CN115668491A - 温度调节单元及温度调节单元的制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明的温度调节单元(10)具有隔开间隔相互平行地延伸的多个棒状部件(32、34)以及连接各棒状部件(32、34)的连接部件(24、26)，通过叠层多个由金属形成的金属多孔质结构体(例如，金属纤维结构体(40、42))构成，各金属多孔质结构体的各棒状部件(32、34)相互平行地延伸，在各棒状部件(32、34)之间的间隙中形成流体的流路(50)。

Description

温度调节单元及温度调节单元的制造方法
技术领域
本发明涉及温度调节单元及温度调节单元的制造方法。
背景技术
以往，电气设备、电子设备及半导体设备等中，为了保护不耐发热的电路等而使用温度调节单元。更详细地，由于若电气设备等使用的电量变多，则发热量也变多，因此通过利用温度调节单元对产生的热进行冷却来调节电气设备等的内部的温度。
例如，日本公开专利公报的特开2019-9433号公报(JP2019-9433A)等公开了这种温度调节单元。日本特开2019-9433号公报等中公开的温度调节单元具备由金属纤维构成的金属纤维片和冷却金属纤维片的冷却机构，冷却效果优异，易于小型化和薄型化，能够进行电气设备等的内部的局部冷却。
发明内容
发明要解决的课题
日本特开2019-9433号公报所公开的温度调节单元虽然是易于小型化和薄型化的方式，但是由于用于向流路中流动的流体传递热的热交换面积小，因此在冷却使用电流量多的半导体部件这样的要求进一步的热交换能力的情况下，有时热交换能力不足。
本发明是考虑到这样的问题而完成的，其目的在于提供一种热交换能力优异的温度调节单元以及温度调节单元的制造方法。
本发明的温度调节单元的特征在于，具有隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件以及连接各所述棒状部件的连接部件，通过叠层多个由金属形成的金属多孔质结构体而构成，各所述金属多孔质结构体的各所述棒状部件相互平行地延伸，在各所述棒状部件之间的间隙中形成流体的流路。
本发明的温度调节单元的制造方法包含下述工序：使多个金属纤维、金属粒子、或金属纤维与金属粒子的混合体集聚在承接部上的工序；通过对集聚在所述承接部上的多个所述金属纤维、所述金属粒子、或所述混合体进行烧结，从而制作多个由金属形成的金属多孔质结构体的工序，其中，该金属多孔质结构体具有隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件及连接各所述棒状部件的连接部件；以及通过将多个所述金属多孔质结构体以各所述金属多孔质结构体的各所述棒状部件相互平行地延伸的方式叠层，从而在各所述棒状部件之间的间隙中形成流体的流路的工序。
根据本发明的温度调节单元以及温度调节单元的制造方法，能够得到热交换能力优异的温度调节单元。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的温度调节单元的结构的一例的立体图。
图2是图1所示的温度调节单元的A-A向视的剖视图。
图3是图2所示的温度调节单元的B-B向视、即图1所示的温度调节单元的C-C向视的剖视图。
图4是图2所示的温度调节单元的D-D向视、即图3所示的温度调节单元的E-E向视及图1所示的温度调节单元的F-F向视的剖视图。
图5是示出构成图1所示的温度调节单元的第1金属纤维结构体的结构的立体图。
图6是示出构成图1所示的温度调节单元的第2金属纤维结构体的结构的立体图。
图7是示出构成图1所示的温度调节单元的板状的外侧部件的立体图。
图8是示出构成变形例的温度调节单元的第1金属纤维结构体的结构的立体图。
图9是示出构成变形例的温度调节单元的第2金属纤维结构体的结构的立体图。
图10的(a)～(e)是构成本发明的各种实施方式的温度调节单元的棒状部件的剖视图。
图11是示出另一变形例的温度调节单元的内部结构的剖视图。
图12是示出又一变形例的温度调节单元的内部结构的剖视图。
图13是示出又一变形例的温度调节单元的内部结构的剖视图。
图14是示出又一变形例的温度调节单元的内部结构的剖视图。
图15是放大示出图14所示的温度调节单元的内部结构中的范围G的剖视图。
图16是评价装置的俯视图。
图17是图16所示的评价装置的主视图。
图18是图16所示的评价装置的左视图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。图1至图7是示出本实施方式的温度调节单元的图。本实施方式的温度调节单元对作为被传热介质的流体进行加热或从该流体进行散热。作为被传热介质的流体例如是水、空气、防冻液、有机溶剂、氟系溶剂(例如，Fluorinert、氟利昂)等。
图1至图4是示出本实施方式的温度调节单元10的图。具体而言，图1是示出本实施方式的温度调节单元10的结构的一例的立体图，图2是图1所示的温度调节单元10的A-A向视的剖视图。另外，图3是图2所示的温度调节单元10的B-B向视、即图1所示的温度调节单元10的C-C向视的剖视图。另外，图4是图2所示的温度调节单元10的D-D向视、即图3所示的温度调节单元10的E-E向视以及图1所示的温度调节单元10的F-F向视的剖视图。
