(57)【要約】【課題】軽量化が可能で耐久性が高い新規な熱交換器およびその製造方法を提供する。【解決手段】開示される熱交換器１０は、第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う。この熱交換器１０は、第１の流体が流れる第１の流路４１を構成する樹脂体２０と、第２の流体が流れる第２の流路４２を構成する銅製の管状部材３０とを含む。管状部材３０は、その少なくとも一部が第１の流路４１内に配置されるように樹脂体２０と一体化されている。管状部材３０の外表面のうち第１の流路４１内に露出している部分のすべてにめっき層が形成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器であって、
前記第１の流体が流れる第１の流路を構成する樹脂体と、前記第２の流体が流れる第２の流路を構成する銅製の管状部材とを含み、
前記管状部材は、その少なくとも一部が前記第１の流路内に配置されるように前記樹脂体と一体化されており、
前記管状部材の外表面のうち前記第１の流路内に露出している部分のすべてにめっき層が形成されている、熱交換器。
【請求項２】
前記樹脂体と前記管状部材との接合部にも前記めっき層が形成されている、請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記第１の流体が水であり、前記第２の流体が水以外の熱媒体である、請求項１または２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記管状部材が、前記第２の流路を構成する銅製の内管と、前記内管の周囲に配置された銅製の外管とを含み、
前記内管の外表面と前記外管の内表面とが密着しており、
前記内管の外表面と前記外管の内表面との間に、長手方向に伸びる複数の空間が形成されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の熱交換器。
【請求項５】
第１の流体が流れる第１の流路を構成する樹脂体と第２の流体が流れる第２の流路を構成する銅製の管状部材とを含み、前記第１の流体と前記第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器の製造方法であって、
（ｉ）前記管状部材の外表面に、めっきによってめっき層を形成する工程と、
（ii）前記第１の流路内に前記管状部材の少なくとも一部が配置されるように、前記樹脂体と前記管状部材とを一体化する工程と、を含み、
前記（ii）の工程において、前記管状部材の外表面のうち前記第１の流路内に露出する部分のすべてが前記めっき層となるように前記樹脂体と前記管状部材とを一体化する、製造方法。
【請求項６】
前記工程（ii）において、前記樹脂体と前記管状部材との接合部にも前記めっき層が配置されるように前記樹脂体と前記管状部材とを一体化する、請求項５に記載の製造方法。
【請求項７】
前記（ii）の工程において、前記めっき層を構成する金属と前記管状部材の銅とが合金化する温度よりも低い温度で前記接合部を加熱することによって前記樹脂体と前記管状部材とを一体化する、請求項６に記載の製造方法。
【請求項８】
前記接合部がシール構造を有する、請求項６または７に記載の製造方法。
【請求項９】
前記樹脂体が、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、液晶ポリマー、およびポリプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１つからなる、請求項５〜８のいずれか１項に記載の製造方法。
【請求項１０】
前記めっき層が錫めっき層である、請求項５〜９のいずれか１項に記載の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関する。
【背景技術】
【０００２】
