(57)【要約】【課題】  高い熱交換性能を有する熱交換器を提供する。【解決手段】  流体の流路を有する熱交換器において、流体を封止する第１の封止領域が形成された第１の薄型部材と、前記第１の薄型部材と接合された第１の流路形成部材と、前記第１の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第２の流路形成部材と、前記第２の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第３の流路形成部材と、前記第３の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第２の封止領域が設けられた第２の薄型部材とを備えたことを特徴とする熱交換器。【選択図】  図１６
2010216736.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体の流路を有する熱交換器において、
流体の流路を形成するための第１の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材の一部において流体を封止する第１の封止領域が形成された第１の薄型部材と、
前記第１の封止領域が形成されていない領域の形状と同形状であって、流体の流路を形成するための第２の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して流体の流路が形成され、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように前記積層方向において前記第１の薄型部材と接合された第１の流路形成部材と、
流体の流路を形成するための第３の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して流体の流路が形成され、前記積層方向において前記第１の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第２の流路形成部材と、
前記第１の封止領域の形状と同形状であって、流体の流路を形成するための第４の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して流体の流路が形成され、前記第１の封止領域と重なるように前記積層方向において前記第２の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第３の流路形成部材と、
前記第３の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合され流体の流路を形成するための第５の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材であり、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように流体を封止する第２の封止領域を設けた第２の薄型部材と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
流体の流路を有する熱交換器において、
流体の流路を形成するための第１の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材の一部において流体を封止する第１の封止領域が形成された第１の薄型部材と、
前記第１の封止領域が形成されていない領域の形状と同形状であって、流体の流路を形成するための第２の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して流体の流路が形成され、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように前記積層方向において前記第１の薄型部材と接合された第１の流路形成部材と、
流体の流路を形成するための第３の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して流体の流路が形成され、前記積層方向において前記第１の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第２の流路形成部材と、
前記第１の封止領域が形成されていない領域の形状と同形状であって、流体の流路を形成するための第４の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して流体の流路が形成され、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように前記積層方向において前記第２の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第３の流路形成部材と、
前記第３の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合され流体の流路を形成するための第５の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材であり、前記第１の封止領域と重なるように流体を封止する第２の封止領域を設けた第２の薄型部材と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
第１及び第２の流体の流路を有する熱交換器において、
前記第１の流体の流路を形成するための第１の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材の一部において前記第２の流体を封止する第１の封止領域が形成された第１の薄型部材と、
前記第１の封止領域が形成されていない領域の形状と同形状であって、前記第１の流体の流路を形成するための第２の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して前記第１の流体の流路が形成され、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように前記積層方向において前記第１の薄型部材と接合された第１の流路形成部材と、
