【発明の詳細な説明】
犠牲芯金を利用する微小流路の熱交換器の製造方法
技術分野
本発明は、微小流路の熱交換器、そしてより詳細には、熱交換器本体と接続す
る多岐管を有する微小流路の熱交換器の形成方法に関する。
発明の背景
電子回路技術、特に微小電子回路の発展に伴い、それらはより高速でかつより
緻密な回路となったが、集積回路チップ、超小形電子実装、他の部品およびその
集積物による回路レベルで発生する絶え間なく増大しつつある熱の集中を放散で
きる冷却技術に対する要望が、絶えず増大している。更に、かかる超小形電子回
路技術は、極めて小形の部品からの多いに改善された熱除去を必要としている。
この状況は、かかるチップの配列が相互に接近して実装されると悪化する。かく
して、チップの実装密度は、冷却技術によって効果的に放散されるべき熱を比例
的に増大させる。
熱交換器に係る熱伝達の要求に加えて、熱交換器は、特別な部品又は使用環境
に適うように設計されることが屡々要求されて、それが複雑な幾何学的配置を含
むようになるかもしれない。かかる特別な部品や環境は、特殊な熱交換器を求め
ている。
冷却技術は、近年になる程、空冷適用並びに液冷適用の両方で改良されてきた
。いずれの場合でも、冷却すべき回路装置に隣接して配置されるヒートシンク装
置の温度を下げるために、空冷強制空気又は冷却液のいずれかを使用することが
知られている。その他の公
知技術では、回路チップや実装品は、これらを直接冷却液と接触させる処理であ
る直接浸漬冷却法によって冷却される。よって、物理的な壁がチップから冷却液
を分離することはない。これらの液体冷却法は、ヒートシンク型のものであれ或
いは直接浸漬冷却型のものであっても、超LSI(VLST)回路にとっては前述した状
況の中で必要であると、一般に考えられている。
かかる環境で用いるのに適した一つの公知な熱交換器は、1989年10月３日に発
行され、通常は本発明の譲受人に所有権があるが、Hoopman外による米国特許第4
,871,623号明細書に記載されている。Hoopman外による特許に記載された熱交換
器およびその製作法では、対向する主要面間のシート部材を貫ぬいて延長する多
数の伸長した密閉形の電鋳流路を与える。密閉形の微小流路を備えるシートは、
多数の伸長した稜線を有するマンドレル又は原型から製作され、その際材料がマ
ンドレルの表面に密着されるが、その材料が溝の中央部を囲んでシート部材を形
成するように架橋部分との間を橋架けするまで、溝の内面の形を定める表面上よ
りも早い速度で稜線部分の端部上に材料を析出させる。かかるシート部材は、多
数の伸長した突起を備えた基層を含み、その突起のそれぞれは基層からマンドレ
ルの溝の中に広がり、その突起のそれぞれは伸長した密閉型の微小流路を有する
。また、次いでそのシートをマンドレルから分離し、更にその基層および伸長し
た突起を有するこの形の定められたシート部材を、その上に前述したと同じよう
に再度電着を行って第一の形成シートの突起間に付加的な伸長した密閉型の微小
流路の形を定めるマンドレルとして使用することも、開示されている。その結果
、貫通して広がる多数の伸長した密閉型の流路を備えた微小流路体を含み、その
微小流路は、予め定められた形状の非常に小さい横断面積のものにすることがで
きる。
多数の密閉型の微小流路を備えたシート部材を含む好適な熱交換器を製作する
他の方法は、これまた通常は、本発明の譲受人の所有となっている、1991年12月
10日に発行されたHoopman外の米国特許第5,070,606号明細書に開示されている。
このケースでは、密閉型の微小流路を備えたシート部材が、該部材内に密閉され
た微小流路の形を定めるように相互に作用しあう関係で配置された導電性表面を
有する多数の繊維の周囲に導電物質を電着することによって製作される。電着工
程が終了すると、繊維を軸方向に引張ることによって繊維を除去するが、繊維が
そのシート部材からの除去時に延伸されるので強制的に径が小さくなる。その結
果、熱交換器本体を貫ぬく非常に小さい離散した微小流路を有する熱交換器が得
られる。
前述したHoopman外の特許に従って作られた熱交換器は、一品に集約されて形
成された微小流路の熱交換器本体が作製されるという点で有利である。しかしな
がら、微小流路を有する熱交換器本体の端部の多岐管で集配することに二つの問
題がある。これら熱交換器本体の多岐管を集配するためには、微小流路を有する
本体の開口端部の一方又は両方をチューブに接続することが必要である。接続方
法は、これまで微小流路を有する本体の開口端部が管材料の内部に挿入すること
を調節する縦長のスリットを管材料に与えることによって行なってきた。それか
らこの微小流路を管材料に固着するため、接合部が銀鑞される。この工程の作業
用に、開口部を閉じるおそれのある微小流路の端部に鑞が流入しないように注意
しなければならない。
電子回路部品を冷却するのに適した微小流路を有する他の熱交換器が多数の要
素から組立てられることは公知であるが、それは熱交換器本体を多岐管に結合す
ることのみならず、その微小流路を有する本体それ自体を作製することのために
も一緒に接合されなければ
ならない。一つの公知の方法では、シリコンの表面にダイアモンドウェファーの
こでのこ引きして多数の一定間隔の平行微細溝を形成することによって、シリコ
ンウェファーから微小流路を有する熱交換器が作製される。次いで、このウェフ
ァーは、微細溝付きのウェファーと一緒になって微小流路の形を定める基体に固
着される。多岐管は、微細溝付きシリコンウェファーに固着した基体の一部とし
て作製してもよい。シリコンウェファー等に作られた微細溝で一部が形成された
微小流路を含む他の類似の熱交換器が、Tuckerman等の米国特許第4,450,472号、
Tuckerman等の同第4,573,067号およびPease等の同第4,567,505号明細書にそれぞ
れ開示されている。微細溝を形成する記載の方法には、エッチング手法を用いる
ことが含まれる。付加的な具体例には、Hulswitt等の米国特許第4,569,391号明
細書、菊池等の米国特許第4,712,158号明細書、およびヨーロッパ特許出願第0,1
24,428号明細書に開示されている。これらの各熱交換器は、複数の部品がそれ自
体で微小流路を形成すると同時に多岐管をも作製する方法で提供される、多数部
品製作型熱交換器を含む。
本発明は、犠性芯金の周囲に材料を形成し、その後この犠性芯金を除去して流
路を有する構造物を残すに当り、特に、析出法によって、更に詳しくは電着法に
よって前記流路を有する構造物を作製することに関する。電着と結び付けた犠牲
芯金の一般的使用は、周知である。特に、本質的に導電性である犠牲芯金、並び
に不導電性の犠牲芯金に導電性塗膜を塗布して導電性とした犠牲芯金の周囲に導
電材料を電気メッキすることは知られている。犠牲芯金としての使用に好適な公
知の導電材料には、低融点を有するもの、および溶融性の金属もしくは合金とし
て通常知られているものが含まれる。不導電性の犠牲芯金は、銀のような導電性
物質で塗布できる種々なワ
ックス又は同等物から作ってもよい。
志賀等の米国特許第4,285,779号明細書には、犠牲芯金の手法を用いて流体通
路が与えられる、基材上に一体的に電鋳された薄膜をもった基材を有する流体回
路素子が開示されている。特に、低温溶融合金又はワックスのような溶解性基材
