WO2021166697A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2021166697A1
WO2021166697A1 PCT/JP2021/004407 JP2021004407W WO2021166697A1 WO 2021166697 A1 WO2021166697 A1 WO 2021166697A1 JP 2021004407 W JP2021004407 W JP 2021004407W WO 2021166697 A1 WO2021166697 A1 WO 2021166697A1
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fiber structure
pipe
heat exchanger
metal
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英輝 森内
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株式会社巴川製紙所
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    • H05B6/02—Induction heating
    • H05B6/10—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications
    • H05B6/105—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor
    • H05B6/108—Induction heating apparatus, other than furnaces, for specific applications using a susceptor for heating a fluid

Definitions

  • the present invention relates to a heat exchanger.
  • JP2003-123949A discloses an electromagnetic induction heating device that applies electromagnetic induction heating to heating, has good fluid heating efficiency, and makes it easy to manufacture a conductor to be used. ..
  • JP2003-123949A discloses a honeycomb structural material formed of metal fibers inside a metal pipe.
  • JP2019-172275A discloses a cooling member having a metal fiber sheet made of metal fibers and a cooling mechanism for cooling the metal fiber sheet.
  • a metal fiber structure formed of metal fibers is generally adhered to the inner surface of a pipe through which a fluid flows as a heat transfer medium.
  • turbulence is unlikely to occur in the fluid flowing in the pipe, and in this case, there is a problem that the residence time of the fluid flowing in the pipe is shortened and the thermal conductivity is reduced.
  • the present invention has been made in consideration of such a point, and an object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of increasing thermal conductivity to a fluid flowing inside an accommodating body accommodating a metal fiber structure. And.
  • the heat exchanger of the present invention includes a metal fiber structure formed of metal fibers and an accommodating body for accommodating the metal fiber structure, and the metal fiber structure accommodated in the accommodating body and the above-mentioned metal fiber structure. It is characterized in that a gap is formed in at least a part of the inner surface of the container.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view taken along the line BB of the heat exchanger shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line CC of the heat exchanger shown in FIG.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view taken along the line DD of the heat exchanger shown in FIG.
  • FIG. 1 to 9 are cross-sectional views showing various examples of heat exchangers according to the present embodiment.
  • the heat exchanger according to the present embodiment heats the fluid or dissipates heat from the fluid by flowing the fluid as a heat transfer medium in the pipe.
  • the heat exchangers shown in FIGS. 1 and 2 include a cylindrical pipe 10 having a circular cross section and a substantially cylindrical metal fiber structure 20 arranged inside the pipe 10.
  • a fluid (specifically, a liquid or a gas) as a heat transfer medium flows through the flow path 12 formed inside the pipe 10. More specifically, fluid inlets 10a and outlets 10b are formed at both ends of the pipe 10, and the fluid that has entered the inside of the pipe 10 from the inlet 10a is discharged from the outlet 10b through the flow path 12.
  • the pipe 10 functions as an accommodating body for accommodating the metal fiber structure 20.
  • the pipe 10 is composed of a metal selected from the group consisting of, for example, stainless steel, iron, copper, aluminum, bronze, brass, nickel and chromium.
  • the metal fiber structure 20 is formed of metal fibers.
  • a metal-coated fiber may be used.
  • the metal fiber structure 20 may be formed into a non-woven fabric, a woven fabric, a mesh or the like by a wet or dry manufacturing method, and then processed into a metal fiber structure.
  • a metal fiber non-woven fabric in which the metal fibers are bonded is used as the metal fiber structure 20.
  • the fact that the metal fibers are bound means that the metal fibers are physically fixed to each other to form a binding portion.
  • the metal fibers may be directly fixed to each other at the binding portion, or a part of the metal fibers may be indirectly fixed to each other via a component other than the metal component. good.
  • the metal fiber structure 20 is formed of metal fibers, there are voids inside the metal fiber structure 20. As a result, the fluid flowing through the flow path 12 in the pipe 10 can pass through the inside of the metal fiber structure 20. Further, in the metal fiber structure 20, when the metal fibers are bound, voids are more likely to be formed between the metal fibers constituting the metal fiber structure 20. Such voids may be formed, for example, by entanglement of metal fibers. When the metal fiber structure 20 is provided with such a gap, the fluid flowing through the flow path 12 of the pipe 10 is introduced into the metal fiber structure 20, so that the heat exchange property with respect to the fluid can be easily improved. Further, in the metal fiber structure 20, it is preferable that the metal fibers are sintered at the binding portion. Since the metal fibers are sintered, the thermal conductivity and homogeneity of the metal fiber structure 20 can be easily stabilized.
  • the metal constituting the metal fiber contained in the metal fiber structure 20 are not particularly limited, but are selected from the group consisting of stainless steel, iron, copper, aluminum, bronze, brass, nickel, chromium and the like. Alternatively, it may be a noble metal selected from the group consisting of gold, platinum, silver, palladium, rhodium, iridium, ruthenium, osmium and the like. Among these, copper fibers and aluminum fibers are preferable because they have excellent thermal conductivity and have an appropriate balance between rigidity and plastic deformability.
  • the material of the metal fiber constituting the metal fiber structure 20 and the material of the pipe 10 are different from each other.
  • the metal fiber constituting the metal fiber structure 20 may be copper fiber, whereas the material of the pipe 10 may be aluminum.
  • a gap is formed in at least a part between the metal fiber structure 20 housed in the pipe 10 and the inner surface of the pipe 10. That is, the metal fiber structure 20 exists inside the pipe 10 in a state of not being bound to the inner surface of the pipe 10. Therefore, the metal fiber structure 20 is movable inside the pipe 10 along the flow direction of the fluid.
  • the fluid flowing through the flow path 12 in the pipe 10 can pass through the gap formed between the metal fiber structure 20 and the inner surface of the pipe 10.
  • the metal fiber structure 20 is composed of metal fibers and has a cushioning property, so that the inner surface of the pipe 10 is damaged by the metal fiber structure 20. It is possible to prevent the metal from falling out.
  • the hardness of the material of the pipe 10 is larger than the hardness of the material of the metal fiber structure 20. In this case, even if the metal fiber structure 20 moves inside the pipe 10, it is possible to further prevent the inner surface of the pipe 10 from being damaged by the metal fiber structure 20.
  • the size of the gap between the metal fiber structure 20 housed in the pipe 10 and the inner surface of the pipe 10 is in the range of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably in the range of 30 ⁇ m to 300 ⁇ m. Yes, more preferably the size is in the range of 50 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the size of the gap between the metal fiber structure 20 housed in the pipe 10 and the inner surface of the pipe 10 is the distance between the pipe 10 and the metal fiber structure 20 in the direction orthogonal to the inner surface of the pipe 10.
  • the size of the gap to 10 ⁇ m or more, it is possible to prevent the pressure loss from becoming large, and thus it is possible to prevent the fluid from becoming difficult to pass through the gap.
  • the size of this gap to 500 ⁇ m or less, it is possible to prevent the fluid from flowing through this gap without resistance, and thus the heat exchange performance can be improved.
  • the heat exchanger of the present embodiment having the above configuration, there is a gap in at least a part between the metal fiber structure 20 housed in the pipe 10 as an accommodating body and the inner surface of the pipe 10. Is formed. Therefore, the surface area of the metal fiber structure 20 in contact with the fluid flowing through the pipe 10 is increased, and the thermal conductivity of the metal fiber structure 20 can be increased. Further, when the metal fiber structure 20 is composed of randomly arranged metal short fibers, turbulence is likely to occur in the fluid flowing through the pipe 10. In this case, the residence time of the fluid flowing through the pipe 10 can be lengthened, so that the heat transfer effect can be enhanced.
  • the temperature of the fluid flowing through the pipe 10 can be made uniform (for example, the temperature of the central portion of the pipe 10 and the vicinity of the inner wall can be made uniform).
