(57)【要約】      （修正有）【課題】熱効率を改善した熱交換システムを提供する。【解決手段】熱生成コンポーネント接触領域を含むヒート・スプレッダ・プレートと、ヒート・スプレッダ・プレートの上に熱伝達流体を導くための複数のマイクロチャネル１０３と、マイクロチャネルの第１の端と対向する端との間に配置された複数の流体入口開口部１１４と、マイクロチャネルの第１の端に配置された複数の第１の流体出口開口部１２４と、マイクロチャネルの対向する端に配置された複数の対向流体出口開口部と、を含む。複数のマイクロチャネルはそれぞれ、他のマイクロチャネルと実質的に平行に延伸している。流体入口開口部と、第１の流体出口開口部と、対向流体出口開口部とは、複数のマイクロチャネルの中を通過する熱伝達流体の任意の流れが、流体入口開口部から外方向に２つの方向での複数のマイクロチャネルのそれぞれの全長に沿った流れを提供する。【選択図】図２
0003179086.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
並列配置される複数のフィンと、前記フィンを横断する方向に延伸する窪んだ溝と、を有するヒートシンクであって、前記フィンが隣接するフィンとの間に、対応する複数のマイクロチャネルを画定しているヒートシンクと、
前記溝に概ね重なる開口部を少なくとも部分的に画定するマニフォールド本体と
を備えている、熱交換システム。
【請求項２】
前記マニフォールド本体と前記溝とは共に、前記マイクロチャネルのそれぞれを、少なくとも一つの他のマイクロチャネルに並列に、液圧式で結合するように構成された入口マニフォールドの一部分を画定する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、ヒートスプレッダを備え、
前記フィンのそれぞれは、前記ヒートスプレッダから延伸し、前記ヒートスプレッダから間隔を置かれた対応する遠位縁を画定し、
前記溝は、複数の前記遠位縁のそれぞれから窪まされる、
請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記窪んだ溝の最下部の範囲は、前記ヒートスプレッダから間隔を置かれる、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記窪んだ溝の最下部の範囲は、前記ヒートスプレッダと実質的に同一平面上にある、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項６】
前記ヒートスプレッダと前記フィンとは、単一の構築物を形成する、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項７】
前記各それぞれの遠位縁は、対応する窪んだ部分を画定し、それにより前記窪んだ溝を画定する、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項８】
前記溝は、前記フィンの第１の端に隣接して配置された第１の溝と、前記フィンの第２の対向する端に隣接して配置された第２の溝とを備え、前記第１の溝と前記第２の溝とは、排出マニフォールドのそれぞれの部分を画定する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項９】
前記窪んだ溝の断面プロフィールは、ｖ字型の切り込みと、半円形と、放射状と、双曲線と、少なくとも１つの実質的にまっすぐな縁を有する切り込みとからなる群のうちの選択された１つ以上のものを備える、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項１０】
各それぞれの窪んだ部分の断面プロフィールは、ｖ字型の切り込みと、半円形と、放射状と、双曲線と、少なくとも１つの実質的にまっすぐな縁を有する切り込みとからなる群のうちの選択された１つ以上のものを備える、請求項７に記載の熱交換システム。
【請求項１１】
前記溝の代表的な深さに対する前記複数のフィンの代表的な高さの比は、約１０：１と約１０：７との間である、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項１２】
前記代表的な深さに対する前記代表的な高さの比は、約３：１と約２：１との間である、請求項１１に記載の熱交換システム。
【請求項１３】
前記マニフォールド本体における前記開口部は、窪んだ領域と、前記窪んだ領域から前記マニフォールド本体を通って延伸するアパーチャとを有する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項１４】
マニフォールド本体における前記窪んだ領域は、前記窪んだ領域の深さを増加させるにつれ減少する少なくとも１つの断面寸法を有する先細りの窪んだ領域である、請求項１３に記載の熱交換システム。
【請求項１５】
前記マニフォールド本体に隣接する前記溝の傾斜は、前記溝に隣接する前記マニフォールド本体における窪んだ領域の傾斜と実質的に途切れない、請求項１３に記載の熱交換システム。
【請求項１６】
前記窪んだ領域と、前記アパーチャと、前記溝とは共に、前記アパーチャの対応する特徴的な長さスケールよりも約１５０％と約２００％との間で大きい特徴的な長さスケールを有する流動遷移を画定する、請求項１３に記載の熱交換システム。
【請求項１７】
前記入口マニフォールドは、前記それぞれのマイクロチャネルの長手方向軸に対して直交方向で前記マイクロチャネルのそれぞれに対して流体の流れを送達するように構成される、請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項１８】
前記複数のフィンにおける前記フィンのそれぞれは、傾斜を付けられた対応する遠位縁を画定する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項１９】
入口プレナムを画定する本体をさらに備え、前記入口プレナムと、前記入口マニフォールドとは共に、前記フィンに対して概ね横断方向で流体流を送達するように構成される、請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項２０】
前記入口マニフォールドは、前記マイクロチャネルのそれぞれに対して流体の衝突流を送達するように構成される、請求項１９に記載の熱交換システム。
【請求項２１】
前記複数のフィンにおける前記フィンのそれぞれは、傾斜をつけられた対応する遠位縁を画定する、請求項２０に記載の熱交換システム。
【請求項２２】
第１の側面を画定する単一の本体をさらに備え、前記入口プレナムの一部分と、前記入口マニフォールドの一部分とは、前記第１の側面からそれぞれ窪まされ、前記単一の本体は、前記第１の側面に対向して配置された第２の側面を画定し、前記第２の側面からの窪みは、ポンプ渦形室を画定し、前記入口プレナムの一部分は、前記ポンプ渦形室に隣接して配置される、請求項１９に記載の熱交換システム。
【請求項２３】
前記ポンプ渦形室を画定する前記窪みは、前記第２の側面に対して実質的に垂直に延伸する長手方向軸を有する実質的に円筒形形状の窪みであり、前記本体は、開口部を画定し、前記開口部は、前記円筒形形状の窪みから概ね接線方向に延伸し、前記入口プレナムに前記ポンプ渦形室を液圧式で結合する、請求項２２に記載の熱交換システム。
【請求項２４】
前記本体は、前記入口マニフォールドの窪みに隣接する第２の窪んだ領域と、前記入口マニフォールドの窪みから前記第２の窪んだ領域を隔離する壁とを画定し、前記マニフォールド本体が、前記マイクロチャネルのそれぞれの各部分に概ね重なる排出マニフォールドを画定するように前記第２の窪んだ領域の一部分を占有するように、前記マニフォールド本体は、前記入口マニフォールドの窪みをまたぎ、前記本体をかみ合うように係合するように構成され、前記複数のマイクロチャネルの各部分は、前記入口開口部／マニフォールドから間隔を置かれる、請求項１９に記載の熱交換システム。
【請求項２５】
並列配置された複数のフィンを有するヒートシンクであって、前記フィンは、隣接するフィンとの間に、対応する複数のマイクロチャネルを画定し、前記フィンのそれぞれが、傾斜をつけられたそれぞれの遠位縁を画定する、ヒートシンクと、
前記傾斜を付けられた遠位縁のそれぞれの少なくとも一部分に重なり、前記マイクロチャネルに対して横断方向で前記マイクロチャネルに対して流体の流れを送達するように構成された開口部を画定するマニフォールド本体と
を備える、熱交換システム。
【請求項２６】
前記ヒートシンクは、ヒートスプレッダを備え、前記フィンのそれぞれは、前記ヒートスプレッダから延伸し、それぞれの傾斜を付けられた対応する遠位縁は、前記ヒートスプレッダから間隔を置かれる、請求項２５に記載の熱交換システム。
【請求項２７】
前記ヒートスプレッダと、前記フィンとは、単一の構築物を形成する、請求項２６に記載の熱交換システム。
【請求項２８】
それぞれの傾斜を付けられた遠位縁と前記スプレッダとの間の距離は、前記それぞれのフィンの高さを画定し、各それぞれのフィンは、第１の端と第２の端とを画定し、前記第１の端と前記第２の端との間で前記ヒートスプレッダに対してスパン方向で長手方向に延伸し、前記複数のフィンの１つ以上のフィンのフィン高は、スパン方向に沿って変化する、請求項２６に記載の熱交換システム。
【請求項２９】
前記マニフォールド本体は、前記遠位縁のそれぞれの少なくとも一部分に押し付ける適合部分を備える、請求項２８に記載の熱交換システム。
【請求項３０】
前記スパン方向に沿ったフィン高の変化は、前記それぞれの遠位縁の非直線的な輪郭を画定し、前記マニフォールド本体の前記適合部分は、前記非直線的な輪郭と概ね適合する、請求項２９に記載の熱交換システム。
【請求項３１】
窪んだ溝が、前記フィンに対して横断方向に延伸し、前記開口部は、前記溝に概ね重なる、請求項２３に記載の熱交換システム。
【請求項３２】
前記各それぞれの遠位縁が、対応する窪んだ部分を画定し、それにより前記窪んだ溝を画定する、請求項３１に記載の熱交換システム。
【請求項３３】
前記溝の代表的な深さに対する前記複数のフィンの代表的な高さの比は、約１０：１と約１０：７との間である、請求項２５に記載の熱交換システム。
【請求項３４】
前記代表的な深さに対する前記代表的な高さの比は、約３：１と約２：１との間である、請求項３３に記載の熱交換システム。
【請求項３５】
前記マニフォールド本体における前記開口部は、窪んだ領域と、前記窪んだ領域から前記マニフォールド本体を通って延伸するアパーチャとを有し、前記窪んだ領域と、前記アパーチャと、前記溝とは共に、前記アパーチャの対応する特徴的な長さスケールよりも約１５０％と約２００％との間で大きい特徴的な長さスケールを有する流動遷移を画定する、請求項３１に記載の熱交換システム。
【請求項３６】
第１の側面と、前記第１の側面と対向する第２の側面とを有する単一の本体をさらに備え、前記本体は、前記第１の側面から窪まされた入口プレナムの一部分と、前記第１の側面から窪まされた入口マニフォールドの一部分とを画定し、前記本体は、前記第２の側面から窪まされたポンプ渦形室をさらに画定し、前記入口プレナムの一部分は、前記ポンプ渦形室に隣接して配置される、請求項２５に記載の熱交換システム。
【請求項３７】
前記ポンプ渦形室を画定する前記窪みは、前記第２の側面に対して実質的に垂直に延伸する長手方向軸を有する実質的に円筒形形状の窪みであり、前記本体は、開口部を画定し、前記開口部は、前記円筒形形状の窪みから概ね接線方向に延伸し、前記第１の側から窪まされた前記入口プレナムの一部分に前記ポンプ渦形室を液圧式で結合する、請求項３６に記載の熱交換システム。
【請求項３８】
前記本体は、前記入口マニフォールドの前記窪んだ部分に隣接した第３の窪んだ領域と、前記入口マニフォールドの前記窪んだ部分から前記第３の窪んだ部分を隔離する壁とを画定し、前記マニフォールド本体が、前記マイクロチャネルのそれぞれの各部分に概ね重なる排出マニフォールドを画定するように前記第３の窪んだ領域の一部分を占有するように、前記マニフォールド本体は、前記入口マニフォールドの前記窪んだ部分をまたぎ、前記本体をかみ合うように係合するように構成され、前記複数のマイクロチャネルの各部分は、前記入口開口部／マニフォールドから間隔を置かれる、請求項３６に記載の熱交換システム。
【請求項３９】
