(57)【要約】本発明は、熱交換器の製造方法に関するものであり、特に、電子工学、遠隔通信、航空かつ／または宇宙の分野で使用されるものに関する。例えば、搭載した電子装置のための熱交換器、または搭載した電子装置のための熱排出、展開式または非展開式放熱器、またはヒートパイプ、または流体ループ、またはフィン付き中空冷却板、などに関わることがある。この製造方法は流体の循環に、ならびにこの流体と熱交換器の環境との間の熱交換を助けるのに適合した幾何学的形状に従ってコア（１）を製作する過程と；このコア（１）を粉体の形のベース（８）の素材の中に挿入する過程と；コア（１）の周囲でベース（８）の素材を圧縮する過程と；化学的手段でコア（１）を選択的に溶解する過程とから成る。
2004506092.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換器の製造方法において、
・流体の貯蔵と循環のために、さらにこの流体と熱交換器の環境との間の熱交換を助けるのに適合した幾何学的形状に従ってコア（１）を製作する過程と；
・このコア（１）を粉体の形のベース（８）の素材の中に挿入する過程と；
・コア（１）の周囲でベース（８）の素材を圧縮する過程と；
・化学的手段でコア（１）を選択的に溶解する過程：
とから成ることを特徴とする製造方法。
【請求項２】
ベース（８）の素材がベリリウムであることを特徴とする、請求項１に記載の製造方法。
【請求項３】
ベース（８）の素材がベリリウムによって、あるいはアルミ−ベリリウム合金によって構成されることを特徴とする、請求項２に記載の製造方法。
【請求項４】
ベース（８）の素材を圧縮する過程が加熱平衡プレスによって製作されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項５】
ベース（８）の素材がコアの周囲で押し出されるか、共押し出しされることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項６】
コア（１）が、コアの圧縮方法と両立できる素材によって、特に押し出しの場合は銅、また平衡プレスの場合は鋼鉄で製作されることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項７】
外面に線条（２）を形成するためにコア（１）を加工する作業が含まれることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項８】
コアの共押し出しと除去の後に、ヒートパイプタイプの線形の中空形材を形成することを特徴とする、請求項５〜７のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項９】
化学的手段でコアを選択的に溶解する過程はベース（８）の素材を浸蝕することなしにコアを除去し、かつ／またはミクロサイズの高多孔性の表面をベース（８）の素材の内側または外側構造の上に意図的に製作することを目的として、一つまたは複数の異なる溶液を用いて製作されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項１０】
同心に配置された２つの別個の材料で構成され、中心位置に配置された内部材料だけが化学的手段で選択的に除去されて、配管網内を循環する流体に対する両立性が困難な場合にベース（８）の素材の内部保護の役割を果たすためのコアの別の材料を残す管状のコアなどの、複数の異なる材料の組み立てによって構成されたコアが用いられることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか一つに記載の製造方法。
【請求項１１】
粉末から圧縮されたベース（８）の素材によって形成された熱交換器において、圧縮されたベース（８）の素材の中で選択的に溶解されたコア（１）が残した型に対応する中空内部構造を含むことを特徴とする、熱交換器。
【請求項１２】
ベース（８）の素材がアルミ−ベリリウム複合材料であることを特徴とする、請求項１１に記載の熱交換器。
【請求項１３】
搭載電子機器用ケースの熱交換機、搭載電子機器用ケースの口、搭載電子機器用熱排出、放熱器、ヒートパイプ、流体ループ、およびフィン式中空冷却板を含む一覧表に記載される装置に対応することを特徴とする、請求項１１または１２に記載の熱交換器。
【請求項１４】
線条（２）などの特定の加工を有するコア（１）の型に対応する少なくとも一つの区分を有する中空内部構造を備えていることを特徴とする、請求項１１〜１３のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１５】
