(57)【要約】  本発明の外燃式熱サイクル機関用の熱交換器（１００）は、金属繊維の網状組織を備え、金属繊維の大部分が、熱交換器の軸を少なくとも部分的に取り囲んでいる。金属繊維は、渦巻き状に巻かれて焼結され、それによって熱交換器が得られる繊維束の一部である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を有する熱サイクル機関用熱交換器であって、該熱交換器が、金属繊維の網状組織を備え、前記金属繊維の少なくとも８５％の部分が、前記軸を少なくとも部分的に取り囲んでいることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記金属繊維が、前記軸の周囲に巻き付けられた繊維束の一部である、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記金属繊維が、エンドレス金属繊維である、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記金属繊維の平均繊維長さＬｆｉｂｅｒが、４ｃｍ〜３０ｃｍである、請求項１又は２に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記金属繊維が、密接に接触する点で焼結結合によって相互に接続されている、請求項１ないし４のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記熱交換器の孔隙率が、８５〜９５％である、請求項１ないし５のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記熱交換器が、リングの形状になっている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記熱交換器が、円盤の形状になっている、請求項１ないし６のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
前記金属繊維が、スーパークリンプ加工された繊維束の一部であり、
前記スーパークリンプ加工された繊維が、次式を満たすクリンプ波を有し、
３ｍｍ≦Ｒ≦１／２Ｈ、かつ、１ｍｍ≦Ｓ≦４×Ｒ、
ここで、Ｒは、前記クリンプ波形の上端と下端との間の距離であり、Ｈは、前記熱交換器の高さであり、Ｓは、前記クリンプ波形の２つの連続する上端間の距離である、請求項１ないし８のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項１０】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の熱交換器を製造する方法であって、前記熱交換器が外径を有し、
繊維を含む統合繊維構造を提供するステップであって、前記統合繊維構造が、少なくとも前縁を有している、ステップと、
前記熱交換器の前記外径が所定の直径になるまで、前記統合繊維構造を、前記前縁と平行になるように円筒形に巻き付けるステップと、
少なくともメッシュ前縁を有するメッシュを提供するステップと、
前記巻き付けられた統合繊維構造の周囲に、前記メッシュを、前記メッシュ前縁と平行になるように円筒形に巻き付けるステップと、
前記繊維の間において密接に接触する点で前記繊維を架橋するような態様で前記巻き付けられた統合繊維構造を焼結するステップと、
前記焼結された統合繊維構造の周囲から前記メッシュを除去するステップと
を含む方法。
【請求項１１】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の熱交換器を製造する方法であって、前記熱交換器が内径と外径とを有し、
繊維を含む統合繊維構造を提供するステップであって、前記統合繊維構造が、少なくとも前縁を有する、ステップと、
前記熱交換器の前記内径とほぼ同等の直径を有するリールを提供するステップと、
前記熱交換器の前記外径が所定の直径になるまで、前記統合繊維構造を、前記リール上に前記前縁と平行となるように円筒形に巻き付けるステップと、
