(57)【要約】  本発明は、少なくとも１つのチャンネル（１２）を備え、ボールのプリフォーム（１）を使用する、すなわち熱交換器の製造向けの金属フォーム（１０）の製造方法に関する。  中心コア（３、９）によって構成された鋳造コア（２）および低温で可溶性の材料のコーティング（４）が鋳造モールド内に配置され、プリフォーム（１）は、次いでコアのまわりに密に配置され、可溶性材料は次いで低温で加熱することによって除去され、次いでボール間およびボールと中心コア（３）との間の自由空間を満たすために、溶融金属塊がモールド内に鋳造され、最後にボールは除去される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも１つのチャンネル（１２）を備え、ボールのプリフォーム（１）を使用する、すなわち熱交換器の製造向けの金属フォーム（１０）の製造方法であって、
中心コア（３、９）によって構成されたコア（２）および低温で可溶性の材料のコーティング（４）が鋳造モールド内に配置され、プリフォーム（１）は、次いでコアのまわりに密に配置され、可溶性材料は次いで低温で加熱することによって除去され、次いでボール間およびボールと中心コア（３、９）との間の自由空間を満たすために、溶融金属塊がモールド内に鋳造され、最後にボールは除去されることを特徴とする、製造方法。
【請求項２】
チャンネル（１２）が、金属塊が鋳造された後に、ワックスコーティング（４）に代わる金属塊によって構成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】
中心コア（３、９）またはコア（２）が、セラミック、鋼、砂、可溶性材料、またはプリフォームを形成する材料と同一の材料から形成されることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
【請求項４】
コア（２）が３つの要素から形成され、第１の要素はセラミック、鋼、または砂の中心コア（３）によって構成され、第２の要素は耐熱材料の周辺層（５）によって構成され、第３の要素は低温で可溶性の材料のコーティング（４）によって構成されることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
コア（２）が４つの要素から形成され、第１の要素はセラミック、鋼、または砂の中心コア（３）によって構成され、第２の要素は耐熱材料の周辺層（５）によって構成され、第３の要素はセラミック材料の層（７）によって構成され、第４の要素は低温で可溶性の材料のコーティング（４）によって構成されることを特徴とする、請求項１〜３のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項６】
中心コアが直線的であることを特徴とする、請求項１〜５のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項７】
中心コア（９）が曲線を有することを特徴とする、請求項１〜６のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項８】
中心コア（３）が管状であることを特徴とする、請求項１〜７のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項９】
低温可溶性材料がワックスであることを特徴とする、請求項１〜８のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１０】
コーティング（４）がその内面上に連続または不連続の突起部（１３）を有することを特徴とする、請求項１〜９のうちのいずれか一項に記載の方法。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちのいずれか一項に記載の方法に従って得られ、少なくとも１つのチャンネル（１２）を備える金属フォーム。
【請求項１２】
チャンネル（１２）が直線または曲線状のチューブの形態であることを特徴とする、請求項１１に記載の金属フォーム。
【請求項１３】
チャンネル（１２）およびフォーム（１０）がアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする、請求項１１または１２に記載の金属フォーム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の技術的範囲は、両側に開いたチャンネルを組み込む金属フォームの製造の技術的範囲である。
【背景技術】
【０００２】
これらの金属フォームは、熱を散逸するまたは循環させるために、特に熱交換器で使用されてもよい。しかし、交換器内で第２の流体の循環あるいは好ましい通路（バイパスとして知られている）を形成することを可能にするより複雑な交換器を製造するように、金属フォームの一方の側から反対側に通る１つまたはいくつかのチャンネルを有することが重要である。
【０００３】
