JP4287713B2 - 板状フィンチューブを用いた冷却装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、板状フィンチューブを用いた冷却装置に係るものであり、水管と、この水管の外周に鍔状に突設する板状フィン部材を、樹脂材にて一体に形成し、製造が容易で廉価な冷却装置を得るとともに、伝熱面積を多くする事で、金属材製品と同等の冷却効果を得ようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、断面形状が円形、楕円形、長円形等の金属材製の水管の外周に、金属材製の板状フィンを溶接やろう付け等により鍔状に複数突設して板状フィンチューブを形成し、この金属材製の板状フィンチューブを用いた冷却装置が存在する。この冷却装置では、水管内を冷却目的の被冷却流体が流動する際に、板状フィンを介して外気等の冷却媒体との熱交換が行われる事で、被冷却流体が冷却されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属材は樹脂材に比べて加工性に乏しいため、従来の金属材製の板状フィンチューブでは形状が制限され、表面積が多く放熱性に優れた複雑な形状とするのは困難であった。また、金属材製であるから、冷却装置の軽量化にも限界があった。そこで、本発明者らは、軽量で加工性に優れた樹脂材に注目し、金属材製の伝熱面と樹脂製の伝熱面の熱交換性能の比較実験を行ったところ、金属材製伝熱面に比べて樹脂製伝熱面は、条件にもよるが熱交換性能が４〜１５％程度しか劣化しない事を見出した。この４〜１５％程度の熱交換性能を補うためには、樹脂製伝熱面の表面積を１５％以上増加させれば、金属材製の伝熱面と同等若しくはそれ以上の熱交換性能を得る事が可能となると言う結論を得た。
【０００４】
本発明は上述の如き課題を解決しようとするものであって、板状フィンチューブを樹脂材で形成する事により、軽量で廉価な冷却装置を得るとともに、樹脂材の優れた加工性を利用する事で、伝熱面積のより多い板状フィンチューブを形成し、樹脂製品であっても金属材製品と同等の放熱特性を有して冷却効果に優れた冷却装置を得る事を目的とするものである。また、冷却効果の向上により、冷却装置の小型化及び軽量化を可能とし、車輌等への設置時のレイアウトの自由度を向上させるものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の如き課題を解決するため、樹脂製水管と、この水管の外周に樹脂材にて鍔状に一体形成する複数の板状フィン部材とから成り、この板状フィン部材は、隣接する板状フィン部材との間に、波形フィン部材を、該波形フィン部材の頂部と板状フィン部材とが当接するように配設するとともに前記当接部で互いが接続されるよう、板状フィン部材と波形フィン部材とを一体に形成したものである。
【０００６】
また、板状フィン部材は、表面に凹凸及び／又は突起を設けても良い。
【０００７】
また、樹脂製水管及び／又は板状フィン部材及び／又は波形フィン部材は、該樹脂材よりも熱伝導性の高い粒子及び／又は繊維を含有させても良い。
【０００８】
また、樹脂製水管及び／又は板状フィン部材及び／又は波形フィン部材は、樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させても良い。
【０００９】
また、カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させても良い。
【００１０】
【作用】
本発明の板状フィンチューブは上述の如く構成したもので、板状フィン部材を設けた水管を樹脂材にて形成しているので、樹脂材の優れた加工性を利用して、樹脂製水管の外周により多くの板状フィンを突設したり、板状フィン部材の表面に凹凸等を設ける事で、板状フィン部材の表面積を増大させる事ができる。その結果、樹脂製の伝熱面であっても金属材製品に劣らない熱伝導性を得る事ができる。この樹脂製の広面積の伝熱面を介して、水管内を流動する被冷却流体と、板状フィンチューブの外周を流動する外気、冷却水、冷却風等の冷却媒体との熱交換を効率的に行う事ができ、冷却効果に優れた冷却装置を得る事ができる。また、樹脂製とする事により、金属材製品に比べて軽量で廉価な冷却装置を得る事ができるとともに、簡易な製作技術で容易に形成可能となる。また、冷却性能に優れるから、冷却装置の小型化も可能となり、車輌その他への設置時のレイアウトの自由度も向上するものである。また、樹脂製であるから金属材製品の如き酸や水分等での腐食の心配が無く、耐久性の高い製品を形成可能となる。
【００１１】
