(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱伝導性を有する伝熱部材（２０）と、前記伝熱部材に一体に設けられ、前記伝熱部材との間で熱移動が行われるフィン（２１；１２１；２２１）と、を備え、
前記フィンは、集合した複数個のカーボンナノチューブによってそれぞれ構成される複数個のカーボンナノチューブ集合体（２１０；１２１０；２２１０）であり、
前記複数個のカーボンナノチューブ集合体は、前記伝熱部材上に間隔をあけて設けられ、前記伝熱部材から前記カーボンナノチューブの軸方向に突出することを特徴とする熱交換装置。
【請求項２】
前記複数個のカーボンナノチューブ集合体は、前記カーボンナノチューブにおいて炭素によって形成される六員環ネットワークが延びる方向に、前記伝熱部材から突出することを特徴とする請求項１に記載の熱交換装置。
【請求項３】
前記複数個のカーボンナノチューブ集合体は、その周囲を流れる流体の流れ方向に対して垂直となる方向に、前記伝熱部材から突出することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の熱交換装置。
【請求項４】
前記伝熱部材は、それぞれ内部に冷媒が流れ、間隔をあけて積層配置された複数個のチューブ（２０）であり、
前記複数個のカーボンナノチューブ集合体は、前記チューブのそれぞれの表面（２０ａ）に間隔をあけて設けられ、隣接する前記チューブに向かって突出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項５】
前記伝熱部材は、外部に発熱する発熱部材であり、
前記複数個のカーボンナノチューブ集合体は、前記発熱部材の表面（２０ａ）に間隔をあけて設けられ、前記発熱部材から前記カーボンナノチューブの軸方向に突出することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の熱交換装置。
【請求項６】
熱伝導性を有しろう材が被覆されたチューブ（２０）の表面（２０ａ）に間隔をあけて触媒を配置して複数個の触媒配置箇所を設定する触媒配置工程と、
前記複数個の触媒配置箇所がそれぞれ設定された複数個の前記チューブを間隔をあけてヘッダタンク（３、４）に組み付けて組立品を作成する組立工程と、
前記組立品を炉の内部に設置して、メタンまたはアセチレンガス中の前記炉の内部で加熱する加熱工程と、
を備えることを特徴とする熱交換装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、発熱または吸熱する伝熱部材の表面積を拡大するフィンを備えた熱交換装置及びその製造方法等に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載の熱交換器は、所定の間隔を隔てて複数並列に配置され、冷却風が通過する側部が所定の厚さを有するチューブと、隣合うチューブ間に所定の隙間をおいて積層形成され、チューブ内を通過する流体の放熱を行うフィンとを備える。この波状のフィンについては、フィンの板厚を厚くするか、フィンの高さ幅を小さくすることにより、フィン効率を改善すれば、フィンの放熱性能を高めることができる。
【０００３】
また、放熱性能の向上や流体流通抵抗の低減のためには薄肉のフィンを用いることが考えられるが、フィン効率の確保と材料の加工限界との観点から、アルミニウム製フィンの場合、５０μｍ程度の板厚が現実的である。ここでいうフィン効率は、理想的なファンから放出される熱流量、換言すれば、フィン表面がすべてフィンの根元温度に等しいと仮定した場合の伝熱量に対する実際のフィンから放出される熱流量の割合のことである。
【０００４】
また、従来、フィン効率向上させるためフィン材料の熱伝導率が高くなるように工夫がなされている。特許文献２には、高分子フィルムをグラファイト化したグラファイトシートを金属板の表面に貼り付け、この金属板とともに波状に折り曲げ加工して製作した放熱フィンを備える熱交換装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−５０６７８号公報
