JP7118320B2 - 冷却装置 - Google Patents

Description

本開示は、冷却装置に関する。

特開２０１９－１０３２６９号公報（特許文献１）は、電力変換装置を冷却する放熱部を開示している。電力変換装置は、受熱板と、受熱板に指示されている複数の半導体素子とを含む。放熱部は、受熱板に設けられている配管と、ポンプと、熱交換器とを含む。ポンプは、配管に接続されており、配管内に冷却液を循環させる。熱交換器は、配管に接続されており、受熱板によって暖まった冷却液を冷やす。

特開２０１９－１０３２６９号公報

特許文献１の放熱部では、配管内に冷却液を循環させるために、ポンプが用いられている。そのため、特許文献１の放熱部のサイズは大きく、また、特許文献１の放熱部の消費電力は大きい。さらに、ポンプは、機械的可動部を含むため、特許文献１の放熱部の信頼性は低い。本開示は、上記の課題を鑑みてなされたものであり、その目的は、よりコンパクトなサイズとより高い信頼性とを有するとともに、消費電力が低減された冷却装置を提供することである。

本開示の冷却装置は、容器と、放熱部材と、第１気泡生成部と、第１加熱部とを備える。容器には、液体が封入されている。容器は、発熱体が直接または熱伝導部材を介して取り付けられる取り付け面を含む。放熱部材は、容器に直接または熱伝達部材を介して取り付けられている。第１気泡生成部は、容器に支持されており、かつ、液体に接触している。第１加熱部は、第１気泡生成部を加熱する。第１気泡生成部は、第１気泡生成部に固定されている第１気泡を液体中に生成する。第１気泡の周囲の液体に第１マランゴニ対流が生成される。

第１気泡と第１マランゴニ対流とを生成するために第１加熱部に印加するエネルギーは、冷却液を循環させるポンプを駆動するために必要なエネルギーより小さい。そのため、冷却装置の消費電力を低減させることができる。第１気泡と第１マランゴニ対流とを生成するために必要な第１加熱部及び第１気泡生成部のサイズは、ポンプのサイズより小さい。そのため、冷却装置は、よりコンパクトなサイズを有する。第１気泡と第１マランゴニ対流とを生成するために必要な第１加熱部及び第１気泡生成部は、機械的可動部を含まない。そのため、冷却装置は、より高い信頼性を有する。

実施の形態１の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態１の冷却装置の、図１に示される領域ＩＩにおける概略部分拡大断面図である。 実施の形態１の実施例１の冷却装置の距離Ｌに対する熱抵抗Ｒ₁の変化と、比較例の冷却装置の距離Ｌに対する熱抵抗Ｒ₁の変化のシミュレーション結果を表すグラフを示す図である。 実施の形態１の第１変形例の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態１の第２変形例の冷却装置の概略部分拡大断面図である。 実施の形態１の第３変形例の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態１の第４変形例の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態２の冷却装置の概略部分拡大断面図である。 実施の形態３の冷却装置の概略部分拡大断面図である。 実施の形態４の冷却装置の概略部分拡大断面図である。 実施の形態４の変形例の冷却装置の概略部分拡大断面図である。 実施の形態５の冷却装置の概略部分拡大断面図である。 実施の形態５の変形例の冷却装置の概略部分拡大断面図である。 実施の形態６の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態７の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態８の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態９の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態９の実施例２の冷却装置の、流路の厚さｔに対する熱抵抗Ｒ₂のシミュレーション結果を示す図である。 実施の形態９の第１変形例の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態９の第２変形例の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態１０の冷却装置の概略断面図である。 実施の形態１０の変形例の冷却装置の概略断面図である。

以下、本開示の実施の形態を説明する。なお、同一の構成には同一の参照番号を付し、その説明は繰り返さない。

実施の形態１．
図１から図３を参照して、実施の形態１の冷却装置１を説明する。冷却装置１は、発熱体３を冷却する。発熱体３は、例えば、電子機器または電子素子である。電子機器は、例えば、電力変換装置、自動車用のパワーエレクトロニクス機器、携帯電話もしくは衛星通信用の高速通信機器、または、レーザ発振器である。電子素子は、例えば、絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ（ＩＧＢＴ）のようなトランジスタである。

冷却装置１は、容器１０と、放熱部材１８と、加熱部２０と、気泡生成部２３とを主に備える。

容器１０は、例えば、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されている。容器１０は、５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されてもよく、１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されてもよく、５０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されてもよく、１００．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されてもよい。容器１０は、例えば、銅、アルミニウムもしくはステンレスのような金属、または、樹脂で形成されている。

容器１０には、液体１７が封入されている。容器１０内には、液体１７が充填されてもよい。液体１７は、水、アルコール、アンモニア、油またはフロン系液体のような冷却液である。

容器１０は、第１壁１１と、第１壁１１に対向する第２壁１２と、第１壁１１と第２壁１２とを互いに接続する第３壁１３とを含む。第１壁１１は、液体１７に接触する第１内壁面１１ｂと、第１内壁面１１ｂとは反対側の第１外壁面１１ａとを含む。第２壁１２は、液体１７に接触しかつ第１内壁面１１ｂに対向する第２内壁面１２ｂと、第２内壁面１２ｂとは反対側の第２外壁面１２ａとを含む。第１壁１１と第２壁１２と第３壁１３とは、容器１０の内部空洞を規定する。

容器１０を構成する壁（第１壁１１、第２壁１２、第３壁１３）の厚さは、例えば、１０００μｍ未満である。容器１０を構成する壁（第１壁１１、第２壁１２、第３壁１３）の厚さは、８００μｍ以下であってもよく、５００μｍ以下であってもよく、３００μｍ以下であってもよい。後述するように、気泡生成部２３が加熱されることによって気泡生成部２３に形成される気泡２５は、気泡生成部２３に固定されている微小な気泡であり、かつ、気泡２５の周囲の液体１７に第１マランゴニ対流を生成させる。気泡２５が発生しても、容器１０の内圧はほとんと上昇しない。そのため、容器１０を構成する壁（第１壁１１、第２壁１２、第３壁１３）の厚さを小さくすることができる。また、容器１０を構成する壁（第１壁１１、第２壁１２、第３壁１３）の厚さを小さくすることによって、発熱体３と液体１７との間の熱抵抗と、液体１７と放熱部材１８との間の熱抵抗とが、低減され得る。

容器１０を構成する壁（第１壁１１、第２壁１２、第３壁１３）の厚さは、例えば、１０μｍ以上である。容器１０を構成する壁（第１壁１１、第２壁１２、第３壁１３）の厚さは、例えば、５０μｍ以上であってもよく、１００μｍ以上であってもよい。そのため、容器１０を構成する壁（第１壁１１、第２壁１２、第３壁１３）が破れて、液体１７が容器から漏れ出すことを防止することができる。

容器１０は、発熱体３が取り付けられる取り付け面１１ｃを含む。一例では、第１外壁面１１ａは、取り付け面１１ｃを含む。発熱体３は、例えば、接着剤またはねじなどの固定部材（図示せず）を用いて、取り付け面１１ｃに直接取り付けられてもよい。

放熱部材１８は、容器１０に取り付けられている。一例では、放熱部材１８は、第２外壁面１２ａに取り付けられている。放熱部材１８は、例えば、放熱フィンまたはヒートシンクである。放熱部材１８の表面には、放熱を促進する表面層が形成されてもよい。表面層は、例えば、放熱を促進する塗装膜（例えば、黒色塗装膜）であってもよいし、アルマイト処理層のような表面処理層であってもよい。放熱部材１８は、接着剤またはねじなどの固定部材（図示せず）を用いて、容器１０（例えば、第２外壁面１２ａ）に直接取り付けられてもよい。

加熱部２０は、容器１０に支持されている。一例では、加熱部２０は、第１外壁面１１ａ上に設けられている。加熱部２０は、例えば、マイクロヒータまたは薄膜ヒータである。電流源（図示せず）から、加熱部２０に電流を供給することによって、加熱部２０において熱が発生する。この熱は、容器１０（第１壁１１）を通って、気泡生成部２３に伝導する。こうして、加熱部２０は、気泡生成部２３を加熱する。

