WO2018159605A1 - 熱交換部材 - Google Patents

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heat exchange
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tube
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光太郎 渡邊
喜多　晃一
俊彦 幸
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28D—HEAT-EXCHANGE APPARATUS, NOT PROVIDED FOR IN ANOTHER SUBCLASS, IN WHICH THE HEAT-EXCHANGE MEDIA DO NOT COME INTO DIRECT CONTACT
    • F28D1/00—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators
    • F28D1/02—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid
    • F28D1/04—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits
    • F28D1/053—Heat-exchange apparatus having stationary conduit assemblies for one heat-exchange medium only, the media being in contact with different sides of the conduit wall, in which the other heat-exchange medium is a large body of fluid, e.g. domestic or motor car radiators with heat-exchange conduits immersed in the body of fluid with tubular conduits the conduits being straight
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F1/00—Tubular elements; Assemblies of tubular elements
    • F28F1/10—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses
    • F28F1/12—Tubular elements and assemblies thereof with means for increasing heat-transfer area, e.g. with fins, with projections, with recesses the means being only outside the tubular element
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10W—GENERIC PACKAGES, INTERCONNECTIONS, CONNECTORS OR OTHER CONSTRUCTIONAL DETAILS OF DEVICES COVERED BY CLASS H10
    • H10W40/00—Arrangements for thermal protection or thermal control
    • H10W40/40—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids
    • H10W40/47—Arrangements for thermal protection or thermal control involving heat exchange by flowing fluids by flowing liquids, e.g. forced water cooling

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchange member that includes a tube portion in which a heat exchange fluid is circulated and a fin portion disposed between the tube portions.
  • Patent Document 1 As a heat exchange member such as a radiator, as shown in Patent Document 1, for example, flat tubes are arranged in parallel by bending the flat tubes so as to meander, and between these adjacent flat tubes, There has been proposed a corrugated fin provided with a fin portion.
  • a coolant heat exchange fluid
  • a heat medium such as air
  • a plate-like corrugated fin is disposed as a fin portion between adjacent flat tubes.
  • the fin portion is The contact area with the passing heat medium was insufficient, and heat exchange could not be performed efficiently between the heat medium and the heat exchange fluid.
  • the pitch of the corrugated fins is narrowed to increase the specific surface area, the pressure loss of the heat medium that passes through the fin part increases, that is, the load for feeding the heat medium to the fin part increases and the entire device becomes The energy efficiency could be degraded.
  • the present invention has been made against the background as described above, and the contact area between the heat medium passing through the fin portion and the fin portion is large, and the pressure loss of the heat medium passing through the fin portion is small. It aims at providing the heat exchange member excellent in the heat exchange characteristic.
  • a heat exchange member in order to solve such problems and achieve the above-mentioned object, includes a tubular body portion that is arranged so that a heat exchange fluid is circulated therein and arranged in parallel.
  • a fin portion disposed between adjacent tube portions, wherein the fin portions are metal wire rods between the tube portions disposed in parallel. It is characterized by being comprised by being filled with the coil body which wound this in coil shape.
  • the fin portion is configured by filling a coil body in which a metal wire is wound in a coil shape between tube portions arranged in parallel.
  • the specific surface area of the part increases, and the contact area between the fin part and the heat medium is ensured.
  • the hole diameter is sufficiently large, and the flow of the heat medium passing through the fin portion is not greatly hindered compared to a general corrugated fin.
  • the pressure loss of the heat medium passing through the fin portion can be suppressed. Therefore, it is possible to provide a heat exchange member having excellent heat exchange characteristics.
  • the fin portion preferably includes a plate-shaped fin body and the coil body.
  • the plate-like fin body is disposed between the adjacent tubular body portions and the coil body is filled, the coil body is in contact with the plate-like fin body and the tubular body portion.
  • heat transfer between the tube portion and the fin portion is promoted. Therefore, it is possible to further improve the heat exchange characteristics.
  • the porosity of the fin portion is in the range of 40% to 90%. In this case, since the porosity of the fin portion is 40% or more, it is possible to reliably prevent an excessive pressure loss of the heat medium passing through the fin portion. On the other hand, since the porosity of the fin portion is 90% or less, a contact area with the heat medium passing through the fin portion is ensured, and excellent heat exchange characteristics are obtained.
  • the specific surface area of the fin portion is in a range of 300 m 2 / m 3 or more and 25000 m 2 / m 3 or less.
  • the specific surface area of the fin portion is 300 m 2 / m 3 or more, a contact area with the heat medium passing through the fin portion is ensured, and excellent heat exchange characteristics are obtained.
  • the specific surface area of the fin portion is 25000 m 2 / m 3 or less, it is possible to reliably prevent an excessive pressure loss of the heat medium passing through the fin portion.
