(57)【要約】【課題】熱交換器の取付容積あたりの熱交換効率が非常に高く、迅速な冷却を行うことのできるヒートシンク及びこのヒートシンクを用いた熱交換器を提供する。【解決手段】ヒートシンクは、熱交換媒体が内部を流通する熱伝導性のパイプを複数回巻回してコイル状に構成したパイプ部材と、金属線材をコイル状に巻回して複数の巻回単位を形成し、隣接する巻回単位を相互に位置ずれさせて空隙部及び接触部を設け、全体を扁平に形成した熱交換フィンとを備え、熱交換フィンはパイプ部材の外壁に固着されてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱交換媒体が内部を流通する熱伝導性のパイプを複数回巻回してコイル状に構成したパイプ部材と、金属線材をコイル状に巻回して複数の巻回単位を形成し、隣接する該巻回単位を相互に位置ずれさせて空隙部及び接触部を設け、全体を扁平形状に構成した熱交換フィンとを備え、
前記熱交換フィンは前記パイプ部材の外壁に固着されてなることを特徴とするヒートシンク。
【請求項２】
前記熱交換フィンは、前記扁平形状を構成する面が前記パイプ部材の巻回方向に沿って連続的に伸長するように該パイプ部材の外壁に固着されていることを特徴とする請求項１に記載のヒートシンク。
【請求項３】
前記熱交換フィンは、前記扁平形状を構成する面が前記パイプ部材の巻回中心軸に沿ってそれぞれ伸長するように該パイプ部材の外壁に固着された複数の熱交換フィン部材から構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のヒートシンク。
【請求項４】
前記熱交換フィンは、その主要部が前記パイプ部材の巻回によって構成されるコイル体の外部に位置するように該パイプ部材の外壁に固着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項５】
前記熱交換フィンは、その主要部が前記パイプ部材の巻回によって構成されるコイル体の内部に位置するように該パイプ部材の外壁に固着されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項６】
前記熱交換フィンは、複数回巻回された前記パイプ部材の間に挟まれた状態で該両側のパイプ部材の外壁に固着されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項７】
前記熱交換フィンは、前記パイプ部材の巻回中心軸方向の一方の側における該パイプ部材の外壁に固着されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のヒートシンク。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載のヒートシンクを備えることを特徴とする熱交換器。
【請求項９】
請求項８に記載の熱交換器を用いたことを特徴とする太陽熱コレクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体素子等の冷却やその他の熱交換に使用されるヒートシンク及びこのヒートシンクを用いた熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種のヒートシンクとして、熱伝導性の良好な金属線材をコイル状に巻回して形成した熱交換フィンを備えたものが存在する。例えば、特許文献１には、熱伝導性の良好な材料によって形成した筒形の熱交換基板と、熱伝導性の良好な金属線材をコイル状に巻回して巻回単位を形成するとともに全体を扁平に形成し、隣接する巻回単位を相互に位置ずれさせて密着した熱交換フィンとを備え、この熱交換フィンを上述の熱交換基板の外側面に巻付け固定してなるヒートシンクが開示されている。このようなヒートシンクによれば、コイル状の熱交換フィンの取付容積を充分に小さくすることができて汎用性が高くなるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６０１６６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載されたごとき従来のヒートシンクによれば、熱交換フィンの取付容積を小さくでき、熱交換効率をある程度向上させることができる。しかしながら、短時間で正確な温度上昇又は温度降下を得るための温度調節機構や、精密な電子機器用の冷却機構としては、熱交換器の容積及び時間に対して、より高い熱交換効率が要求され、熱交換性能のさらなる向上が望まれている。
【０００５】
従って本発明の目的は、熱交換器の取付容積あたりの熱交換効率が非常に高く、迅速な冷却を行うことのできるヒートシンク及びこのヒートシンク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】
