JP6258236B2 - 流体温度およびフローの制御のための方法および装置 - Google Patents

Description

（本発明の説明）
本出願は、本明細書に参照として組み込まれる、２００８年９月３０日に出願された米国特許仮出願第６１／１０１，２２７号に基づく優先権を主張する。

本発明に一致する材料、構成要素、および方法は、流体の温度およびフローが、チャネルのジオメトリと、チャネルの壁の少なくとも一部分の構成と、流体を構成する構成粒子とにより、少なくとも部分的に制御される流体のマイクロスケールチャネルの製造および使用を対象とする。

空気などの流体の体積は、温度および圧力によって特徴づけられ得る。また、たとえば、酸素および窒素の分子を含む構成粒子の集合として考えると、所与の温度における流体の体積は、構成粒子速度の分布として特徴づけられ得る。この分布は、一般に、平均速度によって特徴づけられ、この平均速度は（気体としての）流体の温度との一定の関係をもつことが分かっている。

したがって、流体の内部熱エネルギーは、加熱、冷却、および流体フローの発生に関係する適用例のためのエネルギー源を提供する。気体などの流体の内部熱エネルギーを利用する１つの方法は、参照として本明細書に完全に組み込まれる米国特許第７，００８，１７６号および米国特許第６，９３２，５６４号に記載されている。

米国特許第７，００８，１７６号明細書 米国特許第６，９３２，５６４号明細書

気体などの流体の内部熱エネルギーを利用するためのデバイスが、粒子の運動方向またはその速度を選択するために一部を移動させることの使用に基づいて、流体の構成粒子を選択することにより動作する場合、流体フローおよび温度を制御することはできるが、一部をそのように移動させることには基づいていない方法およびデバイスが必要となる。

したがって、本発明の主な目的は、冷却、加熱、および／または流体のフロー制御の利益を得るが、一部を移動させることには依拠しない原理に基づいて動作するシステムおよび方法のための解決策を提供することである。

これは、流体のフローに適応するように構成された１つまたは複数のマイクロスケールチャネル（「マイクロチャネル」）を利用し、構成粒子とマイクロチャネルの壁との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるようにマイクロチャネルの壁と流体の構成粒子とが構成されるシステムの製造および使用によって達成される。

本発明に一致する例示的なマイクロチャネルは、流入開口および流出開口を備えて構成され、それらは互いに流体連通している。

本明細書で使用する場合、マイクロチャネルの「断面(cross-section)」とは、マイクロチャネルを通る流体の全体的なフローによって規定された方向に実質的に直交するマイクロチャネルの特徴的な区域を指す。

本明細書で使用する場合、マイクロチャネルの「スロート(喉部：throat)」とは、その断面における局所的最小値を示すマイクロチャネル一部分を指す。複数のスロートを、１つのマイクロチャネルに関連関連付けることができることに留意されたい。

本発明に一致する一実施形態では、マイクロチャネルの流入開口は、マイクロチャネルのスロートとなるように構成され、マイクロチャネルの壁は、断面が流体のフローの方向に沿って全体的に連続して増加しているマイクロチャネルを示すように構成される。そのような例示的な実施形態では、（たとえば、流体が空気である場合）流入開口は好ましくは１００μｍ^２とすることができ、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までの範囲内のいずれかとすることができる。さらに、流出開口は、好ましくは３０００μｍ^２であり、範囲０．１μｍ^２から５０，０００μｍ^２の範囲内のいずれかとすることができる。マイクロチャネルの壁の長さ（すなわち、マイクロチャネルの流入開口と流出開口との間の直線距離）は、好ましくは３０ｍｍであり、０．０１ｍｍから１０メートルまでの範囲内のいずれかとすることができる。本発明に一致する別の実施形態では、流入開口と流出開口の寸法（および長さに応じた断面の寸法）は、いま説明した寸法の逆にすることができる。たとえば、流入開口は、好ましくは３０００μｍ^２であり、０．１μｍ^２から５０，０００μｍ^２までの範囲のいずれかとすることができ、流出開口は好ましくは１００μｍ^２であり、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までの範囲のいずれかとすることができる。

本発明に一致する別の実施形態では、マイクロチャネルの流入開口はマイクロチャネルのスロートとなるように構成され、マイクロチャネルの壁は、スロートに隣接する断面が急峻に増大し、次いで、断面が流体のフローの方向に沿って実質的に固定されているマイクロチャネルを示すように構成される。そのような例示的な実施形態では、（たとえば、流体が空気である場合）流入開口は、好ましくは１００μｍ^２であり、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までの範囲内のいずれかとすることができる。そのような流入開口の例示的な長さは、より大きく、実質的に一定の開口へと拡張する前には、約５００μｍとすることができる。さらに、流出開口は、好ましくは３０００μｍ^２であり、０．１μｍ^２から５０，０００μｍ^２までの範囲内のいずれかとすることができる。マイクロチャネルの壁の長さ（すなわち、マイクロチャネルの流入開口と流出開口との間の直線距離）は、好ましくは３０ｍｍであり、０．０１ｍｍから５０メートルまでの範囲内のいずれかとすることができる。本発明に一致する別の実施形態では、流入開口と流出開口の寸法（および長さに応じた断面の寸法）は、いま説明した寸法の逆にすることができる。たとえば、流入開口は、好ましくは３０００μｍ^２であり、０．１μｍ^２から５０，０００μｍ^２までの範囲のいずれかとすることができ、流出開口は好ましくは１００μｍ^２であり、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までの範囲のいずれかとすることができる。

本発明に一致する別の実施形態では、マイクロチャネルの流入開口と流出開口の両方が、マイクロチャネルのスロートとなる（すなわち、断面における局所的最小値を示す）ように構成され、マイクロチャネルの壁は、断面が流体のフローの方向に沿って、最大点まで、好ましくは流入開口と流出開口との間の中間点まで全体的に連続して増加しているマイクロチャネルを示し、断面が流体のフローの方向に沿って、流出開口における局所的最小点まで全体的に連続して次第に減少しているマイクロチャネルを示すように構成される。そのような例示的な実施形態では、（たとえば、流体が空気である場合）流入開口は、好ましくは１００μｍ^２であり、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までの範囲内のいずれかとすることができる。流入開口と流出開口との間の断面の最大値は、好ましくは３０００μｍ^２であり、０．１μｍ^２から５０，０００μｍ^２までの範囲内のいずれかとすることができる。マイクロチャネルの壁の長さ（すなわち、マイクロチャネルの流入開口と流出開口との間の直線距離）は、好ましくは３０ｍｍであり、０．０２ｍｍから１００メートルまでの範囲内のいずれかとすることができる。

本発明に一致するさらに別の実施形態では、マイクロチャネルの流入開口と流出開口の両方が、マイクロチャネルのスロートとなるように構成され、マイクロチャネルの壁が、流入開口におけるスロートに隣接する断面が急峻に増大し、断面が流体のフローの方向に沿って固定され、次いで、流出開口におけるスロートに隣接する断面が急峻に減少しているマイクロチャネルを示すように構成される。そのような例示的な実施形態では、（たとえば、流体が空気である場合）流入開口と流出開口とは、好ましくは１００μｍ^２であり、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までの範囲内のいずれかとすることができる。流入開口と流出開口との間の断面の最大値が、好ましくは３０００μｍ^２であり、０．１μｍ^２から５０，０００μｍ^２までの範囲内のいずれかとすることができる。マイクロチャネルの壁の長さ（すなわち、マイクロチャネルの流入開口と流出開口との間の直線距離）は、好ましくは３０ｍｍであり、０．０２ｍｍから１００メートルまでの範囲内のいずれかとすることができる。（より大きい実質的に一定の断面まで延びる前の）そのような流入開口および流出開口の例示的な長さは、約５００μｍとすることができる。

本発明に一致する別の実施形態では、上述したマイクロチャネルセグメント（第１のマイクロチャネルセグメント）のいずれか１つは、第１のマイクロチャネルセグメントの流出開口を第２のマイクロチャネルセグメントの流入開口と流体連通させるように構成するなど、別のマイクロチャネルセグメント（第２のマイクロチャネルセグメント）と流体連通するように構成され得る。さらに、第１のマイクロチャネルセグメントおよび第２のマイクロチャネルセグメントは、マイクロチャネルの長さに応じた同様のまたは実質的に同様の壁形状および寸法、ならびに同様のまたは実質的に同様のスロート寸法を示す断面を示すように構成され得る。

さらに、本発明に一致する別の実施形態では、上述したマイクロチャネルセグメントのいずれか１つ（第１のマイクロチャネルセグメント）は、第１のマイクロチャネルセグメントおよび第２のマイクロチャネルセグメントの流入開口を互いに流体連通するように、第１のマイクロチャネルセグメントおよび第２のマイクロチャネルセグメントの流出開口を互いに流体連通するように構成するなど、別のマイクロチャネルセグメント（第２のマイクロチャネルセグメント）に実質的に平行なマイクロチャネルを示すように構成され得る。さらに、第１のマイクロチャネルセグメントおよび第２のマイクロチャネルセグメントは、マイクロチャネルの長さに応じた同様のまたは実質的に同様の壁形状および寸法、ならびに同様のまたは実質的に同様のスロート寸法を示す断面を示すように構成され得る。

加えて、一定量の流体のフローおよび温度の操作は、流体が分子を含む場合、一定量の流体の強化された加熱によって、分子振動のポピュレーションを可能にする。そのような振動励起分子が緩和することが可能になる場合、本発明に一致する方法およびシステムは、それによって放出された電磁放射の生成および操作が可能になる。

さらに、一定量の流体のフローおよび温度の操作は、加熱および冷却、冷凍、発電、コヒーレント光放射および非コヒーレント光放射、ガスポンピング、プラズマ生成および粒子線生成、粒子線加速、化学プロセスなどに及ぶ豊富な実際の適用例を提供する。

本発明のさらなる目的および利点は、以下の説明に部分的に示され、部分的にはその説明から明らかになり、あるいは本発明の実施によって理解され得る。本発明の目的及び利点は、添付の特許請求の範囲で具体的に示した要素および組合せによって実現および達成されるであろう。

