(57)【要約】  本発明は、閉込め対流沸騰を有する熱交換デバイス(D)に関し、本デバイスは、冷却されるべき素子(T)と接触している基板中のチャネル(2)と、このチャネル中を極性流体が上流端(2.1)から下流端(2.2)に流れており、チャネル(2)中で対流によって流体を特定の流れの方向に移動させる手段と、前記チャネル(2)中で電気湿潤によって流体を移動させるデバイス(8)と、を備え、前記デバイスは、チャネル(2)と冷却されるべき素子(T)の間に置かれている。チャネル(2)は、極性流体に関して低湿潤性を有する内面(9)を備える。その上、電気湿潤に基づいた移動手段は、一連の電極(E1、E2、E3)と、静電力勾配が流体に対して流れの方向に加えられるように電極(E1、E2、E3)に選択的に電位を与える制御手段とを備える。
2013504730.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス(D)であって、
冷却されるべき素子(T)と少なくとも部分的に接触するように意図された基板中の少なくとも1つのチャネル(2)と、
前記チャネル中を表面エネルギーの極性成分が非ゼロである流体(4)が上流端(2.1)から下流端(2.2)に流れるように意図されており、流れの方向を課すチャネル(2)中の対流による前記流体の移動手段と、
前記流体を前記チャネル(2)中で移動させるために前記チャネル(2)と冷却されるべき前記素子(T)の間に置かれた電気湿潤移動デバイス(8)と
を備え、
前記チャネル(2)は、前記極性流体に対して少なくとも部分的に低湿潤性を有する内面(9)を備え、
電気湿潤による前記移動手段は、前記上流端(2.1)と前記下流端(2.2)の間に延びる一連の電極(E)、および前記電極(E)に選択的に電位を与えるための制御手段を備え、
前記制御手段は、静電力勾配が前記流体に対して前記流れの方向に加えられるように前記電極(E)に電位を与える、対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス(D)。
【請求項２】
前記一連の電極(E)が、n個の別々に制御される電極(E1、E2、E3)の一連のグループ(G1、G2、G3)から成り、nが3以上であり、また前記電極(E1、E2、E3)が、前記チャネルの流れの方向を横切る電線の形をとる、請求項1に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス。
【請求項３】
前記一連の電極(E)は、前記電極(E1、E2、E3)が前記流体の流れの方向を横切るトラックのほぼ平行な部分を備えるようにn個の平行トラック(P1、P2、P3)によって形成され、  前記制御手段が、前記n個のトラック(P1、P2、P3)を連続して活動化する、請求項1または2に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス。
【請求項４】
前記n個のトラック(P1、P2、P3)が、幅0.1mmから1mmであり、それらの間の距離が5μmから50μmである、請求項2または3に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス。
【請求項５】
前記制御手段が、前記n個のトラック(P1、P2、P3)を、2Π/nの位相シフトおよび0.1Hzから20Hzの周波数で周期的に活動化する、請求項2から4の一項に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス。
【請求項６】
nが3に等しい、請求項2から5の一項に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス。
【請求項７】
前記電極が、前記流れの方向に直交する方向に対して角度γを形成し、γが、0°≦γ≦45°のようなものである、請求項2から6の一項に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス。
【請求項８】
前記n個の電極が、いくつかの面に分けられている、請求項2から7の一項に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス。
【請求項９】
前記電極が、櫛の形をとり、前記櫛の指部が、前記流れの方向を横切って、互いにかみ合っている、請求項2から8の一項に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス。
【請求項１０】
