(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体層（８０）との界面（７５）において前記流体層（８０）と熱交換を行う固体層（７０）と、
前記界面（７５）に設けられ、前記固体層（７０）の表面原子との間及び前記流体層（８０）の分子との間で熱振動が伝搬され得る振動体（９２）と、前記振動体（９２）を前記固体層（７０）に対して弾性支持する弾性支持部（９１）とを備えた振動子（９０）とを有し、
前記振動子（９０）の振動周波数のピーク（Ｗｖ）は、前記流体層（８０）の分子の振動周波数のピーク（Ｗｌ）よりも高く、前記固体層（７０）の表面原子の振動周波数のピーク（Ｗｓ）よりも低く構成され、
前記振動子（９０）は、第１振動子（１００）と第２振動子（１１０）とを含んでおり、
前記第１振動子（１００）は、前記固体層（１７０）の表面原子との間で熱振動が伝搬されるとともに、前記第２振動子（１１０）を介して前記流体層（１８０）の分子との間で熱振動が伝搬され、
前記第２振動子（１１０）は、前記流体層（１８０）の分子との間で熱振動が伝搬されるとともに、前記第１振動子（１００）を介して前記固体層（１７０）の表面原子との間で熱振動が伝搬され、
前記第１振動子（１００）の振動周波数のピーク（Ｗｖ２）は、前記第２振動子（１１０）の振動周波数のピーク（Ｗｖ１）よりも高いことを特徴とする伝熱部材。
【請求項２】
請求項１に記載の伝熱部材が用いられていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、伝熱部材及びそれを用いた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に熱交換器は、高温流体の流路と低温流体の流路とが隔壁により互いに隔離された構成を有している。例えばラジエータでは、高温流体である冷却水の流路はチューブの内側に形成され、低温流体である空気の流路はチューブの外側に形成される（例えば、特許文献１参照）。冷却水の熱エネルギーは、チューブ内壁面での熱交換によってチューブに伝達され、さらにチューブ外壁面やフィン表面での熱交換によって空気に伝達される。このように熱交換器では、固体層と流体層との界面における２層間の熱交換によって熱エネルギーの伝達が行われるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６７６９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のような固体層と流体層との間での熱エネルギーの伝達は、固体層の表面原子と流体層の分子との間の相互作用によって一方の熱振動が他方に伝搬されることによって生じる。２層間での熱振動の伝搬は、両層の熱振動周波数が互いに近いほど起き易くなる。図８は、固体層（金属）の表面原子及び流体層（液体）の分子のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の例を示すグラフである。図８に示すように、固体の熱振動の周波数分布のピーク（１０１２Ｈｚオーダ）と、液体の熱振動の周波数分布のピーク（１０９Ｈｚオーダ）とは、それぞれの分布の幅に比較して大きく乖離している。このため、それぞれの振動周波数分布が互いに重複する部分は極めて小さくなっている（図８のＫ部）。したがって、固液界面では、固体層と液体層との間で熱振動が伝搬され難くなるため、伝達すべき熱エネルギーが減衰してしまうという問題がある。また、気体の熱振動周波数は液体の振動周波数とほぼ同じオーダであるため、固気界面においても同様に、伝達すべき熱エネルギーが減衰してしまうという問題がある。
【０００５】
本発明の目的は、固体層と流体層との間で熱エネルギーを効率良く伝達できる伝熱部材及びそれを用いた熱交換器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は上記目的を達成するために、以下の技術的手段を採用する。
【０００７】
請求項１に記載の発明は、流体層（８０）との界面（７５）において流体層（８０）と熱交換を行う固体層（７０）と、界面（７５）に設けられ、固体層（７０）の表面原子との間及び流体層（８０）の分子との間で熱振動が伝搬され得る振動体（９２）と、振動体（９２）を固体層（７０）に対して弾性支持する弾性支持部（９１）とを備えた振動子（９０）とを有し、振動子（９０）の振動周波数のピーク（Ｗｖ）は、流体層（８０）の分子の振動周波数のピーク（Ｗｌ）よりも高く、固体層（７０）の表面原子の振動周波数のピーク（Ｗｓ）よりも低いことを特徴とする伝熱部材である。