第１の側面と、前記第１の側面に対向して配置された第２の側面と、前記第１の側面と前記第２の側面との間で延伸する、実質的に途切れのない周囲壁と、前記第２の側面から前記第１の側面を概ね隔離する床とを備える、単一の構造物であって、前記第１の側面は、実質的に円筒形形状の窪みを画定し、前記第２の側面は、前記第１の側面によって画定された実質的に円筒形形状の窪みから半径方向外側に配置された領域を有する窪みを画定する、単一の構造物。
【請求項４０】
前記実質的に円筒形形状の窪みと、前記実質的に円筒形形状の窪みから半径方向外側に配置された、前記第２の側面からの前記窪みの一部分との間で延伸するアパーチャをさらに画定する、請求項３９に記載の単一の構造物。
【請求項４１】
前記周囲壁は、周囲窪みを画定し、前記構築物は、前記第１の周囲窪みと前記実質的に円筒形形状の窪みとの間で延伸する、床におけるアパーチャを画定する、請求項３９に記載の単一の構造物。
【請求項４２】
前記周囲壁は、周囲窪みを画定し、前記構築物は、前記周囲窪みと前記第２の側面によって画定された前記窪みとの間で延伸するアパーチャを画定する、請求項３９に記載の単一の構造物。
【請求項４３】
前記周囲壁は、周囲窪みを画定し、前記構築物は、前記周囲窪みと、前記実質的に円筒形形状の窪みから半径方向外側に配置された、前記第２の側面からの前記窪みの一部分との間で延伸するアパーチャを画定する、請求項３９に記載の単一の構造物。
【請求項４４】
前記周囲窪みは、第１の周囲窪みを備え、前記周囲壁は、第２の周囲窪みを画定し、前記構築物は、前記第２の周囲窪みと、前記第２の側面によって画定された前記窪みとの間で延伸するアパーチャを画定する、請求項４１に記載の単一の構造物。
【請求項４５】
前記周囲壁は、第３の周囲窪みを画定し、前記構築物は、前記第３の周囲窪みと、前記実質的に円筒形形状の窪みから半径方向外側に配置された、前記第２の側面からの前記窪みの一部分との間で延伸するアパーチャを画定する、請求項４４に記載の単一の構造物。
【請求項４６】
前記構築物は、筐体を備え、前記実質的に円筒形形状の窪みは、ポンプ渦形室を備え、前記第２の側面からの前記窪みは、プレナムを備える、請求項３９に記載の単一の構造物。
【請求項４７】
前記プレナムは、前記実質的に円筒形形状の窪みから半径方向外側に配置された、前記第２の側面からの前記窪みの一部分によって画定されたヒートシンク入口プレナムを備える、請求項４６に記載の単一の構造物。
【請求項４８】
前記第２の側面からの前記窪みは、ヒートシンク入口マニフォールドの一部分と、ヒートシンク出口マニフォールドの一部分と、ヒートシンク出口マニフォールドの一部分とをさらに備える、請求項４７に記載の単一の構造物。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本考案は、電気機器や他のデバイスから熱エネルギーを受け入れて放散させることによって、それらを冷却する流体熱交換システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
本出願は、２０１２年２月２１日に出願された係属中の米国特許出願第１３／４０１，６１８号と、２０１１年７月２７日に出願された係属中の米国仮特許出願第６１／５１２，３７９号と、２００８年８月１１日に出願された係属中の米国特許出願第１２／１８９，４７６号と、２００７年８月９日に出願された米国仮特許出願第６０／９５４，９８７号とに対する利益と優先権とを主張し、これらの出願は、あらゆる目的で、それらそれぞれの全体が参照によって組み込まれる。
【０００３】
本明細書に開示されるイノベーションおよび関連の対象（まとめて「開示」と呼ばれる）は、概して流体熱交換システムに関する。一部のシステムは、例えば、電子機器を冷却する用途に関連して記載されているが、開示されるイノベーションは、他の様々な用途において使用されてもよい。
【０００４】
流体熱交換器は、電気機器や他のデバイスから熱エネルギーを受け入れて放散させることによって、それらを冷却するために使用される。
【０００５】
流体熱交換器は、それらを通過する流体に対して、熱源からそれらに伝達される熱エネルギーを放散させようとする。
【０００６】
以前に提案された多くの流体熱交換システムの存在にも関わらず、熱性能の改善を提供するように構成された熱交換システムに対する必要性が、残っている。また、さらに詳細には、現存するおよび開発中の小さい形状因子のために構成されたシステムに対する必要性も、残っている。例えば、約２４ｍｍから約２７．５ｍｍの間などの約２７ｍｍ以下の垂直方向のコンポーネント高を有する低プロフィールの熱交換アセンブリ（例えば、ヒートシンクとポンプとの統合されたアセンブリ）に対する必要性が、残っている。流体接続がより少ない統合されたコンポーネントおよびシステムに対する必要性も、残っている。また、統合された熱交換コンポーネントにおける圧力損失が低い流動遷移に対する必要性も、存在している。
【考案の概要】
【考案が解決しようとする課題】
【０００７】
本明細書において開示されるイノベーションは、従来技術における多くの課題を克服し、上記の必要性だけでなく他の必要性にも対処する。本明細書において開示されるイノベーションは、概して、流体熱交換システムに関し、さらに詳細には、そのようなシステムにおけるコンポーネントを統合するための手法に関するが、それらには限られない。例えば、一部のイノベーションは、低プロフィールのポンプ筐体に関する。他のイノベーションは、熱伝達および／または圧力損失の性能の改善を届けるヒートシンク設計に関する。そして、他のイノベーションは、システムコンポーネントを排除しながら、それらそれぞれの機能を維持するための手法に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本明細書において開示されるイノベーションの広範な態様に従って、流体熱交換器が提供され、流体熱交換器は、意図された熱生成コンポーネント接触領域を含むヒート・スプレッダ・プレートと、ヒート・スプレッダ・プレートの上に熱伝達流体を導くための複数のマイクロチャネルとを備える。複数のマイクロチャネルはそれぞれ、第１の端と対向する端とを有し、複数のマイクロチャネルのそれぞれが、それぞれの他のマイクロチャネルと実質的に平行に延伸し、複数のマイクロチャネルのそれぞれは、それらの第１の端とそれらの対向する端との間に、途切れのないチャネル流路を有する。流体熱交換器は、マイクロチャネルの第１の端と対向する端との間に配置された複数の流体入口開口部と、マイクロチャネルの第１の端に配置された複数の第１の流体出口開口部と、マイクロチャネルの対向する端に配置された複数の対向流体出口開口部とを備えている。流体入口開口部と、第１の流体出口開口部と、対向流体出口開口部とは、複数のマイクロチャネルの中を通過する熱伝達流体の任意の流れは、流体入口開口部から外方向に２つの方向での複数のマイクロチャネルのそれぞれの全長に沿った流れを提供する。
【０００９】
開示されるイノベーションの別の広範な態様に従って、熱生成コンポーネントを冷却するための方法が、提供され、方法は、流体熱交換器を提供することを包含し、流体熱交換器は、ヒート・スプレッダ・プレートと、ヒート・スプレッダ・プレートの上に熱伝達流体を導くための複数のマイクロチャネルとを含み、複数のマイクロチャネルはそれぞれ、第１の端と対向する端とを有し、複数のマイクロチャネルのそれぞれは、それらの第１の端とそれらの対向する端との間に、途切れのないチャネル流路を有する。流体熱交換器は、マイクロチャネルの第１の端と対向する端との間に配置された、複数のマイクロチャネルための流体入口開口部と、マイクロチャネルの第１の端に配置された複数の第１の流体出口開口部と、マイクロチャネルの対向する端に配置された複数の対向流体出口開口部とを含む。方法は、熱生成コンポートの上にヒート・スプレッダ・プレートを取り付け、熱生成コンポーネントがヒート・スプレッダ・プレートと接触する熱生成コンポーネント接触領域を作成することと、熱交換流体の流れを流体熱交換器に導入することと、流体入口を通る熱交換流体の流れを複数のマイクロチャネルの中へと促し、最初に、マイクロチャネルの端と端との間のマイクロチャネルの領域に促すことと、熱交換流体の流れを複数の副流（ｓｕｂ−ｆｌｏｗ）にそらすこととを包含する。各流れは、他の流れから離れ、複数の副流のうちの第１の流れは、流体入口から第１の流体出口に向かって流れ、複数の副流のうちの第２の流れは、流体入口から対向する出口に流れる。
【００１０】
開示されるイノベーションの別の広範な態様に従って、熱交換システムが、開示される。
【００１１】
記載される一部の熱交換システムは、並列された複数のフィンを有するヒートシンクを有し、並列されたフィンは、隣接するフィンとの間に、対応する複数のマイクロチャネルを画定する。記載される一部の熱交換システムは、フィンに対して横断方向に延伸している窪んだ溝を有する。マニフォールド本体は、少なくとも部分的には、概ね溝に重なる開口部を画定する。
【００１２】
マニフォールド本体と溝とは共に、入口マニフォールドの一部分を画定することが出来る。入口マニフォールドは、マイクロチャネルのそれぞれをマイクロチャネルの少なくとも他の１つのマイクロチャネルと並列して液圧式で結合するように構成されることが出来る。
【００１３】
ヒートシンクは、ヒートスプレッダを有することが出来、フィンのそれぞれが、ヒートスプレッダから延伸する。フィンとヒートスプレッダとは、一部のヒートシンクの実施形態において、単一の構築物を形成してもよい。フィンのそれぞれは、ヒートスプレッダから間隔を置かれた対応する遠位縁を画定することが出来、溝は、複数の遠位縁のそれぞれから窪まされることが出来る。一部のヒートシンクの実施形態において、窪んだ溝の最下部の範囲は、ヒートスプレッダから間隔を置かれる。他のヒートシンクの実施形態において、窪んだ溝の最下部の範囲は、ヒートスプレッダと実質的に同一の広がりを有する。以下で記載されるように、各それぞれの遠位縁は、対応する窪んだ部分を画定し、それにより、窪んだ溝を画定することが出来る。
【００１４】
一部の実施形態において、窪んだ溝は、フィンの第１の端に隣接して配置された第１の溝と、フィンの第２の対向する端に隣接して配置された第２の溝とを備える。例えば、第１の溝と第２の溝とは、排気マニフォールドのそれぞれの部分を画定してもよい。
【００１５】
窪んだ溝の断面プロフィールは、様々な形状のうちの任意のものを有することが出来る。例えば、一部のヒートシンクの実施形態において、窪んだ溝の断面プロフィールは、ｖ字型の切り込みと、半円形と、放物線と、双曲線と、少なくとも１つの実質的にまっすぐな縁を有する切り込みとからなる群から選択される１つ以上のものを備える。
【００１６】
一部のヒートシンクの実施形態において、溝の代表的な深さに対する複数のフィンの代表的な高さの比は、約１０：１と約１０：７との間である。例えば、代表的な深さに対する代表的な高さの比は、約３：１と約２：１との間であり得る。
【００１７】
マニフォールド本体における開口部は、窪んだ領域と、窪んだ部分からマニフォールド本体を通って延伸するアパーチャとを有することが出来る。一部の例において、マニフォールド本体における窪んだ領域は、窪んだ領域の深さを増加させるにつれて先が細くなる少なくとも１つの断面寸法を有する先細りの窪んだ領域である。マニフォールド本体に隣接した窪んだ溝の傾斜は、溝に隣接したマニフォールド本体における窪んだ領域の傾斜と実質的に途切れがなくてもよい。窪んだ領域と、アパーチャと、溝とは共に、アパーチャの対応する特徴的な長さ尺度よりも約１５０％から約２００％大きい特徴的な長さ尺度を有する流動遷移を画定することが出来る。
【００１８】
本明細書に記載されるタイプのうちの一部の熱交換システムにおいて、入口マニフォールドは、それぞれのマイクロチャネルの長手方向軸に対して横断方向において、マクロチャネルのそれぞれに流体の流れを送達するように構成されることが出来る。一部の熱交換システムは、入口プレナムを画定する本体を有する。入口プレナムと入口マニフォールドとは共に、フィンに対して概ね横断方向に流体流を送達するように構成されることが出来る。例えば、入口マニフォールドは、マイクロチャネルのそれぞれに流体の衝突流を送達するように構成されてもよい。
【００１９】
一部のヒートシンクの実施形態において、複数のフィンにおける各フィンが、対応する傾斜を付けられた遠位縁を画定する。
【００２０】
