(57)【要約】【課題】設備の大型化およびコストアップを抑制しながら、使用条件によって伝熱性能を変えることが可能である熱交換部材およびその製造方法を提供する。【解決手段】液体あるいは気体からなる冷却媒体と、前記冷却媒体の温度より高い温度を有する固体の伝熱部材との間の界面において、熱交換を行う熱交換部材１４２であって、前記伝熱部材と前記冷却媒体との温度差によって決定される、前記伝熱部材から前記冷却媒体への単位面積あたりの伝熱量が、特定の温度差を境界にして、増大する可変熱伝達層１４４を有し、可変熱伝達層１４４は、前記界面に面している。【選択図】図２
2009024910.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体あるいは気体からなる冷却媒体と、前記冷却媒体の温度より高い温度を有する固体の伝熱部材との間の界面において、熱交換を行う熱交換部材であって、
前記伝熱部材と前記冷却媒体との温度差によって決定される、前記伝熱部材から前記冷却媒体への単位面積あたりの伝熱量が、特定の温度差を境界にして、増大する可変熱伝達層を有し、
前記可変熱伝達層は、前記界面に面している
ことを特徴とする熱交換部材。
【請求項２】
前記可変熱伝達層は、複数の微細な柱状凹部を有し、前記柱状凹部は、所定の平均直径および所定の平均深さを有することを特徴とする請求項１に記載の熱交換部材。
【請求項３】
前記冷却媒体は、液体であり、
前記所定の平均直径は、２５ｎｍ以上かつ１μｍ以下であり、前記所定の平均深さは、１００ｎｍ以上かつ２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項２に記載の熱交換部材。
【請求項４】
前記液体は、水あるいは添加剤を含む水であり、
前記所定の平均直径は、４０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下であり、前記所定の平均深さは、２８０ｎｍ以上かつ４．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項３に記載の熱交換部材。
【請求項５】
前記可変熱伝達層は、前記柱状凹部の周囲に配置される断熱層をさらに有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項６】
前記熱交換部材および前記伝熱部材は、同一の素材からなり、一体化しており、
前記断熱層は、前記素材の酸化物皮膜からなることを特徴とする請求項５に記載の熱交換部材。
【請求項７】
前記素材は、純アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、前記酸化物皮膜は、アルミナからなることを特徴とする請求項６に記載の熱交換部材。
【請求項８】
前記アルミナは、陽極酸化によって形成されていることを特徴とする請求項７に記載の熱交換部材。
【請求項９】
前記伝熱部材は、内燃機関の冷却ジャケットの内壁部であり、前記冷却媒体は、前記冷却ジャケットの内部を流通することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項１０】
前記伝熱部材は、電気モータの冷却ジャケットの内壁部であり、前記冷却媒体は、前記冷却ジャケットの内部を流通することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項１１】
前記伝熱部材は、インバータの冷却ジャケットの内壁部であり、前記冷却媒体は、前記冷却ジャケットの内部を流通することを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載の熱交換部材。
【請求項１２】
液体あるいは気体からなる冷却媒体と、前記冷却媒体の温度より高い温度を有する固体の伝熱部材との間の界面において、熱交換を行う熱交換部材の製造方法であって、
前記伝熱部材と前記冷却媒体との温度差によって決定される、前記伝熱部材から前記冷却媒体への単位面積あたりの伝熱量が、特定の温度差を境界にして増大する可変熱伝達層を、前記界面に面している前記熱交換部材の表面に、形成する工程を有する
ことを特徴とする熱交換部材の製造方法。
【請求項１３】
前記工程において、複数の微細な柱状凹部が前記可変熱伝達層に形成されており、
前記柱状凹部は、所定の平均直径および所定の平均深さを有することを特徴とする請求項１２に記載の熱交換部材の製造方法。
