(57)【要約】【課題】高い耐圧性能と高い熱交換性能とを有する熱交換器を提供すること。【解決手段】熱交換器は、熱輸送媒体が流される熱媒体流路を区画形成する管部分３１を提供するＣＦＲＰ製の流路区画部材２２を備えている。ＣＦＲＰは、ＰＡＮ系の炭素繊維４１を複数有する第１繊維群と、炭素繊維４１よりも短いピッチ系の炭素繊維４２を複数有する第２繊維群と、を含んでいる。第１繊維群は、炭素繊維４１のそれぞれが熱媒体流路を囲むように延設されている。第２繊維群は、炭素繊維４１の延設方向に交差する方向に複数の炭素繊維４２が配向されている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
熱輸送媒体と熱交換媒体との間の熱交換を提供する熱交換器において、
前記熱輸送媒体が流される熱媒体流路を区画形成する管部分（３１、２３１）を提供する炭素繊維強化プラスチック製の流路区画部材（２２、３２２）を備え、
前記炭素繊維強化プラスチックは、第１炭素繊維（４１）を複数有する第１繊維群と、前記第１炭素繊維よりも短い第２炭素繊維（４２）を複数有する第２繊維群と、を含んでおり、
前記第１繊維群は、前記第１炭素繊維のそれぞれが前記熱媒体流路を囲むように延設されており、
前記第２繊維群は、前記第１炭素繊維の延設方向に交差する方向に複数の前記第２炭素繊維が配向された状態、又は、複数の前記第２炭素繊維がランダムに配置された無配向状態である、熱交換器。
【請求項２】
さらに、前記管部分の外側に設けられ、前記熱交換媒体との接触面積を広くするための伝熱部材（３２、３２８）を備えた請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記伝熱部材（３２）は、前記流路区画部材によって提供されており、炭素繊維強化プラスチック製である請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記伝熱部材は、前記管部分から延び出す板部分（３２）である請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記第１炭素繊維が前記管部分から延び出すように前記板部分の中を延びている請求項４に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記第１炭素繊維が前記管部分と前記板部分との両方にわたって延びている請求項４又は請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記第１炭素繊維が前記熱交換媒体の流れ方向（ＡＦ）に沿って前記流路区画部材の全幅にわたって延びている請求項６に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記流路区画部材は、複数の前記管部分と複数の前記板部分とを有し、
前記第１炭素繊維が複数の前記管部分と複数の前記板部分とのすべてにわたって延びている請求項５から請求項７のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記伝熱部材（３２８）は、前記流路区画部材とは別体の部材である請求項２に記載の熱交換器。
【請求項１０】
前記第１炭素繊維はＰＡＮ系炭素繊維であり、前記第２炭素繊維はピッチ系炭素繊維である請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示される技術は、熱輸送媒体と熱交換媒体との熱交換のための炭素繊維強化プラスチック製の熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば、下記特許文献１に開示された熱交換器がある。これに開示された熱交換器では、チューブ及びフィンが、炭素繊維強化プラスチックを用いて形成されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１３８９６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来技術の炭素繊維強化プラスチック製の熱交換器では、更なる性能向上が求められている。具体的には、炭素繊維強化プラスチック製の熱交換器では、耐圧性能の向上が求められている。また、炭素繊維強化プラスチック製の熱交換器では、熱交換性能の向上が求められている。
【０００５】
ここに開示される技術は、上記点に鑑みてなされたものであり、高い耐圧性能と高い熱交換性能とを有する熱交換器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】
【０００６】
上記目的を達成するため、開示される熱交換器では、
熱輸送媒体が流される熱媒体流路を区画形成する管部分（３１、２３１）を提供する炭素繊維強化プラスチック製の流路区画部材（２２、３２２）を備え、
炭素繊維強化プラスチックは、第１炭素繊維（４１）を複数有する第１繊維群と、第１炭素繊維よりも短い第２炭素繊維（４２）を複数有する第２繊維群と、を含んでおり、