ミリメートル以下の寸法の模様（２）を有する中空内部構造を備えていることを特徴とする、請求項１１〜１４のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１６】
三次元で展開された内部構造を有することを特徴とする、請求項１１〜１５のいずれか一つに記載の熱交換器。
【請求項１７】
ベース（８）の素材が、優れた毛管保持特性を示すミクロの孔の多孔性構造を、少なくとも表面的に、製作するために熱特性と熱交換表面積がベリリウム粒子の選択的浸蝕によって増加したアルミ−ベリリウム複合材料によって構成されることを特徴とする、請求項１１〜１６のいずれか一つに記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は熱交換器の製造方法の分野および熱交換器自体の分野に関するものである。
【０００２】
とくに、電子工学、遠隔通信、航空宇宙の分野で使用される熱交換器に関わることがある。例えば、搭載した電子装置のための熱交換器、または搭載した電子装置のためのケース、または搭載した電子装置のための熱排出、展開式または非展開式放熱器、またはヒートパイプ、または流体ループ、またはフィン付き中空冷却板、などに関わることがある。
【０００３】
宇宙の分野では、遠隔通信の分野と同様に、一部の電子構成部品および装置が発散する熱出力密度はますます大きくなっている。かかる熱束の放熱による抽出および排出には、発散要素との組み立ての面でますます高性能の新素材のみならず、とくに、ますます高性能の冷却および熱制御技術の使用が必要になる。例えば、衛星内で発散される熱出力密度は、数キロワットに達することがあるので、単相または二相の冷却液の、強制または非強制の、循環（流体ループ、ヒートパイプ、など）および展開式放熱器を利用する冷却技術の使用が必要になる。
【０００４】
冷却および熱制御技術は、製作のために複雑で高価な加工、組み立て技術を前提とする熱輸送および熱交換器に利用されている。なぜなら、これらの装置は優れた熱力学性能、ならびに高い気密レベルを示さなければならないからである。くわえて、ますます大きな交換能力を有する熱交換器の需要があるので、固定または展開表面積も増大する結果になっている。高い信頼性を維持しようとすれば、かかる表面積はこれらの装置の製作をなおいっそう複雑で高価なものにしてしまう。
【０００５】
本発明の一つの目的は、熱交換器の信頼性を維持、さらには向上させながら、先行技術のものよりも単純で、したがって、安価な蓄熱、熱輸送、熱交換器の製造方法を提案することである。
【０００６】
本発明によれば、この目的は、熱交換器の製造方法において、
・流体の貯蔵と循環のために、さらにこの流体と熱交換器の環境との間の熱交換を助けるのに適合した幾何学的形状に従ってコアを製作する過程と；
・このコアを粉体の形のベースの素材の中に挿入する過程と；
・コアの周囲でベースの素材を圧縮する過程と；
・化学的手段でコアを選択的に溶解する過程：
とから成ることを特徴とする方法によって達成される。
【０００７】
本発明に固有の一つの特徴によれば、ベースの素材はベリリウムである。
【０００８】
本発明に固有のもう一つの特徴によれば、ベースの素材はベリリウムによって、あるいはアルミ−ベリリウム合金によって構成される。
【０００９】
本発明の追加の特徴によれば、ベースの素材を圧縮する過程は加熱平衡プレスによって製作される。
【００１０】
本発明の別の特徴によれば、ベースの素材はコアの周囲で押し出されるか、共押し出しされる。
【００１１】
本発明の別の特徴によれば、コアはコアの圧縮方法と両立できる材料によって、特に押し出しの場合は銅、また平衡プレスの場合は鋼鉄で製作される。
【００１２】
本発明の追加の特徴によれば、外面に線条を形成するためにコア加工過程が含まれる。
【００１３】
本発明に固有の別の特徴によれば、コアの共押し出しと除去の後に、ヒートパイプタイプの線形の中空形材を形成する。
【００１４】
本発明の追加の特徴によれば、化学的手段でコアを選択的に溶解する過程はベースの素材を浸蝕することなしにコアを除去し、かつ／またはミクロサイズの高多孔性の表面をベースの素材の内側または外側構造の上に意図的に製作することを目的として、順番に、一つまたは複数の異なる溶液を用いて製作される。
【００１５】