【請求項１４】
前記冷却媒体は、液体であり、
前記所定の平均直径は、２５ｎｍ以上かつ１μｍ以下であり、前記所定の平均深さは、１００ｎｍ以上かつ２５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１３に記載の熱交換部材の製造方法。
【請求項１５】
前記液体は、水あるいは添加剤を含む水であり、
前記所定の平均直径は、４０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下であり、前記所定の平均深さは、２８０ｎｍ以上かつ４．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１４に記載の熱交換部材の製造方法。
【請求項１６】
前記工程において、前記柱状凹部の周囲に、断熱層が形成されることを特徴とする請求項１３〜１５のいずれか１項に記載の熱交換部材の製造方法。
【請求項１７】
前記熱交換部材の素材は、純アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、
前記断熱層は、アルミナからなり、
前記柱状凹部および前記断熱層は、陽極酸化によって形成されることを特徴とする請求項１６に記載の熱交換部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換部材および熱交換部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
伝熱部材の表面に設けられるくぼみや突起は、伝熱部材と接触する冷却媒体の流れを攪拌し、より多くの冷却媒体を伝熱部材に接触させることで、伝熱効率を向上させる。一方、くぼみや突起は、攪拌抵抗によって冷却媒体自身の流れを妨げるため、冷却媒体を流す際に大きな動力が必要になる。そのため、突起の形状を最適化することにより、動力損失の増加を抑制している（例えば、特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開２００６−３１７１１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかし、伝熱部材の表面と冷却媒体との間の熱伝達率は、冷却媒体の流れが同じであれば、伝熱部材の表面形状によって決まり、使用条件によって変えることができない問題を有する。一方、エネルギ消費を伴う特別な装置、例えば、外部から振動を与える装置を配置することで、伝熱量を変化させることは可能であるが、設備の大型化およびコストアップを引き起こす。
【０００４】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、設備の大型化およびコストアップを抑制しながら、使用条件によって伝熱性能を変えることが可能である熱交換部材およびそ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】
【０００５】
上記目的を達成するための本発明の一様相は、液体あるいは気体からなる冷却媒体と、前記冷却媒体の温度より高い温度を有する固体の伝熱部材との間の界面において、熱交換を行う熱交換部材である。当該熱交換部材は、前記伝熱部材と前記冷却媒体との温度差によって決定される、前記伝熱部材から前記冷却媒体への単位面積あたりの伝熱量が、特定の温度差を境界にして、増大する可変熱伝達層を有する。また、前記可変熱伝達層は、前記界面に面している。
【０００６】
上記目的を達成するための本発明の別の一様相は、液体あるいは気体からなる冷却媒体と、前記冷却媒体の温度より高い温度を有する固体の伝熱部材との間の界面において、熱交換を行う熱交換部材の製造方法である。当該製造方法は、前記伝熱部材と前記冷却媒体との温度差によって決定される、前記伝熱部材から前記冷却媒体への単位面積あたりの伝熱量が、特定の温度差を境界にして増大する可変熱伝達層を、前記界面に面している前記熱交換部材の表面に、形成する工程を有する。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の一様相によれば、熱交換部材は、特定の温度差を境界にして、伝熱量が増大する可変熱伝達層を有するため、熱交換部材の伝熱量は、エネルギ消費を伴う特別な装置を設けることなく、使用条件によって、変化する。つまり、設備の大型化およびコストアップを抑制しながら、使用条件によって伝熱性能を変えることが可能である熱交換部材を提供することができる。
