JP2022542908A - 熱管理デバイスおよびシステム - Google Patents

Abstract

熱電構成要素と、二相熱伝達ユニットと、コントローラとを備える、熱管理システム。熱伝達ユニットは、相転移チャンバと、作業流体に、相転移チャンバを通して作業流体を駆動する、毛細管力を誘発する、相転移チャンバ内の微小特徴とを有する。コントローラは、熱伝達ユニットが、熱電構成要素の片側を第１の温度まで冷却し、熱電構成要素が、その他側上の標的材料の温度を、０．５～２０秒以内に、第１の温度の＋／－６０℃の第２の温度まで変化させるように、熱電構成要素および熱伝達ユニットを動作させるように構成される。

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、その両方とも、参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる、２０９０年７月２２日に出願された、米国仮出願第６２／８７７，１２２号、および２０１９年１２月３０日に出願された、米国仮出願第６２／９５４，７５９号の優先権および利点を主張する。

本技術は、組織等の標的材料を冷却および加熱するためのデバイス、熱源、または別のタイプの基板に関する。

多くの電子デバイス、医療および審美デバイス、ならびに高熱流束システムは、熱管理デバイスを使用して、容認可能温度範囲内で動作し、および／または所望の転帰を達成する。多くの用途では、熱管理システムは、熱流束を抽出および消散させ、温度を標的材料のための容認可能範囲内に維持する。

１つのタイプの熱管理システムは、二相熱伝達デバイスであって、その中では、作業流体が、液相から気相に転移し、熱を標的材料から抽出する。そのような二相熱伝達デバイスでは、作業流体の蒸発の潜熱のため、高熱伝達率が、取得され得る。二相熱伝達デバイスは、半導体デバイス（例えば、コントローラ、メモリデバイス等）、コンピュータシステム（例えば、サーバ）、組織、毛髪、脂質、および疼痛管理治療において使用される医療デバイス、ならびに装着可能冷却デバイスを冷却する際に使用するために開示されている。

コントローラ、メモリデバイス、および発光ダイオード等の半導体デバイスは、多くの場合、容認可能動作温度を維持するために、熱を消散させる必要がある。これらのデバイスの速度および容量が増加するにつれて、熱流束が、増加し、より多くの熱が容認可能動作温度を維持するために消散されることを要求する。しかしながら、多くの用途では、高性能半導体デバイスおよびコンピューティングシステムの熱流束は、熱伝達システムにとって高すぎ、結果として、システムの速度および容量は、限定される。本問題は、携帯電話、タブレット、およびラップトップコンピュータが、より小さいサイズおよび／またはより高い性能を有することからのみ悪化される。同様に、多くのサーバが共通場所（例えば、データ記憶装置、ウェブシステム、およびコンピューティングセンタ）に格納される、大規模サーバ用途は、有意な熱消散要件を有する。二相熱伝達システムは、高熱伝達率を有するが、それらは、多くの場合、半導体デバイスおよび高性能コンピューティングシステムと併用するためには大きすぎ、かつ煩雑すぎる。

いくつかの医療および審美手技は、疼痛を低減させる、腫脹を管理する、痩身のために脂質組織を低減させる、毛髪を除去する、皮膚を引き締める（例えば、しわを除去する）、病変を除去する、皮脂腺を改変する、および他の熱治療のために、組織を加熱および／または冷却する。組織は、高周波エネルギー、レーザエネルギー、超音波エネルギー、Ｘ線放射ビーム、および他のエネルギーモダリティを使用して、加熱されることができる。例えば、温熱療法は、癌を治療するために、熱を使用して、癌細胞を損傷させる（例えば、米国特許第９，８０２，０６３号参照）。極低温組織リモデリング等の他の医療用途は、組織を冷却することによって症状を治療する（例えば、米国特許第１０，３６３，０８０号参照）。

組織を加熱および／または冷却する１つの課題は、異なるタイプの組織が、加熱および冷却に対して異なるように反応し、血流が標的部位の温度に有意に影響を及ぼし得ることによって、組織内の異なる深度が、異なるように反応し得るため、標的組織の温度を正確に制御することである。別の課題は、神経または表皮組織等の隣接する組織の望ましくない加熱および冷却である。二相熱伝達システムが、医療および審美用途において、標的組織の熱管理のために使用されているが、従来のシステムは、多くの場合、低速応答時間を有し、したがって、標的組織の精密な熱変調を提供しない。加えて、多くの医療および審美用途は、患者にとって不快であって、かつ家庭用またはある身体部分（例えば、顔、膝、肩部、足首、手首等）を治療するために非実践的である、嵩張る熱伝達デバイスを使用する。

標的材料または基板を冷却するためのデバイスが、公知である。例えば、米国特許第１０，２１７，６９２号を参照されたい。皮膚治療と併せて皮膚を冷却するための方法もまた、公知である。Ｎｅｌｓｏｎ ＪＳ， Ｍａｊａｒｏｎ Ｂ， Ｋｅｌｌｙ ＫＭ．， Ａｃｔｉｖｅ Ｓｋｉｎ Ｃｏｏｌｉｎｇ ｉｎ Ｃｏｎｊｕｎｃｔｉｏｎ ｗｉｔｈ Ｌａｓｅｒ Ｄｅｒｍａｔｏｌｏｇｉｃ Ｓｕｒｇｅｒｙ， Ｓｅｍｉｎ Ｃｕｔａｎ Ｍｅｄ Ｓｕｒｇ． ２０００；１９：２５３－６６ ａｎｄ Ｄａｓ ｅｔ ａｌ．， Ｊ． Ｃｕｔａｎ． Ａｅｓｔｈｅｔ． Ｓｕｒｇ．２０１６；９（４）：２１５－２１９を参照されたい。

実施形態の詳細な説明
本技術の側面は、哺乳類組織（例えば、ヒト組織）および電子デバイス等の標的材料（例えば、基板）の温度を調整するためのシステムを対象とする。本技術によるデバイスは、基板の表面の温度を制御し、および／または基板内のある深度における温度を調整することができることを理解されたい。一側面によると、基板の温度を調整するためのシステムは、基板表面を加熱または冷却するための熱電構成要素に動作可能に接続される、熱伝達ユニットを含む。

本技術は、哺乳類組織（全体を通して、ヒト組織と同義的に使用される）の治療、コンピュータチップ、半導体デバイス、集積回路デバイス、レーザシステム（例えば、所望の出力ビームおよび／または電力を発生させるために消散される必要がある、高熱流束を伴う高電力レーザシステム）、超音速飛行物体の外装、放物型太陽集熱器、高性能コンピューティングシステム、無線周波数（ＲＦ）システム、太陽光発電または集光型太陽光発電システム、新超音速旅客機用途、タービンブレード、または任意の他の表面もしくは体積熱消散デバイスまたはシステム等の高熱流束用途において使用されることができる。本技術の熱管理システムは、特に、レーザ光または針を使用する治療に対して患者の皮膚を冷却するために効果的である。例えば、組織がレーザ光または針で治療されるとき、表皮および真皮を冷却し、疼痛を低減させる。本技術デバイスの種々の実施形態は、所望、必要、または要求に応じて、広範囲の用途に適用および／または利用され得ることを理解されたい。

図１Ａ－１Ｃは、本技術の実施形態による、標的材料を冷却および／または加熱するための熱管理システムの等角図である。 図１Ａ－１Ｃは、本技術の実施形態による、標的材料を冷却および／または加熱するための熱管理システムの等角図である。 図１Ａ－１Ｃは、本技術の実施形態による、標的材料を冷却および／または加熱するための熱管理システムの等角図である。

図２は、本技術による、熱管理システムを使用してヒト組織をシミュレートする、時間および標的材料の表面の温度のグラフである。

図３は、本技術による、熱管理システムを使用してヒト組織をシミュレートする、時間および標的材料の種々の深度内の表面の温度のグラフである。

図４は、本技術による、熱管理システムを使用した別の用途の時間および温度のグラフである。

図５は、本技術による、熱管理システムと関連付けられる、時間および熱流束のエネルギーのグラフである。

図６は、本技術による、熱管理システムの概略断面図である。

図７は、本技術による、図６の熱管理システムの使用の等角図である。

図８Ａは、本技術による、熱管理システムの概略側面図であって、図８Ｂは、概略上面図である。 図８Ａは、本技術による、熱管理システムの概略側面図であって、図８Ｂは、概略上面図である。

図９は、本技術による、熱管理システムの概略上面図である。

図１０は、本技術による、熱管理システムを伴う、デバイスの概略上面図である。

図１１は、本技術による、熱管理システムを伴う、デバイスの概略上面図である。

図１２は、本技術による、熱管理システムを伴う、半導体デバイスの概略断面図である。

図１３は、本技術による、熱管理システムを伴う、半導体デバイスの概略断面図である。

図１４は、本技術による、熱管理システムを伴う、サーバ等の電子デバイスのアセンブリの概略図である。

図１５Ａは、本技術の熱管理システムと併用するための熱伝達ユニットの実施形態を図式的に図示する。図１５Ｂは、図１５Ａのデバイス内の単一通路の拡大部分図である。図１５Ｃは、蒸発および熱伝達の大部分が生じる、図１５Ｂに示されるようなメニスカスの一部としての薄膜領域の拡大部分図である。図１５Ｄは、図１５Ａのデバイスの一般的配列のブロック図である。図１５Ｅは、熱伝達デバイスの実施形態内で進行する熱流動の一般的回路を図式的に図示する。

図１６Ａは、沸騰および／または乾燥から途絶せずに、持続的順序付けられた蒸発を伴う、相変化熱伝達デバイスの実施形態を図式的に図示する。 図１６Ｂは、図１６Ａに示される通路の拡大部分図であって、蒸気空間および通路の寸法を示す。 図１６Ｃは、沸騰および／または乾燥から途絶せずに、持続的順序付けられた蒸発を伴う、動作時の相変化熱伝達デバイスの別の実施形態を図式的に図示する。 図１６Ｄは、図１６Ｃに示される通路の拡大部分図であって、蒸気空間および通路の寸法を示す。

図１７Ａは、作業流体と接触する、微小特徴の実施形態を図式的に図示し、実施形態の関連付けられる湿潤および非湿潤コーティングを図示する。図１７Ｂは、作業流体と接触する、微小特徴の実施形態を図式的に図示し、芯を伴う、実施形態を図示する。

図１８Ａは、微小特徴および蒸気経路を収容するための対応する広大化する通路の半径方向配列を図式的に図示する。 図１８Ｂは、微小特徴の実施形態および蒸気経路を収容するための対応する通路の並列配列を図式的に図示する。 図１８Ｃは、蒸気経路を収容するための種々の通路を画定するために、断続壁またはパネル形状の微小特徴（パネル、壁、ピン、支柱、またはロッドもしくは類似形状の構造）を伴う、半径方向配列の別の実施形態を図式的に図示する。 図１８Ｄは、ロッド、ピン、または支柱形状の伸長部材（または類似構造、もしくは断続壁またはパネルもしくは類似形状の構造）を伴う、微小特徴の半径方向配列の別の実施形態を図式的に図示する。 図１８Ｅは、通路（例えば、チャネルまたは他の構造）が蒸気流動の経路内で広大化することを可能にするように設置された、異なる長さの伸長部材を伴う、微小特徴の並列配列を図式的に図示する。

図１９Ａ－１９Ｄは、種々の輪郭または形状を有する、壁もしくはパネルの形態における、複数の曲線または角度を有し得る、微小特徴の種々の実施形態を図式的に図示する。いくつかの形状は、複数の輪郭（図１９Ａ）、複数の角度（図１９Ｂ）、単一曲線（図１９Ｃ）、および直線整合（図１９Ｄ）を含んでもよい。

図２０Ａ－２０Ｅは、それぞれ、以下、すなわち、円形、長円形、長方形（または正方形）、六角形、および三角形のような異なる断面を有する、ロッド、ピン、または支柱の形状における、微小特徴の種々の実施形態を図式的に図示する。断面は、任意の多角形断面であってもよい。

図２１Ａ－２１Ｃは、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システムのいずれか（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）と併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。 図２１Ａ－２１Ｃは、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システムのいずれか（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）と併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。 図２１Ａ－２１Ｃは、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システムのいずれか（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）と併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。

図２２および２３は、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システム（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）のいずれかと併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。 図２２および２３は、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システム（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）のいずれかと併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。

図２４は、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システム（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）のいずれかと併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。

図２５は、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システム（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）のいずれかと併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。

図２６は、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システム（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）のいずれかと併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。

図２７は、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システム（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）のいずれかと併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。

図２８は、本明細書の図１Ａ－２０Ｅに関して説明される前述の熱管理システムのいずれかおよび／または本明細書に説明されるエネルギーベースの治療システム（例えば、皮下脂質組織低減、レーザ治療、および放射ビーム治療）のいずれかと併用するための標的材料（例えば、哺乳類組織）内の温度勾配を決定するための非侵襲性温度監視システムの概略図である。

図は、本発明の実施形態および／またはそれに関わる原理の例証を提示するためのものであると理解されたい。本技術の知識を有する当業者に明白となるであろうように、熱伝達デバイス、温度センサ、微小特徴、および／または熱電構成要素において使用される、他のデバイス、方法、特に、機器は、部分的に、その具体的使用によって決定される、構成および構成要素を有するであろう。同様の参照番号は、図面のいくつかの図全体を通して、対応する部品を指す。

図１Ａ－１Ｃは、本技術の実施形態による、標的材料１０１を冷却および／または加熱するための熱管理システム１００の等角図である。熱管理システム１００は、標的材料１０１の表面および／または標的材料１０１内のある深度における温度を正確かつ迅速に制御することができる。下記にさらに詳細に説明されるように、標的材料１０１は、哺乳類組織（例えば、ヒトの皮膚、脂質組織、毛髪、病変、癌性細胞等）、半導体デバイス（例えば、コントローラ、メモリデバイス、発光ダイオード、サーバ、高性能コンピュータ等）、および高熱流束を伴う他の用途（例えば、レーザ）であることができる。

図１Ａおよび１Ｂをともに参照すると、熱管理システム１００は、随意の接触部材１１０と、接触部材１１０に熱的に結合される、少なくとも１つの熱電構成要素（ＴＥＣ）１２０ａ（図１Ｂ）と、ＴＥＣ１２０ａに熱的に結合される、二相熱伝達ユニット１４０とを含むことができる。図１Ａは、完全に組み立てられた、熱管理システム１００を示し、図１Ｂは、熱伝達ユニット１４０を伴わない、熱管理システム１００を示す。熱管理システム１００は、いくつかのＴＥＣ、例えば、それぞれ、第１、第２、および第３のＴＥＣ１２０ａ－ｃ（集合的に、全体を通して、ＴＥＣ１２０と称される）を有することができる。熱管理システム１００は、任意の数のＴＥＣ１２０を有することができ、３つのＴＥＣ１２０を有するように限定されない。熱管理システム１００はまた、熱伝達ユニット１４０に動作可能に結合され、閉鎖されたシステムを形成する、凝縮器１８０と、ＴＥＣ１２０、熱伝達ユニット１４０、および／または凝縮器１８０に動作可能に結合される、コントローラ１９０とを含むことができる。動作時、熱伝達ユニット１４０および凝縮器１８０内に含有される、作業流体は、熱伝達ユニット１４０内で液相から気相に変化し、ＴＥＣ１２０の片側を冷却し、コントローラ１９０は、ＴＥＣ１２０を通した電流、および／または熱伝達ユニット１４０を通した作業流体の流動を調節し、接触部材１１０、したがって、標的材料１０１の温度を管理する。

図１Ａに示される組み立てられた状態では、接触部材１１０、ＴＥＣ１２０、および熱伝達ユニット１４０は、ボルト１９９によって、ともに保持されることができる。ＴＥＣ１２０はさらに、第１の熱界面材料によって、接触部材１１０に、かつ第２の熱界面材料によって、熱伝達ユニット１４０の下面に、取り付けられることができる。熱管理システム１００は、標的材料１０１の所望の面積を被覆するために、任意の好適な長さＬおよび幅Ｗを有することができる。熱管理システム１００は、５ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ、１７ｍｍ、１８ｍｍ、１９ｍｍ、２０ｍｍ、２１ｍｍ、２２ｍｍ、２３ｍｍ、２４ｍｍ、および２５ｍｍを含む、２ｍｍ～２５ｍｍの高さＨを伴う、薄型を有することができる。熱伝達ユニット１４０自体は、３ｍｍ、４ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ、７ｍｍ、８ｍｍ、９ｍｍ、１０ｍｍ、１１ｍｍ、１２ｍｍ、１３ｍｍ、１４ｍｍ、１５ｍｍ、１６ｍｍ、１７ｍｍ、１８ｍｍ、および１９ｍｍを含む、２ｍｍ～２０ｍｍの厚さＴを有することができる。例えば、熱伝達ユニット１４０が、直接、ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂの中に統合されるとき、全高Ｈは、２～３ｍｍであることができる。高さＨおよび厚さＴは、ＴＥＣ１２０を通した熱流動の方向（図１Ｂにおける矢印ＨＦ）において測定されることができる。

ＴＥＣ１２０はそれぞれ、第１の部分１２２ａと、第２の部分１２２ｂとを有する。第１および第２の部分１２２ａ－ｂは、第１の部分１２２ａが、標的材料１０１に熱的に結合され、第２の部分１２２ｂが、第１の部分１２２ａに対向する、標的材料１０１の表面に対する位置付けに関して理解される。ＴＥＣ１２０の第１の部分１２２ａは、ＴＥＣ１２０の第１の外面１２４ａ（すなわち、図１Ｂにおける下側表面）と、第１の外面１２４ａからある距離だけ内向きに延在する、ＴＥＣ１２０の一部とを含むことができる。ＴＥＣ１２０の第２の部分１２４ｂは、ＴＥＣ１２０の第２の外面１２４ｂ（すなわち、図１Ｂにおける上側表面）と、第２の外面１２４ｂからＴＥＣ１２０の内部の中にある距離だけ内向きに延在する、ＴＥＣ１２０の一部とを含むことができる。ＴＥＣ１２０は、第１および第２の外面１２４ａ－ｂ間のＴＥＣ１２０の内部の中に等距離の中点を有してもよいことを理解されたい。ＴＥＣ１２０の第１および第２の部分１２２ａ－ｂは、電源に電気的に接続される。例えば、ＴＥＣ１２０はそれぞれ、第１の部分１２２ａにおける第１の電気接点１２６ａ（想像線で示される）と、第２の部分１２２ｂにおける第２の電気接点１２６ｂとを含んでもよく、それを通して電流が、いずれかの方向に流動することができる。

ＴＥＣ１２０の第１の部分１２２ａは、直接または間接的にのいずれかにおいて、標的材料１０１の表面に熱的に結合されるように意図される。例えば、ＴＥＣ１２０の第１の部分１２２ａは、高熱伝導性を伴う材料（例えば、アルミニウムプレートまたはパネル）から作製される、プレート、パネル、フィルム、または布地であり得る、接触部材１１０を介して、標的材料１０１に間接的に熱的に結合されることができる。熱管理システム１００は、所望に応じて、相互に接触する、２つ以上のそのようなプレートもしくはパネルまたはフィルムを含んでもよい。ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂは、直接または間接的にのいずれかにおいて、熱伝達ユニット１４０に熱的に結合される。例えば、ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂは、直接、高熱伝導性を有する熱界面材料によって、熱伝達ユニット１４０に結合される。熱伝達ユニット１４０は、標的材料１０１からの熱ならびにＴＥＣ１２０によって発生された熱を除去することができる。

科学的理論によって拘束されることを所望するわけではないが、熱流動は、電流によって、ＴＥＣ１２０内である方向に誘発される。１つの非限定的側面によると、標的材料１０１の温度を調整するためのデバイスが、アクティブ化され、電気が、ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂからＴＥＣ１２０の第１の部分１２２ａへの方向に流動すると、第１の部分１２２ａは、その周囲または開始温度と比較して冷却される、すなわち、第１の部分１２２ａの温度は、低下し、それによって、熱を標的材料１０１から除去する。第２の部分１２２ｂは、故に、その周囲または開始温度と比較して加熱される、または熱を発生させる。熱流動の方向が、電流流動と同一方向または電流流動の反対方向であり得る、実施形態が検討されることを理解されたい。

