(57)【要約】  熱交換器デバイスは、その内部を流れる冷却媒体のための１つまたは複数のチャネルの層を含む押出体を含み、チャネルは一般に約５０ミクロンから約２０００ミクロンの内径を有する。デバイスは、対象とする冷却アプリケーションに存在する加熱要素から熱交換器を通過する冷却媒体への熱の伝達を容易にする高い熱伝導率を有し、加熱要素の材料と適合性がある材料で形成される。デバイス材料は、セラミック酸化物、セラミック炭化物、セラミック窒化物、セラミックホウ化物、セラミックケイ化物、金属および合金、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される。熱交換器デバイスは、所望のチャネル形状を与えるように配列した押出しフィラメントから形成される。フィラメントは、中心の除去可能な材料と、中心の材料の除去によってチャネル壁を形成する外部材料とを含む。
2007515777.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器を製造する方法であって、
（ａ）第２の組成物内に収容された第１の組成物を含む１つまたは複数のフィラメントを形成する工程と、
（ｂ）前記１つまたは複数のフィラメントを機械的に加工し、前記１つまたは複数のフィラメントを所定の向きに配列させて素地を提供する工程と、
（ｃ）前記第１の組成物を前記１つまたは複数のフィラメントから除去し、かつ前記第２の組成物を焼結するのに効果的な条件に前記素地をさらして熱交換器を提供する工程とを含み、前記熱交換器は、冷却媒体流を含むための前記焼結された第２の組成物からなる壁を有する１つまたは複数のチャネルを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記１つまたは複数のフィラメントが、前記１つまたは複数のフィラメントを押し出し、該フィラメントを作動面上に１つまたは複数の層として堆積させることによって、機械的に加工されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記第１の組成物が少なくとも１つの溶媒に溶解できる組成物であり、および前記第１の組成物は前記素地を前記溶媒と接触させることによって前記素地から除去されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記溶媒が水であることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記第１の組成物が熱分解性組成物であり、前記第１の組成物を除去するのに効果的な温度で、かつ効果的な時間にわたって加熱することによって、前記素地から前記第１の組成物が除去されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記第２の組成物が、セラミック酸化物、セラミック炭化物、セラミック窒化物、セラミックホウ化物、セラミックケイ化物、金属および合金、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記第２の組成物がシリコンカーバイドであることを特徴とする、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記第２の組成物が、前記熱交換器の熱伝導率を高めるのに効果的な材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項９】
前記材料が、カーボンブラック、カーボン添加剤、シリコンカーバイド、カーボンナノテューブ、およびナノファイバからなる群から選択されるナノ添加剤であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記ナノ添加剤が、前記第２の組成物の重量を基準として、約２〜約５重量％の量で存在することを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１１】
前記熱交換器の外側表面に材料の薄層を堆積させ、前記熱交換器の熱伝導率を高めることを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１２】
前記材料の層が化学蒸着法によって堆積されることを特徴とする、請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
金属化プロセスによって前記熱交換器の表面に金属層を堆積させることを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１４】
前記素地の上に１つまたは複数の外部突出部を一体化して形成することを含むことを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項１５】
セラミック酸化物、セラミック炭化物、セラミック窒化物、セラミックホウ化物、セラミックケイ化物、金属および合金、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される材料の押出体を備える熱放散デバイスであって、その内部を通る冷却媒体流のための１つまたは複数のチャネルの層を含み、前記チャネルは約５０ミクロンから約２０００ミクロンの内径を有することを特徴とする、熱放散デバイス。
【請求項１６】
前記押出体の材料がシリコンカーバイドであることを特徴とする、請求項１５に記載の熱放散デバイス。
【請求項１７】
前記チャネルの前記内径が、約５０ミクロンから約１００ミクロンであることを特徴とする、請求項１５に記載の熱放散デバイス。
【請求項１８】
前記チャネルが同じ方向に配列されていることを特徴とする、請求項１５に記載の熱放散デバイス。
【請求項１９】
２以上のチャネルの層を含み、および少なくとも２つの隣接する層が互いに９０°で配列され、前記チャネルにおいて冷却媒体の多方向の流れを提供することを特徴とする、請求項１５に記載の熱放散デバイス。
【請求項２０】
前記チャネルが曲がっていることを特徴とする、請求項１５に記載の熱放散デバイス。
【請求項２１】
１つまたは複数の一体化して形成された突出部をさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の熱放散デバイス。
【請求項２２】
前記突出部がフィンであることを特徴とする、請求項２１に記載の熱放散デバイス。
【請求項２３】
前記デバイスの少なくとも１つの外側表面に、熱伝導率を向上させる材料からなる追加の層をさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の熱放散デバイス。
【請求項２４】