【０００８】
本発明の別の一様相によれば、特定の温度差を境界にして、伝熱量が増大する可変熱伝達層を有する熱交換部材を得ることができる。当該交換部材の伝熱量は、エネルギ消費を伴う特別な装置を設けることなく、使用条件によって、変化する。つまり、設備の大型化およびコストアップを抑制しながら、使用条件によって伝熱性能を変えることが可能である熱交換部材の製造方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
【００１０】
図１は、実施の形態１に係る内燃機関を説明するための断面図、図２は、実施の形態１に係るウォータージャケットを説明するための断面図、図３は、図２に示される可変熱伝達層の平面図である。
【００１１】
内燃機関１００は、燃料としてガソリンや軽油を用いる原動機であり、シリンダブロック１１０、シリンダヘッド１２０、ピストン１３０およびウォータージャケット（冷却ジャケット）１４０を有する。
【００１２】
シリンダブロック１１０は、シリンダを形成し、内燃機関の全体構造を決定する基礎構造体である。シリンダヘッド１２０は、シリンダブロック１１０に取り付けられ、混合気が燃焼する燃焼室を形成する。ピストン１３０は、燃焼ガス圧力と熱を受けつつ、シリンダブロック１１０のシリンダ内を往復摺動する。ウォータージャケット１４０は、シリンダヘッド１２０およびシリンダブロック１１０の一部に形成された空間からなり、冷却媒体である冷却水が流通（循環）する。冷却水は、水および添加剤からなる。添加剤は、例えば、グリセリンである。
【００１３】
内燃機関が仕事をしている場合、シリンダブロック１１０およびシリンダヘッド１２０は高温になっており、冷却水と熱交換する。したがって、シリンダブロック１１０およびシリンダヘッド１２０は、冷却水温度より高い温度を有する伝熱部材であり、シリンダブロック１１０およびシリンダヘッド１２０から形成されるウォータージャケット１４０の内壁部１４２は、熱交換を行う熱交換部材である。つまり、熱交換部材および伝熱部材は、同一の素材からなり、一体化している。
【００１４】
内壁部１４２の表面には、可変熱伝達層１４４が形成されている。可変熱伝達層１４４は、冷却水との熱交換の界面に面しており、冷却水と内壁部１４２との温度差によって決定される、内壁部１４２から冷却水への単位面積あたりの伝熱量が、特定の温度差を境界にして、増大する特性を有する。
【００１５】
ウォータージャケット１４０の内壁部１４２は、上記のように、特定の温度差を境界にして、伝熱量が増大する可変熱伝達層１４４を有するため、内壁部１４２の伝熱量は、エネルギ消費を伴う特別な装置を設けることなく、使用条件によって、変化する。
【００１６】
例えば、ウォータージャケット１４０の内壁部１４２の温度が低温でありかつウォータージャケット１４０の内壁部１４２と冷却水との温度差が小さい状況から、ウォータージャケット１４０の内壁部１４２の温度が上昇し、前記温度差が特定の境界を越えると、可変熱伝達層１４４の伝熱量が向上する。あるいは、ウォータージャケット１４０の内壁部１４２の温度が高温でありかつ前記温度差が特定の境界を越えている状況から、ウォータージャケット１４０の内壁部１４２の温度が降下し、前記温度差が特定の境界を下回ると、可変熱伝達層１４４の伝熱量が低下する。
【００１７】
つまり、設備の大型化およびコストアップを抑制しながら、使用条件によって伝熱性能を変えることが可能であるウォータージャケット１４０の内壁部１４２を提供することができる。
【００１８】
可変熱伝達層１４４は、複数の微細な円柱状ホール（柱状凹部）１４６を有し、円柱状ホール１４６は、所定の平均直径および所定の平均深さを有する。円柱状ホール１４６は、伝熱量の増大を発現させ、かつ前記所定の平均直径および平均深さによって、前記特定の温度差を決定することが可能である。
【００１９】
特定の温度差を境界にして伝熱量を確実に増大させるためには、円柱状ホール１４６の平均直径および平均深さは、冷却媒体の組成に応じて適宜変更することが好ましい。例えば、冷却媒体が液体である場合、円柱状ホール１４６の平均直径は、２５ｎｍ以上かつ１μｍ以下であり、円柱状ホール１４６の平均深さは、１００ｎｍ以上かつ２５ｍｍ以下であることが好ましい。さらに、冷却媒体が水あるいは実施の形態１のように添加剤を含む水である場合、円柱状ホール１４６の平均直径は、４０ｎｍ以上かつ４５０ｎｍ以下であり、円柱状ホール１４６の平均深さは、２８０ｎｍ以上かつ４．５ｍｍ以下であること好ましい。
