JP7406046B2 - ルミネッセンス材料と二相冷却デバイスとを有するシステム - Google Patents

ルミネッセンス材料と二相冷却デバイスとを有するシステム Download PDF

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Description

本発明は、ルミネッセンス本体（luminescent body）と二相冷却デバイス（two-phase cooling device）とを有するシステムに関する。本発明は、更に、前記システムを有する光生成システムに関する。
ルミネッセンス本体と二相冷却デバイスとを有するシステムは、当技術分野において知られている。例えば、US2013049041A1は、能動光学要素を組み込む熱伝導及び相転移熱伝達機構について記載している。能動光学要素の例は、光を発するための様々な蛍光体材料、様々な電気的に駆動される発光体、及び光に応じて電流又は電気信号を生成する様々なデバイスを含む。熱伝導及び相転移熱伝達機構の、蒸発と凝縮との間の相転移及び熱伝導は、動作中、能動光学要素を冷却する。能動光学要素の少なくとも一部は、熱伝達機構の蒸気気密チャンバ内の作動流体にさらされる。熱伝達機構は、能動光学要素への又は能動光学要素からの光の通過を可能にし、且つチャンバ内に含まれる蒸気に関して熱伝達機構のチャンバを密閉するために、少なくとも部分的に光学的に透過性である部材を含む。
熱源から熱を除去することは、高輝度照明が必要とされる場合などの、高い電力が必要とされ、発熱がかなりのものである場合には、困難であることがある。とりわけ、小さな蛍光体構成要素などの相対的にルミネッセンス発光性の本体を使用するレーザベースの照明などの相対的に小さな発熱領域に対して十分な冷却を提供することは困難であることがある。完全な水のシステム（full water system）は、高温面のそばを通ることができる液体段階の水の量及び圧力によって制限されることがある。
従来技術は、ハウジング内の、ドライバなどの電子部品であって、ハウジング内のそれ以外の空きスペースは熱界面材料（thermal interface material）で埋められる電子部品について述べている場合がある。しかしながら、ポリマ系複合材料及び黒鉛型熱界面材料などの熱界面材料は、一般に、２０００Ｗ／ｍＫまでの最大熱伝導率を有する場合がある。
ヒートパイプ及びベーパーチャンバなどの二相デバイスは、熱伝導率と相転移との両方に基づいて、２つの場所の間で熱を伝達し得る。とりわけ、冷却液は、熱源において熱を吸収することによって蒸気になることができ、前記蒸気が凝縮して液体になり、潜熱を放出し得る熱交換器まで二相冷却デバイスに沿って移動し得る。しかしながら、発光デバイスを更に含むシステムなどの、このような二相デバイスを含むシステムは、依然として熱的に制限される場合があり、それによって、システムが動作され得る（最大）電力を制限する。
従って、代替システムを提供することが、本発明の或る態様であり、前記代替システムは、好ましくは、更に、上記の不利な点のうちの１つ以上を少なくとも部分的に取り除く。本発明は、従来技術の不利な点のうちの少なくとも１つを解消若しくは改善すること、又は有用な代替手段を提供することを目的とし得る。
従って、本発明は、第１態様においては、熱源、特に、ルミネッセンス本体と、（「二相デバイス」とも呼ばれる）二相冷却デバイスとを有するシステムを提供し得る。前記二相冷却デバイスは、デバイス壁を有してもよく、特に、前記デバイス壁は、（細長い）チャンバを画定する。前記デバイス壁は、先細セクションを有してもよい。前記先細セクションは、接触領域を有してもよく、特に、前記先細セクションは、前記接触領域に向かって先細になっている。前記接触領域は、前記二相冷却デバイスのデバイス軸に沿った第１端部に配設されてもよい。とりわけ、前記接触領域は、前記デバイス軸に（本質的に）垂直な平面領域によって画定されてもよい。従って、前記先細セクションは、前記第１端部に向かって先細になっていてもよい。前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体は、前記接触領域に熱的に結合されてもよい。実施形態においては、前記デバイス壁は、前記接触領域において第１厚さｄ１を有してもよく、ｄ１は、０．０５乃至０．４ｍｍの範囲から、特に、０．１５乃至０．３５ｍｍの範囲からなどの、０．１乃至０．４ｍｍの範囲から選択され、前記第１厚さｄ１は、特に、前記デバイス軸に沿って画定され得る。
特定の実施形態においては、前記システムは、（ｉ）ルミネッセンス本体と、（ｉｉ）二相冷却デバイスとを有してもよく、前記二相冷却デバイスは、デバイス壁を有し、前記デバイス壁は、チャンバを画定し、前記デバイス壁は、接触領域を含む先細セクションを有し、前記先細セクションは、前記接触領域に向かって先細になっており、前記ルミネッセンス本体は、前記接触領域に熱的に結合され、前記デバイス壁は、前記接触領域において第１厚さｄ１を有し、ｄ１は、０．１５乃至０．３５ｍｍの範囲から選択される。
本発明のシステムは、十分な耐（機械的）応力性を保ちながら、相対的に薄い前記接触領域のために、前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体から前記二相冷却デバイス（内の液体）への熱伝達が改善され得るという利点を提供し得る。例えば、ヒートパイプは、一般に、前記ヒートパイプが熱伝達のためにさらされる可能性のある（機械的）応力に耐えることができるような、約０．４ｍｍ以上の壁厚を有し得る。本発明の二相冷却デバイスの厚さの局所的な削減は、前記接触領域の第１側面と第２側面との間の低い温度差(ΔＴ)をもたらす可能性があり、このことは、前記二相冷却デバイスによって促進される熱伝達全体を向上させ得る。（前記接触領域の）前記第１側面は、特に、前記チャンバに面していてもよいのに対して、（前記接触領域の）前記第２側面は、特に、前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体に面していてもよい。
とりわけ、前記先細セクションは、前記接触領域に向かって前記二相冷却デバイスの断面積を減少させ得る。従って、前記接触領域の面積は、相対的に小さい可能性があるが、厚さの削減により、より低いΔＴにおいてより多くの熱伝達を可能にし得る。前記先細セクションは、水が（先細）デバイス壁に沿って前記接触領域へ流れることを可能にしながら、特にデバイス軸に沿った、前記接触領域から上方への蒸気の移動を促進し得る。とりわけ、前記二相冷却デバイスは、前記接触領域とは反対側の第２接触領域を介して熱交換器に機能的に結合されてもよく（下記参照）、前記第２接触領域は、熱交換器への熱伝達のための液体／表面の制限が低減され得るように、（先細のため）前記接触領域よりも大きな面積を有する。とりわけ、一般的なヒートパイプなどの一般的な二相冷却デバイスにおいては、熱が、相対的に大きな表面から同様に大きな表面へ伝達され得るが、本発明のシステムは、二相冷却デバイスに「ホットスポット」を設け、高出力密度で前記ホットスポットから熱を除去する。前記熱伝達が向上されるので、前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体は、より効果的に冷却される可能性があり、このことは、同じ動作電力における前記熱源の温度の低下をもたらし、このことは、更に、加熱による前記二相冷却デバイスの機械的応力の減少をもたらす。更に、前記熱源は、本発明の二相冷却デバイスの最大応力レベルを超えないようにしながら、より高い電力において動作されることができ、より高い輝度をもたらす。
更に、前記先細セクションは、動作中、冷却液を前記接触領域まで案内し得るので、前記先細セクションは、前記二相冷却デバイスの作用角（working angle）を増加させ得る。とりわけ、一般的な二相冷却デバイスのウィック（wick）は、高い局所熱負荷で相対的に早く乾燥する傾向があるが、前記先細セクション、特に、Ｖ字形の先細セクションは、液体を、重力により前記接触領域に戻るよう誘導しながら、前記二相冷却デバイスを傾けることを容易にし得る。
実施形態においては、本発明は、熱源、特に、ルミネッセンス本体を有するシステムを提供し得る。「熱源」という用語は、本明細書においては、動作中に熱を発生させる物体を指すことがある。「熱源」という用語は、とりわけ、持続的な動作のためには冷却を必要とする可能性がある物体を指すことがある。例えば、実施形態においては、前記熱源は、ルミネッセンス本体、制御システム、ドライバ、プリント回路基板（ＰＣＢ）、及び（ＬＥＤ又はダイオードレーザなどの）発光デバイスを含むグループから選択される要素を有してもよい。
例えば、実施形態においては、前記システムは、複数の二相冷却デバイスを有してもよく、前記複数の冷却デバイスは、（単一の）ＰＣＢに熱的に結合され、特に、前記ＰＣＢの異なるＰＣＢ構成要素に熱的に結合される。このような実施形態においては、異なるＰＣＢ構成要素は、異なる量の熱伝達を必要とすることがあるので、前記複数の冷却デバイスは、特に、ｄ１について異なる値を有することがある。