また、水管の外周に板状フィン部材を樹脂材にて一体に成形する際は、水管と板状フィン部材とを金型の組み合わせにより一回の射出成形で同時に一体化成形すれば、多くの製造工程を省く事ができる。また、水管と別個に形成した板状フィン部材を、後工程で水管の外周に、樹脂材の溶着や接着剤による接着等により接続固定し、双方を一体化しても良く、金属材を溶接やろう付けする場合に比べて容易な製作が可能となる。
【００１２】
また、樹脂製の水管は、断面形状が円形、楕円形、長円形等、何れの形状でも良く、樹脂材を用いて廉価な形成が可能となる。この樹脂製水管の放熱特性を更に高めるため、樹脂製の水管の内部に金属管を配設すれば、金属管の高い熱伝導性と剛性により、樹脂製水管の肉厚を薄くして、冷却装置の熱交換効率を更に高める事が可能となる。また、樹脂製水管の内部に、少なくとも一個のリブを設けて水管の内部空間を区画する事により、被冷却流体の流れの偏りを防ぐ事ができるとともに、耐圧性を向上させる事ができる。そして、水管内を被冷却流体が分散して流動するとともに被冷却流体と水管との接触面積が増大し、外周に配置したフィン部材を介して被冷却流体の熱を効率的に外部に放出可能となる。
【００１３】
また、樹脂製の水管の内周面に、複数の微細な凹凸及び／又は突起等を設ければ、内表面の面積が増大するとともに被冷却流体の流れが乱流化して、水管の放熱特性が向上し、被冷却流体と冷却媒体との、より効率的な熱交換が可能となる。
【００１４】
また、板状フィン部材についても、表面に凹凸及び／又は突起等を設ければ、板状フィン部材の伝熱面積を増大させて放熱特性を更に向上させる事ができる。また、凹凸や突起をより微細に形成可能であり、放熱性を高める事ができる。また、このような複雑な形状であっても、樹脂材では容易な成形が可能となる。
【００１５】
また、板状フィン部材は、隣接する板状フィン部材との間に、波形フィン部材を、該波形フィン部材の頂部と板状フィン部材とが当設するように配設するとともに前記当接部で互いが接続されるよう、板状フィン部材と波形フィン部材とを一体に形成すれば、波形フィン部材により伝熱面積を増大させる事ができ、優れた放熱特性を得る事ができる。また、板状フィン部材と波形フィン部材との一体化も、樹脂材の優れた加工性を利用して、金型を用いて一度の射出成形で一体に形成する事ができる。
【００１６】
また、上記樹脂製水管、板状フィン部材や波形フィン部材等を形成する樹脂材には、カーボンナノファイバーを含有させれば、樹脂製伝熱面の熱伝導性が更に高まり、冷却媒体による被冷却媒体の冷却効果を更に向上させる事が可能となる。また、カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させれば、最良の熱伝導性を得る事ができる。このカーボンナノファイバーの含有量を５wt%以下とすると、伝熱効果の向上作用に乏しく、３０wt%以上を樹脂材に含有させるのは困難で、生産性が低下するとともに高価で、伝熱効果に大きな差を生じない。
【００１７】
尚、本明細書で言うカーボンナノファイバーとは、ナノテクノロジー分野に於いて、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他ナノ単位のカーボン繊維を含んだ総称を示すものである。また、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他を混在させて樹脂材に含有させても良いし、単体で含有させても良い。また、カーボンナノチューブを樹脂材に含有させる場合は、カーボンナノチューブが単層であっても良いし、複層であっても良い。更に、このカーボンナノチューブのアスペクト比は問わないものである。また、カーボンナノチューブの太さ、長さ等も問わないものである。
【００１８】
また、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用すれば、樹脂製水管、板状フィン部材や波形フィン部材等の熱伝導性が高まり、被冷却媒体への冷却効果を向上させる事ができる。また、樹脂材に熱伝導性の高い銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材製、カーボン材製又はガラス材製の粒子及び／又は繊維を含有したり、樹脂材の表面に前記金属材の粉末等を混合した塗料を塗布したり、金属材をめっき或いは蒸着等させても、冷却効果の向上が可能となる。更には、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材に前記金属材製、カーボン材製又はガラス材製の粒子や繊維を含有させれば、冷却効果の更なる向上が可能となる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に於て詳細に説明する。図１は板状フィン間に波状フィンを一体に設けてコルゲートコア構造とした実施例で、図２は図１のＣ−Ｃ線断面図である。図３は鋼管の外表面をＰＡ樹脂でコートした配管、鋼管の外表面をＰＡ樹脂とＰＰ樹脂でコートした配管、鋼管のみで形成した配管の各々に於いて行った熱交換性能の比較実験の概念図で、図４はその比較実験結果をグラフ化したものである。