熱伝達ユニット１４０は、ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂに固定されてもよい、または圧電ドライバ、電気モータ、もしくは他の電気機械的デバイスを使用して、ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂから選択的に取り外され、ＴＥＣ１２０との熱接触を分断してもよい。同様に、ＴＥＣ１２０も、圧電ドライバ、電気モータ、または他の電気機械的ドライバを使用して、標的材料１０１および／または接触部材１１０から選択的に取り外され（すなわち、分離され）、それとの熱接触を分断してもよい。そのようなデバイスは、熱が、スイッチに形状を改変させ、二相熱伝達ユニット１４０とＴＥＣ１２０またはＴＥＣ１２０と接触部材１１０等の２つの表面間の物理的分離（例えば、空気間隙）を生成するために使用される限り、熱スイッチとして知られ得る。一側面によると、所与の時間周期にわたって、熱伝達ユニット１４０をＴＥＣ１２０から接続解除する、またはＴＥＣ１２０を接触部材１１０から接続解除することが望ましくあり得る。

図１Ａおよび１Ｂを参照すると、熱伝達ユニット１４０は、ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂを被覆する。熱伝達ユニット１４０は、入口１４２と、出口１４４と、カバー１４６とを有する。動作時、作業流体は、液体状態または混合液体蒸気状態（例えば、高圧単段閉鎖冷却システム）において、凝縮器１８０から入口１４２に流動し、作業流体の少なくとも一部は、蒸気状態において、出口１４４から凝縮器１８０に戻るように流動する。カバー１４６は、作業流体を熱伝達ユニット１４０内に留保し、他の構成要素とともに、熱伝達ユニット１４０を通した作業流体の流動特性を定義する。

図１Ｃは、カバー１４６（図１Ｂ）が除去された、熱伝達ユニット１４０の内部構造の実施形態を図示する。熱伝達ユニット１４０は、それに対してカバー１４６が接続される、基部１４８と、少なくとも１つの相転移チャンバ１５０（個々に示され、識別される、３つの相転移チャンバ１５０ａ－ｃ）と、入口１４２、出口１４４、および相転移チャンバ１５０ａ－ｃに流体的に結合される、ダクトシステム１６０とを含むことができる。相転移チャンバ１５０ａ－ｃは、少なくとも、概して、それぞれ、ＴＥＣ１２０ａ－ｃの対応するものと整合される。例えば、相転移チャンバ１５０ａ－ｃはそれぞれ、直接、それぞれ、ＴＥＣ１２０ａ－ｃの対応するものの上方に重畳されることができる。熱伝達ユニット１４０は、示されるように、単一入口１４２と、単一出口１４４とを有し、相転移チャンバ１５０ａ－ｃの全てを点検することができる、または熱伝達ユニット１４０は、いくつかの入口１４２と、出口１４４とを有することができる。例えば、熱伝達ユニット１４０は、相転移チャンバ１５０ａ－ｃ毎に、または熱伝達ユニット１４０を通した作業流体の所望の流動を提供するための任意の他の目的のために、１つ以上の入口１４２および／または出口１４４を有することができる。

相転移チャンバ１５０ａ－ｃは、微小特徴１５２と、入口領域１５４と、出口領域１５６とを含む。図１Ｃに示される微小特徴１５２は、グリッドタイプアレイ内に配列される、ピンまたは支柱であるが、他の実施形態では、微小特徴は、伸長壁であることができる。微小特徴１５２は、微小チャネル１５３を画定し、それを通して作業流体が、相転移チャンバ１５０ａ－ｃを通して流動する。微小特徴１５２は、ピンまたは伸長壁であるかどうかにかかわらず、図１８Ａ、１８Ｃ、および１８Ｄを参照して下記に説明されるように、直線の均一行内に配列される以外の異なる配列を有することができる。微小特徴１５２は、均一距離だけ相互から離間されることができる、または微小特徴１５２間の距離は、入口領域１５４および出口領域１５６の位置および流動特性に関連して変動し得る。例えば、微小特徴１５２は、入口領域１５４内では、第１の距離だけ、出口領域１５６内では、第２の距離だけ、相互から離間されることができる。第２の距離は、第１の距離を上回り、出口領域１５６を通した蒸気の流動を収容することができる、または第２の距離は、第１の距離未満であって、相転移チャンバ１５０ａ－ｃを通して流動する作業流体の液相に対して付与される毛細管力を収容することができる。加えて、相転移チャンバ１５０のうちの１つ内の微小特徴１５２間の間隔は、他の相転移チャンバ１５０ａ－ｃのうちの１つ以上のもの内の微小特徴１５２間の間隔と同一または異なってもよい。

微小特徴１５２間の間隔は、（ａ）作業流体を相転移チャンバの入口領域１５４から出口領域１５６に駆動する、毛細管力を作業流体中に発生させ、（ｂ）相転移チャンバ１５０ａ－ｃの入口および出口領域１５４および１５６を通した蒸気の流動を収容し、ならびに／もしくは（ｃ）所望のメニスカスを隣接する微小特徴１５２間に形成し、各微小特徴１５２に沿った蒸発ゾーンを向上させ、熱伝達を向上させるように選択されることができる。いくつかの実施形態では、微小特徴間の間隔は、作業流体中に誘発される毛細管力が、熱伝達ユニット１４０が全方向に動作する（例えば、熱伝達ユニット１４０がＴＥＣの下方または水平に対してある角度にあるように反転される）ことを可能にするように選択される。微小特徴１５２間の間隔は、例えば、５０ｎｍ、１００ｎｍ、２００ｎｍ、５００ｎｍ、１μｍ、２μｍ、５μｍ、または１０μｍの下限と、２５μｍ、５０μｍ、１００μｍ、１５０μｍ、２００μｍ、２５０μｍ、３００μｍ、３５０μｍ、４００μｍ、４５０μｍ、５００μｍ、６００μｍ、７００μｍ、８００μｍ、９００μｍ、または１，０００μｍの上限とを有する、範囲であることができる。具体的実施例では、微小特徴間の間隔は、１００ｎｍ～１，０００μｍ、１００ｎｍ～５００μｍ、１００ｎｍ～４００μｍ、１００ｎｍ～３００μｍ、１００ｎｍ～２５０μｍ、１００ｎｍ～２００μｍ、５０ｎｍ～１５０μｍ、５０ｎｍ～１００μｍ、５０ｎｍ～５０μｍ、５０ｎｍ～２５μｍ、または５０ｎｍ～１０μｍであることができる。

ダクトシステム１６０は、入口１４０に流体的に結合される、第１のチャネル１６３ａと、第１のチャネル１６３ａから相転移チャンバ１５０ａ－ｃに沿って延在する、第２のチャネル１６３ｂとを有する、一次ダクト１６２を含む。ダクトシステム１６０はさらに、マニホールドダクト１６４ａ－ｃ（集合的に、「マニホールドダクト１６４」と称される）と、排気ダクト１６６とを含む。マニホールドダクト１６４は、接合部１６５において、一次ダクト１６２の第２のチャネル１６３ｂに流体的に結合され、排気ダクト１６６は、出口１４４に流体的に結合される。相転移チャンバ１５０ａ－ｃはさらに、入口ポート１６７と、出口ポート１６８とを含むことができる。入口ポートは、個別のマニホールドダクト１６４を相転移チャンバ１５０ａ－ｃの入口領域１５４に流体的に結合し、出口ポート１６８は、相転移チャンバ１５０ａ－ｃの出口領域を排気ダクト１６６に流体的に結合する。入口ポート１６７は、個別のマニホールドダクト１６４ａ－ｃに沿って均一配列を有する、小通路であることができる（便宜上、マニホールドダクト１６４ａに沿ってのみ示されるが、また、マニホールドダクト１６４ｂおよび１６４ｃに沿っても存在する）。出口ポート１６８は、それを通して蒸気が排気ダクト１６６の中に通過する、相転移チャンバ１５０ａ－ｃの出口領域１５６の端部における、より大きい通路であることができる。出口ポート１６８は、異なる相転移チャンバ１５０ａ－ｃが排気ダクト１６６に沿って所望の蒸気の流動を提供するために、異なるように配列されることができる。例えば、図示される実施形態では、第１の相転移チャンバ１５０ａの出口ポート１６８は、第１の相転移チャンバ１５０ａに対して排気ダクト１６６の上流部分にあることができ、第２の相転移チャンバ１５０ｂの出口ポート１６８は、第２の相転移チャンバ１５０ｂに対して排気ダクト１６６の中流部分にあることができ、第３の相転移チャンバ１５０ｃの出口ポート１６８は、第３の相転移チャンバ１５０ｃに対して排気ダクト１６６の下流領域にあることができる。

動作時、作業流体は、液相において、凝縮器１８０（図１Ａ）から入口１４０に流動し、次いで、作業流体は、一次ダクト１６２およびマニホールドダクト１６４ａ－ｃを通して入口ポート１６７に流動する。マニホールドダクト１６４ａ－ｃおよび接合部１６５は、作業流体の均一分布（例えば、均一流動）を相転移チャンバ１５０ａ－ｃに沿って入口ポート１６７に提供するように構成されることができる。作業流体は、次いで、流動Ｆ_１、Ｆ_２、およびＦ_３において、入口ポート１６７、個々の相転移チャンバ１５０ａ－ｃの微小チャネル１５３、および出口ポート１６８を通して流動する。作業流体が、相転移チャンバ１５０ａ－ｃを通して流動するにつれて、微小特徴１５２に沿って、蒸発領域内で液相から気相に転移する。

熱伝達ユニット１４０の基部１４８は、高熱伝導性を伴う、アルミニウム、銅、シリコン、または他の材料から作製されることができる。相転移チャンバ１５０ａ－ｃ、微小特徴１５２、およびダクトシステム１６０は、半導体製造、ウォータージェット切断、レーザアブレーション、または３次元印刷において公知のように、基部をマスクおよびエッチングすることによって形成されることができる。加えて、相転移チャンバ１５０ａ－ｃ内の基部１４８の表面は、サンドブラスト等によって、テクスチャ加工されることができる。

熱伝達ユニット１４０は、ＴＥＣ１２０を通して流動する電気によって、または標的材料１０１自体から（例えば、標的材料が、コントローラ、メモリデバイス、レーザ等のアクティブ熱源であるとき）発生されたかどうかにかかわらず、熱をＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂから除去する。ＴＥＣ１２０は、高熱流束を発生させ得るため、熱伝達ユニット１４０は、高熱流束の少なくとも一部を除去（例えば、消散）するべきである。このように、ＴＥＣ１２０は、標的材料を継続的に冷却する、すなわち、熱を標的材料から継続的に除去し得る。熱伝達ユニット１４０は、使用の間、ＴＥＣ１２０を過熱から防止または別様に限定することができる。熱伝達ユニット１４０が、使用されなかった場合、ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂにおいて発生された熱は、徐々に増加し、それによって、標的材料を冷却するためのＴＥＣ１２０の能力を低下させるであろう。熱伝達ユニット１４０は、ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂにおいて発生された十分な熱を除去し、ＴＥＣ１２０の第１の部分１２２ａが所望に応じて、標的材料を冷却することを可能にする能力を有するように選択される。

ＴＥＣ１２０は、標的材料１０１を一定温度に維持してもよい、または所望の温度プロファイルに従って、標的材料１０１の温度を低下および／または上昇させてもよい。１つ以上の補助加熱または冷却要素が、ＴＥＣ１２０に加え、標的材料１０１の補助加熱または冷却を提供するように、標的材料１０１に隣接して位置付けられてもよい。例えば、ＴＥＣ１２０は、標的材料表面を冷却するために使用されてもよく、別個の抵抗加熱要素は、標的材料表面を加熱するために使用されてもよい。加えて、ＴＥＣ１２０は、標的材料表面を加熱するために使用されてもよく、補助冷却要素は、標的材料表面を冷却するために使用されてもよい。

一側面によると、ＴＥＣ１２０は、標的材料１０１を加熱またはその温度を別様に上昇させるために使用されてもよい。例えば、熱管理システム１００が、アクティブ化され、電気が、ＴＥＣ１２０を通して流動すると、ＴＥＣ１２０の第１の部分１２２ａが、その周囲または開始温度と比較して、加熱される、または熱を発生させる、すなわち、ＴＥＣの第１の部分１２２ａの温度が、上昇する一方、ＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂは、その周囲または開始温度と比較して、冷却される。このように、標的材料の温度は、その周囲温度と比較して、上昇され得る。ＴＥＣ１２０の半導体材料または半導体材料の配列の実施形態は、熱流動の方向が電流流動と同一方向または電流流動の反対方向であり得るように構成されることができることを理解されたい。標的材料を加熱するために、本動作モードにおいて使用されるとき、熱伝達ユニット１４０は、熱伝達ユニット１４０が熱をＴＥＣ１２０の低温側から除去しないように、アクティブ化解除またはＴＥＣ１２０から物理的に分離されてもよい。しかしながら、熱伝達ユニット１４０およびＴＥＣ１２０は、代替として、ＴＥＣ１２０が第２の部分１２２ｂより第１の部分１２２ａにおいて温かいときでも、標的材料の所望の温度プロファイルを達成するために、温度を周囲または開始温度から低下させ、次いで、温度を上昇させることを含め、並行して動作されてもよい。

ＴＥＣ１２０は、ＴＥＣ１２０を通した電流の流動の方向に応じて、所望の温度プロファイルに従って、標的材料の温度を低下または上昇させてもよい。本技術の一側面によると、ＴＥＣは、所望の温度プロファイルに従って、ＴＥＣを通した電気の指向性流動を使用して、かつ熱伝達ユニット１４０と組み合わせて、所望されるとき、熱をＴＥＣ１２０から除去するために、ＴＥＣ１２０の第１の部分１２２ａ、したがって、標的材料の温度を低下および／または上昇させるために使用されてもよい。電気の流動の方向を変化させることによって、ＴＥＣ１２０の第１の部分１２２ａは、所望の温度プロファイルに従って、所望の時間周期にわたって、急速かつ精密に、冷却または加熱され、それによって、急速かつ精密に、標的材料１０１を冷却または加熱し得る。

冷却モードにあるとき、熱伝達ユニット１４０は、そうでなければ、所望の様式において標的材料を冷却するＴＥＣ１２０の能力に影響を及ぼすであろう、ＴＥＣ１２０によって発生された熱を除去する。例えば、電気の第１の指向性流動を使用して、ＴＥＣ１２０は、熱伝達ユニット１４０と組み合わせて、時間周期時間_１（０．１～５秒または１０秒もしくは２０秒の範囲内であり得る）にわたって、標的材料１０１を初期周囲温度Ｔｅｍｐ_１（患者の組織の温度、すなわち、３５℃～３７℃であり得る）からより低い温度Ｔｅｍｐ_２（９℃～－４℃または－１０℃もしくは－１５℃または－２０℃であり得る）に冷却してもよい。電気の第１の指向性流動と対向する、電気の第２の指向性流動を使用して、ＴＥＣ１２０は、次いで、時間周期時間_２（０．１～５秒の範囲内であり得る）にわたって、標的材料をＴｅｍｐ_２（９℃～－４℃または－１０℃もしくは－１５℃または－２０℃であり得る）からより高い温度Ｔｅｍｐ_３（室温または患者の組織の正常温度であり得る）に加熱してもよい。これらの範囲は、実施例であって、本明細書に説明される実施形態の範囲および有用性を限定するものではない。例えば、付加的温度範囲は、１５℃～－１０℃、１０℃～－６℃、１０℃～０℃、１５℃～－１５℃、１０℃～－１０℃、または同等物である。例えば、時間範囲は、０．０５～２０秒、０．０５～１０秒、または０．１～７秒、および同等物であってもよい。

電気の指向性流動は、所望の用途または使用に応じて、標的材料を繰り返し冷却もしくは加熱するために、１つの方向から他の方向に、またはその逆に改変されてもよい。ＴＥＣ１２０の加熱および冷却は、電流流動の方向によって駆動されるため、ＴＥＣ１２０の第１の部分１２２ａの温度、故に、ＴＥＣ１２０に熱的に結合される、標的材料１０１の温度は、迅速に、すなわち、約１秒足らずから数秒において、かつ高精度、すなわち、約０．１℃～０．５℃、１．０℃、１．５℃、または２．０℃を伴って改変され得る。熱伝達ユニット１４０の低熱慣性（例えば、低熱容量または低体積熱容量）は、０．１秒～５秒の範囲内において、冷却モードと加熱モードとの間の精密な切替を可能にする。熱伝達ユニット１４０は、０．７ｍｍ～２５ｍｍまたは５ｍｍ～１５ｍｍの薄型を有するが、ＴＥＣ１２０によって発生された高熱流束を除去し、２－３秒等の０．１秒～５秒の時間周期以内に、標的材料をその周囲温度からより低い温度に、例えば、９℃～－４℃または－１０℃もしくは－１５℃または－２０℃に冷却することが可能である。いくつかの実施形態では、熱伝達ユニット１４０は、概して、０．７ｍｍ～１．０ｍｍの厚さＴを有する。

ＴＥＣ１２０は、ともに使用され、または独立して動作され、所与の表面積もしくは体積を伴う標的材料を加熱または冷却してもよい。熱を所与の表面積内において発生させる各ＴＥＣ１２０を用いることで、熱伝達ユニット１４０は、ＴＥＣ１２０の群から発生された熱を除去することが可能である。各ＴＥＣ１２０は、その独自の熱伝達ユニット１４０を有してもよい、または図１Ａ－１Ｃに示されるような単一一体型熱伝達ユニット１４０が、熱をＴＥＣ１２０の全てまたはサブセットから除去してもよい。例えば、熱伝達ユニット１４０は、複数のＴＥＣ１２０の組み合わせられた表面積を上回る表面積を有してもよい。一側面によると、熱伝達ユニット１４０およびＴＥＣ１２０は、光または放射線エネルギーもしくは機械的治療デバイスが、熱伝達ユニットおよびＴＥＣを通して、またはその間で動作し、より深い組織を、そうでなければ、疼痛のある、または表皮を損傷させるであろう、所望の治療温度まで加熱することを可能にしながら、標的材料の表面（例えば、表皮）が、冷却され得るように、相互および標的材料１０１に対して配列されてもよい。

ＴＥＣ１２０は、可撓性接触部材１１０に取り付けられることができる、または１つ以上のＴＥＣのサブセットが、剛性接触部材１１０に取り付けられることができ、剛性接触部材１１０は、剛性接触部材１１０間で撓曲するために、ヒンジによってともに結合される。そのような実施形態では、各ＴＥＣ１２０またはＴＥＣ１２０のサブセットは、１つ以上の相転移チャンバ１５０を伴う、個々の熱伝達ユニット１４０を有することができ、個々の熱伝達ユニット１４０は、相互から熱的および物理的に分離（接続解除）され、熱管理システムが、個々のＴＥＣ１２０またはＴＥＣ１２０のサブセット間で撓曲することを可能にすることができる。本構成は、特に、標的材料１０１が、多くの身体部分（例えば、肩部、膝、足首、顔、胴体、腰部、頭部等）等の非平面である、用途において有用である。

ＴＥＣ１２０は、所望の目的を達成するために、行および列のアレイまたは任意の所望のパターン内に配列されてもよい。例えば、本明細書に説明されるようなデバイスは、熱的に伝導性の接触部材（例えば、プレートまたはフィルムもしくは支持体）の表面積内に配列される、２～２００のＴＥＣ１２０を含んでもよい。ＴＥＣ１２０の数に応じて、ＴＥＣ１２０は、標的材料１０１の表面積および／または標的材料１０１の輪郭に応じて、熱的に伝導性の接触部材に対して正方形パターン、長方形パターン、円形パターン、もしくは他のパターン内に配列されてもよい。一側面によると、ＴＥＣ１２０は、同一平面において、相互に対して水平に位置付けられてもよい。一側面によると、ＴＥＣ１２０は、ＴＥＣ１２０を重なり合ってスタックすること等によって、相互に対して垂直に位置付けられてもよい。