  • the contact area of the heat medium which passes a fin part and a fin part is large, the pressure loss of the heat medium which passes a fin part is small, and the heat exchange member excellent in the heat exchange characteristic is provided. be able to.
  • the heat exchange member 10 As shown in FIG. 1, the heat exchange member 10 according to the present embodiment has a heat exchange fluid circulated therein and a tube portion 11 disposed so as to be parallel to each other and between adjacent tube portions 11.
  • the fin part 12 arrange
  • the tube part 11 is comprised with the metal with favorable heat conductivity, for example, copper or copper alloy, aluminum, or aluminum alloy. In this embodiment, it is comprised, for example with aluminum.
  • a plurality of tube parts 11 are arranged in parallel, and end portions thereof are respectively connected to headers 15.
  • the thickness of the tube body portion 11 is in the range of 0.5 mm or more and 30 mm or less, and the width of the tube body portion 11 is in the range of 5 mm or more and 50 mm or less.
  • the thickness of the tube part 11 is preferably in the range of 0.6 mm to 2.5 mm, and the width of the tube part 11 is preferably in the range of 8 mm to 35 mm. There is no limit.
  • the fin portion 12 is configured by filling a coil body 20 in which a metal wire is wound in a coil shape between adjacent tube body portions 11.
  • the coil body 20 is such that the length direction of the coil body 20 is along the width direction of the tube body portion 11, that is, the end surface of the coil body 20 passes through the fin portion 12. It is filled so as to face the passing direction of the heating medium.
  • the coil body 20 has a structure in which a metal wire is wound in a coil shape.
  • the coil body 20 is made of a metal having good thermal conductivity, such as copper or a copper alloy, aluminum or an aluminum alloy.
  • the coil body 20 is made of aluminum or an aluminum alloy, like the tube body portion 11.
  • the diameter r of the metal wire constituting the coil body 20 is preferably in the range of 0.1 mm to 3 mm.
  • the diameter r of the metal wire constituting the coil body 20 is more preferably in the range of 0.1 mm or more and 2 mm or less, but is not limited thereto.
  • the winding pitch P of the metal wire wound around the coil body 20 is set within a range of r to 10 ⁇ r with respect to the diameter r of the metal wire.
  • the winding pitch P of the metal wire is preferably set within the range of 3 ⁇ r to 4 ⁇ r with respect to the diameter r of the metal wire, but is not limited thereto.
  • the winding diameter R of the coil body 20 is set within a range of 3 ⁇ r to 1000 ⁇ r.
  • the winding diameter R of the coil body 20 is preferably set within a range of 2 ⁇ r to 10 ⁇ r, but is not limited thereto.
  • the length L of the coil body 20 is the same as the width of the tube body portion 11.
  • the porosity of the fin part 12 is made into the range of 40% or more and 90% or less.
  • the specific surface area of the fin portion 12 is in the range of 300 m 2 / m 3 or more and 25000 m 2 / m 3 or less.
  • the coil body 20 is filled between the pipe body portions 11 arranged so as to be arranged in parallel.
  • the coil body 20 having a length equivalent to the width of the tube body portion 11 is formed so that the length direction of the coil body 20 is aligned with the width direction of the tube body portion 11. Fill in between.
  • the coil body 20 and the tube body portion 11 filled between the tube body portions 11 arranged so as to be arranged in parallel are joined.
  • the coil body 20 and the tube part 11 are joined by sintering.
  • the tube part 11 and the coil body 20 are comprised with aluminum or aluminum alloy, it is preferable to implement sintering in an inert gas atmosphere or a vacuum atmosphere.
  • the sintering temperature is in the range of 500 ° C. to 650 ° C., and the holding time at the sintering temperature is in the range of 5 min to 300 min.
  • an inert gas such as nitrogen gas or argon gas may be used.
  • the atmosphere in the bonding step S03 may be a vacuum atmosphere of 100 Pa or less.
  • the heat exchange member 10 which is this embodiment is manufactured by the above processes.
  • a heat exchange fluid is circulated inside the tube body portion 11, and a heat medium such as air is sent to the fin portion 12, and the heat medium and the tube body that pass through the fin portion 12. Heat exchange is performed with the heat exchange fluid flowing through the section 11.
  • the fin portion 12 is arranged so that the tube portions 11 through which the heat exchange fluid flows are arranged in parallel, and adjacent tubes. Since the coil body 20 in which the metal wire is wound in a coil shape is filled between the body parts 11, the specific surface area of the fin part 12 through which the heat medium passes increases, and the fin part 12 and the heat A high contact area with the medium is ensured.
  • the coil body 20 is formed with many gaps when viewed from the side surface side and the end surface side, so that the flow of the heat medium passing through the fin portion 12 is not greatly hindered.