前記第１及び前記第２の流体の流路を形成するための第３の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して前記第１及び前記第２の流体の流路が形成され、前記積層方向において前記第１の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第２の流路形成部材と、
前記第１の封止領域の形状と同形状であって、前記第２の流体の流路を形成するための第４の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して前記第２の流体の流路が形成され、前記第１の封止領域と重なるように前記積層方向において前記第２の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第３の流路形成部材と、
前記第３の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合され前記第２の流体の流路を形成するための第５の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材であり、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように前記第１の流体を封止する第２の封止領域を設けた第２の薄型部材と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。
【請求項４】
第１及び第２の流体の流路を有する熱交換器において、
前記第1の流体の流路を形成するための第１の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材の一部において前記第２の流体を封止する第１の封止領域が形成された第１の薄型部材と、
前記第１の封止領域が形成されていない領域の形状と同形状であって、前記第１の流体の流路を形成するための第２の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して前記第１の流体の流路が形成され、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように前記積層方向において前記第１の薄型部材と接合された第１の流路形成部材と、
前記第１及び前記第２の流体の流路を形成するための第３の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して前記第1及び前記第２の流体の流路が形成され、前記積層方向において前記第１の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第２の流路形成部材と、
前記第１の封止領域が形成されていない領域の形状と同形状であって、前記第１流体の流路を形成するための第４の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して前記第１の流体の流路が形成され、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように前記積層方向において前記第２の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第３の流路形成部材と、
前記第３の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合され前記第１の流体の流路を形成するための第５の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材であり、前記第１の封止領域と重なるように前記第２の流体を封止する第２の封止領域を設けた第２の薄型部材と、
を備えたことを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、温度差を有する流体間の熱交換を行うための熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球の温暖化防止の観点等から、排熱をエネルギーとして回収しようとするエコプロダクツの開発が進んでいる。その例として、熱交換器が挙げられる。熱交換器はその形状として、二重管型、プレート型、シェルアンドチューブ型、クロスフィン型、コルゲートフィン型が多用されるコンパクト型等がある。
【０００３】
さらに、高度な熱交換が必要な場合には、焼結金属や発泡金属などの多孔質金属材料を用いた熱交換技術が開発されている（例えば、特許文献１を参照）。これらは、その孔径が数１０〜数１００μｍの流路に流体を流すことで、温度境界層を薄くし、表面積を拡大することにより効率的な熱交換を目指したものである。
【０００４】
しかしながら、これらの微小な孔径を応用した熱交換器を用いるにあたって、いくつかの問題がある。
【０００５】
第１の問題は、上記のような等方性多孔質体に流体を通じる際、流路を細かくし、表面積を拡大すると、圧力損失が大きくなるということである。つまり、ファンやエアポンプを用いた送気機構や、液体ポンプなどの送液機構を用いた場合において、圧力損失の増加はより強力な送気機構や送液機構を必要とする。これは熱交換システム全体のサイズ・重量の増加や、イニシャル・ランニングコスト増を引き起こすため、望ましくない。
【０００６】
第２の問題は、流路幅や孔径のばらつきによる流体の不均一な流れも課題となる。例えば、公称孔径１００μｍとされる発泡金属や金属焼結体などの多孔質体の孔に流体を通じて熱交換する場合、これらの金属多孔質体は、それほど孔径が揃っているわけではなく、５０μｍ〜１５０μｍまでのある程度の範囲の孔径分布を持つ。このような場合、例えば５０μｍの孔径と１５０μｍの孔径では、孔面積は９倍の差があり、流体は大面積の孔に優先的に流れてしまう。微細流路化による熱伝達面積拡大の効果は、幅の小さな流路に大きいものであるから、こういった孔径分布の広い構造の多孔質体は不利である。
【０００７】
これらの課題の解決策として、異方性多孔質体を用いた特許文献２に示される熱交換器が発明されている。これは、孔径と孔方向をそろえた材料を用いて熱交換器とすることで、圧力損失の低減を実現し、孔径や流路幅のバラツキ等の制御を可能としている。
【０００８】