前記制御手段が、正方形、長方形、三角形、正弦曲線または他の形の位相シフト制御信号を周期的に与える、請求項1から9の一項に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイス。
【請求項１１】
冷却されるべき素子から熱を取り出すための、請求項1から10の一項に記載のデバイスの使用であって、前記デバイスが、冷却されるべき前記素子と接触しているか、前記素子の中に製造されている、使用。
【請求項１２】
電圧信号が前記n個の電極に連続して加えられて三重線静電力勾配を生成し、前記液体の流れの方向への蒸気の移動を助ける、請求項11に記載の使用。
【請求項１３】
前記電極の活動化の周波数が、0.1Hzから20Hzである、請求項12に記載の使用。
【請求項１４】
請求項1から10の一項に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイスの製造方法であって、
a)基板(100)上に第1の電気絶縁層(102)を堆積させるステップと、
b)前記電気絶縁層(102)上に少なくとも1つの導電層(104)を堆積させて電極を形成するステップと、
c)例えば前記導電層(104)をエッチングすることによって、前記少なくとも1つの導電層を構造化して前記電極を形成するステップと、
d)前記導電層(104)上に第2の電気絶縁層(106)を堆積させるステップと、
e)低湿潤性特性を有する膜(108)を前記第2の電気絶縁層(106)上に堆積させるステップと
を含む方法。
【請求項１５】
ステップb)およびc)は、電極が、異なる面内にあるように何回か繰り返される、請求項14に記載の対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイスの製造方法。
【請求項１６】
前記絶縁層を構造化するステップを含む、請求項14または15に記載の熱交換デバイスの製造方法。
【請求項１７】
前記構造化が、ナノビーズによるリソグラフィによって得られる、請求項16に記載の熱交換デバイスの製造方法。
【請求項１８】
前記基板(100)が、鋼から作られ、前記第1の電気絶縁層(102)がSiC/SiO2から作られる、請求項14から17の一項に記載の熱交換デバイスの製造方法。
【請求項１９】
低湿潤性の前記層(108)が、SiOCから作られる、請求項14から18の一項に記載の熱交換デバイスの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、対流閉込め沸騰および改善された効率を有する熱交換デバイスに関し、この熱交換デバイスは、電子部品および熱エネルギーを放散する部品を冷却するために使用することができる。
【背景技術】
【０００２】
沸騰の現象は、熱交換デバイスで使用されることが非常に多い。使用される沸騰状態の型の1つは、対流閉込め沸騰である。この状態で、液体は、前記液体の毛細管長さよりも小さな水力直径（hydraulic diameter）のパイプ中を流れる。
【０００３】
一般に、臨界温度閾値より上で、泡が、チャネルの第1の高温ゾーンの上流で形成される。その後、閉込め効果によって、その泡は押しつぶされ、合体して、ベーパー・ロックを形成する。そのとき、熱は、チャネルの壁に接触している液体のミクロ層を通して主に伝達される。閉じ込められた空間の中で熱伝達が起こるとき、チャネルの壁の早過ぎる乾燥が一般に観察される。この乾燥は、熱交換係数の実質的な減少を引き起こし、したがって冷却されるべき素子の効率低下を引き起こす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
したがって、対流閉込め沸騰状態で、改善された効率で動作する二相性熱交換デバイスを提供することが、本発明の1つの目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前述の目的は、熱交換表面上に形成される乾き線を液体の流れの方向に移動させるように電気湿潤デバイスが使用される熱交換表面によって達成される。このように、この乾き線を液体の流れの方向に移動させることによって、液体は、ダクトの壁に沿って移動させられて、蒸気の排気を助長する。
【０００６】
実際は、マイクロチャネル中の対流沸騰状態では、液体は、例えばポンプによる対流によってマイクロチャネル中を移動させられる。チャネルの入り口では、液体は「冷たく」、液相が支配的な相である。
【０００７】
蒸気泡がマイクロチャネルの表面上に形成される。蒸気泡は数が増える。蒸気泡は、合体し、遂にはマイクロチャネルの中心に充満する。液体の膜だけがチャネルの壁に残っている。そのとき、蒸気が支配的な相である。さらに、このようにして形成された蒸気の消散によって冷却が起こり、この消散は、ポンプによる強制的なやり方で実現される。