前記デバイスに電子回路特性を付与するための、金属材料からなる追加の層をさらに含むことを特徴とする、請求項１５に記載の熱放散デバイス。
【請求項２５】
下式を適用することによって、１つまたは複数のチャネルの層を有するマイクロチャネル熱交換器の最適な寸法特性を決定する方法。
【数１】
2007515777.tif 000029
【請求項２６】
１つまたは複数のマイクロチャネルの列を含む押出体を備える製品であって、前記押出体は、セラミック酸化物、セラミック炭化物、セラミック窒化物、セラミックホウ化物、セラミックケイ化物、金属および合金、ならびにそれらの組み合わせからなる群から選択される材料を含み、前記チャネルの層の寸法および数は、下式を使用して最適化されていることを特徴とする製品。
【数２】
2007515777.tif 000030
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本出願は、２００３年１月２８日に出願され、その開示が参照により本明細書に組み込まれる、同時係属中の米国仮特許出願第６０／４４３４３９号に基づき、その利益を主張するものである。
【０００２】
（連邦政府による資金提供を受けた研究または開発に関する記載）
本発明は、米国陸軍によって授与されたＤＡＳＧ６０−０２−Ｐ−０２８０および米国海軍によって授与されたＮ０００１４−０３−Ｍ−０２９５の認可の下で、米国政府の支援によって遂行された。したがって、米国政府は、本明細書に記載される本発明において一定の権利を有することができる。
【０００３】
（発明の背景）
本発明は、一般に電子アプリケーションとともに使用する熱交換器システムに関する。より詳細には、本発明は、配列されたマイクロスケールチャネルを有する熱交換器本体およびそれを作製する方法に関する。
【０００４】
大規模な集積化電子部品実装、軽量複合構造、および高伝導性材料の急速な進歩は、多機能構造（「ＭＦＳ」）と呼ばれる、新しい製造および集積技術の開発を可能にしている。主要なＭＦＳの概念は、電子部品組み立て品（たとえば、マルチチップモジュール、すなわち、「ＭＣＭ」）、一体型熱管理、小型センサ、およびアクチュエータを、電力およびデータ伝送用の関連する埋め込み式ケーブル配線とともに負荷保持構造（load-carrying structures）内に埋め込むことである。この集積によって、主に、重量、容積およびコストの大きな削減が可能となる。ＭＣＭは微小電子実装容積および相互接続信号遅延の両方に顕著な低減を提供するが、集積は高い熱フラックスを生ずる。そのため、微小電子デバイスの熱管理は、適切な動作および許容可能な信頼性のために、適切な熱放散を提供することが必要とされている。ＭＣＭから次のレベルの実装（たとえば、印刷配線板または３−Ｄ  ＭＣＭスタック）へと信号および電力を接続する方法では、熱除去の課題がある。
【０００５】
特に、航空機アビオニクス、電力システム、レーダおよび兵器システムのような分野において、増加された実装密度および大きい電力レベルに向かう現在の傾向を仮定すると、電子部品の信頼性には、改善された冷却技法が必要とされる。さらに航空機電子部品の熱管理を混乱させることには、適切な温度に適合性のあるヒートシンク冷却媒体の可用性が制限されていることがある。高エネルギーレーザ（「ＨＥＬ」）ダイオードならびに大電力マイクロ波（「ＨＰＭ」）Ｇｙｒｏｔｒｏｎｓおよびｋｌｙｓｔｒｉｎｏｓを含む、指向性エネルギー兵器（「ＤＥＷ」）システムでは、非常に高い熱フラックス（５００〜２０００Ｗ／ｃｍ２）を冷却しなければならない。１ＭＷの大きさの過渡的熱負荷を処理するための、開閉形状（消耗性）冷却システムが開発されている。電力変換と兵器システムとの両方のための冷却システムの設計時に、コスト、信頼性、重量、および容積は基本的な要因となる。要求される冷却媒体の流量および温度レベルは共に重要である。したがって、低い温度抵抗において高い熱フラックスを処理することが可能な小型の冷却手法が必要とされている。小型の冷却システムはまた、携帯および無線通信機器、航空交通制御および監視システム、ならびに大電力増幅器でも必要とされている。
【０００６】
１つのタイプの冷却システムではマイクロチャネルヒートシンクを組み込む。ヒートシンクは、熱伝導性の固体、通常、銅またはシリコンから作られ、構造体の表面に小さなチャネルの単一層が作製される。チャネルは、精密機械加工または化学エッチングによって作製される。そのため、機械加工またはエッチング能力は、構造体の表面上に作製されるチャネルのサイズ、数、および形状を制限することになる。ヒートシンクを作製する２次的な接合プロセスに対するニーズにも課題がある。
【０００７】
小型の冷却の別法は、大電力消費デバイス用の高性能ヒートシンク動作を提供するために、集積化したダイ基板およびクーラの概念を含む。クーラは、同じ薄層からなる接合スタックであり、軸対称の嵌合薄層を提供するために、スタックにおいて１つおきの薄層が裏返される。パターンは、裏返された薄層のまるいスロット端が、裏返されていない薄層のスロット端に重なるように設計される。実質的に、スタックにおいて隣接する層のスロットを接続する円形ポータルが作り出される。このような概念は有効であるが、作製するには構造が非常に複雑である、すなわち費用がかかる。
【０００８】
したがって、効率的で、かつ費用効果的な方法で製造することが可能である、電子部品および他のアプリケーションに向けた小型熱交換器システムに対するニーズが残存している。
【０００９】
（発明の概要）
本構造体およびその構造体を作製する方法は、小規模アプリケーション用の冷却システムに関し、以前に直面していた困難性を克服する。加熱構成部品からの熱を、熱交換器を通過する冷却媒体に伝達することを容易にするために、熱交換器デバイスは高い熱伝導性を有する材料から形成される。さらに熱交換器の材料は、加熱構成部品の材料と相溶性があるように選択される。熱交換器デバイスに適切な材料には、セラミック酸化物、セラミック炭化物、セラミック窒化物、セラミックホウ化物、セラミックケイ化物、金属および合金など、ならびにそれらの組み合わせが含まれる。好ましい実施形態では、熱交換器デバイスはシリコンカーバイドから形成され、それは電子部品とともに使用するのに適している。
【００１０】
熱交換器デバイスは、冷却媒体が通過するマイクロチャネルの１つまたは複数の層を含む。マイクロチャネルは、サイズおよび形状が概して均一である。チャネルは、同軸の、多方向の、ループ状のまたは他の所望の流れパターンを提供するように配列することが可能である。熱交換器デバイスはまた、フィンなどの外部冷却要素を含むことが可能である。
【００１１】
