JP2008530482A

JP2008530482A - Heat exchanger manufacturing method, micro heat exchanger manufacturing method, and micro heat exchanger

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Publication number: JP2008530482A
Application number: JP2007550493A
Authority: JP
Inventors: ダッタ、マドハブ; マクマスター、マーク; ブレワー、リック; チョウ、ペン; ツァオ、パウル; ウパダヤ、ギリッシュ; ムンチ、マーク
Original assignee: クーリギーインコーポレイテッド
Priority date: 2005-01-07
Filing date: 2006-01-06
Publication date: 2008-08-07
Also published as: DE112006000160T5; CN101248327A; WO2006074353A2; WO2006074353A3; CN101248327B

Abstract

熱交換器に使用されるマイクロ構造を作成する構造及び方法を開示する。熱交換器は、マニホルド層及びマイクロ構造領域を備える。マニホルド層は、マイクロ構造領域に流体を供給する構造を有する。マイクロ構造領域は、ウェットエッチングプロセスによって複数のマイクロスケールアパーチャが開設された熱伝導層から形成される複数の窓化された層から形成される。そして、複数の窓化された層を連結して、複合マイクロ構造を形成する。 Disclosed are structures and methods for making microstructures for use in heat exchangers. The heat exchanger includes a manifold layer and a microstructure region. The manifold layer has a structure for supplying fluid to the microstructure region. The microstructure region is formed from a plurality of windowed layers formed from a thermally conductive layer with a plurality of microscale apertures opened by a wet etch process. A plurality of windowed layers are then connected to form a composite microstructure.

Description

関連出願Related applications

この特許出願は、２００２年１１月１日に出願され、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の冷却方法（METHODS FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS）」、２００３年１月２４日に出願され、係属中の米国仮特許出願第６０／４４２，３８２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）」及び２００３年３月１７日に出願され、係属中の米国仮特許出願第６０／４５５，７２９号、発明の名称「多孔構成を有するマイクロチャネル熱交換器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した、２００３年３月１６日に出願され、係属中の米国仮特許出願第６０／４３９，６３５号、発明の名称「発熱デバイスにおいて必要な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（METHOD AND APPARATUS FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY FOR COOLING DESIRED HOT SPOTS IN A HEAT PRODUCING DEVICE）」の一部継続出願である、２００３年１０月６日に出願された、米国特許出願番号第１０／６８０，５８４号、発明の名称「発熱デバイスを冷却するための効率的な垂直流体輸送のための方法及び装置（METHOD AND APPARATUS FOR EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING A HEAT PRODUCING DEVICE）」の一部継続出願であり、これらの特許文献は全て引用により本願に援用される。また、この特許出願は、２００２年１１月１日に出願され、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の冷却方法（METHODS FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS）」、２００３年１月２４日に出願され、係属中の米国仮特許出願第６０／４４２，３８２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）」及び２００３年３月１７日に出願され、係属中の米国仮特許出願第６０／４５５，７２９号、発明の名称「多孔構成を有するマイクロチャネル熱交換器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した、２００３年５月１６日に出願された係属中の米国特許出願第１０／４３９，９１２号、発明の名称、「マイクロチャネル熱交換器での圧力降下減少のための互いに絡み合うマニホルド（INTERWOVEN MANIFOLDS FOR PRESSURE DROP REDUCTION IN MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS）」の一部継続出願でもあり、これらの特許文献は、全て引用によって本願に援用される。また、この特許出願は、２００３年３月１７日に出願され、係属中の米国仮特許出願第６０／４５５，７２９号、発明の名称「多孔構成を有するマイクロチャネル熱交換器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した、２００３年７月１日に出願された、係属中の米国特許出願番号第１０／６１２，２４１号、発明の名称「多層マイクロチャネル熱交換器（MULTI-LEVEL MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS）」の一部継続出願であり、これらの特許文献は、何れも引用によって本願に援用される。更に、この特許出願は、米国特許法第１１９条（ｅ）項に基づき、２００５年１月７日に出願された、係属中の米国仮特許出願番号第６０／６４２，２８４号、発明の名称「高表面積対体積比構造の作成及び液体冷却装置のマイクロ熱交換器への統合（FABRICATION OF HIGH SURFACE TO VOLUME RATIO STRUCTURES AND THEIR INTEGRATION TN MICRO-HEAT EXCHANGES FOR LIQUID COOLING SYSTEMS）」の優先権を主張する。 This patent application was filed on November 1, 2002 and is pending US Provisional Patent Application No. 60 / 423,009, entitled “Flexible Fluid Transport and Cooling of Hot Spots with Microchannel Heat Sinks”. FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS), filed January 24, 2003, pending US Provisional Patent Application No. 60 / 442,382, entitled “Optimized for CPU Cooling” OPTIMIZED PLATE FIN HEAT EXCHANGER FOR CPU COOLING ”and pending US Provisional Patent Application No. 60 / 455,729, filed March 17, 2003, entitled“ Porous Constitution ” MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER APPARATUS WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF " US Provisional Patent Application No. 60 / 439,635, filed March 16, 2003, claiming priority under 35 USC 119 (e), title of invention “Necessary in Heating Devices” October 2003, which is a continuation-in-part of "METHOD AND APPARATUS FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY FOR COOLING DESIRED HOT SPOTS IN A HEAT PRODUCING DEVICE" US patent application Ser. No. 10 / 680,584, filed on the 6th, entitled “Method and APPARATUS FOR EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING A HEAT PRODUCING DEVICE), all of which are incorporated herein by reference. This patent application is also filed on Nov. 1, 2002, pending US Provisional Patent Application No. 60 / 423,009, entitled “Flexible Fluid Transport and Cooling Method of Hot Spots with Microchannel Heat Sink”. (METHODS FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY AND HOTSPOT COOLING BY MICROCHANNEL HEAT SINKS), filed January 24, 2003, pending US Provisional Patent Application No. 60 / 442,382, entitled “Best for CPU Cooling” OPTIMIZED PLATE FIN HEAT EXCHANGER FOR CPU COOLING ”and pending US Provisional Patent Application No. 60 / 455,729, filed Mar. 17, 2003, entitled“ Porous ” On MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER APPARATUS WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF , Pending US patent application Ser. No. 10 / 439,912, filed May 16, 2003, claiming priority under 35 USC 119 (e), title of invention, “Microchannel It is also a continuation-in-part of INTERWOVEN MANIFOLDS FOR PRESSURE DROP REDUCTION IN MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS, all of which are hereby incorporated by reference. In addition, this patent application was filed on March 17, 2003 and is pending US provisional patent application No. 60 / 455,729, entitled “Microchannel Heat Exchanger Device with Porous Configuration and Method for Producing the Same”. Pending US filed on July 1, 2003, claiming priority under § 119 (e) of the US Patent Act for MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER APPARATUS WITH POROUS CONFIGURATION AND METHOD OF MANUFACTURING THEREOF Patent application No. 10 / 612,241, the title of the invention "MULTI-LEVEL MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS" is a continuation-in-part of these applications, all of which are incorporated herein by reference. Incorporated. Further, this patent application is filed on pending US provisional patent application No. 60 / 642,284, filed on Jan. 7, 2005, under 35 USC 119 (e), title of invention. Insist on the priority of “Fabrication of High SURFACE TO VOLUME RATIO STRUCTURES AND THEIR INTEGRATION TN MICRO-HEAT EXCHANGES FOR LIQUID COOLING SYSTEMS” .

本発明は、熱交換器に関する。詳しくは、本発明は、複数の層から高表面積対体積比材料構造（high surface to volume ratio material structures）を作成する熱交換器製造方法及び液体冷却装置における効果的な除熱のために、マイクロ構造熱交換器デバイスにこの高表面積対体積比材料構造を組み込む熱交換器製造方法に関する。 The present invention relates to a heat exchanger. In particular, the present invention is directed to a heat exchanger manufacturing method for creating high surface to volume ratio material structures from a plurality of layers and to effective heat removal in a liquid cooling device. It relates to a method of manufacturing a heat exchanger that incorporates this high surface area to volume ratio material structure in a structural heat exchanger device.

液体冷却装置において効果的な熱輸送を実現するためには、液体が、冷却されたデバイスから熱を除去するために熱伝導可能に連結された材料のできるだけ多くの表面積に接触するように、液体を流す必要がある。信頼性が高く効率的な、したがって、効果的なマイクロ熱交換器を実現するためには、高表面積対体積比材料（High Surface to Volume Ratio Material：ＨＳＶＲＭ）構造の作成が非常に重要となる。先に本発明の譲受人によって提案されている液体冷却装置では、１つの集熱器構造として、シリコンマイクロチャネルを用いている。この技術は、例えば、２００３年８月１８日に出願された係属中の米国特許出願番号第１０／６４３，６８４号、発明の名称「熱交換デバイスにおけるチャネルを形成する装置及び方法」に開示されている。 In order to achieve effective heat transport in a liquid chiller, the liquid should be in contact with as much surface area as possible of the heat conductively coupled material to remove heat from the cooled device. Need to flow. In order to realize a reliable and efficient micro heat exchanger, it is very important to create a high surface to volume ratio material (HSVRM) structure. In the liquid cooling apparatus previously proposed by the assignee of the present invention, a silicon microchannel is used as one heat collector structure. This technique is disclosed, for example, in pending US patent application Ser. No. 10 / 643,684, filed Aug. 18, 2003, entitled “Apparatus and Method for Forming Channels in Heat Exchange Devices”. ing.

高アスペクト比のチャネルは、マイクロ加工及びＭＥＭＳにおいて広く採用されているシリコンの異方性エッチングによって作成される。ここで、シリコンは、他の多くの材料、特に純金属に比べて、熱伝導率が低い。導電率がより高い材料からマイクロ熱交換器を作成及び設計する技術も提案されているが、これらは、高価な製造技術を用い、又は複雑な構造のために、安価に製造することができない。 High aspect ratio channels are created by anisotropic etching of silicon, which is widely employed in micromachining and MEMS. Here, silicon has a lower thermal conductivity than many other materials, particularly pure metals. Techniques for creating and designing micro heat exchangers from materials with higher conductivity have also been proposed, but these cannot be manufactured inexpensively using expensive manufacturing techniques or due to complex structures.

例えば、ケー・ダブリュー・ケリー（K. W. Kelly）他による米国特許番号第６，４１５，８６０号には、ＬＩＧＡから形成されたマイクロチャネルを採用したクロスフローマイクロ熱交換器（cross-flow micro-heat exchanger）が開示されている。引用によって本願に援用されるケリーらの特許文献に開示されている手法は、高アスペクト比マイクロ加工（High Aspect Ratio Micromachining：ＨＡＲＭ）の一種である周知のＬＩＧＡを用いる。ＬＩＧＡは、リソグラフィー、電気メッキ及びマイクロ成形を含む多段階プロセスであり、これによりＨＳＶＲＭ構造が得られるが、この手法は特殊な材料を使用し、及び放射光が必要であるため、高コストである。 For example, US Pat. No. 6,415,860 by KW Kelly et al. Describes a cross-flow micro-heat exchanger employing microchannels formed from LIGA. ) Is disclosed. The technique disclosed in Kerry et al., Which is incorporated herein by reference, uses the well-known LIGA, which is a type of High Aspect Ratio Micromachining (HARM). LIGA is a multi-step process that includes lithography, electroplating and micro-molding, which results in an HSVRM structure, but this approach is expensive because it uses special materials and requires synchrotron radiation .

ジェイ・エー・マシューズ（J. A. Matthews）に付与されている米国特許番号第５，２７４，９２０号には、複数のプレートを、窪んだ領域を介して互いに積層することによって、マイクロ熱交換器を作成するプロセスが開示されている。これにより、複数の微細なスロットを有するマイクロ構造が作成される。引用によって本願に援用されるマシューズの特許文献には、各プレートの構造については開示されているが、これらのプレートを低コストで、スケーラブルに作成する手法については開示されていない。 In US Pat. No. 5,274,920 granted to JA Matthews, a micro heat exchanger is created by laminating a plurality of plates together through recessed areas. A process is disclosed. Thereby, a microstructure having a plurality of fine slots is created. The Matthews patent document, which is incorporated herein by reference, discloses the structure of each plate, but does not disclose a technique for creating these plates at low cost in a scalable manner.

ジェイ・シュルツ−ハルダー（J. Schulz-Harder）他に付与されている米国特許番号第６，０１４，３１２号には、それぞれが開口を有する一組の層によって構成されたヒートシンクが開示されている。各層は、互いに積層され、流路を形成する。引用によって本願に援用されるシュルツ−ハルダーの特許文献には、多角形リングの開口構造が開示されているが、各層をどのように作成するかについては、開示も示唆もされていない。 US Pat. No. 6,014,312 to J. Schulz-Harder et al. Discloses a heat sink composed of a set of layers each having an opening. . Each layer is laminated with each other to form a flow path. The Schultz-Halder patent document, which is incorporated herein by reference, discloses an opening structure for a polygonal ring, but does not disclose or suggest how to make each layer.

熱交換器は、熱源から熱を吸収し、熱源から熱を取り除くことによって熱源を冷却する流体等の冷却剤を循環させる。このように、熱交換器を用いて、例えば、半導体デバイス、バッテリ、モータ、プロセスチャンバの壁及びこの他の熱を発生するあらゆる熱源を含む様々な熱源を冷却することができる。 The heat exchanger circulates a coolant, such as a fluid, that absorbs heat from the heat source and cools the heat source by removing heat from the heat source. Thus, a heat exchanger can be used to cool a variety of heat sources including, for example, semiconductor devices, batteries, motors, process chamber walls, and any other heat source that generates heat.

本発明は、マイクロ構造を有する熱交換器を作成する熱交換器製造方法を提供する。一実施の形態においては、熱交換器製造方法は、材料除去プロセスを用いて、複数の熱伝導層を介して複数のマイクロスケールアパーチャを形成し、複数の窓化された層を形成する工程と、複数の窓化された層を連結し、複合マイクロ構造を形成する工程とを有する。 The present invention provides a heat exchanger manufacturing method for producing a heat exchanger having a microstructure. In one embodiment, a heat exchanger manufacturing method uses a material removal process to form a plurality of microscale apertures through a plurality of thermally conductive layers to form a plurality of windowed layers; Connecting a plurality of windowed layers to form a composite microstructure.

本発明の好ましい実施の形態では、熱伝導層は、銅を含み、熱伝導層から形成された複数の窓化された層は、硬ろう付けプロセスによって連結される。硬ろう付けは、真空下又はフォーミングガス又は高純度水素ガス等の還元雰囲気が満たされた炉で行うことが好ましい。また、硬ろう付けは、銀を含む硬ろう付け材料を用いて行うことが好ましい。銀を用いる場合、炉は、約８５０℃に加熱することが好ましい。この温度において、銀は、銅に拡散し、Ｃｕ−Ａｇ金属間化合物合金が形成され、この合金が溶融することによって、良好な熱的及び機械的接合が実現する。 In a preferred embodiment of the invention, the thermally conductive layer comprises copper, and the plurality of windowed layers formed from the thermally conductive layer are joined by a hard brazing process. The hard brazing is preferably performed under vacuum or in a furnace filled with a reducing atmosphere such as forming gas or high-purity hydrogen gas. Moreover, it is preferable to perform hard brazing using the hard brazing material containing silver. If silver is used, the furnace is preferably heated to about 850 ° C. At this temperature, the silver diffuses into the copper and forms a Cu-Ag intermetallic alloy that melts to achieve good thermal and mechanical bonding.

熱伝導層内には、マイクロスケールのアパーチャが形成されているため、硬ろう付け材料がこれらのアパーチャを完全又は部分的に塞がないように、硬ろう付けプロセスを慎重に制御する必要がある。好ましくは、硬ろう付けの前に、熱伝導層に銀をメッキする。厚さ約１５０μｍの熱伝導層に対しては、銀メッキ層は、約０．２５乃至約２μｍの範囲の厚さとすることが好ましい。 Microscale apertures are formed in the heat transfer layer, so the braze process must be carefully controlled so that the braze material does not completely or partially block these apertures. . Preferably, the heat conductive layer is plated with silver prior to hard brazing. For a thermally conductive layer having a thickness of about 150 μm, the silver plating layer is preferably in the range of about 0.25 to about 2 μm.

更に、熱交換器製造方法は、好ましくは、複数の窓化された層を連結する前に、複数の窓化された層のそれぞれのアパーチャを揃える工程（アラインメント）を有する。このアラインメントによって、複数の熱伝導層の組合せとして形成される複合マイクロ構造の特性を所望の特性にすることができる。例えば、マイクロチャネル構造を形成する場合、このアラインメントによって、マイクロチャネル構造のアスペクト比は、主に、互いに接着される熱伝導層の数に依存することが確実となる。 Furthermore, the heat exchanger manufacturing method preferably includes a step (alignment) of aligning the apertures of the plurality of windowed layers before connecting the plurality of windowed layers. By this alignment, the characteristics of the composite microstructure formed as a combination of a plurality of heat conductive layers can be changed to desired characteristics. For example, when forming a microchannel structure, this alignment ensures that the aspect ratio of the microchannel structure depends primarily on the number of thermally conductive layers that are bonded together.

本発明では、窓化された層を形成するために、材料除去に基づくプロセス及び材料蒸着に基づくプロセスを含む様々なプロセスを用いることができる。例示的なプロセスとしては、以下に限定されるものではないが、レーザ穿孔、レーザ切削、ウェットエッチング、ＬＩＧＡ、高周波リソグラフィー、イオンビームエッチング、化学気相成長（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）、物理蒸着（physical vapor deposition：ＰＶＤ）、スパッタリング、蒸着、分子線エピタキシー、無電解メッキ及び電解メッキ等が含まれる。これらの多くは、ＨＡＲＭプロセスであるが、本発明は、必ずしもＨＡＲＭプロセスを必要としない。 In the present invention, various processes can be used to form the windowed layer, including processes based on material removal and processes based on material deposition. Exemplary processes include, but are not limited to, laser drilling, laser cutting, wet etching, LIGA, high frequency lithography, ion beam etching, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (CVD) physical vapor deposition (PVD), sputtering, vapor deposition, molecular beam epitaxy, electroless plating, electrolytic plating, and the like. Many of these are HARM processes, but the present invention does not necessarily require a HARM process.

マイクロスケールアパーチャは、好ましくは、ウェットエッチングプロセスによって形成される。好適なウェットエッチングプロセスは、等方性ウェットエッチングプロセスである。熱伝導層が銅を含む好ましい実施の形態では、マイクロスケールアパーチャを形成するプロセスは、マスクを用いた化学エッチング、光化学マッチング（photo chemical machining：ＰＣＭ）、マスクを用いた電気化学エッチング（電気エッチング又は微細電解加工）又はこの他の適切なウェットエッチングプロセスであってもよい。 The microscale aperture is preferably formed by a wet etching process. A preferred wet etch process is an isotropic wet etch process. In a preferred embodiment where the thermally conductive layer comprises copper, the process of forming the microscale aperture includes chemical etching using a mask, photochemical machining (PCM), electrochemical etching using a mask (electroetching or Micro-electrochemical machining) or other suitable wet etching process.

複数の熱伝導層を互いに連結することによって形成される複合マイクロ構造は、マイクロメッシュ、複数のマイクロチャネル又は他の高表面積対体積比材料構造を含む。好適な実施の形態においては、材料除去プロセスを用いて、複数の熱伝導層を介して複数のマイクロスケールアパーチャを形成する工程は、好ましくは、各熱伝導層の第１の側に第１のマイクロパターンを形成する工程と、各熱伝導層の第２の側に第２のマイクロパターンを形成する工程とを含む。第１及び第２のマイクロパターンは、相補的に、熱伝導層内に連続するマイクロチャネルを形成してもよい。これに代えて、第１及び第２のマイクロパターンは、熱伝導層内で重なり合うマイクロメッシュ構造を形成するように設計してもよい。 Composite microstructures formed by connecting a plurality of thermally conductive layers together include a micromesh, a plurality of microchannels, or other high surface area to volume ratio material structures. In a preferred embodiment, the step of forming a plurality of microscale apertures through the plurality of thermally conductive layers using a material removal process is preferably performed on a first side of each thermally conductive layer. Forming a micropattern, and forming a second micropattern on the second side of each thermally conductive layer. The first and second micropatterns may complementarily form a continuous microchannel in the thermally conductive layer. Alternatively, the first and second micropatterns may be designed to form a micromesh structure that overlaps within the thermally conductive layer.

複数の熱伝導層は、好ましくは、約５０μｍ乃至約２５０μｍの厚さを有する。更に、熱伝導層内に形成されたマイクロスケールアパーチャは、約５０μｍ乃至約３００μｍの寸法を有する。 The plurality of thermally conductive layers preferably have a thickness of about 50 μm to about 250 μm. Further, the microscale aperture formed in the thermally conductive layer has a dimension of about 50 μm to about 300 μm.

