JP5493949B2 - Heat transfer member and heat exchanger using the same - Google Patents

Heat transfer member and heat exchanger using the same Download PDF

Info

Publication number
JP5493949B2
JP5493949B2 JP2010025566A JP2010025566A JP5493949B2 JP 5493949 B2 JP5493949 B2 JP 5493949B2 JP 2010025566 A JP2010025566 A JP 2010025566A JP 2010025566 A JP2010025566 A JP 2010025566A JP 5493949 B2 JP5493949 B2 JP 5493949B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
vibrator
vibration frequency
layer
vibration
frequency
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2010025566A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP2011163620A (en
Inventor
暢 川口
真一 八束
康正 萩原
弘幸 松浦
哲也 根本
正博 中野
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Denso Corp
Original Assignee
Denso Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Denso Corp filed Critical Denso Corp
Priority to JP2010025566A priority Critical patent/JP5493949B2/en
Publication of JP2011163620A publication Critical patent/JP2011163620A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP5493949B2 publication Critical patent/JP5493949B2/en
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Physical Or Chemical Processes And Apparatus (AREA)

Description

本発明は、伝熱部材及びそれを用いた熱交換器に関する。   The present invention relates to a heat transfer member and a heat exchanger using the heat transfer member.

一般に熱交換器は、高温流体の流路と低温流体の流路とが隔壁により互いに隔離された構成を有している。例えばラジエータでは、高温流体である冷却水の流路はチューブの内側に形成され、低温流体である空気の流路はチューブの外側に形成される(例えば、特許文献1参照)。冷却水の熱エネルギーは、チューブ内壁面での熱交換によってチューブに伝達され、さらにチューブ外壁面やフィン表面での熱交換によって空気に伝達される。このように熱交換器では、固体層と流体層との界面における2層間の熱交換によって熱エネルギーの伝達が行われるようになっている。   Generally, a heat exchanger has a configuration in which a flow path for a high-temperature fluid and a flow path for a low-temperature fluid are separated from each other by a partition wall. For example, in a radiator, a flow path of cooling water that is a high-temperature fluid is formed inside the tube, and a flow path of air that is a low-temperature fluid is formed outside the tube (see, for example, Patent Document 1). The heat energy of the cooling water is transmitted to the tube by heat exchange on the inner wall surface of the tube, and further transferred to the air by heat exchange on the outer wall surface of the tube and the fin surface. As described above, in the heat exchanger, heat energy is transmitted by heat exchange between the two layers at the interface between the solid layer and the fluid layer.

特開2008−267693号公報JP 2008-267693 A

上記のような固体層と流体層との間での熱エネルギーの伝達は、固体層の表面原子と流体層の分子との間の相互作用によって一方の熱振動が他方に伝搬されることによって生じる。2層間での熱振動の伝搬は、両層の熱振動周波数が互いに近いほど起き易くなる。図8は、固体層(金属)の表面原子及び流体層(液体)の分子のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の例を示すグラフである。図8に示すように、固体の熱振動の周波数分布のピーク(1012Hzオーダ)と、液体の熱振動の周波数分布のピーク(10Hzオーダ)とは、それぞれの分布の幅に比較して大きく乖離している。このため、それぞれの振動周波数分布が互いに重複する部分は極めて小さくなっている(図8のK部)。したがって、固液界面では、固体層と液体層との間で熱振動が伝搬され難くなるため、伝達すべき熱エネルギーが減衰してしまうという問題がある。また、気体の熱振動周波数は液体の振動周波数とほぼ同じオーダであるため、固気界面においても同様に、伝達すべき熱エネルギーが減衰してしまうという問題がある。 The transfer of thermal energy between the solid layer and the fluid layer as described above is caused by the propagation of one thermal vibration to the other due to the interaction between the surface atoms of the solid layer and the molecules of the fluid layer. . Propagation of thermal vibration between the two layers is more likely to occur as the thermal vibration frequencies of both layers are closer to each other. FIG. 8 is a graph showing an example of the frequency distribution of thermal vibration in each of the surface atoms of the solid layer (metal) and the molecules of the fluid layer (liquid). As shown in FIG. 8, the frequency distribution peak (10 12 Hz order) of the solid thermal vibration and the frequency distribution peak (10 9 Hz order) of the liquid thermal vibration are compared with the width of each distribution. Is greatly different. For this reason, the portions where the respective vibration frequency distributions overlap each other are extremely small (part K in FIG. 8). Therefore, at the solid-liquid interface, it is difficult for thermal vibrations to propagate between the solid layer and the liquid layer, so that there is a problem that the thermal energy to be transmitted is attenuated. Further, since the thermal vibration frequency of the gas is almost the same order as the vibration frequency of the liquid, there is a problem that the thermal energy to be transmitted is attenuated at the solid-gas interface as well.

本発明の目的は、固体層と流体層との間で熱エネルギーを効率良く伝達できる伝熱部材及びそれを用いた熱交換器を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a heat transfer member capable of efficiently transferring heat energy between a solid layer and a fluid layer, and a heat exchanger using the heat transfer member.

本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。   In order to achieve the above object, the present invention employs the following technical means.

請求項1に記載の発明は、流体層(80)との界面(75)において流体層(80)と熱交換を行う固体層(70)と、界面(75)に設けられ、固体層(70)の表面原子との間及び流体層(80)の分子との間で熱振動が伝搬され得る振動体(92)と、振動体(92)を固体層(70)に対して弾性支持する弾性支持部(91)とを備えた振動子(90)とを有し、振動子(90)の振動周波数のピーク(Wv)は、流体層(80)の分子の振動周波数のピーク(Wl)よりも高く、固体層(70)の表面原子の振動周波数のピーク(Ws)よりも低いことを特徴とする伝熱部材である。   According to the first aspect of the present invention, the solid layer (70) that exchanges heat with the fluid layer (80) at the interface (75) with the fluid layer (80), and the solid layer (70) provided at the interface (75). ) And the vibration body (92) capable of propagating thermal vibration between the surface atoms and the molecules of the fluid layer (80), and the elasticity for elastically supporting the vibration body (92) with respect to the solid layer (70). A vibrator (90) including a support portion (91), and the vibration frequency peak (Wv) of the vibrator (90) is greater than the vibration frequency peak (Wl) of the molecules of the fluid layer (80). The heat transfer member is characterized in that it is higher than the peak (Ws) of the vibration frequency of the surface atoms of the solid layer (70).

これによると、固体層(70)と流体層(80)との間では、振動子(90)を介して熱振動が間接的に伝搬され得る。振動子(90)の振動周波数のピーク(Wv)は、固体層(70)の表面原子の振動周波数のピーク(Ws)と流体層(80)の分子の振動周波数のピーク(Wl)との間に存在する。これにより、固体層(70)の振動周波数分布と振動子(90)の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、固体層(70)と振動子(90)との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。また、振動子(90)の振動周波数分布と流体層(80)の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、振動子(90)と流体層(80)との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。したがって、固体層(70)と流体層(80)との間において、振動子(90)を介して熱エネルギーを効率良く伝達することができる。   According to this, thermal vibration can be indirectly propagated between the solid layer (70) and the fluid layer (80) via the vibrator (90). The vibration frequency peak (Wv) of the vibrator (90) is between the vibration frequency peak (Ws) of the surface atoms of the solid layer (70) and the vibration frequency peak (Wl) of the molecules of the fluid layer (80). Exists. Thereby, since the overlapping part of the vibration frequency distribution of the solid layer (70) and the vibration frequency distribution of the vibrator (90) can be enlarged, the solid layer (70) and the vibrator (90) can be overlapped. Attenuation of thermal energy can be suppressed. Moreover, since the overlapping part of the vibration frequency distribution of the vibrator (90) and the vibration frequency distribution of the fluid layer (80) can be enlarged, the heat between the vibrator (90) and the fluid layer (80) can be increased. Energy attenuation can be suppressed. Therefore, heat energy can be efficiently transferred between the solid layer (70) and the fluid layer (80) via the vibrator (90).