本発明のヒートシンクは、熱交換媒体が内部を流動する熱伝導性のパイプを複数回巻回してコイル状に構成したパイプ部材と、金属線材をコイル状に巻回して複数の巻回単位を形成し、隣接する巻回単位を相互に位置ずれさせて空隙部及び接触部を設け、全体を扁平に形成した熱交換フィンとを備え、熱交換フィンはパイプ部材の外壁に固着されてなる。
【０００７】
熱交換媒体が流動する熱伝導性のパイプがコイル状のパイプ部材を構成していることで、周囲の雰囲気（熱媒）に対して熱交換効率が高い。さらに、この熱伝導性のパイプ部材に熱交換フィンが熱的に結合し、熱交換フィンと熱伝導性のパイプ部材との間の熱伝導により熱交換が行われ、熱交換フィンは金属線材により空隙部及び接触部を有して扁平に形成された構造により熱交換効率が高い。そのため、容積に対して熱交換効率の高いヒートシンクとなる。
【０００８】
熱交換フィンは、扁平形状を構成する面がパイプ部材の巻回方向に沿って連続的に伸長するようにパイプ部材の外壁に固着されていることが好ましい。熱交換フィンがパイプ部材に沿って設けられていることで、熱交換フィンとパイプ部材との接触面積が大きくなり、相互の熱の移動が有効に行われる。ヒートシンクの容積あたりの表面積が大きな熱交換フィンであるため、熱交換の作用が大きくなり、その結果、熱交換効率の高いヒートシンクとなる。
【０００９】
熱交換フィンは、扁平形状を構成する面がパイプ部材の巻回中心軸に沿ってそれぞれ伸長するようにパイプ部材の外壁に固着された複数の熱交換フィン部材から構成されていることが好ましい。この場合、複数の熱交換フィン部材の製造及び固着が安価かつ容易に行える。
【００１０】
熱交換フィンは、その主要部（多くの部分）がパイプ部材の巻回によって構成されるコイル体の外部に位置するようにパイプ部材の外壁に固着されていることが好ましい。熱交換フィンがパイプ部材のコイル体外部の広い空間の熱媒に対して熱交換することができるので、熱交換効率が高い。
【００１１】
熱交換フィンは、その主要部（多くの部分）がパイプ部材の巻回によって構成されるコイル体の内部に位置するようにパイプ部材の外壁に固着されていることも好ましい。ヒートシンクの占める容積が小さくスペースが節約されるとともに、パイプ部材のコイル体内部の熱媒と熱交換が行いやすい。
【００１２】
熱交換フィンは、複数回巻回されたパイプ部材の間に挟まれた状態でこれら両側のパイプ部材の外壁に固着されていることも好ましい。熱交換フィンとパイプ部材が密着する面積が大きく、相互の熱移動が有効に行われる。熱交換フィンは、パイプ部材の巻回中心軸方向の一方の側におけるこのパイプ部材の外壁に固着されていることも好ましい。
【００１３】
本発明の熱交換器は、上述したいずれかのヒートシンクを備える。熱交換効率が高く容積が小さいヒートシンクを備えるので、高い熱交換効率を有する熱交換器となる。
【００１４】
本発明の太陽熱コレクタは、上述した熱交換器を用いている。高い熱交換効率を有する熱交換器を用いているので、熱エネルギの吸収効率を大幅に高めることができる。
【００１５】
熱交換フィンは、金属線材を右巻きに巻回して形成された第１のコイルと、金属線材を左巻きに巻回して形成された第２のコイルとを、第１のコイルの巻回単位と第２のコイルの巻回単位とが交互になるように組み合わせ、さらに全体を扁平に形成して、空隙部及び接触部を構成していることが好ましい。扁平な２つのコイルを組み合わせることで、金属線材が密集して密に形成され、熱伝導性が向上し、放熱性能も向上する。また、右巻きと左巻きにそれぞれ巻回される金属線材同士が良好に絡み合うため、形態の安定性が付与される。熱交換フィンは、空気との接触面積が大きくなり、空気の通気孔としての機能も向上することとなる。従って、空気は熱交換フィンの空隙部を通過し、ヒートシンクの熱を速やかに除去することが可能となる。
【００１６】
金属線材が、アルミニウム若しくはその合金による心材と、心材の表面に形成された陽極酸化皮膜とを備えていることが好ましい。金属線材として、熱伝導性が高くかつ低コストの材質が選択される。また、表面処理により耐蝕性が付与される。
【００１７】
金属線材が、耐蝕性の金属材料から形成されていることが好ましい。腐蝕性ガスが存在するような環境等に好適に使用されるヒートシンクが得られる。なお、耐蝕性の金属とは、酸、アルカリ等によって容易に侵されない金属をいい、具体的には、チタン及びその合金、ステンレス等が含まれる。
【００１８】