２つの流体の間で熱を交換させる熱交換器の流路は、従来、銅のような金属で形成されていた。たとえば、第１の流体が流れる銅製の内管と、第２の流体が流れる銅製の外管とからなる二重管式の熱交換器が従来から用いられてきた。そのような熱交換器では、銅製の外管を比較的太くする必要があるため、重くなりやすく、また、コストも高くなりやすかった。このような従来の熱交換器の課題を解決するために、樹脂ケースを用いた熱交換器が提案されている（たとえば特許文献１）。特許文献１には、金属製の屈曲したパイプと、その屈曲したパイプを収容する樹脂製のケースとを含む、液−液熱交換器が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３３２９０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような状況において、本発明は、軽量化が可能で耐久性が高い新規な熱交換器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】
本発明は、熱交換器の製造方法を提供する。この製造方法は、第１の流体が流れる第１の流路を構成する樹脂体と第２の流体が流れる第２の流路を構成する銅製の管状部材とを含み、前記第１の流体と前記第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器の製造方法であって、
（ｉ）前記管状部材の外表面に、めっきによってめっき層を形成する工程と、
（ii）前記第１の流路内に前記管状部材の少なくとも一部が配置されるように、前記樹脂体と前記管状部材とを一体化する工程と、を含み、
前記（ii）の工程において、前記管状部材の外表面のうち前記第１の流路内に露出する部分のすべてが前記めっき層となるように前記樹脂体と前記管状部材とを一体化する。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、軽量化が可能で耐久性が高い熱交換器が得られる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】本発明の熱交換器の一例を模式的に示す、（ａ）上面図および（ｂ）断面図である。
【図２】図１に示した熱交換器の樹脂体を模式的に示す、（ａ）側面図および（ｂ）断面図である。
【図３】本発明の熱交換器に用いられる樹脂体の他の一例を模式的に示す、（ａ）側面図および（ｂ）断面図である
【図４】図３に示した樹脂体を模式的に示す、（ａ）上面図および（ｂ）断面図である。
【図５】本発明の熱交換器に用いられる管状部材の一例を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の説明では、本発明の実施形態について例を挙げて説明するが、本発明は以下で説明する例に限定されない。以下の説明において特定の数値や特定の材料を例示する場合があるが、本発明の効果が得られる限り、他の数値や他の材料を適用してもよい。
【０００９】
（熱交換器）
本発明の熱交換器は、第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器である。この熱交換器は、第１の流体が流れる第１の流路を構成する樹脂体と、第２の流体が流れる第２の流路を構成する銅製の管状部材とを含む。管状部材は、その少なくとも一部が第１の流路内に配置されるように樹脂体と一体化されている。管状部材の外表面のうち第１の流路内に露出している部分のすべてにめっき層が形成されている。
【００１０】
第１の流体および第２の流体には、異なる熱媒体を用いることができる。典型的な一例では、第１の流体が水であり、第２の流体が水以外の熱媒体である。水以外の熱媒体の例には、冷媒（二酸化炭素等の自然冷媒やＨＦＣ冷媒等）が含まれる。本発明では、第１の流体による管状部材の腐食を、管状部材の外表面に形成されためっき層によって抑制する。
【００１１】
管状部材は、一般的な銅管であってもよい。また、管状部材は、内管が外管に挿入された二重の銅管であってもよい。一例の管状部材は、第２の流路を構成する銅製の内管と、内管の周囲に配置された銅製の外管とを含む。そして、内管の外表面と外管の内表面とが密着しており、内管の外表面と外管の内表面との間に、長手方向に伸びる複数の空間が形成されている。この複数の空間は、管が伸びる方向において互いに平行に配置されている。このような二重管は、たとえば、長手方向に伸びる複数の溝が等間隔で内表面に形成された外管に、一般的な銅管を挿入することによって形成できる。このような二重管を用いることによって、管の腐食が進んで管の一部に孔があいた場合でも、漏洩した流体を、内管と外管との間に形成された空間から排出することができる。そのため、第１の流体と第２の流体とが混合することを抑制できる。また、この構成によれば、管の腐食が進んで管の一部に孔があいた場合でも、熱媒体が一方の流路から他方の流路に漏洩する前に、管の腐食を検知することが可能である。たとえば、内管の腐食が進んだ場合には、腐食部分が内管と外管との間の空間部分に到達したときに、第２の流体が当該空間に漏れ出す。そのため、当該空間に漏れ出す流体をモニタすることによって、第１の流体と第２の流体とが混合する前に、管の腐食を検知することができる。