  • the thermal conductivity of the metal fiber structure 20 can be increased and the thermal conductivity can be increased. Since the heat transfer effect can be enhanced by lengthening the residence time of the fluid flowing through the pipe 10, the thermal conductivity to the fluid can be enhanced. Further, when the metal fiber structure 20 is completely separated from the pipe 10, even when it is applied to a heat exchanger in which rapid heating and rapid cooling are repeatedly performed, the metal fiber structure can expand and contract the pipe 10.
  • the body 20 does not follow, it is possible to prevent the metal fiber structure 20 from being damaged. Further, when a gap is formed in at least a part between the metal fiber structure 20 and the inner surface of the pipe 10, the internal pressure due to the fluid flowing through the pipe 10 is easily released.
  • the metal structure When the metal structure is simply housed inside the pipe 10, the metal structure moves inside the pipe 10 when a gap is formed between the metal structure and the inner surface of the pipe 10. Occasionally, the inner surface of the pipe 10 may be damaged by the metal structure.
  • the metal fiber structure 20 is composed of metal fibers and has a cushioning property, it is possible to prevent the inner surface of the pipe 10 from being damaged by the metal fiber structure 20. ..
  • the metal fiber structure 20 is movable inside the pipe 10. Therefore, turbulence is more likely to occur when the fluid flows through the flow path 12 of the pipe 10. As a result, the residence time of the fluid flowing through the pipe 10 becomes longer, so that the heat transfer effect can be further enhanced.
  • blades are attached to the end of the metal fiber structure 20. May be attached.
  • the fluid flowing through the flow path 12 of the pipe 10 hits the blades of the metal fiber structure 20, so that the metal fiber structure 20 rotates inside the pipe 10.
  • turbulence is more likely to occur when the fluid flows through the flow path 12 of the pipe 10.
  • the metal fiber structure 20 is not completely separated from the inner surface of the pipe 10, but only a part of the outer peripheral surface of the metal fiber structure 20 is the inner surface of the pipe 10. It may be attached to. Even in this case, when a gap is formed between the portion of the metal fiber structure 20 that is not attached to the inner surface of the pipe 10 and the inner surface of the pipe 10, the thermal conductivity of the metal fiber structure 20 is increased. In addition, the heat transfer effect can be enhanced by lengthening the residence time of the fluid flowing through the pipe 10, so that the thermal conductivity to the fluid can be enhanced.
  • the heat exchanger according to the present embodiment is not limited to the one shown in FIGS. 1 and 2. Another example of the heat exchanger according to the present embodiment will be described with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the heat exchangers shown in FIGS. 3 and 4 include a pipe 30 having a substantially square cross section and a plurality of substantially rectangular parallelepiped shapes (specifically, for example, a plate shape) arranged inside the pipe 30 (FIGS. 3 and 4).
  • a pipe 30 having a substantially square cross section and a plurality of substantially rectangular parallelepiped shapes (specifically, for example, a plate shape) arranged inside the pipe 30 (FIGS. 3 and 4).
  • 3) metal fiber structures 40 are provided.
  • a fluid specifically, a liquid or a gas
  • fluid inlets 30a and outlets 30b are formed at both ends of the pipe 30, and the fluid that has entered the inside of the pipe 30 from the inlet 30a is discharged from the outlet 30b through the flow path 32.
  • the pipe 30 functions as an accommodating body for accommodating each metal fiber structure 40.
  • the same type of metal as the metal constituting the pipe 10 shown in FIGS. 1 and 2 is used.
  • the metal fiber constituting each metal fiber structure 40 the same type as the metal fiber constituting the metal fiber structure 20 shown in FIGS. 1 and 2 is used.
  • the metal fiber structure 40 is formed of metal fibers, there are voids inside the metal fiber structure 40. As a result, the fluid flowing through the flow path 32 in the pipe 30 can pass through the inside of the metal fiber structure 40.
  • a maintenance member 34 for maintaining each metal fiber structure 40 in a predetermined position is provided.
  • a maintenance member 34 is, for example, a protrusion formed on the inner surface of the pipe 30.
  • each metal fiber structure 40 exists inside the pipe 30 in a state of not being bound to the inner surface of the pipe 30.
  • the fluid flowing through the flow path 32 in the pipe 30 can pass through the gap formed between the metal fiber structure 40 and the inner surface of the pipe 30.
  • the metal fiber structure 40 is maintained at a predetermined position by the maintenance member 34 inside the pipe 30, a gap is still formed in at least a part between each metal fiber structure 40 and the inner surface of the pipe 30. Therefore, each metal fiber structure 40 may move slightly.
  • the metal fiber structure 40 is composed of metal fibers and has a cushioning property, it is possible to prevent the inner surface of the pipe 30 from being damaged by the metal fiber structure 40.
  • the size of the gap between the metal fiber structure 40 housed in the pipe 30 and the inner surface of the pipe 30 is in the range of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably in the range of 30 ⁇ m to 300 ⁇ m. Yes, more preferably the size is in the range of 50 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the size of the gap between the metal fiber structure 40 housed in the pipe 30 and the inner surface of the pipe 30 is the distance between the pipe 30 and the metal fiber structure 40 in the direction orthogonal to the inner surface of the pipe 30.
  • the metal fiber structure 40 housed in the pipe 30 as the housing body similarly to the heat exchangers shown in FIGS. 1 and 2, the metal fiber structure 40 housed in the pipe 30 as the housing body , A gap is formed in at least a part of the pipe 30 from the inner surface. Therefore, the surface area of the metal fiber structure 40 in contact with the fluid flowing through the pipe 30 is increased, and the thermal conductivity of the metal fiber structure 40 can be increased. In addition, the temperature of the fluid flowing through the pipe 30 can be made uniform. Further, when a gap is formed in at least a part between the metal fiber structure 40 and the inner surface of the pipe 30, turbulence is likely to occur in the fluid flowing through the pipe 30.
  • the residence time of the fluid flowing through the pipe 30 becomes long, so that the heat transfer effect can be enhanced.
  • the thermal conductivity of the metal fiber structure 40 can be increased and the thermal conductivity can be increased. Since the heat transfer effect can be enhanced by lengthening the residence time of the fluid flowing through the pipe 30, the thermal conductivity to the fluid can be enhanced.
  • the heat exchanger shown in FIG. 5 has a pipe 50 having a substantially square cross section and a plurality of substantially rectangular parallelepiped shapes (specifically, for example, a plate shape) arranged inside the pipe 50 (2 in the example shown in FIG. 5).
  • the metal fiber structure 60 is provided.
  • a fluid (specifically, a liquid or a gas) as a heat transfer medium flows through a flow path 52 formed inside the pipe 50. More specifically, fluid inlets 50a and outlets 50b are formed at both ends of the pipe 50, and the fluid that has entered the inside of the pipe 50 from the inlet 50a is discharged from the outlet 50b through the flow path 52.
  • the pipe 50 functions as an accommodating body for accommodating each metal fiber structure 60.
  • the metal constituting the pipe 50 the same type of metal as the metal constituting the pipe 10 shown in FIGS. 1 and 2 is used. Further, as the metal fiber constituting each metal fiber structure 60, the same type as the metal fiber constituting the metal fiber structure 20 shown in FIGS. 1 and 2 is used. As described above, since the metal fiber structure 60 is formed of metal fibers, there are voids inside the metal fiber structure 60. As a result, the fluid flowing through the flow path 52 in the pipe 50 can pass through the inside of the metal fiber structure 60.
  • a mountain portion 54 is provided in the pipe 50 so that a part of the pipe 50 has a large cross-sectional area.
  • the mountain portion 54 holds the edge of each metal fiber structure 60.
  • the cross section of the portion of the pipe 50 other than the mountain portion 54 is smaller than the cross section of each metal fiber structure 60.