各ＴＥＣ１２０は、標的材料１０１の異なる場所の異なる加熱または冷却を達成するために、独立して動作されてもよい、もしくはＴＥＣ１２０は全て、標的材料１０１の均一加熱または冷却を達成するために、同時に動作されてもよい。ＴＥＣ１２０のサブセットは、標的材料１０１上の異なる場所の異なる加熱または冷却を達成するために、独立して動作されてもよい。加えて、各ＴＥＣ１２０またはＴＥＣ１２０のサブセットは、別個の熱伝達ユニット１４０を有することができ、対のＴＥＣ１２０および熱伝達ユニット１４０は、独立して、または集合的に、動作されることができる。

本明細書に説明されるような標的材料表面の温度を調整するためのデバイスは、熱伝達ユニット１４０を含み、ＴＥＣ１２０はまた、デバイスに沿ってまたはその中の１つ以上の場所における温度、熱流束、または圧力を感知または検出するために、デバイスに動作可能に接続される、１つ以上の温度センサ、熱流束センサ、および／または圧力センサ（集合的に、参照番号１７０によって識別される）を含んでもよい。そのような温度および圧力センサは、標的材料表面の温度を調整するためのデバイスの動作に関するフィードバックを提供し、デバイスの動作を調整し、標的材料の所望の温度または温度プロファイルを提供することを補助してもよい。故に、本明細書に説明されるような標的材料表面の温度を調整するためのデバイスは、組織等の標的材料を所定の温度まで非侵襲的に冷却する。標的材料は、ある厚さを有し、本明細書に説明されるデバイスを使用した標的材料の冷却または加熱は、標的材料の深度の関数として温度プロファイルを生成し得ることを理解されたい。例えば、標的材料の外面は、標的材料内の治療部位の温度より低い温度を有し得る。これは、標的材料の温度プロファイルをもたらす。いったん標的材料の外面の所望の温度が、達成されると、または標的材料の深度の関数としての標的材料内の所望の温度プロファイルが、到達されると、標的材料は、次いで、所定の温度または温度プロファイルにおいて、処理または治療を受けてもよい。いくつかの実施形態では、温度プロファイルは、時間、標的材料上の場所、および／または標的材料内の深度の関数として発生される。

接触部材１１０は、熱伝達ユニット１４０をＴＥＣ１２０および／またはＴＥＣ１２０を標的材料１０１に熱的に相互接続する、１つ以上の熱的に伝導性のプレートもしくは表面またはフィルムであることができる。さらなる議論の目的のために、熱的に伝導性のプレート、表面、編組、布地、またはフィルムであり得る、熱的に伝導性の接触部材が参照されるであろう。熱伝達ユニット１４０は、その独自の熱的に伝導性の接触部材を有してもよく、ＴＥＣ１２０は、その独自の熱的に伝導性の接触部材を有してもよい。熱伝達ユニット１４０の熱的に伝導性の接触部材は、ＴＥＣ１２０に添着される、または別様に取り付けられてもよい。単一の熱的に伝導性の接触部材が、熱伝達ユニット１４０とＴＥＣ１２０との間にあってもよい。熱的に伝導性の接触部材は、ＴＥＣ１２０の底部に位置付けられてもよい、またはＴＥＣ１２０と標的材料１０１との間の熱的接続を提供するために、ＴＥＣ１２０の底部の一部であってもよい。熱的に伝導性の接触部材は、０．０１ｍｍ～５ｍｍの厚さを有してもよい。

熱的に伝導性の接触部材は、所与の表面に接触するために、任意の好適な構成、形状、設計、厚さ等を有してもよい。熱的に伝導性の接触部材は、剛性または可撓性であってもよい。熱的に伝導性の接触部材は、平坦、湾曲、凸面、凹面、反曲、波状、くぼみ、隆起、凹み、粗面、平滑である、または特定の熱管理方法のために十分な任意の他の表面幾何学形状を有してもよい。熱的に伝導性の接触部材は、透明または非透明であってもよい。熱的に伝導性の接触部材は、所望、必要、または要求に応じて、熱的に伝導性のシリコン、ダイヤモンド、銅、炭化ケイ素、黒鉛、銀、金、白金、銅、サファイア、グラフェン、または酸化ケイ素、ならびに他の材料等の当業者に公知の少なくとも１つ以上の熱的に伝導性材料を含んでもよい。

標的材料がヒト組織である、一側面によると、方法は、標的組織を所定の温度まで所定の時間内に冷却および／または加熱し、急速かつ精密に、標的組織を冷却ならびに加熱する。図２および３は、図１Ａ－１Ｃを参照して上記に説明される熱管理システム１００の種々の実施形態に関する経時的温度のグラフである。図２は、接触部材１１０が、ヒト組織内の温度応答をシミュレートするように選択される、ゼラチン腫瘤に対して設置された方法の高速温度応答を示す。本方法では、開始点において、ＴＥＣ１２０（図１Ｂ）が、第１の部分１２２ａが、冷たく、第２の部分１２２ｂが、温かいように駆動され、二相熱伝達ユニット１４０は、熱をＴＥＣ１２０の第２の部分１２２ｂから除去するように動作される。ＴＥＣ１２０は、次いで、第１の部分１２２ａが、温かく、第２の部分１２２ｂが、冷たく、０℃から２０℃超までの高速スパイクを数秒以内に温度内に引き起こすように逆転される。ＴＥＣ１２０は、次いで、第１の部分１２２ａが、再び、接触部材１１０を冷却し、温度を開始レベルまで急速に低下させるように、再び逆転されることができる。温度の高速上昇および低下に加え、本試験はまた、具体的標的温度が、オーバーシュートまたはアンダーシュートを伴わずに、精密に達成され、制御可能に維持され得ることを示す。

図３は、ヒト組織をシミュレートする、標的材料内の２ｍｍ、５ｍｍ、および１０ｍｍの種々の深度における温度の別の温度／時間プロットを示す。示されるように、図１Ａ－１Ｃを参照して上記に説明される熱管理システム１００の実施形態は、２ｍｍの深度では、９分以内に、５ｍｍの深度では、１５分以内に、１０ｍｍの深度では、２０分以内に、約２５℃から０℃まで、温度を低下させるために十分な熱を回収することが可能であった。これは、図１Ａ－１Ｃに示される小型で薄型サイズのタイプを有する、熱管理ユニットに関する驚くべき結果である。これは、特に、小型でより軽量のアプリケータが、使用され得、これが、身体のより複雑な面積が冷却されることを可能にし、より快適性を患者に提供するため、医療および審美治療のために有用である。

図４は、本技術による熱管理システムを使用して冷却および加熱される、シミュレートされた組織の別の温度および時間プロットを示す。標的材料１０１は、最初に、約３５℃の正常生理学的温度ＴＴ_１（組織温度）にある。図４に示されるように、治療されるべき組織は、組織深度の関数として異なる温度にあって、図４は、皮膚接触点、０．１ｍｍ、０．５ｍｍ、および１ｍｍ深度における初期温度を示す。第１および第２の部分１２２ａ－ｂ間のＴＥＣの中点における温度もまた、線ＴＥによって示される。また、それを下回ると冷却が麻酔効果を提供する、約８℃の温度と、組織が表在的に凍結する、約－２℃の温度も示される。熱冷却および加熱デバイスは、約２０℃の室温または周囲温度の初期温度ＤＴ_１にある。１つの随意の側面によると、本デバイスは、約３５℃の予接触温度ＤＴ_２まで加温され、比較的に温かい患者への比較的に低温デバイスの不快な接触を和らげてもよい。温度ＤＴ_１におけるデバイスは、次いで、皮膚表面と接触され、ＴＥＣが、アクティブ化され、約２秒以内に、標的材料を２０℃から約－２℃または２０℃から約－１０℃まで冷却し、冷却を皮膚に提供する。約５秒後、電気は、デバイスを通して、ある方向に流動し、デバイスを冷却し、それによって、約３秒以内に、皮膚接触点（皮膚接触緑色線）の温度を約－２℃まで冷却する。深度０．１ｍｍにおける組織は、約８秒以内に、約２℃の温度まで冷却される。０．５ｍｍ～１．０ｍｍの深度における組織の温度は、より高く、冷却が麻酔効果を提供し得る、温度を上回る。本時点で、皮膚は、例えば、レーザ光を用いて治療されることができ、接触表面および深度０．１ｍｍにおける皮膚は、冷却からの麻酔効果から利点を享受する。本時点で、電流の方向は、デバイスが、約２秒以内に、皮膚接触点において約３０℃および表面の０．１ｍｍ下方の深度において約２７℃の温度まで、皮膚を加熱するように、逆転される。本時点で、電流の方向は、再び、逆転され、約３秒以内に、皮膚を約－２℃の温度まで冷却し、皮膚は、例えば、レーザ光を用いて治療されることができる。

温度の高速変化および標的材料１０１の温度の精密な制御等の本技術のいくつかの側面は、ＴＥＣ１２０および／または接触部材１１０と比較して、熱伝達ユニット１４０の小サイズであるが、高熱伝達率によって可能にされる。いくつかの実施形態では、ＴＥＣ１２０および接触部材１１０またはＴＥＣ１２０単独のみは、第１の体積熱容量を有し、熱伝達ユニット１４０は、第１の体積熱容量の５０％、１００％、１５０％、２００％、２５０％、３００％、４００％、または５００％のうちの１つを上回らない、第２の体積熱容量を有する。より具体的には、熱伝達ユニット１４０の第１の体積熱容量は、ＴＥＣ１２０単独またはＴＥＣ１２０と接触部材１１０の組み合わせの第２の体積熱容量の約５０％～２００％または１００％～１５０％にすぎない。

本サイクルは、任意の回数、繰り返され、標的組織を、かつ異なる標的組織場所において治療することができる。例えば、本デバイスは、第１の標的組織場所ＴＬ_１を、約２秒以内に、麻酔効果が表面または表面の０．１ｍｍ下方において達成される、約８℃の温度まで、かつ約３秒以内に、表在凍結が生じる、約－２℃の温度まで、冷却するために使用されることができる。組織ＴＬ_１は、例えば、レーザ光を用いて治療されることができ、次いで、組織ＴＬ_１は、約２秒以内に、約３０℃または２０℃もしくは１５℃の温度まで加熱されることができる。本デバイスは、次いで、第２の組織場所ＴＬ_２に移動されることができ、組織は、約２～３秒以内に、レーザ光を用いた治療のために、麻酔治療温度まで冷却されることができる。第２の組織場所は、次いで、約２秒以内に、約３０℃まで加熱されることができ、本デバイスは、第３の組織場所ＴＬ_３に移動され、冷却、治療、および加熱サイクルが、行われる。本サイクルは、任意の数の組織場所ＴＬ_Ｎのために繰り返されることができる。付加的冷却および／または加熱プロファイルが、本明細書に説明される熱管理システムを使用して実行されることができる。例えば、冷却または加熱プロファイルは、冷却（温度低下）または加熱（温度上昇）効果のパルスもしくは正弦波パルスであってもよい。冷却および／または加熱は、熱電ユニットを通した所望の電気パルスもしくは電流によって遂行されてもよく、これは、本明細書に説明されるように、逆転されてもよい。一実施形態によると、冷却および／または加熱は、熱伝達ユニットへの流体圧力または流率を制御することによって遂行されてもよく、そのような流体圧力または流率は、熱を熱伝達ユニットに接触する熱源から除去するために使用される。

図５は、電流が、８秒、１０秒、および１３秒において逆転される、点における、ＴＥＣ１２０を横断した熱流束を示す、グラフである。図５に示されるように、高熱流束は、１秒足らずで変化し、これは、ＴＥＣ１２０の高速冷却および加熱ならびに標的材料１０１の高速冷却および加熱を反映する。一側面によると、冷却および／または加熱されるべき標的材料は、毛髪除去または皮膚科治療もしくは針注射等のために、レーザ治療等のエネルギーベースの治療等の治療を受ける患者の組織である。本技術の範囲内の他の治療は、癌治療のための放射線療法、熱療法（等低温療法または温熱療法）、組み合わせられた熱療法および免疫療法、座瘡治療（長パルス）、皮下脂質組織を冷却することによる痩身、侵襲性または非侵襲性ＲＦ治療、ＨＩＦＵ、超音波、レーザ入墨除去、アブレーションレーザ皮膚再生、セルライト治療、脱色素、および皮膚再生を含む。そのような治療に従って、組織は、そのような治療前、間、または後に、組織を麻痺させるために冷却され、治療の間、疼痛を低減させる。一側面によると、組織は、レーザまたは針治療前、間、または後に、組織を麻痺させるために冷却され、治療の間、疼痛を低減させる。故に、熱冷却または加熱デバイスは、麻酔効果を提供する。冷却後、組織は、組織を正常組織温度等のより高い温度にもたらすために、加熱されてもよい。本デバイスは、組織に接触するように意図されるため、本デバイスは、低温デバイスが患者の温かい組織に対して設置されるとき等、正常組織温度まで加熱され、快適な接触を患者に提供し、不快な接触を回避してもよい。

一側面によると、本明細書に説明されるような組織を冷却するためのデバイスは、レーザシステムまたは他の医療デバイスの中に統合され、表皮を保護し、治療面積内の疼痛を低減させ、および／または非標的組織（例えば、標的組織に隣接する皮膚）への損傷を阻止する。本デバイスはまた、レーザ治療および注射のための一時的局部麻酔緩和を提供し、それによって、レーザまたは他の医療デバイスの有効性を改良する。レーザの照射または医療デバイスの動作のタイミングに関して、冷却は、治療前、間、もしくは後に生じ得、これは、事前冷却、並行冷却、および事後冷却を含む。

具体的皮膚病を患う患者のためのレーザ療法の一次目的は、正常皮膚への傷害を最小限にしながら、標的色素胞への熱損傷を最大限にすることである。しかしながら、ある場合には、表皮傷害のための入射レーザビームの閾値用量は、色素胞の除去のための閾値に非常に近接し得る。色黒の患者は、レーザエネルギーのための有意な色素胞として競合する、高表皮メラニンのため、これらの問題をより受けやすく、増加される疼痛、水泡形成、瘢痕、および色素沈着異常につながる。本明細書に説明される組織を加熱および冷却するためのデバイスは、皮膚の最表在層を選択的に冷却し、疼痛、水泡形成、瘢痕、および色素沈着異常を低減させ得る。目標は、熱傷害を引き起こす、閾値温度を超える温度の上昇を防止するための表皮の冷却である。冷却は、表皮を保護するため、高フルエンスレーザビームが、皮膚に送達されることができる。これは、冷却の空間選択性の理論と称される。血管、幹細胞、毛包等内の色素胞を標的化するために、治療温度に到達されるべきである。しかしながら、治療温度は、多くの場合、表皮ケラチノサイトおよびメラノサイトを損傷させるであろう。本明細書に説明される皮膚を冷却および加熱するためのデバイスは、表皮レベルでは、より低い温度を維持するが、組織内の標的深度では、要求されるより高い治療温度に到達することができ、これは、多くの場合、レーザ手技のより良好な転帰を提供する。加えて、冷却は、多くの場合、レーザ手技の合併症として発症する、浮腫の量を減少させるであろう。故に、本技術の熱管理システムは、皮膚の表在層を随伴熱損傷から保護することができる。

本技術による熱管理システムのいくつかの実施形態は、ハンドヘルド医療器具の面上の一体型構成要素である、または熱管理システムは、医療器具に取り付けられ得る、別個の構成要素であってもよい。例えば、熱管理システムは、望ましくない毛髪を身体の全ての部分から排除するように具体的に設計される、非侵襲性光療法デバイスである、Ｃａｎｄｅｌａ ＧｅｎｔｌｅＬＡＳＥ Ｐｌｕｓレーザ等のハンドヘルドレーザ放出デバイスを含む、レーザに追加されることができる。Ｃａｎｄｅｌａ ＧｅｎｔｌｅＬＡＳＥ Ｐｌｕｓは、小ハンドピースを通して治療部位に指向される、強い集中した光のパルスを発生させる。一側面によると、熱管理システムは、そのような市販のレーザシステムのハンドピースの先端に加工されてもよい。皮膚が、皮膚を保護し、麻酔効果を提供するために、熱管理システムを使用して冷却された後、レーザエネルギーが、熱管理システムを通して、かつ皮膚を通して、毛包まで通過し、エネルギーは、毛髪および毛包内の色素によって吸収される。結果として、毛根が、皮膚の繊細な細孔および構造を損傷させずに、選択的に損傷される。レーザは、１秒足らずのみにわたって、パルス化される、すなわち、「オンにされる」。パルスの持続時間は、レーザエネルギーが、過剰な熱を周囲皮膚に伝達せずに、毛包によって吸収されるであろうように、慎重に較正される。その後、熱管理システムは、皮膚を加温し、次いで、第２の標的皮膚場所に移動され、プロセスは、繰り返される。

一側面によると、熱管理システムは、接触に応じて、組織を冷却し、接触冷却治療と称され得る。一側面によると、熱管理システムは、透明部品または材料を有し、熱管理システムが、組織を冷却または加熱するとき等、組織に接触している間、光がそれを通して通過することを可能にしてもよい。別の側面によると、熱管理システムは、それを通してチャネルまたは孔を有し、熱管理システムが組織に接触している間、光または別の治療モダリティもしくは道具がそれを通して通過することを可能にしてもよい。

本技術のある側面によると、熱管理システムは、また、皮膚／組織を制御可能に圧迫し、標的材料内の血流を低減させながら、組織を冷却し、したがって、活性色素胞である、酸素ヘモグロビンを減少させる。さらに、皮膚圧迫は、毛包のようなより深い標的を皮膚表面により近づけ、これは、レーザエネルギーの吸収を向上させ、したがって、より少ないフルエンスが、熱標的を加熱するために使用されることができ、および／またはより多くのエネルギーが、標的に到達する。

本技術の熱管理システムは、故に、一般に、毛髪除去、入墨除去、座瘡治療、アブレーションレーザ治療、侵襲性および非侵襲性ＲＦ治療、腫瘍等の癌性組織を治療するための放射ビーム療法等の放射線療法を含む、皮膚科治療に関連する治療方法において有用である。熱管理システムは、治療前、間、および後に、アクティブ化されることができる。一側面によると、熱管理システムは、所望の表面積内全体において、または所与の組織表面積内の個々の場所もしくは点において、局在化された熱損傷を腫瘍組織に誘発するために使用されることができる。例えば、所与の組織表面積内においては、組織は、全くまたは殆ど熱損傷を有し得ず、また、熱損傷の場所を有し得る。熱損傷の場所は、治療に従って、所望に応じて、順序付けられてもよい、またはランダムであってもよい。

図６は、一次療法と併せて、標的材料１０１を冷却するための熱管理システム６００の実施形態を図示する。熱管理システム６００は、上記に説明される熱管理システム１００に類似することができ、同様の参照番号は、類似または同じ構成要素を指す。熱管理システム６００は、いくつかのＴＥＣ１２０が接触部材１１０に熱的に結合されるように、熱的に伝導性の接触部材１１０と、ＴＥＣ１２０とを含むことができる。ＴＥＣ１２０は、第１の部分１２２ａにおける電気接点パッド６１０と、第２の部分１２２ｂにおける接触パッド６２０とを有し、電流は、接触パッド６２０と接触パッド６１０との間で流動し、ＴＥＣＳ１２０の第１の部分１２２ａを冷却することができる一方、熱は、標的内の矢印およびＴＥＣ１２０内の矢印によって示されるように、反対方向に流動する。

熱管理システム６００は、ＴＥＣ１２０に熱的に結合される、二相熱伝達ユニット６４０を含む。熱伝達ユニット６４０は、上記に説明される熱伝達ユニット１４０に類似することができる。例えば、熱伝達ユニット６４０は、基部６４２と、上部６４４と、蒸気空間を基部６４２と上部６４４との間の空間内に画定する、相変化チャンバ６４６とを有することができる。熱伝達ユニット６４０はさらに、微小チャネル６５４を画定する、ピンまたは伸長パネル等の微小特徴６５２を含むことができる。微小特徴６５２は、図６に示されるように、対応するＴＥＣ１２０と重畳されることができる。動作時、微小チャネル６５４内の作業流体は、蒸発し、ＴＥＣ１２０を冷却する。