【特許文献２】特許第３６４９１５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のような波状のフィンを有する熱交換器においては、フィンを薄肉する場合、フィン効率確保のためには、基準伝熱面からのフィン高さを低く設定する必要がある。フィン高さの低減は、装置の小型化に寄与する。一方で、フィン高さを低く設定すると、フィンの表面積量を大きくできないため、伝熱表面積を確保できないという問題がある。また、伝熱表面積の確保のために、ある一定のフィン高さを確保したままフィンを薄肉化した場合、フィン効率の低下による放熱性能の低下が懸念される。さらに、フィンの薄肉化は、前述したように、製造上の限界があり、またフィン形状を維持するためには一定以上の板厚が必要となる。
【０００７】
また、特許文献２に開示の装置は、波状の成形金属板よりフィン効率が高い放熱フィンを提供できるが、装置の小型化と熱交換性能との両立を図るという要求に対してはまだまだ不十分である。
【０００８】
そこで本発明は、前述の問題点を鑑みてなされたものであり、単位容積あたりの伝熱表面積の向上と小型化との両立が図れる熱交換装置及び熱交換装置の製造方法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】
【０００９】
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。なお、特許請求の範囲及び下記各手段に記載の括弧内の符号は、ひとつの態様として後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示す一例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【００１０】
開示される熱交換装置に係る発明のひとつは、熱伝導性を有する伝熱部材（２０）と、伝熱部材に一体に設けられ、伝熱部材との間で熱移動が行われるフィン（２１；１２１；２２１）と、を備え、
フィンは、集合した複数個のカーボンナノチューブによってそれぞれ構成される複数個のカーボンナノチューブ集合体（２１０；１２１０；２２１０）であり、
複数個のカーボンナノチューブ集合体は、伝熱部材上に間隔をあけて設けられ、伝熱部材からカーボンナノチューブの軸方向に突出することを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、直径がナノサイズ以上のカーボンナノチューブの集合体が間隔をあけて伝熱部材の表面に形成される。これにより、複数個のカーボンナノチューブ集合体が間隔をあけて伝熱部材から突出するため、この林立する集合体の間に流体が流通可能であり、各カーボンナノチューブ集合体の表面積が伝熱のための表面積になる。各カーボンナノチューブ集合体は非常に細いため、伝熱部材からその軸方向に突出して林立する複数個の集合体によって、波状のフィンの場合に比べて、単位容積あたりの伝熱表面積を多大に形成することができる。また、カーボンナノチューブは、例えばアルミの７〜１０倍の熱伝導率を有するため、ミクロンレベルの非常に細いフィン形状でもフィン効率が低下することなく高いフィン効率を確保できる。したがって、高いフィン効率のために有効な伝熱表面積を増やすことが可能になるため、装置の容積も小さくできる。以上より、この発明によれば、単位容積あたりの伝熱表面積の向上と小型化との両立が図れる熱交換装置が得られる。
【００１４】
また、開示される熱交換装置の製造方法に係る発明のひとつは、熱伝導性を有しろう材が被覆されたチューブ（２０）の表面（２０ａ）に間隔をあけて触媒を配置して複数個の触媒配置箇所を設定する触媒配置工程と、複数個の触媒配置箇所がそれぞれ設定された複数個のチューブを間隔をあけてヘッダタンク（１１、１２）に組み付けて組立品を作成する組立工程と、組立品を炉の内部に設置して、メタンまたはアセチレンガス中の炉の内部で加熱する加熱工程と、を備えることを特徴とする。
【００１５】
この発明によれば、加熱工程の際に、各触媒配置箇所からカーボンナノチューブの集合体が成長するようになる。この集合体は、各触媒配置箇所においてチューブの表面から突出するように伸びて成長する。すなわち、チューブの表面から、隣接するチューブに向かってそれぞれ延びる複数個のカーボンナノチューブ集合体を、チューブとヘッダタンク等とをろう付けする炉中ろう付け工程を実施することによって、ろう付けとともに形成することができる。したがって、この発明によれば、複数個のカーボンナノチューブ集合体をチューブ間に備える熱交換装置が得られ、この熱交換装置によれば、単位容積あたりの伝熱表面積の向上と小型化との両立を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の熱交換装置の一実施形態である第１実施形態の熱交換器を示す斜視図である。