  • the cross section of the portion of the pipe 50 where the mountain portion 54 is provided is larger than the cross section of each metal fiber structure 60. Since such a mountain portion 54 is provided in the pipe 50, each metal fiber structure 60 does not move significantly inside the pipe 50 as compared with the heat exchangers shown in FIGS. 1 and 2.
  • a gap is formed in at least a part between each metal fiber structure 60 housed in the pipe 50 and the inner surface of the pipe 50. That is, each metal fiber structure 60 exists inside the pipe 50 in a state of not being bound to the inner surface of the pipe 50. As a result, the fluid flowing through the flow path 52 in the pipe 50 can pass through the gap formed between the metal fiber structure 60 and the inner surface of the pipe 50. Further, although the metal fiber structure 60 is maintained at a predetermined position by the mountain portion 54 of the pipe 50 inside the pipe 50, it is still at least a part between each metal fiber structure 60 and the inner surface of the pipe 50. Since the gap is formed, each metal fiber structure 60 may move slightly. However, since the metal fiber structure 60 is composed of metal fibers and has a cushioning property, it is possible to prevent the inner surface of the pipe 50 from being damaged by the metal fiber structure 60.
  • the size of the gap between the metal fiber structure 60 housed in the pipe 50 and the inner surface of the pipe 50 is in the range of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably in the range of 30 ⁇ m to 300 ⁇ m. Yes, more preferably the size is in the range of 50 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the size of the gap between the metal fiber structure 60 housed in the pipe 50 and the inner surface of the pipe 50 is the distance between the pipe 50 and the metal fiber structure 60 in the direction orthogonal to the inner surface of the pipe 50.
  • the size of the gap to 10 ⁇ m or more, it is possible to prevent the pressure loss from becoming large, and thus it is possible to prevent the fluid from becoming difficult to pass through the gap.
  • the size of this gap to 500 ⁇ m or less, it is possible to prevent the fluid from flowing through this gap without resistance, and thus the heat exchange performance can be improved.
  • the metal fiber structure 60 housed in the pipe 50 as an accommodating body and the pipe 50 A gap is formed in at least a part of the inner surface of the surface. Therefore, the surface area of the metal fiber structure 60 in contact with the fluid flowing through the pipe 50 is increased, and the thermal conductivity of the metal fiber structure 60 can be increased. Further, the temperature of the fluid flowing through the pipe 50 can be made uniform. Further, when a gap is formed in at least a part between the metal fiber structure 60 and the inner surface of the pipe 50, turbulence is likely to occur in the fluid flowing through the pipe 50.
  • the residence time of the fluid flowing through the pipe 50 becomes long, so that the heat transfer effect can be enhanced.
  • the thermal conductivity of the metal fiber structure 60 can be increased and the thermal conductivity can be increased. Since the heat transfer effect can be enhanced by lengthening the residence time of the fluid flowing through the pipe 50, the thermal conductivity to the fluid can be enhanced.
  • the heat exchanger shown in FIG. 6 has a pipe 70 having a circular cross section and bent at about 90 ° in the vicinity of both ends, and a substantially cylindrical metal fiber structure 80 arranged inside the pipe 70.
  • a fluid (specifically, a liquid or a gas) as a heat transfer medium flows through a flow path 72 formed inside the pipe 70.
  • fluid inlets 70a and outlets 70b are formed at both ends of the pipe 70, and the fluid entering the inside of the pipe 10 from the inlet 70a has a metal fiber structure after being turned at the bent portion 74. It passes through the body 80, is then turned around at the bent portion 76, and is then discharged from the outlet 70b.
  • the pipe 70 functions as an accommodating body for accommodating the metal fiber structure 80.
  • the metal constituting the pipe 70 the same type of metal as the metal constituting the pipe 10 shown in FIGS. 1 and 2 is used.
  • the metal fiber constituting the metal fiber structure 80 the same type as the metal fiber constituting the metal fiber structure 20 shown in FIGS. 1 and 2 is used. As described above, since the metal fiber structure 80 is formed of metal fibers, there are voids inside the metal fiber structure 80. As a result, the fluid flowing through the flow path 72 in the pipe 70 can pass through the inside of the metal fiber structure 80.
  • the metal fiber structure 80 is maintained at a predetermined position by a pair of bent portions 74 and 76 of the pipe 70. More specifically, since the pipe 70 is provided with the bent portion 74, the metal fiber structure 80 does not move significantly to the right from the position shown in FIG. Further, since the pipe 70 is provided with the bent portion 76, the metal fiber structure 80 does not move significantly to the left from the position shown in FIG. As described above, since the bent portions 74 and 76 are provided in the pipe 70, the metal fiber structure 80 does not move much inside the pipe 70 as compared with the heat exchangers shown in FIGS. 1 and 2. No.
  • a gap is formed in at least a part between the metal fiber structure 80 housed in the pipe 70 and the inner surface of the pipe 70. That is, the metal fiber structure 80 exists inside the pipe 70 in a state of not being bound to the inner surface of the pipe 70. As a result, the fluid flowing through the flow path 72 in the pipe 70 can pass through the gap formed between the metal fiber structure 80 and the inner surface of the pipe 70. Further, inside the pipe 70, the metal fiber structure 80 is maintained at a predetermined position by the bent portions 74 and 76 of the pipe 70, but still at least one between the metal fiber structure 80 and the inner surface of the pipe 70. Since the gap is formed in the portion, the metal fiber structure 80 may move slightly. However, since the metal fiber structure 80 is composed of metal fibers and has a cushioning property, it is possible to prevent the inner surface of the pipe 70 from being damaged by the metal fiber structure 80.
  • the size of the gap between the metal fiber structure 80 housed in the pipe 70 and the inner surface of the pipe 70 is in the range of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably in the range of 30 ⁇ m to 300 ⁇ m. Yes, more preferably the size is in the range of 50 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the size of the gap between the metal fiber structure 80 housed in the pipe 70 and the inner surface of the pipe 70 is the distance between the pipe 70 and the metal fiber structure 80 in the direction orthogonal to the inner surface of the pipe 70.
  • the metal fiber structure 80 housed in the pipe 70 as an accommodating body and the pipe 70 are also provided in the same manner as the heat exchangers shown in FIGS. 1 and 2.
  • a gap is formed in at least a part of the inner surface of the surface. Therefore, the surface area of the metal fiber structure 80 in contact with the fluid flowing through the pipe 70 is increased, and the thermal conductivity of the metal fiber structure 80 can be increased. Further, the temperature of the fluid flowing through the pipe 70 can be made uniform. Further, when a gap is formed in at least a part between the metal fiber structure 80 and the inner surface of the pipe 70, turbulence is likely to occur in the fluid flowing through the pipe 70.
  • the residence time of the fluid flowing through the pipe 70 becomes long, so that the heat transfer effect can be enhanced.
  • the thermal conductivity of the metal fiber structure 80 can be increased and the thermal conductivity can be increased. Since the heat transfer effect can be enhanced by lengthening the residence time of the fluid flowing through the pipe 70, the thermal conductivity to the fluid can be enhanced.
  • the heat exchangers shown in FIGS. 7 to 9 include a cylindrical pipe 90 having a circular cross section and a plurality of substantially disk-shaped metals (five in the example shown in FIG. 7 and the like) arranged inside the pipe 90.
  • a rod-shaped connecting member 100 for connecting the fiber structures 102 and 104 and the metal fiber structures 102 and 104 is provided.
  • a fluid (specifically, a liquid or a gas) as a heat transfer medium flows through a flow path 92 formed inside the pipe 90. More specifically, fluid inlets 90a and outlets 90b are formed at both ends of the pipe 90, and the fluid that has entered the inside of the pipe 90 from the inlet 90a is discharged from the outlet 90b through the flow path 92.
  • the pipe 90 functions as an accommodating body for accommodating the metal fiber structures 102 and 104.