  • the pressure loss can be suppressed.
  • the length direction of the coil body 20 is along the width direction of the tube body portion 11, that is, the end surface of the coil body 20 faces the passage direction of the heat medium passing through the fin portion 12. Therefore, the coil body 20 is arranged so as to be largely opened with respect to the flow direction of the heat medium passing through the fin portion 12, and the pressure loss of the heat medium can be suppressed.
  • the contact area with the heat medium is ensured in the fin portion 12 and the pressure loss of the heat medium is suppressed low. Heat exchange can be efficiently performed between the passing heat medium and the heat exchange fluid flowing through the inside of the tube body part 11.
  • the porosity of the fin portion 12 is 40% or more, it is possible to reliably prevent an excessive pressure loss of the heat medium passing through the fin portion 12.
  • the porosity of the fin portion 12 is 90% or less, a contact area with the heat medium passing through the fin portion 12 is ensured, and excellent heat exchange characteristics are obtained.
  • the upper limit of the porosity of the fin portion 12 is preferably 90% or less.
  • the lower limit of the porosity of the fin portion 12 is preferably 40% or more.
  • the porosity of the fin portion 12 is preferably 50% or more and 88% or less.
  • the specific surface area of the fin portion 12 is 300 m 2 / m 3 or more, the contact area with the heat medium passing through the fin portion 12 is ensured, and excellent heat Exchange characteristics are obtained.
  • the 12 specific surface area of the fin portion is 25000 m 2 / m 3 or less, it is possible to reliably prevent an excessive pressure loss of the heat medium passing through the fin portion 12.
  • the upper limit of the specific surface area of the fin portion 12 is preferably 25000 m 2 / m 3 or less.
  • the lower limit of the specific surface area of the fin portion 12 is preferably set to 300 m 2 / m 3 or more.
  • the specific surface area of the fin portion 12 is preferably 500 m 2 / m 3 or more and 20000 m 2 / m 3 or less.
  • the tubular body portion and the coil body have been described as being composed of aluminum or an aluminum alloy.
  • the present invention is not limited to this and is composed of other metals such as copper or a copper alloy.
  • the tube part and the coil body may be made of different metals.
  • the arrangement of the coil bodies 20 filled between the pipe body portions 11 arranged so as to be arranged in parallel is not limited to that shown in FIG. 2.
  • the coil body 20 may be filled so that the vertical direction is along the extending direction of the tubular body portion 11.
  • the length of the coil body 20 may be the same as the interval between the tube body parts 11, and the coil body 20 may be filled so that the end surface of the coil body 20 faces the tube body part 11 side.
  • the side surface of the coil body 20 is opposed to the passing direction of the heat medium passing through the fin portion 12, so the winding pitch P of the coil body 20 is adjusted. By doing so, it is preferable to keep the pressure loss of the heat medium small.
  • the coil body 20 may be filled non-oriented (randomly) between the tubular body portions 11 arranged so as to be arranged in parallel.
  • corrugated fins are arranged as plate-like fin bodies 13 between the tube bodies 11 arranged so as to be arranged in parallel, and the coil bodies 20 are non-oriented (randomly) between the fin bodies 13. It may be filled.
  • a plurality of plate-like fin bodies 13 are arranged between the tubular body portions 11 arranged so as to be arranged in parallel, and the coil bodies 20 are aligned in a space partitioned by the fin bodies 13. And may be filled.
  • FIGS. 8 and 9 when the plate-like fin body 13 is arranged between the pipe body portions 11 arranged so as to be arranged in parallel, the coil body 20 has the plate-like fin body 13 and the pipe body. It will be in contact with the part 11 and heat is transferred between the tube part 11 and the fin part 12 well. Therefore, it is possible to further improve the heat exchange characteristics.
  • the tubular body portion 11 and the coil body 20 have been described as being joined by sintering.
  • the present invention is not limited to this, and may be joined using a brazing material or the like.
  • a description has been given of a case where a plurality of tubular body portions 11 are arranged in parallel.
  • the present invention is not limited to this, and the tubular body portion 11 is bent so as to meander as shown in FIG. And the tube part 11 may be arranged in parallel.
  • the coil body having a substantially cylindrical shape has been described as an example.
  • the present invention is not limited to this, and the coil body may have a polygonal cross section, and the winding diameter R is long.
  • the coil body may be configured to change in the vertical direction.
  • the shapes of the coil bodies used need not all be the same, and a plurality of shapes may be used as long as a predetermined condition is satisfied in various forms defined in this patent.
  • a flat tube (width: 30 mm, thickness: 2 mm) made of aluminum (purity 99% by mass or more) was prepared, the flat tube was bent so as to meander, and a tubular body portion arranged in parallel was formed. .