【００２０】
まず、本発明をするにあたり、表面材質を樹脂材とした伝熱面の熱交換性能の比較実験を行った。この実験装置は、図３に示す如く、風洞部(３１)内に直径８mm、長さ1900mmとした配管(３２)を配置し、この配管(３２)に、温度計(３３)を設けた温水タンク(３４)及びポンプ(３５)、流量計(３６)を接続し、前記配管(３２)に0.9L/mの流量で温度約60℃の温水を流通させている。そして、前記風洞部(３１)内にファン(３７)にて冷却風を送っている。そして、冷却風と配管(３２)内の温水との熱交換性能を、温水の入口温度と出口温度を計測して、その温度差を算出する事により測定している。その温度差及び風速との関係を下記表１及び図４のグラフに示した。実験には、肉厚0.7mmとする鋼管の外表面に13μｍの亜鉛めっきとクロメート処理を施し、更に肉厚50μｍのＰＡ樹脂でコートした配管(３２)(以下ＰＡコート配管と言う)と、肉厚0.7mmとする鋼管の外表面に13μｍの亜鉛めっきとクロメート処理を施し、更に肉厚50mmのＰＡ樹脂及び肉厚1.0mmのＰＰ樹脂でコートした配管(３２)(以下ＰＡ＋ＰＰコート配管と言う)を使用した。また、比較実験として鋼管のみで形成した配管(３２)の熱交換性能も測定した。この鋼管は、肉厚0.7mmとし、外表面に何等の表面処理を施していない。
【００２１】
尚、下記表１中で、風速(m/s)がＰＡコート配管、ＰＡ＋ＰＰコート配管、鋼管のみの配管で完全に一致していないのは、完全に一致する風速を得るのが技術的に困難である事による。そのため、近似した風速を生じさせ、これを計測して得たものが表１に示す風速である。
【００２２】
【表１】
【００２３】
上述の実験により、従来の鋼管に比べて、ＰＡコート配管及びＰＡ＋ＰＰコート配管では、約6m/sの風速時に於いて熱交換性能が４〜１５％程度しか劣化せず、優れた熱交換性能を示した。この実験結果より、樹脂製の伝熱面の表面積を１５％以上増加させれば、金属材製の伝熱面と同等若しくはそれ以上の熱交換性能を得られる事が判明した。この表面積を増加させる手段として、図１、図２に示す実施例の如き、板状フィンチューブを用いた冷却装置を形成した。
【００２４】
尚、本発明を実施する際は、下記表２に示す如き樹脂材等を使用する事により、熱交換性能が優れるだけでなく、耐食性や耐熱性にも優れる冷却装置を得る事ができる。また、あまり耐熱性が必要でなければ、更に多くの種類の樹脂材を使用する事が可能となる。
【００２５】
【表２】
【００２６】
上記樹脂材等を用いた図１、図２に示す実施例を詳細に説明すると、(１)は水管で、図１、図２に示す如く、円形状の樹脂製水管(１)の外周に、板状フィン部材(２)を複数鍔状に突設するとともに、隣接する板状フィン部材(２)間に、波形フィン部材(７)を配設した構造とし、この波形フィン部材(７)と板状フィン部材(２)とを一体に成形する事により、コルゲートコア状の板状フィンチューブ(３)を形成している。この成形により、前記波形フィン部材(７)の頂部と、波形フィン部材(７)の両側に配設される板状フィン部材(２)との当接部(８)が一体に成形される。
【００２７】
また、上記外周に複数の板状フィン部材(２)を突設した水管(１)の上端に、被冷却流体の供給源としてアッパータンク(図示せず)を接続し、下端に冷却後の被冷却流体の供給先としてロアータンク(図示せず)を接続する等により、冷却装置(５)を形成している。この冷却装置(５)では、アッパータンクから供給される冷却目的の被冷却流体を、水管(１)を介してロアータンク側に流動させている。また、冷却装置(５)の外周には冷却風を流動させている。
【００２８】
そして、被冷却流体が水管(１)を流動する際に、水管(１)の表面と外周に突設した板状フィン部材(２)の伝熱面を介して、被冷却流体と冷却風との熱交換を行う事で、被冷却流体を冷却するものである。
【００２９】
また、水管(１)と板状フィン部材(２)とを、上記表２に示す如き樹脂材で一体に形成する事により、冷却装置(５)の容易な形成が可能となるとともに、軽量で廉価な製品を得る事ができる。また、樹脂材の優れた加工性により、金属材で形成した場合よりも、より多くの板状フィン部材(２)を、水管(１)の外周に突設する事ができ、伝熱面積を増大させて効率的な熱交換を可能とする事ができる。また、樹脂製であるから金属材製品の如き酸や水分等での腐食の心配が無く、耐久性の高い冷却装置(５)を得る事が形成可能となる。