基部６４２および上部６４４は、サファイア、ダイヤモンド、ガラス、透明セラミック、アルミナ、結晶化アルミナを伴う透明ポリマーナノ複合材等の透明材料から作製される、または透明部分を有することができる。結果として、熱管理システム６００は、レーザおよび他の皮膚治療デバイスと併用されるように良好に適合される。動作時、レーザビームまたは他の放射ビームは、透明上部６４４および基部６４２を通して、ＴＥＣ１２０間の面積内を通過し、毛包またはコラーゲン等の組織内のある深度における標的組織を加熱することができる一方、ＴＥＣ１２０および熱伝達ユニット６４０は、神経が位置する、表皮および真皮を冷却する。結果として、レーザ治療は、より長い時間周期にわたって、標的組織をより高い温度まで加熱し、治療転帰を向上させることができる一方、熱管理システム６００は、皮膚表面を冷却し、皮膚を熱傷から保護し、疼痛を緩和またはさらに軽減する。

図７は、動作時の図６の熱管理システム６００の等角図である。組織７００の体積は、Ｘ－Ｙ－Ｚ方向に示され、脂肪と、皮膚とを含む。皮膚の表面は、位置０にあって、組織の深度が、示される。熱的に伝導性かつ透明な接触部材１１０は、皮膚に接触し、本明細書に説明されるようなＴＥＣ１２０は、接触部材１１０に熱的に結合される。本明細書に説明されるような二相熱伝達ユニット６４０は、ＴＥＣ１２０に熱的に結合される。動作時、レーザ６６０または他の治療モダリティ（例えば、外部ビーム放射線デバイス）は、エネルギービーム６６２をＴＥＣ１２０間の空間内の透明構成要素を通して指向する。

図８Ａは、熱管理システム８００の側面図を図示し、図８Ｂは、熱管理システム８００の上面図である。熱管理システム８００は、接触部材１１０と、接触部材１１０に熱的に結合される、ＴＥＣ１２０と、ＴＥＣ１２０に熱的に結合される、二相熱伝達ユニット８４０とを含む。液相作業流体が、第１の導管８５０を通して熱伝達ユニット８４０に流動し、作業流体の気相が、熱伝達ユニット８４０から第２の導管８６２を通して流動する。熱伝達ユニット８４０は、熱伝達ユニット１４０に類似することができるが、熱伝達ユニット８４０は、アクセス孔８４２を含み、接触部材１１０は、アクセス孔８４２と整合される、開口部８４４を有する。アクセス孔８４２および開口部８４４は、少なくとも、概して、ＴＥＣ１２０間の空間と整合される。

動作時、針またはレーザ光、放射ビーム、または別のタイプのビーム等のエネルギービーム８６０が、アクセス孔８４２および開口部８４４を通して指向される。一側面によると、アクセス孔８４２および開口部８４４はまた、アブレーションレーザ治療等の治療の間、蒸気および／または組織残骸が標的材料表面から駆出されることを可能にする。このように、熱管理システム８００は、標的材料の治療の間、除去される必要はない。システム８００はまた、温度センサ８７０をＴＥＣ１２０またはその近傍に含むことができる。一側面によると、用途に応じて、二相熱伝達ユニット８４０、ＴＥＣ１２０、および高伝導性接触部材１０１は、電磁波スペクトルの部分に対して透明の具体的材料から作製される。

一側面によると、真空システムが、治療の間、上記に説明される熱管理システム１００、６００、８００のいずれかを標的材料の表面に固定するために使用されてもよい。真空システムは、皮膚等の標的材料との熱接触を維持または改良するために使用される。一側面によると、同一真空システムまたは別個の真空システムが、アブレーション二酸化炭素治療等のアブレーションエネルギーベースの治療の間に生成され得る、任意の組織残骸および蒸気を排出または含有するために使用されてもよい。一側面によると、治療の間、熱管理システム１００、６００、８００を皮膚表面に固定することは、アブレーションレーザ治療からの残骸が、熱管理システム内に存在し得る、アクセス孔に詰まらないように防止する。真空システムはまた、任意の蒸気または残骸を含有し、それによって、残骸、粒子、およびガスが、患者またはシステムのオペレータによって吸い込まれないように防止する。真空システムはまた、皮膚内の血流を低減させることに役立ち、これは、レーザ手技および痩身のために皮下脂質組織を低減させるための治療の両方のために有用である。

図９は、ＴＥＣ１２０と、熱伝達ユニット９４０とを有する、熱管理システム９００の概略図である。熱伝達ユニット９４０は、微小チャネル９６２の離散群が個々のＴＥＣ１２０と整合されるように配列される、微小チャネル９６２のアレイを有する。微小チャネル９６２は、一般に、共通ダクト９６４によって、入口または出口に接続されることができる。熱伝達ユニット９４２はさらに、随意のアクセス孔９４２と、システム全体を通して異なる位置および層内に位置し、デバイス－標的界面における熱流束および温度を制御するためのフィードバック信号を提供する、温度センサ９７０とを含む。各熱管理システム９００は、個々のセルであることができる。

図１０は、いくつかの熱管理システム９００のアセンブリ１０００の概略図である。アセンブリ１０００は、流体送達ライン１０１０を含み、作業流体の液相を個々の熱管理システム９００に搬送することができる。ＴＥＣならびに微小チャネルの数および配列は、任意の具体的用途に応じて、変化されることができる。チャネルを被覆するキャップ（図示せず）が、蒸気がシステムから退出するために要求される空間を提供する。いくつかの構成では、蒸気は、周囲にパージされる（例えば、本明細書の任意の実施形態と併用され得る、開放システム）一方、他の構成では、蒸気は、閉鎖されたシステム内で液相に逆凝縮される。熱管理システム９００と標的との間の界面は、任意の特定の用途のための具体的表面外形を伴って、平坦または湾曲であることができる。熱管理システム９００は、可撓性材料から作製され、標的の形状に共形化することができる。熱管理システム９００はまた、加熱要素を含み、必要とされる場合、標的－システム界面における温度を迅速に上昇させることができる。本システムは、０．０００１バール～２０バールの圧力と、－２７０℃～１，０００℃の温度とで動作することができる。

図１１は、いくつかの熱管理システム９００の別のアセンブリ１１００の概略図である。本実施形態では、個々の熱管理システム９００は、アクセス孔を有しておらず、代わりに、中実中心領域１１１０を有する。中心領域１１１０は、透明材料であることができ、したがって、レーザ光または他の放射ビームは、中心面積を通して下方の標的材料に伝送されることができる。

図１２は、半導体デバイス１２０１と、図１Ａ－１Ｃに関して上記に説明される熱管理ユニット１００とを有する、半導体アセンブリ１２００の概略図である。熱管理システムは、代替として、本明細書の図１５Ａ－２０Ｅに関して説明されるような熱伝達ユニットを有することもできる。半導体デバイス１２０１は、プロセッサ、メモリデバイス、発光ダイオード、または他の熱生産デバイスであることができる。本実施形態では、接触部材１０１は、半導体デバイス１２０１に取り付けられる。

図１３は、半導体デバイス１３０１と、接触部材１１０を伴わない熱管理システム１００のバージョンとを有する、半導体アセンブリ１３００の概略図である。熱管理システムは、代替として、本明細書の図１５Ａ－２０Ｅに関して説明されるような熱伝達ユニットを有することもできる。本実施形態では、半導体デバイスは、不動態化材料１３０２を有し、熱管理システム１００のＴＥＣ１２０は、不動態化材料１３０２に取り付けられる。

図１４は、本技術による熱管理システムを使用して冷却される、サーバ等のいくつかのデバイス１４０１ａ－ｎ（集合的に、デバイス１４０１と称される）の概略図である。各デバイス１４０１は、上記に説明される半導体アセンブリ１２００および１３００と類似または同一である、半導体アセンブリを有することができる、もしくは各デバイス１４０１は、半導体デバイスに取り付けられる熱管理システムに加え、またはその代わりに、デバイス１４０１の筐体に取り付けられる、別個の熱管理システム１００、６００、８００を有することができる。加えて、熱管理システムは、代替として、本明細書の図１５Ａ－２０Ｅに関して説明されるような熱伝達ユニットを有することができる。アセンブリ１２００および１３００はそれぞれ、共通凝縮器１８０に結合されることができる。動作時、アセンブリ１２００および１３００は、薄型熱管理システム１００を使用して、内部から冷却され、デバイス１４０１にわたって、大規模な冷却気流の必要性を低減または排除することができる。これは、従来の空冷サーバと比較して、有意な量のエネルギーを節約し、多くのサーバを冷却し得る。これは、故に、同様に、より大きいサーバファームの構造および保守を簡略化し得る。

前述の熱伝達ユニットのいずれかは、米国特許第１０，２１７，６９２号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明され、具体的には、二相蒸発冷却ユニットのための設計のその教示に関する、蒸発構造の側面を含むことができる。例えば、蒸発構造は、基部から蒸発流体の中に下方に延在する、一連の突出部を含んでもよい。代替として、蒸発構造は、蒸発流体をその間に伴う、一連のチャネルを形成する、一連の壁を含んでもよい。蒸発構造は、蒸発流体を受容するように構成される、多孔性材料を含んでもよい。蒸発構造は、蒸発流体を受容するように構成される、フラクタルトポグラフィを有する、壁を含んでもよい。蒸発構造は、作業流体の蒸発を助長し、ＴＥＣを冷却するように設計される。蒸発構造は、流入導管または入口ポートと、流出導管または出口ポートとに動作可能に接続され、蒸発構造を通した蒸発流体流動経路を動作可能に提供する。一実施形態によると、流入導管は、蒸発流体のポンプおよびリザーバに動作可能に接続され、蒸発流体を蒸発構造を通して圧送する。流入導管は、蒸発構造に進入するにつれて、蒸発流体を受容するように構成される。流出導管は、蒸発構造から退出するにつれて、蒸発流体を受容するように構成される。蒸発構造または別個の凝縮器はまた、当技術分野において公知のように、凝縮プレートまたはユニットを含み、収集および／または蒸発ユニットへの再分布のために、蒸発された蒸発流体を凝縮してもよい。蒸発構造は、単一蒸発構造が複数のＴＥＣを冷却するように、複数のＴＥＣに接触してもよい。

本技術による熱伝達ユニットは、代替として、Ｊｏｕｌｅ－Ｔｈｏｍｐｓｏｎ冷却デバイス、スプレー冷却デバイス、および同等物等の他の二相冷却デバイスを含んでもよい。そのような熱伝達ユニットは、例えば、Ｒ－１３４ａとしても知られる非毒性１，１，１，２－テトラフルオロエタン（沸点：－２６．２℃）または液体窒素もしくは液体二酸化炭素を使用して、パルス状寒剤スプレー等の寒剤スプレー（動的）冷却を含む。冷却のために有用な他の材料は、ＨＦＯ、ＨＦＣ、酸化窒素、アルコール、炭化水素（イソブタン、プロパン等）、水、アンモニア、粒子－流体混合物、材料（または流体）の２成分（または２つを上回る）混合物、および同等物を含む。熱伝達ユニットは、ガスまたは流体で加圧された容器の形態をとってもよく、これは、熱電ユニットの高温側の表面上に解放または噴霧されると、熱電ユニットの冷却を引き起こす。容器またはカートリッジの含有量が、空であるとき、容器またはカートリッジは、廃棄されてもよく、新しい完全容器またはカートリッジが、熱伝達ユニットとしてシステムと併用されてもよい。本技術による熱伝達ユニットは、ＴＥＣによって発生された熱を伝達し、これは、ＴＥＣから離れるように消散され、それによって、ＴＥＣが、システムの冷却モードでは、標的材料を冷却する、または別様にその温度を調整することを可能にする。熱伝達ユニットは、有利なこととして、ＴＥＣを、ＴＥＣによって発生された熱がＴＥＣの冷却能力に勝る、過熱から防止する。

米国特許第１０，２１７，６９２号に説明される二相熱伝達ユニットは、蒸発冷却の原理に基づいて動作する。一実施形態の側面は、作業流体を含有するために構成される、リザーバと、熱源と連通し、それに隣接するように構成される、基部部材と、基部部材から離れるように遠位に延在し、通路を伸長部材間に形成するように構成される、伸長部材であって、近位領域および遠位領域を含む、伸長部材とを含み、伸長部材の遠位領域が、少なくとも部分的に、作業流体の中に挿入または浸漬される、二相熱伝達デバイスである。

一側面によると、二相熱伝達ユニットは、作業流体を含有するために構成される、リザーバと、第１の面および第２の面を有する、基部部材とを含み、第１の面および第２の面は、概して、相互に対向し、基部部材の第１の面は、本明細書に説明されるようなＴＥＣ等の熱源と熱連通し、それに隣接するように構成される。伸長部材は、基部部材の第２の面から離れるように遠位に延在し、通路を伸長部材間に形成するように構成され、伸長部材は、近位領域および遠位領域を含み、遠位領域は、少なくとも部分的に、作業流体の中に挿入されるように構成され、通路は、蒸気空間を画定するように、作業流体から生産され得る、蒸気を収容するように構成される。伸長部材は、突出部、壁、パネル、ピン、支柱、またはロッド、ならびにそれらの任意の組み合わせであってもよい。基部部材および伸長部材は、所望、必要、または要求に応じて、シリコン、ダイヤモンド、銅、炭化ケイ素、黒鉛、銀、金、白金、銅、または酸化ケイ素、ならびに他の材料等の熱的に伝導性の非多孔性固体から成ってもよい。基部部材および伸長部材、特に、遠位領域は、少なくとも部分的に、多孔性材料から成ってもよいことを理解されたい。作業流体は、所望、必要、または要求に応じて、水、油、金属、オクタン、炭化水素、ペンタン、Ｒ－２４５ｃａ、Ｒ－２４５ｆａ、イソペンタン、ハロゲン化炭化水素、ハロゲン化アルカン、ＨＦＯ、ＨＦＣ、ケトン、アルコール、またはアルカリ金属、ならびに他の材料を含んでもよい。

ある実施形態の側面は、二相熱伝達デバイスを提供するが、それに限定されない。本デバイスは、作業流体を搬送するために構成される、リザーバと、第１の面および第２の面を有する、基部部材であって、第１の面および第２の面は、概して、相互から離れ、基部部材の第１の面は、熱源からの熱エネルギーを受容するように構成される、基部部材と、基部部材の第２の面から離れるように遠位に延在し、個別の通路を隣接する伸長部材間に画定するように構成される、伸長部材であって、伸長部材は、近位領域および遠位領域を含み、遠位領域は、少なくとも部分的に、作業流体の中に挿入されるように構成され、通路は、蒸気空間を画定するように、作業流体から生産される蒸気を収容するように構成される、伸長部材とを備えてもよい。

一側面によると、二相熱伝達ユニットは、作業流体を搬送するために構成される、リザーバと、熱源からの熱エネルギーを受容するように構成される、基部部材と、基部部材から離れるように遠位に延在し、個別の通路を隣接する伸長部材間に画定するように構成される、伸長部材であって、伸長部材は、近位領域および遠位領域を含み、遠位領域は、少なくとも部分的に、作業流体の中に挿入されるように構成され、通路は、蒸気空間を画定するように、作業流体から生産される蒸気を収容するように構成される、伸長部材を含む。

一側面によると、二相熱伝達ユニットは、作業流体を搬送するために構成される、リザーバと、熱源からの熱エネルギーを受容するように構成される、基部部材と、基部部材から離れるように遠位に延在し、個別の通路を隣接する伸長部材間に画定するように構成される、伸長部材であって、伸長部材は、近位領域および遠位領域を含み、遠位領域は、少なくとも部分的に、リザーバの中に挿入されるように構成される、伸長部材とを含む。

一側面によると、二相熱伝達ユニットは、作業流体を搬送するために構成される、リザーバと、熱源からの熱エネルギーを受容するように構成される、基部部材と、基部部材から離れるように遠位に延在し、個別の通路を隣接する伸長部材間に画定するように構成される、伸長部材であって、伸長部材のうちの少なくともいくつかは、少なくとも部分的に、リザーバの中に挿入されるように構成される、伸長部材とを含む。

一側面によると、二相熱伝達ユニットは、作業流体を搬送するために構成される、リザーバと、熱源からの熱エネルギーを受容するように構成される、基部部材と、少なくとも１つの壁を有する、伸長部材であって、伸長部材は、基部部材から離れるように遠位に延在し、個別の通路を隣接する伸長部材間に画定するように構成され、伸長部材は、近位領域および遠位領域を含み、遠位領域は、少なくとも部分的に、作業流体の中に挿入されるように構成される、伸長部材と、伸長部材の少なくとも１つの壁上に配置される、陥凹トポグラフィであって、陥凹トポグラフィは、作業流体を収容するように構成され、通路は、蒸気空間を画定するように、作業流体から生産される蒸気を収容するように構成される、陥凹トポグラフィとを含む。

図１Ａ－２０Ｅを参照して説明される実施形態のいずれかに関する二相熱伝達デバイスは、標的材料を冷却するとき、ＴＥＣと併用するための高蒸発および冷却容量を提供する。そのような二相熱伝達デバイスと関連付けられる利点は、単位面積あたり増加される冷却容量、制御および最適化された蒸発、沸騰の防止、および蒸発器の乾燥の防止を含む。あるアプローチと関連付けられる側面は、熱源に向かう方向に作業流体の吸入を増加させるための陥凹トポロジの使用を含み得るが、それに限定されない。あるアプローチと関連付けられる側面は、作業流体を蒸発器の伸長部材間の空間から離れるように保つための非湿潤コーティングまたは構造の使用と、作業流体の薄膜を伸長部材の遠位領域の周囲に形成するための湿潤コーティングまたは構造の使用とを含み得るが、それに限定されない。

二相熱伝達デバイスは、湿潤コーティング、湿潤標的材料、非湿潤コーティング、または非湿潤標的材料の任意の組み合わせを利用して、作業流体を本デバイスのある面積に誘引し、作業流体を本デバイスのある面積から反撥させてもよい。例えば、本デバイスは、伸長部材の遠位領域上に配置される、親水性コーティングまたは親液性コーティング等の湿潤コーティングを備え、作業流体を誘引してもよい。代替として、伸長部材の遠位領域は、親水性標的材料または親液性標的材料等の湿潤標的材料（すなわち、材料）から成ってもよい。別の実施例では、本デバイスは、伸長部材の近位領域および伸長部材間に位置する基部部材の第２の面上に配置される、疎水性コーティングまたは疎液性コーティング等の非湿潤コーティングを備え、液体作業流体を反撥させてもよい。代替として、伸長部材の近位領域および伸長部材間に位置する基部部材の第２の面は、疎水性標的材料（すなわち、材料）または疎液性標的材料等の非湿潤標的材料から成ってもよい。

二相熱伝達ユニットは、蒸気流動の方向に広大化する、通路によって画定される、蒸気空間を備えてもよい。例えば、通路は、中心領域から半径方向に延在してもよく、経路は、中心領域から半径方向にある。別の実施例では、広大化する蒸気空間は、蒸気流動の方向に、（例えば、単位長／面積あたりの）伸長部材の数を低減させることによって形成される。代替として、通路は、均一または狭小化する、幅を有してもよい。代替として、通路は、広大化および狭小化ならびに均一のままの組み合わせを提供し得る、幅を有してもよい。

図１５Ａ－１５Ｅは、接触部材１１０と、ＴＥＣ１２０と、上記に開示される標的材料のいずれかであり得る、標的材料１５０１を冷却および／または加熱するための二相熱伝達ユニット１５０２（本明細書には、「熱源１５０１」とも称される）とを有する、熱管理システム１５００を示す。図１５Ａを参照すると、二相熱伝達ユニット１５０２は、作業流体１５０５を含有する、相転移チャンバ１５０４（本明細書には、リザーバ１５０４とも称される）と、ＴＥＣ１２０に接触する、基部１５０６と、基部１５０６から突出し、通路１５２０を形成する、微小特徴１５１４（本明細書には、伸長部材１５１４とも称される）とを有する。図１５Ｂは、図１５Ａの単一通路１５２０（チャネルとも称される）の拡大部分図であって、図１５Ｃは、図１５Ａおよび１５Ｂに示される作業流体１５０５のメニスカス１５０３の薄膜領域の拡大部分図を示す。メニスカス１５０３の蒸発薄膜領域は、メニスカス１５０３の本領域が、非常に薄い厚さ、したがって、高伝導性抵抗を有するため、蒸発性熱伝達の大部分が生じる、場所である。非蒸発薄膜領域は、存在する場合でも、わずかな分子のみが液相から気相に転移し得るため、液体分子と固体表面との間の接着力が、極度に強い、場所である。したがって、蒸発薄膜領域は、向上された蒸発および熱伝達の領域を表す。