上記の一般的な説明および以下の詳細な説明は単に例示的および説明的なものに過ぎず、特許請求される発明を限定するものではないことを理解されたい。

本明細書に組み込まれ、その一部を構成する添付の図面は、本発明の一実施形態を示し、説明とともに本発明の原理を説明する。

本発明に一致する一実施形態の断面図である。 本発明と、たとえば、図１、図４、図５、および図６に図示される実施形態とに一致する３つの断面形状の代替図である。 本発明に一致する鏡面衝突の例示的な図である。 本発明に一致するマイクロチャネルの別の実施形態を示す図である。 本発明に一致するマイクロチャネルの別の実施形態を示す図である。 本発明に一致するさらに別の実施形態を示す図である。 図１と図４とに一致する実施形態の直列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図５と図６とに一致する実施形態の直列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図７に一致する実施形態の直列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図８に一致する実施形態の直列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図１に一致する実施形態の並列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図４に一致する実施形態の並列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図５に一致する実施形態の並列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図６に一致する実施形態の並列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図７に一致する実施形態の並列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図８に一致する実施形態の並列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図９に一致する実施形態の並列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。 図１０に一致する実施形態の並列構成を利用している本発明に一致する一実施形態を示す図である。

次に、本発明の本実施形態（例示的な実施形態）を詳細に参照するが、その特性は添付の図面に図示されている。可能な場合には、同じ参照番号は図面全体にわたって使用して、同じ部分または同様の部分を指す。

図１に、本発明に一致する例示的な実施形態の図を示す。マイクロチャネル１００は、流入開口１３０と流出開口１５０とを含む。構成粒子１１０を含む流体１１５は、マイクロチャネル１００を通って方向１２０に流れる。マイクロチャネル１００の壁１０５は、流体１１５のフロー(流れ：flow)に近接している。図１に関連する図は、本発明に一致するマイクロチャネル１００の断面の図である。本発明に一致するマイクロチャネル１００の他の例示的な断面図が、図２に示され、（図１に示す）断面１３５に一致する例示的な図を表す。たとえば、流入開口１３０、領域１４０、および流出開口１５０の断面は、正方形１０１、円１０２、長方形１０３、または有界（又は囲まれた）２次元図(bounded two-dimensional figure)に関連する任意の他の形状のうちのいずれか１つとすることができる。

再び図１について考察すると、方向１２０にマイクロチャネル１００を通る流体１１５のフローは、流入開口１３０と流出開口１５０の間の圧力差を使用することによって誘起され得る。さらに、壁１０５および構成粒子１１０は、マイクロチャネル１００の内部（内部領域は全体的に領域１４０によって表される）にある構成粒子１１０と壁１０５との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように構成される。鏡面衝突は、例示的な様式で図３により詳細に示される。

図３に、図１の一部分をより詳細に示す。具体的には、矢印３２５は、構成粒子１１０が壁１０５と衝突する前の構成粒子１１０の速度成分を表す。法線３０５は、壁１０５によって規定された平面に直交する軸を表す。矢印３３５は、構成粒子１１０が壁１０５と衝突した後の構成粒子１１０の速度成分を表す。本明細書で使用する場合、構成粒子１１０と壁１０５との間の鏡面衝突は、壁１０５の平面に平行な構成粒子１１０の速度成分が衝突の前後で実質的に同じである衝突である。さらに、鏡面衝突中、壁１０５の平面に直交する速度成分に関連する構成粒子１１０の速度は、衝突の前後で実質的に同じとなり得る。当業者は、本明細書で使用する「鏡面衝突(specular collision)」という用語を弾性衝突にのみ適用するように解釈すべきではないことを諒解されたい。むしろ、マイクロチャネルの壁１０５と複数の構成粒子１１０のとの間に（平均的な）エネルギーの伝達があるので、構成粒子１１０と壁１０５との間のいずれか１つの特定の鏡面衝突は、構成粒子１１０の運動エネルギーを、衝突の前にもっていた運動エネルギーに対して増加または減少させ得ることを理解されたい。たとえば、壁１０５から構成粒子１１０へのエネルギーの伝達がある場合、構成粒子１１０と壁１０５に平行な平面との間の鋭角は、衝突前よりも衝突後に大きくなるであろうことが予想されるであろう。同様に、構成粒子１１０から壁１０５へのエネルギーの伝達がある場合、構成粒子１１０と壁１０５に平行な平面との間の鋭角は、衝突前よりも衝突後に小さくなるであろうことが予想されるであろう。さらに、複数の構成粒子を含む流体の温度が壁の温度とは異なる場合、（どちらがより高い温度であるかに依存して）流体から壁への、または壁から流体への内部エネルギーの伝達があることが予想される。複数の構成粒子１１０と壁１０５との間の衝突が、実質的に、本明細書で使用する鏡面（すなわち鏡面衝突）である場合、流体１１５から壁１０５への、または壁１０５から流体１１５へのエネルギーの伝達は、衝突中に、壁１０５の平面に直交するその速度成分の変化に関連する構成粒子１１０の速度の平均的な変化によって主に生じることが予想される。また、衝突中の構成粒子１１０の速度成分のそのような変化が、衝突プロセスの結果として、構成粒子１１０の全体的な速度を変化させることを諒解されたい。

再び図１を参照すると、流入開口１３０を通ってマイクロチャネル１００に入る流体１１５は、流入開口１３０における流体１１５の圧力が流出開口における流体１１５の圧力よりも高い場合、流入開口１３０と流出開口１５０との間の圧力差を使用することによって流出開口１５０に流れるように誘起され得る。流入開口１３０における流体１１５の温度がＴ_１である場合、（領域１４０に入る前の）構成粒子１１０は速度の分布によって表すことができ、その平均速度は温度に比例する。

流入開口のスロートが小さい場合（たとえば、流体が空気である場合において、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までのいずれかの値である場合）、流入開口１３０を通って領域１４０に移動している構成粒子１１０は、一般に、方向１２０に直交する成分よりも大きい方向１２０に平行な成分を有する速度を示す。したがって、流体１１５は、方向１２０にほぼ平行な流速を獲得する。方向１２０の流体１１５のフローに関連する運動エネルギーは、流入開口１３０に入る前にはＴ_１であった流体１１５の内部熱エネルギーから引き出される。エネルギーの保存は、Ｔ_１における流体１１５の元の熱エネルギーの一部分が、流体１１５のフローの運動エネルギーに変換されたので、領域１４０中の（フローの速度で静止したフレーム中の）流体１１５の温度はＴ_１よりも低くなることを示し、その温度をＴ_２とする。また、Ｔ_２がマイクロチャネル１００の壁１０５の温度（Ｔ_ｗとする）よりも低い場合、領域１４０中の流体１１５はマイクロチャネル１００を含む材料を冷却するために働くことになる。

本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１００は、少なくとも３つの方法で、この温度変化が流体１１５に与える効果を強化するように構成される。具体的には、壁１０５と構成粒子１１０との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように壁１０５および構成粒子１１０が構成される場合、壁１０５と流体１１５の間でエネルギーを伝達する手段であるそのような衝突は、流体１１５のフロー全体に対して最小限の効果しか与えない。言い換えれば、構成粒子１１０と壁１０５との間の衝突が、構成粒子１１０の速度が壁１０５から離れた任意の方向となる可能性が等しくあるような衝突（すなわち、非鏡面衝突(non-specular collision)）である場合、複数のそのような衝突は、流体１１５のフローを減速する効果を有し、また、領域１４０中の流体１１５の内部温度を上昇させる効果を有する可能性がある。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１００は、非鏡面衝突の影響を選択的に回避することによって、冷却効果を強化するように構成される。

加えて、マイクロチャネル１００の壁１０５は、流体１１５のフローが生じる断面積が全体的に増大していくように構成されるので、壁１０５からの構成粒子１１０の鏡面散乱は、方向１２０に直交した速度成分の一部分を方向１２０に平行な成分に変換する。

さらに、マイクロチャネル１００は、小さくなる（すなわち、好ましい実施形態では、内部表面積を、（長さ方向の）１ミクロン当たり(per linear micron)約３ｅ−１１(＝３×１０^−１１)ｍ^２〜６ｅ−１０(＝６×１０^−１０)ｍ^２程度に小さくすることができる）ように加工されるので、壁１０５によって示される表面積と領域１４０中の流体１１５の所与の体積の比は、比較的大きくなる（すなわち、上記の表面によって囲まれた流体１１５の体積は、（長さ方向の）１ミクロン当たり約８ｅ−１７(＝８×１０^−１７)ｍ^３〜３ｅ−１５(＝３×１０^−１５)ｍ^３である）。流体１１５の体積に対して壁１０５によって示される表面積は壁１０５と流体１１５との間のエネルギー交換の主要な手段であるので、これにより、流体１１５とマイクロチャネル１００との間のエネルギー交換相互作用全体が最大になる。

図４に、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。マイクロチャネル４００は、流入開口４３０と流出開口４５０とを含む。構成粒子４１０を含む流体４１５は、マイクロチャネル４００を通って方向４２０に流れる。マイクロチャネル４００の壁４０５は、流体４１５のフローに近接している。図４に関連する図は、本発明に一致するマイクロチャネル４００の断面の図である。マイクロチャネル１００に関して前述したように、本発明に一致するマイクロチャネル４００の他の例示的な断面図が図２に示され、（この例では、図４に示す）断面１３５に一致する例示的な図を表す。たとえば、流入開口４３０、領域４４０、および流出開口４５０の断面は、正方形１０１、円１０２、長方形１０３、または有界（又は囲まれた）２次元図に関連する任意の他の形状のうちのいずれか１つとすることができる。

再び図４について考察すると、方向４２０にマイクロチャネル４００を通る流体４１５のフローは、流入開口４３０と流出開口４５０の間の圧力差を使用することによって誘起され得る。さらに、壁４０５および構成粒子４１０は、マイクロチャネル４００の内部（内部領域は全体的に領域４４０によって表される）にある構成粒子４１０と壁４０５との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように構成される。

流入開口４３０を通ってマイクロチャネル４００に入る流体４１５は、たとえば、流出開口４５０の方向に方向４２０のフローを発生するために（たとえば、流入開口４３０における流体４１５の圧力が流出開口における流体４１５の圧力よりも高い場合）、流入開口４３０において流体４１５に対して及ぼされる作用によって流出開口４５０に流れるように誘起され得る。流入開口４３０における流体４１５の温度がＴ_１である場合、（領域４４０に入る前の）構成粒子４１０は速度の分布によって表すことができ、その平均速度は温度に比例する。

図４で考察された実施形態では、方向４２０に平行にフローが誘起された流体４１５について考察する。したがって、流体４１５の構成粒子４１０は、方向４２０に直交する方向におけるよりも、（マイクロチャネル４００に関連する）方向４２０において、より多くの速度成分を示すことになる。