【００２０】
可変熱伝達層１４４は、円柱状ホール１４６の周囲に配置される断熱層１４８をさらに有する。断熱層１４８は、円柱状ホール１４６の周囲を断熱構造とするため、円柱状ホール１４６における固体側と流体側との温度差を増加させるため、伝熱量の増大効果が現れやすくなる。しかし、断熱層１４８を適宜省略することも可能である。
【００２１】
断熱層１４８は、シリンダブロック１１０およびシリンダヘッド１２０を構成する素材の酸化物皮膜からなり、内壁部１４２と一体化しているため、熱伝導が良好である。
【００２２】
なお、円柱状ホール１４６の断面形状は、円形状に限定されず、例えば、四角状や六角状とすることも可能である。また、断熱層１４８は、適宜省略することも可能である。
【００２３】
良好な熱伝導を発揮するためには、シリンダブロック１１０およびシリンダヘッド１２０を構成する素材の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、断熱層１４８を構成する酸化物皮膜の熱伝導率が１００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましく、さらに良好な熱伝導を発揮するためには、シリンダブロック１１０およびシリンダヘッド１２０を構成する素材の熱伝導率が２００Ｗ／（ｍ・Ｋ）以上であり、断熱層１４８を構成する酸化物皮膜の熱伝導率が４０Ｗ／（ｍ・Ｋ）以下であることが好ましい。
【００２４】
前記素材が、純アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなり、前記酸化物皮膜が、アルミナからなる場合、酸化物皮膜を容易に形成し、かつ良好な熱伝導を発揮させることができるため、好ましい。アルミナが陽極酸化によって形成される場合、アルミナを広範囲にわたって容易かつ廉価に形成することができるため、特に、好ましい。なお、前記素材は、特に限定されないが、熱交換器としてコストおよび性能面で優れ、かつ製造が容易であるため、純アルミニウムあるいはアルミニウム合金が好ましい。
【００２５】
図４は、図２に示されるウォータージャケットの製造方法を説明するためのブロック図である。
【００２６】
ウォータージャケット１４０の製造方法は、特定の温度差を境界にして、伝熱量が増大する可変熱伝達層１４４を、内壁部１４２の表面に形成する工程を有する。内壁部１４２が、純アルミニウムあるいはアルミニウム合金からなる場合、可変熱伝達層１４４を形成する工程は、研磨工程、陽極酸化工程およびエッチング工程を有する。
【００２７】
研磨工程においては、シリンダブロック１１０およびシリンダヘッド１２０におけるウォータージャケット１４０を形成する内壁に、バフ研磨および電解研磨が施され、表面形状が調整される。バフ研磨および電解研磨の一方を、適宜省略することも可能である。
【００２８】
陽極酸化工程においては、表面形状が調整された前記内壁が、電解液に浸漬され、電圧が印加されることで陽極酸化膜が形成される。電解液は、例えば、酸系である。印加電圧は、例えば、７０〜８０Ｖである。陽極酸化膜は、アルミナからなる酸化物皮膜であり、微細孔を有する。微細孔および酸化物皮膜は、円柱状ホールおよび断熱層として機能する。
【００２９】
エッチング工程においては、酸化物皮膜が形成された前記内壁は、清浄表面を露出させるため、エッチング液に浸漬される。エッチング液は、例えば、酸系である。浸漬時間は、例えば、１５分である。
【００３０】
これにより、陽極酸化によって可変熱伝達層が形成された内壁部１４２が得られる。陽極酸化は、広範囲にわたって容易かつ廉価に円柱状ホールおよび断熱層を形成することができるため、好ましい。特に、ウォータージャケット１４０等のように、流路の内壁など外部から直接除去加工ができないような熱交換部位において有効である。なお、微細孔の平均直径および平均深さは、アルミニウム基材の成分組成の選定、電解液の成分組成の選定、陽極酸化条件などを制御することによって、調整可能である。
【００３１】
次に、可変熱伝達層の作用および効果を、具体的に説明する。
【００３２】
図５は、実施の形態１に係る可変熱伝達層の試験装置を説明するための概略図、図６は、試験装置に適用される試験片温度、水温および経過時間の関係を示しているグラフである。
【００３３】