作業流体は、水、油、金属、オクタン、炭化水素、ペンタン、Ｒ－２４５ｃａ、Ｒ－２４５ｆａ、イソペンタン、ハロゲン化炭化水素、ハロゲン化アルカン、ＨＦＯ、ＨＦＣ、アルケン、ケトン、アルコール、またはアルカリ金属であってもよい。作業流体１５０５は、それらが、化学的に反応し、非凝縮可能ガスを生成しない、または他の有害な効果を引き起こさないであろうように、本デバイスを構成する、他の材料と相溶性があるべきであることを理解されたい。さらに、実施例として、作業流体は、任意の液体またはガスであってもよい。さらに、作業流体は、リチウムまたは同等物等の溶融金属もしくは液体金属であってもよい。

伸長部材１５１４は、標的材料１５０１と反対方向に、基部部材１５０６から離れるように延在することができ、伸長部材１５１４の遠位領域は、部分的に、作業流体１５０５内に浸漬または挿入される。熱は、基部部材１５０６の固体塊を通して、微小特徴１５１４を辿って、直接、蒸発性熱伝達の大部分が生じる、メニスカス１５０３の蒸発薄膜領域まで進行する。熱は、したがって、より容易に、蒸発薄膜領域に提供され、これは、ひいては、順序付けられ、かつ効率的蒸発が、継続的に維持され得るように、通路１５２０内での沸騰の潜在性を排除または少なくとも低減させる。

二相冷却デバイスは、冷却または加熱されるべき標的材料の配向を前提として、任意の配向で動作されるように設計されることができる。例えば、二相冷却デバイスは、表面力（毛細管力）がそのような重力の体積力と比較して優勢であるように、ピン間のチャネル幅または間隔が、あるサイズより小さい場合、重力に鈍感（すなわち、全方向性）であるように設計されてもよい。液体をピンまたはチャネル間の間隔の中に引動させ、それによって、蒸気空間を低減または排除する、毛細管力を回避するために、非湿潤コーティングが、液体をその空間に進入しないように反撥させるために使用されることができる。付加的実施形態によると、組織等の標的材料は、二相冷却デバイスの下方にあってもよい、または二相冷却デバイスの上方にあってもよい。

依然として、概して、図１５Ａを参照すると、二相熱伝達デバイスの本および他の実施形態の別の利点（但し、それに限定されない）は、蒸発部位への液相作業流体の効率的送達である。作業流体１５０５の液相は、微小特徴１５１４の先端のみがその中に配置または浸漬された状態で、相転移チャンバ１５０４のリザーバに送達されるため、二相デバイスは、作業流体の液相を従来の二相デバイスにおける多数の狭いチャネルを通して流動させることに関わる、高剪断摩擦を克服する必要はない。したがって、乾燥問題は、蒸発された質量を補充するために、液体作業流体１５０５を相転移チャンバ１５０４に送達する際に殆ど抵抗が存在しないため、有意に低減される。

図１５Ｄのブロック図に図式的に反映されるように、蒸気領域１５２２（すなわち、蒸発性熱伝達の大部分が生じる場所）は、熱源に隣接する。一方、作業流体の液相は、他の利点の中でもとりわけ、熱源から比較的に離れ、または遠隔にあって、本デバイス内の沸騰を回避または緩和し、液体作業流体の流動を増強させる。

図１５Ｅは、図１５Ａの二相熱伝達ユニット１５４０のある実施形態内を進行する、熱流動ＨＦの一般的回路を図式的に図示する。熱源からの熱は、微小特徴１５１４（図１５Ａ－１５Ｃ参照）の固体塊を通して、蒸気空間１５２２（図１５Ａおよび１５Ｂ参照）を越えて、薄液膜および固有の液体メニスカスの領域に向かって進行する。リザーバ内の作業流体１５０５の液相は、熱源から最も遠くに位置し、それによって、熱が進行するための最大距離を要求する。したがって、薄液膜および固有の液体メニスカスは、比較的に熱源に近い。図１５Ｅに図式的に示されるような整合は、熱伝達デバイスが、沸騰を固有の液体メニスカスおよび液体リザーバ内で誘発せずに、過熱された蒸気を発生させることを可能にする。故に、本特徴は、熱伝達デバイスによって除去される熱の品質および熱伝達デバイスの効率性を改良し、これは、本明細書に開示されるような種々の冷却用途において統合されることができる。さらに、本配列に起因して、微小特徴１５１４（図１５Ａ－１５Ｃ参照）の固体塊の近位部分、すなわち、「壁」の温度は、薄液膜および固有の液体メニスカスの飽和温度より高い。これは、液体凝縮体による蒸気空間１５２２の遮断を排除または低減させる、液体凝縮体が蒸気空間１５２２（図１５Ａおよび１５Ｂ参照）内に蓄積しないように防止する。

図１６Ａ－１６Ｅは、熱を標的材料１５０１から除去する、相変化熱管理システム１５００の付加的実施形態を図式的に図示する。例えば、熱源１５０１は、コンピュータチップならびに本明細書に開示される他の熱消散用途のいずれかの表面であることができる。標的材料１５０１は、基部部材１５０６の第１の面１５０８と連通し、基部部材の第２の面１５１０は、第１の面１５０８の対向側上にある。微小特徴１５１４は、第２の面１５１０から離れるように遠位に延在する。例えば、基部部材１５０６および微小特徴１５１４（またはその一部）は、シリコン、ダイヤモンド、銅、炭化ケイ素、黒鉛、銀、金、銅、チタン、白金、グラフェン、または金属合金等であるが、それに限定されない、熱的に伝導性の非多孔性固体を備えてもよい。加えて、または組み合わせて、基部部材１５０６および微小特徴１５１４（またはその一部）は、金、白金、銅、グラフェン、または酸化ケイ素等であるが、それに限定されない、コーティングを有してもよい。

微小特徴１５１４は、熱を効率的に伝導させる、ピン、支柱、ロッド、壁、パネル、または他の構造であることができ、所望の間隔を微小特徴１５１４間に有するように構築されることができる。図１６Ａを参照すると、基部部材１５０６により近い微小特徴１５１４の部分は、近位領域１５１６を画定し、基部部材１５０６からより遠く離れた部分は、遠位領域１５１８を画定する。遠位領域１５１８は、少なくとも部分的に、作業流体１５０５中に浸水され、作業流体１５０５の薄膜を遠位領域１５１８の周囲に生成する。熱流動１５１３は、標的材料１５０１から基部部材１５０６および近位領域１５１６を通して遠位領域１５１８に進行（すなわち、伝導）し、熱は、作業流体の制御された蒸発が遠位領域１５１８の周囲の薄膜面積内において生じると、近位領域１５１６および／または遠位領域１５１８から除去される。蒸発された液体は、微小特徴１５１４と基部１５０６との間の通路１５２０を充填する、蒸気を生産する。熱は、蒸気が、蒸気経路１５２１内で、微小特徴１５１４によって画定された通路１５２０を通して、凝縮器（図示せず）に向かって進行するとき、デバイスから伝達される。通路１５２０は、例えば、微小チャネルまたはナノチャネル等のチャネルであってもよい。

図１６Ａは、微小特徴１５１４が略直線である、実施形態を示す。そのような実施形態では、少なくとも１つの微小特徴１５１４の近位領域１５１６は、遠位領域１５１８に実質的に等しい、断面を有する。図１６Ｂは、図１６Ａに示される通路１５２０、特に、蒸気空間１５２２と、伸長部材または通路の高さである、高さＨ_Ｅ、蒸気空間の高さである、高さＨ_Ｖ、および通路（すなわち、伸長部材１５１４間）の幅である、幅Ｗ等の通路１５２０の寸法との拡大部分図である。蒸気空間１５２２を表す点刻パターンが、最右通路１５２０にのみ図示されるが、蒸気空間１５２２は、あらゆる通路１５２０（チャネルまたは微小チャネル等であるが、それに限定されない）に適用可能であることを理解されたい。

図１６Ｃは、遠位領域１５１８より広い、微小特徴１５１２の近位領域１５１６の別の実施形態を示す。微小特徴１５１４は、故に、種々の形状および輪郭に形成されてもよい。通路１５２０は、微小チャネルまたはナノチャネル等のチャネルであってもよい。図１６Ｄは、図１６Ｃに示される通路１５２０の拡大部分図であって、蒸気空間１５２２と、伸長部材または通路の高さである、高さＨ_Ｅ、蒸気空間の高さである、高さＨ_Ｖ、および通路（すなわち、例えば、伸長部材間）の幅である、幅Ｗ等の通路１５２０の寸法とを示す。蒸気空間１５２２を表す点刻パターンは、最右通路１５２０にのみ図示されるが、蒸気空間１５２２は、あらゆる通路１５２０（チャネルまたは微小チャネル等であるが、それに限定されない）に適用可能である。

任意の限界によって拘束されることを所望するわけではないが、本デバイスの寸法ならびに微小特徴１５１４の寸法および間隔は、図１Ａ－１Ｃに関して上記に説明される前述の寸法のいずれかであってもよい。加えて、種々の実施形態は、以下の寸法を伴う、通路（例えば、チャネル）を有してもよい。すなわち、幅Ｗは、約１００ナノメートル～数百ミクロンの範囲であってもよく、長さＬは、約１ミクロン～１００センチメートルの範囲であってもよく、高さＨは、約５ミクロン～５ミリメートルの範囲であってもよい。他の実施例では、幅Ｗは、約１０ナノメートル～１０ミリメートルの範囲であり得、長さＬは、１００ナノメートル～１，０００センチメートルまたはそれを上回る範囲であってもよく、高さＨは、１００ナノメートル～数十センチメートルの範囲であってもよい。これらの寸法のいずれかは、通路を画定する、伸長部材の構造（形状、角度、輪郭）に関係なく、通路のいずれかに適用可能である。寸法は、個別の通路間で相互に対して変動してもよい。さらに、寸法は、所与の通路自体内で、変動してもよい。再び、これらの寸法は、単に、例証である。

蒸気空間１５２２は、動作の間、蒸気によって充填される、通路１５２０内の空間である。蒸気空間１５２２は、微小特徴１５１４の表面と、基部部材１５０６の第２の面１５１０の表面と、作業流体１５０５の表面（例えば、作業流体１５０５のメニスカス１５０３）との間の空間として定義されることができる。蒸気空間１５２２は、伸長部材の近位領域１５１６および基部部材の第２の面１５１０上の非湿潤コーティング１５２８を介して、作業流体１５０５を通路１５２０から反撥させることによって、生成されることができる。代替として、蒸気空間１５２２は、伸長部材の近位領域１５１６および基部部材の第２の面１５１０を非湿潤材料１５３０（すなわち、例えば、構造自体または適用可能な構成要素の材料）から成らせることによって、作業流体１５０５を通路１５２０から反撥させることによって、生成されることができる。蒸気空間１５２２は、典型的には、作業流体が通路１５２０の一部を充填するため、通路１５２０より小さい。遠位領域１５１８の表面を湿潤コーティング１５２４でコーティングする、または遠位領域１５１８を湿潤標的材料１５２６から成らせることは、作業流体１５０５を遠位領域１５１８に誘引し、作業流体１５０５に近傍にある通路１５２０の一部を充填させる。

いくつかの実施形態では、材料の湿潤および／または非湿潤性質は、作業流体の液相のそれが所望される面積への適切な流動を確実にする。構造自体の湿潤／非湿潤コーティングおよび／または標的材料は、所望、必要、または要求に応じて、本デバイスの任意の部分（基部または伸長部材）を含んでもよい。部分は、所望、必要、または要求に応じて、任意のサイズ、面積、厚さ、または輪郭であってもよい。加えて、いくつかの実施形態では、熱伝達デバイスにおいて使用される材料の湿潤および／または非湿潤性質は、作業流体の気相の作業流体が気相であることが所望される面積への適切な流動を確実にする。湿潤および非湿潤性質は、コーティング材料によって、または本デバイスの関連部分を構築するために使用される材料である、標的材料の固有の性質によって、提供されてもよい。作業流体１５０５は、それらが、化学的に反応し、非凝縮可能ガスを生成しない、または他の有害な効果を引き起こさないであろうように、基部部材１５０６および微小特徴１５１４または使用される任意のコーティング材料と相溶性があるべきである。

一側面によると、湿潤コーティングは、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８の少なくとも一部上にあってもよく、非湿潤コーティングは、微小特徴１５１４の近位領域１５１６の一部上にある。再び、湿潤／非湿潤コーティング（または構造）の場所は、適宜、変動してもよい。二相冷却システムは、所望に応じて、湿潤コーティング、非湿潤コーティング、または湿潤コーティングと非湿潤コーティングの両方を含んでもよいことを理解されたい。

湿潤コーティングまたは湿潤標的材料として好適である材料の実施例は、限定ではないが、親水性材料（特に、水が作業流体１５０５として使用されるとき）、および親液性材料（特に、水以外の流体が作業流体１５０５として使用されるとき）を含む。非湿潤コーティングまたは非湿潤標的材料として好適である材料の実施例は、限定ではないが、疎水性材料（特に、水が作業流体１５０５として使用されるとき）、および疎液性材料（特に、水以外の流体が作業流体１５０５として使用されるとき）を含む。親水性／湿潤材料として使用するために好適である材料の実施例は、作業流体の特定の群に関して、以下、すなわち、金属、ガラス、セラミック、シリコン、炭化ケイ素、およびダイヤモンドを含み得るが、それに限定されない。疎水性／非湿潤材料として使用するために好適である材料の実施例は、あるポリマー、ハロゲン化炭化水素、または金属の化学的に改変された表面を含むが、それに限定されない。湿潤特性は、液体－固体対に関して定義されることに留意されたい。あるアプローチでは、特定の実施形態の正確な湿潤特性は、選定される作業流体１５０５と伸長部材または基部部材の選定される湿潤コーティングおよび／または湿潤標的材料表面（材料）との間の具体的相互作用によって決定され得ることに留意されたい。したがって、例えば、作業流体１５０５および湿潤コーティングは、液体－固体対の正確な湿潤性質に従って、合わせて選択されることができる。

熱流動１５１３は、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８を通して作業流体１５０５に通過する。湿潤コーティングの湿潤性質は、作業流体１５０５の液体部分に、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８を湿潤させ、メニスカスを作業流体１５０５の液相内に生成する。本技術の他の実施形態と同様に、蒸発薄膜領域が、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８と接触する、作業流体１５０５の一部内に存在するであろう。コーティングのステータス（例えば、コーティングの部分、場所、およびタイプ）に応じて、作業流体１５０５は、微小特徴１５１４の近位領域１５１６と接触してもよい。高熱伝達は、（図１５Ｃに示され、図１６Ａ－１６Ｄに関して議論されるような）作業流体１５０５の蒸発の潜熱を最大限に利用する継続的に活性の薄膜蒸発部位の能力によって達成される。加えて、本特定の実施形態では、非湿潤コーティングは、作業流体１５０５が微小特徴１５１４の近位領域１５１６によって囲繞される空間を被覆または充填（またはそれに侵入）しないように抑止する。これは、空間が蒸発の結果として生産される蒸気のための蒸気通路（例えば、チャネルまたは類似構造）として作用することと、その個別の蒸気経路内の流動とを可能にする。加えて、非湿潤コーティングは、最小限にされた抵抗を伴って、蒸気が凝縮器に流動することを可能にする。

蒸気空間を通路内に生成することは、沸騰および発泡を低減させる。蒸発は、制御された薄膜蒸発を通して、伸長部材の遠位領域において生じる。さらに、いくつかの実施形態、例えば、水平構成を利用し得る、それらの実施形態では、液体の流動は、狭い通路を通して進行しないため、あまり制限されない。液体は、少なくとも部分的に、相転移チャンバ１５０４内の開放面積内を流動し、より低い圧力降下をもたらす。本貯留は、水平構成が実装される、または通路および／またはリザーバ内の流体にかかる重力が本質的に無視可能である場合、容易に適用可能であり得る。他の配向では、例えば、芯の思慮深い設置または通路の成形が、液体の流動を誘発および補助するために実装されてもよい。科学的理論によって拘束されることを所望するわけではないが、液体がプール内を（自由に）流動することを可能にし、蒸気がチャネル壁間またはピンまたは多孔性標的材料等間の空間内を流動することを可能にすることが望ましい。蒸気は、液体と比較して、はるかに低い粘度を有する。本明細書に説明される配列は、開放または閉鎖されたシステムの両方のために、流体をシステムを通して循環／流動させるために要求される、全体的圧力降下を低減させる。一側面によると、メニスカスの活性蒸発部分は、ある構成では、熱源により近くてもよい。一側面によると、液体メニスカスの薄膜部分は、熱源に最も近く、最高温に暴露される。本側面は、液体の大部分が、沸騰温度（サブクール）を下回ったままであり得る一方、集中した蒸発が薄膜が位置する上部部分で生じるため、チャネル内のプール沸騰の機会を排除／降下させる。

図１７Ａは、湿潤コーティング１５２４および非湿潤コーティング１５２８を伴う、本デバイスの伸長部材１５１４の実施形態を図式的に図示する。湿潤コーティング１５２４は、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８の一部上に位置付けられてもよい。本実施形態では、非湿潤コーティング１５２８は、微小特徴１５１４の近位領域１５１６の一部上に位置付けられてもよい。再び、湿潤／非湿潤コーティング（または構造）の場所は、適宜、変動してもよい。

湿潤コーティング１５２４または湿潤標的材料として好適である材料の実施例は、限定ではないが、親水性材料（特に、水が作業流体１５０５として使用されるとき）、および親液性材料（特に、水以外の流体が作業流体１５０５として使用されるとき）を含む。非湿潤コーティング１５２８または非湿潤標的材料として使用するために好適である材料の実施例は、限定ではないが、疎水性材料（特に、水が作業流体１５０５として使用されるとき）、および疎液性材料（特に、水以外の流体が作業流体１５０５として使用されるとき）を含む。親水性／湿潤材料として使用するために好適である材料の実施例は、作業流体の群に関して、以下、すなわち、金属、ガラス、セラミック、シリコン、炭化ケイ素、およびダイヤモンドを含み得るが、それに限定されない。疎水性／非湿潤材料として使用するために好適である材料の実施例は、あるポリマー、ハロゲン化炭化水素、または金属の化学的に改変された表面を含むが、それに限定されない。１つのアプローチでは、ある実施形態の湿潤特性は、選定される作業流体１５０５と伸長部材または基部部材の選定される湿潤コーティング１５２４および／または湿潤標的材料表面（材料）との間の具体的相互作用によって決定されてもよい。したがって、例えば、作業流体１５０５および湿潤コーティング１５２４は、液体－固体対の正確な湿潤性質に従って、合わせて選択されることができる。

熱流動１５１３は、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８に、遠位領域１５１８から作業流体１５０５に伝導する。湿潤コーティング１５２４の湿潤性質は、作業流体１５０５の液体部分に、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８を湿潤させ、メニスカス１５０３を作業流体１５０５の液相内に生成する。本技術の他の実施形態と同様に、蒸発薄膜領域が、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８と接触する、作業流体１５０５の一部内に存在するであろう。コーティングのステータス（例えば、コーティングの部分、場所、およびタイプ）に応じて、作業流体１５０５は、微小特徴１５１４の近位領域１５１６と接触されてもよい。高熱伝達は、（図１５Ｃに示され、図１６Ａ－１６Ｄに関して議論されるような）作業流体１５０５の蒸発の潜熱を最大限に利用する、継続的に活性の薄膜蒸発部位の能力によって達成される。