しかしながら、マイクロチャネル１００とは異なり、マイクロチャネル４００の壁４０５は、フローが生じる断面積が全体的に縮小していくように構成される。したがって、この例では、壁４０５からの構成粒子４１０の鏡面散乱は、方向４２０に対して平行であった速度成分の一部分を方向４２０に直交する成分に変換する。フローエネルギーから流体４１５の内部運動エネルギーへのそのような変換は、流体４１５の温度を上昇させる傾向となる。これは、流出開口４５０の近くにより集中することになる。したがって、この領域の近くでは、マイクロチャネル４００は、流入開口４３０における流体４１５に関連するフローエネルギーの大部分を流体４１５の内部運動エネルギーへと伝達するように構成される。

これらの状況では、マイクロチャネル４００のその一部分を熱的に分離することが望まれることがある。たとえば、流出開口に近接しているマイクロチャネル４００の一部分を、マイクロチャネル４００の他の一部分に熱エネルギーを伝導しないように構成することができる。この熱的に分離された領域を領域４５５として図４に示す。

さらに、流体４１５の構成粒子４１０が分子である場合（たとえば、流体４１５が気体である場合）、構成粒子４１０のある特定の振動状態は、流出開口４５０の近くで達成される温度の上昇の結果として存在させる(populated)ことができる。

そのような振動励起分子がその後、流出開口４５０を通過する場合、これらの振動励起分子は、より低い振動状態へと緩和するために電磁放射を放出することになる。また、マイクロチャネル４００を使用して、振動状態における反転分布を作成することができ、それは、流出開口４５０を通過するそのような振動励起分子の集合のうちレーザ発振アプリケーションに有用であることを留意されたい。

図５に、本発明に一致する例示的な実施形態の別の図を示す。マイクロチャネル５００は、流入開口５３０と流出開口５５０とを含む。構成粒子５１０を含む流体５１５は、マイクロチャネル５００を通って方向５２０に流れる。マイクロチャネル５００の壁５０５は、流体５１５のフローに近接している。図５に関連する図は、本発明に一致するマイクロチャネル５００の断面の図である。本発明に一致するマイクロチャネル５００の他の例示的な断面図は図２に示され、（図５に示す）断面１３５に一致する例示的な図を表す。たとえば、流入開口５３０および流出開口５５０の断面は、正方形１０１、円１０２、長方形１０３、または有界（又は囲まれた）２次元図に関連する任意の他の形状のうちのいずれか１つとすることができる。

方向５２０にマイクロチャネル５００を通る流体５１５のフローは、流入開口５３０と流出開口５５０の間の圧力差を使用することによって誘起され得る。さらに、壁５０５および構成粒子５１０は、マイクロチャネル５００の内部の構成粒子５１０と壁５０５との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように構成される。

流入開口５３０を通ってマイクロチャネル５００に入る流体５１５は、流入開口５３０における流体５１５の圧力が流出開口における流体５１５の圧力よりも高い場合、流入開口５３０と流出開口５５０との間の圧力差を使用することによって流出開口５５０に流れるように誘起され得る。流入開口５３０における流体５１５の温度がＴ_１である場合、（マイクロチャネル５００に入る前の）構成粒子５１０は速度の分布によって表すことができ、その平均速度は温度に比例する。

流入開口のスロートが小さい場合（たとえば、流体が空気であり、フローの方向に沿ったスロートの長さが約５００μｍである場合において、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までのいずれかの値である場合）、流入開口５３０を通ってマイクロチャネル５００に移動している構成粒子５１０は、一般に、方向５２０に直交する成分よりも大きい方向５２０に平行な成分を有する速度を示す。したがって、流体５１５は、方向５２０にほぼ平行な流速を獲得する。方向５２０の流体５１５のフローに関連する運動エネルギーは、流入開口５３０に入る前にはＴ_１であった流体５１５の内部熱エネルギーから引き出される。エネルギーの保存は、Ｔ_１における流体５１５の元の熱エネルギーの一部分が、流体５１５のフローの運動エネルギーに変換されたので、領域５４０中の（フローの速度で静止したフレーム中の）流体５１５の温度はＴ_１よりも低くなることを示し、その温度をＴ_２とする。また、Ｔ_２がマイクロチャネル５００の壁５０５の温度（Ｔ_ｗと称する）よりも低い場合、マイクロチャネル５００中の流体５１５はマイクロチャネル５００を含む材料を冷却するために働くことになる。

また、本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル５００は、少なくとも３つの方法で、この温度変化が流体５１５に与える効果を強化するように構成される。具体的には、壁５０５と構成粒子５１０との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように壁５０５および構成粒子５１０が構成される場合、壁５０５と流体５１５の間でエネルギーを伝達する手段であるそのような衝突は、流体５１５のフロー全体に対して最小限の効果しか与えない。言い換えれば、構成粒子５１０と壁５０５との間の衝突が、構成粒子５１０の速度が壁５０５から離れた任意の方向となる可能性が等しくあるような衝突（すなわち、非鏡面衝突）である場合、複数のそのような衝突は、流体５１５のフローを減速する効果を有し、また、領域５４０中の流体５１５の内部温度を上昇させる効果を有する可能性がある。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル５００は、非鏡面衝突の影響を選択的に回避することによって、冷却効果を強化するように構成される。

加えて、流体５１５中の構成粒子５１０間の平均自由経路は、流入開口５３０と流出開口５５０との間の長さに応じて全体的に増大しているので、マイクロチャネル５００に沿った長さに応じた壁５０５からの構成粒子５１０の鏡面散乱も、方向５２０に直交した速度成分の一部分を方向５２０に平行な成分に変換するために働く可能性があることになると考えられる。

さらに、マイクロチャネル５００は、小さくなる（すなわち、好ましい実施形態では好ましい実施形態では、実質的に一定の領域の内部表面積を、（長さ方向の）１ミクロン当たり６ｅ−１０(＝６×１０^−１０)ｍ^２程度に小さくすることができる）ように加工されるので、壁５０５によって示される表面積と領域５４０中の流体５１５の所与の体積の比は、比較的大きくなる（すなわち、上記の表面によって囲まれた流体１１５の体積は、（長さ方向の）１ミクロン当たり約３ｅ−１５(＝３×１０^−１５)ｍ^３である）。流体５１５の体積に対して壁５０５によって示される表面積は壁５０５と流体５１５との間のエネルギー交換の主要な手段であるので、これにより、流体５１５とマイクロチャネル５００との間のエネルギー交換相互作用全体が最大になる。

図６に、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。マイクロチャネル６００は、流入開口６３０と流出開口６５０とを含む。構成粒子６１０を含む流体６１５は、マイクロチャネル６００を通って方向６２０に流れる。マイクロチャネル６００の壁６０５は、流体６１５のフローに近接している。図６に関連する図は、本発明に一致するマイクロチャネル６００の断面の図である。マイクロチャネル１００に関して前述したように、本発明に一致するマイクロチャネル６００の他の例示的な断面図が図２に示され、（この例では、図６に示す）断面１３５に一致する例示的な図を表す。たとえば、流入開口６３０および流出開口６５０の断面は、正方形１０１、円１０２、長方形１０３、または有界（又は囲まれた）２次元図に関連する任意の他の形状のうちのいずれか１つとすることができる。

方向６２０にマイクロチャネル６００を通る流体６１５のフローは、流入開口６３０と流出開口６５０の間の圧力差を使用することによって誘起され得る。さらに、壁６０５および構成粒子６１０は、マイクロチャネル６００の内部（内部領域は全体的に領域６４０によって表される）の構成粒子６１０と壁６０５との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように構成される。

流入開口６３０を通ってマイクロチャネル６００に入る流体６１５は、たとえば、流出開口６５０の方向の方向６２０のフローを発生するために（たとえば、流入開口６３０における流体６１５の圧力が流出開口における流体６１５の圧力よりも高い場合）、流入開口６３０において流体６１５に対して及ぼされる作用によって流出開口６５０に流れるように誘起され得る。流入開口６３０における流体６１５の温度がＴ_１である場合、（マイクロチャネル６００に入る前の）構成粒子６１０は速度の分布によって表すことができ、その平均速度は温度に比例する。

図６で考察された実施形態では、方向６２０に平行にフローが誘起された流体６１５について考察する。したがって、流体６１５の構成粒子６１０は、方向６２０に直交する方向におけるよりも、（マイクロチャネル６００に関連する）方向６２０において、より多くの速度成分を示すことになる。

しかしながら、マイクロチャネル５００とは異なり、マイクロチャネル６００の壁６０５は、流出開口６５０の近傍で急激に縮小している断面積を示すように構成される。したがって、この例では、壁６０５からの構成粒子６１０の鏡面散乱は、方向６２０に対して平行であった速度成分の一部分を方向６２０に逆平行の成分に変換する。フローエネルギーから流体６１５の内部運動エネルギーへのそのような変換は、流体６１５の温度を上昇させる傾向となる。これは、流出開口６５０の近くにより集中することになる。したがって、この領域の近くでは、マイクロチャネル６００は、流入開口６３０における流体６１５に関連するフローエネルギーの大部分を流体６１５の内部運動エネルギーへと伝達するように構成される。

これらの状況では、マイクロチャネル６００のその一部分を熱的に分離することが望まれることがある。たとえば、流出開口に近接しているマイクロチャネル６００の一部分を、マイクロチャネル６００の他の一部分に熱エネルギーを伝導しないように構成することができる。この熱的に分離された領域を領域６５５として図６に示す。

流体６１５の構成粒子６１０が分子である場合（たとえば、流体６１５が気体である場合）、構成粒子６１０のある特定の振動状態は、流出開口６５０の近くで達成される温度の上昇の結果として存在させることができる。

そのような振動励起分子がその後、流出開口６５０を通過する場合、これらの振動励起分子は、より低い振動状態へと緩和するために電磁放射を放出することになる。また、マイクロチャネル６００を使用して、振動状態における反転分布を作成することができ、それは、流出開口６５０を通過するそのような振動励起分子の集合のうちレーザ発振アプリケーションに有用であることを留意されたい。

図７に、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル７００は、図１と図４とに示した例示的な実施形態の線形結合を利用するように構成される。

したがって、図１および４に示す実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。

マイクロチャネル７００は、流入開口７３０と流出開口７５０とを含む。構成粒子７１０を含む流体７１５は、マイクロチャネル７００を通って方向７２０に流れる。マイクロチャネル７００の壁７０５は、流体７１５のフローに近接している。図７に関連する図は、図１および図４に示された図と同様のマイクロチャネル７００の円形断面の図である。

