CN106662409A - 多孔铝热交换部件 - Google Patents

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Abstract

一种多孔铝热交换部件(60、70、80、90)，其具有：多孔铝体(22)，经多个铝基材(31)烧结而成；及作为块体的铝块体(21)，包括铝或铝合金，该多孔铝热交换部件的特征在于，在所述铝基材(31)的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起(32)，所述多孔铝体(22)的气孔形成热介质的流路。

Description

多孔铝热交换部件
技术领域
本发明涉及一种使用多孔铝进行基于热介质的热交换的多孔铝热交换部件。
本申请主张基于2014年7月2日于日本申请的专利申请2014-137156号的优先权，并将其内容援用于此。
背景技术
热交换器用于在热能不同的两个流体例如制冷剂气体与空气等之间交换热能。即，热交换器以如下目的被广泛使用：通过使热量从温度高的物体向温度低的物体有效移动，从而进行这些流体的加热、冷却、蒸发、冷凝等。例如，在锅炉的蒸气发生器、凝汽器、空调装置的室内机、放射器、汽车组件的散热器等中安装有热交换器。
作为这种热交换器的一例的热管在导管的内部封入一种流体例如将制冷剂气体液化的流体以作为热介质，并产生制冷剂气体的蒸发(潜热的吸收)及冷凝(潜热的释放)的热循环，从而能够对导管周围的另一种流体例如空气进行加热或冷却。在这种热循环过程中，一种流体进行热传输。
此时，通过在导管的内侧形成例如细槽，即使在导管的一端侧(蒸发侧)与另一端侧(冷凝侧)不存在高低差，也能够通过基于该细槽的毛细管力使热介质移动(例如参考专利文献1)。
并且，还知道一种通过在导管的内部铺设称为油绳(wick)的编织纤维，从而通过纤维之间的毛细管力保持热介质并使其移动的结构(例如参考专利文献2)。
此外，还知道一种通过在导管的内部铺设经烧结的铝纤维，从而一边保持一定量的热介质一边通过纤维之间的毛细管力使热介质移动的结构(例如参考专利文献3)。
专利文献1：日本特开2007-147194号公报(A)
专利文献2：日本特开2006-300395号公报(A)
专利文献3：日本特开2011-007365号公报(A)
然而，专利文献1中公开的热管存在如下课题：对可在导管的内部形成的槽的长度的限制较大，且对能够保持的热介质的量也有局限性。
并且，专利文献2中公开的热管存在如下课题：导管的内壁与纤维只有线状的接触部分，而无法在导管与被纤维保持的热介质之间有效地进行导热。
此外，专利文献3中公开的热管为了保持热介质而使用铝纤维，但为了提高铝纤维的毛细管力而需要提高铝纤维的压缩率。但是存在如下课题：若提高压缩率则导致铝纤维的气孔率反而下降，从而热介质的液体保持性降低。
并且，还存在如下课题：在热介质含水的情况下铝纤维表面的润湿性较差，因此需要对铝纤维的表面进行赋予亲水性的加工，制造成本增大。
发明内容
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于提供一种热介质的保持力高且导热性优异，并且能够以低成本制造的多孔铝热交换部件。
为了解决上述课题，本发明的一方式的多孔铝热交换部件(以下称为“本发明的多孔铝热交换部件”)具有：多孔铝体，经多个铝基材烧结而成；及块体，包括金属或金属合金，该多孔铝热交换部件的特征在于，在所述铝基材的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起，所述多孔铝体的气孔形成热介质的流路。
根据本发明的多孔铝热交换部件，作为构成多孔铝热交换部件的多孔铝体，使用在表面形成有若干个柱状突起的铝基材的烧结体，由此即使不加大压缩率也形成微细的空间，因此能够提高毛细管力。由此，多孔铝体能够有效地进行热交换。
并且，即使不加大多孔铝体的压缩率，毛细管力也得到提高，因此多孔铝体的热介质的保持力得到提高且能够进行大容量的热交换。
此外，在多孔铝体的表面形成有若干个柱状突起，且通过由这种柱状突起形成的微细的间隙而获得较高的毛细管力，因此即使不特意进行对多孔铝体的表面赋予亲水性的亲水处理，也能够有效地吸取热介质并将其保持，且无需耗费亲水处理成本而能够以低成本制造多孔铝热交换部件。
本发明的多孔铝热交换部件中，所述块体可以是包括铝或铝合金的铝块体。
由此，能够制造出通过烧结将多孔铝体与铝块体形成为一体的多孔铝热交换部件。
本发明的多孔铝热交换部件可以如下：在所述铝基材彼此结合的基材结合部存在Ti-Al系化合物，且在所述柱状突起形成有所述基材结合部。
由此，在多孔铝体确保若干个微细的空间而提高毛细管力。因此，多孔铝体的热介质的保持力得到提高，能够有效地进行热交换。并且，在基材结合部存在Ti-Al系化合物，因此能够大幅提高多孔铝体彼此的接合强度。并且，通过Ti-Al系化合物，铝的熔融流动得到抑制，因此能够抑制熔融铝进入到多孔部，且能够确保多孔铝体的气孔率。
本发明的铝热交换部件可以如下：所述多孔铝体的比表面积为0.020m2/g以上，并且气孔率在30％以上且90％以下的范围内。