さらに請求項1に記載の発明は、振動子(90)は、第1振動子(100)と第2振動子(110)とを含んでおり、第1振動子(100)は、固体層(170)の表面原子との間で熱振動が伝搬されるとともに、第2振動子(110)を介して流体層(180)の分子との間で熱振動が伝搬され、第2振動子(110)は、流体層(180)の分子との間で熱振動が伝搬されるとともに、第1振動子(100)を介して固体層(170)の表面原子との間で熱振動が伝搬され、第1振動子(100)の振動周波数のピーク(Wv2)は、第2振動子(110)の振動周波数のピーク(Wv1)よりも高いことを特徴としている。 Further, in the first aspect of the invention, the vibrator (90) includes a first vibrator (100) and a second vibrator (110), and the first vibrator (100) is a solid layer ( 170) and thermal vibrations are propagated between the molecules of the fluid layer (180) via the second vibrator (110) and the second vibrator (110). ) Propagates thermal vibration between the molecules of the fluid layer (180) and thermal vibration between the surface atoms of the solid layer (170) via the first vibrator (100), The vibration frequency peak (Wv2) of the first vibrator (100) is higher than the vibration frequency peak (Wv1) of the second vibrator (110).

これによると、固体層(170)と流体層(180)との間では、第1振動子(100)及び第2振動子(110)を介して熱振動が間接的に伝搬され得る。第1振動子(100)の振動周波数のピーク(Wv2)及び第2振動子(110)の振動周波数のピーク(Wv1)はいずれも、固体層(170)の表面原子の振動周波数のピーク(Ws)と流体層(180)の分子の振動周波数のピーク(Wl)との間に存在し、かつ第1振動子(100)の振動周波数のピーク(Wv2)は、第2振動子(110)の振動周波数のピーク(Wv1)よりも高くなっている。これにより、固体層(170)の振動周波数分布と第1振動子(100)の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、固体層(170)と第1振動子(100)との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。また、第1振動子(100)の振動周波数分布と第2振動子(110)の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、第1振動子(100)と第2振動子(110)との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。さらに、第2振動子(110)の振動周波数分布と流体層(180)の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、第2振動子(110)と流体層(180)との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。したがって、固体層(170)と流体層(180)との間において、第1振動子(100)及び第2振動子(110)を介して熱エネルギーを効率良く伝達することができる。   According to this, thermal vibration can be indirectly propagated between the solid layer (170) and the fluid layer (180) via the first vibrator (100) and the second vibrator (110). The vibration frequency peak (Wv2) of the first vibrator (100) and the vibration frequency peak (Wv1) of the second vibrator (110) are both peaks (Ws) of the vibration frequency of the surface atoms of the solid layer (170). ) And the vibration frequency peak (Wl) of the molecule of the fluid layer (180), and the vibration frequency peak (Wv2) of the first vibrator (100) is the same as that of the second vibrator (110). It is higher than the peak (Wv1) of the vibration frequency. Thereby, since the overlapping part of the vibration frequency distribution of the solid layer (170) and the vibration frequency distribution of the first vibrator (100) can be enlarged, the solid layer (170) and the first vibrator (100) Attenuation of thermal energy between the two can be suppressed. Moreover, since the overlapping part of the vibration frequency distribution of the first vibrator (100) and the vibration frequency distribution of the second vibrator (110) can be enlarged, the first vibrator (100) and the second vibrator ( 110), the attenuation of thermal energy can be suppressed. Furthermore, since the overlapping part of the vibration frequency distribution of the second vibrator (110) and the vibration frequency distribution of the fluid layer (180) can be enlarged, the second vibrator (110) and the fluid layer (180) Attenuation of thermal energy between the two can be suppressed. Therefore, thermal energy can be efficiently transferred between the solid layer (170) and the fluid layer (180) via the first vibrator (100) and the second vibrator (110).

請求項に記載の発明は、上記発明の伝熱部材が用いられていることを特徴とする熱交換器である。これにより、固体層(70)と流体層(80)との間で熱エネルギーを効率良く伝達できる熱交換器が得られる。 The invention according to claim 2 is a heat exchanger characterized in that the heat transfer member of the invention is used. Thereby, the heat exchanger which can transfer a thermal energy efficiently between a solid layer (70) and a fluid layer (80) is obtained.

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。   In addition, the code | symbol in the bracket | parenthesis of each said means has shown an example of the corresponding relationship with the specific means as described in embodiment mentioned later.

第1実施形態における熱交換器の全体構成を示す図である。It is a figure which shows the whole structure of the heat exchanger in 1st Embodiment. 第1実施形態の熱交換器において扁平チューブ内に形成される固液界面の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the solid-liquid interface formed in a flat tube in the heat exchanger of 1st Embodiment. 固体層の表面原子、液体層の分子及び振動子のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the frequency distribution of the thermal vibration in each of the surface atom of a solid layer, the molecule | numerator of a liquid layer, and a vibrator | oscillator. 振動体の一辺の長さと振動子の振動周波数との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the length of one side of a vibrating body, and the vibration frequency of a vibrator | oscillator. 第2実施形態の熱交換器において扁平チューブ内に形成される固液界面の構成を模式的に示す図である。It is a figure which shows typically the structure of the solid-liquid interface formed in a flat tube in the heat exchanger of 2nd Embodiment. 固体層の表面原子、液体層の分子、高周波振動子及び低周波振動子のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the frequency distribution of the thermal vibration in each of the surface atom of a solid layer, the molecule | numerator of a liquid layer, and a high frequency vibrator and a low frequency vibrator. 振動体の一辺の長さと振動子の振動周波数との関係の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the relationship between the length of one side of a vibrating body, and the vibration frequency of a vibrator | oscillator. 固体表面原子及び液体分子のそれぞれにおける熱振動の振動周波数分布の例を示すグラフである。It is a graph which shows the example of the vibration frequency distribution of the thermal vibration in each of a solid surface atom and a liquid molecule.

(第1実施形態)
本発明の第1実施形態について図1乃至図4を用いて説明する。図1は、本実施形態における熱交換器としてラジエータ1の全体構成を示す図である。図1に示すように、ラジエータ1は、空気との熱交換によりエンジン冷却水を冷却する金属製のコア部40と、コア部40に取り付けられた例えば樹脂製の一対のタンク52、62を有している。タンク52には外部からエンジン冷却水を流入させる流入口53が設けられ、タンク62にはエンジン冷却水を外部に流出させる流出口63が設けられている。
(First embodiment)
A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a diagram showing an overall configuration of a radiator 1 as a heat exchanger in the present embodiment. As shown in FIG. 1, the radiator 1 includes a metal core portion 40 that cools engine coolant by heat exchange with air, and a pair of tanks 52 and 62 made of, for example, resin attached to the core portion 40. doing. The tank 52 is provided with an inlet 53 through which engine cooling water flows from the outside, and the tank 62 is provided with an outlet 63 through which engine cooling water flows out.