からなるストリップが、基板の表面に塗布される。次いで、基板並びに溶解性材
料からなるストリップが電気メッキされる。最後に、その溶解性物質が除去され
て、一体的な微細流路を有する回路素子が残る。しかし、この流体回路素子は、
流体信号が基材を貫ぬきかつ種々に形成された流路に入り込むように与えられた
開口部を通って伝達される制御素子として作製され、そして熱交換器および微細
流路構造を有する多岐管の作製とは全く関係がない。
電着工程後に除去される犠牲芯金の周囲に導電性材料を電着によって作製する
他の流路を有する構造物の例は、Wallaceの米国特許第2,365,690号、La Forge，
Jr.の同第2,898,273号、およびAskeの同第3,445,348号明細書に開示されている
。これらの特許は、一般に犠牲芯金の技術を用いて形成され、穴が開けられたキ
ャビティを有する構造に関し、多岐管によって流体回路と接続できる熱交換器と
は全く関係しない。
電着によって形成される物品にオリフィス孔を与える方法は、Bittingerの米
国特許第3,332,858号明細書に開示されている。このケースでは、着脱可能な芯
金が、いずれ電気メッキされてそれによりオリフィスが形成されることになって
いるその平らな面から伸長する突起と一緒に、シリコン材料から形成される。突
起を含むこの表面は、導電性材料で電気メッキされて、紡糸口金である最終製品
が形成される。突起を越えメッキされると、電気メッキされた材料は、製品の外
面上に隆起物の輪郭を示すが、それはその後に製品か
ら砕き去って紡糸口金のその面を貫通するオリフィスを残すことができる。しか
しながら、この芯金は、全部取り除かれねばならないので、形成品の完了面には
孔が残されていることが必要である。
本発明の概要
本発明は、単体熱交換器の製作方法が、流路熱交換器本体および流体循環回路
と接続できる一体的に形成した多岐管を含めて与えられるという点で、従来技術
と関連している欠点及び短所を克服する。更に、本発明は、熱交換器本体部分が
この熱交換器本体の構造的一体性を多いに増大させる構造支柱と一緒に形成され
るような一体的熱交換器の製作方法を指向している。
一般的に、微小流路熱交換器は、比較的大きい熱放散が特に小型の部品、例え
ば、電子チップ、電装および他の部品のようなものに必要である状況においてか
なり都合が良い。かかる諸部品の冷却要求量に適う能力があることで、これら部
品の出力および推定耐用年数が、好都合にも増大する。また、比較的小型の熱交
換器の出現は、かかる電気部品を含む装置の全体サイズを劇的に低下させる。微
小流路は、それが熱伝達係数を増大させることによって熱交換容量を改善し、熱
伝導ディメンションを多いに減少し、また熱が放散のために導かれるべき距離を
減少するという点で、特に有益である。更に、そして本発明によれば、熱交換器
設計の複雑な配置は、特定の熱交換器配置を必要とするほとんど全ての造形部品
又はその他の基材の冷却要求基準に有効に適うように、製作することができる。
本発明による方法は、少なくとも第一の多岐管部分および本体部分を有する犠
牲芯金を形成する工程を含み、その本体部分には、熱交換器の第一の多岐管およ
び本体の内面および通路の形が定められる。次に、製品形成材料がその犠牲芯金
の周囲に少なくとも一部が
取囲まれるまで析出され、そして犠牲芯金の周囲に殻を形成する。その結果単体
熱交換器の一体的第一の多岐管および本体を得る。次いで、少なくとも工作孔が
、殻の外側から犠牲芯金に達するようになすように、殻を貫ぬいて与えられる。
それから、犠牲芯金が、この工作孔を経由して殻内より取り除かれ、それによっ
て、熱交換器の一体的第一の多岐管および本体内に、犠牲芯金の外側表面で形が
定められて流体的に相互連通が可能な状態の通路が残される。
本発明の方法は、また、単体熱交換器の本体の内面および通路の形を定めるた
めの本体形状部分をもつ犠牲芯金を形成することによって流体循環システムと接
続可能なそのような単体熱交換器の製作方法も企図している。この芯金には、犠
牲芯金の本体部分を貫ぬく孔の形を定める少なくとも一つの内面が与えられる。
その後、製品形成材料が犠牲芯金の周囲に析出されて、その犠牲芯金の周囲に殼
を形成する際に、製品形成材料は、また殻の反対側と結合する製品形成材料の支
柱を作るように、本体部分の内面上にも析出される。それから、工作孔が殼を貫
ぬいて与えられ、そして犠牲芯金が殼内から取り除かれると、単体熱交換器本体
が、殻の反対側と結合する少なくとも一個の支柱と一緒に得られる。この結果、
一般に一体的熱交換器本体の構造的一体性が全体として増大することになる。多
数のかかる支柱が、構造的一体性を最適にするようなパターンで配列されて形成
されることが、好ましい。
また、犠牲芯金に与えられる一つ又は複数の孔のサイズは、形成材料の析出が
なされ、そして一以上の支柱内に開口部が残るようにコントロールされる条件に
よって選択することができる。かかる開口部は、部品を直接熱交換器に取付ける
ために有益に用いることができ、また、本発明の熱交換器本体の内部を含む第一
の流体回路と熱交換関係に、第二の流体媒体が通過できる第二の流体回路に定め
てもよい。
本発明による熱交換器の製作方法では、構造的に堅固で信頼できる熱交換器お
よび多岐管を作るために積層体の使用は避ける。また、熱交換器本体内の流路壁
は、熱交換を高めるために、流体が通過する時に熱交換流体の乱流が起るような
構造となすことができる。そのような構造的表面は、犠牲芯金の本体形成部分に
補足的な構造表面を形成することによって与えることができ、そして、本体形成
部分の一以上の表面に、例えば溝、畝又はその他の構造を含めてもよい。本発明
の熱交換器内では、高圧で起こる破裂や何らかの流路破壊の危険を低減させつつ
、比較的高い流体圧を利用することができる。このことは、また効果的な熱交換
に対する流体流れの要求性能を引き下げてもいる。また、本発明の熱交換器は、
主として犠牲芯金の形成し易さ、そしてまたその上への形成材料の析出のし易さ
に限った設計下での特定分野に向けて受注生産することができる。更に、受注生
産された熱交換器は、微小流路を形成して、流体選択の熱的、流体的諸特性を最
適化し、ポンプシステムの背圧流特性値を最適化し、そして所望の熱伝達率を最
適化することによって、比熱放散分野のために設計することができる。
図面の簡単な説明
本発明は、以下の添付図面を参照して更に詳しく記載される。本発明による実
施例は、図に示されそして記述される。
こゝで、図１は、本体形成部分並びに第一および第二の多岐管形成部分を含む
犠牲芯金の斜視図である。
図２は、犠牲芯金の第一の多岐管形成部分および本体形成部分を通る図１の線
２−２に沿って切った断面図である。
図３は、図１の犠牲芯金の周囲に形成された熱交換器本体並びに
第一および第二の多岐管を含む単体熱交換器の透視図である。
図４Ａは、犠牲芯金の第一の多岐管形成部分および本体形成部分の周囲に形成
された単体熱交換器の第一の多岐管および本体を説明する図３の線４−４に沿っ
て切った断面図である。
図４Ｂは、導電層が、犠牲芯金および単体熱交換器の間に付加的に与えられて
いることが示されていることを除いて図４Ａと同様である図３の線４−４に沿っ
て切った断面図である。
図５は、図３と同様であるが、犠牲芯金が取り除かれた後に、単体熱交換器の