一部の熱交換システムはまた、第１の側面と第１の側面に対向して配置された第２の側面とを画定する単一の本体を有する。入口プレナムの一部分と入口マニフォールドの一部分とはそれぞれ、第１の側面から窪まされることが出来る。第２の側面からの窪みは、ポンプ渦形室を画定することが出来、第１の側面から窪まされた入口プレナムの一部分は、ポンプ渦形室に隣接して配置されることが出来る。ポンプ渦形室を画定する窪みは、実質的に円筒形形状の窪みであり得、実質的に円筒形形状の窪みは、第２の側面に対して実質的に垂直に延伸する長手方向軸を有する。単一の本体は、円筒形形状の窪みに概ね接線方向に延伸する開口部を画定し、入口プレナムにポンプ渦形室を液圧式で結合することが出来る。
【００２１】
本体は、入口マニフォールドの窪みに隣接した第２の窪んだ領域と、入口マニフォールドの窪みから第２の窪んだ領域を隔離する壁とを画定することが出来る。マニフォールド本体が、マイクロチャネルのそれぞれの各部分に概ね重なる排気マニフォールドを画定するように、第２の窪んだ領域の一部分を占めるように、マニフォールド本体は、入口マニフォールドの窪みをまたぎ、本体をかみ合うように係合するように構成されることが出来る。複数のマイクロチャネルの各部分が、入口マニフォールドから間隔を置かれることが出来る。
【００２２】
開示されるイノベーションのさらに別の広範な態様に従って、記載される一部の熱交換システムは、隣接するフィンの間に、対応する複数のマイクロチャネルを画定する複数の並列されたフィンを有するヒートシンクを有する。フィンのそれぞれは、それぞれの傾斜を付けられた遠位縁を画定することが出来る。マニフォールド本体は、傾斜を付けられた遠位縁のそれぞれの少なくとも一部分に重なり、マイクロチャネルに対して横断方向にマイクロチャネルに流体の流れを送達するように構成された開口部を画定することが出来る。
【００２３】
それぞれの傾斜を付けられた遠位縁とヒートスプレッダとの間の距離が、それぞれのフィンの高さを画定することが出来る。各それぞれのフィンは、第１の端と第２の端とを画定し、第１の端と第２の端との間で、ヒートスプレッダに対してスパン方向において長手方向に延伸することが出来る。複数のフィンのうちの１つ以上のそれぞれのフィンの高さは、スパン方向に沿って異なり得る。マニフォールド本体は、遠位縁のそれぞれの少なくとも一部分に押し付ける適合部分を有することが出来る。例えば、スパン方向に沿ったフィン高の変化は、それぞれの遠位縁の非直線的な輪郭を画定することが出来、マニフォールド本体の適合部分は、非直線的な輪郭に概ね適合することが出来る。
【００２４】
窪んだ溝は、フィンに対して横断方向に延伸することが出来、開口部は、溝に概ね重なることが出来る。各それぞれの遠位縁は、対応する窪んだ部分を画定し、それにより窪んだ溝を画定することが出来る。
【００２５】
溝の代表的な深さに対する複数のフィンの代表的な高さの比は、約１０：１と約１０：７との間である。例えば、代表的な深さに対する代表的な高さの比は、約３：１と約２：１との間であり得る。
【００２６】
開示されるイノベーションの別の広範な態様に従って、単一の構築物が、記載される。例えば、単一の構築物は、第１の側面と、第１の側面に対向して配置される第２の側面と、第１の側面と第２の側面との間に延伸する実質的に途切れのない周囲壁とを有することが出来る。床は、第２の側面から第１の側面を概ね隔離することが出来る。第１の側面は、実質的に円筒形形状の窪みを画定することが出来、第２の側面は、第１の側面によって画定された実質的に円筒形形状の窪みの半径方向外側に配置された領域を有する窪みを画定することが出来る。
【００２７】
一部の例において、単一の構築物が、実質的に円筒形形状の窪みと、実質的に円筒形形状の窪みの半径方向外側に配置された、第２の側面からの窪みの一部分との間を延伸するアパーチャを画定することが出来る。
【００２８】
周囲壁は、１つ以上の周囲窪みを画定することが出来る。構築物は、周囲窪みのうちの１つと実質的に円筒形形状の窪みとの間で延伸する、床におけるアパーチャを画定することが出来る。構築物は、周囲窪みのうちの１つと第２の側面によって画定された窪みとの間で延伸するアパーチャを画定することが出来る。構築物は、周囲窪みのうちの１つと、実質的に円筒形形状の窪みの半径方向外側に配置された、第２の側面からの窪みの一部分との間で延伸するアパーチャを画定することが出来る。
【００２９】
１つ以上の周囲窪みは、第１の周囲窪みと第２の周囲窪みとを含み得る。構築物は、第２の周囲窪みと第２の側面によって画定された窪みとの間で延伸するアパーチャを画定し得る。周囲壁もまた、第３の周囲窪みを画定し得、構築物は、第３の窪みと、実質的に円筒形形状の窪みの半径方向外側に配置された第２の側面からの窪みの一部分との間で延伸するアパーチャを画定し得る。
【００３０】
構築物の一部の実施形態は、概して筐体を画定する。実質的に円筒形形状の窪みは、ポンプ渦形室を画定し得、第２の側面からの窪みは、プレナムを画定し得る。プレナムは、実質的に円筒形形状の窪みの半径方向外側に配置された第２の側面からの窪みの一部分によって画定されたヒートシンク入口プレナムであり得る。第２の側面からの窪みは、ヒートシンク入口マニフォールドの一部分と、ヒートシンク出口マニフォールドの一部分と、ヒートシンク出口マニフォールドの一部分とを画定することが出来る。
【００３１】
他の革新的な態様が、以下の詳細な記載から当業者には容易に明らかとなることが、理解されるべきであり、様々な実施形態は、例示として示されたり記載されたりされる。十分に理解されるように、他の実施形態や異なる実施形態が、可能であり、いくつかの詳細は、全て、本明細書に開示された原理の精神や範囲を逸脱することなく、様々な他の箇所において改変することが出来る。
【００３２】
従って、図面や詳細な記載は、実際に例示と考えられるべきであり、限定と考えられるべきではない。
【考案の効果】
【００３３】
本考案によれば、従来技術における多くの課題を克服できる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】循環可能な作動流体を用いて１つの領域から別の領域に熱を伝達するように構成された流体回路を示す図である。
【図２】内部コンポーネントを見ることを容易にするために切り取られた上部キャップを有する流体熱交換器の平面図である。
【図３】図２の線Ｉ−Ｉに沿った断面図である。
【図４】図２の線ＩＩ−ＩＩに沿った断面図である。
【図５】別の流体熱交換器の分解斜視図である。
【図６】上部キャップを取り外されて組み立てられた図５に示された流体熱交換器の平面図である。
【図７】統合されたポンプと熱交換器とのアセンブリの実施形態の分解図である。
【図８】図７に示された統合された筐体とポンプインペラとの分解されたサブアセンブリの等角図である。
【図９】図７および図８に示された統合された筐体の上からの部分断面図である。
【図１０】流体の流路を破線で示す、図７、図８、および図９に示された統合された筐体の下からの等角図である。
【図１１】図７に示されたヒートシンクと統合された筐体とマニフォールド挿入物とを備えるサブアセンブリの分解図である。
【図１２】図７および図１１に示された挿入物の上からの等角図を説明する。
【図１３】図７に示されたヒートシンクの等角図である。
【図１３Ａ】図１３に示されたヒートシンクの一部分の拡大図である。
【図１４】図７に示されたヒートシンクの別の実施形態の等角図である。
【図１４Ａ】図１４に示されたヒートシンクの一部分の拡大図である。
【図１５】図７に示されたヒートシンクの典型的な断面図、例えば、図１３または図１４における切断線１５−１５に沿って取られたヒートシンクの典型的な断面図である。
【図１６】傾斜を付けられたフィンの例を説明する図である。
【図１７】鈍いフィンの例を説明する図である。
【図１８Ａ】図１４における切断線１８−１８に沿って取られたフィンにおけるｖ字型の横断方向の溝を有するヒートシンクの断面図である。
【図１８Ｂ】図１４における切断線１８−１８に沿って取られたフィンにおける概ね放射線状の横断方向の溝を有するヒートシンクの断面図である。
【図１９】図１２に示されたマニフォールド挿入物が、ヒートシンクのフィンに重なっている、図１８Ａに示されたヒートシンクの断面図である。
【図１９Ａ】ヒートシンクのフィンに重なっている図１２に示されたマニフォールド挿入物を有する、図１８Ａに示されたヒートシンクの断面図である。
【図１９Ｂ】横断方向の溝を画定し、ヒートシンクのフィンに重なっている図１２に示されたマニフォールド挿入物を有するヒートシンクの別の断面図である。
【考案を実施するための形態】
【００３５】
以下、図面を参照して実施形態を説明する。なお、特に断りがない場合には、添付の図面は、本明細書に記載される革新的な対象の態様を説明する。同じ参照符号がいくつかの図を通して同様な部分を示す図面を参照して、本開示の原理のいくつかの態様が、限定としてではなく例として、図面において詳細に説明される。
【００３６】
以下で、特定の例を参照することによって、熱交換システムに関する様々な革新的な原理を記載する。しかしながら、開示される原理の１つ以上が、様々な対応するシステムの特徴の任意のものを達成するために様々なシステム構成に組み込まれ得る。添付の図面と関連して以下で述べられる詳細な記載は、様々な実施形態の記載として意図され、本考案者によって企図される実施形態だけを表すことを意図していない。詳細な記載は、本明細書において開示される原理の包括的な理解を提供する目的で特定の詳細を含む。しかしながら、実用新案登録請求される考案のうちの１つ以上が、説明される詳細の１つ以上を伴うことなく実施され得ることが、本開示を検討した後には当業者には明らかである。
【００３７】
言い換えると、特定の構成、特定の用途、または特定の用法に関して記載されるシステムは、本明細書において開示される革新的な原理のうちの１つ以上を組み込むシステムの単なる例示であり、開示される原理の１つ以上の革新的な態様を説明するために使用される。従って、本明細書において考察される特定の例とは異なる性質を有する熱交換システムが、革新的な原理のうちの１つ以上を実現することが出来、例えば、データセンタにおけるコンポーネント、レーザコンポーネント、発光ダイオード、化学反応、光電池、太陽熱収集器、電子コンポーネント、電子工学機器、オプトエレクトロニクス機器（例えば、スイッチにおいて使用される）、および現在公知であるか、または今後開発される様々な他の産業デバイス、軍事デバイス、消費者デバイスに熱を伝達したり、それらから熱を伝達したりするために、本明細書において詳細には記載されていない用途において使用されてもよい。従って、このような代替えの実施形態もまた、本開示の範囲内に該当する。
【００３８】
［流体回路］
図１の概略図は、開示される流体ベースの熱交換システムの間で共通するいくつかの機能的な特徴を示す。例えば、流体回路１０は、熱源（図１には示されていない）から熱を吸収するように構成された第１の熱交換器１１と、回路１０から熱を排出するように構成された第２の熱交換器１２とを有する。図１に示されるように、作動流体または冷却剤は、第１の熱交換器における作動流体によって吸収されたエネルギーを第２の熱交換器１２に搬送するために熱交換器１１と熱交換器１２との間で循環することが出来、第２の熱交換器１２において、エネルギーが、流体から排出されることが出来る。熱交換器１１および熱交換器１２のうちの一方または両方が、マイクロチャネル熱交換器であり得る。
【００３９】
本明細書において使用されるように、「マイクロチャネル」は、約１ｍｍ未満、例えば、約０．１ｍｍまたは十分の数ミリメートルなどである少なくとも１つの主寸法（例えば、チャネル幅）を有する流体導管またはチャネルを意味する。
【００４０】
本明細書において使用されるように、「流体の」は、流体（例えば、気体、液体、液相と気相との混合物など）を意味するか、それらに関する。従って、「流体的に結合された」２つの領域は、その領域間の圧力の勾配に応じて、その領域のうちの一方から他方の領域に流体が流れることを可能にするように互いに結合される。
【００４１】
本明細書において使用されるように、「作動流体」および「冷却剤」という用語は、交換可能であり、作動流体の多くの処方が、可能であるが、一般的な処方は、蒸留水と、エチレングリコールと、プロピレングリコールと、それらの混合物とを含む。
【００４２】
本明細書において使用されるように、「ヒートシンク」および「熱交換器」という用語は、交換可能であり、対流（すなわち、伝導と移流との組み合わせ）熱伝達を介して、流体からエネルギーを伝達したり、流体にエネルギーを伝達したりするように構成されたデバイスを意味する。
【００４３】