【００３０】
また、本実施例では、図１、図２に示す如く、波形フィン部材(７)の波の方向を、全て
の段に於いて同一方向としているので、上述の如き板状フィン部材(２)と波形フィン部材(７)とが接続したコルゲートコア状の板状フィンチューブ(３)を、金型の組み合わせで、一回の射出成形で容易に形成する事ができる。また、樹脂材で形成する事により、廉価で軽量な製品を得る事ができる。そして、このように板状フィン部材(２)間に、波形フィン部材(７)を配設する事により、伝熱面積を増大させる事が可能となるし、板状フィン部材(２)と波形フィン部材(７)との間に形成される空間を冷却風が流動する事により、冷却風の乱流化を生じて、熱交換効率を更に高める事ができる。また、このように伝熱面積が増大して熱交換効率の向上が可能であるから、冷却装置(５)の小型化が可能となり、車輌等への設置時のレイアウトの自由度が高まるものとなる。
【００３１】
また、上記実施例では、板状フィン部材(２)の表面を平滑に形成しているが、板状フィン部材(２)表面に微細な凹凸や突起等を設ける事で、板状フィン部材(２)の伝熱面積を更に増大させる事ができ、冷却効果をより高める事ができる。また、樹脂製の水管(１)に於いても、内周面に微細な凹凸を設けて形成すれば、水管(１)内部の表面積を増大させて、金属管等を用いなくても、水管(１)の放熱特性を高める事ができる。また、樹脂材で形成するので、このような凹凸や突起等を設けた板状フィン部材(２)や水管(１)でも、容易な成形が可能である。尚、樹脂材には熱伝導性の高い銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材の粉末、ガラス材の粉末や繊維、カーボン材の粉末や繊維等を混合したり、その表面に金属材の粉末等を混合した塗料を塗布したり、金属材をめっき或いは蒸着等させても良い。
【００３２】
また、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用した場合でも、伝熱面の熱伝導性が高まり、冷却効果を向上させる事ができる。更には、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材に前記金属材製、カーボン材製、ガラス材製の粒子や繊維を含有させても良く、冷却効果の更なる向上が可能となる。
【００３３】
また、樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させる事により、伝熱面の熱伝導性を更に向上させる事が可能となり、冷却性能を効果的に向上させる事が可能となる。また、カーボンナノファイバーを樹脂材に含有させる場合は、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させる事で、最良の伝熱効果を得る事が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上述の如く構成したものであり、水管とこの水管の外周に鍔状に突設した複数の板状フィン部材とから成る板状フィンチューブを、樹脂材で形成する事により、金属材製品に比べて軽量で廉価な冷却装置を得る事ができる。また、樹脂材の優れた加工性を利用する事で、板状フィンチューブの伝熱面積を増大させる事ができ、金属材製品と同等の優れた放熱特性を得る事ができる。従って、この板状フィンチューブを使用する事で、冷却効果に優れた冷却装置を得る事ができるとともに、この優れた冷却効果により、冷却装置の小型化も可能となり、車輌等への設置時のレイアウトの自由度が高い、小型で特に軽量な冷却装置を得る事ができる。また、耐食性に優れた樹脂材で形成しているので、耐久性の高い冷却装置を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 板状フィン部材間に波形フィン部材を接続した冷却装置の斜視図。
【図２】 図１のＣ−Ｃ線断面図。
【図３】 熱交換性能実験の概念図。
【図４】 熱交換性能グラフ。
【符号の説明】
１ 水管
２ 板状フィン部材
７ 波形フィン部材
８ 当接部
【産業上の利用分野】
