(57)【要約】【課題】金属多孔体を用いた熱交換器において、熱交換の効率を向上させることが可能な熱交換器を提供する。【解決手段】ヒートシンク１００は、伝熱部１２と、金属多孔体からなり、伝熱部１２に接触して配置され、内部を冷却水１が通過可能な流体通過部２０と、流体通過部２０へと冷却水１を導く導入流路８２を規定する導入流路部８１とを備える。そして、流体通過部２０において冷却水１が流入する面である流入面２５の面積は、冷却水１の進行方向１ａに垂直な導入流路８２の断面である導入流路断面７２ａを、冷却水１の進行方向１ａに沿って流体通過部２０に近づけた場合に流体通過部２０に接触する位置である流入位置７０の上流側に隣接する領域に位置する導入流路断面７２ｂの面積よりも大きい。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
伝熱部と、
金属多孔体からなり、前記伝熱部に接触して配置され、内部を流体が通過可能な流体通過部と、
前記流体通過部へと前記流体を導く導入流路を規定する導入流路部と、
を備え、
前記流体通過部において前記流体が流入する面である流入面の面積は、前記流体の進行方向に垂直な前記導入流路の断面である導入流路断面を、前記流体の進行方向に沿って前記流体通過部に近づけた場合に前記流体通過部に接触する位置である流入位置の上流側に隣接する領域に位置する前記導入流路断面の面積よりも大きい、
熱交換器。
【請求項２】
前記伝熱部から離れて位置する前記流体通過部の領域と前記伝熱部とを接続するように配置される熱伝導補助部材をさらに備える、
請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記伝熱部は、前記流体通過部を取り囲むことにより前記流体が前記流体通過部を通過するための通過流路を規定する、
請求項１または請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記流入位置における前記導入流路断面の面積が前記流入位置の上流側に隣接する領域に位置する前記導入流路断面の面積よりも大きいことにより、前記流入面の面積が、前記流入位置の上流側に隣接する領域に位置する前記導入流路断面の面積よりも大きくなっている、
請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記流入位置における前記導入流路断面に対して前記流入面が傾斜することにより、前記流入面の面積が、前記流入位置の上流側に隣接する領域に位置する前記導入流路断面の面積よりも大きくなっている、
請求項１〜４のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項６】
上流側に開口し、内部に底壁を有する上流側凹部が前記流体通過部に形成されていることにより、前記流入面の面積が、前記流入位置の上流側に隣接する領域に位置する前記導入流路断面の面積よりも大きくなっている、
請求項１〜５のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記流体通過部には、下流側に開口し、内部に底壁を有する下流側凹部が、前記上流側凹部と離れて形成されている、
請求項６に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
熱交換器における熱交換の効率の改善は、熱交換器のコンパクト化や熱交換器を含むシステムの省エネルギー化につながる重要なファクターである。
【０００３】
熱交換器における熱交換の効率を向上させる技術として、熱交換器のフィンに金属材料を発泡させて製造される発泡金属を用いることにより、伝熱性能を向上させる技術が開示されている（たとえば、特許文献１参照）。特許文献１には、熱伝導率が高い銅やアルミニウム等からなる発泡金属を空気調和器用の熱交換器の伝熱フィンに採用することにより、熱交換の効率を向上させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３２６１３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１においては、発泡金属の目を細かくしていくことによって、熱交換器の効率が向上するとされている。しかしながら、発泡金属の目を細かくしていった場合、熱交換器へ流体を流すための圧力抵抗が増大するため、従来の熱交換器と同一の圧力をかけて流体を流した際には、流体の流量が減少し、熱交換器の効率が低下する恐れがある。