少なくともメッシュ前縁を有するメッシュを提供するステップと、
前記巻き付けた統合繊維構造の周囲に、前記メッシュを、前記メッシュ前縁と平行になるように円筒形に巻き付けるステップと、
前記繊維の間で密接に接触する点で前記繊維を架橋するような態様で前記巻き付けた統合繊維構造を焼結するステップと、
前記焼結された統合繊維構造の周囲から前記メッシュ及び前記リールを除去するステップと
を含む方法。
【請求項１２】
前記統合繊維構造が、繊維束である、請求項１０又は１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記繊維束が、スーパークリンプ加工されており、
前記繊維束のクリンプ波が、次式を満たし、
３ｍｍ≦Ｒ≦１／２Ｈ、かつ、１ｍｍ≦Ｓ≦４×Ｒ、
ここで、Ｒは、前記クリンプ波形の上端と下端との間の距離であり、Ｈは、前記熱交換器の高さであり、Ｓは、前記クリンプ波形の２つの連続する上端間の距離である、請求項１２に記載の方法。
【請求項１４】
請求項１ないし９のいずれか一項に記載の熱交換器を外燃式熱サイクル機関内において使用する使用方法。
【請求項１５】
請求項１０ないし１３のいずれか一項に記載の方法で得られる熱交換器を外燃式熱サイクル機関内において使用する使用方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スターリングサイクル熱機関などの外燃式熱サイクル機関用の熱交換器（regenerator）に関する。より詳細には、本発明は、熱サイクル機関用の改良型熱交換器に関する。
【０００２】
更に、本発明は、かかる熱交換器を得る方法、及び、かかる熱交換器を熱サイクル機関において使用する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
熱サイクルの様々な段階中に、動いている流体から熱を加えたり除去したりするために、熱交換器が熱サイクル機械に使用される。この種の熱交換器は、一般に動いている流体に対する高熱伝達領域及び低流れ抵抗を意味する高熱伝達率の能力を有していなければならない。
【０００４】
様々なタイプの熱交換器が既に市場で入手可能である。一般に、この種の熱交換器は、例えば、特許文献１、特許文献２、及び特許文献３に記述されているように、金属スクリーン、円筒形に巻かれた金網又は３次元ランダム繊維網を含む。あるいは、熱交換器は、例えば、特許文献４に記述されているように、短い金属繊維を含む。
【０００５】
熱交換器は、流体流れ方向に関して非常に低い熱伝導率を有する必要がある。というのは、熱交換器の一端が熱く、他端が冷たいからである。熱交換器は、動いている流体が熱交換器内部の局部温度に急速に順応できるように、流体の流れに垂直な方向に関しては非常に高い熱伝導率を有する必要もある。熱交換器はまた、動いている流体で熱移動率を向上させるために、非常に大きな表面積を有していなければならない。最後に、熱交換器は、動いている流体が中を移動したときに圧力降下が最小になるように、動いている流体にとって低損失流路を有していなければならない。熱交換器が繊維で作られる場合、破片が動いている流体の中に混入して、圧縮又は膨張シリンダまで運ばれて、それによってピストンシールを損傷させる可能性があるので、熱交換器は繊維の移動を防ぐような態様で製作されなければならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第１２４０７６０号
【特許文献２】特許第２０９１４６３号
【特許文献３】国際公開第０１／６５０９９号
【特許文献４】欧州特許第１３４１６３０号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