【０００８】
これによると、固体層（７０）と流体層（８０）との間では、振動子（９０）を介して熱振動が間接的に伝搬され得る。振動子（９０）の振動周波数のピーク（Ｗｖ）は、固体層（７０）の表面原子の振動周波数のピーク（Ｗｓ）と流体層（８０）の分子の振動周波数のピーク（Ｗｌ）との間に存在する。これにより、固体層（７０）の振動周波数分布と振動子（９０）の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、固体層（７０）と振動子（９０）との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。また、振動子（９０）の振動周波数分布と流体層（８０）の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、振動子（９０）と流体層（８０）との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。したがって、固体層（７０）と流体層（８０）との間において、振動子（９０）を介して熱エネルギーを効率良く伝達することができる。
【０００９】
さらに請求項１に記載の発明は、振動子（９０）は、第１振動子（１００）と第２振動子（１１０）とを含んでおり、第１振動子（１００）は、固体層（１７０）の表面原子との間で熱振動が伝搬されるとともに、第２振動子（１１０）を介して流体層（１８０）の分子との間で熱振動が伝搬され、第２振動子（１１０）は、流体層（１８０）の分子との間で熱振動が伝搬されるとともに、第１振動子（１００）を介して固体層（１７０）の表面原子との間で熱振動が伝搬され、第１振動子（１００）の振動周波数のピーク（Ｗｖ２）は、第２振動子（１１０）の振動周波数のピーク（Ｗｖ１）よりも高いことを特徴としている。
【００１０】
これによると、固体層（１７０）と流体層（１８０）との間では、第１振動子（１００）及び第２振動子（１１０）を介して熱振動が間接的に伝搬され得る。第１振動子（１００）の振動周波数のピーク（Ｗｖ２）及び第２振動子（１１０）の振動周波数のピーク（Ｗｖ１）はいずれも、固体層（１７０）の表面原子の振動周波数のピーク（Ｗｓ）と流体層（１８０）の分子の振動周波数のピーク（Ｗｌ）との間に存在し、かつ第１振動子（１００）の振動周波数のピーク（Ｗｖ２）は、第２振動子（１１０）の振動周波数のピーク（Ｗｖ１）よりも高くなっている。これにより、固体層（１７０）の振動周波数分布と第１振動子（１００）の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、固体層（１７０）と第１振動子（１００）との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。また、第１振動子（１００）の振動周波数分布と第２振動子（１１０）の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、第１振動子（１００）と第２振動子（１１０）との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。さらに、第２振動子（１１０）の振動周波数分布と流体層（１８０）の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、第２振動子（１１０）と流体層（１８０）との間での熱エネルギーの減衰を抑えることができる。したがって、固体層（１７０）と流体層（１８０）との間において、第１振動子（１００）及び第２振動子（１１０）を介して熱エネルギーを効率良く伝達することができる。
【００１１】
請求項２に記載の発明は、上記発明の伝熱部材が用いられていることを特徴とする熱交換器である。これにより、固体層（７０）と流体層（８０）との間で熱エネルギーを効率良く伝達できる熱交換器が得られる。
【００１２】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態記載の具体的手段との対応関係の一例を示している。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】第１実施形態における熱交換器の全体構成を示す図である。
【図２】第１実施形態の熱交換器において扁平チューブ内に形成される固液界面の構成を模式的に示す図である。
【図３】固体層の表面原子、液体層の分子及び振動子のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の一例を示すグラフである。