流入開口７３０を通ってマイクロチャネル７００に入る流体７１５は、流入開口７３０における流体７１５の圧力が流出開口における流体７１５の圧力よりも高い場合、流入開口７３０と流出開口７５０との間の圧力差を使用することによって、流出開口７５０に流れるように誘起され得る。さらに、壁７０５および構成粒子７１０は、マイクロチャネル７００の内部の構成粒子７１０と壁７０５との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように構成される。

流入開口７３０における流体７１５の温度がＴ_１である場合、（マイクロチャネル７００に入る前の）構成粒子７１０は速度の分布によって表すことができ、その平均速度は温度に比例する。

流入開口のスロートが小さい場合（たとえば、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までのいずれかの値である場合）、流入開口７３０を通ってマイクロチャネル７００に移動している構成粒子７１０は、一般に、方向７２０に直交する成分よりも大きい方向７２０に平行な成分を有する速度を示す。したがって、流体７１５は、初め、方向７２０にほぼ平行な流速を獲得する。方向７２０の流体７１５のフローに関連する運動エネルギーは、流入開口７３０に入る前にはＴ_１であった流体７１５の内部熱エネルギーから引き出される。エネルギーの保存は、Ｔ_１における流体７１５の元の熱エネルギーの一部分が、流体７１５のフローの運動エネルギーに変換されたので、中間点７４０より前の（フローの速度で静止したフレーム中の）流体７１５の温度はＴ_１よりも低くなることを示し、その温度をＴ_２とする。また、Ｔ_２がマイクロチャネル７００の流入開口７３０と中間点７４０との間の壁７０５の温度（Ｔ_ｗとする）よりも低い場合、流入開口７３０と中間点７４０との間の領域中の流体７１５はマイクロチャネル７００を含む材料を冷却するために働くことになる。

本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル７００は、少なくとも３つの方法で、この温度変化が流体７１５に与える効果を強化するように構成される。具体的には、壁７０５と構成粒子７１０との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように壁７０５および構成粒子７１０が構成される場合、壁７０５と流体７１５の間でエネルギーを伝達する手段であるそのような衝突は、流体７１５のフロー全体に対して最小限の効果しか与えない。言い換えれば、構成粒子７１０と壁７０５との間の衝突が、構成粒子７１０の速度が壁７０５から離れた任意の方向となる可能性が等しくあるような衝突（すなわち、非鏡面衝突）である場合、複数のそのような衝突は、流体７１５のフローを減速する効果を有し、また、流入開口７３０と中間点７４０との間の領域中の流体１１５の内部温度を上昇させる効果を有する可能性がある。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル７００は、この領域における非鏡面衝突の影響を選択的に回避することによって、冷却効果を強化するように構成される。

加えて、マイクロチャネル７００の壁７０５は、流体７１５のフローが生じる流入開口７３０と中間点７４０との間の断面積が全体的に増大していくように構成されるので、壁７０５からの構成粒子７１０の鏡面散乱は、方向７２０に直交した速度成分の一部分を方向７２０に平行な成分に変換する。

さらに、マイクロチャネル７００は、小さくなる（すなわち、好ましい実施形態では、内部表面積を、（長さ方向の）１ミクロン当たり約３ｅ−１１(＝３×１０^−１１)ｍ^２〜６ｅ−１０(＝６×１０^−１０)ｍ^２程度に小さくすることができる）ように加工されるので、壁７０５によって示される表面積とマイクロチャネル７００中の流体７１５の所与の体積の比は、比較的大きくなる（すなわち、上記の表面によって囲まれた流体１１５の体積は、（長さ方向の）１ミクロン当たり約８ｅ−１７(＝８×１０^−１７)ｍ^３〜３ｅ−１５(＝３×１０^−１５)ｍ^３である）。流体７１５の体積に対して壁７０５によって示される表面積が壁７０５と流体７１５との間のエネルギー交換の主要な手段であるので、これにより、流体７１５とマイクロチャネル７００との間のエネルギー交換相互作用全体が最大になる。

中間点７４０と流出開口７５０との間のマイクロチャネル７００について考察すると、流体７１５は、方向７２０に平行な誘起された（流入開口７３０と中間点７４０との間の壁７０５の冷却効果によって強化することできる）フローを有する。したがって、この領域の流体７１５の構成粒子７１０は、方向７２０に直交する方向におけるよりも、（マイクロチャネル７００に関連する）方向７２０において、より多くの速度成分を示すことになる。

しかしながら、流入開口７３０と中間点７４０との間の領域と異なり、マイクロチャネル７００の壁７０５は、フローが生じる流入開口７４０と中間点７５０との間の断面積が全体的に減少していくように構成される。したがって、この領域では、壁７０５からの構成粒子７１０の鏡面散乱は、方向７２０に対して平行であった速度成分の一部分を方向７２０に直交する成分に変換する。フローエネルギーから流体７１５の内部運動エネルギーへのそのような変換は、流体７１５の温度を上昇させる傾向となる。これは、流出開口７５０の近くにより集中することになる。したがって、この領域の近くでは、マイクロチャネル７００は、（流入開口７３０と中間点７４０との間の壁７０５の冷却に関連するエネルギーの一部を含む）中間点７４０における流体７１５に関連するフローエネルギーの大部分を流体７１５の内部運動エネルギーに伝達するように構成される。

これらの状況では、マイクロチャネル７００のその一部分を熱的に分離することが望まれることがある。たとえば、流出開口に近接しているマイクロチャネル７００の一部分を、マイクロチャネル７００の他の一部分に熱エネルギーを伝導しないように構成することができる。この熱的に分離された領域を領域７５５として図７に示す。加えて、領域７５５中に局在化された熱エネルギーを抽出するように、熱電デバイス７７０を構成することができる。熱電デバイス７７０は、限定はしないが、Ｃｕｓｔｏｍ Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃから市販されているｐａｒｔ １２６１Ｇ−７Ｌ３１−０４ＣＱなどの従来より入手可能である任意のそのようなデバイスとすることができる。

流体７１５の構成粒子７１０が分子である場合（たとえば、流体７１５が気体である場合）、構成粒子７１０のある特定の振動状態は、流出開口７５０の近くで達成される温度の上昇の結果として存在させることができる。

そのような振動励起分子がその後、流出開口７５０を通過する場合、これらの振動励起分子は、より低い振動状態へと緩和するために電磁放射を放出することになる。また、マイクロチャネル７００を使用して、振動状態における反転分布を作成することができ、それは、流出開口７５０を通過するそのような振動励起分子の集合のうちレーザ発振アプリケーションに有用であることを留意されたい。

図８に、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル８００は、図５と図６とに示した例示的な実施形態の線形結合を利用するように構成される。

したがって、図５および図６に示す実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。

マイクロチャネル８００は、流入開口８３０と流出開口８５０とを含む。構成粒子８１０を含む流体８１５は、マイクロチャネル８００を通って方向８２０に流れる。マイクロチャネル８００の壁８０５は、流体８１５のフローに近接している。図８に関連する図は、図５および図６に示された図と同様のマイクロチャネル８００の円形断面の図である。

流入開口８３０を通ってマイクロチャネル８００に入る流体８１５は、流入開口８３０における流体８１５の圧力が流出開口における流体８１５の圧力よりも高い場合、流入開口８３０と流出開口８５０との間の圧力差を使用することによって、流出開口８５０に流れるように誘起され得る。さらに、壁８０５および構成粒子８１０は、マイクロチャネル８００の内部の構成粒子８１０と壁８０５との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように構成される。

流入開口８３０における流体８１５の温度がＴ_１である場合、（マイクロチャネル８００に入る前の）構成粒子８１０は速度の分布によって表すことができ、その平均速度は温度に比例する。

流入開口のスロートが小さい場合（たとえば、流体が空気であり、フローの方向に沿ったスロートの長さが約５００μｍである場合において、０．０１μｍ^２から５００μｍ^２までのいずれかの範囲である場合）、流入開口８３０を通ってマイクロチャネル８００に移動している構成粒子８１０は、全体的に、方向８２０に直交する成分よりも大きい方向８２０に平行な成分を有する速度を示す。したがって、流体８１５は、初め、方向８２０にほぼ平行な流速を獲得する。方向８２０の流体８１５のフローに関連する運動エネルギーは、流入開口８３０に入る前にはＴ_１であった流体８１５の内部熱エネルギーから引き出される。エネルギーの保存は、Ｔ_１における流体８１５の元の熱エネルギーの一部分が、流体８１５のフローの運動エネルギーに変換されたので、（以下に論じる）領域８４５よりも前の（フローの速度で静止したフレーム中の）流体８１５の温度はＴ_１よりも低くなることを示し、その温度をＴ_２とする。また、Ｔ_２がマイクロチャネル８００の流入開口８３０と領域８４５の間の壁８０５の温度（Ｔ_ｗとする）よりも低い場合、流入開口８３０と領域８４５の間の領域における流体８１５はマイクロチャネル８００を含む材料を冷却するために働くことになる。

本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル８００は、少なくとも３つの方法で、この温度変化が流体８１５に与える効果を強化するように構成される。具体的には、壁８０５と構成粒子８１０との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように壁８０５および構成粒子８１０が構成される場合、壁８０５と流体８１５の間でエネルギーを伝達する手段であるそのような衝突は、流体８１５のフロー全体に対して最小限の効果しか与えない。言い換えれば、構成粒子８１０と壁８０５との間の衝突が、構成粒子８１０の速度が壁８０５から離れた任意の方向となる可能性が等しくあるような衝突（すなわち、非鏡面衝突）の場合、複数のそのような衝突は、流体８１５のフローを減速する効果を有し、また、流入開口８３０と領域８４５の間の領域中の流体８１５の内部温度を上昇させる効果を有する可能性がある。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル８００は、この領域の非鏡面衝突の影響を選択的に回避することによって、冷却効果を強化するように構成される。

加えて、流体８１５中の構成粒子８１０間の平均自由経路は、流入開口８３０と領域８４５との間の長さに応じて全体的に増大しているので、マイクロチャネル８００に沿った長さに応じた壁８０５からの構成粒子８１０の鏡面散乱も、方向８２０に直交した速度成分の一部分を方向８２０に平行な成分に変換するために働く可能性があると考えられる。