また、本発明は、更なる側面として、熱伝導性高表面積対体積比材料（high surface to volume ratio material：ＨＳＶＲＭ）構造を有するマイクロ熱交換器を作成するマイクロ熱交換器製造方法を提供する。マイクロ熱交換器製造方法は、第１の材料から形成された蓋構造を準備する工程と、蓋構造を、第２の材料から形成され、冷却用流体を輸送するように構成されたマニホルド構造に連結する工程と、材料除去プロセスを用いて、熱伝導体を材料とする複数の熱伝導層を介して、複数のマイクロスケールアパーチャを形成し、複数の窓化された層を形成する工程とを有する。更に、マイクロ熱交換器製造方法は、複数の熱伝導層のそれぞれに形成されるＨＳＶＲＭ構造が、熱伝導層を連結すると、複合ＨＳＶＲＭ構造を形成するように設計されており、複数の窓化された層を連結し、熱伝導体を含む複合ＨＳＶＲＭ構造を形成する工程を有する。更に、マイクロ熱交換器製造方法は、マニホルド層がＨＳＶＲＭ構造に流体を供給するように、複合ＨＳＶＲＭ構造に、マニホルド構造及び蓋構造を連結する工程と、第３の材料から構成される平台構造に、複合ＨＳＶＲＭ構造、マニホルド構造及び蓋構造を連結してマイクロ熱交換器を形成する工程とを有する。 Moreover, this invention provides the micro heat exchanger manufacturing method which produces the micro heat exchanger which has a heat conductive high surface area to volume ratio material (HSVRM) structure as a further side surface. A method of manufacturing a micro heat exchanger includes a step of preparing a lid structure formed from a first material, and a manifold structure formed from a second material and configured to transport a cooling fluid. And a step of forming a plurality of microscale apertures and a plurality of windowed layers through a plurality of heat conductive layers made of a heat conductor, using a material removal process. Have. Furthermore, the micro heat exchanger manufacturing method is designed so that the HSVRM structure formed in each of the plurality of heat conducting layers forms a composite HSVRM structure when the heat conducting layers are connected, and is formed into a plurality of windows. Joining the layers together to form a composite HSVRM structure including a thermal conductor. Further, the micro heat exchanger manufacturing method includes a step of connecting the manifold structure and the lid structure to the composite HSVRM structure so that the manifold layer supplies fluid to the HSVRM structure, and a flat base structure composed of the third material. Connecting the composite HSVRM structure, the manifold structure and the lid structure to form a micro heat exchanger.

この側面においては、ＨＳＶＲＭ構造は、好ましくは、上述した手法に基づいて形成され、熱伝導層は、好ましくは、銅であり、硬ろう付けプロセスによって連結することが好ましい。更に、蓋構造、マニホルド構造、複数の窓化された層及び平台構造は、全て、銀を含む硬ろう付け材料によって硬ろう付けによって連結することが好ましい。蓋構造、マニホルド構造及び平台構造には、好ましくは、約１μｍ乃至約１０μｍの間の厚さで銀をメッキする。ＨＳＶＲＭ構造を構成する熱伝導層には、好ましくは、約１μｍの厚さで銀をメッキし、マニホルド構造、蓋構造及び平台構造には、好ましくは、約４μｍの厚さで銀をメッキする。硬ろう付けプロセスの他の実施の形態では、マニホルドには、約４μｍの厚さで銀をメッキし、熱伝導性のＨＳＶＲＭ構造には、約１μｍの厚さで銀をメッキし、蓋構造及び平台構造には、メッキを施さない。 In this aspect, the HSVRM structure is preferably formed based on the technique described above, and the heat conductive layer is preferably copper and preferably joined by a hard brazing process. Further, the lid structure, manifold structure, the plurality of windowed layers and the flatbed structure are all preferably connected by hard brazing with a hard brazing material comprising silver. The lid structure, manifold structure, and flatbed structure are preferably plated with silver at a thickness between about 1 μm and about 10 μm. The heat conduction layer constituting the HSVRM structure is preferably plated with silver at a thickness of about 1 μm, and the manifold structure, the lid structure and the flat base structure are preferably plated with a thickness of about 4 μm. In another embodiment of the hard brazing process, the manifold is plated with silver at a thickness of about 4 μm, the thermally conductive HSVRM structure is plated with silver at a thickness of about 1 μm, the lid structure and The flat base structure is not plated.

マイクロ熱交換器の作成の後に、平台構造を微細研磨することが好ましい。更に、組み立てられたマイクロ熱交換器は、好ましくは、蓋構造又はマニホルド構造に形成され、外部の流体ネットワークから流体が流入する複数のポートを除いて、流体による熱交換のための液密構造を提供する。 It is preferable to finely polish the flat table structure after the production of the micro heat exchanger. Further, the assembled micro heat exchanger is preferably formed in a lid structure or a manifold structure, and has a liquid-tight structure for heat exchange by fluid except for a plurality of ports through which fluid flows from an external fluid network. provide.

本発明の好適な実施の形態においては、複合ＨＳＶＲＭ構造を構成する複数の熱伝導層の数及び厚さは、マイクロ熱交換器の圧力降下及び熱抵抗特性を最適化するように選択される。 In a preferred embodiment of the present invention, the number and thickness of the plurality of thermally conductive layers that make up the composite HSVRM structure are selected to optimize the pressure drop and thermal resistance characteristics of the micro heat exchanger.

本発明の更なる側面として提供されるマイクロ熱交換器は、それぞれが複数の細長いマイクロスケールアパーチャを有する複数の熱伝導層を含むマイクロ構造熱交換器において、複数の細長いマイクロスケールアパーチャは、揃えられており、複数の熱伝導層は、連結されてＨＳＶＲＭ構造を構成し、第１の熱伝導層の各細長いアパーチャは、少なくとも１つの隣接する熱伝導層の４つ以上の細長いアパーチャと連結されている。 A micro heat exchanger provided as a further aspect of the invention is a microstructure heat exchanger that includes a plurality of heat conducting layers each having a plurality of elongated microscale apertures, wherein the plurality of elongated microscale apertures are aligned. A plurality of thermally conductive layers coupled to form an HSVRM structure, wherein each elongated aperture of the first thermally conductive layer is coupled to four or more elongated apertures of at least one adjacent thermally conductive layer. Yes.

マイクロ構造熱交換器は、好ましくは、硬ろう付けプロセスによって互いに連結された、銅を含む熱伝導層を備える。更に、マイクロスケールアパーチャは、如何なる手法で形成してもよいが、先に説明した本発明の実施の形態と同様に、等方性ウェットエッチングプロセスによって形成することが好ましい。複数の熱伝導層の数及び厚さは、好ましくは、マイクロ熱交換器の圧力降下及び熱抵抗特性を最適化するように選択されている。 The microstructure heat exchanger preferably comprises a heat conducting layer comprising copper, connected to each other by a hard brazing process. Further, the microscale aperture may be formed by any method, but it is preferably formed by an isotropic wet etching process as in the embodiment of the present invention described above. The number and thickness of the plurality of heat conducting layers are preferably selected to optimize the pressure drop and thermal resistance characteristics of the micro heat exchanger.

本発明の更に他の側面として提供されるマイクロ熱交換器は、それぞれが複数の細長いマイクロスケールアパーチャを有する複数の熱伝導層を含むマイクロ構造熱交換器において、複数の細長いマイクロスケールアパーチャは、揃えられており、複数の熱伝導層は、連結されてＨＳＶＲＭ構造を構成し、第１の熱伝導層の各細長いアパーチャは、隣接する全ての熱伝導層の１つのみの細長いアパーチャと連結されている。 A micro heat exchanger provided as still another aspect of the present invention is a microstructure heat exchanger that includes a plurality of heat conductive layers each having a plurality of elongated microscale apertures, wherein the plurality of elongated microscale apertures are aligned. A plurality of thermally conductive layers are coupled to form an HSVRM structure, and each elongated aperture of the first thermally conductive layer is coupled to only one elongated aperture of all adjacent thermally conductive layers. Yes.

複数の熱伝導層のそれぞれにおいて、複数の細長いマイクロスケールアパーチャは、同じであることが好ましい。ここでも、マイクロスケールアパーチャは、好ましくは、銅を含む複数の熱伝導層に対する等方性ウェットエッチングプロセスによって形成され、これらの熱伝導層は、後に、銀を含む硬ろう付け材料を用いて、硬ろう付けプロセスによって互いに連結される。複数の熱伝導層の数及び厚さは、マイクロ熱交換器の圧力降下及び熱抵抗特性を最適化するように選択することが好ましい。 In each of the plurality of heat conducting layers, the plurality of elongated microscale apertures are preferably the same. Again, the microscale aperture is preferably formed by an isotropic wet etching process for a plurality of thermally conductive layers comprising copper, which are subsequently used with a hard brazing material comprising silver, They are connected together by a hard brazing process. The number and thickness of the plurality of heat conducting layers are preferably selected to optimize the pressure drop and thermal resistance characteristics of the micro heat exchanger.

本発明の変形例においては、複数の窓化された層は、材料蒸着プロセス、例えば、化学気相成長（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）、物理蒸着（physical vapor deposition：ＰＶＤ）、スパッタリング、蒸着又はメッキ等によって形成され、上述した手法によって連結される。 In a variation of the invention, the plurality of windowed layers are formed by a material deposition process, such as chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (PVD), sputtering, vapor deposition or plating. Etc., and connected by the above-described method.

本発明を用いて、様々な熱交換構造を形成することができる。例えば、本発明は、親出願に開示され、上述し、後に詳しく説明する手法によって形成された構成を含んでいてもよい。これらの構成には、２００３年３月１６日に出願され、係属中の米国仮特許出願第６０／４３９，６３５号、発明の名称「発熱デバイスにおいて必要な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（METHOD AND APPARATUS FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY FOR COOLING DESIRED HOT SPOTS IN A HEAT PRODUCING DEVICE）」に開示されている構造、２００３年５月１６日に出願された係属中の米国特許出願第１０／４３９，９１２号、発明の名称、「マイクロチャネル熱交換器での圧力降下減少のための互いに絡み合うマニホルド（INTERWOVEN MANIFOLDS FOR PRESSURE DROP REDUCTION IN MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS）」に開示されている構造、２００３年１０月６日に出願された、米国特許出願番号第１０／６８０，５８４号、発明の名称「発熱デバイスを冷却するための効率的な垂直流体輸送のための方法及び装置（METHOD AND APPARATUS FOR EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING A HEAT PRODUCING DEVICE）」に開示されている構造、及び２００３年７月１日に出願された、係属中の米国特許出願番号第１０／６１２，２４１号、発明の名称「多層マイクロチャネル熱交換器（MULTI-LEVEL MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS）」に開示されている構造が含まれる。 Various heat exchange structures can be formed using the present invention. For example, the present invention may include configurations formed by the techniques disclosed in the parent application and described above and described in detail below. These configurations include a flexible fluid for cooling hot spots required in a heat generating device, filed on March 16, 2003, pending US Provisional Patent Application No. 60 / 439,635 Pending US patent application filed on May 16, 2003, structure disclosed in “METHOD AND APPARATUS FOR FLEXIBLE FLUID DELIVERY FOR COOLING DESIRED HOT SPOTS IN A HEAT PRODUCING DEVICE” No. 10 / 439,912, title of invention, structure disclosed in “INTERWOVEN MANIFOLDS FOR PRESSURE DROP REDUCTION IN MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS”, 2003 US patent application Ser. No. 10 / 680,584, filed Oct. 6, 1980, entitled “Efficient for cooling a heat generating device” Pending US patent filed July 1, 2003, and the structure disclosed in "METHOD AND APPARATUS FOR EFFICIENT VERTICAL FLUID DELIVERY FOR COOLING A HEAT PRODUCING DEVICE" The structure disclosed in application number 10 / 612,241, entitled “MULTI-LEVEL MICROCHANNEL HEAT EXCHANGERS” is included.

本発明は、熱伝導層を形成し、及び複数の熱伝導層を連結して、三次元マイクロ構造領域を形成する熱交換器製造方法を提供する。本発明に基づくマイクロ構造領域は、マイクロメッシュ、マイクロチャネル又は他の何らかのマイクロ構造を含む。図１Ａは、マイクロメッシュ領域の第１の実施の形態を示している。図２Ａは、マイクロメッシュ領域の第２の実施の形態を示している。図１Ｃは、本発明の実施の形態に基づくマイクロチャネルを作成するために形成及び連結される複数の層を示している。 The present invention provides a method for manufacturing a heat exchanger in which a heat conductive layer is formed and a plurality of heat conductive layers are connected to form a three-dimensional microstructure region. Microstructure regions according to the present invention include micromesh, microchannel or some other microstructure. FIG. 1A shows a first embodiment of the micromesh region. FIG. 2A shows a second embodiment of the micromesh region. FIG. 1C shows multiple layers formed and joined to create a microchannel according to an embodiment of the invention.

図１Ａは、本発明に基づいて形成された、２つの熱伝導層から構成される２つの窓化された層１００、１５０を示している。２つの熱伝導層は、好ましくは、ウェットエッチングプロセスを用いて形成され、窓化された層１００、１５０のマイクロスケールアパーチャ１２０、１７０の位置及びパターンの決定には、写真技術（photo tools）が用いられる。２つの窓化された層は、マイクロスケールアパーチャ１２０、１７０を形成する複数の厚い中実バー（solid bar）１１０、１６０及び薄い中実バー１３０、１８０を有する。 FIG. 1A shows two windowed layers 100, 150 composed of two thermally conductive layers formed in accordance with the present invention. The two thermally conductive layers are preferably formed using a wet etch process, and photo tools are used to determine the location and pattern of the microscale apertures 120, 170 of the windowed layers 100, 150. Used. The two windowed layers have a plurality of thick solid bars 110, 160 and thin solid bars 130, 180 that form microscale apertures 120, 170.

図１に示す実施の形態では、窓化された層１００のマイクロスケールアパーチャ１２０と、窓化された層１５０のマイクロスケールアパーチャ１７０とは、互いに重なり合い、窓化された層１００の各マイクロスケールアパーチャ１２０が、窓化された層１５０の４つ以上のマイクロスケールアパーチャ１７０と繋がるように、構成されている。この実施の形態では、窓化された層１００は、第１のマイクロパターンを用いて形成され、窓化された層１５０は、第２のマイクロパターンを用いて形成される。第１及び第２のマイクロパターンは、層１００と層１５０とが連結されると、図１Ａに示す重なり合うマイクロメッシュ構造が形成されるように設計されている。 In the embodiment shown in FIG. 1, the microscale aperture 120 of the windowed layer 100 and the microscale aperture 170 of the windowed layer 150 overlap each other and each microscale aperture of the windowed layer 100. 120 is configured to interface with four or more microscale apertures 170 in windowed layer 150. In this embodiment, the windowed layer 100 is formed using a first micropattern, and the windowed layer 150 is formed using a second micropattern. The first and second micropatterns are designed so that when the layer 100 and the layer 150 are connected, the overlapping micromesh structure shown in FIG. 1A is formed.

図１Ｂは、本発明に基づき、熱伝導層から形成された単一の窓化された層２００を示している。層２００は、マイクロスケールアパーチャ２２０を形成するマイクロスケールの厚い中実バー２１０及び薄い中実バー２３０の第１の副層と、マイクロスケールアパーチャ２５０を形成するマイクロスケールの厚い中実バー２６０及び薄い中実バー２４０の第２の副層とを備える。 FIG. 1B shows a single windowed layer 200 formed from a thermally conductive layer in accordance with the present invention. Layer 200 includes a first sub-layer of microscale thick solid bar 210 and thin solid bar 230 forming microscale aperture 220 and a microscale thick solid bar 260 and thin forming microscale aperture 250. A second sublayer of the solid bar 240.

図１Ｂに示す実施の形態では、マイクロスケールアパーチャ２２０及びマイクロスケールアパーチャ２５０は、細長い形状を有し、互いに重ねられて、各マイクロスケールアパーチャ２２０が、４つ以上のマイクロスケールアパーチャ２５０と繋がるように形成されている。この実施の形態では、マイクロスケールアパーチャ２２０は、第１のマイクロパターンを用いて、熱伝導層の第１の側に形成され、マイクロスケールアパーチャ２５０は、熱伝導層の第２の側に形成され、この熱伝導層から、窓化された層２００は、第２のマイクロパターンを用いて形成される。窓化された層２００の形成において用いられる第１及び第２のマイクロパターンは、図１Ｂに示す重なり合うマイクロメッシュ構造が、単一の窓化された層２００内に形成されるように設計される。 In the embodiment shown in FIG. 1B, the microscale aperture 220 and the microscale aperture 250 have an elongated shape and are overlapped with each other so that each microscale aperture 220 is connected to four or more microscale apertures 250. Is formed. In this embodiment, the microscale aperture 220 is formed on the first side of the thermally conductive layer using a first micropattern, and the microscale aperture 250 is formed on the second side of the thermally conductive layer. From this thermally conductive layer, the windowed layer 200 is formed using the second micropattern. The first and second micropatterns used in forming the windowed layer 200 are designed such that the overlapping micromesh structure shown in FIG. 1B is formed within a single windowed layer 200. .

図１Ｃに示すマイクロ構造を有する材料構造３００は、複数の窓化された層３１０が連結されて形成された複数の高アスペクト比マイクロチャネル３２０を備える。各窓化された層３１０は、厚い中実バー３３０及び薄い中実バー３４０を含むマイクロ構造領域を有する。窓化された層３１０が材料構造３００として組み立てられると、厚い中実バー３３０及び薄い中実バー３４０は、マイクロチャネル３２０を形成する。本発明では、複数の窓化された層３１０を連結する前に各窓化された層３１０のマイクロチャネル３２０を揃える（アラインする）。このアラインメントによって、複数の熱伝導層の組合せとして形成される複合マイクロ構造の特性を所望の特性にすることができる。このアラインメントのために、マイクロチャネル構造３２０のアスペクト比は、主に、互いに連結される窓化された層３１０の数に依存する。 The material structure 300 having the microstructure shown in FIG. 1C includes a plurality of high aspect ratio microchannels 320 formed by connecting a plurality of windowed layers 310. Each windowed layer 310 has a microstructure region that includes a thick solid bar 330 and a thin solid bar 340. When the windowed layer 310 is assembled as a material structure 300, the thick solid bar 330 and the thin solid bar 340 form the microchannel 320. In the present invention, the microchannels 320 of each windowed layer 310 are aligned (aligned) before connecting the plurality of windowed layers 310. By this alignment, the characteristics of the composite microstructure formed as a combination of a plurality of heat conductive layers can be changed to desired characteristics. Because of this alignment, the aspect ratio of the microchannel structure 320 depends primarily on the number of windowed layers 310 that are coupled together.

本発明の好ましい実施の形態においては、窓化された層３１０は、銅を含み、硬ろう付けプロセスによって連結される。硬ろう付けは、真空下又はフォーミングガス又は高純度水素ガス等の還元雰囲気が満たされた炉で行うことが好ましい。また、硬ろう付けは、銀を含む硬ろう付け材料を用いて行うことが好ましい。銀を用いる場合、炉は、約８５０℃に加熱することが好ましい。この温度において、銀は、銅に拡散し、Ｃｕ−Ａｇ金属間化合物合金が形成され、この合金が溶融することによって、良好な熱的及び機械的接合が実現する。 In the preferred embodiment of the present invention, the windowed layer 310 comprises copper and is joined by a hard brazing process. The hard brazing is preferably performed under vacuum or in a furnace filled with a reducing atmosphere such as forming gas or high-purity hydrogen gas. Moreover, it is preferable to perform hard brazing using the hard brazing material containing silver. If silver is used, the furnace is preferably heated to about 850 ° C. At this temperature, the silver diffuses into the copper and forms a Cu-Ag intermetallic alloy that melts to achieve good thermal and mechanical bonding.

熱伝導層内には、マイクロスケールのアパーチャが形成されているため、硬ろう付け材料がこれらのアパーチャを完全又は部分的に塞がないように、硬ろう付けプロセスを慎重に制御する必要がある。好ましくは、硬ろう付けの前に、窓化された層３１０銀をメッキする。窓化された層３１０の厚さが約１５０μｍの場合、銀メッキ層は、約０．２５乃至約２μｍの範囲の厚さとすることが好ましい。 Microscale apertures are formed in the heat transfer layer, so the braze process must be carefully controlled so that the braze material does not completely or partially block these apertures. . Preferably, the windowed layer 310 silver is plated prior to hard brazing. If the thickness of the windowed layer 310 is about 150 μm, the silver plating layer is preferably in the range of about 0.25 to about 2 μm.

図２Ａは、本発明に基づく熱伝導性高表面積対体積比材料（ＨＳＶＲＭ）を備えるマイクロ熱交換器４００の分解図である。マイクロ熱交換器４００は、マニホルド構造４２０、複数の窓化された層４３０（以下熱伝導層４３０とも言う）及び平台構造４４０に連結された蓋構造４１０を備える。マニホルド構造４２０は、冷却用流体を輸送するように構成されている。マイクロ熱交換器４００の全ての部品は、硬ろう付けによって連結することが好ましい。複数の窓化された層４３０のそれぞれは、マイクロスケールアパーチャ領域４３５を含む。複数の窓化された層４３０が連結されると、窓化された層４３０の材料である熱伝導体を含む複合ＨＳＶＲＭ構造が形成される。 FIG. 2A is an exploded view of a micro heat exchanger 400 comprising a thermally conductive high surface area to volume ratio material (HSVRM) according to the present invention. The micro heat exchanger 400 includes a manifold structure 420, a plurality of windowed layers 430 (hereinafter also referred to as a heat conducting layer 430), and a lid structure 410 connected to the flat base structure 440. The manifold structure 420 is configured to transport a cooling fluid. All parts of the micro heat exchanger 400 are preferably connected by hard brazing. Each of the plurality of windowed layers 430 includes a microscale aperture region 435. When the plurality of windowed layers 430 are joined, a composite HSVRM structure is formed that includes a thermal conductor that is the material of the windowed layer 430.