金属線材が、表面に形成された熱放射性の塗膜を備えていることが好ましい。フィンによる放熱がさらに促進される。なお、熱放射性の塗膜とは、カーボンブラック等の熱放射効果を有する顔料を含んだ塗料によって形成された塗膜をいう。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、熱交換媒体が流動する熱伝導性のパイプがコイル状のパイプ部材を構成していることで、周囲の雰囲気（熱媒）に対して熱交換効率が高い。さらに、この熱伝導性のパイプ部材に熱交換フィンが熱的に結合し、熱交換フィンと熱伝導性のパイプ部材との間の熱伝導により熱交換が行われ、熱交換フィンは金属線材により空隙部及び接触部を有して扁平に形成された構造により熱交換効率が高い。そのため、容積に対しての熱交換効率の高いヒートシンクとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の一実施形態に係るヒートシンクの構成を概略的に示す側面図である。
【図２】図１の実施形態におけるヒートシンクの一部の構成を詳細に示す斜視図である。
【図３】図１の実施形態におけるヒートシンクの一部の構成を示す、図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図１の実施形態におけるヒートシンクのフィンの構成を詳細に示す図である。
【図５】図１の実施形態におけるヒートシンクの作用を示す斜視図である。
【図６】本発明の他の実施形態に係るヒートシンクの一部の構成を概略的に示す図であり、（ａ）はその平面図及び（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ線断面図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態に係る熱交換器の構成を概略的に示す図である。
【図８】本発明のまたさらに他の実施形態に係る熱交換器の構成を概略的に示す図である。
【図９】本発明のさらに他の実施形態に係る熱交換器の構成を概略的に示す図である。
【図１０】本発明のまたさらに他の種々の実施形態に係るヒートシンクの一部の構成を概略的に示す断面図である。
【図１１】本発明のさらに他の実施形態に係るヒートシンクの一部の構成を概略的に示す図であり、（ａ）はその平面図、（ｂ）はその側面図である。
【図１２】本発明のまたさらに他の種々の実施形態に係るヒートシンクの一部の構成を概略的に示す平面図である。
【図１３】図１の実施形態におけるヒートシンクの製造過程を概略的に示す図である。
【図１４】本発明のさらに他の実施形態に係る太陽熱温水供給システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明の一実施形態のヒートシンク１は、図１及び図２に示すように、パイプ部材２と、熱交換フィン３とを備えて概略構成される。
【００２２】
パイプ部材２は、熱伝導性のパイプをコイル状に成形して構成されている。熱伝導性のパイプとは、熱伝導率の高い材料を構成素材とする中空のパイプである。構成素材として、具体的には、アルミニウム、銅、銀若しくは金等の金属材料、これらとニッケル、マグネシウム、亜鉛若しくはケイ素等との合金、又は炭素材料等を挙げることができる。本実施形態では、熱伝導性の材料として、熱伝導性が高くかつ低コストなアルミニウムを構成素材としたパイプを用いている。
【００２３】
パイプ部材２は、熱交換媒体４（図５）が内部を流動するように構成されている。熱交換媒体４は、加熱又は冷却の熱交換を行うための媒体であり、気体、液体又は粒状物の集まりなど、全体として流動性のある媒体である。具体的には、空気やガス等の気体、水やオイル等の液体が適用される。本実施形態では、熱交換媒体４として、オイルを選択している。なお、パイプ部材２には、その内部を熱交換媒体４が流れるように駆動するポンプ等の駆動手段（図示せず）が接続されている。
【００２４】
熱交換フィン３は、図４に示すように、金属線材３１及び３２をコイル状に巻回し、全体が扁平となるように押圧することにより、空隙部３３及び接触部３４を有しかつ扁平な帯状に形成されている。ここで扁平な帯状とは、その厚み方向の寸法がその長手方向及び幅方向の寸法よりも小さいこと、望ましくはいずれに対しても１／２未満である扁平形状を指している。
【００２５】
より詳細には、熱交換フィン３は、金属線材３１及び３２をコイル状に巻回して巻回単位を形成し、全体が扁平となるように連続形成されている。図４に示す各巻回単位３５ａ及び３５ｂは、相互に幅方向と長手方向に位置ずれして交差して、空隙部３３と接触部３４とを形成している。特に、各巻回単位３５ａ及び３５ｂが相互に位置ずれしているため、多数の空隙部３３及び接触部３４が形成される。そして、金属線材３１及び３２が扁平形状となるように形成されているため、各巻回単位が相互に接触した接触部３４の接触面積が大きくなる。
【００２６】