本発明は、板状フィンチューブを用いた冷却装置に係るものであり、水管と、この水管の外周に鍔状に突設する板状フィン部材を、樹脂材にて一体に形成し、製造が容易で廉価な冷却装置を得るとともに、伝熱面積を多くする事で、金属材製品と同等の冷却効果を得ようとするものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、断面形状が円形、楕円形、長円形等の金属材製の水管の外周に、金属材製の板状フィンを溶接やろう付け等により鍔状に複数突設して板状フィンチューブを形成し、この金属材製の板状フィンチューブを用いた冷却装置が存在する。この冷却装置では、水管内を冷却目的の被冷却流体が流動する際に、板状フィンを介して外気等の冷却媒体との熱交換が行われる事で、被冷却流体が冷却されるものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、金属材は樹脂材に比べて加工性に乏しいため、従来の金属材製の板状フィンチューブでは形状が制限され、表面積が多く放熱性に優れた複雑な形状とするのは困難であった。また、金属材製であるから、冷却装置の軽量化にも限界があった。そこで、本発明者らは、軽量で加工性に優れた樹脂材に注目し、金属材製の伝熱面と樹脂製の伝熱面の熱交換性能の比較実験を行ったところ、金属材製伝熱面に比べて樹脂製伝熱面は、条件にもよるが熱交換性能が４〜１５％程度しか劣化しない事を見出した。この４〜１５％程度の熱交換性能を補うためには、樹脂製伝熱面の表面積を１５％以上増加させれば、金属材製の伝熱面と同等若しくはそれ以上の熱交換性能を得る事が可能となると言う結論を得た。
【０００４】
本発明は上述の如き課題を解決しようとするものであって、板状フィンチューブを樹脂材で形成する事により、軽量で廉価な冷却装置を得るとともに、樹脂材の優れた加工性を利用する事で、伝熱面積のより多い板状フィンチューブを形成し、樹脂製品であっても金属材製品と同等の放熱特性を有して冷却効果に優れた冷却装置を得る事を目的とするものである。また、冷却効果の向上により、冷却装置の小型化及び軽量化を可能とし、車輌等への設置時のレイアウトの自由度を向上させるものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は上述の如き課題を解決するため、樹脂製水管と、この水管の外周に樹脂材にて鍔状に一体形成する複数の板状フィン部材とから成り、この板状フィン部材は、隣接する板状フィン部材との間に、波形フィン部材を、該波形フィン部材の頂部と板状フィン部材とが当接するように配設するとともに前記当接部で互いが接続されるよう、板状フィン部材と波形フィン部材とを一体に形成したものである。
【０００６】
また、板状フィン部材は、表面に凹凸及び／又は突起を設けても良い。
【０００７】
また、樹脂製水管及び／又は板状フィン部材及び／又は波形フィン部材は、該樹脂材よりも熱伝導性の高い粒子及び／又は繊維を含有させても良い。
【０００８】
また、樹脂製水管及び／又は板状フィン部材及び／又は波形フィン部材は、樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させても良い。
【０００９】
また、カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させても良い。
【００１０】
【作用】
本発明の板状フィンチューブは上述の如く構成したもので、板状フィン部材を設けた水管を樹脂材にて形成しているので、樹脂材の優れた加工性を利用して、樹脂製水管の外周により多くの板状フィンを突設したり、板状フィン部材の表面に凹凸等を設ける事で、板状フィン部材の表面積を増大させる事ができる。その結果、樹脂製の伝熱面であっても金属材製品に劣らない熱伝導性を得る事ができる。この樹脂製の広面積の伝熱面を介して、水管内を流動する被冷却流体と、板状フィンチューブの外周を流動する外気、冷却水、冷却風等の冷却媒体との熱交換を効率的に行う事ができ、冷却効果に優れた冷却装置を得る事ができる。また、樹脂製とする事により、金属材製品に比べて軽量で廉価な冷却装置を得る事ができるとともに、簡易な製作技術で容易に形成可能となる。また、冷却性能に優れるから、冷却装置の小型化も可能となり、車輌その他への設置時のレイアウトの自由度も向上するものである。また、樹脂製であるから金属材製品の如き酸や水分等での腐食の心配が無く、耐久性の高い製品を形成可能となる。
【００１１】
また、水管の外周に板状フィン部材を樹脂材にて一体に成形する際は、水管と板状フィン部材とを金型の組み合わせにより一回の射出成形で同時に一体化成形すれば、多くの製造工程を省く事ができる。また、水管と別個に形成した板状フィン部材を、後工程で水管の外周に、樹脂材の溶着や接着剤による接着等により接続固定し、双方を一体化しても良く、金属材を溶接やろう付けする場合に比べて容易な製作が可能となる。
【００１２】