前記熱源は、とりわけ、ルミネッセンス本体であり得る。前記ルミネッセンス本体は、ルミネッセンス材料、特に、蛍光体を有してもよい。実施形態においては、前記ルミネッセンス本体は、層、多層、又は焼結体、特に、セラミック体を有してもよい。「ルミネッセンス材料」という用語は、本明細書においては、光源放射線（下記参照）をルミネッセンス材料放射線に変換するよう構成される材料を指すことがあり、この変換は、一般に（かなりの）発熱を伴い得る。特定の実施形態においては、前記ルミネッセンス本体は、セラミック体又は単結晶を有する。
本発明は、本明細書においては、説明目的で、主に、前記熱源がルミネッセンス本体を有する実施形態に関して説明され得る。しかしながら、本発明がこのような実施形態に限定されないことは、当業者には明らかであるだろう。
前記システムは、二相冷却デバイスを更に有してもよい。二相冷却デバイスは、熱伝導率と相転移との両方に基づいて、２つの場所の間で熱を伝達するデバイスであり得る。とりわけ、前記二相冷却デバイスには、（例えば、銅製デバイスの場合は）水又は（例えば、アルミニウム製デバイスの場合は）アセトンなどの液体が加えられることがあり、前記二相冷却デバイスは、真空封止（vacuum seal）されることがある。前記二相デバイスの或る領域に熱が加えられる場合、前記液体は、蒸気に変わり、より低い圧力の領域に移動することができ、前記より低い圧力の領域において、前記蒸気は、冷え、液体の形態に戻り、そうすると、前記液体は、前記熱源に戻る。
実施形態においては、前記二相冷却デバイスは、特にヒートパイプ若しくはベーパーチャンバ要素、特にヒートパイプ、又は特にベーパーチャンバ要素を有してもよい。ベーパーチャンバ要素及びヒートパイプは、当技術分野において知られており、本質的に同じ原理に基づいていてもよい。前記ヒートパイプと前記べーパーチャンバ要素との間の違いは、前記ヒートパイプは、本質的にロッド状の形状を有し得るのに対して、前記べーパーチャンバ要素は、一般に、平面形状を有し得ることであり得る。とりわけ、前記べーパーチャンバ要素は、（最大５ｍｍのような）短い相対距離にある２つの本質的に平面のプレートを含み得る。更に、前記ベーパーチャンバ要素の場合は、前記ホットスポットが相対的に自由に選ばれ得るのに対して、ヒートパイプの場合は、一般に、円筒形ヒートパイプの基部（base）などの、前記ロッドの、反対側に置く側部（opposing sides）に、熱い側部と冷たい側部とがある。
前記二相冷却デバイスは、デバイス壁を有してもよく、特に、前記デバイス壁は、（細長い）チャンバを画定する。とりわけ、前記デバイス壁は、前記チャンバを囲んでもよい。前記デバイス壁は、一般に、気密であってもよい。前記デバイス壁は、特に、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、ニッケル、モネル、タングステン、ニオブ、タングステン、モリブデン及びインコネルを含むグループから選択される熱伝導材料を有してもよい。とりわけ、中温二相冷却デバイスは、ニッケルを有する可能性があり、高温二相冷却デバイスは、モネル、タングステン、ニオブ、モリブデン及びインコネルのうちの１つ以上を有する可能性がある。実施形態においては、合金などの、例えば２つ以上の金属の、材料の組み合わせも適用され得る。ルミネッセンス本体に機能的に結合するよう構成される二相冷却デバイスは、特に、このようなシステムの動作温度にとりわけ適している可能性がある、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル及びチタンを含むグループから選択される熱伝導性材料を含むデバイス壁を有してもよい。
更なる実施形態においては、前記デバイス壁は、低い熱膨張率を持つ材料、特にセラミック材料、より特に（石英）ガラスを有してもよい。とりわけ、低い熱膨張率は、より低い機械的応力をもたらす可能性があり、このことは、前記厚さを更に（局所的に）減少させることを可能にし得る。例えば、石英ガラスは、前記石英ガラスを破壊することなく、一方の側部において前記石英ガラスを加熱し、他方の側部において前記石英ガラスを極度に冷却することを可能にする、０に近い熱膨張率を持つ場合があり、このことは、より小さなΔＴを得ることを容易にし得る。
前記チャンバは、特に、細長いチャンバであってもよく、特に、前記チャンバの伸長軸は、前記接触領域に対して垂直である。前記デバイス軸は、特に、前記チャンバの前記伸長軸と平行であってもよい。
前記二相冷却デバイス、特に、前記デバイス壁は、第１セクションを有してもよい。前記第１セクションは、前記二相冷却デバイスのデバイス軸に沿った（前記二相冷却デバイスの）第１端部に接触領域を有してもよい。前記第１セクションは、第１壁セグメントと第２壁セグメントとを有してもよく、前記第１壁セグメントは、前記接触領域を画定し、前記デバイス軸に対して（本質的に）垂直に配設される。実施形態においては、前記第２壁セグメントは、特に、前記デバイス軸と平行であってもよい。更なる実施形態においては、前記第１セクションは、先細セクションであってもよい。
従って、前記二相冷却デバイス、特に、前記デバイス壁は、先細セクションを有してもよい。前記先細セクションは、前記接触領域に向かって先細になっていてもよい。従って、前記二相冷却デバイスの、特に、前記チャンバの断面であって、前記接触領域における、前記デバイス軸に対して垂直な断面は、前記先細セクションの、前記接触領域とは反対側の端部における前記二相冷却デバイスの第２断面であって、前記デバイス軸に対して垂直な第２断面よりも小さな面積を有してもよい。とりわけ、前記接触領域における断面は、前記二相冷却デバイスの、前記デバイス軸に垂直な全ての断面のうちで最も小さい面積を有してもよい。
前記接触領域は、特に、前記二相冷却デバイスのデバイス軸に沿った（前記二相冷却デバイスの）第１端部に配設されてもよい。前記接触領域は、平面形状を有してもよく、特に、前記接触領域は、前記デバイス軸に対して垂直に配設される。とりわけ、前記先細セクションが、前記接触領域を有してもよい。従って、前記先細セクションは、第１壁セグメントと第２壁セグメントとを有してもよく、前記第１壁セグメントは、前記接触領域を画定し、前記デバイス軸に対して（本質的に）垂直に配設され、前記第２壁セグメントは、前記デバイス軸に対してテーパ角（tapering angle）αｔで配設され、２０≦αｔ≦６０である。実施形態においては、前記テーパ角αｔは、本質的に一定であってよく、例えば、（前記デバイス軸に沿った）前記第２壁セクションの長さの少なくとも８０％に沿って一定であってもよい。しかしながら、更なる実施形態においては、前記テーパ角αｔは、前記先細セクションに沿って、特に前記デバイス軸に沿って、変化してもよい。
実施形態においては、前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体は、前記接触領域に熱的に結合されてもよく、即ち、前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体は、前記接触領域と熱的接触していてもよい。特に、「熱的接触」という用語は、要素が、別の要素と熱の処理（process）を通してエネルギのやりとりをすることができることを示すことがある。実施形態においては、２つの要素が互いに対して約１０μｍ以下の距離を置いて配設される場合、前記２つの要素間の熱的接触が達成され得るが、最大１００μｍなどのより大きな距離が可能であり得る。前記距離が短ければ短いほど、前記熱的接触は良好であり得る。特に、前記距離は、５μｍ以下などの、１０μｍ以下であってもよい。前記距離は、それぞれの要素の２つのそれぞれの表面の間の距離であってもよい。前記距離は、平均距離であってもよい。例えば、前記２つの要素は、複数の位置などの、１つ以上の位置において物理的に接触していてもよいが、１つ以上の、特に複数の他の位置においては、前記要素は物理的に接触していない。例えば、一方又は両方の要素が粗い表面を有する場合、これが当てはまり得る。従って、実施形態においては、前記２つの要素間の距離は、平均において、１０μｍ以下であり得る（が、最大１００μｍなどのより大きな平均距離が可能であり得る）。実施形態においては、前記２つの要素の２つの表面は、１つ以上の距離保持具（distance holder）によって或る距離を保たれ得る。
本明細書においては、「熱的接触」という用語は、特に、少なくとも５０Ｗ／ｍＫなどの、少なくとも２０Ｗ／ｍＫなどの、少なくとも約１０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を供給し得る要素の配置を指すことがある。実施形態においては、「熱的接触」という用語は、特に、少なくとも１７０Ｗ／ｍＫ、特に少なくとも約２００Ｗ／ｍＫなどの、少なくとも約１５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を供給し得る要素の配置を指すことがある。実施形態においては、「熱的接触」という用語は、特に、少なくとも３００Ｗ／ｍＫ、特に少なくとも約４００Ｗ／ｍＫなどの、少なくとも約２５０Ｗ／ｍＫの熱伝導率を供給し得る要素の配置を指すことがある。