コア部40は、概ね鉛直方向に延伸し、エンジン冷却水が内部を流通する複数の扁平チューブ10と、扁平チューブ10に熱的に接続され、空気に対する伝熱面積を増大させる複数のコルゲートフィン30とが交互に積層された構造を有している。扁平チューブ10及びコルゲートフィン30は、所定の伝熱部材により構成されている。扁平チューブ10の内周面は伝熱部材とエンジン冷却水との固液界面となり、扁平チューブ10の外周面及びコルゲートフィン30の表面は伝熱部材と空気との固気界面となる。   The core portion 40 extends in a substantially vertical direction, and a plurality of flat tubes 10 through which engine coolant flows, and a plurality of corrugated fins 30 that are thermally connected to the flat tubes 10 and increase a heat transfer area for air. And are alternately stacked. The flat tube 10 and the corrugated fin 30 are configured by a predetermined heat transfer member. The inner peripheral surface of the flat tube 10 becomes a solid-liquid interface between the heat transfer member and the engine coolant, and the outer peripheral surface of the flat tube 10 and the surface of the corrugated fin 30 become a solid-gas interface between the heat transfer member and air.

またコア部40の上端辺には、タンク52と共に上部ヘッダ50を構成するコアプレート51が設けられている。コア部40の下端辺には、タンク62と共に下部ヘッダ60を構成するコアプレート61が設けられている。コアプレート51、61にはそれぞれ複数の嵌入孔が形成されており、嵌入孔にはそれぞれ扁平チューブ10の長手方向先端部が嵌入されている。上部ヘッダ50と下部ヘッダ60との間は、複数の扁平チューブ10を介して連通している。   A core plate 51 that constitutes the upper header 50 together with the tank 52 is provided on the upper end side of the core portion 40. A core plate 61 that constitutes the lower header 60 together with the tank 62 is provided at the lower end side of the core portion 40. A plurality of insertion holes are formed in each of the core plates 51 and 61, and the distal ends of the flat tubes 10 are inserted into the insertion holes. The upper header 50 and the lower header 60 communicate with each other via a plurality of flat tubes 10.

図2は、本実施形態の伝熱部材の構成として、扁平チューブ10内部に形成される固液界面を模式的に示している。図2に示すように、固体層70(扁平チューブ10)と液体層80(エンジン冷却水)との固液界面75(扁平チューブ10内周面)近傍には、固体層70及び液体層80の双方からの熱ノイズにより振動が励起される複数の微小な振動子(熱ノイズアクチュエータ)90が設けられている(図2では1つの振動子90のみを示している)。振動子90は、所定の振動周波数で振動する振動体92と、振動体92を固体層70に対して弾性支持する弾性支持部91とを有している。   FIG. 2 schematically shows a solid-liquid interface formed inside the flat tube 10 as a configuration of the heat transfer member of the present embodiment. As shown in FIG. 2, in the vicinity of the solid-liquid interface 75 (inner surface of the flat tube 10) between the solid layer 70 (flat tube 10) and the liquid layer 80 (engine cooling water), the solid layer 70 and the liquid layer 80. A plurality of minute vibrators (thermal noise actuators) 90 whose vibrations are excited by thermal noise from both sides are provided (only one vibrator 90 is shown in FIG. 2). The vibrator 90 includes a vibrating body 92 that vibrates at a predetermined vibration frequency and an elastic support portion 91 that elastically supports the vibrating body 92 with respect to the solid layer 70.

振動体92は、例えば、アルミナナノ粒子により形成され、一辺1nmの略立方体状の形状を有している。振動体92は、固液界面75よりも液体層80側に配置されており、固液界面75に対し所定の間隙を介して近接している。   The vibrating body 92 is made of alumina nanoparticles, for example, and has a substantially cubic shape with a side of 1 nm. The vibrating body 92 is disposed closer to the liquid layer 80 than the solid-liquid interface 75, and is close to the solid-liquid interface 75 via a predetermined gap.

弾性支持部91は、例えばカーボンナノチューブにより形成され、直線状(棒状)の形状を有し、ばねのような剛性を持っている。弾性支持部91の一端部91aは、固体層70表面に固定された固定端となっている。弾性支持部91の他端部91bは自由端となっており、振動体92に接続されている。弾性支持部91は、固体層70表面に対し斜めに延伸している。   The elastic support portion 91 is formed of, for example, carbon nanotubes, has a linear shape (bar shape), and has rigidity like a spring. One end portion 91 a of the elastic support portion 91 is a fixed end fixed to the surface of the solid layer 70. The other end portion 91 b of the elastic support portion 91 is a free end and is connected to the vibrating body 92. The elastic support portion 91 extends obliquely with respect to the surface of the solid layer 70.

ここで、振動子90を固体層70表面に固定する方法の一例について説明する。まず、粉末状のC60フラーレンを固体層70表面及び振動体92の所定部位に塗布し、塗布したC60フラーレンに弾性支持部91の一端部91a及び他端部91bをそれぞれ当接させる。この状態でC60フラーレンに対し電子線を照射すると、C60フラーレンがグラファイトに変化し、この構造変化によって固体層70表面と一端部91aとの間、及び振動体92と他端部91bとの間がそれぞれ固着される。これにより、振動子90を固体層70表面に固定することができる。 Here, an example of a method for fixing the vibrator 90 to the surface of the solid layer 70 will be described. First, powdery C 60 fullerene is applied to the surface of the solid layer 70 and predetermined portions of the vibrating body 92, and the one end 91 a and the other end 91 b of the elastic support portion 91 are brought into contact with the applied C 60 fullerene, respectively. In this state, when the C 60 fullerene is irradiated with an electron beam, the C 60 fullerene changes to graphite, and due to this structural change, between the surface of the solid layer 70 and the one end 91a, and between the vibrating body 92 and the other end 91b. Each space is fixed. Thereby, the vibrator 90 can be fixed to the surface of the solid layer 70.

図2中の両矢印Aで示すように、固体層70の表面原子(図示せず)と振動体92との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。また、両矢印Bで示すように、振動体92と液体層80の液体分子(図示せず)との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。すなわち、固体層70の表面原子と液体層80の分子との間では、振動体92を介して間接的に熱振動が伝搬され得るようになっている。   As indicated by a double arrow A in FIG. 2, thermal vibration can be directly propagated between surface atoms (not shown) of the solid layer 70 and the vibrating body 92 by an interaction such as intermolecular force. ing. Further, as indicated by a double arrow B, thermal vibration can be directly propagated between the vibrating body 92 and the liquid molecules (not shown) of the liquid layer 80 by an interaction such as intermolecular force. . That is, thermal vibration can be indirectly propagated between the surface atoms of the solid layer 70 and the molecules of the liquid layer 80 via the vibrating body 92.

振動子90の振動周波数Wは、振動体92の質量Mと弾性支持部91のばね定数Kとを用いて、
W=√(K/M)
と表される。ただし、弾性支持部91の質量は振動体92の質量Mよりも十分に小さいものとする。また、振動子90の振動周波数Wは、振動体92の形状を立方体状とすると、振動体92の一辺の長さrと密度ρとを用いて、
W=√(K/ρr
と表される。このように、振動子90の振動周波数Wは、振動体92の質量M(密度ρ及び一辺の長さr)及び弾性支持部91のばね定数Kを変えることにより、比較的容易に調節され得る。
The vibration frequency W of the vibrator 90 is obtained by using the mass M of the vibrating body 92 and the spring constant K of the elastic support portion 91.
W = √ (K / M)
It is expressed. However, the mass of the elastic support 91 is sufficiently smaller than the mass M of the vibrating body 92. In addition, the vibration frequency W of the vibrator 90 is obtained by using the length r and the density ρ of one side of the vibrator 92 when the shape of the vibrator 92 is a cube.
W = √ (K / ρr 3 )
It is expressed. As described above, the vibration frequency W of the vibrator 90 can be adjusted relatively easily by changing the mass M (density ρ and length r of one side) of the vibrator 92 and the spring constant K of the elastic support portion 91. .