金属フォーム内部に１つ以上のチャンネルを設けることがすでに提案されている。このように、文献の米国特許出願公開第２００９／００８５５２０号明細書は、圧入またはチューブを導入した後にろう付けによってチューブを導入するようにフォームを穿孔し、チューブをフォームと一体化させることを提案している。この技術は、まず、金属フォームの製造、次いでその穿孔、最後にフォームと一体的にチューブを設置することを必要とすることが理解される。この文献によれば、チューブは、例えば、ろう付けによって、チューブのまわりでフォームを圧縮することによって、チューブの締り嵌めによって、などの様々な方法でフォーム内の適所に保持される。最後に、このシステムは、直線状のチューブを挿入することのみを可能にすることが理解される。
【０００４】
欧州特許第１８０８２４１号明細書は、金属フォームを通るチャンネルの製造方法を開示し、それによれば、金属チューブは、溶融アルミニウムまたはアルミニウム合金が鋳造される前、あるいはそれが鋳造された後に予めプリフォームに挿入される。このシステムは、プリフォームされたチューブの挿入を提供する。
【０００５】
金属フォーム技術は周知であり、塩化ナトリウムなどの塩系顆粒またはボールの形態でプリフォームの製造を推奨する欧州特許第１８０８２４１号明細書、米国特許第３２３６７０６号明細書、および欧州特許第２１１８３２８号明細書が参照されてもよい。後に、顆粒間の自由空間は、溶融金属によって満たされ、塩は金属フォームを回復するために溶解される。
【０００６】
金属フォーム内にチャンネルを得るために使用される方法は何でも、チューブとフォームの多孔性媒体との間の接合個所で伝導性が劣化する問題に遭遇する。さらに、時間とともに、２つの部分を形成するチューブとフォームとの間の機械的強度は変化する。最後に、今まで、チャンネルと金属フォームの両方を同じ材料を使用して単一操作で形成することはできない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／００８５５２０号明細書
【特許文献２】欧州特許第１８０８２４１号明細書
【特許文献３】米国特許第３２３６７０６号明細書
【特許文献４】欧州特許第２１１８３２８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明の目的は、チューブを組み込む金属フォームを供給することであり、チューブは金属フォームを通り、フォーム自体の製造中に得られる。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
フォームは、例えば、以下に引用される文献で、記載されるように顆粒を備えたプリフォームを標準的に使用して製造される。
【００１０】
確かに、欧州特許第２１１８３２８号明細書は、粒子粉末の顆粒を使用してプリフォームを製造することを提案することによって特に有利な方法を開示する。このプリフォームは、このように、顆粒の炭素鎖を破壊するために金属が鋳造される前にベークされる。この特許は、このように、第１に、粉末、塩化ナトリウム、および水から形成されたペーストの製造を提供する。プリフォームを製造するためにその後に使用される顆粒は、このペーストを使用して調製される。
【００１１】
このように、本発明は、少なくとも１つのチャンネルを備え、ボールのプリフォームを使用する、すなわち熱交換器の製造向けの金属フォームの製造方法であって、鋳造コア、中心コア、および低温で可溶性の材料のコーティングが鋳造モールド内に配置され、プリフォームは、次いでコアのまわりに密に配置され、可溶性材料は次いで低温で加熱することによって除去され、次いでボール間およびボールと中心コアとの間の自由空間を満たすために、溶融金属塊がモールド内に鋳造され、最後にボールは除去されることを特徴とする製造方法に関する。
【００１２】
特有の実施形態によれば、チャンネルは、金属塊が鋳造された後に、ワックスコーティングに代わる金属塊によって構成される。
【００１３】
他の具体的な実施形態によれば、コアの中心コアは、セラミック、鋼、砂、可溶性材料、またはプリフォームを形成する材料と同一の材料から形成される。
【００１４】
他の実施形態によれば、コアは３つの要素から形成され、第１の要素はセラミック、鋼、または砂のコアによって構成され、第２の要素は耐熱材料の周辺層によって構成され、第３の要素は低温で可溶性の材料のコーティングによって構成される。
【００１５】
さらに他の実施形態によれば、コアは４つの要素から形成され、第１の要素はセラミック、鋼、または砂のコアによって構成され、第２の要素は耐熱材料の周辺層によって構成され、第３の要素はセラミック材料の層によって構成され、第４の要素は低温で可溶性の材料のコーティングによって構成される。
【００１６】
他の実施形態によれば、コアは直線的である。
【００１７】
他の実施形態によれば、コアは曲線を有する。
【００１８】
他の実施形態によれば、コアはチューブ状である。
【００１９】
他の実施形態によれば、低温可溶性材料はワックスである。
【００２０】
他の実施形態によれば、コーティングはその内面上に連続または不連続の突起部を有する。
【００２１】
本発明は、また、本発明の方法に従って得られ、少なくとも１つのチャンネルを備える金属フォームに関する。
【００２２】
有利には、チャンネルは直線または曲線状のチューブの形状である。
【００２３】
有利には、再び、チャンネルおよびフォームはアルミニウムまたはアルミニウム合金系である。