さらに、本実施形態においては、図４に示すように、左巻きに巻回されたコイル状の金属線材３１と、右巻きに巻回されたコイル状の金属線材３２とが組み合わされている。このように組み合わせた金属線材３１及び３２を圧延等の手段により扁平とすることによって、帯状の熱交換フィン３が形成される。この圧延により、金属線材３１及び３２の帯形の中心部分が内側（重合わせの内部側）に折曲げられるとともに、金属線材３１及び３２の重合わせの表側の部分が圧潰されて中心部分に扁平な面が形成される。また、外側に突出している金属線材３１及び３２の中心部分が内側に折曲げられて厚さが削減され、端部に金属線材が複雑に錯綜した凹凸構造が形成される。
【００２７】
なお、各巻回単位３５ａ及び３５ｂが相互に接触した接触部３４は、半田メッキ、接着剤又は粘着剤等の接着手段や、半田付け、ろう付け、振動溶接又はフラッシュ溶接等の接合手段を用いて、接触した線材同士が離れないように固定することで、伝熱抵抗を減少させるための熱的結合を行なうことができる。接触部３４が固定されることで、巻回単位３５ａ及び３５ｂの相互の密着が確実に行われ、熱交換フィン３全体の機械的安定性が向上し、また接触部３４を介した熱伝導性も向上する。
【００２８】
熱交換フィン３の巻回径ｒは、特に限定されることなく、要求される放熱性能に応じて適宜設定される。一般には、巻回径ｒを大きくすることでコスト、工程の負担なく表面積を増加させ、放熱性が向上させることができる。具体的には、ヒートシンクの用途によっても異なるが、数ｍｍ〜数ｃｍ程度が適当である。又、巻回径ｒを小さくし、多数の金属線材を設けることで、スペースあたりの表面積をより大きくすることもできる。
【００２９】
熱交換フィン３は、パイプ部材２の外壁に固着されている。固着は、溶接や各種の接着、具体的には半田付け、ろう付けや拡散接合などの種々の方法によって実施される。パイプ部材２と熱交換フィン３の固着の手段は、拡散接合（拡散溶接）によって両者が固着されていることが好ましい。拡散接合を用いることにより、最小面積で両者の固着を図ることが可能となる。本実施形態ではケイ素５〜９重量％を含むアルミ合金を接着用合金２１とし、この接着用合金２１を６００℃とし二酸化炭素雰囲気下でパイプ部材２と熱交換フィン３との間に毛細管現象で流れ込むようにして固着している。この他に、半田付け以外に、超音波溶接、振動溶接、フラッシュ溶接等の接合手段を用いて固着しても良い。熱伝導性接着剤の例としては、金、銀、若しくはニッケル等の金属粉、アルミナ、窒化アルミナ、窒化ケイ素、若しくはカーボン粉等を、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂、アクリル樹脂、若しくはウレタン樹脂等のバインダに配合したもの等がある。また、パイプ部材２と熱交換フィン３との間に熱伝導性の層を付加的に設け、この層の表面に熱交換フィン３を固着するようにしても良い。
【００３０】
熱交換フィン３は、パイプ部材２における熱伝導性のパイプの場合と同様に、熱伝導性の高い種々の材料から構成可能である。具体的には、アルミニウム、銅、銀若しくは金等の金属材料、又はこれらとニッケル、マグネシウム、亜鉛若しくはケイ素等との合金等を挙げることができる。本実施形態では、熱交換フィン３として、熱伝導性が高くかつ低コストなアルミニウムを構成素材とした線材を用いている。
【００３１】
本実施形態のヒートシンク１においては、熱交換フィン３が、その扁平形状を構成する面がパイプ部材２の巻回方向に沿って連続的に伸長するように、このパイプ部材２の外壁に固着されている。即ち、熱交換フィン３は、その多くの部分がパイプ部材２の巻回によって構成されるコイル体の外部に位置するように、このパイプ部材２の巻回中心軸ａ方向に面する外壁に固着されている。図１及び図３に示すように、パイプ部材２のコイルの巻回の１単位をパイプ２２とすると、熱交換フィン３は、その扁平な面が互いに隣接する２つのパイプ２２に挟まれるように配置されて固着されている。より詳しくは、図３に示すように、熱交換フィン３の同図における上面及び下面の一部が、パイプ部材２のパイプ２２の下方外壁及び上方外壁に、接着用合金２１によってそれぞれ固着されており、この熱交換フィン３の扁平な面の多くの部分はパイプ部材２のコイル体の外部に突出している。このような構成によれば、熱交換フィン３の多くの部分が、パイプ部材２の外部の広い空間の熱媒に対して熱交換することができるので、熱交換効率が高くなる。
【００３２】
次に、本実施形態のヒートシンク１の動作及び作用効果について説明する。
【００３３】
図５に示すように、本実施形態のヒートシンク１は、使用時は熱媒５内に配置される。熱媒５は、本実施形態では、ポンプ（図示せず）によって流動している水であり、ヒートシンク１はこの熱媒５である水が流動している水浴中に配置されている。一方、パイプ部材２の内部には、熱交換媒体４がこれも図示しないポンプ等によって駆動されて流動する。
【００３４】