【図４】振動体の一辺の長さと振動子の振動周波数との関係の一例を示すグラフである。
【図５】第２実施形態の熱交換器において扁平チューブ内に形成される固液界面の構成を模式的に示す図である。
【図６】固体層の表面原子、液体層の分子、高周波振動子及び低周波振動子のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の一例を示すグラフである。
【図７】振動体の一辺の長さと振動子の振動周波数との関係の一例を示すグラフである。
【図８】固体表面原子及び液体分子のそれぞれにおける熱振動の振動周波数分布の例を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について図１乃至図４を用いて説明する。図１は、本実施形態における熱交換器としてラジエータ１の全体構成を示す図である。図１に示すように、ラジエータ１は、空気との熱交換によりエンジン冷却水を冷却する金属製のコア部４０と、コア部４０に取り付けられた例えば樹脂製の一対のタンク５２、６２を有している。タンク５２には外部からエンジン冷却水を流入させる流入口５３が設けられ、タンク６２にはエンジン冷却水を外部に流出させる流出口６３が設けられている。
【００１５】
コア部４０は、概ね鉛直方向に延伸し、エンジン冷却水が内部を流通する複数の扁平チューブ１０と、扁平チューブ１０に熱的に接続され、空気に対する伝熱面積を増大させる複数のコルゲートフィン３０とが交互に積層された構造を有している。扁平チューブ１０及びコルゲートフィン３０は、所定の伝熱部材により構成されている。扁平チューブ１０の内周面は伝熱部材とエンジン冷却水との固液界面となり、扁平チューブ１０の外周面及びコルゲートフィン３０の表面は伝熱部材と空気との固気界面となる。
【００１６】
またコア部４０の上端辺には、タンク５２と共に上部ヘッダ５０を構成するコアプレート５１が設けられている。コア部４０の下端辺には、タンク６２と共に下部ヘッダ６０を構成するコアプレート６１が設けられている。コアプレート５１、６１にはそれぞれ複数の嵌入孔が形成されており、嵌入孔にはそれぞれ扁平チューブ１０の長手方向先端部が嵌入されている。上部ヘッダ５０と下部ヘッダ６０との間は、複数の扁平チューブ１０を介して連通している。
【００１７】
図２は、本実施形態の伝熱部材の構成として、扁平チューブ１０内部に形成される固液界面を模式的に示している。図２に示すように、固体層７０（扁平チューブ１０）と液体層８０（エンジン冷却水）との固液界面７５（扁平チューブ１０内周面）近傍には、固体層７０及び液体層８０の双方からの熱ノイズにより振動が励起される複数の微小な振動子（熱ノイズアクチュエータ）９０が設けられている（図２では１つの振動子９０のみを示している）。振動子９０は、所定の振動周波数で振動する振動体９２と、振動体９２を固体層７０に対して弾性支持する弾性支持部９１とを有している。
【００１８】
振動体９２は、例えば、アルミナナノ粒子により形成され、一辺１ｎｍの略立方体状の形状を有している。振動体９２は、固液界面７５よりも液体層８０側に配置されており、固液界面７５に対し所定の間隙を介して近接している。
【００１９】
弾性支持部９１は、例えばカーボンナノチューブにより形成され、直線状（棒状）の形状を有し、ばねのような剛性を持っている。弾性支持部９１の一端部９１ａは、固体層７０表面に固定された固定端となっている。弾性支持部９１の他端部９１ｂは自由端となっており、振動体９２に接続されている。弾性支持部９１は、固体層７０表面に対し斜めに延伸している。
【００２０】
ここで、振動子９０を固体層７０表面に固定する方法の一例について説明する。まず、粉末状のＣ６０フラーレンを固体層７０表面及び振動体９２の所定部位に塗布し、塗布したＣ６０フラーレンに弾性支持部９１の一端部９１ａ及び他端部９１ｂをそれぞれ当接させる。この状態でＣ６０フラーレンに対し電子線を照射すると、Ｃ６０フラーレンがグラファイトに変化し、この構造変化によって固体層７０表面と一端部９１ａとの間、及び振動体９２と他端部９１ｂとの間がそれぞれ固着される。これにより、振動子９０を固体層７０表面に固定することができる。
【００２１】
図２中の両矢印Ａで示すように、固体層７０の表面原子（図示せず）と振動体９２との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。また、両矢印Ｂで示すように、振動体９２と液体層８０の液体分子（図示せず）との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。すなわち、固体層７０の表面原子と液体層８０の分子との間では、振動体９２を介して間接的に熱振動が伝搬され得るようになっている。