加熱部２０の面積は、１．０ｍｍ²以下の面積を有している。加熱部２０の面積は、０．５ｍｍ²以下であってもよく、０．２ｍｍ²以下であってもよく、０．１ｍｍ²以下であってもよい。本実施の形態では、加熱部２０の面積は、第１外壁面１１ａの平面視における加熱部２０の面積である。加熱部２０の面積は発熱体３の面積より小さく、かつ、加熱部２０の厚さは発熱体３の厚さより小さい。加熱部２０の面積は、取り付け面１１ｃの面積より小さい。

加熱部２０で発生する熱の量は、発熱体３で発生する熱の量に対して無視し得る。加熱部２０で発生する熱の量は、例えば、発熱体３で発生する熱の量の二十分の一以下である。加熱部２０で発生する熱の量は、発熱体３で発生する熱の量の百分の一以下であってもよい。加熱部２０で発生する熱の量は、例えば、５０ｍＷ以下である。加熱部２０で発生する熱の量は、３０ｍＷ以下であってもよい。発熱体３で発生する熱の量は、例えば、１Ｗ以上である。発熱体３で発生する熱の量は、１００Ｗ以上であってもよい。

気泡生成部２３は、容器１０に支持されている。一例では、気泡生成部２３は、第１内壁面１１ｂ上に設けられている。気泡生成部２３は、液体１７に接触している。気泡生成部２３は、例えば、気泡生成膜である。気泡生成部２３は、例えば、銅またはアルミニウムで形成されている。気泡生成部２３は、容器１０と異なる材料で形成されてもよいし、容器１０と同じ材料で形成されてもよい。

気泡生成部２３の面積（気泡生成部２３の気泡固定面の面積）は、１．０ｍｍ²以下の面積を有している。気泡生成部２３の面積は、０．５ｍｍ²以下であってもよく、０．２ｍｍ²以下であってもよく、０．１ｍｍ²以下であってもよい。本実施の形態では、気泡生成部２３の面積は、第１内壁面１１ｂの平面視における気泡生成部２３の面積である。気泡生成部２３の面積（気泡生成部２３の気泡固定面）は発熱体３の面積より小さく、かつ、気泡生成部２３の厚さは発熱体３の厚さより小さい。気泡生成部２３の面積は、取り付け面１１ｃの面積より小さい。

気泡生成部２３は、加熱部２０によって加熱されて、気泡２５を液体１７中に生成する。気泡２５は、気泡生成部２３に固定されている。気泡２５は、微小な気泡である。気泡２５の直径は、例えば、１００μｍ以下である。気泡２５の直径は、例えば、１０μｍ以上である。後に詳しく説明するように、気泡２５の周囲の液体１７に、マランゴニ対流２６が生成される。

本実施の形態の冷却装置１による発熱体３の冷却作用を説明する。
容器１０内に液体１７を注入する際に、液体１７に接する気泡生成部２３の表面に、種気泡（図示せず）が付着する。種気泡は、気泡２５に比べて非常に小さい気泡である。加熱部２０において熱が発生する。この熱は、容器１０（第１壁１１）を通って、気泡生成部２３に伝導する。気泡生成部２３は、加熱部２０によって加熱される。気泡生成部２３が加熱部２０によって加熱されることによって、種気泡が膨張して、気泡生成部２３に付着する気泡２５が液体１７中に生成される。

気泡生成部２３に近づくにつれて、気泡２５の周りの液体１７の温度は上昇する。気泡生成部２３から離れるにつれて、気泡２５の周りの液体１７の温度は下降する。一般に、液体１７の温度が上昇するにつれて、液体１７の表面張力は低下する。気泡生成部２３に近づくにつれて、気泡２５の周りの液体１７の表面張力は減少する。気泡生成部２３から離れるにつれて、気泡２５の周りの液体１７の表面張力は増加する。気泡２５の周りの液体１７の表面張力の分布に起因して、気泡２５の周囲の液体１７に、マランゴニ対流２６が生成される。

マランゴニ対流２６に起因して、液体１７に、大きな流速を有する流れ２７が発生する。流れ２７の速さは、例えば、１．０ｍ／秒以上である。流れ２７によって、液体１７は、第２壁１２にぶつかる。第２壁１２に放熱部材１８が取り付けられているため、第２壁１２にぶつかった液体１７は、第２壁１２及び放熱部材１８によって冷却される。気泡２５の周りの液体１７のうち、気泡生成部２３から遠位する液体１７の温度上昇が抑制される。気泡２５の周りの液体１７の温度分布が維持される。こうして、気泡２５は、気泡生成部２３から離れることなく、気泡生成部２３に固定される。

流れ２７によって、液体１７は、容器１０内を高速に循環している。第２壁１２にぶつかって冷却された液体１７の一部は、取り付け面１１ｃが形成されている容器１０の部分（例えば、容器１０の第１壁１１）にぶつかる。発熱体３で発生する熱は、容器１０及び液体１７に伝達される。液体１７は、発熱体３で発生した熱は、短時間で広げることができる。容器１０内を高速に循環する液体１７は、ヒートスプレッダとして機能する。さらに、容器１０のうち発熱体３が取り付けられている部分の温度は、容器１０の他の部分の温度より高い。そのため、液体１７の流れ２７は、容器１０のうち発熱体３が取り付けられている部分において乱れて、容器１０内で攪拌される。容器１０内を高速に循環しかつ容器１０内で攪拌される液体１７の熱伝達率は、大きい。こうして、発熱体３で発生した熱は、容器１０及び液体１７によって冷却される。

図３に示されるように、いかなる距離Ｌに対しても、本実施の形態の実施例１の冷却装置１の熱抵抗Ｒ₁は、比較例の冷却装置の熱抵抗Ｒ₁より低い。その理由は、既に記載したとおり、本実施の形態の冷却装置１では、容器１０内を高速に循環しかつ容器１０内で攪拌される液体１７は、発熱体３で発生する熱を拡げる能力が高く、かつ、大きな熱伝達率を有するからである。本実施の形態の実施例１の冷却装置１では、容器１０は銅で形成されており、液体１７は水である。比較例の冷却装置は、本実施の形態の冷却装置１と同様の構成を備えているが、液体１７が銅板に置き換えられており、この銅板は容器１０と一体化されており、かつ、加熱部２０及び気泡生成部２３が取り除かれている。

図１に示されるように、熱抵抗Ｒ₁は、取り付け面１１ｃを含む第１外壁面１１ａと発熱体３の中心線３ｐとの交点１１ｐと放熱部材１８が取り付けられる第２外壁面１２ａ上の任意の地点１２ｑとの間の熱抵抗である。距離Ｌは、発熱体３の中心線３ｐと第２外壁面１２ａとの交点１２ｐから第２外壁面１２ａ上の任意の地点１２ｑまでの距離を意味する。発熱体３の中心線３ｐは、第１外壁面１１ａの平面視における発熱体３の中心を通り、かつ、第１外壁面１１ａに垂直な線である。

さらに、距離Ｌが増加するにつれて、比較例の冷却装置の熱抵抗は大きく増加する。これに対し、距離Ｌが増加しても、本実施の形態の実施例１の冷却装置１の熱抵抗はほとんど増加しない。その理由は、本実施の形態の冷却装置１では、容器１０内を高速に循環しかつ容器１０内で攪拌される液体１７は、発熱体３で発生する熱を拡げる能力が高く、かつ、大きな熱伝達率を有するからである。

図４を参照して、本実施の形態の第１変形例の冷却装置１ｂを説明する。冷却装置１ｂでは、加熱部２０は、例えば、金ナノ薄膜のような光吸収膜である。金ナノ薄膜は、例えば、動的斜方蒸着法によって形成され得る。加熱部２０は、半導体レーザのような光源２１から出射される光（例えば、レーザ光）を吸収して、加熱部２０において熱が発生する。この熱は、容器１０（第１壁１１）を通って、気泡生成部２３に伝導する。こうして、加熱部２０は、気泡生成部２３を加熱する。

図５に示される本実施の形態の第２変形例の冷却装置１ｃのように、気泡生成部２３の気泡固定面は、容器１０の内壁面（例えば、第１内壁面１１ｂ）に面一であってもよい。

図６に示される本実施の形態の第３変形例の冷却装置１ｄのように、発熱体３は、熱伝導部材３０を介して、容器１０の取り付け面１１ｃに取り付けられてもよい。熱伝導部材３０は、ヒートパイプ、または、銅板、アルミニウム板もしくはグラファイト板のような伝熱板であってもよいし、熱伝導グリースのような熱伝導接着剤であってもよい。