さらに、マイクロチャネル８００は、小さくなる（すなわち、好ましい実施形態では、内部表面積を、（長さ方向の）１ミクロン当たり６ｅ−１０(＝６×１０^−１０)ｍ^２程度に小さくすることができる）ように加工されるので、壁８０５によって示される表面積とマイクロチャネル８００中の流体８１５の所与の体積の比は、比較的大きくなる（すなわち、上記の表面積によって囲まれた流体の体積は、（長さ方向の）１ミクロン当たり約３ｅ−１５(＝３×１０^−１５)ｍ^３である）。流体８１５の体積に対して壁８０５によって示される表面積が壁８０５と流体８１５との間のエネルギー交換の主要な手段であるので、これにより、流体８１５とマイクロチャネル８００との間のエネルギー交換相互作用全体が最大になる。

流出開口８５０に近接している領域８４５中のマイクロチャネル８００について考察すると、流体８１５は、方向８２０に平行な（流入開口８３０と領域８４５との間の壁８０５の冷却効果によって強化され得る）誘起されたフローを有する。したがって、流入開口８３０と領域８４５との間の領域の流体８１５中の構成粒子８１０は、方向８２０に直交する方向におけるよりも、（マイクロチャネル８００に関連する）方向８２０において、より多くの速度成分を示すことになる。

しかしながら、流入開口８３０と領域８４５との間の領域とは異なり、マイクロチャネル８００の壁８５５は、流出開口８５０においてフローが生じる断面積が急激に減少するように構成される。したがって、領域８４５では、壁８５５からの構成粒子８１０の鏡面散乱とそれに続く領域８４５中の構成粒子８１０間の衝突は、方向８２０に平行であった速度成分の一部分を方向８２０に直交する成分に変換する。フローエネルギーから流体８１５の内部運動エネルギーへのそのような変換は、流体８１５の温度を上昇させる傾向となる。これは、図８では、流出開口８５０の近くの領域８４５において生じるように示される。したがって、領域８４５において、マイクロチャネル８００は、（流入開口８３０と領域８４５との間の壁８０５の冷却に関連するエネルギーの一部を含む）流入開口８３０と領域８４５の間の流体８１５に関連するフローエネルギーの大部分を、流体８１５の内部運動エネルギーに伝達するように構成される。

これらの状況では、マイクロチャネル８００のその一部分を熱的に分離することが望まれることがある。たとえば、流出開口に近接しているマイクロチャネル８００の一部分は、マイクロチャネル８００の他の一部分に熱エネルギーを伝導しないように構成できる。この熱的に分離された領域を図８では領域８５５と示す。加えて、熱電デバイス７７０は、領域８５５中に局在化された熱エネルギーを抽出するように構成され得る。上述したように、熱電デバイス７７０は、限定はしないが、Ｃｕｓｔｏｍ Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃから市販されているｐａｒｔ １２６１Ｇ−７Ｌ３１−０４ＣＱなどの従来より入手可能である任意のそのようなデバイスとすることができる。

流体８１５の構成粒子８１０が分子である場合（たとえば、流体８１５が気体である場合）、構成粒子８１０のある特定の振動状態は、流出開口８５０の近くで達成される温度の上昇の結果として存在させることができる。

そのような振動励起分子がその後、流出開口８５０を通過する場合、これらの振動励起分子は、より低い振動状態へと緩和するために電磁放射を放出することになる。また、マイクロチャネル８００を使用して、振動状態における反転分布を作成することができ、それは、流出開口８５０を通過するそのような振動励起分子の集合のうちレーザ発振アプリケーションのために有用であることを留意されたい。

図９に、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル９００は、図７に示された例示的な実施形態の線形結合を利用するように構成される。

したがって、図７に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。

マイクロチャネル９００は、流入開口９３０と流出開口９５０とを含む。流体９１５は、マイクロチャネル９００を通って方向９２０に流れる。マイクロチャネル９００の壁９０５は、流体９１５のフローに近接している。図９に関連する図は、図７に示された図と同様のマイクロチャネル９００の円形断面の図である。

流入開口９３０を通ってマイクロチャネル９００に入る流体９１５は、流入開口９３０における流体９１５の圧力が流出開口における流体９１５の圧力よりも高い場合、流入開口９３０と流出開口９５０との間の圧力差を使用することによって、流出開口９５０に流れるように誘起され得る。さらに、壁９０５と流体９１５の構成粒子とは、マイクロチャネル９００の内部の構成粒子と壁９０５との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように構成される。

図７において論じられた実施形態の場合と同様に、流体９１５によって加熱され得るマイクロチャネル９００のそれらの一部分を熱的に分離することが望まれることがある。図９に示す実施形態では、領域９６５と流出開口９５０とに近接しているマイクロチャネル９００の一部分は、マイクロチャネル９００の他の一部分に熱エネルギーを伝導しないように構成される。これらの熱的に分離された領域を図９では領域９５５と示す。前述したように、熱電デバイス７７０は、領域９５５中に局在化された熱エネルギーを抽出するように構成され得る。熱電デバイス７７０は、限定はしないが、Ｃｕｓｔｏｍ Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃから市販されているｐａｒｔ １２６１Ｇ−７Ｌ３１−０４ＣＱなどの従来より入手可能である任意のそのようなデバイスとすることができる。

また、前述したように、流体９１５の構成粒子が分子である場合（たとえば、流体９１５が気体である場合）、構成粒子のある特定の振動状態は、領域９６５と流出開口９５０との近くで達成される温度の上昇の結果として存在させることができる。

そのような振動励起分子がその後、領域９６５と流出開口９５０とを通過する場合、これらの振動励起分子は、より低い振動状態へと緩和するために電磁放射を放出する可能性がある。光電デバイス９７５は、そのような電磁放出の結果として発生される電磁エネルギーを利用するために使用され得る。光電デバイス９７５の近傍で、マイクロチャネル９００は、放出された放射を透過するように構成され得る。

図１０は、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１０００は、図８に示された例示的な実施形態の線形結合を利用するように構成される。

したがって、図８に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。

マイクロチャネル１０００は、流入開口１０３０と流出開口１０５０とを含む。流体１０１５は、マイクロチャネル１０００を通って方向１０２０に流れる。マイクロチャネル１０００の壁１００５は、流体１０１５のフローに近接している。図１０に関連する図は、図８に示された図と同様のマイクロチャネル１０００の円形断面の図である。

流入開口１０３０を通ってマイクロチャネル１０００に入る流体１０１５は、流入開口１０３０における流体１０１５の圧力が流出開口における流体１０１５の圧力よりも高い場合、流入開口１０３０と流出開口１０５０との間の圧力差を使用することによって、流出開口１０５０に流れるように誘起され得る。さらに、壁１００５と流体１０１５の構成粒子とは、マイクロチャネル１０００の内部の構成粒子と壁１００５との間の衝突が実質的に鏡面（すなわち鏡面衝突）となるように構成される。

図８において論じられた実施形態の場合と同様に、流体１０１５によって加熱され得るマイクロチャネル１０００のそれらの一部分を熱的に分離することが望まれることがある。図１０に示す実施形態では、領域１０６５と流出開口１０５０とに近接しているマイクロチャネル１０００の一部分は、マイクロチャネル１０００の他の一部分に熱エネルギーを伝導しないように構成される。これらの熱的に分離された領域を図１０では領域１０５５と示す。前述したように、熱電デバイス７７０は、領域１０５５中に局在化された熱エネルギーを抽出するように構成され得る。上述したように、熱電デバイス７７０は、限定はしないが、Ｃｕｓｔｏｍ Ｔｈｅｒｍｏｅｌｅｃｔｒｉｃから市販されているｐａｒｔ １２６１Ｇ−７Ｌ３１−０４ＣＱなどの従来より入手可能である任意のそのようなデバイスとすることができる。

また、前述したように、流体１０１５の構成粒子が分子である場合（たとえば、流体１０１５が気体である場合）、構成粒子のある特定の振動状態は、領域１０６５と流出開口１０５０との近くで達成される温度の上昇の結果として存在させることができる。

そのような振動励起分子がその後、領域１０６５と流出開口１０５０とを通過する場合、これらの振動励起分子は、より低い振動状態へと緩和するために電磁放射を放出する可能性がある。光電デバイス９７５は、そのような電磁放出の結果として発生される電磁エネルギーを利用するために使用され得る。光電デバイス９７５の近傍で、マイクロチャネル１０００は、放出された放射を透過するように構成され得る。

図１１に、本発明に一致する例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１１００は、図１に示された例示的な実施形態の並列結合を利用するように構成される。したがって、図１に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。図１１に示す実施形態では、流体は、流入開口１１３０を通って入り、流出開口１１５０を通って出る。

図１２は、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１２００は、図４に示された例示的な実施形態の並列結合を利用するように構成される。したがって、図４に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。図１２に示す実施形態では、流体は、流入開口１２３０を通って入り、流出開口１２５０を通って出る。

図１３は、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１３００は、図５に示された例示的な実施形態の並列結合を利用するように構成される。したがって、図５に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。図１３に示す実施形態では、流体は、流入開口１３３０を通って入り、流出開口１３５０を通って出る。

図１４は、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１４００は、図６に示された例示的な実施形態の並列結合を利用するように構成される。したがって、図６に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。図１４に示す実施形態では、流体は、流入開口１４３０を通って入り、流出開口１４５０を通って出る。

図１５は、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１５００は、図７に示された例示的な実施形態の並列結合を利用するように構成される。したがって、図７に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。図１５に示す実施形態では、マイクロチャネル１５００の一部分を他の一部分から熱的に分離することができ、図１５では領域１５５５で指定される。

図１６は、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１６００は、図８に示された例示的な実施形態の並列結合を利用するように構成される。したがって、図８に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。図１６に示す実施形態では、マイクロチャネル１６００の一部分を他の一部分から熱的に分離することができ、図１６では領域１６５５で指定される。

図１７は、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１７００は、図９に示された例示的な実施形態の並列結合を利用するように構成される。したがって、図９に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。図１７に示す実施形態では、マイクロチャネル１７００の一部分を、他の一部分から熱的に分離することができ、図１７では領域１７５５で指定される。

図１８は、本発明に一致する別の例示的な実施形態の図を示す。本発明の一実施形態に一致するマイクロチャネル１８００は、図１０に示された例示的な実施形態の並列結合を利用するように構成される。したがって、図１０に示された実施形態に関係する説明は、参照によりここに組み込まれる。図１８に示す実施形態では、マイクロチャネル１８００の一部分を他の一部分から熱的に分離することができ、図１８では領域１８５５で指定される。