前記接触領域と、前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体との間の空隙は、熱伝達に悪影響を及ぼす可能性がある。従って、実施形態においては、前記システムは、前記接触領域と前記ルミネッセンス本体との間に配設される放熱グリス（thermal paste）を有してよい。前記放熱グリスは、特に、前記接触領域及び前記ルミネッセンス本体に熱的接触していてもよい。前記放熱グリスは、特に、少なくとも０．１Ｗ／ｍＫの熱伝導率、特に、少なくとも２Ｗ／ｍＫなどの、少なくとも１Ｗ／ｍＫの熱伝導率を供給し得る。実施形態においては、前記放熱グリスは、０．１乃至５Ｗ／ｍＫの範囲などの、０．１乃至１５Ｗ／ｍＫの範囲から選択される熱伝導率を有し得る。
従って、前記二相冷却デバイスは、前記熱源から離れるように、特に、前記ルミネッセンス本体から離れるように、熱を輸送するよう構成され得る。
実施形態においては、前記デバイス壁は、前記接触領域において第１厚さｄ１を有してもよく、特に、ｄ１は、≦０．４ｍｍである。更なる実施形態においては、ｄ１は、０．１乃至０．４ｍｍの範囲、特に、０．１５乃至０．３５ｍｍの範囲からなどの、０．０５乃至０．４ｍｍの範囲から選択されてもよい。前記第１厚さｄ１は、特に、前記デバイス軸に沿って画定され得る。とりわけ、小さいｄ１は、とりわけ小さいΔＴを持つ低電力システムを提供することを可能にする可能性があり、このデバイスは、前記熱源を過熱することなく、より高い周囲温度で動作することができる可能性がある。
一般に、二相冷却デバイスは、典型的には、筐体（管又は平面形状）の内壁に適用されるウィック構造（焼結粉末、網目スクリーン、及び／又は溝）を含み得る。しかしながら、本発明の二相冷却デバイス、特に、前記チャンバは、中空であってもよく、即ち、前記二相冷却デバイスには、（本質的に）ウィック構造がなくてもよい。二相デバイスにおけるウィック構造は、一般に、前記液体が、前記二相デバイスの冷たい側部において凝縮されると、前記二相デバイスの熱い側部に戻るような毛細管効果を提供する役割を果たし得る。しかしながら、前記ウィック構造は、前記二相デバイスの全体的な熱伝達を制限する場合がある。
したがって、本発明の二相デバイスは、一般に、中空であってもよい。とりわけ、前記二相デバイスの前記先細セクションは、重力が、前記液体を、前記冷たい側部において凝縮されると、引っ張るので、前記液体を前記接触領域まで案内し得る。
前記二相冷却デバイスがベーパーチャンバ要素を有する実施形態においては、前記ベーパーチャンバ要素は、２つの平行に構成されるプレートによって少なくとも部分的に画定されるベーパーチャンバ要素を有してもよく、即ち、実施形態においては、前記ベーパーチャンバ要素は、特に間にベーパーチャンバを備える、第１プレート及び第２プレートを有してもよい。前記第１プレート及び前記第２プレートは、特に平行に配設され得る。従って、実施形態においては、前記ベーパーチャンバは、チャンバ高さに等しい平均プレート距離を有する少なくとも第１プレート及び第２プレートによって画定されてもよく、即ち、前記第１プレート及び前記第２プレートは、前記チャンバ高さを画定し得る。それらのプレートは、閉じたチャンバを供給するよう、前記プレートの縁端部において溶接されてもよい。前記プレートはまた、１つ以上の縁端部と一緒に、前記べーパーチャンバを画定し得る。実施形態においては、前記第１プレートのかなりの部分及び前記第２プレートのかなりの部分にわたって、前記プレートは平行に構成され得る。例えば、前記第１プレートの面積の少なくとも９０％のような、少なくとも８０％などの、少なくとも５０％にわたって、及び前記第２プレートの面積の少なくとも９０％のような、少なくとも８０％などの、少なくとも５０％にわたって、前記プレートは平行に構成され得る。従って、前記第１プレートのかなりの部分及び前記第２プレートのかなりの部分にわたって、前記プレート間の距離は、本質的に変化しない場合がある。前記第１プレート及び前記第２プレートは、特に、角丸矩形のような、（同じ）矩形に近似し得る。とりわけ、前記平行に構成されるプレートに関する「平行」という用語は、本明細書においては、２つのプレートが、前記プレートのかなりの部分にわたって互いから本質的に同じ（最短）距離を有することを指し得る。従って、前記２つのプレートは、例えば、特に同じ曲率半径で曲げられてもよく、それでも平行であるとみなされ得る。従って、このような実施形態においては、前記（細長い）チャンバは、前記べーパーチャンバであり得る。
実施形態においては、前記デバイス壁は、単一のピース(の材料)から成形されてもよい。
実施形態においては、前記チャンバは、少なくとも０．５ｃｍ３、特に少なくとも（約）１ｃｍ３などの、少なくとも約２ｃｍ３、特に少なくとも約５ｃｍ３などの、約１０ｃｍ３などの、少なくとも（約）１ｍｍ３のチャンバ体積を有していてもよい。実施形態においては、前記チャンバ体積は、最大で５００ｃｍ３、特に最大で１００ｃｍ３などの、最大で２５ｃｍ３、更により特に最大で（約）１０ｃｍ３などの、最大で（約）１０００ｃｍ３であってもよい。とりわけ、前記チャンバ体積が大きい場合、前記チャンバは、更に、（補助）ヒートシンクとしての役割を果たし得る。
実施形態においては、前記システムは、光生成デバイス、特に、レーザベースの光生成デバイスを更に有してもよい。前記（レーザベースの）光生成デバイスは、（レーザ）光源光を、特に１つ以上の光学要素を介して、前記ルミネッセンス本体に供給するよう構成されてもよい。従って、前記光生成デバイスは、レーザを有してもよい。特定の実施形態においては、前記光生成デバイスは、光源を有し、前記光源は、ダイオードレーザのような、レーザを有する。特定の実施形態においては、前記光生成デバイスは、レーザである。
前記ルミネッセンス本体は、前記（入射）光源光（の少なくとも一部）をルミネッセンス材料光に変換するよう構成され得る。とりわけ、前記ルミネッセンス本体は、前記（入射）光源光の少なくとも一部をルミネッセンス材料光に変換するよう構成されるルミネッセンス材料を有してもよい。
実施形態においては、前記二相冷却デバイス、特に、前記先細セクションは、テーパ角αｔで前記接触領域に向かって先細になっていてもよい。前記テーパ角αtは、特に、前記デバイス壁によって画定される２つの平面の間の（最小）角度であってもよく、特に、前記２つの平面のうちの第１平面は、前記先細セクションによって画定され、特に、前記２つの平面のうちの第２平面は、前記デバイス軸に平行である。従って、前記テーパ角αtはまた、前記先細セクションによって定められる平面と、前記デバイス軸との間の（最小）角度であってもよい（と定義されてもよい）。
実施形態においては、前記二相冷却デバイスの少なくとも一部、特に、前記第２セクションは、円筒形状を有してもよい。更なる実施形態においては、前記先細セクションは、円錐台（conical frustum）に近い形状を有してもよい。このような実施形態においては、前記第１平面は、特に、（ｉ）前記円錐台の上面と下面との間に渡される、前記円錐台の表面に沿って走る最短線、及び（ｉｉ）この最短線に沿った点における前記円錐台の接線に平行に定められ得る。更なる実施形態においては、前記接触領域は、円形の形状を有してもよい。
更なる実施形態においては、前記第２セクションはまた、直角四角柱又は直角六角柱などの、直角柱形状を有してもよい。更なる実施形態においては、前記先細セクションは、４つ又は６つの側面を備える角錐形状などの、角錐形状を有してもよい。更なる実施形態においては、前記接触領域は、正方形又は六角形などの、正多角形の形状を有してもよい。
とりわけ、前記先細セクションは、前記先細セクションの一方の側において前記第２セクションの形状を提供しながら、前記先細セクションの他方の側において前記接触領域の形状を提供するように選択される形状を有してもよい。例えば、前記先細セクションは、円筒形の第２セクションから正方形の接触領域に向かって先細になっていてもよい。
実施形態においては、前記（平均）テーパ角αｔは、１０°乃至７０°の範囲から、特に、２５°乃至５５°の範囲からなどの、２０°乃至６０°の範囲から選択され得る。更なる実施形態においては、αｔは、≧１５°などの≧１０°、特に、≧２５°などの≧２０°、特に≧３０°である。更なる実施形態においては、αｔは、≦６５°などの≦７０°、特に、≦５５°などの≦６０°、特に≦５０°である。
前記二相デバイスのために小さい又は大きいテーパ角αｔを選択する矛盾する理由が存在し得る。とりわけ、より大きなテーパ角は、前記二相デバイスのより大きな作用角をもたらす可能性があり、即ち、より大きなテーパ角αｔは、鉛直動作からの逸脱に対する前記二相デバイスのより大きな許容範囲をもたらし得る。しかしながら、より小さなテーパ角は、前記接触領域への（冷却）液体の流れの改善をもたらし得る。従って、前記テーパ角αｔは、特に、２０°乃至６０°の範囲からなどの、２５°乃至６５°の範囲から選択され得る。矛盾する利点を考慮すると、このようなテーパ角αｔが、とりわけ有利であり得る。