図７に示される本実施の形態の第４変形例の冷却装置１ｅのように、放熱部材１８は、熱伝達部材３０ｅを介して、容器１０（例えば、第２外壁面１２ａ）取り付けられてもよい。熱伝達部材３０ｅは、ヒートパイプ、または、銅板、アルミニウム板もしくはグラファイト板のような伝熱板であってもよいし、熱伝導グリースのような熱伝導接着剤であってもよい。

本実施の形態の冷却装置１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅの効果を説明する。
本実施の形態の冷却装置１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅは、容器１０と、放熱部材１８と、第１気泡生成部（気泡生成部２３）と、第１加熱部（加熱部２０）とを備える。容器１０には、液体１７が封入されている。容器１０は、発熱体３が直接または熱伝導部材３０を介して取り付けられる取り付け面１１ｃを含む。放熱部材１８は、容器１０に直接または熱伝達部材３０ｅを介して取り付けられている。第１気泡生成部は、容器１０に支持されており、かつ、液体１７に接触している。第１加熱部は、第１気泡生成部を加熱する。第１気泡生成部は、第１気泡生成部に固定されている第１気泡（気泡２５）を液体１７中に生成する。第１気泡の周囲の液体１７に第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）が生成される。

第１気泡（気泡２５）と第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）とを生成するために第１加熱部（加熱部２０）に印加するエネルギーは、冷却液を循環させるポンプを駆動するために必要なエネルギーより非常に小さい。そのため、冷却装置１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅの消費電力を低減させることができる。第１気泡と第１マランゴニ対流とを生成するために必要な第１加熱部（加熱部２０）及び第１気泡生成部（気泡生成部２３）のサイズは、ポンプのサイズより非常に小さい。そのため、冷却装置１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅは、よりコンパクトなサイズを有する。第１気泡と第１マランゴニ対流とを生成するために必要な第１加熱部及び第１気泡生成部は、機械的可動部を含まない。そのため、冷却装置１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅは、より高い信頼性を有する。

本実施の形態の冷却装置１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅでは、容器１０は、第１壁１１と、第１壁１１に対向する第２壁１２とを含む。第１壁１１は、液体１７に接触する第１内壁面１１ｂと、第１内壁面１１ｂとは反対側の第１外壁面１１ａとを含む。第２壁１２は、液体１７に接触しかつ第１内壁面１１ｂに対向する第２内壁面１２ｂと、第２内壁面１２ｂとは反対側の第２外壁面１２ａとを含む。第１外壁面１１ａは、取り付け面１１ｃを含む。第１気泡生成部（気泡生成部２３）は、第１内壁面１１ｂ上に設けられている。第１加熱部（加熱部２０）は、第１外壁面１１ａ上に設けられている。放熱部材１８は、第２外壁面１２ａに直接または熱伝達部材３０ｅを介して取り付けられている。

そのため、冷却装置１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅは、よりコンパクトなサイズとより高い信頼性とを有するとともに、冷却装置１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅの消費電力は低減され得る。

実施の形態２．
図８を参照して、実施の形態２の冷却装置１ｆを説明する。本実施の形態の冷却装置１ｆは、実施の形態１の冷却装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の冷却装置１と異なっている。

冷却装置１ｆでは、気泡生成部２３の気泡固定面に、凹部２４が形成されている。凹部２４は、Ｖ溝であってもよい。凹部２４の最大サイズは、気泡２５の直径よりも小さい。凹部２４の最大サイズは、例えば、５０μｍ以下である。凹部２４の最大サイズは、３０μｍ以下であってもよく、２０μｍ以下であってもよい。凹部２４がＶ溝である場合、凹部２４の最大サイズは、気泡生成部２３の気泡固定面におけるＶ溝のサイズである。

本実施の形態の変形例では、凹部２４に代えて、気泡生成部２３の気泡固定面に、気泡生成部２３を支持する容器１０の支持部材（第１壁１１）の表面（例えば、第１内壁面１１ｂ）より粗い粗面が形成されてもよい。気泡生成部２３は多孔質体であり、この多孔質体の表面が、気泡生成部２３を支持する容器１０の支持部材（第１壁１１）の表面（例えば、第１内壁面１１ｂ）より粗い粗面であってもよい。

本実施の形態の冷却装置１ｆの効果は、実施の形態１の冷却装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の冷却装置１ｆでは、第１気泡生成部（気泡生成部２３）の気泡固定面に、第１気泡生成部を支持する容器１０の支持部材の表面より粗い粗面または凹部２４が形成されている。

そのため、液体１７を容器１０内に注入する際に、第１気泡生成部（気泡生成部２３）の気泡固定面に種気泡（図示せず）がより確実に付着する。第１気泡生成部が第１加熱部（加熱部２０）によって加熱されることによって、種気泡が膨張して、より確実に第１気泡生成部に第１気泡（気泡２５）が生成される。第１気泡の周囲の液体１７に、第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）がより確実に生成される。第１マランゴニ対流に起因して、液体１７の流れ２７がより確実に生ずる。冷却装置１ｆは、より確実に発熱体３を冷却することができる。

実施の形態３．
図９を参照して、実施の形態３の冷却装置１ｇを説明する。本実施の形態の冷却装置１ｇは、実施の形態１の冷却装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の冷却装置１と異なっている。

冷却装置１ｇでは、第１外壁面１１ａの第１平面視において、気泡生成部２３は発熱体３に重なっている。第１外壁面１１ａの第１平面視において、加熱部２０は発熱体３に重なっている。特定的には、第１外壁面１１ａの第１平面視において、気泡生成部２３は、発熱体３の外形に囲まれている。第１外壁面１１ａの第１平面視において、加熱部２０は、発熱体３の外形に囲まれている。

本実施の形態の冷却装置１ｇの効果は、実施の形態１の冷却装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の冷却装置１ｇでは、第１外壁面１１ａの第１平面視において、第１気泡生成部（気泡生成部２３）は発熱体３に重なっている。そのため、第１気泡生成部は、第１加熱部（加熱部２０）に加えて、発熱体３によっても加熱される。第１気泡（気泡２５）及び第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）を生成するために第１加熱部に印加するエネルギーが低減され得る。冷却装置１ｇの消費電力をさらに低減させることができる。

実施の形態４．
図１０を参照して、実施の形態４の冷却装置１ｈを説明する。本実施の形態の冷却装置１ｈは、実施の形態１の冷却装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の冷却装置１と異なっている。

冷却装置１ｈでは、第１壁１１は、第１壁ベース部材１１ｄと、高熱伝導壁部分１１ｅとを含む。高熱伝導壁部分１１ｅは、第１壁ベース部材１１ｄより高い熱伝導率を有する。例えば、第１壁ベース部材１１ｄがアルミニウムで形成されている場合、高熱伝導壁部分１１ｅは銅で形成されている。高熱伝導壁部分１１ｅは、気泡生成部２３と加熱部２０との間に設けられている。高熱伝導壁部分１１ｅは、気泡生成部２３と加熱部２０とに接触してもよい。気泡生成部２３は、高熱伝導壁部分１１ｅ上に設けられてもよい。加熱部２０は、高熱伝導壁部分１１ｅ上に設けられてもよい。

図１１を参照して、本実施の形態の変形例の冷却装置１ｉを説明する。第１壁１１は、第１壁ベース部材１１ｄより低い熱伝導率を有する低熱伝導壁部分１１ｆをさらに含む。例えば、第１壁ベース部材１１ｄがアルミニウムで形成されている場合、高熱伝導壁部分１１ｅは銅で形成されており、低熱伝導部分はステンレス、チタンまたは樹脂で形成されている。低熱伝導壁部分１１ｆは、第１壁ベース部材１１ｄと高熱伝導壁部分１１ｅとの間に設けられている。気泡生成部２３は、低熱伝導壁部分１１ｆから離れていてもよい。加熱部２０は、低熱伝導壁部分１１ｆから離れていてもよい。