加えて、本実施形態では、非湿潤コーティング１５２８は、作業流体１５０５が微小特徴１５１４の近位領域１５１６によって囲繞される空間を被覆または充填（またはそれに侵入）しないように抑止する。これは、空間が蒸発の結果として生産される蒸気のための蒸気通路（例えば、チャネルまたは類似構造）として作用することと、その個別の蒸気経路内の流動とを可能にする。加えて、非湿潤コーティング１５２８は、最小限にされた抵抗を伴って、蒸気が凝縮器に流動することを可能にする。

図１７Ｂは、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８が作業流体１５０５の液相と常時接触したままにすることを確実にするために、芯１５３８（または類似構造）を伴う、デバイスの伸長部材の実施形態を図式的に図示する。芯１５３８はまた、伸長部材および通路を通した作業流体の流動を増加させ得る。そのような実施形態では、芯１５３８は、作業流体１５０５の液体部分をデバイスの凝縮器部分から蒸発器部分に移動させるための毛細管引力を提供してもよい。芯または圧送システムに類似するシステム等の他のアプローチも、使用されてもよい。そのような圧送アプローチは、流動を薄膜に向かって助長するために使用され得る、電気浸透圧圧送を含んでもよい。

芯１５３８は、微小特徴１５１４の全長に沿って、微小特徴１５１４の遠位領域１５１８と作業流体１５０５の液体部分との間の接触の持続性を確実にし得る。このように、微小特徴１５１４に沿った蒸発部位への作業流体１５０５の液体部分の毛細管引力は、損なわれず、乾燥と関連付けられる問題は、低減または回避される。

他の実施形態では、作業流体１５０５の液体部分は、重力に依拠し、作業流体１５０５が蒸発器内のリザーバに戻るように貯留することを可能にすることによって、凝縮器から蒸発器に移動されてもよい。微小特徴１５１４の遠位領域１５１８と作業流体１５０５の液体部分との間の持続的接触は、次いで、微小特徴１５１４の関連部分の湿潤および／または非湿潤処理の組み合わせを通して、達成され得る。

ここで図１８Ａを参照すると、いくつかの実施形態では、微小特徴１５１４は、概して、その中に蓄積する蒸気が流動する、経路１５２１に沿って広大化する、蒸気通路１５２０を形成するように構築されてもよい。したがって、微小特徴１５１４によって構成される、通路１５２０は、蒸気流動を多数の蒸気経路１５２１内に収容することができる。本実施形態では、通路１５２０は、概して、広大化し、その種々の蒸気経路１５２１内を進行する蒸気の増加量を収容する。デバイスの中心の近傍では、蒸気流率は、全ての蓄積された蒸気流動が、蒸発器から凝縮器に向かって退出する前に通過する、縁の近傍のもの未満である。サイズ、形状、面積、輪郭、場所または位置、提供される数、提供される密集度等であるが、それに限定されない、伸長部材の多数の側面が、構成および変動されてもよい。関連様式において、種々の蒸気経路は、選定される伸長部材の特定の構成によって決定されるように、規則的または不規則的であるように構成されてもよい。

通路１５２０は、例えば、微小チャネル等のチャネルであってもよい。明示的に図示されないが、通路１５２０は、所望、必要、または要求に応じて、指定された幅Ｗと、面積Ａとを有してもよい。前述の寸法のいずれかは、マイクロサイズ規模を上回って、または下回って増加してもよい。加えて、通路のいずれかは、要求、必要、または所望に応じて、種々の形状および輪郭を含んでもよい。それらは、種々の角度またはピッチを有してもよい。通路１５２０は、例えば、ナノチャネル等のチャネルであってもよいが、それに限定されない。

図１８Ａでは、通路１５２１の本一般的広大化は、蒸気の経路１５２１を収容するための半径方向通路１５２０を画定するように微小特徴１５１４を配列することによって達成される。このようなある実施形態では、中心の近傍の、緊密に構成された微小特徴１５１４は、効率的熱伝達の利点を達成し、緊密な構成は、中心の近傍の通路１５２０の部分内に蓄積する蒸気の量が比較的に少ないため、蒸気の流動を妨げない。微小特徴１５１４が、経路１５２１の方向に、相互から離れるように延在するにつれて、通路１５２０は、経路１５２１の長さに沿って蒸気の蓄積を収容するために、広大化する。

図１８Ａに示される実施形態は、そのような実施例の１つにすぎない。蒸気流動の経路１５２１に沿った通路１５２０の広大化は、種々の実施形態を通して遂行されることができる。例えば、通路１５２０は、不規則的に成形されることができ、通路１５２０を画定する、微小特徴１５１４は、蒸気が進行するであろう経路１５２１を収容する通路１５２０に沿った持続的位置付けとは対照的に、断続性を有するように構築されることができる。

ここで図１８Ｂを参照すると、本技術の他の実施形態は、微小特徴１５１４が、略平行である、通路１５２０を形成するように構築されてもよい。本タイプの配列では、通路１５２０は、蓄積する蒸気が進行する方向に、広大化しないが、代わりに、それらは、通路１５２０の長さに沿って実質的に一定断面積を維持する。

図１８Ｃは、微小特徴１５１４が中心点１５４２から半径方向方式で位置付けられる、本技術の別の実施形態を示す。このようなある実施形態では、通路１５２０を画定する、微小特徴１５１４は、蒸気流動の経路１５２１を収容するための通路１５２０に沿った持続的位置付けとは対照的に、断続性を有するように構築される。これは、例えば、ピン、支柱、ロッド、（または類似構造）またはこれらの組み合わせの形態で形作られる、微小特徴１５１４を利用することによって、遂行されてもよい。これはまた、例えば、デバイスの蒸発器部分の長さに延設されるパネルまたは壁とは対照的に、断続的長さのパネルまたは壁の形態で形作られる、微小特徴１５１４を利用することによって、遂行されてもよい。

図１８Ｃに表される実施形態では、微小特徴１５１４は、利用可能な通路１５２０の数が、概して、蓄積する蒸気が進行する、経路１５２１に沿って増加するように、断続的半径方向方式に設置される。このように、通路１５２０によって画定された全体的蒸気空間は、概して、蓄積する蒸気が進行する、照射経路１５２１に沿って、広大化および増加し得る。但し、図示されるように、通路の幅は、ほぼ同一のままである。しかしながら、経路が、半径方向外向きに延在するにつれて、伸長部材（例えば、ロッドまたはピン）の密集度は、通路の幅が増加し得るように、減少してもよい。

図１８Ｄは、中心点１５４２からの微小特徴１５１４の半径方向位置付けを使用する、さらに別の実施形態を示す。他の実施形態と同様に、図１８Ｄによって表される実施形態は、概して、通路１５２０に沿ってサイズおよび／または数が、増加し、蒸気流動の経路１５２１を収容し、したがって、蓄積する蒸気を収容することが可能である、全体的蒸気空間を増加させる、通路１５２０を形成する。例えば、ピン、支柱、またはロッド（または類似構造）の形態における伸長部材は、デバイスの外側または円周方向部分と比較して、デバイスの中心に向かってより高密度に取り込まれてもよい。

ここで図１８Ｅを参照すると、いくつかの実施形態は、相互に略平行な通路１５２０を画定するために、同様に相互と略平行である、微小特徴１５１４の区分を使用してもよい。本実施形態では、任意の通路１５２０内の微小特徴１５１４の数は、概して、蓄積する蒸気が進行する、経路１５２１の方向に減少する。これは、例えば、いくつかの微小特徴１５１４を中心の近傍に位置付け、いくつかが、本デバイスの縁まで延在しないように、それらを異なる長さに延在させ、したがって、通路１５２０が、広大化し、蒸気の蓄積を多様かつ多数の経路１５２１内に収容することを可能にすることによって、遂行されてもよい。このように、通路によって画定された全体的蒸気空間は、概して、通路１５２０および蒸気流動の経路１５２１の方向に、広大化ならびに増加する。

ここで図１９Ａ－１９Ｄを参照すると、いくつかの実施形態は、壁またはパネルの形態で形作られる、１つ以上の微小特徴１５１４を使用してもよい。いくつかの実施形態では、壁またはパネルは、湾曲される、または輪郭が付けられてもよい。いくつかの形状は、複数の輪郭（図１９Ａ）、複数の角度（図１９Ｂ）、単一曲線（図１９Ｃ）、および直線整合（図１９Ｄ）を含んでもよい。本明細書に表される微小特徴１５１４の異なる実施形態は、相互に組み合わせて、または他の形態と組み合わせて、使用されてもよいことを理解されたい。加えて、任意の実施形態において使用される微小特徴１５１４の形態は、均一または実質的に均一であってもよい。曲線設計の実施例は、渦巻パターンによって反映され得る。

図２０Ａ－２０Ｅは、微小特徴１５１４の付加的形態を示す。これらの実施形態は、ロッド、ピン、または支柱（または類似）の形態における、１つ以上の伸長部材を形成するために使用されてもよい。微小特徴１５１４は、以下の１つ以上の異なる断面、すなわち、円形、長円形、長方形（または正方形）、六角形、および三角形、ならびにそれらの任意の組み合わせを有してもよい。換言すると、断面は、任意の多角形断面または任意の想起可能な幾何学的形状であってもよい。例えば、伸長部材は、三角形、三角形角柱、角錐、円錐、および円筒形のうちの少なくとも１つであってもよい。

一側面によると、本技術の半導体デバイスによって発生された熱流束は、熱伝達ユニットによって消散される。本熱流束は、以下のように近似されることができる。生物学的組織が液体水と近似されるという仮定とともに、冷却されるべき標的が、１ｃｍ幅×１ｃｍ長×１ｍｍ厚の寸法を伴う、組織の立方体であって、接触冷却システムは、本体積内に封入された質量の温度を３５℃から５℃まで低下させると仮定する。その温度をその初期温度Ｔ_１から標的温度Ｔ_２まで低下させるために標的から抽出されなければならない、熱エネルギーは、以下となる。
Ｅ＝ρＶＣ_ｐ（Ｔ_１－Ｔ_２）
式中、ρは、材料密度であって、Ｖは、体積であって、Ｃ_ｐは、比熱容量である。
上記に説明される場合に関して、変数は、以下の通りである。

したがって、総熱エネルギーＥは、以下となるであろう。
Ｅ＝１２．５Ｊ
熱エネルギーは、以下の表面積Ａを有する、標的の上面を横断して抽出されるであろう。
Ａ＝１０^－２ｍ×１０^－２ｍ＝１０^－４ｍ^２
皮膚科エネルギーベースの治療における疼痛管理を含む、いくつかの用途に関して、標的温度は、数秒（例えば、２～３秒）以内に、３５℃から５℃まで低下されることが所望される。

熱流動Ｑ_Ｃおよび熱流束ｑ_Ｃは、以下のように計算されることができる。

本明細書に説明される熱管理システムでは、ｑ_Ｃは、熱電（ペルチェ）モジュールの低温側の中への平均熱流束である。熱電モジュールの高温側から外への熱流束は、熱電モジュールの特性と、熱電モジュールの高温および低温側における温度とによって決定される。例示的熱電モジュール（ＴＥ ＴｅｃｈモジュールＴＥ－６５－０．６－０．８からの注封されたバージョン）に関して、かつ、それぞれ、―１０℃および－２０℃における高温ならびに低温側温度に関して、モジュールの低温および高温側上の熱流動は、以下となる。
Ｑ_Ｃ，ＴＥ＝８Ｗ
Ｑ_Ｈ，ＴＥ＝２５Ｗ

Ｑ_Ｃ，ＴＥ＞Ｑ_Ｃであるため、熱電モジュールは、２秒以内に、３５℃から５℃まで標的を冷却するという要件を満たすために十分に迅速に、熱エネルギーを標的から除去することが可能である。

ペルチェモジュールの高温側上の熱流束ｑ_Ｈ，ＴＥは、以下となる。

熱電ペルチェモジュールの高温側上に搭載される二相冷却システムは、ハイブリッドシステムが規定された所望の率（２秒以内の３０℃の温度降下）で標的を冷却するために、上記に規定された率で熱を除去する必要がある。冷却システムは、熱源（ペルチェモジュール）と作業流体との間の小温度差（５℃（未満）において、

もの高冷却容量を提供するように設計される。その冷却モードにおけるシステムの２秒の動作にわたって、二相冷却システムによって除去されるべきである、総熱エネルギーは、以下となる。
Ｅ_Ｈ＝Ｑ_Ｈ×ｔ＝２５Ｗ×２ｓ＝５０Ｊ

本熱エネルギーＥ_Ｈの量を除去するために、液体から蒸気に変える必要がある、作業流体のための質量は、以下となる。
ｍ_Ｒｅｆ＝Ｅ_Ｈ／ｈ_ｆｇ
式中、ｈ_ｆｇは、作業流体に関す蒸気化の潜熱である。ＨＦＯ－１２３４ｚｅを作業流体として使用すると、以下となる。
ｈ_ｆｇ＝１９０ｋＪ／ｋｇ
したがって、作業流体が冷却サイクルを完了するために要求される質量は、以下となる。
ｍ_Ｒｅｆ＝２．６３×１０^－４ｋｇ
蒸発の質量流速は、以下となる。

これは、大量の蒸発質量流速である。本率で液体蒸発を誘発するための液体と固体との間の接触表面積は、米国特許第１０，２１７，６９２号に説明される方程式を使用して計算されることができる。液体と固体との間の大接触表面積は、固体チャネルと１ｃｍ×１ｃｍ面積内にパッケージ化される流体との間に多くのチャネルまたは大接触表面積を要求し、大圧力降下を液体に課す。そのような流率を誘発するための圧力勾配は、非常に大きい。本技術において有用な例示的チャネル設計は、流体が非常に低圧勾配（または、ある場合には、受動、すなわち、自己駆動流動）においてシステムの相変化構成要素を通して流動することを可能にする、フラクタルトポロジである。上記に説明される冷却システムは、コンパクトな占有面積（５ｍｍ未満）を有し、広範囲のエネルギーベースの組織治療システムおよび他の用途の中に統合されることができる。システム全体は、透明または非透明材料から作製されるかどうかにかかわらず、超高速冷却および非常に高制御能力を非常にコンパクトパッケージ内に提供する。

本技術の別の側面は、エネルギーベースの治療の間、標的材料内の異なる深度または層において、標的材料内の温度分布を監視することである。例えば、一側面は、エネルギーベースの療法または治療（例えば、レーザ治療、放射ビーム治療、または冷却を介して皮下脂質組織を低減させる、病変をアブレートする（例えば、病変を凍結する）等の凍結ベースの治療等）の間、電磁／機械波を使用して、哺乳類組織（例えば、ヒト組織）の体積の内側の温度分布を非侵襲的に監視することである。動作時、組織の分子は、伝搬する波を吸収、散乱、または再放出し、分子に及ぼされる熱エネルギーの影響は、波と組織の相互作用を変化させる。これらの変化は、検出トランスデューサによって受容される戻り波または他のエネルギーの変化を測定することによって検出されることができる。これは、高正確度および信頼性を伴って、オンライン／リアルタイム温度監視を提供することができる。本技術の本側面の非侵襲性性質は、エネルギーベースの治療の安全性および信頼性を向上させ、非標的治療面積への損傷のリスクを低減させる、異なるタイプの組織を正確に監視するためのロバストなツールを提供する。

いくつかの実施形態では、機械波（例えば、超音波）が、トランスデューサ要素（例えば、圧電トランスデューサ）のアレイを通して、組織に印加されることができる。図２１Ａ－２１Ｃを参照すると、非侵襲性監視システム２１００は、超音波エネルギーを標的材料１０１に伝送し、超音波エネルギーの戻り成分を検出するように構成される、トランスデューサ２１１０のアレイ２１０１を含むことができる。システム２１００のトランスデューサ２１１０は、単一行（図２１Ｂ）またはいくつかの行（図２１Ｃ）内に配列される。図２２および２３は、トランスデューサ２２１０が間隙Ｇによって離間された、トランスデューサアレイ２２０１を有する、代替非侵襲性監視システム２２００を示す。これらの配列は、アレイの代わりに、単一トランスデューサであることができる、または複数のトランスデューサを伴うアレイの場合、任意の数のトランスデューサが、使用されることができる（トランスデューサのサイズまたは数に関する限定は、存在しない）。

図２２Ａ－２３に示されるトランスデューサ２１１０および２２１０の配列は、線形であるが、他の実施形態では、トランスデューサアレイ２１０１および２２０１は、曲線、１．５Ｄアレイ、２＿Ｄアレイ、凸面、凹面、環状、内向き姿勢、斜め、可変角度、二重線形、二重１．５Ｄ、または同軸（環状）であることができる。治療面積の走査は、線形経路に沿って、または位相アレイトランスデューサを使用して、波を掃引することによって行われることができる。伝送される波の周波数は、深度および所望の分解能に依存する。

図２１Ａ－２３を参照すると、トランスデューサのアレイは、ビームを生産し、異なる遅延位相波を使用して、全体的治療面積の熱プロファイルを監視することができる。仰角焦点深度は、着目領域の場所に応じて、０．５ｍｍの組織内の深度から２０ｃｍまで変化し得る。

トランスデューサアレイ２１０１および２２０１は、エネルギーベースのデバイスのアプリケータの内側および／または外側に位置することができる。例えば、アレイ内のトランスデューサのクラスタは、組織と接触するために、アプリケータの内側および／または外側内の異なる面積に位置することができる。

図２４は、湾曲エネルギーデバイスアプリケータ２４２０上に配列されるトランスデューサ２４１０ａ－ｂ（集合的に、「トランスデューサ２４１０」と称される）を有する、トランスデューサアレイ２４０１を有する、非侵襲性監視システムを示す。エネルギーデバイスアプリケータ２４２０は、接触部材１０１等の図１Ａ－２０Ｅを参照して上記に説明される熱管理システムのいずれかの接触部材であることができる。これは、特に、接触部材が、痩身のために皮下脂質組織を低減させる等、表皮を直接冷却して、皮下組織を治療する、凍結ベースの用途において有用である。エネルギーデバイスアプリケータ２４１０は、代替として、標的材料を加熱する、レーザシステムまたは放射ビームシステムの構成要素であることができる。非侵襲性監視システムは、組織に接触する、アプリケータ２４２０の内側の第１のトランスデューサ２４１０ａと、同様に組織に接触する、アプリケータ２４２０の外側の第２のトランスデューサ２４１０ｂとを有することができる。組織の内側の熱分布は、経時的に変化し、常に、または随時的に、監視されることができる。これは、トランスデューサをオン／オフにする、またはそれらを手技全体を通して持続的にアクティブ化することによって行われることができる。

非侵襲性組織監視の他の実施形態は、最大１００，０００μｍの波長を伴う、偏波された電磁（ＥＭ）波を使用する。これらの波は、それらが組織を通して進行するにつれて、伝送、反射、吸収、屈折、回折、または散乱のいずれかが行われる。例えば、エネルギーベースの治療の間、印加されるエネルギーは、組織の温度を変化させ、これは、ＥＭ波に対するその挙動／応答を改変する。組織内の種々の深度における組織の温度の変動は、したがって、ＥＭ波の偏波、振幅、波長、周波数、飛行時間、位相偏移、および強度の変化の測定を通して監視されることができる。

図２５は、少なくとも１つのＥＭ源２５１０と、少なくとも１つのＥＭ検出器２５２０とを有する、非侵襲性監視システム２５００を示す。図示される実施形態では、システム２５００は、１つのＥＭ源２５１０と、３つのＥＭ検出器２５２０ａ－ｃ（集合的に、「ＥＭ検出器２５２０」と称される）とを有するが、任意の数のＥＭ源２５１０およびＥＭ検出器２５２０が、使用されることができる。ＥＭ源２５１０およびＥＭ検出器２５２０は、図１Ａ－２０Ｅを参照して上記に説明される前述の熱管理システムのいずれかまたは任意のレーザ／放射線タイプ組織治療デバイスの接触部材等のアプリケータ２５５０に搭載されることができる。源２５１０と検出器２５２０との間の距離は、０．５ｍｍ～数センチメートル等の組織内の標的治療面積の深度の関数である。源２５１０および検出器２５２０の配列は、組織を通した冷却／加熱治療の熱プロファイル進行度に依存する。動作時、１つ以上のＥＭ波が、源２５１０を介して、標的材料１０１（例えば、哺乳類組織）に伝送され、後方散乱されたエネルギーが、検出器２５２０によって記録される。本実施形態では、ＥＭは、バナナ形状経路を通して、検出器２５２０に進行する。