＜実験結果の概要＞
本発明に一致するデバイスに関する測定を行った。デバイスは、１００個の並列マイクロチャネルで構成される３０×３０×１ミリメートルＭＥＭＳデバイスである。各マイクロチャネルは、スロートが約１０×１０マイクロメートルまで狭くなる流入開口を備える。スロートは、ソースガス（空気）に対して開いており、気体のマスフロー(質量流量：mass flow)を制限するために小さい断面を有する。スロート部分は、また、音速のガスフローを可能にするために（フローの方向に）短くなる。流入開口と流出開口との間の距離は、約３０ｍｍである。それは、ソースガスからマイクロチャネルに入る分子とマイクロチャネルの壁との間の多数の衝突を可能にするように構成される。

気体のフローに近接している各チャネルの壁部分は、固く高密度の高溶融点材料で作製される。測定に使用されたデバイスでは、タングステンが使用された。表面を全体的に滑らかにするために、ＭＥＭＳ製造方法を使用してタングステンを堆積させた。デバイスのマイクロチャネル壁にはタングステンが含まれ、（より低い熱抵抗を可能にするように選択された）タングステンの背後の残りの材料には銅が含まれていた。測定に使用されたデバイスでは、マイクロチャネルおよび壁を以下の方法で生成した。（片面が研磨されたものなど）従来のウエハ上に提供されたシリコンの層上に、タングステン層をスパッタリングした。次いで、一連の引き上げられたチャネルを含むフォトレジスト層を形成するために、タングステン層にフォトマスクを施した。高くされたチャネルの各々の寸法は、所望のマイクロチャネルの寸法に対応する。次いで、スパッタリング技法を使用して、シリコン基板とタングステン層とフォトレジストチャネル層とを含むウエハ上にタングステンを堆積させた。次いで、タングステン層の上に銅をスパッタリングし、スパッタリングされた銅層の上にさらなる銅層を電気メッキした。所望の寸法（この例では３０×３０ｍｍ平方）にウエハを切断した後、次いで、アセトン超音波浴を使用してフォトレジストを除去する。上記で提供されたシーケンスでは、デバイスの熱伝導性を改善するために、シリコン基板ではなく銅基板を使用することができる。

本発明に一致させると、マイクロチャネルデバイスの流入開口におけるスロートと壁の表面とを構成するために使用される幾何プロファイルおよび材料は、空気分子と比較的滑らかなタングステン表面と間の鏡面相互作用(specular interaction)のためにも、また、特定の量の空気の内部熱エネルギーとマイクロチャネルの熱エネルギーとをマイクロチャネルを通過している空気の流速に変換するためにも選択された。

気体分子と様々な材料（たとえば金、銅、シリコン、タングステン、鉛）の表面との間の衝突が鏡面（すなわち鏡面衝突）であることが分かった。

周囲空気とマイクロチャネルおよびスロートの表面との間に良好な熱的輸送を提供するように、マイクロチャネルをとり囲む材料（すなわち、測定されたデバイス中の銅）を選択した。一般に、望ましい材料は、熱伝導係数が高く、大気圧環境および低圧環境においてデバイスに構造完全性を提供する材料を含むであろう。

現在理解されているように、冷却のための本発明に一致するデバイスの効率は、流体が移動し衝突する表面の特性に依存し得る。たとえば、これに一致する好適な表面は、比較的滑らかな表面であり、それにより、流体の構成粒子と壁との間の衝突がフローの方向の流体の構成粒子の内部速度に対して最小限の効果しか与えないことを予想され得る。そのように理解すると、マイクロチャネルの壁が、流体中の入射する構成粒子の衝突に対して「ミラー状」になると、マイクロチャネルから流体への、またその逆の熱エネルギーの伝達の機会がより良好となる。

マイクロチャネルの壁の鏡面性(specularity)はその材料組成の影響を受け得ると考えられる。たとえば、流体が気体である場合、マイクロチャネルが、タングステンまたはダイヤモンドのような溶融点の高い非常に硬い材料で組成されるとき、気体表面衝突が鏡面反射を生じる度合いが増大することが示唆される。したがって、流体とマイクロチャネルとの間に高い熱伝達レートが求められるとき、マイクロチャネル表面の壁および任意の周囲の構造の直ぐ後ろの材料に、熱伝導率が高い材料を使用することができることが示唆される。

したがって、気体フローの周囲からエネルギーを抽出するレートが、熱伝達表面衝突が生じるレートに比例することが示唆される。さらに、このレートは、流れている気体に露出した表面積を最大にすることによって、マイクロチャネル中で上昇し得ることが示唆される。したがって、ＭＥＭＳマイクロチャネルは、面積対フロー体積比を本質的に高くし、既存の製造方法を用いて巨視的長さで製造され得る。

さらに、デバイスの効率は、流体とマイクロチャネルの壁との間の実効温度差に比例することが示唆される。より多くの流体の初期運動エネルギーがマイクロチャネルを通る流体のフローに使用されるとき、流体の実効温度はより低くなる。運動エネルギーは速度の２乗で変動するので、この温度差は、チャネルを通る流体の流速の２乗に比例することが示唆される。言い換えれば、流速の線形上昇は、衝突ごとに抽出されるエネルギーの量の線形上昇よりも大きくなる。

デバイス入力においてフローの音速軸速度を達成するために使用することができる１つの機構は、スロートを、オリフィスとして、またはオリフィス様のジオメトリで設計することである。マイクロチャネルの高圧端部と低圧端部との間の圧力比が臨界値、空気の場合０．５２８を下回ったままである限り、オリフィスのスロートまたは高速ノズルを通る流速は音速となることが当技術分野では知られている。

室温において、（空気などの）気体分子の速度は約５００ｍ／ｓであり、温度（約３００Ｋ）は速度の２乗に比例する。気体が音速または３４０ｍ／ｓで流れるように誘起されるとき、完全な鏡面反射であるとすると、実効温度は、
３００Ｋ−３００Ｋ×（（３４０ｍ／ｓ×３４０ｍ／ｓ）／（５００ｍ／ｓ×５００ｍ／ｓ））＝１６２Ｋ
まで低減される。

この計算から、音速気体は、実効温度を、室温の空気中のデバイスのマイクロチャネル壁からのエネルギー抽出を達成するために十分に低くすることは明白である。

音速のフローエントリ速度の別の利点は、多くの従来の変位ポンプがこの圧力比で非常に効率的に動作するということである。

しかしながら、分子間衝突の持続するプロセスおよび非対称衝突レートを理由に、音速フローによってもたらされるエネルギー抽出のレートを上回った。衝突プロセスは、連続的に、流体のランダム運動エネルギーの一部分を、マイクロチャネルの長さにわたってフローの方向の動きに転換する。そのような速度は音速で開始するが、エネルギーがマイクロチャネル表面から衝突している気体分子に伝達され、次いで、マイクロチャネルに沿ったフローの速度に連続的に伝達されるにつれて、超音速まで上昇する。この連続的なエネルギー変換プロセスは、各気体分子によって除去されるエネルギーの量を著しく増加させる。３ｃｍ長のデバイス中では、４ｍ／ｓ程度の低い入口速度の場合、２０００ｍ／ｓの出口速度が計算された。各分子によって周囲から抽出された平均運動エネルギーは、気体分子の開始運動エネルギーレベルの約１１倍であった。この抽出されたエネルギーの量は、典型的な圧縮冷凍システム中の平均蒸発冷媒分子によって吸収されるエネルギーの約３倍程度である。

最も効率的なエネルギー抽出デバイスは、デバイス全体にわたって、分子間衝突のレートを高くし、衝突レートの非対称性を持続させる。このように組み合わせた状態を達成する１つの方法は、ダイバージェントマイクロチャネルアーキテクチャ、すなわち、フロー断面が、その流入開口におけるマイクロチャネルのスロートから流出開口におけるその出口まで大きくなるアーキテクチャを使用することである。チャネル断面の変化率は、気体組成、マイクロチャネル表面に沿った熱伝達レート、表面衝突が鏡面（すなわち鏡面衝突）である度合い、およびマイクロチャネルの長さに沿った各ポイントにおける軸方向のフロー速度に依存する。

ダイバージェントマイクロチャネルジオメトリの別の利益は、気体密度がマイクロチャネル表面の長さにわたって次第により低い密度へと徐々に低下するということである。低減された気体密度は、境界効果を減衰させ、１衝突当たりのエネルギー伝達を改善する。マイクロチャネル表面またはデバイスステータに沿った境界層減衰は、動作しているデバイスの表面温度の有意な低減によって明らかになる。

室内空気とデバイス表面温度中の比例した低減とから示されたエネルギー抽出は、ジュール−トムソン効果に起因することがある低減の４，１３０倍として計算され、同じ１大気圧降下がデバイスマイクロチャネルに沿って生じた。

測定されたデバイスでは、複数の３０ｍｍ長のマイクロチャネルが並列に配置されたＭＥＭＳデバイスにおいて、４ｍ／ｓから２，０００ｍ／ｓ超への空気分子の加速度が実証された。供給空気の温度は、２９６Ｋであった。排気における空気の温度が測定され、約２，０００ｍ／ｓの排気での構成空気分子の平均速度と整合した。平均的な分子は、その初期値の１１倍の正味運動エネルギー上昇を受け、３０ｍｍにわたってマイクロチャネルを下へと進む。デバイスの入口においてマスフローを正味で低減することなく、加速エネルギーを加速した分子から除去することができる。

気体中のコヒーレント光放出および非コヒーレント光放出が、原子または分子の振動運動エネルギーの量子低減とともに生じることはよく知られている。気体原子または分子が、フォトニック放出を達成するために、低減前には指定された振動エネルギーレベルであることは前提条件である。前提条件となる振動エネルギーレベルを達成する１つの方法は、原子または分子を十分に高い速度まで加速し、次いで、粒子を衝突させることである。衝突は、原子の並進エネルギーのある一部分を所望の高い振動エネルギー状態へと変換する。衝突周波数が、振動のモードがその緩和ポイントに到達し、光子を射出できるようにするために十分に低い場合、並進モードのエネルギーの残りの部分により、原子をフロー状態のままにすることができる。ＣＯ_２レーザ中の二酸化炭素ガスは、通常、放出のための高い振動エネルギー要件を達成するために、マックスウェル−ボルツマン分布で５００Ｋまで増加する。次いで、放出のための状態を生成するためにそのガスを緩和することができる。