また、樹脂製の水管は、断面形状が円形、楕円形、長円形等、何れの形状でも良く、樹脂材を用いて廉価な形成が可能となる。この樹脂製水管の放熱特性を更に高めるため、樹脂製の水管の内部に金属管を配設すれば、金属管の高い熱伝導性と剛性により、樹脂製水管の肉厚を薄くして、冷却装置の熱交換効率を更に高める事が可能となる。また、樹脂製水管の内部に、少なくとも一個のリブを設けて水管の内部空間を区画する事により、被冷却流体の流れの偏りを防ぐ事ができるとともに、耐圧性を向上させる事ができる。そして、水管内を被冷却流体が分散して流動するとともに被冷却流体と水管との接触面積が増大し、外周に配置したフィン部材を介して被冷却流体の熱を効率的に外部に放出可能となる。
【００１３】
また、樹脂製の水管の内周面に、複数の微細な凹凸及び／又は突起等を設ければ、内表面の面積が増大するとともに被冷却流体の流れが乱流化して、水管の放熱特性が向上し、被冷却流体と冷却媒体との、より効率的な熱交換が可能となる。
【００１４】
また、板状フィン部材についても、表面に凹凸及び／又は突起等を設ければ、板状フィン部材の伝熱面積を増大させて放熱特性を更に向上させる事ができる。また、凹凸や突起をより微細に形成可能であり、放熱性を高める事ができる。また、このような複雑な形状であっても、樹脂材では容易な成形が可能となる。
【００１５】
また、板状フィン部材は、隣接する板状フィン部材との間に、波形フィン部材を、該波形フィン部材の頂部と板状フィン部材とが当設するように配設するとともに前記当接部で互いが接続されるよう、板状フィン部材と波形フィン部材とを一体に形成すれば、波形フィン部材により伝熱面積を増大させる事ができ、優れた放熱特性を得る事ができる。また、板状フィン部材と波形フィン部材との一体化も、樹脂材の優れた加工性を利用して、金型を用いて一度の射出成形で一体に形成する事ができる。
【００１６】
また、上記樹脂製水管、板状フィン部材や波形フィン部材等を形成する樹脂材には、カーボンナノファイバーを含有させれば、樹脂製伝熱面の熱伝導性が更に高まり、冷却媒体による被冷却媒体の冷却効果を更に向上させる事が可能となる。また、カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させれば、最良の熱伝導性を得る事ができる。このカーボンナノファイバーの含有量を５wt%以下とすると、伝熱効果の向上作用に乏しく、３０wt%以上を樹脂材に含有させるのは困難で、生産性が低下するとともに高価で、伝熱効果に大きな差を生じない。
【００１７】
尚、本明細書で言うカーボンナノファイバーとは、ナノテクノロジー分野に於いて、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他ナノ単位のカーボン繊維を含んだ総称を示すものである。また、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、その他を混在させて樹脂材に含有させても良いし、単体で含有させても良い。また、カーボンナノチューブを樹脂材に含有させる場合は、カーボンナノチューブが単層であっても良いし、複層であっても良い。更に、このカーボンナノチューブのアスペクト比は問わないものである。また、カーボンナノチューブの太さ、長さ等も問わないものである。
【００１８】
また、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用すれば、樹脂製水管、板状フィン部材や波形フィン部材等の熱伝導性が高まり、被冷却媒体への冷却効果を向上させる事ができる。また、樹脂材に熱伝導性の高い銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材製、カーボン材製又はガラス材製の粒子及び／又は繊維を含有したり、樹脂材の表面に前記金属材の粉末等を混合した塗料を塗布したり、金属材をめっき或いは蒸着等させても、冷却効果の向上が可能となる。更には、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材に前記金属材製、カーボン材製又はガラス材製の粒子や繊維を含有させれば、冷却効果の更なる向上が可能となる。
【００１９】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図面に於て詳細に説明する。図１は板状フィン間に波状フィンを一体に設けてコルゲートコア構造とした実施例で、図２は図１のＣ−Ｃ線断面図である。図３は鋼管の外表面をＰＡ樹脂でコートした配管、鋼管の外表面をＰＡ樹脂とＰＰ樹脂でコートした配管、鋼管のみで形成した配管の各々に於いて行った熱交換性能の比較実験の概念図で、図４はその比較実験結果をグラフ化したものである。
【００２０】