根据该结构的多孔铝体，比表面积为0.020m2/g以上，因此每单位质量的表面积较大，能够提高热介质的保持力而有效地进行热交换。并且，气孔率控制在30％以上且90％以下的范围内，因此能够根据用途提供最佳气孔率的多孔铝热交换部件。
本发明的多孔铝热交换部件可以如下：所述铝块体为铝导管。
通过使用铝导管作为铝块体，能够使保持用于蒸发或冷凝热介质的热能的流体更有效地流动，并且通过铝的高导热性能够在该流体与热介质之间更有效地进行热交换。
本发明的多孔铝热交换部件可以如下：所述铝基材为铝纤维及铝粉末中的任意一种或两种。
通过使用铝纤维及铝粉末中的任意一种或两种以作为铝基材，多孔铝体中若干个微细的空间得到确保而毛细管力得到提高。因此，多孔铝体的热介质的保持力得到提高，能够有效地进行热交换。并且，由铝基材形成多孔铝体时，能够轻松地获得任意形状的多孔铝体。
本发明的多孔铝热交换部件可以如下：所述多孔铝体与所述铝块体形成彼此烧结而成的一体部件。
由此，能够将多孔铝热交换部件用作整体成为一体的一个部件，从而能够提高将这种多孔铝热交换部件组装到设备时的操作性，并且所述多孔铝体与所述铝块体以金属形态接合，因此接合界面上的热电阻较低，能够有效地进行导热。
本发明的多孔铝热交换部件可以如下：在所述铝基材与所述铝块体结合的结合部存在Ti-Al系化合物，且在所述柱状突起形成有所述结合部。
由此，能够将铝基材与铝块体用作以高接合强度成为一体的一个部件。并且，在结合铝基材与铝块体的结合部存在Ti-Al系化合物，因此能够大幅提高铝基材与铝块体之间的接合强度。
根据本发明的多孔铝热交换部件，可提供一种热介质的保持力高且导热性优异，并且能够以低成本制造的多孔铝热交换部件。
附图说明
图1为表示本发明的多孔铝热交换部件的一例的热管的剖视图。
图2为图1所示的多孔铝热交换部件中的多孔铝体的局部放大示意图。
图3为图1所示的多孔铝热交换部件中的多孔铝体与铝导管之间的接合部的观察照片。
图4为图1所示的多孔铝热交换部件中的多孔铝体与铝导管之间的接合部的示意图。
图5为表示多孔铝体的制造方法的一例的流程图。
图6A为在铝基材的外表面固着了钛粉及共晶元素粉的烧结用铝原料的说明图。
图6B为在铝基材的外表面固着了钛粉及共晶元素粉的烧结用铝原料的说明图。
图7A为表示在烧结工序中在铝基材的外表面形成柱状突起的状态的说明图。
图7B为表示在烧结工序中在铝基材的外表面形成柱状突起的状态的说明图。
图8为表示图1所示的多孔铝热交换部件的蒸发器的制造方法的示意图。
图9为表示本发明的第二实施方式的多孔铝热交换部件的制造方法的示意图。
图10为表示本发明的第三实施方式的多孔铝热交换部件的外观立体图。
图11为表示本发明的第四实施方式的多孔铝热交换部件的外观立体图。
图12为表示本发明的第五实施方式的多孔铝热交换部件的外观立体图。
图13A为表示本发明的第六实施方式的多孔铝热交换部件的外观立体图。
图13B为本发明的第六实施方式的多孔铝热交换部件的沿铝管的剖视图。
具体实施方式
以下，参考附图对本发明的多孔铝热交换部件的几个具体例进行说明。另外，以下所示各实施方式是为更好地理解发明的宗旨而进行具体说明的方式，只要没有特别指定，则并不限定本发明。
并且，关于在以下说明中用到的附图，有时为了帮助理解本发明的特征，为方便起见对成为主要部分的部分进行放大表示，各构成要件的尺寸比例等并不一定与实际相同。
并且，以下说明中的所谓“热介质”的术语表示以保持热量的状态流动的流动体(流体)，只要没有特别规定，包括液体、该液体经汽化得到的气体(gas)、液体与气体混在一起的雾等。
(第一实施方式：环路热管)
作为本发明的多孔铝热交换部件的一例对环路热管进行说明。
图1为表示本发明的多孔铝热交换部件的一例的环路热管的剖视图。
环路热管(多孔铝热交换部件)10具备蒸发器11、冷凝器12、使热介质M在该蒸发器11及冷凝器12之间移动的蒸气管13及液管14。
蒸发器11使被液化的热介质M汽化(蒸发)。该过程中，通过热介质M的汽化热来吸收蒸发器11周边的热量。冷凝器12使被汽化的热介质M液化(冷凝)。该过程中，蒸气管13将通过蒸发器11被汽化的热介质M送入冷凝器12。并且，液管14将通过冷凝器12被液化的热介质M送入蒸发器11。热介质M可以根据使用目的选择水、氟利昂、氟利昂替代品、二氧化碳、氨等各种热介质。
这种环路热管10能够在蒸发器11与冷凝器12之间进行热交换。即，使热介质M在蒸发器11与冷凝器12之间循环以反复进行热介质M的汽化与液化，从而形成通过蒸发器11吸收热量并通过冷凝器12释放热量的循环周期。
另外，可以在蒸发器11的前级侧设有被称为储存器的气液平衡调整器。
这种环路热管10的蒸发器11例如能够用作吸收热源的排热并通过汽化热冷却周边的环境等的热交换部件。
蒸发器11包括作为块体的中空的铝导管(铝块体)21和沿该铝导管(铝块体)21的内周面21a配设的多孔铝体22。
铝导管(铝块体)21包括铝或铝合金，本实施方式中由A1070、A3003等Al-Mn系合金、A5052等Al-Mg合金等构成。该铝导管21例如通过挤压加工而成型，例如使用外径为5mm～150mm，壁厚为0.8mm～10mm左右的导管。