第１繊維群は、第１炭素繊維のそれぞれが熱媒体流路を囲むように延設されており、
第２繊維群は、第１炭素繊維の延設方向に交差する方向に複数の第２炭素繊維が配向された状態、又は、複数の第２炭素繊維がランダムに配置された無配向状態である。
【０００７】
これによると、管部分において熱媒体流路を囲むように第１繊維群の第１炭素繊維が配向されている。したがって、管部分の径方向に関して、高い耐圧性能を発揮することができる。また、第１繊維群の第１炭素繊維の配向方向に対して交差する方向に第２繊維群の第２炭素繊維が配向されている。あるいは、第２繊維群は無配向状態であり、第２繊維群の複数の第２炭素繊維のうちの少なくとも一部が、第１繊維群の第１炭素繊維の配向方向に対する交差方向に延びるように配置されている。したがって、第１炭素繊維により管部分の周方向への熱移動を促進でき、第２炭素繊維により管部分の長手方向への熱移動を促進できる。この結果、高い耐圧性能と高い熱交換性能とを有する熱交換器を提供できる。
【０００８】
なお、特許請求の範囲およびこの項に記載した括弧内の符号は、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ものであって、開示技術の範囲を限定するものではない。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】第１実施形態に係る冷凍サイクルを示すブロック図である。
【図２】熱交換器を示す正面図である。
【図３】図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における冷媒熱交換器を示す断面図である。
【図４】図２のＩＶ−ＩＶ線における冷媒熱交換器を示す断面図である。
【図５】熱交換器のプレートを示す斜視図である。
【図６】熱交換器の流路区画部材を示す拡大断面図である。
【図７】熱交換器の流路区画部材を示す斜視図である。
【図８】熱交換器の製造方法を示す工程図である。
【図９】熱交換器に用いるプリプレグシートの製造方法を示す工程図である。
【図１０】第２実施形態の流路区画部材を示す断面図である。
【図１１】第３実施形態の熱交換器を示す部分断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図面を参照しながら、開示のための複数の実施形態を説明する。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が付され、その部分については、先行する説明を参照することができる。また、後続の実施形態においては、先行する実施形態で説明した事項に対応する部分に百以上の位だけが異なる参照符号が付される場合がある。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他の形態の説明を参照し適用することができる。
【００１１】
（第１実施形態）
図１において、冷凍サイクル１０は、冷媒の相変化に伴う吸熱および／または放熱を利用する熱機器である。冷媒は、フロン系冷媒、二酸化炭素などの自然冷媒など多様な冷媒によって提供されうる。冷凍サイクル１０は、冷媒を加圧および／または減圧させることにより相変化を生じさせ、吸熱および／または発熱を生じさせる蒸気圧縮型の冷凍サイクルである。冷凍サイクル１０は、空調装置、冷蔵設備などに利用される。この実施形態では、冷凍サイクル１０は、乗り物の室内を空調するための空調装置に利用されている。冷凍サイクル１０は、乗り物に搭載されている。したがって、冷凍サイクル１０には、軽量であることが求められる。
【００１２】
冷凍サイクル１０は、冷媒を圧縮する圧縮機１１を有する。冷凍サイクル１０は、圧縮機１１によって圧縮された高温高圧の冷媒から放熱させる放熱器１２を有する。冷媒が凝縮する場合、放熱器１２は凝縮器とも呼ばれる。冷凍サイクル１０は、放熱器１２によって冷却された冷媒を減圧する減圧器１３を有する。冷凍サイクル１０は、減圧器１３によって減圧された低温低圧の冷媒に吸熱させる吸熱器１４を有する。冷媒が蒸発する場合、吸熱器１４は蒸発器とも呼ばれる。
【００１３】
放熱器１２および吸熱器１４の少なくとも一方は、利用側熱交換器として空調のために利用される。放熱器１２および吸熱器１４の他方は、非利用側熱交換器として機能する。例えば、空調装置が冷房用途に利用される場合、吸熱器１４は空調のための媒体、例えば空気、を冷却するために利用側熱交換器として用いられる。この場合、放熱器１２は、非利用側熱交換器として熱を排出するために用いられる。
【００１４】
放熱器１２および吸熱器１４は、冷凍サイクルにおける冷媒熱交換器である。冷媒は、加圧または減圧されるから、冷媒熱交換器には、高い耐圧性が求められる。例えば、放熱器１２は、内部の冷媒の高圧に耐える強度が求められる。また、吸熱器１４は、内部の冷媒の低圧に耐える強度が求められる。
【００１５】