更なる実施形態においては、前記先細セクションは、（本質的に）一定のテーパ角αｔで（前記接触領域に向かって）先細になっていてもよい。従って、前記テーパ角αｔは、前記先細セクションの、少なくとも７０％、特に少なくとも８０％などの、少なくとも９０％などの、少なくとも６０％に沿って、一定であってもよい。
更なる実施形態においては、前記先細セクションは、変化する角度で前記接触領域に向かって先細になっていてもよい。従って、前記テーパ角αｔは、特に、（前記先細セクションの）平均テーパ角αｔであってもよい。
前記システムの動作中、前記デバイス壁に気泡（蒸気）が生じることがあり、このことは、局所的に熱伝達を低減させることがある。とりわけ、前記接触領域（又は前記接触領域の近く）に気泡が生じる場合には、前記熱源から前記二相デバイスへの熱伝達が低減されることがある。従って、実施形態においては、前記二相冷却デバイス、特に、前記先細セクションは、内側に、滑らかな表面を有してもよい。とりわけ、実施形態においては、前記デバイス壁は、第１面と第２面とを有してもよく、前記第１面は、前記チャンバに向けられ、前記第２面は、前記二相冷却デバイスの外部に向けられ、前記先細セクションによって含まれる前記第１面の少なくとも一部は、≦４０ｎｍ、特に≦２５ｎｍなどの、≦１５ｎｍ、特に≦１０ｎｍなどの、≦５ｎｍ、特に≦３ｎｍなどの、≦２ｎｍなどの、≦１２０ｎｍ、特に≦６０ｎｍの表面粗さを有する。
(前記第１面の)表面は、前記二相冷却デバイスの他の部分においては、より粗くてもよい。従って、更なる実施形態においては、前記先細セクションに含まれない前記第１面の少なくとも一部、特に、前記接触領域に含まれない前記第１面の少なくとも一部は、前記先細セクションによって（又は前記接触領域によって）含まれる前記第１面の少なくとも一部よりも大きな表面粗さを有してもよい。
実施形態においては、前記デバイス壁は、第２セクションを有してもよい。とりわけ、前記先細セクションと前記第２セクションとが、一緒に、前記デバイス壁を画定してもよく、即ち、前記デバイス壁は、前記先細セクション及び前記第２セクションから成っていてもよい。前記デバイス壁は、前記第２セクションにおいて、０．４乃至２ｍｍの範囲、特に０．４乃至１ｍｍの範囲からなどの、０．４乃至０．６ｍｍの範囲からなどの、≧０．４ｍｍの範囲から選択され、特に、０．４乃至３ｍｍの範囲から選択される第２厚さｄ２を有してもよい。
従って、前記デバイス壁は、前記接触領域に比べて前記第２セクションにおいてより厚くてもよい。前記二相冷却デバイスは、一般に、材料応力に対する耐性を高めるために第２厚さｄ２を有し得るが、前記接触領域における、特に、前記ルミネッセンス本体と前記接触領域との間などの、前記熱源と前記接触領域との間の、熱伝達を増大させるために、局所的に、特に前記接触領域においては、低減した厚さを有し得る。とりわけ、ｄ１／ｄ２は、≦０．７、特に≦０．６などの、≦０．５などの、≦０．９、特に≦０．８である。更なる実施形態においては、ｄ１／ｄ２は、≧０．４、特に≧０．５などの、≧０．６などの、≧０．３である。
従って、更なる実施形態においては、前記先細セクションにおける前記デバイス壁の少なくとも一部は、前記第２厚さｄ２を有してもよい。
実施形態においては、前記ルミネッセンス本体は、特に前記接触領域によって定められる平面に垂直な、本体厚さｄｂを有することができ、前記本体厚さｄｂは、≦１ｍｍ、特に≦０．８ｍｍなどの、≦０．６ｍｍ、特に≦０．５ｍｍなどの、≦２ｍｍである。
実施形態においては、前記接触領域は、５乃至６０ｍｍ２の範囲、特に１０乃至３０ｍｍ２の範囲からなどの、１乃至１００ｍｍ２の範囲から選択される接触面積ａｃを有してもよい。更なる実施形態においては、ａｃ≧０．５ｍｍ２、特にａｃ≧１ｍｍ２などの、ａｃ≧２ｍｍ２、特にａｃ≧５ｍｍ２などの、ａｃ≧１０ｍｍ２、特にａｃ≧１５ｍｍ２などの、ａｃ≧０．１ｍｍ２である。更なる実施形態においては、ａｃ≦１００ｍｍ２、特にａｃ≦８０ｍｍ２などの、ａｃ≦６０ｍｍ２、特にａｃ≦５０ｍｍ２、より特にａｃ≦４０ｍｍ２などの、ａｃ≦３０ｍｍ２、特にａｃ≦２０ｍｍ２などの、ａｃ≦１５０ｍｍ２である。
上記のように、前記二相冷却デバイスは、デバイス軸を有してもよい。前記デバイス軸は、前記接触領域に対して垂直に、即ち、前記接触領域における壁セクションによって定められる平面に対して垂直に配設されてもよい。
前記接触面積ａｃは、特に、前記デバイス軸に垂直な（前記二相冷却デバイスの）断面積であってもよい。
実施形態においては、前記二相冷却デバイスは、前記デバイス軸に垂直な平均断面積ａｍを有してもよく、ａｃ≦０．７＊ａｍ、特にａｃ≦０．６＊ａｍなどの、ａｃ≦０．５＊ａｍなどの、ａｃ≦０．８＊ａｍである。更なる実施形態においては、ａｃ≧０．２＊ａｍ、特にａｃ≧０．３＊ａｍなどの、ａｃ≧０．５＊ａｍなどの、ａｃ≧０．１＊ａｍである。
更なる実施形態においては、前記第２セクションは、前記デバイス軸に垂直な（平均）断面積ａ２を有してもよく、ａｃ≦０．７＊ａ２、特にａｃ≦０．６＊ａ２などの、ａｃ≦０．５＊ａ２などの、ａｃ≦０．８＊ａ２である。更なる実施形態においては、ａｃ≧０．２＊ａ２、特にａｃ≧０．３＊ａ２などの、ａｃ≧０．５＊ａ２などの、ａｃ≧０．１＊ａ２である。
前記接触面積ａｃは、特に、前記接触面積に面する、前記熱源の面、特に、前記ルミネッセンス本体の面と同様の面積を有してもよい。従って、実施形態においては、前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体は、５乃至６０ｍｍ２の範囲、特に１０乃至３０ｍｍ２の範囲からなどの、１乃至１００ｍｍ２の範囲から選択される接触面積ａｈを有してもよい。更なる実施形態においては、ａｈ≧０．５ｍｍ２、特にａｈ≧１ｍｍ２などの、ａｈ≧２ｍｍ２、特にａｈ≧５ｍｍ２などの、ａｈ≧１０ｍｍ２、特にａｈ≧１５ｍｍ２などの、ａｈ≧０．１ｍｍ２である。更なる実施形態においては、ａｈ≦１００ｍｍ２、特にａｈ≦８０ｍｍ２などの、ａｈ≦６０ｍｍ２、特にａｈ≦５０ｍｍ２、より特にａｈ≦４０ｍｍ２などの、ａｈ≦３０ｍｍ２、特にａｈ≦２０ｍｍ２などの、ａｈ≦１５０ｍｍ２である。とりわけ、実施形態においては、０．９≦ａｈ／ａｃ≦１．１などの、０．８≦ａｈ／ａｃ≦１．２である。
二相冷却デバイスは、一般に、低いガス圧、即ち、前記チャンバ内の低いガス圧で動作され得る。とりわけ、前記二相冷却デバイスは、前記チャンバ内の冷却液の蒸発圧力、即ち、一般に真空に近い可能性がある、前記冷却液の蒸気が（所与の温度に対して）前記冷却液の凝縮状態と熱力学的平衡状態にある圧力で動作され得る。例えば、水の場合は、前記蒸発圧力は、約０．２ｂａｒなどの、０．１乃至０．５ｂａｒ（絶対圧力）の範囲から選択され得る。このような低い圧力においては、前記冷却液は、容易に蒸発することができ、このことは、前記二相冷却デバイス内で熱を伝達することを容易にし得る。
実施形態においては、前記冷却液は、水を含み得る。このような実施形態においては、前記チャンバ内のチャンバガス圧ｐｃは、特に、≦０．３ｂａｒ、特に≦０．２ｂａｒなどの、≦０．１ｂａｒなどの、≦０．５ｂａｒの範囲から選択されてもよい。更なる実施形態においては、前記チャンバガス圧ｐｃは、特に、０．１乃至０．５ｂａｒの範囲からなどの、０乃至０．５ｂａｒの範囲から選択されてもよい。
他の冷却液は、実質的により高い蒸発圧力を有してもよい。例えば、ＣＯ２の場合は、前記蒸発圧力は、（室温において）＞５ｂａｒの蒸発圧力を有することがある。従って、実施形態においては、前記チャンバガス圧ｐｃは、≧１．５ｂａｒ、特に≧２ｂａｒなどの、≧３ｂａｒ、特に≧５ｂａｒなどの、≧１０ｂａｒなどの、≧１ｂａｒである。更なる実施形態においては、前記チャンバガス圧ｐｃは、≦５０ｂａｒ、特に≦２０ｂａｒなどの、≦１０ｂａｒ、特に≦５ｂａｒなどの、≦１００ｂａｒである。
従って、更なる実施形態においては、前記チャンバガス圧ｐｃは、０．８＊ｐｅ≦ｐｃ≦１．２＊ｐｅ、特に０．９＊ｐｅ≦ｐｃ≦１．１＊ｐｅなどの、液体の蒸発圧力ｐｅに近いよう選択されてもよい。当業者は、前記冷却液に適した圧力を選択することができ、特に、動作温度を考慮して前記冷却液の前記蒸発圧力に前記圧力を設定することができるだろう。
従って、前記デバイス壁は、前記二相冷却デバイスの外部の、前記チャンバガス圧ｐｃに対して相対的により高い（周囲）圧力に起因して、機械的応力を経験する可能性がある。従って、実施形態においては、前記システムは、圧力制御要素を有してもよく、前記圧力制御要素は、外部空気圧を、１＊ｐｃ乃至１．２＊ｐｃの範囲内、特に１＊ｐｃ乃至１．１＊ｐｃの範囲内などの、０．９＊ｐｃ乃至１．３＊ｐｃの範囲内で制御するよう構成される。本発明の二相冷却デバイスは、前記接触領域における前記第１厚さｄ１に起因して、機械的応力に対して局所的に増大された脆弱性を有し得る。従って、とりわけ、前記接触領域は、前記外部空気圧にさらされる可能性があり、前記圧力制御要素は、（前記接触領域がさらされる）前記外部空気圧を、１＊ｐｃ乃至１．２＊ｐｃの範囲内、特に１＊ｐｃ乃至１．１＊ｐｃの範囲内などの、０．９＊ｐｃ乃至１．３＊ｐｃの範囲内で制御するよう構成される。