【０００８】
本発明によって、冷却は、蒸気消散を改善することによって改善される。これを実現するために、壁にある液体膜に対して対策が取られるが、この液体膜は、チャネルの中心よりも遥かに遅い速度で移動するか、それどころか動かない。乾き線を、もっと具体的に言うと乾き線から上流の液体前面を電気湿潤で下流へ移動させることによって、この膜は、移動させられる。
【０００９】
言い換えると、蒸気消散は、環状の液体膜に移動を与えることによって改善され、この移動がポンプの対流を手助けし、ダクトの下流への蒸気の移動を改善する。
【００１０】
次に、本発明の内容は、主に、対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイスであり、この熱交換デバイスは、冷却されるべき素子と少なくとも部分的に接触するように意図された基板中の少なくとも1つのチャネルと、このチャネル中を表面エネルギーの極性成分が非ゼロである流体が上流端から下流端に流れるように意図されており、流れの方向を課すチャネル中の対流による流体の移動手段と、流体をチャネル中で移動させるためにチャネルと冷却されるべき素子の間に置かれた電気湿潤によって移動させるデバイス(以下、電気湿潤移動デバイス)とを備え、チャネルは、極性流体に対して少なくとも部分的に低湿潤性を有する内面を備え、電気湿潤による前記移動手段は、上流端と下流端の間に延びる一連の電極、および電極に選択的に電位を与えるための制御手段を備え、前記制御手段は、静電力勾配が前記流体に対して流れの方向に加えられるように電極に電位を与える。
【００１１】
一実施形態では、一連の電極は、別々に制御されるn個の電極の一連のグループから成り、nは3以上であり、また前記電極は、チャネルの流れの方向を横切る電線の形をとる。
【００１２】
一連の電極は、電極が液体の流れの方向を横切るほぼ平行なトラック部分を備えるように、n個の平行トラックによって形成されてもよく、制御手段は、n個のトラックを連続して活動化する。
【００１３】
n個のトラックは、例えば、幅0.1mmから1mmであり、それらの間の距離は5μmから50μmである。
【００１４】
有利なことには、制御手段は、n個のトラックを、2Π/nの位相シフトおよび0.1Hzから20Hzの周波数で周期的に活動化する。
【００１５】
nは、例えば、3に等しい。
【００１６】
電極は、流れの方向に直交する方向に対して角度γを形成することができ、γは、0°≦γ≦45°のようなものである。
【００１７】
n個の電極は、いくつかの面に分けられてもよい。
【００１８】
電極は、例えば、櫛の形をとり、その櫛の指部は、流れの方向を横切って、互いにかみ合っている。
【００１９】
制御手段は、正方形、長方形、三角形、正弦曲線または他の形の位相シフト制御信号を周期的に与えることができる。
【００２０】
本発明の内容は、また、冷却されるべき素子から熱を取り出すための、本発明に従ったデバイスの使用であり、前記デバイスは、冷却されるべき前記素子と接触しているか、前記素子の中に製造されている。
【００２１】
電圧信号がn個の電極に連続して加えられて三重線静電力勾配を生成し、液体の流れの方向への蒸気の移動を助ける。
【００２２】
電極の活動化周波数は、0.1Hzから20Hzであってもよい。
【００２３】
本発明の内容は、また、本発明に従った対流閉込め沸騰を有する熱交換デバイスの製造方法であり、本方法は、
a)基板上に第1の電気絶縁層を堆積させるステップと、
b)前記電気絶縁層上に少なくとも1つの導電層を堆積させて電極を形成するステップと、
c)例えば導電層をエッチングすることによって、前記少なくとも1つの導電層を構造化して電極を形成するステップと、
d)導電層上に第2の電気絶縁層を堆積させるステップと、
e)低湿潤性特性を有する膜を第2の電気絶縁層上に堆積させるステップと
を含む。
【００２４】
ステップb)およびc)は、電極が、異なる面内にあるように何回か繰り返されてもよい。
【００２５】
有利なことには、本発明に従った熱交換デバイスの製造方法は、絶縁層を構造化するステップを含む。構造化は、ナノビーズによるリソグラフィで得られることがある。
【００２６】
例えば、基板は、鋼から作られ、また第1の電気絶縁層はSiC/SiO2から作られる。低湿潤性の層は、例えばSiOCから作られる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
本発明は、次の説明および説明図を使用してより適切に理解されるであろう。
【図１】本発明に従った対流閉込め沸騰による熱交換デバイスの例の実施形態を示す概略縦断面図である。