試験装置１５０は、外郭容器１６０、電気ヒータ１７０、温度センサ１８０および温度センサ１８５を有する。外郭容器１６０は、外部への熱の流出を極小化するために断熱構造を有し、その内部には、水が満たされる。
【００３４】
電気ヒータ１７０は、外郭容器１６０の内面に配置される。電気ヒータ１７０の外郭容器１６０の内部に相対する面には、試験片１５５がセットされる。試験片１５５は、可変熱伝達層が形成されている片面が、外郭容器１６０の内部に満たされる水と接触するようにセットされ、電気ヒータ１７０は、前記水と、接触しない。
【００３５】
温度センサ１８０は、例えば、白金測温抵抗体を有しており、試験片温度（電気ヒータ１７０側の温度）θ１を測定するために配置される。温度センサ１８５は、例えば、白金測温抵抗体を有しており、水温θ２を測定するために配置される。
【００３６】
試験を開始する場合、まず、試験片１５５および温度センサ１８０，１８５を所定位置にセットし、外郭容器１６０の内部に水を満たし、その状態で、装置全体の温度が均一となるまで放置する。その後、電気ヒータ１７０を一定出力で作動させ、試験片１５５を加熱する。
【００３７】
この際、温度センサ１８０および１８５によって測定される試験片温度θ１および水温θ２は、図６に示されるように、経過時間とともに、上昇し、試験片温度θ１が水温θ２を越えた状態（θ１＞θ２）を維持しながら、平衡温度に達する。試験片温度θ１および水温θ２の開始温度が同じ（θ０）であり、平衡温度において試験片温度θ１が水温θ２を越えた状態が維持されるため、試験片温度θ１と水温θ２との温度差は、経過時間とともに増大し、平衡値（平衡温度差）に達する。
【００３８】
水が受け取った熱量Ｑｗは、水温上昇、水の比熱および水量から算出することが可能である。また、水が受け取った熱量Ｑｗは、電気ヒータ１７０からの入熱量Ｑｉｎと、外郭容器１６０からの放熱量Ｑｏｕｔとの熱量差によって、算出することも可能である。
【００３９】
図７は、試験片と水の平衡温度差と、水が受け取った熱量との関係を示しているグラフである。
【００４０】
実施例は、可変熱伝達層が片面に形成されている試験片であり、圧延によって所定厚みにされた純アルミニウムの素材を、直径約１００ｍｍの円板状に切断した後、研磨工程、陽極酸化工程（印加電圧は、７６Ｖ）およびエッチング工程（浸漬時間は１５分）を経て、作製されている。なお、可変熱伝達層は、平均直径が約１００ｎｍかつ平均深さが約１０μｍの円柱状ホールを有する。
【００４１】
比較例は、可変熱伝達層が形成されていない試験片であり、圧延によって所定厚みにされた純アルミニウムの素材を、直径約１００ｍｍの円板状に切断することで、作製されている。
【００４２】
図７のグラフに示されるように、実施例および比較例の両者とも、平衡温度差の増加に伴って、水が受け取った熱量Ｑｗが増加する。しかし、実施例は、比較例と異なり、平衡温度差が特定の値に到達すると、水が受け取った熱量Ｑｗの増加のパターンが変化している。つまり、実施例において、可変熱伝達層の存在により、特定の温度差を境界にして、伝熱量が増大している。
【００４３】
次に、内燃機関における可変熱伝達層の作用および効果を詳述する。
【００４４】
図８は、図１に示される内燃機関の各部の温度および経過時間の関係を示しているグラフ、図９は、図１に示される内燃機関の運転前、過渡期および定常領域における各部の温度を説明するためのグラフ、図１０は、図８および図９に示される温度の測定点を説明するための断面図である。なお、温度θＬ、θＷＬ、θＷＳおよびθＳは、ウォータージャケット１４０内の冷却水温度、冷却水と可変熱伝達層１４４との間の界面温度、可変熱伝達層１４４とウォータージャケット１４０の内壁部１４２との間の界面温度およびウォータージャケット１４０の内壁部１４２の温度を示している。
【００４５】
内燃機関１００の運転前、各部の温度は、均一（例えば、２０℃）であり、冷却水と可変熱伝達層１４４との間の界面温度θＷＬと、可変熱伝達層１４４とウォータージャケット１４０の内壁部１４２との間の界面温度θＷＳとの温度差は、０℃である。内燃機関１００の運転が開始されると、過渡期を経由して各部の温度が上昇し、一定の平衡温度を到達すると、定常領域に移行する。
【００４６】