  • the metal constituting the pipe 90 the same type of metal as the metal constituting the pipe 10 shown in FIGS. 1 and 2 is used.
  • the rod-shaped connecting member 100 passes through a through hole (not shown) formed in the center of each of the substantially disk-shaped metal fiber structures 102 and 104, and the metal fiber structures 102 and 104 are connected to each other. It is fixed to the member 100.
  • the connecting member 100 is composed of a metal selected from the group consisting of, for example, stainless steel, iron, copper, aluminum, bronze, brass, nickel and chromium. Then, the metal fiber structures 102 and 104 are bound to the connecting member 100. Further, as shown in FIGS. 8 and 9, a plurality of (for example, eight) through holes 102a and 104a are formed in the metal fiber structures 102 and 104, and the fluid flows through the flow path 92 of the pipe 90.
  • the phases of the through holes 102a and 104a provided in the metal fiber structures 102 and 104 fixed to the connecting member 100 are different. Further, as shown in FIG. 7, these metal fiber structures 102 and 104 are arranged alternately. Therefore, turbulence is likely to occur in the fluid flowing through the through holes 102a and 104a of the metal fiber structures 102 and 104.
  • the metal fibers constituting the metal fiber structures 102 and 104 those of the same type as the metal fibers constituting the metal fiber structure 20 shown in FIGS. 1 and 2 are used.
  • the metal fiber structures 102 and 104 are formed of the metal fibers, there are voids inside the metal fiber structures 102 and 104. As a result, the fluid flowing through the flow path 92 in the pipe 90 can pass through the insides of the metal fiber structures 102 and 104 in addition to the through holes 102a and 104a.
  • a gap is formed in at least a part between each of the metal fiber structures 102 and 104 housed in the pipe 90 and the inner surface of the pipe 90. That is, the metal fiber structures 102 and 104 exist inside the pipe 90 in a state where they are not bound to the inner surface of the pipe 90. Therefore, the combination of the metal fiber structures 102 and 104 and the connecting member 100 is movable inside the pipe 90. As a result, the fluid flowing through the flow path 92 in the pipe 90 can pass through the gap formed between the metal fiber structures 102 and 104 and the inner surface of the pipe 90.
  • the metal fiber structures 102 and 104 are composed of metal fibers and have cushioning properties. It is possible to prevent the inner surface of the pipe 90 from being damaged by the metal fiber structures 102 and 104.
  • the size of the gap between each of the metal fiber structures 102 and 104 housed in the pipe 90 and the inner surface of the pipe 90 is in the range of 10 ⁇ m to 500 ⁇ m, preferably in the range of 30 ⁇ m to 300 ⁇ m. It is a size, more preferably a size in the range of 50 ⁇ m to 200 ⁇ m.
  • the size of the gap between the metal fiber structures 102, 104 housed in the pipe 90 and the inner surface of the pipe 90 is such that the pipe 90 and the metal fiber structures 102, 104 in the direction orthogonal to the inner surface of the pipe 90. The distance between and.
  • the size of the gap By setting the size of the gap to 10 ⁇ m or more, it is possible to prevent the pressure loss from becoming large, and thus it is possible to prevent the fluid from becoming difficult to pass through the gap. On the other hand, by setting the size of this gap to 500 ⁇ m or less, it is possible to prevent the fluid from flowing through this gap without resistance, and thus the heat exchange performance can be improved.
  • each metal fiber structure 102 accommodated in the pipe 90 as an accommodating body 102. , 104 and at least a part of the inner surface of the pipe 90 are provided with a gap. Therefore, the surface area of each of the metal fiber structures 102 and 104 that the fluid flowing through the pipe 90 comes into contact with becomes large, and the thermal conductivity of each of the metal fiber structures 102 and 104 can be increased. In addition, the temperature of the fluid flowing through the pipe 90 can be made uniform.
  • the thermal conductivity of the metal fiber structures 102 and 104 is determined.
  • the heat transfer effect can be enhanced by lengthening the residence time of the fluid flowing through the pipe 90, so that the thermal conductivity to the fluid can be enhanced.