【図２】第１実施形態の熱交換器におけるチューブ及びフィンの構成を示す部分断面図である。
【図３】第１実施形態におけるチューブ及びフィンの構成を示す斜視図である。
【図４】第１実施形態の熱交換器についての製造工程を示す工程図である。
【図５】触媒配置工程後の状態を示す斜視図である。
【図６】炉中ろう付け工程においてカーボンナノチューブの集合体が成長する過程を示す斜視図である。
【図７】炉中ろう付け工程後の状態を示す正面図である。
【図８】第２実施形態におけるチューブ及びフィンの構成を示す斜視図である。
【図９】第３実施形態におけるチューブ及びフィンの構成を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下に、図面を参照しながら本発明を実施するための複数の形態を説明する。各形態において先行する形態で説明した事項に対応する部分には同一の参照符号を付して重複する説明を省略する場合がある。各形態において構成の一部のみを説明している場合は、構成の他の部分については先行して説明した他の形態を適用することができる。各実施形態で具体的に組み合わせが可能であることを明示している部分同士の組み合わせばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、明示していなくても実施形態同士を部分的に組み合せることも可能である。
【００１８】
（第１実施形態）
本発明に係る熱交換装置は、発熱または吸熱する伝熱部材の表面積を拡大するフィンを備える装置である。この熱交換装置には、以下のような装置が含まれる。例えば、熱交換装置は、伝熱部材と、発熱体である伝熱部材または発熱体と熱的に接続される伝熱部材に一体に設けられたフィンとを備えて構成される。したがって、発熱体の熱は、伝熱部材からフィンに移動し、さらにフィンの周囲を流れる流体に移動することにより、発熱体は冷却される。例えば、熱交換装置は、内部を熱媒体が流れるチューブと、チューブに一体に設けられたフィンとを備えて構成される。したがって、熱媒体の熱は、チューブからフィンに移動し、さらにフィンの周囲を流れる流体に移動することにより、熱媒体は冷却される。
【００１９】
本発明の一実施形態である第１実施形態を図１〜図７を参照しながら説明する。例えば、熱交換器１は、車両用空調装置に用いられる冷凍サイクル中に配設される部品である。熱交換器１は、例えば、圧縮機で高温高圧に圧縮された冷媒を、放熱器で放熱冷却され、減圧装置で低温低圧に減圧された後に、蒸発する蒸発器として用いられる。また、熱交換器１は、例えば、圧縮機で高温高圧に圧縮された冷媒で放熱して冷却する放熱器や冷媒を凝縮する凝縮器として用いられる。
【００２０】
熱交換器１が高圧側の冷媒圧力が冷媒の臨界圧力以上となる超臨界のヒートポンプサイクルに搭載された場合には、冷媒は臨界温度の低い二酸化炭素（ＣＯ２）が用いられる。また、熱交換器１を流通する冷媒は、二酸化炭素に限るものではなく、フロン等の他の冷媒であってもよい。
【００２１】
熱交換器１の一例として、図１に示すものの構成を以下に説明する。熱交換器１は主に熱交換コア部２、上部ヘッダタンク３、下部ヘッダタンク４等より構成される。熱交換コア部２は、複数個のチューブ２０と複数個のフィン２１とを交互に積層し、その積層方向の両最外方端部のフィン２１のさらに外側にサイドプレート２２を配設して構成されている。フィン２１は、熱交換のための表面積を拡大する熱交換用フィンである。図１及び図２において、Ｘ方向は複数個のチューブ２０が並ぶ方向であり、Ｚ方向は空気が流れる方向であり、Ｙ方向はチューブ２０の長手方向であり鉛直上方向である。
【００２２】
熱交換コア部２は、上下方向に延びるチューブ２０が横方向に複数個並ぶ列を、冷媒と熱交換される外部流体である空気流れの上流側と下流側にそれぞれ一列ずつ配し、空気流れ方向に少なくとも２列に並ぶようにして構成されている。チューブ２０は、薄肉のアルミニウムやアルミニウム合金製の帯状板材を折り曲げ加工すること等によって、長手方向（内部流体の流れ方向）に直交する横断面が扁平状を呈するように形成された管状部材である。チューブ２０内には、例えばインナーフィンが接合されている。