本体に電気部品が取り付けられていることが示されている斜視図である。
図６は、ダッシュ線により示されるように電気部品の想定される設定位置を有
する、図５に説明される単体熱交換器の作製に使用される犠牲芯金の斜視図であ
る。
図７は、支柱および開口部の組合わせを含む犠牲芯金の周囲に殻として形成さ
れた単体熱交換器を更に有する図６の線７−７に沿って切った断面図である。
図８は、形成された支柱および熱交換器本体に対する電子部品の取付け状態を
示す犠牲芯金が取り除かれた図５の線８−８に沿って切った断面図である。
図９は、その本体形成部分に形成された多数の異径の孔を有する、本発明に従
って設計された他の犠牲芯金の斜視図である。
図10は、単体熱交換器の本体を通って第二の流体路として使用できる閉鎖支柱
及び孔あき支柱の組合せを残す図９に示される犠牲芯金から形成される多岐管お
よび本体を含む単体熱交換器の部分斜視図である。
図11は、相互に熱交換関係にある二つの流体流路を示す図10の線11−11に沿っ
て切った部分断面図である。
図12は、本発明に従って形成される犠牲芯金の他の実施態様の平面図である。
図13Ａは、犠牲芯金の本体形成部分を作製する分離した微小流路形成部分の断
面形状の例を示す図12の線13−13に沿って切った部分断面図である。
図13Ｂは、犠牲芯金の本体形成部分を作製する微小流路形成部分の断面形状の
他の例を示す、図12の線13−13に沿って切った図である。
図13Ｃは、犠牲芯金の本体形成部分を作製する微小流路形成部分の断面形状の
第３例を示す、図12の線13−13に沿って切った他の図である。
図14Ａは、犠牲芯金が取り除かれた後の図13Ａの犠牲芯金の周囲に形成される
微小流路の断面図である。
図14Ｂは、犠牲芯金が取り除かれた後の図13Ｂの犠牲芯金の周囲に形成される
微小流路の断面図である。
図14Ｃは、犠牲芯金が取り除かれた後の図13Ｃの犠牲芯金の周囲に形成される
微小流路の断面図である。
図15は、円錐台の形状に形成された犠牲芯金の他の実施態様である。
好ましい実施態様の詳細な説明
さて、図面について言及すると、こゝで同じ数字は、それぞれの図を通して同
じ部品を示すのに用いられているが、最初の図１〜４までは、熱交換器本体12、
第一の流体多岐管14、および第二の流体多岐管16を含む単体熱交換器10が説明さ
れている。第一および第二の多岐管14および16は、それぞれ熱交換媒体が循環す
る第一流体回路の一部としての流体源又はタンクと接続が可能である。単体熱交
換器10は、熱源として、またはこの単体熱交換器10に隣接して設置されるかある
いは次の流路に設置される部品もしくは他の媒体を加熱しまたは冷却するための
ヒートシンクとして使うことができる。
熱交換器本体12は、以下に記載する本発明方法によって、第一および第二の多
岐管14および16と同じ材料から一体的に作られる。また、熱交換器本体12は、熱
を部品または他の媒体へ与えるかまたはこれらから受け取る一次熱交換器を構成
する。図３に示される実施態様では、熱交換器本体12は、一般に平面状であるが
、多くの他の形状も下記に強調されるように考えられる。熱交換器本体12内の通
路も、熱伝達流体が第一の多岐管14および第二の多岐管16間を通過するように熱
伝達流体が循環する第一の流体回路の一部を含む。
本発明の方法に従って、熱交換器本体12、第一の多岐管14および第二の多岐管
16内の通路の形を定めるために図１に示されるように、犠牲芯金18が用いられる
。犠牲芯金18の外形は、一般に単体熱交換器10の全体形状に似ている。更に詳し
くは、犠牲芯金18は、熱交換器本体形成部分20、第一の多岐管形成部分22、およ
び第二の多岐管形成部分24を含む。熱交換器本体形成部分20、第一の多岐管形成
部分22および第二の多岐管形成部分24の外面は、熱交換器本体12、第一の多岐管
14および第二の多岐管16の形によってそれぞれ定められる通路の内面によりその
形が定まる。犠牲芯金18は、単一のユニットから形成することができ、また、分
離した要素が接着され、溶融されまたは他の固定手段で結合されたものから作ら
れていてもよい。特に、本体形成部分２０および多岐管形成部分22および24を含
む犠牲芯金18は、全体犠牲芯金の成形工程によってユニットとして形成すること
ができ、また、別に作られてその後溶融融着あるいは接着剤で一緒に固定された
ものでもよい。例えば、第一および第二の多岐管形成部分22および24は、一層大
きい支持構造（即ち、Ｕ形
又は角形）の部分として一体的に一緒に形成することができ、そして本体形成部
分20が次いで第一および第二の多岐管形成部分22および24に接するように置かれ
てその接合部位で溶融融着されるようにしてもよい。
犠牲芯金のために使用される適当な材料には、ワックス、プラスチックおよび
溶融金属もしくは合金が含まれる。特に、好適なワックスの例には、オハイオ州
クリーブランドのFreeman製造および供給会社から入手可能な“機械加工性ワッ
クス”およびミシガン州ローミュラスのKerr製造会社から入手可能な“Tuffy”
射出ワックスがある。好適なプラスチックの例は、商標名“DELRIN”の下でデラ
ウェア州ウィルミントンのE．I．ヂュポンデネモアス社により売られているポリ
アセタールである。溶融可能なまた低融点金属には、商標名“INDALLOY”の下に
ニューヨーク州アメリカオブウチカのインジウム社によって売られている。特に
、“INDALLOY255”および“INDALLOY28l”の下に売られている溶融合金が含まれ
る。多くの他のワックス、プラスチックおよび金属は、それらが、以下に述べる
ような犠牲芯金の周囲に形成される熱交換器材料に実質的に害を及ぼすことなく
溶融でき、溶解できまたは分解できるという条件を満足する限り用いることがで
きることがわかる。
犠牲芯金18の製法の一実施例によれば、フリーマン製造供給会社より入手の一
片の青い“マシーナブルワックス”が加熱されたガラスパネル間で薄膜ワッスス
シートに形成された。このワックスシートは、次いで適当なサイズに切断されて
、熱交換器本体形成部分20に形成された。このサイズは、勿論のこと、熱交換器
の最終使用による。次に、このカットされたシートは、第一および第二の多岐管
形成部分22および24の形を定めるアルミニウム金型上の適当な位置に置かれた。
金型が一緒に固定され、そしてKerr製造会社から入手
の溶解した緑色の“Tuffy”ワックスが一杯になるまで金型に注入された。それ
から冷却後、全体の犠牲芯金18が、第一および第二の多岐管形成部分22および24
も一緒に、溶融した本体形成部分20を含めて、金型から取り出された。しかし、
いかなる適当なワックス又はプラスチック、あるいはその組合わせおよび混合物
も、単一成型工程、例えば慣用の射出成形技術によって、簡単に全体の犠牲芯金
18に形成することができることもわかる。更に、可融性合金を用いるときには、
単一成型工程によって、可融性合金を犠牲芯金18に成型することが好ましい。ま
た、犠牲芯金は、機械加工処理によって作ることができ、その際は、一塊の適当
なワックス、プラスチック又は可融性合金が所望の芯金形状に機械加工すること
ができる。
再び図１および２に言及すると、犠牲芯金18の熱交換器本体形成部分20は、ま
た多数の通し孔26を与える。この通し孔26は、本体形成部分20を形成する芯金材