如图1至图4所示，温度调节单元10具备具有入口20a及出口20b的大致长方体形状的框体20，和设在框体20的内部的多个棒状部件30，在各棒状部件30之间的间隙中形成有流体的流路50。该流路50是流体的主要流路。另外，在本实施方式中，形成有相互大致平行地延伸的多个流路50。流体从框体20的入口20a进入该框体20的内部，通过各流路50向图1及图2中的右方流动，从出口20b向框体20的外部流出。此时，在各流路50中，流体沿着与各棒状部件30的延伸方向正交的方向即流动方向(具体而言，图1及图2中的右方)流动。此外，各流路50中的流体的流动方向也可以从与各棒状部件30的延伸方向正交的方向稍微倾斜。具体而言，各流路50中的流体的流动方向与相对于各棒状部件30的延伸方向正交的方向之间的角度在-10°～10°的范围内即可。以下详细说明这样的温度调节单元10。
图1所示的温度调节单元10通过交替叠层图5所示的第1金属纤维结构体40和图6所示的第2金属纤维结构体42而构成。具体而言，通过交替叠层图5所示的第1金属纤维结构体40和图6所示的第2金属纤维结构体42，形成金属纤维结构体的叠层体，在该叠层体的两侧安装有图7所示的板状的外侧部件44。外侧部件44由金属体22构成。在使用液体作为被传热介质的情况下，也可以除了被传热介质的入口、出口面以外水密地配置外侧部件44。
第1金属纤维结构体40具有隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件32和连接各棒状部件32的一对连接部件24。如图2等所示，各棒状部件32具有弯曲面。另外，各棒状部件32的截面形状为山形状。具体而言，各棒状部件32的截面形状成为被直线及凸形状的曲线(例如圆弧的一部分)包围的区域。另外，一对连接部件24安装于各棒状部件32的两端。由此，第1金属纤维结构体40成为所谓的梯子形状。
对第1金属纤维结构体40的制造方法进行说明。首先，通过对多个金属纤维施加物理冲击使其变形，将该变形的多个金属纤维载置在石墨板上。具体而言，首先，将形成有与一对连接部件24及各棒状部件32对应的梯子形状的贯通孔的第1模具载置于石墨板上。然后，在该第1模具的贯通孔中放入变形的多个金属纤维。然后，对放入第1模具的贯通孔的多个金属纤维进行烧结，在烧结后进行加压。然后，从石墨板上取下第1模具时，在石墨板上形成第1金属纤维成型体40。
第2金属纤维结构体42具有隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件34及连接各棒状部件34的一对连接部件26。如图2等所示，各棒状部件34具有弯曲面。另外，各棒状部件34的截面形状为山形状。具体而言，各棒状部件34的截面形状成为被直线及凸形状的曲线(例如，圆弧的一部分)包围的区域。另外，一对连接部件26安装于各棒状部件34的两端。由此，第2金属纤维结构体42成为所谓的梯子形状。
对第2金属纤维结构体42的制造方法进行说明。首先，通过对多个金属纤维施加物理冲击使其变形，将该变形的多个金属纤维载置在石墨板上。具体而言，首先，将形成有与一对连接部件26及各棒状部件34对应的梯子形状的贯通孔的第2模具载置于石墨板上。然后，在该第2模具的贯通孔中放入变形的多个金属纤维。然后，对放入第2模具的贯通孔的多个金属纤维进行烧结，在烧结后进行加压。然后，从石墨板上取下第2模具时，在石墨板上形成第2金属纤维成型体42。
在本实施方式中，通过组合第1金属纤维结构体40的一对连接部件24、第2金属纤维结构体42的一对连接部件26和一对板状的外侧部件44而构成框体20。另外，设置在框体20内部的多个棒状部件30由第1金属纤维结构体40的各棒状部件32和第2金属纤维结构体42的各棒状部件34构成。
在图1至图3中，第1金属纤维结构体40的各连接部件24、第2金属纤维结构体42的各连接部件26在左右方向上延伸。即，在温度调节单元10中，第1金属纤维结构体40的各连接部件24、第2金属纤维结构体42的各连接部件26的延伸方向与流体在各流路50中流动的方向即流动方向平行。此外，各流路50中的流体的流动方向也可以从与各连接部件24、26的延伸方向正交的方向稍微倾斜。具体而言，只要各流路50中的流体的流动方向与各连接部件24、26的延伸方向之间的角度在-10°～10°的范围内即可。
如上所述，第1金属纤维结构体40的各棒状部件32及第2金属纤维结构体42的各棒状部件34各自的截面形状为山形状，即直线和凸形状的曲线所包围的区域。因此，该截面形状的凸形状的曲线的顶点附近成为前端渐细部分32p、34p。而且，如图2所示，各前端渐细部分32p、34p配置在各流路50的两侧缘前端渐细部分。
另外，第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42以相邻的金属纤维结构体的各棒状部件32、34的前端渐细部分32p、34p相互对置或朝向相反侧的方式交替地叠层。由此，如图2所示，各流路50沿着各连接部件24、26的延伸方向即流动方向(图1及图2中的左右方向)蜿蜒。