図２６は、いくつかの源２５１０およびいくつかの検出器２５２０が相互から異なる場所および距離にある、別の実施形態を図示する。源２５１０および検出器２５２０は、直接、源２５１０から検出器２５１０に受容される、ＥＭ波２６１０を生産／検出することができる、またはＥＭ波２６０２は、湾曲（例えば、バナナ形状）もしくは別様に非直線形であることができる。矢印２６０３および２６０４は、ＥＭ波２６０２の偏波軸を示す。源２５１０および検出器２５２０は、治療面積上またはその周囲のアプリケータの内側もしくは外側の任意の場所に設置されることができる。本実施形態の一側面は、側面に垂直に配列される源２５１０および検出器２５２０が、組織が平坦ではなく（隆起または沈降しており）、治療が組織の上部および／または組織の側面に沿って印加されている、用途において有用であることである。この場合、ＥＭ波２６０１は、直接、熱プロファイル方向を横断して通過し得る。結果として、熱プロファイルが、組織の中により深く透過するにつれて、垂直に配列される検出器２５２０の下側検出器２５２０は、組織内の深度の関数として、温度勾配を測定することができる。

ＥＭ波が、バナナ形状の経路に沿って進行するにつれて、源２５１０と検出器２５２０との間の距離の増加は、監視され得る標的材料内の深度を増加させる。いくつかの検出器を源から異なる距離に設置することは、ある体積の組織の異なる深度における異なる層の監視を提供する。別の実施形態では、媒体を通して進行するＥＭ波は、偏光検出器によって、または規則的検出器を介して、収集されることができる。規則的検出器を介して収集された情報は、さらに処理され、光を偏光することに及ぼされる温度変化の効果を検出することができる。

図２７は、湾曲アプリケータ２５５０上に源２５１０および検出器２５２０のある配列を伴う、非侵襲性監視システム２５００の実施形態を示す。図２８は、源２５１０および検出器２５２０の具体的配列を伴う、非侵襲性監視システム２５００の別の実施形態を示す。図２８に示されるように、垂直源２５１０および検出器２５２０は、ＥＭ波２６０５を標的材料１０１の側面に沿って伝送／検出することができる。源２５１０および検出器２５２０は、オン／オフに切り替えられる、または常にアクティブ化されることができる。検出器は、一度に１つまたはいくつかの源とのみペアリングされることができる。

動作時、媒体の熱性質および光学特性は、温度に伴って変動し、これは、ひいては、偏波角度または／および非偏波／偏波ＥＭ波の方向に影響を及ぼす。偏波角度または／および偏波ＥＭ波の方向の変化の監視を通して、異なる深度および場所における組織の内側の温度分布が、決定されることができる。伝送されるＥＭ波の事前処理および受容されるＥＭ波の事後処理は、適切なハードウェアおよび源／検出器配列とともに、ある体積の組織内の温度勾配の正確なリアルタイム決定を可能にする。結果として、非侵襲性監視システム２５００は、加熱および冷却療法を制御するためのロバストなツールを提供する。

非侵襲性監視システム２５００の１つの用途は、凍結正面を脂質組織内に限定することである。例えば、脂質組織の厚さに基づいて、冷却は、受信される信号に関する屈折、消散、吸収、散乱係数、振幅、飛行時間、および位相偏移が、一定になるまで継続される。異なる波長もまた、脂肪、水分、および筋肉のような組織の異なる成分を別個に監視するために使用されることができる。冷却正面が非標的面積に到達しないように防止するために、非標的面積から受信される信号内の変動は、治療の間、不変のままであるべきである。例えば、最小平均２乗算出、または再帰最小２乗、適応フィルタ、経験的モード分解、またはブラインド信号源分離等の他の算出方法を使用して、検出器２５２０からの信号は、表皮層から皮下脂質組織を通した温度勾配を決定するために処理されることができる。

前述から、本技術の具体的実施形態が、例証目的のために、本明細書に説明されたが、種々の修正が、本開示から逸脱することなく行われてもよいことを理解されたい。故に、本発明は、添付の請求項によってを除き、限定されない。さらに、特定の実施形態の文脈に説明される新しい技術のある側面はまた、他の実施形態では、組み合わせられる、または排除されてもよい。さらに、新しい技術のある実施形態と関連付けられる利点は、それらの実施形態の文脈に説明されているが、他の実施形態もまた、そのような利点を呈し得、全ての実施形態が、本技術の範囲内に該当するために、必ずしも、そのような利点を呈する必要はない。故に、本開示および関連付けられる技術は、本明細書に明示的に図示または説明されない、他の実施形態も包含することができる。

当業者は、本技術から得られる知識を用いて、実施形態および実施形態からの特徴の種々の組み合わせが本技術の範囲内であることを理解するであろう。そのような組み合わせの実施例は、限定ではないが、以下の付番された付記のリストに記載される。
（実施例１）
熱管理システムであって、
標的材料に熱的に結合されるように構成される、第１の側と、第１の側に対向する、第２の側とを有する、熱電構成要素と、
熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される、二相熱伝達ユニットであって、１）入口領域および出口領域を有する、相転移チャンバと、２）微小特徴が、作業流体に、相転移チャンバの入口領域から相転移チャンバの出口まで作業流体を駆動する、毛細管力を誘発するように、相互から離間される、相転移チャンバ内の微小特徴と、３）それを通して作業流体が、液相において、二相熱伝達ユニットの中に流動する、入口と、４）それを通して作業流体の少なくとも一部が、気相において、二相熱伝達ユニットから外に流動する、出口とを有する、二相熱伝達ユニットと、
二相熱伝達ユニットが、熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却し、熱電構成要素が、０．５～２０秒以内に、標的材料の温度を第２の温度まで変化させるように、熱電構成要素および二相熱伝達ユニットを動作させるように構成される、コントローラであって、第２の温度は、第１の温度の＋／－６０℃である、コントローラと、
を備える、システム。
（実施例２）
接触部材、熱電構成要素、および二相熱伝達ユニットはともに、２ｍｍ～２５ｍｍの、熱流動の方向に沿って、接触部材から熱電構成要素を通して測定される、高さを有する、付記１に記載のシステム。
（実施例３）
コントローラは、二相熱伝達ユニットを、熱電ユニットの第２の側において、５℃～－２０℃の第１の温度に設定するように構成され、コントローラは、熱電ユニットを動作させ、１～１０秒以内に、接触部材を２０℃～４０℃の第２の温度まで加熱するように構成される、付記１および２のいずれかに記載のシステム。
（実施例４）
二相熱伝達ユニットは、３ｍｍ～８ｍｍの、熱流動の方向に、熱電構成要素から測定される、厚さを有する、付記１－３のいずれかに記載のシステム。
（実施例５）
微小特徴は、相互から１０ミクロン～１，０００ミクロン離間される、付記１－４のいずれかに記載のシステム。
（実施例６）
微小特徴は、相転移チャンバの入口領域から出口領域まで延在する壁によって画定される、チャネルである、付記５に記載のシステム。
（実施例７）
微小特徴は、相転移チャンバ内のピンである、付記５に記載のシステム。
（実施例８）
微小特徴は、相互から１０ミクロン～２５０ミクロン離間される、付記１－７のいずれかに記載のシステム。
（実施例９）
熱電構成要素は、第１のペルチェモジュールを備え、
本システムはさらに、第１のペルチェモジュールの側方に位置付けられる、第２のペルチェモジュールを備え、
二相熱伝達ユニットの相転移チャンバは、第１の相転移チャンバを備え、
二相熱伝達ユニットはさらに、第１の相転移チャンバの側方に位置付けられる、第２の相転移チャンバを備え、第１の相転移チャンバは、第１のペルチェモジュールと整合され、第２の相転移チャンバは、第２のペルチェモジュールと整合される、
付記１－８のいずれかに記載のシステム。
（実施例１０）
コントローラは、二相熱伝達ユニットを、熱電ユニットの第２の側において、５℃～－２０℃の第１の温度に設定するように構成され、コントローラは、熱電ユニットを動作させ、１～１０秒以内に、接触部材を１０℃～４０℃の第２の温度まで加熱するように構成される、付記９に記載のシステム。
（実施例１１）
二相熱伝達ユニットは、２ｍｍ～８ｍｍの、熱流動の方向に、熱電構成要素から測定される、厚さを有する、付記９および１０のいずれかに記載のシステム。
（実施例１２）
微小特徴は、相互から１０ミクロン～１，０００ミクロン離間される、付記９－１１のいずれかに記載のシステム。
（実施例１３）
微小特徴は、相転移チャンバの入口領域から出口領域まで延在する壁によって画定される、チャネルである、付記１２に記載のシステム。
（実施例１４）
微小特徴は、相転移チャンバ内のピンである、付記１２に記載のシステム。
（実施例１５）
微小特徴は、相互から１０ミクロン～２５０ミクロン離間される、付記９－１４のいずれかに記載のシステム。
（実施例１６）
熱電構成要素は、第１の体積熱容量を有し、二相熱伝達ユニットは、第２の体積熱容量が、第１の体積熱容量の５０％、１００％、１５０％、２００％、２５０％、３００％、４００％、または５００％のうちの１つを上回らないような第２の体積熱容量を有する、付記９－１５のいずれかに記載のシステム。
（実施例１７）
二相熱伝達ユニットの入口および出口に流体的に結合される、凝縮器をさらに備え、作業流体は、凝縮器および二相熱伝達ユニット内に含有される、付記９－１６のいずれかに記載のシステム。
（実施例１８）
標的材料を熱的に管理する方法であって、
熱電構成要素の第１の側を標的材料に熱的に結合されるように位置付けるステップと、
熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される、二相熱伝達ユニットを使用して、熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却するステップと、
標的材料が０．５～２０秒以内に第２の温度になるように、電流を熱電構成要素を通して調節するステップであって、第２の温度は、第１の温度の＋／－６０℃である、ステップと、
を含む、方法。
（実施例１９）
熱電構成要素および二相熱伝達ユニットはともに、５ｍｍ～２５ｍｍの、熱電構成要素を通した熱流動の方向に沿って測定される、高さを有する、付記１８に記載の方法。
（実施例２０）
第１の温度は、熱電ユニットの第２の側において、５℃～－２０℃であって、第２の温度は、２０℃～４０℃であって、第１の温度から第２の温度になるまでの時間は、１～１０秒である、付記１８および１９のいずれかに記載の方法。
（実施例２１）
二相熱伝達ユニットは、３ｍｍ～８ｍｍの、熱流動の方向に、熱電構成要素から測定される、厚さを有する、付記１８－２０のいずれかに記載のシステムまたは方法。
（実施例２２）
微小特徴は、相互から１０ミクロン～１，０００ミクロン離間される、付記１８－２１のいずれかに記載のシステムまたは方法。
（実施例２３）
微小特徴は、相転移チャンバの入口領域から出口領域まで延在する壁によって画定される、チャネルである、付記１８－２２のいずれかに記載のシステムまたは方法。
（実施例２４）
微小特徴は、相転移チャンバ内のピンである、付記１８－２２のいずれかに記載のシステムまたは方法。
（実施例２５）
エネルギーを標的材料に伝送する源を有する、非侵襲性監視システムと、源によって標的材料に伝送されるエネルギーの成分を検出する、検出器とをさらに備え、標的材料内の温度勾配は、検出器からの情報によって決定される、付記１－２４のいずれかに記載のシステムまたは方法。
（実施例２６）
源は、光源であって、検出器は、光検出器である、付記１－２６のいずれかに記載のシステムまたは方法。
（実施例２７）
人物の組織を治療するためのデバイスであって、
標的組織を療法温度まで加熱するように構成される、組織加熱モジュールと、
（ａ）高熱伝導性を有する、接触プレートと、
（ｂ）接触プレートに熱的に結合されるように構成される、第１の側と、第１の側に対向する、第２の側とを有する、熱電構成要素と、
（ｃ）熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される、二相熱伝達ユニットであって、１）入口領域および出口領域を有する、相転移チャンバと、２）微小特徴が、作業流体に、相転移チャンバの入口領域から相転移チャンバの出口まで作業流体を駆動する、毛細管力を誘発するように、相互から離間される、相転移チャンバ内の微小特徴と、３）それを通して作業流体が、液相において、二相熱伝達ユニットの中に流動する、入口と、４）それを通して作業流体の少なくとも一部が、気相において、二相熱伝達ユニットから外に流動する、出口とを有する、二相熱伝達ユニットと、
（ｄ）二相熱伝達ユニットが、熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却し、熱電構成要素が、０．５～２０秒以内に、接触プレートの温度を第２の温度まで変化させるように、熱電構成要素および二相熱伝達ユニットを動作させるように構成される、コントローラであって、第２の温度は、第１の温度の＋／－６０℃である、コントローラと、
を含む、熱管理システムと、
を備える、デバイス。
（実施例２８）
組織加熱モジュールは、標的組織を療法温度まで加熱するように構成される、レーザを備える一方、接触プレートは、隣接する組織を冷却する、付記２７に記載のデバイス。
（実施例２９）
エネルギーを標的材料に伝送する源を有する、非侵襲性監視システムと、源によって標的材料に伝送されるエネルギーの成分を検出する、検出器とをさらに備え、標的材料内の温度勾配は、検出器からの情報によって決定される、付記２７および２８のいずれかに記載のデバイス。
（実施例３０）
源は、光源であって、検出器は、光検出器である、付記２９に記載のデバイス。
（実施例３１）
人物の組織を冷却するためのデバイスであって、
高熱伝導性を有する、接触プレートと、
接触プレートに熱的に結合されるように構成される、第１の側と、第１の側に対向する、第２の側とを有する、熱電構成要素と、
熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される、二相熱伝達ユニットであって、１）入口領域および出口領域を有する、相転移チャンバと、２）微小特徴が、作業流体に、相転移チャンバの入口領域から相転移チャンバの出口まで作業流体を駆動する、毛細管力を誘発するように、相互から離間される、相転移チャンバ内の微小特徴と、３）それを通して作業流体が、液相において、二相熱伝達ユニットの中に流動する、入口と、４）それを通して作業流体の少なくとも一部が、気相において、二相熱伝達ユニットから外に流動する、出口とを有する、二相熱伝達ユニットと、
二相熱伝達ユニットが、熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却し、熱電構成要素が、０．５～２０秒以内に、接触プレートの温度を第２の温度まで変化させるように、熱電構成要素および二相熱伝達ユニットを動作させるように構成される、コントローラであって、第２の温度は、第１の温度の＋／－６０℃である、コントローラと、
を備える、デバイス。
（実施例３２）
エネルギーを標的材料に伝送する源を有する、非侵襲性監視システムと、源によって標的材料に伝送されるエネルギーの成分を検出する、検出器とをさらに備え、標的材料内の温度勾配は、検出器からの情報によって決定される、付記３１に記載のデバイス。
（実施例３３）
源は、光源であって、検出器は、光検出器である、付記３２に記載のデバイス。
（実施例３４）
半導体デバイスであって、
集積回路網を有する、半導体構成要素と、
（ａ）半導体構成要素に熱的に結合されるように構成される、第１の側と、第１の側に対向する、第２の側とを有する、熱電構成要素と、
（ｂ）熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される、二相熱伝達ユニットであって、１）入口領域および出口領域を有する、相転移チャンバと、２）微小特徴が、作業流体に、相転移チャンバの入口領域から相転移チャンバの出口まで作業流体を駆動する、毛細管力を誘発するように、相互から離間される、相転移チャンバ内の微小特徴と、３）それを通して作業流体が、液相において、二相熱伝達ユニットの中に流動する、入口と、４）それを通して作業流体の少なくとも一部が、気相において、二相熱伝達ユニットから外に流動する、出口とを有する、二相熱伝達ユニットと、
（ｃ）二相熱伝達ユニットが、熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却し、熱電構成要素が、半導体構成要素の温度を第２の温度まで変化させるように、熱電構成要素および二相熱伝達ユニットを動作させるように構成される、コントローラと、
を含む、熱管理システムと、
を備える、半導体デバイス。
（実施例３５）
半導体構成要素は、コントローラである、付記３４に記載の半導体デバイス。
（実施例３６）
半導体構成要素は、メモリデバイスである、付記３４に記載の半導体デバイス。
（実施例３７）
半導体構成要素は、サーバ内にある、付記３４に記載の半導体デバイス。
（実施例３８）
患者の組織の温度を改変するための方法であって、
（ａ）第１の温度Ｔ_１において、熱電構成要素を備えるデバイスを第１の組織標的の外面に熱的に接触させるステップであって、熱伝達ユニットが、熱電構成要素に熱的に接触する、ステップと、
（ｂ）電流を熱電構成要素を通して第１の方向にアクティブ化し、約２～４秒以内に、第１の温度Ｔ_１から約８℃～約－１５℃への第１の組織標的の外面の冷却を引き起こすステップであって、熱伝達ユニットが、熱電構成要素によって発生された熱流束を除去し、熱電構成要素を少なくとも５０℃を下回る動作温度に維持するステップと、
（ｃ）電流を熱電構成要素を通して第１の方向に対向する第２の方向にアクティブ化し、約１～３秒以内に、約８℃～約－１５℃から少なくとも約２０℃への第１の組織標的の外面の加熱を引き起こすステップと、
を含む、方法。
（実施例３９）
第１の組織標的は、ステップ（ｂ）後かつステップ（ｃ）前に、レーザ光で照射される、または針で突刺される、付記３８に記載の方法。
（実施例４０）
第１の組織標的は、ステップ（ｂ）後かつステップ（ｃ）前に、デバイスが第１の組織標的と接触したまま、レーザ光で照射される、付記３８に記載の方法。
（実施例４１）
第１の組織標的は、ステップ（ｂ）後かつステップ（ｃ）前に、デバイスが第１の組織標的と接触したまま、針で突刺される、付記３８に記載の方法。
（実施例４２）
熱伝達ユニットは、二相蒸発性熱伝達デバイスである、付記３８に記載の方法。
（実施例４３）
熱伝達ユニットは、基部から蒸発流体のリザーバの中に下向きに延在する複数の壁を備える、蒸発システムを含む、二相蒸発性熱伝達デバイスである、付記３８に記載の方法。
（実施例４４）
熱伝達ユニットは、それに動作可能に接続され、蒸気を二相蒸発性熱伝達デバイスから受容し、蒸気を蒸発流体に凝縮する、凝縮器ユニットを有する、二相蒸発性熱伝達デバイスである、付記３８に記載の方法。
（実施例４５）
熱伝達ユニットは、それを通した蒸発流体の通過のための流入および流出導管に接続される、二相熱蒸発性熱伝達デバイスである、付記３８に記載の方法。
（実施例４６）
ステップ（ｂ）において、電流を熱電構成要素を通して第１の方向にアクティブ化するステップは、約３秒以内に、第１の温度Ｔ_１から約８℃～約－２℃への第１の組織標的の外面の冷却を引き起こす、付記３８に記載の方法。
（実施例４７）
ステップ（ｂ）において、電流を熱電構成要素を通して第１の方向にアクティブ化するステップは、約２～４秒以内に、第１の温度Ｔ_１から約４℃～約－２℃への第１の組織標的の外面の冷却を引き起こす、付記３８に記載の方法。
（実施例４８）
ステップ（ｂ）において、電流を熱電構成要素を通して第１の方向にアクティブ化するステップは、約３秒以内に、第１の温度Ｔ_１から約４℃～約－２℃への第１の組織標的の外面の冷却を引き起こす、付記３８に記載の方法。
（実施例４９）
ステップ（ｃ）において、電流を熱電構成要素を通して第１の方向に対向する第２の方向にアクティブ化するステップは、約２秒以内に、約８℃～約－２℃から少なくとも約２０℃への第１の組織標的の外面の加熱を引き起こす、付記３８に記載の方法。
（実施例５０）
本デバイスは、透明材料を含み、レーザ光が、透明材料を通して第１の組織標的表面に伝送され、第１の組織標的を治療する、付記３８に記載の方法。
（実施例５１）
本デバイスは、それを通してレーザ光が、第１の組織標的表面に伝送され、第１の組織標的を治療する、デバイスを通した１つ以上のチャネルを含む、付記３８に記載の方法。
（実施例５２）
本デバイスは、それを通して１つ以上の針が、運ばれ、第１の組織標的表面を突刺し、第１の組織標的を治療する、デバイスを通した１つ以上のチャネルを含む、付記３８に記載の方法。
（実施例５３）
デバイスは、レーザ光をハンドヘルドレーザ放出デバイスから受容する様式において、ハンドヘルドレーザ放出デバイスに取り付けられる、付記３８に記載の方法。
（実施例５４）
デバイスを第２の組織標的の外面に熱的に接触させ、ステップ（ａ）－（ｃ）を繰り返すステップをさらに含む、付記３８に記載の方法。
（実施例５５）
ステップ（ａ）－（ｃ）を複数の標的組織上で連続して繰り返すステップをさらに含む、付記３８に記載の方法。
（実施例５６）
デバイスは、電気的に直列に、かつ熱的に並列に接続される、複数の熱電構成要素を含む、付記３８に記載の方法。
（実施例５７）
デバイスは、電気的に直列に、かつ熱的に並列に接続される、複数の熱電構成要素を含み、各熱電構成要素は、それに隣接して位置付けられ、熱を熱電構成要素から除去する、関連付けられる微小チャネル蒸発構造を有する、付記３８に記載の方法。
（実施例５８）
熱電構成要素は、プログラマブル電源に電気的に接続される、付記３８に記載の方法。
（実施例５９）
デバイスは、電気的に直列に、かつ熱的に並列に接続される、複数の熱電構成要素を含み、複数の熱電構成要素は、プログラマブル電源に電気的に接続される、付記３８に記載の方法。