料の内面28によってその形が定まる。図１にみられるように、通し孔26は、予め
定められたパターンに従って配列されるが、その理由は、以下の単体熱交換器10
の形成に係る記載によって明らかになるであろう。また、通し孔26およびかくし
てその内面28は、前記した犠牲芯金18の形成後にその本体形成部分20に孔あけす
ること又は他の機械加工によって作製することができる。また、通し孔26は、第
一および第二の多岐管形成部分22および24の形成前かもしくはその形成中に、本
体形成部分20の形成時に作製することができる。とにかく、成形工程中に通し孔
26を形成するために、本体形成部分20を形成するために使用される金型は、本体
形成部分20の内面28に相当する外面を有する要素が与えられる。
犠牲芯金18が完全に形成された後に単体熱交換器10が犠牲芯金の周囲に形成さ
れる。その後、犠牲芯金18が取り除かれる。本発明によると、単体製品10は、析
出工程によって形成される。析出は、製
品が設置される周囲の溶液、ガス又はこれらの混合物から、製品上への調節され
た材料形成として定義される。析出には、電気化学的、化学的および物理的手法
等が含まれる。化学的析出は、化学蒸着(CVD)によるような化学反応の結果とし
て本体形成材料を析出させる技術のことを意味する。物理的手法には、例えば噴
霧又はスパッタリング技術等の析出方法が含まれる。好ましくは、電気化学メッ
キが使用される。
電気化学メッキは、金属塩とその金属塩の還元剤である供給電子の溶液中での
相互作用によって製品上に連続的な物質層を析出させることとして定義される。
電気化学メッキの一タイプは、金属塩の還元用に提供される電子が、溶液中に存
在する化学還元剤によって供給される無電解メッキとして知られている。電気化
学メッキの他のタイプは、金属塩の還元用に使われる電子が、例えば、電池、発
電機またはAc電流の整流器を含む他のDc電源供給器のような外部電源によって供
給される電解メッキとして、またより普通には、電気メッキとして知られている
。電気メッキでは、メッキされるべき対象は、導電性表面を有するか、あるいは
、そのような表面が与えられたものでなければならない。更に、通常知られるパ
ルスメッキ技術は、周期的な電流方向の逆転が制御できてある種の金属、特に銅
の電気メッキの効率を上げるような場合に任意に用いることができる。
無電解メッキの最大の利点は、以下で更に記載するように、ある種の金属は、
適当に準備された不導電体上でも同様にメッキできるということである。電気メ
ッキ又は無電解メッキにより析出できる最も普通の金属は、ニッケル、銅、金お
よび銀であるが、多くの他の知られた金属、合金、化合物および複合物も、また
電気メッキによって析出できることが知られている。電気メッキによる自己支持
性構造物、例えば本発明の単体熱交換器10のようなものの作製は、以下電鋳とし
て言及する。
再度図３，４Ａおよび４Ｂに言及すると、単体熱交換器10は、実質的に犠牲芯
金18を包み込み、そして一般に犠牲芯金18の形状に類似した形状を有する単体熱
交換器10を形成するように犠牲芯金18の周囲に形成され、好ましくは実質的に完
全にその周囲に電鋳される。さらに、熱交換器本体12は、第一および第二の多岐
管14および16と同時に、かつ同一の材料で一体的に形成される。また、形成材料
は、犠牲芯金18の本体形成部分20の内面28上にも析出される。
かかる形成材料の析出の結果、通し孔26内には、熱交換器本体12の上板32およ
び下板34を一体的に結合している多数の支柱30がある。支柱30の数は、内面28に
より形が与えられる通し孔26の数に対応している。熱交換器本体12並びに第一お
よび第二の多岐管14および16の形成と同時にこの支柱30を形成したことは、多い
に改善された強度を示し、そして多重部品熱交換器のそれよりも実質的に高い流
体圧を調節できるという一体構造が得られることになる。また、支柱30の数およ
び型は、固有の強度特性のために選定することができる。
単体熱交換器10を電鋳するために電気化学的析出が用いられるときには、かか
る電気化学的析出、特に電気メッキの場合には、結果的に形成材料は犠牲芯金18
の鋭角な端部では他の部分よりも一層析出が速いということになる。かくして、
内面28の対向するコーナー端部29では、析出速度に依存している内面28の残部よ
りも速やかに電気メッキされる傾向を有するかもしれない。この結果によると、
支柱30は、その底部および上部では閉塞しているが、その中央部では凹んでいる
ものとなろう。析出速度が遅いほど、その凹んだ支柱が出来る確立は低くなるこ
とが見出された。さらに、端部29は、凹
んだ支柱30の形成を減少させ、かつ支柱強度を増大させるために、図２の29′で
示されるように、面取りするか丸くすることができる。
支柱30に関連する他の重要な利点は、支柱30は、付加的な表面積を熱交換器本
体12に与えることによって、かつより多くの乱流を熱交換器本体12内に引き起こ
すことによって熱伝導を高めることである。またこの点に関して、板32および34
の内面33および／又は35に構造を与えることによって乱流を増大させて熱伝導を
高めることも考えられる。構造を与えるとは、表面33又は35の片面又は両面に溝
、畝又は他の構造（規則的なあるいは、不規則的な）を形成させることを意味し
、それにより板32および34間における流体の流れが分配され易くなるであろう。
同じ意味において、支柱30は、円筒状以外の形状に形成することができ、また、
その表面に構造を与えてもよい。とにかく、構造付与が内面33，35および／又は
支柱30に与えられる場合には、かかる構造付与は、犠牲芯金18の表面上に複雑な
構造を形成することによって、容易に与えることができる。特に、かかる畝、溝
又は他の構造は、本体形成部分20又はその内面28の表面に形成することができる
。かかる形成は、犠牲芯金18の形成中になされてもよいし、またその後に機械加
工処理等によってなされてもよい。
前述したように、犠牲芯金18は、ワックス、プラスチック、可融性合金等を含
んでよい。仮に単体熱交換器10を作製するのに使われる形成材料の析出方法が電
気メッキである場合には、その形成材料が析出されるべき犠牲芯金18の外面は導
電性であることが必要である。不導電性ワックス又はプラスチックの犠牲芯金を
用いる場合には、先ず最初にその外面を導電性にすることが必要である。外面を
導電性にする一つの方法は、その表面に薄膜導電層を形成する処理
をなすことである。これは、銀のような導電体の非常に薄い層を、析出させたい
犠牲芯金18の部分の外面に塗布することによって便宜的に行なう。周知の慣用的
な薄層化又は塗布技術のいずれもが、塗装、噴霧又は無電解メッキの初期利用を
含む薄膜導電層を与えるために使用することができる。その後に、電気メッキを
、犠牲芯金18が全面的に金属化されるように実施することができる。仮に無電解
メッキが、完全な単体熱交換器10を形成する方法として使用される場合には、最
初に犠牲芯金18を導電性にすることは必要としなくてよい。適当な無電解メッキ
では、周知のことではあるが、ある種の表面生成工程を必要とするかもしれない
し、また析出されるべき金属および芯金形成材料により変化させてもよい。典型
的な工程になると、順に、エッチング剤による処理、中和剤による処理、触媒に