したがって、本発明は、上記に示した特性を具現化する新規な熱交換器、及びそのような熱交換器を製作する方法を提供するものである。さらに、本発明は、最小限の調整を用いて、スターリング機関にはめ込まれ得る熱交換器を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の特定のかつ好ましい態様が、添付の独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項からの特徴の組合せは、必要に応じて独立請求項の特徴と組み合わせることができるが、特許請求の範囲に明確に記載されているだけではない。
【０００９】
本発明のいくつかの実施形態によれば、熱交換器内の繊維の少なくとも８５％が、軸を少なくとも部分的に取り囲んでいる。
【００１０】
用語「取り囲む」は、周囲を通ることと理解されたい。したがって、「軸を少なくとも部分的に取り囲む繊維」は、繊維が軸の周囲を少なくとも部分的に通ることを意味する。これは、平均流路に対して垂直な平面ＡＡ’上において繊維を平均流路の方向に投影することによって、最もよく見ることができる。平均流路に対して垂直な平面ＡＡ’上において平均流路の方向に投影された繊維の投影線は、必ずしも、この平面ＡＡ’上の軸の投影を中心とする円形又は円弧ではない。最も適した線、すなわち、平均流路に対して垂直な平面ＡＡ’上に平均流路の方向に投影された繊維の投影線に最もぴったり合う線は、その線の凹側がこの平面ＡＡ’上の軸の投影に向けられるものである。
【００１１】
任意に金属繊維である繊維を含む熱交換器は、孔隙率Ｐを７０％〜９９％とすることができる。この高い孔隙率によって、高い透気度がもたらされる。所与の繊維特性（外套表面（mantle surface）、等価直径平均断面輪郭など）及び孔隙率などの所与の熱交換器特性を得るためのこのより高い透気度は、熱交換器が熱サイクル機関、例えばスターリングサイクル熱機関内で熱を交換するために使用される場合に特に有利である。この高い透気度は、最小圧力降下をもたらす。さらに、巻き付けられた繊維束を熱交換器内で使用することによって、動いている流体の平均流れ方向に垂直な方向の熱伝導率が１０％高くなる。
【００１２】
本発明のいくつかの実施形態によれば、熱交換器は円筒形とすることができる。熱交換器は、任意選択で、例えば円形又は楕円形断面を有する円錐形とすることができる。円筒形の熱交換器の場合、任意選択で、熱交換器は、円形又は楕円形断面を有する円筒形とすることができる。
【００１３】
本発明の第１の態様によれば、繊維の大部分が、熱交換器の軸を実質的に取り囲んでいる。より具体的には、熱交換器内に存在する繊維の少なくとも８５％が、熱交換器の軸を実質的に取り囲んでいる。本発明によれば、繊維は、統合繊維構造（consolidated fiber structure）の一部であり、この統合繊維構造は、動いている流体の平均流れ方向にほぼ平行である巻軸の周囲に巻き付けられたものである。統合繊維構造は、少なくとも１つの繊維束を備えることができる。統合繊維構造は、少なくとも１つの束、任意選択で、複数の同一束、又は、繊維の種類、繊維等価直径や繊維材料などの繊維の特性あるいは束の繊度などの束の特性が相互に異なる複数の束を備えることができる。好ましくは、統合繊維構造内の繊維束は、クリンプ（crimp：繊維の縮れ処理）される。これは、繊維及び繊維束のかさ高性を増大させる。より好ましくは、繊維束はスーパークリンプ加工される（supercrimped）。クリンプの波形（crimp wave）は、Ｒ及びＳで規定される。ここで、Ｒは、クリンプ波形の上端と下端との間の距離であり、Ｓは、クリンプ波形の２つの連続する上端間の距離である。スーパークリンプ加工された繊維束は、クリンプ波が次式を満足することを意味する。すなわち、３ｍｍ≦Ｒ≦１／２Ｈ、かつ、１ｍｍ≦Ｓ≦４×Ｒ、ここで、Ｒは、クリンプ波形の上端と下端との間の距離であり、Ｈは、熱交換器の高さであり、Ｓは、クリンプ波形の２つの連続する上端間の距離である。これらのスーパークリンプ加工された繊維によって、繊維の主要な方向が軸方向となるような熱交換器が得られ、このことは熱交換器全体の圧力降下にプラスの影響を与える。しかし、繊維束の軸方向部分は高さが限られているので、軸方向の主要な繊維方向は、軸方向の熱伝導に影響を与えることはない。