本発明の別の特徴によれば、同心に配置された２つの別個の材料で構成され、中心位置に配置された内部材料だけが化学的手段で選択的に除去されて、配管網内を循環する流体に対する両立性が困難な場合にベースの素材の内部保護の役割を果たすためのコアの別の材料を残す管状のコアなどの、複数の異なる材料の組み立てによって構成されたコアが用いられる。
【００１６】
コアという名称の意味するところは、平衡プレスまたは押し出しによる圧縮の前にベースの素材の中に挿入され、あとから選択的化学的手段で除去することによってベースの素材の中にその相補的形状が残されるあらゆる要素を意味する。
【００１７】
このように、本発明の製造方法によれば、きわめて単純化された加工、組み立て過程によって熱輸送、熱交換器が工業的に製作される。
【００１８】
なぜなら、ベースの素材はコア全体の周囲と一続きの塊の形で圧縮できるので、コアを使用すると、内部構造を形成するために加工された部分を組み立てる必要なしに、中空内部構造を製作することができる。
【００１９】
加工しなければならないのはコア自体であり、周辺からそこに手が届くので加工は容易であるが、中空構造の内部では必ずしも容易ではない。
【００２０】
熱交換器の異なる部分の加工と組み立ての過程を制限するか、さらにはなくすことが可能なので、製造コストが削減される。しかし、さらに、組み立て表面も縮小するか、さらにはなくすので、装置はいっそう信頼性が高くなる。本発明を適用して製作された熱交換器は、このとき、より優れた力学および気密特性を示す。
【００２１】
熱交換器を構成する材料の圧縮の際に直接中空内部構造を作成することによって、本発明の製造方法の単純性のために優れた信頼性と、より高いコスト／性能比を得ることが可能になる。
【００２２】
「熱交換器」という用語は、流体の貯蔵、移送、蒸発または凝集の役割だけでなく、それを組み合わせた機能を果たす要素を含む。これらの熱交換機能は伝導と放熱を通じて実現される。これらの機能はアルミ−ベリリウムなどの金属母材の複合材の熱特性と、表面被覆によってとくによく果たされる。
【００２３】
アルミ−ベリリウムは、その中にベリリウム粒子が分散したアルミ母材の形であるという意味で金属母材複合材である。したがって、厳密にいえば合金そのものではない。
【００２４】
そのため本発明による製造方法は特に有利である、なぜならアルミ−ベリリウムはその熱力学特性の故にきわめて興味深い反面、加工と組み立てがきわめて困難だからである。それを使用するためには、レーザーまたは電子照射などによる鑞付けと溶接などの高価なことが多い特殊技術を用いなければならない。
【００２５】
アルミ−ベリリウムは衛星内をはじめ、熱分野で広く用いられている、なぜならきわめて高性能の熱力学特性を提供するからである（２に近い密度できわめて大きな剛性、２４０Ｗ／ｍ゜に近い、非常に高い熱伝導性、また特にかなり低い熱膨張率）。
【００２６】
事実、この物質は独自の特性を持っている：
・例えば、合金６０６１と同等の機械的特性；
・アルミ合金の３倍高い剛性：
・アルミ合金よりも２４％軽い：
・熱伝導率はアルミ合金より２５％高い：
・熱膨張率はアルミ合金より４０％低い：
・比熱はアルミ合金より７５％高い：
・熱光学処理を受けるのにきわめて適している。
【００２７】
したがって、有利なベースの素材はアルミ−ベリリウムなどの金属構造複合材料、とくにＢＲＵＳＨ　ＷＥＬＬＭＡＮ社が開発した材料のＡｌＢｅＭｅｔ １６２である。
【００２８】
その使用は、宇宙分野での熱関係の新たな需要に完全に応える、本発明による製造方法によって容易になる。なぜなら、搭載装置を利用する用途分野では、質量／性能比が決定的だからである。
【００２９】
アルミ−ベリリウム複合材料を使うことによって、本発明による製造方法は下記の要求条件の満足を、信頼できる形で、複雑な加工なしに保証することができる：固有気密性、高い機械的強度、大きな構造的剛性、および軽量。
【００３０】
本発明による製造方法を使用することによって、搭載電子機器用のケースのための熱交換器、搭載電子機器用ケースの口、搭載電子機器用熱排出、放熱器、ヒートパイプ、流体ループ、フィン式中空冷却板などの熱交換器の工業的製造が可能になる。
【００３１】
なお、アルミ−ベリリウム複合材料の特性は、きわめて軽量の放熱板の製作にも有利に用いることができることに留意したい。
【００３２】
本発明による製造方法は次の有利な特徴を単独に、または組み合わせて備えている：
・ベースの素材を圧縮することから成る作業が加熱平衡プレスかつ／または押し出しによって製作される；
・コアは、有利には、平衡プレスの場合は軟鋼で、押し出しの場合は銅で製作される。