熱交換器デバイスを作製する方法は、一般に、外部シェル材料によって囲まれた内部コア材料を含む２成分フィラメントを調製し、押出しする工程を含む。１つまたは複数の押出されたフィラメントは、手作業で、または例えば高速プロトタイピングプロセスによって機械的に、所望の向きに配列される。得られる素地は、種々の方法を使用して仕上げられ、完成したマイクロチャネル熱交換器デバイスを提供する。仕上げプロセスの前、またはその間に、マイクロチャネルの壁を形成するシェル材料を残しながら、素地からコア材料が除去される。固体フィラメント（そのコアは最終的に除去される）から熱交換器デバイスを作製することによって、複数の内部、概して均一のマイクロチャネルの形成が可能になる。
【００１２】
熱交換器の熱的および流体力学的性能を特徴付け、最適化するために、解析的モデルを利用することが可能である。モデルによって、所与のチャネル寸法およびポンプ作動パワーについて、熱的性能を最大にするための最適な層数を特定することが可能になる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明は、大電力電子アプリケーションなどの小規模アプリケーションで使用するのに適切な熱交換器システム、およびこうした熱交換器システムを作製する方法に関する。より詳細には、本発明は、パッシブとアクティブの両方のポンプ作動式冷却システムにおいて、空気または冷却流体の流れを受け入れるように構成された複数の小規模チャネルを有する熱交換器システムを提供する。複雑な幾何形状を有するものを含む、３次元熱交換器デバイスの作製を可能にするプロセスが提供される。
【００１４】
本発明の熱交換器システムは、レーダ、宇宙、高速ミサイル、および他の兵器システムを含む電力電子アプリケーションでの使用に適している。熱交換器は、電子回路機構および基板材料の冷却を提供するために、所望のアプリケーションで設置される。多くの電子アプリケーションでは、１０００ワット／ｃｍ２以上の熱放散レベルが必要とされる。さらに、接合レベルのアプリケーションについて超えてはならない約１００℃などの温度上昇限界（Ｔｊｕｎｃｔｉｏｎ）が存在することが多い。熱交換器システムは、プリント回路板および他の電子部品に直接取り付けることができる一体構造を含む。
【００１５】
熱交換器システムは、高熱フラックスおよび超高熱フラックス電子部品の冷却に使用するのに適切な冷却板／ヒートシンクデバイスを提供する。ヒートシンクは、任意の数の流路を有する熱伝導率の高い固体から作られる。電子部品は、その後、ヒートシンクの表面上に搭載される。構成部品によって生じた熱は、最初に、固体を通した熱伝導によってチャネルに伝達され、その後チャネルを通って流れるように強制される冷却流体によって取り除かれる。ヒートシンクは、単位容積当たりの大きな表面積、大きな熱伝達係数、および冷却流体の少量の保管という特性を組み合わせる。これらの微細構造は、固体と流体の間での大きな接触エリア、ならびにチャネル幅が著しく小さいためにチャネル壁に近い流体内での大きな温度勾配を提供する。
【００１６】
一般に、熱交換器システムは、所望の形状および向きでチャネルの１つまたは複数の層を含む。動作時、空気などの冷却媒体、または水または冷媒などの液体がチャネルを通過する。チャネルは、好ましくは、熱交換器が含まれるアプリケーションの構成部品のサイズ、ならびに液体冷却媒体の流量について最適化されたサイズおよび寸法である。通常、チャネルの内径は、約５０から約７５ミクロン、最大で約１５００から約２０００ミクロンの範囲にあるが、大きなチャネルと小さなチャネルを使用することも可能である。好ましくは、チャネルの内径は約５０から約１００ミクロンである。
【００１７】
熱交換器システムは、当業者には知られているように、単相（たとえば、液体）流か、２相（たとえば、相変化）流のいずれかとともに使用するのに適している。熱管理要件が大きいアプリケーションでは、２相流が望ましい場合がある。大きな温度勾配は、たとえば、電子部品において、破壊的な熱応力を生じ電子性能に悪影響を与える場合がある。２相流は、潜熱交換に依存して、基板ベース内での流れの様な温度均一性を維持するように、温度変動を制限する。２相流の沸騰によって、比較的一定の温度を維持しながら、一定の流量で非常に高い熱フラックスを放散させることが可能になる。２相のマイクロチャネル冷却は、蒸発による液体の部分的または全体的な消費を許容し、そのことによって、必要とされる冷却媒体流量を最小にする。液体マイクロポンプ動作、液体内への過渡的熱拡散、およびそれに続く潜熱交換のプロセスは、相冷却技法と関連して優れた熱管理を容易にする。相変化流の顕著な利点は、熱フラックスの大幅な増加がアプリケーション温度の最小の増加のみを生じることである。
【００１８】
図１を参照すると、本発明による熱交換器デバイスを作製するためにさらに加工することができる複合体１０の断面図が示されている。複合体１０は、１つまたは複数の押出しフィラメントを備える。各フィラメントは、フィラメントの軸に沿って全体に配置される、第１の材料１２（すなわちコア）を含む。第２の材料１４（すなわちシェル）は、概して環状の形状であり、コアを囲む。フィラメントは、層を形成するように並んで配列され、２つ以上の層を組み合わせて多層複合体１０を形成することが可能である。
【００１９】
同軸すなわち単一方向の流れのために、全て同じ方向に延びる、異なる層からなるチャネルが得られるように、フィラメントの層を配列させることが可能である。多方向流に配列させることも可能である。一実施形態では、複合体を通して交差する流れを提供するために、１つおきの層を９０°回転させることも可能である。図１に示す複合体１０は、形状が全体に直線的であり、直線的に延びるチャネルを有する。他の実施形態では、チャネルは、ループ形状とするか、またはその他の曲がった形状であってもよい。たとえば、チャネルは、熱交換器デバイスが隣接して位置する加熱部品の曲がった表面に対応するために曲がっていてもよい。これは、共形流と呼ばれることがある。別の例として、チャネルはそれぞれ、同心流のために連続ループを形成することも可能である。このように、多くのチャネル形状およびチャネルを通る流れパターンが可能である。
【００２０】
２成分フィラメントは、押し出され、未完成、すなわち「未加工の」の状態で所望の幾何形状に配列され、その後、完成した熱交換器体を提供するのに効果的な条件に供される。フィラメントは、１つまたは複数の層で配列され、所定の向きおよびサイズを有するフィラメントからなる実質的に３次元アレイを提供することが可能である。仕上げプロセス中に、コア材料は、熱交換器デバイスのチャネルの壁を形成するシェル材料を残したままの状態で、複合体から取り除かれる。多層熱交換器デバイスは、そのため、デバイスを構成する個別の層を個々に貼り合わせる必要なしに形成することが可能である。