【００２４】
本発明の第１の利点は、フォーム自体と同じ性質のチャンネルを組み込むフォームの製造にある。
【００２５】
本発明の他の利点は、金属フォームおよび１つのチャンネルまたは複数のチャンネルの初めての同時の製造にある。
【００２６】
本発明の他の利点は、いずれかの形状、例えば、直線、曲線状、その他のチャンネルを製造することにある。
【００２７】
本発明のさらに他の利点は、チャンネルと金属フォームとの間の負の相互作用がないことにある。
【００２８】
本発明のさらに他の利点は、１つのチャンネルまたは複数のチャンネルと金属フォームとの間の機械的強度または熱伝導率のいずれかの問題の除去にある。
【００２９】
本発明の他の特性、利点、および詳細は、一例として、添付図面を参照して以下に付与される実施形態のさらなる説明からより明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】コアが挿入されたプリフォームを示す図である。
【図２】コアの異なる実施形態の断面図を示す。
【図３】コアの異なる実施形態の断面図を示す。
【図４】コアの異なる実施形態の断面図を示す。
【図５】コアの異なる実施形態の断面図を示す。
【図６】コアの異なる実施形態の断面図を示す。
【図７】コアの他の実施形態を示す断面図である。
【図８】インサイチュで作製されたチャンネルを備えた金属フォームの断面図である。
【図９】インサイチュで作製されたチャンネルを備えた金属フォームの断面図である。
【図１０】中心コアの外面上（または耐熱材料上）に溝または切込みを形成することにある異なる実施形態を示す図である。
【図１１】中心コアの外面上（または耐熱材料上）に溝または切込みを形成することにある異なる実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
説明の次の部分では、プリフォームは、公知の方法、つまり、塩化ナトリウムなどの塩からなる凝視したボールを使用して作製され、公知の方法で使用されて金属フォームを製造したと考えられるべきである。金属フォームを構成する材料も公知であり、例として、アルミニウム、アルミニウム合金、および鋳造において使用されるいずれかの他の公知の材料が使用されることができる。より詳細については上記特許が参照されてもよい。
【００３２】
前に言及されたように、本発明によれば、コアはプリフォームに挿入され、そのようなコアは、異なる方法で調製されることができる。一般的に言えば、本発明は、インサイチュでチャンネルを製造するように、金属フォームと同じ構成材料での可溶性コーティング材料の層の置換に基づく。
【００３３】
図１は、コア２が配置された、圧縮または圧縮されていないボール１から構成されたプリフォームの図を示す。このコアは中心コア３およびコーティング４によって構成される。明瞭さのために、プリフォーム６はそのモールドから取り除かれて示されている。このプリフォームは形状が平行六面体であり、図１によるコア２はその内部に挿入される。ボール１はすべて互いに密接に接触していると見られることができる。コーティング４の先端はプリフォームの側壁と同一平面であるのに対して、コア３は突出している。この実例は全く限定されず、本発明は、ワックスが表皮を作成するように突出する、またはフォームに対して突出するチューブを得ることを可能にすることによってなされることが都合がよい可能性がある。
【００３４】
当然、コア２は、初めに、ユーザの必要による垂直または傾斜位置に溶融金属注入モールド内に配置され、次いで、ボールはモールドに注がれる。フォームは、次いで、ここでさらなる説明を必要としない公知技術を使用して製造される。いくつかのコアがいくつかのチャンネルを得るように挿入されることができることは言うまでもない。
【００３５】
図２は、中心コア３およびコーティング４から形成されたコア２の第１の実施形態の断面図を示す。中心コア３は、例えば、鋳造技術で通常使用されるセラミック材料、鋼、または砂によって構成される。ここでコーティングは、ワックスまたは低温で可溶性の他の材料の層によって構成される。低温可溶性材料は、その融点が４０℃〜１５０℃であると考えられる。当然、中心コアの直径およびコーティングの層の厚さは、金属フォームを意図した用途によって決定される。このように、２ｍｍを超える中心コア３の直径が想像され、０．５ｍｍ〜１０ｍｍ（好ましくは０．５〜３ｍｍ）のコーティング厚さが採用されることができる。
【００３６】
図は直線コアを示すが、任意の形状のコアが使用されてもよいことは言うまでもない。この場合、砂の中心コアが好ましい。
【００３７】
コア２を一体にするこのプリフォーム１は標準的に使用されて金属フォームを製造する。このように、モールド内の温度が上昇するにつれて、ボールは固いプリフォームを作成するように凝集し、次いで、コーティング４は、溶解、単に流して捨てることによって除去される。溶融金属は、公知の方法で注入されて、ボールと、プリフォームと残留コアとの間のコーティングによって残された自由空間との間の空間を占め、チャンネルを構成する。冷却後、中心コア３は、砂からなるなら、形成されたチャンネルをきれいにするように、抜き出されまたは除去される。