【００３３】
中空内部構造に固有の特徴は、問題の用途分野に固有のコアの形状と断面によって与えられる。したがって、コアは所望の内部構造の相補的形状を有する。この形状は使用分野の必要によって決められる。例えば、コアは中実または中空、球形、平行六面体、または円錐形、溝、線条などを特定の加工を含む断面を備えた三角形、星形、などとすることができる。コアは線形、かつ／または曲線（蛇管、など）の区分を有するように形成することができる。コアはまた相互接続、または孤立させ、あるいは二次元または三次元の構造を形成するように配置することもできる。コアの寸法は任意で、ミリメートルまたはメートル、あるいは加工の精密さからミリメートル以下とすることができる。コアは、あらゆる加工、成形または組み立て法によって、加熱平衡プレス（かつ／または押し出し）法と選択的化学法によってコアを除去する作業と両立する材料内に製作できる。
【００３４】
コアは、本発明による製造方法において、機材の使用との両立を可能にする（温度、圧力、など）特定の表面処理、準備または特定の組み立ての対象とすることができる。
【００３５】
本発明のもう一つの目的は、先行技術のものと少なくとも等しい力学および熱性能ならびに気密レベルを有するが、もっと安価な熱貯蔵、輸送、交換器を提供することである。
【００３６】
このもう一つの目的は、粉末から圧縮されたベースの素材によって形成された熱交換器であって、圧縮されたベースの素材の中で選択的に溶解されたコアが残した型に対応する中空内部構造を含むことを特徴とする熱交換器によって達成される。
【００３７】
本発明による熱交換器は有利には下記の特徴を別個に、あるいは組み合わせて有利に備えている：
・ベースの素材はアルミ−ベリリウム複合材料；
・搭載電子機器用ケースの熱交換器、搭載電子機器用ケースの口、搭載電子機器用熱排出、放熱器、ヒートパイプ、流体ループ、およびフィン式中空冷却板を含む一覧表に記載される装置に対応する；
・線条などの特定の加工を有するコアの型に対応する少なくとも一つの区分を有する中空内部構造を備えている；
・ミリメートル以下の寸法の模様を有する中空内部構造を備えている；
・三次元で展開された内部構造を有する。
【００３８】
本発明の特定の特徴によれば、粉末から圧縮されたベースの素材によって形成された熱交換器は、圧縮されたベースの素材の中で選択的に溶解されたコアが残した型に対応する中空内部構造を備えている。
【００３９】
本発明の別の特定の特徴によれば、熱交換器はアルミ−ベリリウム複合材料である。
【００４０】
本発明の追加の特徴によれば、熱交換器は搭載電子機器用ケースの熱交換機、搭載電子機器用ケースの口、搭載電子機器用熱排出、放熱器、ヒートパイプ、流体ループ、およびフィン式中空冷却板を含む一覧表に記載される装置に対応する。
【００４１】
本発明の別の特定の特徴によれば、熱交換器は線条などの特定の加工を有するコアの型に対応する少なくとも一つの区分を有する中空内部構造を備えている。
【００４２】
本発明の追加の特徴によれば、熱交換器はミリメートル以下の寸法の模様を有する中空内部構造を備えている。
【００４３】
本発明の別の特定の特徴によれば、熱交換器は三次元で展開された内部構造を有する。
【００４４】
本発明の追加の特徴によれば、ベースの素材が、優れた毛管保持特性を示すミクロの孔の多孔性構造を、少なくとも表面的に、実現するために熱特性と熱交換表面積がベリリウム粒子の選択的浸蝕によって増加したアルミ−ベリリウム複合材料によって構成される。
【００４５】
本発明は付属の図面を参照してより良く理解することができるだろう。
図１は本発明による製造方法の実施例の異なる過程（図１ａ、ｂ、ｃ、ｄ）の概略図である；
図２は加工したコアの幾何学的形状の例（図２ａ）ならびにこのコアを除去した後に残された中空の内部構造（図２ｂ）の断面を示している；
図３は図１に示した本発明の製造方法によって得られた熱交換器の別の例である；
図４は複数個の放射状の薄片を有するヒートパイプの断面の例を示している；
図５は薄片の近傍の図４のヒートパイプの区域の多孔性微小構造の図である。
【００４６】
本発明による製造方法は、特定の、非制限的実施形態において、以下に詳しく説明する。この実施例によれば、組み込まれた蛇管網を備えた展開可能な放熱器が実現される。
【００４７】
図１に示したごとく、この実施例によれば、本発明による製造方法には４つの過程がある。
【００４８】