Claims (59)

1. 熱管理システムであって、
   熱電構成要素であって、前記熱電構成要素は、標的材料に熱的に結合されるように構成される第１の側と、前記第１の側に対向する第２の側とを有する、熱電構成要素と、
   前記熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される二相熱伝達ユニットであって、前記二相熱伝達ユニットは、１）入口領域および出口領域を有する相転移チャンバと、２）前記相転移チャンバ内の微小特徴であって、前記相転移チャンバ内の微小特徴は、前記微小特徴が、作業流体に、前記相転移チャンバの入口領域から前記相転移チャンバの出口まで前記作業流体を駆動する毛細管力を誘発するように、相互から離間される、前記相転移チャンバ内の微小特徴と、３）入口であって、それを通して前記作業流体が、液相において、前記二相熱伝達ユニットの中に流動する入口と、４）出口であって、それを通して前記作業流体の少なくとも一部が、気相において、前記二相熱伝達ユニットから外に流動する出口とを有する、二相熱伝達ユニットと、
   コントローラであって、前記コントローラは、前記二相熱伝達ユニットが、前記熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却し、前記熱電構成要素が、０．５～２０秒以内に、前記標的材料の温度を第２の温度まで変化させるように、前記熱電構成要素および前記二相熱伝達ユニットを動作させるように構成され、前記第２の温度は、前記第１の温度の＋／－６０℃である、コントローラと
   を備える、システム。
2. 接触部材、熱電構成要素、および前記二相熱伝達ユニットはともに、２ｍｍ～２５ｍｍの熱流動の方向に沿って前記接触部材から前記熱電構成要素を通して測定される高さを有する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記コントローラは、前記二相熱伝達ユニットを、熱電ユニットの第２の側において５℃～－２０℃の第１の温度に設定するように構成され、前記コントローラは、前記熱電ユニットを動作させ、１～１０秒以内に、前記接触部材を２０℃～４０℃の第２の温度まで加熱するように構成される、請求項２に記載のシステム。
4. 前記二相熱伝達ユニットは、３ｍｍ～８ｍｍの前記熱流動の方向に前記熱電構成要素から測定される厚さを有する、請求項２に記載のシステム。
5. 前記微小特徴は、相互から１０ミクロン～１，０００ミクロン離間される、請求項２に記載のシステム。
6. 前記微小特徴は、前記相転移チャンバの入口領域から出口領域まで延在する壁によって画定されるチャネルである、請求項５に記載のシステム。
7. 前記微小特徴は、前記相転移チャンバ内のピンである、請求項５に記載のシステム。
8. 前記微小特徴は、相互から１０ミクロン～２５０ミクロン離間される、請求項２に記載のシステム。
9. 前記熱電構成要素は、第１のペルチェモジュールを備え、
   前記システムはさらに、前記第１のペルチェモジュールの側方に位置付けられる第２のペルチェモジュールを備え、
   前記二相熱伝達ユニットの相転移チャンバは、第１の相転移チャンバを備え、
   前記二相熱伝達ユニットはさらに、前記第１の相転移チャンバの側方に位置付けられる第２の相転移チャンバを備え、前記第１の相転移チャンバは、前記第１のペルチェモジュールと整合され、前記第２の相転移チャンバは、前記第２のペルチェモジュールと整合される、
   請求項１に記載のシステム。
10. 前記コントローラは、前記二相熱伝達ユニットを、前記熱電ユニットの第２の側において５℃～－２０℃の第１の温度に設定するように構成され、前記コントローラは、前記熱電ユニットを動作させ、１～１０秒以内に、前記接触部材を１０℃～４０℃の第２の温度まで加熱するように構成される、請求項９に記載のシステム。
11. 前記二相熱伝達ユニットは、２ｍｍ～８ｍｍの前記熱流動の方向に前記熱電構成要素から測定される厚さを有する、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記微小特徴は、相互から１０ミクロン～１，０００ミクロン離間される、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記微小特徴は、前記相転移チャンバの入口領域から出口領域まで延在する壁によって画定されるチャネルである、請求項１２に記載のシステム。
14. 前記微小特徴は、前記相転移チャンバ内のピンである、請求項１２に記載のシステム。
15. 前記微小特徴は、相互から１０ミクロン～２５０ミクロン離間される、請求項１０に記載のシステム。
16. 前記熱電構成要素は、第１の体積熱容量を有し、前記二相熱伝達ユニットは、第２の体積熱容量が、前記第１の体積熱容量の５０％、１００％、１５０％、２００％、２５０％、３００％、４００％、または５００％のうちの１つを上回らないような第２の体積熱容量を有する、請求項１に記載のシステム。
17. 前記二相熱伝達ユニットの入口および出口に流体的に結合される凝縮器をさらに備え、前記作業流体は、前記凝縮器および前記二相熱伝達ユニット内に含有される、請求項１に記載のシステム。
18. エネルギーを前記標的材料に伝送する源を有する非侵襲性監視システムと、前記源によって前記標的材料に伝送されるエネルギーの成分を検出する検出器とをさらに備え、前記標的材料内の温度勾配は、前記検出器からの情報によって決定される、請求項１に記載のシステム。
19. 前記源は、光源であり、前記検出器は、光検出器である、請求項１８に記載のシステム。
20. 標的材料を熱的に管理する方法であって、
    熱電構成要素の第１の側を標的材料に熱的に結合されるように位置付けることと、
    前記熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される二相熱伝達ユニットを使用して、前記熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却することと、
    標的材料が０．５～２０秒以内に第２の温度になるように、電流を前記熱電構成要素を通して調節することであって、前記第２の温度は、前記第１の温度の＋／－６０℃である、ことと
    を含む、方法。
21. 前記熱電構成要素および前記二相熱伝達ユニットはともに、２ｍｍ～２５ｍｍの前記熱電構成要素を通した熱流動の方向に沿って測定される高さを有する、請求項２０に記載の方法。
22. 前記第１の温度は、前記熱電ユニットの第２の側において、５℃～－２０℃であり、前記第２の温度は、２０℃～４０℃であり、前記第１の温度から前記第２の温度になるまでの時間は、１～１０秒である、請求項２１に記載の方法。
23. 前記二相熱伝達ユニットは、２ｍｍ～８ｍｍの前記熱流動の方向に前記熱電構成要素から測定される厚さを有する、請求項２２に記載の方法。
24. 前記微小特徴は、相互から１０ミクロン～１，０００ミクロン離間される、請求項２２に記載の方法。
25. 前記微小特徴は、前記相転移チャンバの入口領域から出口領域まで延在する壁によって画定されるチャネルである、請求項２４に記載の方法。
26. 前記微小特徴は、前記相転移チャンバ内のピンである、請求項２４に記載の方法。
27. 人物の組織を治療するためのデバイスであって、
    標的組織を療法温度まで加熱するように構成される組織加熱モジュールと、
    熱管理システムであって、前記熱管理システムは、
    （ａ）高熱伝導性を有する接触プレートと、
    （ｂ）熱電構成要素であって、前記熱電構成要素は、前記接触プレートに熱的に結合されるように構成される第１の側と、前記第１の側に対向する第２の側とを有する、熱電構成要素と、
    （ｃ）前記熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される二相熱伝達ユニットであって、前記二相熱伝達ユニットは、１）入口領域および出口領域を有する相転移チャンバと、２）前記相転移チャンバ内の微小特徴であって、前記相転移チャンバ内の微小特徴は、前記微小特徴が、作業流体に、前記相転移チャンバの入口領域から前記相転移チャンバの出口まで前記作業流体を駆動する毛細管力を誘発するように、相互から離間される、前記相転移チャンバ内の微小特徴と、３）入口であって、それを通して前記作業流体が、液相において、前記二相熱伝達ユニットの中に流動する入口と、４）出口であって、それを通して前記作業流体の少なくとも一部が、気相において、前記二相熱伝達ユニットから外に流動する出口とを有する、二相熱伝達ユニットと、
    （ｄ）コントローラであって、前記コントローラは、前記二相熱伝達ユニットが、前記熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却し、前記熱電構成要素が、０．５～２０秒以内に、前記接触プレートの温度を第２の温度まで変化させるように、前記熱電構成要素および前記二相熱伝達ユニットを動作させるように構成され、前記第２の温度は、前記第１の温度の＋／－６０℃である、コントローラと
    を含む、熱管理システムと、
    を備える、デバイス。
28. 前記組織加熱モジュールは、前記標的組織を前記療法温度まで加熱するように構成されるレーザを備える一方、前記接触プレートは、隣接する組織を冷却する、請求項２７に記載のデバイス。
29. エネルギーを前記標的材料に伝送する源を有する非侵襲性監視システムと、前記源によって前記標的材料に伝送されるエネルギーの成分を検出する検出器とをさらに備え、前記標的材料内の温度勾配は、前記検出器からの情報によって決定される、請求項２７に記載のデバイス。
30. 前記源は、光源であり、前記検出器は、光検出器である、請求項２９に記載のシステム。
31. 人物の組織を冷却するためのデバイスであって、
    高熱伝導性を有する接触プレートと、
    熱電構成要素であって、前記熱電構成要素は、前記接触プレートに熱的に結合されるように構成される第１の側と、前記第１の側に対向する第２の側とを有する、熱電構成要素と、
    前記熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される二相熱伝達ユニットであって、前記二相熱伝達ユニットは、１）入口領域および出口領域を有する相転移チャンバと、２）前記相転移チャンバ内の微小特徴であって、前記相転移チャンバ内の微小特徴は、前記微小特徴が、作業流体に、前記相転移チャンバの入口領域から前記相転移チャンバの出口まで前記作業流体を駆動する毛細管力を誘発するように、相互から離間される、前記相転移チャンバ内の微小特徴と、３）入口であって、それを通して前記作業流体が、液相において、前記二相熱伝達ユニットの中に流動する入口と、４）出口であって、それを通して前記作業流体の少なくとも一部が、気相において、前記二相熱伝達ユニットから外に流動する出口とを有する、二相熱伝達ユニットと、
    コントローラであって、前記コントローラは、前記二相熱伝達ユニットが、前記熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却し、前記熱電構成要素が、０．５～２０秒以内に、前記接触プレートの温度を第２の温度まで変化させるように、前記熱電構成要素および前記二相熱伝達ユニットを動作させるように構成され、前記第２の温度は、前記第１の温度の＋／－６０℃である、コントローラと
    を備える、デバイス。
32. エネルギーを前記標的材料に伝送する源を有する非侵襲性監視システムと、前記源によって前記標的材料に伝送されるエネルギーの成分を検出する検出器とをさらに備え、前記標的材料内の温度勾配は、前記検出器からの情報によって決定される、請求項３１に記載のデバイス。
33. 前記源は、光源であり、前記検出器は、光検出器である、請求項３２に記載のシステム。
34. 半導体デバイスであって、
    集積回路網を有する半導体構成要素と、
    熱管理システムであって、前記熱管理システムは、
    （ａ）熱電構成要素であって、前記熱電構成要素は、前記半導体構成要素に熱的に結合されるように構成される第１の側と、前記第１の側に対向する第２の側とを有する、熱電構成要素と、
    （ｂ）前記熱電構成要素の第２の側に熱的に結合される二相熱伝達ユニットであって、前記二相熱伝達ユニットは、１）入口領域および出口領域を有する相転移チャンバと、２）前記相転移チャンバ内の微小特徴であって、前記相転移チャンバ内の微小特徴は、前記微小特徴が、作業流体に、前記相転移チャンバの入口領域から前記相転移チャンバの出口まで前記作業流体を駆動する毛細管力を誘発するように、相互から離間される、前記相転移チャンバ内の微小特徴と、３）入口であって、それを通して前記作業流体が、液相において、前記二相熱伝達ユニットの中に流動する入口と、４）出口であって、それを通して前記作業流体の少なくとも一部が、気相において、前記二相熱伝達ユニットから外に流動する出口とを有する、二相熱伝達ユニットと、
    （ｃ）コントローラであって、前記コントローラは、前記二相熱伝達ユニットが、前記熱電構成要素の第２の側を第１の温度まで冷却し、前記熱電構成要素が、前記半導体構成要素の温度を第２の温度まで変化させるように、前記熱電構成要素および前記二相熱伝達ユニットを動作させるように構成される、コントローラと
    を含む、熱管理システムと
    を備える、半導体デバイス。
35. 前記半導体構成要素は、コントローラである、請求項３４に記載の半導体デバイス。
36. 前記半導体構成要素は、メモリデバイスである、請求項３４に記載の半導体デバイス。
37. 半導体構成要素は、サーバ内にある、請求項３４に記載の半導体デバイス。
38. 患者の組織の温度を改変するための方法であって、
    （ａ）第１の温度Ｔ_１において、熱電構成要素を備えるデバイスを第１の組織標的の外面に熱的に接触させることであって、熱伝達ユニットが、前記熱電構成要素に熱的に接触する、ことと、
    （ｂ）電流を前記熱電構成要素を通して第１の方向にアクティブ化し、約２～４秒以内に、前記第１の温度Ｔ_１から約８℃～約－１５℃への前記第１の組織標的の前記外面の冷却を引き起こすことであって、熱伝達ユニットが、前記熱電構成要素によって発生された熱流束を除去し、前記熱電構成要素を少なくとも５０℃を下回る動作温度に維持する、ことと、
    （ｃ）電流を前記熱電構成要素を通して前記第１の方向に対向する第２の方向にアクティブ化し、約１～３秒以内に、約８℃～約－１５℃から少なくとも約２０℃への前記第１の組織標的の外面の加熱を引き起こすことと
    を含む、方法。
39. 前記第１の組織標的は、行為（ｂ）後かつ行為（ｃ）前に、レーザ光で照射される、または針で突刺される、請求項３８に記載の方法。
40. 前記第１の組織標的は、行為（ｂ）後かつ行為（ｃ）前に、前記デバイスが前記第１の組織標的と接触したまま、レーザ光で照射される、請求項３８に記載の方法。
41. 前記第１の組織標的は、行為（ｂ）後かつ行為（ｃ）前に、前記デバイスが前記第１の組織標的と接触したまま、針で突刺される、請求項３８に記載の方法。
42. 前記熱伝達ユニットは、二相蒸発性熱伝達デバイスである、請求項３８に記載の方法。
43. 前記熱伝達ユニットは、基部から蒸発流体のリザーバの中に下向きに延在する複数の壁を備える蒸発システムを含む二相蒸発性熱伝達デバイスである、請求項３８に記載の方法。
44. 前記熱伝達ユニットは、二相蒸発性熱伝達デバイスであり、前記二相蒸発性熱伝達デバイスは、それに動作可能に接続され、蒸気を前記二相蒸発性熱伝達デバイスから受容し、前記蒸気を蒸発流体に凝縮する、凝縮器ユニットを有する、請求項３８に記載の方法。
45. 前記熱伝達ユニットは、それを通した蒸発流体の通過のための流入および流出導管に接続される二相熱蒸発性熱伝達デバイスである、請求項３８に記載の方法。
46. 行為（ｂ）において、電流を前記熱電構成要素を通して第１の方向にアクティブ化することは、約３秒以内に、前記第１の温度Ｔ_１から約８℃～約－２℃への前記第１の組織標的の外面の冷却を引き起こす、請求項３８に記載の方法。
47. 行為（ｂ）において、電流を前記熱電構成要素を通して第１の方向にアクティブ化することは、約２～４秒以内に、前記第１の温度Ｔ_１から約４℃～約－２℃への前記第１の組織標的の外面の冷却を引き起こす、請求項３８に記載の方法。
48. 行為（ｂ）において、電流を前記熱電構成要素を通して第１の方向にアクティブ化することは、約３秒以内に、前記第１の温度Ｔ_１から約４℃～約－２℃への前記第１の組織標的の外面の冷却を引き起こす、請求項３８に記載の方法。
49. 行為（ｃ）において、電流を前記熱電構成要素を通して前記第１の方向に対向する第２の方向にアクティブ化することは、約２秒以内に、約８℃～約－２℃から少なくとも約２０℃への前記第１の組織標的の外面の加熱を引き起こす、請求項３８に記載の方法。
50. 前記デバイスは、透明材料を含み、レーザ光が、前記透明材料を通して前記第１の組織標的表面に伝送され、前記第１の組織標的を治療する、請求項３８に記載の方法。
51. 前記デバイスは、前記デバイスを通した１つ以上のチャネルを含み、前記１つ以上のチャネルを通して、レーザ光が、前記第１の組織標的表面に伝送され、前記第１の組織標的を治療する、請求項３８に記載の方法。
52. 前記デバイスは、前記デバイスを通した１つ以上のチャネルを含み、前記１つ以上のチャネル通して、１つ以上の針が、運ばれ、前記第１の組織標的表面を突刺し、前記第１の組織標的を治療する、請求項３８に記載の方法。
53. 前記デバイスは、レーザ光をハンドヘルドレーザ放出デバイスから受容する様式において、前記ハンドヘルドレーザ放出デバイスに取り付けられる、請求項３８に記載の方法。
54. 前記デバイスを第２の組織標的の外面に熱的に接触させ、行為（ａ）－（ｃ）を繰り返すことをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
55. 行為（ａ）－（ｃ）を複数の標的組織上で連続して繰り返すことをさらに含む、請求項３８に記載の方法。
56. 前記デバイスは、複数の熱電構成要素を含み、前記複数の熱電構成要素は、電気的に直列に、かつ熱的に並列に接続される、請求項３８に記載の方法。
57. 前記デバイスは、複数の熱電構成要素を含み、前記複数の熱電構成要素は、電気的に直列に、かつ熱的に並列に接続され、各熱電構成要素は、それに隣接して位置付けられ、熱を前記熱電構成要素から除去する、関連付けられる微小チャネル蒸発構造を有する、請求項３８に記載の方法。
58. 前記熱電構成要素は、プログラマブル電源に電気的に接続される、請求項３８に記載の方法。
59. 前記デバイスは、複数の熱電構成要素を含み、前記複数の熱電構成要素は、電気的に直列に、かつ熱的に並列に接続され、前記複数の熱電構成要素は、プログラマブル電源に電気的に接続される、請求項３８に記載の方法。

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