しかしながら、両流体間の距離が大きい部位が存在するために、フィン効率の低下によって熱交換性能が低下してしまうことがあった。
【０００９】
そこで、マイクロチャネルを有した熱交換器（例えば、特許文献３を参照）が発明されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００５−１２３４９６号公報
【特許文献２】特開２００８−１４７２４０号公報
【特許文献３】特開２００８−１１７０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、例えば特許文献３のマイクロチャネルを用いた熱交換器においては、流体通路間を短くして熱交換を促進する例が開示されているが、その場合は流体の出入口を構成するヘッダ部分の製造が、特に流体通路が小さい場合には困難となる。
【００１２】
また、２種類の流体が流れる流体通路をまとめて大きく分割する場合は、ヘッダ部の製造は容易であるものの、流体通路間の距離が大きい部分が存在し、フィン効率の低下により熱交換性能が低下してしまう。
【００１３】
本発明は上記課題を解決するためになされたもので、高い熱交換性能を有する熱交換器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明の熱交換器は流体の流路を形成するための第１の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材の一部において流体を封止する第１の封止領域が形成された第１の薄型部材と、前記第１の封止領域が形成されていない領域の形状と同形状であって、流体の流路を形成するための第２の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して流体の流路が形成され、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように前記積層方向において前記第１の薄型部材と接合された第１の流路形成部材と、流体の流路を形成するための第３の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して流体の流路が形成され、前記積層方向において前記第１の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第２の流路形成部材と、前記第１の封止領域の形状と同形状であって、流体の流路を形成するための第４の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材を積層して積層方向に対して流体の流路が形成され、前記第１の封止領域と重なるように前記積層方向において前記第２の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合された第３の流路形成部材と、前記第３の流路形成部材が接合された面に対向する面と接合され流体の流路を形成するための第５の複数の貫通孔を有する板状の薄型部材であり、前記第１の封止領域が形成されていない領域と重なるように流体を封止する第２の封止領域を設けた第２の薄型部材とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、流体の流路を形成するための複数の貫通孔を有する薄型部材を積層させて形成された流路形成部材を用いた熱交換器において、低温と高温の流体を容易に分配することができる。さらに、高温領域に含まれる流路と低温領域に含まれる流路を近接させることができるため、高いフィン効率を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の熱交換器に係わる第１の実施形態を示す図。
【図２】第１の実施形態の熱交換器の詳細を示す図。
【図３】第１の実施形態の熱交換器の貫通流路の詳細を示す図。
【図４】第１の実施形態の熱交換器の製造方法の工程を示す図。
【図５】本発明の熱交換器に係わる第２の実施形態を示す図。
【図６】第２の実施形態の熱交換器のＡ−Ａ’の断面を示す図。
【図７】第２の実施形態の熱交換器のＢ−Ｂ’の断面を示す図。
【図８】第２の実施形態の熱交換器のＣ−Ｃ’の断面を示す図。
【図９】第２の実施形態の熱交換器のＤ−Ｄ’の断面を示す図。
【図１０】第２の実施形態の熱交換器のＥ−Ｅ’の断面を示す図。
【図１１】第２の実施形態の熱交換器の製造方法の第１の工程を示す図。
【図１２】第２の実施形態の熱交換器の製造方法の第２の工程を示す図。
【図１３】第２の実施形態の熱交換器の製造方法の第３の工程を示す図。
【図１４】第２の実施形態の熱交換器の製造方法の第４の工程を示す図。
【図１５】第２の実施形態の熱交換器の製造方法の第５の工程を示す図。
【図１６】第２の実施形態の熱交換器の製造方法の第６の工程を示す図。
【図１７】第２の実施形態の熱交換器の製造方法の第７の工程を示す図。
【図１８】第１の実施形態の熱交換器の第１の変形例を示す図。
【図１９】第１の実施形態の熱交換器の第１の変形例の製造方法の工程を示す図。
【図２０】第２の実施形態の熱交換器の第１の変形例を示す図。
【図２１】第２の実施形態の熱交換器の第１の変形例の製造方法の工程を示す図。
【図２２】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例を示す図。
【図２３】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例の製造方法の工程を示す図。
【図２４】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例の製造方法の工程を示す図。
【図２５】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例のＡ−Ａ’の断面を示す図。
【図２６】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例のＢ−Ｂ’の断面を示す図。
【図２７】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例のＣ−Ｃ’の断面を示す図。