【０００６】
そこで、金属多孔体を用いた熱交換器において、圧力抵抗の増大を抑えつつ、熱交換の効率を向上させることが可能な熱交換器を提供することを目的の１つとする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明に従った熱交換器は、伝熱部と、金属多孔体からなり、伝熱部に接触して配置され、内部を流体が通過可能な流体通過部と、流体通過部へと流体を導く導入流路を規定する導入流路部とを備える。流体通過部において流体が流入する面である流入面の面積は、流体の進行方向に垂直な導入流路の断面である導入流路断面を、流体の進行方向に沿って流体通過部に近づけた場合に流体通過部に接触する位置である流入位置の上流側に隣接する領域に位置する導入流路断面の面積よりも大きい。
【発明の効果】
【０００８】
上記熱交換器によれば、金属多孔体を用いた熱交換器において、圧力抵抗の増大を抑えつつ、熱交換の効率を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】熱交換器の構造の一例を示す概略斜視図である。
【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。
【図４】熱交換器の構造の他の一例を示す概略断面図である。
【図５】熱交換器の構造の他の一例を示す概略断面図である。
【図６】熱交換器の構造の他の一例を示す概略斜視図である。
【図７】図６のＣ−Ｃ断面図である。
【図８】圧力損失と熱抵抗との関係を示す図である。
【図９】流体通過部内における温度分布を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本願発明の実施形態の説明］
最初に本願発明の実施態様を列記して説明する。本願の熱交換器は、伝熱部と、金属多孔体からなり、上記伝熱部に接触して配置され、内部を流体が通過可能な流体通過部と、上記流体通過部へと上記流体を導く導入流路を規定する導入流路部とを備える。そして、上記流体通過部において上記流体が流入する面である流入面の面積は、上記流体の進行方向に垂直な上記導入流路の断面である導入流路断面を、上記流体の進行方向に沿って上記流体通過部に近づけた場合に上記流体通過部に接触する位置である流入位置の上流側に隣接する領域に位置する上記導入流路断面の面積よりも大きい。
【００１１】
熱交換器の熱交換媒体である流体の流路に金属多孔体を配置した場合、金属多孔体の目を細かくしていくことによって、流体と金属多孔体との間の伝熱効率は上昇する。一方、金属多孔体の目を細かくしていった場合、金属多孔体の内部を流体が通過する際の抵抗が大きくなり、圧力損失が増大する。そのため、従来の熱交換器と同一の圧力をかけて流体を流した場合、熱交換器に流入する流体の流量が減少し、熱交換器の効率が低下する恐れがある。その結果、熱交換器における熱交換の効率を向上させることが困難であるという問題が発生する。
【００１２】
本発明者らは、金属多孔体を用いた熱交換器における熱交換の効率を向上させることが可能な構造について検討した。その結果、上記熱交換器の構造を採用することにより、熱交換の効率向上が可能であることを見出した。より詳細に説明すると、本願の熱交換器は、金属多孔体からなり、伝熱部に接触して配置され、内部を流体が通過可能な流体通過部を備える。そして、上記流体の進行方向に垂直な上記導入流路の断面である導入流路断面を上記流体の進行方向に沿って上記流体通過部に近づけた場合に、上記流体の上記流体通過部への流入面の面積が、上記流体通過部に接触する位置である流入位置の上流側に隣接する領域に位置する上記導入流路断面の面積よりも大きい。このようにすることにより、流体が流体通過部へと流入する前に流体の速度が低下する。ここで、圧力損失は流体の速度の１乗から２乗に比例する。特に、空気や水など一般に熱交換器に用いられる低粘度流体では、圧力損失は流体の速度の２乗に比例する。また、圧力損失は、流体の透過長さにも比例する。このため、いま金属多孔体の体積を一定としながら流路断面積をＫ倍した場合、液体の透過距離は１／Ｋ倍となり、流体速度も１／Ｋ倍となるため、圧力損失は流体断面積の３乗に反比例する。また、熱交換量は、金属多孔体の流体通過部への流入速度の０乗から１乗に比例する。特に、流体が空気や水である場合、熱交換量は上記流入速度の０．６乗に比例する。このため、流路の断面積をＫ倍にした場合、熱交換量はＫの０．６乗に反比例して減少する。これらの関係をまとめると、圧力損失の大幅な減少に対して熱交換量の減少が僅かであるとわかる。このため、同一の圧力損失で見た場合、Ｋを十分大きくすると熱交換量が増大する。このように本願の熱交換器によれば、金属多孔体を用いた熱交換器において、熱交換の効率を向上させることが可能となる。