【００２１】
図２を参照すると、完成した複合体４０は、熱交換器デバイス５０の壁の内部に収容される。熱交換器デバイス５０の１つの壁５４にあるマニフォルド接続部５２によって、デバイスが流体供給源およびポンプ作動システムに接続可能になる。流体は、開口５２を通ってデバイス５０に入り、内部チャネル５６を通過する。出口マニフォルド５８は、入口開口５２の反対側の壁上に配置され、流体が熱交換器デバイス５０を出て流れるようにする。
【００２２】
他の実施形態では、熱交換器システムは外部冷却要素を含む。一般に、フィンなどの１つまたは複数の成形部品は、熱交換器システムの１つまたは複数の表面から外側に延びる。成形部品は、部品間の空気流を許容するように、互いから間隔を空けて配置される。結果として、成形部品から空気への熱伝達が達成される。好ましくは、成形部品は、チャネル壁と同じ材料から形成される。一態様では、成形部品は、未加工の複合体とともに、層と同じ方法で、押し出され、形成される。図３に示すように、複数のチャネル７６を有する熱交換器システム７０はまた、デバイスの本体７４から延びる複数のフィン７２を含む。フィンのサイズおよび間隔は、空気流および熱交換器システムの性能を高めるように最適化される。
【００２３】
チャネル壁の構造材料は、対象の冷却アプリケーションに存在する加熱要素から熱交換器を通って冷却媒体へ流れる熱の伝達を容易にするように、好ましくは高い熱伝導率を有する。さらに、熱交換器の構造材料は、加熱部品の材料と適合するように選択される。たとえば、局所的な応力またはアプリケーションの不具合さえも招く場合がある熱応力を制限するために、種々の材料は同じ熱膨張率（「ＣＴＥ」）を有することが好ましい。
【００２４】
シェルを形成する組成物は、機械的に活性化され、かつ凝集の無い粉末を含む。未加工マトリクスフィラメントを提供するためにシェル組成物で使用されてもよい粉末には、セラミック酸化物、セラミック炭化物、セラミック窒化物、セラミックホウ化物、セラミックケイ化物、金属および合金など、またはそれらの組み合わせが含まれる。また、好ましくは、粉末は、比較的高い熱伝導率を有する。また、好ましくは、粉末は、はんだ接合部または構成部品の故障を引き起こす可能性がある熱応力を制限するために、意図するアプリケーションで使用される材料と適合性があるＣＴＥを有する。たとえば、通常の実装材料は、約４〜約７ｐｐｍ／ＫのＣＴＥを有する、シリコン、アルミニウム窒化物、およびガリウム窒化物を含む。通常、粉末はまた、ポリマーバインダとの同時押出しに適するように、また熱処理後に適切な構造を提供するように選択される。重量が問題である時には、比較的低い密度を有する粉末を選択して、軽量の最終熱交換器システムを提供することが可能である。
【００２５】
一実施形態では、シェル組成物はシリコンカーバイド粉末を含む。シリコンカーバイドは、高い熱伝導率、ならびに電子アプリケーションにおいて実装材料として使用されるような、シリコン、アルミニウム窒化物およびガリウム窒化物などの一般に使用される材料によく一致するＣＴＥを有する。これらの材料は、約４〜７ｐｐｍ／Ｋの範囲のＣＴＥを有する。材料間のＣＴＥに関するいくつかの不一致は、接合部または構成部品の故障を招く熱応力を生成する場合がある。さらに、シリコンカーバイドは、軽量の構成部品を生み出す低密度材料である。
【００２６】
一般に、シェル組成物を調製するために、１つまたは複数の粉末は、流動性成分を形成するのに十分な量でバインダ化合物と混合される。バインダ化合物は、熱可塑性および熱硬化性バインダを含むポリマーバインダであってよい。使用可能な熱可塑性ポリマーバインダには、ＰＭＭＡ（メタクリル酸ポリメチル）、Ｅ．Ｉ．ＤｕＰｏｎｔ  Ｃｏ．からＥＬＶＡＸ４７０として市販されているＥＶＡ（エチルアクリル酸ビニル）、Ｕｎｉｏｎ  ＣａｒｂｉｄｅからＤＰＤＡ−６１８ＮＴとして市販されているＥＥＡ（ポリエチレンアクリル酸エチル）、ＰＥＯｘ（ポリ−２−エチル−２−オキサゾリン）、ＰＥＧ（ポリエチルグリコール）、ポリスチレン、これらのポリマーの誘導体および共重合体、Ｒｏｈｍ  ａｎｄ  Ｈａａｓ（ペンシルベニア州フィラデルフィア（Philadelphia, Pennsylvania））から市販されているアクリロイド共重合体樹脂（Ｂ−６７）、マイクロセルロースなど、ならびにそれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定されるものではない。使用可能な熱硬化性ポリマーバインダには、ＢＬＯ（ウィスコンシン州ミルウォーキ（Milwaukee, Wisconsin）のＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているブチルラクトン）、ＨＯＤＡ（ウィスコンシン州ミルウォーキのＡｌｄｒｉｃｈ  Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｃｏｍｐａｎｙから市販されているヘキサンジオールジアクリレート）など、およびそれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定されるものではない。
【００２７】
シェル組成物はまた、追加の処理調整剤を含んでもよい。熱可塑性バインダ系を使用する時、高い固体充填を達成し、粉末をより効率的に分散させ、混合物の粘度を下げるために、相溶化剤または界面活性剤を添加してもよい。ポリエチレングリコール、ステアリン酸、キシレン、およびオレイン酸ブチル、またはＡ１３ワックスのような他の添加剤など、およびそれらの組み合わせを含む種々の相溶化剤を使用することが可能である。熱硬化性バインダ系の場合、分散剤は、通常、高い固体充填を達成し、混合物の粘度を下げるために添加される。また、分散剤は、種々の成分に対する相溶化剤としても働き、組成物の粘度を下げる。ペンシルバニア州フォルクロフト（Folcroft, Pennsylvania）のＢＡＳＦ  Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから市販されている、ＭＡＰＨＯＳ（商標）８１３５などの有機リン酸エステルおよびＰＳ−２などのリン酸エステルを含むが、それに限定しない、種々の分散剤を使用することが可能である。シェル組成物に含まれてもよい可塑剤の例には、Ｍｉｎｅｒａｌ  Ｏｉｌ  Ｗｈｉｔｅ、Ｈｅａｖｙ、Ｌａｂｇｕａｄ（登録商標）として市販されている重い鉱物油（ＨＭＯ）、および、Ｕｎｉｏｎ  Ｃａｒｂｉｄｅから市販されている、約５５０の分子量（ＭＰＥＧ−５５０）を有するメトキシポリエチレングリコールが含まれる。
【００２８】