蓋構造４１０、マニホルド構造４２０及び平台構造４４０は、好ましくは、銀を主体とする硬ろう付け材料を用いた硬ろう付けプロセスによって、窓化された層４３０を連結することによって形成されたＨＳＶＲＭ構造に連結される。蓋構造４１０、マニホルド構造４２０及び平台構造４４０には、好ましくは、約１μｍ乃至約１０μｍの間の厚さで銀をメッキする。より好ましくは、ＨＳＶＲＭ構造を構成する熱伝導層４３０には、約１μｍの厚さで銀をメッキし、マニホルド構造４２０、蓋構造４１０及び平台構造４４０には、好ましくは、約４μｍの厚さで銀をメッキする。他の実施の形態では、マニホルド構造４２０には、約４μｍの厚さで銀をメッキし、蓋構造４１０及び平台構造４４０には、メッキを施さない。 The lid structure 410, the manifold structure 420 and the flat table structure 440 are preferably HSVRM structures formed by joining the windowed layers 430 by a hard brazing process using a silver based hard brazing material. Connected to The lid structure 410, manifold structure 420 and flat table structure 440 are preferably plated with silver at a thickness between about 1 μm and about 10 μm. More preferably, the heat conductive layer 430 constituting the HSVRM structure is plated with silver at a thickness of about 1 μm, and the manifold structure 420, the lid structure 410 and the flat base structure 440 are preferably about 4 μm thick. Plating silver. In other embodiments, the manifold structure 420 is plated with silver at a thickness of about 4 μm, and the lid structure 410 and the flat table structure 440 are not plated.

平台構造４４０は、マイクロ熱交換器４００の組立の後に、微細研磨することが好ましい。更に、組み立てられたマイクロ熱交換器４００は、好ましくは、蓋構造４１０に形成され、マニホルド構造４２０の要素４２５からＨＳＶＲＭ構造に流体を流すための複数のポート４１５を除いて、流体による熱交換のための液密構造を提供する。流体は、好ましくは、外部の流体ネットワークから流入する。 The flat table structure 440 is preferably finely polished after the assembly of the micro heat exchanger 400. Further, the assembled micro heat exchanger 400 is preferably formed in a lid structure 410 and is configured for fluid heat exchange except for a plurality of ports 415 for flowing fluid from the element 425 of the manifold structure 420 to the HSVRM structure. Provide a liquid-tight structure for. The fluid preferably flows from an external fluid network.

本発明の好適な実施の形態においては、複合ＨＳＶＲＭ構造を構成する複数の窓化された層４３０の数及び厚さは、マイクロ熱交換器４００の圧力降下及び熱抵抗特性を最適化するように選択される。 In a preferred embodiment of the present invention, the number and thickness of the plurality of windowed layers 430 that make up the composite HSVRM structure is such that the pressure drop and thermal resistance characteristics of the micro heat exchanger 400 are optimized. Selected.

図２Ｂは、本発明に基づくマイクロ熱交換器５００の斜視図である。マイクロ熱交換器５００は、蓋構造５１０と、マニホルド構造５２０と、基底構造５４０と、それぞれ複数の細長いマイクロスケールアパーチャが開設された複数の熱伝導層５３０とを備える。複数の細長いマイクロスケールアパーチャは、揃えられ、複数の熱伝導層は、連結され、ＨＳＶＲＭ構造が形成される。更に、蓋構造５１０は、複数の流体ポート５６０、５７０を備え、これにより、マニホルド構造５２０及びＨＳＶＲＭ構造を介して流体が流通する。 FIG. 2B is a perspective view of a micro heat exchanger 500 according to the present invention. The micro heat exchanger 500 includes a lid structure 510, a manifold structure 520, a base structure 540, and a plurality of heat conducting layers 530 each having a plurality of elongated microscale apertures. The plurality of elongated microscale apertures are aligned and the plurality of thermally conductive layers are connected to form an HSVRM structure. In addition, the lid structure 510 includes a plurality of fluid ports 560, 570 that allow fluid to flow through the manifold structure 520 and the HSVRM structure.

本発明の実施の形態では、図１Ａ〜図２Ｂに示す窓化された層は、好ましくは、ウェットエッチングプロセスによって形成される。ウェットエッチングプロセスとしては、等方性ウェットエッチングプロセスを用いることが好ましい。熱伝導層が銅を含む好ましい実施の形態では、マイクロスケールアパーチャを形成するプロセスは、マスクを用いた化学エッチング、光化学マッチング（photo chemical machining：ＰＣＭ）、マスクを用いた電気化学エッチング（電気エッチング又は微細電解加工）又はこの他の適切なウェットエッチングプロセスであってもよい。 In embodiments of the present invention, the windowed layer shown in FIGS. 1A-2B is preferably formed by a wet etch process. It is preferable to use an isotropic wet etching process as the wet etching process. In a preferred embodiment where the thermally conductive layer comprises copper, the process of forming the microscale aperture includes chemical etching using a mask, photochemical machining (PCM), electrochemical etching using a mask (electroetching or Micro-electrochemical machining) or other suitable wet etching process.

更に、図１Ａ〜図２Ｂに示す窓化された層は、好ましくは、約５０μｍ乃至約２５０μｍの厚さを有する。更に、窓化された層を作成するために熱伝導層内に形成されたマイクロスケールアパーチャは、約５０μｍ乃至約３００μｍの寸法を有する。 Further, the windowed layer shown in FIGS. 1A-2B preferably has a thickness of about 50 μm to about 250 μm. Furthermore, the microscale aperture formed in the thermally conductive layer to create the windowed layer has a dimension of about 50 μm to about 300 μm.

なお、本発明に基づき、接触層及びマニホルド層をこの他の手法で形成及び連結してもよい。例えば、窓化された層は、材料蒸着に基づく手法、材料除去に基づく手法、材料変形に基づく手法を含む様々なプロセスの何れかを用いて形成できる。本発明では、ＨＡＲＭプロセスを用いてもよいが、各層の作成にＨＡＲＭプロセスを用いなくても、窓化された層から高アスペクト比構造を形成することができる。例示的なプロセスとしては、以下に限定されるものではないが、レーザ穿孔、レーザ切削、ウェットエッチング、ＬＩＧＡ、高周波リソグラフィー、イオンビームエッチング、化学気相成長（chemical vapor deposition：ＣＶＤ）、物理蒸着（physical vapor deposition：ＰＶＤ）、スパッタリング、蒸着、分子線エピタキシー、無電解メッキ及び電解メッキ等が含まれる。またスタンピングを用いてもよい。これに代えて、金属射出成形（metal injection molding：ＭＩＭ）、プラスチック射出成形、この他のモールディング又は他の様々な手法を用いて上述した構造を形成してもよい。 In addition, based on this invention, you may form and connect a contact layer and a manifold layer by this other method. For example, the windowed layer can be formed using any of a variety of processes including techniques based on material deposition, techniques based on material removal, and techniques based on material deformation. In the present invention, a HARM process may be used, but a high aspect ratio structure can be formed from a windowed layer without using a HARM process for forming each layer. Exemplary processes include, but are not limited to, laser drilling, laser cutting, wet etching, LIGA, high frequency lithography, ion beam etching, chemical vapor deposition (CVD), physical vapor deposition (CVD) physical vapor deposition (PVD), sputtering, vapor deposition, molecular beam epitaxy, electroless plating, electrolytic plating, and the like. Stamping may also be used. Alternatively, the structure described above may be formed using metal injection molding (MIM), plastic injection molding, other moldings, or various other techniques.

本発明に基づく熱交換器は、滑らかな流路を提供し、冷却剤が流通する多岐に分岐するフローパターンを実現する。このような構造は、熱交換器を介して冷却剤をポンピングするポンプの負荷を減少させる。また、本発明に基づく熱交換器は、比較的安価に製造できる。ウェットエッチングとは、好ましくは、湿式化学法（wet chemistries）を用いて、最終的に流路となるトレンチを形成する化学エッチングプロセスである。湿式化学法は、他のデバイス製造プロセスに比べて、安価で迅速なプロセスである。このように、本発明を用いて、様々なデバイス、例えば、半導体処理装置、モータ、発光デバイス、バッテリ、プロセスチャンバの壁、ＭＥＭＳ及び熱を発する他の何らかのデバイスを冷却するために用いられる熱交換器を安価に製造できる。この熱交換器を介して、多くの形式の冷却剤、例えば、以下に限定されるものではないが、水等の液体、空気及び他の気体、蒸気、フレオン等の冷媒、又は効率的に熱を吸収して輸送できる材料及びこれらの任意の組合せを輸送することができる。 The heat exchanger according to the present invention provides a smooth flow path and realizes a divergent flow pattern in which a coolant flows. Such a structure reduces the load on the pump that pumps the coolant through the heat exchanger. Moreover, the heat exchanger based on this invention can be manufactured comparatively cheaply. Wet etching is preferably a chemical etching process that forms trenches that ultimately become flow paths using wet chemistries. The wet chemical method is an inexpensive and quick process compared to other device manufacturing processes. Thus, heat exchange used to cool various devices, such as semiconductor processing equipment, motors, light emitting devices, batteries, process chamber walls, MEMS, and any other device that generates heat using the present invention. Can be manufactured at low cost. Through this heat exchanger, many types of coolants such as, but not limited to, liquids such as water, air and other gases, refrigerants such as steam, freons, or efficiently heat. Any material that can absorb and transport and any combination thereof can be transported.

図３Ｂは、本発明に基づくマニホルド層を備える代替の三層式熱交換器１００の分解図である。図３Ｂに示す変形例では、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。 FIG. 3B is an exploded view of an alternative three-layer heat exchanger 100 with a manifold layer according to the present invention. In the variation shown in FIG. 3B, the three-layer heat exchanger 100 includes a contact layer 102, at least one intermediate layer 104, and at least one manifold layer 106. Alternatively, as will be described later, the heat exchanger 100 may be a two-layer device including a contact layer 102 and a manifold layer 106.

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。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、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。 FIG. 3A is a plan view of a preferred manifold layer 106 according to the present invention. Specifically, the manifold layer 106 includes four side surfaces in addition to the top surface 130 and the bottom surface 132, as shown in FIG. 3B. However, in FIG. 3A, the upper surface 130 is removed to appropriately represent and explain the function of the manifold layer 106. As shown in FIG. 3A, the manifold layer 106 comprises a series of channels or channels 116, 118, 120, 122 and ports 108, 109 formed in these channels. As shown in FIG. 3B, the fingers 118, 120 extend completely through the body of the manifold layer 106 in the Z direction. Alternatively, as shown in FIG. 3A, the fingers 118 and 120 may be formed in a part of the manifold layer 106, extend in the Z direction, and have an aperture. Further, the flow paths 116 and 122 may be formed so as to extend to a part of the manifold layer 106. The remaining region 107 between the inlet and outlet channels 116, 120 extends from the top surface 130 to the bottom surface 132 and constitutes the body of the manifold layer 106.

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方向として示す幾つかの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、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、時間的に変化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、マニホルド層１０６において、Ｘ方向及びＹ方向に配設される。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。 As shown in FIG. 3A, fluid enters the manifold layer 106 via the inlet port 108, flows along the inlet channel 116, and branches off from the channel 116 in several directions shown as the X and Y directions. It flows into the finger 118, which supplies fluid to selected areas of the contact layer 102. The fingers 118 are formed in different predetermined directions and provide fluid to the location of the contact layer 102 corresponding to the hot spot of the heat source and the area in the vicinity thereof. These locations of the contact layer 102 are hereinafter referred to as contact hot spot regions. The fingers are configured to cool the stationary contact layer hot spot area and also cool the temporally changing contact layer hot spot area. As shown in FIG. 3A, the channels 116, 122 and fingers 118, 120 are disposed in the manifold layer 106 in the X and Y directions. By forming channels 116, 122 and fingers 118, 120 in various directions in this manner, fluid is transported, hot spots of heat source 99 are cooled, and / or pressure drop in heat exchanger 100 is minimized. can do. Instead, as shown in the specific example of FIG. 5, the channels 116 and 122 and the fingers 118 and 120 may be arranged at regular intervals in the manifold layer 106 to form a predetermined pattern.

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。 The configuration and dimensions of the fingers 118, 120 are determined according to the hot spot of the heat source 99 that needs to be cooled. Manifold layer 106 is configured such that fingers 118 and 120 are located on or near the contact layer hot spot area in contact layer 102 based on the location of the hot spots and the amount of heat generated at or near each hot spot. The The manifold layer 106 preferably circulates single phase fluid and / or two phase fluid to the contact layer 102 without causing a substantial pressure drop in the heat exchanger 100. By transporting the fluid to the contact layer hot spot region, the temperature of the contact layer hot spot region is uniform, as is the region of the heat source adjacent to the contact layer hot spot region.

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。一実施の形態においては、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。一実施の形態においては、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。他の実施の形態においては、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してもよい。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。 The number and size of the channels 116 and fingers 118 are determined based on a number of factors. In one embodiment, the inlet and outlet fingers 118, 120 have the same width dimension. Alternatively, the inlet and outlet fingers 118, 120 may have different width dimensions. The width dimension of the fingers 118, 120 is preferably in the range of 0.25 millimeters to 0.50 millimeters. In one embodiment, the inlet and outlet fingers 118, 120 have the same length and depth dimensions. Alternatively, the inlet and outlet fingers 118, 120 may have different length and depth dimensions. In other embodiments, the inlet and outlet fingers 118, 120 may have various width dimensions along the length of the fingers. The length dimension of the inlet and outlet fingers 118 and 120 may be formed within a range of 0.5 millimeters or more and within three times the length dimension of the heat source. Further, the fingers 118, 120 may be formed to have a height or depth dimension in the range of 0.25 millimeters to 0.50 millimeters. Furthermore, less than 10 or more than 30 fingers per centimeter may be disposed within the manifold layer 106. However, it will be apparent to those skilled in the art that 10 to 30 fingers may be provided per centimeter in the manifold layer.

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、接触層に沿って、マイクロチャネルを流れるにつれて、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。 In the present invention, the fingers 118 and 120 and the channels 116 and 122 may be irregularly formed in order to optimize the cooling efficiency of the hot spot of the heat source. In order to achieve a uniform temperature across the heat source 99, the spatial distribution of heat transport to the fluid may be matched to the spatial distribution of heat generation. As the fluid flows along the contact layer through the microchannel, the temperature increases and begins to change to vapor under two-phase conditions. Thus, the fluid expands significantly, resulting in a significantly faster flow rate. The efficiency of heat transport from the contact layer to the fluid usually improves as the fluid flow rate increases. Therefore, by adjusting the dimensions of the cross-sections of the fingers 118, 120 and the channels 116, 122 for inflow and outflow of fluid in the heat exchanger 100, the efficiency of heat transport to the fluid can be adjusted.

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下流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、二相流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。 For example, a particular finger may be designed for a heat source that generates higher heat near the inlet. In addition, for areas where liquid and vapor mixing is expected, it may be advantageous to increase the cross-section of fingers 118, 120 and channels 116, 122. Although not shown in the figure, the flow velocity of the fluid can be increased by reducing the cross section of the finger on the inlet side. It is also possible to slow the fluid flow rate by increasing the cross-section of a particular finger or channel on the downstream outlet side. By designing the fingers or channels in this way, the pressure drop is minimized in the heat exchanger in the region where the fluid volume, acceleration and velocity increase due to the liquid to vapor change in two-phase flow. And hot spot cooling efficiency can be optimized.

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、この実施の形態に制限されず、後に説明する他の実施の形態にも同様に適用することができる。 In addition, the flow rates of fluid at different desired locations within the microchannel heat exchanger 100 can be achieved by temporarily widening the fingers 118, 120 and channels 116, 122 along their length and then again narrowing them. You can speed up. Instead, it is appropriate to adjust the heat transport efficiency according to the expected heat dissipation distribution across the heat source 99 by changing the finger and channel dimensions from large to small and from small to large many times. There can be. Note that the description regarding the change in the dimensions of the fingers and the channel is not limited to this embodiment, and can be similarly applied to other embodiments described later.

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。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。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。 Alternatively, as shown in FIG. 3A, the manifold layer 106 may include one or more apertures 119 in the inlet finger 118. In the three-layer heat exchanger 100, the fluid flowing along the fingers 118 flows into the intermediate layer 104 through the aperture 119. Instead, in the two-layer heat exchanger 100, the fluid flowing along the finger 118 flows directly from the aperture 119 into the contact layer 102. Further, as shown in FIG. 3A, the manifold layer 106 includes an aperture 121 in the outlet finger 120. In the three-layer heat exchanger 100, the fluid flowing out from the intermediate layer 104 flows into the outlet finger 120 through the aperture 121. Instead, in the two-layer heat exchanger 100, the fluid flowing out from the contact layer 102 flows directly into the outlet finger 120 through the aperture 121.

変形例では、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。 In a variation, the inlet and outlet fingers 118, 120 are open channels that do not have apertures. The bottom surface 103 of the manifold layer 106 contacts the upper surface of the intermediate layer 104 in the three-layer heat exchanger 100 and contacts the contact layer 102 in the two-layer heat exchanger. In this way, in the three-layer heat exchanger 100, fluid can freely pass between the intermediate layer 104 and the manifold layer 106. Fluid is flowed through the conduit 105 of the intermediate layer 104 to properly enter and exit the appropriate contact layer hot spot area. As will be apparent to those skilled in the art, conduit 105 may be arranged to align directly with the fingers, as described below, or elsewhere in the three-layer system.

図３Ｂは、変形例として示す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。 FIG. 3B shows a preferred three-layer heat exchanger 100 having a manifold layer shown as a variation, but instead, the heat exchanger 100 comprises a two-layer structure comprising a manifold layer 106 and a contact layer 102. In this case, the fluid flows directly between the manifold layer 106 and the contact layer 102 without passing through the intermediate layer 104. It will be apparent to those skilled in the art that the manifold layer, intermediate layer, and contact layer configurations shown herein are exemplary and that the actual configuration is not limited to the configurations shown herein.

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からアウトレットポート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に連結されたアウトレットポート１０９への流体の輸送を提供している。 As shown in FIG. 3B, the intermediate layer 104 preferably comprises a plurality of conduits 105 extending through the intermediate layer 104 itself. An inflow conduit 105 circulates fluid from the manifold layer 106 to a designated contact layer hot spot area of the contact layer 102. Similarly, the aperture 105 allows fluid to flow from the contact layer 102 to the outlet port 109. In this manner, the intermediate layer 104 provides fluid transport from the contact layer 102 to an outlet port 109 coupled to the manifold layer 106.

導管１０５は、多くの因子に基づいて、所定のパターンで接触層１０２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、この実施の形態に代えて、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。 The conduit 105 is disposed in the contact layer 102 in a predetermined pattern based on a number of factors. These factors include, but are not limited to, the position of the contact layer hot spot region, the flow rate necessary to appropriately cool the heat source 99 in the contact layer hot spot region, the temperature of the fluid, and the like. The width dimension of the other portions is designed to be several millimeters at the maximum, but the conduit 105 preferably has a width dimension on the order of several hundred microns. However, the conduit 105 may be formed in other dimensions based at least on the factors described above. It will be apparent to those skilled in the art that each conduit 105 of the intermediate layer 104 has the same shape and / or dimensions, but this condition is not necessary. For example, similar to the fingers described above, the conduit may have varying length and / or width dimensions instead of this embodiment. Alternatively, the conduit 105 may have a constant depth or height dimension through the intermediate layer 104. Alternatively, the conduit 105 may have different depth dimensions, for example, a trapezoidal or nozzle-shaped shape in the thickness direction of the intermediate layer 104. The horizontal shape of the conduit 105 is shown as a rectangle in FIG. 2C, but the horizontal shape of the conduit 105 can be any other shape, such as a circle (FIG. 3A), a curved shape, an ellipse, or the like. There may be. Alternatively, the one or more conduits 105 may be formed into a shape corresponding to the shape of a part or the whole of the upper one or more fingers.

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。 The intermediate layer 104 is preferably disposed horizontally within the heat exchanger 100 such that the conduit 105 is vertical. Alternatively, the intermediate layer 104 may be arranged in any other direction within the heat exchanger 100, such as, but not limited to, oblique or curved. Alternatively, the conduit 105 may be disposed horizontally, diagonally, curved, or in any other direction within the intermediate layer 104. Further, the intermediate layer 104 preferably extends horizontally along the entire length of the heat exchanger 100, and the intermediate layer 104 completely separates the contact layer 102 from the manifold layer 106, thereby forcing the fluid into the conduit. 105 may be distributed. Alternatively, a portion of the heat exchanger 100 does not include the intermediate layer 104 between the manifold layer 106 and the contact layer 102, thereby allowing fluid to flow freely between the manifold layer 106 and the contact layer 102. You may do it. Further alternatively, the intermediate layer 104 may extend vertically between the manifold layer 106 and the contact layer 102 to form an independent, individual intermediate layer region. Alternatively, the intermediate layer 104 may not extend completely from the manifold layer 106 to the contact layer 102.