  • the combination of the metal fiber structures 102 and 104 and the connecting member 100 is movable inside the pipe 90. Therefore, turbulence is more likely to occur when the fluid flows through the flow path 92 of the pipe 90. As a result, the residence time of the fluid flowing through the pipe 90 becomes longer, so that the heat transfer effect can be further enhanced.
  • the rod-shaped connecting member 100 may be rotated by a driving means (not shown).
  • the metal fiber structures 102 and 104 also rotate around the connecting member 100, so that turbulence is more likely to occur in the fluid flowing through the flow path 92 of the pipe 90.
  • the fluid flowing through the flow path 92 of the pipe 90 is a polymer liquid
  • the polymer liquid can be diffused by rotating the metal fiber structures 102 and 104.
  • the metal fiber structures 102 and 104 are not fixed to the connecting member 100, but the metal fiber structures 102 and 104 are shown with respect to the connecting member 100.
  • the metal fiber structures 102 and 104 may be supported by the connecting member 100 so as to be slidable in the left-right direction of 7.
  • the connecting member 100 may be provided at a fixed position inside the pipe 90. Even in such a case, since the metal fiber structures 102 and 104 are slidable with respect to the connecting member 100, turbulence is more likely to occur in the fluid flowing through the flow path 92 of the pipe 90.

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Abstract

熱交換器は、金属繊維から形成される金属繊維構造体（２０）と、金属繊維構造体（２０）を収容する収容体（例えば、配管（１０））と、を備え、収容体に収容されている金属繊維構造体（２０）と収容体の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている。

Description

熱交換器
　本発明は、熱交換器に関する。
　従来から、被伝熱媒体としての流体を配管内で流すことにより流体を加熱したり流体から放熱を行ったりする熱交換器として様々なタイプのものが知られている。例えば、特開２００３－１２３９４９号公報（ＪＰ２００３－１２３９４９Ａ）には、加熱に電磁誘導加熱を適用し、流体の加熱効率がよく、使用する導電体を製作しやすい電磁誘導加熱装置が開示されている。特開２００３－１２３９４９号公報（ＪＰ２００３－１２３９４９Ａ）に開示される電磁誘導加熱装置では、金属繊維から形成されたハニカム構造材が金属製パイプの内部に配置されている。また、特開２０１９－１７２２７５号公報（ＪＰ２０１９－１７２２７５Ａ）には、金属繊維で構成されている金属繊維シートと、この金属繊維シートを冷却する冷却機構とを有する冷却部材が開示されている。
　従来の熱交換器では、概して被伝熱媒体としての流体が流れる配管の内面に金属繊維から形成される金属繊維構造体が接着されていた。しかしながら、このような熱交換器では、配管内を流れる流体に乱流が生じにくく、この場合には配管内を流れる流体の滞留時間が短くなるため熱伝導性が小さくなるという問題があった。
　本発明は、このような点を考慮してなされたものであり、金属繊維構造体を収容する収容体の内部を流れる流体に対する熱伝導性を高めることができる熱交換器を提供することを目的とする。
　本発明の熱交換器は、金属繊維から形成される金属繊維構造体と、前記金属繊維構造体を収容する収容体と、を備え、前記収容体に収容されている前記金属繊維構造体と前記収容体の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されていることを特徴とする。
本発明の実施の形態による熱交換器の構成の一例を示す断面図である。 図１に示す熱交換器のＡ－Ａ矢視による断面図である。 本発明の実施の形態による熱交換器の構成の他の例を示す断面図である。 図３に示す熱交換器のＢ－Ｂ矢視による断面図である。 本発明の実施の形態による熱交換器の構成の更に他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態による熱交換器の構成の更に他の例を示す断面図である。 本発明の実施の形態による熱交換器の構成の更に他の例を示す断面図である。 図７に示す熱交換器のＣ－Ｃ矢視による断面図である。 図７に示す熱交換器のＤ－Ｄ矢視による断面図である。
　以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１乃至図９は、本実施の形態による熱交換器の様々な例を示す断面図である。本実施の形態による熱交換器は、被伝熱媒体としての流体を配管内で流すことにより流体を加熱したり流体から放熱を行ったりするものである。
　まず、図１および図２に示す熱交換器について説明する。図１および図２に示す熱交換器は、断面が円形である円筒形状の配管１０と、配管１０の内部に配置された略円柱形状の金属繊維構造体２０とを備えている。この配管１０の内部に形成される流路１２を被伝熱媒体としての流体（具体的には、液体または気体）が流れるようになっている。より詳細には、配管１０の両端には流体の入口１０ａおよび出口１０ｂがそれぞれ形成されており、入口１０ａから配管１０の内部に入った流体が流路１２を通って出口１０ｂから排出される。
　配管１０は、金属繊維構造体２０を収容する収容体として機能する。配管１０は例えばステンレス、鉄、銅、アルミニウム、青銅、黄銅、ニッケルおよびクロム等からなる群から選択された金属から構成されている。
　金属繊維構造体２０は金属繊維から形成されたものである。このような金属繊維として、金属被覆繊維が用いられてもよい。また、金属繊維構造体２０は、湿式または乾式製法を用いて不織布、織布およびメッシュ等に形成した後に、金属繊維構造体に加工したものであってもよい。好ましくは、金属繊維構造体２０として、金属繊維間が結着された金属繊維不織布が用いられる。金属繊維が結着されているとは、金属繊維同士が物理的に固定され、結着部を形成していることを意味する。金属繊維構造体２０は、金属繊維同士が結着部で直接的に固定されていてもよいし、金属繊維の一部同士が、金属成分以外の成分を介して間接的に固定されていてもよい。
　金属繊維構造体２０が金属繊維から形成されているため、金属繊維構造体２０の内部には空隙が存在する。このことにより、配管１０において流路１２を流れる流体は、金属繊維構造体２０の内部を通ることができるようになる。また、金属繊維構造体２０において、金属繊維が結着されている場合には、金属繊維構造体２０を構成している金属繊維の間に空隙がより一層形成されやすくなる。このような空隙は、例えば金属繊維が交絡することにより形成されてもよい。金属繊維構造体２０がこのような空隙を備えることにより、配管１０の流路１２を流れる流体が金属繊維構造体２０の内部に導入されるため、流体に対する熱交換性を高めやすくなる。また、金属繊維構造体２０は、結着部で金属繊維が焼結されていることが好ましい。金属繊維が焼結されていることにより、金属繊維構造体２０の熱伝導性および均質性が安定しやすくなる。
　金属繊維構造体２０に含まれる金属繊維を構成する金属の具体例としては、特に限定されないが、ステンレス、鉄、銅、アルミニウム、青銅、黄銅、ニッケルおよびクロム等からなる群から選択されたもの、あるいは、金、白金、銀、パラジウム、ロジウム、イリジウム、ルテニウムおよびオスミウム等からなる群から選択された貴金属であってもよい。この中でも、銅繊維およびアルミニウム繊維は、熱伝導性がすぐれており、また剛直性と塑性変形性とのバランスが適度であるため好ましい。
　なお、金属繊維構造体２０を構成する金属繊維の材料と、配管１０の材料とが互いに異なっていることが好ましい。具体的には、金属繊維構造体２０を構成する金属繊維が銅繊維であるのに対し、配管１０の材料がアルミニウムであってもよい。