【００１４】
本発明の第１の態様によれば、熱交換器は、例えば、自由ピストン・スターリング・サイクル機関内で使用されているように、リングの形をとることができる。熱交換器は、例えば、α型スターリング機関内で使用されているように、円盤の形をとることもできる。
【００１５】
任意の適当な種類の金属又は金属合金が、金属繊維を準備するために使用され得る。金属繊維は、例えば、ステンレス鋼などの鋼鉄で作られる。任意選択で、ステンレス鋼合金は、ＡＩＳＩ  ３１６ＬやＡＩＳＩ  ３４７などのＡＩＳＩ  ３００又はＡＩＳＩ  ４００シリーズの合金、あるいはＦｅ、Ａｌ及びＣｒを含む合金であり、クロム、アルミニウム及び／又はニッケルと０．０５〜０．３重量％のイットリウム、セリウム、ランタン、ハフニウム又はチタニウムとを含むステンレス鋼、例えばＤＩＮ１．４７６７合金やＦｅＣｒＡｌｌｏｙ（登録商標）などが使用される。また、銅又は銅合金、あるいはチタニウム又はチタニウム合金も使用され得る。金属繊維は、ニッケル又はニッケル合金で作ることもできる。
【００１６】
金属繊維は、任意の現在知られている金属繊維製造法、例えば、米国特許第３３７９０００号に記述されている束引き作業（bundle drawing）、日本特許第３０８３１４４号に記述されているコイル切削作業、ワイヤ切削作業（鋼綿など）、又は溶融金属合金槽から金属繊維を提供する方法によって、作ることができる。金属繊維に平均長さを与えるために、金属繊維は、国際公開第０２／０５７０３５号に記述されている方法を用いて切断されてもよく、あるいは引張破断されてもよい。
【００１７】
好ましくは、金属繊維の等価直径Ｄは、６５μｍ未満などの１００μｍ未満であり、より好ましくは３５μｍ、２２μｍ、又は１７μｍなどの３６μｍ未満である。任意選択で、金属繊維の等価直径は、１４μｍ、１２μｍ、１１μｍなどの１５μｍ未満であるか、あるいは例えば８μｍなどの９μｍ未満である。任意選択で、金属繊維の等価直径Ｄは、７μｍ未満又は６μｍ未満であり、例えば、１μｍ、１．５μｍ、２μｍ、３μｍ、３．５μｍ、４μｍなどの５μｍ未満である。
【００１８】
金属繊維はエンドレス金属繊維であることが好ましく、エンドレス繊維は、フィラメントとしても知られている。あるいは、金属繊維の平均繊維長さＬｆｉｂｅｒは、任意に、例えば４ｃｍ〜３０ｃｍとすることができる。好ましくは、金属繊維の平均繊維長さＬｆｉｂｅｒは５ｃｍ〜２５ｃｍである。
【００１９】
熱交換器の孔隙率（porosity）は、７０％〜９９％であり、より好ましくは、熱交換器の孔隙率は、８０％〜９８％であり、最も好ましくは、熱交換器の孔隙率は、８５％〜９５％である。
【００２０】
本発明の第２の態様によれば、熱交換器を提供する方法が提供される。熱サイクル機関用の熱交換器を製造するこの方法により、外径を有する熱交換器が得られる。この方法は、
繊維を含む統合繊維構造を提供するステップであって、前記統合繊維構造が、少なくとも前縁を有する、ステップと、
上記熱交換器の上記外径が所定の直径になるまで、上記統合繊維構造を上記前縁と平行になるように円筒形に巻き付けるステップと、
少なくともメッシュ前縁を有するメッシュを提供するステップと、
上記メッシュを上記巻き付けられた統合繊維構造の周囲に上記メッシュ前縁と平行になるように円筒形に巻き付けるステップと、
上記繊維の間において密接に接触する点で上記繊維を架橋するような態様で上記巻き付けられた統合繊維構造を焼結するステップと、
上記焼結された統合繊維構造の周囲から上記メッシュを除去するステップと
を含む。
【００２１】
本発明の別の第２の態様によれば、熱交換器を提供する方法が提供される。熱サイクル機関用の熱交換器を製造するこの方法により内径及び外径を有する熱交換器が得られる。この方法は、
繊維を含む統合繊維構造を提供するステップであって、前記統合繊維構造が、少なくとも前縁を有する、ステップと、