【００２２】
振動子９０の振動周波数Ｗは、振動体９２の質量Ｍと弾性支持部９１のばね定数Ｋとを用いて、
Ｗ＝√（Ｋ／Ｍ）
と表される。ただし、弾性支持部９１の質量は振動体９２の質量Ｍよりも十分に小さいものとする。また、振動子９０の振動周波数Ｗは、振動体９２の形状を立方体状とすると、振動体９２の一辺の長さｒと密度ρとを用いて、
Ｗ＝√（Ｋ／ρｒ３）
と表される。このように、振動子９０の振動周波数Ｗは、振動体９２の質量Ｍ（密度ρ及び一辺の長さｒ）及び弾性支持部９１のばね定数Ｋを変えることにより、比較的容易に調節され得る。
【００２３】
図３は、本実施形態の固体層７０の表面原子、液体層８０の分子及び振動子９０のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動周波数（Ｈｚ）を対数で表し、縦軸は発生頻度を表している。図３に示すように、固体層７０の表面原子、液体層８０の分子及び振動子９０の熱振動の振動周波数は、いずれも所定の分布に従っている。液体層８０の分子の振動周波数のピークＷｌは一般に数ＧＨｚ（１０９Ｈｚオーダ）であり、固体層７０の表面原子の振動周波数のピークＷｓは一般に数ＴＨｚ（１０１２Ｈｚオーダ）である。振動子９０の振動周波数のピークＷｖは、液体層８０の振動周波数のピークＷｌよりも高く、固体層７０の振動周波数のピークＷｓよりも低くなるように設定されている（Ｗｌ＜Ｗｖ＜Ｗｓ）。これにより、固体層７０の振動周波数分布と振動子９０の振動周波数分布との重複部分（図中のＣ部）、及び振動子９０の振動周波数分布と液体層８０の振動周波数分布との重複部分（Ｄ部）を、図８に示した重複部分（Ｋ部）と比較して拡大することができる。
【００２４】
一般に、固体層７０の振動周波数Ｗｓは、液体層８０の振動周波数Ｗｌの約１０００倍程度である。このため、振動子９０の振動周波数分布と、固体層７０の振動周波数分布及び液体層８０の振動周波数分布の双方との重複部分を拡大するためには、振動子９０の振動周波数Ｗｖを、液体層８０の振動周波数Ｗｌの１０〜１００倍程度（数十ＧＨｚ〜数百ＧＨｚ）とすることが望ましい。
【００２５】
図４は、立方体状の振動体９２の一辺の長さと振動子９０の振動周波数との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動体９２の一辺の長さｒ（ｍ）を対数で表し、縦軸は振動周波数（Ｈｚ）を対数で表している。線Ｌ１は振動子９０の振動周波数を示し、線Ｌ２は固体層７０の表面原子の振動周波数Ｗｓを示し、線Ｌ３は液体層８０の分子の振動周波数Ｗｌを示している。本例では、振動体９２の密度ρを２．７×１０３ｋｇ／ｍ３とし、弾性支持部９１のばね定数Ｋを０．１Ｎ／ｍとし、固体層７０の表面原子の振動周波数Ｗｓを７ＴＨｚとし、液体層８０の分子の振動周波数Ｗｌを１ＧＨｚとした。
【００２６】
図４に示すように、振動子９０の振動周波数Ｗｖは、振動体９２の一辺の長さｒが小さくなるほど高くなり、一辺の長さｒが約１×１０−８ｍのときに液体層８０の振動周波数と等しくなる。一辺の長さｒがそれを下回ると、振動子９０の振動周波数Ｗｖは液体層８０の振動周波数よりも高くなる。一方、振動体９２の構成分子又は構成原子の大きさを考慮すると、一辺の長さｒの事実上の下限は１０−１０〜１０−９ｍオーダとなる。一辺の長さｒをこの下限まで小さくしたとしても、振動子９０の振動周波数Ｗｖは固体層７０の振動周波数Ｗｓよりも低くなっている。すなわち、本例の条件の場合、Ｗｌ＜Ｗｖ＜Ｗｓの関係を満たすためには、振動体９２の一辺の長さｒを約１×１０−８ｍ未満とすればよく、一辺の長さｒの下限は実質的に考慮する必要がない。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態によれば、固体層７０と液体層８０との間では、熱エネルギーが振動子９０を介して間接的に伝搬され得る。振動子９０の振動周波数のピークＷｖは、固体層７０の表面原子の振動周波数のピークＷｓと液体層８０の分子の振動周波数のピークＷｌとの間に存在する。これにより、固体層７０の振動周波数分布と振動子９０の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、固体層７０と振動子９０との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。また、振動子９０の振動周波数分布と液体層８０の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、振動子９０と液体層８０との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。したがって、固体層７０と液体層８０との間において、振動子９０を介して熱エネルギーを効率良く伝達することができる。すなわち本実施形態によれば、熱交換器において高い熱交換性能が得られ、エンジン冷却水を冷却するラジエータ１の場合には高い冷却性能が得られる。