多孔铝体22经多个铝基材31进行烧结而成为一体，该多孔铝体22的比表面积为0.020m2/g以上，并且气孔率被设定在30％以上且90％以下的范围内。
图2为表示多孔铝体22的概念图。多孔铝体22使用铝纤维31a和铝粉末31b作为铝基材31。
该铝基材31(铝纤维31a及铝粉末31b)的结构如下：在其外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起32，多个铝基材31(铝纤维31a及铝粉末31b)彼此经由该柱状突起32结合。另外，如图2所示，铝基材31、31彼此的基材结合部35具有柱状突起32彼此结合的部分、柱状突起32与铝基材31的侧面接合的部分以及铝基材31、31的侧面彼此接合的部分。
而且，构成本实施方式的环路热管10的蒸发器11中，如图3所示，在铝管(铝块体)21及多孔铝体22中的一方或双方的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起32，经由这些柱状突起32，铝导管21的内壁面与多孔铝体22接合。即，通过柱状突起32而形成有铝导管21的内壁面与多孔铝体22之间的结合部39。
在此，如图4所示，在经由柱状突起32结合的铝导管21的内壁面与多孔铝体22之间的结合部39存在Ti-Al系化合物36及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物37。本实施方式中，如图4所示，Ti-Al系化合物36设为Ti与Al的化合物，更具体而言设为Al3Ti金属间化合物。即，本实施方式中，在Ti-Al系化合物36所存在的部分结合有铝导管21与多孔铝体22。
另外，作为与Al进行共晶反应的共晶元素，例如可举出Ag、Au、Ba、Be、Bi、Ca、Cd、Ce、Co、Cu、Fe、Ga、Gd、Ge、In、La、Li、Mg、Mn、Nd、Ni、Pd、Pt、Ru、Sb、Si、Sm、Sn、Sr、Te、Y、Zn等。本实施方式中，如图4所示示出共晶元素化合物37含有Ni、Mg和Si以作为共晶元素的例子。
并且，即使在多孔铝体22中，在经由柱状突起32结合的铝基材31、31彼此的基材结合部35也存在Ti-Al系化合物及包含与Al进行共晶反应的共晶元素的共晶元素化合物。本实施方式中，Ti-Al系化合物设为Ti与Al的化合物，更具体而言设为Al3Ti金属间化合物。并且，示出共晶元素化合物含有Ni、Mg和Si以作为共晶元素的例子。即，本实施方式中，在Ti-Al系化合物所存在的部分结合有铝基材31、31彼此。
在此，参考图5至图8对构成环路热管10的蒸发器11的制造方法的一例进行说明。
首先，对成为多孔铝体22的原料的烧结用铝原料40进行说明。如图6A及图6B所示，该烧结用铝原料40具备：铝基材31；及固着于该铝基材31的外表面的多个钛粉末粒子42及共晶元素粉末粒子(例如镍粉末粒子、镁粉末粒子、硅粉末粒子等)43。
另外，作为钛粉末粒子42，可使用金属钛粉末粒子及氢化钛粉末粒子中的任意一种或两种。并且，作为共晶元素粉末粒子(例如镍粉末粒子、镁粉末粒子、硅粉末粒子等)43，例如可使用金属镍粉末粒子、金属镁粉末粒子、金属硅粉末粒子等。
在此，烧结用铝原料40中，钛粉末粒子42的含量设在0.1质量％以上且20质量％以下的范围内，本实施方式中被设为0.5～10质量％。
钛粉末粒子42的粒径设在1μm以上且50μm以下的范围内，优选设在2μm以上且30μm以下的范围内。另外，可将氢化钛粉末粒子的粒径设为比金属钛粉末粒子小，因此将固着于铝基材31外表面的钛粉末粒子42的粒径设为较小时，优选使用氢化钛粉末粒子。
此外，固着于铝基材31外表面的多个钛粉末粒子42、42彼此的间隔优选设在5μm以上且100μm以下的范围内。
并且，烧结用铝原料40中，共晶元素粉末粒子(例如镍粉末粒子、镁粉末粒子、硅粉末粒子等)43的含量设在0.1质量％以上且5质量％以下的范围内，本实施方式中设为1.0～2.0质量％。
共晶元素粉末粒子(例如镍粉末粒子、镁粉末粒子、硅粉末粒子等)43的粒径设在0.5μm以上且20μm以下的范围内，优选设在1μm以上且10μm以下的范围内。
如上所述，作为铝基材31使用铝纤维31a和铝粉末31b。另外，作为铝粉末31b可使用雾化粉末。
在此，铝纤维31a的纤维直径设在40μm以上且300μm以下的范围内，优选设在50μm以上且200μm以下的范围内。并且，铝纤维31a的纤维长度设在0.2mm以上且20mm以下的范围内，优选设在1mm以上且10mm以下的范围内。
并且，铝粉末31b的粒径设在10μm以上且300μm以下的范围内，优选设在20μm以上且100μm以下的范围内。
并且，能够通过调整铝纤维31a与铝粉末31b的混合比率来调整气孔率。即，能够通过增大铝纤维31a的比率来提高多孔铝体22的气孔率。
另外，在此在多孔铝体22的重量：X(g)、多孔铝体22的体积：Y(cm3)、多孔铝体22的密度：X/Y＝C(g/cm3)、铝基材31的密度：D(g/cm3)时，用下式1定义多孔铝体22的气孔率P。
P＝(D-C)/D×100(％) (式1)
本实施方式中，多孔铝体22的气孔率设在30％以上且90％以下的范围内。