上記熱交換器の上記内径とほぼ同等の直径を有するリールを提供するステップと、
上記熱交換器の上記外径が所定の直径になるまで、上記統合繊維構造を上記リール上に上記前縁と平行になるように円筒形に巻き付けるステップと、
少なくともメッシュ前縁を有するメッシュを提供するステップと、
上記巻き付けられた統合繊維構造の周囲に、上記メッシュを、上記メッシュ前縁と平行になるように円筒形に巻き付け、それによって上記リール及び上記メッシュによってもたらされた焼結マル（sintering mal）内に巻き繊維構造を得るステップと、
上記繊維の間において密接に接触する点で上記繊維を架橋するような態様で上記巻き付けられた統合繊維構造を焼結するステップと、
上記焼結された熱交換器の周囲から上記メッシュ及び上記リールを除去するステップと
を含む。
【００２２】
焼結マルの一部として使用されるメッシュは、焼結での使用に適した箔又は板（プレート）で置き換えることもできる。好ましくは、メッシュ、箔もしくは板、及びリールは、それらが存在する形態の場合では、メッシュ、箔もしくは板、又はリールが熱交換器上で焼結されないような処理が施されている。
【００２３】
別の好ましい実施形態において、リールは、シリンダヘッド又は機関部品の一部で置き換えることができ、その部分の周囲に熱交換器が製造され、その部分は焼結ステップ後に除去されない。
【００２４】
このようにして、繊維材料が巻かれて容積が画定している熱交換器が得られる。巻き付け作業と組み合わせて長い繊維を使用することにより、繊維の移動が起こることはない。これは、熱交換器の流入側及び流出側にメッシュを使用しないようにもする。
【００２５】
好ましくは、焼結は軟焼結であり、それによって、機械加工ステップを必要とせずに、熱交換器を熱サイクル機関内に、例えば押すことによって容易にはめ込むことが可能となる。
【００２６】
好ましくは、熱交換器は、熱サイクル機関内で利用できるスペースよりわずかに大きな外径で製造され、このことは軟焼結された熱交換器と熱サイクル機関との間に張力をもたらす。この張力は、熱サイクル機関内の熱交換器スペースを継ぎ目なしにふさぐことを可能にし、それによって、普通なら繊維が全く又はほとんど利用できない場所で生じるはずの選択的空気流を回避する。同じ理論が、熱交換器の内径が存在する場合に適用される。
【００２７】
熱交換器は繊維を含み、その繊維の大部分、例えば少なくとも８５％が、本発明の第１の態様に従って、軸を少なくとも部分的に取り囲んでいる。
【００２８】
本発明の特定のかつ好ましい態様が、添付の独立請求項及び従属請求項に記載されている。従属請求項の特徴は、独立請求項の特徴と、必要に応じて他の従属請求項の特徴とを組み合わせることができるが、特許請求の範囲に明示的に記載されているだけではない。
【００２９】
本発明の教示は、熱サイクル機関、例えば、スターリング機関で使用するための改良型熱交換器の設計を可能にする。透気度の増大により熱交換器全体の圧力降下が小さくなることによって、動いている流体にとって低損失の流路がもたらされる。繊維の使用及び孔隙率が７０％〜９９％の熱交換器での繊維の使用により、大きな表面積が得られる。この大きな表面積は、動いている流体に対する熱移動率を向上させる。さらに、巻き付けられた繊維束を熱交換器内で使用することによって、動いている流体の平均流れ方向に垂直な方向の熱伝導率が１０％高くなる。
【００３０】
本発明の上記及びその他の特性、特徴及び利点は、本発明の原理を示す添付の図面に関連してなされる以下の詳細な説明から明らかになる。この説明は、本発明の範囲を限定するものではなく、例示のみを目的としている。以下に引用される参照図は、添付図面を意味する。
【００３１】
定義
用語「孔隙率」Ｐは、Ｐ＝１００×（１−ｄ）、ただしｄ＝（焼結金属繊維媒体１ｍ３の重量）／（ＳＦ）であり、ＳＦ＝焼結金属繊維媒体の金属繊維がもたらされる合金１ｍ３当たりの比重量であると理解されたい。
【００３２】
「透気度」（ＡＰとも称される）は、ＮＦ  ９５−３５２に記載されている装置（ＩＳＯ  ４００２の相当品）を用いて測定される。