更なる実施形態においては、前記圧力制御要素は、前記二相冷却デバイス、特に前記先細セクション、より特に前記接触領域がさらされる前記外部空気圧を制御するよう構成されてもよい。
前記二相冷却デバイスは、熱源、ここでは特にルミネッセンス本体から前記二相冷却デバイスに熱が伝達される「熱い側部」と、前記二相冷却デバイスから熱交換器、特にヒートシンクに熱が伝達される「冷たい側部」とを有し得る。従って、実施形態においては、前記二相冷却デバイスは、第２接触領域を有してもよい。前記第２接触領域は、特に、前記デバイス軸（Ａ）に沿った前記二相冷却デバイスの第２端部などの、前記接触領域の反対側に配設されてもよい。このような実施形態においては、前記システムは、更に、熱交換器を有してもよく、又は熱交換器に機能的に結合されてもよく、前記第２接触領域は、前記熱交換器に熱的に結合される。「第２接触領域」という用語は、複数の第２接触領域を指すこともある。
前記光生成デバイスは、使用中に熱くなることもあり、従って、前記光生成デバイスを冷却することは有益であり得る。従って、実施形態においては、前記光生成デバイスが、（同様に、）特に前記接触領域などの、前記先細セクションにおいて、前記二相冷却デバイスに熱的に結合されてもよい。一般に、前記光生成デバイスは、前記ルミネッセンス本体などの前記熱源ほど熱くならない可能性があり、従って、前記第２厚さは、前記光生成デバイスにおいて適切な温度を維持するために十分な熱伝達を提供し得る。
過度の熱は、前記二相冷却デバイス、前記光生成デバイス、及び／又は前記ルミネッセンス本体に損傷を与え得る。従って、実施形態においては、前記システムは、制御システム及び温度センサを更に有してもよい。前記温度センサは、特に、前記ルミネッセンス本体の温度を決定し、温度関連信号を前記制御システムに供給するよう構成されてもよい。
更なる実施形態においては、前記温度センサは、前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体のコア温度を決定するよう構成されてもよい。このような実施形態においては、前記制御システムは、前記光生成デバイス及び／若しくは前記熱交換器を制御することによって、特に前記光生成デバイスを制御することによって、又は特に前記熱交換器を制御することによって、前記ルミネッセンス本体の前記コア温度を、≦２００℃の範囲内、特に≦１８０℃の範囲内などの、≦１７０℃の範囲内などの、≦２２０℃の範囲内で制御するよう構成されてもよい。
とりわけ、前記温度センサは、前記熱源、特に、前記ルミネッセンス本体の表面温度、特に、前記接触領域に向けられる（前記ルミネッセンス本体の）表面の表面温度を決定するよう構成されてもよい。このような実施形態においては、前記制御システムは、前記光生成デバイス及び／若しくは前記熱交換器を制御することによって、特に前記光生成デバイスを制御することによって、又は特に前記熱交換器を制御することによって、前記ルミネッセンス本体の前記（表面）温度を、≦８５℃の範囲内、特に≦８０℃の範囲内などの、≦７５℃の範囲内などの、≦１００℃の範囲内、特に≦９０℃の範囲内で制御するよう構成されてもよい。
実施形態においては、前記システムは、ハウジングを有してもよい。とりわけ、前記ハウジングは、前記二相デバイス及び前記ルミネッセンス本体を含み得る。
上記のように、前記システムは、光生成デバイスを有してもよい。前記光生成デバイスは、１つ以上の光源を有してもよい。特に、実施形態においては、前記１つ以上の光源は、固体光源を有してもよい。例えば、前記１つ以上の光源は、ＬＥＤを有してもよい。前記１つ以上の光源は、実施形態においてはＬＥＤ光のような、光源光を生成するよう構成される。前記光源光は、特に、ＵＶ光及び／若しくは青色光、例えば、特にＵＶ光、又は特に青色光を有してもよい。
前記システムは、例えば、オフィス照明システム、家庭用アプリケーションシステム、店舗照明システム、家庭用照明システム、アクセント照明システム、スポット照明システム、劇場照明システム、光ファイバアプリケーションシステム、投影システム、自己照明ディスプレイシステム(self-lit display system)、画素化ディスプレイシステム、セグメント化ディスプレイシステム、警告標識システム、医療用照明アプリケーションシステム、インジケータサインシステム、装飾照明システム、携帯用システム、自動車アプリケーション、温室照明システム、園芸照明、ＬＣＤバックライト、レーザシステム、ＵＶ洗浄システム、又は電子部品の一部であってもよく、又はそれらにおいて利用されてもよい。
特定の実施形態においては、前記光源は、（ＬＥＤ又はレーザダイオードなどの）固体ＬＥＤ光源を有してもよい。
「光源」という用語は、２乃至２０個の（固体）ＬＥＤ光源などの複数の光源に関することもある。従って、「ＬＥＤ」という用語は、複数のＬＥＤを指すこともある。
本発明は、第２態様においては、ランプ、照明器具、プロジェクタデバイス、消毒デバイス、及び光無線通信デバイスのグループから選択される光生成システムであって、本発明によるシステムを有する光生成システムを提供し得る。本発明による光生成システムは、前記システムの冷却の改善により、とりわけ高い輝度で光源光を供給する可能性があり、とりわけ明るい可能性があるという利点を有し得る。
本発明は、更なる態様においては、前記二相冷却デバイスそれ自体も提供し得る。
本発明は、更なる態様においては、前記先細セクションそれ自体を提供し得る。とりわけ、前記先細セクションは、二相冷却デバイスキャップとして設けられてもよく、特に、前記二相冷却デバイスキャップは、前記二相冷却デバイスを提供するために第２セクションに取り付けられるよう構成される。従って、本発明は、更なる態様においては、前記先細セクションを有する二相冷却デバイスキャップを提供し得る。
本発明は、更なる態様においては、前記二相冷却デバイスを提供する方法を提供し得る。とりわけ、前記方法は、前記二相冷却デバイスを閉じるステップを有してもよい。前記二相冷却デバイスを閉じるステップは、特に、前記チャンバに（冷却）液体を注入する（fill）ための単一の開口部を残してもよい。従って、前記方法は、前記チャンバに（冷却）液体を注入するステップを更に有してもよい。前記チャンバに注入した後、前記二相冷却デバイスは、封止され得る。従って、更なる実施形態においては、前記方法は、前記二相冷却デバイスを封止するステップを有してもよい。
実施形態においては、前記方法は、特に前記先細セクションと前記第２セクションとを一緒に溶接することによって、前記二相冷却デバイスを提供するよう前記先細セクションと前記第２セクションとをくっつけるステップを有してもよい。
本発明は、更なる態様においては、本発明の方法で得られる二相冷却デバイスを提供する。
本発明は、更なる態様においては、本発明の二相冷却デバイスを有するデバイスアセンブリを提供する。とりわけ、前記デバイスアセンブリは、前記二相冷却デバイス（の前記接触領域）に熱的に結合される熱源を有してもよい。前記熱源は、特に、電子デバイスであってもよい。
本発明は、更に、２つ以上の二相冷却デバイスを有する、システム、アセンブリ又はデバイスであって、前記２つ以上の二相冷却デバイスのうちの少なくとも２つが、異なる（タイプの）熱源に熱的に結合され、前記２つ以上の二相冷却デバイスのうちの前記少なくとも２つが、異なる第１厚さを有する、システム、アセンブリ又はデバイスを提供する。前記異なる（タイプの）熱源は、例えば、ルミネッセンス本体、制御システム、ドライバ、プリント回路基板（ＰＣＢ）、及び発光デバイスから成るグループから選択されてもよい。
ここで、ほんの一例として、対応する参照符号が対応する部分を示す添付の概略的な図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
システムの実施形態を概略的に図示する。 システムの実施形態を概略的に図示する。 システムの実施形態を概略的に図示する。 システムの実施形態を概略的に図示する。 システムの実施形態の実験シミュレーションの結果を概略的に図示する。 システムの実施形態の実験シミュレーションの結果を概略的に図示する。 システムの実施形態の実験シミュレーションの結果を概略的に図示する。 システムの実施形態の実験シミュレーションの結果を概略的に図示する。 システムの実施形態の実験シミュレーションの結果を概略的に図示する。 システムの実施形態の実験シミュレーションの結果を概略的に図示する。 システムを含む光生成システムの実施形態を概略的に図示する。概略的な図面は、必ずしも縮尺通りではない。
図１Ａ乃至１Ｄは、システムの実施形態を概略的に図示している。