放熱器１２および吸熱器１４には、熱交換器として高い熱交換性能を発揮することが求められる。冷媒と熱交換する媒体が空気である場合、冷媒熱交換器には、冷媒と空気との間の高い熱伝達性能を提供することが求められる。したがって、冷媒熱交換器を形成する部材には、冷媒と空気との間において高い熱伝達性能を提供することが求められる。
【００１６】
この実施形態では、冷凍サイクルの放熱器１２および／または吸熱器１４として利用可能な新規な冷媒熱交換器が提供される。この実施形態では、吸熱器１４として利用可能な新規な冷媒熱交換器が提供される。
【００１７】
図２において、冷媒熱交換器２０は、冷凍サイクルの熱輸送媒体としての冷媒と熱交換媒体としての空気との間の熱交換を提供する。冷媒熱交換器２０は、吸熱器１４として利用可能である。冷媒熱交換器２０は、本実施形態において熱輸送媒体と熱交換媒体との間の熱交換を提供する熱交換器に相当する。
【００１８】
冷媒熱交換器２０は、熱交換部２１と、タンク部２４、２５とを有する。熱交換部２１は、複数の流路区画部材２２を有する。冷媒熱交換器２０は、冷媒熱交換器２０を空調装置に支持するためのサポート部分を備えることができる。冷媒熱交換器２０の熱交換部２１と、タンク部２４、２５とは、炭素繊維強化プラスチック（ＣＥＲＰ）で作られている。サポート部分もＣＥＲＰによって作ることができる。
【００１９】
複数の流路区画部材２２は、冷媒が流される冷媒流路を区画形成する。流路区画部材２２は、冷媒が流されるチューブを区画形成するからチューブ部材とも呼ばれる。流路区画部材２２は、板状の外観を有し、その中に熱輸送媒体が流れる熱媒体流路である冷媒流路を区画するから、熱交換板とも呼ばれる。複数の流路区画部材２２は、空気が流される空気通路２３を区画形成する。複数の流路区画部材２２は、冷媒と空気との間の熱伝達を担う熱伝達部材でもある。複数の流路区画部材２２は、互いに平行となるように積層的に配置されている。複数の流路区画部材２２は、それらの間に空気通路２３を区画形成するように所定の隙間を設けて配置されている。空気通路２３は、被冷却媒体としての空調用の空気が流される通路である。
【００２０】
タンク部２４は、減圧器１３から冷媒を受け入れ、複数の流路区画部材２２に冷媒を分配する入口タンクである。タンク部２４には、入口管２６が設けられている。タンク部２５は、複数の流路区画部材２２から冷媒を集め、圧縮機１１に供給する出口タンクである。タンク部２５には、出口管２７が設けられている。複数の流路区画部材２２は、タンク部２４とタンク部２５との間に配置されている。複数の流路区画部材２２は、タンク部２４の内室とタンク部２５の内室とを連通する。
【００２１】
図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線における断面を示す。この断面には、流路区画部材２２の冷媒流れ方向と垂直な断面、すなわち流路区画部材２２の長手方向に垂直な断面、が図示されている。図４は、図２のＩＶ−ＩＶ線における断面を示す。
【００２２】
流路区画部材２２は、管部分３１を有する。管部分３１は、冷媒が流されるチューブを提供する。管部分３１は、管部分３１の内部に冷媒通路を区画形成する。管部分３１は、円形、長円、多角形など多様な断面形状を有することができる。この実施形態では、管部分３１は、円形の断面を有する。ひとつの流路区画部材２２には、ひとつまたは複数の管部分３１を設けることができる。この実施形態では、ひとつの流路区画部材２２に３つの管部分３１が設けられている。管部分３１は、流路区画部材２２の両端においてタンク部２４、２５の内室と連通している。管部分３１は、その内部の冷媒通路によってタンク部２４の内室とタンク部２５の内室とを連通する。
【００２３】
流路区画部材２２は、管部分３１から延び出す板部分３２を有する。板部分３２の一部は、空気の流れ方向ＡＦに関して流路区画部材２２の前縁を提供するように流路区画部材２２の前縁に設けられている。板部分３２の一部は、空気の流れ方向ＡＦに関して流路区画部材２２の後縁を提供するように流路区画部材２２の後縁に設けられている。板部分３２の一部は、２つの管部分３１の間に設けられている。
【００２４】
板部分３２は、管部分３１から広がるように延び出している。板部分３２は複数の管部分３１の間に広がっている。板部分３２は、隣接する２つの管部分３１の間を連結している。板部分３２は、タンク部２４とタンク部２５との間にわたって広がっている。板部分３２は、流路区画部材２２の機械的強度を高めるために貢献する。板部分３２は、管部分３１の外側に設けられ、熱交換媒体である空気との接触面積を広くするための伝熱部材である。板部分３２は、流路区画部材２２によって提供されており、ＣＦＲＰ製である。板部分３２は、流路区画部材２２と空気とが接触する表面積を大きくするために貢献する。板部分３２は、フィン部分とも呼ぶことができる。
【００２５】