まず、本発明をするにあたり、表面材質を樹脂材とした伝熱面の熱交換性能の比較実験を行った。この実験装置は、図３に示す如く、風洞部(３１)内に直径８mm、長さ1900mmとした配管(３２)を配置し、この配管(３２)に、温度計(３３)を設けた温水タンク(３４)及びポンプ(３５)、流量計(３６)を接続し、前記配管(３２)に0.9L/mの流量で温度約60℃の温水を流通させている。そして、前記風洞部(３１)内にファン(３７)にて冷却風を送っている。そして、冷却風と配管(３２)内の温水との熱交換性能を、温水の入口温度と出口温度を計測して、その温度差を算出する事により測定している。その温度差及び風速との関係を下記表１及び図４のグラフに示した。実験には、肉厚0.7mmとする鋼管の外表面に13μｍの亜鉛めっきとクロメート処理を施し、更に肉厚50μｍのＰＡ樹脂でコートした配管(３２)(以下ＰＡコート配管と言う)と、肉厚0.7mmとする鋼管の外表面に13μｍの亜鉛めっきとクロメート処理を施し、更に肉厚50mmのＰＡ樹脂及び肉厚1.0mmのＰＰ樹脂でコートした配管(３２)(以下ＰＡ＋ＰＰコート配管と言う)を使用した。また、比較実験として鋼管のみで形成した配管(３２)の熱交換性能も測定した。この鋼管は、肉厚0.7mmとし、外表面に何等の表面処理を施していない。
【００２１】
尚、下記表１中で、風速(m/s)がＰＡコート配管、ＰＡ＋ＰＰコート配管、鋼管のみの配管で完全に一致していないのは、完全に一致する風速を得るのが技術的に困難である事による。そのため、近似した風速を生じさせ、これを計測して得たものが表１に示す風速である。
【００２２】
【表１】
上述の実験により、従来の鋼管に比べて、ＰＡコート配管及びＰＡ＋ＰＰコート配管では、約6m/sの風速時に於いて熱交換性能が４〜１５％程度しか劣化せず、優れた熱交換性能を示した。この実験結果より、樹脂製の伝熱面の表面積を１５％以上増加させれば、金属材製の伝熱面と同等若しくはそれ以上の熱交換性能を得られる事が判明した。この表面積を増加させる手段として、図１、図２に示す実施例の如き、板状フィンチューブを用いた冷却装置を形成した。
【００２４】
尚、本発明を実施する際は、下記表２に示す如き樹脂材等を使用する事により、熱交換性能が優れるだけでなく、耐食性や耐熱性にも優れる冷却装置を得る事ができる。また、あまり耐熱性が必要でなければ、更に多くの種類の樹脂材を使用する事が可能となる。
【００２５】
【表２】
上記樹脂材等を用いた図１、図２に示す実施例を詳細に説明すると、(１)は水管で、図１、図２に示す如く、円形状の樹脂製水管(１)の外周に、板状フィン部材(２)を複数鍔状に突設するとともに、隣接する板状フィン部材(２)間に、波形フィン部材(７)を配設した構造とし、この波形フィン部材(７)と板状フィン部材(２)とを一体に成形する事により、コルゲートコア状の板状フィンチューブ(３)を形成している。この成形により、前記波形フィン部材(７)の頂部と、波形フィン部材(７)の両側に配設される板状フィン部材(２)との当接部(８)が一体に成形される。
【００２７】
また、上記外周に複数の板状フィン部材(２)を突設した水管(１)の上端に、被冷却流体の供給源としてアッパータンク(図示せず)を接続し、下端に冷却後の被冷却流体の供給先としてロアータンク(図示せず)を接続する等により、冷却装置(５)を形成している。この冷却装置(５)では、アッパータンクから供給される冷却目的の被冷却流体を、水管(１)を介してロアータンク側に流動させている。また、冷却装置(５)の外周には冷却風を流動させている。
【００２８】
そして、被冷却流体が水管(１)を流動する際に、水管(１)の表面と外周に突設した板状フィン部材(２)の伝熱面を介して、被冷却流体と冷却風との熱交換を行う事で、被冷却流体を冷却するものである。
【００２９】
また、水管(１)と板状フィン部材(２)とを、上記表２に示す如き樹脂材で一体に形成する事により、冷却装置(５)の容易な形成が可能となるとともに、軽量で廉価な製品を得る事ができる。また、樹脂材の優れた加工性により、金属材で形成した場合よりも、より多くの板状フィン部材(２)を、水管(１)の外周に突設する事ができ、伝熱面積を増大させて効率的な熱交換を可能とする事ができる。また、樹脂製であるから金属材製品の如き酸や水分等での腐食の心配が無く、耐久性の高い冷却装置(５)を得る事が形成可能となる。
【００３０】
また、本実施例では、図１、図２に示す如く、波形フィン部材(７)の波の方向を、全て
の段に於いて同一方向としているので、上述の如き板状フィン部材(２)と波形フィン部材(７)とが接続したコルゲートコア状の板状フィンチューブ(３)を、金型の組み合わせで、一回の射出成形で容易に形成する事ができる。また、樹脂材で形成する事により、廉価で軽量な製品を得る事ができる。そして、このように板状フィン部材(２)間に、波形フィン部材(７)を配設する事により、伝熱面積を増大させる事が可能となるし、板状フィン部材(２)と波形フィン部材(７)との間に形成される空間を冷却風が流動する事により、冷却風の乱流化を生じて、熱交換効率を更に高める事ができる。また、このように伝熱面積が増大して熱交換効率の向上が可能であるから、冷却装置(５)の小型化が可能となり、車輌等への設置時のレイアウトの自由度が高まるものとなる。