【図２８】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例のＤ−Ｄ’の断面を示す図。
【図２９】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例のＥ−Ｅ’の断面を示す図。
【図３０】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例のＦ−Ｆ’の断面を示す図。
【図３１】第２の実施形態の熱交換器の第２の変形例のＧ−Ｇ’の断面を示す図。
【図３２】第２の実施形態の熱交換器の第３の変形例を示す図。
【図３３】第２の実施形態の熱交換器の第３の変形例の製造方法の工程を示す図。
【図３４】第２の実施形態の熱交換器の第４の変形例の製造方法の工程を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。また、図１乃至図２１において、符号が同じものは同じものを示しており、重複した説明は省略する。
【００１８】
（第１の実施形態）
図１は、本発明に係わる熱交換器の第１の実施形態を示す。
【００１９】
本実施形態の熱交換器は、流体の流路を形成するための複数の貫通孔を有する薄型部材を積層して、直方体形状を形成した流路形成部材２０の積層方向（流体流通方向）において、両側の対向する２つの面に直方体のヘッダ３０、４０が設けられている。ヘッダ３０には、高温流体の入り口５０、及び低温流体の出口６０が設けられている。
【００２０】
また、ヘッダ４０も同様に、低温流体の入り口７０、及び高温流体の出口８０が設けられている。なお、ヘッダ３０、４０は、図１の下に示す櫛歯状の仕切り板１３０を有しており、この仕切り板１３０を境界として低温流体と高温流体を仕切っている。つまり、この仕切り板１３０を境界として、入り口５０と出口６０がヘッダ３０に形成され、入り口７０と出口８０がヘッダ４０に形成していればよい。ただし、流路形成部材２０の内部構成は、入り口５０と出口８０、入り口７０と出口６０の入出力関係を有している。
【００２１】
また、図１に示す矢印は流体の流れる方向を示している。
【００２２】
図２（ａ）は、本実施形態に係わる熱交換器を構成する流路形成部材２０の断面図を示す。また、流路形成部材２０は、流体の流路を形成するための複数の貫通孔を有する薄型部材を積層した構成からなる。
【００２３】
図２（ｂ）は、流路形成部材２０の積層方向の断面図（図２（ａ）で示すＡ−Ａ’）を示す。また、図２（ｃ）は、流路形成部材２０の積層方向（流体流通方向）に対して直交する方向の断面図（図２（ａ）で示すＢ−Ｂ’）を示す。また、図２（ｄ）は、図２（ｃ）で示す部分を拡大した模式図を示している。
【００２４】
図２（ｂ）に示す積層方向の断面図においては、長方形状の高温領域９０（図の白い部分）及び長方形状の低温領域１００（図の黒い部分）が交互に組み合わさって積層されている。
【００２５】
また、図２（ｃ）に示す積層方向に対して直交する方向の断面図においては、櫛歯状の高温領域９０と、櫛歯状の低温領域１００の櫛歯の部分が交互に組み合わさって積層されている。
【００２６】
図２（ｄ）に、高温領域９０と低温領域１００の境界付近を拡大した模式図を示す。高温流体が流れる貫通孔を有する高温領域９０及び低温流体が流れる貫通孔を有する低温領域１００ともに、伝熱媒体１１０から構成され、それぞれに微小径の流体が流れる貫通流路１２０が設けられている。伝熱媒体１１０としては、熱伝導率が高いアルミニウム等の金属材料又はシリコン等の半導体材料が好ましい。
【００２７】
このように多くの組み合わせで高温領域９０と低温領域１００を積層することにより、高温流体が流れる貫通流路１２０と、低温流体が流れる貫通流路１２０との平均的な距離が短くなり、フィン効率があまり低下することなく、熱交換性能を高くすることが可能になる。
【００２８】
図３は、貫通流路１２０の具体的な形状を示す。貫通流路１２０は、その内部に微小径の孔（直径が約２０μｍ）がほぼ一方向に多数設けられている。また、この流路の断面は、円状、半円状、矩形状等の様々な形状が適用可能である。断面が円の場合、直径は１μｍ以上１０ｍｍ以下が好ましい。直径が１μｍ以下の場合は、製作が困難となると共に、圧力損失が顕著に増大してしまう。一方、直径が１０ｍｍ以上の場合は、流体と接する表面積が小さくなりすぎ、熱交換性能が低下するという問題が生じる。
【００２９】
次に、本実施形態に係わる熱交換器の動作原理について説明する。
【００３０】
高温流体はヘッダ３０に設けられた入り口５０から流入し、流路形成部材２０内の伝熱媒体１１０の貫通流路１２０を通りヘッダ３０に対向するヘッダ４０に設けられた出口８０から出て行く。一方で、低温流体はヘッダ４０に設けられた入り口７０より流入し、流路形成部材２０内の伝熱媒体１１０の貫通流路１２０を通りヘッダ４０に対向するヘッダ３０に設けられた出口６０から出て行く。
【００３１】
このとき、ヘッダ３０、４０に形成された櫛歯形状の仕切り１３０によって、適切に高温流体と低温流体が仕切られるために、それぞれの入り口５０、７０から流入した高温流体及び低温流体は異方性をもって出口８０及び出口６０から流出するため、混合してしまうことがない。なお、高温流体及び低温流体はヘッダ３０及びヘッダ４０のどちらに流れてもよい。高温流体及び低温流体の流れる向きは流路形成部材２０に対して向流型であれば好ましい。
【００３２】
次に、本実施形態に係わる熱交換器の製造方法について、図４を用いて説明する。
【００３３】
ヘッダ３０、４０は、櫛歯状に折り曲げた仕切り板１３０を直方体形状の筐体１４０にはめ込んで、溶接等によって接続することにより、簡便に製造することが可能である。仕切り板１３０と接続された筐体１４０と流路形成部材２０の接続は、ろう付け、加圧・加熱により原子を拡散させて結合させる拡散結合、溶接等の手法を用いることができる。
【００３４】
また、流体の温度が低い場合には、接着剤を用いることも可能である。さらに、仕切り板１３０と流路形成部材２０の接続部にシール部材を配置し、流路形成部材２０の積層方向（流体流通方向）の両端の面から圧縮力を印加することにより、十分な密閉を実現することも可能である。
【００３５】
なお、流路形成部材２０は、流体の流路を形成するための薄型部材を積層して、それらをろう付け、接着、拡散接合等されたものから構成される。