【００１３】
上記熱交換器は、上記伝熱部から離れて位置する上記流体通過部の領域と上記伝熱部とを接続するように配置される熱伝導補助部材をさらに備えてもよい。これにより、上記流体通過部において、上記伝熱部の接触面から離れた領域と伝熱部との間の熱の移動が容易となる。その結果、熱交換の効率をさらに向上させることが可能となる。
【００１４】
上記熱交換器において、上記伝熱部は、上記流体通過部を取り囲むことにより上記流体が上記流体通過部を通過するための通過流路を規定してもよい。これにより簡素な構造の熱交換器を得ることができる。
【００１５】
上記熱交換器において、上記流入位置における上記導入流路断面の面積が上記流入位置の上流側に隣接する領域に位置する上記導入流路断面の面積よりも大きいことにより、上記流入面の面積が、上記流入位置の上流側に隣接する領域に位置する上記導入流路断面の面積よりも大きくなっていてもよい。このようにすることにより、流体通過部への流体の流入速度を容易に低減することができる。特に、上記流入位置における上記導入流路断面の面積が、上記流入位置の上流側に位置する上記導入流路断面の面積の１８倍を超えることにより、高性能な熱交換器を得ることができる。
【００１６】
上記熱交換器において、上記流入位置における上記導入流路断面に対して上記流入面が傾斜することにより、上記流入面の面積が、上記流入位置の上流側に隣接する領域に位置する上記導入流路断面の面積よりも大きくなっていてもよい。このようにすることにより、熱交換器のサイズが大きくなることを抑制しつつ上記流入面の面積を大きくして流体通過部への流体の流入速度を低減することができる。
【００１７】
上記熱交換器において、上流側に開口し、内部に底壁を有する上流側凹部が上記流体通過部に形成されていることにより、上記流入面の面積が、上記流入位置の上流側に隣接する領域に位置する上記導入流路断面の面積よりも大きくなっていてもよい。このようにすることにより、上記流入面の面積を大きくして流体通過部への流体の流入速度を低減することができる。
【００１８】
上記熱交換器において、上記流体通過部には、下流側に開口し、内部に底壁を有する下流側凹部が、上記上流側凹部と離れて形成されていてもよい。このようにすることにより、上記上流側凹部に流入した流体を上記上流側凹部と上記下流側凹部との間に位置する上記流体通過部内を通過させたうえで、上記下流側凹部から排出する流体の経路を容易に形成することができる。
【００１９】
［本願発明の実施形態の詳細］
（実施の形態１）
次に、本発明にかかる熱交換器の一実施の形態である実施の形態１を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。
【００２０】
図１を参照して、実施の形態１の熱交換器であるヒートシンク１００は、たとえば発熱源に接触する伝熱体の内部に、熱交換媒体である冷却水などの流体を流すことが可能な構造を有する。
【００２１】
図１〜図３を参照して、本実施の形態における熱交換器であるヒートシンク１００は、本体部１０と、流体通過部２０と、導入用配管２２と、排出用配管２８とを備える。
【００２２】
図２および図３を参照して、本体部１０は、冷却水１の進行方向１ａに沿った方向において、中央に位置する伝熱部１２と、伝熱部１２から見て上流側に位置する導入部２３と、伝熱部１２から見て下流側に位置する排出部３４とを含む。本体部１０は、たとえば銅などの熱伝導率の高い金属からなる。また、本体部１０の外形形状は、直方体状である。本体部１０は、外壁において、図示しない発熱源に接触する。導入部２３は、流体通過部２０に導入される冷却水１の流路となる本体導入流路１５を規定する。また、排出部３４は、流体通過部２０から排出される冷却水１の流路となる本体排出流路１６を規定する。
【００２３】
導入用配管２２は、本体部１０の導入部２３に接続される。導入用配管２２および導入部２３は、導入流路部８１を構成する。排出用配管２８は、本体部１０の排出部３４に接続される。導入用配管２２の内部には中空領域である導入用配管流路２７が形成されている。
【００２４】
