流体の温度を制御することを特徴とする請求項92記載の封水循環システム。
- 上記インレット及びアウトレット流路の少なくとも1つは、所望の位置で上記流体の圧力を調整し、該流体の温度を制御することを特徴とする請求項92記載の封水循環システム。
- 上記インレット及びアウトレット流路の少なくとも1つは、上記流体の少なくとも一部の流量を調整し、該流体の温度を制御することを特徴とする請求項92記載の封水循環システム。
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