図１Ａは、（ｉ）熱源、特に、ルミネッセンス本体２００と、（ｉｉ）二相冷却デバイス４００とを有するシステム１０００の実施形態を概略的に図示している。二相冷却デバイス４００は、デバイス壁４１０を有してもよい。デバイス壁４１０は、チャンバ４５０を画定してもよく、先細セクション４０５を有してもよい。先細セクション４０５は、接触領域４０６を有してもよく、接触領域４０６に向かって先細になっていてもよい。接触領域４０６は、デバイス軸Ａに沿って二相冷却デバイス４００の第１端部４０１に配設されてもよく、デバイス軸Ａは、特に、接触領域４０６（によって定められる平面）に対して垂直であってもよい。ルミネッセンス本体２００は、ルミネッセンス材料２１０を有してもよく、特に、ルミネッセンス本体によって生成される熱が接触領域４０６を介して二相冷却デバイスに伝達され得るように、接触領域４０６に熱的に結合されてもよい。接触領域４０６において、デバイス壁４１０は、（デバイス軸Ａに沿って）第１厚さｄ１を有してもよく、ｄ１は、０．１０乃至０．４０の範囲から選択される。
図示されている実施形態においては、ルミネッセンス本体２００は、接触領域４０６と直接（物理的に）接触しているように図示されている。しかしながら、更なる実施形態においては、ルミネッセンス本体２００と接触領域４０６とが、空気及び／又は相互接続部によって離隔されることもある。従って、更なる実施形態においては、システム１０００は、相互接続部を有してもよく、相互接続部は、ルミネッセンス本体２００と接触領域４０６との間に配設される。従って、相互接続部は、ルミネッセンス本体２００と接触領域４０６とに熱的に結合されてもよい。
チャンバ４５０は、（動作中）（冷却）液体４３０を含み得る。液体は、特に、二酸化炭素（≦３０℃）、メタン（≦－１００℃）、窒素（≦－１６０℃）、アセトン（－４８℃乃至１２５℃）、アンモニア（－７５℃乃至１２５℃）、エタン、メタノール（－７５℃乃至１２０℃）、メチルアミン（－９０℃乃至１２５℃）、ペンタン（－１２５℃乃至１２５℃）、プロピレン（－１５０℃乃至６０℃）、水（１℃乃至３２５℃）、セシウム、ＮａＫ、カリウム、ナトリウム、及びリチウム、特に、アセトン（－４８℃乃至１２５℃）、アンモニア（－７５℃乃至１２５℃）、エタン、メタノール（－７５℃乃至１２０℃）、メチルアミン（－９０℃乃至１２５℃）、ペンタン（－１２５℃乃至１２５℃）、プロピレン（－１５０℃乃至６０℃）、水（１℃乃至３２５℃）のうちの１つ以上を含むグループから選択されてもよい。更なる実施形態においては、液体４３０は、特に、水を含み得る。水は、相対的に大量のエネルギを伝達することを容易にし得るので、とりわけ有利であり得る。
図示されている実施形態においては、システム１０００は、光源光１０１をルミネッセンス本体２００に供給するよう構成される光生成デバイス１００、特にレーザベースの光生成デバイス１００を更に有する。とりわけ、ルミネッセンス本体２００、特に、ルミネッセンス材料２１０は、光源光１０１の少なくとも一部をルミネッセンス材料光２１１に変換するよう構成されてもよい。従って、システム１０００は、ルミネッセンス材料光２１１を含み、（随意に）光源光１０１を含むシステム光１００１を供給し得る。
実施形態においては、二相冷却デバイス４００、特に、先細セクション４０５は、テーパ角αｔで接触領域４０６に向かって先細になっていてもよい。テーパ角αｔは、特に、先細セクション４０５によって定められる平面と、第２セクション４２０によって定められる平面との間の（最小）角度であってもよい。とりわけ、テーパ角αｔは、（ｉ）先細セクション４０５によって定められる平面と、（ｉｉ）デバイス軸Ａとの間の（最小）（平均）角度であってもよい。テーパ角αｔは、特に、２０°乃至６０°の範囲から選択されてもよい。
図示されている実施形態においては、デバイス壁４１０は、第１面４１１と第２面４１２とを有し、第１面４１１は、チャンバ４５０に向けられ、第２面４１２は、二相冷却デバイス４００の外部に向けられる。特に、先細セクション４０５によって含まれる第１面４１１（の少なくとも一部）、特に、接触領域４０６によって含まれる第１面４１１（の少なくとも一部）は、≦２５ｎｍの表面粗さを有する。
更なる実施形態においては、デバイス壁４１０は、第２セクション４２０を有してもよく、特に、先細セクション４０５と第２セクション４２０とが、一緒に、デバイス壁４１０を画定する。デバイス壁４１０は、第２セクション４２０において、≧０．４ｍｍの範囲から選択される第２厚さｄ２を有してもよい。とりわけ、ｄ１／ｄ２≦０．８である。
とりわけ、先細セクション４０５における第１面４１１は、第２セクション４２０における第１面４１１よりも低い表面粗さを有してもよい。
実施形態においては、チャンバ４５０は、中空であってもよく、即ち、チャンバ４５０には、ウィック構造がなくてもよい。しかしながら、チャンバ４５０は、当業者には明らかであるだろうように、特に動作中、（冷却）液体４３０を含み得る。
図示されている実施形態においては、二相冷却デバイス４００は、接触領域４０６の反対側に、特に、デバイス軸Ａに沿った二相冷却デバイスの第２端部４０２に配設される第２接触領域４２６を有してもよい。システム１０００は、更に、熱交換器６００を有してもよく、又は熱交換器６００に機能的に結合されてもよく、特に、第２接触領域４２６は、熱交換器６００に熱的に結合される。従って、二相冷却デバイス４００は、ルミネッセンス本体２００から熱交換器６００に熱を伝達し得る。
実施形態においては、システム１０００は、制御システム３００を更に有してもよい。制御システム３００は、システム１０００を制御するよう、特に、光生成デバイス１００、熱交換器６００及び圧力制御要素５００のうちの１つ以上、特に、光生成デバイス１００を制御するよう構成されてもよい。制御システム３００は、制御される要素の動作の任意の特徴（aspect）を制御するよう構成されてもよい。とりわけ、制御システム３００は、光生成デバイス１００の（動作）電力を制御してもよい。更に、制御システム３００は、熱交換器６００を流れる液体の量を制御することなどにより、熱交換器６００の熱伝達能力を制御してもよい。実施形態においては、制御システム３００は、更に、圧力制御要素５００によって提供される外部空気圧を制御してもよい。
図示されている実施形態においては、システム１０００は、温度センサ３１０を更に有する。温度センサ３１０は、ルミネッセンス本体２００の（表面又はコア）温度を決定するよう構成されてもよく、特に、温度関連信号を制御システム３００に供給するよう構成されてもよい。このような実施形態においては、制御システムは、光生成デバイス１００及び／若しくは熱交換器を制御することによって、特に光生成デバイスを制御することによって、又は特に熱交換器を制御することによって、ルミネッセンス本体２００の（表面又はコア）温度を制御するよう構成されてもよい。
図１Ｂは、チャンバ４５０内のチャンバガス圧ｐｃが、０．１乃至０．５ｂａｒの範囲から選択されるシステム１０００の実施形態を概略的に図示している。図示されている実施形態においては、システム１０００は、圧力制御要素５００を更に有し、圧力制御要素５００は、外部空気圧を１＊ｐｃ乃至１．２＊ｐｃの範囲内で制御するよう構成される。とりわけ、圧力制御要素５００は、先細セクション４０５、特に、接触領域４０６がさらされる外部空気圧を制御し得る。
図示されている実施形態においては、ルミネッセンス本体は、デバイス軸Ａに平行なような、特に接触領域によって定められる平面に垂直な、本体厚さｄｂを有してもよく、本体厚さｄｂは、≦１ｍｍ、特に≦０．８ｍｍなどの、≦０．６ｍｍ、特に≦０．５ｍｍなどの、≦２ｍｍである。
図１Ｃは、システムが、光生成デバイス１００と光学要素１１０とを有し、光生成デバイス１００が、二相冷却デバイス１０００、特に、先細領域４０５に熱的に結合されるシステム１０００の実施形態を概略的に図示している。更なる実施形態においては、光生成デバイス１００は、接触領域４０６に熱的に結合されてもよい。とりわけ、光生成デバイス１００は、光源光１０１を光学要素１１０に供給するよう構成され、特に、光学要素１１０は、光源光１０１をルミネッセンス体２００に向け直すよう構成される。光学要素１１０は、特に集束光学系、より特に反射集束光学系を有してもよい。
実施形態においては、ルミネッセンス本体２００は、ルミネッセンス材料２１０を含み得る。ルミネッセンス本体２００は、特に、光生成デバイス１００と、光学要素１１０を介するような、受光関係にあるよう構成されてもよい。ルミネッセンス材料２１０は、（レーザ）光源光１０１、例えば青色光の少なくとも一部を、ルミネッセンス材料光２１１、例えば黄色光に変換するように構成されてもよい。