本実施の形態の冷却装置１ｈ，１ｉの効果は、実施の形態１の冷却装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の冷却装置１ｈ，１ｉでは、第１壁１１は、第１壁ベース部材１１ｄと、第１壁ベース部材１１ｄより高い熱伝導率を有する高熱伝導壁部分１１ｅとを含む。高熱伝導壁部分１１ｅは、第１気泡生成部（気泡生成部２３）と第１加熱部（加熱部２０）との間に設けられている。そのため、第１加熱部で発生した熱は、高熱伝導壁部分１１ｅを通して、第１気泡生成部に伝達される。第１気泡（気泡２５）及び第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）を生成するために第１加熱部に印加するエネルギーが低減され得る。冷却装置１ｈ，１ｉの消費電力をさらに低減させることができる。

本実施の形態の冷却装置１ｉでは、第１壁１１は、第１壁ベース部材１１ｄより低い熱伝導率を有する低熱伝導壁部分１１ｆをさらに含む。低熱伝導壁部分１１ｆは、第１壁ベース部材１１ｄと高熱伝導壁部分１１ｅとの間に設けられている。そのため、低熱伝導壁部分１１ｆは、第１加熱部（加熱部２０）から第１壁ベース部材１１ｄに散逸する熱の量を減少させる。第１気泡（気泡２５）及び第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）を生成するために第１加熱部に印加するエネルギーが低減され得る。冷却装置１ｉの消費電力をさらに低減させることができる。

実施の形態５．
図１２を参照して、実施の形態５の冷却装置１ｊを説明する。本実施の形態の冷却装置１ｊは、実施の形態１の冷却装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の冷却装置１と異なっている。

冷却装置１ｊでは、加熱部２０は、第１内壁面１１ｂ上に設けられている。気泡生成部２３は、加熱部２０上に設けられている。

図１３を参照して、本実施の形態の変形例の冷却装置１ｋを説明する。実施の形態３の冷却装置１ｇと同様に、冷却装置１ｋでは、第１外壁面１１ａの第１平面視において、気泡生成部２３は発熱体３に重なっている。第１外壁面１１ａの第１平面視において、加熱部２０は発熱体３に重なっている。特定的には、第１外壁面１１ａの第１平面視において、気泡生成部２３は、発熱体３の外形に囲まれている。第１外壁面１１ａの第１平面視において、加熱部２０は、発熱体３の外形に囲まれている。

本実施の形態の冷却装置１ｊ，１ｋの効果は、実施の形態１の冷却装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の冷却装置１ｊ，１ｋでは、容器１０は、第１壁１１と、第１壁１１に対向する第２壁１２とを含む。第１壁１１は、液体１７に接触する第１内壁面１１ｂと、第１内壁面１１ｂとは反対側の第１外壁面１１ａとを含む。第２壁１２は、液体１７に接触しかつ第１内壁面１１ｂに対向する第２内壁面１２ｂと、第２内壁面１２ｂとは反対側の第２外壁面１２ａとを含む。第１外壁面１１ａは、取り付け面１１ｃを含む。第１加熱部（加熱部２０）は、第１内壁面１１ｂ上に設けられている。第１気泡生成部（気泡生成部２３）は、第１加熱部上に設けられている。放熱部材１８は、第２外壁面１２ａに直接または熱伝達部材３０ｅ（図７を参照）を介して取り付けられている。

そのため、第１加熱部（加熱部２０）で発生した熱は、第１壁１１を介することなく、第１気泡生成部（気泡生成部２３）に伝達される。第１気泡（気泡２５）及び第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）を生成するために第１加熱部に印加するエネルギーが低減され得る。冷却装置１ｊ，１ｋの消費電力をさらに低減させることができる。

本実施の形態の冷却装置１ｋでは、第１外壁面１１ａの第１平面視において、第１気泡生成部（気泡生成部２３）は発熱体３に重なっている。そのため、第１気泡生成部は、第１加熱部（加熱部２０）に加えて、発熱体３によっても加熱される。第１気泡（気泡２５）及び第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）を生成するために第１加熱部に印加するエネルギーが低減され得る。冷却装置１ｋの消費電力をさらに低減させることができる。

実施の形態６．
図１４を参照して、実施の形態６の冷却装置１ｍを説明する。本実施の形態の冷却装置１ｍは、実施の形態１の冷却装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の冷却装置１と異なっている。

本実施の形態の冷却装置１ｍでは、容器１０は、熱伝導フィン１３ｂをさらに含む。熱伝導フィン１３ｂは、例えば、１．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されている。熱伝導フィン１３ｂは、５．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されてもよく、１０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されてもよく、５０．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されてもよく、１００．０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上の熱伝導率を有する高熱伝導材料で形成されてもよい。熱伝導フィン１３ｂは、例えば、銅またはアルミニウムのような金属で形成されている。熱伝導フィン１３ｂは、容器１０と同じ材料で形成されてもよいし、容器１０と異なる材料で形成されてもよい。

熱伝導フィン１３ｂは、板の形状を有してもよいし、棒の形状を有してもよい。熱伝導フィン１３ｂは、第１内壁面１１ｂに設けられている。熱伝導フィン１３ｂは、第１壁１１（第１内壁面１１ｂ）に接続されている。熱伝導フィン１３ｂは、第２壁１２（第２内壁面１２ｂ）から離間されてもよい。第１外壁面１１ａの第１平面視において、熱伝導フィン１３ｂは発熱体３に重なってもよい。第１外壁面１１ａの第１平面視において、熱伝導フィン１３ｂは、発熱体３の外形に囲まれてもよい。

加熱部２０は、熱伝導フィン１３ｂ上に設けられている。気泡生成部２３は、加熱部２０上に設けられている。放熱部材１８は、第２外壁面１２ａに直接または熱伝達部材３０ｅ（図７を参照）を介して取り付けられている。

本実施の形態の冷却装置１ｍの効果は、実施の形態１の冷却装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の冷却装置１ｍでは、容器１０は、第１壁１１と、第１壁１１に対向する第２壁１２と、熱伝導フィン１３ｂとを含む。第１壁１１は、液体１７に接触する第１内壁面１１ｂと、第１内壁面１１ｂとは反対側の第１外壁面１１ａとを含む。第２壁１２は、液体１７に接触しかつ第１内壁面１１ｂに対向する第２内壁面１２ｂと、第２内壁面１２ｂとは反対側の第２外壁面１２ａとを含む。第１外壁面１１ａは、取り付け面１１ｃを含む。熱伝導フィン１３ｂは、第１内壁面１１ｂに設けられている。第１加熱部（加熱部２０）は、熱伝導フィン１３ｂ上に設けられている。第１気泡生成部（気泡生成部２３）は、第１加熱部上に設けられている。放熱部材１８は、第２外壁面１２ａに直接または熱伝達部材３０ｅ（図７を参照）を介して取り付けられている。

そのため、冷却装置１ｍは、よりコンパクトなサイズとより高い信頼性とを有するとともに、冷却装置１ｍの消費電力は低減され得る。

本実施の形態の冷却装置１ｍでは、第１外壁面１１ａの第１平面視において、熱伝導フィン１３ｂは発熱体３に重なっている。そのため、第１気泡生成部（気泡生成部２３）は、第１加熱部（加熱部２０）に加えて、発熱体３によっても加熱される。第１気泡（気泡２５）及び第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）を生成するために第１加熱部に印加するエネルギーが低減され得る。冷却装置１ｍの消費電力をさらに低減させることができる。

実施の形態７．
図１５を参照して、実施の形態７の冷却装置１ｎを説明する。本実施の形態の冷却装置１ｎは、実施の形態１の冷却装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の冷却装置１と異なっている。

冷却装置１ｎでは、気泡生成部２３は、第２内壁面１２ｂ上に設けられている。加熱部２０は、第２外壁面１２ａ上に設けられている。放熱部材１８は、第２外壁面１２ａに直接または熱伝達部材３０ｅ（図７を参照）を介して取り付けられている。

冷却装置１ｎは、低熱伝導層２８をさらに備える。低熱伝導層２８は、加熱部２０と放熱部材１８との間に設けられている。低熱伝導層２８は、第２壁１２及び放熱部材１８より低い熱伝導率を有する。低熱伝導層２８は、例えば、空気層または断熱層である。低熱伝導層２８は、加熱部２０から放熱部材１８に散逸する熱の量を減少させる。第２外壁面１２ａの第２平面視において、加熱部２０は放熱部材１８に重なっている。第２外壁面１２ａの第２平面視において、気泡生成部２３は放熱部材１８に重なっている。特定的には、第２外壁面１２ａの第２平面視において、気泡生成部２３は、放熱部材１８の外形に囲まれている。第２外壁面１２ａの第２平面視において、加熱部２０は、放熱部材１８の外形に囲まれている。