另外，如图2所示，划分各流路50的各侧缘的多个棒状部件32、34的相邻的2个棒状部件相互接触。即，第1金属纤维结构体40的各棒状部件32和与该第1金属纤维结构体40相邻的第2金属纤维结构体42的各棒状部件34相互接触。由此，在图2中沿着左右方向平行地延伸的多个流路50分别被各棒状部件32、34划分。因此，多个流路50分别不与其他流路50连通。在该情况下，能够防止在某一流路50中流动的流体与在位于该流路50旁边的其他流路50中流动的流体发生干涉而使流动大幅紊乱。
另外，第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42分别由金属纤维形成。作为这样的金属纤维，也可以使用金属被覆纤维。另外，第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42也可以在使用湿式或干式制法形成为无纺布、织布和网状物等之后加工成金属纤维结构体。优选地，作为第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42，使用在金属纤维集聚后粘结而成的金属纤维结构体。金属纤维粘结是指金属纤维彼此物理固定而形成粘结部。第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42可以是金属纤维彼此在粘结部直接固定，也可以是金属纤维的一部分彼此借助金属成分以外的成分间接固定。
第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42由金属纤维形成，因此在第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42的内部存在空隙。由此，在各流路50中流动的流体能够通过第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42、特别是各棒状部件32、34的内部。另外，在第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42中金属纤维粘结的情况下，在构成第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42的金属纤维之间更容易形成空隙。这样的空隙例如也可以通过金属纤维交织而形成。由于第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42具有这样的空隙，从而在各流路50中流动的流体被导入第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42、特别是各棒状部件32、34的内部，因此容易提高针对流体的热交换性。另外，优选第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42的金属纤维在粘结部被烧结。通过金属纤维被烧结，从而第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42的导热性和均质性容易稳定。
此外，第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42中的各连接部件24及各连接部件26也可以由金属体而非金属纤维构成。在该情况下，由于板状的各外侧部件44也由金属体22构成，因此能够防止流体通过框体20从各流路50在出口20b以外的部位漏出到外部。
进一步，作为又一例，各外侧部件44也可以不是由金属体22构成，而是由金属纤维形成。
另外，第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42可以通过接合剂接合，或者也可以通过熔接、烧结将第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42接合。
接着，对本实施方式的温度调节单元10的动作进行说明。如图1的箭头所示，从入口20a进入框体20的内部的作为被传热介质的流体通过在第1金属纤维结构体40的各棒状部件32和第2金属纤维结构体42的各棒状部件34之间形成的各流路50，沿着流动方向向图1和图2中的右方流动。此时，由于各流路50沿流动方向蜿蜒，因此流体也蜿蜒地在各流路50中流动。在该情况下，在各流路50中流动的流体的压力损失适当地变大，能够延长流体在各流路50内的滞留时间，因此能够提高传热效果。此外，由于第1金属纤维结构体40的各棒状部件32和第2金属纤维结构体42的各棒状部件34由金属纤维形成，因此这些各棒状部件32、34的表面积变大，能够提高基于第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42的热传导率。另外，在各棒状部件32、34由随机配置的金属短纤维构成的情况下，在各流路50中流动的流体容易产生紊流。在该情况下，在各流路50中流动的流体的压力损失进一步变大，能够进一步延长流体在各流路50内的滞留时间，因此能够进一步提高传热效果。
根据由以上结构构成的本实施方式的温度调节单元10，具有隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件32、34及连接各棒状部件32、34的连接部件24、26，通过叠层多个由金属形成的金属多孔质结构体(具体而言，第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42)而构成，各金属多孔质结构体的各棒状部件32、34相互平行地延伸，在各棒状部件32、34之间的间隙形成流体的流路50。