焼結助剤を添加することも可能である。たとえば、セラミックは、通常、非常に高い融点を有し、焼結助剤は、通常、セラミック材料の融点に基づいて選択される。たとえば、組成物がＳｉＣまたはＳｉ３Ｎ４を含む時、使用可能な焼結助剤には、イットリウム酸化物（Ｙ２Ｏ３）、アルミニウム酸化物（Ａｌ２Ｏ３）、セリア酸化物（Ｃｅ２Ｏ３）、他の希土類酸化物など、またはそれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定されるものではない。さらに、組成物がＷＣを含む時、焼結助剤として、アルミナおよび同様な材料を使用してもよい。サーメットの処方において使用可能な焼結助剤には、例えばＮｉ、Ｍｏ、Ｎｂのような金属、およびそれらの組み合わせが含まれるが、それらに限定されない。
【００２９】
また、熱交換器デバイスの性能を高める添加剤をシェル組成物と混合してもよい。熱交換器デバイスの熱伝導率を増加させるために、ナノ添加剤を使用することも可能である。適切なナノ添加剤は、カーボンブラック、カーボン添加剤、シリコンカーバイド、（Ｃａｒｂｏｎ  Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されている）カーボンナノテューブ、およびナノファイバ（オハイオ（Ohio）のＡｐｐｌｉｅｄ  Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｉｎｃ．から市販されている）を含む。ナノ添加剤は、好ましくは組成物の重量を基準として、約２から約５重量％の量のシェル組成物と混合される。
【００３０】
コアは、熱交換器本体の作製中の仕上げ工程で除去される化合物から形成され、熱交換器のチャネルである、くり抜かれたシェルが残る。たとえば、コアは、熱交換器本体を溶剤でフラッシングすることによって除去される溶剤可溶性の化合物であってよい。別の例として、コアは、バインダバーンアウトプロセスなどの加熱によって除去されてもよい。コアを形成する組成物は、ＰＭＭＡ（メタクリル酸ポリメチル）、ＥＶＡ（エチルアクリル酸ビニル）、ＥＥＡ（ポリエチレンアクリル酸エチル）、ＰＥＯｘ（ポリ−２−エチル−２−オキサゾリン）、ＰＥＧ（ポリエチルグリコール）、ポリスチレン、これらのポリマーの誘導体および共重合体、マイクロセルロースなど、ならびにそれらの組み合わせなどの水溶性有機バインダを含むことが可能である。本発明の一態様では、水溶性組成物、アリゾナ州チュザン（Tucson, Arizona）のＡｄｖａｎｃｅｄ  Ｃｅｒａｍｉｃｓ  Ｒｅｓｅａｒｃｈから市販されているＡｑｕａｐｏｒｔ（商標）が、コア材料として使用される。
【００３１】
コア組成物は、熱交換器本体の幾何形状の歪を生ずることになる圧縮強度の望ましくない減少を回避するために、フィラメントの圧縮強度を高めるための充填成分を含んでもよい。充填材は、滑石およびポリエステルまたはポリプロピレンファイバなどの合成ファイバを含む。フィラメント成分と適合性がある任意の適切な種類および形態のファイバを使用することが可能である。
【００３２】
一般に、図４に示すように、フィラメントを調製する非連続プロセスでは、コア組成物２０およびシェル組成物２２のための開始材料は、個別に混合され、コア２４およびシェル２６が形成される。コアおよびシェルは、組み合わさって供給ロッド２８になり、供給ロッド２８は、１回または複数回押し出されて３０、所定の長さのセラミックフィラメント３２を提供することが可能である。複数のフィラメントが束ねられ、再び、１回または複数回押し出されて３４、所望のコア径を有する完成したフィラメント３６が生産される。個々のフィラメントおよび束ねたフィラメントは、所定の方法で配列させることにより、所望の形状を有する構造体を作製することが可能である３８。他の実施形態では、フィラメントを当業者に知られている任意の連続プロセスを使用して調製し、機械的に配列させて、多層熱交換器本体を提供することが可能である。
【００３３】
本発明で使用するためのシェル組成物を調製するのに、市販の粉末を使用することが可能である。Ｂｏｓｔｏｎ  Ｇｅａｒ（マサチューセッツ州ボストン（Boston, Massachusetts））から市販されているようなミリングステーションは、所望のサイズの分布を得るために、必要である場合に、粉末をボールミリングするのに使用されてもよい。粉末は、エタノールなどの溶剤でボールミルすることが可能である。粉末／溶剤混合物は、シリコン窒化物（Ｓｉ３Ｎ４）またはジルコニウム酸化物（ＺｒＯ２）などのミリング材料でボールミリングされて、ボールミルスラリを提供する。焼結助剤は、所望である場合、ボールミルスラリと共にミリングすることが可能である。粉末は、所望する粒子の径および分布を提供するのに効果的な時間にわたってミリングされる。典型的なミリング時間は、開始材料に依存して、約２４から約１２０時間である。
【００３４】
ミリング操作が終了すると、ボールミルスラリは、ミリングステーションから回収され、粉末／溶剤混合物は、ミリング媒体から分離される。溶剤がボールミリングされたスラリから蒸発する、例えば、ニューヨーク州ウェストベリ（Westbury, New York）のＢｒｉｎｋｍａｎ  Ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ  Ｉｎｃ．から市販されているＢｕｃｈｉ  Ｒｏｔａｖａｐｏｒセパレータによって、溶剤は粉末から分離される。粉末は乾燥される。
【００３５】
シェル組成物の粉末は、熱可塑性の溶融スピンコート可能なポリマーバインダ、ならびに、所望の場合、可塑剤などの１つまたは複数の処理調整剤と混合され、「ドープ」とも呼ばれる、むらがなく、均一に懸濁した複合混合物を形成する。ニュージャージ州南ハッケンサック（South Hackensack, New Jersey）のＣ．Ｗ．Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ、またはニュージャージ州パラマス（Paramus, New Jersey）のＴｈｅｒｍｏ  Ｈａａｋｅから市販されている、せん断力の大きい混合物を使用することも可能である。複合混合物は、約１５０℃で結合し、溶融ファイバ押出しプロセスに適切な流動性を提供する粘度が得られるまで、粘度改質添加剤が複合混合物と混合される。
【００３６】
「未加工の」複合供給ロッド２８は、複合混合物から形成される。複合供給ロッドは、シェル材料の概して環状の部分によって囲まれたコア材料の中心部分を含む。非連続プロセスでは、複合混合物は温間成形される。コア２４を圧縮成形するために、１つまたは複数の加熱円柱ダイを用いた水圧縦プレスを使用することが可能である。インディアナ州ワバシ（Wabash, Indiana）のＣａｒｖｅｒ  Ｉｎｃ．から市販されているような加熱式単軸加流プレスは、複合供給ロッドにシェル２６を圧縮成形するために使用することが可能である。複合供給ロッドのコアとシェルとの容積比は、コア材料の所望の径を達成するために、例えば機械加工されたコアおよびシェルダイの異なるセットを使用することによって、任意の所望の比に変えることが可能である。