管部分３１は、板部分３２から空気通路２３に向けて突出する凸部を形成する。言い換えると、板部分３２は、２つの管部分３１の間において凹部を形成する。さらに、互いに隣接する流路区画部材２２は、それらの管部分３１が空気の流れ方向ＡＦに関してずれるように配置されている。この結果、流路区画部材２２の間に区画形成される空気通路２３は、空気の流れ方向ＡＦに関して蛇行するように形成される。このような配置は、流路区画部材２２と空気との間の熱伝達を促進する。
【００２６】
流路区画部材２２の間に区画形成された空気通路２３には、空調装置の送風機によって空気が流される。空気は、管部分３１の長手方向と交差するように流される。空気は、板部分３２と平行に流される。冷媒熱交換器２０は、吸熱器１４として利用されるから、管部分３１および板部分３２の外側表面には、凝縮水が付着する。この実施形態では、板部分３２が重力方向とほぼ平行に広がるように、冷媒熱交換器２０が空調装置に設置される。このような冷媒熱交換器２０の設置状態は、凝縮水の排出を促進する。
【００２７】
ひとつの流路区画部材２２は、プレート３３、３４を積層することによって形成されている。この実施形態では、２枚の独立したプレート３３、３４を積層し、接合することによってひとつの流路区画部材２２が形成されている。１枚のプレートを折り曲げ、接合することによってひとつの流路区画部材２２が形成されてもよい。
【００２８】
図５において、流路区画部材２２を形成する第１プレート３３および第２プレート３４は、冷媒熱交換器２０に対応した形状を有する。プレート３３、３４は、細長い形状である。図示の例では、プレート３３、３４は、四辺形または長方形と呼ぶことができる。プレート３３、３４は、ＣＦＲＰ製である。
【００２９】
プレート３３、３４は、管部分３１を形成するための溝部３５と、板部分３２を形成するための平面状の平板部３６とを有する。溝部３５は、プレート３３、３４の一面において平板部３６より凹んでおり、他面において平板部３６より突出している。プレート３３、３４は、タンク部２４、２５を形成するための凹部３７、３８を有する。凹部３７、３８は、プレート３３、３４の一面において平板部３６より凹んでおり、他面において平板部３６より突出している。溝部３５の両端は、凹部３７、３８に達している。溝部３５の両端は、凹部３７、３８に向けて開口している。プレート３３、３４が向かい合わせに積層されることによってひとつの流路区画部材２２が形成される。第１プレート３３と第２プレート３４とは、それらの合わせ面に対して対称の形状をもつ。
【００３０】
図６は、流路区画部材２２のモデル化された断面を示す。これらプレート３３、３４は、ＣＦＲＰを構成する樹脂材料と、炭素繊維４１及び炭素繊維４２とを含む。ＣＦＲＰのマトリックス樹脂中には、複数の炭素繊維４１と、複数の炭素繊維４２とが含まれている。炭素繊維４１は、本実施形態における第１炭素繊維に相当する。複数の炭素繊維４１は、第１繊維群を構成する。炭素繊維４２は、本実施形態における第２炭素繊維に相当する。複数の炭素繊維４２は、第２繊維群を構成する。
【００３１】
図中には、炭素繊維４１及び炭素繊維４２の配向方向を示すために、代表的な炭素繊維４１及び炭素繊維４２が断面の中に細い実線で描かれている。複数の炭素繊維４１のそれぞれは、溝部３５及び平板部３６の形状に沿いつつ、図示左右方向であるＸＸ方向に延びている。複数の炭素繊維４２のそれぞれは、図示紙面表裏方向であるＹＹ方向に延びている。なお、図６では、マトリックス樹脂中において炭素繊維４１の一側のみに炭素繊維４２を配設する構成を図示しているが、これに限定されるものではない。例えば、炭素繊維４１の他側にも炭素繊維４２を配設してかまわない。
【００３２】
図７は、流路区画部材２２の部分断面斜視図である。図中には、炭素繊維４１及び炭素繊維４２の配向方向を示すために、代表的な炭素繊維４１及び炭素繊維４２が破線で描かれている。本例では、炭素繊維４１は、ＰＡＮ系炭素繊維からなり、炭素繊維４１は、ピッチ系炭素繊維からなる。ＰＡＮ系炭素繊維は、ＣＦＲＰ成形品の高強度及び高剛性に特に大きく寄与する。ＰＡＮ系炭素繊維は、ＣＦＲＰ成形品の高熱伝導に大きく寄与する。ピッチ系炭素繊維は、ＣＦＲＰ成形品の高熱伝導に特に大きく寄与する。炭素繊維４１は、炭素繊維４２よりも長い。第１繊維群の平均繊維長は第２繊維群の平均繊維長よりも大きい。
【００３３】
炭素繊維４１は高い熱伝導性を有している。炭素繊維４１は、ＣＦＲＰを構成するマトリックス樹脂材料よりはるかに高い熱伝導率を有している。炭素繊維４２は、炭素繊維４１よりも高い熱伝導性を有している。炭素繊維４２は、マトリックス樹脂材料よりも極めて高い熱伝導率を有している。よって、炭素繊維４１及び炭素繊維４２は、流路区画部材２２における熱の移動に大きい影響をもつ。
【００３４】
この実施形態で用いられる炭素繊維４１は、プレート３３、３４の厚さよりも長い。炭素繊維４１は、プレート３３、３４の幅方向、すなわち管部分３１が提供する冷媒流路の長手方向と直交する方向に関して、プレート３３、３４の端から端にわたる長さをもっている。炭素繊維４１は、例えば、所謂連続繊維である。炭素繊維４１は、複数の炭素繊維を単方向に配列したＵＤテープによって提供される。