　図１および図２に示すように、配管１０に収容されている金属繊維構造体２０と配管１０の内面との間の少なくとも一部には隙間が形成されている。すなわち、金属繊維構造体２０は、配管１０の内部でこの配管１０の内面に結着されない状態で存在している。このため、配管１０の内部で金属繊維構造体２０は流体の流れ方向に沿って移動自在となっている。本実施の形態では、配管１０において流路１２を流れる流体は、金属繊維構造体２０と配管１０の内面との間に形成された隙間を通ることができるようになる。また、配管１０の内部で金属繊維構造体２０が移動した場合でも、金属繊維構造体２０は金属繊維から構成されておりクッション性を有するため、配管１０の内面が金属繊維構造体２０により傷つけられてしまうことを抑制することができる。とりわけ、配管１０の材料の硬度が金属繊維構造体２０の材料の硬度よりも大きいことが好ましい。この場合には、配管１０の内部で金属繊維構造体２０が移動した場合でも、配管１０の内面が金属繊維構造体２０により傷つけられてしまうことをより一層抑制することができる。
　配管１０に収容されている金属繊維構造体２０と配管１０の内面との間の隙間の大きさは１０μｍ～５００μｍの範囲内の大きさであり、好ましくは３０μｍ～３００μｍの範囲内の大きさであり、更に好ましくは５０μｍ～２００μｍの範囲内の大きさである。配管１０に収容されている金属繊維構造体２０と配管１０の内面との間の隙間の大きさは、配管１０の内面に直交する方向における配管１０と金属繊維構造体２０との間の距離のことをいう。この隙間の大きさを１０μｍ以上とすることにより、圧損が大きくなることを防止することができ、よって流体がこの隙間を通りにくくなることを防止することができる。一方、この隙間の大きさを５００μｍ以下とすることにより、流体が抵抗なくこの隙間を流れることを防止することができ、よって熱交換性能を高めることができる。
　以上のような構成からなる本実施の形態の熱交換器によれば、収容体としての配管１０に収容されている金属繊維構造体２０と、配管１０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている。このため、配管１０を流れる流体が接触する金属繊維構造体２０の表面積が大きくなり、金属繊維構造体２０による熱伝導率を高めることができる。また、金属繊維構造体２０がランダムに配置された金属短繊維から構成される場合には、配管１０を流れる流体に乱流を生じやすくなる。この場合には、配管１０を流れる流体の滞留時間を長くすることができるため、伝熱効果を高めることができる。また、配管１０を流れる流体の温度の均一化（例えば、配管１０の中心部と、内壁近傍の温度の均一化）を図ることができるようになる。以上のように、金属繊維構造体２０と、配管１０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、金属繊維構造体２０による熱伝導率を高めることができるとともに、配管１０を流れる流体の滞留時間を長くすることにより伝熱効果を高めることができるため、流体に対する熱伝導性を高めることができる。また、金属繊維構造体２０が配管１０から完全に分離している場合には、急加熱や急冷却を繰り返し行うような熱交換器に適用した場合でも、配管１０の膨張や収縮に金属繊維構造体２０が追随しないため、金属繊維構造体２０が破損してしまうことを抑制することができる。また、金属繊維構造体２０と、配管１０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、配管１０を流れる流体による内圧を逃しやすくなる。
　なお、配管１０の内部に単に金属構造体を収容させた場合には、この金属構造体と配管１０の内面との間に隙間を形成した場合に、金属構造体が配管１０の内部で移動したときに配管１０の内面が金属構造体により傷つけられてしまう場合がある。これに対し、上述したように、金属繊維構造体２０は金属繊維から構成されておりクッション性を有するため、配管１０の内面が金属繊維構造体２０により傷つけられてしまうことを抑制することができる。
　また、図１および図２に示す熱交換器では、金属繊維構造体２０は配管１０の内部で移動自在となっている。このため、配管１０の流路１２を流体が流れる際に乱流がより一層生じやすくなる。このことにより、配管１０を流れる流体の滞留時間が更に長くなるため、伝熱効果をより一層高めることができる。
　また、図１および図２に示す熱交換器において、配管１０の流路１２を流体が流れる際に乱流をより一層生じやすくさせるために、金属繊維構造体２０の端部に羽根（図示せず）を取り付けてもよい。このような羽根を取り付けた場合には、配管１０の流路１２を流れる流体が金属繊維構造体２０の羽根に当たることにより金属繊維構造体２０が配管１０の内部で回転する。このことにより、配管１０の流路１２を流体が流れる際に乱流がより一層生じやすくなる。
　また、図１および図２に示す熱交換器において、金属繊維構造体２０が配管１０の内面から完全に分離するのではなく、金属繊維構造体２０の外周面の一部のみが配管１０の内面に取り付けられていてもよい。この場合でも、金属繊維構造体２０における配管１０の内面に取り付けられていない部分と、配管１０の内面との間に隙間が形成されているときには、金属繊維構造体２０による熱伝導率を高めることができるとともに、配管１０を流れる流体の滞留時間を長くすることにより伝熱効果を高めることができるため、流体に対する熱伝導性を高めることができる。
　なお、本実施の形態による熱交換器は図１および図２に示すものに限定されることはない。本実施の形態による熱交換器の他の例について図３および図４を用いて説明する。
　図３および図４に示す熱交換器は、断面が略正方形である配管３０と、配管３０の内部に配置された略直方体形状（具体的には、例えば板状）の複数（図３および図４に示す例では３つ）の金属繊維構造体４０とを備えている。この配管３０の内部に形成される流路３２を被伝熱媒体としての流体（具体的には、液体または気体）が流れるようになっている。より詳細には、配管３０の両端には流体の入口３０ａおよび出口３０ｂがそれぞれ形成されており、入口３０ａから配管３０の内部に入った流体が流路３２を通って出口３０ｂから排出される。配管３０は、各金属繊維構造体４０を収容する収容体として機能する。配管３０を構成する金属は、図１および図２に示す配管１０を構成する金属と同じ種類のものが用いられる。また、各金属繊維構造体４０を構成する金属繊維は、図１および図２に示す金属繊維構造体２０を構成する金属繊維と同じ種類のものが用いられる。このように、金属繊維構造体４０が金属繊維から形成されているため、金属繊維構造体４０の内部には空隙が存在する。このことにより、配管３０において流路３２を流れる流体は、金属繊維構造体４０の内部を通ることができるようになる。
　図３および図４に示す熱交換器では、各金属繊維構造体４０を所定の位置に維持するための維持部材３４が設けられている。このような維持部材３４は例えば配管３０の内面に形成された突起である。このような維持部材３４が設けられていることにより、図１および図２に示す熱交換器と比較して各金属繊維構造体４０が配管３０の内部で流体の流れ方向に沿って大きく移動することはない。
　また、図３および図４に示すように、配管３０に収容されている各金属繊維構造体４０と配管３０の内面との間の少なくとも一部には隙間が形成されている。すなわち、各金属繊維構造体４０は、配管３０の内部でこの配管３０の内面に結着されない状態で存在している。このことにより、配管３０において流路３２を流れる流体は、金属繊維構造体４０と配管３０の内面との間に形成された隙間を通ることができるようになる。また、配管３０の内部で金属繊維構造体４０は維持部材３４により所定の位置に維持されているが、それでも各金属繊維構造体４０と配管３０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されているため、各金属繊維構造体４０がわずかに移動する場合がある。しかしながら、金属繊維構造体４０は金属繊維から構成されておりクッション性を有するため、配管３０の内面が金属繊維構造体４０により傷つけられてしまうことを抑制することができる。
　配管３０に収容されている金属繊維構造体４０と配管３０の内面との間の隙間の大きさは１０μｍ～５００μｍの範囲内の大きさであり、好ましくは３０μｍ～３００μｍの範囲内の大きさであり、更に好ましくは５０μｍ～２００μｍの範囲内の大きさである。配管３０に収容されている金属繊維構造体４０と配管３０の内面との間の隙間の大きさは、配管３０の内面に直交する方向における配管３０と金属繊維構造体４０との間の距離のことをいう。この隙間の大きさを１０μｍ以上とすることにより、圧損が大きくなることを防止することができ、よって流体がこの隙間を通りにくくなることを防止することができる。一方、この隙間の大きさを５００μｍ以下とすることにより、流体が抵抗なくこの隙間を流れることを防止することができ、よって熱交換性能を高めることができる。
　図３および図４に示すような本実施の形態の熱交換器でも、図１および図２に示す熱交換器と同様に、収容体としての配管３０に収容されている金属繊維構造体４０と、配管３０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている。このため、配管３０を流れる流体が接触する金属繊維構造体４０の表面積が大きくなり、金属繊維構造体４０による熱伝導率を高めることができる。また、配管３０を流れる流体の温度の均一化を図ることができるようになる。また、金属繊維構造体４０と、配管３０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、配管３０を流れる流体に乱流が生じやすくなる。この場合には、配管３０を流れる流体の滞留時間が長くなるため、伝熱効果を高めることができる。以上のように、金属繊維構造体４０と、配管３０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、金属繊維構造体４０による熱伝導率を高めることができるとともに、配管３０を流れる流体の滞留時間を長くすることにより伝熱効果を高めることができるため、流体に対する熱伝導性を高めることができる。
　次に、本実施の形態による熱交換器の更に他の例について図５を用いて説明する。