【００１２】
管状部材の外表面のうち、少なくとも第１の流路内で露出している部分の全面に、めっき層が形成されている。換言すれば、管状部材の外表面のうち、第１の流体と接触する部分の全面にめっき層が形成されている。めっき層を形成することによって、第１の流体による管状部材の腐食を抑制できる。特に、第１の流体が水である場合には、銅製の管状部材が水によって腐食されることを抑制でき、孔食や青水の発生を抑制できる。このめっき層は、管状部材の外表面に形成されるため、形成が容易であり、また、めっき層の形成不良を検出することも容易である。なお、メッキ層は、樹脂体と管状部材との接合部にも形成されていてもよい。
【００１３】
めっき層は、第１の流体に対して銅を防食する作用を有する材料で形成される。めっき層は、錫めっき層が好ましい。錫めっき層は、銅よりもイオン化しやすく、犠牲防食作用を有するとともに、使用しているうちに形成される酸化錫皮膜は、酸化銅皮膜より安定であるため、銅の腐食を抑制する効果がある。めっき層の厚さは、第１の流体の種類や流速、および、熱交換器に求められる耐久性などを考慮して決定すればよい。一例のめっき層の厚さは、０．５μｍ〜１．０μｍの範囲にある。
【００１４】
管状部材は、接合部において樹脂体と一体化されている。この接合部は、流体の漏洩を防止するためのシール構造を有してもよい。シール構造は、ゴムなどを用いて形成してもよい。
【００１５】
樹脂体の形状に限定はない。たとえば、樹脂体は、箱形の形状を有してもよいし、管状の第１の流路が内側に形成された形状を有してもよい。樹脂体は、複数の樹脂部材によって構成されてもよい。また、樹脂体には、樹脂以外の材料（たとえばゴムや金属）からなる他の部材が結合していてもよい。また、第１の流路は、樹脂体と樹脂以外の材料からなる他の部材とによって構成されていてもよい。ただし、その場合でも、第１の流路の主要な部分は樹脂体で構成される。
【００１６】
樹脂体は、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリテトラフルオロエチレン、ポリサルフォン、ポリエーテルサルフォン、ポリアリレート、ポリアミドイミド、ポリエーテルイミド、液晶ポリマー、およびポリプロピレンからなる群より選ばれる少なくとも１つからなるものであってもよいし、これらのいずれか１つからなるものであってもよい。
【００１７】
（熱交換器の製造方法）
熱交換器を製造するための本発明の方法について以下に説明する。この製造方法によれば、本発明の熱交換器を製造できる。なお、本発明の熱交換器について説明した事項については本発明の製造方法に適用できるため、重複する説明を省略する場合がある。また、本発明の製造方法について説明した事項は、本発明の熱交換器に適用できる。
【００１８】
本発明の製造方法は、第１の流体と第２の流体との間で熱交換を行う熱交換器の製造方法である。この熱交換器は、第１の流体が流れる第１の流路を構成する樹脂体と第２の流体が流れる第２の流路を構成する銅製の管状部材とを含む。本発明の製造方法は、以下の工程（ｉ）および（ii）を含む。
【００１９】
工程（ｉ）では、管状部材の外表面に、めっきによってめっき層を形成する。めっき層の形成方法に限定はなく、公知の方法で形成してもよい。たとえば、無電解めっき法を用いてもよいし、電解めっき法を用いてもよい。めっき層は、管状部材の外表面の全体に形成してもよいし、外表面の一部のみに形成してもよい。ただし、メッキ層は、管状部材の外表面のうち、第１の流路に露出することになる領域のすべてをカバーするように形成される。メッキ層は、管状部材の外表面のうち、樹脂体と管状部材との接合部に配置されることになる部分にも形成されてもよい。
【００２０】
管状部材は、所定の形状（たとえば一部が蛇行した形状）を有する状態で樹脂体に収納される。工程（ｉ）では、通常、樹脂体に収納される形状にされた管状部材に対してめっきを行う。ただし、めっきを行ってから管状部材を所定の形状に変形することも可能である。
【００２１】