本体部１０には、貫通孔である中空領域１９が形成されている。本体部１０の中空領域１９における冷却水１の進行方向１ａに垂直な断面における断面積は、上流側である本体導入流路１５および下流側領域である本体排出流路１６に比べて中央部１７において大きくなっている。冷却水１の進行方向１ａに垂直な断面における断面積は、中央部１７において一定である。中央部１７は直方体形状を有している。本体導入流路１５および本体排出流路１６は、底面において中央部１７に接続された四角錐台形状の領域が、当該領域から離れるに従って断面積が減少するように湾曲するなめらかな曲面に囲まれた領域によって円筒状の領域につながる形状を有している。本体導入流路１５および導入用配管流路２７は、導入流路８２を構成する。
【００２５】
中空領域１９の中央部１７内には、流体通過部２０が配置される。流体通過部２０は、本体部１０の伝熱部１２に接触するように配置される。より具体的には、伝熱部１２の内壁面の全周にわたって流体通過部２０が接触する。流体通過部２０により中央部１７が充填される。伝熱部１２は、流体通過部２０を取り囲むことにより冷却水１が流体通過部２０を通過するための通過流路（中央部１７）を規定している。
【００２６】
流体通過部２０は、たとえば伝熱部１２の内壁面にロウ付けして固定される。これにより、流体通過部２０と伝熱部１２との間の熱の移動が容易となる。流体通過部２０は、冷却水１が流入すべき面である流入面２５を備える。流体通過部２０は、熱伝導率が高い金属から構成される金属多孔体からなる。流体通過部２０は、冷却水１が内部を通過可能な多孔体構造を有している。ここで金属多孔体は、金属を発泡させることにより製造された発泡金属であってもよいし、他の製造方法により多孔質な状態とされたものであってもよい。金属多孔体を構成する金属材料として、たとえば、Ｎｉ（ニッケル）、Ｃｕ（銅）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）、Ｆｅ（鉄）等を採用することができる。
【００２７】
ヒートシンク１００の使用状態において、本体部１０は発熱源（図示しない）に接触する。そのため、発熱源から本体部１０へと熱が伝達される。本体部１０に流入した熱は、本体部１０に接合された流体通過部２０へと移動する。導入用配管２２から導入された冷却水１は、流入面２５から流体通過部２０に流入し、流体通過部２０を通過する際に流体通過部２０から熱を奪う。そして、昇温した冷却水１は、排出用配管２８から排出される。このようにして、ヒートシンク１００は、発熱源の熱を放出する。
【００２８】
ここで、ヒートシンク１００は、伝熱部１２と、金属多孔体からなり、伝熱部１２に接触して配置され、内部を冷却水１が通過可能な流体通過部２０と、流体通過部２０へと冷却水１を導く導入流路８２を規定する導入流路部８１とを備えている。
【００２９】
そして、図２および図３を参照して、流体通過部２０の流入面２５の面積は、冷却水１の進行方向１ａに垂直な導入流路８２の断面である導入流路断面７２ａを、冷却水１の進行方向１ａに沿って流体通過部２０に近づけた場合に流体通過部２０に接触する位置である流入位置７０の上流側に隣接する領域に位置する導入流路断面７２ｂの面積よりも大きい。
【００３０】
より具体的には、本実施の形態においては、流入位置７０における導入流路断面の面積が流入位置７０の上流側に隣接する領域に位置する導入流路断面７２ｂの面積よりも大きいことにより、流入面２５の面積が、流入位置７０の上流側に隣接する領域に位置する導入流路断面７２ｂの面積よりも大きくなっている。つまり、流入面２５への流入前に、冷却水１の流路の断面積が大きくなっている。このような構造を有することにより、本実施の形態のヒートシンク１００においては、冷却水１が流体通過部２０へと流入する前に冷却水１の速度が低下する。圧力損失は流体（冷却水１）の速度の２乗に比例する。そのため、金属多孔体からなる流体通過部２０に流入する冷却水１の速度を小さくすることで、圧力損失の低減を図ることが可能となる。その結果、熱交換の効率を向上させることができる。このように、本実施の形態におけるヒートシンク１００によれば、金属多孔体を用いたヒートシンク１００において、圧力損失を低減して熱交換の効率を向上させることが可能となる。
【００３１】
（実施の形態２）
次に、他の実施の形態である実施の形態２について説明する。図４を参照して、実施の形態２における熱交換器であるヒートシンク２００は、実施の形態１の場合と同様に、本体部３０と、流体通過部４０と、導入用配管４７と、排出用配管４８とを備え、同様に使用されることで発熱源の熱を放出する。