第一の過程において、コア１を準備し、加工する（図１ａ）。この場合、コアは銅製であるが、他の材料を用いることができる。コア１は図１ａに示したごとく蛇管に形成する。このコア１は中空管状で、長手方向に延長する線条２を外面に備えている（図２ａ）。このコア１の外径は数ミリメートル（例えば、６ｍｍ）程度である。線条２は断面が三角形で、尖端が放射状に伸びている構造を形成する。線条２の加工は、ベースの素材の上に直接その相補的形状を製作しようとしなかった場合のように、円筒形キャビティの内面上の線条の加工よりも容易である。
【００４９】
第二の過程では、ベースの素材の粉末４内にコア１を埋め込む（図１ｂ）。この材料はアルミ−ベリリウムである。粉末４は型６に入れてから、加熱平衡プレスにかける（図１ｂ）。
【００５０】
この過程の後で、ブロック８が得られ、型６の形状で決まるその幾何学的外形は、有利には、最終的製作で放熱器がとるであろう外形にすでにきわめて近い。
【００５１】
第三の過程によれば、コア１の尖端１０を出現させるためにブロック８が加工される（図１ｃ）。
【００５２】
有利には、この過程はＸ線造影でこれらの尖端１０をあらかじめ標定することによって容易になる。
【００５３】
第四の過程では、コア１を化学的に浸蝕する。そのために、浸蝕液をコア内に循環させてブロック８内部の化学的浸蝕によってコアを溶解する。浸蝕液は、例えば、過塩素酸轍によって、選択的イオン移動を可能にする。この浸蝕液は、ブロック８を、より長手方向相手機には、このブロック８内のコア１の型に対応する中空内部構造を浸蝕しないで、コア１を選択的に溶解することを可能にする（図１ｄと２ｂ）参照。なお、この条件において、コア全体をほとんど溶解しない限り、浸蝕液はベース８の素材と接触しないことに関して念を押しておく。この段階で、浸蝕速度比（例えば、＞３００）はベース８の素材がほとんど浸蝕されないような比であり、きわめて微細な幾何学的形状の製作が可能になる。
【００５４】
対象とする特定の用途分野の種類と機能に応じて、コアは特定の被覆、例えば、異なるタイプの方法、およびベース８の素材の圧縮温度との両立できるように拡散バリヤーを備えることができる。
【００５５】
ブロック８は次に、必要に応じて外から加工できる。
【００５６】
本発明による製造方法によって、安価な工業的手法で、特定の配管網と配置の多数の幾何学的形状を製作することができる。
【００５７】
さらに図３に示したのは、本発明を適用した熱交換器の別の例である。これはフィン式中空板１２であり、当業者には英語で”Ｆｉｎｎｅｄ Ｈｏｌｌｏｗ Ｃｏｒｅ Ｃｏｌｄ Ｐｌａｔｅ”とも呼ばれている。この板１２はその主面１６に平行に長手方向に延長する長方形断面（例えば、１平方ミリメートル未満）の溝１４を備えている。長方形断面の長辺はその主面１６に対して垂直である。これらの溝１４は典型的にはミリメートル単位の距離で互いに離れている。
【００５８】
図４はアルミ−ベリリウムブロック内に製作された、放射状薄片タイプの特定の縦断面で製作されたヒートパイプを示している。
【００５９】
図５はフィンの多孔性微小構造の詳細を図示している。このヒートパイプ形材のミクロレベルの高い多孔性は蒸発による熱交換面積の劇的な増大と、冷却流体のための例外的な毛管作用を生み出すことを可能にする。
【国際公開パンフレット】
2004506092.tif 000003
2004506092.tif 000004
2004506092.tif 000005
2004506092.tif 000006
2004506092.tif 000007
2004506092.tif 000008
2004506092.tif 000009
2004506092.tif 000010
2004506092.tif 000011
2004506092.tif 000012
2004506092.tif 000013
2004506092.tif 000014
2004506092.tif 000015
2004506092.tif 000016
2004506092.tif 000017
2004506092.tif 000018
2004506092.tif 000019
2004506092.tif 000020
2004506092.tif 000021
2004506092.tif 000022
【国際調査報告】
2004506092.tif 000023
2004506092.tif 000024
2004506092.tif 000025
2004506092.tif 000026
2004506092.tif 000027
2004506092.tif 000028