熱交換媒体４の熱又は冷熱は、パイプ部材２に熱移動（熱伝導）Ｔ１によって移動する。パイプ部材２の熱又は冷熱は、熱移動（熱伝導）Ｔ２によって熱交換フィン３に移動する。
【００３５】
熱交換フィン３の熱は、このヒートシンク１の周囲の熱媒５に熱移動Ｔ３する。即ち、熱交換フィン３から熱媒５に伝導し分散される。本実施形態において、熱交換フィン３は、その大部分がパイプ部材２の巻回によって構成されるコイル体の外部に位置するようにこのパイプ部材２の外壁に連続的に固着されている。このため、上述の熱移動Ｔ２により、パイプ部材２のコイル体の外部の広い空間の熱媒５に対して熱交換することができるので、熱交換効率が高くなる。特に、パイプ部材２の巻回によって形成されているコイル体の外部表面近傍を流れる熱媒５０は、この部分のパイプ部材２の外壁に固着されている熱交換フィン３の空隙部３３内を流れるため、より効率の良い熱移動Ｔ３がなされる。このように、パイプ部材２に巻回されることによって、熱交換フィン３が広い表面積を有するため、また、空隙部３３内を熱媒５０が流れるため、熱移動Ｔ３は非常に効果的に行われることとなる。
【００３６】
熱交換フィン３が固着されていない部分においては、パイプ部材２の表面と熱媒５との間で熱移動（伝導）Ｔ４が行われる。特に、パイプ部材２の巻回によって形成されているコイル体の内部を流れる熱媒５１との間で熱移動Ｔ４が行われる。このように、パイプ部材２が巻回されることにより熱交換フィン３が広い表面積を有するため、また、コイル体の内部を熱媒５１が流れるため、熱移動Ｔ４は非常に効果的に行われることとなる。
【００３７】
上述したように、本実施形態のヒートシンク１は、大きな熱交換効率を有している。このため、本実施形態のヒートシンク１を、水を亜臨界状態又は常温近くに戻すために短時間で数百度の加熱又は冷却を行う必要のある亜臨界水を用いた抽出装置に用いれば、非常に有効である。また、本実施形態のヒートシンク１は、容積比において大きな熱交換の効率を有している。このため、熱による損傷を防ぐ必要のある精密な電子機器などに用いれば、小スペースで非常に高い熱交換性能が得られるので、冷却による機能向上を期待することができる。
【００３８】
本実施形態の変更態様においては、パイプ部材２及び／又は熱交換フィン３に耐蝕性の金属材料が用いられる。パイプ部材２及び熱交換フィン３の両方に耐蝕性の金属材料を用いれば、腐食しやすい環境下においてもヒートシンクを使用することが可能となる。耐蝕性の金属材料としては、例えば、チタン、その合金、又はステンレス等が挙げられる。
【００３９】
パイプ部材２及び／又は熱交換フィン３には、必要に応じて、熱伝導性及び耐蝕性を高めるために表面処理を施すことができる。表面処理としては、具体的には、銅めっき又は銀めっき等が挙げられる。また、パイプ部材２及び／又は熱交換フィン３をアルミニウム又はその合金で形成する場合には、表面に陽極酸化皮膜処理（アルマイト処理）を施すことが好ましい。これにより、耐蝕性が向上するとともに、巻回単位３５ａ及び３５ｂの相互に密着する接触部３４の熱抵抗が低下し、全体の放熱性をさらに高めることができる。処理の方法は、既知の工程を採用することができ、具体的には、処理物を陽極として、シュウ酸や硫酸、リン酸等の液中で電解を行うことにより酸化皮膜を形成することができる。なお、陽極酸化皮膜処理には、いわゆる白色アルマイトと黒色アルマイトとがあるが、いずれも適用可能である。
【００４０】
また、熱交換フィン３の金属線材３１及び３２の表面に、必要に応じて、フェライトを含む塗膜を形成することもできる。これにより、フェライトが電磁波吸収能を有するため、全体として電磁波を効果的に吸収し、周囲の熱線も吸収して熱交換可能なヒートシンクを得ることができる。特に、熱交換フィン３の表面は、金属線材３１及び３２から構成するがゆえに凹凸形状を有しており、このため、電磁波が乱反射されて、電磁波吸収の効果が相乗的に大きくなる。なお、フェライトとしては、軟磁性フェライト（ソフトフェライト）と、硬磁性フェライト（ハードフェライト）とが知られているが、これらのいずれかを用いても良いし、複数種を混合して用いても良い。また、フェライトを分散させるバインダとしては、特に限定されることなく、アクリル樹脂又はシリコーン樹脂等の一般的な物質を用いることができる。
【００４１】