  • interval of the tube part was 15 mm.
  • the coil body shown in Table 1 was filled between the tube parts arranged so as to be arranged in parallel.
  • the coil body was made of aluminum (purity 99% by mass or more).
  • corrugated fins thinness: 0.5 mm, fin shape: triangular wave shape
  • Example 1 to 7 of the present invention as shown in FIG. 2, the coil body was filled so that the length direction of the coil body was along the width direction of the tube body portion.
  • the coil body was filled so that the length direction of the coil body was along the extending direction of the tube portion.
  • the coil body was filled so that the end face of the coil body faced the tube body side.
  • the specific surface area of the fin portion was measured using a krypton test gas with a BET method specific surface area measurement device (Tristar II 3020 series manufactured by Shimadzu Corporation).
  • the above-described heat exchange member is fitted into a cooling performance measuring apparatus in which a heat medium (air) flows in one direction, and air at 30 ° C. is flowed at 100 L / min (constant) to the fin portion, The outlet differential pressure was measured.
  • Heat exchange characteristics Using a cooling performance measuring device in which a heat medium (air) flows in one direction, 80 ° C. ethylene glycol was circulated at 1 L / min as a heat exchange fluid through the tube portion of the heat exchange member. A heat medium (air) at 30 ° C. was flowed through the fin portion at 100 L / min (constant), and the temperature change of the heat exchange fluid was measured. In addition, it becomes the heat exchange member excellent in the heat exchange characteristic with this large temperature change.
  • the temperature change was as small as 6.1 ° C., and the heat exchange characteristics were insufficient. It is estimated that the contact area between the heat medium and the fin portion was small.
  • the contact area between the fin and the heat medium passing through the fin portion is large, the pressure loss of the heat medium passing through the fin portion is small, and the heat exchanging characteristics are excellent. It was confirmed that an exchange member could be provided.
  • the contact area of the heat medium which passes a fin part and a fin part is large, the pressure loss of the heat medium which passes a fin part is small, and the heat exchange member excellent in the heat exchange characteristic is provided. be able to.