【図２】図1のデバイスを示す横断面図であり、図1のデバイスは、図示された例で3つの平行なチャネルを備えている。
【図３Ａ】図1のデバイスを示す上面図である。
【図３Ｂ】図3Aの詳細図である。
【図４Ａ】本発明に従った熱交換デバイスの製造方法の例の様々なステップを示す概略図である。
【図４Ｂ】本発明に従った熱交換デバイスの製造方法の例の様々なステップを示す概略図である。
【図４Ｃ】本発明に従った熱交換デバイスの製造方法の例の様々なステップを示す概略図である。
【図４Ｄ】本発明に従った熱交換デバイスの製造方法の例の様々なステップを示す概略図である。
【図５Ａ】低湿潤面を示す説明図である。
【図５Ｂ】湿潤面を示す説明図である。
【図６Ａ】印加電圧に従った表面の湿潤性の変化を示すグラフ図である。
【図６Ｂ】印加電圧に従った表面の湿潤性の変化を示すグラフ図である。
【図７Ａ】最新技術のデバイスにおける乾き線のプロファイルを示す図である。
【図７Ｂ】本発明に従ったデバイスにおける乾き線のプロファイルを示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
図1および2に、本発明に従った対流閉込め沸騰による熱交換デバイスDの例の実施形態を見ることができ、本デバイスDは、基板100中に作られて冷却されるべき熱素子Tの長さを走るチャネル2を備えている。図示された例では、チャネルは、冷却されるべき素子Tの長さを走っている。しかし、チャネル2は、冷却されるべき素子Tの中を走るかもしれない。
【００２９】
チャネル2は、液体を対流によって循環路中に流す手段(図示されない)、例えばポンプを備えるその循環路の一部を形成している。チャネル2は、流体が入る上流端2.1および流体が排出される下流端2.2を備える。図示された例では、デバイスDは、3つの平行なチャネル2を備えている。
【００３０】
対流による流体の流れの方向は、矢印Fで表されている。
【００３１】
表面エネルギーの極性成分が非ゼロである流体4は、以下で極性流体と呼ばれ、冷却されるべき素子Tと接触するチャネルのゾーンと接触して気化される前に、循環路中を、特にチャネル2中を方向Fに流れるように意図されている。
【００３２】
本発明に従って、デバイスDは、図示された例では、チャネル2と接触して冷却されるチャネル2の内壁中に位置づけされた電気湿潤移動デバイス8を備える。
【００３３】
電気湿潤移動デバイス8は、チャネル2に沿って電極経路Eを備えている。電極は、液体の流れの方向に対して垂直な電線の形をとる。図示された例では、同じ電極が、電気湿潤による3つの移動手段を3つのチャネル中に形成しているが、これは、決して限定でない。
【００３４】
電極は、電気絶縁層(参照されていない)によって極性液体から絶縁されている。その上、素子Tの側のチャネル2の内面9の少なくとも一部は、極性流体の液相に関して低湿潤性の特性を有している。
【００３５】
図5Aに図示されるように、1滴Gの液体の接触角θが90°よりも大きいとき、表面Sは、前記液体に関して低湿潤性の特性を有している。
【００３６】
図5Bに図示されるように、1滴Gの液体の接触角θが90°よりも小さいとき、表面S’は、前記液体に関して十分な湿潤性の特性を有している。
【００３７】
疎水性膜で覆われた8に等しい比誘電率の絶縁層の、エチレングリコールに関する湿潤性の変化を、図6Bに見ることができる。エチレングリコールは、この疎水性膜に対して95°に等しい接触角を形成する。
【００３８】
電極に加えられる電圧に従った接触角θの変化が、100nmの絶縁層厚さと1000nmの絶縁層厚さに関して図示されている。
【００３９】
2に等しい比誘電率の絶縁層(図6Aに図示される)と比べて、接触角θは、より急速に減少し、電圧が15Vよりも高いときの100nmの絶縁層の場合、電圧が40V以上であるときの厚さ1000nmの絶縁層の場合、ゼロであることが分かる。
【００４０】
水の場合には、疎水性表面という用語が低湿潤性表面について使用され、親水性という用語が湿潤性表面について使用される。簡単にするために、本説明の残りでは、水は非ゼロ極性成分を有する流体であると考えられる。しかし、これは決して限定でなく、流体は、例えばエチレングリコールである可能性がある。
【００４１】
したがって、素子Tの側のチャネル2の内面9の一部は、電位が与えられていないとき疎水性である。
【００４２】
制御手段は、1つまたは複数の電極Eに同時に電位を与えることができる。例えば、制御手段は、スイッチング回路を備え、この回路の閉じることは、決定された電極と電圧源の間の接触を生じさせる。このスイッチング回路は、ある与えられた時間にわたって連続して電極を活動化するようにプログラムされる。