さらに、熱交換フィン３中を伝導する熱を速やかに外部へ放熱するために、金属線材の表面に、必要に応じて、熱放射性の塗膜を形成することができる。このような塗膜は、熱放射効果を有する種々の顔料を含有させた塗料から形成することができる。顔料の例としては、カーボンブラック、アルミナ、ジルコニア、チタニア、シリカ、ジルコン、マグネシア、イットリア（Ｙ２Ｏ３）、コージライト（２ＭｇＯ・２Ａｌ２Ｏ３・５ＳｉＯ２）及びチタン酸アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３・ＴｉＯ２）等を挙げることができる。これらは、いずれかを単独で用いても良いし、複数を複合して用いても良い。また、塗料中の顔料の量は、所望の熱放射性に応じて適宜設定することができ、一般には塗膜の乾燥質量に対して１０〜９０質量％程度が適当である。また、バインダとしては、熱によって劣化し難い物質が好ましく、例として、アクリル樹脂、シリコーン樹脂、ウレタン樹脂、ポリエステル樹脂又はフッ素樹脂等が挙げられる。なお、熱放射性の塗膜の厚さは、１〜５０μｍが適当である。１μｍ未満であると、熱放射効果が小さくなり好ましくない。
【００４２】
図６は本発明の他の実施形態に係るヒートシンクの要部の構成を概略的に示している。図６（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態に係るヒートシンク１Ａでは、熱交換フィン３の扁平な面が、パイプ部材２のコイル体の外周面に対して固着されている。換言すると、熱交換フィン３はその扁平な面がパイプ部材２のコイル体の外部に巻きつくように、パイプ部材２に沿って螺旋状に固着されている。本実施形態におけるその他の構成は図１の実施形態の場合と同様である。
【００４３】
本実施形態では、熱交換フィン３の扁平な面をパイプ部材２に巻きつけ固着することで容易に製造できる。熱交換フィン３とパイプ部材２の固着する面積を大きく設けることができるので、これらの相互の熱移動の効率が高い。
【００４４】
本実施形態におけるその他の構成、作用効果及び変更態様については図１の実施形態の場合と同様である。
【００４５】
図７は本発明のさらに他の実施形態として熱交換器の一例を示している。本実施形態の熱交換器１０は、図１の実施形態の場合と同様のヒートシンク１を備えている。
【００４６】
図７に示した例では、ヒートシンク１は熱媒５が流れる熱媒浴５２内に配置されている。ヒートシンク１のパイプ部材２内には熱交換媒体４が流れるように構成されている。このパイプ部材２は、配管６によってポンプ７及び室内ヒートシンク８に接続されている。これにより、熱交換媒体４はポンプ７によって付勢され、ヒートシンク１及び室内ヒートシンク８間を循環する。室内ヒートシンク８は、温度調整される対象である温度調整室９内に設けられている。室内ヒートシンク８は、ヒートシンク１と同様にパイプ部材２と熱交換フィン３を備えて構成される。熱媒５は図に示した例では、高温の水を用いている。
【００４７】
次に、本実施形態の熱交換器１０の動作及び作用について説明する。ヒートシンク１内を流れる熱交換媒体４は、熱媒５との熱交換により熱媒５の温度に近い温度へと調整される。この熱交換媒体４が室内ヒートシンク８に供給され、温度調整室９と熱交換されることにより、温度調整室９の温度が調整される。温度調整室９の温度が熱媒５に近い温度に調整されるので、熱媒浴５２に供給される熱媒５の温度を調整することにより、調整対象である温度調整室９の温度を任意に調整することが可能となる。
【００４８】
本実施形態の変更態様として、熱媒５として高温の水にかえて他の液体や気体、スチーム等を用いてもよい。他の液体としては例えば油を用いることができる。熱媒５に低温の水や不凍液等を用いることで、温度調整室９の温度を低温にすることもできる。
【００４９】
図８は本発明のまたさらに他の実施形態として熱交換器の一例を示している。本実施形態の熱交換器１０Ａは、図１の実施形態の場合と同様のヒートシンク１を備えている。
【００５０】
図８に示した例では、ヒートシンク１は温度調整室９１に近い屋外に配置されている。ヒートシンク１のパイプ部材２内には熱交換媒体４が流れるように構成され、このパイプ部材２は、配管６によってポンプ７及び室内ヒートシンク８に接続されている。これにより、熱交換媒体４はポンプ７によって付勢され、ヒートシンク１及び室内ヒートシンク８間を循環する。室内ヒートシンク８は、温度調整される対象である温度調整室９１内に設けられている。
【００５１】
ヒートシンク１及び室内ヒートシンク８の端部近傍（図８での上方）には、それぞれファン５３及び５４が設けられている。ファン５３及び５４は、ヒートシンク１及び室内ヒートシンク８のコイルの筒内に空気を流通させられるようになっている。
【００５２】
次に、本実施形態の熱交換器１０Ａの動作及び作用について説明する。ポンプ７で熱交換媒体４を流通させ、ファン５３及び５４を動作させると、ファン５３によって屋外の外気が熱媒５５として、ヒートシンク１との間に熱交換を行う。ファン５４によって温度調整室９１内の空気は熱媒５６として、室内ヒートシンク８との間に熱交換を行う。ヒートシンク１内を流れる熱交換媒体４は、熱媒５５との熱交換により熱媒５５の温度に近い温度へと調整される。この熱交換媒体４が室内ヒートシンク８に供給され、温度調整室９１の熱媒５６と熱交換されることにより、温度調整室９１の温度が調整される。この熱交換器１０Ａは、例えば温度調整室９１がサーバー機器などの熱が発生しやすい部屋である場合に、ポンプ７やファン５３及び５４の動力に用いる小さいエネルギーで、外気との熱交換を行うことができる。