【００３７】
圧縮成形された供給ロッド２８は、押出しされる３０。押出しプロセスは、Ｃｏｍｐｕｍｏｔｏｒ（カリフォルニア州ロネートパーク（Rohnert Park. California））からのＣＮＣ直流（ＤＣ）サーボモータに接続した、ミシガン州サギノー（Ｓａｇｉｎａｗ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ）のＴｈｏｍｓｏｎ  Ｓａｇｉｎａｗからのボールスクリューを含む、コンピュータ数値制御式（ＣＮＣ）ボールスクリュー押出し機を含む。ボールスクリューは、加熱円柱ダイの内容物を加圧し、押し出すのに使用される真鍮金属ロッドに接続される。組み立て品は、金属の枠組みに搭載され、垂直に保持される。複合供給ロッドは、未加工ファイバフィラメント３２を生産するために、紡糸口金を通して押し出される。このプロセスはまた、「単一フィラメント同時押出し」（ＳＦＣＸ）と呼ばれる。所望であれば、複数のフィラメントが、一緒に束ねられ、１回または複数回、押し出される。
【００３８】
好ましくは、コア材料の粘度は、シェル材料の粘度にほぼ等しい。ほぼ等しい粘度を有する、コア材料とシェル材料の使用は、流れの安定性と制御を改善し、供給ロッドの元の幾何形状を維持するのに役立つ。
【００３９】
本発明は、一緒に束ねられた、概して円柱形状のフィラメントを参照して述べられるが、当業者によって理解されるように他の形状についても考慮される。たとえば、四角形、矩形、または三角形断面を有するフィラメントは、それらの形状に応じて、押出しダイの形状を変えることによって得られる。さらに、貼り合わせ工程で使用されるダイの形状もまた所望する場合には、それに応じて変更してもよい。このようにして、フィラメントの異なる形状および構成が得られる。
【００４０】
フィラメントを調製するためのプロセスに対する多くの変更および調整によって、フィラメントを作製するのに使用される特定の組成物の変動を許容することが可能である。たとえば、粘度を調整してもよく、押出しダイの径を変更してもよく、またはコアとシェルとの相対的な容積を変更してもよい。押し出し、および／または当業者に知られているフィラメントを形成するその他の方法を利用してもよい。たとえば、フィラメントは、参照によって本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１０／００５６８３号に開示されるような、連続同時押出しプロセスを使用して製造されてもよい。
【００４１】
押出し式複合未加工フィラメントは一般に、柔軟性があり、本発明に従って、熱交換器本体に形成することが可能である。手作業かあるいは機械的方法のいずれかによって、フィラメントを構造体に形成することが可能である。フィラメントを押し出し、配列する機械的な方法は、参照によって本明細書に組み込まれる、同時係属中の米国特許出願第１０／００５６５６号に記載の押出し成形自由造形プロセスなどの高速プロトタイピングプロセスを含む。高速プロトタイピングプロセスによって、より均一な厚みおよびチャネル寸法を有する構造を形成することが可能である。
【００４２】
押出しフィラメントは、作動面（working surface）上に制御された方法で堆積される。所望である場合、押出しフィラメントは、ＣＡＤ設計から直接、任意の所望した幾何形状の熱交換器本体に形成される。そのため、押出しシステムは、熱交換器本体を高速プロトタイピングプロセスによって構築することができるように、ＣＡＤ図面を処理することが可能なハードウェアを有することが望ましい。最終の熱交換器本体が形成されるまで押出した個別の原料層を互いの上に順次積重ねることによって、１つまたは複数の押出しフィラメントを、層状の様式の熱交換器本体を作製するのに使用することが可能である。また、熱交換器デバイスが外部冷却要素を含む場合、要素は層状の様式で形成されるため、要素を熱交換器デバイスに個別に貼り合わせる必要がない。単一材料用の個別の押出しノズルは、２成分フィラメント用の押出しノズルと同時に作動する。形成される各層は、熱交換器本体の水平断面に対応する幾何形状を有する。こうして、熱交換器本体が複雑で、かつ変動する微細構造の向きを有する状態で製造される。
【００４３】
本体の仕上げが所望される場合、熱交換器本体の最終処理が遂行される。たとえば、Ｌｉｎｄｂｅｒｇ（ウィスコンシン州ウォータータウン（Watertown, Wisconsin））から市販されているような、バインダバーンアウト炉を使用して、熱交換器本体からポリマーバインダが除去される。ホットプレス、ホット静水圧プレス成形、または常圧焼結を含む焼結プロセスは、シェル組成物の最終の圧密化および緻密化を提供する。Ｖａｃｕｕｍ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ．（マサチューセッツ州サマービル（Somerville, Massachusets））から市販されているような典型的な誘導ホットプレスは、２４００℃の最高温度および１００トンの最大負荷が可能であり、真空、アルゴン、および窒素雰囲気を含むいくつかの異なる環境で作動することができる。参照により本明細書に組み込まれる、米国特許出願第１０／００５２４１号に記載されるような、常圧焼結法を使用することも可能である。たとえば、モノリシックＳｉＣを用いて、構造体は、窒素雰囲気において、最高約１７５０℃の温度で焼結される。
【００４４】
コア材料の除去は、特定のコア材料に応じて、最終処理の前か、最終処理中のいずれかで、任意の適切な方法を使用して遂行することが可能である。適切な方法は、シェル材料の完全性を維持したままで、実質的に完全なコア材料の除去を可能にするであろう。たとえば、熱交換器本体は、溶剤可溶性のコア材料を流し去るために、水などの適切な溶剤でフラッシングすることが可能である。他の態様では、コア材料は、熱交換器本体から実質的に焼却されてもよい。
【００４５】
一実施形態では、完成した熱交換器デバイスの外部表面は、デバイスの熱伝導率を高めるためにさらに処理される。材料の薄層を外部表面上に設けるために、任意の化学蒸着（「ＣＶＤ」）方法が使用される。薄層は、好ましくは、熱交換器デバイスの厚みを実質的に増加させない。たとえば、薄層の厚みは、約１０〜約１５ミクロンである。堆積した材料は、熱交換器デバイスを形成するのに使用される材料と同じか、または材料に適合性がある。適切な材料は、ＳｉＣ、炭素などを含む。任意の理論によって拘束することを意図するものではないが、たとえば、添加剤が材料と混合されず、材料が押出しおよび他の処理工程から生ずる処理欠陥を受けないため、より純粋な形態の材料が堆積され、堆積した材料層はデバイスの熱伝導率を高めると思われる。