図３Ｂは、本発明に基づく接触層１０２の変形例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、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、平行に形成され、これにより、流体は、流路に沿って、マイクロチャネル壁１１０間を流れる。 FIG. 3B shows a perspective view of a variation of the contact layer 102 according to the present invention. As shown in FIG. 3B, the contact layer 102 includes a bottom surface 103 and preferably a plurality of microchannel walls 110, and the region between the microchannel walls 110 allows fluid to flow along the fluid flow path. Or distribute. The bottom surface 103 is flat and has a high thermal conductivity that realizes sufficient heat transport from the heat source 99. Alternatively, the bottom surface 103 may comprise troughs and / or crests designed to collect fluid at a particular location or to retreat fluid from a particular location. The microchannel walls 110 are formed in parallel, as shown in FIG. 3B, so that fluid flows between the microchannel walls 110 along the flow path.

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、粗い表面、例えば、焼結金属及びシリコン泡（silicon foam）等の微孔構造等、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。これに代えて、マイクロチャネル壁１１０は、非平行な構成を有していてもよい。 Alternatively, it will be apparent to those skilled in the art that the microchannel wall 110 may be configured in any other suitable configuration based on the factors described above. For example, as shown in FIG. 8C, the contact layer 102 may have grooves between sections of the microchannel wall 110. Further, the microchannel wall 110 may have dimensions to minimize the pressure drop or pressure differential within the contact layer 102. Also, although not limited to the following, other structures other than the microchannel wall 110 may be used, such as rough surfaces, for example, microporous structures such as sintered metal and silicon foam. it is obvious. However, here, the contact layer 102 in the present invention will be described using the parallel microchannel walls 110 shown in FIG. 3B as an example. Alternatively, the microchannel wall 110 may have a non-parallel configuration.

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、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られるが、この間隔は、他の如何なる値に設定してもよい。 Through the microchannel wall 110, the fluid exchanges heat along the selected hot spot location in the contact layer hot spot region and cools the heat source 99 at that location. The microchannel wall 110 preferably has a width dimension in the range of 20 to 300 microns and a height dimension in the range of 100 microns to 1 millimeter, depending on the amount of heat of the heat source 99. The microchannel wall 110 has a length dimension in the range of 100 microns to several centimeters, depending on the size of the heat source and the size of the hot spot and the heat flux density from the heat source. Alternatively, any other microchannel wall dimension may be used. The microchannel walls 110 are separated by an interval in the range of 50 to 500 microns depending on the amount of heat of the heat source 99, but this interval may be set to any other value.

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。 In FIG. 3B, the top surface of the manifold layer 106 is shown cut away to show the channels 116, 122 and fingers 118, 120 in the body of the manifold layer 106. Here, the position of the heat source 99 that generates high heat is defined as a hot spot, and the position of the heat source 99 that generates lower heat is defined as a warm spot. As shown in FIG. 3B, the heat source 99 has a position A that is a hot spot area and a position B that is a warm spot area. The area of the contact layer 102 that contacts the hot spot and the warm spot is shown as the contact layer hot spot area. That is, as shown in FIG. 3B, the contact layer 102 includes a contact layer hot spot region A on the position A and a contact layer hot spot region B on the position B.

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１１８Ｄ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。 As shown in FIGS. 3A and 3B, the fluid first flows into the heat exchanger 100, preferably via one inlet port 108. The fluid then preferably flows into one inlet channel 116. Alternatively, the heat exchanger 100 may include two or more inlet channels 116. As shown in FIGS. 3A and 3B, the fluid flowing from the inlet port 108 along the inlet channel 116 first branches to the finger 118D. Further, fluid flowing along the remainder of the inlet channel 116 is poured into individual fingers, such as fingers 118B and fingers 118C.

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、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。上述のように、接触層１０２のマイクロチャネルは、如何なる方向に配設してもよい。例えば、接触層ホットスポット領域Ａのマイクロチャネル１１１は、接触層１０２の他のマイクロチャネル壁１１０に直交する方向に配設されている。これにより、インレット導管１０５Ａからの流体は、図３Ｂに示すように、マイクロチャネル１１１に沿って移動し、接触層１０２の他の領域では、流体は異なる方向に移動する。そして、加熱された流体は、アウトレット導管１０５Ｄを介してアウトレットフィンガ１２０Ａに流れ上がる。 In the example shown in FIG. 3B, the fluid is supplied to the contact layer hot spot region A by pouring the fluid into the finger 118A. That is, the fluid flows down to the intermediate layer 104 through the fingers 118A. The fluid flows into the contact layer 102 via the inlet conduit 105A disposed under the finger 118A and exchanges heat with the heat source 99. As described above, the microchannels of the contact layer 102 may be arranged in any direction. For example, the microchannel 111 in the contact layer hot spot region A is disposed in a direction orthogonal to the other microchannel wall 110 of the contact layer 102. Thereby, the fluid from the inlet conduit 105A moves along the microchannel 111 as shown in FIG. 3B, and in other regions of the contact layer 102, the fluid moves in different directions. The heated fluid then flows up to the outlet finger 120A via the outlet conduit 105D.

同様に、流体は、フィンガ１１８Ｅ及び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。 Similarly, fluid flows down in the Z direction to the intermediate layer 104 via fingers 118E and 118F. The fluid then flows down to the contact layer 102 in the Z direction via the inlet conduit 105C. Then, the heated fluid flows in the Z direction from the contact layer 102 to the outlet fingers 120E and 120F via the outlet conduit 105D. The heat exchanger 100 removes the fluid heated in the manifold layer 106 via the outlet fingers 120, which are connected to the outlet channels 122. Through the outlet channel 122, fluid is preferably exhausted from the heat exchanger via one outlet port 109.

また、一実施の形態においては、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、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１１８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。 Also, in one embodiment, the inflow and outflow conduits 105 are disposed directly or nearly directly over a suitable contact layer hotspot area to supply fluid directly to the hot spot of the heat source 99. Further, to minimize the pressure drop, each outlet finger 120 is disposed in the vicinity of each inlet finger 118 corresponding to a particular contact layer hot spot area. Thus, the fluid flows into the contact layer 102 via the inlet finger 118A and travels the shortest distance from the contact layer 102 to the outlet finger 120A along the bottom surface 103 of the contact layer 102. It is clear that the distance that the fluid travels along the bottom surface 103 properly removes heat from the heat source 99 without causing an unnecessary amount of pressure drop. Further, as shown in FIGS. 3A and 3B, in order to reduce the pressure drop of the fluid flowing along the finger 118, the corner portions in the fingers 118, 120 are preferably formed to be curved.

当業者にとって明らかなように、図３Ａ及び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。 As will be apparent to those skilled in the art, the configuration of manifold layer 106 shown in FIGS. 3A and 3B is merely exemplary. The configuration of the channels 116 and fingers 118 in the manifold layer 106 is not limited to the following, but includes the location of the contact layer hot spot region, the flow rate of fluid to and from the contact layer hot spot region. It depends on many factors such as the amount of heat generated by the heat source in the contact layer hot spot region. For example, as shown in FIGS. 4-7A and described below, one possible configuration for the manifold layer 106 is to combine parallel inlet and outlet fingers alternately along the width of the manifold layer. You may comprise in such a pattern (interdigitated pattern). However, the channel 116 and the finger 118 may be arranged in any other configuration.

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（以下単にフィンガ４１１、４１２とも言う）を備え、これにより、マイクロ熱交換器４００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。 FIG. 4 is a perspective view of another manifold layer 406 of a heat exchanger according to the present invention. The manifold layer 406 of FIG. 4 includes a plurality of parallel fluid fingers 411, 412 (hereinafter also simply referred to as fingers 411, 412) that mate or mesh with each other, thereby providing a substantial pressure drop within the micro heat exchanger 400. A single phase fluid and / or a two phase fluid can be circulated through the contact layer 402 without occurring. As shown in FIG. 4, the inlet fingers 411 and the outlet fingers 412 are alternately arranged. However, it will be apparent to those skilled in the art that any number of inlet fingers or outlet fingers may be arranged adjacent to each other, and therefore the present invention is not limited to the alternating configuration shown in FIG. . In addition, the fingers may be arranged alternately such that parallel fingers diverge from other parallel fingers, or parallel fingers are connected to other parallel fingers. Accordingly, more inlet fingers may be provided than outlet fingers, and conversely, more outlet fingers may be provided than inlet fingers.

流路又はインレットフィンガ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、マイクロ熱交換器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、マイクロ熱交換器４００における圧力降下を実質的に低減することができる。 The channel or inlet finger 411 supplies the fluid flowing into the heat exchanger to the contact layer 402, and the outlet finger or channel 412 extracts the fluid discharged from the micro heat exchanger 400 from the contact layer 402. With the configuration of the manifold layer 406 shown here, the fluid can flow into the contact layer 402, travel a very short distance in the contact layer 402, and then flow into the outlet channel 412. By substantially reducing the length of fluid travel along the contact layer 402, the pressure drop in the micro heat exchanger 400 can be substantially reduced.

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インレット流路４１４（以下単に流路４１４とも言う）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に流通させるフラット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。 As shown in FIGS. 4 and 5, a manifold layer 406 shown as a modification is connected to two inlet channels 411, and an inlet channel 414 for supplying fluid thereto (hereinafter also simply referred to as a channel 414). Is provided. The manifold layer 406 shown in FIGS. 8 and 9 includes three outlet channels 412 connected to the channel 418. The flow path 414 of the manifold layer 406 has a flat bottom surface that allows fluid to flow through the fingers 411, 412. Alternatively, a gentle slope may be provided in the channel 414 in order to allow fluid to flow through the selected fluid channel 411. Alternatively, one or more apertures may be provided on the bottom surface of the inlet channel 414 in order to allow a part of the fluid to flow down to the contact layer 402. Similarly, manifold layer flow path 418 may have a flat bottom surface that contains fluid and allows fluid to flow to port 408. Alternatively, a gentle slope may be provided in the flow path 418 to allow fluid to flow through the selected outlet port 408. Furthermore, in this specific example, the width of the flow paths 414, 418 is about 2 millimeters. However, in other specific examples, any other width dimension may be used.

流路４１４、４１８は、ポート４０８、４０９に連結され、ポート４０８、４０９は、冷却システムの流体ライン（fluid lines）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、マイクロ熱交換器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。 The flow paths 414, 418 are connected to ports 408, 409, which are connected to the fluid lines of the cooling system. The manifold layer 406 includes fluid ports 408 and 409 disposed in the horizontal direction. Alternatively, although not shown in FIGS. 4-7, the manifold layer 406 may include fluid ports 408, 409 configured vertically and / or diagonally, as described below. Instead of this, the manifold layer 406 may not include the flow path 414. In this case, fluid is supplied directly from the port 408 to the finger 411. Further, alternatively, the manifold layer 411 may not include the flow path 418, in which case the fluid in the finger 412 is directly discharged from the micro heat exchanger 400 via the port 408. Here, the two ports 408 are connected to the flow paths 414 and 418, but instead, any other number of ports may be provided.

インレット流路４１１は、流路４１１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を様々に変化させてもよい。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。 The inlet channel 411 has dimensions to allow fluid to move to the contact layer without causing a large pressure drop along the channel 411. The width dimension of the inlet channel 411 is, for example, in the range of 0.25 millimeters to 5.00 millimeters. However, any other dimensions may be used. Furthermore, the length of the inlet channel 411 may be formed within a range of 0.5 mm or more and within three times the length of the heat source. Alternatively, this length dimension may be any value. Further, as described above, the inlet flow path 411 extends downwardly toward the microchannel 410 or at a position slightly higher than the height of the microchannel 410 so that the fluid flows directly into the microchannel 410. The height dimension of the inlet channel 411 is preferably in the range of 0.25 mm or more and 5.00 mm or less. It will be apparent to those skilled in the art that the flow path 411 does not have to extend downward toward the microchannel 410, and any height dimension other than those shown here may be used. Moreover, although the inlet channel 411 has the same dimension here, it is clear to those skilled in the art that the inlet channel 411 may have a different dimension. Further, alternatively, the inlet channel 411 may vary in width, cross-sectional dimensions, and / or distance between adjacent fingers. In particular, the channel 411 may include a region having a wider width or deeper depth and a region having a narrower width or shallower depth along the longitudinal direction. By varying the dimensions in this way, more fluid is provided to a given contact layer hot spot region in the contact layer 402 through a wider portion, and the narrow portion provides a warm spot contact layer hot spot region. The flow rate can be limited.

更に、アウトレット流路４１２は、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。 Further, the outlet channel 412 has dimensions suitable for moving fluid to the contact layer without causing a large pressure drop along the channel 412. The outlet channel 412 has a width dimension in the range of 0.25 millimeters to 5.00 millimeters, but any other width dimension may be used. Furthermore, the length of the outlet channel 412 may be formed within a range of 0.5 mm or more and within three times the length of the heat source. Further, the outlet channel 412 extends down to the height of the microchannel 410 so that the fluid flows horizontally along the microchannel 410 and then easily flows into the outlet channel 412. The width dimension of the outlet channel 412 is, for example, in the range of 0.25 millimeters to 5.00 millimeters. However, any other dimensions may be used. Also, here, the outlet channels 412 have the same dimensions, but it will be apparent to those skilled in the art that the outlet channels 412 may have different dimensions. Further, alternatively, the outlet channel 412 may have an irregular shape with varying widths, cross-sectional dimensions and / or distances between adjacent fingers.

図４及び５に示すように、インレット流路４１１及びアウトレット流路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内のインレットフィンガ４１１及びアウトレットフィンガ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。 As shown in FIGS. 4 and 5, the inlet channel 411 and the outlet channel 412 are segmented and separated from each other, so that the fluids in these channels do not mix. Specifically, as shown in FIG. 4, the two outlet channels 412 are provided on the outer edge side of the manifold layer 406, and the one outlet channel 412 is provided in the center of the manifold layer 406. Further, the two inlet channels 411 are provided adjacent to both sides of the central outlet channel 412. With this particular configuration, fluid entering the contact layer 402 travels the shortest distance in the contact layer 402 before flowing out of the contact layer 402 via the outlet channel 412. However, it will be apparent to those skilled in the art that the inlet and outlet channels may be arranged in any other suitable configuration, and thus are not limited to the configurations shown and described herein. The number of inlet fingers 411 and outlet fingers 412 in the manifold layer 406 is desirably greater than three and desirably less than ten per centimeter in the manifold layer 406. Further, it is apparent to those skilled in the art that the number of the inlet channels and the outlet channels is not limited to the configuration shown and described here, and may be any other number.

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、これにより三層式のマイクロ熱交換器４００が形成される。この中間層は、図３Ｂに示す実施の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、二層式のマイクロ熱交換器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に沿ったマイクロ熱交換器４００の断面図である。更に、図６Ｂは、図５の線Ｂ−Ｂに沿ったマイクロ熱交換器４００の断面図であり、図６は、図５の線Ｃ−Ｃに沿ったマイクロ熱交換器４００の断面図である。上述のように、インレット流路４１１及びアウトレット流路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、インレット流路４１１及びアウトレット流路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。 The manifold layer 406 is connected to an intermediate layer (not shown), and the intermediate layer (not shown) is connected to the contact layer 402, thereby forming a three-layer micro heat exchanger 400. This intermediate layer has been described in connection with the embodiment shown in FIG. 3B. Alternatively, as shown in FIG. 7A, the manifold layer 406 may be connected to the contact layer 402 and disposed on the contact layer 402 to form a two-layer micro heat exchanger 400. A cross section of a suitable manifold layer 406 coupled to the contact layer 402 of the two-layer heat exchanger is shown in FIGS. 6A-6C. Specifically, FIG. 6A is a cross-sectional view of the micro heat exchanger 400 taken along line AA in FIG. 6B is a cross-sectional view of the micro heat exchanger 400 along line BB in FIG. 5, and FIG. 6 is a cross-sectional view of the micro heat exchanger 400 along line CC in FIG. is there. As described above, the inlet channel 411 and the outlet channel 412 extend from the upper surface of the manifold layer 406 to the bottom surface. When the manifold layer 406 and the contact layer 402 are connected to each other, the inlet channel 411 and the outlet channel 412 have the same height as the microchannel 410 of the contact layer 402 or a slightly higher height. With this configuration, the fluid from the inlet channel 411 easily flows out of the inlet channel 411 through the microchannel 410. Further, according to this configuration, the fluid flowing through the microchannel 410 easily flows up to the outlet channel 412 after flowing through the microchannel 410.

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。インレット流路４１１及びアウトレット流路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。 Although not shown in the figure, as an alternative, the intermediate layer 104 (FIG. 3B) may be disposed between the manifold layer 406 and the contact layer 402. The intermediate layer 104 (FIG. 3B) allows fluid to flow to designated contact layer hot spot areas in the contact layer 402. Further, the intermediate layer 104 (FIG. 3B) can be used to provide a uniform flow of fluid to the contact layer 402. In addition, the intermediate layer 104 can be used to provide fluid to the contact layer hot spot region of the contact layer 402 to properly cool the hot spot and to equalize the temperature at the heat source 99. The inlet channel 411 and the outlet channel 412 are not necessarily required, but are disposed on or near the hot spot of the heat source 99 in order to properly cool the hot spot.

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。 FIG. 7A is an exploded view of another manifold layer 406 with another contact layer 102 in accordance with the present invention. Preferably, the contact layer 102 includes a continuous configuration of microchannel walls 110 as shown in FIG. 3B. In this configuration, generally speaking, fluid, like the preferred manifold layer 106 shown in FIG. 3B, flows into the manifold layer 406 via the fluid port 408 and travels through the flow path 414 to provide fluid finger or Head to road 411. The fluid flows into the opening of the inlet finger 411 and flows along the length of the finger 411 in the X direction as indicated by the arrows. Further, the fluid flows down in the Z direction to a contact layer 402 provided below the manifold layer 406. As shown in FIG. 7A, in the contact layer 402, the fluid flows along the bottom surface of the contact layer 402 in the X and Y directions and exchanges heat with the heat source 99. The heated fluid flows upward in the Z direction through the outlet finger 412 and flows out of the contact layer 402, and the outlet finger 412 is heated in the flow path 418 of the manifold layer 406 along the X direction. Shed. The fluid then flows along the flow path 418 and is discharged from the heat exchanger by flowing out of the port 409.

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。 As shown in FIG. 7A, the contact layer comprises a series of grooves 416 disposed between a set of microchannels 410 that allow fluid to flow into and into the channels 411, 412. Flows out of 412. Specifically, the groove 416A is located directly below the inlet flow path 411 of the other manifold layer 406, so that the fluid entering the contact layer 402 passes through the inlet flow path 411 to the microchannel adjacent to the groove 416A. Direct inflow. In this way, the groove 416A allows fluid to flow directly from the inlet channel 411 to a specific designated channel, as shown in FIG. Similarly, the contact layer 402 has a groove 416B provided immediately below the outlet channel 412 in the Z direction. Thereby, the fluid that flows horizontally along the microchannel 410 toward the outlet channel flows horizontally in the groove 416B and vertically flows in the outlet channel 412 above the groove 416B.

図６Ａは、マニホルド層４０６及び接触層４０２を備えるマイクロ熱交換器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、マイクロチャネル４１０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、インレット流路４１１及びアウトレット流路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。 FIG. 6A is a cross-sectional view of a micro heat exchanger 400 comprising a manifold layer 406 and a contact layer 402. Specifically, FIG. 6A shows an inlet channel 411 combined with the outlet channel 412, whereby fluid flows down to the inlet channel 411 and flows up to the outlet channel 412. In addition, as shown in FIG. 6A, the fluid flows horizontally through the microchannel 410 disposed between the inlet and outlet channels and separated by grooves 416A, 416B. Alternatively, the microchannel walls may be continuous rather than separated by the microchannel 410 (FIG. 3B). As shown in FIG. 6A, both or one of the inlet channel 411 and the outlet channel 412 preferably have a curved surface 420 at the end near the groove 416. Due to the curved surface 420, the fluid flows down the channel 411 toward the microchannel 410 adjacent to the channel 411. In this manner, the fluid entering the contact layer 102 flows more easily toward the microchannel 410 than flowing directly into the groove 416A. Similarly, the curved surface 420 of the outlet channel 412 directs fluid from the microchannel 410 to the outer channel 412.

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及び図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。 In a variation, as shown in FIG. 7B, the contact layer 402 'includes an inlet channel 411 and an outlet channel 412 as described above with respect to the manifold layer 406 (FIGS. 8 and 9). In a variation, fluid is supplied directly from the port 408 'to the contact layer 402'. The fluid flows along the flow path 414 'toward the inlet flow path 411'. The fluid then traverses the set of microchannels 410 ', exchanges heat with a heat source (not shown), and flows into the outlet channel 412'. The fluid then flows along the outlet channel 412 'to the channel 418' and is discharged from the contact layer 402 'via the port 409'. Ports 408 ', 409' may be formed in contact layer 402 'or may be formed in manifold layer 406 (FIG. 7A).

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。 Note that although the heat exchanger according to the present invention is shown here to operate in all horizontal directions, it will be apparent to those skilled in the art that this heat exchanger may operate in the vertical direction. . When operating in the vertical direction, the heat exchanger is configured such that each inlet channel is located above an adjacent outlet channel. Thus, fluid enters the contact layer via the inlet channel and naturally flows into the outlet channel. Obviously, any other configuration of the manifold layer and contact layer may be used to operate the heat exchanger in the vertical direction.