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Abstract

本発明の熱交換部材は、内部に熱交換流体が流通されるとともに並列するように配置された管体部と、隣接する管体部の間に配設されたフィン部と、を備え、フィン部は、並列するように配置された管体部の間に、金属線材をコイル状に巻いたコイル体が充填されることによって構成されていることを特徴とする。

Description

熱交換部材
　本発明は、内部に熱交換流体が流通される管体部と、この管体部の間に配設されたフィン部と、を備えた熱交換部材に関する。
　本願は、２０１７年２月２８日に、日本に出願された特願２０１７－０３７４５２号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、ラジエータ等の熱交換部材として、例えば特許文献１に示すように、偏平チューブを蛇行するように折り曲げることによって、偏平チューブが並列するように配設されており、これら隣接する偏平チューブの間にコルゲートフィンを配設することによってフィン部が形成されたものが提案されている。
　上述の熱交換部材においては、偏平チューブの内部にクーラント（熱交換流体）を流通させるとともに、コルゲートフィンからなるフィン部に空気等の熱媒を通過させることによって、熱交換流体と熱媒の間で熱交換を行う構成を備えている。
特開２０１２－０９６２６４号公報
　ところで、特許文献１に記載された熱交換部材においては、隣接する偏平チューブの間にフィン部として板状のコルゲートフィンを配設しているが、フィン部の比表面積が小さいため、フィン部を通過する熱媒との接触面積が不十分であり、熱媒と熱交換流体の間で熱交換を効率良く行うことができなかった。
　比表面積を大きくするために、コルゲートフィンのピッチを狭くした場合には、フィン部を通過する熱媒の圧力損失が大きくなる、すなわち、熱媒をフィン部に送り込む負荷が大きくなり機器全体としてのエネルギー効率は悪くなるおそれがあった。
　本発明は、以上のような事情を背景としてなされたものであって、フィン部を通過する熱媒とフィン部との接触面積が大きく、かつ、フィン部を通過する熱媒の圧力損失が小さく、熱交換特性に優れた熱交換部材を提供することを目的としている。
　このような課題を解決して、前記目的を達成するために、本発明の一態様である熱交換部材は、内部に熱交換流体が流通されるとともに並列するように配置された管体部と、隣接する前記管体部の間に配設されたフィン部と、を備えた熱交換部材であって、前記フィン部は、並列するように配置された前記管体部の間に、金属線材をコイル状に巻いたコイル体が充填されることによって構成されていることを特徴としている。
　この構成の熱交換部材によれば、フィン部は並列するように配置された管体部の間に、金属線材をコイル状に巻いたコイル体が充填されることによって構成されているので、フィン部の比表面積が大きくなり、フィン部と熱媒との接触面積が確保される。また、金属線材をコイル状に巻いたコイル体を用いているので、開孔径が十分大きく、一般的なコルゲートフィンと比較してもフィン部を通過する熱媒の流動が大きく妨げられることがなく、フィン部を通過する熱媒の圧力損失を抑えることができる。よって、熱交換特性に優れた熱交換部材を提供することが可能となる。
　本発明の一態様である熱交換部材においては、前記フィン部は、板状のフィン体と前記コイル体とを備えていることが好ましい。
　この場合、隣接する前記管体部の間に板状のフィン体が配設されるとともにコイル体が充填されているので、コイル体が板状のフィン体と管体部とに接触することになり、管体部とフィン部との間の伝熱が促進される。よって、さらに熱交換特性を向上させることが可能となる。
　本発明の一態様である熱交換部材においては、前記フィン部の空隙率が４０％以上９０％以下の範囲内とされていることが好ましい。
　この場合、前記フィン部の空隙率が４０％以上とされているので、フィン部を通過する熱媒の圧力損失の過大を確実に防ぐことができる。
　一方、前記フィン部の空隙率が９０％以下とされているので、フィン部を通過する熱媒との接触面積が確保され、優れた熱交換特性が得られる。
　本発明の一態様である熱交換部材においては、前記フィン部の比表面積が３００ｍ２／ｍ３以上２５０００ｍ２／ｍ３以下の範囲内とされていることが好ましい。
　この場合、前記フィン部の比表面積が３００ｍ２／ｍ３以上とされているので、フィン部を通過する熱媒との接触面積が確保され、優れた熱交換特性が得られる。
　一方、前記フィン部の比表面積が２５０００ｍ２／ｍ３以下とされているので、フィン部を通過する熱媒の圧力損失の過大を確実に防ぐことができる。
　本発明によれば、フィン部を通過する熱媒とフィン部との接触面積が大きく、かつ、フィン部を通過する熱媒の圧力損失が小さく、熱交換特性に優れた熱交換部材を提供することができる。
本発明の一実施形態である熱交換部材の説明図である。 図１に示す熱交換部材のフィン部の拡大説明図である。 図１及び図２に示す熱交換部材で用いられるコイル体の側面図である。 図１及び図２に示す熱交換部材で用いられるコイル体の正面図である。 図１及び図２に示す熱交換部材の製造方法のフロー図である。 本発明の他の実施形態である熱交換部材の拡大説明図である。 本発明の他の実施形態である熱交換部材の拡大説明図である。 本発明の他の実施形態である熱交換部材の拡大説明図である。 本発明の他の実施形態である熱交換部材の拡大説明図である。 本発明の他の実施形態である熱交換部材の拡大説明図である。 本発明の他の実施形態である熱交換部材の説明図である。