【００３６】
（第２の実施形態）
図５は、本発明に係わる熱交換器の第２の実施形態を示す。
【００３７】
本実施形態に係わる熱交換器は、直方体形状の流路形成部材２５の積層方向（流体流通方向）に対して対向する２つの面に、直方体形状のヘッダ３５及びヘッダ４５が流路形成部材２５を介して対向して設けられている。そして、ヘッダ３５及びヘッダ４５を挟んで対向する流路形成部材２５の２つの側面には、更に直方体形状の部位を含むヘッダ１５０及びヘッダ１６０が設けられている。なお、流路形成部材２５は、その流路形成部材２５の積層方向（流体流通方向）に複数の貫通孔を有する薄型部材が積層されたものから構成される。流路形成部材２５の詳細については、動作原理、熱交換器の製造方法を通じて説明する。
【００３８】
また、ヘッダ３５は高温流体の入り口の役割をしており、高温流体は流路形成部材２５内を通ってヘッダ１５０より流出する。一方で、ヘッダ４５は低温流体の入り口の役割をしており、低温流体は流路形成部材２５内を通ってヘッダ１６０より流出する。なお、高温流体及び低温流体はヘッダ３５及びヘッダ４５のどちらから流入してもよい。高温流体及び低温流体の流れる向きは流路形成部材２５において向流型であれば好ましい。また、ヘッダ３５、４５、１５０、１６０には、流体が流れる配管（図示せず）が外部から接続されている。
【００３９】
次に、図６〜図１０を用いて、第２の実施形態における熱交換器の動作原理について説明する。なお、図６〜図１０における、上図は熱交換器のどの断面を示しているかを示しており、下図はその断面における様子を模式的に示している。
【００４０】
図６は、ヘッダ４５と流路形成部材２５との境界部の断面Ａ−Ａ’の形状を示す。
【００４１】
この断面Ａ−Ａ’においては、流路形成部材２５内の高温流体が流れる高温領域は櫛歯状のマスキングが施され、封止領域１７０を形成している。このため、低温流体が流れる低温領域１００内の貫通流路１２０のみに低温流体は流れる。一方で、高温流体は低温流体に対して高温領域（９０）内の貫通流路１２０を向流しているが、封止領域１７０によって妨げられているためこの位置でせき止められている。
【００４２】
次に、図７はヘッダ１５０と流路形成部材２０との断面Ｂ−Ｂ’の形状を示す。
【００４３】
この断面Ｂ−Ｂ’においては、図７の下図に示すように櫛歯状の低温領域１００が形成されており、高温領域（９０）は、空間１８０となっており何も存在しない。この櫛歯状の低温領域１００は、図６で説明した封止領域１７０とその櫛歯の部分が嵌め合わさるような形状を有している。ヘッダ４５から流れてきた低温流体は、マスキングされていない低温領域１００内の貫通流路１２０のみに流れる。一方で、高温流体は空間１８０を流れる。このとき、この空間１８０はヘッダ１５０の一部を構成しており、高温流体はこの空間１８０を通じて外部へと流れていく。
【００４４】
図８は、ヘッダ１５０とヘッダ１６０間の流路形成部材２５の流体の流れる方向に対して垂直方向の断面Ｃ−Ｃ’を示す。
【００４５】
この断面Ｃ−Ｃ’においては、櫛歯状の低温領域１００及び高温領域９０が形成されており、低温流体は、引き続き低温領域１００内の貫通流路１２０を流れる。一方で、高温流体は高温領域９０内の貫通流路１２０を流れる。また、低温領域１００は図７で説明した櫛歯状と同形状であり、高温領域９０は図６で示した封止領域１７０を形成する櫛歯状と同形状である。このとき、高温領域９０と低温領域１００が近接しているため、高いフィン効率を得ることができる。なお、高温領域９０と低温領域１００の面積や、それぞれに含まれる貫通流路１２０の孔径や孔の個数は両領域で同じである必要はなく、両領域を流れる流体の性状に合わせて適宜製作することが可能である。
【００４６】
図９は、ヘッダ１６０と流路形成部材２５との断面Ｄ−Ｄ’の形状を示す。
【００４７】
この断面Ｄ−Ｄ’においては、図９の下図に示すように櫛歯状の高温領域９０が形成されており、低温領域１００は、空間１８５となっており何も存在しない。また、この高温領域９０の形状は、図６で示した封止領域１７０を形成する櫛歯状と同形状である。低温流体は、空間１８５を流れる。このとき、空間１８５はヘッダ１６０の一部を構成しており、低温流体はこの空間１８５を通じて外部へと流れていく。一方で、高温流体は高温領域９０内の貫通流路１２０を流れる。
【００４８】
図１０は、ヘッダ３５と流路形成部材２５境界の断面Ｅ−Ｅ’の様子を示す。
【００４９】
この断面Ｅ−Ｅ’においては、図１０の下側に示すように櫛歯状の低温領域１００にはマスキングが施され、封止領域１７５が形成されている。よって、低温流体は封止領域１７５によってせき止められ、これ以上流れていくことはない。一方で、高温流体は、高温領域９０の貫通流路１２０のみに流れる。なお、このときの封止領域１７５の形状は、図７で示した櫛歯状の低温領域１００と同形状である。
【００５０】
上記の説明のように、本実施形態の熱交換器は低温流体と高温流体が途中で混ざることはなく、高温領域に含まれる貫通流路と低温領域に含まれる貫通流路を近接させることができるため、高いフィン効率を得ることができる。
【００５１】
次に、上述した第1及び第２の実施形態に係わる熱交換器の製造方法について、図１１〜図１７を用いて説明する。
【００５２】
まず、図１１に示すように、流体の流路を形成するための微小径の貫通孔（上記の貫通流路１２０と同義）がほぼ全面においてほぼ一方向に多数設けられた長方形状の薄型部材１９０に対し、櫛歯状のマスキングを施し、封止領域１７０を形成する。これにより、封止領域１７０以外の領域は流体の流路となり、この封止領域１７０以外の領域が、低温流体が通る低温領域１００となる。
【００５３】
また、マスキングを施した薄型部材を用いない場合は、貫通孔を形成したい領域にのみ貫通孔を形成することによって、それ以外の領域を封止領域１７０としてもよい。
【００５４】
なお、貫通孔の形成方法は、上記特許文献２に記載の方法や、エッチングやエレクトロフォーミング等の化学処理プロセスや、ドリルによる切削加工や、プレス加工、放電加工、レーザー加工等の機械加工プロセスを用いて形成される。また、貫通孔は、以下に述べる種々の形状の薄型部材１９０の全ての部位に設けられ、薄型部材１９０が位置を正確に合わせて積層されることにより、熱交換器としての貫通流路１２０が形成される。積層方法は、ろう付け、接着、拡散接合等の手法を用いることができる。