図3は、本実施形態の固体層70の表面原子、液体層80の分子及び振動子90のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動周波数(Hz)を対数で表し、縦軸は発生頻度を表している。図3に示すように、固体層70の表面原子、液体層80の分子及び振動子90の熱振動の振動周波数は、いずれも所定の分布に従っている。液体層80の分子の振動周波数のピークWlは一般に数GHz(10Hzオーダ)であり、固体層70の表面原子の振動周波数のピークWsは一般に数THz(1012Hzオーダ)である。振動子90の振動周波数のピークWvは、液体層80の振動周波数のピークWlよりも高く、固体層70の振動周波数のピークWsよりも低くなるように設定されている(Wl<Wv<Ws)。これにより、固体層70の振動周波数分布と振動子90の振動周波数分布との重複部分(図中のC部)、及び振動子90の振動周波数分布と液体層80の振動周波数分布との重複部分(D部)を、図8に示した重複部分(K部)と比較して拡大することができる。 FIG. 3 is a graph showing an example of the frequency distribution of thermal vibration in each of the surface atoms of the solid layer 70, the molecules of the liquid layer 80, and the vibrator 90 according to this embodiment. The horizontal axis of the graph represents the vibration frequency (Hz) in logarithm, and the vertical axis represents the occurrence frequency. As shown in FIG. 3, the surface atoms of the solid layer 70, the molecules of the liquid layer 80, and the vibration frequency of the thermal vibration of the vibrator 90 all follow a predetermined distribution. The vibration frequency peak Wl of the molecules in the liquid layer 80 is generally several GHz (on the order of 10 9 Hz), and the vibration frequency peak Ws of the surface atoms of the solid layer 70 is generally several THz (on the order of 10 12 Hz). The vibration frequency peak Wv of the vibrator 90 is set to be higher than the vibration frequency peak Wl of the liquid layer 80 and lower than the vibration frequency peak Ws of the solid layer 70 (Wl <Wv <Ws). . Thereby, the overlapping part (C portion in the figure) of the vibration frequency distribution of the solid layer 70 and the vibration frequency distribution of the vibrator 90, and the overlapping part of the vibration frequency distribution of the vibrator 90 and the vibration frequency distribution of the liquid layer 80. (D part) can be enlarged compared with the overlapping part (K part) shown in FIG.

一般に、固体層70の振動周波数Wsは、液体層80の振動周波数Wlの約1000倍程度である。このため、振動子90の振動周波数分布と、固体層70の振動周波数分布及び液体層80の振動周波数分布の双方との重複部分を拡大するためには、振動子90の振動周波数Wvを、液体層80の振動周波数Wlの10〜100倍程度(数十GHz〜数百GHz)とすることが望ましい。   In general, the vibration frequency Ws of the solid layer 70 is about 1000 times the vibration frequency Wl of the liquid layer 80. For this reason, in order to enlarge the overlapping part of the vibration frequency distribution of the vibrator 90 and both the vibration frequency distribution of the solid layer 70 and the vibration frequency distribution of the liquid layer 80, the vibration frequency Wv of the vibrator 90 is Desirably, the vibration frequency Wl of the layer 80 is approximately 10 to 100 times (several tens of GHz to several hundreds of GHz).

図4は、立方体状の振動体92の一辺の長さと振動子90の振動周波数との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動体92の一辺の長さr(m)を対数で表し、縦軸は振動周波数(Hz)を対数で表している。線L1は振動子90の振動周波数を示し、線L2は固体層70の表面原子の振動周波数Wsを示し、線L3は液体層80の分子の振動周波数Wlを示している。本例では、振動体92の密度ρを2.7×10kg/mとし、弾性支持部91のばね定数Kを0.1N/mとし、固体層70の表面原子の振動周波数Wsを7THzとし、液体層80の分子の振動周波数Wlを1GHzとした。 FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the length of one side of the cubical vibrator 92 and the vibration frequency of the vibrator 90. The horizontal axis of the graph represents the length r (m) of one side of the vibrating body 92 as a logarithm, and the vertical axis represents the vibration frequency (Hz) as a logarithm. The line L1 indicates the vibration frequency of the vibrator 90, the line L2 indicates the vibration frequency Ws of the surface atoms of the solid layer 70, and the line L3 indicates the vibration frequency Wl of the molecules in the liquid layer 80. In this example, the density ρ of the vibrating body 92 is 2.7 × 10 3 kg / m 3 , the spring constant K of the elastic support portion 91 is 0.1 N / m, and the vibration frequency Ws of the surface atoms of the solid layer 70 is 7 THz, and the vibration frequency W1 of the molecules of the liquid layer 80 was 1 GHz.

図4に示すように、振動子90の振動周波数Wvは、振動体92の一辺の長さrが小さくなるほど高くなり、一辺の長さrが約1×10−8mのときに液体層80の振動周波数と等しくなる。一辺の長さrがそれを下回ると、振動子90の振動周波数Wvは液体層80の振動周波数よりも高くなる。一方、振動体92の構成分子又は構成原子の大きさを考慮すると、一辺の長さrの事実上の下限は10−10〜10−9mオーダとなる。一辺の長さrをこの下限まで小さくしたとしても、振動子90の振動周波数Wvは固体層70の振動周波数Wsよりも低くなっている。すなわち、本例の条件の場合、Wl<Wv<Wsの関係を満たすためには、振動体92の一辺の長さrを約1×10−8m未満とすればよく、一辺の長さrの下限は実質的に考慮する必要がない。 As shown in FIG. 4, the vibration frequency Wv of the vibrator 90 becomes higher as the length r of one side of the vibrating body 92 becomes smaller, and when the length r of one side is about 1 × 10 −8 m, the liquid layer 80. Is equal to the vibration frequency. When the length r of one side is less than that, the vibration frequency Wv of the vibrator 90 becomes higher than the vibration frequency of the liquid layer 80. On the other hand, considering the size of the constituent molecules or constituent atoms of the vibrating body 92, the practical lower limit of the length r of one side is on the order of 10 −10 to 10 −9 m. Even if the length r of one side is reduced to this lower limit, the vibration frequency Wv of the vibrator 90 is lower than the vibration frequency Ws of the solid layer 70. That is, in the case of the condition of this example, in order to satisfy the relationship of Wl <Wv <Ws, the length r of one side of the vibrating body 92 may be less than about 1 × 10 −8 m, and the length r of one side There is virtually no need to consider the lower limit.

以上説明したように、本実施形態によれば、固体層70と液体層80との間では、熱エネルギーが振動子90を介して間接的に伝搬され得る。振動子90の振動周波数のピークWvは、固体層70の表面原子の振動周波数のピークWsと液体層80の分子の振動周波数のピークWlとの間に存在する。これにより、固体層70の振動周波数分布と振動子90の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、固体層70と振動子90との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。また、振動子90の振動周波数分布と液体層80の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、振動子90と液体層80との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。したがって、固体層70と液体層80との間において、振動子90を介して熱エネルギーを効率良く伝達することができる。すなわち本実施形態によれば、熱交換器において高い熱交換性能が得られ、エンジン冷却水を冷却するラジエータ1の場合には高い冷却性能が得られる。   As described above, according to the present embodiment, thermal energy can be indirectly propagated between the solid layer 70 and the liquid layer 80 via the vibrator 90. The vibration frequency peak Wv of the vibrator 90 exists between the vibration frequency peak Ws of the surface atoms of the solid layer 70 and the vibration frequency peak Wl of the molecules of the liquid layer 80. Thereby, since the overlapping part of the vibration frequency distribution of the solid layer 70 and the vibration frequency distribution of the vibrator 90 can be enlarged, the attenuation when heat energy is transferred between the solid layer 70 and the vibrator 90 is reduced. Can be suppressed. In addition, since an overlapping portion between the vibration frequency distribution of the vibrator 90 and the vibration frequency distribution of the liquid layer 80 can be enlarged, attenuation when heat energy is transmitted between the vibrator 90 and the liquid layer 80 is suppressed. be able to. Therefore, heat energy can be efficiently transmitted between the solid layer 70 and the liquid layer 80 via the vibrator 90. That is, according to the present embodiment, high heat exchange performance is obtained in the heat exchanger, and high cooling performance is obtained in the case of the radiator 1 that cools the engine coolant.