【００３２】
本体部３０は、冷却水１の進行方向１ａに沿った方向において、中央に位置する伝熱部３３と、伝熱部３３から見て上流側に位置する導入部３５と、伝熱部３３から見て下流側に位置する排出部３６とを含む。本体部３０は、たとえば銅などの熱伝導率の高い金属からなる。本体部３０は、外壁において、図示しない発熱源に接触する。導入部３５は、流体通過部４０に導入される冷却水１の流路となる本体導入流路８５を規定する。また、排出部３６は、流体通過部４０から排出される冷却水１の流路となる本体排出流路３１を規定する。
【００３３】
導入用配管４７は、本体部３０の導入部３５に接続される。導入用配管４７の内部には中空領域である導入用配管流路４１が形成されている。導入用配管４７および導入部３５は、導入流路部８３を構成する。導入流路部８３は、流体通過部４０へと冷却水１を導く導入流路９２を規定する。本体導入流路８５および導入用配管流路４１は、導入流路９２を構成する。また、排出用配管４８は、本体部３０の排出部３６に接続される。
【００３４】
本体部３０には、貫通孔である中空領域８９が形成されている。中空領域８９は、本体導入流路８５と、本体排出流路３１と、中央流路９６とを含む。本体導入流路８５と本体排出流路３１とは、中央流路９６により接続されている。実施の形態１とは異なり、本体部３０の中空領域８９における冷却水１の進行方向１ａに垂直な断面における断面積は、一定である。中空領域８９を挟んで対向する本体部３０の内壁面は、互いに平行である。
【００３５】
中空領域８９の中央流路９６内には、流体通過部４０が配置される。流体通過部４０は、本体部３０の伝熱部３３に接触するように配置される。より具体的には、伝熱部３３の内壁面の全周にわたって流体通過部４０が接触する。伝熱部３３は、流体通過部４０を取り囲むことにより冷却水１が流体通過部４０を通過するための通過流路（中央流路９６）を規定している。
【００３６】
流体通過部４０は、冷却水１が流入すべき面である流入面４５と、冷却水１が排出されるべき面である排出面４６とを備える。冷却水１の進行方向１ａに沿った（進行方向１ａに平行な）断面において、流入面４５と排出面４６とは平行である。当該断面において、流体通過部４０は平行四辺形形状を有している。
【００３７】
流体通過部４０は、実施の形態１と同様に、たとえば伝熱部３３の内壁面にロウ付けして固定される。また、流体通過部４０は、熱伝導率が高い金属から構成される金属多孔体からなる。流体通過部４０は、冷却水１が内部を通過可能な多孔体構造を有している。
【００３８】
そして、流体通過部４０の流入面４５の面積は、冷却水１の進行方向１ａに垂直な導入流路９２の断面である導入流路断面７５ａを、冷却水１の進行方向１ａに沿って流体通過部４０に近づけた場合に流体通過部４０に接触する位置である流入位置７４の上流側に隣接する領域に位置する導入流路断面７５ｂの面積よりも大きい。
【００３９】
より具体的には、流入位置７４における導入流路断面７５ｃに対して流入面４５が傾斜することにより、流入面４５の面積が、流入位置７４の上流側に隣接する領域に位置する導入流路断面７５ｂの面積よりも大きくなっている。流入位置７４における導入流路断面７５ｃに対する傾斜角度を（９０−θ）°とすると、流入面４５の面積は導入流路断面７５ｂの面積の（１／ｓｉｎθ）倍である。つまり、流入面４５が傾斜することにより、流入面４５の面積が本体導入流路８５の断面積よりも大きくなっている。このような構造を有することにより、本実施の形態のヒートシンク２００においては、冷却水１が流体通過部４０へと流入する前に冷却水１の速度が低下する。そのため、圧力損失の低減を図られる。その結果、熱交換の効率を向上させることができる。このように、本実施の形態におけるヒートシンク２００によれば、金属多孔体を用いたヒートシンク２００において、圧力損失を低減して熱交換の効率を向上させることが可能となる。
【００４０】
さらに、ヒートシンク２００は、上記実施の形態１の場合とは異なり、必ずしも本体部３０内の冷却水１の流路の断面積を大きくする必要がない。そのため、構造上ヒートシンク（熱交換器）のサイズを大きくすることが困難な用途に使用される場合においても、高い熱交換効率を達成することができる。
【００４１】
（実施の形態３）