【００３３】
特定の繊維の「等価直径」という用語は、ある特定の繊維の断面の表面積の平均と同一の表面積をもつ円形放射状断面を有する仮想繊維の直径と理解されたい。
【００３４】
用語「軟焼結」は、繊維が密接に接触する点で互いに結合されるが、依然としていくらかの可撓性及び変形性を有する生成物（プロダクト）を実現するために、使用される温度が通常の焼結法より２０〜１００℃低い焼結と理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１ａ】本発明による熱交換器を提供する方法の連続するステップのうちのいくつかを概略的に示す図である。
【図１ｂ】本発明による熱交換器を提供する方法の連続するステップのうちのいくつかを概略的に示す図である。
【図２ａ】本発明の別の態様の熱交換器を提供する方法の連続するステップのうちのいくつかを概略的に示す図である。
【図２ｂ】本発明の別の態様の熱交換器を提供する方法の連続するステップのうちのいくつかを概略的に示す図である。
【図３】本発明による熱交換器を得るための別の代替的な開始位置を示す図である。
【図４】本発明による熱交換器内に存在する繊維の投影を示す図である。
【図５】スーパークリンプされた繊維束の一実施例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
本発明の例示的な実施形態について、添付図面を参照しながら以下に説明する。
【００３７】
図において、同じ参照符号は同じ又は類似の要素を表している。
【００３８】
本発明を特定の実施形態についていくつかの図面を参照しながら説明するが、本発明は、それらに限定されるものではなく、特許請求の範囲によってのみ限定される。描かれている図面は、略図にすぎず、発明を限定するものではない。いくつかの図面では、要素のうちのいくつかのサイズは、例示するために、誇張され、原寸に比例して描かれてはいない場合がある。寸法及び相対的な寸法は、本発明を実行するための実際の縮図には対応していない。
【００３９】
さらに、本明細書及び特許請求の範囲における、第１の、第２の、第３の、などの用語は、類似要素を区別するために使用されるだけであり、これらの用語は、順序付け、すなわち、時間的な順序、空間的な順序、ランク付け、又は他の態様のいずれかを表すために必ずしも使用されるものではない。そのような用語が付された要素は、適切な状況下において交換可能であり、本明細書に記述されている本発明の実施形態は、本明細書に記述又は図示されている以外の順序でも作業できることを理解されたい。さらに、本明細書及び特許請求の範囲における上端（top）、下端（bottom）、の上に（over）、の下に（under）などの用語は、記述的に使用されるものであり、必ずしも相対位置を説明するために用いられてはない。そのように使用されている用語は、適切な状況下で交換可能であり、本明細書に記述されている本発明の実施形態は、本明細書に記述又は図示されている以外の配置（orientation）でも作業できることを理解されたい。
【００４０】
図１ａ及び図１ｂは、本発明の第２の態様による熱交換器を提供するためのいくつかの連続するステップを示している。図１ａの最初のステップに示されているように、繊維１０２の束１０８を含む統合繊維構造１０１が提供される。統合繊維構造１０１は、前縁１０３を有する。
【００４１】
束１０８は、コイル切削金属繊維（coil shaved metal fiber）又は束引き加工の金属繊維（bundle drawn metal fiber）を含む。コイル切削金属繊維又は束引き加工の金属繊維は、任意の適当な等価直径、例えば３５μｍ又は２２μｍを有する。束は、典型的には３ｇ／ｍの繊度（fineness）を有する。束引き加工の金属繊維の束が使用される場合、任意選択で、束の中の繊維には、クリンプ（繊維の縮れ）が付けられて、繊維のかさ高性、したがって束のかさ高性を増大させることができる。このクリンプは、米国特許第３３７９０００号に記載されているように、金属繊維の束引き後の浸出ステップの前後で付けることができる。好ましくは、クリンプは、浸出ステップの後で付けられる。