例えば、ウォータージャケット１４０内の冷却水温度θＬの過渡期および定常領域の値は、５７℃および９０℃である。冷却水と可変熱伝達層１４４との間の界面温度θＷＬの過渡期および定常領域の値は、６２℃および１００℃である。可変熱伝達層１４４とウォータージャケット１４０の内壁部１４２との間の界面温度θＷＳの過渡期および定常領域の値は、９４℃および１４０℃である。ウォータージャケット１４０の内壁部１４２の温度θＳの過渡期および定常領域の値は、１１６℃および１９０℃である。なお、上記温度は、平均的な値を示す代表例であり、内燃機関１００の負荷が変動する場合においては、短時間に温度変化が生じる。
【００４７】
ウォータージャケット１４０内の冷却水に比較し、ウォータージャケット１４０の内壁部１４２は、高温となる燃焼室の近くに位置するため、運転前と定常領域の温度差が大きい。そのため、ウォータージャケット１４０内の冷却水温度θＬと、ウォータージャケット１４０の内壁部１４２の温度θＳとの温度差は、経過時間に応じて、徐々に大きくなる。
【００４８】
この際、温度差が特定の境界を越えると、可変熱伝達層１４４の伝熱量が増大する。そのため、実施例は、破線で示される可変熱伝達層１４４を有しない比較例の場合に比較し、ウォータージャケット１４０の内壁部１４２の温度θＳが、低下する。つまり、内燃機関１００が高温時においては、冷却水への伝熱量が増加するため、高負荷時の放熱性能が向上し、内燃機関のノッキングを改善し、出力を増加させることができる。
【００４９】
また、冷却水量を削減しても、定常領域の温度を、可変熱伝達層１４４を有しない場合と同等に維持することが可能である。そのため、冷却水量を削減し、過渡期の低温時における伝熱量を抑制する（放熱したくないときに断熱的に作用させる）ことができる。つまり、可変熱伝達層１４４の存在により、内燃機関１００が低温時においては、冷却水への伝熱量が抑制されるため、冷却水量を削減し、暖機時間を短縮することで、燃費を改善することができる。
【００５０】
また、冷却水量が削減される場合、ウォータージャケット１４０の内部に冷却水を流通させるためのポンプの動力が低下するため、ポンプの小型化、低コスト化および燃費改善（ポンプの燃料消費の削減）を図ることが可能である。
【００５１】
さらに、アイドルストップ等を理由として、内燃機関１００の起動／停止を繰り返す場合において、停止の際の内燃機関１００の温度低下およびコンポーネントの温度変化が抑制されるため、燃費改善およびコンポーネントの長寿命化を図ることができる。
【００５２】
以上のように、実施の形態１においては、設備の大型化およびコストアップを抑制しながら、使用条件によって伝熱性能を変えることが可能である熱交換部材およびその製造方法を提供することができる。
【００５３】
特に、実施の形態１においては、内燃機関が低温から高温に遷移する過程（内燃機関のウォータージャケットの内壁部の温度が低温でありかつ前記内壁部と冷却水温度差が小さい状況から、前記内壁部の温度が上昇する過程）において、前記温度差が特定の境界を越えると、可変熱伝達層の伝熱量が向上する。一方、内燃機関が高温から低温に遷移する過程（内燃機関のウォータージャケットの内壁部の温度が高温でありかつ前記温度差が特定の境界を越えている状況から、前記内壁部の温度が降下する過程）において、前記温度差が特定の境界を下回ると、可変熱伝達層の伝熱量が低下する。
【００５４】
つまり、可変熱伝達層の存在により、内燃機関が低温時においては、冷却水への伝熱量が抑制される。そのため、冷却水量を削減し、暖機時間を短縮することで、燃費を改善することができる。また、ウォータージャケットの内部に冷却水を流通させるためのポンプの動力が低下するため、ポンプの小型化、低コスト化および燃費改善を図ることが可能である。さらに、アイドルストップ等を理由として、内燃機関の起動／停止を繰り返す場合において、停止の際の内燃機関の温度低下およびコンポーネントの温度変化が抑制されるため、燃費改善およびコンポーネントの長寿命化を図ることができる。
【００５５】
内燃機関が高温時においては、冷却水への伝熱量が増加する。そのため、高負荷時の放熱性能が向上するため、内燃機関のノッキングを改善し、出力を向上させることができる。
【００５６】
図１１は、実施の形態２を説明するための断面図である。
【００５７】
実施の形態２に係る伝熱部材および熱交換部材は、電気モータ２００および電気モータ２００のウォータージャケットの内壁部２４２であり、円柱状ホール２４６および断熱層２４８を有する可変熱伝達層２４４が、内壁部２４２に形成されている点で、実施の形態１と概して異なる。
【００５８】