【００３５】
一方、炭素繊維４２は、管部分３１の長手方向に沿って延びている。前述したように、炭素繊維４２は炭素繊維４１よりも短い。炭素繊維４２は、例えば、所謂チョップドファイバーである。炭素繊維４２は、例えば、長さ２〜５ｍｍ程度の繊維である。
【００３６】
流路区画部材２２に用いられるＣＦＲＰにおいて、マトリックス樹脂中に含有される炭素繊維の含有量は１５〜７０体積％であることが好ましい。そして、全炭素繊維に対する炭素繊維４１の割合は、５〜９５体積％であることが好ましく、１５〜８０体積％であればより好ましい。
【００３７】
炭素繊維４１は、管部分３１では、冷媒流路を囲むように延びるように配向されている。管部分３１が円形断面をもつ図示の例では、炭素繊維４１は管部分３１の周方向に沿って延びるように配向されている。言い換えると、炭素繊維４１は、管部分３１が提供する冷媒流路の長手方向と垂直な断面において、その断面と平行に延びるように配向されている。このような炭素繊維４１の配向は、管部分３１における径方向に関する耐圧性を向上させるために貢献する。
【００３８】
炭素繊維４１は、板部分３２では、管部分３１が提供する冷媒流路の長手方向と交差する方向、例えば直交する方向へ延びるように配向されている。このような配向は、板部分３２におけるＸＸ方向への熱伝導を促進し、板部分３２における温度分布の抑制に貢献する。
【００３９】
炭素繊維４１は、板部分３２では、管部分３１から延び出すように配向されている。炭素繊維４１は、管部分３１から延び出すように板部分３２の中を延びている。このような配向は、管部分３１と板部分３２との間の熱移動を促進するために貢献する。
【００４０】
さらに、炭素繊維４１は、管部分３１と板部分３２との両方にわたって連続的に延びている。このような長い炭素繊維４１の利用、および／または炭素繊維４１の配向は、管部分３１と板部分３２との間の熱移動をさらに促進する。
【００４１】
炭素繊維４１は、板部分３２において、隣接する２つの管部分３１の間を連結するように延びている。このような配向は、流路区画部材２２の幅方向であるＸＸ方向に関する機械的な強度を向上させる。炭素繊維４１は、熱交換媒体である空気の流れ方向ＡＦに沿って流路区画部材２２の全幅にわたって延びている。炭素繊維４１は、複数の管部分３１と複数の板部分３２とのすべてにわたって延びている。
【００４２】
炭素繊維４２は、炭素繊維４１が延びる方向と交差する方向、例えば直交する方向へ延びるように配向されている。炭素繊維４２は、管部分３１及び板部分３２のそれぞれで、炭素繊維４１と交差するように延びている。このような炭素繊維４２の配向は、板部分３２におけるＹＹ方向への熱伝導を促進し、板部分３２における温度分布の抑制に貢献する。
【００４３】
上述のような管部分３１および／または板部分３２における炭素繊維４１及び炭素繊維４２の配向は、流路区画部材２２の厚さを薄くすることを可能とする。薄い流路区画部材２２は、冷媒熱交換器２０の軽量化を可能とする。また、薄い流路区画部材２２は、冷媒と空気との間の熱移動をさらに促進する。
【００４４】
図８は、冷媒熱交換器２０の製造方法における主要な工程を示している。冷媒熱交換器２０の製造方法は、以下に述べる工程を有する。第１工程８Ａは、プレート３３、３４のための素材を供給する工程である。この工程では、ＣＦＲＰのプリプレグが供給される。プレプリグは、炭素繊維に樹脂材料を含浸させた状態で供給される。プレプリグは、後続の工程に適した加工性および硬化特性をもつように樹脂材料が選定される。プレプリグの樹脂材料は、熱硬化性樹脂または熱可塑性樹脂を利用可能である。プリプレグは、ロール材５１として供給される。熱硬化性樹脂の一例はエポキシ樹脂である。熱可塑性樹脂の一例はポリアミド樹脂である。
【００４５】
第２工程８Ｂは、素材をプレート３３、３４の形状に加工する工程である。この工程では、プリプレグが所定の大きさに切断され、所定の形状を与えられる。プリプレグは、プレート３３、３４に相当する形状に成形される。例えば、プレス加工機５２を用いるプレス加工によってプレート３３、３４の形状が成形される。
【００４６】
第３工程８Ｃは、複数のプレート３３、３４を、冷媒熱交換器２０を形成するように積層的に配置する工程である。この工程では、複数のプレート３３、３４が規則的に積層される。この工程では、ひとつの流路区画部材２２のために、互いに対称の一組のプレート３３、３４が積層される。さらに、この工程では、冷媒熱交換器２０を形成するための複数組のプレート３３、３４が積層される。第４工程８Ｄは、プレート３３、３４を接合し、プリプレグを固化させる工程である。マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、熱硬化によりマトリックス樹脂が固化する。マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、冷却によりマトリックス樹脂が固化する。