【００４２】
統合繊維構造１０１内の繊維１０２は、束１０８内で実質的に平行に向けられる。次に、統合繊維構造１０１は、前縁１０３に平行な巻軸１３０を画定するリール１３２の周囲に巻かれるか、又は巻き付けられる。巻き付け作業は、矢印１３１で示されている方向に従って行われる。束１０８は、リール１３２の周囲に長さＬ１にわたって巻かれる。束は往復案内手段１３４を用いて案内され、これにより、束１０８が、リール１３２上の両極端（指示点ａ及びｂ）の間で案内される。リールを回転させて且つ案内手段を往復運動させて行うことによって、束をリール１３２の周囲に、例えば、らせん状又は渦巻き状の経路で巻くことができる。
【００４３】
軸の長さに沿って所与の位置に巻数を注意深く規定することにより、様々な位置にある繊維の量を決定することができ、均一な孔隙率を熱交換器の完成時の高さＨにわたって得ることができる。巻き付けられた繊維束は、図１ｂに示されているように、さらにメッシュ１１０で周りが囲まれる。その後、メッシュ１１０とリール１３２とから構成されるいわゆる焼結マル（sintering mal）の中にある巻き付けられた繊維束１０８は、繊維構造をさらに統合するために焼結炉内に置かれる。軟焼結作業の後、リール１３２及びメッシュ１１０は除去され、かなり剛性であるが依然として可撓性がありかつ高度に多孔質の熱交換器１００が得られる（図示せず）。
【００４４】
別の例示的な実施形態では、図２ａ及び図２ｂに示されているように、円盤状の巻き繊維熱交換器が提供され得る。図１ａの最初のステップに示されているように、繊維１０２の束１０８を含む統合繊維構造１０１が提供される。統合繊維構造１０１は、前縁１０３を有する。束１０８は、コイル切削金属繊維又は束引き加工の金属繊維を含む。コイル切削金属繊維又は束引き加工の金属繊維は、任意の適当な等価直径、例えば３５μｍ又は２２μｍを有する。束は、典型的には３ｇ／ｍの繊度を有する。束引き加工の金属繊維の束が使用される場合、任意選択で、束の中の繊維には、クリンプが付けられて、繊維のかさ高性、したがって束のかさ高性を増大させることができる。
【００４５】
統合繊維構造１０１内の繊維１０２は、束１０８内で実質的に平行に向けられる。次に、統合繊維構造１０１は、前縁１０３に平行な巻軸１３０の周囲に巻かれるか又は巻き付けられる。巻き付け作業は、矢印１３１で示されている方向に従って行われる。束１０８は図１に描かれているのと同じやり方でさらに巻かれ、束１０８は、往復案内手段１３４を用いて案内されて、束１０８が、リール上の両極端の間で案内される。巻き付けを行い且つ案内手段で往復運動させることによって、束を巻軸１３０の周囲に、例えば、らせん状又は渦巻き状の経路で巻くことができる。
【００４６】
軸の長さに沿って所与の位置に巻数を注意深く規定することにより、様々な位置にある繊維の量を決定することができ、均一な孔隙率を熱交換器の完成時の高さＨにわたって得ることができる。巻き付けられた繊維束は、さらにメッシュ１１０で周りが囲まれる（図示せず）。その後、メッシュ１１０だけで構成されるいわゆる焼結マル内にある巻き付けられた繊維束１０８は、繊維構造をさらに統合するために焼結炉内に置かれる。軟焼結作業の後、メッシュ１１０は除去され、図２ｂに示されているように、かなり剛性であるが依然として可撓性がありかつ高度に多孔質の熱交換器１００が得られる。
【００４７】
図３は、本発明による熱交換器を製造するための別の代替的な開始位置を示す図である。ここで、多量の繊維束がリール上に巻かれ、繊維束はすべて互いに平行に巻かれる。使用される繊維束の量は、製造されるべき熱交換器の高さＨに依存する。本発明による熱交換器を製造するこの方法を用いると、例えば、熱交換器の熱い側が耐熱性のより優れた繊維から作られ、熱交換器のより冷たい側がかかる高い温度に耐える必要がないより安価な金属繊維から作られるように、異なる金属組成をもつ繊維束が使用され得る。