再び図１を参照すると、作動流体は、典型的には（時には、説明を簡単にするために図１からは省略された入口プレナムを通過した後で）、第１のマニフォールド１３に入る。マニフォールド１３から、流体は、熱伝達表面、例えば、熱交換器１１における壁から作動流体に熱を伝達するように構成された複数の流体通路１４の間で分配され得る。以下で記載される例などの一部の実施形態において、流体通路１４は、マイクロチャネルとして構成され、壁は、延伸された熱伝達表面またはフィンとして構成される。
【００４４】
回路１０の動作の間、エネルギーは、第１の熱交換器の壁から通路１４の中の隣接する流体粒子の中に伝導（例えば、拡散）し、隣接する流体粒子は、壁から運び去られるか、移流させられ、壁から吸収されたエネルギーを搬送する。運び去られた粒子は、他の粒子、通常は、より冷たい流体粒子と入れ替えられ、それらの流体粒子は、（例えば、それらの温度が、通常、より低いことによって）壁からエネルギーをさらに容易に吸収する。伝導と移流とのこのような組み合わせ（すなわち、対流）は、比較的に高い熱流速を有するデバイス、例えば、電子デバイスなどを冷却するための効果的な手法を提供する。
【００４５】
第１の熱交換器１１において複数の通路１４を通過した後、加熱された作動流体は、排出マニフォールド１５に集まり、第２の熱交換器１２に進み、作動流体と共に、第１の熱交換器１１から吸収されたエネルギーを搬送する。加熱された流体が、第２の熱交換器１２を通過すると、エネルギーは、上で記載されたものと同様な対流プロセスを介して、（例えば、別の作動流体、例えば、空気または建物の上水道などに）流体から排出される。冷却された作動流体は、第２の熱交換器から、ポンプ１６を通過し、第１の熱交換器１１に戻る。
【００４６】
図１における破線の箱は、回路１０のいくつかの機能コンポーネントが、単一のサブアセンブリに統合されてもよいことを示す。例として、サブアセンブリ２０は、ポンプ１６、マニフォールド１３、１５、通路１４だけでなく、例えば、ポンプとマニフォールド１３との間の導管も含む。入口２１と出口２２とが、サブアセンブリ２０を第２の熱交換器１２に動作可能に結合する。このようなサブアセンブリ２０の実用的な実施形態が、図７以下に関して記載される。
【００４７】
本明細書において記載される革新的な特徴のそれぞれが、第１の熱交換器１１、第２の熱交換器１２、または両方に関して、単一でか、組み合わせでかのいずれかで組み込まれてもよい。
【００４８】
［熱交換器の実施例］
図２から図４を参照すると、流体熱交換器１００が、示される。流体熱交換器１００は、ヒート・スプレッダ・プレート１０２と、壁１１０の間に画定された流体マイクロチャネル１０３の配列物と、流体入口通路１０４と、流体出口通路１０６とを含む。筐体１０９は、ヒートシンクの外側境界を形成し、流体通路１０４、１０６を画定するように、ヒート・スプレッダ・プレート１０２と共に働く。
【００４９】
図３と図４とに示されているように、使用する際に、熱交換器１００は、電子デバイスなどの熱源１０７に結合される。熱源は、例えば、マイクロチップまたは集積回路を含むが、それらには限定されない。熱交換器は、熱交換器と熱源との間に配置された熱界面材料によって、熱源の表面に直接的に結合することによって、または熱源と流体熱交換器の少なくともヒート・スプレッダ・プレート１０２とを一体で形成することによって熱源に熱的に結合されてもよい。熱交換器１００は、様々な形態や形状を取り得るが、ヒート・スプレッダ・プレート１０２は、熱源１０７からの熱エネルギーを受け入れるように形成される。ヒート・スプレッダ・プレート１０２は、それの上の既知の場所に配置された意図された熱生成コンポーネント接触領域１０２ｂを含む。説明される実施形態において、ヒート・スプレッダ・プレート１０２は、領域１０２ｂにおいて突起を含み、突起は、熱源に対するヒート・スプレッダ・プレートの配置を制御するが、そのような突起は、含まれる必要はない。ヒート・スプレッダ・プレート１０２は、所望の場合には、熱伝達を容易にし、そして制御するためにより導電性の材料の部分を含んでもよい。いずれにしても、ヒート・スプレッダ・プレートは、通常はヒート・スプレッダ・プレートの縁に対して中央に配置される領域１０２ｂにおいて熱源の上にはめ込んで熱的に連絡するように形成される。
【００５０】
マイクロチャネル１０３は、流体が、ヒート・スプレッダ・プレート１０２と壁１１０とに沿って動き、それらからの熱エネルギーを受け入れて放散することが出来るように、熱交換流体の流れがマイクロチャネルを通過することを受け入れて可能にするように形成される。説明される実施形態において、マイクロチャネル１０３は、ヒート・スプレッダ・プレートからの熱エネルギーを受け入れるようにヒート・スプレッダ・プレートに熱的に結合された壁１１０によって画定される。例えば、ヒート・スプレッダ・プレート１０２は、内側に向いた上表面１０２ａを含み得、複数のマイクロチャネルの壁１１０は、そこから上方向に延伸してもよく、それにより、上表面１０２ａとマイクロチャネルの壁１１０との間に画定されるチャネル範囲は、流体の流路を形成するように流体を向けるか、導く。チャネル範囲は、開いているか、金属、シリコンフォーム、焼結金属などのような熱伝導性の多孔性材料で満たされるかであり得る。熱伝導性の多孔性材料は、チャネルを通る流れを可能にするが、蛇行した流路を形成する。
【００５１】
表面１０２ａとマイクロチャネルの壁１１０とは、流体が、ヒート・スプレッダ・プレートに結合された熱源を冷却するために、ヒート・スプレッダ・プレートからの熱エネルギーの交換を受けることを可能にする。上表面１０２ａと壁１１０とは、チャネル１０３を通過する流体に対する熱源１０７からの熱伝達を可能にするために高い熱伝導性を有する。チャネル１０３を形成する表面は、滑らかで硬く、焼結金属および／または金属、もしくはシリコンフォームなどの多孔性構造で形成されるか、ざらざらにされているかであってもよく、例えば、特定の場所から流体を収集するか通さないかであるように、または選択された流体流の性質を形成するように設計されたトラフおよび／またはクレストを含む。対面するマイクロチャネルの壁１１０は、示されるように、平行な構成で構成されてもよく、または流体が、流体経路に沿ってマイクロチャネルの壁１１０の間を流れることが出来るならば、別の方法で形成されてもよい。マイクロチャネルの壁１１０は、代替え的には、所望の流れ、熱交換などの様々な要因に従って、任意の他の適切な構成で構成されてもよいことが、当業者には明らかである。例えば、溝が、マイクロチャネルの壁１１０の一部分間に形成されてもよい。概して、マイクロチャネルの壁１１０は、望ましくは、それらの間に画定されるチャネル１０３を通って流れる流体の圧力低下または差動を減少させようとするか、可能であれば最小化しようとする寸法および性質を有し得る。
【００５２】
マイクロチャネルの壁１１０は、熱源１０７の出力、所望の冷却効果などに従って、２０ミクロンから１ミリメートルの範囲内の幅寸法と１００ミクロンから５ミリメートルの範囲内の高さ寸法とを有し得る。マイクロチャネルの壁１１０は、熱源の寸法および熱源からの熱流速密度に従って、１００ミクロンと数センチメートルと間の範囲である長さ寸法を有し得る。一実施形態において、壁１１０は、領域１０２ｂを完全に通過するヒート・スプレッダ・プレートの全長寸法（幅寸法であってもよい）を延伸する。これらは、例示的な寸法であり、もちろん、他のマイクロチャネルの壁寸法が、可能である。マイクロチャネルの壁１１０は、熱源１０７の出力に従って、他の隔離寸法も企図されるが、２０ミクロンから１ミリメートルの隔離寸法範囲だけ間隔を置かれてもよい。
【００５３】
他の微小孔性チャネルの構成が、マイクロチャネルの代わりに、またはマイクロチャネルと共に使用されてもよい。他の微小孔性チャネルの構成は、例えば、ヒート・スプレッダ・プレートの上表面から上方向に延伸する一連の柱、フィン、または波形物など、またはフォームまたは焼結表面によって形成された蛇行したチャネルなどである。
【００５４】
流体熱交換器１００は、流体入口通路１０４をさらに含み、流体入口通路１０４は、説明される実施形態において、ヘッダ１１２に対する筐体開口部を通るポート１１１と、その先に、微小孔性流体チャネル１０３に対する流体入口開口部１１４とを含む。
【００５５】
［流体の分配］
ポートとヘッダとは、様々な方法と様々な構成で形成されることが出来る。例えば、ポート１１１は、所望に応じて、示されているように熱交換器の上部領域に配置されるか、熱交換器の側部領域に配置されるか、熱交換器の端領域に配置されるかであってもよい。ポート１１１とヘッダ１１２とは、概して、流体の質量流が、開口部１１４を実質的に制限することなく連絡されることが出来るように、開口部１１４よりも大きい断面積のものである。
【００５６】
単一の流体開口部１１４だけが、示されているが、ヘッダから流体マイクロチャネル１０３への連絡を提供する１つ以上の流体入口開口部が、存在してもよい。
【００５７】
流体入口開口部１１４は、開口部を通過する流体が、ｘ軸に対して平行に延伸するチャネルの軸方向の長さに沿って向けられる前に、表面１０２ａに向かって壁１１０の間を通過してもよいように、ヒート・スプレッダ・プレートに対向してマイクロチャネル１０３に対して開いてもよい。ほとんどの取り付けでは、重力、熱交換器１００のコンポーネントに基づいて決定されるので、ヒート・スプレッダ・プレートを最下部に配置するので、流体が、表面１０２ａの面に対して直行する方向で表面１０２ａに向かって、開口部１１４を通って下りチャネルの中に流れ、そして、次に、表面１０２ａとｘ軸とに対して実質的に平行にチャネル１０３の長さに沿って進む方向に変わってもよいように、流体入口開口部１１４は、概して、マイクロチャネル１０３の上に配置されると記載されることが出来る。このような方向の変化は、表面１０２ａに対する流体の衝突によって行われる。
【００５８】
流体入口開口部１１４は、既知の意図された熱生成コンポーネント接触領域１０２ｂに隣接して配置されてもよい。なぜならば、ヒート・スプレッダ・プレートのこの領域は、プレート１０２上の他の領域よりも大きい熱エネルギー入力に曝され得るからである。領域１０２ｂに隣接して流体入口開口部を配置することは、熱交換器の最も熱い領域に最初にそして直接的に新しい熱交換流体を導入しようとすることである。開口部１１４が、ヒートプレート上の意図された熱生成コンポーネント接触領域１０２ｂに隣接して、例えば、それと直交するように対向して、またはそれの上に通常設置している構成に応じて配置されてもよいように、開口部１１４の配置、配列、および／または寸法は、領域１０２ｂの配置を考慮して決定されてもよい。冷却される熱生成コンポーネントと直接連絡している領域に対して最初に新しい流体を送達することは、接触領域だけでなく接触領域から離れたヒート・スプレッダ・プレートの範囲を均一な温度にしようとするものである。
【００５９】
説明される実施形態において、開口部１１４は、領域１０２ｂの中心、例えば、幾何学的中心の上に整列された幾何学的中心を有するように配置される。プレートの周囲縁に対して実質的に中心においてプレートに配置される熱生成コンポーネントを取り付けられるヒートシンク・スプレッダ・プレートを意図し、可能であれば形成することによって構築および取り付けを容易にし得、そして次に、開口部１１４もまた、ヒート・スプレッダ・プレートの周囲縁に対して実質的に中心に幾何学的な中心を有して配置され得ることを留意されたい。このようにして、開口部１１４とヒート・スプレッダ・プレートと熱生成コンポーネントとのそれぞれの幾何学的な中心点は全て、Ｃにおいて、実質的に整列され得る。
【００６０】
開口部１１４は、熱交換流体が流れることが所望される任意のチャネル１０３の上に延伸してもよい。開口部１１４は、所望に応じて、流体流の特徴、開いた範囲などを提供するために、例えば、様々な形状、様々な幅、（平面または断面において）まっすぐな縁または湾曲した縁を含む様々な形態を取ってもよい。
【００６１】
熱交換器１００はさらに、説明される実施形態においては、微小孔性流体チャネル１０３からの１つ以上の流体出口開口部１２４と、ヘッダ１２６と、筐体から開いている出口ポート１２８とを含む流体出口通路１０６を含む。２つの流体出口開口部１２４が、示されているが、流体チャネル１０３からヘッダへの連絡を提供する１つ以上の流体出口開口部が、存在すればよい。
【００６２】
ポートとヘッダとは、様々な方法で様々な構成で形成されることが出来る。例えば、ポート１２８は、所望に応じて、示されているように熱交換器の上部領域に配置されるか、熱交換器の側部領域に配置されるか、熱交換器の端領域に配置されるかであってもよい。
【００６３】