【００２３】
サイドプレート２２は、熱交換コア部２における補強部材であり、アルミニウムやアルミニウム合金製の平板材をプレス加工することにより成形される。サイドプレート２２の長手方向端部側は、平板状に形成され、他の大半の部分はチューブ２０、フィン２１の積層方向外方に開口するコの字状断面となるように形成されている。また、サイドプレート２２には、隣接するチューブ２０に向かって突出するフィン２１を設けるようにしてもよい。
【００２４】
風下側ヘッダタンク１１は、風下側のチューブ２０の上端に接続される風下側上部タンク３１及び風下側のチューブ２０の下端に接続される風下側下部タンク４１からなる。風下側ヘッダタンク１１は、風下側のチューブ２０の内部から流入してきた冷媒が収集されるチャンバであり、風下側のチューブ２０の内部に冷媒を分配するチャンバである。
【００２５】
風下側上部タンク３１の横方向の左側端部（反Ｘ方向側の端部）には、ブロック状のコネクタ５がろう付け接合されている。コネクタ５は、冷媒を熱交換コア部２の内部に導入するために風下側ヘッダタンク１１の内部と連通するように設けられる冷媒入口部としての流入口５１を備えている。
【００２６】
風上側ヘッダタンク１２は、風上側のチューブ２０の上端に接続される風上側上部タンク３２及び風上側のチューブ２０の下端に接続される風上側下部タンク４２からなる。風上側ヘッダタンク１２は、風上側のチューブ２０の内部から流入してきた冷媒が収集されるチャンバであり、風上側のチューブ２０の内部に冷媒を分配するチャンバである。
【００２７】
コネクタ５は、熱交換コア部２の内部から冷媒を外部部品に流出させるために風上側ヘッダタンク１２の内部と連通するように設けられる冷媒出口部としての流出口５２を備えている。このように流入口５１および流出口５２は、各ヘッダタンク１１、１２の横方向の一方側端部の同一の側に設けられている。
【００２８】
上部ヘッダタンク３は、チューブ２０の長手方向に２分割された反チューブ側のタンクヘッダとチューブ側のプレートヘッダとからなり、キャップが設けられ、風下側上部タンク３１及び風上側上部タンク３２を含んでいる。タンクヘッダ及びプレートヘッダは、それぞれ２つの半円形状あるいは２つの半矩形形状が接続される断面形状を有し、アルミニウム製の平板材をプレス加工して成形されている。両ヘッダが互いに嵌合、ろう付けされ、送風される空気の流れ方向に２つの内部空間が並ぶ筒状体を形成している。風下側上部タンク３１及び風上側上部タンク３２のそれぞれの長手方向端部の開口部には、アルミニウム製の平板材をプレス加工により成形したキャップがろう付け接合され、この開口部を閉塞している。
【００２９】
下部ヘッダタンク４は、上部ヘッダタンク３に準ずるものであり、タンクヘッダとプレートヘッダとにより構成された筒状体の長手方向両端部の開口部にキャップが設けられ、風下側下部タンク４１及び風上側下部タンク４２を含んでいる。
【００３０】
また、上下のヘッダタンク３、４の熱交換コア部２寄りの壁面には、チューブ挿入口、サイドプレート用挿入口が長手方向に同一ピッチで設けられている。さらに各チューブ２０の長手方向端部側、サイドプレート２２の長手方向端部側がそれぞれ挿入され、ろう付け接合されている。これによってチューブ２０は上下のヘッダタンク３、４の内部空間に連通し、また、サイドプレート２２の長手方向端部側は上下のヘッダタンク３、４に支持されている。
【００３１】
図２に示すように、各チューブ２０には、一体に設けられたフィン２１を備える。図２及び図３に示すように、フィン２１は、集合した複数個のカーボンナノチューブによってそれぞれ構成される複数個のカーボンナノチューブ集合体（以下、ＣＮＴ集合体２１０ともいう）からなる。各ＣＮＴ集合体２１０は、直径数ｎｍ〜数十ｎｍのカーボンナノチューブ同士がファンデルワールス力によって集結して集合体の形状を保持することができる。このように各ＣＮＴ集合体２１０は、多数のカーボンナノチューブが束状に集まって構成される。複数個のＣＮＴ集合体２１０は、各チューブ２０の平坦部２０ａ上に間隔をあけて設けられている。
【００３２】