工程（ii）では、第１の流路内に管状部材の少なくとも一部が配置されるように、樹脂体と管状部材とを一体化する。この工程（ii）において、管状部材の外表面のうち第１の流路内に露出する部分のすべてがめっき層となるように樹脂体と管状部材とを一体化する。別の観点では、本発明の製造方法では、管状部材の外表面のうち所定の部分（少なくとも第１の流路内に露出する部分のすべて）がめっき層となるように、工程（ｉ）においてめっき層を形成し、且つ、工程（ii）において樹脂体と管状部材とを一体化する。
【００２２】
工程（ii）において、樹脂体と管状部材との接合部にもめっき層が配置されるように樹脂体と管状部材とを一体化してもよい。
【００２３】
工程（ii）において、めっき層を構成する金属と管状部材の銅とが合金化する温度よりも低い温度で樹脂体と管状部材との接合部を加熱することによって樹脂体と管状部材とを一体化してもよい。この構成によれば、合金化によって一部のめっき層が消滅したり、めっき層が劣化したりすることを抑制できる。
【００２４】
本発明の実施形態について以下に説明する。なお、以下の図面では一部の部材のハッチングを省略する場合がある。
【００２５】
（実施形態１）
実施形態１の熱交換器１０の上面図を図１（ａ）に示し、図１（ａ）の線ＩＢ−ＩＢにおける断面図を図１（ｂ）に示す。実施形態１の熱交換器１０は、樹脂体２０と管状部材３０とを含む。樹脂体２０の側面図を図２（ａ）に示し、図２（ａ）の線IIＢ−IIＢにおける断面図を図２（ｂ）に示す。
【００２６】
管状部材３０は、銅製であり、所定の形状に曲げられている。樹脂体２０は、本体２１と、仕切り板２２と、蓋２３とを含む。本体２１には、第１の流体が導入される導入口２１ａと、第１の流体が排出される排出口２１ｂとが形成されている。蓋２３には、接合部２３ａが形成されている。接合部２３ａにおいて、樹脂体２０（蓋２３）と管状部材３０と一体化（固定）されている。接合部２３ａは、第１の流体が漏洩しないようにシール構造を有する。
【００２７】
樹脂体２０は、第１の流体（たとえば水）が流れる第１の流路４１を構成する。仕切り板２２は、第１の流路４１が管状部材３０に沿って形成されるように、本体２１内部の空間を仕切っている。管状部材３０は、第２の流体（たとえば水以外の熱媒体）が流れる第２の流路４２を構成する。第１の流体は、導入口２１ａから導入され、第１の流路４１を流れて排出口２１ｂから排出される。第１の流路４１内において、第１の流体と第２の流体との間で熱交換が行われる。
【００２８】
管状部材３０の外表面のうち、少なくとも、第１の流路４１内に露出している部分（すなわち、第１の流体と接触する部分）には、めっき層（図示せず）が形成されている。
【００２９】
実施形態１の熱交換器１０の製造方法の一例について以下に説明する。まず、銅製の管（二重管であってもよい）を曲げることによって、管状の部材を形成する。次に、この管状の部材の外表面に、めっきによってめっき層を形成する。これによって、管状部材３０が形成される。めっき層は、管状部材の外表面のうち、第１の流路４１内に露出することになる部分に少なくとも形成される。めっき層は、管状部材の外表面の全体に形成されてもよい。めっきは、無電解めっき法で行ってもよいし、電解めっき法で行ってもよい。
【００３０】
次に、第１の流路４１に沿って管状部材３０が配置されるように、樹脂体２０と管状部材３０とを一体化する。管状部材３０は、接合部２３ａにおいて樹脂体２０に固定される。このとき、管状部材３０の外表面のうち第１の流路４１内に露出する部分のすべてがめっき層となるように、管状部材３０が樹脂体２０に固定される。一例では、管状部材３０を本体２１内に配置したのち、仕切り板２２を本体２１に固定し、さらに蓋２３で本体２１を封止する。また、他の一例では、本体２１を分割式としてもよい。この場合の一例では、管状部材３０が内部に配置された状態で本体２１と仕切り板２２とを固定する。その後、本体２１を蓋２３で封止する。このようにして、熱交換器１０が製造される。
【００３１】
（実施形態２）
実施形態２では、樹脂体の形状が実施形態１とは異なる一例について説明する。樹脂体以外は実施形態１の熱交換器と同様であるため、重複する説明は省略する。実施形態２の樹脂体５０の側面図を図３（ａ）に示し、図３（ａ）の線IIIＢ−IIIＢにおける断面図を図３（ｂ）に示す。また、樹脂体５０の上面図を図４（ａ）に示し、図４（ａ）の線IVＢ−IVＢにおける断面図を図４（ｂ）に示す。