流体出口開口部１２４は、マイクロチャネル１０３の端に配置されてもよい。あるいは、またはさらに、示されているように、流体出口開口部１２４は、チャネルを通過する流体が、壁１１０の間のチャネルの長さに沿って軸方向に通過し、そして次に、開口部１２４を通って出るように、表面１０２ａから離れるように通り、壁１１０の間から出るように方向を変えるように、ヒート・スプレッダ・プレート１０２に対向する開口部を作成してもよい。ほとんどの取り付けでは、重力、熱交換器１００のコンポーネントに基づいて決定されるように、ヒート・スプレッダ・プレートを最下部に配置するので、流体が、開口部１２４を通って上方向にチャネルから流れてもよいように、流体出口開口部１２４は、概して、マイクロチャネル１０３の上に配置される。
【００６４】
流体出口開口部１２４は、流体が、マイクロチャネルを出る前に熱交換が起こるチャネル１０３の長さの少なくとも一部分を通過させられるように、流体入口開口部１１４から間隔を置かれてもよい。概して、流体出口開口部１２４は、既知の意図された熱生成コンポーネント接触領域１０２ｂから間隔を置かれてもよい。
【００６５】
熱交換器１００は、ヒート・スプレッダ・プレート１０２の周囲縁に対して概ね中央に、従って、チャネルの端１０３ａに対して概ね中央に配置される熱源１０７を設置されることを意図される説明される実施形態において、開口部１２４は、チャネルの端１０３ａに配置されるか、それに隣接して配置されるかであってもよい。
【００６６】
少なくとも１つの開口部１２４は、熱交換流体が流れることが所望される任意のチャネル１０３の上に延伸する。開口部１２４は、所望に応じて、流体流の特徴、開いた範囲などを提供するために、例えば、様々な形状、様々な幅、（平面または断面において）まっすぐな縁または湾曲した縁を含む様々な形態を取ってもよい。
【００６７】
流体入口開口部１１４は、マイクロチャネルの端から離れて開いていてもよく、例えばマイクロチャネルの端間のマイクロチャネルの長さに沿って開いていてもよい。このようにして、流体が、チャネルの一端に導入されて流体がチャネルの全長を流れることを可能にするのではなく、途切れのないチャネル１０３の中間の領域に導入される。説明される実施形態において、熱交換器１００は、ヒート・スプレッダ・プレート１０２の周囲縁に対して概ね中央に配置された熱源１０７を設置されることを意図される。従って、説明される実施形態において、開口部１１４は、ヒートプレート１０２の縁に対して概ね中心に配置される。説明される実施形態において、チャネルは、ヒートプレートの対向する側の周囲縁の間でヒートプレートの長さに沿って実質的に途切れることなく延伸するので、開口部１１４は、各チャネルの端１０３ａの間で概ね中央で開く。例えば、開口部１１４は、熱交換器の中間５０％、または可能であれば熱交換器の中間２０％に配置されてもよい。チャネルの残りの長さを通過する前に、最初に、熱生成コンポーネントがヒート・スプレッダ・プレートと直接連絡している中央の領域に新しい流体を送達することは、領域１０２ｂだけでなく意図された設置位置に隣接するヒート・スプレッダ・プレートの範囲も均一な温度にしようとすることである。マイクロチャネルの中間の領域に沿った領域に流体を導入し、その後、それぞれがチャネルの端に配置される一対の出口に向かって入口から外方向に通すために、流れが２つの副流に分かれることは、流体が各チャネルの全長に沿って通った場合に作り出される圧力低下よりもチャネルに沿って通る流体の圧力低下を減少させる。入口質量流の約半分だけがマイクロチャネルの任意の特定の領域に沿って通ることを可能にするために流体流を分けることは、背圧と流れ抵抗とをあまり作らず、チャネルを通る流体流をより速くすることを可能にし、そして、熱交換器を通って流体を動かすために必要とされるポンプ力を少なくする。
【００６８】
使用の際、ヒート・スプレッダ・プレート１０２は、領域１０２ｂにおいて熱源１０７と熱的に連絡して配置される。熱源１０７によって生成される熱は、ヒート・スプレッダ・プレート１０２を通って上り、表面１０２ａと壁１１０とに伝導される。矢印Ｆによって示されるように、熱交換流体は、ポート１１１を通って流体熱交換器に入り、ヘッダ１１２の中を通って開口部１１４を通過する。熱交換流体は、次に、壁１１０の間を通って下り、チャネル１０３の中を進む。チャネル１０３の中で、流体は、壁１１０と表面１０２ａとからの熱エネルギーを受け入れる。熱交換流体は、チャネルの中を下って通った後、出口開口部１２４に向かってチャネルの端１０３ａに向けられるように表面１０２ａに衝突する。そうする際に、説明される実施形態において、流体は、概して、２つの副流に分かれ、２つの副流は、互いから離れるように、そして、入口１１４から離れるように、マイクロチャネルの端における開口部１２４に向かって動く。チャネルを通過する流体は、特に、熱源と直接接触する領域、例えば、説明される実施形態においてはヒート・スプレッダ・プレートの中央領域の上を通るときに加熱される。加熱された流体は、開口部１２４から出てヘッダの中を通り、その後、ポート１２８を通過する。加熱された流体は、循環してポート１１１に戻される前に熱エネルギーが取り除かれるヒートシンクを通って循環する。
【００６９】
開口部１１４および開口部１２４の特有の相対的な位置およびサイズが、他の位置やサイズと比較すると、熱交換器１００を通過する流体において生成される圧力低下を減少させながら、流体が熱交換チャネル１０３を通って循環することを可能にし得る。例えば、説明される実施形態において、出口開口部１２４の中央領域１２４ａは、縁におけるチャネルと比較して中央に配置されたチャネルからの大きくされた出口領域を提供するように扇形にされる。この形状が、熱交換器の側面に対して中央に配置された一部のチャネル１０３からの出口開口部が、縁に近い他のチャネルからの出口開口部よりも大きくする。これが、より中央に配置されたチャネルを通って流れる流体が、そこを流れるためには抵抗をあまり受けず、ヒート・スプレッダ・プレート１０２上の中央の設置領域１０２ｂを通って流れることをさらに容易にするものである。
【００７０】
流体が、ヒート・スプレッダ・プレートの表面１０２ａを通って微小孔性チャネル１０３を通過するように、シール１３０が、流体出口通路１０６から流体入口通路１０４を隔離する。
【００７１】
［製造方法］
図５および図６を参照すると、流体熱交換器を製造する有用な方法が、記載される。ヒート・スプレッダ・プレート２０２が、提供されてもよく、ヒート・スプレッダ・プレート２０２は、少なくともそれの中央部分付近における厚さにわたって熱伝導特性を有する。
【００７２】
マイクロチャネルは、壁を追加するか、ヒートプレートの表面から材料を蓄積または除去することによって壁を形成するかによってヒート・スプレッダ・プレートの表面に形成されてもよい。一実施形態において、削ることが、壁２１０を形成するために使用される。
【００７３】
プレート２４０は、壁２１０の上限を横切ってチャネルを封鎖するために壁２１０の上に取り付けられてもよい。プレート２４０は、完成した熱交換器において、入口開口部２１４および出口開口部２２４をそれぞれ作成するために除去される部分を有する。タブ２４２は、プレート２４０の配置および取り付けを補助するために使用され得、タブ２４２は、最も外側の２つの壁の上に曲げられる。
【００７４】
シール２３０は、プレート２４０の一部分として、または別個に取り付けられてもよい。
【００７５】
プレート２４０とシール２３０とが、配置された後、上部キャップ２４４が、アセンブリの上に取り付けられることが出来る。上部キャップ２４４は、ヒート・スプレッダ・プレートに隣接した位置まで下方に延伸する側壁を含むことが出来る。部品は、全体的に溶融する技術によって、組み立ての間にまたは後で接続されてもよい。そうする際に、部品は、入口通路から出口通路までの短絡が、実質的に回避され、本明細書において上で記載されたように流体回路を構成し、流体が、壁２１０の間に画定されたチャネルを通って開口部２１４から開口部２２４に流れるように接続される。
【００７６】
［システム統合］
ここで図７を参照すると、統合されたサブアセンブリ２０（図１）の実施例が、記載される。説明されるサブアセンブリ３００は、ポンプ３１０（例えば、保持メカニズム３０２を除く、３１２、３１３）、および熱交換器３２０だけでなく、それらの間で延伸する統合された流体導管を有する筐体３３０も備える。サブアセンブリ３００は、図１に示された流体回路１０のいくつかの要素（例えば、ポンプ１６、および入口マニフォールド１３と、流体通路１４と、排出マニフォールド１５とを含む第１の熱交換器１１）のそれぞれの機能を維持しながら、そのいくつかの要素を単一の要素に統合するための手法の単なる一例である。説明される筐体３３０は、入口ポート３３１からポンプ渦形室３１１に、ポンプ渦形室から熱交換器３２０に対する入口３２１（図１１）に、そして熱交換器の出口３２２（図１１）から出口ポート３３２に作動流体を運ぶように構成される。
【００７７】
ポンプインペラ３１２は、ポンプ渦形室３１１において受け取られることが出来る。インペラは、従来の方法で電気モータ３１３によって回転して駆動させられることが出来る。キャップ３０１は、モータ３１３に重なり、例えば、消費者電子機器との使用に適した完成した外観をサブアセンブリ３００に提供するように筐体３３０に固定することが出来る。
【００７８】
ポンプ渦形室３１１に対向して配置された、筐体３３０の側面３３３は、挿入物３３４と熱交換器３２０とを受け取ることが出来る。シール（例えば、Ｏリング）３２３が、熱交換器３２０と筐体３３０との間の界面からの作動流体の漏れを減少および／または排除するために筐体３３０と熱交換器３２０との間に配置されることが出来る。
【００７９】
熱交換器３２０は、アセンブリ３００の最下面だけでなく、集積回路（ＩＣ）パッケージ（図示せず）に熱的に結合されるように構成された表面も画定する。保持メカニズム３０２は、ＩＣパッケージが組み立てられるプリント回路基板などの基板にアセンブリを機械的に結合することが出来る。
【００８０】
図１に示されたサブアセンブリ２０と同様に、流体導管または他の流体結合器は、遠隔に配置された熱交換器の出口ポートを筐体３３０の入口ポート３３１に流体的に結合することが出来る。また、流体導管または他の流体結合器は、遠隔に配置された熱交換器の入口ポートに筐体３３０の出口ポート３３２を流体的に結合することが出来る。冷却する用途において、それぞれの流体導管は、出口ポート３３２から遠隔の熱交換器に比較的に高い温度の流体を運び、遠隔の熱交換器から入口ポート３３１に比較的に低い温度の流体を運ぶ。
【００８１】
［統合された筐体］
ここで、単一の筐体３３０の実施形態が、図７、図８、図９、図１０、および図１１を参照して記載される。説明される筐体３３０は、第１の側面３４０と、第１の側面と対向して配置された第２の側面３３３と、第１の側面と第２の側面との間で延伸する実質的に途切れのない周囲壁３４８とを有する。床または下側壁３４１（図９）は、概して、第１の側面を第２の側面から隔離する。対向する第１の側面３４０と第２の側面３３３とは、それぞれの窪んだ特徴を画定し、それぞれの窪んだ特徴は、対応するコンポーネントと組み合わされたときには、小さい形状因子の範囲内で（例えば、約１．５インチ未満、例えば、約０．７５インチと約１．４インチとの間などの最大垂直方向寸法を有する体積の範囲内で）作業流体を運ぶために使用可能な統合された導管とチャンバとを画定する。
【００８２】
例えば、筐体は、入口ポート３３１と、ポンプ渦形室３１１と、入口プレナム３３５（図１０）と、入口プレナムに対応する入口マニフォールド部分３３６と、排出マニフォールド部分３３７と、排出マニフォールド部分に対応する排出（または出口）プレナム３３８と、互いに流体的に結合された出口ポート３３２とを有する。
【００８３】
図８および図９は、周囲壁が、窪んだ入口ポート３３１を画定することが出来ることを示す。筐体３３０の第１の側面３４０は、ポンプ渦形室３１１を形成する実質的に円筒形形状の窪みを画定し、窪んだ渦形室３１１の床は、実質的に円形の下側壁３４１によって画定される。下側壁におけるアパーチャ３４２は、入口ポートからポンプ渦形室３１１への入口を形成し、入口通路３４３が、入口ポート３３１とポンプ渦形室３１１に対する入口３４２との間で延伸し、ポンプ渦形室と入口ポートとを互いに流体的に結合する。
【００８４】