【００３８】
図３は、３つの部分からなるコア２の異なる実施形態の断面図を示し、耐熱材料５の層が中心３に適用され、その後、ワックスまたは低温可溶性材料のコーティング４が適用される。この耐熱材料の利点は、それは、金属が冷却した後にモールドからコアを除去することを容易にするが、中心コア３はその剛性を確実にするという点にある。この耐熱材料は、また、最終チャンネルの直径が中心コアを変更する必要なく変更されることを可能にする。
【００３９】
図４は、チャンネル６を形成するために中心コア３が長手方向にくり抜かれた図３によるコア２を示す。この実施形態の利点は、中心コア３を構成する材料を低減することにある。そのような実施形態のさらなる利点は、鋳造後の冷却を改善するために、このチャンネルを介して気流を循環させることができる可能性にある。中心コアは、この場合、多かれ少なかれ厚いチューブの形状である。
【００４０】
図５は、４つの部分で作製されたコア２の他の実施形態の断面図を示す。中心コア３は、それ自体、セラミック材料７の層および最後に、コーティング層４で被覆された耐熱材料の層５によって被覆される。セラミック材料を使用することによって、耐熱材料の剛性が向上されることが可能であり、耐熱材料中に溶融アルミニウムが任意に潜在的に浸透されることが防止され、それによって、ミクロクラッキングを回避する。
【００４１】
図６は、チューブ形状の中空中心コア３が設けられた図５に示されたものの異なる実施形態を示す。この実施形態は、中心コアの構成材料の軽減を可能にする。
【００４２】
図を参照して前に説明されたコアはすべて、金属フォーム内部の１つまたはいくつかのチャンネルを製造することができるようにプリフォームに挿入される。この目的のために、コアはフォーム製造モールド内に配置され、次いで、ボールは適所に置かれ、それらの相互の接触を確実にするように凝縮される。必要ならば、プリフォームは圧縮される。
【００４３】
これらのコアはすべて、セラミック材料、鋼、または砂、より一般的に、鋳造作業に適する任意の材料からなる中心コアを組み込んでもよい。中心コアは、それがその抜き出しを確実にするように直線棒状の形状であるなら、セラミック材料または鋼からなり、得られたチャンネルは直線状であることは言うまでもない。コアはプリフォーム内部の任意の位置に設置されてもよく、チューブは、金属フォームの任意の面上の任意の点、入口、または出口で開いていてもよい。
【００４４】
図７は、その中心コア９がいくつかの曲線を組み込み、ワックスまたは他の低温可溶性材料のコーティング４によって被覆されるコア２の他の実施形態を示す。この場合、中心コア９は砂または他の砕けやすい材料からなる。フォーム内部で得られたチャンネルは、金属フォームを循環する流体と、チャンネル内を循環する流体との間により大きな表面積をもたらす。
【００４５】
図８は、コーティングが溶解された後に、ボールと中心コアとの間の自由空間内に管状チャンネル１２が形成されたワイヤーメッシュ１１によって形成された金属フォーム１０のブロックの断面図を示す。チャンネル１２の厚さはワックス層の厚さと実質的に等しいことが理解される。
【００４６】
本発明の利益は、溶融金属が鋳造される場合に、フォーム１０およびチャンネル１２が同時に作製されるので容易に理解される。それらは、このように、同じ性質であり、それによって、これらの２つの要素の同一の伝導性を確実にし、機械的強度のいかなる問題も取り除く。
【００４７】
図９は、チャンネル１２に沿った長手方向断面図を示し、チャンネル１２が、材料の溶融とともに金属フォームのメッシュ１１に十分に埋め込まれることが観察されることができる。
【００４８】
図１０および図１１は、中心コア３の外面上（または耐熱材料上）に溝または切込みを形成することにある異なる実施形態を示す。前記溝または切込みはコーティング４で満たされ、それらは、金属が鋳造される場合に、熱交換を改善するようにチャンネル内部に配置された交換表面を作成するコーティング４の内面に沿った連続または不連続の突起部１３を引き起こす。これらの突起部１３は、三角形および長方形の断面の形態で限定しない実例としてここに示される。それらがチャンネル内部の流体の流れを保つ間に熱交換を改善するように他の形態であってもよいことは当業者にとって言うまでもない。この実施形態の１つの利点は、チャンネル内部で交換表面、したがって装置の性能の増大にある。
【００４９】
本発明を示す図は、限定しない例として、実質的に円形断面を備えた、コア、コーティング、および管類を示し、当業者が異なる断面、すなわち楕円形または長方形を使用して本発明を実行することができることは言うまでもない。
【００５０】
本発明によるフォームは、いかなるタイプ、液体／液体、液体／ガス、またはガス／ガス、または相変化流体（液体−＞ガス）の熱交換器の製造に特に適する。
【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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【国際調査報告】
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