【００５５】
次に、図１２に示すように、薄型部材１９０を封止領域１７０が形成された薄型部材１９０上にさらに積層する。なお、積層する枚数は用途に応じて調節でき、以下で説明する積層についても同様である。また、この形状は、図１１に示す封止領域１７０を形成した薄型部材１９０と同じであってもよい。
【００５６】
その後、図１３に示すように、櫛歯状の薄型部材１９０を積層する。この櫛歯状の薄型部材１９０が積層されて形成された櫛歯の隙間が、図７で示した空間１８０にあたる。この隙間が、ヘッダ３５から流れてきた高温流体が流出するヘッダ１５０の一部を構成する。なお、図１３における薄型部材１９０の形状は、図１１で示した封止領域１７０を形成する櫛歯形状の櫛歯の部分に対して嵌め合うような形状を有している。また、図１３で説明した櫛歯状の薄型部材１９０の櫛歯形状の櫛歯部分は、図１１で説明した薄型部材１９０に形成された封止領域１７０が形成されていない領域と重なっている。ここで、重なるとは、対象とする部材を積層方向から見た場合に、両者が互いに重なって見えることを意味する（以下、同様）。
【００５７】
さらに、図１４に示すように、薄型部材１９０を、櫛歯状の薄型部材１９０を積層した上に積層する。この部分が、低温流体と高温流体が熱交換を行う部位として機能する。
【００５８】
次に、図１５に示すように、図１３で積層した櫛歯状の薄型部材１９０の櫛歯を形成している部分と嵌め合う形状を有する櫛歯状の薄型部材１９０を、さらに積層する。この櫛歯状の薄型部材１９０が積層されて形成された櫛歯の隙間が、図９で示した空間１８５にあたる。この隙間が、ヘッダ４５から流れてきた低温流体が流出するヘッダ１６０の一部を構成する。
【００５９】
さらに、図１２に示すのと同じ薄型部材１９０を積層した後、図１６に示すように、高温流体だけが流入できるように、図１１で示した封止領域１７０を形成する櫛歯状の櫛歯の部分と嵌め合う形状を有する櫛歯状のマスキングを施し、封止領域１７５を形成する。これにより、封止領域１７５以外の領域は流路となり、この領域が高温流体の通る高温領域９０となる。また、マスキングを施した薄型部材を用いない場合は、貫通孔を形成したい領域にのみ貫通孔を形成することによって、それ以外の領域を封止領域１７０としてもよい。また、図１６で説明した薄型部材１９０に形成された封止領域１７０以外の領域は、図１１で説明した封止領域１７０と重なっている。
【００６０】
最後に、図１７に示すように、封止領域１７０、１７５を覆うように直方体形状のヘッダ３５及びヘッダ４５を設ける。また、櫛歯状の薄型部材１９０を積層して形成された２つの隙間の領域にも、その隙間を覆うようにヘッダ１５０の一部を形成する直方体形状部材及びヘッダ１６０の一部を形成する直方体形状部材を設けて、熱交換器が製造される。
【００６１】
本実施形態の熱交換器を用いることによって、低温と高温の流体を容易に分配することができる。さらに、高温領域に含まれる流路と低温領域に含まれる流路を近接させることができるため、高いフィン効率を得ることができる。
【００６２】
（変形例１）
図１８は、本発明に係わる第１の実施形態の変形例を示す。
【００６３】
本変形例は、円柱形状の流路形成部材２００の２つの底面に対して、円柱形状のヘッダ２１０及びヘッダ２２０が設けられている。また、第１の実施形態で説明したものと同様に、流路形成部材２００は円形状の流体の流路を形成するため貫通孔を有する薄型部材が積層されて構成されている。なお、積層方向が流体の流れる方向となる。さらに、ヘッダ２１０及びヘッダ２２０の仕切りの形状は螺旋形状を有している。これにより、熱交換器及び流路形成部材２００の形状が円柱形状である場合においても、高温領域に含まれる貫通流路１２０と、低温領域に含まれる貫通流路１２０との平均的な距離が短くなり、フィン効率があまり低下することなく、熱交換性能を高くすることが可能になる。
【００６４】
次に、本変形例に係わる熱交換器の製造方法について、図１９を用いて説明する。
【００６５】
ヘッダ２１０、２２０は、螺旋形状に折り曲げた仕切り板２３０を円柱形状の流路形成部材２４０にはめ込んで、溶接等によって接続することにより、簡便に製造することが可能である。仕切り板２３０に接続された流路形成部材２４０と流路形成部材２００の接続は、ろう付け、加圧・加熱により原子を拡散させて結合させる拡散結合、溶接等の手法を用いることができる。
【００６６】
動作原理については、上述した第１の実施形態と同様の原理であるので省略する。
【００６７】
（変形例２）
図２０は、本発明に係わる第２の実施形態の変形例を示す。
【００６８】
本変形例は、第２の実施形態で示した流路形成部材２５の形状が円柱形状で、ヘッダ３５及びヘッダ４５の形状が円柱形状である点が異なる。なお、動作原理、製造方法等は、第２の実施形態と同様であるので、その説明は省略する。また、製造方法の概略については、図２１に示す通り、製造工程は図１１〜図１７と同じである。
【００６９】
（変形例３）
図２２は、本発明に係わる第２の実施形態の変形を示す。
【００７０】
本変形例は、第２の実施形態で示したヘッダ３５、４５、１５０、１６０を製造工程で後付けすることなく、製造工程において同時に製造できる点に特徴がある。
【００７１】
また、本変形例の熱交換器は略直方体形状を有する流路形成部材３４０の側面に流体の入り口３００、３３０及び出口３１０、３２０が形成されている。なお、流体の流れる方向は入り口３００から出口３２０へ、入り口３３０から出口３１０へ流れる。なお、入り口３００、３３０が出口で、出口３１０、３２０が入り口であってもよい。
【００７２】
次に、本変形例に係わる熱交換器の製造方法について説明する。
【００７３】
図２３（ａ）〜図２３（ｉ）は本変形例に係わる熱交換器の製造方法を示している。
【００７４】
製造方法は図１１〜図１７と基本的には同じであるが、図１７の工程に相当する、図２３（ａ）、図２３（ｂ）、図２３（ｈ）及び図２３（ｉ）に示す工程が導入されている点が主に異なる。
【００７５】
具体的に本変形例に係わる製造方法について説明する。
【００７６】