本実施の形態の冷却装置１ｎの効果は、実施の形態１の冷却装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の冷却装置１ｎでは、容器１０は、第１壁１１と、第１壁１１に対向する第２壁１２とを含む。第１壁１１は、液体１７に接触する第１内壁面１１ｂと、第１内壁面１１ｂとは反対側の第１外壁面１１ａとを含む。第２壁１２は、液体１７に接触しかつ第１内壁面１１ｂに対向する第２内壁面１２ｂと、第２内壁面１２ｂとは反対側の第２外壁面１２ａとを含む。第１外壁面１１ａは、取り付け面１１ｃを含む。第１気泡生成部（気泡生成部２３）は、第２内壁面１２ｂ上に設けられている。第１加熱部（加熱部２０）は、第２外壁面１２ａ上に設けられている。放熱部材１８は、第２外壁面１２ａに直接または熱伝達部材３０ｅ（図７を参照）を介して取り付けられている。

第１気泡生成部（気泡生成部２３）は、放熱部材１８が直接または熱伝達部材３０ｅ（図７を参照）を介して取り付けられている第２壁１２の第２内壁面１２ｂ上に設けられている。第１気泡生成部に近位しかつ第１気泡（気泡２５）の周囲にある液体１７は、第２壁１２及び放熱部材１８によって、より一層冷却される。第１気泡生成部に近位しかつ第１気泡の周囲にある液体１７の温度と第１気泡生成部から遠位しかつ第１気泡の周囲にある液体１７の温度との間の差が増加する。液体１７に、より強い第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）が発生する。より強い第１マランゴニ対流に起因して、より高速な液体１７の流れ２７が発生する。液体１７は、より激しく攪拌される。容器１０内を高速に循環しかつ容器１０内で攪拌される液体１７は、発熱体３で発生する熱を拡げる能力が高く、かつ、大きな熱伝達率を有する。冷却装置１ｎは、より高い冷却能力を有し、発熱体３で発生した熱をより一層冷却することができる。

本実施の形態の冷却装置１ｎは、第１加熱部（加熱部２０）と放熱部材１８との間に設けられており、かつ、第２壁１２及び放熱部材１８より低い熱伝導率を有する低熱伝導層２８をさらに備える。第２外壁面１２ａの第２平面視において、第１加熱部は放熱部材１８に重なっている。低熱伝導層２８は、第１気泡生成部（気泡生成部２３）は、第１加熱部に加えて、発熱体３によっても加熱される。

低熱伝導層２８は、第１加熱部（加熱部２０）から放熱部材１８に散逸する熱の量を減少させる。第１気泡（気泡２５）及び第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）を生成するために第１加熱部に印加するエネルギーが低減され得る。冷却装置１ｎの消費電力をさらに低減させることができる。

実施の形態８．
図１６を参照して、実施の形態８の冷却装置１ｐを説明する。本実施の形態の冷却装置１ｐは、実施の形態１の冷却装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の冷却装置１と異なっている。

冷却装置１ｐでは、加熱部２０は、第２内壁面１２ｂ上に設けられている。気泡生成部２３は、加熱部２０上に設けられている。放熱部材１８は、第２外壁面１２ａに直接または熱伝達部材３０ｅ（図７を参照）を介して取り付けられている。

第２壁１２は、第２壁ベース部材１２ｄと、低熱伝導壁部分１２ｆとを含む。低熱伝導壁部分１２ｆは、第２壁ベース部材１２ｄより低い熱伝導率を有する。例えば、第２壁ベース部材１２ｄがアルミニウムで形成されている場合、低熱伝導壁部分１２ｆはステンレス、チタンまたは樹脂で形成されている。低熱伝導壁部分１２ｆは、加熱部２０と放熱部材１８との間に設けられている。低熱伝導壁部分１２ｆは、加熱部２０と放熱部材１８とに接触してもよい。加熱部２０は、低熱伝導壁部分１２ｆ上に設けられてもよい。第２外壁面１２ａの第２平面視において、加熱部２０は放熱部材１８に重なっている。

本実施の形態の冷却装置１ｐの効果は、実施の形態１の冷却装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の冷却装置１ｐでは、容器１０は、第１壁１１と、第１壁１１に対向する第２壁１２とを含む。第１壁１１は、液体１７に接触する第１内壁面１１ｂと、第１内壁面１１ｂとは反対側の第１外壁面１１ａとを含む。第２壁１２は、液体１７に接触しかつ第１内壁面１１ｂに対向する第２内壁面１２ｂと、第２内壁面１２ｂとは反対側の第２外壁面１２ａとを含む。第１外壁面１１ａは、取り付け面１１ｃを含む。第１加熱部（加熱部２０）は、第２内壁面１２ｂ上に設けられている。第１気泡生成部（気泡生成部２３）は、第１加熱部上に設けられている。放熱部材１８は、第２外壁面１２ａに直接または熱伝達部材３０ｅ（図７を参照）を介して取り付けられている。

そのため、実施の形態７の冷却装置１ｐと同様に、冷却装置１ｐは、より高い冷却能力を有し、発熱体３で発生した熱をより一層冷却することができる。

本実施の形態の冷却装置１ｐでは、第２壁１２は、第２壁ベース部材１２ｄと、第２壁ベース部材１２ｄより低い熱伝導率を有する低熱伝導壁部分１２ｆとを含む。低熱伝導壁部分１２ｆは、第１加熱部（加熱部２０）と放熱部材１８との間に設けられている。第２外壁面１２ａの第２平面視において、第１加熱部は放熱部材１８に重なっている。

低熱伝導壁部分１２ｆは、第１加熱部（加熱部２０）から放熱部材１８に散逸する熱の量を減少させる。第１気泡（気泡２５）及び第１マランゴニ対流（マランゴニ対流２６）を生成するために第１加熱部に印加するエネルギーが低減され得る。冷却装置１ｐの消費電力をさらに低減させることができる。

実施の形態９．
図１７及び図１８を参照して、実施の形態９の冷却装置１ｑを説明する。本実施の形態の冷却装置１ｑは、実施の形態１の冷却装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の冷却装置１と異なっている。

冷却装置１ｑは、温度センサ３３と、コントローラ３５とをさらに備える。
温度センサ３３は、発熱体３に取り付けられており、発熱体３の第１温度を直接測定する。温度センサ３３は、例えば、サーミスタである。温度センサ３３は、発熱体３から離れて配置されている放射温度計であってもよい。放射温度計を用いて、発熱体３の第１温度を直接測定してもよい。温度センサ３３は、コントローラ３５に電気的に接続されている。温度センサ３３は、発熱体３の第１温度に応じた信号を、コントローラ３５に出力する。

コントローラ３５は、例えば、半導体プロッサである。コントローラ３５は、温度センサ３３の出力信号に基づいて、加熱部２０の第２温度を調整する。例えば、冷却装置１ｑは電流源３４を備えており、加熱部２０はマイクロヒータである。コントローラ３５は、電流源３４に、電気的に接続されている。電流源３４は、加熱部２０に電気的に接続されている。コントローラ３５は、温度センサ３３の出力信号に基づいて、電流源３４から加熱部２０に供給される電流を制御する。こうして、コントローラ３５は、温度センサ３３の出力信号に基づいて、加熱部２０の第２温度を調整する。

具体的には、発熱体３の温度が発熱体３の適正動作温度範囲を超えて上昇すると、温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値より大きくなる。温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値より大きいとコントローラ３５が判断すると、コントローラ３５は、電流源３４から加熱部２０に電流を供給する。加熱部２０の第２温度が上昇して、気泡生成部２３が加熱される。気泡生成部２３に、気泡２５が生成される。気泡２５の周囲の液体１７にマランゴニ対流２６が生成される。マランゴニ対流２６は、液体１７の流れ２７を生じさせる。発熱体３で発生した熱は、容器１０及び液体１７を通して、放熱部材１８に伝達される。こうして、発熱体３は冷却される。

発熱体３の温度が発熱体３の適正動作温度範囲内になると、温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値以下になる。温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値以下であるとコントローラ３５が判断すると、コントローラ３５は、電流源３４から加熱部２０への電流の供給を停止する。加熱部２０の第２温度が低下して、気泡生成部２３の温度も低下する。気泡２５が消滅する。マランゴニ対流２６が消滅して、液体１７の流れ２７が減少する。そのため、発熱体３が過度に冷却されることが防止される。こうして、冷却装置１ｑは、発熱体３の温度を発熱体３の適正動作温度範囲内に保つことができる。