并且，本实施方式中，多孔铝体22的比表面积设在0.020m2/g以上。在多孔铝体22的体积：V(cm3)、多孔铝体22的密度：ρ(g/cm3)、多孔铝体22的表面积：A(m2)时，用下式2定义比表面积S。
S＝A/(ρ×V)(m2/g) (式2)
这种比表面积越大相应地热介质M的保持量越得到提高。
为了调整这种气孔率及比表面积，作为铝基材31优选使用铝纤维31a，在混合铝粉末31b的情况下优选将铝粉末31b的比率例如设为10～15质量％以下。
制造构成环路热管10的蒸发器11时，如图5所示制造上述烧结用铝原料40。
在常温下混合铝基材31、钛粉末及共晶元素粉末(例如镍粉末、镁粉末粒子、硅粉末粒子等)(混合工序S01)。此时，将粘合剂溶液进行喷雾。另外，作为粘合剂，优选在大气中加热至500℃时被燃烧、分解的粘合剂，具体而言，优选使用丙烯酸系树脂、纤维素系高分子体。并且，作为粘合剂的溶剂，可使用水系、醇系、有机溶剂系的各种溶剂。
该混合工序S01中，例如使用自动研钵、锅式的转动造粒机、振动混合机、罐式球磨机、高速混合机、V型混合机等各种混合机，而使铝基材31、钛粉末及共晶元素粉末(例如镍粉末、镁粉末粒子、硅粉末粒子等)边流动边混合。
接着，将混合工序S01中得到的混合体进行干燥(干燥工序S02)。
如图6A及图6B所示，通过该混合工序S01及干燥工序S02，钛粉末粒子42及共晶元素粉末粒子(例如镍粉末粒子、镁粉末粒子、硅粉末粒子等)43分散固着于铝基材31的外表面，以制造出本实施方式的烧结用铝原料40。
接着，如图8的(a)所示，准备铝导管(铝块体)21，以从该铝导管21的其中一个开放面朝另一开放面贯穿的方式配置圆筒形的夹具G(铝块体配置工序S03)。作为这种圆筒形的夹具G选择能够在后述烧结工序之后拔出的材料即不与多孔铝体22进行固着的材料。作为夹具G例如能够使用碳或钨合金(Anviloy)。
接着，将铝导管21的另一开放面适当封闭之后，如图8的(b)所示在铝导管21的内壁面与夹具G之间散布烧结用铝原料40并进行体积填充(原料散布工序S04)。
将此装入脱脂炉内，在大气气氛下进行加热而去除粘合剂(脱粘合剂工序S05)。
之后，装入烧成炉内并在惰性气体气氛下以600～660℃的温度范围保持0.5～60分钟(烧结工序S06)。另外，保持时间优选设为1～20分钟。
在此，通过将烧结工序S06中的烧结气氛设为Ar气体等惰性气体气氛，能够充分降低露点。由于在氢气气氛或氢气和氮气的混合气氛下露点不易下降，因此不优选。并且，由于氮与Ti进行反应形成TiN而失去Ti的烧结促进效果，因此不优选。
该烧结工序S06中，烧结用铝原料40中的铝基材31熔融，但在铝基材31的表面形成有氧化膜，因此熔融的铝通过氧化膜而被保持，铝基材31的形状得以维持。
而且，铝基材31的外表面上固着有钛粉末粒子42的部分中，氧化膜通过与钛的反应而被破坏，内部的熔融铝向外侧喷出。所喷出的熔融铝通过与钛的反应而生成熔点较高的化合物并固化。
由此，如图7A及图7B所示，在铝基材31的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起32。在此，柱状突起32的前端存在Ti-Al系化合物36，通过该Ti-Al系化合物36，柱状突起32的生长得到抑制。
另外，作为钛粉末粒子42使用氢化钛的情况下，氢化钛在300～400℃附近进行分解，所生成的钛与铝基材31表面的氧化膜进行反应。
并且，本实施方式中，通过固着于铝基材31外表面的共晶元素粉末粒子(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、硅粉末粒子等)43，在铝基材31形成有局部熔点变低的部位。因此，即使在640～650℃的相对低温条件下，也能够可靠地形成柱状突起32。
此时，相邻的铝基材31、31彼此经由彼此的柱状突起32以熔融状态成为一体或通过固相烧结而结合，如图2所示，制造出经由柱状突起32使多个铝基材31、31彼此结合而成的多孔铝体22。
另外，在经由柱状突起32使铝基材31、31彼此结合而成的基材结合部35存在Ti-Al化合物(本实施方式中为Al3Ti金属间化合物)及共晶元素化合物。
而且，如图3及图4所示，通过构成多孔铝体22的铝基材31的柱状突起32与铝导管(铝块体)21的内壁面结合，使得铝导管21与多孔铝体22经由柱状突起32接合。
另外，在配置成钛粉末粒子42及共晶元素粉末粒子(例如，镍粉末粒子、镁粉末粒子、硅粉末粒子等)43与铝导管21的表面接触的情况下，从铝导管21的表面也形成柱状突起32，铝导管21与多孔铝体22接合。
在此，铝导管21与多孔铝体22经由柱状突起32而被结合的结合部39存在Ti-Al系化合物36(本实施方式中为Al3Ti金属间化合物)及共晶元素化合物37。
之后，如图8的(c)所示，从接合在铝导管21的多孔铝体22拔出夹具G。由此，在多孔铝体22的中心部分形成圆筒形的空腔。这种空腔在用作环路热管10的蒸发器11时，成为供被液化的热介质M从液管14流入的空间。
通过上述各工序能够得到环路热管10的蒸发器11。
并且，只要是能够在烧成之后拔出的形状，则夹具G的外形形状具有简单的凹凸或螺旋形凹凸也无妨。