図１Ｄは、システム１０００が、単一の熱交換器６００に結合される２つの二相冷却デバイス４００を有するシステム１０００の実施形態を概略的に図示している。図示されている実施形態においては、第１二相冷却デバイス４００ａは、単一の光生成デバイス１００に結合されるのに対して、第２二相冷却デバイス４００ｂは、２つの光生成デバイス１００に結合される。従って、第２二相冷却デバイス４００ｂのルミネッセンス本体２００は、より大量の光源光１０１にさらされる可能性があり、より多くの熱を発生させる可能性がある。従って、第２二相冷却デバイス４００ｂは、第２デバイス接触領域４０６ｂにおいて、第１二相冷却デバイス４００ａの第１デバイス接触領域４０６ａにおける第１デバイス第１厚さｄ１ａよりも小さい第２デバイス第１厚さｄ１ｂを有してもよい。より小さい厚さは、接触領域の、反対側に置く側面間のより小さいΔＴ、即ち、Ｔ２ｂ－Ｔ１ｂ＜Ｔ２ａ－Ｔ１ａを提供する可能性があり、このことは、両方の二相冷却デバイス４００が同じ熱交換器６００に結合されているにもかかわらず、第２二相冷却デバイス４００ｂが第１二相冷却デバイスより高い熱伝達を提供することを可能にし得る。
従って、実施形態においては、システムは、２つ以上の二相冷却デバイス４００を有してもよく、２つ以上の二相冷却デバイスのうちの少なくとも２つが、異なる熱源に熱的に結合され、２つ以上の二相冷却デバイスのうちの少なくとも２つが、異なる第１厚さを有する。異なる第１厚さｄ１を備える複数の二相冷却デバイス４００を有するシステムは、例えば、異なる熱源が様々な量の熱を生成する場合に、又は異なる熱源の（コア）温度が異なる温度で制御されるべきである場合に、有益であり得る。
図２Ａ乃至２Ｄ及び図３Ａ乃至３Ｂは、システム１０００の実施形態に対応するシミュレーション結果を概略的に図示している。とりわけ、これらのシミュレーションに関しては、デバイス壁４１０は、２５８ＭＰａの機械的限界を有して得る、銅を有する。しかしながら、一般的な実施においては、デバイス壁をその理論限界に達せさせず、（図２Ａ乃至２Ｄのために使用されている）２１０ＭＰａ又は（図３Ａ乃至３Ｂのために使用されている）１８０ＭＰａの限界などのより低い機械的応力を目指すことが望ましい場合がある。
とりわけ、シミュレーションは、Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓで実施したＦＥＭ（fine element method）熱シミュレーションである。モデルは、３．６ｍｍの直径を備えるルミネッセンス本体、９．２ｍｍの（二相冷却デバイスの）内管直径、０．４ｍｍの第２厚さｄ２、（デバイス軸に沿って定められる）７．６ｍｍのテーパ長、０．１ｍｍから０．４ｍｍまでの範囲内の第１厚さｄ１、４００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を持つ銅を有するデバイス壁、第２セクションが、銅を有し、５０℃の固定ヒートシンク温度に機能的に結合されること、液体が水であること、チャンバが、内部二相冷却デバイスを模倣するためにデュアル液体ガスステージを表すために１００．０００Ｗ／ｍＫの熱伝導率を有すること、（デバイス軸に沿った）二相冷却デバイスの長さが４００ｍｍに設定されたことに従ってパラメータ化された。
図２Ａ及び２Ｂは、第１厚さｄ１＝０．４ｍｍを持つ接触領域４０６を有するシステム１０００に関する。図２Ｃ及び２Ｄは、第１厚さｄ１＝０．２ｍｍを持つ接触領域４０６を有するシステム１０００に関する。図２Ａ及び図２Ｃは、システム１０００に課せられる、特に、接触領域４０６に課せられるＭＰａ単位の材料応力Ｓを、℃単位の温度Ｔの関数として図示している。２１０ＭＰａの水平線は、機械的応力の選択した上限を示している。従って、ｄ１＝０．４ｍｍを持つシステム１０００の場合は、最大温度は約９０℃であり得るのに対して、ｄ１＝０．２ｍｍを持つシステム１０００の場合は、最大温度は約８０℃であり得る。次いで、図２Ｂ及び図２Ｄは、システム１０００に課せられる、Ｗ単位の最大出力伝達（max power transfer）Ｐを、℃単位の温度Ｔの関数として図示している。従って、ｄ１＝０．４ｍｍを持つシステム１０００の場合は、最大出力伝達Ｐは、８０℃における約３５０Ｗ又は約９０℃における約４５０Ｗであり得るのに対して、ｄ１＝０．２ｍｍを持つシステム１０００の場合は、最大出力伝達Ｐは、８０℃における約６５０Ｗであり得る。従って、より低いｄ１を持つシステム１０００は、機械的応力によるより低い温度限界を有し得るが、所与の温度におけるより高い最大出力伝達Ｐを促進し得る。とりわけ、より低いｄ１を持つシステム１０００は、それぞれの温度限界において、より高い最大出力伝達Pを有し得る。
図３Ａ及び３Ｂは、ルミネッセンス本体２００の（二相冷却デバイス４００に向けられる表面の）表面温度が７５℃に設定されるシステム１０００のシミュレーションを概略的に図示している。とりわけ、シミュレーションは、チャンバ４５０と、接触領域４０６がさらされる外部空気圧との間の、０．１ｂａｒ（線Ｌ２）又は０．０ｂａｒ（線Ｌ１）の圧力差を供給するよう構成される圧力制御要素５００を有するシステム１０００に対して実施されている。
図３Ａは、システム１０００におけるＭＰａ単位の機械的応力を、第１厚さｄ１の関数として図示している。従って、各第１厚さｄ１において、低減された圧力差において動作するシステム１０００は、二相冷却デバイス４００に、より低い機械的応力を課すことができ、所与の最大機械的応力に対してｄ１を更に低減することを可能にする。図３Ｂにおいては、最大機械的応力は、例えば、材料用途のために適用される安全係数を考慮して、１８０ＭＰａにおける水平線によって表されるような、１８０ＭＰａに設定される。したがって、圧力差０．１のシステム１０００の実施形態は、０．３１ｍｍの第１厚さの下限を有するのに対して、圧力差０．０のシステム１０００は、０．２８ｍｍの第１厚さの下限を有する。図３Ｂは、Ｗ単位の最大出力伝達Ｐ対第１厚さｄ１を概略的に図示している。圧力差は最大動力伝達Ｐに直接的には影響を及ぼさないので、線Ｌ１及びＬ２は重なり合う。従って、０．３１ｍｍの第１厚さｄ１で動作するシステム１０００は、４０５Ｗの最大出力伝達Ｐを有するのに対して、０．２８ｍｍの第１厚さｄ１で動作するシステム１０００は、４４０Ｗの最大出力伝達Ｐを有する。従って、圧力制御要素５００は、より高い最大出力伝達Ｐを促進し得る、低減された第１厚さｄ１を持つ二相冷却デバイス４００を可能にするために、チャンバ４５０と外部空気圧（即ち、二相冷却デバイス４００の外部）との間の圧力差を低減するように構成されてもよい。
図４は、光生成システム１２００の実施形態を概略的に図示している。光生成システム１２００は、特に、本明細書において記載されているようなシステム１０００を有し、システム光１００１を供給する、ランプ１、照明器具２及びプロジェクタデバイス３を含み得る。図４は、上記のようなシステム１０００を含む照明器具２の実施形態を概略的に図示している。参照符号３０１は、システム１０００によって含まれる制御システム３００と機能的に結合され得る、又はシステム１０００に機能的に結合され得るユーザインターフェースを示している。図４は、システム１０００を含むランプ１の実施形態も概略的に図示している。参照符号３は、システム１０００を含むプロジェクタデバイス３又はプロジェクタシステムを示しており、前記プロジェクタデバイス３は、壁などに、画像を投影するために使用され得る。
更なる実施形態においては、光生成システム１２００は、複数のシステム１０００を有してもよく、特に、複数のシステム１０００のうちの（少なくとも)２つのシステム１０００の二相冷却デバイス４００は、異なる第１厚さｄ１を有する。異なる第１厚さｄ１を持つ二相冷却デバイス４００は、特に、光生成システム１２００の異なる（タイプの）熱源に熱的に結合されてもよい。当然、３つ以上の二相冷却デバイス４００が利用可能であってもよく、他の特定の実施形態においては、２つ以上の二相冷却デバイス４００のうちの２つ以上が、同じ第１厚さｄ１を有することもある。
更なる実施形態においては、ランプ１、照明器具２、プロジェクタデバイス３、消毒デバイス、及び光無線通信デバイスのグループから選択される光生成システム１２００が、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のシステム１０００を有する。
「複数」という用語は、２つ以上を指す。更に、「複数の」及び「多数の」という用語は、交換可能に使用され得る。
本明細書における「実質的に」又は「本質的に」という用語、及び同様の用語は、当業者には理解されるだろう。「実質的に」又は「本質的に」という用語は、「全体的に」、「完全に」、「全て」などを備える実施形態も含み得る。従って、実施形態においては、「実質的に」又は「本質的に」という形容詞が取り除かれることもある。適用可能な場合には、「実質的に」という用語又は「本質的に」という用語は、１００％を含む、９５％以上、特に９９％以上、更により特に９９．５％以上などの、９０％以上に関することもある。更に、「約」及び「ほぼ」という用語は、１００％を含む、９５％以上、特に９９％以上、更により特に９９．５％以上などの、９０％以上に関することもある。数値の場合、「実質的に」、「本質的に」、「約」及び「ほぼ」という用語は、前記用語が参照する値の９５％乃至１０５％、特に９９％乃至１０１％などの、９０％乃至１１０％の範囲に関することもあることを理解されるべきである。
「有する」という用語は、「有する」という用語が「から成る」を意味する実施形態も含む。