また本実施形態では、振動子90が振動体92と弾性支持部91とを有している。これにより、振動体92の質量Mや弾性支持部91のばね定数Kを変えることによって、振動子90の振動周波数を容易に調節することができる。したがって、振動子90の振動周波数のピークWvを、液体層80の振動周波数のピークWlと固体層70の振動周波数のピークWsとの間に容易に設定することができる。   In the present embodiment, the vibrator 90 includes a vibrating body 92 and an elastic support portion 91. Thereby, the vibration frequency of the vibrator 90 can be easily adjusted by changing the mass M of the vibrating body 92 and the spring constant K of the elastic support portion 91. Therefore, the vibration frequency peak Wv of the vibrator 90 can be easily set between the vibration frequency peak Wl of the liquid layer 80 and the vibration frequency peak Ws of the solid layer 70.

本実施形態では、固体層70の表面原子と振動子90の振動体92との間に所定の相互作用を生じさせるために、固体層70表面と振動体92とを近接させる必要がある。一方、振動子90の振動周波数を低下させて液体層80の振動周波数に近づけるためには、弾性支持部91の長さを長くしてばね定数Kを小さくするのが有効である。本実施形態では、弾性支持部91が固体層70表面に対して斜めに延伸しているため、固体層70表面と振動体92との間を近接させつつ弾性支持部91の長さを長くするのが容易になる。   In the present embodiment, in order to cause a predetermined interaction between the surface atoms of the solid layer 70 and the vibrating body 92 of the vibrator 90, it is necessary to bring the surface of the solid layer 70 and the vibrating body 92 close to each other. On the other hand, in order to lower the vibration frequency of the vibrator 90 and approach the vibration frequency of the liquid layer 80, it is effective to lengthen the elastic support portion 91 and reduce the spring constant K. In the present embodiment, since the elastic support portion 91 extends obliquely with respect to the surface of the solid layer 70, the length of the elastic support portion 91 is increased while bringing the surface of the solid layer 70 and the vibrator 92 close to each other. It becomes easy.

(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態について図5乃至図7を用いて説明する。図5は、本実施形態の伝熱部材の構成として、扁平チューブ10内部に形成される固液界面を模式的に示している。図5に示すように、固体層170(扁平チューブ10)と液体層180(エンジン冷却水)との固液界面175には、複数の高周波振動子(第1振動子)100と、複数の低周波振動子(第2振動子)110とが設けられている(図5では、高周波振動子100及び低周波振動子110をそれぞれ1つのみ示している)。
(Second Embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 schematically shows a solid-liquid interface formed inside the flat tube 10 as a configuration of the heat transfer member of the present embodiment. As shown in FIG. 5, a solid-liquid interface 175 between the solid layer 170 (flat tube 10) and the liquid layer 180 (engine cooling water) includes a plurality of high-frequency vibrators (first vibrators) 100 and a plurality of low A frequency vibrator (second vibrator) 110 is provided (only one high-frequency vibrator 100 and one low-frequency vibrator 110 are shown in FIG. 5).

高周波振動子100は、所定の振動周波数で振動する振動体102と、振動体102を固体層170に対して弾性支持する弾性支持部101とを有している。振動体102は、例えば、アルミナナノ粒子により形成され、一辺0.5nmの略立方体状の形状を有している。振動体102は、固体層170表面に対し所定の間隙を介して近接して配置されている。弾性支持部101は、例えばカーボンナノチューブにより形成され、直線状の形状を有し、ばねのような剛性を持っている。弾性支持部101の一端部101aは、固体層170表面に固定された固定端となっている。弾性支持部101の他端部101bは自由端となっており、振動体102に接続されている。   The high-frequency vibrator 100 includes a vibrating body 102 that vibrates at a predetermined vibration frequency and an elastic support portion 101 that elastically supports the vibrating body 102 with respect to the solid layer 170. The vibrating body 102 is formed of alumina nanoparticles, for example, and has a substantially cubic shape with a side of 0.5 nm. The vibrating body 102 is disposed close to the surface of the solid layer 170 via a predetermined gap. The elastic support portion 101 is formed of, for example, carbon nanotubes, has a linear shape, and has rigidity like a spring. One end portion 101 a of the elastic support portion 101 is a fixed end fixed to the surface of the solid layer 170. The other end portion 101 b of the elastic support portion 101 is a free end and is connected to the vibrating body 102.

低周波振動子110は、所定の振動周波数で振動する振動体112と、振動体112を固体層170に対して弾性支持する弾性支持部111とを有している。振動体112は、例えば、アルミナナノ粒子により形成され、振動体102より大きい一辺1nmの略立方体状の形状を有している。振動体112は、振動体102に近接して配置されている。振動体112と固体層170表面との間には振動体102が位置しており、振動体112と固体層170との間は比較的離れている。弾性支持部111は、例えばカーボンナノチューブにより形成され、弾性支持部101よりも長い直線状の形状を有し、ばねのような剛性を持っている。弾性支持部111の一端部111aは、固体層170表面に固定された固定端となっている。弾性支持部111の他端部111bは自由端となっており、振動体112に接続されている。   The low-frequency vibrator 110 includes a vibrating body 112 that vibrates at a predetermined vibration frequency and an elastic support portion 111 that elastically supports the vibrating body 112 with respect to the solid layer 170. The vibrating body 112 is made of alumina nanoparticles, for example, and has a substantially cubic shape with a side of 1 nm larger than the vibrating body 102. The vibrating body 112 is disposed in the vicinity of the vibrating body 102. The vibrating body 102 is located between the vibrating body 112 and the surface of the solid layer 170, and the vibrating body 112 and the solid layer 170 are relatively separated from each other. The elastic support portion 111 is formed of, for example, carbon nanotubes, has a linear shape longer than the elastic support portion 101, and has rigidity like a spring. One end portion 111 a of the elastic support portion 111 is a fixed end fixed to the surface of the solid layer 170. The other end 111 b of the elastic support 111 is a free end and is connected to the vibrating body 112.

図5中の両矢印Eで示すように、固体層170の表面原子と高周波振動子100の振動体102との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。また、両矢印Fで示すように、高周波振動子100の振動体102と低周波振動子110の振動体112との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。さらに、両矢印Gで示すように、低周波振動子110の振動体112と液体層180の分子との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。すなわち、固体層170の表面原子と液体層180の分子との間では、高周波振動子100及び低周波振動子110を介して間接的に熱振動が伝搬され得るようになっている。   As indicated by a double-headed arrow E in FIG. 5, thermal vibration can be directly propagated between the surface atoms of the solid layer 170 and the vibrating body 102 of the high-frequency vibrator 100 by interaction such as intermolecular force. ing. Further, as indicated by a double arrow F, thermal vibration can be directly propagated between the vibrating body 102 of the high-frequency vibrator 100 and the vibrating body 112 of the low-frequency vibrator 110 by an interaction such as intermolecular force. It has become. Further, as indicated by a double arrow G, thermal vibration can be directly propagated between the vibrating body 112 of the low-frequency vibrator 110 and the molecules of the liquid layer 180 by an interaction such as intermolecular force. . That is, thermal vibration can be indirectly propagated between the surface atoms of the solid layer 170 and the molecules of the liquid layer 180 via the high-frequency vibrator 100 and the low-frequency vibrator 110.