【００４６】
別の実施形態では、熱交換器デバイスの外部表面は、金属層を設けるために、当業者に知られている任意の適切な金属化プロセスにかけられる。こうした処理によって、薄い金属層は基板上に堆積され、金属層を溶融させるかまたはその他の方法によって基板に接合される。適切な金属は、ニッケル、銅などを含む。電子アプリケーションでは、熱交換器デバイスの表面上に堆積させることが可能である金属層の追加によって、熱交換器デバイスは電子回路機構とともに機能するようになる。
【００４７】
本発明の精神および範囲から逸脱することなく、本明細書で記述し、例示した技法および構造について多くの変更および変形を行ってもよい。このような本発明の実施における変更および変形は、本発明の先の詳細な説明を考慮すれば当業者には明らかであろう。好ましい実施形態が、先に記述され、添付図面に示されたが、本発明の範囲を、以上の実施形態または他の特定の実施形態に限定するという意図はない。したがって、そのような任意の変更および変形は、添付の特許請求項の範囲内に包含されることを意図している。
【実施例】
【００４８】
以下の実施例は、本発明を示すことを意図しており、本発明を限定するか、または本発明を以下の実施例に制限することを意図するものではない。
【００４９】
（実施例１）
この実施例は、熱交換器デバイスを特徴付け、および最適化するために適用することが可能である解析モデルを示す。単層および多層のチャネルに関する全体の熱抵抗についての閉じた形式の解析解（closed-form analytical solution）が評価される。所与のポンプ作動パワーについて熱性能を最大にするために、最適な層数を得るための最適化作業が提示される。解析解は、最適な設計パラメータを決定するための効率的なパラメータの検討を可能にする。モデルで使用される定数および変数は表１に定義される。
【表１】
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【００５０】
2007515777.tif 000004
【００５１】
2007515777.tif 000005
【００５２】
強制対流を使用する熱交換器システムが解析される。全体のヒートシンクは、高さＨ、長さＬ、および幅Ｗの寸法を有する。底部表面（ｙ＝０）および上部表面（ｙ＝Ｈ）は、対称な一定の熱フラックスを受け、これらの表面は等温であると仮定する。
【００５３】
各チャネルは、Ｄｈとして規定する水圧径、長さＬ、ベース厚みｈ、およびチャネルピッチｗを有する四角形ダクトとしてモデル化される。単一柱状部は、ｘ方向に温度勾配が存在しないという仮定とともにドメインとして考える。チャネルを通る単相層流は、各チャネルを通して、大きさｕｍの定常速度を有すると考える。熱的に発生する熱の流れが解析で考慮される。熱伝導率、密度、および粘度などの、流体の熱的物理特性は、一定であり、入口温度で定義される。
【００５４】
チャネルのアスペクト比であるａ／ｂが増加するにつれて、フィンとベースとの間の温度差が増加する。四角形チャネルに関するこの解析では、フィンの間隔が大きくなり、それにより、チャネル壁は等温であり、ベース温度と等しい温度であると仮定することができる。チャネルの上部表面の影響もまた含まれる。
【００５５】
（流体力学的考察）
各チャネル内で、圧力降下は下式の無次元摩擦係数によって与えられる。
【数１】
2007515777.tif 000006
式中、Ｄｈは、下式の水圧径を表す。
【数２】
2007515777.tif 000007
【００５６】
流体力学的エントリ長の近似値は、下式である。
【数３】
2007515777.tif 000008
式中、レイノルズ数Ｒｅは、平均速度と水圧径によって表される。  
このエントリ長は、通常、生成するエントリ領域が、全体のチャネル長と比較して有意であるかどうかを判定するために、サンプルの長さと比較される。四角形チャネルの場合、十分に生成した流れについての摩擦係数は、下式によって与えられる。
【数４】
2007515777.tif 000009
【００５７】
（熱的特徴付け）
水、Ｐｒ＝７の場合、熱エントリ長は、無視できず、近似的に下式で与えられる。
【数５】
2007515777.tif 000010
【００５８】
対称加熱の状態での、四角形ダクト内の熱によって生成する層流の局所ヌセルト数についての相関は、下式のように与えられる。
【数６】
2007515777.tif 000011
式中、ｘ＋は、下式のように記載された無次元長である。
【数７】
2007515777.tif 000012
【００５９】
熱伝達係数
【数８】
2007515777.tif 000013
は、ヌセット数から得られ、以下の形態で記載することができる。
【数９】
2007515777.tif 000014
【００６０】
（熱抵抗回路（thermal resistance network））
１次元熱抵抗回路は、ＳｉＣヒートシンクを表すのに使用される。手法は近似的であるが、複雑なシュミレーションツールの必要無しで正確な結果を得ることが可能である。
【００６１】
（１層の場合）
上部から底部まで熱抵抗がある状態での、単層についての熱抵抗回路は図５に示される。等価抵抗Ｒｅｑは、出口表面温度ノードＴｓから流体入口温度ノードＴｆ，ｉｎで規定される。
【数１０】
2007515777.tif 000015
【００６２】
ベース厚み抵抗Ｒｂａｓｅは、底部表面から固体−流体界面のベースまでの伝導抵抗として規定される。
【数１１】
2007515777.tif 000016
【００６３】
フィンを通る伝導性抵抗は、下式のように規定される。
【数１２】
2007515777.tif 000017
【００６４】
流体のベースにおける等温条件を仮定すると、ベース温度から流体出口温度ノードまでの対流抵抗は、以下のとおりである。
【数１３】
2007515777.tif 000018
【００６５】
フィンから流体出口ノードまでの対流抵抗は、以下のように規定される。
【数１４】
2007515777.tif 000019
【００６６】
流体出口温度から流体入口温度までの移流抵抗は、以下のとおりである。
【数１５】
2007515777.tif 000020
【００６７】
１層の場合についての等価抵抗、Ｒｅｑ，１は、以下のように直列抵抗および並列抵抗の組み合わせを使用して解かれる。
【数１６】