まず、図２３（ａ）及び図２３（ｂ）に示すように、流体が通らないように、貫通孔が設けられていない長方形と台形を組み合わせた外形形状からなる封止部材３３５上に、封止部材３３５と同外形形状で内側がくり貫かれた外枠部材３６０を積層する。この外枠部材３６０を積層した部分に、ドリル等により孔を開けることにより、配管取り付け孔（図示せず）を形成し、配管を取り付けることによって入り口３００に相当する部分を形成することができる。あるいは、積層によらずとも、機械加工を用いて金属等の部材からこの積層形状と同じものを削り出すことも可能である。これにより、低温流体の入り口ヘッダが形成される。
【００７７】
次に、図２３（ｃ）に示すように、封止部材３３５と同外形形状であり、内部に一定間隔をもって長方形状の低温領域３７０が形成された薄型部材３５０を積層する。また、この低温領域３７０には、第２の実施形態で説明したのと同様の貫通流路１２０が設けられている。
【００７８】
次に、図２３（ｄ）に示すように、図２３（ｃ）で積層した薄型部材３５０内に形成された低温領域３７０と、同形状の低温領域３７０が形成され、低温領域３７０と外枠が残るようにくり貫かれた薄型部材３５０を積層する。これにより、高温流体の出口ヘッダが形成される。このとき、図２３（ｃ）で積層した薄型部材３５０に形成された低温領域３７０と、図２３（ｄ）で積層した薄型部材３５０に形成された低温領域３７０は重なっている。この薄型部材３５０を積層した部分にドリル等により孔を開けることにより、配管取り付け孔（図示せず）を形成し、配管を取り付けることによって出口３１０に相当する部分を形成することができる。
【００７９】
次に、図２３（ｅ）に示すように、長方形と台形を組み合わせた外形形状からなる薄型部材３５０に、もう一つ台形を組み合わせた外形形状からなる薄型部材３５５を積層する。このとき、薄型部材３５５内には長方形状の低温流体及び高温流体が流れる貫通流路１２０が形成された貫通領域３８０が形成されている。また、薄型部材３５５の面積が大きいと、流体の流れる方向に対して垂直な方向に熱が伝わり、熱交換率が低下してしまう。よって、ここで用いる薄型部材３５５は図２４に示すような貫通領域３８０の面積の比率が大きい長方形状の薄型部材３５５であってもよい。
【００８０】
次に、図２３（ｆ）に示すように、長方形と台形を組み合わせた外形形状からなる薄型部材３９０を積層する。このとき、薄型部材３９０を構成する台形は図２３（ｃ）〜図２３（ｄ）で示す薄型部材３５０を構成する台形の位置に対して、長方形を介して対向する位置に形成されている。さらに、この薄型部材３９０は図２３（ｄ）で説明した低温領域３７０以外の領域を高温領域４００となるようにくり貫かれている。つまり、図２３（ｃ）及び図２３（ｄ）で形成された低温領域３７０と図２３（ｆ）で形成された高温領域４００は重ねると交互に組み合わさるようになっている。これにより、低温流体の出口ヘッダが形成される。この薄型部材３９０を積層した部分にドリル等により孔を開けることにより、配管取り付け孔（図示せず）を形成し、配管を取り付けることによって出口３２０に相当する部分を形成することができる。
【００８１】
次に、図２３（ｇ）に示すように、図２３（ｆ）で示した薄型部材３９０と同外形形状で、図２３（ｆ）で示した高温領域４００と同形状の高温領域４００が形成された薄型部材３９０を積層する。
【００８２】
次に、図２３（ｈ）に示すように、図２３（ｆ）で示した薄型部材３９０と同外形形状で、内側がくり貫かれた外枠部材４０５を積層する。この外枠部材４０５を積層した部分にドリル等により孔を開けることにより、配管取り付け孔（図示せず）を形成し、配管を取り付けることによって入り口３３０に相当する部分を形成することができる。
【００８３】
最後に、図２３（ｉ）に示すように、図２３（ｆ）で示した薄型部材３９０と同外形形状で貫通孔が設けられていない封止部材３３５を積層して高温流体の入り口ヘッダを形成し、熱交換器を製造することができる。
【００８４】
なお、第２の実施形態で説明したのと同様の方法を用いることで貫通孔を形成し、薄型部材を接合することができる。
【００８５】
次に、本変形例の動作原理について説明する。基本的な動作原理は第２の実施形態と同様である。
【００８６】
以下、低温流体は入り口３００から入り、出口３２０より出て、高温流体は入り口３３０から入り、出口３１０より出るとして説明する。なお、高温流体が入り口３００から入り、出口３２０より出て、低温流体が入り口３３０から入り、出口３１０より出るとしてもよい。
【００８７】
図２５〜図３２は、本変形例の動作原理を説明するための図である。
【００８８】
なお、図２５〜図３２における、上図は熱交換器のどの断面を示しているかを示しており、下図はその断面における様子を模式的に示している。
【００８９】
図２５は、入り口３００と流路形成部材３４０との断面Ａ−Ａ’の形状を示す。この断面は図２３（ｂ）の工程で形成された断面に相当する。
【００９０】
この断面Ａ−Ａ’においては、入り口３００から流れた低温流体は積層された外枠部材３６０により形成された低温流体の入り口ヘッダである空間４２０へ流れる。
【００９１】
図２６は入り口３００と出口３１０との間の流路形成部材３４０の流体の流れる方向に対して垂直方向の断面Ｂ−Ｂ’の形状を示す。この断面は図２３（ｃ）の工程で形成された断面に相当する。
【００９２】
この断面Ｂ−Ｂ’においては、長方形状の低温領域３７０が形成されている。この低温領域３７０は図２６の下に示すように貫通流路１２０が形成されている。低温流体はこの貫通流路１２０を通って低温領域３７０を流れる。また、低温流体は低温領域２７０以外の領域を流れることはできない。
【００９３】
図２７は、出口３１０と流路形成部材３４０との断面Ｃ−Ｃ’を示す。この断面は図２３（ｄ）の工程で形成された断面に相当する。
【００９４】
この断面Ｃ−Ｃ’においては、低温流体は、引き続き低温領域３７０内の貫通流路１２０を流れる。一方で、高温流体は薄型部材３５０内に形成された高温流体の出口ヘッダである空間４２０から出口３１０へと流れる。
【００９５】
図２８は、出口３１０と出口３２０間の流路形成部材３４０の流体の流れる方向に対して垂直方向の断面Ｄ−Ｄ’を示す。この断面は図２３（ｅ）の工程で形成された断面に相当する。
【００９６】