【００４７】
図９は、図８の第１工程８Ａに供給するプリプレグの製造方法における主要な工程を示している。プリプレグの製造方法は、以下に述べる工程を有する。第１工程９Ａは、整列した炭素繊維４１を準備する工程である。この工程では、例えば、炭素繊維４１のＵＤシートが準備される。この工程では、整列された炭素繊維４１が、例えば、金型の製品部であるキャビティ内に配置される。
【００４８】
第２工程９Ｂは、マトリックス樹脂を注入する工程である。この工程では、炭素繊維４２を含有するマトリックス樹脂が注入される。ここ工程では、例えば、ＵＤシートの側方において炭素繊維４１の延在方向に延びるフィルムゲート６１からキャビティ内にマトリックス樹脂が注入される。フィルムゲート６１からマトリックス樹脂を注入することで、マトリックス樹脂に含まれる炭素繊維４２が注入方向に配向する。すなわち、炭素繊維４２が炭素繊維４１と直交する方向に配向する。
【００４９】
第３工程９Ｃは、マトリックス樹脂を一旦固化してプリプレグシートを形成する工程である。この工程では、マトリックス樹脂が熱硬化性樹脂である場合には、熱硬化を所定レベルまで進行させてから冷却し、マトリックス樹脂をＢステージ状態とする。マトリックス樹脂が熱可塑性樹脂である場合には、冷却によりマトリックス樹脂を固化する。
【００５０】
第４工程９Ｄは、第３工程９Ｃで製作したプリプレグシートを巻き取ってロール材５１とする工程である。この工程で製造されたロール材５１が、図８の第１工程８Ａに供給される。
【００５１】
プリプレグの製造方法は、図９を用いて説明した方法に限定されるものではなく、種々の製造方法を採用可能である。例えば、マトリックス樹脂中に炭素繊維４１が配向したシートと、マトリックス樹脂中に炭素繊維４２が配向したシートとを、炭素繊維４１の配向方向と炭素繊維４２の配向方向とが交差するように重ね合わせるものであってもよい。
【００５２】
炭素繊維４１は、例えば、三菱レイヨン株式会社が販売する「パイロフィル（登録商標）」として入手可能である。炭素繊維４１は、繊維方向が一方向であるＵＤテープ、織物としてのファブリックシートとして入手可能である。炭素繊維４１は、例えば、東レ株式会社が販売する「トレカ（登録商標）」として入手可能である。炭素繊維４１は、繊維方向が一方向であるＵＤテープ、織物としてのファブリックシートとして入手可能である。炭素繊維４２は、例えば、三菱樹脂株式会社が販売する「ダイアリード（登録商標）」として入手可能である。炭素繊維４１は、不連続基材であるチョップドファイバーまたは短繊維ペレット、繊維を短く粉砕したミルドファイバーとして入手可能である。
【００５３】
炭素繊維４１は、炭素繊維を織ったファブリックシートによっても提供できる。この場合、プレート３３、３４において、炭素繊維４１と交差するように延びる炭素繊維には、炭素繊維４２と、炭素繊維４１とともにファブリックシートと形成する炭素繊維とが含まれる。
【００５４】
これまで説明したように、第１炭素繊維である炭素繊維４１は、ＰＡＮ系炭素繊維であり所謂連続繊維であることが好ましい。また、第２炭素繊維である炭素繊維４２は、ピッチ系炭素繊維であり所謂短繊維であることが好ましい。しかしながら、これに限定されるものではない。第１炭素繊維が第２炭素繊維よりも長く、第１炭素繊維が管部分３１の周方向に延びるものであり、第２炭素繊維が第１炭素繊維に交差する方向に延びるものであればよい。
【００５５】
第１炭素繊維は、第２炭素繊維よりも長ければ、前述の説明よりも短い炭素繊維が用いられてもよい。第１炭素繊維は、例えば、ピッチ系炭素繊維であってもよい。第１炭素繊維は、連続繊維ではなく、所謂長繊維と呼ばれるものであってもよい。また、所謂短繊維と呼ばれるものであってもよい。
【００５６】
また、第２炭素繊維は、第１炭素繊維よりも短ければ、前述の説明よりも長い炭素繊維が用いられてもよい。第２炭素繊維は、例えば、ＰＡＮ系炭素繊維であってもよい。第２炭素繊維は、短繊維ではなく、所謂長繊維と呼ばれるものであってもよい。また、第２炭素繊維にカーボンナノチューブを採用することもできる。
【００５７】
第１炭素繊維は、例えば、「ダイアリード」として入手可能である。第１炭素繊維は、繊維方向が一方向であるＵＤテープ、織物としてのファブリックシートとして入手可能である。また。第２炭素繊維は、例えば、「パイロフィル」として入手可能である。第２炭素繊維は、不連続基材であるチョップドファイバーとして入手可能である。第２炭素繊維は、例えば、「トレカ」として入手可能である。第２炭素繊維は、不連続基材であるカットファイバーまたは短繊維ペレットとして入手可能である。
【００５８】
第１炭素繊維にＵＤテープまたはファブリックシートが利用される場合、プレート３３、３４として必要な方向に第１炭素繊維の長手方向を位置付け、樹脂材料を含浸させることによってプレプリグが提供される。第１炭素繊維にチョップドファイバー、カットファイバー、短繊維ペレットと呼ばれる不連続基材が利用される場合、不連続基材が混合された樹脂材料の射出成形により第１炭素繊維の配向が提供可能である。