根据具备如上蒸发器11的环路热管10，作为蒸发器11的多孔铝体22表面形成有若干个柱状突起32，并且使用经由该柱状突起32彼此而结合的铝基材31、31，由此即使不加大压缩率也能形成微细的空间，因此能够提高毛细管力。由此，多孔铝体22的热介质M的吸液力得到提高，且能够有效地进行热交换。
另外，在此所谓毛细管力为液体的吸取力，在多孔铝体22的每单位体积的表面积：Y、液体的表面张力：Z、液体相对于铝的湿润角度θ、液体的密度E、多孔铝体22的气孔率：P、重力加速度：J时，用下式3定义液体的吸取高度H以作为指标。
H＝Y×Z×cosθ/E×P×J (式3)
并且，即使通过加大多孔铝体22的压缩率而不减小气孔率也能提高毛细管力，因此能够将多孔铝体22的比表面积维持在0.020m2/g以上，并且将气孔率维持在30％以上且90％以下的范围。由此，多孔铝体22的热介质M的保持力(保持液量)得到提高，且能够进行大容量的热交换。另外，若气孔率为30％以下，则热介质M的保持力过低，有可能无法进行充分的热输送(传送)。并且，若气孔率为90％以上，则机械强度较低，有可能因冲击等使多孔铝体22损伤。
并且，根据本实施方式的环路热管10，作为蒸发器11的多孔铝体22在表面形成有若干个柱状突起32，并且使用经由该柱状突起32彼此而结合的铝基材31、31，由此通过高毛细管力而使吸液性得到提高，因此多孔铝体22内的液体的移动性较高。
由此，即使不进行用于对多孔铝体22的表面赋予亲水性的亲水处理，也能够有效地吸取热介质M并将其保持，且能够有效地进行热交换。并且，即使对多孔铝体22不进行亲水处理也能够有效地吸取热介质M并将其保持，因此无需耗费亲水处理成本而能够以低成本制造环路热管10。
并且，根据本实施方式的环路热管10，铝导管21的内周面21a与多孔铝体22经由结合部39而结合。由此，能够在铝导管21与多孔铝体22之间有效地进行导热。因此，能够提高蒸发器11中的吸热性，且能够实现可有效地进行热交换的环路热管10。
(第二实施方式：环路热管)
在上述第一实施方式中，构成环路热管10的蒸发器11的铝导管21与多孔铝体22经由结合部39而彼此结合，但也可以是不需特意将铝导管21与多孔铝体22结合，而在铝导管21的内部配置多孔铝体22的结构。
图9为表示构成第二实施方式的环路热管的蒸发器的制造方法的说明图。另外，除蒸发器以外的结构与第一实施方式的环路热管相同。
制造第二实施方式的环路热管的蒸发器51时，首先如图9的(a)所示准备具备中空圆筒形的成型空间的模具Q1，并在该成型空间填充烧结用铝原料40。而且，对填充后的烧结用铝原料40按压与成型空间相仿的冲压部Q2，从而进行冲压成型。
接着，如图9的(b)所示从模具Q1(参考图9的(a))取出经冲压成型的烧结用铝原料40的成型品，将其装入脱脂炉内，并在大气气氛下进行加热以去除粘合剂。
之后，装入烧成炉内，在惰性气氛下以640～660℃的温度范围保持0.5～60分钟。另外，保持时间优选为1～20分钟。
通过这样的烧成，如图7A及图7B所示在铝基材31的外表面形成朝向外侧突出的多个柱状突起32。在此，柱状突起32的前端存在Ti-Al系化合物36，且通过该Ti-Al系化合物36抑制柱状突起32的生长。
另外，在作为钛粉末粒子42使用氢化钛的情况下，氢化钛在300～400℃左右的温度下分解，且所生成的钛与铝基材31的表面的氧化膜进行反应。
此时，相邻的铝基材31、31彼此经由彼此的柱状突起32以熔融状态成为一体或通过固相烧结而结合，从而制造出多个铝基材31、31彼此经由柱状突起32而结合的多孔铝体52。
之后，也可以将经烧结的多孔铝体52装入到模具并进行矫正加工。
接着，如图9的(c)所示将通过烧成获得的多孔铝体52插入到作为块体的铝导管21的内侧并进行固定。由此，能够获得构成第二实施方式的环路热管的蒸发器51。
(第三实施方式：蒸发器、冷凝器)
接着，对本发明的第三实施方式的使用多孔管的多孔铝热交换部件进行说明。
图10为表示本发明的多孔铝热交换部件的主要部分放大立体图。该多孔铝热交换部件60为包括铝或铝合金的多孔铝体22与作为块体的包括铝或铝合金的铝多孔管(铝块体)62接合而成的结构。
若进行详细叙述，则如图10所示，本实施方式的多孔铝热交换部件60例如被用作蒸发器或冷凝器，其具备：铝多孔管(铝块体)62，具备成为第一热介质的流体Ma所流通的流路；及多孔铝体22，其与该铝多孔管62的外周面的至少一部分接合。
铝多孔管62包括铝或铝合金，本实施方式中，由A1070、A3003等Al-Mn系合金、A5052等Al-Mg合金等构成。该铝多孔管62例如通过挤压加工而成型，如图10所示，该铝多孔管62呈扁平形状，且在内部具备成为流体Ma所流通的流路的多个贯穿孔63、63……。
多孔铝体22如图2所示由多个铝基材31进行烧结而成为一体，其比表面积为0.020m2/g以上，并且气孔率被设定在30％以上90％以下的范围内。这种多孔铝体22使用与第一实施方式所示的多孔铝体22相同的多孔铝体。
将这种结构的多孔铝热交换部件60用作蒸发器的情况下，多孔铝体22中含有可蒸发的液体，且在多孔铝体22的周围有干燥流体Mb1流动，并且，将铝多孔管62的贯穿孔63、63设为高温流体Ma的流路。