【００４３】
図3Aおよび3Bに、電気湿潤移動デバイス8の例の実施形態を上から見ることができる。
【００４４】
この例で、電気湿潤変位デバイス8は、3つの電極E1、E2、E3の一連のグループG1、G2、G3などを備え、各グループは独立に活動化されるように意図されている。
【００４５】
3つの電極E1、E2、E3は、静電力勾配が流れFの方向に生じるようにする。
【００４６】
図示された例では、3つの電極E1、E2、E3のグループG1、G2、G3などは、3つの隣接する平行伝導トラックから形成されている。図3Aに、デバイスの上面図を見ることができる。この例では、電極E1、E2、E3は、流れの方向に対して傾いている。電極E1、E2、E3は、一般に、流れの方向に垂直な方向に対して0°以上でかつ全ての場合に45°よりも小さな角度γを形成する。
【００４７】
図3Bに、櫛の形をした電極E1、E2、E3の例の実施形態を見ることができる。流れの方向を横切る3つの櫛の歯は、互いにかみ合っている。この構成は、制御手段への電極の接続を簡単にすることができる。その理由は、3つの櫛と制御手段の間に3つの接続を行う必要があるだけだからである。
【００４８】
図示された例の実施形態では、電極E1およびE2は同じ面内にあるが、電極E3は、より高い平行面内にある(図1および2)。この構成は決して限定でない。もちろん、3つの電極は、同じ面内に、または3つの別々の平行面内に位置付けされてもよい。
【００４９】
例えば4または5の3より多い電極のグループが作られるかもしれないが、その有利点は、静電力勾配の離散化を改善すること、および例えば非直線勾配を生成することであろう。
【００５０】
次に、電極の経路Eが、この特定の例では、流れの方向に垂直な平行電極の電線から形成される。
【００５１】
変形として、制御手段に個々に接続された別々の電極があるかもしれない。
【００５２】
本説明の残りで、「電極の活動化」という用語は、電極に電位を与えることに使用される。
【００５３】
制御手段は、電極E1、E2、E3のトラックの各々に活動化電位を与えて、チャネル2中の液体に対する静電力の局所的印加を引き起こす。
【００５４】
例えば、3つの電極の制御信号は、2Π/3だけ位相シフトされてもよく、また周期的であってもよい。制御は、正方形、三角形、正弦曲線または他の信号であってもよい。その上、電極の活動化の周期は、必ずしも同一でない。
【００５５】
これから、この熱交換デバイスの動作を説明する。
【００５６】
導管2の入り口2.1では、液相が支配的である。チャネルと接触して蒸気泡の核が現れ、その後、遊離する泡を形成する。この泡は、流体の対流による流れによって運び去られる。チャネル2中で前に進めば進むほど、泡は数が増す。これらの泡は合体して、液相内に大きな体積の蒸気11を形成する。
【００５７】
ある時、蒸気相の体積が支配的になり、液相は、チャネル2の内面に膜13の形をとって、蒸気相からチャネルを分離している。しかし、この膜13は、連続的でなく、ある場所でチャネル2の内面の一部9に乾き線14が現れ、そこで液体膜が遮断されている。この乾き線14は、液体膜13によって上流および下流へ並べられている。
【００５８】
乾き線14から上流の膜の端15は、この明細書の残りで液体前面と呼ばれる。乾き線と液体前面の間のゾーンは、三重線である。液体前面は、1滴の液体と同等であり、その液体前面の表面エネルギー極性成分は非ゼロであり、さらにその液体前面は、電気湿潤によって移動させることができる。
【００５９】
制御手段は、周期的な位相シフト信号を電極E1、E2、E3に加える。
【００６０】
例えば、電極E1は、時間t1の間活動化され、その後で電極E2が時間t2の間活動化され、その後で電極E3が時間t3の間活動化される。時間t1、t2およびt3は、等しいことがあり、または等しくないことがある。
【００６１】
液体前面15は、次に、電極E1、E2、E3の活動化によって生成された静電力勾配にさらされる。チャネルの内面の一部9の疎水性特性のために、液体前面15は、90°よりも大きな接触角を有する。
【００６２】
動作の説明のために、液体前面15は電極E1の電極線の上に位置していると仮定する(図1)。
【００６３】
したがって、電極E1は、液体前面15の近くに置かれている。制御手段を使用して電極E1が活動化されたとき、この活動化された電極と表面の一部9の間の電圧のかかった誘電体層および疎水性層は、コンデンサとして作用する。
【００６４】
対電極機能は、その他の非活動化電極によって行われる。
【００６５】
隣接する電極E2が次に活動化され、一方で、電極E1はもはや活動化されず、そのとき液体前面15は電極E2の方へ引っ張られる。