【００５９】
ＣＦＲＰのマトリックス樹脂材料として熱硬化性樹脂が用いられる場合、冷媒熱交換器２０の製造方法の工程には、オートクレーブによる真空加熱加圧工程を利用することができる。また、ＲＴＭ（Resin Transfer Molding）工程とも呼ばれる樹脂注入成形工程、またはＶａＲＴＭ（Vacuum Resin Transfer Molding）工程とも呼ばれる吸入式樹脂注入成形工程を利用することができる。また、ＣＦＲＰのマトリックス樹脂材料として熱可塑性樹脂が用いられる場合、冷媒熱交換器２０の製造方法の工程には、スタンププレス工程（Stamping Molding）、または射出成形工程（Injection Molding）を利用することができる。
【００６０】
この実施形態の熱交換機である冷媒熱交換器２０は、熱輸送媒体が流される熱媒体流路を区画形成する管部分３１を提供するＣＦＲＰ製の流路区画部材２２を備えている。ＣＦＲＰは、第１炭素繊維である炭素繊維４１を複数有する第１繊維群と、炭素繊維４１よりも短い第２炭素繊維である炭素繊維４２を複数有する第２繊維群と、を含んでいる。第１繊維群は、炭素繊維４１のそれぞれが熱媒体流路を囲むように延設されている。第２繊維群は、炭素繊維４１の延設方向に交差する方向に複数の炭素繊維４２が配向された状態ある。
【００６１】
これによると、管部分３１において熱媒体流路を囲むように第１繊維群の炭素繊維４１が配向されている。したがって、管部分３１の径方向に関して、高い耐圧性能を発揮することができる。また、第１繊維群の炭素繊維４１の配向方向に対して交差する方向に第２繊維群の炭素繊維４２が配向されている。したがって、炭素繊維４１により管部分３１の周方向への熱移動を促進できる。流路区画部材２２の全体としては図示ＸＸ方向への熱移動を促進できる。また、炭素繊維４２により管部分３１の長手方向への熱移動を促進できる。流路区画部材２２の全体としては図示ＹＹ方向への熱移動を促進できる。これらの結果、高い耐圧性能と高い熱交換性能とを提供できる。
【００６２】
また、炭素繊維４１にＰＡＮ系炭素繊維を用い、炭素繊維４２にピッチ系炭素繊維を用いることができる。これによると、マトリックス樹脂よりも高い熱伝導性を有するとともに比較的高強度や高剛性の寄与に優れるＰＡＮ系炭素繊維を、熱媒体流路を囲むように配向できる。一方、比較的高熱伝導性の寄与に優れるピッチ系炭素繊維を、ＰＡＮ系炭素繊維と交差するように配向することができる。したがって、確実に高い耐圧性能と高い熱交換性能とを提供することができる。
【００６３】
また、同一のマトリクス樹脂内に特性の異なる炭素繊維を複合することで、熱交換器の部位によって異なる必要な特性を一体の樹脂材料で設定することができる。したがって、熱特性に関する設計自由度が向上する。また、高強度樹脂と高熱伝導性樹脂を組み合わせて接合加工する必要がないので、熱交換器の製造コストを抑制することが可能である。
【００６４】
また、この実施形態によると、冷媒熱交換器２０の冷媒流路構成部材である流路区画部材２２にＣＦＲＰが用いられるから、冷媒流路構成部材を薄く、軽量に形成することができる。この結果、軽量な冷媒熱交換器が提供される。この実施形態によると、炭素繊維４１は、板部分３２において、管部分３１から延び出すように配向される。このため、管部分３１の中の冷媒と、板部分３２の外の媒体との間において高い熱交換性能を有する冷媒熱交換器が提供される。
【００６５】
（第２実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、管部分３１は、円形断面の冷媒流路を区画形成している。これに代えて、流路区画部材２２は、多様な断面形状をもつ冷媒流路を区画形成するように形成することができる。
【００６６】
図１０に図示されるように、この実施形態の流路区画部材２２は、管部分２３１を有する。管部分２３１は、長方形または長円形と呼びうる断面形状をもつ冷媒流路を区画形成する。この実施形態でも、冷媒流路は、熱輸送媒体が流れる熱媒体流路に相当する。
【００６７】
この実施形態によると、広い範囲にわたって冷媒とプレート３３、３４との接触面が形成される。また、流路区画部材２２の外面には、広い面積にわたる平面状の範囲が設けられる。このような形状は、冷媒熱交換器２０の用途に適合した熱交換性能を提供することを可能とする。
【００６８】
本実施形態の流路区画部材２２にも、先行する実施形態で説明した、第１炭素繊維を複数有する第１繊維群と、第２炭素繊維を複数有する第２繊維群との特徴的な開示技術を適用して有効である。
【００６９】
（第３実施形態）
この実施形態は、先行する実施形態を基礎的形態とする変形例である。上記実施形態では、冷媒熱交換器２０は、いわゆる積層プレート型、またはドロンカップ型と呼ばれる形式に属する。これに代えて、冷媒熱交換器２０は、多様な形式によって提供することができる。