由此，在流体Ma流过铝多孔管62的形成有多孔铝体22的区域的期间，流体Ma的热量通过多孔铝体22加热/蒸发多孔铝体22中所含的液体，从而使干燥的流体Mb1成为含有经汽化的液体的Mb2。作为一例，若将多孔铝体22中所含的液体设为氟利昂、将流体Ma设为温水、将流体Mb1设为干燥的氩气气氛，则可用作能够使氟利昂蒸发(汽化)而在流体Mb1中含有氟利昂的蒸气的蒸发器。
此时，如图7A及图7B所示的柱状突起32成为用于蒸发的沸腾核，因此能够更有效地供给蒸气。
另一方面，将这种结构的多孔铝热交换部件60用作冷凝器的情况下，将多孔铝体22设为含有蒸气的高温流体Mb1的流路，并且，将铝多孔管62的贯穿孔63、63设为低温流体Ma的流路。
由此，在流体Ma流过铝多孔管62的形成有多孔铝体22的区域的期间，多孔铝体22通过流体Ma被冷却，且流体Mb中所含的蒸气在多孔铝体22表面上冷凝。作为一例，若将流体Ma设为冷却水、将流体Mb中所含的蒸气设为氟利昂的蒸气，则能够用作通过冷却水使氟利昂液化的冷凝器。
此时，如图7A及图7B所示的柱状突起32成为用于冷凝的冷凝核，因此能够更有效地使蒸气液化。
(第四实施方式：蒸发器、冷凝器)
接着，对本发明的第四实施方式的使用多条铝管的多孔铝热交换部件进行说明。
图11为表示本发明的多孔铝热交换部件的主要部分放大立体图。该多孔铝热交换部件70为包括铝或铝合金的多孔铝体22与包括铝或铝合金的多个铝管(铝块体)72、72……接合而成的结构。
若进行详细叙述，则如图11所示，本实施方式的多孔铝热交换部件70例如用作蒸发器或冷凝器，其具备：作为块体的铝管(铝块体)72(图11中以每层六条配置成二层)，成为流体Ma所流通的流路；及多孔铝体22，其与该铝管72的外周面的至少一部分接合。即，图11中12条铝管(铝块体)72以贯穿长方体状的多孔铝体22的方式形成。
铝管72、72……包括铝或铝合金，本实施方式中由A1070、A3003等Al-Mn系合金、A5052等Al-Mg合金等构成。
多孔铝体22如图2所示由多个铝基材31进行烧结而成为一体，其比表面积为0.020m2/g以上，并且气孔率设定在30％以上且90％以下的范围内。这种多孔铝体22使用与第一实施方式中所示的多孔铝体22相同的多孔铝体。
将这种结构的多孔铝热交换部件70用作蒸发器的情况下，多孔铝体22中含有可蒸发的液体，在多孔铝体22的周围有干燥的流体Mb1流动，并且，将铝管72设为高温流体Ma的流路。
由此，在流体Ma流过铝管72的形成有多孔铝体22的区域的期间，流体Ma的热量通过多孔铝体22加热/蒸发多孔铝体22中所含的液体，从而使干燥的流体Mb1成为含有经汽化的液体的Mb2。作为一例，若将多孔铝体22中所含的液体设为氟利昂、将流体Ma设为温水、将流体Mb1设为干燥的氩气气氛，则可用作能够使氟利昂蒸发(汽化)而在流体Mb1中含有氟利昂的蒸气的蒸发器。
此时，如图7A及图7B的柱状突起32成为用于蒸发的沸腾核，因此能够更有效地供给蒸气。
另一方面，将这种结构的多孔铝热交换部件70用作冷凝器的情况下，将多孔铝体22设为含有蒸气的高温流体Mb1的流路，并且，将铝管72设为低温流体Ma的流路。
由此，在流体Ma流过铝管72的形成有多孔铝体22的区域的期间，多孔铝体22通过流体Ma被冷却，且流体Mb中所含的蒸气在多孔铝体22表面上冷凝。作为一例，若将流体Ma设为冷却水、将流体Mb中所含的蒸气设为氟利昂的蒸气，则能够用作通过冷却水使氟利昂液化的冷凝器。
此时，如图7A及图7B所示的柱状突起32成为用于冷凝的冷凝核，因此能够更有效地使蒸气液化。
(第五实施方式：蒸发器、冷凝器)
接着，对本发明的第五实施方式的使用经弯曲的铝管的多孔铝热交换部件进行说明。
图12为表示本发明的多孔铝热交换部件的主要部分放大立体图。该多孔铝热交换部件80为包括铝或铝合金的多孔铝体22与包括铝或铝合金的铝管(铝块体)82接合而成的结构。
若进行详细叙述，则如图12所示，本实施方式的多孔铝热交换部件80例如用作蒸发器或冷凝器，其通过将成为流体Ma所流通的流路的、作为块体的铝管(铝块体)82弯曲成U字形，且在包含弯曲部分的铝管82的外周面的至少一部分接合多孔铝体22而成。
通过在铝管82的弯曲部分形成多孔铝体22，能够加大铝管82与多孔铝体22之间的接触区域，并且能够将外形形状小型化。铝管82包括铝或铝合金，本实施方式中由A1070、A3003等Al-Mn系合金、A5052等Al-Mg合金等构成。
多孔铝体22如图2所示由多个铝基材31进行烧结而成为一体，其比表面积为0.020m2/g以上，并且气孔率被设定在30％以上且90％以下的范围内。这种多孔铝体22使用与第一实施方式中所示的多孔铝体22相同的多孔铝体。
将这种结构的多孔铝热交换部件80用作蒸发器的情况下，多孔铝体22中含有可蒸发的液体，在多孔铝体22的周围有干燥的流体Mb1流动，并且，将铝管82设为高温流体Ma的流路。
由此，在流体Ma流过铝管82的形成有多孔铝体22的区域的期间，流体Ma的热量通过多孔铝体22加热/蒸发多孔铝体22中所含的液体，从而使干燥的流体Mb1成为含有经汽化的液体的Mb2。作为一例，若将多孔铝体22中所含的液体设为氟利昂、将流体Ma设为温水、将流体Mb1设为干燥的氩气气氛，则可用作能够使氟利昂蒸发(汽化)而在流体Mb1中含有氟利昂的蒸气的蒸发器。