各ＣＮＴ集合体２１０は、各チューブ２０の相対向する平坦部２０ａから、隣接するチューブ２０に向かって各カーボンナノチューブの軸方向（長手方向）に突出する。複数個のＣＮＴ集合体２１０は、平坦部２０ａから林立するように突出し、空気等の流体が、チューブ２０間に林立するＣＮＴ集合体２１０の間を流れ、各ＣＮＴ集合体２１０と熱交換して、冷媒を冷却したり加熱したりする。このような構成により、チューブ２０間で林立する複数個のＣＮＴ集合体２１０は、発熱または吸熱する伝熱部材の表面積を拡大するフィンとして機能する。また、ＣＮＴ集合体２１０は、図２及び図３に図示するように、その周囲を流れる流体（空気）の流れ方向に対して垂直となる方向に、伝熱部材（チューブ２０）から突出する。
【００３３】
各チューブ２０は、発熱または吸熱する伝熱部材の一例である。各チューブ２０の内部を高圧冷媒が流れる場合は、各チューブ２０は外部に対して発熱する。この場合、熱媒体である冷媒の熱は、チューブ２０から各ＣＮＴ集合体２１０に移動し、さらに各ＣＮＴ集合体２１０の周囲を流れる空気等の流体に移動することにより、冷媒は冷却される。各チューブ２０の内部を減圧後の冷媒が流れる場合は、各チューブ２０は外部から吸熱する発熱する。この場合、各ＣＮＴ集合体２１０の周囲を流れる空気等の流体の熱は、各ＣＮＴ集合体２１０に移動し、さらにＣＮＴ集合体２１０からチューブ２０に移動することにより、チューブ２０内を流れる冷媒によって吸熱される。
【００３４】
次に、熱交換装置の製造方法について図４〜図７を参照して説明する。熱交換装置の製造方法は、触媒配置工程（ステップＳ１０）と、組立工程（ステップＳ２０）と、炉中ろう付け工程（ステップＳ３０）と、を備える。触媒配置工程では、各チューブ２０の表面の一つである平坦部２０ａに間隔をあけて触媒を配置する。したがって、平坦部２０ａ上に、触媒配置箇所２１１を複数個設定することになる。触媒配置箇所２１１は、フィン２１を構成する複数個のＣＮＴ集合体２１０の根元部に相当する。例えば図５に図示するように、平坦部２０ａにおいて触媒を丸状に担持させた場合には、触媒配置箇所２１１から突出する円柱状のＣＮＴ集合体２１０を形成することができる。
【００３５】
次の組立工程では、各チューブ２０を上部ヘッダタンク３及び下部ヘッダタンク４の所定のチューブ挿入口に差し込み、さらにサイドプレート２２、キャップ等を組み付ける。この組立工程により、製品形状となる熱交換器１に組み上げられる。炉中ろう付け工程において、組立品の形状や位置が変形しないように所定の部位を保持する。なお、チューブ２０、サイドプレート２２、キャップ等には、後の炉中ろう付け工程で、ろう付け接合が行うためのろう材が予め被覆されている。すなわち、これらの各部材には、ろう材がクラッドされたクラッド材が用いられる。
【００３６】
次の炉中ろう付け工程は、組立工程を経た形成された組立品を炉の内部に置き、メタンまたはアセチレンガス中で加熱する加熱工程である。つまり、触媒金属のナノ粒子とメタン、アセチレンガス等の炭化水素を熱分解してカーボンナノチューブを成長させるのである。加熱温度は、ろう材が溶融する温度（例えば５８０〜６００℃程度）に設定され、加熱時間は例えば２０〜３０分程度である。この工程により、各部材の接合部分で溶融したろう材によって、各部材同士がろう付け接合されるとともに、ＣＮＴ集合体２１０を形成することができる。炉中ろう付け工程では、図６に図示するように、各触媒配置箇所２１１から平坦部２０ａから突出する方向に、カーボンナノチューブが徐々に伸びるように成長するようになる。この成長は、加熱工程において継続し、やがて図７に図示する所定の高さに達する。このときＡｌ２Ｏ３とガス中のカーボンが反応してアルミニウムカーバイド（Ａｌ４Ｃ３）が根元部２１０ａに形成される。このアルミニウムカーバイドで被覆された根元部２１０ａによって、各ＣＮＴ集合体２１０が支持されるので、この根元部２１０ａが補強材として機能する。
【００３７】
以上の工程は、ＣＶＤ合成法等を活用した製造方法でもある。以上の工程を実施することにより、複数個のＣＮＴ集合体２１０が林立するチューブ２０を備える熱交換器１を製造することができる。また、この製造方法によれば、複数個のＣＮＴ集合体１２１０が、チューブ２０から、カーボンナノチューブにおける炭素の六員環ネットワークが延びる方向に延びることになる。
【００３８】
次に、第１実施形態の熱交換装置がもたらす作用効果を以下に述べる。熱交換装置は、熱伝導性を有する伝熱部材と、伝熱部材に一体に設けられ伝熱部材との間で熱移動が行われるフィン２１と、を備える。フィン２１は、集合した複数個のカーボンナノチューブによってそれぞれ構成される複数個のＣＮＴ集合体２１０である。複数個のＣＮＴ集合体２１０は、伝熱部材上に間隔をあけて設けられ、伝熱部材からカーボンナノチューブの軸方向に突出する。