「及び／又は」という用語は、特に、「及び／又は」の前及び後で言及されている項目のうちの１つ以上に関する。例えば、「項目１及び／又は項目２」という語句、及び同様の語句は、項目１及び項目２のうちの１つ以上に関し得る。「有する」という用語は、或る実施形態においては、「から成る」を指す場合があるが、別の実施形態においては、「少なくとも規定されている種を含み、随意に、１つ以上の他の種を含む」を指す場合もある。
更に、明細書及び特許請求の範囲における、第１、第２、第３などの用語は、同様の要素を区別するために使用されるものであり、必ずしも、逐次的又は時間的な順序を説明するために使用されるものではない。そのように使用される用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書において記載されている本発明の実施形態は、本明細書において記載又は図示されている順序以外の順序で動作が可能であることは理解されるべきである。
本明細書においては、とりわけ、動作中の、デバイス、装置、又はシステムが記載されているかもしれない。当業者には明らかであるだろうように、本発明は、動作の方法、又は動作中の、デバイス、装置、若しくはシステムに限定されるものではない。
「更なる実施形態」という用語及び同様の用語は、前述の実施形態の特徴を有する実施形態を指すことがあるが、他の実施形態を指すこともある。
上述の実施形態は、本発明を限定するものではなく、本発明を説明するものであり、当業者は、添付の特許請求の範囲の範囲から逸脱することなく、多くの他の実施形態を設計することができるだろうことに留意されたい。
特許請求の範囲において、括弧内に配置される如何なる参照符号も、請求項を限定するものとして解釈されるべきではない。
「有する」という動詞及びその語形変化の使用は、請求項において示されている要素又はステップ以外の要素又はステップの存在を除外するものではない。文脈から明らかに別の意味が必要とされない限り、明細書及び特許請求の範囲全体を通して、「有する」、「有している」、「含む」、「含んでいる」、「含有する」、「含有している」などの単語は、排他的又は網羅的な意味とは対照的な、包括的な意味で、即ち、「含むが、これに限定されない」という意味で解釈されるべきである。要素の単数形表記は、このような要素の複数の存在を除外するものではない。
本発明は、幾つかの別個の要素を有するハードウェアによって実施されてもよく、又は適切にプログラムされたコンピュータによって実施されてもよい。幾つかの手段を列挙している、デバイスの請求項、又は装置の請求項、又はシステムの請求項においては、これらの手段のうちの幾つかは、ハードウェアの全く同一のアイテムによって実施されてもよい。単に、或る特定の手段が、相互に異なる従属請求項において挙げられているという事実は、これらの手段の組み合わせは有利になるようには使用されることができないことを示すものではない。
本発明は、デバイス、装置、若しくはシステムを制御し得る、又は本明細書において記載されている方法若しくはプロセスを実行し得る制御システムも提供する。更に他に、本発明は、デバイス、装置、又はシステムに機能的に結合される又は含まれるコンピュータにおいて実行するときに、このようなデバイス、装置、又はシステムの１つ以上の制御可能な要素を制御するコンピュータプログラム製品も提供する。
本発明は、更に、明細書において記載されている、及び／又は添付の図面において示されている、特徴付けている特徴のうちの１つ以上を有するデバイス、装置、又はシステムに当てはまる。本発明は、更に、明細書において記載されている、及び／又は添付の図面において示されている、特徴付けている特徴のうちの１つ以上を有する方法又はプロセスに関する。更に、方法又は方法の実施形態が、デバイス、装置、又はシステムにおいて実行されると記載されている場合には、デバイス、装置、又はシステムは、それぞれ、方法又は方法の実施形態（の実行）に適している、又はのために構成されていることは理解されるだろう。
この特許において説明されている様々な態様は、更なる利点を提供するために組み合わされることができる。更に、当業者は、実施形態は組み合わされることができること、及び３つ以上の実施形態も組み合わされることができることを理解するだろう。更に、特徴のうちの幾つかは、１つ以上の分割出願のための基礎を形成することができる。

Claims (15)

  1. （ｉ）ルミネッセンス本体と、（ｉｉ）二相冷却デバイスとを有するシステムであって、前記二相冷却デバイスが、デバイス壁を有し、前記デバイス壁が、チャンバを画定し、前記デバイス壁が、接触領域を含む先細セクションを有し、前記先細セクションが、前記接触領域に向かって先細になっており、前記ルミネッセンス本体が、前記接触領域に熱的に結合され、前記デバイス壁が、前記接触領域において第１厚さｄ１を有し、ｄ１が、０．１５乃至０．３５ｍｍの範囲から選択されるシステム。
  2. 前記システムが、前記ルミネッセンス本体に光源光を供給するよう構成される光生成デバイスを更に有し、前記ルミネッセンス本体が、前記光源光の少なくとも一部をルミネッセンス材料光に変換するよう構成されるルミネッセンス材料を有する請求項１に記載のシステム。
  3. 前記先細セクションが、２０°乃至６０°の範囲から選択されるテーパ角αｔで前記接触領域に向かって先細になっている請求項１乃至２のいずれか一項に記載のシステム。
  4. 前記デバイス壁が、第１面と第２面とを有し、前記第１面が、前記チャンバに向けられ、前記第２面が、前記二相冷却デバイスの外部に向けられ、前記先細セクションによって含まれる前記第１面の少なくとも一部が、≦１２０ｎｍの表面粗さを有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のシステム。
  5. 前記デバイス壁が、第２セクションを有し、前記先細セクションと前記第２セクションとが、一緒に、前記デバイス壁を画定し、前記第２セクションにおける前記デバイス壁が、≧０．４ｍｍの範囲から選択される第２厚さｄ２を有し、前記デバイス壁が、銅、アルミニウム、ステンレス鋼、ニッケル及びチタンを含むグループから選択される熱伝導材料を有する請求項１乃至４のいずれか一項に記載のシステム。
  6. 前記ルミネッセンス本体が、特に前記接触領域によって定められる平面に垂直な、本体厚さｄｂを有することができ、前記本体厚さｄｂが、≦１ｍｍ、特に≦０．８ｍｍのような、≦０．６ｍｍ、特に≦０．５ｍｍのような、≦２ｍｍである請求項１乃至５のいずれか一項に記載のシステム。
  7. 前記接触領域が、１乃至１００ｍｍ２の範囲から選択される接触面積ａｃを有し、前記二相冷却デバイスが、デバイス軸を有し、前記二相冷却デバイスが、前記デバイス軸に垂直な平均断面積ａｍを有し、ａｃ≦０．７＊ａｍであり、前記チャンバが、中空である請求項１乃至６のいずれか一項に記載のシステム。
  8. 前記チャンバ内のチャンバガス圧ｐｃが、０．１乃至０．５ｂａｒの範囲から選択され、前記システムが、圧力制御要素を有し、前記接触領域が、外部空気圧にさらされ、前記圧力制御要素が、前記外部空気圧を０．９＊ｐｃ乃至１．３＊ｐｃの範囲内で制御するよう構成される請求項１乃至７のいずれか一項に記載のシステム。
  9. 前記二相冷却デバイスが、前記接触領域の反対側に配設される第２接触領域を有し、前記システムが、熱交換器を更に有し、前記第２接触領域が、前記熱交換器に熱的に結合され、前記チャンバが、≧１ｃｍ３の体積を有する請求項１乃至８のいずれか一項に記載のシステム。
  10. 前記光生成デバイスが、前記二相冷却デバイスに熱的に結合される請求項２に記載のシステム。
  11. 前記システムが、制御システムと、温度センサとを更に有し、前記温度センサが、前記ルミネッセンス本体のコア温度を決定し、前記制御システムに温度関連信号を供給するよう構成され、前記制御システムが、前記光生成デバイスを制御することによって前記ルミネッセンス本体の前記コア温度を≦２００℃の範囲内で制御するよう構成される請求項２又は１０に記載のシステム。
  12. 前記二相冷却デバイスが、ヒートパイプ又はベーパーチャンバを有する請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のシステム。
  13. 前記光生成デバイスが、レーザを有する請求項２、１０又は１１に記載のシステム。
  14. ランプ、照明器具、プロジェクタデバイス、消毒デバイス、及び光無線通信デバイスのグループから選択される光生成システムであって、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載のシステムを有する光生成システム。
  15. 前記光生成システムが、複数のシステムを有し、前記複数のシステムのうちの少なくとも２つのシステムの二相冷却デバイスが、異なる第１厚さｄ１を有する請求項１４に記載の光生成システム。
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