筐体３３０の対向する（例えば、第２の）側面３３３は、入口（例えば、第１の）プレナム３３５と入口マニフォールド領域３３６とを画定する第２の窪んだ領域３５０を画定する。開口部３４４は、ポンプ渦形室３１１（図１０には示されていない）から入口プレナム３３５を隔離する共通の壁３４５を通って延伸し、ポンプ渦形室と第１のプレナムとを互いに流体的に結合する。一部の実施形態において、開口部３４４は、円筒形形状のポンプ渦形室３１１から概ね接線方向に延伸する。
【００８５】
充填ポート３４９は、周囲壁３４８を通って入口プレナム３３５の中に延伸し、組み立てが完了した後に、組み立てられたシステムが、作動流体で充填されることを可能にすることが出来る。充填の後、プラグ（図示せず）が、充填ポート３４９を密封するために充填ポート３４９の中に挿入されることが出来る。
【００８６】
図１０に示されるように、入口マニフォールド３３６の深さは、入口プレナム３３５に隣接する比較的に深い領域から入口プレナムから間隔を置かれた比較的に浅い領域に向かって次第に減らすことが出来る。図１１に示され、以下でさらに完全に記載されるように、マニフォールド挿入物３３４は、少なくとも部分的にはヒートシンク３２０に対する入口マニフォールドを形成し、流れの方向に沿って先細る断面積を有する、マニフォールド領域３３６の傾斜を付けられた窪みに隣接して配置されることが出来、例えば、図７に示されるように、傾斜を付けられた窪みに「重なる」ことが出来る。先細りのマニフォールドは、ヒートシンク３２０における複数のチャネルの間で、実質的に等しい質量流量の作動流体を分配することが出来る。
【００８７】
筐体３３０の第２の側面３３３は、排出マニフォールド３３７（図１１）のそれぞれの部分を画定する第３の窪んだ領域３５１（図１０）を画定することが出来る。以下でさらに完全に記載されるように、第３の窪んだ領域３５１は、熱交換器３２０の一部分に重なり、それにより、マイクロチャネルから排出された作動流体を受け取る。
【００８８】
第４の窪んだ領域３５２（図１０）は、少なくとも部分的には、出口プレナム３３８を画定することが出来る。第３の窪み３５１と第４の窪み３５２とは、互いに流体的に結合されて第２の窪んだ領域３５０から壁３４６によって隔離されることが出来る。開口部３４７（図９）は、出口プレナム３３８と出口ポート３３２との間で延伸することが出来る。
【００８９】
上で記載されたようなマニフォールド筐体または統合された筐体は、例えば、射出成形技術、機械加工技術、または現在公知の他の適切な技術もしくは今後開発される他の適切な技術を使用して形成される単一の構築物を有することが出来る。また、材料が、サブアセンブリ３００の他のコンポーネントおよび作動流体と適合性がある場合には、任意の適切な材料が、筐体の構築の際に使用されることが出来る。例えば、射出成形された筐体が、形成されることが出来る一般的な材料は、ポリフェニレンサルファイド（一般的には「ＰＰＳ」と呼ばれる）、ポリテトラフルオロエチレン（一般的には、「ＰＴＦＥ」、またはｔｈｅ  ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｏｍｐａｎｙによる商標名ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）と呼ばれる）、およびアクリロニトリル・ブタジエン・スチレン（一般的には「ＡＢＳ」と呼ばれる）を含む。
【００９０】
上で記載された筐体は、単一の構築物を有するが、筐体３３０の他の実施形態は、サブコンポーネントのアセンブリを備えることが出来る。しかしながら、単一の構築物は、典型的には、作動流体が漏れ得る分離可能な結合器が少ない。
【００９１】
［マニフォールド挿入物］
上で言及され、図７と図１１とに示されるように、挿入物３３４は、熱交換器３２０と筐体３３０との間に配置されることが出来る。さらに、挿入物３３４は、筐体３３０の第２の側面３３３において窪んだ領域３５０、３５１、３５２のうちの１つ以上の構成に概ね対応する輪郭を有し得る。挿入物３３４が、筐体３３０と結合されたときに、窪んだ領域３５０、３５１、および３５２は、輪郭を付けられた挿入物３３４と共同して、ポンプ渦形室３１１および出口ポート３３２と熱交換器３２０を流体的に結合するように作動流体を運ぶのに適したいくつかの導管または流体結合器を画定することが出来る。
【００９２】
例えば、挿入物３３４は、本体３６０を通って延伸し、筐体３３０によって画定される先細りのマニフォールド部分３３６に概ね重なる開口部を画定することが出来る。開口部は、窪んだ部分３６５とアパーチャ３６１とを含むことが出来る。窪んだ部分３６５と筐体における先細りの窪み３３６とは共に、入口マニフォールドのチャンバを画定する。以下で記載されるように、マニフォールドは、ヒートシンクの中のいくつかのマイクロチャネルの間で作動流体を分配することが出来る。
【００９３】
挿入物３３４の本体３６０は、筐体３３０の１つ以上の特徴とかみ合うように係合することが出来る。例えば、本体３６０は、間隔を置いて離された複数の部材３６２ａ、ｂ、ｃ、ｄと、アパーチャ３６１に対して横断方向に延伸するトラフ形状の窪み３６３とを画定することが出来る。トラフ形状の窪み３６３は、部材３６２ａと部材３６２ｃとの間と、部材３６２ｂと部材３６２ｄとの間とで延伸することが出来る。挿入物３３４が、筐体３３０と組み立てられたときに、部材３６２ａ、ｂ、ｃ、ｄは、第２の窪んだ領域３５１の対応する部分に配置され、対応する隆起３３９（図１０）は、トラフ形状の窪み３６３の中に配置される。筐体によって画定される特徴をまたぐことによって、挿入物は、概ねくり返し可能な方法で先細りのマニフォールド領域３３６とアパーチャ３６１を整列するように構成される。
【００９４】
挿入物本体３６０はまた、窪んだ入口プレナム３３５に重なるように構成された、傾斜のあるタブ３６４を画定する。また、挿入物の第２の窪んだ領域３６５の中の肩３６６は、壁３４６（図１０）に押し付けられ、排出マニフォールドと出口プレナムとから入口マニフォールドを隔離するシールを提供する。
【００９５】
実用的な実施形態において、窪んだ領域３６５（図１９）は、先細りにされ、窪みの深さを増加させるにつれて減少する少なくとも１つの断面寸法を有する。以下でさらに完全に説明されるように、挿入物における窪み３６５とアパーチャ３６１とは、ヒートシンクのフィンにおける溝３２５（図１９）と概ね重なることが出来る。一部の例において、アパーチャ３６１に隣接した先細りの窪み３６５を画定する壁の傾斜は、ヒートシンクのフィンの遠位端に隣接した窪んだ溝３２５の傾斜と合わせられることが出来（例えば、それと対応することが出来るか、または代替え的には、それと同じであることが出来）、比較的に滑らかで途切れのない流動遷移を提供する。
【００９６】
挿入物は、アパーチャ３６１と横方向に隣接した１つ以上（例えば、一対）の概ね適合可能な平坦な表面３６７（図１１）を有することが出来る。図１９に示されるように、表面３６７は、熱交換器３２０のそれぞれの部分（例えば、ヒートシンクのフィン４００の遠位端４０１（図１６および図１７））と概ね重なり、図５および図６に示されたプレート２４０と同様に、隣接するフィンの間で延伸するマイクロチャネルの上部流の境界を画定することが出来る。適合可能な表面３６７は、それぞれの遠位端に押し付けられ、複数のフィンの間での高さの違い、および所与のフィン（例えば、フィン高ｈ２（図１８Ａおよび図１８Ｂ）の違いに起因する非直線的な長手方向の輪郭を有するフィン）の中での高さの違いに適合することが出来る。適合可能な表面３６７は、例えば、概ね同一平面上にあり、剛性板と適合性のあるフィンのそれぞれの遠位端を作成するために使用される二次的な機械加工動作の必要性を減少または排除することが出来る。また、フィン４００（４００’）の遠位端４０１に押し付けられる適合可能な表面３６７は、フィンとシールを形成し、差動流体が、隣接するフィンとの間に画定されるチャネルを迂回することを防ぐことが出来る。
【００９７】
挿入物本体３６０は、例えば、射出成形技術、機械加工技術、または現在公知の他の適切なプロセスもしくは今後開発される他の適切なプロセスを使用して形成されることが出来る。実用的な実施形態において、本体３６０は、隣接する表面に対して概ね適合して密封する適合ポリマー材料で形成される。選択された材料が、サブアセンブリ３００の他のコンポーネントおよび選択された作動流体と適合性がある場合には、任意の適切な材料が、挿入物本体３６０を形成するために使用されることが出来る。例えば、挿入物本体が形成されることが出来る一般的な材料は、シリコーンまたはその他任意の適切な適合材料を含む。
【００９８】
［流れの分配］
統合されたアセンブリ３００を通る作動流体の流れが、ここで記載される。遠隔に配置された熱交換器（図示せず）から、作動流体は、入口ポート３３１の中を通り、入口ポートとポンプ渦形室３１１に対する入口３４２との間で延伸するチャネル３４３の中に入る。ポンプ渦形室の床３４１は、ポンプ渦形室からチャネル３４３を隔離する壁を画定する。チャネル３４３から、作動流体は、アパーチャ３４２を通過し、渦形室３１１の中に入る。流体が、ポンプ渦形室から開口部３４４を通って入口プレナム３３５の中に入る前に、ポンプ渦形室３１１に配置されたインペラ３１２が、回転し、作動流体における圧力水頭を増加させる。
【００９９】
図１０において矢印によって示されるように、作動流体は、入口プレナム３３５から、挿入物３３４における第２の窪んだ領域３６５と筐体の入口マニフォールド部分３３６との間に形成されるチャンバの中に入る。チャンバから、作動流体は、アパーチャ３６１を通過する。
【０１００】
図２、図３、および図４に関して上で記載されたように、図７、図１１、図１３、および図１４に示される熱交換器は、複数のマイクロチャネル通路を画定する熱伝達領域３２４を備えることが出来る。アパーチャ３６１は、熱伝達領域３２４に重なることが出来、作動流体の流れが、ヒートシンクにおいて複数のマイクロチャネル通路の間で分配されることが出来る。図５および図６に示されたアセンブリと同様に、マイクロチャネルの中での作動流体の流れは、概して、概ね反対方向に衝突領域から外側に流れる第１の部分と第２の部分とに分割される衝突流であり得る。
【０１０１】
説明されるアセンブリ３００（図７）において、挿入物３３４（例えば、部材３６２ａ、ｂ、ｃ、ｄ）は、第３の窪んだ領域３５１を部分的に占有し、その領域の一対の対向する部分を満たされないままにし、マイクロチャネルの端領域に重なり、アパーチャ３６１に隣接する中央領域に隣接した対向する排出マニフォールド部分３３７（図１１）を画定する。外方向に向けられた冷却剤の流れは、マイクロチャネル通路から排出マニフォールド部分３３７のそれぞれに排出することが出来る。マニフォールド部分３３７から、作動流体は、出口プレナム３３８（図１１）の中に入り、導管３４７を通過して出口ポート３３２に進む。
【０１０２】
［さらなる熱交換器の構成］
さらなるヒートシンクの実施形態が、図１３、図１３Ａ、図１４、図１４Ａ、図１５、図１６、図１７、図１８Ａ、図１８Ｂ、および図１９を参照して記載される。図２から図６において説明されたヒートシンクと同様に、図１３および図１４に示されたヒートシンク３２０、３２０’は、並列された複数のフィン（例えば、フィン４００）を有するそれぞれの熱伝達領域３２４、３２４’を画定し、並列された複数のフィンは、隣接するフィンの間に複数の対応するマイクロチャネル（例えば、マイクロチャネル４０４、４０４’）を画定する。
【０１０３】
フィン４００、４００’のそれぞれは、ヒートスプレッダまたはベース３２６からそれぞれの遠位端４０１、４０１’に延伸する。隣接する溝３２２、３２２’（図１３および図１４）は、マイクロチャネル４０４、４０４’の対向する外側端に対して直交して延伸し、排出マニフォールドの一部分を形成することが出来る。アセンブリ３００に組み込まれたときには、溝３２２、３２２’は、概して、対向する排出マニフォールド部分３３７に隣接して配置される。
【０１０４】
図１５は、切断線１５−１５（図１３）または切断線１５’−１５’（図１４）のそれぞれに沿った、ヒートシンク３２０、３２０’の典型的な断面図を示す。図１６および図１７は、図１５において断面で示された典型的な熱伝達領域の円で囲まれた部分「Ａ」からの代替え的なフィンの構成を示す。
【０１０５】
フィンの遠位端は、図１６および図１７に示されるように様々な構成を有することが出来る。例えば、鈍い遠位端４０５’が、比較的に平坦で概ね同一平面にあるように示される。代替え的には、遠位端４０１は、傾斜を付けられて示され、各フィン４００ａに比較的に短い面と比較的に長い面とを与え、比較的に鋭い先端４０５がそれらの間に配置される。
【０１０６】