在该情况下，由于流体避开各棒状部件32、34在流路50中流动，因此在流路50中流动的流体的压力损失适当地变大，能够延长流体在流路50内的滞留时间，因此能够提高传热效果。另外，在作为金属多孔质结构体的第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42由金属纤维形成的情况下，各棒状部件32、34的表面积变大，能够提高基于第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42的热传导率。因此，温度调节单元10的热交换能力优异。
此外，关于隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件32、34，某个棒状部件32、34的延伸方向也可以相对于其他棒状部件32、34的延伸方向稍微倾斜。具体而言，关于多个棒状部件32、34，只要某个棒状部件32、34的延伸方向与其他棒状部件32、34的延伸方向之间的角度在-10°～10°的范围内即可。
另外，本实施方式的温度调节单元的制造方法包含下述工序：使多个金属纤维集聚在承接部(具体而言为石墨板)上的工序；通过对集聚在承接部上的多个金属纤维进行烧结来制造多个由金属形成的金属多孔质结构体(具体而言为第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42)的工序，其中，该金属多孔质结构体具有隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件32、34以及将各棒状部件32、34连接的连接部件24、26；以及通过将多个金属多孔质结构体以各金属多孔质结构体的各棒状部件32、34相互平行地延伸的方式叠层，从而在各棒状部件32、34之间的间隙中形成流体的流路50的工序。根据这样的温度调节单元的制造方法，能够制造上述结构的温度调节单元10。
另外，根据本实施方式的温度调节单元10，在隔开间隔地相互平行地延伸的金属多孔质结构体的多个棒状部件32、34之间形成有流体的流路50，在流路50中，流体沿着与棒状部件32、34的延伸方向正交的方向即流动方向流动，流路50沿着流动方向蜿蜒。
在该情况下，由于流体沿着流路50蜿蜒流动，因此随着在流路50中流动的流体的热交换面积的增大，压力损失适当地变大，能够延长流体在流路50内的滞留时间，因此能够提高传热效果。另外，由于各棒状部件32、34是金属多孔质结构体，因此各棒状部件32、34的表面积变大，能够提高基于各棒状部件32、34的热传导率。因此，温度调节单元10的热交换能力优异。
此外，本实施方式的温度调节单元并不限定于上述方式。以下，对本实施方式的温度调节单元的其他各种例子进行说明。
某变形例的温度调节单元通过交替叠层图8所示的第1金属纤维结构体46和图9所示的第2金属纤维结构体48而构成。具体而言，通过交替叠层图8所示的第1金属纤维结构体46和图9所示的第2金属纤维结构体48而形成金属纤维结构体的叠层体，在该叠层体的两侧安装图7所示的板状的外侧部件44。
第1金属纤维结构体46具有隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件32及连接各棒状部件32的一根连接部件24。图8所示的第1金属纤维结构体46中使用的棒状部件32的形状与图5所示的金属纤维结构体40中使用的棒状部件32的形状大致相同。另外，连接部件24安装于各棒状部件32的一个端部。由此，第1金属纤维结构体40成为所谓的梳子形状。
第2金属纤维结构体48具有隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件34及连接各棒状部件34的一根连接部件24。图9所示的第2金属纤维结构体48中使用的棒状部件34的形状与图6所示的金属纤维结构体42中使用的棒状部件34的形状大致相同。另外，连接部件26安装于各棒状部件34的一个端部。由此，第2金属纤维结构体48成为所谓的梳子形状。
在变形例的温度调节单元中，通过组合第1金属纤维结构体46的连接部件24、第2金属纤维结构体48的连接部件26和板状的外侧部件44来构成框体。具体而言，在通过第1金属纤维结构体46及第2金属纤维结构体48交替叠层而形成的叠层体的两侧配置图7所示的板状的外侧部件44，并且在该叠层体中的各棒状部件32、34的另一个端部也安装由金属体22形成的板状的外侧部件44。由此，形成具有入口及出口的框体。
在这样的变形例的温度调节单元中，流体也沿着与第1金属纤维结构体46的连接部件24、第2金属纤维结构体48的连接部件26平行地延伸的各流路50流动。
如上所述，第1金属纤维结构体46的各棒状部件32及第2金属纤维结构体48的各棒状部件34各自的截面形状为山形状，即由直线和凸形状的曲线所包围的区域。因此，该截面形状的凸形状的曲线的顶点附近成为前端渐细部分32p、34p。而且，在各流路50的两侧缘配置有各前端渐细部分32p、34p。