【００７０】
図１１に図示される冷媒熱交換器２０は、チューブアンドヘッダ型と呼ばれる形式に属する。図示される冷媒熱交換器２０のひとつの用途は放熱器１２である。
【００７１】
冷媒熱交換器２０は、複数の流路区画部材３２２を有する。この実施形態でも、流路区画部材３２２は、冷媒が流される冷媒流路を構成する。この実施形態においても、冷媒流路は、熱輸送媒体が流れる熱媒体流路に相当する。
【００７２】
流路区画部材３２２は、先行する実施形態の流路区画部材２２のうち、凹部３７、３８とその周辺部を備えず、管部分３１と板部分３２とに対応する部分だけを有する。よって、流路区画部材３２２は、主として冷媒流路を提供するように形成されている。この実施形態でも、複数の流路区画部材３２２の間には、空気通路２３が形成されている。この空気通路２３には、流路区画部材３２２に熱的に接続されたフィン３２８が配置されている。フィン３２８は、管部分３１の外側に設けられ、熱交換媒体である空気との接触面積を広くするための伝熱部材である。フィン３２８は、流路区画部材３２２とは別体の部材である。
【００７３】
図示の例では、フィン３２８は、コルゲートフィンと呼ばれる波状の部材によって提供されている。フィン３２８は、ＣＦＲＰ製の流路区画部材３２２に熱的に、かつ機械的に接合可能な材料によって作られている。フィン３２８は、ＣＦＲＰ製である。フィン３２８が流路区画部材２２に接着される場合、フィン３２８は、アルミなどの金属製とすることができる。
【００７４】
冷媒熱交換器２０は、複数の流路区画部材３２２の両端が流体的に連通させられたヘッダタンク３２４、３２５を有する。ヘッダタンク３２４、３２５は、アルミなどの金属製、またはＣＦＲＰ製である。流路区画部材２２は、ヘッダタンク３２４、３２５内に区画形成された冷媒室を連通する。
【００７５】
本実施形態の流路区画部材３２２にも、先行する実施形態で説明した、第１炭素繊維を複数有する第１繊維群と、第２炭素繊維を複数有する第２繊維群との特徴的な開示技術を適用して有効である。
【００７６】
（他の実施形態）
この開示は、例示された実施形態に何ら制限されることなく、種々変形して実施することが可能である。開示は、実施形態において示された組み合わせに限定されることなく、種々の組み合わせによって実施可能である。実施形態は追加的な部分をもつことができる。実施形態の部分は、省略される場合がある。実施形態の部分は、他の実施形態の部分と置き換え、または組み合わせることも可能である。実施形態の構造、作用、効果は、あくまで例示である。開示される技術的範囲は、実施形態の記載に限定されない。開示されるいくつかの技術的範囲は、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と解されるべきである。
【００７７】
上記実施形態では、流路区画部材２２の全体に炭素繊維４１及び炭素繊維４２が設けられている。これに代えて、流路区画部材２２の一部分だけに炭素繊維４１及び炭素繊維４２が設けられてもよい。例えば、高い機械的な強度が求められる部分、および／または高い熱移動性が必要な部分に炭素繊維４１及び炭素繊維４２を設けてもよい。さらに、上記実施形態に加えて、高い機械的な強度が求められる部分、および／または高い熱移動性が必要な部分に、追加的な炭素繊維を付加してもよい。
【００７８】
また、上記実施形態では、第１繊維群を構成する炭素繊維４１の延設方向に交差する方向に第２繊維群を構成する炭素繊維４２を配向していた。しかしながら、これに限定されるものではない。第２繊維群を構成する複数の第２炭素繊維は、ランダムに配置された無配向状態であってもかまわない。無配向状態は、ランダム配向状態と呼ぶこともできる。
【００７９】
これによると、無配向状態の第２繊維群の複数の第２炭素繊維のうちの少なくとも一部が、第１繊維群の第１炭素繊維の配向方向に対する交差方向に延びるように配置されている。したがって、第１炭素繊維により管部分３１、２３１の周方向への熱移動を促進でき、第２炭素繊維により管部分３１、２３１の長手方向への熱移動を促進できる。この結果、高い耐圧性能と高い熱交換性能とを有する熱交換器を提供できる。
【００８０】
また、上記実施形態では、冷媒熱交換器２０に開示技術を適用した場合について説明したが、これに限定されるものではない。冷媒熱交換器２０以外の熱交換器にも開示技術を適用して有効である。例えば、熱交換器は、ラジエータやオイルクーラ等であってもかまわない。
【符号の説明】
【００８１】
２０  冷媒熱交換器（熱交換器）
２２、３２２  流路区画部材
３１、２３１  管部分
４１  炭素繊維（第１炭素繊維）
４２  炭素繊維（第２炭素繊維）
【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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