【００４８】
さらに詳細に説明するように、繊維１０２の大部分（例えば８５％以上）が軸１３０を少なくとも部分的に取り囲む。これは、繊維が束内に束に平行な方向で存在していたからである。束１０８はこのとき軸１３０を有する渦巻きに変わるので、繊維は、軸１３０を少なくとも部分的に取り囲む経路をたどる。
【００４９】
このような熱交換器１００には、図２ｂに示されているように、平均流れ方向１５３を規定する流入側１５１及び流出側１５３が設けられている。熱交換器１００は、円筒形であるので、平均流れ方向１５３にほぼ平行で、巻軸１３０と同一の軸を有する。熱交換器１００は、高さＨを有する。束１０８は、円筒形の熱交換器が得られるように巻かれることが理解できるだろう。表１は、本発明による熱交換器のいくつかの実施例を示している。
【００５０】
【表１】
2012521533.tif 000003
【００５１】
最も好ましい実施形態では、熱交換器材料の孔隙率は、例えば８５％、８６％、８７％、８８％、８９％、９０％、９１％、９２％、９３％、９４％又は９５％とすることができる。
【００５２】
繊維の大部分が、束１０８方向に沿って束１０８の中に存在しているので、繊維の大部分は、軸１３０を少なくとも部分的に取り囲むことになる。束１０８は、らせん状又は渦巻き状に巻かれるので、繊維の方向には軸方向成分を与えることができ、したがって、大部分の繊維が熱交換器の軸方向に少なくとも部分的に延在している。
【００５３】
図４は、図２ｂの熱交換器１００に対応する図である。符号４１５は、軸１３０を投影したものである。図４の符号４１１には、いくつかの繊維の投影線４１３が概略的に示されている。上記いくつかの繊維の投影線４１３は、平均流路１５３に対して垂直な平面ＡＡ’上において、繊維を平均流路の方向に投影させたものである。
【００５４】
図４における符号４１２には、いくつかの繊維の投影線４１４が概略的に示されている。上記いくつかの繊維の投影線４１４は、平面ＢＢ’に対して垂直な方向に延びる平均流路が投影された平面ＢＢ’上に繊維を投影させたものである。
【００５５】
符号４１１から明らかなように、平面ＡＡ’上の繊維の投影線は、軸の投影４１５を少なくとも部分的に取り囲む経路を示している。
【００５６】
したがって、平面ＡＡ’上に投影された繊維は、３次元で見られる場合と同様に、軸を少なくとも部分的に取り囲んでいる。最も適した線の凹側は、投影４１５に向けられている。
【００５７】
符号４１２から明らかなように、平面ＢＢ’上の繊維の投影線は、軸方向の延びる成分を有する経路を示している。一例として、繊維の投影線４１６は、長さＬａに沿って軸方向に延在している。
【００５８】
図５は、スーパークリンプ加工された繊維束の一実施例を示している。ここで、Ｒがクリンプ波形の上端と下端との間の距離であり、Ｓがクリンプ波形の２つの連続する上端間の距離であるクリンプ波が示されている。これらのスーパークリンプ加工された繊維束は、図１ａ、図２ａ、又は図３の方法で使用することができる。
【００５９】
本発明を具現化する方法及び熱交換器の目的を達成するための他の配置が、当業者には明らかである。本発明による装置の好ましい実施形態、特定の構造及び構成、ならびに材料について本明細書で論じてきたが、実施の形態及びその細部は、添付の特許請求の範囲で定義されている本発明の範囲から逸脱することなく、様々な変更又は修正がなされ得ることを理解されたい。
【図１ａ】
2012521533.tif 000004
【図１ｂ】
2012521533.tif 000005
【図２ａ】
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【図２ｂ】
2012521533.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【国際調査報告】
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