図８Ａ〜図８Ｃは、本発明に基づく熱交換器の他の実施の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。 8A to 8C are plan views of other embodiments of the heat exchanger according to the present invention. Specifically, FIG. 8A is a plan view of another manifold layer 206 in accordance with the present invention. 8B and 8C are plan views of the intermediate layer 204 and the contact layer 202, respectively. Further, FIG. 9A shows a three-layer heat exchanger using another manifold layer 206, and FIG. 9B shows a two-layer heat exchanger using another manifold layer 206.

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。 As shown in FIGS. 8A and 9A, the manifold layer 206 includes a plurality of fluid ports 208 configured horizontally and vertically. Alternatively, the fluid port 208 may be disposed at an angle with respect to the manifold layer 206 or in any other direction. The fluid port 208 is disposed at a selected location within the manifold layer 206 to effectively provide fluid to a predetermined contact layer hot spot area of the heat exchanger 200. Multiple fluid ports 208 have the important advantage of being able to provide fluid directly from the fluid ports to a particular contact layer hot spot area without causing a large pressure drop in the heat exchanger 200. In addition, the fluid port 208 is disposed in the manifold layer 206 so that the fluid in the contact layer hot spot region can travel the shortest distance to the exhaust port 208 so that the fluid can flow into the inlet and outlet ports 208. Achieve temperature uniformity while maintaining a minimum pressure drop between. Further, the use of the manifold layer 206 can stabilize the two-phase flow in the heat exchanger 200 while providing an evenly uniform flow across the contact layer 202. Instead, two or more manifold layers 206 are provided in the heat exchanger 200, and one manifold layer 206 allows fluid to flow to and from the heat exchanger 200, and the other manifold layer (see FIG. (Not shown) may control the rate of fluid circulation to the heat exchanger 200. Alternatively, all of the plurality of manifold layers 206 may circulate fluid to a corresponding selected contact layer hot spot area in the contact layer 202.

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。 The manifold layer 206 shown as a modification has a width dimension corresponding to the dimension of the contact layer 202. Further, the manifold layer 206 has the same dimensions as the heat source 99. Alternatively, the manifold layer 206 may be larger than the heat source 99. The vertical dimension of the manifold layer 206 may be in the range of 0.1 to 10 millimeters. Further, the size of the aperture in the manifold layer 206 that is coupled to the fluid port 208 may be in the range between 1 millimeter and the full width or length of the heat source 99.

図１０Ａは、本発明に基づく接触層３０２の一実施の形態の斜視図である。図１０Ａに示すように、接触層３０２は、接触層３０２の底面３０１から上方に延びる一連のピラー３０３を備える。更に、図１０Ａは、接触層３０２の底面に設けられた微孔構造３０１を示している。なお、接触層３０２は、微孔構造３０１のみを備えていてもよく、この微孔構造と共に、他の如何なる接触層構造体（例えば、マイクロチャネル、ピラー等）を備えていてもよいことは明らかである。 FIG. 10A is a perspective view of one embodiment of a contact layer 302 in accordance with the present invention. As shown in FIG. 10A, the contact layer 302 includes a series of pillars 303 extending upward from the bottom surface 301 of the contact layer 302. Further, FIG. 10A shows a microporous structure 301 provided on the bottom surface of the contact layer 302. It should be noted that the contact layer 302 may include only the microporous structure 301 and may include any other contact layer structure (for example, a microchannel, a pillar, etc.) in addition to the microporous structure. It is.

接触層３０２は、接触層３０２（図１２Ａ）におけるインレットアパーチャから周囲のアウトレットアパーチャへの流体のフローのために、マイクロチャネルではなく、ピラー３０３を備える。後により詳細に説明するように、流体は、一連のインレットアパーチャを介して接触層３０２に移動し、インレットアパーチャに対して最適な距離だけ離間して配設されている一連のアウトレットアパーチャを介して接触層３０２から排出される。換言すれば、流体は、各インレットアパーチャから、最も近いアウトレットアパーチャに向かって流れる。好ましくは、各インレットアパーチャは、アウトレットアパーチャに取り囲まれている。このようにして接触層３０２に入る流体は、周囲のアウトレットアパーチャに向かう方向に流れる。したがって、流体に十分な熱を輸送するとともに、流体がインレットアパーチャからアウトレットアパーチャに流れる際の流体の圧力降下を最小化するために、接触層３０２には、ピラー３０３を設けることが好ましい。 Contact layer 302 includes pillars 303 rather than microchannels for fluid flow from the inlet aperture to the surrounding outlet aperture in contact layer 302 (FIG. 12A). As will be described in more detail later, the fluid travels through the series of inlet apertures to the contact layer 302 and through a series of outlet apertures that are spaced an optimum distance from the inlet aperture. It is discharged from the contact layer 302. In other words, fluid flows from each inlet aperture toward the nearest outlet aperture. Preferably, each inlet aperture is surrounded by an outlet aperture. In this way, the fluid entering the contact layer 302 flows in a direction toward the surrounding outlet aperture. Thus, the contact layer 302 is preferably provided with pillars 303 to transport sufficient heat to the fluid and to minimize the pressure drop of the fluid as it flows from the inlet aperture to the outlet aperture.

接触層３０２は、好ましくは、底面３０１から垂直に延び、マニホルド層の底面に接触する、高くて幅狭のピラー３０３の高密度なアレイを備える。これに代えてピラー３０３は、マニホルド層の底面に接触していなくてもよい。更に、ピラー３０３の少なくとも１つは、接触層３０２の底面３０１に対して所定の角度で延びてもよい。また、ピラー３０３は、好ましくは、接触層３０２に沿って互いから等距離の間隔で配設され、これにより、底面３０１に亘って、接触層３０２の熱輸送能力を一定にするとよい。これに代えて、ピラー３０３は、非等間隔に配置してもよく、例えば図１０Ｂに示す具体例では、接触層３０２の中央のピラー３０３は、周縁のピラー３０３より間隔を広く空けて配設されている。ピラー３０３の間隔は、熱源９９の寸法、流体への抵抗、ホットスポットのサイズ及び位置、並びに熱源９９からの熱流束密度等に基づいて決定される。例えば、ピラー３０３の密度を下げると、流体抵抗は小さくなるが、接触層３０２から流体への熱輸送のための表面積は小さくなる。なお、非等間隔に配設されたピラー３０３の構成は、図１０Ｂの実施の形態には制限されず、熱源に関する条件及び冷却装置の必要な動作に応じて、他の如何なる構成としてもよい。 Contact layer 302 preferably comprises a dense array of high and narrow pillars 303 extending perpendicularly from bottom surface 301 and contacting the bottom surface of the manifold layer. Instead of this, the pillar 303 may not be in contact with the bottom surface of the manifold layer. Further, at least one of the pillars 303 may extend at a predetermined angle with respect to the bottom surface 301 of the contact layer 302. Further, the pillars 303 are preferably arranged at equal distances from each other along the contact layer 302, thereby making the heat transport capability of the contact layer 302 constant over the bottom surface 301. Alternatively, the pillars 303 may be arranged at non-uniform intervals. For example, in the specific example shown in FIG. 10B, the central pillar 303 of the contact layer 302 is arranged at a wider interval than the peripheral pillar 303. Has been. The distance between the pillars 303 is determined based on the size of the heat source 99, resistance to the fluid, the size and position of the hot spot, the heat flux density from the heat source 99, and the like. For example, decreasing the density of the pillar 303 decreases the fluid resistance, but decreases the surface area for heat transport from the contact layer 302 to the fluid. Note that the configuration of the pillars 303 arranged at non-equal intervals is not limited to the embodiment of FIG. 10B, and may be any other configuration depending on the conditions regarding the heat source and the required operation of the cooling device.

更に、ピラー３０３は、図１０Ａに示すように、円筒状に形成することが好ましく、これにより、流体は、最小限の抵抗でインレットアパーチャからアウトレットアパーチャに流れる。但し、ピラー３０３は、以下に限定されるものではないが、方形のピラー３０３Ｂ（図１０Ｂ）、ダイヤモンド形、楕円形のピラー３０３Ｃ（図ｌ０Ｃ）、六角形のピラー３０３Ｄ（図１０Ｄ）又は他の如何なる形状を有していてもよい。更に、接触層３０２は、底面３０１に沿って、異なる形状のピラーの組合せを備えていてもよい。 Furthermore, the pillar 303 is preferably formed in a cylindrical shape, as shown in FIG. 10A, so that fluid flows from the inlet aperture to the outlet aperture with minimal resistance. However, the pillar 303 is not limited to the following, but is a square pillar 303B (FIG. 10B), a diamond-shaped or elliptical pillar 303C (FIG. 10C), a hexagonal pillar 303D (FIG. 10D), or other It may have any shape. Further, the contact layer 302 may comprise a combination of different shaped pillars along the bottom surface 301.

例えば、図１０Ｅに示すように、接触層３０２は、矩形フィン３０３Ｅの幾つかの組を備え、各組内の矩形フィン３０３Ｅを互いに放射状に配置してもよい。更に、接触層３０２は、一組の矩形フィン３０３Ｅの間に配置された複数のピラー３０３Ｂを備えていてもよい。一実施の形態においては、放射状に構成された矩形フィン３０３Ｅ内の開いた円形の領域を各インレットアパーチャの下に配置し、矩形フィン３０３Ｅによって、流体をアウトレットアパーチャに誘導することを助けてもよい。このように、放射状に構成された矩形フィン３０３Ｅは、接触層３０２において、冷却用の流体の略々均一な供給を実現しながら圧力降下を最小化することに寄与する。インレット及びアウトレットアパーチャのサイズ及び相対的な位置に応じて、ピラー及び／又はフィンの構成は様々に選択でき、及び流体が単相流であるか二相流であるかに応じて、接触層３０２の最適の構成を選択できる。ここに説明する如何なる実施の形態及びその変形例にも、様々なピラー３０３構成を組み合わせることができることは当業者にとって明らかである。 For example, as shown in FIG. 10E, the contact layer 302 may include several sets of rectangular fins 303E, and the rectangular fins 303E in each set may be arranged radially with respect to each other. Further, the contact layer 302 may include a plurality of pillars 303B disposed between a set of rectangular fins 303E. In one embodiment, an open circular area within a radially configured rectangular fin 303E may be placed under each inlet aperture, which helps to direct fluid to the outlet aperture. . Thus, the radially configured rectangular fins 303E contribute to minimizing the pressure drop while realizing a substantially uniform supply of cooling fluid in the contact layer 302. Depending on the size and relative position of the inlet and outlet apertures, the pillar and / or fin configuration can be variously selected, and depending on whether the fluid is single-phase or two-phase flow, the contact layer 302 The most suitable configuration can be selected. It will be apparent to those skilled in the art that any of the embodiments described herein and variations thereof can be combined with various pillar 303 configurations.

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。熱交換器２００は、１つの以上のポンプに連結され、一方のポンプは、インレット２０８Ａに連結され、他方のポンプは、インレット２０８Ｂに連結されている。 FIG. 11 is a perspective view with a portion cut away of a three-layer heat exchanger 200 having another manifold layer 206 according to the present invention. As shown in FIG. 11, the heat exchanger 200 is divided into individual regions based on the amount of heat generated along the body of the heat source 99. These regions are separated by the vertical intermediate layer 204 and / or the microchannel wall structure 210 of the contact layer 202. However, as will be apparent to those skilled in the art, the configuration of the present invention is not limited to the assembly shown in FIG. 11, and this assembly is shown for illustrative purposes only. The heat exchanger 200 is connected to one or more pumps, with one pump connected to the inlet 208A and the other pump connected to the inlet 208B.

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。 As shown in FIG. 3, the heat source 99 includes a hot spot at position A and a warm spot at position B, and the hot spot at position A generates higher heat than the warm spot at position B. It is obvious that the heat source 99 may have two or more hot spots and warm spots at any time and at any position. In this specific example, the position A is a hot spot, and from the position A, more heat is transported to the contact layer 202 on the position A (shown as the contact layer hot spot area A in FIG. 11). Thus, the heat exchanger 200 provides more fluid and / or a higher flow rate fluid to the contact layer hot spot region A in order to properly cool position A. In this specific example, the contact layer hot spot region B is shown larger than the contact layer hot spot region A, but the contact layer hot spot regions A and B in the heat exchanger 200 and all other contact layer hot spots are shown. It will be appreciated that the spot area may have any size and / or may have any relative configuration.

これに代えて、図１１に示すように、流体は、インレット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、アウトレットポート２０９Ａは、接触層２０２Ａの近くに配設されているが、これに代えて、アウトレットポート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２０６等の他の如何なる位置に垂直に配設に設けてもよい。 Alternatively, as shown in FIG. 11, the fluid may enter the heat exchanger via the inlet 208A and flow into the contact layer hot spot region A by flowing along the intermediate layer 204 to the inflow conduit 205A. Good. Next, the fluid flows down the inflow conduit 205 </ b> A in the Z direction and reaches the contact layer hot spot region A of the contact layer 202. The fluid flows between the microchannels 210 </ b> A so that heat from location A is transported to the fluid by heat conduction through the contact layer 202. The heated fluid flows along the contact layer 202 in the contact layer hot spot area A toward the outlet port 209A and is discharged from the heat exchanger 200. It will be apparent to those skilled in the art that any number of inlet ports 208 and outlet ports 209 may be used for a particular contact layer hot spot region or set of contact layer hot spot regions. Further, the outlet port 209A is disposed near the contact layer 202A, but alternatively, the outlet port 209A is not limited to the following, for example, any other location such as the manifold layer 206. You may provide in arrangement | positioning perpendicular | vertical to.

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。インレット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、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、アウトレットポート２０９ＢをＺ方向に流れ上がり、熱交換器２００から排出される。 In the specific example shown in FIG. 11, the heat source 99 has a warm spot at the position B that generates heat lower than the position A of the heat source 99. The fluid that flows in through the inlet 208B flows to the inflow conduit 205B along the intermediate layer 204B and is supplied to the contact layer hot spot region B. Next, the fluid flows down the inflow conduit 205 </ b> B in the Z direction and reaches the contact layer hot spot region B of the contact layer 202. The fluid flows between the microchannels 210A in the X and Y directions, so that heat from location B is transported to the fluid. The heated fluid flows up the outlet port 209B in the Z direction along the entire contact layer 202B in the contact layer hot spot region B via the outlet conduit * 205B of the intermediate layer 204, and is discharged from the heat exchanger 200. Is done.

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、蒸気透過膜２１４は、疎水性を有するように構成され、これにより、蒸気透過膜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２１４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。 Instead, as shown in FIG. 9A, the heat exchanger 200 may include a vapor permeable membrane 214 disposed on the contact layer 202. The vapor permeable membrane 214 is in sealing contact with the inner wall of the heat exchanger 200. The vapor permeable membrane 214 has several small apertures, and vapor generated along the contact layer 202 flows into the outlet port 209 via the apertures. Further, the vapor permeable membrane 214 is configured to have hydrophobicity, whereby the vapor permeable membrane 214 prevents the liquid flowing along the contact layer 202 from passing through the aperture. For other details of the vapor permeable membrane 214, see co-pending US patent application Ser. No. 10 / 366,128, filed Feb. 12, 2003, entitled “Vapor-permeable microchannel heat. "VAPOR ESCAPE MICROCHANNEL HEAT EXCHANGER", which is incorporated herein by reference.

図１２Ａは、本発明に基づく熱交換器３００の分解図である。図１２Ｂは、本発明に基づく他の熱交換器３００’の分解図である。図１２Ａ及び図１２Ｂに示すように、熱交換器３００、３００’は、接触層３０２、３０２’及びこれらに連結されるマニホルド層３０６、３０６’を備える。上述のように、熱交換器３００、３００’は、熱源（図示せず）に連結されていてもよく、熱源と一体に構成されていてもよい（例えば、マイクロプロセッサに組み込まれていてもよい）。なお、接触層３０２、３０２’は、実質的に外部には露出しないが、図１２Ａでは、説明のために、接触層３０２、３０２’を露出させて示していることは当業者にとって明らかである。好ましくは、接触層３０２、３０２’は、底面３０１に沿って配設された複数のピラー３０３を備える。更に、ピラー３０３は、図１０Ａ〜図１０Ｅを用いて説明したように、如何なる形状を有していてもよく、及び／又は放射状に構成された矩形フィン３０３Ｅを設けてもよい。更に、接触層３０２は、（例えば、マイクロチャネル、粗い表面等）上述した他の如何なる特徴を有していてもよい。接触層３０２及び接触層３０２内の構造体は、好ましくは、上述したように、同じ熱伝導率特性を有し、ここでは同じ説明は繰り返さない。ここに示す具体例では、接触層３０２は、マニホルド層３０６に比べて小さな寸法を有しているが、接触層３０２及びマニホルド層３０６の寸法は、互いに及び熱源９９に対して、他の如何なる関係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。接触層３０２、３０２’は、上述した接触層と同じ特性を有しており、ここでは同じ説明は繰り返さない。 FIG. 12A is an exploded view of a heat exchanger 300 according to the present invention. FIG. 12B is an exploded view of another heat exchanger 300 'according to the present invention. As shown in FIGS. 12A and 12B, the heat exchanger 300, 300 'includes contact layers 302, 302' and manifold layers 306, 306 'connected thereto. As described above, the heat exchangers 300 and 300 ′ may be connected to a heat source (not shown) or may be configured integrally with the heat source (eg, may be incorporated in a microprocessor). ). Although the contact layers 302 and 302 ′ are not substantially exposed to the outside, it is obvious to those skilled in the art that FIG. 12A shows the contact layers 302 and 302 ′ exposed for explanation. . Preferably, the contact layers 302, 302 ′ include a plurality of pillars 303 disposed along the bottom surface 301. Furthermore, the pillar 303 may have any shape as described with reference to FIGS. 10A to 10E, and / or may be provided with rectangular fins 303 </ b> E configured radially. Further, the contact layer 302 may have any of the other features described above (eg, microchannels, rough surfaces, etc.). The contact layer 302 and the structure within the contact layer 302 preferably have the same thermal conductivity characteristics, as described above, and the same description will not be repeated here. In the illustrated example, the contact layer 302 has a smaller dimension than the manifold layer 306, but the dimensions of the contact layer 302 and the manifold layer 306 are in any other relationship with respect to each other and the heat source 99. It will be apparent to those skilled in the art that The contact layers 302, 302 'have the same characteristics as the contact layers described above, and the same description will not be repeated here.

多くの場合、好適な熱交換器３００は、マニホルド層３０６の流体輸送チャネル（delivery channels）３２２（以下単にチャネル３２２とも言う）を用いて、熱交換器内での圧力降下を最小化する。流体輸送チャネル３２２は、マニホルド層３０６内で垂直方向に配設され、接触層３０２に垂直に流体を供給して、熱交換器３００での圧力降下を低減する。上述のように、流体が少なくない時間及び／又は距離に亘って、接触層に沿ってＸ方向及びＹ方向に流れると、熱交換器３００において圧力降下が発生又は上昇する。マニホルド層３０６は、幾つかの流体輸送チャネル３２２によって、接触層３０２に垂直に流体を流すことによって、Ｘ方向及びＹ方向におけるフローを最小化する。換言すれば、接触層３０２には、上方から、流体が個別に直接吹き付けられる。流体輸送チャネル３２２は、相互に最適な距離に配設され、これにより、Ｘ方向及びＹ方向の流体の流れを最小限にし、多くが接触層３０２に対して垂直に流れるようにする。したがって、最適に配置されたチャネル３２２からの個々の流路の力により、流体は、接触層３０２から離れる上向きの方向に流れる。更に、個々のチャネル３２２は、接触層３０２内で流量を幾つかのチャネル３２２に最大限に分割し、これにより、熱源９９を効果的に冷却しながら、熱交換器３００における圧力降下を低減させることができる。更に、好適な熱交換器３００の構成では、熱源９９を適切に冷却するために、流体が水平方向であるＸ方向及びＹ方向に移動する距離を短くできるので熱交換器３００は、他の熱交換器より小さくすることができる。 In many cases, the preferred heat exchanger 300 uses fluid channels 322 (hereinafter also simply referred to as channels 322) in the manifold layer 306 to minimize pressure drop within the heat exchanger. The fluid transport channel 322 is disposed vertically within the manifold layer 306 and supplies fluid vertically to the contact layer 302 to reduce the pressure drop across the heat exchanger 300. As described above, a pressure drop occurs or rises in the heat exchanger 300 as the fluid flows in the X and Y directions along the contact layer for a significant amount of time and / or distance. Manifold layer 306 minimizes flow in the X and Y directions by flowing fluid perpendicular to contact layer 302 through several fluid transport channels 322. In other words, the fluid is individually sprayed directly onto the contact layer 302 from above. The fluid transport channels 322 are disposed at an optimum distance from each other, thereby minimizing the flow of fluid in the X and Y directions, with much flowing perpendicular to the contact layer 302. Thus, fluid flows in an upward direction away from the contact layer 302 due to the forces of the individual flow paths from the optimally positioned channel 322. Further, the individual channels 322 divide the flow rate into several channels 322 to the maximum within the contact layer 302, thereby reducing the pressure drop in the heat exchanger 300 while effectively cooling the heat source 99. be able to. In addition, in the preferred heat exchanger 300 configuration, the heat exchanger 300 can be used for other heat sources because the distance that the fluid travels in the horizontal and X directions can be reduced in order to properly cool the heat source 99. Can be smaller than the exchanger.