【００２８】
また本実施形態では、振動子９０が振動体９２と弾性支持部９１とを有している。これにより、振動体９２の質量Ｍや弾性支持部９１のばね定数Ｋを変えることによって、振動子９０の振動周波数を容易に調節することができる。したがって、振動子９０の振動周波数のピークＷｖを、液体層８０の振動周波数のピークＷｌと固体層７０の振動周波数のピークＷｓとの間に容易に設定することができる。
【００２９】
本実施形態では、固体層７０の表面原子と振動子９０の振動体９２との間に所定の相互作用を生じさせるために、固体層７０表面と振動体９２とを近接させる必要がある。一方、振動子９０の振動周波数を低下させて液体層８０の振動周波数に近づけるためには、弾性支持部９１の長さを長くしてばね定数Ｋを小さくするのが有効である。本実施形態では、弾性支持部９１が固体層７０表面に対して斜めに延伸しているため、固体層７０表面と振動体９２との間を近接させつつ弾性支持部９１の長さを長くするのが容易になる。
【００３０】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について図５乃至図７を用いて説明する。図５は、本実施形態の伝熱部材の構成として、扁平チューブ１０内部に形成される固液界面を模式的に示している。図５に示すように、固体層１７０（扁平チューブ１０）と液体層１８０（エンジン冷却水）との固液界面１７５には、複数の高周波振動子（第１振動子）１００と、複数の低周波振動子（第２振動子）１１０とが設けられている（図５では、高周波振動子１００及び低周波振動子１１０をそれぞれ１つのみ示している）。
【００３１】
高周波振動子１００は、所定の振動周波数で振動する振動体１０２と、振動体１０２を固体層１７０に対して弾性支持する弾性支持部１０１とを有している。振動体１０２は、例えば、アルミナナノ粒子により形成され、一辺０．５ｎｍの略立方体状の形状を有している。振動体１０２は、固体層１７０表面に対し所定の間隙を介して近接して配置されている。弾性支持部１０１は、例えばカーボンナノチューブにより形成され、直線状の形状を有し、ばねのような剛性を持っている。弾性支持部１０１の一端部１０１ａは、固体層１７０表面に固定された固定端となっている。弾性支持部１０１の他端部１０１ｂは自由端となっており、振動体１０２に接続されている。
【００３２】
低周波振動子１１０は、所定の振動周波数で振動する振動体１１２と、振動体１１２を固体層１７０に対して弾性支持する弾性支持部１１１とを有している。振動体１１２は、例えば、アルミナナノ粒子により形成され、振動体１０２より大きい一辺１ｎｍの略立方体状の形状を有している。振動体１１２は、振動体１０２に近接して配置されている。振動体１１２と固体層１７０表面との間には振動体１０２が位置しており、振動体１１２と固体層１７０との間は比較的離れている。弾性支持部１１１は、例えばカーボンナノチューブにより形成され、弾性支持部１０１よりも長い直線状の形状を有し、ばねのような剛性を持っている。弾性支持部１１１の一端部１１１ａは、固体層１７０表面に固定された固定端となっている。弾性支持部１１１の他端部１１１ｂは自由端となっており、振動体１１２に接続されている。
【００３３】
図５中の両矢印Ｅで示すように、固体層１７０の表面原子と高周波振動子１００の振動体１０２との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。また、両矢印Ｆで示すように、高周波振動子１００の振動体１０２と低周波振動子１１０の振動体１１２との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。さらに、両矢印Ｇで示すように、低周波振動子１１０の振動体１１２と液体層１８０の分子との間では、分子間力等の相互作用により熱振動が直接伝搬され得るようになっている。すなわち、固体層１７０の表面原子と液体層１８０の分子との間では、高周波振動子１００及び低周波振動子１１０を介して間接的に熱振動が伝搬され得るようになっている。