　以下に、本発明の実施形態である熱交換部材について、添付した図面を参照して説明する。
　本実施形態である熱交換部材１０は、図１に示すように、内部に熱交換流体が流通されるとともに、並列するように配置された管体部１１と、隣接する管体部１１の間に配設されたフィン部１２と、を備えている。
　管体部１１は、熱伝導性が良好な金属、例えば銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。本実施形態では、例えばアルミニウムで構成されている。
　本実施形態では、図１に示すように、複数の管体部１１が並列するように配置され、その端部がそれぞれヘッダー１５に接続された構造を備えている。
　本実施形態においては、管体部１１の厚さが０．５ｍｍ以上３０ｍｍ以下の範囲内とされ、管体部１１の幅が５ｍｍ以上５０ｍｍ以下の範囲内とされている。管体部１１の厚さは０．６ｍｍ以上２．５ｍｍ以下の範囲内とされることが好ましく、管体部１１の幅は８ｍｍ以上３５ｍｍ以下の範囲内とされることが好ましいが、これに限定されることはない。
　フィン部１２は、図２に示すように、隣接する管体部１１の間に、金属線材をコイル状に巻いたコイル体２０が充填されることによって構成されている。
　本実施形態では、図２に示すように、コイル体２０は、コイル体２０の長さ方向が管体部１１の幅方向に沿うように、すなわち、コイル体２０の端面がフィン部１２を通過する熱媒の通過方向に対面するように充填されている。
　コイル体２０は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、金属線材がコイル状に巻かれた構造とされている。このコイル体２０は、熱伝導性が良好な金属、例えば銅又は銅合金、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。本実施形態では、コイル体２０は、管体部１１と同様に、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されている。
　コイル体２０を構成する金属線材の直径ｒは、０．１ｍｍ以上３ｍｍ以下の範囲内とすることが好ましい。コイル体２０を構成する金属線材の直径ｒは、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下の範囲内とすることがより好ましいが、これに限定されることはない。
　ここで、直径ｒとは、各線材の断面積Ａを元に算出される値であり、断面形状に関わらず真円であると仮定し、以下の式により定義される。
　ｒ＝（Ａ／π）１／２×２
　コイル体２０において巻かれた金属線材の巻きピッチＰは、金属線材の直径ｒに対してｒ以上１０×ｒ以下の範囲内に設定されている。金属線材の巻きピッチＰは、金属線材の直径ｒに対して３×ｒ以上４×ｒ以下の範囲内に設定されることが好ましいが、これに限定されることはない。
　コイル体２０の巻き径Ｒは３×ｒ以上１０００×ｒ以下の範囲内に設定されている。コイル体２０の巻き径Ｒは２×ｒ以上１０×ｒ以下の範囲内に設定されることが好ましいが、これに限定されることはない。
　コイル体２０の長さＬは、管体部１１の幅と同一とされている。
　上述のように構成されたフィン部１２においては、フィン部１２の空隙率が４０％以上９０％以下の範囲内とされている。
　フィン部１２の比表面積が３００ｍ２／ｍ３以上２５０００ｍ２／ｍ３以下の範囲内とされている。
　以下に、上述の構成とされた本実施形態である熱交換部材１０の製造方法について、図４のフロー図を参照して説明する。
（管体部形成工程Ｓ０１）
　まず、上述したアルミニウム合金製の管体部１１を並列に配列して、その端部をそれぞれヘッダー１５に接続する。
（コイル体充填工程Ｓ０２）
　次いで、並列するように配置された管体部１１の間に、コイル体２０を充填する。本実施形態では、管体部１１の幅と同等の長さを有するコイル体２０を、コイル体２０の長さ方向が管体部１１の幅方向に沿うように、隣接する管体部１１の間に充填する。
（接合工程Ｓ０３）
　次いで、並列するように配置された管体部１１の間に充填したコイル体２０と管体部１１とを接合する。本実施形態では、焼結によってコイル体２０と管体部１１とを接合している。
　本実施形態では、管体部１１、及び、コイル体２０が、アルミニウム又はアルミニウム合金で構成されていることから、不活性ガス雰囲気又は真空雰囲気において焼結を実施することが好ましい。
　接合工程Ｓ０３の条件に特に限定はないが、焼結温度を５００℃以上６５０℃以下の範囲内、焼結温度での保持時間を５ｍｉｎ以上３００ｍｉｎ以下の範囲内とすることが好ましい。接合工程Ｓ０３における雰囲気は、窒素ガス、アルゴンガス等の不活性ガスを用いてもよい。接合工程Ｓ０３における雰囲気は、１００Ｐａ以下の真空雰囲気としてもよい。
　以上のような工程により、本実施形態である熱交換部材１０が製造される。
　この熱交換部材１０においては、管体部１１の内部に熱交換流体が流通されるとともに、フィン部１２に対して空気等の熱媒が送られ、フィン部１２を通過する熱媒と管体部１１を流れる熱交換流体との間で熱交換が行われる。
　以上のような構成とされた本実施形態である熱交換部材１０によれば、フィン部１２は、内部に熱交換流体が流通される管体部１１が並列するように配置され、隣接する管体部１１の間に、金属線材をコイル状に巻いたコイル体２０が充填されることによって形成されているので、熱媒が通過するフィン部１２の比表面積が大きくなり、フィン部１２と熱媒との間で高い接触面積が確保される。