よる処理、促進剤による処理、そしてその後の電解金属浴による処理が含まれる
。
図４Ｂに示されるように、本体形成部分20および第一の多岐管形成部分22を含
む犠牲芯金18は、その外面を電気メッキ法でメッキするために導電性にすること
が必要であるときは、導電層36で塗布される。対照的に、図４Ａは、無電解メッ
キが電気化学的析出法として用いられる場合とか、犠牲芯金18が可融性合金のよ
うな導電性材料を含む場合とか、あるいは他の析出技術が用いられることになっ
ている場合とかのように、付加的な導電層の必要がない単体熱交換器10および犠
牲芯金18の組合わせを示している。前記したように、仮に無電解析出が実施され
る場合には、他の表面処理が必要となるかもしれない。
電気化学的析出が、本発明に従う熱交換器を作製するのには好ましいけれども
、他の析出技術も使用できるものと考えられている。例えば、ニッケルのような
ある金属は、化学蒸着(CVD)法によって
製品上に析出できることが知られている。また、その他の非金属も用いることが
でき、もしもその金属が流体圧および比作用熱を維持するに足る強度があるなら
ば、CVD法によって析出させることもできる。
形成材料が犠牲芯金上に析出され、単体熱交換器10が形成された後に、その犠
牲芯金は取り除かれねばならない。犠牲芯金18の取出しを準備するために、ある
通路が、単体熱交換器10を形成する殻の外部から犠牲芯金18によって単体熱交換
器10内に形成された通路に達するまで与えられなければならない。これを実行す
る一つの方法は、図３に示されるように、犠牲芯金18上の形成材料の析出をコン
トロールして、犠牲芯金18の第一および第二の多岐管形成部分22または24の少な
くとも一部が形成材料によって覆われないようにすることである。言い換えると
、多岐管形成部分22又は24の一方の少なくとも一部は、析出工程が完了して単体
熱交換器10が完全に形成された後に、形成材料がないように残される。図３にみ
られるように、多岐管形成部分24の端部38には、形成材料がないことが示されて
いる。
これは、種々の方法で実施することができる。仮に犠牲芯金18がワックスやプ
ラスチックのような不導電性材料から作られ、電気メッキが析出工程に用いられ
るような場合には、多岐管形成部分22又は24の一部に導電層を単に塗布しないよ
うにすることによって、その部分が形成材料のない状態で残る。
犠牲芯金18が導電性であるかあるいは導電性にされたものであって、電気メッ
キが用いられるような場合、または、無電解析出あるいはその他の化学的もしく
は物理的析出法が導電性又は不導電性犠牲芯金18上に用いられるような場合には
、多岐管形成部分22又は24のかかる部分が、その形成材料の析出を防止するよう
に積極的に処
理することが好ましいかもしれない。これは、かかる部分をテープで包装するか
、あるいはそこへの形成材料の析出を防止するような材料の塗膜で塗工すること
によって実施可能である。無電解析出を使用する場合には、テープで包被するか
、あるいは無電解析出物が容易に析出しない周知材料のいずれかのものでその部
分を塗布することが必要である。導電性犠牲芯金18を電気メッキする場合には、
その部分に形成材料が析出しない少なくとも一部分を与えるべく不導電性テープ
を用いることが好ましい。しかし、その他の不導電性塗膜、ペイント等を代りに
用いることができると、考えられている。また、多数の犠牲芯金部分が析出後に
も形成材料を有しない程度に析出量をコントロールすることによって、一個以上
の工作孔が与えられることが好ましい。更に好ましくは、形成材料のないそのよ
うな部分が、多岐管形成部分22および24の各の両端部に与えられることが望まし
い。
単体熱交換器10の殻を貫ぬく必要な工作孔を与える他の方法は、図３にも説明
されているが、それは、それらの端部37および38を含む多岐管形成部分22および
24が、形成材料によってそれぞれが完全に覆われてしまうときに用いられる。工
作孔は、形成材料を少なくとも一の、そして好ましくは全ての端部37又は38から
取出すことによって与えられる。この除去は、端部37および／又は37を含む多岐
管14又は16の一部（図３には、第一の多岐管１４の部分が切断されていることを
示している）を単に切断することによって容易に実施できる。第一および第二の
多岐管14または16に沿ういずれかの場所に通路を与える他の手段、例えば、磨砕
、孔あけ等も、また考えられる。
工作孔又は開孔が単体熱交換器10の殻を貫ぬいて与えられるかどうかに問題な
く、全体の犠牲芯金18を取除く工程は、次のとおりで
ある。犠牲芯金18を取除く好ましい方法は、犠牲芯金18を含む単体熱交換器10を
、犠牲芯金18の融点より高いが、単体熱交換器10を作製する形成材料の融点より
低い温度まで加熱することによる。かくして、犠牲芯金18用の材料の選定は、単
体熱交換器10の形成材料のそれとの対比としての犠牲芯金の融点に左右される。
前述したようなワックスおよびプラスチックは、多くの場合にかかる犠牲芯金の
用途に好適である。公知の低融点金属および合金は、また前述したところであっ
て可融性金属および合金として知られているが、これまた好都合である。
除去工程を達成するため、単体熱交換器10および犠牲芯金18の結合物は、好ま
しくは加熱環境下に置かれ、または熱が直接単体熱交換器10に加えられる。また
、工作孔は好ましくはある位置に与えられて、その位置で重力の影響下にある溶
融した犠牲芯金材料の流れが単体熱交換器10内から犠牲芯金形成材料の全てを完
全に排出するように、維持される。１以上の工作孔は、犠牲芯金材料の除去を助
けるために、加圧源または真空に接続することができる。
また、犠牲芯金18は、化学的に犠牲芯金18を溶液に溶解して除去することがで
きる。この場合、犠牲芯金18は、単体熱交換器10の形成材料を実質的に害さない
溶液に容易に溶解する材料からなるべきである。同様な方法で、犠牲芯金18の材
料は、コントロールする影響の適用の結果として分解するような材料であっても
よい。例えば、前述したDELRINとして知られるプラスチック材料が犠牲芯金18を
形成するのに用いられるときは、そのコントロール因子として熱を加えればかか
る材料を分解させてホルムアルデヒドに変え、これをガスとして逃散させる。
単体熱交換器10を作製する形成材料の析出工程が前記による既知の析出技術で
ありうるとしても、好適で好ましい電気メッキ法の技
術に係る特異の実施例が以下のように記載されている。一つの実施例では、犠牲
芯金18は、前記のように、青色の“Machinable Wax”および緑色の“Tuffy”ワ
ックスの混合物から作られた。その後、犠牲芯金18の熱交換器本体形成部分20に
、孔径0.015インチ〜0.030インチの孔が0.05インチ〜0.20インチ間隔の非千鳥状
配置で開けられた。次いで、犠牲芯金18は、メッキのために真鍮製の回転棒上に
固定された。その後、全体の犠牲芯金18を電気メッキ用に導電性にするため、銀
塗膜が無電解析出によって全体の犠牲芯金18に与えられた。銀のペイントが犠牲
芯金18の仕上げのため、特に支点部位に用いられた。その後、多岐管形成部分22
および24は、メッキがその端部で発生しないように不導電性テープで端部37およ
び38をマスキングした。
その後、犠牲芯金18および真鍮製回転棒は、16オンス／ガロンのニッケル、0.