この場合、電気モータ２００のウォータージャケットの内壁部２４２の温度が低温でありかつ冷却水（冷却媒体）との温度差が小さい状況から、電気モータ２００の稼働に伴って、内壁部２４２の温度が上昇し、前記温度差が特定の境界を越えると、可変熱伝達層２４４の伝熱量が向上する。その結果、電気モータ２００の急激な温度変化が抑制されるため、電気モータ２００の寿命が向上する。
【００５９】
図１２は、実施の形態３を説明するための断面図である。
【００６０】
実施の形態３に係る伝熱部材および熱交換部材は、インバータ３００およびインバータ３００のウォータージャケットの内壁部３４２であり、円柱状ホール３４６および断熱層３４８を有する可変熱伝達層３４４が、内壁部３４２に形成されている点で、実施の形態１と概して異なる。
【００６１】
この場合、インバータ３００のウォータージャケットの内壁部３４２の温度が低温でありかつ冷却水（冷却媒体）との温度差が小さい状況から、インバータ３００の稼働に伴って、内壁部３４２の温度が上昇し、前記温度差が特定の境界を越えると、可変熱伝達層３４４の伝熱量が向上する。その結果、インバータ３００の急激な温度変化が抑制されるため、インバータ３００の寿命が向上する。
【００６２】
なお、本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲内で種々改変することができる。
【００６３】
例えば、特定の温度差を境界とする伝熱量の増大を発現させる円柱状ホールは、陽極酸化によって形成する形態に限定されず、機械的な微細加工によって形成することも可能である。
【００６４】
また、可変熱伝達層は、内燃機関、電気モータあるいはインバータのウォータージャケッに適用する形態に限定されない。冷却媒体は、気体を適用することも可能である。伝熱部材および熱交換部材を別体として形成したり、伝熱部材および熱交換部材を異種金属によって形成したりすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】実施の形態１に係る内燃機関を説明するための断面図である。
【図２】実施の形態１に係るウォータージャケットを説明するための断面図である。
【図３】図２に示される可変熱伝達層の平面図である。
【図４】図２に示されるウォータージャケットの製造方法を説明するためのブロック図である。
【図５】実施の形態１に係る可変熱伝達層の試験装置を説明するための概略図である。
【図６】試験装置に適用される試験片温度、水温および経過時間の関係を示しているグラフである。
【図７】試験片と水の平衡温度差と、水が受け取った熱量との関係を示しているグラフである。
【図８】図１に示される内燃機関の各部の温度および経過時間の関係を示しているグラフである。
【図９】図１に示される内燃機関の運転前、過渡期および定常領域における各部の温度を説明するためのグラフである。
【図１０】図８および図９に示される温度の測定点を説明するための断面図である。
【図１１】実施の形態２を説明するための断面図である。
【図１２】実施の形態３を説明するための断面図である。
【符号の説明】
【００６６】
１００・・内燃機関、
１１０・・シリンダブロック（伝熱部材）、
１２０・・シリンダヘッド（伝熱部材）、
１３０・・ピストン、
１４０・・ウォータージャケット（冷却ジャケット）、
１４２・・内壁部（熱交換部材）、
１４４・・可変熱伝達層、
１４６・・円柱状ホール、
１４８・・断熱層、
１５０・・試験装置、
１５５・・試験片、
１６０・・外郭容器、
１７０・・電気ヒータ、
１８０，１８５・・温度センサ、
２００・・電気モータ（伝熱部材）、
２４２・・内壁部（熱交換部材）、
２４４・・可変熱伝達層、
２４６・・円柱状ホール、
２４８・・断熱層、
３００・・インバータ（伝熱部材）、
３４２・・内壁部（熱交換部材）、
３４４・・可変熱伝達層、
３４６・・円柱状ホール、
３４８・・断熱層、
Ｑｉｎ・・入熱量、
Ｑｏｕｔ・・放熱量、
Ｑｗ・・熱量、
θ１・・試験片温度、
θ２・・水温、
θＬ・・冷却水温度、
θＳ・・ウォータージャケットの内壁部温度、
θＷＬ・・界面温度、
θＷＳ・・界面温度。
【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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【図１２】
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