【００６６】
次に電極E3が活動化され、一方で、電極E2はもはや活動化されず、そのとき液体前面15は電極E3の方へ引っ張られる。
【００６７】
このように液体前面15は、チャネルに沿って電極E1、E2、E3を連続的に活動化することによって、表面を横切って少しずつ移動させることができる。液体前面15の移動は、対流の力の影響を受けない粘性層でダクトの下流への蒸気の移動を引き起こし、または手助けする。
【００６８】
電極は、流体の流れの方向に、すなわちチャネル2の下流端2.2に向かって活動化されて、液体膜15に移動を与える。この移動は、表面波の伝搬にたとえることができ、この場合、この伝搬は、チャネルの下流端の方への蒸気の排気を改善する。
【００６９】
3つの電極トラックは、乾き線がこれらの3つのトラックと連続して交わるようにほぼ平行である。したがって、これらの3つの隣接するトラックの上での接触角の位相シフト変化は、液体前面15を流れの方向に移動させるようにする。
【００７０】
電極のこの構成は、制御手段と電極の間の接続を簡単にすることができる。というのは、3つの接続が、全電極経路を制御するために必要とされる全てであるからである。その上、ダクトの全長はより高速に走査される。というのは、活動化されたトラックに属する電極の全ての部分に同時に電位が与えられるからである。
【００７１】
留意すべきことであるが、液体前面の位置は統計的なものである。したがって、静電表面波がチャネルの全長に及ぶことが好ましい。
【００７２】
例として、電位が周期的に変化する伝導トラックの電位は、0.1Hzから20Hzの周波数で互いに2Π/3だけ位相シフトされる。そのような周波数は、液体前面15が少なくとも3つの連続する電極に相当する距離を移動するのに十分期間に対応する。液体前面15の速度は、ほぼ1mm/sから80mm/sと推定され、3つの電極が及ぶ距離はほぼ3mmである。
【００７３】
例えば、トラックは、幅0.1mmから1mmであり、5μmから50μmの距離で隔てられている。チャネルの直径は、0.1mmから2mmの間で変化することがある。
【００７４】
明らかに理解されることであるが、液体前面の与えられた方向への移動を可能にする電気湿潤移動デバイスの全ての他の型の構成が適している可能性がある。
【００７５】
各電極が個々に制御される場合、動作は、1および2のデバイスの動作に似ている。しかし、この場合には、一度にただ1つの電極だけが活動化される。
【００７６】
ここで、最新技術の対流沸騰を有する熱交換デバイスでの三重線の形を本発明に従ったデバイスでの三重線の形と比較する。
【００７７】
図7Aに、知られたデバイスでの三重線のプロファイルを見ることができる。三重線の移動は、対流による移動手段だけによっている。
【００７８】
対流沸騰では、液体は、冷却されるべき部分Tから生じる熱の流れによって蒸発する。接触三重線で乾燥が起こるとき、熱伝達は、大きく、このようにして濡れたゾーンよりも大きな蒸発流を生成することができる。したがって液体‐蒸気界面の曲率が変化して、「ミクロ接触角」αと呼ばれる90°以上の接触角の出現をもたらす。したがって、表面張力Fσの水平成分は、距離ΔLにわたって乾燥ゾーンの拡大を引き起こす。
【００７９】
図7Bに、本発明に従ったデバイスでの三重線のプロファイルを見ることができる。表面波を加えることによって、三重接触線は、流れの方向に移動して、ミクロ接触角の出現を妨げる。表面張力Fσの水平成分は、乾燥ゾーンの拡大を引き起こさない。そのとき、乾燥ゾーンは、距離ΔLだけ減少する。
【００８０】
ここで、そのような熱交換デバイスの製造方法を説明する。
【００８１】
例えばアルミニウムまたは銅のような金属、または金属合金、または二酸化ケイ素から作られた基板100が例えば使用される。
【００８２】
有利なことには、基板は、鋼から作られる。
【００８３】
図4Aに図示された第1のステップの間に、電気絶縁層102が基板上に堆積される。この層の目的は、電極の製造に使用される金属層と基板との間の電気絶縁を行うことである。
【００８４】
例えば、電気絶縁層は、SiC、SiN、SiO2またはこれらの材料の組合せから成る。有利なことには、層102は、SiC/SiO2から作られて、先ず第1に基板への満足な付着および第2に電極を形成する伝導層への満足な付着を実現する。
【００８５】
層102の厚さは、冷却されるべき素子と流体の間の熱交換に実質的に影響を及ぼさないほど十分に小さいように選ばれる。例えば、SiC/SiO2の厚さは、おおよそ2〜8の見掛けの比誘電率εの場合、おおよそ100nmから1000nmである。
【００８６】