本実施の形態の実施例２の冷却装置１ｑの熱抵抗Ｒ₂のシミュレーション結果（図１８を参照）に示されるように、気泡生成部２３上に気泡２５があるときの単位面積当たりの熱抵抗Ｒ₂は、気泡生成部２３上に気泡２５が無いときの単位面積当たりの熱抵抗Ｒ₂より小さい。そのため、温度センサ３３の出力信号に基づいて加熱部２０の第２温度を調整することによって、冷却装置１ｑの冷却能力が調整され得る。熱抵抗Ｒ₂は、取り付け面１１ｃを含む第１壁１１の第１内壁面１１ｂと放熱部材１８が取り付けられる第２壁１２の第２内壁面１２ｂとの間の、冷却装置１ｑの単位面積当たりの熱抵抗を意味する。

さらに、気泡生成部２３上に気泡２５があるとき、流路の厚さｔが増加しても、単位面積当たりの熱抵抗Ｒ₂はほとんど増加しない。これに対し、気泡生成部２３上に気泡２５が無いとき、流路の厚さｔが増加すると、単位面積当たりの熱抵抗Ｒ₂は大きく増加する。その理由は、以下のとおりである。

気泡生成部２３上に気泡２５があるとき、気泡２５の周囲の液体１７にマランゴニ対流２６が生成される。マランゴニ対流２６に起因して、液体１７は、容器１０内を高速に循環し、かつ、容器１０内で攪拌される。容器１０内を高速に循環しかつ容器１０内で攪拌される液体１７は、発熱体３で発生する熱を拡げる能力が高く、かつ、大きな熱伝達率を有する。そのため、気泡生成部２３上に気泡２５があるとき、流路の厚さｔが増加しても、単位面積当たりの熱抵抗Ｒ₂はほとんど増加しない。流路の厚さｔは、第１内壁面１１ｂと第２内壁面１２ｂとの間の距離である。図１８に示されるように、流路の厚さｔが大きいほど、冷却装置１ｑの冷却能力はより広い範囲にわたって制御され得る。

図１９に示される本実施の形態の第１変形例の冷却装置１ｒのように、温度センサ３３は、発熱体３の第１温度を間接的に測定してもよい。一例では、図１９に示されるように、温度センサ３３は、放熱部材１８に取り付けられており、放熱部材１８の温度を測定してもよい。発熱体３の第１温度が高くなるほど、放熱部材１８の温度は高くなる。温度センサ３３が放熱部材１８の温度を測定することによって、温度センサ３３は、発熱体３の第１温度を間接的に測定することができる。別の例では、温度センサ３３は、容器１０に取り付けられており、容器１０の温度を測定してもよい。発熱体３の第１温度が高くなるほど、容器１０の温度は高くなる。温度センサ３３が容器１０の温度を測定することによって、温度センサ３３は、発熱体３の第１温度を間接的に測定することができる。

図２０に示される本実施の形態の第２変形例の冷却装置１ｓでは、図４に示される実施の形態１の第１変形例の冷却装置１ｂのように、加熱部２０は、半導体レーザのような光源２１からの光によって照射される光吸収膜であってもよい。コントローラ３５は、光源２１に、電気的に接続されている。コントローラ３５は、温度センサ３３の出力信号に基づいて、光源２１から出力される光のパワーを制御する。こうして、コントローラ３５は、温度センサ３３の出力信号に基づいて、加熱部２０の第２温度を調整する。

具体的には、温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値より大きいとコントローラ３５が判断すると、コントローラ３５は、光源２１から出力される光のパワーを増加させる。光源２１からの光が照射される加熱部２０の温度が上昇して、気泡生成部２３が加熱される。気泡生成部２３に、気泡２５が生成される。気泡２５の周囲の液体１７にマランゴニ対流２６が生成される。マランゴニ対流２６は、液体１７の流れ２７を生じさせる。発熱体３で発生した熱は、容器１０及び液体１７を通して、放熱部材１８に伝達される。こうして、発熱体３は冷却される。

温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値以下であるとコントローラ３５が判断すると、コントローラ３５は、光源２１からの光の出力を停止する。加熱部２０の温度が低下して、気泡生成部２３の温度も低下する。気泡２５が消滅する。マランゴニ対流２６が消滅して、液体１７の流れ２７は減少する。そのため、発熱体３が過度に冷却されることが防止される。こうして、冷却装置１ｓは、発熱体３の温度を発熱体３の適正動作温度範囲内に保つことができる。

本実施の形態の冷却装置１ｑ，１ｒ，１ｓの効果は、実施の形態１の冷却装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の冷却装置１ｑ，１ｒ，１ｓは、発熱体３の第１温度を直接的または間接的に測定する温度センサ３３と、温度センサ３３の出力信号に基づいて第１加熱部（加熱部２０）の第２温度を調整するコントローラ３５とをさらに備える。そのため、発熱体３の発熱量または発熱体３の周囲温度に応じて、冷却装置１ｑ，１ｒ，１ｓは発熱体３を適切に冷却することができる。冷却装置１ｑ，１ｒ，１ｓは、発熱体３の温度を発熱体３の適正動作温度範囲内に保つことができる。

実施の形態１０．
図２１を参照して、実施の形態１０の冷却装置１ｔを説明する。本実施の形態の冷却装置１ｔは、実施の形態１の冷却装置１と同様の構成を備えるが、主に以下の点で、実施の形態１の冷却装置１と異なっている。

本実施の形態の冷却装置１ｔは、加熱部２０ｔと、気泡生成部２３ｔとをさらに備える。

加熱部２０ｔは、加熱部２０と同様に構成されている。例えば、加熱部２０ｔは、容器１０に支持されている。一例では、加熱部２０ｔは、第２外壁面１２ａ上に設けられている。加熱部２０ｔは、例えば、マイクロヒータまたは薄膜ヒータである。加熱部２０ｔは、電流源３４に電気的に接続されている。電流源３４から、加熱部２０ｔに電流を供給することによって、加熱部２０ｔにおいて熱が発生する。この熱は、容器１０（第１壁１１）を通って、気泡生成部２３ｔに伝導する。こうして、加熱部２０ｔは、気泡生成部２３ｔを加熱する。

加熱部２０ｔの面積は、１．０ｍｍ²以下の面積を有している。加熱部２０ｔの面積は、０．５ｍｍ²以下であってもよく、０．２ｍｍ²以下であってもよく、０．２ｍｍ²以下であってもよい。本実施の形態では、加熱部２０ｔの面積は、第１外壁面１１ａの平面視における加熱部２０ｔの面積である。加熱部２０ｔの面積は発熱体３の面積より小さく、かつ、加熱部２０ｔの厚さは発熱体３の厚さより小さい。加熱部２０ｔの面積は、取り付け面１１ｃの面積より小さい。

加熱部２０ｔで発生する熱の量は、発熱体３で発生する熱の量に対して無視し得る。加熱部２０ｔで発生する熱の量は、例えば、発熱体３で発生する熱の量の二十分の一以下である。加熱部２０ｔで発生する熱の量は、発熱体３で発生する熱の量の百分の一以下であってもよい。加熱部２０ｔで発生する熱の量は、例えば、５０ｍＷ以下である。加熱部２０ｔで発生する熱の量は、３０ｍＷ以下であってもよい。発熱体３で発生する熱の量は、例えば、１Ｗ以上である。発熱体３で発生する熱の量は、１００Ｗ以上であってもよい。

加熱部２０ｔは、加熱部２０から離間されている。加熱部２０と加熱部２０ｔとの間の間隔は、例えば、１０ｍｍ以下である。加熱部２０と加熱部２０ｔとの間の間隔は、５ｍｍ以下であってもよく、３ｍｍ以下であってもよい。

気泡生成部２３ｔは、気泡生成部２３と同様に構成されている。例えば、気泡生成部２３ｔは、容器１０に支持されている。一例では、気泡生成部２３ｔは、第１内壁面１１ｂ上に設けられている。気泡生成部２３ｔは、液体１７に接触している。気泡生成部２３ｔは、例えば、気泡生成膜である。気泡生成部２３ｔは、例えば、銅またはアルミニウムで形成されている。気泡生成部２３ｔは、容器１０と異なる材料で形成されてもよいし、容器１０と同じ材料で形成されてもよい。