【００３４】
低周波振動子１１０の振動周波数Ｗ１は、振動体１１２の質量Ｍ１と弾性支持部１１１のばね定数Ｋ１とを用いて、
Ｗ１＝√（Ｋ１／Ｍ１）
と表される。ただし、弾性支持部１１１の質量は振動体１１２の質量Ｍ１よりも十分に小さいものとする。また、低周波振動子１１０の振動周波数Ｗ１は、振動体１１２の形状を立方体状とすると、振動体１１２の一辺の長さｒ１と密度ρ１とを用いて、
Ｗ１＝√（Ｋ１／（ρ１×ｒ１３））
と表される。このように、低周波振動子１１０の振動周波数Ｗ１は、振動体１１２の質量Ｍ１（密度ρ１及び一辺の長さｒ１）及び弾性支持部１１１のばね定数Ｋ１を変えることにより、比較的容易に調節できるようになっている。
【００３５】
高周波振動子１００の振動周波数Ｗ２は、振動体１０２の質量Ｍ２と弾性支持部１０１のばね定数Ｋ２とを用いて、
Ｗ２＝√（Ｋ２／Ｍ２）
と表される。ただし、弾性支持部１０１の質量は振動体１０２の質量Ｍ２よりも十分に小さいものとする。また、高周波振動子１００の振動周波数Ｗ２は、振動体１０２の形状を立方体状とすると、振動体１０２の一辺の長さｒ２と密度ρ２とを用いて、
Ｗ２＝√（Ｋ２／（ρ２×ｒ２３））
と表される。このように、高周波振動子１００の振動周波数Ｗ２は、振動体１０２の質量Ｍ２（密度ρ２及び一辺の長さｒ２）及び弾性支持部１０１のばね定数Ｋ２を変えることにより、比較的容易に調節できるようになっている。
【００３６】
図６は、固体層１７０の表面原子、液体層１８０の分子、高周波振動子１００及び低周波振動子１１０のそれぞれにおける熱振動の周波数分布の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動周波数（Ｈｚ）を対数で表し、縦軸は発生頻度を表している。図６に示すように、固体層１７０の表面原子、液体層１８０の分子、高周波振動子１００及び低周波振動子１１０の熱振動の周波数分布は、いずれも所定の分布に従っている。低周波振動子１１０の振動周波数のピークＷｖ１、及び高周波振動子１００の振動周波数のピークＷｖ２はいずれも、液体層１８０の振動周波数のピークＷｌよりも高く、固体層１７０の振動周波数のピークＷｓよりも低くなるように設定されている。また高周波振動子１００の振動周波数のピークＷｖ２は、低周波振動子１１０の振動周波数のピークＷｖ１よりも高くなるように設定されている（Ｗｌ＜Ｗｖ１＜Ｗｖ２＜Ｗｓ）。
【００３７】
これにより、固体層１７０の振動周波数分布と高周波振動子１００の振動周波数分布との重複部分（図中のＨ部）、高周波振動子１００の振動周波数分布と低周波振動子１１０の振動周波数分布との重複部分（Ｉ部）、及び低周波振動子１１０の振動周波数分布と液体層１８０の振動周波数分布との重複部分（Ｊ部）を、図３に示した第１実施形態の重複部分（Ｃ部、Ｄ部）と比較してさらに拡大することができる。
【００３８】
図７は、振動体１０２の一辺の長さを振動体１１２の半分とした場合における、振動体１１２の一辺の長さと高周波振動子１００及び低周波振動子１１０の振動周波数との関係の一例を示すグラフである。グラフの横軸は振動体１１２の一辺の長さｒ（ｍ）を対数で表し、縦軸は振動周波数（Ｈｚ）を対数で表している。線Ｌ４は高周波振動子１００の振動周波数を示し、線Ｌ５は低周波振動子１１０の振動周波数を示し、線Ｌ６は固体層１７０の表面原子の振動周波数Ｗｓを示し、線Ｌ７は液体層１８０の分子の振動周波数Ｗｌを示している。本例では、振動体１１２、１０２の密度ρ１、ρ２をいずれも２．７×１０３ｋｇ／ｍ３とし、弾性支持部１１１、１０１のばね定数Ｋ１、Ｋ２をいずれも０．１Ｎ／ｍとし、固体層１７０の表面原子の振動周波数Ｗｓを７ＴＨｚとし、液体層１８０の分子の振動周波数Ｗｌを１ＧＨｚとした。
【００３９】
図７に示すように、低周波振動子１１０の振動周波数は、振動体１１２の一辺の長さｒが約１×１０−８ｍを下回ると、液体層１８０の振動周波数を上回る。一方、振動体１１２の一辺の長さｒ（振動体１０２の一辺の長さの２倍）を事実上の下限（１０−１０〜１０−９ｍオーダ）まで小さくしても、高周波振動子１００の振動周波数は、固体層７０の振動周波数Ｗｓを下回っている。したがって、本例の条件の場合、Ｗｌ＜Ｗｖ１＜Ｗｖ２＜Ｗｓの関係を満たすためには、振動体１１２の一辺の長さｒを約１×１０−８ｍ未満とすればよい。
【００４０】