エネルギー抽出デバイスは、３００Ｋの温度から４０００Ｋ超の温度まで平均室内空気分子を増加させることができることが実証された。それは、多くのガス種の放出を達成するために必要とされる温度よりも高い。

本発明に一致する１つのそのような設計は、分子間衝突周波数を増加させるためのフロー断面の初期低減により、所望の並進エネルギーレベルおよび振動エネルギーレベルを達成し、したがって、分子間衝突周波数を低減するためのフロー断面を低減した後の振動エネルギーは後続のフォトニック放出を生じる量子緩和を可能にする。

また、熱電手段によって加速エネルギーを獲得することもできる。迎え角表面法線に対して４５度未満である加速した気体分子は、表面温度を上昇させることが実証された。そのような加熱表面への熱経路をもつ熱電デバイスを使用して、加速エネルギーを抽出し、熱を電気に変換することができる。

同様に、交差したフロー断面の低減および増加を使用して、反応エネルギーを気体に提供することができる。フローの気体とマイクロチャネル内の気体材料およびまたは非気体材料との間の化学反応は、デバイスを用いた気体の加速によって、およびフロー断面積に対して増減するエネルギーモードを変化させることによって達成され得る。

また、光子放出およびプラズマ形成のために十分なエネルギーが実証された。また、分子構造によって所望のエネルギーレベルおよび波長における放射が可能になる成分を含む気体混合物を使用することによって、フォトニック放出は、可能にされ得る。

マイクロチャネル壁からフローへのエネルギーの伝達は、マイクロチャネル表面および周囲材料の温度の低減を生じる。この冷却効果により、冷凍のためにデバイスを使用することが可能になる。１００Ｋを首尾よく下回るマイクロチャネル気体フロー実効温度が実証され、マイクロチャネル内の超音波フロー中のソースガスである室内空気は２９６Ｋとなる。

さらなる冷却効果のための液体のフラッシュ蒸発を生成するために、エネルギー抽出デバイスのマイクロチャネル内の高エネルギーのフローが実証された。液体表面の上の高速気体フローは、直交する圧力を急激に低減し、これは、急激な蒸発の原因となる。

エネルギー抽出は、フローが加速する線形レートよりも高いレートで増加する。同様に、さらなるエネルギーが周囲から気体へ抽出されるにつれて、気体フローは加速し続ける。

ＭＥＭＳデバイスによって複数の直列に接続されたマイクロチャネルアレイを通る気体フローの加速が実証された。その結果、気体は、摩擦による速度の任意の正味損失を被ることなく、距離にわたって音速で輸送され得る。そのような構成は、容量が、マイクロチャネルの系列の入口におけるオリフィスのマスフローレートに等しい低レートで下流端部に必須の低い圧力状態を生成するために十分である単一のポンプを備える。従来技術を上回る利点は、摩擦損失を相殺するために、さらなるポンプを直列で配置する必要がないことである。さらに、電気への変換のためにマイクロチャネルデバイス長さの全長にわたって、加速エネルギーを獲得することができる。

気体フローからエネルギーを熱として抽出するために使用される表面は、衝突表面と熱的に接触している別の気体、液体、または固体を加熱するための手段として使用され得る。衝突表面は、気体フローから以前の加速エネルギーのみを除去するように設計され得る。残りのフローエネルギーは、音速以上でのフローの継続を可能にする。

上述した例示的なデバイスなど、本発明に一致する材料および構成要素は、特定された課題の全部に対する解決策を提供する。

本明細書および本明細書で開示する本発明の実施を考慮すると、当業者には、本発明の他の実施形態が明らかになろう。本明細書および実施例は、以下の特許請求の範囲によって示された本発明の本来の範囲および趣旨とともに、単に例示的なものとして見なされることが意図される。
本発明の実施の態様としては以下のものが含まれる。
（態様１）
壁部分、流入開口、および流出開口を含むマイクロチャネルと、
構成粒子を含む流体と、を含む装置であって、
前記マイクロチャネルが、前記マイクロチャネルの断面に実質的に直交する第１の方向の前記流入開口から前記流出開口への流体のフローに適応するように構成され、
前記壁部分および前記構成粒子が、前記構成粒子と前記壁部分との間の衝突が実質的に鏡面衝突となるように構成される、装置。
（態様２）
前記流体が気体である、態様１に記載の装置。
（態様３）
前記気体が空気を含む、態様２に記載の装置。
（態様４）
前記流入開口の断面が、前記流出開口の断面よりも小さい態様１に記載の装置。
（態様５）
前記粒子が、分子または原子の少なくとも１つから選択される、態様１に記載の装置。
（態様６）
前記断面の少なくとも一部分が、前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じて変動する、態様１に記載の装置。
（態様７）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、実質的に線形であり、実質的に増加している、態様６に記載の装置。
（態様８）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、
前記流入開口に近接している領域では実質的に急激であり、
前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口との間では実質的に一定であり、
前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口との間の前記断面が、前記流入開口に近接している前記領域の前記断面よりも大きい、態様６に記載の装置。
（態様９）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、実質的に線形であり、実質的に減少している、態様６に記載の装置。
（態様１０）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、
前記流出開口に近接している領域では実質的に急激であり、
前記流出開口に近接している前記領域と前記流入開口との間では実質的に一定であり、
前記流入開口と前記流出開口との間の前記断面が、前記流出開口に近接している前記領域の前記断面より大きい、態様６に記載の装置。
（態様１１）
前記断面が実質的に長方形である、態様７に記載の装置。
（態様１２）
前記断面が実質的に長方形である、態様８に記載の装置。
（態様１３）
前記断面が実質的に長方形である、態様９に記載の装置。
（態様１４）
前記断面が実質的に長方形である、態様１０に記載の装置。
（態様１５）
前記断面が実質的に正方形である、態様７に記載の装置。
（態様１６）
前記断面が実質的に正方形である、態様８に記載の装置。
（態様１７）
前記断面が実質的に正方形である、態様９に記載の装置。
（態様１８）
前記断面が実質的に正方形である、態様１０に記載の装置。
（態様１９）
前記断面が実質的に円形である、態様７に記載の装置。
（態様２０）
前記断面が実質的に円形である、態様８に記載の装置。
（態様２１）
前記断面が実質的に円形である、態様９に記載の装置。
（態様２２）
前記断面が実質的に円形である、態様１０に記載の装置。
（態様２３）
前記断面が実質的に楕円形である、態様７に記載の装置。
（態様２４）
前記断面が実質的に楕円形である、態様８に記載の装置。
（態様２５）
前記断面が実質的に楕円形である、態様９に記載の装置。
（態様２６）
前記断面が実質的に楕円形である、態様１０に記載の装置。
（態様２７）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、
第１の領域では実質的に線形であり、実質的に増加しており、
第２の領域では実質的に線形であり、実質的に減少しており、
前記第１の領域は前記流入開口に近接しており、前記第２の領域は前記流出開口に近接している、態様６に記載の装置。
（態様２８）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、
前記流入開口に近接している領域では実質的に急激であり、
前記流出開口に近接している領域では実質的に急激であり、
前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口に近接している前記領域との間では実質的に一定であり、
前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口に近接している前記領域との間の前記断面が、前記流入開口に近接している前記領域の前記断面よりも大きい、態様６に記載の装置。
（態様２９）
前記流出開口に近接している熱電デバイスをさらに含む、態様２７に記載の装置。
（態様３０）
前記流出開口に近接している熱電デバイスをさらに含む、態様２８に記載の装置。
（態様３１）
前記流出開口に近接している光電デバイスをさらに含む、態様２７に記載の装置。
（態様３２）
前記流出開口に近接している光電デバイスをさらに含む、態様２８に記載の装置。
（態様３３）
前記流体が、
実質的に第１の圧力の前記流体の第１の部分と、
前記第１の圧力より低い実質的に第２の圧力の前記流体の第２の部分と、をさらに含み、
前記流入開口が、前記流体の前記第１の部分と流体連通し、
前記流出開口が、前記流体の前記第２の部分と流体連通する、
態様１に記載の装置。
（態様３４）
前記壁部分が、スパッタリングを使用して堆積させた材料を含む、態様１に記載の装置。
（態様３５）
前記壁部分が高融点の材料を含む、態様１に記載の装置。
（態様３６）
前記壁部分が高密度の材料を含む、態様１に記載の装置。
（態様３７）
前記壁部分がコーティング材料をさらに含む、態様１に記載の装置。
（態様３８）
前記壁部分が、スパッタリングを使用して基板材料に堆積させたコーティング材料を含み、前記構成粒子と前記壁部分との間の前記実質的に鏡面衝突が、前記構成粒子と前記コーティング材料との間の実質的に鏡面衝突を含む、態様１に記載の装置。
（態様３９）
前記基板が銅である、態様３８に記載の装置。
（態様４０）
前記コーティング材料がタングステンである、態様３９に記載の装置。
（態様４１）
前記壁部分が全体的に滑らかになるように製造される、態様１に記載の装置。
（態様４２）
壁部分を含む表面を提供することと、
構成粒子を含む流体を提供することと、
前記壁部分に隣接して前記流体のフローを誘起することと、
前記構成粒子と前記壁部分との間の衝突が実質的に鏡面衝突となるように、前記壁部分および前記構成粒子の少なくとも１つを構成することと、
を含む、方法。
（態様４３）
壁部分を含む表面を提供する前記ステップが、
前記表面、流入開口、および流出開口を含むマイクロチャネルを提供することを含み、
前記壁部分に隣接して前記流体のフローを誘起する前記ステップが、
前記流入開口から前記流出開口への前記流体のフローが、前記壁部分に隣接する前記流体の前記フローを含むように、前記マイクロチャネルの断面に実質的に直交する第１の方向の前記流入開口から前記流出開口への前記流体の前記フローを誘起することを含む、
態様４２に記載の方法。
（態様４４）
壁部分を含む表面を提供する前記ステップが、第１の時間に第１の温度の前記表面を提供することを含み、
前記第１の時間と前記第１の時間よりも後の第２の時間との間期間中に、前記流体の一部分が前記流入開口から記流出開口に流れ、
前記表面が、前記第２の時間において前記第１の温度よりも低い第２の温度を示す、
態様４３に記載の方法。
（態様４５）
前記流入開口における流体の前記一部分が第１の流体温度であり、前記流出開口における流体の前記一部分が第２の流体温度であり、
前記第２の流体温度が前記第１の流体温度よりも高い、
態様４４に記載の方法。
（態様４６）
前記流入開口から前記流出開口への流体のフローを誘起する前記ステップが、前記流入開口と前記流出開口との間に圧力差を提供することを含む、
態様４３に記載の方法。
（態様４７）
前記構成粒子が、振動状態のセットをもつ分子であり、
構成粒子を含む流体を提供する前記ステップが、
複数の前記分子を含む前記流体の一部分を提供することを含み、
前記複数の分子が、前記第１の流体温度に関連する振動状態の第１の分布を示し、
前記複数の分子が、前記第２の流体温度に関連する振動状態の第２の分布を示す、
態様４５に記載の方法。
（態様４８）
前記流体が気体である、態様４２に記載の方法。
（態様４９）
前記気体が空気を含む、態様４８に記載の方法。
（態様５０）
前記流入開口の断面が、前記流出開口の断面よりも小さい、態様４３に記載の方法。
（態様５１）
前記粒子が、分子または原子の少なくとも１つから選択される、態様４２に記載の方法。
（態様５２）
前記断面の少なくとも一部分が、前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じて変動する、態様４３に記載の方法。
（態様５３）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、実質的に線形であり、実質的に増加している、態様５２に記載の方法。
（態様５４）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、
前記流入開口に近接している領域では実質的に急激であり、
前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口との間では実質的に一定であり、
前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口との間の前記断面が、前記流入開口に近接している前記領域の前記断面よりも大きい、態様５２に記載の方法。
（態様５５）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、実質的に線形であり、実質的に減少している、態様５２に記載の方法。
（態様５６）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、前記流出開口に近接している領域では実質的に急激であり、前記流出開口に近接している前記領域と前記流入開口との間では実質的に一定であり、
前記流入開口と前記流出開口との間の前記断面が、前記流出開口に近接している前記領域の前記断面より大きい、態様５２に記載の方法。
（態様５７）
前記断面が実質的に長方形である、態様５３に記載の方法。
（態様５８）
前記断面が実質的に長方形である、態様５４に記載の方法。
（態様５９）
前記断面が実質的に長方形である、態様５５に記載の方法。
（態様６０）
前記断面が実質的に長方形である、態様５６に記載の方法。
（態様６１）
前記断面が実質的に正方形である、態様５３に記載の方法。
（態様６２）
前記断面が実質的に正方形である、態様５４に記載の方法。
（態様６３）
前記断面が実質的に正方形である、態様５５に記載の方法。
（態様６４）
前記断面が実質的に正方形である、態様５６に記載の方法。
（態様６５）
前記断面が実質的に円形である、態様５３に記載の方法。
（態様６６）
前記断面が実質的に円形である、態様５４に記載の方法。
（態様６７）
前記断面が実質的に円形である、態様５５に記載の方法。
（態様６８）
前記断面が実質的に円形である、態様５６に記載の方法。
（態様６９）
前記断面が実質的に楕円形である、態様５３に記載の方法。
（態様７０）
前記断面が実質的に楕円形である、態様５４に記載の方法。
（態様７１）
前記断面が実質的に楕円形である、態様５５に記載の方法。
（態様７２）
前記断面が実質的に楕円形である、態様５６に記載の方法。
（態様７３）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、
第１の領域では実質的に線形であり、実質的に増加しており、
第２の領域では実質的に線形であり、実質的に減少しており、
前記第１の領域は前記流入開口に近接しており、前記第２の領域は前記流出開口に近接している、態様５２に記載の方法。
（態様７４）
前記第１の方向の前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記断面の前記変動が、
前記流入開口に近接している領域では実質的に急激であり、
前記流出開口に近接している領域では実質的に急激であり、
前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口に近接している前記領域との間では実質的に一定であり、
前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口に近接している前記領域との間の前記断面が、前記流入開口に近接している前記領域の前記断面よりも大きい、態様５２に記載の方法。
（態様７５）
前記流出開口に近接している熱電デバイスを提供することをさらに含む、態様７３に記載の方法。
（態様７６）
前記流出開口に近接している熱電デバイスを提供することをさらに含む、態様７４に記載の方法。
（態様７７）
前記流出開口に近接している光電デバイスを提供することをさらに含む、態様７３に記載の方法。
（態様７８）
前記流出開口に近接している光電デバイスを提供することさらに含む、態様７４に記載の方法。
（態様７９）
前記壁部分を含む表面を提供することが、スパッタリングを使用して前記表面に材料を堆積させることを含む、態様４２に記載の方法。
（態様８０）
前記壁部分が高融点の材料を含む、態様４２に記載の方法。
（態様８１）
前記壁部分が高密度の材料を含む、態様４２に記載の方法。
（態様８２）
前記壁部分を含む表面を提供することが、スパッタリングを使用して前記表面にコーティング材料を堆積させることをさらに含む、態様４２に記載の方法。
（態様８３）
前記表面が銅である、態様８２に記載の方法。
（態様８４）
前記コーティング材料がタングステンである、態様８３に記載の方法。
（態様８５）
前記壁部分が全体的に滑らかになるように製造される、態様４２に記載の方法。