　コイル体２０は、図３Ａおよび図３Ｂに示すように、側面側及び端面側から見て空隙が多く形成されているので、フィン部１２を通過する熱媒の流動が大きく妨げられず、熱媒の圧力損失を抑えることができる。
　特に、本実施形態では、コイル体２０の長さ方向が管体部１１の幅方向に沿うように、すなわち、コイル体２０の端面がフィン部１２を通過する熱媒の通過方向に対面するように充填されているので、コイル体２０がフィン部１２を通過する熱媒の流動方向に対して大きく開口するように配置されることになり、熱媒の圧力損失を抑えることができる。
　以上のように、本実施形態である熱交換部材１０においては、フィン部１２において熱媒との接触面積が確保され、かつ、熱媒の圧力損失が低く抑えられているので、フィン部１２を通過する熱媒と管体部１１の内部を流通する熱交換流体との間で、効率良く熱交換を行うことができる。
　本実施形態である熱交換部材１０においては、フィン部１２の空隙率が４０％以上とされているので、フィン部１２を通過する熱媒の圧力損失の過大を確実に防ぐことができる。一方、フィン部１２の空隙率が９０％以下とされているので、フィン部１２を通過する熱媒との接触面積が確保され、優れた熱交換特性が得られる。
　フィン部１２を通過する熱媒の圧力損失をさらに小さくするためには、フィン部１２の空隙率の上限を９０％以下とすることが好ましい。一方、フィン部１２を通過する熱媒との接触面積をさらに確保するためには、フィン部１２の空隙率の下限を４０％以上とすることが好ましい。
　特に優れた熱交換特性及び圧力損失特性を確保するためには、フィン部１２の空隙率は５０％以上８８％以下であることが好ましい。
　本実施形態である熱交換部材１０においては、フィン部１２の比表面積が３００ｍ２／ｍ３以上とされているので、フィン部１２を通過する熱媒との接触面積が確保され、優れた熱交換特性が得られる。一方、フィン部の１２比表面積が２５０００ｍ２／ｍ３以下とされているので、フィン部１２を通過する熱媒の圧力損失の過大を確実に防ぐことができる。
　フィン部１２を通過する熱媒との接触面積をさらに確保するためには、フィン部１２の比表面積の上限を２５０００ｍ２／ｍ３以下とすることが好ましい。一方、フィン部１２を通過する熱媒の圧力損失をさらに小さくするためには、フィン部１２の比表面積の下限を３００ｍ２／ｍ３以上とすることが好ましい。
　特に優れた熱交換特性及び圧力損失特性を確保するためには、フィン部１２の比表面積は５００ｍ２／ｍ３以上２００００ｍ２／ｍ３以下であることが好ましい。
　以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されることはなく、その発明の技術的思想を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
　例えば、本実施形態では、管体部、コイル体をアルミニウム又はアルミニウム合金で構成したもので説明したが、これに限定されることはなく、その他の金属、例えば銅又は銅合金で構成されたものであってもよいし、管体部とコイル体とが異なる金属で構成されていてもよい。
　並列するように配置された管体部１１の間に充填したコイル体２０の配置は、図２に示すものに限定されることはなく、例えば、図５に示すように、コイル体２０の長さ方向が管体部１１の延在方向に沿うように、コイル体２０を充填してもよい。
　図６に示すように、コイル体２０の長さを管体部１１の間隔と同一とし、コイル体２０の端面が管体部１１側を向くように、コイル体２０を充填してもよい。
　図５及び図６に示す熱交換部材１０においては、コイル体２０の側面がフィン部１２を通過する熱媒の通過方向に対して対向することになるため、コイル体２０の巻きピッチＰを調整することによって、熱媒の圧力損失を小さく抑えることが好ましい。
　図７に示すように、並列するように配置された管体部１１の間にコイル体２０を無配向（ランダム）に充填したものであってもよい。
　図８に示すように、並列するように配置された管体部１１の間に板状のフィン体１３としてコルゲートフィンを配置し、このフィン体１３の間にコイル体２０を無配向（ランダム）に充填したものであってもよい。
　図９に示すように、並列するように配置された管体部１１の間に、複数の板状のフィン体１３を配設し、このフィン体１３で区切られた空間にコイル体２０を整列させて充填してもよい。
　図８及び図９に示すように、並列するように配置された管体部１１の間に板状のフィン体１３を配置した場合には、コイル体２０が板状のフィン体１３と管体部１１とに接触することになり、管体部１１とフィン部１２との間で良好に伝熱される。よって、さらに熱交換特性を向上させることが可能となる。
　本実施形態では、管体部１１とコイル体２０とを焼結によって結合するものとして説明したが、これに限定されることはなく、ろう材等を用いて接合してもよい。
　本実施形態では、複数の管体部１１を並列して配列したもので説明したが、これに限定されることはなく、図１０に示すように、管体部１１を蛇行するように折り曲げ加工して、管体部１１が並列して配列したものであってもよい。
　本実施形態では、概略円筒状をなすコイル体を例に挙げて説明したが、これに限定されることはなく、断面が多角形状をなすコイル体であってもよいし、巻き径Ｒが長さ方向で変化するように構成されたコイル体であってもよい。