この断面Ｄ−Ｄ’においては、低温流体は、引き続き低温領域３７０内の貫通流路１２０を流れる。一方で、高温流体は高温領域４００内の貫通流路１２０を流れる。このとき、高温領域４００に含まれる貫通流路１２０と、低温領域３７０に含まれる貫通流路１２０との平均的な距離が短いため、高いフィン効率を得ることができる。
【００９７】
図２９は、出口３２０と流路形成部材３４０との断面Ｅ−Ｅ’を示す。この断面は図２３（ｆ）の工程で形成された断面に相当する。
【００９８】
この断面Ｅ−Ｅ’においては、低温流体は、薄型部材３９０内に形成された低温流体の出口ヘッダである空間４２０から出口３２０へと流れる。一方で高温流体は、高温領域４００内に形成された貫通流路１２０を通って流れる。
【００９９】
図３０は、入り口３３０と出口３２０との間の流路形成部材３４０の流体の流れる方向に対して垂直方向の断面Ｆ−Ｆ’の形状を示す。この断面は図２３（ｇ）の工程で形成された断面に相当する。
【０１００】
低温流体は、図２９で説明したように、出口３２０へと流れていくが、薄型部材３９０内には、高温流体が通る高温領域４００しか形成されていないため、低温流体がこれ以上流れることはできない。一方で、高温流体は高温領域４００の貫通流路１２０を流れる。
【０１０１】
図３１は、入り口３３０と流路形成部材３４０との断面Ｇ−Ｇ’の形状を示す。この断面は図２３（ｈ）の工程で形成された断面に相当する。
【０１０２】
この断面Ｇ−Ｇ’においては、入り口３３０から流れた高温流体は積層された外枠部材４０５により形成された高温流体の入り口ヘッダである空間４２０へ流れる。
【０１０３】
（変形例４）
図３２は第２の実施形態の変形例を示す。
【０１０４】
本変形例では、流体の流路を形成するための複数の貫通孔を有する薄型部材を積層して形成された直方体形状の流路形成部材５００の積層方向に対して、両面に低温流体が流れるヘッダ５１０及びヘッダ５２０が形成されている。さらに、流体形成部材５００の積層方向に対して直交する方向に高温流体が流れるヘッダ５３０及びヘッダ５４０が形成されている。このときヘッダ５３０とヘッダ５４０は流路形成部材５００の同じ側面に形成されている。また、高温流体及び低温流体はヘッダ５１０〜５４０のどこから流入してもよいが、上記したように向流型であることが好ましい。
【０１０５】
次に、本変形の熱交換器の製造方法について図３３を用いて説明する。第２の実施形態で説明した製造方法とほぼ同じであるが、図３３（ａ）、（ｆ）の工程で用いる流体の流路を形成するための複数の貫通孔を有する薄型部材５５０上に流体の流路を封止するためにマスキングを施した封止領域５６０が形成された薄型部材が同一形状である点、さらに、図３３（ｃ）、（ｅ）の工程で用いる流体の流路を形成するための複数の貫通孔を有する櫛歯形状の薄型部材５７０が同一形状の薄型部材を用いている点が異なる。なお、ここで同一形状とは、薄型部材に形成された貫通孔の位置も同一の位置にあるということを示す。
【０１０６】
上記の構成をとることによって、図３２で説明した流路を形成することができる。
【０１０７】
また、図３３（ａ）の工程における薄型部材５５０において封止領域５６０が形成されていない領域は、図３３（ｃ）の工程における櫛歯状の薄型部材５７０と重なっている。図３３（ａ）の工程における封止領域５６０は図３３（ｆ）の工程における封止領域５６０と重なっている。
【０１０８】
上記の説明のように、本実施形態の熱交換器は低温流体と高温流体が途中で混ざることはなく、高温領域に含まれる貫通流路と低温領域に含まれる貫通流路を近接させることができるため、高いフィン効率を得ることができる。また、低温と高温の流体を容易に分配することができる。さらに、高温領域に含まれる流路と低温領域に含まれる流路を近接させることができるため、高いフィン効率を得ることができる。更に、一方の流体の出入り口が直線上にあるため、例えばこれを流体が流れる配管に設置することが容易になる。その場合は、ヘッダ５１０、５２０は省略することができる。もちろん、流路形成部材５００の形状は直方体以外の形状でもよく、例えば円柱状や楕円柱状にすることもまた可能である。
【０１０９】
（変形例５）
図３４は第２の実施形態の変形例を示す。
【０１１０】
本変形例は、図２２〜３１に示す第２の実施形態の変形例に対し、側面における流体の出入り口が側面の同じ側に形成されている点が異なる。これにより、ヘッダを製造工程で後付けすることなく、製造工程において同時に製造できる利点を有すると共に、一方の流体の出入り口が直線上にあるため、例えばこれを流体が流れる配管に設置することが容易になる。その場合は、封止部材６３５、外枠部材６６０は省略することができる。
【０１１１】
以上、本発明を実施例に基づいて具体的に説明した。しかし、本発明はこれらの記述に限定されるものではない。上記の実施例に関して、当業者が適宜設計変更を加えたものも、本発明の特徴を備えている限り、本発明の範囲に包含される。例えば、本発明の実施例が備える各要素およびその配置などは、例示したものに限定されるわけではなく適宜変更することができる。
【０１１２】
また、技術的に可能な限りにおいて組み合わせることができ、これらを組み合わせたものも本発明の特徴を含む限り本発明の範囲に包含される。
【符号の説明】
【０１１３】
２０、２５、２００、３４０  …  流路形成部材
１４０、２４０  …  筐体
３０、３５、４０、４５、１５０、１６０、２１０、２２０、５１０、５２０、５３０、５４０  …  ヘッダ
５０、７０、３００、３３０  …  入り口
６０、８０、３１０、３２０  …  出口
９０、４００  …  高温領域
１００、３７０、６７０  …  低温領域
１１０  …  伝熱媒体
１２０  …  貫通流路
１３０、２３０  …  仕切り板
１７０、１７５、５６０  …  封止領域
１８０、１８５、４２０  …  空間
１９０、３５０、３５５、３９０、５５０、５７０、６５０  …  薄型部材
３３５、４１０、６３５  …  封止部材
３６０、４０５、６６０  …  外枠部材
３８０、６８０  …  貫通領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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