以上説明したように、本実施形態によれば、固体層１７０と液体層１８０との間では、高周波振動子１００及び低周波振動子１１０を介して熱エネルギーが間接的に伝達され得る。高周波振動子１００の振動周波数のピークＷｖ２及び低周波振動子１１０の振動周波数のピークＷｖ１は、固体層１７０の表面原子の振動周波数のピークＷｓ及び液体層１８０の分子の振動周波数のピークＷｌに対して、Ｗｌ＜Ｗｖ１＜Ｗｖ２＜Ｗｓの関係を満たすように設定されている。
【００４１】
これにより、固体層１７０の振動周波数分布と高周波振動子１００の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、固体層１７０と高周波振動子１００との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。また、高周波振動子１００の振動周波数分布と低周波振動子１１０の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、高周波振動子１００と低周波振動子１１０との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。さらに、低周波振動子１１０の振動周波数分布と液体層１８０の振動周波数分布との重複部分を拡大することができるため、低周波振動子１１０と液体層１８０との間で熱エネルギーが伝達する際の減衰を抑えることができる。したがって、固体層１７０と液体層１８０との間において、高周波振動子１００及び低周波振動子１１０を介して、熱エネルギーを第１実施形態よりもさらに効率良く伝達することができる。すなわち本実施形態によれば、熱交換器の熱交換性能を第１実施形態よりもさらに向上させることができる。
【００４２】
（その他の実施形態）
上記実施形態では、固液界面となる扁平チューブ１０内周面を例に挙げて説明したが、固気界面となる扁平チューブ１０外周面やコルゲートフィン３０表面にも当然に適用可能である。固気界面に形成される振動子は、その振動周波数のピークが気体層の分子の振動周波数のピークよりも高く、固体層の表面原子の振動周波数のピークよりも低くなるように設定される。
【００４３】
気体層の分子の振動周波数は、液体層の分子の振動周波数と同様に数ＧＨｚ（１０９Ｈｚオーダ）である。例えば、気体を単原子分子理想気体と仮定し、気体分子の熱振動周波数を、気体分子の平均速度Ｖを平均自由行程Ｌで除したものと定義する（熱振動周波数＝平均速度Ｖ／平均自由行程Ｌ）。平均速度Ｖは、原子質量Ｍａ、ボルツマン定数ｋＢ（＝１．３８×１０−２３Ｊ／Ｋ）及び温度Ｔを用いて、
Ｖ＝√（（３ｋＢ×Ｔ）／Ｍａ）
と表される。原子質量Ｍａを４．６５×１０−２３（＝２８／（６．０２×１０２３））ｇとし、温度Ｔを３００Ｋとすると、平均速度Ｖは約５１６ｍ／ｓとなる。
【００４４】
一方、平均自由行程Ｌは、気体体積Ｖ０、アボガドロ数Ｎｂ（＝６．０２×１０２３）及び気体分子の直径σを用いて、
Ｌ＝Ｖ０／（√２×π×Ｎｂ×σ２）
と表される。気体体積Ｖ０を２２．４ｌとし、直径σを３ｎｍとすると、平均自由行程Ｌは約９３ｎｍとなる。したがって、単原子分子理想気体の熱振動周波数は、約５．５ＧＨｚ（＝５１６（ｍ／ｓ）／（９３×１０−９（ｍ）））となる。
【００４５】
また上記実施形態では、振動体９２、１０２、１１２の材質としてアルミナナノ粒子を例に挙げたが、他の材質で形成してもよい。
【００４６】
さらに上記実施形態では、振動体９２、１０２、１１２の形状を略立方体状としたが、球状、あるいは構成分子の分子構造に基づく形状等の他の形状であってもよい。
【００４７】
また上記実施形態では、弾性支持部９１の材質としてカーボンナノチューブを例に挙げたが、他の材質で形成してもよい。
【００４８】
さらに上記第２実施形態では、振動周波数の異なる２種の振動子（高周波振動子１００及び低周波振動子１１０）が用いられているが、振動周波数の異なる３種以上の振動子を用いてもよい。
【００４９】
また上記実施形態では、熱交換器としてラジエータ１を例に挙げたが、他の熱交換器にも適用可能である。
【符号の説明】
【００５０】
１  ラジエータ（熱交換器）
１０  扁平チューブ
７０、１７０  固体層
７５、１７５  固液界面
８０、１８０  液体層（流体層）
９０  振動子
９１、１０１、１１１  弾性支持部
９２、１０２、１１２  振動体
１００  高周波振動子（第１振動子）
１１０  低周波振動子（第２振動子）
【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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