另外，第1金属纤维结构体46及第2金属纤维结构体48以相邻的金属纤维结构体的各棒状部件32、34的前端渐细部分32p、34p相互对置或朝向相反侧的方式交替地叠层。由此，各流路50沿着各连接部件24、26的延伸方向即流体的流动方向蜿蜒。
另外，划分各流路50的各侧缘的多个棒状部件32、34的相邻的2个棒状部件相互接触。即，第1金属纤维结构体46的各棒状部件32与位于该第1金属纤维结构体46旁边的第2金属纤维结构体48的各棒状部件34相互接触。由此，沿流动方向平行延伸的多个流路50分别由各棒状部件32、34划分。因此，多个流路50分别不与其他流路50连通。
另外，第1金属纤维结构体46及第2金属纤维结构体48分别由金属纤维形成。构成第1金属纤维结构体46及第2金属纤维结构体48的金属纤维使用与构成上述第1金属纤维结构体40及第2金属纤维结构体42的金属纤维大致相同的金属纤维。
这样，在通过交替叠层图8所示的第1金属纤维结构体46和图9所示的第2金属纤维结构体48而构成的温度调节单元中，也与图1等所示的温度调节单元10同样地，在流路50中流动的流体的压力损失适当地变大，能够延长流体在流路50内的滞留时间，因此能够提高传热效果。另外，各棒状部件32、34由金属纤维形成，由此各棒状部件32、34的表面积变大，能够提高各棒状部件32、34的热传导率。因此，温度调节单元10的热交换能力优异。
另外，在另一变形例的温度调节单元中，能够使用各种形状作为各棒状部件的截面。具体而言，也可以不使用图1至图6所示的各棒状部件32、34，而使用图10的(a)所示的截面形状为四边形(具体而言为正方形或长方形)的各棒状部件32a、34a、图10的(b)所示的截面形状为梯形的各棒状部件32b、34b、图10的(c)所示的截面形状为三角形(具体而言为等腰三角形)的各棒状部件32c、34c、图10的(d)所示的截面形状为山形、即由直线及凸形状的曲线包围的区域的各棒状部件32d、34d、图10的(e)所示的截面形状为山形(即由直线及凸形状的曲线包围的区域)的各棒状部件32e、34e中的任一个。此外，图10的(e)所示的各棒状部件32e、34e的截面形状与图10的(d)所示的各棒状部件32d、34d的截面形状相比，凸形状的曲线的曲率变小。另外，作为其他种类的各棒状部件，也可以使用截面形状为半圆形状的部件。
在图10所示的各种棒状部件的截面中，图10的(b)所示的各棒状部件32b、34b、图10的(c)所示的各棒状部件32c、34c、图10的(d)所示的各棒状部件32d、34d、图10的(e)所示的棒状部件32e、34e各自的截面形状包含前端渐细部分。在该情况下，与使用图10的(a)所示的各棒状部件32a、34a的情况相比，能够抑制流体在温度调节单元中流动的时间过长而导致流体的处理效率(流量)降低的情况。
另外，在图10所示的各种棒状部件的截面中，图10的(d)所示的各棒状部件32d、34d以及图10的(e)所示的棒状部件32e、34e包含弯曲面。在该情况下，与使用图10的(a)所示的各棒状部件32a、34a、图10的(b)所示的各棒状部件32b、34b或图10的(c)所示的各棒状部件32c、34c的情况相比，能够抑制流体在温度调节单元中流动的时间过长而导致流体的处理效率(流量)降低的情况。
另外，图10的(e)所示的各棒状部件32e、34e的截面形状与图10的(d)所示的各棒状部件32d、34d的截面形状相比，凸形状的曲线的曲率小，但在该情况下，能够抑制流体在温度调节单元中流动的时间过长而导致流体的处理效率(流量)降低的情况。
另外，作为又一变形例的温度调节单元，也可以使用图11所示的温度调节单元110、图12所示的温度调节单元210、图13所示的温度调节单元310或图14及图15所示的温度调节单元410。
图11所示的温度调节单元110具备具有入口120a及出口120b的大致长方体形状的框体120，和设在框体120的内部的多个棒状部件130，在各棒状部件130之间的间隙中形成有多个流体的流路150。流体从框体120的入口120a进入该框体120的内部，通过各流路150向图11中的右方流动，从出口120b流出到框体120的外部。
多个棒状部件130由第1金属纤维结构体(未图示)的多个棒状部件132和第2金属纤维结构体(未图示)的多个棒状部件134构成。各棒状部件132、134的截面形状成为山形状、即被直线及凸形状的曲线包围的区域。另外，各棒状部件132、134的截面形状的凸形状的曲线的曲率大于图1至图6所示的各棒状部件32、34的截面形状的凸形状的曲线的曲率。另外，各棒状部件132、134以凸形状的曲线的朝向相反的状态配置。另外，第1金属纤维结构体具有连接多个棒状部件132的连接部件(未图示)。另外，第2金属纤维结构体具有连接多个棒状部件134的连接部件(未图示)。
图11所示的温度调节单元110通过交替叠层多个这样的第1金属纤维结构体和第2金属纤维结构体而构成。此时，各金属纤维结构体的各棒状部件132、134相互平行地延伸，在各棒状部件132、134之间的间隙形成流体的各流路150。
换言之，在隔开间隔相互平行地延伸的、由金属纤维形成的多个棒状部件130之间形成有流体的各流路150，在各流路150中，流体沿着与棒状部件130的延伸方向正交的方向即流动方向流动，各流路150沿着流动方向蜿蜒。