5オンス／ガロンの臭化ニッケル、および4.0オンス／ガロンの硼酸を含むニッケ
ルスルファメート浴（図示せず）中に浸漬された。また、0.1オンス／ガロンの
界面活性剤、つまりデラウェア州ウィルミントンのE．I．DuPont de Nemours an
d Companyから入手可能の“DUPONAL ME”が、犠牲芯金18の表面へのH2泡の付着
を防止してそれによってガス点触を最低となすために、この浴に添加された。メ
ッキ浴の残部は、希釈水で一杯にされた。多量のＳ−ニッケル陰極ペレットが、
メッキ浴中に懸下されたチタン製バスケット内に入れられた。織製したポリプロ
ピレンバッグが、粒子をとじ込めるためにメッキ浴内のチタン製バスケットの周
囲に与えられた。メッキ浴は、５μフィルターを通して連続的に濾過された。浴
の温度は90°Ｆに維持され、そしてメッキ浴溶液はpH4.0に維持された。電流密
度10アンペア／ft2が、犠牲芯金18に対して48時間付与され、犠牲芯金18および
真鍮製の回転棒が、析出の均一性を高
めるために絶えず６rpmで回転させた。犠牲芯金18に付与した電位は、所望の電
流を発生させるための浴導電率の関数である。除去に際して、一体的熱交換器本
体12並びに第一および第二の多岐管14および16を有した単体熱交換器10が、約24
ミル(0.6l0mm)の平均厚みを有するニッケルから作られた。一般論として、20ア
ンペア／ft2では、ニッケルは約１ミル／hr(0.0254mm／hr)の速度で析出する。1
0アンペア／ft2では、ニッケルは0.5ミル／hr（0.0127mm／hr）の平均速度で析
出する。一般にゆっくり形成させると、強度を増し、壁厚および支柱30の均一性
を改善する。また、前述したように、10アンペア／ft2が犠牲芯金18に印加され
るときは、支柱30に凹みが形成される傾向は比較的に小さい。次に、工作孔をも
った単体熱交換器10に対し直接熱を与えることによって犠牲芯金18が除去された
が、この工作孔は多岐管形成部分22および24の両端部がマスキングされて、下向
きに配され、犠牲芯金18が溶融したとき、そのワックス材が単体熱交換器10の殻
から流下するようになっていた。結果として、清浄な通路が熱交換器本体12並び
に第一および第二の多岐管14および16内に与えられた。また、多数の支柱30が、
犠牲芯金18の熱交換器本体形成部分20内に開けられた通し孔26の孔径および間隔
並びにパターンに従って通し孔26の各位置に形成された。
また、その形成さた単体熱交換器10は、第一および第二の多岐管14および16と
漏液の問題もなく液体的に連通した熱交換器本体12の通路を有した非常に改善さ
れた構造的に強固な一体性ユニットを示す。更に、この構造的一体性は、熱交換
器本体12を強固にしている支柱30のパターンによっても多いに改善されている。
この強度は、特に、熱交換器本体12が、板撓みも最小限で比較的に高圧下で熱交
換流体を取り扱うことができるという点で、重要である。最小板撓みは、電子回
路部品のようなある種の部品と熱交換器を隣接して使
用するときに、撓みが回路部品に不利な影響を与え、かつ単体熱交換器と部品間
の全体表面接触率を減少するので、重要である。
かかる支柱30の更なる利点は、それらが熱伝達を改善することである。支柱30
は、循環する熱交換流体と接触するための付加的表面域を単に与えるだけでなく
、境界層を破壊してそれによって熱伝達を高める熱交換器本体を通る熱交換流体
の乱流の流体流をより多く発生させる。
図面の説明を通して、第一および第二の多岐管14および16の断面における直径
に関する熱交換器本体12の高さは、明らかに多いに誇張して見せている。熱交換
器10は、そのような寸法比では作れないとは言えないが、熱交換器本体12の厚み
は、多岐管内の通路の寸法に比して比較的薄くなるようにして、比較的多量の熱
交換流体が容易に熱交換器本体12を流れ易いようにし、かつ、冷却すべき部品又
は回路部品と隣接して熱交換器本体12を容易に設置できるようにすることが好ま
しい。この点に関しては更に、熱交換器本体12は、第一および第二の多岐管14お
よび16の軸線に接続する板面の中央部から外して設置するのが有利であり、それ
によって、熱交換器本体12を部品と直接に隣接して設置することが一層容易にな
る。
熱交換器として単体熱交換器10を操作するに当っては、第一の多岐管14は、熱
交換流体の供給路（図示されていない）と接続されることが好ましい。第二の多
岐管16も、タンク（図示していない）と接続している排水管路（図示されていな
い）に更に接続した流路と接続されることが好ましい。熱交換流体は、供給路お
よび第一の多岐管14内に十分な流体圧を維持するポンプ（図示していない）のよ
うな加圧手段を含む源から通常供給される。熱交換流体は、次いで、熱交換器10
に隣接して与えられている部品を加熱又は冷却するに十分な速度で熱交換器本体
12を通って流れ、そして、それから熱交
換冷却流体が第二の多岐管16を通って排出して、最後に供給タンクに戻る。仮に
部品が熱交換器10によって冷却されることになっている場合は、流体が第一の多
岐管14に入る前に熱交換流体用の冷却手段（図示していない）が用意されること
が、また必要となる。仮に、部品が加熱されることになっている場合には、その
ときは、加熱手段（図示していない）が同様に組み込まれねばならない。
また図５〜８に言及すると、本発明の他の実施態様が単体熱交換器40として説
明されており、これは、前述した単体熱交換器10と実質的に同様に作製される。
更に、図５に示されるように、この単体熱交換器40は、熱交換器本体44に隣接し
、かつ特にその実質的な板表面46に対して固定された電子部品42を有する。この
表面46は、電鋳によるとある種の表面むらが生ずるおそれがあるので、通常は機
械加工を施してかかる部品42との接触を良好にすることができる。このような仕
上工程は、いかなる場合にもなしてよいし、特に、単体熱交換器10が部品に接し
て設置されることになっている場合はそうである。熱交換器44は、図１〜４に関
して前述した方法に従って、第一の多岐管48および第二の多岐管50と一体的に形
成される。
表面46に対する電子部品42の固定を調節するように単体熱交換器40を形成する
ために、犠牲芯金52が図６に示されるように製作される。前記したように、犠牲
芯金52は、ワックス、プラスチック、可融性合金等から作ることができる。第一
の実施態様の犠牲芯金18に比較しての第二の実施態様の犠牲芯金52の差異は、犠
牲芯金52では、内面56によって形が定められる多数の大きい通し孔54を付加的に
有するように形成されていることである。大きい通し孔54は、点線内に示される
ような電子部品42の取付位置に対応し、かつ、ネジ又はボルト58および部品42の
導線のような取付部品を収容するために与えられる。