この層は、PVD型(蒸気相での物理蒸着)またはCVD型(蒸気相での化学蒸着)の従来の真空蒸着法によって堆積されてもよい。
【００８７】
図4Bに図示された次のステップの間に、導電層104が、薄膜の形で電気絶縁層102上に堆積される。伝導層104は、例えば、銅、金、チタン、モリブデンまたは他の伝導材料または合金から作られる。伝導層104は、例えば、厚さ100nmから1000nmである。この層は、PVD型の従来の真空蒸着法によって堆積させることができる。
【００８８】
次のステップ(図示されない)で、電極は構造化される。この構造化は、例えば、層104上に堆積された物理マスクを用いて実現することができる。層104の見える部分が次にエッチングされ、それからマスクが除去される。この構造化をリフトオフ法で実現することも可能であり、すなわち、伝導層104を堆積させる前に光敏感樹脂から作られたマスクが堆積され、その場合このマスクは、電極に望ましい構造のネガである。次に、伝導層104がマスク上に堆積される。次に、このマスクは、例えば溶剤を用いて除去されて、マスク上に堆積された層104のゾーンを取り除く。
【００８９】
層102の蒸着、層104の蒸着、次に層104の電極構造化というこれらの最後の3つのステップは、全く同じやり方で繰り返される。したがって、より下の層104は、例えば、電極E1およびE2を支持するかもしれないし、一方で、より上の層104は、例えば、層E3を支持するかもしれない(図2)。
【００９０】
図4Cに図示された次のステップの間に、第2の電気絶縁層106が、電極上に堆積される。この層106は、第1の層102に似ている。この層106は、同じ材料または異なる材料から作ることができる。
【００９１】
第2の電気絶縁層106は、おおよそ2〜8の見掛けの比誘電率εの場合、厚さ100nmから1000nmである。
【００９２】
図4Dに図示された次のステップで、流体と接触する疎水性層108が堆積される。この層は、例えばSiOCから作られる。この層は、例えば厚さ10nmから100nmである。この層は、PECVD型の従来の真空蒸着法によって堆積される。
【００９３】
この層の表面エネルギー、もっと具体的に言うとこの層の極性成分は、下と上の伝導層104で形成された電極によって課された電界の影響を受けて少し変化し、この変化によって、この層の水‐湿潤特性が疎水性ドメインから親水性ドメインに切り換えられるようになる。上で説明されたように層106によって、40V未満という金属層104の低電圧で、疎水性層108の表面エネルギーを変えるのに十分な電界が表面に生成されるようになる。
【００９４】
有利なことには、疎水性および親水性特性を強めて超親水性および超疎水性特性を達成するために、疎水性層108の堆積より前に第2の絶縁層106の表面の構造化を実現することができる。
【００９５】
この構造化の効果は、電気湿潤力学を高めることである。
【００９６】
層106の構造化の場合には、この層の厚さは、0nmから1000nmに増やすことができる。もしくは、他の絶縁材料の追加の層が、層106上に堆積されてもよい。例えば、厚さ50nmから1000nmの炭素状ダイアモンド(DLC)の形をした炭素の層。例えば、およそ500nmから1000nmの直径のナノビーズによるリソグラフィによって、パターンが、この追加された厚さの層106または新しい層に転写される。この場合に、二酸化ケイ素ビーズの単一層が、ラングミュア・プロジェット法によって堆積されてもよく、またプラズマエッチングは、ビーズのこのマスクを通して被覆層106または追加の層に実現されてもよい。このステップのエッチングによって、層106の上の界面の所までパターンが開けられるようになる。ビーズは、次に、単に超音波によって除去することができる。
【００９７】
本発明は、特に、二相性熱交換器、二相性熱サイフォンおよびヒートパイプの製造に適用される。
【符号の説明】
【００９８】
2  チャネル
2.1  チャネルの上流端
2.2  チャネルの下流端
9  チャネルの内面
13  液体膜
14  乾き線
15  液体前面
100  基板
D  熱交換デバイス
E  電極経路
E1、E2、E3  電極
F  対流による流体の流れの方向
γ  電極と流れの方向に直交する方向の成す角度
G1、G2、G3  電極E1、E2、E3のグループ
S、S´  表面
θ  液体の接触角
302  電気絶縁層
304  導電層
306  第2の電気絶縁層
308  疎水性層
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【国際調査報告】
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