【００５３】
本実施形態の変更態様として、ミストすなわちμｍ単位の径の水滴を噴霧することもできる。ミストはファン５３に隣接した噴霧装置によって熱媒５５に混入されても、ヒートシンク１の側面に対して直接噴霧されてもよい。ミストが蒸発時にヒートシンク１から熱を奪い、熱交換媒体４を冷却する効果を高めることができる。
【００５４】
本実施形態におけるその他の構成、作用効果及び変更態様については図７の実施形態の場合と同様である。
【００５５】
図９は本発明のさらに他の実施形態として熱交換器の一例を示している。本実施形態の熱交換器１０Ｂは、図１の実施形態の場合と同様のヒートシンク１を備えている。本実施形態では、ヒートシンク１は地下５７に配置されている。図９に示した例ではヒートシンク１は地下３〜５ｍの土内に埋設されている。本実施形態のその他の構成は、図８の実施形態の場合と同様である。
【００５６】
本実施形態では、ヒートシンク１は地下５７の土中と熱交換を行い、熱交換媒体４を通じて室内ヒートシンク８に伝熱され、温度調整室９１との間の熱交換が行われる。気温に比べて温度が変化しにくい地下の温度が伝熱されるので、外部の気温の変化が激しい場合に温度調整室９１内の温度の変化を抑えることができる。
【００５７】
本実施形態の変更態様として、地下５７のヒートシンク１の周囲に伝熱しやすい媒体を配してもよい。例えば、周囲に籾殻などの炭素の素材を敷き詰めてもよい。
【００５８】
本実施形態におけるその他の構成、作用効果及び変更態様については図７の実施形態の場合と同様である。
【００５９】
図１０は本発明のまたさらに他の種々の実施形態に係るヒートシンクの要部の構成を概略的に示しており、図３と同様に図２のＡ−Ａ線断面と同様の断面を示している。
【００６０】
図１０（ａ）に示す実施形態では、熱交換フィン３が、パイプ部材２の巻回によって構成されるコイル体の内部に突出するようにパイプ２２に固着されている。本実施形態では、熱交換フィン３がコイル体の外部に突出しておらず、コイル間及びコイル体内部に納まっているので、ヒートシンクの占める容積が小さくスペースが節約される。熱交換フィン３はパイプ部材２のコイル体の内部を流れる熱媒５１（図５）と容易に熱交換できるため、その面からも熱交換効率が向上する。
【００６１】
図１０（ｂ）に示す実施形態では、２つの熱交換フィン３がそれぞれパイプ部材２のコイル体の内部と外部との両方に設けられている。
【００６２】
図１０（ｃ）に示す実施形態では、１つの熱交換フィン３を用い、その扁平な面をコイル体の内部と外部との両方に突出するように構成されている。この場合、コイル体の内部と外部とを流れる熱媒５との間で熱交換を有効に行うことができる。
【００６３】
図１０（ｄ）に示す実施形態では、熱交換フィン３の幅方向の端面がパイプ部材２のパイプ体の外部の外壁に、その扁平な面がパイプ部材２の巻回中心軸とほぼ垂直となるように固着されている。
【００６４】
図１０（ｅ）に示す実施形態では、熱交換フィン３の扁平な面がパイプ部材２のパイプ体の外部の外壁に、その扁平な面がパイプ部材２の巻回中心軸と平行となるように、さらに、パイプ部材２の隣接するパイプ２２間に渡って固着されている。本実施形態の構造によれば、固着処理が簡単となるため、固着が困難な場合や固着手段が限られている場合に適用して利便がある。例えばステンレスのパイプ部材２に対してアルミニウムの熱交換フィン３を固着する場合に、製造が容易となる。
【００６５】
図１１は本発明のさらに他の種々の実施形態に係るヒートシンクの要部の構成を概略的に示している。
【００６６】
図１１（ａ）及び（ｂ）に示す実施形態では、熱交換フィン３Ａの扁平な面がパイプ部材２のパイプ体の外部の外壁に、その扁平な面がパイプ部材２の巻回中心軸ａと平行となるように固着されている。ここで熱交換フィン３Ａは、その扁平な面が巻回中心軸ａに沿って上下に伸長するように構成されている。本実施形態では、この熱交換フィン３Ａがパイプ部材２のコイル体の外部に設けられている。
【００６７】
図１２（ａ）に示す実施形態では、図１１の実施形態の場合と同様の熱交換フィン３Ａがコイル体の内部に設けられている。
【００６８】
図１２（ｂ）に示す実施形態では、図１１の実施形態の場合と同様の熱交換フィン３Ａがコイル体の内部と外部との両方に設けられている。本実施形態においては、扁平な面が巻回中心軸ａに沿って上下に伸長する直線状の熱交換フィン３Ａは、その製造が容易であり、かつパイプ部材２への固着が容易であるため、ヒートシンク１の量産がしやすい。しかも、本実施形態の熱交換フィン３Ａは、パイプ部材２とある程度の接触面積を保った状態でその表面積が大きくなるので、熱交換効率の高いヒートシンクとなる。また、変更態様として、熱交換フィンの扁平な面が巻回中心軸から放射方向に伸長するように設けられていてもよい。熱交換フィンの扁平な面がヒートシンクの外部の熱媒に対して突出し、熱媒との接触面積が広くなるので熱交換効率が高い。