大きい孔54は、単体熱交換器40の殼を作るための形成材料の析出工程中に、開
口部60が析出終了後にも単体熱交換器40を貫ぬいて残るように十分大きいものと
すべく寸法が決められる。言い換えると、析出は、開口部60が未だ残っていると
きに止める。また、同時に、支柱62が、内面66によって形が定められる小さい方
の通し孔64内に形成される。支柱62は、閉鎖されているのが好ましい。かくして
、析出は閉鎖支柱62が形成されるが、未だ開口部60が残っている時に停止される
。その小さい方の通し孔64は、予め定められたパターンに配列されて、第一の実
施態様におけると同様に熱交換器本体44に強度を与える。しかし、開口部60は、
その周辺壁68によって強度支持を与えるばかりでなく、またネジ又はボルト58お
よび導線を通すことができる通路を定める。開口部60は、支柱62が適当に形成さ
れるが開口部60を残すように犠牲芯金52上の析出形成材料の厚みを調節すること
によって、析出工程時に形成される。
また、前記したように、単体熱交換器40の殻を貫ぬく少なくとも一つの工作孔
を与えて、その後に第一の多岐管48、熱交換器本体44および第二の多岐管50の間
を流体的に連通した開放路を残すように、溶融、溶解、分解等によって犠牲芯金
52を除去することによって、その製作は完了する。
図８に説明されるように、第一の多岐管48および熱交換器本体44内の通路は、
流体的に相互に連通している。多数の閉鎖支柱62は、熱交換器本体44の両者の上
板70を下板72に結合しているのがみられる。上板70の外側表面は、それに対して
電子部品42が設置されている表面46の形により定まる。ネジ又はボルト58は、電
子部品42の取付板43、上板70、周辺壁68によって形が定まる開口部60の一つおよ
び下板72を貫ぬいて伸びている。慣用的なナット等は、部品42を決まった場所に
確保するためネジ又はボルト上に与えられる。
説明した実施態様において、開口部60の二つは、部品42を熱交換器本体44に取
り付けるようにするためのネジ又はボルト58の通路のために利用され、一方他の
二つは導線59をそこを通す通路用に用いられる。使用に際しては、電子部品42で
発生した熱は、冷却流体が熱を吸収、伝達して取り去るように循環している熱交
換器本体44中に導く。空気、水、又はミネソタ州セントポールのミネソタ・マイ
ニング・アンド・マニュファクチャリング・コンパニーによって市場に出された
弗素化学冷媒の商標である“Fluorinert”のような冷媒を含むがこれに限定され
ないいかなる適当な冷媒流体も使用することができる。熱交換器本体44を貫ぬく
開口部60の形状および位置は、特定の電子部品の需要に従って設計できることも
わかる。また、開口部60の多少は、特定の単一部品又は複数部品の必要に応じて
与えることができる。
また図９〜11に言及すると、単体熱交換器74の更に他の実施態様が説明される
。この第三の実施態様は、開口部76が単体熱交換器74の熱交換器本体78を貫ぬい
て所定のパターンに形成されている点を除き、図５〜８に関して前述されたそれ
と実質的に同様である。図９にみられるように、犠牲芯金80は、第一の多岐管形
成部分84および第二の多岐管形成部分86の間を接続する熱交換器本体形成部分82
を有するように形成される。大きい通し孔88は、内面90の形を定める熱交換器本
体形成部分82を貫ぬいて、孔あけ又は他の加工技術によって与えられる。電気メ
ッキのような析出工程時に、その大きい通し孔88は、その内面90上に形成材料が
析出させるにまかせ、それによって熱交換器本体78の上板および下板94および96
のそれぞれの間を結合する円筒状壁92を作製する。この円筒状壁92は、熱交換器
本体78を通過する開口部76の形を定める。勿論、開口部は、円形以外にも作製で
きるし、開口部の形を定める壁も、同様に円筒状以外
のものとしてよい。開口部の形を定める開口部の形状および壁は、通し孔88の形
を定める内面90の形状によって選択的に調節することができる。
また、この大きい通し孔88と組合せて、犠牲芯金80の熱交換器本体形成部分82
を貫ぬく小さい通し孔98のパターンを更に与えることも考えられる。これらの小
さい通し孔98は、構造的一体性を増すための付加的な支柱100を作製するのに用
いられる。しかし、この円筒状壁92は、付加的な支柱100無しでも適当な構造的
剛さを与えるため、多くの用途に十分であると思われる。そのような場合では、
単に大きい通し孔88のみが犠牲芯金80の熱交換器本体形成部分82を貫ぬいて与え
られることが必要であろう。その上、前記したように、大きい通し孔88の寸法お
よび開口部76のそれは、電気メッキのような析出時に、析出される材料の厚みが
開口部76を残すように調節されるように選定される。開口部76のサイズは、開口
した単体熱交換器74の特定利用による。異なるサイズの開口部は、特定目的との
関係で形成される。
単体熱交換器74の一つの利用は、液−液熱交換器としてのものであり、そこで
は、第一の流体は、多岐管および熱交換器本体78を経由して単体熱交換器74を通
って循環し、他方第二の流体媒体は、熱交換器本体78を貫ぬいて形成された多数
の開口部76を通って一方向に通過する。熱交換器本体78内を循環する流体は、開
口部76を通過する流体媒体を冷却又は加熱するのに使用することができる。かか
る液−液熱交換器の一つの特定の利用は、Foxの米国特許第4,295,282号明細書、
Flink等の同第4,480,393号明細書、およびFoxの同第4,539,816号明細書（いずれ
も、本件発明の譲受人に権利譲渡されており、こゝに参照することによって本明
細書中に含める）に示されかつ記載されているシステムに使用されている。一般
に、か
かる熱交換器は、記載される回収システムおよびガス状環境から凝集液を回収す
る装置に有益である。
また、図12〜14に言及すると、更に他のタイプの単体熱交換器が、本発明に従
って作製できることが説明されている。図12に示される犠牲芯金102は、前述し
た実施態様におけるような平行板間の共通流路に対立するものとしての多岐管の
間を接続する多数の別々の微小流路を有する単体熱交換器を作るために用いられ
る。犠牲芯金102は、第一の多岐管形成部分104、第二の多岐管形成部分106およ
び一緒になって犠牲芯金102の本体形成部分110を含む多数の別々の微小流路本体
形成部分108を含む。図12にも示されているように、第一および第二の多岐管形
成部分104および106は、犠牲芯金102の成形を容易にし、かつ前記実施態様の板
様本体形成構造のものに比較して別々の微小流路本体形成部分108が非常に脆い
ので、形成材料がそれに析出する前に犠牲芯金102に構造的強度を加えるために
、連結部112によって結合されるのが好ましい。勿論、かかる連結部は、前述し