【００３１】
また、上記実施例では、板状フィン部材(２)の表面を平滑に形成しているが、板状フィン部材(２)表面に微細な凹凸や突起等を設ける事で、板状フィン部材(２)の伝熱面積を更に増大させる事ができ、冷却効果をより高める事ができる。また、樹脂製の水管(１)に於いても、内周面に微細な凹凸を設けて形成すれば、水管(１)内部の表面積を増大させて、金属管等を用いなくても、水管(１)の放熱特性を高める事ができる。また、樹脂材で形成するので、このような凹凸や突起等を設けた板状フィン部材(２)や水管(１)でも、容易な成形が可能である。尚、樹脂材には熱伝導性の高い銅、アルミニウム、ステンレス鋼等の金属材の粉末、ガラス材の粉末や繊維、カーボン材の粉末や繊維等を混合したり、その表面に金属材の粉末等を混合した塗料を塗布したり、金属材をめっき或いは蒸着等させても良い。
【００３２】
また、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材を使用した場合でも、伝熱面の熱伝導性が高まり、冷却効果を向上させる事ができる。更には、黒色で黒体輻射効果のある樹脂材に前記金属材製、カーボン材製、ガラス材製の粒子や繊維を含有させても良く、冷却効果の更なる向上が可能となる。
【００３３】
また、樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させる事により、伝熱面の熱伝導性を更に向上させる事が可能となり、冷却性能を効果的に向上させる事が可能となる。また、カーボンナノファイバーを樹脂材に含有させる場合は、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させる事で、最良の伝熱効果を得る事が可能となる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明は上述の如く構成したものであり、水管とこの水管の外周に鍔状に突設した複数の板状フィン部材とから成る板状フィンチューブを、樹脂材で形成する事により、金属材製品に比べて軽量で廉価な冷却装置を得る事ができる。また、樹脂材の優れた加工性を利用する事で、板状フィンチューブの伝熱面積を増大させる事ができ、金属材製品と同等の優れた放熱特性を得る事ができる。従って、この板状フィンチューブを使用する事で、冷却効果に優れた冷却装置を得る事ができるとともに、この優れた冷却効果により、冷却装置の小型化も可能となり、車輌等への設置時のレイアウトの自由度が高い、小型で特に軽量な冷却装置を得る事ができる。また、耐食性に優れた樹脂材で形成しているので、耐久性の高い冷却装置を得る事ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 板状フィン部材間に波形フィン部材を接続した冷却装置の斜視図。
【図２】 図１のＣ−Ｃ線断面図。
【図３】 熱交換性能実験の概念図。
【図４】 熱交換性能グラフ。
【符号の説明】
１ 水管
２ 板状フィン部材
７ 波形フィン部材
８ 当接部
Claims (5)
- 樹脂製水管と、この水管の外周に樹脂材にて鍔状に一体形成する複数の板状フィン部材とから成り、この板状フィン部材は、隣接する板状フィン部材との間に、波形フィン部材を、該波形フィン部材の頂部と板状フィン部材とが当接するように配設するとともに前記当接部で互いが接続されるよう、板状フィン部材と波形フィン部材とを一体に形成した事を特徴とする板状フィンチューブを用いた冷却装置。
- 板状フィン部材は、表面に凹凸及び／又は突起を設けた事を特徴とする請求項１の板状フィンチューブを用いた冷却装置。
- 樹脂製水管及び／又は板状フィン部材及び／又は波形フィン部材は、該樹脂材よりも熱伝導性の高い粒子及び／又は繊維を含有させた事を特徴とする請求項１、又は２の板状フィンチューブを用いた冷却装置。
- 樹脂製水管及び／又は板状フィン部材及び／又は波形フィン部材は、樹脂材にカーボンナノファイバーを含有させた事を特徴とする請求項１、２、又は３の板状フィンチューブを用いた冷却装置。
- カーボンナノファイバーは、５wt%より多く３０wt%より少ない含有量で含有させた事を特徴とする請求項４の板状フィンチューブを用いた冷却装置。
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