　加えて用いられるコイル体の形状はすべて同一である必要もなく、本特許で規定される様々な形態において所定の条件を満たす限りにおいて、複数の形状のものを使用してもよい。
　以下に、本発明の効果を確認すべく行った確認実験の結果について説明する。
　アルミニウム（純度９９質量％以上）からなる偏平管（幅：３０ｍｍ、厚さ：２ｍｍ）を準備し、この偏平管を蛇行するように折り曲げて、並列するように配置された管体部を成形した。なお、管体部の中心間隔は１５ｍｍとした。
　そして、並列するように配置された管体部の間に、表１に示すコイル体を充填した。コイル体は、アルミニウム（純度９９質量％以上）で構成した。
　本発明例４１～４７においては、並列するように配置された管体部の間に、アルミニウム（純度９９質量％以上）で構成されたコルゲートフィン（厚さ：０.５ｍｍ、フィン形状：三角波形状、フィン間隔：１５ｍｍ）を配置し、このコルゲートフィンの間にコイル体を充填した。
　そして、以下に示すように、フィン溝内にコイル体を充填した状態で、不活性ガス雰囲気（Ａｒガス雰囲気）で、６５０℃で６０ｍｉｎの条件で焼結を行った。
　比較例においては、並列するように配置された管体部の間にコイル体を充填せず、上述のコルゲートフィンのみを配置した。
　本発明例１～７においては、図２に示すように、コイル体の長さ方向が管体部の幅方向に沿うように、コイル体を充填した。
　本発明例１１～１７においては、図５に示すように、コイル体の長さ方向が管体部の延在方向に沿うように、コイル体を充填した。
　本発明例２１～２７においては、図６に示すように、コイル体の端面が管体部側を向くように、コイル体を充填した。
　本発明例３１～３８においては、図７に示すように、無配向（ランダム）にコイル体を充填した。
　本発明例４１～４７においては、図８に示すように、コルゲートフィンを配置し、このコルゲートフィンの間にコイル体を無配向（ランダム）に充填した。
　上述のようにして得られた熱交換部材について、空隙率、比表面積、圧力損失、熱交換特性について、下のように評価した。評価結果を表１に示す。
（空隙率）
　空隙率εは以下の式で求める。
　ε＝｛１－（Ｖｐ＋Ｖｃ）／Ｖ×１００（％）
　Ｖｐはコルゲートフィン体積、Ｖｃは全コイルの体積（＝コイル全質量 / 金属密度）、Ｖは金属部分および空間部分を含めたフィン全体の体積である。
（比表面積）
　ＢＥＴ法比表面積測定装置（株式会社島津製作所製トライスターＩＩ３０２０シリーズ）により、試験ガスとしてクリプトンを用いて、フィン部の比表面積を測定した。
（圧力損失）
　一方向に向けて熱媒（空気）が流れる冷却性能測定装置に、上述の熱交換部材を嵌め込み、フィン部に対して３０℃の空気を１００Ｌ／ｍｉｎ（一定）で流し、空気の入側と出側の差圧を測定した。
（熱交換特性）
　一方向に向けて熱媒（空気）が流れる冷却性能測定装置を用いて、熱交換部材の管体部に熱交換流体として８０℃のエチレングリコールを１Ｌ／ｍｉｎで流通させた。フィン部に３０℃の熱媒（空気）を１００Ｌ／ｍｉｎ（一定）で流し、熱交換流体の温度変化を測定した。なお、この温度変化が大きい熱交換特性に優れた熱交換部材となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　隣接する管体部の間にコイル体を充填しなかった比較例においては、温度変化が６．１℃と小さく、熱交換特性が不十分であった。熱媒とフィン部との接触面積が小さかったためと推測される。
　これに対して、並列するように配置された管体部の間にコイル体を充填してフィン部を形成した本発明例においては、比表面積が大きく、かつ、熱媒の圧力損失が小さくなっており、熱交換特性に優れていた。
　特に、フィン部の空隙率が４０％以上９０％以下の範囲内、および、フィン部の比表面積が３００ｍ２／ｍ３以上２５０００ｍ２／ｍ３以下の範囲内とされた本発明例２－６，１２－１６，２２－２６，３２－３６，４２－４６においては、熱交換特性がさらに優れていた。
　以上のことから、本発明によれば、フィン部を通過する熱媒とフィン部との接触面積が大きく、かつ、フィン部を通過する熱媒の圧力損失が小さく、熱交換特性に優れた熱交換部材を提供可能であることが確認された。
　本発明によれば、フィン部を通過する熱媒とフィン部との接触面積が大きく、かつ、フィン部を通過する熱媒の圧力損失が小さく、熱交換特性に優れた熱交換部材を提供することができる。
　１０　熱交換部材
　１１　管体部
　１２　フィン部
　１３　フィン体
　２０　コイル体

Claims (4)

  1. 　内部に熱交換流体が流通されるとともに並列するように配置された管体部と、隣接する前記管体部の間に配設されたフィン部と、を備えた熱交換部材であって、
    　前記フィン部は、並列するように配置された前記管体部の間に、金属線材をコイル状に巻いたコイル体が充填されることによって構成されていることを特徴とする熱交換部材。
  2. 　前記フィン部は、板状のフィン体と前記コイル体とを備えていることを特徴とする請求項１に記載の熱交換部材。
  3. 　前記フィン部の空隙率が４０％以上９０％以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の熱交換部材。
  4. 　前記フィン部の比表面積が３００ｍ２／ｍ３以上２５０００ｍ２／ｍ３以下であることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換部材。
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