気泡生成部２３ｔの面積（気泡生成部２３ｔの気泡固定面の面積）は、１．０ｍｍ²以下の面積を有している。気泡生成部２３ｔの面積は、０．５ｍｍ²以下であってもよく、０．２ｍｍ²以下であってもよく、０．１ｍｍ²以下であってもよい。本実施の形態では、気泡生成部２３ｔの面積は、第１内壁面１１ｂの平面視における気泡生成部２３ｔの面積である。気泡生成部２３ｔの面積（気泡生成部２３ｔの気泡固定面）は発熱体３の面積より小さく、かつ、気泡生成部２３ｔの厚さは発熱体３の厚さより小さい。気泡生成部２３ｔの面積は、取り付け面１１ｃの面積より小さい。

気泡生成部２３ｔは、加熱部２０ｔによって加熱されて、気泡２５ｔを液体１７中に生成する。気泡２５ｔは、気泡生成部２３ｔに固定されている。気泡２５ｔは、微小な気泡である。気泡２５ｔの直径は、例えば、１００μｍ以下である。気泡２５ｔの直径は、例えば、１０μｍ以上である。気泡２５ｔの周囲の液体１７に、マランゴニ対流２６ｔが生成される。

気泡生成部２３ｔは、気泡生成部２３から離間されている。気泡生成部２３と気泡生成部２３ｔとの間の間隔は、例えば、１０ｍｍ以下である。気泡生成部２３と気泡生成部２３ｔとの間の間隔は、５ｍｍ以下であってもよく、３ｍｍ以下であってもよい。そのため、気泡生成部２３と気泡生成部２３ｔとが協働して、液体１７の流れ２７を生成し、かつ、液体１７を攪拌することができる。

本実施の形態の冷却装置１ｔは、実施の形態９の冷却装置１ｑと同様に、温度センサ３３と、コントローラ３５とをさらに備える。

温度センサ３３は、実施の形態９の温度センサ３３と同様に、発熱体３の第１温度を直接的に測定する。温度センサ３３は、実施の形態９の第１変形例の温度センサ３３と同様に、発熱体３の第１温度を間接的に測定してもよい。電流源３４は、加熱部２０と加熱部２０ｔとに電気的に接続されている。コントローラ３５は、温度センサ３３の出力信号に基づいて、加熱部２０の第２温度と加熱部２０ｔの第３温度とを調整する。

具体的には、発熱体３の温度が発熱体３の適正動作温度範囲を超えて上昇すると、温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値より大きくなる。温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値より大きいとコントローラ３５が判断すると、コントローラ３５は、電流源３４から加熱部２０と加熱部２０ｔとに電流を供給する。加熱部２０の第２温度が上昇して、気泡生成部２３が加熱される。加熱部２０ｔの第３温度が上昇して、気泡生成部２３ｔが加熱される。気泡生成部２３に気泡２５が生成されるとともに、気泡生成部２３ｔに気泡２５ｔが生成される。気泡２５の周囲の液体１７にマランゴニ対流２６が生成される。気泡２５ｔの周囲の液体１７にマランゴニ対流２６ｔが生成される。マランゴニ対流２６とマランゴニ対流２６ｔとは、液体１７の流れ２７を生じさせる。発熱体３で発生した熱は、容器１０及び液体１７を通して、放熱部材１８に伝達される。こうして、発熱体３は冷却される。

発熱体３の温度が発熱体３の適正動作温度範囲内になると、温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値以下になる。温度センサ３３からの出力信号の強度は閾値以下であるとコントローラ３５が判断すると、コントローラ３５は、電流源３４から加熱部２０及び加熱部２０ｔへの電流の供給を停止する。加熱部２０の第２温度が低下して、気泡生成部２３の温度も低下する。加熱部２０ｔの第３温度が低下して、気泡生成部２３ｔの温度も低下する。気泡２５と気泡２５ｔとは消滅する。マランゴニ対流２６及びマランゴニ対流２６ｔが消滅して、液体１７の流れ２７が減少する。そのため、発熱体３が過度に冷却されることが防止される。こうして、冷却装置１ｔは、発熱体３の温度を発熱体３の適正動作温度範囲内に保つことができる。

図２２を参照して、本実施の形態の変形例の冷却装置１ｕを説明する。冷却装置１ｕでは、加熱部２０の第２温度と加熱部２０ｔの第３温度とは互いに独立して調整され得る。

具体的には、冷却装置１ｕは、電流源３４に加えて、電流源３４ｔを備える。コントローラ３５は、電流源３４と電流源３４ｔとに、電気的に接続されている。電流源３４は、加熱部２０に電気的に接続されている。電流源３４ｔは、加熱部２０ｔに電気的に接続されている。コントローラ３５は、温度センサ３３の出力信号に基づいて、電流源３４から加熱部２０に供給される電流と、電流源３４ｔから加熱部２０ｔに供給される電流とを制御する。こうして、コントローラ３５は、温度センサ３３の出力信号に基づいて、加熱部２０の第２温度と加熱部２０ｔの第３温度とは互いに独立して調整することができる。

そのため、気泡２５の生成と気泡２５ｔの生成とを独立して制御することができる。マランゴニ対流２６とマランゴニ対流２６ｔとを独立して制御することができる。液体１７に多様な流れ２７を作り出すことができる。発熱体３の種類または発熱体３の周囲温度に応じて、発熱体３をより効率的にまたはより適切に冷却することができる。

例えば、コントローラ３５は、加熱部２０と加熱部２０ｔとに交互に電流を供給して、気泡２５と気泡２５ｔとが交互に生成されてもよい。マランゴニ対流２６とマランゴニ対流２６ｔとが交互に生成されるため、液体１７は、より激しく攪拌される。液体１７の熱伝達能力が増加する。発熱体３で発生した熱は、容器１０（例えば、容器１０の第１壁１１）及び液体１７によって効率的に冷却される。

本実施の形態及びその変形例の冷却装置１ｔ，１ｕでは、気泡生成部２３，２３ｔの数は二つであり、かつ、加熱部２０，２０ｔの数は二つであるが、気泡生成部２３，２３ｔの数は三つ以上であり、かつ、加熱部２０，２０ｔの数は三つ以上であってもよい。

本実施の形態の冷却装置１ｔ，１ｕの効果は、実施の形態１の冷却装置１の効果に加えて、以下の効果を奏する。

本実施の形態の冷却装置１ｔ，１ｕは、第２気泡生成部（気泡生成部２３ｔ）と、第２加熱部（加熱部２０ｔ）とをさらに備える。第２気泡生成部は、容器１０に支持されており、かつ、液体１７に接触している。第２加熱部は、第２気泡生成部を加熱する。第２気泡生成部は、第２気泡生成部に固定されている第２気泡（気泡２５ｔ）を液体１７中に生成する。第２気泡の周囲の液体１７に第２マランゴニ対流（マランゴニ対流２６ｔ）が生成される。そのため、液体１７の流れ２７をより速くし得る。液体１７は、より激しく攪拌され得る。冷却装置１ｔ，１ｕは、発熱体３をより効率的に冷却することができる。

本実施の形態の冷却装置１ｔ，１ｕは、発熱体３の第１温度を直接的または間接的に測定する温度センサ３３と、温度センサ３３の出力信号に基づいて第１加熱部（加熱部２０）の第２温度と第２加熱部（加熱部２０ｔ）の第３温度とを調整するコントローラ３５とをさらに備える。そのため、発熱体３の種類または発熱体３の周囲温度に応じて、発熱体３をより効率的にまたはより適切に冷却することができる。冷却装置１ｔ，１ｕは、発熱体３の温度を発熱体３の適正動作温度範囲内に保つことができる。

本実施の形態の冷却装置１ｕでは、第１加熱部（加熱部２０）の第２温度と第２加熱部（加熱部２０ｔ）の第３温度とは互いに独立して調整され得る。そのため、液体１７に多様な流れ２７を作り出すことができる。冷却装置１ｕは、発熱体３の種類または発熱体３の周囲温度に応じて、発熱体３をより効率的にまたはより適切に冷却することができる。冷却装置１ｕは、発熱体３の温度を発熱体３の適正動作温度範囲内に保つことができる。