在这样的温度调节单元110中，也与图1等所示的温度调节单元10同样地，在流路150中流动的流体的压力损失适度变大，能够延长流体在流路150内的滞留时间，因此能够提高传热效果。另外，各棒状部件130由金属纤维形成，从而各棒状部件130的表面积增大，能够提高各棒状部件130的热传导率。因此，温度调节单元110的热交换能力优异。
图12所示的温度调节单元210具备具有入口220a及出口220b的大致长方体形状的框体220，和设置于框体220的内部的多个棒状部件230，在各棒状部件230之间的间隙形成有多个流体的流路250。流体从框体220的入口220a进入该框体220的内部，通过各流路250向图12中的右方流动，从出口220b流出到框体220的外部。
多个棒状部件230由第1金属纤维结构体(未图示)的多个棒状部件232和第2金属纤维结构体(未图示)的多个棒状部件234构成。各棒状部件232、234的截面形状为梯形形状。另外，各棒状部件232、234以梯形形状的朝向相反的状态配置。另外，第1金属纤维结构体具有连接多个棒状部件232的连接部件(未图示)。另外，第2金属纤维结构体具有连接多个棒状部件234的连接部件(未图示)。
图12所示的温度调节单元210通过交替叠层多个这样的第1金属纤维结构体和第2金属纤维结构体而构成。此时，各金属纤维结构体的各棒状部件232、234相互平行地延伸，在各棒状部件232、234之间的间隙形成流体的各流路250。
换言之，在隔开间隔相互平行地延伸的、由金属纤维形成的多个棒状部件230之间形成流体的各流路250，在各流路250中，流体沿着与棒状部件230的延伸方向正交的方向即流动方向流动，各流路250沿着流动方向蜿蜒。
在这样的温度调节单元210中，也与图1等所示的温度调节单元10同样地，在流路250中流动的流体的压力损失变大，能够延长流体在流路250内的滞留时间，因此能够提高传热效果。另外，由于各棒状部件230由金属纤维形成，各棒状部件230的表面积增大，能够提高各棒状部件230的热传导率。因此，温度调节单元210的热交换能力优良。
图13所示的温度调节单元310具备具有入口320a及出口320b的大致长方体形状的框体320，和设置于框体320的内部的多个棒状部件330，在各棒状部件330之间的间隙形成有多个流体的流路350。流体从框体320的入口320a进入该框体320的内部，通过各流路350向图13中的右方流动，从出口320b流出到框体320的外部。
多个棒状部件330由第1金属纤维结构体(未图示)的多个棒状部件332和第2金属纤维结构体(未图示)的多个棒状部件334构成。各棒状部件332、334的截面形状为梯形形状。另外，各棒状部件332、334以梯形形状的朝向相反的状态配置。另外，第1金属纤维结构体具有连接多个棒状部件332的连接部件(未图示)。另外，第2金属纤维结构体具有连接多个棒状部件334的连接部件(未图示)。
另外，图13所示的各棒状部件332、334与图12所示的各棒状部件232、234相比，梯形形状截面的纵横比(具体而言，梯形的高度除以底边的长度而得到的值)变大，各棒状部件332、334之间的距离(即，各流路350的宽度)比各棒状部件232、234之间的距离(各流路250的宽度)小。由此，在各流路350中流动的压力损失变得更大，各流路350内的流体的滞留时间变得更长，因此，与图12所示的温度调节单元210相比，能够提高传热效果。
图13所示的温度调节单元310通过交替叠层多个这样的第1金属纤维结构体和第2金属纤维结构体而构成。此时，各金属纤维结构体的各棒状部件332、334相互平行地延伸，在各棒状部件332、334之间的间隙形成流体的各流路350。
换言之，在隔开间隔相互平行地延伸的、由金属纤维形成的多个棒状部件330之间形成流体的各流路350，在各流路350中，流体沿着与棒状部件330的延伸方向正交的方向即流动方向流动，各流路350沿着流动方向蜿蜒。另外，在图13所示的温度调节单元310中，在各流路350中，在沿着连接部件的延伸方向(即图13中的左右方向)观察时，各棒状部件332、334局部重合，流路350成为与连接部件平行地延伸的假想直线(即，图13中的沿左右方向延伸的假想直线)必定与棒状部件332、334相交的形状。
在这样的温度调节单元310中，也与图1等所示的温度调节单元10同样地，在流路350中流动的流体的压力损失变大，能够延长流体在流路350内的滞留时间，因此能够提高传热效果。另外，在各流路350中，在沿着连接部件的延伸方向(即，图13中的左右方向)观察时，各棒状部件332、334局部重合，因此，流路350内的流体的滞留时间变得更长，因此能够进一步提高传热效果。另外，由于各棒状部件330由金属纤维形成，各棒状部件330的表面积增大，能够提高各棒状部件330的热传导率。因此，温度调节单元310的热交换能力优异。
图14所示的温度调节单元410具备具有入口420a及出口420b的大致长方体形状的框体420，和设置于框体420的内部的多个棒状部件430，在各棒状部件430之间的间隙形成有多个流体的流路450。流体从框体420的入口420a进入该框体420的内部，通过各流路450向图14中的右方流动，从出口420b流出到框体420的外部。