此时，如图7A及图7B的柱状突起32成为用于蒸发的沸腾核，因此能够更有效地供给蒸气。
另一方面，将这种结构的多孔铝热交换部件80用作冷凝器的情况下，将多孔铝体22设为含有蒸气的高温流体Mb1的流路，并且，将铝管82设为低温流体Ma的流路。
由此，在流体Ma流过铝管82的形成有多孔铝体22的区域的期间，多孔铝体22通过流体Ma被冷却，且流体Mb中所含的蒸气在多孔铝体22表面上冷凝。作为一例，若将流体Ma设为冷却水、将流体Mb中所含的蒸气设为氟利昂的蒸气，则能够用作通过冷却水使氟利昂液化的冷凝器。
此时，如图7A及图7B所示的柱状突起32成为用于冷凝的冷凝核，因此能够更有效地使蒸气液化。
(第六实施方式：蒸发器、冷凝器)
接着，对本发明的第六实施方式的多孔铝热交换部件进行说明。
图13A及图13B分别为表示本发明的多孔铝热交换部件的立体图(图13A)及剖视图(图13B)。该多孔铝热交换部件90由隔着规定间隔并列配置的多个翘片91、91……及以贯穿该翘片91、91……的方式形成的作为块体的铝管(铝块体)92构成。翘片91、91……由基板(铝块体)93及接合在该基板93的表面的多孔铝体22构成。
若进行详细叙述，则如图13A及图13B所示，本实施方式的多孔铝热交换部件90例如用作蒸发器或冷凝器，成为流体Ma所流通的流路的铝管(铝块体)92以贯穿等间隔排列的包括铝或铝合金的基板(铝块体)93、93……的中心的方式配置，且这些基板93、93……与铝管(铝块体)92彼此接合。
并且，多孔铝体22以覆盖每个基板93的表面的方式接合。而且，该多孔铝体22和相邻的多孔铝体22彼此之间成为流体Mb所流通的流路。
多孔铝体22如图2所示由多个铝基材31进行烧结而成为一体，其比表面积为0.020m2/g以上，并且气孔率被设定在30％以上且90％以下的范围内。这种多孔铝体22使用与第一实施方式中所示的多孔铝体22相同的多孔铝体。
将这种结构的多孔铝热交换部件90用作蒸发器的情况下，多孔铝体22中含有可蒸发的液体，在多孔铝体22的周围有干燥的流体Mb1流动，并且，将铝管92设为高温流体Ma的流路。
由此，在流体Ma流过铝管92的形成有多孔铝体22的区域的期间，流体Ma的热量通过多孔铝体22加热/蒸发多孔铝体22中所含的液体，从而使干燥的流体Mb1成为含有经汽化的液体的Mb2。作为一例，若将多孔铝体22中所含的液体设为氟利昂、将流体Ma设为温水、将流体Mb1设为干燥的氩气气氛，则可用作能够使氟利昂蒸发(汽化)而在流体Mb1中含有氟利昂的蒸气的蒸发器。
此时，如图7A及图7B所示的柱状突起32成为用于蒸发的沸腾核，因此能够更有效地供给蒸气。
另一方面，将这种结构的多孔铝热交换部件90用作冷凝器的情况下，将多孔铝体22设为含有蒸气的高温流体Mb1的流路，并且，将铝管92设为低温流体Ma的流路。
由此，在流体Ma流过铝管92的形成有多孔铝热交换部件90的翘片91的区域的期间，多孔铝体22通过翘片91被流体Ma冷却，且流体Mb中所含的蒸气在多孔铝体22表面上冷凝。作为一例，若将流体Ma设为冷却水、将流体Mb中所含的蒸气设为氟利昂的蒸气，则能够用作通过冷却水使氟利昂液化的冷凝器。
此时，如图7A及图7B所示的柱状突起32成为用于冷凝的冷凝核，因此能够更有效地使蒸气液化。
以上，对本发明的多孔铝热交换部件的实施方式进行了说明，但本发明并不限定于此，可以在不脱离本发明的技术思想的范围内适当进行变更。
并且，在多孔铝体与铝块体的接合中，实施方式中作为接合部的共晶元素化合物示出包含Ni、Mg和Si的例子，但也可以是不特别包含这种Ni、Mg和Si等的共晶元素化合物的结构。
并且，在多孔铝体与铝块体的接合中，实施方式中举出经由柱状突起接合的例子，但除此以外例如能够应用使用钎料的钎焊、扩散接合、使用焊锡的焊接等各种接合方法来将多孔铝体与铝块体接合。
并且，实施方式中以多孔铝体与铝块体的接合为例举出，但只要是能够进行钎焊等各种接合的材料，则块体并不限定于铝。并且，仅在导管中插入多孔铝体的情况下，无论能否接合都能够选择包括任意的金属或金属合金的块体。
并且，实施方式中没有特别对多孔铝体进行亲水处理，但通过对多孔铝体进一步进行亲水处理，能够进一步提高多孔铝体的热介质的保持力。
实施例
以下，对验证本发明的效果的验证结果进行说明。
作为本发明例、参考例，准备包括A1070、A3003、A5052且外形12mm、壁厚1mm的铝导管以作为铝块体。而且，在该铝导管的内部经烧结形成具有如图2的柱状突起的多孔铝体。多孔铝体的组成设为表1所示的组成。关于这些本发明例1～8、参考例，测定气孔率、比表面积、水的提升高度、每单位体积的保水量。本发明例1～3为改变导管材质的例，本发明例4为将铝烧结体中的共晶元素设为Mg的例，本发明例5为缩小比表面积的例，本发明例6为进行亲水处理的例，本发明例7为加大比表面积的例，本发明例8为减小气孔率的例。并且，参考例1为将比表面积设为小于0.020m2/g的例。