Claims (12)

1. 鏡面壁部分、流入開口、および流出開口を備えるマイクロチャネルと、
   構成粒子を含む気体と、から実質的に成る冷却用システムであって、
   前記マイクロチャネルを通る前記気体のフローは、第１の圧力と第２の圧力との間の圧力差の作用によって誘起させられ、前記流入開口に近接している前記気体の前記第１の圧力が大気圧であり、
   前記マイクロチャネルが、前記マイクロチャネルの断面に実質的に直交する第１の方向の前記流入開口から前記流出開口への前記気体のフローに適応するように構成され、
   前記流入開口は第１の断面積を有し、前記流出開口は、前記第１の断面積と実質的に異なる第２の断面積を有し、
   前記第１の断面積が、０．０１×１０ ^−１２ ｍ ^２ 〜５００×１０ ^−１２ ｍ ^２ の第１の範囲内にある値を有し、
   前記第２の断面積が、０．１×１０ ^−１２ ｍ ^２ 〜５０，０００×１０ ^−１２ ｍ ^２ の第２の範囲内にある値を有し、
   前記鏡面壁部分および前記構成粒子が、前記構成粒子と前記鏡面壁部分との間の衝突の前の前記構成粒子の前記壁部分と平行な速度成分が、衝突後のそれと実質的に同じ値となるように構成され、さらに前記鏡面壁部分および前記構成粒子が、前記鏡面壁部分と前記鏡面壁部分の冷却に関連する前記構成粒子との間のエネルギー移動が前記構成粒子の前記鏡面壁部分に垂直な速度成分の増加によって生じるように構成される、システム。
2. 前記マイクロチャネルの前記断面の少なくとも一部分が、前記第１の方向における前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じて変動する、請求項１に記載のシステム。
3. 前記第１の方向における前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記マイクロチャネルの前記断面の前記変動が、線形で増加している、請求項２に記載のシステム。
4. 前記第１の方向における前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記マイクロチャネルの前記断面の前記変動が、
   前記流入開口に近接している領域では急激であり、
   前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口との間では一定であり、前記流入開口に近接している前記領域において前記気体が少なくとも音速に加速され、
   前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口との間の前記マイクロチャネルの前記断面が、前記流入開口に近接している前記領域の前記マイクロチャネルの前記断面よりも大きい、請求項２に記載のシステム。
5. 前記流出開口に近接している前記気体の前記第２の圧力が実質的に大気圧よりも小さく、
   前記流入開口と前記流出開口との間の前記マイクロチャネルの長さに沿った直線距離は、０．０１ｍｍ〜１０ｍの範囲内にある値を有する、
   請求項１に記載のシステム。
6. 前記気体が空気を含む、請求項５に記載のシステム。
7. 表面、流入開口、および流出開口を含むマイクロチャネルを提供することであって、前記表面が、鏡面壁部分を備え、前記流入開口が第１の断面積を有し、前記流出開口が、前記第１の断面積と実質的に異なる第２の断面積を有する、マイクロチャネルを提供することと、
   構成粒子を含む気体を提供することと、
   前記マイクロチャネルの断面に実質的に直交する第１の方向の前記流入開口から前記流出開口への前記気体のフローを、第１の圧力と第２の圧力との間の圧力差の作用により、誘起することと
   を含む、冷却する方法であって、
   前記流入開口に近接している前記気体の前記第１の圧力が大気圧であり、
   前記第１の断面積が、０．０１×１０ ^−１２ ｍ ^２ 〜５００×１０ ^−１２ ｍ ^２ の第１の範囲内にある値を有し、
   前記第２の断面積が、０．１×１０ ^−１２ ｍ ^２ 〜５０，０００×１０ ^−１２ ｍ ^２ の第２の範囲内にある値を有し、
   前記鏡面壁部分および前記構成粒子の少なくとも１つが、前記構成粒子と前記鏡面壁部分との間の衝突の前の前記構成粒子の前記鏡面壁部分と平行な速度成分が、衝突後のそれと実質的に同じ値となるように構成され、さらに前記鏡面壁部分および前記構成粒子が、前記鏡面壁部分と前記鏡面壁部分の冷却に関連する前記構成粒子との間のエネルギー移動が前記構成粒子の前記鏡面壁部分に垂直な速度成分の増加によって生じるように構成される、方法。
8. 前記マイクロチャネルの前記断面の少なくとも一部分が、前記第１の方向における前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じて変動する、請求項７に記載の方法。
9. 前記第１の方向における前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記マイクロチャネルの前記断面の前記変動が、線形で増加している、請求項８に記載の方法。
10. 前記第１の方向における前記流入開口と前記流出開口の間の長さに応じた前記マイクロチャネルの前記断面の前記変動が、
    前記流入開口に近接している領域では急激であり、
    前記流入開口に近接している前記領域と前記流出開口との間では一定であり、前記流入開口に近接している前記領域において前記気体が少なくとも音速に加速され、
    前記流入開口と前記流出開口との間の前記マイクロチャネルの前記断面が、前記流入開口に近接している前記領域の前記マイクロチャネルの前記断面より大きい、請求項８に記載の方法。
11. 前記流出開口に近接している前記気体の前記第２の圧力が実質的に大気圧よりも小さく、
    前記流入開口と前記流出開口との間の前記マイクロチャネルの長さに沿った直線距離は、０．０１ｍｍ〜１０ｍの範囲内にある値を有する、
    請求項７に記載の方法。
12. 前記気体が空気を含む、請求項１１に記載の方法。

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