多个棒状部件430由第1金属纤维结构体(未图示)的多个棒状部件432和第2金属纤维结构体(未图示)的多个棒状部件434构成。各棒状部件432、434的截面形状成为被直线及凸形状的曲线包围的区域。另外，各棒状部件432、434的截面形状的凸形状的曲线的曲率与图1至图6所示的各棒状部件32、34的截面形状的凸形状的曲线的曲率为大致相同的大小。另外，各棒状部件432、434以凸形状的曲线的朝向相反的状态被配置。另外，第1金属纤维结构体具有连接多个棒状部件432的连接部件(未图示)。另外，第2金属纤维结构体具有连接多个棒状部件434的连接部件(未图示)。
图14所示的温度调节单元410通过交替叠层多个这样的第1金属纤维结构体和第2金属纤维结构体而构成。此时，各金属纤维结构体的各棒状部件432、434相互平行地延伸，在各棒状部件432、434之间的间隙形成流体的各流路450。
另外，在图14所示的温度调节单元410中，划分各流路450的各侧缘的多个棒状部件432、434中的相邻的2个棒状部件432、434相互分离。即，在各流路450中流动的流体的流动方向上相邻的2个棒状部件432、434不接触。
图15是放大示出图14所示的温度调节单元410的内部结构中的范围G的剖视图。如图15所示，在与各流路450的流动方向正交的方向即宽度方向(即图15中的上下方向)上相邻的2个棒状部件432、434之间的间隙的距离m比在各流路450的流动方向(即图15中的左右方向)上相邻的2个棒状部件432、434之间的间隙的距离n大。在该情况下，即使在各流路450中流动的流体的流动方向上相邻的2个棒状部件432、434不接触，该相邻的2个棒状部件432、434之间的距离n也不会变大，因此能够抑制在某一流路450中流动的流体与在位于该流路450旁边的其他流路450中流动的流体大幅干涉而使流动大幅紊乱的现象。
在图14所示的温度调节单元410中，也与图1等所示的温度调节单元10同样地，在流路450中流动的流体的压力损失适度变大，能够延长流体在流路450内的滞留时间，因此能够提高传热效果。另外，由于各棒状部件430由金属纤维形成，各棒状部件430的表面积增大，能够提高各棒状部件430的热传导率。因此，温度调节单元410的热交换能力优异。
此外，上述的各温度调节单元通过叠层多个由金属纤维形成的金属纤维结构体而构成。但是，本发明的温度调节单元并不限定于这样的方式。作为本发明的温度调节单元，也可以使用通过叠层多个由金属形成的金属多孔质结构体而构成的温度调节单元。在该情况下，作为金属多孔质结构体，除了由金属纤维形成的金属纤维结构体以外，还可以使用由金属粉末形成的金属粉末结构体，或由金属纤维和金属粉末的混合物形成的金属混合体。具体而言，金属粉末结构体通过压粉烧结法、金属粉末注射成型法等粉末冶金法由金属粉末形成。另外，由金属纤维和金属粉末的混合物形成的金属混合体是在上述的金属纤维结构体中混合有粒子状的金属而成的物质。
即使在这样的情况下，由于金属多孔质结构体由多孔的金属形成，各棒状部件的表面积变大，能够提高金属多孔质结构体的热传导率。因此，温度调节单元的热交换能力优异。
另外，在该情况下，在温度调节单元的制造方法中，使多个金属纤维、金属粒子、或者金属纤维与金属粒子的混合体集聚在承接部上，接着，通过对集聚在承接部上的多个金属纤维、金属粒子、或者混合体进行烧结，从而能够制作多个由金属形成的金属多孔质结构体，该金属多孔质结构体具有隔开间隔地相互平行地延伸的多个棒状部件以及将各棒状部件连接的连接部件。然后，通过以各金属多孔质结构体的各棒状部件相互平行地延伸的方式叠层多个金属多孔质结构体，从而在各棒状部件之间的间隙形成流体的流路。
实施例
以下，使用实施例和比较例对本发明进行更详细的说明。
<第1实施例>
将平均纤维长度0.114mm、平均纤维直径0.021mm的铜短纤维1kg投入至切碎机(Horai公司制：型号BO-360)，用0.5mm筛网处理铜短纤维。接着，使从切碎机取出的铜短纤维集聚在高纯度氧化铝板(京瓷株式会社制)上。更详细而言，在高纯度氧化铝板上放置预先形成有多个贯通孔(长5mm、宽5mm、高500μm)的模具，在该模具的贯通孔中放入铜短纤维。由此，在模具的贯通孔的内部，铜短纤维集聚在高纯度氧化铝板上。然后，将在模具的贯通孔的内部集聚有铜短纤维的高纯度氧化铝板放入真空烧结炉(中外炉工业公司制)中，在该真空烧结炉内，在使用氮气的条件下，在压力10Torr、烧结温度1000℃的条件下烧结2hr。然后，从模具中取出烧结体，以成为期望厚度的方式设置间隔物，然后以压力100kN进行压制。由此，制成梯子形状的金属纤维结构体。然后，通过叠层将所制成的金属纤维结构体叠层，从而制成图2至图4所示的形状的温度调节单元。另外，在第1实施例的温度调节单元中，各棒状部件的截面为半圆形状。
＜第2实施例＞
与第1实施例同样地制成金属纤维结构体，通过将制成的金属纤维结构体叠层，从而制成图13所示的形状的温度调节单元。另外，在第2实施例的温度调节单元中，各棒状部件的截面为半圆形状。
＜第1比较例＞
与第1实施例同样地制成金属纤维结构体，通过将制成的金属纤维结构体叠层而制成温度调节单元。在此，在第1比较例的温度调节单元中，形成于各棒状部件之间的流路未沿着流动方向(即，连接部件的延伸方向)蜿蜒。更详细而言，在第1变形例的温度调节单元中，各棒状部件的截面为半圆形状，但在金属纤维结构体被叠层时，相邻的金属纤维结构体的各棒状部件的平面部分相互接触。因此，在温度调节单元整体中，成为圆柱状的棒状部件位于格子的交点的配置。在该情况下，在流路中，流体沿着流动方向直线地流动。