【００３９】
これによれば、直径がナノサイズオーダーのカーボンナノチューブの集合体が間隔をあけて伝熱部材の表面に形成される。これにより、複数個のカーボンナノチューブ集合体２１０が間隔をあけて伝熱部材から突出するため、この林立する集合体の間に流体が流通可能であり、各ＣＮＴ集合体２１０の表面積が伝熱のための表面積になる。各ＣＮＴ集合体２１０は非常に細いため、伝熱部材からその軸方向に林立する複数個の集合体によれば、従来の波状フィンに比べて、単位容積あたりの伝熱表面積を多大にすることができる。したがって、必要な伝熱表面積を形成するための容積も小さくできる。さらにカーボンナノチューブ自体は熱伝導率が高いため、ＣＮＴ集合体２１０の根元部と先端部の温度差が小さい。このため、複数個のＣＮＴ集合体２１０によって構成されるフィン２１は、前述のフィン効率が高く、高い熱交換性能を発揮できる。以上より、第１実施形態の熱交換装置によれば、単位容積あたりの伝熱表面積の向上と小型化との両立を図ることができる。
【００４０】
また、複数個のＣＮＴ集合体２１０は、カーボンナノチューブにおいて炭素によって形成される六員環ネットワークが延びる方向に、伝熱部材から突出する。この構成によれば、六員環ネットワークがカーボンナノチューブの軸方向に延びる構造であるため、カーボンナノチューブの長手方向について熱伝導性を高めることができる。したがって、ＣＮＴ集合体２１０は、その根元部と先端部の温度勾配が小さくなるため、フィン２１によるフィン効率を向上することに寄与する。
【００４１】
また、複数個のＣＮＴ集合体２１０は、その周囲を流れる流体の流れ方向に対して垂直となる方向に、伝熱部材から突出する。この構成によれば、ＣＮＴ集合体２１０の周囲におけるスムーズな流体流れの形成に貢献できる。また、この構成によれば、フィンとしての複数個のＣＮＴ集合体２１０を効率的に配置することができ、伝熱表面積の拡大に貢献できる。
【００４２】
また、伝熱部材は、それぞれ内部に冷媒が流れ、間隔をあけて積層配置された複数個のチューブ２０である。複数個のＣＮＴ集合体２１０は、チューブ２０のそれぞれの表面（平坦部２０ａ）に間隔をあけて設けられ、隣接するチューブ２０に向かって突出する。この構成によれば、従来の波状フィンに比べて、単位容積あたりの伝熱表面積を多大にできるフィン構造を提供できる。したがって、必要な伝熱表面積を形成するための容積も小さくできるため、チューブ２０とフィン２１を交互に配置して積層する構造を有する熱交換コア部２の小型化が図れる熱交換器を提供できる。
【００４３】
また、伝熱部材は、外部に発熱する発熱部材である。複数個のＣＮＴ集合体２１０は、発熱体である発熱部材の表面に間隔をあけて設けられ、発熱体からカーボンナノチューブの軸方向に突出する。この構成によれば、単位容積あたりの伝熱表面積を多大にできる放熱用フィンの構造を提供できる。したがって、小さい占有容積で効率的な放熱が実施できるので、放熱性能と小型化との両立が図れる放熱装置（例えばヒートシンク）を提供できる。
【００４４】
熱交換装置の製造方法のひとつは、触媒配置工程と組立工程と加熱工程とを備える。触媒配置工程は、熱伝導性を有しろう材が被覆されたチューブ２０の表面（平坦部２０ａ）に間隔をあけて触媒を配置して複数個の触媒配置箇所を設定する工程である。組立工程は、複数個の触媒配置箇所がそれぞれ設定された複数個のチューブ２０を間隔をあけてヘッダタンク３、４に組み付けるなどして組立品を作成する工程である。加熱工程は、組立品を炉の内部に設置して、メタンまたはアセチレンガス中の炉の内部で加熱する工程である。
【００４５】
この製造方法によれば、加熱工程の際に、各触媒配置箇所からカーボンナノチューブの集合体が成長するようになる。このＣＮＴ集合体２１０は、各触媒配置箇所においてチューブ２０の表面から突出するように伸びて成長する。すなわち、チューブ２０の表面から、隣接するチューブ２０に向かってそれぞれ延びる複数個のＣＮＴ集合体２１０を、チューブ２０とヘッダタンク３、４等とをろう付けする炉中ろう付け工程を実施することで各部間のろう付け接合と同時に形成することができる。したがって、複数個のＣＮＴ集合体２１０をチューブ２０間に備える熱交換器１が得られる。