2007515777.tif 000021
式中、並列の記号「‖」は、以下のように規定される。
【数１７】
2007515777.tif 000022
【００６８】
（多層の場合）
単層構造についての抵抗回路が反復されて、図６に示す多層構造についての回路が得られる。ここでｎは層数である。多層解析についての基本的な事例は、両面が加熱される２層の場合、または１面が加熱される１層の場合を表す。
【数１８】
2007515777.tif 000023
【００６９】
図６の抵抗回路は、直列抵抗および並列抵抗を使用して解くことができない。多層構造は、図７に示すデルタ負荷構造として書き直され、ワイ字形（Ｗｙｅ）の負荷構造に変換される。ワイ字形の負荷について対応する抵抗は以下のとおりである。
【数１９】
2007515777.tif 000024
【００７０】
等価抵抗Ｒｅｑ，ｎは、ここで直列抵抗および並列抵抗を使用して多層の場合について解くことができる。
【数２０】
2007515777.tif 000025
【００７１】
（数値による妥当性確認）
１次元解析モデルにおいて、いくつかの仮定がなされる。この簡単なモデルの妥当性を確認するために、数値シミュレーションが実施される。
【００７２】
１層の妥当性確認モデルは、市販の有限差シミュレーションツールおよび解析モデルを使用して比較される。両方の場合の熱抵抗は、図８で比較され、良好な一致を示している。多層解析モデルの妥当性を確認するために、両面の加熱を伴う４層の妥当性確認サンプルを試験した。図９では適度の一致を示している。
【００７３】
ＴＡＳシミュレーションは、熱伝達係数を指定する時に、チャネル内の対称な加熱を仮定する。これは、保守的な仮定となる場合と、そうならない場合がある。したがって、解析モデルの妥当性を確認するために、完全３Ｄ共役数値シミュレーションを実施する必要がある場合がある。
【００７４】
（結果）
流れが流体力学的に十分に生成したという仮定、ならびに測定された圧力降下および容積流量
【数２１】
2007515777.tif 000026
を使用して、平均（mean-average）径は、以下のように計算することができる。
【数２２】
2007515777.tif 000027
【００７５】
モデルは、予想されるような流量の増加とともに、熱抵抗の減少が存在することを示す。全ての他のパラメータを一定に保った状態で、流量の増加は移流抵抗Ｒｆｌｕｉｄを減少させることになり、それは単層と多層との両方について全体の熱抵抗を減少することになる。
【００７６】
層数が増加すると、一定の流量について各チャネルの流量の減少、およびそのことによる個々のチャネルそれぞれの対流抵抗および移流抵抗の増加が存在する。しかし、上側のチャネルへの伝導によって上側のチャネルへの熱交換が可能となり、それによって対流の有効表面積が増加する。図１０に示すように、対流抵抗と移流抵抗の増加が、熱交換エリアの増加によって均衡がとられた時に、明らかに最適となる。
【００７７】
熱抵抗とともに一般に使用される尺度は、ポンプ作動パワー（pumping power）である。ポンプ作動パワーは、圧力降下と全体の容積流量との積として定義される。
【数２３】
2007515777.tif 000028
【００７８】
図１０から、層数が増加するに伴い、ポンプ作動パワーの有意な減少が存在するが、全体の一定の流量についての熱抵抗の低下はない。最適な層数は、指定されるパラメータによって決定されることに留意すべきである。熱抵抗およびポンプ作動パワーとの両方は、１層の場合を用いて縮尺されている。
【００７９】
一定流量の場合、４層までの多層熱交換器は、単一列熱交換器よりも約２０％低い熱抵抗を示す。一定の穴の幾何形状であり、かつ一定の流量である場合、多層熱交換器の最適な列数は、列の増加に伴う対流に利用可能な表面積の増加と、各チャネルにおける流量および熱伝達係数の減少との間のトレードオフによって設定される。ここで考えられるチャネル寸法について、３という最適な列数が明らかである。一定流量の場合、列数の増加に伴ってポンプ作動パワーの大きな低下があるが、熱性能の低下はほとんどない。そのため、多層式熱交換器は、単層熱交換器に比較して、より低い熱抵抗と、より小さいポンプ作動パワーとの両方を備える。
【００８０】
（実施例２）
ＳｉＣチャネルを有する熱交換器を作製した。図１１に示すように、冷却媒体の質量流量の増加に伴い、熱交換器の全体の熱抵抗が減少し、圧力低下が増大した。一定のヒートシンク寸法の場合、チャネル径と多孔性は、図１２および図１３に示すように変化した。チャネルの最適な列数は、図１４に示すような熱交換器について決定された。
【図面の簡単な説明】
【００８１】
【図１】本発明による熱交換器を作製するための、未加工本体の断面の顕微鏡写真である。
【図２】内部の完成した未加工本体を示すために側壁の一部を切り取った、本発明による熱交換器システムの斜視図である。
【図３】内部の完成した未加工本体を示すために側壁の一部を切り取った、本発明による外部冷却要素を有する第２の熱交換器システムの斜視図である。
【図４】本発明に従って、フィラメントを作製するプロセスを示す概略フロー図である。
【図５】本発明による単層熱交換器をモデル化する熱抵抗回路を示す図である。
【図６】本発明による多層熱交換器をモデル化する熱抵抗回路を示す図である。
【図７】本発明による多層熱交換器をモデル化する第２の熱抵抗回路を示す図である。
【図８】本発明による単層熱交換器に関する熱抵抗を示すグラフである。
【図９】本発明による多層熱交換器に関する熱抵抗を示すグラフである。
【図１０】本発明による解析モデルによって導出された、熱交換器に関する最適条件を示すグラフである。
【図１１】本発明による熱交換器に関する熱抵抗および圧力低下を示すグラフである。
【図１２】本発明による熱交換器に関する種々のチャネル径についての熱抵抗を示すグラフである。
【図１３】本発明による熱交換器に関する種々のチャネル径についての熱伝達係数を示すグラフである。
【図１４】本発明による熱交換器の種々の列数に関する熱伝達係数を示すグラフである。
【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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【国際調査報告】
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2007515777.tif 000046
2007515777.tif 000047
2007515777.tif 000048
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