比表面积的测定中，根据基于惰性气体的低温低湿物理吸附的BET(Brunauer-Emmett-Teller，比表面积)法，将固定量试样放入玻璃管中，在200℃下进行60分钟的真空脱气，之后逐渐导入氮气，根据此时的压力变化与BET式(三点法)计算出每个样品的比表面积。
水提升高度的测定中，制作尺寸为30mm×200mm×5mm的多孔铝体，将200mm的方向设为高度方向，将多孔铝体从水面起沿深度方向浸渍5mm后，测定10分钟后的水的到达高度。水槽的尺寸与多孔铝体的尺寸相比足够大，且由水的提升给多孔铝体的水面位置带来的变化小到可以忽略不计。
保水量的测定中，将多孔铝体充分地浸渍到水中，且将浸渍前与浸渍后的重量差除以烧结体体积的值作为保水量。
作为以往的比较例，准备包括A1070且外形12mm、壁厚1mm的铝导管以作为铝块体。而且，在该铝导管的内部填充没有柱状突起的公知的铝纤维。比较例1为对铝纤维进行扩散烧结的例，比较例2为对进行扩散烧结的铝纤维实施亲水处理的例，比较例3为对铝纤维进行压缩及扩散烧结的例，比较例4为对铝纤维仅加以压缩的例。关于这些比较例1～4，测定气孔率、比表面积、水的提升高度、每单位体积的保水量。并且每个测定项目的测定条件与本发明例相同。
在表1示出这些本发明例与比较例的验证结果。
根据表1所示的验证结果，本发明例的多孔铝热交换部件与比较例的铝热交换部件相比比表面积均优异。并且，没有实施亲水处理的例子中，在水提升高度方面，本发明例中除了本发明例5之外都比比较例优异，但本发明例5具有高于比较例的每单位体积的保水量。并且，在每单位体积的保水量的方面，本发明例中除了本发明例8之外都比比较例优异，但本发明例8的水提升高度比比较例优异。对实施亲水处理的本发明例6与比较例2进行比较的情况下，本发明在比表面积、水提升高度、每单位体积的保水量这些方面均优异。从这种结果确认到，本发明例的多孔铝热交换部件与以往的铝热交换部件相比，可提高与热介质的热交换效率。
并且，本实施方式中，对使用包括纯铝的铝基材的多孔铝热交换部件进行了说明，但并不限定于此，也可以使用包括一般铝合金的铝基材。
例如，也能够适当地使用包括JIS中规定的A3003合金(Al-0.6质量％Si-0.7质量％Fe-0.1质量％Cu-1.5质量％Mn-0.1质量％Zn合金)、A5052合金(Al-0.25质量％Si-0.40质量％Fe-0.10质量％Cu-0.10质量％Mn-2.5质量％Mg合金-0.2质量％Cr―0.1质量％Zn合金)等的铝基材。
并且，铝基材也不限定于一种组成，例如可以设为包括纯铝的纤维与包括JISA3003合金的粉末的混合物等，且能够根据目的适当调整。
本实施方式中，包括铝或铝合金的铝块体以A1070、A3003等Al-Mn系合金、A5052等Al-Mg合金来进行了说明，但并不限定于此，也可以使用其他一般的铝合金。
例如，也能够使用包括JIS中规定的合金A2017(Al-0.8质量％Si-0.7质量％Fe-4.5质量％Cu-1.0质量％Mn-0.8质量％Mg-0.1质量％Cr-0.25质量％Zn-0.15质量％Ti合金)和A7075合金(Al-0.4质量％Si-0.5质量％Fe-2.0质量％Cu-0.3质量％Mn-2.9质量％Mg-0.28质量％Cr-6.1质量％Zn-0.2质量％Ti合金)等的铝合金。
产业上的可利用性
能够以更低的成本提供性能更高的热交换部件。
符号说明
10 环路热管(多孔铝热交换部件)
11 蒸发器
12 冷凝器
21 铝导管(块体、铝块体)
22 多孔铝体

Claims (8)

1.一种多孔铝热交换部件，其具有：多孔铝体，经多个铝基材烧结而成；及块体，包括金属或金属合金，该多孔铝热交换部件的特征在于，
在所述铝基材的外表面形成有朝向外侧突出的多个柱状突起，所述多孔铝体的气孔形成热介质的流路。
2.根据权利要求1所述的多孔铝热交换部件，其特征在于，
所述块体为包括铝或铝合金的铝块体。
3.根据权利要求1或2所述的多孔铝热交换部件，其特征在于，
在所述铝基材彼此结合的基材结合部存在Ti-Al系化合物，且在所述柱状突起形成有所述基材结合部。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的多孔铝热交换部件，其特征在于，
所述多孔铝体的比表面积为0.020m2/g以上，并且气孔率在30％以上且90％以下的范围内。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的多孔铝热交换部件，其特征在于，
所述铝块体为铝导管。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的多孔铝热交换部件，其特征在于，
所述铝基材为铝纤维及铝粉末中的任意一种或两种。
7.根据权利要求2至6中任一项所述的多孔铝热交换部件，其特征在于，
所述多孔铝体与所述铝块体彼此通过烧结而结合。
8.根据权利要求7所述的多孔铝热交换部件，其特征在于，
在所述铝基材与所述铝块体结合的结合部存在Ti-Al系化合物，在所述柱状突起形成有所述结合部。
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