図１２Ａに示す好適なマニホルド層３０６は、２つの独立したレベルを有している。具体的には、マニホルド層３０６は、レベル３０８及びレベル３１２を有している。レベル３０８は、接触層３０２及びレベル３１２に連結されている。図１２Ａでは、レベル３１２は、レベル３０８の上に配設されているが、レベル３０８をレベル３１２の上に配設してもよいことは当業者にとって明らかである。また、本発明に基づいて、幾つのレベルを設けてもよいことも当業者にとって明らかである。 The preferred manifold layer 306 shown in FIG. 12A has two independent levels. Specifically, the manifold layer 306 has a level 308 and a level 312. Level 308 is coupled to contact layer 302 and level 312. In FIG. 12A, level 312 is disposed above level 308, but it will be apparent to those skilled in the art that level 308 may be disposed above level 312. It will also be apparent to those skilled in the art that any number of levels may be provided based on the present invention.

図１２Ｂに変形例として示すマニホルド層３０６’は、３つの独立したレベルを有する。具体的には、マニホルド層３０６’は、循環レベル３０４’、レベル３０８’及びレベル３１２’を有している。循環レベル３０４’は、接触層３０２’及びレベル３０８’に連結されている。レベル３０８’は、循環レベル３０４’及びレベル３１２’に連結されている。図１２Ｂでは、レベル３１２’は、レベル３０８’の上に配設されているが、レベル３０８’をレベル３１２’の上に配設してもよいことは当業者にとって明らかである。また、本発明に基づいて、幾つのレベルを設けてもよいことも当業者にとって明らかである。 The manifold layer 306 'shown as a variation in FIG. 12B has three independent levels. Specifically, the manifold layer 306 'has a circulation level 304', a level 308 ', and a level 312'. Circulation level 304 'is coupled to contact layer 302' and level 308 '. Level 308 'is coupled to circulation level 304' and level 312 '. In FIG. 12B, level 312 'is disposed above level 308', but it will be apparent to those skilled in the art that level 308 'may be disposed above level 312'. It will also be apparent to those skilled in the art that any number of levels may be provided based on the present invention.

図１２Ｃは、本発明に基づく循環レベル３０４’の斜視図である。循環レベル３０４’は上面３０４Ａ’及び底面３０４Ｂ’を有する。また、図１２Ｂ及び図１２Ｃに示すように、循環レベル３０４’内には、幾つかのアパーチャ３２２’が開設されている。一実施の形態においては、アパーチャ３２２’の開口は、底面３０４Ｂ’と同一平面に設けられる。これに代えてアパーチャ３２２’は、底面３０４Ｂ’を超えて突出し、より近くから接触層３０２’に流体を供給するようにしてもよい。更に、循環レベル３０４’は、上面３０４Ａ’から底面３０４Ｂ’に垂直に貫通する幾つかのアパーチャ３２４’有していてもよく、アパーチャ３２４’は、Ｚ方向に、所定の距離だけ突出していてもよい。或いは、アパーチャ３２２’、３２４’は、循環レベルにおいて、所定の角度で延びていてもよく、完全に垂直である必要はないことは当業者にとって明らかである。上述のように、一実施の形態では、接触層３０２’（図１２Ｂ）は、循環レベル３０４’の底面３０４Ｂ’に連結される。このように、流体は、Ｚ方向にアパーチャ３２２’を介して接触層３０２’に流入し、Ｚ方向にアパーチャ３２４’のみを介して、接触層３０２’から排出される。後述するように、アパーチャ３２２’を介して接触層３０２’に入る流体は、循環レベル３０４’のアパーチャ３２４’を介して接触層３０２’から排出される流体とは分離される。 FIG. 12C is a perspective view of a circulation level 304 'according to the present invention. The circulation level 304 'has a top surface 304A' and a bottom surface 304B '. Also, as shown in FIGS. 12B and 12C, several apertures 322 'are opened in the circulation level 304'. In one embodiment, the opening of the aperture 322 'is provided in the same plane as the bottom surface 304B'. Alternatively, the aperture 322 'may protrude beyond the bottom surface 304B' and supply fluid to the contact layer 302 'from closer. Further, the circulation level 304 ′ may have several apertures 324 ′ penetrating perpendicularly from the top surface 304A ′ to the bottom surface 304B ′, and the aperture 324 ′ may protrude a predetermined distance in the Z direction. Good. Alternatively, it will be apparent to those skilled in the art that the apertures 322 ', 324' may extend at a predetermined angle at the circulation level and need not be completely vertical. As described above, in one embodiment, the contact layer 302 '(FIG. 12B) is coupled to the bottom surface 304B' of the circulation level 304 '. In this way, the fluid flows into the contact layer 302 'via the aperture 322' in the Z direction and is discharged from the contact layer 302 'via only the aperture 324' in the Z direction. As described below, the fluid entering the contact layer 302 'via the aperture 322' is separated from the fluid exiting the contact layer 302 'via the circulation level 304' aperture 324 '.

図１２Ｃに示すように、アパーチャ３２４’の一部は、好ましくは、循環レベル３０４’の上面３０４Ａ’から、Ｚ方向に延びる筒状の部材を有し、これにより、流体は、アパーチャ３２４’を介して、レベル３１２’のコリダ３２６’（図１２Ｆ及び図１２Ｇ）に直接流れる。筒状の突起の断面は、図１２Ｃのように円形であることが好ましいが、この形状は如何なる形状であってもよい。なお、流体は、接触層３０２’に沿って各アパーチャ３２２’から隣接するアパーチャ３２４’に水平方向及び垂直方向に流れる。アパーチャ３２２’及びアパーチャ３２４’は、互いに熱的に絶縁することが好ましく、これにより、マニホルド層３０６’を介して接触層３０２’から排出された加熱された流体からの熱は、マニホルド層３０６’を介して接触層３０２’に注ぐ冷却された流体に伝播しない。 As shown in FIG. 12C, a portion of the aperture 324 ′ preferably has a cylindrical member extending in the Z direction from the top surface 304A ′ of the circulation level 304 ′, so that the fluid causes the aperture 324 ′. To the level 312 ′ corridor 326 ′ (FIGS. 12F and 12G). The cross section of the cylindrical protrusion is preferably circular as shown in FIG. 12C, but this shape may be any shape. It should be noted that fluid flows in the horizontal and vertical directions from each aperture 322 'along the contact layer 302' to the adjacent aperture 324 '. Aperture 322 ′ and aperture 324 ′ are preferably thermally isolated from each other so that heat from the heated fluid exhausted from contact layer 302 ′ through manifold layer 306 ′ can be removed from manifold layer 306 ′. Does not propagate to the cooled fluid that pours into the contact layer 302 ′ via.

図１２Ｄは、本発明に基づくレベル３０８の好適な実施の形態を示している。図１２Ｄに示すように、レベル３０８は、上面３０８Ａ及び底面３０８Ｂを有している。好ましくは、レベル３０８の底面３０８Ｂは、図１２Ａに示すように、接触層３０２に直接連結される。レベル３０８は、窪んだコリダ３２０を備え、コリダ３２０は、好ましくは、流体を接触層３０２に供給する数個の流体輸送チャネル３２２を備える。窪んだコリダ３２０は、接触層３０２に封水的に接触し、接触層３０２から排出される流体は、コリダ３２０内のチャネル３２２の周り及びチャネル３２２間を流れ、ポート３１４を介して外に排出される。なお、接触層３０２から排出される流体は、流体輸送チャネル３２２には流入しない。 FIG. 12D shows a preferred embodiment of level 308 according to the present invention. As shown in FIG. 12D, the level 308 has a top surface 308A and a bottom surface 308B. Preferably, the bottom surface 308B of level 308 is directly coupled to the contact layer 302 as shown in FIG. 12A. Level 308 includes a recessed corrider 320 that preferably includes several fluid transport channels 322 that supply fluid to the contact layer 302. The recessed corrider 320 is in sealing contact with the contact layer 302, and the fluid discharged from the contact layer 302 flows around and between the channels 322 in the collider 320 and is discharged out through the port 314. Is done. Note that the fluid discharged from the contact layer 302 does not flow into the fluid transport channel 322.

図１２Ｅは、本発明に基づくレベル３０８’の裏面の斜視図である。レベル３０８’は、上面３０８Ａ’及び底面３０８Ｂ’を有し、レベル３０８’の底面３０８Ｂ’は、循環レベル３０４’（図１２Ｃ）に直接連結される。レベル３０８’は、好ましくは、ポート３１４’、コリダ３２０’及び底面３０８Ｂ’側の複数のアパーチャ３２２’、３２４’を有する。レベル３０８’に幾つのポート及びコリダを設けてもよいことは当業者にとって明らかである。図１２Ｅに示すアパーチャ３２２’、３２４’は、循環レベル３０４’に面するように構成される。具体的には、図１２Ｅに示すように、アパーチャ３２２’は、コリダ３２０’に流入する流体を接触層３０２’に流し、アパーチャ３２４’は、接触層３０２’からの流体をレベル３１２’に流す。アパーチャ３２４’は、レベル３０８’のコリダ３２０’を貫通して延びている。アパーチャ３２４’は、個別に分離され、これにより、アパーチャ３２４’を介して流れる流体は、アパーチャ３２４’に関連するシリンダを介して流れる流体に接触したり混じり合ったりすることはない。また、各アパーチャ３２４’を分離することにより、各アパーチャ３２４’を介して流れ込む流体が、アパーチャ３２４’によって提供される流路に沿って流れることを確実にすることができる。アパーチャ３２４’は、垂直に構成することが好ましい。これにより、流体は、マニホルド層３０６’の大部分において、垂直に流れる。特に、接触層及びレベルの間にアパーチャ３２２’を設ける場合、アパーチャ３２２’にも同様の手法を適用できることは明らかである。 FIG. 12E is a perspective view of the back side of level 308 'according to the present invention. Level 308 'has a top surface 308A' and a bottom surface 308B ', and the bottom surface 308B' of level 308 'is directly coupled to circulation level 304' (FIG. 12C). The level 308 'preferably includes a port 314', a corridor 320 'and a plurality of apertures 322', 324 'on the bottom 308B' side. It will be apparent to those skilled in the art that any number of ports and corridors may be provided at level 308 '. The apertures 322 ', 324' shown in FIG. 12E are configured to face the circulation level 304 '. Specifically, as shown in FIG. 12E, the aperture 322 ′ causes fluid flowing into the collider 320 ′ to flow to the contact layer 302 ′, and the aperture 324 ′ causes fluid from the contact layer 302 ′ to flow to level 312 ′. . The aperture 324 'extends through the corridor 320' at the level 308 '. The apertures 324 'are individually separated so that the fluid flowing through the aperture 324' does not contact or mix with the fluid flowing through the cylinder associated with the aperture 324 '. Also, separating each aperture 324 'can ensure that the fluid flowing through each aperture 324' flows along the flow path provided by the aperture 324 '. The aperture 324 'is preferably configured vertically. This allows fluid to flow vertically in most of the manifold layer 306 '. In particular, if an aperture 322 'is provided between the contact layer and the level, it is clear that a similar approach can be applied to the aperture 322'.

この具体例では、各孔又はアパーチャ３２２’は、同じサイズを有しているが、各アパーチャ３２２’は、長さに沿って異なる又は変化する径を有していてもよい。例えば、ポート３１４に近いアパーチャ３２２’の径を小さくし、ここを通る流量を制限してもよい。アパーチャ３２２’を小さくすると、流体は、ポート３１４から遠い、アパーチャ３２２’の下側に流れやすくなる。アパーチャ３２２’の径をこのように変化させることにより、流体を接触層３０２に、より一様に供給することができる。接触層３０２における既知の接触層ホットスポット領域を効果的に冷却するためにアパーチャ３２２’の径を変更してもよいことは当業者にとって明らかである。上の説明は、アパーチャ３２４’にも適用でき、アパーチャ３２４’の寸法を異ならせ又は変化させて、接触層３０２から流出する流体を一定にしてもよいことは当業者にとって明らかである。 In this embodiment, each hole or aperture 322 'has the same size, but each aperture 322' may have a different or varying diameter along the length. For example, the diameter of the aperture 322 'close to the port 314 may be reduced to limit the flow rate through it. Reducing the aperture 322 'facilitates fluid flow away from the port 314 and below the aperture 322'. By changing the diameter of the aperture 322 ′ in this way, the fluid can be supplied to the contact layer 302 more uniformly. It will be apparent to those skilled in the art that the diameter of the aperture 322 'may be varied to effectively cool a known contact layer hot spot area in the contact layer 302. It will be apparent to those skilled in the art that the above description can also be applied to the aperture 324 ', and that the size of the aperture 324' can be varied or varied to make the fluid flowing out of the contact layer 302 constant.

好適な実施の形態では、ポート３１４は、レベル３０８及び接触層３０２に流体を提供する。図１２Ｄに示すポート３１４は、好ましくは、上面３０８Ａから、レベル３０８のボディの一部を介してコリダ３２０に延びる。これに代えてポート３１４は、レベル３０８の側面又は底面からコリダ３２０に接続されてもよい。好ましくは、ポート３１４は、レベル３１２（図１２Ａ、図１２Ｂ）においてポート３１５に連結される。ポート３１４は、図１２Ｃに示すように、密閉され、又は図１２Ｄに示すように、窪みとして形成されたコリダ３２０に接続される。コリダ３２０は、好ましくは、接触層３０２からポート３１４に流体を流す役割を果たす。或いは、コリダ３２０は、ポート３１４から接触層３０２に流体を流す。 In the preferred embodiment, port 314 provides fluid to level 308 and contact layer 302. The port 314 shown in FIG. 12D preferably extends from the top surface 308A to the corrider 320 through a portion of the level 308 body. Alternatively, the port 314 may be connected to the corridor 320 from the side or bottom surface of the level 308. Preferably, port 314 is coupled to port 315 at level 312 (FIGS. 12A, 12B). The port 314 is sealed as shown in FIG. 12C or connected to a corridor 320 formed as a depression as shown in FIG. 12D. The corrider 320 preferably serves to flow fluid from the contact layer 302 to the port 314. Alternatively, the corrider 320 allows fluid to flow from the port 314 to the contact layer 302.

図１２Ｆ及び図１２Ｇに示すように、レベル３１２のポート３１５は、好ましくは、ポート３１４に揃えられ、接続される。図１２Ａに示すように、流体は、好ましくは、ポート３１６を介して熱交換器３００に流入し、コリダ３２８を介して、レベル３０８の流体輸送チャネル３２２、そして最終的に接触層３０２に流れ下る。或いは、図１２Ｂに示すように、流体は、好ましくは、ポート３１５’を介して、熱交換器３００’に流入し、レベル３０８’のポート３１４’を介して、接触層３０２’に流れる。図１２Ｆに示すポート３１５は、好ましくは、上面３１２Ａからレベル３１２のボディに延びる。これに代えてポート３１５は、レベル３１２の側面から延ばしてもよい。これに代えて、レベル３１２は、ポート３１５を有していなくてもよく、この場合、流体は、ポート３１４（図１２Ｄ及び図１２Ｅ）を介して熱交換器３００に入る。更に、レベル３１２は、ポート３１６を備え、ポート３１６は、好ましくは、コリダ３２８’に流体を流す。このレベルは、幾つのポート及びコリダを含んでいてもよいことは当業者にとって明らかである。コリダ３２８は、好ましくは、流体輸送チャネル３２２から、最終的に接触層３０２に流体を流通させる。 As shown in FIGS. 12F and 12G, the level 312 port 315 is preferably aligned with and connected to the port 314. As shown in FIG. 12A, fluid preferably flows into heat exchanger 300 via port 316 and flows down to fluid transport channel 322 at level 308 and finally to contact layer 302 via corridor 328. . Alternatively, as shown in FIG. 12B, fluid preferably enters heat exchanger 300 'via port 315' and flows to contact layer 302 'via port 314' at level 308 '. The port 315 shown in FIG. 12F preferably extends from the top surface 312A to the level 312 body. Alternatively, port 315 may extend from the side of level 312. Alternatively, level 312 may not have port 315, in which case fluid enters heat exchanger 300 via port 314 (FIGS. 12D and 12E). Further, level 312 includes a port 316, which preferably allows fluid to flow through corridor 328 '. It will be apparent to those skilled in the art that this level may include any number of ports and corridors. The corridor 328 preferably allows fluid to flow from the fluid transport channel 322 to the contact layer 302 eventually.

図１２Ｇは、本発明に基づくレベル３１２’の変形例の裏面の斜視図である。レベル３１２’は、好ましくは、図１２Ｅに示すレベル３０８’に連結される。図１２Ｆに示すように、レベル３１２’は、底面３１２Ｂ’に沿って露出する窪んだコリダ３２８’をボディ内に備えている。窪んだコリダ３２８’は、ポート３１６’に接続され、流体は、窪んだコリダ３２８’からポート３１６’に直接移動する。窪んだコリダ３２８’は、レベル３０８’の上面３０８Ａ’の上に配設され、これにより、流体は、アパーチャ３２４’からコリダ３２８’に自由に移動することができる。窪んだコリダ３２０’及び底面３１２Ｂ’の周囲はレベル３１２’の上面３０８Ａ’に対して密封されており、これにより、アパーチャ３２４’からの流体の全てがコリダ３２８’を介してポート３１６’に流入する。底面３１２Ｂ’の各アパーチャ３３０’は、レベル３０８’（図１２Ｅ）のアパーチャ３２１’に揃えられ、接続され、アパーチャ３３０’は、レベル３０８’の上面３０８Ａ’（図１２Ｅ）と同一平面に設けられる。これに代えてアパーチャ３３０’は、対応するアパーチャ３２４’の直径より僅かに大きい直径を有していてもよく、これにより、アパーチャ３２４’は、アパーチャ３３０’を貫いてコリダ３２８’に延びる。 FIG. 12G is a rear perspective view of a variation of level 312 'according to the present invention. Level 312 'is preferably coupled to level 308' shown in FIG. 12E. As shown in FIG. 12F, the level 312 'includes a recessed corridor 328' exposed in the body along the bottom surface 312B '. Recessed corridor 328 'is connected to port 316' and fluid travels directly from recessed corridor 328 'to port 316'. A recessed corridor 328 'is disposed on the upper surface 308A' of the level 308 'so that fluid can freely move from the aperture 324' to the collider 328 '. The periphery of the recessed corrider 320 'and the bottom surface 312B' is sealed against the top surface 308A 'of the level 312' so that all of the fluid from the aperture 324 'flows into the port 316' via the corridor 328 '. To do. Each aperture 330 ′ of the bottom surface 312B ′ is aligned and connected to the aperture 321 ′ of the level 308 ′ (FIG. 12E), and the aperture 330 ′ is provided in the same plane as the top surface 308A ′ (FIG. 12E) of the level 308 ′. . Alternatively, the aperture 330 'may have a diameter that is slightly larger than the diameter of the corresponding aperture 324' so that the aperture 324 'extends through the aperture 330' to the collider 328 '.

図１２Ｈは、本発明に基づく図１２Ａの好適な熱交換器の線Ｈ−Ｈにおける断面を示している。図１２Ｈに示すように、接触層３０２は、熱源９９に連結される。上述のように、熱交換器３００は、１つのコンポーネントとして熱源９９と一体に形成してもよい。接触層３０２は、レベル３０８の底面３０８Ｂに連結される。更に、レベル３１２は、好ましくは、レベル３０８に連結され、レベル３０８の上面３０８Ａは、レベル３１２の底面３１２Ｂに対して密封されている。レベル３０８のコリダ３２０の周縁は、接触層３０２に接続されている。更に、レベル３１２のコリダ３２８は、レベル３０８のアパーチャ３２２’に連結されている。レベル３１２の底面３１２Ｂは、流体が２つのレベル３０８、３１２間で漏れないように、レベル３０８の上面３０８Ａに対して密封されている。 FIG. 12H shows a cross-section at line HH of the preferred heat exchanger of FIG. 12A according to the present invention. As shown in FIG. 12H, the contact layer 302 is coupled to a heat source 99. As described above, the heat exchanger 300 may be integrally formed with the heat source 99 as one component. Contact layer 302 is coupled to bottom surface 308B of level 308. Further, the level 312 is preferably coupled to the level 308 and the top surface 308A of the level 308 is sealed against the bottom surface 312B of the level 312. The periphery of the level 308 corridor 320 is connected to the contact layer 302. Further, level 312 corridor 328 is coupled to level 308 aperture 322 '. The bottom surface 312B of level 312 is sealed against the top surface 308A of level 308 so that fluid does not leak between the two levels 308,312.