低周波振動子110の振動周波数W1は、振動体112の質量M1と弾性支持部111のばね定数K1とを用いて、
W1=√(K1/M1)
と表される。ただし、弾性支持部111の質量は振動体112の質量M1よりも十分に小さいものとする。また、低周波振動子110の振動周波数W1は、振動体112の形状を立方体状とすると、振動体112の一辺の長さr1と密度ρ1とを用いて、
W1=√(K1/(ρ1×r1))
と表される。このように、低周波振動子110の振動周波数W1は、振動体112の質量M1(密度ρ1及び一辺の長さr1)及び弾性支持部111のばね定数K1を変えることにより、比較的容易に調節できるようになっている。
The vibration frequency W1 of the low frequency vibrator 110 is obtained by using the mass M1 of the vibrating body 112 and the spring constant K1 of the elastic support portion 111.
W1 = √ (K1 / M1)
It is expressed. However, the mass of the elastic support portion 111 is sufficiently smaller than the mass M1 of the vibrating body 112. Further, the vibration frequency W1 of the low frequency vibrator 110 is obtained by using the length r1 and the density ρ1 of one side of the vibrating body 112 when the shape of the vibrating body 112 is a cubic shape.
W1 = √ (K1 / (ρ1 × r1 3 ))
It is expressed. As described above, the vibration frequency W1 of the low-frequency vibrator 110 is relatively easily adjusted by changing the mass M1 (density ρ1 and length r1 of one side) of the vibrating body 112 and the spring constant K1 of the elastic support 111. It can be done.

高周波振動子100の振動周波数W2は、振動体102の質量M2と弾性支持部101のばね定数K2とを用いて、
W2=√(K2/M2)
と表される。ただし、弾性支持部101の質量は振動体102の質量M2よりも十分に小さいものとする。また、高周波振動子100の振動周波数W2は、振動体102の形状を立方体状とすると、振動体102の一辺の長さr2と密度ρ2とを用いて、
W2=√(K2/(ρ2×r2))
と表される。このように、高周波振動子100の振動周波数W2は、振動体102の質量M2(密度ρ2及び一辺の長さr2)及び弾性支持部101のばね定数K2を変えることにより、比較的容易に調節できるようになっている。
The vibration frequency W2 of the high-frequency vibrator 100 is obtained by using the mass M2 of the vibrating body 102 and the spring constant K2 of the elastic support portion 101.
W2 = √ (K2 / M2)
It is expressed. However, it is assumed that the mass of the elastic support portion 101 is sufficiently smaller than the mass M2 of the vibrating body 102. The vibration frequency W2 of the high-frequency vibrator 100 is obtained by using the length r2 and the density ρ2 of one side of the vibration body 102 when the shape of the vibration body 102 is a cubic shape.
W2 = √ (K2 / (ρ2 × r2 3 ))
It is expressed. Thus, the vibration frequency W2 of the high-frequency vibrator 100 can be adjusted relatively easily by changing the mass M2 (density ρ2 and length r2 of one side) of the vibrating body 102 and the spring constant K2 of the elastic support portion 101. It is like that.

図6は、固体層170の表面原子、液体層180の分子、高周波振動子100及び低周波振動子110のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動周波数(Hz)を対数で表し、縦軸は発生頻度を表している。図6に示すように、固体層170の表面原子、液体層180の分子、高周波振動子100及び低周波振動子110の熱振動の周波数分布は、いずれも所定の分布に従っている。低周波振動子110の振動周波数のピークWv1、及び高周波振動子100の振動周波数のピークWv2はいずれも、液体層180の振動周波数のピークWlよりも高く、固体層170の振動周波数のピークWsよりも低くなるように設定されている。また高周波振動子100の振動周波数のピークWv2は、低周波振動子110の振動周波数のピークWv1よりも高くなるように設定されている(Wl<Wv1<Wv2<Ws)。   FIG. 6 is a graph showing an example of the frequency distribution of thermal vibration in each of the surface atoms of the solid layer 170, the molecules of the liquid layer 180, the high-frequency vibrator 100, and the low-frequency vibrator 110. The horizontal axis of the graph represents the vibration frequency (Hz) in logarithm, and the vertical axis represents the occurrence frequency. As shown in FIG. 6, the frequency distribution of the thermal vibrations of the surface atoms of the solid layer 170, the molecules of the liquid layer 180, the high-frequency vibrator 100, and the low-frequency vibrator 110 all follow a predetermined distribution. The vibration frequency peak Wv1 of the low-frequency vibrator 110 and the vibration frequency peak Wv2 of the high-frequency vibrator 100 are both higher than the vibration frequency peak Wl of the liquid layer 180 and higher than the vibration frequency peak Ws of the solid layer 170. Is set to be low. The vibration frequency peak Wv2 of the high-frequency vibrator 100 is set to be higher than the vibration frequency peak Wv1 of the low-frequency vibrator 110 (Wl <Wv1 <Wv2 <Ws).

これにより、固体層170の振動周波数分布と高周波振動子100の振動周波数分布との重複部分(図中のH部)、高周波振動子100の振動周波数分布と低周波振動子110の振動周波数分布との重複部分(I部)、及び低周波振動子110の振動周波数分布と液体層180の振動周波数分布との重複部分(J部)を、図3に示した第1実施形態の重複部分(C部、D部)と比較してさらに拡大することができる。   Thereby, the overlapping part (H part in the figure) of the vibration frequency distribution of the solid layer 170 and the vibration frequency distribution of the high frequency vibrator 100, the vibration frequency distribution of the high frequency vibrator 100 and the vibration frequency distribution of the low frequency vibrator 110 3 and the overlapping part (J part) of the vibration frequency distribution of the low-frequency vibrator 110 and the vibration frequency distribution of the liquid layer 180 are the overlapping part (C) of the first embodiment shown in FIG. Part, part D) and can be further enlarged.

図7は、振動体102の一辺の長さを振動体112の半分とした場合における、振動体112の一辺の長さと高周波振動子100及び低周波振動子110の振動周波数との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動体112の一辺の長さr(m)を対数で表し、縦軸は振動周波数(Hz)を対数で表している。線L4は高周波振動子100の振動周波数を示し、線L5は低周波振動子110の振動周波数を示し、線L6は固体層170の表面原子の振動周波数Wsを示し、線L7は液体層180の分子の振動周波数Wlを示している。本例では、振動体112、102の密度ρ1、ρ2をいずれも2.7×10kg/mとし、弾性支持部111、101のばね定数K1、K2をいずれも0.1N/mとし、固体層170の表面原子の振動周波数Wsを7THzとし、液体層180の分子の振動周波数Wlを1GHzとした。 FIG. 7 shows an example of the relationship between the length of one side of the vibrating body 112 and the vibration frequency of the high-frequency vibrator 100 and the low-frequency vibrator 110 when the length of one side of the vibrating body 102 is half that of the vibrating body 112. It is a graph to show. The horizontal axis of the graph represents the length r (m) of one side of the vibrating body 112 in logarithm, and the vertical axis represents the vibration frequency (Hz) in logarithm. A line L4 indicates the vibration frequency of the high-frequency vibrator 100, a line L5 indicates the vibration frequency of the low-frequency vibrator 110, a line L6 indicates the vibration frequency Ws of the surface atoms of the solid layer 170, and a line L7 indicates the liquid layer 180. The vibration frequency Wl of the molecule is shown. In this example, the density ρ1 and ρ2 of the vibrating bodies 112 and 102 are both 2.7 × 10 3 kg / m 3, and the spring constants K1 and K2 of the elastic support portions 111 and 101 are both 0.1 N / m. The vibration frequency Ws of the surface atoms of the solid layer 170 was 7 THz, and the vibration frequency Wl of the molecules of the liquid layer 180 was 1 GHz.