今回開示された実施の形態１から実施の形態１０及びそれらの変形例はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。矛盾のない限り、今回開示された実施の形態１から実施の形態１０及びそれらの変形例の少なくとも２つを組み合わせてもよい。例えば、実施の形態１及び実施の形態３から実施の形態１０及びこれらの変形例において、実施の形態２のように、第１気泡生成部の気泡固定面に凹部２４または粗面が形成されてもよい。本開示の範囲は、上記した説明ではなく請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることを意図される。

１，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ，１ｇ，１ｈ，１ｉ，１ｊ，１ｋ，１ｍ，１ｎ，１ｐ，１ｑ，１ｒ，１ｓ，１ｔ，１ｕ 冷却装置、３ 発熱体、３ｐ 中心線、１０ 容器、１１ 第１壁、１１ａ 第１外壁面、１１ｂ 第１内壁面、１１ｃ 取り付け面、１１ｄ 第１壁ベース部材、１１ｅ 高熱伝導壁部分、１１ｆ，１２ｆ 低熱伝導壁部分、１１ｐ，１２ｐ 交点、１２ 第２壁、１２ａ 第２外壁面、１２ｂ 第２内壁面、１２ｄ 第２壁ベース部材、１２ｑ 地点、１３ 第３壁、１３ｂ 熱伝導フィン、１７ 液体、１８ 放熱部材、２０，２０ｔ 加熱部、２１ 光源、２３，２３ｔ 気泡生成部、２４ 凹部、２５，２５ｔ 気泡、２６，２６ｔ マランゴニ対流、２７ 流れ、２８ 低熱伝導層、３０ 熱伝導部材、３０ｅ 熱伝達部材、３３ 温度センサ、３４，３４ｔ 電流源、３５ コントローラ。

Claims (10)

1. 発熱体を冷却する冷却装置であって、前記冷却装置は、
   液体が封入されている容器と、
   前記容器に直接または熱伝達部材を介して取り付けられている放熱部材と、
   前記容器に支持されておりかつ前記液体に接触している第１気泡生成部と、
   前記第１気泡生成部を加熱する第１加熱部とを備え、
   前記容器は、前記発熱体が直接または熱伝導部材を介して取り付けられる取り付け面を含み、
   前記第１気泡生成部は、前記第１気泡生成部に固定されている第１気泡を前記液体中に生成し、
   前記第１気泡の周囲の前記液体に第１マランゴニ対流が生成され、
   前記容器は、第１壁と、前記第１壁に対向する第２壁とを含み、
   前記第１壁は、前記液体に接触する第１内壁面と、前記第１内壁面とは反対側の第１外壁面とを含み、
   前記第２壁は、前記液体に接触しかつ前記第１内壁面に対向する第２内壁面と、前記第２内壁面とは反対側の第２外壁面とを含み、
   前記第１外壁面は、前記取り付け面を含み、
   前記第１気泡生成部は、前記第１内壁面上に設けられており、
   前記第１加熱部は、前記第１外壁面上に設けられており、
   前記放熱部材は、前記第２外壁面に直接または前記熱伝達部材を介して取り付けられており、
   前記第１壁は、第１壁ベース部材と、前記第１壁ベース部材より高い熱伝導率を有する高熱伝導壁部分とを含み、
   前記高熱伝導壁部分は、前記第１気泡生成部と前記第１加熱部との間に設けられている、冷却装置。
2. 前記第１壁は、前記第１壁ベース部材より低い熱伝導率を有する低熱伝導壁部分をさらに含み、
   前記低熱伝導壁部分は、前記第１壁ベース部材と前記高熱伝導壁部分との間に設けられている、請求項１に記載の冷却装置。
3. 前記第１外壁面の第１平面視において、前記第１気泡生成部は前記発熱体に重なっている、請求項１または請求項２に記載の冷却装置。
4. 発熱体を冷却する冷却装置であって、前記冷却装置は、
   液体が封入されている容器と、
   前記容器に直接または熱伝達部材を介して取り付けられている放熱部材と、
   前記容器に支持されておりかつ前記液体に接触している第１気泡生成部と、
   前記第１気泡生成部を加熱する第１加熱部と、
   低熱伝導層とを備え、
   前記容器は、前記発熱体が直接または熱伝導部材を介して取り付けられる取り付け面を含み、
   前記第１気泡生成部は、前記第１気泡生成部に固定されている第１気泡を前記液体中に生成し、
   前記第１気泡の周囲の前記液体に第１マランゴニ対流が生成され、
   前記容器は、第１壁と、前記第１壁に対向する第２壁とを含み、
   前記第１壁は、前記液体に接触する第１内壁面と、前記第１内壁面とは反対側の第１外壁面とを含み、
   前記第２壁は、前記液体に接触しかつ前記第１内壁面に対向する第２内壁面と、前記第２内壁面とは反対側の第２外壁面とを含み、
   前記第１外壁面は、前記取り付け面を含み、
   前記第１気泡生成部は、前記第２内壁面上に設けられており、
   前記第１加熱部は、前記第２外壁面上に設けられており、
   前記放熱部材は、前記第２外壁面に直接または前記熱伝達部材を介して取り付けられており、
   前記低熱伝導層は、前記第１加熱部と前記放熱部材との間に設けられており、かつ、前記第２壁及び前記放熱部材より低い熱伝導率を有しており、
   前記第２外壁面の第２平面視において、前記第１加熱部は前記放熱部材に重なっている、冷却装置。
5. 発熱体を冷却する冷却装置であって、前記冷却装置は、
   液体が封入されている容器と、
   前記容器に直接または熱伝達部材を介して取り付けられている放熱部材と、
   前記容器に支持されておりかつ前記液体に接触している第１気泡生成部と、
   前記第１気泡生成部を加熱する第１加熱部とを備え、
   前記容器は、前記発熱体が直接または熱伝導部材を介して取り付けられる取り付け面を含み、
   前記第１気泡生成部は、前記第１気泡生成部に固定されている第１気泡を前記液体中に生成し、
   前記第１気泡の周囲の前記液体に第１マランゴニ対流が生成され、
   前記容器は、第１壁と、前記第１壁に対向する第２壁とを含み、
   前記第１壁は、前記液体に接触する第１内壁面と、前記第１内壁面とは反対側の第１外壁面とを含み、
   前記第２壁は、前記液体に接触しかつ前記第１内壁面に対向する第２内壁面と、前記第２内壁面とは反対側の第２外壁面とを含み、
   前記第１外壁面は、前記取り付け面を含み、
   前記第１加熱部は、前記第２内壁面上に設けられており、
   前記第１気泡生成部は、前記第１加熱部上に設けられており、
   前記放熱部材は、前記第２外壁面に直接または前記熱伝達部材を介して取り付けられており、
   前記第２壁は、第２壁ベース部材と、前記第２壁ベース部材より低い熱伝導率を有する低熱伝導壁部分とを含み、
   前記低熱伝導壁部分は、前記第１加熱部と前記放熱部材との間に設けられており、
   前記第２外壁面の第２平面視において、前記第１加熱部は前記放熱部材に重なっている、冷却装置。
6. 前記第１気泡生成部の気泡固定面に、前記第１気泡生成部を支持する前記容器の支持部材の表面より粗い粗面または凹部が形成されている、請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の冷却装置。
7. 前記発熱体の第１温度を直接的または間接的に測定する温度センサと、
   前記温度センサの出力信号に基づいて前記第１加熱部の第２温度を調整するコントローラとをさらに備える、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷却装置。
8. 前記容器に支持されておりかつ前記液体に接触している第２気泡生成部と、
   前記第２気泡生成部を加熱する第２加熱部とをさらに備え、
   前記第２気泡生成部は、前記第２気泡生成部に固定されている第２気泡を前記液体中に生成し、
   前記第２気泡の周囲の前記液体に第２マランゴニ対流が生成される、請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の冷却装置。
9. 前記発熱体の第１温度を直接的または間接的に測定する温度センサと、
   前記温度センサの出力信号に基づいて前記第１加熱部の第２温度と前記第２加熱部の第３温度とを調整するコントローラとをさらに備える、請求項８に記載の冷却装置。
10. 前記第１加熱部の前記第２温度と前記第２加熱部の前記第３温度とは互いに独立して調整され得る、請求項９に記載の冷却装置。

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