傾斜を付けられた遠位端４０１によって形成された比較的に鋭い先端４０５は、ベース３２６に対して概ね平行であり、フィン４００に対して直交する方向から、ベース３２６に対して概ね直交し、フィンに対して概ね平行である方向への流れの方向の遷移（例えば、９０度の曲がり）を改善することが出来ると考えられる。従って、傾斜を付けられた遠位端によって形成された鋭い先端４０５を有するフィン４００は、作動流体が、挿入物マニフォールド３６５からマイクロチャネル４０４に進むので、例えば、概ね鈍い遠位端４０５’を有するフィン４００’と比較して、作動流体における水頭損失を減少させることが出来ると推測される。所与のフィンの比較的に長い面を同じフィンの比較的に短い面の上流に配置すること（例えば、それぞれのフィンに対して上流の位置に鋭い先端を配置すること）は、流れが、傾斜を付けられたフィンに反対方向から近づく場合よりも水頭損失の減少が比較的に大きいと考えられる。
【０１０７】
傾斜を付けられた遠位端４０１は、薄い壁に傾斜を付けるための任意の適切な技術を使用して形成されることが出来る。例えば、そのような傾斜は、削る技術を使用してフィン４００を形成するときに生成されることが出来る。他の技術、例えば、専有技術が、傾斜を形成するために使用されることが出来る。例えば、Ｗｏｌｖｅｒｉｎｅ  Ｔｕｂｅ，Ｉｎｃによって利用されるフィン形成技術が、傾斜を付けられたフィンを有するマイクロチャネルのヒートシンクを生成するために使用されることが出来ると考えられる。しかしながら、そのような「未加工の」フィンのそれぞれの遠位端は、同一平面にないことがあり得る（横断方向の溝の一部分を形成する窪んだ領域を除く）とも考えられる。不均一なフィンに押し付けられ、それらとシールを形成することが出来る適合挿入物３３４を組み込むことによって、鋭い先端４０５を鈍くするのに役立つ二次的な機械加工動作は、排除され、費用を節約し、性能を改良することが出来る。鋭い先端４０５を維持し、マニフォールド挿入物とシールを形成することは、「未加工の」フィンと、例えば、概ね平坦な剛性板との間で、別の方法では形成される空隙によって別の方法では生じることがあり得る、隣接するマイクロチャネル４０４の間の漏れを依然として減少させ、または排除しながら、冷却剤における水頭損失を減少させることが出来る。
【０１０８】
図１４に示されるように、横断方向の溝３２５が、フィン４００に対して横断方向に延伸することが出来る。上で言及されたように、マニフォールド挿入物３３４におけるアパーチャ３６１は、溝３２５に概ね重なり、マイクロチャネル４０４のそれぞれを少なくとも１つの他のマイクロチャネルに並列に液圧式で結合する流動遷移を画定する。
【０１０９】
図１９は、このような流動遷移の一例の断面図を示す。挿入物本体３６０によって画定される窪んだ領域３６５と、窪んだ領域３２５とは共に、アパーチャ３６１が単独で画定するよりも実質的に大きい特徴的な長さ、例えば、水力直径を画定する。例えば、窪んだ領域３６５と、アパーチャ３６１と、溝３２５とは共に、アパーチャ３６１単独での対応する水力直径よりも約１５０％と約２００％との間で大きい水力直径を有する流動遷移を画定し、このことが、組み立てられたものの流動遷移に対して実質的により低い水頭損失係数を提供することが出来る。
【０１１０】
入口マニフォールドからヒートシンク３２０のマイクロチャネルへの遷移の特徴的な長さスケールを増加させることが、遷移を通過した流体の圧力損失を減少させ、ポンプの性能に対応して流体の流速を増加させることが出来る。より低い水頭損失係数に起因する流体の流速の増加は、アパーチャ３６１が均一な高さのフィンのアレイに重なる構成と比較して、フィンからの局所的な熱伝達速度を改善することが出来る。先細りの窪み３６５とヒートシンクの溝３２５との組み合わせ（例えば、図１９Ａにおける）が、作動流体が、別の方法では溝が存在しない場合（例えば、図１９Ａに示された均一な高さのフィンのアレイの場合）よりも、アパーチャ３６１に隣接した領域におけるマイクロチャネルにおいて比較的に深く、流体が浸透することを可能にする。
【０１１１】
溝３２５は、複数のフィン４００のそれぞれにおいて、それぞれの窪みを画定することによって形成されることが出来る。複数の窪んだ領域は、溝３２５を画定するために並列されることが出来る。
【０１１２】
図１８Ａおよび図１８Ｂにおいて、各溝３２５ａ、３２５ｂの最下部の範囲は、ヒートスプレッダ３２６から距離ｈ１だけ間隔を置かれる。他の実施形態において、窪んだ溝３２５の最下部の範囲は、ヒートスプレッダ３２６と実質的に同一平面上にある（すなわち、ｈ１≦０）。一部の実施形態において、距離ｈ１に対するフィンの代表的な高さｈ２の比は、例えば、約３：１および約２：１などの約１０：１と約１０：７との間であり得る。
【０１１３】
ｖ字型の切り込みが、図１８Ａに示され、概ね放射状の窪みが、図１８Ｂに示されるが、他の窪んだ溝の構成が、可能である。例えば、溝は、概ね双曲線の断面形状、または少なくとも１つの実質的にまっすぐな縁を有する断面（例えば、Ｌ字型の窪み、または図１９Ｂに示されるような平坦にされたＶ字型の溝）を有することが出来る。上で言及されたように、マニフォールド本体に隣接した溝３２５の傾斜は、統合されたアセンブリ３００が組み立てられたときには、溝に隣接したマニフォールド本体３６０において窪んだ領域３６５を画定する壁の傾斜と実質的に途切れないことがあり得る。そのような途切れのない傾斜は、（例えば、挿入物における窪みと溝との間の）壁の傾斜が途切れた遷移における水頭損失よりも遷移による水頭損失が概ね少ないことがあり得る。
【０１１４】
［他の例示的な実施形態］
上で記載された例は、概して、集積回路などの１つ以上の電子コンポーネントを冷却するように構成された流体熱伝達システムに関する。しかしながら、開示された熱伝達システムに対する他の用途が、開示された装置の構成における付随する任意の変更と共に企図される。本明細書において開示された原理を組み込むことにより、流体回路を使用して熱を伝達するように構成された多種多様なシステムを提供することが、可能である。例えば、開示されたシステムは、データセンタにおけるコンポーネント、レーザコンポーネント、発光ダイオード、化学反応、光電池、太陽熱収集器、および現在公知であるか、または今後開発される様々な他の産業デバイス、軍事デバイス、消費者デバイスに熱を伝達したり、それらから熱を伝達したりするために使用されることが出来る。
【０１１５】
方向および基準（例えば、上、下、最上部、最下部、左、右、後方、前方など）は、図面の考察を容易にするために使用され得るが、限定することを意図していない。例えば、「上」、「下」、「上部」、「下部」、「水平」、「垂直」、「左」、「右」などのような特定の用語が、使用されてもよい。そのような用語は、適用可能な場合には、特に、説明される実施形態に関して相対的な関係を扱うときには、ある程度の記載の明確性を提供するために使用される。しかしながら、このような用語は、絶対的な関係、位置、および／または配向を意味することを意図していない。例えば、物体に関して、「上」表面は、単に物体をひっくり返すことによって「下」表面になることが出来る。しかしながら、それでもやはり、それは、同じ表面であり、物体は、同じままである。本明細書において使用されるように、「および／または」は、「および」、または「または」を意味するだけでなく「および」と「または」とを意味する。さらに、本明細書において引用された全ての特許文献と非特許文献とが、あらゆる目的でその全体が参照によって組み込まれる。
【０１１６】
任意の特定の例に関して上で記載された原理は、他の例の１つ以上の任意のものと関連付けて記載された原理と組み合わされることが出来る。従って、この詳細な記載は、限定する意味で解釈されるのではなく、この開示を検討した後で、当業者は、本明細書において記載された様々な概念を使用して考案されることが出来る多種多様な流体熱交換システムを理解する。さらに、当業者は、本明細書において開示された例示的な実施形態は、開示された原理を逸脱することなく様々な構成に適用されることが出来ることを理解する。
【０１１７】
開示された実施形態の上の記載は、当業者が、開示されたイノベーションを作成または使用することを可能にするために提供される。それらの実施形態に対する様々な改変が、当業者には容易に明らかになり、本明細書において定義された一般的な原理は、本開示の精神と範囲とを逸脱することなく他の実施形態に適用されてもよい。従って、実用新案登録請求される考案は、本明細書において示された実施形態に限定されることを意図しておらず、実用新案登録請求の範囲の言葉と一貫する全範囲と一致し、冠詞「ａ」または「ａｎ」の使用などによる単数形での要素の言及は、特に断りがない限りは、「唯一」を意味することを意図しておらず、むしろ、「１つ以上」を意味する。当業者に公知であるか、後に公知になる、本開示を通して記載された様々な実施形態の要素と同等のあらゆる構造および機能は、実用新案登録請求の範囲の要素によって包含されることを意図する。さらに、本明細書に開示されたあらゆるものが、そのような開示が実用新案登録請求の範囲に明示されているか否かに関わらず、社会に献呈されることを意図していない。要素が、「ための手段」または「ためのステップ」という句を使用して明示されている場合でなければ、実用新案登録請求の範囲のあらゆる要素は、３５ＵＳＣ１２２の６項の規定に基づいては解釈されない。
【０１１８】
従って、開示された原理が適用されることが出来る多くの可能な実施形態を鑑みると、上記の実施形態は、単なる例示であり、範囲を限定するものと取られるべきではないと認められるべきである。従って、本考案者は、本明細書において開示された対象に対するあらゆる権利を保有する。その権利は、以下の実用新案登録請求の範囲の範囲および精神の範囲内で生じるあらゆるものだけでなく、本明細書において示されるか、記載されたあらゆるイノベーションの全ての態様を実用新案登録請求する権利を含む。
【符号の説明】
【０１１９】
１０  流体回路、１１，１２，１００，３２０  熱交換器、１３，３３６  マニフォールド、１４，１０４  流体通路、１５，３３７  排出マニフォールド、１６，３１０  ポンプ、２０，３００  サブアセンブリ、２１，３２１  入口、２２，３２２  出口、１０２，２０２  ヒート・スプレッダ・プレート、１０３，４０４  流体マイクロチャネル、１０４  流体入口通路、１０６  流体出口通路、１０７  熱源、１０９，３３０  筐体、１１０，２１０，３４５，３４６  壁、１１１  ポート、１１２，１２６  ヘッダ、１１４，２１４  流体入口開口部、１２４，２２４  流体出口開口部、１２８，３３２  出口ポート、１３０，２３０  シール、２４０  プレート、２４２，３６４  タブ、２４４，３０１  キャップ、３０２  保持メカニズム、３１１  ポンプ渦形室、３１２  ポンプインペラ、３１３  電気モータ、３２４  熱伝達領域、３２５  溝、３２６  ヒートスプレッダ、３３１  入口ポート、３３３  側面、３３４  マニフォールド挿入物、３３５  入口プレナム、３３８  出口プレナム、３４２  アパーチャ、３４９  充填ポート、３６０  挿入物本体、３６５  挿入物マニフォールド、４００  フィン、４０１，４０５  遠位端。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１４Ａ】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図１９Ａ】
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【図１９Ｂ】
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【図５】
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【図６】
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【図１３】
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【図１３Ａ】
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【図１４】
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【図１５】
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【手続補正書】