＜第2比较例＞
与第1实施例同样地制成金属纤维结构体，通过将制成的金属纤维结构体叠层而制成温度调节单元。在此，在第2比较例的温度调节单元中，在框体的内部不存在棒状部件，取而代之，通过由具有沿着流动方向(即，连接部件的延伸方向)延伸的平面的板状分隔件来划分流路。即，在流路中，流体沿着流动方向直线地流动。
＜第3比较例＞
与第1实施例同样地制成金属纤维结构体，通过将制成的金属纤维结构体叠层而制成温度调节单元。在此，第3比较例的温度调节单元在框体的内部不存在棒状部件。即，在流路中，流体沿着流动方向直线地流动。
＜评价＞
对第1～第2实施例的温度调节单元和第1～第3比较例的温度调节单元计算热传导率。调查结果示于以下的表1。
[表1]
Figure BDA0003967708630000191
在表1中，热传导率使用图16至图18所示的评价装置，使用空气作为流体，在流量100L/min、输入热量100W的条件下进行测定。图16是评价装置的俯视图，图17是图16所示的评价装置的主视图，图18是图16所示的评价装置的左视图。
具体而言，在第1～第2实施例的温度调节单元和第1～第3比较例的各温度调节单元(在图16至图18中用附图标记W表示)设置流体导入口500、流体导出口502和加热器504，通过加热器504对在温度调节单元中流动的流体进行加热。从流体导入口500进入温度调节单元的内部的流体通过流体通过部510流动，从流体导出口502流出到温度调节单元的外部。另外，测定流体导入口500和流体导出口502的流体的温度，分别作为流体的入口温度和出口温度。另外，如图16所示，在加热器504附近的温度调节单元的表面设置8个温度计506，将由这8个温度计测定的温度调节单元的表面温度的平均值设为Ts。
<热传导率的测定方法>
测定从加热器504向流体的输入热量W、与加热器504邻接的流体通过部510的传递面积S(传热面积)、加热器504附近的温度调节单元的框体的表面温度Ts、通过流体的平均温度Tw(流体的入口温度和出口温度的平均值)，由输入热量W＝热传导率h×传递面积S×(表面温度Ts-流体平均温度Tw)的算式求出热传导率h。
第1～第2实施例的温度调节单元与第1～第3比较例的温度调节单元相比，热传导率优异。第1～第3比较例的温度调节单元由于流体在流路中沿着流动方向直线地流动，因此用于向在流路中流动的流体传递热的热交换面积变小，热传递率变得比较小。与此相对，第1～第2实施例的温度调节单元的流路沿着上述流动方向蜿蜒，因此在流路中流动的流体的压力损失适度变大，能够延长流体在流路内的滞留时间，因此能够提高传热效果。

Claims (11)

1.一种温度调节单元，其特征在于，具有隔开间隔并相互平行延伸的多个棒状部件及连接各所述棒状部件的连接部件，并通过叠层多个由金属形成的金属多孔质结构体构成，
各所述金属多孔质结构体的各所述棒状部件相互平行延伸，
在各所述棒状部件之间的间隙形成流体的流路。
2.根据权利要求1所述的温度调节单元，其特征在于，在所述流路中，流体沿着所述连接部件的延伸方向流动。
3.根据权利要求1或2所述的温度调节单元，其特征在于，各所述棒状部件的截面形状包含前端渐细部分，各所述前端渐细部分配置在所述流路的两侧缘。
4.根据权利要求3所述的温度调节单元，其特征在于，多个所述金属多孔质结构体叠层，并使得相邻的所述金属多孔质结构体的各所述棒状部件的所述前端渐细部分相互对置或朝向相反侧。
5.根据权利要求4所述的温度调节单元，其特征在于，所述流路沿着所述连接部件的延伸方向蜿蜒。
6.根据权利要求4或5所述的温度调节单元，其特征在于，在所述流路中，在沿着所述连接部件的延伸方向观察时，各所述棒状部件局部重合，
所述流路形成为与所述连接部件平行地延伸的假想直线必定与所述棒状部件触碰的形状。
7.根据权利要求1～6中任一项所述的温度调节单元，其特征在于，各所述棒状部件的截面形状为梯形形状、三角形形状、半圆形状或山峰形状。
8.根据权利要求1～7中任一项所述的温度调节单元，其特征在于，各所述棒状部件包含弯曲面。
9.根据权利要求1～8中任一项所述的温度调节单元，其特征在于，各所述金属多孔质结构体为梳子形状或梯子形状。
10.根据权利要求1～9中任一项所述的温度调节单元，其特征在于，各所述金属多孔质结构体是由金属纤维形成的金属纤维结构体、由金属粉末形成的金属粉体结构体、或由金属纤维和金属粉末的混合物形成的金属混合体。
11.一种温度调节单元的制造方法，其特征在于，包含下述工序：
使多个金属纤维、金属粒子、或金属纤维和金属粒子的混合体集聚在承接部上的工序；
通过对集聚在所述承接部上的多个所述金属纤维、所述金属粒子、或所述混合体进行烧结，从而制作多个由金属形成的金属多孔质结构体的工序，其中，该金属多孔质结构体具有隔开间隔并相互平行延伸的多个棒状部件及连接各所述棒状部件的连接部件；以及
通过将多个所述金属多孔质结构体叠层，并使得各所述金属多孔质结构体的各所述棒状部件相互平行地延伸，从而在各所述棒状部件之间的间隙形成流体的流路的工序。
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