【００４６】
また、熱交換装置は次のような方法でも製造できる。この製造方法は、触媒配置工程と加熱工程とを備える。触媒配置工程は、熱伝導性を有する伝熱部材の表面に間隔をあけて触媒を配置して複数個の触媒配置箇所を設定する工程である。加熱工程は、複数個の触媒配置箇所が設定された伝熱部材を炉の内部に設置してメタンまたはアセチレンガス中の炉の内部で加熱する工程である。
【００４７】
この製造方法によれば、加熱工程の際に、伝熱部材において触媒を配置した箇所からカーボンナノチューブの集合体が成長するようになる。このＣＮＴ集合体２１０は、各触媒配置箇所において伝熱部材の表面から突出するように伸びて成長する。すなわち、メタンまたはアセチレンガス中で伝熱部材を加熱することによって、間隔をあけて設けられた複数個のＣＮＴ集合体２１０をチューブ２０以外の伝熱部材上に突出するように形成できる。
【００４８】
（第２実施形態）
第２実施形態では、第１実施形態の他の形態であるフィン１２１について図８を参照して説明する。図８において、第１実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第２実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００４９】
図８に示すように、フィン１２１は、集合した複数個のカーボンナノチューブによってそれぞれ構成される複数個のＣＮＴ集合体１２１０からなる。各ＣＮＴ集合体１２１０は、直径数ｎｍ〜数十ｎｍのカーボンナノチューブ同士がファンデルワールス力によって薄板状に集結して集合体の形状を保持する。このように各ＣＮＴ集合体１２１０は、多数のカーボンナノチューブが薄板状の束に集まって構成される。複数個のＣＮＴ集合体１２１０は、各チューブ２０の平坦部２０ａ上に間隔をあけて設けられている。
【００５０】
複数個のＣＮＴ集合体１２１０は、平坦部２０ａから林立するように突出し、空気等の流体が、薄板状を形成する面に沿うようにＣＮＴ集合体１２１０の間を流れる。このような構成により、流体は、その流通抵抗が小さい状態で複数個のＣＮＴ集合体２１０の周囲を流れることになる。また、複数個のＣＮＴ集合体１２１０は、カーボンナノチューブにおける炭素の六員環ネットワークが延びる方向に、伝熱部材（チューブ２０）から突出している。
【００５１】
（第３実施形態）
第３実施形態では、第１実施形態の他の形態であるフィン２２１について図９を参照して説明する。図９において、第１実施形態と同様の構成であるものは同一の符号を付し、同様の作用、効果を奏するものである。第３実施形態で特に説明しない構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００５２】
図９に示すように、フィン２２１は、集合した複数個のカーボンナノチューブによってそれぞれ構成される複数個のＣＮＴ集合体２２１０からなる。各ＣＮＴ集合体２２１０は、直径数ｎｍ〜数十ｎｍのカーボンナノチューブ同士がファンデルワールス力によって薄板状に集結して集合体の形状を保持する。フィン２２１を構成する複数個のＣＮＴ集合体２２１０は、平面視で、流体が伝熱部材（チューブ２０）上を蛇行するように配置される。このような構成により、流体は、伝熱部材上で流れが乱されることにより、層流状態よりも乱流状態に近い流れを形成する。したがって、伝熱表面積の拡大、フィン効率の向上に加え、乱流化による熱交換性の向上が得られる熱交換装置を提供できる。
【００５３】
（他の実施形態）
上述の実施形態では、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。
【００５４】
上記実施形態において、複数個のＣＮＴ集合体と一体に構成される伝熱部材は、アルミニウム製に限定されない。伝熱部材は、例えば前述の製造方法により、ＣＮＴ集合体を成長可能とする素材であれば、金属に限らず用いることができる。
【符号の説明】
【００５５】
２０…チューブ（伝熱部材）
２１、１２１、２２１…フィン
２１０、１２１０、２２１０…ＣＮＴ集合体（カーボンナノチューブ集合体）
【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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