次に、他の実施の形態である実施の形態３について説明する。図５を参照して、実施の形態３における熱交換器であるヒートシンク３００は、実施の形態１の場合と同様に、本体部５０と、流体通過部６０と、導入用配管６８と、排出用配管６９とを備え、同様に使用されることで発熱源の熱を放出する。
【００４２】
本体部５０は、冷却水１の進行方向１ａに沿った方向において、中央に位置する伝熱部５７と、伝熱部５７から見て上流側に位置する導入部５５と、伝熱部５７から見て下流側に位置する排出部５６とを含む。本体部５０は、たとえば銅などの熱伝導率の高い金属からなる。本体部５０は、外壁において、図示しない発熱源に接触する。導入部５５は、流体通過部６０に導入される冷却水１の流路となる本体導入流路８６を規定する。また、排出部５６は、流体通過部６０から排出される冷却水１の流路となる本体排出流路８８を規定する。
【００４３】
導入用配管６８は、本体部５０の導入部５５に接続される。導入用配管６８の内部には中空領域である導入用配管流路８７が形成されている。導入用配管６８および導入部５５は、導入流路部８４を構成する。導入流路部８４は、流体通過部６０へと冷却水１を導く導入流路９３を規定する。本体導入流路８６および導入用配管流路８７は、導入流路９３を構成する。また、排出用配管６９は、本体部５０の排出部５６に接続される。
【００４４】
本体部５０には、貫通孔である中空領域９１が形成されている。中空領域９１は、本体導入流路８６と、本体排出流路８８と、中央流路９７とを含む。本体導入流路８６と本体排出流路８８とは、中央流路９７により接続されている。実施の形態１の場合とは異なり、冷却水１の進行方向１ａに垂直な断面における中空領域９１の断面積は一定である。
【００４５】
本体部５０の中空領域９１内には、流体通過部６０が配置される。流体通過部６０は、本体部５０の伝熱部５７に接触するように配置される。より具体的には、伝熱部５７の内壁面の全周にわたって流体通過部６０が接触する。伝熱部５７は、流体通過部６０を取り囲むことにより冷却水１が流体通過部６０を通過するための通過流路（中央流路９７）を規定している。
【００４６】
流体通過部６０は、冷却水１が流入すべき面である流入面６５と、冷却水１が排出されるべき面である排出面９５とを備える。流体通過部６０は、実施の形態１の場合と同様に、たとえば伝熱部５７の内壁面にロウ付けして固定される。また、流体通過部６０は、熱伝導率が高い金属から構成される金属多孔体からなる。流体通過部６０は、冷却水１が内部を通過可能な多孔体構造を有している。
【００４７】
図５を参照して、実施の形態３におけるヒートシンク３００においては、上流側に開口し、内部に底壁を有する上流側凹部６６が流体通過部６０に複数個形成されている。また、流体通過部６０には、下流側に開口し、内部に底壁を有する下流側凹部６７が、上流側凹部６６と離れて複数個形成されている。つまり、下流側凹部６７は上流側凹部６６と連通していない。そして、上流側凹部６６と下流側凹部６７とは、冷却水１の進行方向１ａに垂直な方向において等間隔に交互に形成されている。
【００４８】
また、上流側凹部６６の底壁から流体通過部６０の下流側端部までの距離Ｌ１が、隣り合う上流側凹部６６と下流側凹部６７との間隔Ｌ２よりも長くなっている。これにより、流体通過部６０の上流側凹部６６の開口部から流入してきた冷却水１が、隣接する下流側凹部６７に流入した後、下流側凹部６７の開口部から排出部５６に流れるように流路を制御することが可能となる。なお、冷却水１の流路を制御するために、上流側凹部６６の底壁から流体通過部６０の下流側端部までの距離Ｌ１を大きくすることに加えて、または大きくすることに代えて、上流側凹部６６の底壁を封孔処理するようにしてもよい。
【００４９】
そして、流体通過部６０の流入面６５の面積は、冷却水１の進行方向１ａに垂直な導入流路９３の断面である導入流路断面７８ａを、冷却水１の進行方向１ａに沿って流体通過部６０に近づけた場合に流体通過部６０に接触する位置である流入位置７６の上流側に隣接する領域に位置する導入流路断面７８ｂの面積よりも大きい。
【００５０】
より具体的には、上流側に開口し、内部に底壁を有する上流側凹部６６が流体通過部６０に形成されていることにより、流入面６５の面積が、流入位置７６の上流側に隣接する領域に位置する導入流路断面７８ｂの面積よりも大きくなっている。つまり、上流側凹部６６の側壁面が流入面６５として機能することにより、流入面６５の面積が大きくなっている。このような構造を有することにより、本実施の形態のヒートシンク３００においては、冷却水１が流体通過部６０へと流入する前に冷却水１の速度が低下する。そのため、圧力損失の低減を図られる。その結果、熱交換の効率を向上させることができる。このように、本実施の形態におけるヒートシンク３００によれば、金属多孔体を用いたヒートシンク３００において、圧力損失を低減して熱交換の効率を向上させることが可能となる。