図7に示すように、低周波振動子110の振動周波数は、振動体112の一辺の長さrが約1×10−8mを下回ると、液体層180の振動周波数を上回る。一方、振動体112の一辺の長さr(振動体102の一辺の長さの2倍)を事実上の下限(10−10〜10−9mオーダ)まで小さくしても、高周波振動子100の振動周波数は、固体層70の振動周波数Wsを下回っている。したがって、本例の条件の場合、Wl<Wv1<Wv2<Wsの関係を満たすためには、振動体112の一辺の長さrを約1×10−8m未満とすればよい。 As shown in FIG. 7, the vibration frequency of the low-frequency vibrator 110 exceeds the vibration frequency of the liquid layer 180 when the length r of one side of the vibration body 112 is less than about 1 × 10 −8 m. On the other hand, even if the length r of one side of the vibrating body 112 (twice the length of one side of the vibrating body 102) is reduced to a practical lower limit (10 −10 to 10 −9 m order), the high-frequency vibrator 100 Is less than the vibration frequency Ws of the solid layer 70. Therefore, in the case of the conditions of this example, in order to satisfy the relationship of Wl <Wv1 <Wv2 <Ws, the length r of one side of the vibrating body 112 may be less than about 1 × 10 −8 m.

以上説明したように、本実施形態によれば、固体層170と液体層180との間では、高周波振動子100及び低周波振動子110を介して熱エネルギーが間接的に伝達され得る。高周波振動子100の振動周波数のピークWv2及び低周波振動子110の振動周波数のピークWv1は、固体層170の表面原子の振動周波数のピークWs及び液体層180の分子の振動周波数のピークWlに対して、Wl<Wv1<Wv2<Wsの関係を満たすように設定されている。   As described above, according to the present embodiment, thermal energy can be indirectly transmitted between the solid layer 170 and the liquid layer 180 via the high-frequency vibrator 100 and the low-frequency vibrator 110. The vibration frequency peak Wv2 of the high frequency vibrator 100 and the vibration frequency peak Wv1 of the low frequency vibrator 110 are relative to the vibration frequency peak Ws of the surface atoms of the solid layer 170 and the vibration frequency peak Wl of the molecules of the liquid layer 180. Thus, the relationship of Wl <Wv1 <Wv2 <Ws is set.

これにより、固体層170の振動周波数分布と高周波振動子100の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、固体層170と高周波振動子100との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。また、高周波振動子100の振動周波数分布と低周波振動子110の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、高周波振動子100と低周波振動子110との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。さらに、低周波振動子110の振動周波数分布と液体層180の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、低周波振動子110と液体層180との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。したがって、固体層170と液体層180との間において、高周波振動子100及び低周波振動子110を介して、熱エネルギーを第1実施形態よりもさらに効率良く伝達することができる。すなわち本実施形態によれば、熱交換器の熱交換性能を第1実施形態よりもさらに向上させることができる。   Thereby, since the overlapping part of the vibration frequency distribution of the solid layer 170 and the vibration frequency distribution of the high frequency vibrator 100 can be enlarged, the heat energy is transferred between the solid layer 170 and the high frequency vibrator 100. Attenuation can be suppressed. In addition, since the overlapping portion of the vibration frequency distribution of the high frequency vibrator 100 and the vibration frequency distribution of the low frequency vibrator 110 can be enlarged, heat energy is transmitted between the high frequency vibrator 100 and the low frequency vibrator 110. Attenuation can be suppressed. Furthermore, since the overlapping part of the vibration frequency distribution of the low frequency vibrator 110 and the vibration frequency distribution of the liquid layer 180 can be enlarged, when heat energy is transferred between the low frequency vibrator 110 and the liquid layer 180. Can be suppressed. Therefore, heat energy can be more efficiently transferred between the solid layer 170 and the liquid layer 180 via the high-frequency vibrator 100 and the low-frequency vibrator 110 than in the first embodiment. That is, according to the present embodiment, the heat exchange performance of the heat exchanger can be further improved than in the first embodiment.

(その他の実施形態)
上記実施形態では、固液界面となる扁平チューブ10内周面を例に挙げて説明したが、固気界面となる扁平チューブ10外周面やコルゲートフィン30表面にも当然に適用可能である。固気界面に形成される振動子は、その振動周波数のピークが気体層の分子の振動周波数のピークよりも高く、固体層の表面原子の振動周波数のピークよりも低くなるように設定される。
(Other embodiments)
In the above embodiment, the inner peripheral surface of the flat tube 10 that becomes the solid-liquid interface has been described as an example. The vibrator formed at the solid-gas interface is set so that the vibration frequency peak is higher than the vibration frequency peak of the gas layer molecules and lower than the vibration frequency peak of the surface atoms of the solid layer.

気体層の分子の振動周波数は、液体層の分子の振動周波数と同様に数GHz(10Hzオーダ)である。例えば、気体を単原子分子理想気体と仮定し、気体分子の熱振動周波数を、気体分子の平均速度Vを平均自由行程Lで除したものと定義する(熱振動周波数=平均速度V/平均自由行程L)。平均速度Vは、原子質量Ma、ボルツマン定数kB(=1.38×10−23J/K)及び温度Tを用いて、
V=√((3kB×T)/Ma)
と表される。原子質量Maを4.65×10−23(=28/(6.02×1023))gとし、温度Tを300Kとすると、平均速度Vは約516m/sとなる。
The vibration frequency of molecules in the gas layer is several GHz (on the order of 10 9 Hz), similar to the vibration frequency of molecules in the liquid layer. For example, assuming that the gas is a monoatomic molecule ideal gas, the thermal oscillation frequency of the gas molecule is defined as the average velocity V of the gas molecule divided by the average free path L (thermal oscillation frequency = average velocity V / mean free). Process L). Average velocity V is determined using atomic mass Ma, Boltzmann constant kB (= 1.38 × 10 −23 J / K) and temperature T,
V = √ ((3 kB × T) / Ma)
It is expressed. When the atomic mass Ma is 4.65 × 10 −23 (= 28 / (6.02 × 10 23 )) g and the temperature T is 300 K, the average speed V is about 516 m / s.

一方、平均自由行程Lは、気体体積V0、アボガドロ数Nb(=6.02×1023)及び気体分子の直径σを用いて、
L=V0/(√2×π×Nb×σ
と表される。気体体積V0を22.4lとし、直径σを3nmとすると、平均自由行程Lは約93nmとなる。したがって、単原子分子理想気体の熱振動周波数は、約5.5GHz(=516(m/s)/(93×10−9(m)))となる。
On the other hand, the mean free path L is obtained by using the gas volume V0, the Avogadro number Nb (= 6.02 × 10 23 ), and the diameter σ of the gas molecule,
L = V0 / (√2 × π × Nb × σ 2 )
It is expressed. If the gas volume V0 is 22.4 l and the diameter σ is 3 nm, the mean free path L is about 93 nm. Therefore, the thermal oscillation frequency of the monoatomic molecule ideal gas is about 5.5 GHz (= 516 (m / s) / (93 × 10 −9 (m))).