　図５に示す熱交換器は、断面が略正方形である配管５０と、配管５０の内部に配置された略直方体形状（具体的には、例えば板状）の複数（図５に示す例では２つ）の金属繊維構造体６０とを備えている。この配管５０の内部に形成される流路５２を被伝熱媒体としての流体（具体的には、液体または気体）が流れるようになっている。より詳細には、配管５０の両端には流体の入口５０ａおよび出口５０ｂがそれぞれ形成されており、入口５０ａから配管５０の内部に入った流体が流路５２を通って出口５０ｂから排出される。配管５０は、各金属繊維構造体６０を収容する収容体として機能する。配管５０を構成する金属は、図１および図２に示す配管１０を構成する金属と同じ種類のものが用いられる。また、各金属繊維構造体６０を構成する金属繊維は、図１および図２に示す金属繊維構造体２０を構成する金属繊維と同じ種類のものが用いられる。このように、金属繊維構造体６０が金属繊維から形成されているため、金属繊維構造体６０の内部には空隙が存在する。このことにより、配管５０において流路５２を流れる流体は、金属繊維構造体６０の内部を通ることができるようになる。
　図５に示す熱交換器では、各金属繊維構造体６０を所定の位置に維持するために、配管５０の一部の断面積が大きくなるような山部分５４が配管５０に設けられており、この山部分５４により各金属繊維構造体６０の端縁が保持されるようになっている。より詳細には、配管５０における山部分５４以外の箇所の断面は、各金属繊維構造体６０の断面よりも小さくなっている。一方、配管５０における山部分５４が設けられた箇所の断面は、各金属繊維構造体６０の断面よりも大きくなっている。このような山部分５４が配管５０に設けられていることにより、図１および図２に示す熱交換器と比較して各金属繊維構造体６０が配管５０の内部で大きく移動することはない。
　また、図５に示すように、配管５０に収容されている各金属繊維構造体６０と配管５０の内面との間の少なくとも一部には隙間が形成されている。すなわち、各金属繊維構造体６０は、配管５０の内部でこの配管５０の内面に結着されない状態で存在している。このことにより、配管５０において流路５２を流れる流体は、金属繊維構造体６０と配管５０の内面との間に形成された隙間を通ることができるようになる。また、配管５０の内部で金属繊維構造体６０は配管５０の山部分５４により所定の位置に維持されているが、それでも各金属繊維構造体６０と配管５０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されているため、各金属繊維構造体６０がわずかに移動する場合がある。しかしながら、金属繊維構造体６０は金属繊維から構成されておりクッション性を有するため、配管５０の内面が金属繊維構造体６０により傷つけられてしまうことを抑制することができる。
　配管５０に収容されている金属繊維構造体６０と配管５０の内面との間の隙間の大きさは１０μｍ～５００μｍの範囲内の大きさであり、好ましくは３０μｍ～３００μｍの範囲内の大きさであり、更に好ましくは５０μｍ～２００μｍの範囲内の大きさである。配管５０に収容されている金属繊維構造体６０と配管５０の内面との間の隙間の大きさは、配管５０の内面に直交する方向における配管５０と金属繊維構造体６０との間の距離のことをいう。この隙間の大きさを１０μｍ以上とすることにより、圧損が大きくなることを防止することができ、よって流体がこの隙間を通りにくくなることを防止することができる。一方、この隙間の大きさを５００μｍ以下とすることにより、流体が抵抗なくこの隙間を流れることを防止することができ、よって熱交換性能を高めることができる。
　図５に示すような本実施の形態の熱交換器でも、図１および図２に示す熱交換器と同様に、収容体としての配管５０に収容されている金属繊維構造体６０と、配管５０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている。このため、配管５０を流れる流体が接触する金属繊維構造体６０の表面積が大きくなり、金属繊維構造体６０による熱伝導率を高めることができる。また、配管５０を流れる流体の温度の均一化を図ることができるようになる。また、金属繊維構造体６０と、配管５０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、配管５０を流れる流体に乱流が生じやすくなる。この場合には、配管５０を流れる流体の滞留時間が長くなるため、伝熱効果を高めることができる。以上のように、金属繊維構造体６０と、配管５０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、金属繊維構造体６０による熱伝導率を高めることができるとともに、配管５０を流れる流体の滞留時間を長くすることにより伝熱効果を高めることができるため、流体に対する熱伝導性を高めることができる。
　次に、本実施の形態による熱交換器の更に他の例について図６を用いて説明する。
　図６に示す熱交換器は、断面が円形であり両端の近傍の箇所がそれぞれ約９０°曲がっている配管７０と、配管７０の内部に配置された略円柱形状の金属繊維構造体８０とを備えている。この配管７０の内部に形成される流路７２を被伝熱媒体としての流体（具体的には、液体または気体）が流れるようになっている。より詳細には、配管７０の両端には流体の入口７０ａおよび出口７０ｂがそれぞれ形成されており、入口７０ａから配管１０の内部に入った流体は曲げ部分７４で向きが変えられた後に金属繊維構造体８０を通過し、その後に曲げ部分７６で向きが変えられた後に出口７０ｂから排出される。配管７０は、金属繊維構造体８０を収容する収容体として機能する。配管７０を構成する金属は、図１および図２に示す配管１０を構成する金属と同じ種類のものが用いられる。また、金属繊維構造体８０を構成する金属繊維は、図１および図２に示す金属繊維構造体２０を構成する金属繊維と同じ種類のものが用いられる。このように、金属繊維構造体８０が金属繊維から形成されているため、金属繊維構造体８０の内部には空隙が存在する。このことにより、配管７０において流路７２を流れる流体は、金属繊維構造体８０の内部を通ることができるようになる。
　図６に示す熱交換器では、配管７０の一対の曲げ部分７４、７６により金属繊維構造体８０が所定の位置に維持されるようになっている。より詳細には、配管７０に曲げ部分７４が設けられていることにより、金属繊維構造体８０は図６に示す位置から大きく右に移動することはない。また、配管７０に曲げ部分７６が設けられていることにより、金属繊維構造体８０は図６に示す位置から大きく左に移動することはない。このように、曲げ部分７４、７６が配管７０に設けられていることにより、図１および図２に示す熱交換器と比較して金属繊維構造体８０が配管７０の内部で大きく移動することはない。
　また、図６に示すように、配管７０に収容されている金属繊維構造体８０と配管７０の内面との間の少なくとも一部には隙間が形成されている。すなわち、金属繊維構造体８０は、配管７０の内部でこの配管７０の内面に結着されない状態で存在している。このことにより、配管７０において流路７２を流れる流体は、金属繊維構造体８０と配管７０の内面との間に形成された隙間を通ることができるようになる。また、配管７０の内部で金属繊維構造体８０は配管７０の各曲げ部分７４、７６により所定の位置に維持されているが、それでも金属繊維構造体８０と配管７０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されているため、金属繊維構造体８０がわずかに移動する場合がある。しかしながら、金属繊維構造体８０は金属繊維から構成されておりクッション性を有するため、配管７０の内面が金属繊維構造体８０により傷つけられてしまうことを抑制することができる。
　配管７０に収容されている金属繊維構造体８０と配管７０の内面との間の隙間の大きさは１０μｍ～５００μｍの範囲内の大きさであり、好ましくは３０μｍ～３００μｍの範囲内の大きさであり、更に好ましくは５０μｍ～２００μｍの範囲内の大きさである。配管７０に収容されている金属繊維構造体８０と配管７０の内面との間の隙間の大きさは、配管７０の内面に直交する方向における配管７０と金属繊維構造体８０との間の距離のことをいう。この隙間の大きさを１０μｍ以上とすることにより、圧損が大きくなることを防止することができ、よって流体がこの隙間を通りにくくなることを防止することができる。一方、この隙間の大きさを５００μｍ以下とすることにより、流体が抵抗なくこの隙間を流れることを防止することができ、よって熱交換性能を高めることができる。
　図６に示すような本実施の形態の熱交換器でも、図１および図２に示す熱交換器と同様に、収容体としての配管７０に収容されている金属繊維構造体８０と、配管７０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている。このため、配管７０を流れる流体が接触する金属繊維構造体８０の表面積が大きくなり、金属繊維構造体８０による熱伝導率を高めることができる。また、配管７０を流れる流体の温度の均一化を図ることができるようになる。また、金属繊維構造体８０と、配管７０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、配管７０を流れる流体に乱流が生じやすくなる。この場合には、配管７０を流れる流体の滞留時間が長くなるため、伝熱効果を高めることができる。以上のように、金属繊維構造体８０と、配管７０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、金属繊維構造体８０による熱伝導率を高めることができるとともに、配管７０を流れる流体の滞留時間を長くすることにより伝熱効果を高めることができるため、流体に対する熱伝導性を高めることができる。
　次に、本実施の形態による熱交換器の更に他の例について図７乃至図９を用いて説明する。