【００５１】
さらに、ヒートシンク３００は、上記実施の形態１の場合とは異なり、必ずしも本体部５０内の冷却水１の流路の断面積を大きくする必要がない。そのため、構造上ヒートシンク（熱交換器）のサイズを大きくすることが困難な用途に使用される場合においても、高い熱交換効率を達成することができる。
【００５２】
なお、実施の形態３におけるヒートシンク３００においては、上流側凹部６６および下流側凹部６７の双方を備えていたが、上流側凹部６６のみ備えるようにしてもよい。
【００５３】
（実施の形態４）
次に、さらに他の実施の形態である実施の形態４について説明する。図６および図７を参照して、実施の形態４におけるヒートシンク４００は、実施の形態１の場合と基本的には同様の構造を有し、同様の効果を奏する。しかし、実施の形態４におけるヒートシンク４００は熱伝導率が高い金属からなる熱伝導補助部材５をさらに備えている点において実施の形態１の場合とは異なっている。
【００５４】
図６および図７を参照して、実施の形態４におけるヒートシンク４００では、伝熱部１２から離れて位置する流体通過部２０の領域と伝熱部１２とを接続するように配置される熱伝導補助部材５をさらに備える。熱伝導補助部材５は、流体通過部２０の中央部と伝熱部１２とを接続するように配置されることが好ましい。本実施の形態においては、熱伝導補助部材５は、流体通過部２０を貫通し、流体通過部２０を挟んで互いに対向する伝熱部１２の内壁面間を繋ぐように配置される。熱伝導補助部材５は、柱状、たとえば円柱状の形状を有している。熱伝導補助部材５を構成する材料としては、熱伝導率の高い金属、たとえばＣｕ、Ａｌなどを採用することができる。
【００５５】
これにより流体通過部２０において、伝熱部１２の接触面から離れた領域と伝熱部１２との間の熱の移動が容易となる。その結果、熱交換の効率をさらに向上させることが可能となる。
【００５６】
なお、本実施の形態において、熱伝導補助部材５は円柱形状の場合を例示したが、他の形状、たとえば薄板状であってもよい。
【００５７】
また、上記実施の形態１〜４における熱交換器の構造は、本願の熱交換器の構造における具体例であって、本願の熱交換器の構造はこれらに限られるものではない。したがって、たとえば上記実施の形態１〜４において説明した構造を適宜組み合わせた構造を採用してもよい。
【００５８】
また、上記実施の形態１〜４においては、本願の熱交換器の一例として水冷ヒートシンクについて説明したが、本願の熱交換器はこれに限定されず、空気調和装置等に用いられる空気熱交換ユニットなど、種々の熱交換器に適用することができる。
【実施例１】
【００５９】
上記実施の形態１と同様の構造を有するヒートシンクについて、その性能を検証するシミュレーションを実施した。具体的には、実施の形態１と同様の構造において、導入用配管２２から本体部１０への入口における導入流路断面の面積に対する流入面２５における導入流路断面の面積の比（断面積比）を６〜６０の範囲で変化させたヒートシンク１００を想定した。そして、このヒートシンクにおける圧力損失と熱抵抗との関係をシミュレーションにより算出した（図８において「断面積比６〜６０」と表示）。本体部１０の外壁に熱源が接触している状態で、一定温度の水が一定の流量でヒートシンク１００に流入する場合において、熱源との間の熱交換量を算出したうえで、これを熱抵抗値に換算してヒートシンク１００の性能の指標とした。また、ヒートシンク１００および熱源が周囲の環境とは断熱されている、との条件でシミュレーションを実施した。金属多孔体からなる流体通過部の材質は銅であるとした。また、本体部１０への入口および本体部１０からの出口における流路の断面積は一定とした。また、比較のため、金属多孔体からなる流体通過部を使用しないヒートシンクにおいて、流路の形状を適正化することにより熱効率を向上させたものについても、同様にシミュレーションを実施した（図８において「比較例」と表示）。シミュレーションの結果を図８に示す。
【００６０】