図１２Ｉは、本発明に基づく図１２Ｂに示す熱交換器の変形例の線Ｉ−Ｉにおける断面を示している。図１２Ｉに示すように、接触層３０２’は、熱源９９’に連結されている。接触層３０２’は、循環レベル３０４’の底面３０４Ｂ’に連結されている。また、循環レベル３０４は、レベル３０８’に連結され、循環レベル３０４’の上面３０４Ａ’は、レベル３０８’の底面３０８Ｂ’に対して密封されている。更に、レベル３１２’は、好ましくは、レベル３０８’に連結され、レベル３０８’の上面３０８Ａ’は、レベル３１２’の底面３１２Ｂ’に対して密封されている。流体が２つのレベル３０８’、３０４’間で漏れないように、レベル３０８’のコリダ３２０’の周縁は、循環レベル３０４’の上面３０４Ａ’のアパーチャに接続されている。更に、流体が２つのレベル３１２’、３０８間で漏れないように、レベル３１２’のコリダ３２８’の周縁は、循環レベル３０８’の上面３０８Ａ’のアパーチャに接続されている。 FIG. 12I shows a cross section along line II of a variation of the heat exchanger shown in FIG. 12B according to the present invention. As shown in FIG. 12I, the contact layer 302 'is coupled to a heat source 99'. The contact layer 302 'is connected to the bottom surface 304B' of the circulation level 304 '. The circulation level 304 is also coupled to the level 308 ', and the upper surface 304A' of the circulation level 304 'is sealed against the bottom surface 308B' of the level 308 '. Further, level 312 'is preferably coupled to level 308', with the top surface 308A 'of level 308' sealed against the bottom surface 312B 'of level 312'. The perimeter of the level 308 'corridor 320' is connected to the upper surface 304A 'aperture of the circulation level 304' so that fluid does not leak between the two levels 308 ', 304'. Further, the perimeter of the level 312 'corridor 328' is connected to the upper surface 308A 'aperture of the circulation level 308' so that fluid does not leak between the two levels 312 ', 308.

好適な動作では、図１２Ａ及び図１２Ｈの矢印で示すように、冷却された流体は、レベル３１２’のポート３１６を介して熱交換器３００に入る。冷却された流体は、ポート３１６からコリダ３２８に流れ下り、更に流体輸送チャネル３２２を介して接触層３０２に注ぎ込まれる。コリダ３２０内の冷却された流体は、熱交換器３００から排出される加熱された流体に接触したり混じり合ったりすることはない。接触層３０２に入る流体は、熱源９９と熱交換を行い、熱源９９から発生した熱を吸収する。アパーチャ３２２’の構成は、熱源９９を効果的に冷却するとともに、接触層３０２において、流体がＸ方向及びＹ方向で最短距離を移動し、熱交換器３００における圧力降下を最小化するように最適化される。加熱された流体は、接触層３０２からレベル３０８のコリダ３２０に、Ｚ方向に流れ上がる。マニホルド層３０６から排出される加熱された流体は、マニホルド層３０６に流入する冷却された流体に接触したり混じり合ったりすることはない。加熱された流体は、コリダ３２０に流入し、ポート３１４、３１５を介して、熱交換器３００から排出される。なお、本発明の範囲から逸脱することなく、図１２Ａ及び図１２Ｈに示す方向とは反対の方向に流体を流してもよいことは当業者にとって明らかである。 In a preferred operation, the cooled fluid enters the heat exchanger 300 via level 312 'port 316, as shown by the arrows in FIGS. 12A and 12H. The cooled fluid flows down from port 316 to corridor 328 and is poured into contact layer 302 via fluid transport channel 322. The cooled fluid in the corridor 320 does not come into contact with or mix with the heated fluid discharged from the heat exchanger 300. The fluid entering the contact layer 302 exchanges heat with the heat source 99 and absorbs heat generated from the heat source 99. The configuration of the aperture 322 ′ is optimal to effectively cool the heat source 99 and to move the fluid the shortest distance in the X and Y directions in the contact layer 302 to minimize the pressure drop in the heat exchanger 300. It becomes. The heated fluid flows from the contact layer 302 to the corridor 320 at level 308 in the Z direction. The heated fluid that exits the manifold layer 306 does not come into contact with or mix with the cooled fluid that flows into the manifold layer 306. The heated fluid flows into the corridor 320 and is discharged from the heat exchanger 300 through the ports 314 and 315. It will be apparent to those skilled in the art that fluid may flow in a direction opposite to that shown in FIGS. 12A and 12H without departing from the scope of the present invention.

変形例における動作では、図１２Ｂ及び図１２Ｉの矢印で示すように、冷却された流体は、レベル３１２’のポート３１６’を介して熱交換器３００’に入る。冷却された流体は、ポート３１５’からレベル３０８’のポート３１４’に流れ下る。次に、流体は、コリダ３２０’に流れ込み、循環レベル３０４’のアパーチャ３２２’を介して接触層３０２’に流れ下る。但し、コリダ３２０’の冷却された流体は、熱交換器３００’から排出される加熱された流体に接触したり混じり合ったりすることはない。接触層３０２’に入る流体は、熱源９９と熱交換を行い、熱源９９から発生した熱を吸収する。後述するように、アパーチャ３２２’及びアパーチャ３２４’の構成は、熱源９９を効果的に冷却するとともに、接触層３０２’に沿って流体が各アパーチャ３２２’から隣接するアパーチャ３２４’まで、最短距離を移動し、この間の圧力降下を最小化するように最適化される。加熱された流体は、レベル３０８’を介して、接触層３０２’からＺ方向に流れ上がり、幾つかのアパーチャ３２４’を介してレベル３１２’のコリダ３２８’に至る。加熱された流体は、アパーチャ３２４’を流れ上がる際、マニホルド層３０６’に流入する冷却された流体に接触したり混じり合ったりすることはない。加熱された流体は、レベル３１２’のコリダ３２８’に入り、ポート３１６’を介して熱交換器３００’から排出される。なお、本発明の範囲から逸脱することなく、図１２Ｂ及び図１２Ｉに示す方向とは反対の方向に流体を流してもよいことは当業者にとって明らかである。 In operation in the variation, as shown by the arrows in FIGS. 12B and 12I, the cooled fluid enters the heat exchanger 300 'via the level 312' port 316 '. The cooled fluid flows from port 315 'down to level 308' port 314 '. The fluid then flows into the corridor 320 'and down to the contact layer 302' via the circulation level 304 'aperture 322'. However, the cooled fluid of the corridor 320 'does not come into contact with or mix with the heated fluid discharged from the heat exchanger 300'. The fluid entering the contact layer 302 ′ exchanges heat with the heat source 99 and absorbs heat generated from the heat source 99. As will be described later, the configuration of the apertures 322 ′ and 324 ′ effectively cools the heat source 99 and allows the fluid along the contact layer 302 ′ to have the shortest distance from each aperture 322 ′ to the adjacent aperture 324 ′. Optimized to move and minimize pressure drop during this time. The heated fluid flows in the Z direction from the contact layer 302 'via level 308' and reaches the level 312 'corridor 328' via several apertures 324 '. As the heated fluid flows up the aperture 324 ', it does not come into contact with or mix with the cooled fluid entering the manifold layer 306'. The heated fluid enters the level 312 'corridor 328' and exits the heat exchanger 300 'via the port 316'. It will be apparent to those skilled in the art that fluid may flow in a direction opposite to that shown in FIGS. 12B and 12I without departing from the scope of the present invention.

マニホルド層３０６では、アパーチャ３２２’は、熱源９９を適切に冷却しながら、流体が接触層３０２を流れる距離を最短にするように構成される。変形例として示すマニホルド層３０６’では、アパーチャ３２２’及びアパーチャ３２４’は、流体が接触層３０２’を流れる距離を最短にするように構成される。具体的には、アパーチャ３２２’及び３２４’は、実質的に垂直な流路を提供し、熱交換器３００’における流路の長さは、水平方向であるＸ方向及びＹ方向において最短にされる。これにより、熱交換器３００、３００’は、熱源９９を適切に冷却するとともに、流体が流れる距離を大幅に短縮し、したがって、熱交換器３００、３００’内における圧力降下を大幅に低減させることができる。 In the manifold layer 306, the aperture 322 ′ is configured to minimize the distance that the fluid flows through the contact layer 302 while properly cooling the heat source 99. In the manifold layer 306 'shown as a variation, the aperture 322' and the aperture 324 'are configured to minimize the distance that fluid flows through the contact layer 302'. Specifically, the apertures 322 ′ and 324 ′ provide a substantially vertical flow path, and the length of the flow path in the heat exchanger 300 ′ is minimized in the horizontal and X directions. The As a result, the heat exchanger 300, 300 ′ properly cools the heat source 99 and greatly reduces the distance through which the fluid flows, thus greatly reducing the pressure drop within the heat exchanger 300, 300 ′. Can do.

アパーチャ３２２’及び／又はアパーチャ３２４の特定の構成及び断面寸法は、以下に限定されるものではないが、例えば、フロー条件、温度、熱源９９から発生する熱量、流体の流量等の様々な要素に基づいて決定される。なお、以下、アパーチャ３２２’、３２４に関する説明を行うが、この説明は、アパーチャ３２２’又はアパーチャ３２４の何れか一方のみに適用してもよい。 The particular configuration and cross-sectional dimensions of the apertures 322 ′ and / or apertures 324 are not limited to the following, but include various factors such as flow conditions, temperature, amount of heat generated from the heat source 99, fluid flow rate, etc. To be determined. Hereinafter, the apertures 322 ′ and 324 will be described, but this description may be applied to only one of the aperture 322 ′ and the aperture 324.

アパーチャ３２２’、３２４は、熱源９９を所望の温度に適切に冷却するとともに、圧力降下を最小化するように、互いから最適な距離だけ離間して配設される。アパーチャ３２２’及び／又はアパーチャ３２４の構成及び最適な距離の好適な実施の形態では、個々のアパーチャの寸法及び位置を変えることによって、アパーチャ３２２’、３２４及び多くの場合、接触層３０２を介した流路を個別に最適化できる。更に、好適な実施の形態におけるアパーチャの構成により、接触層に入る流体の全流量及び各アパーチャ３２２’を介して流入する流体によって冷却される面積を最適化することができる。 Apertures 322 ', 324 are disposed at an optimum distance from each other to properly cool the heat source 99 to a desired temperature and minimize pressure drop. In the preferred embodiment of the configuration and optimal distance of the apertures 322 ′ and / or apertures 324, by varying the size and position of the individual apertures, the apertures 322 ′, 324 and often via the contact layer 302 Channels can be optimized individually. Furthermore, the aperture configuration in the preferred embodiment can optimize the total flow rate of fluid entering the contact layer and the area cooled by the fluid flowing through each aperture 322 '.

一実施の形態においては、アパーチャ３２２’、３２４は、図１３及び１４に示すように、マニホルド層３０６において、交互の構成、すなわち市松模様状のパターンで構成してもよい。アパーチャ３２２’、３２４は、それぞれ流体が市松模様状のパターン内で移動する必要がある最短距離だけ離間して配設される。但し、アパーチャ３２２’、３２４は、十分な時間、接触層３０２に冷却液を供給するために十分な距離だけ、互いから離間している必要がある。図１３及び図１４に示すように、接触層３０２に入る流体が接触層３０２から排出される前に、接触層３０２に沿って最短距離を移動するために、１つの以上のアパーチャ３２２’を対応する数のアパーチャ３２４に隣接させ、またこの逆も成立するような構成とすることが好ましい。このため、図１３及び図１４に示すように、アパーチャ３２２’、３２４は、互いの周囲に放射状に配置され、流体が全てのアパーチャ３２２’から最も近いアパーチャ３２４に、最短距離を移動するようにするとよい。例えば、図１３に示すように、１つの特定のアパーチャ３２２’を介して接触層３０２に入る流体は、隣接するアパーチャ３２４までに、最小の抵抗を受けることになる。更に、アパーチャ３２２’、３２４の断面は円形であることが好ましいが、この断面は、他の如何なる形状であってもよい。 In one embodiment, the apertures 322 ', 324 may be configured in an alternating configuration, i.e., a checkered pattern, in the manifold layer 306, as shown in Figs. Apertures 322 'and 324 are spaced apart by the shortest distance that each fluid needs to move in a checkered pattern. However, the apertures 322 ′, 324 need to be separated from each other by a sufficient distance to supply the coolant to the contact layer 302 for a sufficient time. As shown in FIGS. 13 and 14, one or more apertures 322 ′ are accommodated to travel the shortest distance along the contact layer 302 before the fluid entering the contact layer 302 is drained from the contact layer 302. It is preferable that the number of apertures 324 be adjacent to each other and vice versa. Thus, as shown in FIGS. 13 and 14, the apertures 322 ′, 324 are arranged radially around each other so that the fluid travels the shortest distance from all apertures 322 ′ to the closest aperture 324. Good. For example, as shown in FIG. 13, fluid that enters the contact layer 302 via one particular aperture 322 ′ will experience minimal resistance by the adjacent aperture 324. Further, the apertures 322 ', 324 preferably have a circular cross section, but the cross section may have any other shape.

更に、上述のように、先に説明した図に示すアパーチャ３２４は、筒状の部材として、循環レベル３０４又はレベル３０８、３１２から突出しているが、アパーチャは、マニホルド層３０６の何れのレベルからも突出していなくてもよい。また、マニホルド層３０６は、流体が方向を変える領域の付近に丸められた表面を有していることが好ましく、これにより、熱交換器３００における圧力降下の低減の効果を高めることができる。 Further, as described above, the aperture 324 shown in the above-described figure protrudes from the circulation level 304 or the levels 308 and 312 as a cylindrical member, but the aperture can be seen from any level of the manifold layer 306. It does not have to protrude. In addition, the manifold layer 306 preferably has a surface that is rounded in the vicinity of the region where the fluid changes direction, thereby enhancing the effect of reducing the pressure drop in the heat exchanger 300.

アパーチャ３２２’、３２４の寸法及び最適な距離構成は、流体が接触層３０２に沿って晒される温度の高さに依存する。また、アパーチャ３２２’、３２４における流路の断面寸法は、熱交換器３００での圧力降下を低減させるために十分な大きさを有する必要がある。接触層３０２に沿って流体が単相流の状態のみである場合、各アパーチャ３２２’は、好ましくは、図１３に示すように、対称性を有する六角形の構成で複数の隣接するアパーチャ３２４に囲まれる。更に、単相流の場合、循環レベル３０４におけるアパーチャの数は、略々等しいことが望ましい。更に、単相流の場合、アパーチャ３２２’、３２４は、好ましくは、同じ直径を有することが好ましい。但し、アパーチャ３２２’、３２４の構成及び比率は、これに上述の実施の形態に限定されないことは当業者にとって明らかである。 The dimensions and optimal distance configuration of the apertures 322 ′, 324 depend on the temperature at which the fluid is exposed along the contact layer 302. In addition, the cross-sectional dimensions of the flow paths in the apertures 322 ′ and 324 need to be large enough to reduce the pressure drop in the heat exchanger 300. If the fluid is only in a single phase flow along the contact layer 302, each aperture 322 ′ is preferably connected to a plurality of adjacent apertures 324 in a symmetric hexagonal configuration, as shown in FIG. Surrounded. Furthermore, in the case of a single phase flow, it is desirable that the number of apertures at the circulation level 304 is substantially equal. Further, for single phase flow, the apertures 322 ', 324 preferably have the same diameter. However, it will be apparent to those skilled in the art that the configuration and ratio of the apertures 322 'and 324 are not limited to the above-described embodiment.

接触層３０２に沿って、流体が二相流状態となる場合、アパーチャ３２２’、３２４は、二相流の加速度に対応するために、非対称構成にすることが望ましい。但し、二相流の場合であってもアパーチャ３２２’、３２４を対称的な構成としてもよい。例えば、循環レベル３０４において、アパーチャ３２２’、３２４を対称的に配置し、アパーチャ３２４の開口をアパーチャ３２２’の開口より大きくしてもよい。これに代えて二相流について、循環レベル３０４において、図１３に示す六角形の対称的の構成を用いて、循環レベル３０４において、アパーチャ３２４の数をアパーチャ３２２’より多くしてもよい。 When the fluid is in a two-phase flow state along the contact layer 302, the apertures 322 ', 324 are preferably in an asymmetric configuration to accommodate the acceleration of the two-phase flow. However, the apertures 322 'and 324 may be symmetrically configured even in the case of a two-phase flow. For example, at the circulation level 304, the apertures 322 'and 324 may be arranged symmetrically so that the opening of the aperture 324 is larger than the opening of the aperture 322'. Alternatively, for a two-phase flow, at the circulation level 304, the number of apertures 324 may be greater than the aperture 322 'at the circulation level 304 using the hexagonal symmetrical configuration shown in FIG.

なお、循環レベル３０４のアパーチャ３２２’、３２４を交互に配置して、熱源９９のホットスポットを冷却してもよい。すなわち、例えば、循環レベル３０４において、２つのアパーチャ３２２’を互いに隣接させて交互に配置し、両方のアパーチャ３２２’を接触層ホットスポット領域又は接触層ホットスポット領域近傍の上に位置するように構成してもよい。両方のアパーチャ３２２’に適切な数のアパーチャ３２４を隣接して配置し、接触層３０２での圧力降下を減少させることは言うまでもない。したがって、２つのアパーチャ３２２は、接触層ホットスポット領域に冷たい流体を供給し、上述のように、接触層ホットスポット領域を均一で実質的に等しい温度に冷却する。 The hot spots of the heat source 99 may be cooled by alternately arranging the apertures 322 ′ and 324 of the circulation level 304. That is, for example, at the circulation level 304, the two apertures 322 ′ are alternately arranged adjacent to each other, and both the apertures 322 ′ are positioned on the contact layer hot spot region or in the vicinity of the contact layer hot spot region. May be. It goes without saying that an appropriate number of apertures 324 are placed adjacent to both apertures 322 ′ to reduce the pressure drop across the contact layer 302. Thus, the two apertures 322 provide a cold fluid to the contact layer hot spot area and cool the contact layer hot spot area to a uniform and substantially equal temperature as described above.

上述のように、好適な熱交換器３００は、他の熱交換器に対して重要な利点を有している。好適な熱交換器３００の構成では、垂直な流路を用いるために、圧力降下が低減されるため、比較的性能が低いポンプを用いることができる。更に、好適な熱交換器３００の構成により、接触層３０２に沿ってインレット及び流路を個別に最適化することができる。更に、個別のレベルによって、カスタマイズ可能な設計が実現され、熱輸送の均質性、圧力降下の低減、及び個々のコンポーネントの寸法を最適化することができる。また、好適な熱交換器３００の構成により、流体が二相流状態となるシステムにおける圧力降下を低減することができ、したがって、この構成は、単相流システム及び二相流システムの何れでも用いることができる。更に、後述するように、好適な熱交換器は、多くの異なる製造方法に対応し、公差を補正するためにコンポーネントの幾何学的構造を調整することができる。 As mentioned above, the preferred heat exchanger 300 has significant advantages over other heat exchangers. In the preferred heat exchanger 300 configuration, the use of a vertical flow path reduces the pressure drop, so a relatively low performance pump can be used. Furthermore, the inlet and flow paths along the contact layer 302 can be individually optimized with a suitable heat exchanger 300 configuration. Furthermore, the individual levels allow for customizable designs to optimize heat transport homogeneity, reduced pressure drop, and individual component dimensions. Also, the preferred heat exchanger 300 configuration can reduce the pressure drop in a system where the fluid is in a two-phase flow state, and thus this configuration is used in both single-phase and two-phase flow systems. be able to. Furthermore, as will be described below, suitable heat exchangers can accommodate many different manufacturing methods and can adjust the component geometry to compensate for tolerances.

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。 Hereinafter, a method for manufacturing and assembling the heat exchanger 100 and the individual layers of the heat exchanger 100 will be described. In the following, for the sake of brevity, preferred and alternative heat exchangers according to the present invention will be described using the heat exchanger 100 of FIG. 3B and its individual layers. Also, in the following, assembly / manufacturing details will be described in connection with the present invention, including details of one fluid inlet port and one fluid outlet port as shown in FIGS. 1A-1C. It will be apparent to those skilled in the art that the present invention applies equally well to two- and three-layer heat exchangers using and to conventional heat exchangers.

接触層は、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３０２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３０２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３０２を形成してもよい。 The contact layer preferably has a coefficient of thermal expansion (hereinafter referred to as CTE) equal to or close to that of the heat source 99. Thereby, the contact layer preferably expands and contracts similarly according to the expansion and contraction of the heat source 99. Alternatively, the material of the contact layer 302 may have a CTE that is different from the CTE of the material of the heat source 99. The contact layer 302 made from a material such as silicon has a CTE corresponding to the CTE of the heat source 99 and has sufficient thermal conductivity to properly transport heat from the heat source 99 to the fluid. However, instead of this, the contact layer 302 may be formed using another material having a CTE corresponding to the CTE of the heat source 99.

接触層３０２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３０２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３０２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３０２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。 The contact layer 302 preferably has a high thermal conductivity that provides sufficient heat conduction between the heat source 99 and the fluid flowing along the contact layer 302 so that the heat source 99 does not overheat. The contact layer 302 is preferably formed from a material having a high thermal conductivity of about 100 W / m-K. However, the thermal conductivity of the contact layer 302 may be 100 W / m-K or higher and is not limited to this value, as will be apparent to those skilled in the art.

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３０２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。 In order to achieve a suitable high thermal conductivity, the contact layer 102 is preferably formed from a semiconductor substrate such as silicon. Alternatively, the contact layer may be, but is not limited to, single crystal dielectric material, metal, aluminum, nickel copper, Kovar ™, graphite, diamond, composites thereof and any suitable It may be made from any other material including alloys. Other materials for the contact layer 302 include patterned or molded organic mesh.