　図７乃至図９に示す熱交換器は、断面が円形である円筒形状の配管９０と、配管９０の内部に配置された略円盤形状の複数（図７等に示す例では５つ）の金属繊維構造体１０２、１０４と、各金属繊維構造体１０２、１０４を連結させる棒状の連結部材１００とを備えている。この配管９０の内部に形成される流路９２を被伝熱媒体としての流体（具体的には、液体または気体）が流れるようになっている。より詳細には、配管９０の両端には流体の入口９０ａおよび出口９０ｂがそれぞれ形成されており、入口９０ａから配管９０の内部に入った流体が流路９２を通って出口９０ｂから排出される。配管９０は、各金属繊維構造体１０２、１０４を収容する収容体として機能する。配管９０を構成する金属は、図１および図２に示す配管１０を構成する金属と同じ種類のものが用いられる。
　棒状の連結部材１００は、略円盤形状の各金属繊維構造体１０２、１０４の中心に形成された貫通穴（図示せず）を通るようになっており、各金属繊維構造体１０２、１０４は連結部材１００に固定されている。具体的には、連結部材１００は例えばステンレス、鉄、銅、アルミニウム、青銅、黄銅、ニッケルおよびクロム等からなる群から選択された金属から構成されている。そして、各金属繊維構造体１０２、１０４は連結部材１００に結着されている。また、図８および図９に示すように、各金属繊維構造体１０２、１０４には複数（例えば、８つ）の貫通穴１０２ａ、１０４ａが形成されており、配管９０の流路９２を流れる流体は各貫通穴１０２ａ、１０４ａを通過することができるようになっている。また、連結部材１００に固定される金属繊維構造体１０２、１０４に設けられている各貫通穴１０２ａ、１０４ａの位相が異なっている。さらに、図７に示すようにこれらの金属繊維構造体１０２、１０４は交互に配置されている。このため、各金属繊維構造体１０２、１０４の各貫通穴１０２ａ、１０４ａを流れる流体に乱流が生じやすくなる。各金属繊維構造体１０２、１０４を構成する金属繊維は、図１および図２に示す金属繊維構造体２０を構成する金属繊維と同じ種類のものが用いられる。このように、各金属繊維構造体１０２、１０４が金属繊維から形成されているため、各金属繊維構造体１０２、１０４の内部には空隙が存在する。このことにより、配管９０において流路９２を流れる流体は、貫通穴１０２ａ、１０４ａに加えて各金属繊維構造体１０２、１０４の内部を通ることができるようになる。
　図７乃至図９に示すように、配管９０に収容されている各金属繊維構造体１０２、１０４と配管９０の内面との間の少なくとも一部には隙間が形成されている。すなわち、各金属繊維構造体１０２、１０４は、配管９０の内部でこの配管９０の内面に結着されない状態で存在している。このため、各金属繊維構造体１０２、１０４および連結部材１００の組合せ体は配管９０の内部で移動自在となっている。このことにより、配管９０において流路９２を流れる流体は、各金属繊維構造体１０２、１０４と配管９０の内面との間に形成された隙間を通ることができるようになる。また、各金属繊維構造体１０２、１０４および連結部材１００の組合せ体は配管９０の内部で移動した場合でも、各金属繊維構造体１０２、１０４は金属繊維から構成されておりクッション性を有するため、配管９０の内面が各金属繊維構造体１０２、１０４により傷つけられてしまうことを抑制することができる。
　配管９０に収容されている各金属繊維構造体１０２、１０４と配管９０の内面との間の隙間の大きさは１０μｍ～５００μｍの範囲内の大きさであり、好ましくは３０μｍ～３００μｍの範囲内の大きさであり、更に好ましくは５０μｍ～２００μｍの範囲内の大きさである。配管９０に収容されている各金属繊維構造体１０２、１０４と配管９０の内面との間の隙間の大きさは、配管９０の内面に直交する方向における配管９０と各金属繊維構造体１０２、１０４との間の距離のことをいう。この隙間の大きさを１０μｍ以上とすることにより、圧損が大きくなることを防止することができ、よって流体がこの隙間を通りにくくなることを防止することができる。一方、この隙間の大きさを５００μｍ以下とすることにより、流体が抵抗なくこの隙間を流れることを防止することができ、よって熱交換性能を高めることができる。
　図７乃至図９に示すような本実施の形態の熱交換器でも、図１および図２に示す熱交換器と同様に、収容体としての配管９０に収容されている各金属繊維構造体１０２、１０４と、配管９０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている。このため、配管９０を流れる流体が接触する各金属繊維構造体１０２、１０４の表面積が大きくなり、各金属繊維構造体１０２、１０４による熱伝導率を高めることができる。また、配管９０を流れる流体の温度の均一化を図ることができるようになる。また、各金属繊維構造体１０２、１０４と、配管９０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、配管９０を流れる流体に乱流が生じやすくなる。この場合には、配管９０を流れる流体の滞留時間が長くなるため、伝熱効果を高めることができる。以上のように、各金属繊維構造体１０２、１０４と、配管９０の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている場合には、各金属繊維構造体１０２、１０４による熱伝導率を高めることができるとともに、配管９０を流れる流体の滞留時間を長くすることにより伝熱効果を高めることができるため、流体に対する熱伝導性を高めることができる。
　また、図７乃至図９に示す熱交換器では、各金属繊維構造体１０２、１０４および連結部材１００の組合せ体は配管９０の内部で移動自在となっている。このため、配管９０の流路９２を流体が流れる際に乱流がより一層生じやすくなる。このことにより、配管９０を流れる流体の滞留時間が更に長くなるため、伝熱効果をより一層高めることができる。
　また、図７乃至図９に示す熱交換器において、図示しない駆動手段によって棒状の連結部材１００が回転させられるようになっていてもよい。このことにより、各金属繊維構造体１０２、１０４も連結部材１００を中心として回転するようになるため、配管９０の流路９２を流れる流体に乱流がより一層生じやすくなる。また、配管９０の流路９２を流れる流体がポリマー液の場合は、各金属繊維構造体１０２、１０４を回転させることによりポリマー液の拡散を行うことができる。
　また、図７乃至図９に示す熱交換器において、各金属繊維構造体１０２、１０４が連結部材１００に固定されるのではなく、連結部材１００に対して各金属繊維構造体１０２、１０４が図７の左右方向にスライド自在となるよう各金属繊維構造体１０２、１０４が連結部材１００により支持されるようになっていてもよい。また、この場合、連結部材１００が配管９０の内部で位置固定で設けられるようになっていてもよい。このような場合でも、連結部材１００に対して各金属繊維構造体１０２、１０４がスライド自在となるため、配管９０の流路９２を流れる流体に乱流がより一層生じやすくなる。

Claims (15)

  1. 　金属繊維から形成される金属繊維構造体と、
    　前記金属繊維構造体を収容する収容体と、
    　を備え、
    　前記収容体に収容されている前記金属繊維構造体と前記収容体の内面との間の少なくとも一部に隙間が形成されている、熱交換器。
  2. 　前記収容体の両端には流体の入口および出口がそれぞれ形成されており、前記入口から前記収容体の内部に入った流体が前記金属繊維構造体の内部または前記金属繊維構造体と前記収容体の内面との間に形成された隙間を通って前記出口から排出される、請求項１記載の熱交換器。
  3. 　前記収容体は円筒形状である、請求項２記載の熱交換器。
  4. 　前記金属繊維構造体は前記収容体の内部で移動自在となっている、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器。
  5. 　前記金属繊維構造体は前記収容体の内部を流れる流体の流れ方向に沿って移動自在となっている、請求項４記載の熱交換器。
  6. 　前記収容体には、前記金属繊維構造体を所定の位置に維持するための維持部材が設けられており、前記収容体の内部を流れる流体の流れ方向に沿った前記金属繊維構造体の移動が前記維持部材により規制される、請求項１乃至３のいずれか一項に記載の熱交換器。
  7. 　前記金属繊維構造体を構成する前記金属繊維の材料と、前記収容体の材料とが互いに異なっている、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器。
  8. 　前記金属繊維構造体には貫通穴が形成されている、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱交換器。
  9. 　前記貫通穴は、前記収容体の内部を流れる流体の流れ方向に沿って延びている、請求項８記載の熱交換器。
  10. 　前記金属繊維構造体を構成する前記金属繊維は互いに結着されたものである、請求項１乃至９のいずれか一項に記載の熱交換器。
  11. 　前記金属繊維構造体の端部に羽根が取り付けられており、前記収容体の内部を流れる流体が前記羽根に当たることにより前記金属繊維構造体が前記収容体の内部で回転するようになっている、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
  12. 　前記維持部材は、前記収容体の内面に形成された突起を含む、請求項６記載の熱交換器。
  13. 　前記維持部材は、前記収容体の一部の断面積が大きくなるような山部分を含み、前記収容体における前記山部分以外の箇所の断面は前記金属繊維構造体の断面よりも小さくなっており、前記収容体における前記山部分が設けられた箇所の断面は前記金属繊維構造体の断面よりも大きくなっている、請求項６記載の熱交換器。
  14. 　前記収容体は、両端の近傍の箇所にそれぞれ曲げ部分が形成された配管を含み、前記金属繊維構造体は前記収容体の内部において各前記曲げ部分の間に配置されている、請求項１乃至１３のいずれか一項に記載の熱交換器。
  15. 　前記金属繊維は銅繊維またはアルミニウム繊維を含む、請求項１乃至１４のいずれか一項に記載の熱交換器。
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