【００６９】
図１３に、図１に示す実施形態のヒートシンクの製造方法を概略的に示す。直線状のパイプ部材２に対して熱交換フィン３を固着し、その後にパイプ部材２をコイル状に巻回し、ヒートシンク１とする。この製造方法では、パイプ部材２と熱交換フィン３との固着が特に容易である。この製造方法はパイプ部材２と熱交換フィン３の構成素材が異なる場合に適用することもでき、例えばパイプ部材２がステンレス、熱交換フィン３がアルミニウムである場合に適用できる。この場合、異なる構成素材同士を固着するのは特殊な接着剤を用いる等、固着手段が限られ又は複雑となるので、容易に製造できるこの製造方法が有効である。図６及び図１０〜図１２の実施形態のヒートシンクについても、同様の製造方法で製造することができる。
【００７０】
図１４は本発明の一実施形態として太陽熱温水供給システムの構成を概略的に示すブロック図である。
【００７１】
同図において、太陽熱温水供給システム１００は、太陽熱エネルギを吸収し熱媒体に熱交換する太陽熱コレクタ１０Ｃ、貯湯槽９２、貯湯槽９２内の温水を補助的に加熱するヒータ９３をそれぞれ備えている。本実施形態のその他の構成は、図７の実施形態の場合と同様である。
【００７２】
太陽熱コレクタ１０Ｃは、ヒートシンク１を有する熱交換機を備え、ヒートシンク１のパイプ部材２の上流及び下流に配管６がそれぞれ接続されている。太陽熱コレクタ１０Ｃは、太陽熱エネルギの吸収特性を向上させるため、その表面が黒色又はそれに準じる色に着色されている。この太陽熱コレクタ１０Ｃは、太陽熱が入射可能な位置、例えば屋外や窓を介して直射日光があたる位置に配置される。
【００７３】
太陽光が太陽熱コレクタ１０Ｃに入射されることにより、その太陽熱エネルギが吸収され、この太陽熱コレクタ１０Ｃの内部を流れる熱交換媒体４に熱交換される。この熱交換媒体４が配管６を通って室内ヒートシンク８に印加されてそのエネルギが温水に熱交換され、給湯や暖冷房、さらには発電等に利用される。
【００７４】
なお、太陽熱温水供給システムとしては、その他に種々の構成要素、例えば逆止弁、サーモスタット、ヒーターコントローラ等が実際には設けられているが、ここでは主要部のみを示すに留め、詳細な説明を省略する。
【００７５】
本実施形態におけるその他の構成、作用効果及び変更態様については図７の実施形態の場合と同様である。
【００７６】
以上述べた実施形態は全て本発明を例示的に示すものであって限定的に示すものではなく、本発明は他の種々の変形態様及び変更態様で実施することができる。従って本発明の範囲は特許請求の範囲及びその均等範囲によってのみ規定されるものである。
【産業上の利用可能性】
【００７７】
本発明は、工業及び農業等の産業のみならず、市民生活における冷暖房等の温度調整に幅広く応用でき、省エネルギ対策及び環境問題にも貢献できるものである。
【符号の説明】
【００７８】
１、１Ａ  ヒートシンク
２  パイプ部材
３、３Ａ  熱交換フィン
４  熱交換媒体
５、５０、５１、５５、５６  熱媒
６  配管
７  ポンプ
８  室内ヒートシンク
９、９１  温度調整室
９２  貯湯槽
９３  ヒータ
１０、１０Ａ、１０Ｂ  熱交換器
１０Ｃ  太陽熱コレクタ
２２  構成パイプ
３１、３２  金属線材
３３  空隙部
３４  接触部
３５ａ、３５ｂ  巻回単位
５２  熱媒浴
５３、５４  ファン
５７  地下
１００  太陽熱温水供給システム
Ｒ  外径
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４  熱移動
ａ  巻回中心軸
ｒ  巻回径
【図１】
2013201154.tif 000003
【図２】
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【図３】
2013201154.tif 000005
【図４】
2013201154.tif 000006
【図５】
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【図６】
2013201154.tif 000008
【図７】
2013201154.tif 000009
【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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