また上記実施形態では、振動体92、102、112の材質としてアルミナナノ粒子を例に挙げたが、他の材質で形成してもよい。   In the above embodiment, alumina nanoparticles are taken as an example of the material of the vibrators 92, 102, and 112, but other materials may be used.

さらに上記実施形態では、振動体92、102、112の形状を略立方体状としたが、球状、あるいは構成分子の分子構造に基づく形状等の他の形状であってもよい。   Furthermore, in the above-described embodiment, the shapes of the vibrators 92, 102, and 112 are substantially cubic, but may be other shapes such as a sphere or a shape based on the molecular structure of the constituent molecules.

また上記実施形態では、弾性支持部91の材質としてカーボンナノチューブを例に挙げたが、他の材質で形成してもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the carbon nanotube was mentioned as an example as a material of the elastic support part 91, you may form with another material.

さらに上記第2実施形態では、振動周波数の異なる2種の振動子(高周波振動子100及び低周波振動子110)が用いられているが、振動周波数の異なる3種以上の振動子を用いてもよい。   Further, in the second embodiment, two types of vibrators (high frequency vibrator 100 and low frequency vibrator 110) having different vibration frequencies are used, but three or more kinds of vibrators having different vibration frequencies may be used. Good.

また上記実施形態では、熱交換器としてラジエータ1を例に挙げたが、他の熱交換器にも適用可能である。   Moreover, in the said embodiment, although the radiator 1 was mentioned as an example as a heat exchanger, it is applicable also to another heat exchanger.

1 ラジエータ(熱交換器)
10 扁平チューブ
70、170 固体層
75、175 固液界面
80、180 液体層(流体層)
90 振動子
91、101、111 弾性支持部
92、102、112 振動体
100 高周波振動子(第1振動子)
110 低周波振動子(第2振動子)
1 Radiator (heat exchanger)
10 Flat tube 70, 170 Solid layer 75, 175 Solid-liquid interface 80, 180 Liquid layer (fluid layer)
90 Vibrators 91, 101, 111 Elastic support portions 92, 102, 112 Vibrating body 100 High frequency vibrator (first vibrator)
110 Low frequency oscillator (second oscillator)

Claims (2)

流体層(80)との界面(75)において前記流体層(80)と熱交換を行う固体層(70)と、
前記界面(75)に設けられ、前記固体層(70)の表面原子との間及び前記流体層(80)の分子との間で熱振動が伝搬され得る振動体(92)と、前記振動体(92)を前記固体層(70)に対して弾性支持する弾性支持部(91)とを備えた振動子(90)とを有し、
前記振動子(90)の振動周波数のピーク(Wv)は、前記流体層(80)の分子の振動周波数のピーク(Wl)よりも高く、前記固体層(70)の表面原子の振動周波数のピーク(Ws)よりも低く構成され、
前記振動子(90)は、第1振動子(100)と第2振動子(110)とを含んでおり、
前記第1振動子(100)は、前記固体層(170)の表面原子との間で熱振動が伝搬されるとともに、前記第2振動子(110)を介して前記流体層(180)の分子との間で熱振動が伝搬され、
前記第2振動子(110)は、前記流体層(180)の分子との間で熱振動が伝搬されるとともに、前記第1振動子(100)を介して前記固体層(170)の表面原子との間で熱振動が伝搬され、
前記第1振動子(100)の振動周波数のピーク(Wv2)は、前記第2振動子(110)の振動周波数のピーク(Wv1)よりも高いことを特徴とする伝熱部材。
A solid layer (70) that exchanges heat with the fluid layer (80) at an interface (75) with the fluid layer (80);
A vibrating body (92) provided at the interface (75) and capable of propagating thermal vibrations between surface atoms of the solid layer (70) and molecules of the fluid layer (80); An oscillator (90) provided with an elastic support portion (91) for elastically supporting (92) with respect to the solid layer (70),
The vibration frequency peak (Wv) of the vibrator (90) is higher than the molecular vibration frequency peak (Wl) of the fluid layer (80), and the vibration frequency peak of surface atoms of the solid layer (70). Configured lower than (Ws),
The vibrator (90) includes a first vibrator (100) and a second vibrator (110),
The first vibrator (100) propagates thermal vibrations between surface atoms of the solid layer (170) and molecules of the fluid layer (180) through the second vibrator (110). Thermal vibration is propagated between
In the second vibrator (110), thermal vibration is propagated between molecules of the fluid layer (180), and surface atoms of the solid layer (170) are passed through the first vibrator (100). Thermal vibration is propagated between
The vibration frequency of the peak of the first oscillator (100) (wv 2), the heat transfer member you being higher than the peak (WV1) of the oscillation frequency of the second oscillator (110).
請求項1に記載の伝熱部材が用いられていることを特徴とする熱交換器。 A heat exchanger comprising the heat transfer member according to claim 1 .
JP2010025566A 2010-02-08 2010-02-08 Heat transfer member and heat exchanger using the same Active JP5493949B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010025566A JP5493949B2 (en) 2010-02-08 2010-02-08 Heat transfer member and heat exchanger using the same

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2010025566A JP5493949B2 (en) 2010-02-08 2010-02-08 Heat transfer member and heat exchanger using the same

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011163620A JP2011163620A (en) 2011-08-25
JP5493949B2 true JP5493949B2 (en) 2014-05-14

Family

ID=44594524

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2010025566A Active JP5493949B2 (en) 2010-02-08 2010-02-08 Heat transfer member and heat exchanger using the same

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5493949B2 (en)

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH06331298A (en) * 1993-05-25 1994-11-29 Honda Motor Co Ltd Heat exchanging member for heat exchanger
JPH07248197A (en) * 1994-01-21 1995-09-26 Honda Motor Co Ltd Heat exchanger
JPH10242678A (en) * 1997-02-21 1998-09-11 Fujikura Ltd Structure of heat exchanging fin
JP4953206B2 (en) * 2007-06-08 2012-06-13 株式会社デンソー Heat exchange member and heat exchange device

Also Published As

Publication number Publication date
JP2011163620A (en) 2011-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5219020A (en) Structure of micro-heat pipe
JP4652822B2 (en) Thermoacoustic device
JP4958910B2 (en) Thermoacoustic device
JP5548513B2 (en) Thermoacoustic engine
US8915293B2 (en) Heat exchanger
CN110168291B (en) Thermoacoustic device
JP2015535901A5 (en)
JP2012154251A (en) Muffler
JPH04190090A (en) Loop type fine tube heat pipe
JP2011231940A (en) Thermoacoustic engine
JP5493949B2 (en) Heat transfer member and heat exchanger using the same
Greaney et al. Nanomechanical energy transfer and resonance effects in single-walled carbon nanotubes
JP5768688B2 (en) Thermoacoustic refrigeration equipment
JP5862250B2 (en) Thermoacoustic refrigeration equipment
JP2014081168A (en) Heat exchanger and convective heat transfer acceleration method for the same
JP2016090209A5 (en)
JP2016065708A (en) Heat exchanger and boiler
WO2020045600A1 (en) Thermoacoustic device
JP2016200304A (en) Thermoacoustic device
JP2018091580A (en) Thermoacoustic engine
WO2022024426A1 (en) Thermoacoustic device
JP4889747B2 (en) Heat exchanger and air conditioner equipped with the same
JP2011145006A (en) Thermoacoustic engine
JP2022063448A (en) Thermoacoustic device
JP2002327898A (en) Hydrogen storing/supplying device

Legal Events

Date Code Title Description
A711 Notification of change in applicant

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A711

Effective date: 20110405

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821

Effective date: 20110405

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20130110

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20131018

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20131029

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20131129

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20140204

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20140217

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5493949

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250

R250 Receipt of annual fees

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250