た実施態様の犠牲芯金と共に正しく容易かつ有益的に用いることができる。いず
れにせよ、連結部112は、析出工程時に形成材料が析出しないように処理したり
、またはマスクするのが好ましい。
図13Ａは、図12の線13−13に沿って切った一つの可能な断面を示し、こゝでは
別々の微小流路本体形成部分108が円形断面を有する。図13Ｂは、別々の微小流
路本体形成部分108′の各の断面形状が六角形である点を除いて、図13Ａのそれ
と同様な図である。図13Ｃは、僅か丸みのある四面体のような別々の微小流路形
成部分108″の他に可能性のある断面形状を示している。多くの異なる断面変形
が考えられ、そしてほんの僅かの実施可能性が示される前記特定の実施例をもっ
て本発明に従って使用できると思われる。断面形状が
制限されるのは、主として犠牲芯金の成形可能性による。しかし、析出技術もま
た、かかる形状を制限することがある。
また、前述したものと同じくこの実施態様では、多岐管から微小流路本体への
流体移行は、圧力降下を最小とするべく有利に外形を変えることができる。更に
、本発明の方法を使用すると、流路又は多岐管を直線とか一定断面とかに制限す
ることがない。変形可能な断面流路によると、温度差を減少したり増大したりし
て、熱伝達率を増大させたり減少させたりするのに使用することができ、また、
微小流路の断面を設計することによって、特定面積当りの熱発生で熱移動を集中
し、一方では流体の圧力降下を減少することに用いることができる。
また図14Ａ，14Ｂおよび14Ｃに言及すると、図13Ａ，13Ｂおよび13Ｃに示され
る別々の微小流路本体形成部分108，108′および108″は、それぞれ形成材料で
析出されて、別々の微小流路本体形成部分108，108′又は108″の断面によって
決定される断面形状の微小流路116，116′又は116″を有する単体熱交換器の熱
交換器本体114，114′又は114″を与える。熱交換器本体114は、析出によって微
小流路本体形成部分108，108′又は108″の周囲に形成されるので、その形成材
料は、結果的に析出層が別々の微小流路116，116′又は116″の全てを取り囲む
単体熱交換器本体114，114′又は114″を作る厚みになるように一緒に成長して
いくことに留意されたい。更に、析出は、塊状外観を有するそのような単体熱交
換器本体に達するに十分な長い時間実施することができる。加えて、その本体の
表面は、機械加工されるか他の方法で仕上加工されて、実質的に平らな表面にさ
れる。
他に、析出後にも熱交換器本体が、その長手方向端部に沿っての結合がなく、
微小流路を有する別の本体形成部分と一定距離を有す
るように、析出が、微小流路本体形成部分108の間の距離と同じく制御される。
かかるオープンスペースの熱交換器本体は、液−液熱交換環境において有用であ
ろう。
図12〜14に示されているのと同様な意味で、犠牲芯金102は、本発明の方法に
よって溶融、溶解又は分解できるフィラメント、ヤーン、ワイヤ等を含む別々の
微小流路形成部分108を含んでもよい。かかるフィラメントは、多岐管形成部分1
04および106間で強くてもよい。また、フィラメントは所望の流れ特性を得るた
めに構造物にされ、また撚りが入れられてもよい。
犠牲芯金118の他の形状は、図15に示されている。この犠牲芯金118は、熱交換
器が、熱交換流体が通過する互いに分離した二枚のスペース板を含む熱交換器本
体を含む点で、図１〜４、５〜８および９〜11のそれと同じタイプの、円錐台形
熱交換器を作製する。好ましくはまた、かかる犠牲芯金118は、内面122により形
が定められる通し孔120のパターンをもって与えられる。先に述べた実施態様と
同じ意味において、析出工程時に形成材料が通し孔120を充たして、熱交換器本
体のスペース板の間を結合する支柱が形成される。
多岐管形成部分が、一方の端部あるいは中間部分に沿う径線方向、円周方向に
伸ばした犠牲芯金118に与えられるか、又は両側の一方での板として与えられる
かが、また考えられる。この実施態様によると、特定用途用に受注生産される熱
交換器の形状に関して多くの実施可能性がある。複雑な幾何学状の部品に対して
ほとんど適合し、またかかる複雑な形状を要求する環境で使用されるように熱交
換器が設計されることは有益である。
例えば、熱交換器本体は、種々のサイズの電子部品が回路板に取付けられるよ
うに、種々の部品のレベルに対応しかつ追従するよう
な段部部分を含むように形成されてよい。そうすれば、各部分が異なるサイズの
部品と十分接触することができる。
よって、多くの異なる幾何学形状が、本発明に従う熱交換器の形成には可能で
あるが、そのような幾何学形状は、主としてそのような方法での犠牲芯金の形成
し易さに制限されることが明らかである。また、多岐管は、そのような複雑な幾
何学形状のものと一体的に作製でき、特定の状況ではまた注文生産もされる。こ
のことは、一以上の多岐管が与えられると、その犠牲芯金に係るその位置は、必
要に応じて形成できるということである。例えば、図３におけるように、実質的
に板状タイプの熱交換器本体でさえも、熱交換器本体の中心から、一端、両端も
しくはそれ以上又はそれらの組合わせに沿って多岐管を与えることができる。
更に、単体熱交換器を形成するために使われる材料には、犠牲芯金の周囲に析
出させることができ、熱交換器に関係する圧力を扱うのに十分な強度を有し、か
つ溶融、溶解、分解等による犠牲芯金の除去工程時にその構造的一体性を維持で
きるようないかなる材料も含むことができる。好ましい材料には、前述したよう
に無電解メッキ又は電気メッキのいずれかによって容易に電気化学的に塗布され
、しかも良好な熱導電性特性を有するニッケルおよび銅が含まれる。
特定の熱交換器用に、その利用状況および環境によって選定される複層状態で
形成材料を適用することも考えられる。例えば、ある流体に対する強度および耐
食性のために、最初犠牲芯金にニッケル層を析出し、次いでよりよい熱伝導性の
利点を得るために本体の残部に銅を析出させることが望ましいかもしれない。こ
のように調節された析出は、電気メッキによって容易に達成することができる。
よって、本発明の範囲は、これを適用する多数の実施態様によっ
て記載された構造物に制限されず、ただ添付されたクレームの限定のみによって
制限されるべきである。
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フロントページの続き
(72)発明者 クリンケ，ハーラン エル.
アメリカ合衆国，ミネソタ 55133―3427,
セント ポール，ポスト オフィス ボッ
クス 33427（番地なし)
【要約の続き】
結合するように形成されて構造的一体性を増すようにさ
れる。更に、析出は、部品の取付けまたは第二の流体循
環路の一部として用いられる開口部が支柱の形成後にも
残るように、制御されるのが有利である。