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の形態を用いて本発明を説明した。このような特定の実施の形態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の形態を変更できることは、当業者にとって明らかである。 The present invention has been described in terms of specific embodiments, including various details, in order to provide a clear explanation of the structure and operating principles of the invention. Such descriptions of specific embodiments and their details are not intended to limit the scope of the claims. It will be apparent to those skilled in the art that the exemplary embodiments selected can be modified without departing from the spirit and scope of the invention.

本発明の実施の形態に基づく２つのマイクロパターンを用いて形成された２つの熱伝導層の部分断面図である。It is a fragmentary sectional view of two heat conductive layers formed using two micro patterns based on an embodiment of the invention. 本発明の実施の形態に基づく２つのマイクロパターンを用いて形成された熱伝導層の斜視図である。It is a perspective view of the heat conductive layer formed using two micro patterns based on embodiment of this invention. 本発明に基づく複数の熱伝導層から形成されるＨＳＶＲＭ構造の斜視図である。1 is a perspective view of an HSVRM structure formed from a plurality of thermally conductive layers according to the present invention. FIG. 本発明の実施の形態に基づくマイクロ熱交換器の分解図である。It is an exploded view of the micro heat exchanger based on embodiment of this invention. 本発明の実施の形態に基づく組み立てられたマイクロ熱交換器の斜視図である。It is a perspective view of the assembled micro heat exchanger based on embodiment of this invention. 本発明に基づく熱交換器のマニホルド層の変形例の平面図である。It is a top view of the modification of the manifold layer of the heat exchanger based on this invention. 本発明に基づくマニホルド層の変形例を備える熱交換器の分解図である。It is an exploded view of the heat exchanger provided with the modification of the manifold layer based on this invention. 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。1 is a perspective view of manifold layers that are assembled together according to the present invention. FIG. 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。1 is a plan view of a contact layer and manifold layers that are assembled together according to the present invention. FIG. 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。1 is a cross-sectional view along line AA of a contact layer and a manifold layer mating with each other according to the present invention. FIG. 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。FIG. 5 is a cross-sectional view along line BB of the contact layer and the manifold layers mating with each other according to the present invention. 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。FIG. 6 is a cross-sectional view along line CC of the contact layer and the manifold layers mated together according to the present invention. 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。FIG. 3 is an exploded view of a contact layer and a manifold layer mating with each other according to the present invention. 本発明に基づく接触層の変形例の斜視図である。It is a perspective view of the modification of the contact layer based on this invention. 本発明に基づくマニホルド層の変形例の平面図である。It is a top view of the modification of the manifold layer based on this invention. 本発明に基づく接触層の平面図である。1 is a plan view of a contact layer according to the present invention. FIG. 本発明に基づく接触層の平面図である。1 is a plan view of a contact layer according to the present invention. FIG. 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。It is a side view of the modification of the three-layer type heat exchanger based on this invention. 本発明に基づく二層式熱交換器の変形例の側面図である。It is a side view of the modification of the two-layer type heat exchanger based on this invention. 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。1 is a perspective view of a contact layer having a micro pin array according to the present invention. FIG. 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。1 is a perspective view of a contact layer having a micro pin array according to the present invention. FIG. 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。1 is a perspective view of a contact layer having a micro pin array according to the present invention. FIG. 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。1 is a perspective view of a contact layer having a micro pin array according to the present invention. FIG. 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。1 is a perspective view of a contact layer having a micro pin array according to the present invention. FIG. 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。It is a partially notched perspective view of the modification of the heat exchanger based on this invention. 本発明に基づく好適な熱交換器の分解図である。1 is an exploded view of a preferred heat exchanger according to the present invention. FIG. 本発明に基づく熱交換器の変形例の分解図である。It is an exploded view of the modification of the heat exchanger based on this invention. 本発明に基づく循環レベルの変形例の斜視図である。It is a perspective view of the modification of the circulation level based on this invention. 本発明に基づく好適なインレットレベルの底面側からの斜視図である。It is a perspective view from the bottom face side of the suitable inlet level based on this invention. 本発明に基づくインレットレベルの変形例の底面側からの斜視図である。It is a perspective view from the bottom face side of the modification of the inlet level based on this invention. 本発明に基づく好適なアウトレットレベルの底面側からの斜視図である。It is the perspective view from the bottom face side of the suitable outlet level based on this invention. 本発明に基づくアウトレットレベルの変形例の底面側からの斜視図である。It is a perspective view from the bottom face side of the modification of the outlet level based on this invention. 本発明に基づく好適な熱交換器の断面図である。1 is a cross-sectional view of a preferred heat exchanger according to the present invention. 本発明に基づく熱交換器の変形例の断面図である。It is sectional drawing of the modification of the heat exchanger based on this invention. 単相流フローのための本発明に基づくインレット及びアウトレットアパーチャの好適な構成を有する循環レベルの平面図である。Figure 2 is a top view of the circulation level with a preferred configuration of inlet and outlet apertures according to the present invention for single phase flow flow. 二相流フローのための本発明に基づくインレット及びアウトレットアパーチャの好適な構成を有する循環レベルの平面図である。Figure 2 is a top view of the circulation level with a preferred configuration of inlet and outlet apertures according to the present invention for two-phase flow.

Claims

マイクロ構造を有する熱交換器を製造する熱交換器製造方法において、
ａ．材料除去プロセスを用いて、複数の熱伝導層を介して複数のマイクロスケールアパーチャを形成し、複数の窓化された層を形成する工程と、
ｂ．上記複数の窓化された層を連結し、複合マイクロ構造を形成する工程と
を有する熱交換器製造方法。 In a heat exchanger manufacturing method for manufacturing a heat exchanger having a microstructure,
a. Using a material removal process to form a plurality of microscale apertures through a plurality of thermally conductive layers to form a plurality of windowed layers;
b. Connecting the plurality of windowed layers to form a composite microstructure.

上記熱伝導層は、銅を含むことを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 The method for manufacturing a heat exchanger according to claim 1, wherein the heat conductive layer contains copper.

上記複数の窓化された層は、硬ろう付けによって連結されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 The method of manufacturing a heat exchanger according to claim 1, wherein the plurality of windowed layers are connected by hard brazing.

上記硬ろう付けは、銀を含む硬ろう付け材料によって行われることを特徴とする請求項３記載の熱交換器製造方法。 The heat exchanger manufacturing method according to claim 3, wherein the hard brazing is performed by a hard brazing material containing silver.

上記硬ろう付けの前に上記複数の窓化された層の１つ以上が硬ろう付け材料によってメッキされることを特徴とする請求項３記載の熱交換器製造方法。 4. The method of claim 3, wherein one or more of the plurality of windowed layers is plated with a hard brazing material prior to the hard brazing.

上記複数の窓化された層を連結する前に、該複数の窓化された層のそれぞれのアパーチャを揃える工程を更に有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 The heat exchanger manufacturing method according to claim 1, further comprising the step of aligning the apertures of the plurality of windowed layers before connecting the plurality of windowed layers.

上記材料除去プロセスは、等方性ウェットエッチングプロセスであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 The heat exchanger manufacturing method according to claim 1, wherein the material removal process is an isotropic wet etching process.

上記等方性ウェットエッチングプロセスは、光化学マッチング、マスクを用いた化学エッチング、マスクを用いた電気化学エッチング、電気エッチング及び微細電解加工からなるグループから選択されることを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 2. The isotropic wet etching process is selected from the group consisting of photochemical matching, chemical etching using a mask, electrochemical etching using a mask, electrical etching, and microelectrolytic processing. Heat exchanger manufacturing method.

上記複合マイクロ構造は、マイクロメッシュを含むことを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 The heat exchanger manufacturing method according to claim 1, wherein the composite microstructure includes a micromesh.

上記材料除去プロセスを用いて、複数の熱伝導層を介して複数のマイクロスケールアパーチャを形成する工程は、各上記熱伝導層の第１の側に第１のマイクロパターンを形成する工程と、各上記熱伝導層の第２の側に第２のマイクロパターンを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 Forming a plurality of microscale apertures via a plurality of heat conductive layers using the material removal process includes forming a first micropattern on a first side of each of the heat conductive layers; The method of manufacturing a heat exchanger according to claim 1, further comprising: forming a second micro pattern on the second side of the heat conductive layer.

上記第１及び第２のマイクロパターンは、相補的な関係を有し、上記熱伝導層内に連続するマイクロチャネルを形成することを特徴とする請求項１０記載の熱交換器製造方法。 The method according to claim 10, wherein the first and second micropatterns have a complementary relationship and form continuous microchannels in the heat conducting layer.

上記第１及び第２のマイクロパターンは、上記熱伝導層内で重なり合うマイクロメッシュ構造を有することを特徴とする請求項１０記載の熱交換器製造方法。 The heat exchanger manufacturing method according to claim 10, wherein the first and second micropatterns have a micromesh structure overlapping in the heat conducting layer.

上記複合マイクロ構造は、複数のマイクロチャネルを含むことを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 The heat exchanger manufacturing method according to claim 1, wherein the composite microstructure includes a plurality of microchannels.

上記熱伝導層は、約５０μｍ乃至約２５０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 The method of claim 1, wherein the heat conductive layer has a thickness of about 50 μm to about 250 μm.

上記熱伝導層内に形成されたマイクロスケールアパーチャは、約５０μｍ乃至約３００μｍの寸法を有することを特徴とする請求項１記載の熱交換器製造方法。 The method according to claim 1, wherein the microscale aperture formed in the heat conductive layer has a size of about 50 µm to about 300 µm.

熱伝導性高表面積対体積比材料（ＨＳＶＲＭ）構造を有するマイクロ熱交換器を製造するマイクロ熱交換器製造方法において、
ａ．第１の材料から形成された蓋構造を準備する工程と、
ｂ．上記蓋構造を、第２の材料から形成され、冷却用流体を輸送するように構成されたマニホルド構造に連結する工程と、
ｃ．材料除去プロセスを用いて、熱伝導性材料からなる熱伝導体に、複数の熱伝導層を介して、複数のマイクロスケールアパーチャを形成し、複数の窓化された層を形成する工程と、
ｄ．上記複数の熱伝導層のそれぞれに形成されるＨＳＶＲＭ構造が、該熱伝導層を連結すると、複合ＨＳＶＲＭ構造が形成され、上記複数の窓化された層を連結し、上記熱伝導体を含む複合ＨＳＶＲＭ構造を形成する工程と、
ｅ．上記マニホルド層が上記ＨＳＶＲＭ構造に流体を供給するように、上記複合ＨＳＶＲＭ構造に、上記マニホルド構造及び上記蓋構造を連結する工程と、
ｆ．第３の材料から構成される平台構造に、上記複合ＨＳＶＲＭ構造、上記マニホルド構造及び上記蓋構造を連結してマイクロ熱交換器を形成する工程とを有するマイクロ熱交換器製造方法。 In a micro heat exchanger manufacturing method for manufacturing a micro heat exchanger having a thermally conductive high surface area to volume ratio material (HSVRM) structure,
a. Providing a lid structure formed from a first material;
b. Coupling the lid structure to a manifold structure formed from a second material and configured to transport a cooling fluid;
c. Forming a plurality of microscale apertures on a heat conductor made of a heat conductive material through a plurality of heat conductive layers and forming a plurality of windowed layers using a material removal process;
d. When the HSVRM structure formed in each of the plurality of heat conductive layers is connected to the heat conductive layer, a composite HSVRM structure is formed, the plurality of windowed layers are connected, and the composite includes the heat conductor. Forming an HSVRM structure;
e. Coupling the manifold structure and the lid structure to the composite HSVRM structure such that the manifold layer supplies fluid to the HSVRM structure;
f. A method of manufacturing a micro heat exchanger, comprising: forming a micro heat exchanger by connecting the composite HSVRM structure, the manifold structure, and the lid structure to a flat base structure made of a third material.

上記熱伝導体は、銅であることを特徴とする請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 The method of manufacturing a micro heat exchanger according to claim 16, wherein the heat conductor is copper.

上記蓋構造、上記マニホルド構造、上記複数の窓化された層及び上記平台構造は、全て硬ろう付けによって連結されることを特徴とする請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 17. The method of manufacturing a micro heat exchanger according to claim 16, wherein the lid structure, the manifold structure, the plurality of windowed layers, and the flat base structure are all connected by hard brazing.

上記硬ろう付けは、銀を含む硬ろう付け材料によって行われることを特徴とする請求項１８記載のマイクロ熱交換器製造方法。 The method of manufacturing a micro heat exchanger according to claim 18, wherein the brazing is performed by a brazing material containing silver.

上記複数の窓化された層を連結する前に、該複数の窓化された層のそれぞれのアパーチャを揃える工程を更に有することを特徴とする請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 17. The method of manufacturing a micro heat exchanger according to claim 16, further comprising the step of aligning the apertures of the plurality of windowed layers before connecting the plurality of windowed layers.

上記マイクロスケールアパーチャは、等方性ウェットエッチングプロセスによって上記熱伝導層内に形成されることを特徴とする請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 17. The method of manufacturing a micro heat exchanger according to claim 16, wherein the microscale aperture is formed in the heat conductive layer by an isotropic wet etching process.

上記等方性ウェットエッチングプロセスは、光化学マッチング、マスクを用いた化学エッチング、マスクを用いた電気化学エッチング、電気エッチング及び微細電解加工からなるグループから選択されることを特徴とする請求項２１記載のマイクロ熱交換器製造方法。 The method of claim 21, wherein the isotropic wet etching process is selected from the group consisting of photochemical matching, chemical etching using a mask, electrochemical etching using a mask, electrical etching, and microelectrolytic processing. Micro heat exchanger manufacturing method.

上記複合ＨＳＶＲＭ構造は、マイクロメッシュを含むことを特徴とする請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 The method of manufacturing a micro heat exchanger according to claim 16, wherein the composite HSVRM structure includes a micro mesh.

上記材料除去プロセスを用いて、複数の熱伝導層を介して複数のマイクロスケールアパーチャを形成する工程は、各上記熱伝導層の第１の側に第１のマイクロパターンを形成する工程と、各上記熱伝導層の第２の側に第２のマイクロパターンを形成する工程とを含むことを特徴とする請求項２３記載のマイクロ熱交換器製造方法。 Forming a plurality of microscale apertures via a plurality of heat conductive layers using the material removal process includes forming a first micropattern on a first side of each of the heat conductive layers; The method of manufacturing a micro heat exchanger according to claim 23, further comprising: forming a second micro pattern on the second side of the heat conductive layer.

上記第１及び第２のマイクロパターンは、相補的な関係を有し、上記熱伝導層内に連続するマイクロチャネルを形成することを特徴とする請求項２４記載の熱交換器製造方法。 25. The method according to claim 24, wherein the first and second micropatterns have a complementary relationship and form continuous microchannels in the heat conducting layer.

上記第１及び第２のマイクロパターンは、上記熱伝導層内で重なり合うマイクロメッシュ構造を有することを特徴とする請求項２４記載の熱交換器製造方法。 25. The method of manufacturing a heat exchanger according to claim 24, wherein the first and second micropatterns have a micromesh structure overlapping in the heat conducting layer.

上記複合ＨＳＶＲＭ構造は、複数のマイクロチャネルを含むことを特徴とする請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 The method of claim 16, wherein the composite HSVRM structure includes a plurality of microchannels.

上記平台構造を微細研磨する工程を更に有する請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 The method of manufacturing a micro heat exchanger according to claim 16, further comprising a step of finely polishing the flat table structure.

上記蓋構造に複数の流体ポートを形成する工程を更に有する請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 The method of manufacturing a micro heat exchanger according to claim 16, further comprising forming a plurality of fluid ports in the lid structure.

上記複合ＨＳＶＲＭ構造を構成する複数の熱伝導層の数及び厚さは、上記マイクロ熱交換器の圧力降下及び熱抵抗特性を最適化するように選択されることを特徴とする請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 The number and thickness of a plurality of heat conducting layers constituting the composite HSVRM structure are selected to optimize the pressure drop and thermal resistance characteristics of the micro heat exchanger. Micro heat exchanger manufacturing method.

上記熱伝導層は、約５０μｍ乃至約２５０μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 17. The method of claim 16, wherein the heat conductive layer has a thickness of about 50 [mu] m to about 250 [mu] m.

上記熱伝導層内に形成されたマイクロスケールアパーチャは、約５０μｍ乃至約３００μｍの寸法を有することを特徴とする請求項１６記載のマイクロ熱交換器製造方法。 17. The method of claim 16, wherein the microscale aperture formed in the heat conducting layer has a size of about 50 [mu] m to about 300 [mu] m.

それぞれが材料除去プロセスによって形成された複数の細長いマイクロスケールアパーチャを有する複数の熱伝導層を含むマイクロ構造熱交換器において、
上記複数の細長いマイクロスケールアパーチャは、揃えられており、上記複数の熱伝導層は、連結されてＨＳＶＲＭ構造を構成し、一の上記熱伝導層の各細長いアパーチャは、少なくとも１つの隣接する他の熱伝導層の３つ以上の細長いアパーチャと連結されていることを特徴とするマイクロ熱交換器。 In a microstructure heat exchanger comprising a plurality of heat conducting layers, each having a plurality of elongated microscale apertures formed by a material removal process,
The plurality of elongated microscale apertures are aligned, the plurality of thermally conductive layers are connected to form an HSVRM structure, and each elongated aperture of one of the thermally conductive layers is at least one adjacent other A micro heat exchanger, wherein the micro heat exchanger is connected to three or more elongated apertures of the heat conductive layer.

上記熱伝導層は、銅を含むことを特徴とする請求項３３記載のマイクロ熱交換器。 34. The micro heat exchanger according to claim 33, wherein the heat conductive layer contains copper.

上記窓化された層は、硬ろう付けによって連結されていることを特徴とする請求項３３記載のマイクロ熱交換器。 34. The micro heat exchanger of claim 33, wherein the windowed layers are connected by hard brazing.

上記材料除去プロセスは、等方性エッチングプロセスであることを特徴とする請求項３３記載のマイクロ熱交換器。 34. The micro heat exchanger of claim 33, wherein the material removal process is an isotropic etching process.

上記複数の熱伝導層の数及び厚さは、当該マイクロ熱交換器の圧力降下及び熱抵抗特性を最適化するように選択されていることを特徴とする請求項３３記載のマイクロ熱交換器。 34. The micro heat exchanger of claim 33, wherein the number and thickness of the plurality of heat conducting layers are selected to optimize the pressure drop and thermal resistance characteristics of the micro heat exchanger.

それぞれが材料除去プロセスによって形成された複数の細長いマイクロスケールアパーチャを有する複数の熱伝導層を含むマイクロ構造熱交換器において、
上記複数の細長いマイクロスケールアパーチャは、揃えられており、上記複数の熱伝導層は、連結されてＨＳＶＲＭ構造を構成し、一の上記熱伝導層の各細長いアパーチャは、隣接する他の全ての熱伝導層の１つのみの細長いアパーチャと連結されていることを特徴とするマイクロ熱交換器。 In a microstructure heat exchanger comprising a plurality of heat conducting layers, each having a plurality of elongated microscale apertures formed by a material removal process,
The plurality of elongated microscale apertures are aligned, and the plurality of thermally conductive layers are connected to form an HSVRM structure, and each elongated aperture of one of the thermally conductive layers is adjacent to all other adjacent thermal layers. A micro heat exchanger characterized in that it is connected to only one elongated aperture in the conductive layer.

上記複数の熱伝導層のそれぞれにおいて、上記複数の細長いマイクロスケールアパーチャは、同一であることを特徴とする請求項３８記載のマイクロ熱交換器。 39. The micro heat exchanger of claim 38, wherein the plurality of elongated microscale apertures are the same in each of the plurality of heat conducting layers.

上記材料除去プロセスは、等方性エッチングプロセスであることを特徴とする請求項３８記載のマイクロ熱交換器。 40. The micro heat exchanger of claim 38, wherein the material removal process is an isotropic etching process.

上記窓化された層は、硬ろう付けによって連結されていることを特徴とする請求項３８記載のマイクロ熱交換器。 40. The micro heat exchanger of claim 38, wherein the windowed layers are connected by hard brazing.

上記複数の熱伝導層の数及び厚さは、当該マイクロ熱交換器の圧力降下及び熱抵抗特性を最適化するように選択されていることを特徴とする請求項３８記載のマイクロ熱交換器。 40. The micro heat exchanger of claim 38, wherein the number and thickness of the plurality of heat conducting layers are selected to optimize the pressure drop and thermal resistance characteristics of the micro heat exchanger.

マイクロ構造を有する熱交換器を製造する熱交換器製造方法において、
ａ．材料蒸着プロセスを用いて、熱伝導体を含み、及び複数のマイクロスケールアパーチャを有する複数の窓化された層を形成する工程と、
ｂ．上記複数の窓化された層を連結し、複合マイクロ構造を形成する工程とを有する熱交換器製造方法。 In a heat exchanger manufacturing method for manufacturing a heat exchanger having a microstructure,
a. Forming a plurality of windowed layers comprising a thermal conductor and having a plurality of microscale apertures using a material deposition process;
b. Connecting the plurality of windowed layers to form a composite microstructure.