【提出日】平成24年8月6日(2012.8.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
一部のヒートシンクの実施形態において、溝の深さに対する複数のフィンの高さの比は、約１０：１と約１０：７との間である。例えば、深さに対する高さの比は、約３：１と約２：１との間であり得る。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１７】
マニフォールド本体における開口部は、窪んだ領域と、窪んだ部分からマニフォールド本体を通って延伸するアパーチャとを有することが出来る。一部の例において、マニフォールド本体における窪んだ領域は、窪んだ領域の深さを増加させるにつれて先が細くなる少なくとも１つの断面寸法を有する先細りの窪んだ領域である。マニフォールド本体に隣接した窪んだ溝の傾斜は、溝に隣接したマニフォールド本体における窪んだ領域の傾斜と実質的に途切れがなくてもよい。窪んだ領域と、アパーチャと、溝とは共に、アパーチャの水力直径よりも約１５０％から約２００％大きい有効水力直径を有する流動遷移を画定することが出来る。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
溝の深さに対する複数のフィンの高さの比は、約１０：１と約１０：７との間である。例えば、深さに対する高さの比は、約３：１と約２：１との間であり得る。
【手続補正４】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
並列配置される複数のフィンと、前記フィンを横断する方向に延伸する窪んだ溝と、を有するヒートシンクであって、前記フィンが隣接するフィンとの間に、対応する複数のマイクロチャネルを画定しているヒートシンクと、
前記溝に概ね重なる開口部を少なくとも部分的に画定するマニフォールド本体と
を備えている、熱交換システム。
【請求項２】
前記マニフォールド本体と前記溝とは共に、前記マイクロチャネルのそれぞれを、少なくとも一つの他のマイクロチャネルに並列に、液圧式で結合するように構成された入口マニフォールドの一部分を画定する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項３】
前記ヒートシンクは、ヒートスプレッダを備え、
前記フィンのそれぞれは、前記ヒートスプレッダから延伸し、前記ヒートスプレッダから間隔を置かれた対応する遠位縁を画定し、
前記溝は、複数の前記遠位縁のそれぞれから窪まされる、
請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項４】
前記窪んだ溝の最下部の範囲は、前記ヒートスプレッダから間隔を置かれる、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項５】
前記窪んだ溝の最下部の範囲は、前記ヒートスプレッダと実質的に同一平面上にある、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項６】
前記ヒートスプレッダと前記フィンとは、単一の構築物を形成する、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項７】
前記各それぞれの遠位縁は、対応する窪んだ部分を画定し、それにより前記窪んだ溝を画定する、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項８】
前記溝は、前記フィンの第１の端に隣接して配置された第１の溝と、前記フィンの第２の対向する端に隣接して配置された第２の溝とを備え、前記第１の溝と前記第２の溝とは、排出マニフォールドのそれぞれの部分を画定する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項９】
前記窪んだ溝の断面プロフィールは、ｖ字型の切り込みと、半円形と、放射状と、双曲線と、少なくとも１つの実質的にまっすぐな縁を有する切り込みとからなる群のうちの選択された１つ以上のものを備える、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項１０】
各それぞれの窪んだ部分の断面プロフィールは、ｖ字型の切り込みと、半円形と、放射状と、双曲線と、少なくとも１つの実質的にまっすぐな縁を有する切り込みとからなる群のうちの選択された１つ以上のものを備える、請求項７に記載の熱交換システム。
【請求項１１】
前記溝の深さに対する前記複数のフィンの高さの比は、約１０：１と約１０：７との間である、請求項３に記載の熱交換システム。
【請求項１２】
前記深さに対する前記高さの比は、約３：１と約２：１との間である、請求項１１に記載の熱交換システム。
【請求項１３】
前記マニフォールド本体における前記開口部は、窪んだ領域と、前記窪んだ領域から前記マニフォールド本体を通って延伸するアパーチャとを有する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項１４】
マニフォールド本体における前記窪んだ領域は、前記窪んだ領域の深さを増加させるにつれ減少する少なくとも１つの断面寸法を有する先細りの窪んだ領域である、請求項１３に記載の熱交換システム。
【請求項１５】
前記マニフォールド本体に隣接する前記溝の傾斜は、前記溝に隣接する前記マニフォールド本体における窪んだ領域の傾斜と実質的に途切れない、請求項１３に記載の熱交換システム。
【請求項１６】
前記窪んだ領域と、前記アパーチャと、前記溝とは共に、前記アパーチャの水力直径よりも約１５０％から約２００％大きい有効水力直径を有する流動遷移を画定する、請求項１３に記載の熱交換システム。
【請求項１７】
前記入口マニフォールドは、前記それぞれのマイクロチャネルの長手方向軸に対して直交方向で前記マイクロチャネルのそれぞれに対して流体の流れを送達するように構成される、請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項１８】
前記複数のフィンにおける前記フィンのそれぞれは、傾斜を付けられた対応する遠位縁を画定する、請求項１に記載の熱交換システム。
【請求項１９】
入口プレナムを画定する本体をさらに備え、前記入口プレナムと、前記入口マニフォールドとは共に、前記フィンに対して概ね横断方向で流体流を送達するように構成される、請求項２に記載の熱交換システム。
【請求項２０】
前記入口マニフォールドは、前記マイクロチャネルのそれぞれに対して流体の衝突流を送達するように構成される、請求項１９に記載の熱交換システム。
【請求項２１】
前記複数のフィンにおける前記フィンのそれぞれは、傾斜をつけられた対応する遠位縁を画定する、請求項２０に記載の熱交換システム。
【請求項２２】
第１の側面を画定する単一の本体をさらに備え、前記入口プレナムの一部分と、前記入口マニフォールドの一部分とは、前記第１の側面からそれぞれ窪まされ、前記単一の本体は、前記第１の側面に対向して配置された第２の側面を画定し、前記第２の側面からの窪みは、ポンプ渦形室を画定し、前記入口プレナムの一部分は、前記ポンプ渦形室に隣接して配置される、請求項１９に記載の熱交換システム。
【請求項２３】
前記ポンプ渦形室を画定する前記窪みは、前記第２の側面に対して実質的に垂直に延伸する長手方向軸を有する実質的に円筒形形状の窪みであり、前記本体は、開口部を画定し、前記開口部は、前記円筒形形状の窪みから概ね接線方向に延伸し、前記入口プレナムに前記ポンプ渦形室を液圧式で結合する、請求項２２に記載の熱交換システム。
【請求項２４】
前記本体は、前記入口マニフォールドの窪みに隣接する第２の窪んだ領域と、前記入口マニフォールドの窪みから前記第２の窪んだ領域を隔離する壁とを画定し、前記マニフォールド本体が、前記マイクロチャネルのそれぞれの各部分に概ね重なる排出マニフォールドを画定するように前記第２の窪んだ領域の一部分を占有するように、前記マニフォールド本体は、前記入口マニフォールドの窪みをまたぎ、前記本体をかみ合うように係合するように構成され、前記複数のマイクロチャネルの各部分は、前記入口開口部／マニフォールドから間隔を置かれる、請求項１９に記載の熱交換システム。
【請求項２５】
並列配置された複数のフィンを有するヒートシンクであって、前記フィンは、隣接するフィンとの間に、対応する複数のマイクロチャネルを画定し、前記フィンのそれぞれが、傾斜をつけられたそれぞれの遠位縁を画定する、ヒートシンクと、
前記傾斜を付けられた遠位縁のそれぞれの少なくとも一部分に重なり、前記マイクロチャネルに対して横断方向で前記マイクロチャネルに対して流体の流れを送達するように構成された開口部を画定するマニフォールド本体と
を備える、熱交換システム。
【請求項２６】
前記ヒートシンクは、ヒートスプレッダを備え、前記フィンのそれぞれは、前記ヒートスプレッダから延伸し、それぞれの傾斜を付けられた対応する遠位縁は、前記ヒートスプレッダから間隔を置かれる、請求項２５に記載の熱交換システム。
【請求項２７】
前記ヒートスプレッダと、前記フィンとは、単一の構築物を形成する、請求項２６に記載の熱交換システム。
【請求項２８】
それぞれの傾斜を付けられた遠位縁と前記スプレッダとの間の距離は、前記それぞれのフィンの高さを画定し、各それぞれのフィンは、第１の端と第２の端とを画定し、前記第１の端と前記第２の端との間で前記ヒートスプレッダに対してスパン方向で長手方向に延伸し、前記複数のフィンの１つ以上のフィンのフィン高は、スパン方向に沿って変化する、請求項２６に記載の熱交換システム。
【請求項２９】
前記マニフォールド本体は、前記遠位縁のそれぞれの少なくとも一部分に押し付ける適合部分を備える、請求項２８に記載の熱交換システム。
【請求項３０】
前記スパン方向に沿ったフィン高の変化は、前記それぞれの遠位縁の非直線的な輪郭を画定し、前記マニフォールド本体の前記適合部分は、前記非直線的な輪郭と概ね適合する、請求項２９に記載の熱交換システム。
【請求項３１】
窪んだ溝が、前記フィンに対して横断方向に延伸し、前記開口部は、前記溝に概ね重なる、請求項２３に記載の熱交換システム。
【請求項３２】
前記各それぞれの遠位縁が、対応する窪んだ部分を画定し、それにより前記窪んだ溝を画定する、請求項３１に記載の熱交換システム。
【請求項３３】
前記溝の深さに対する前記複数のフィンの高さの比は、約１０：１と約１０：７との間である、請求項２５に記載の熱交換システム。
【請求項３４】
前記深さに対する前記高さの比は、約３：１と約２：１との間である、請求項３３に記載の熱交換システム。
【請求項３５】
前記マニフォールド本体における前記開口部は、窪んだ領域と、前記窪んだ領域から前記マニフォールド本体を通って延伸するアパーチャとを有し、前記窪んだ領域と、前記アパーチャと、前記溝とは共に、前記アパーチャの水力直径よりも約１５０％から約２００％大きい有効水力直径を有する流動遷移を画定する、請求項３１に記載の熱交換システム。
【請求項３６】
第１の側面と、前記第１の側面と対向する第２の側面とを有する単一の本体をさらに備え、前記本体は、前記第１の側面から窪まされた入口プレナムの一部分と、前記第１の側面から窪まされた入口マニフォールドの一部分とを画定し、前記本体は、前記第２の側面から窪まされたポンプ渦形室をさらに画定し、前記入口プレナムの一部分は、前記ポンプ渦形室に隣接して配置される、請求項２５に記載の熱交換システム。
【請求項３７】
前記ポンプ渦形室を画定する前記窪みは、前記第２の側面に対して実質的に垂直に延伸する長手方向軸を有する実質的に円筒形形状の窪みであり、前記本体は、開口部を画定し、前記開口部は、前記円筒形形状の窪みから概ね接線方向に延伸し、前記第１の側から窪まされた前記入口プレナムの一部分に前記ポンプ渦形室を液圧式で結合する、請求項３６に記載の熱交換システム。
【請求項３８】
前記本体は、前記入口マニフォールドの前記窪んだ部分に隣接した第３の窪んだ領域と、前記入口マニフォールドの前記窪んだ部分から前記第３の窪んだ部分を隔離する壁とを画定し、前記マニフォールド本体が、前記マイクロチャネルのそれぞれの各部分に概ね重なる排出マニフォールドを画定するように前記第３の窪んだ領域の一部分を占有するように、前記マニフォールド本体は、前記入口マニフォールドの前記窪んだ部分をまたぎ、前記本体をかみ合うように係合するように構成され、前記複数のマイクロチャネルの各部分は、前記入口開口部／マニフォールドから間隔を置かれる、請求項３６に記載の熱交換システム。