図８において横軸は圧力損失、縦軸は熱抵抗を示している。断面積６〜１８の場合については、金属多孔体からなる流体通過部の目の粗さを変化させた場合に対応する特性が示されている。具体的には、流体通過部の目の粗さが小さくなるにしたがって、圧力損失が大きくなるとともに、熱抵抗が小さくなっている。すなわち、熱抵抗を低減するために流体通過部の目の粗さを小さくすると、圧力損失が上昇するという関係が理解される。ヒートシンク１００の性能向上のためには、圧力損失および熱抵抗が低減されることが好ましい。すなわち、図８において、データ点が左下に向かうことが好ましいといえる。
【００６１】
図８を参照して、断面積比が大きくなるにしたがって、ヒートシンクの性能が向上することが確認される。また、断面積比が１８を超える場合、金属多孔体からなる流体通過部を使用しないヒートシンクでは到達が困難な性能が得られることが分かる。すなわち、実施の形態１における構造を採用することにより、優れた性能の熱交換器が得られるといえる。
【実施例２】
【００６２】
上記実施の形態２と同様の構造を有するヒートシンクについて、その性能を検証するシミュレーションを実施した。具体的には、実施の形態２と同様の構造において、流入面４５が図４とは逆向きに傾斜し、角度θが１０°である場合を想定した（モデルＡ）。そして、一定温度の空気が一定の流速で流入する場合における、流体通過部４０内での空気の温度変化から熱伝達率を算出し、これを金属多孔体からなる流体通過部４０の単位体積あたりの値に変換し、ヒートシンク２００の性能の指標とした。また、その場合の圧力損失についても算出した。一方、比較のため、流体通過部の体積および空気の流れる方向における長さをモデルＡと同一とし、θを９０°とした場合についても同様に流体通過部４０の単位体積あたりの熱伝達率および圧力損失を算出した（モデルＢ）。図９は、モデルＡにおける流体通過部４０内での温度分布を示す。
【００６３】
図９において、白い三角形は、空気の流速を示している。図９を参照して、流体通過部４０内の空気の温度は、領域Ａが最も低く、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆ、Ｇ、ＨおよびＩの順に高くなっている。そして、この温度分布から算出される流体通過部４０の圧力損失、および単位体積あたりの熱伝達率を表１に示す。
【００６４】
【表１】
2017044461.tif 000003
表１を参照して、角度θが１０°となるように流入面４５を傾斜させることにより、流体通過部４０の単位体積あたりの熱伝達率を維持しつつ、圧力損失を約１／６にまで低減できることが確認させる。このことから、ヒートシンクの設置のための空間が限られている場合でも、実施の形態２の構造を採用することにより熱伝達率を維持しつつ圧力損失を低減することで、ヒートシンクの性能を向上させることが可能であるといえる。
【００６５】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、どのような面からも制限的なものではないと理解されるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく、特許請求の範囲によって規定され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６６】
１  冷却水
１ａ  進行方向
５  熱伝導補助部材
１０，３０，５０  本体部
１２，３３、５７  伝熱部
１５  本体導入流路
１６  本体排出流路
１７  中央部
１９，８９，９１  中空領域
１９  中空領域
２０，４０，６０  流体通過部
２２，４７，６８  導入用配管
２３，３５  導入部
２５，４５，６５  流入面
２７  導入用配管流路
２８，４８，６９  排出用配管
３１  本体排出流路
３４，３６，５６  排出部
４１，８７  導入用配管流路
４１  導入用配管流路
４６，９５  排出面
５５  導入部
６６  上流側凹部
６７  下流側凹部
７０，７４，７６  流入位置
７２ａ，７２ｂ，７５ａ，７５ｂ，７８ａ，７８ｂ  導入流路断面
８１，８３，８４  導入流路部
８２，９２，９３  導入流路
８５，８６  本体導入流路
８８  本体排出流路
８９  中空領域
９１  中空領域
９６  中央流路
９７  中央流路
１００，２００，３００，４００  ヒートシンク
【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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