【００３２】
樹脂体５０は、本体５０ａと本体５０ｂとによって構成されている。本体５０ａと本体５０ｂとを貼り合わせることによって、第１の流路４１が形成される。これらは、通常、溶着や接着によって貼り合わせられる。
【００３３】
本体５０ａおよび５０ｂのそれぞれには、第１の流路４１となる溝が形成されている。樹脂体５０には、導入口５１ａおよび排出口５１ｂが形成されている。樹脂体５０の上面には、接合部５２が形成されている。管状部材は、接合部５２において樹脂体５０に固定される。
【００３４】
なお、本発明の熱交換器では、管状部材が、二重管であってもよい。そのような二重管の一例の断面図を図５に示す。図５の管状部材は、内管６１と外管６２とからなる。内管６１の内側の空間が、第２の流路４２となる。内管６１は、内表面および外表面が平滑な一般的な管である。外管６２の内表面には、長手方向に伸びる複数の溝６２ｂが、互いに平行に且つ等間隔に形成されている。溝６２ｂ以外の部分で外管６２の内表面と内管６１の外表面とが密着している。その結果、溝６２ｂの部分は、長手方向に伸びる空間を形成する。
【００３５】
（めっき層）
管状部材の内表面にめっきを行う場合、めっき層の外観を目視することができないため、前処理の状態やめっき層の欠陥を観察することが難しい。また、蛇行している管の内部に電極を挿入することが困難であるため、蛇行している管状部材の内表面に均一に電解めっきを行うことが難しい。一方、本発明では、管状部材の外表面にめっき層を形成するため、そのような問題を回避できる。
【００３６】
管状部材の外表面にめっきを行う場合、前処理時、めっき中、およびめっき後の表面状態を観察することが可能である。たとえば、前処理における脱脂（たとえば電解脱脂）、化学研磨および活性化処理における表面の状態や、めっき層の表面の状態を詳細に把握することが可能である。そのため、めっきの品質管理を容易に向上させることができる。また、耐食性やコストを考慮して、有機スルホン酸浴や硫酸浴などの電解めっきを行うことも可能である。このように、本発明によれば、低コストで信頼性よく熱交換器を製造することが可能である。また、樹脂体を用いることによって、軽量な熱交換器を低コストで製造することが可能である。
【００３７】
本発明の効果を確認するため、銅管にめっきを行う実験を行った。なお、銅管には、図１に示す管状部材３０と同様の形状を有する一重の銅管を用いた。
【００３８】
具体的には、銅管の内表面にめっきを行う実験と、銅管の外表面にめっきを行う実験とを行った。いずれの場合も、無電解錫めっきでめっきを行った。また、いずれの場合も、めっき処理の面積は、０．５ｍ2とした。なお、めっきの前には、前処理として、銅管の脱脂、科学研磨、および活性化処理を行った。また、めっき液には、長瀬産業株式会社製の無電解すずめっき液（５８０−Ｍ）を使用した。銅管の内表面にめっきする場合には、無電解すずめっき液を、銅管の一端から他端に流すことによってめっきを行った。
【００３９】
めっき後に、めっきの状態を評価した。具体的には、めっき層を目視で観察し、面積が０．４ｍｍ2以上である非めっき部分の数を数えた。なお、銅管の内表面にめっきを行った場合には、銅管を開いてから目視でめっき層を観察した。
【００４０】
以上の実験について、銅管の内表面にめっきを行う実験と銅管の外表面にめっきを行う実験とを、それぞれ１０回ずつ行った。評価結果を表１に示す。
【００４１】
【表１】
2014020671.tif 000003
【００４２】
表１に示すように、銅管の内面にめっきするよりも外面にめっきする方が、めっきの不良が大幅に少なかった。この理由の１つとして、銅管の内面にめっきする場合に、めっきの前処理やめっき時において、表面状態を観察できないことが挙げられる。また、この理由の１つとして、銅管の内面に無電解めっきを行う場合、銅管に導入する際と銅管から排出される際のめっき液の状態（たとえば組成）が変化し、導入口から離れるにしたがってめっきの能力が低下することが考えられる。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明は、熱交換器に利用できる。本発明の熱交換器は、様々な装置に利用でき、たとえば、ヒートポンプ給湯機用熱交換器等に利用できる。
【符号の説明】
【００４４】
１０  熱交換器
２０、５０  樹脂体
２１、５０ａ、５０ｂ  本体
２２  仕切り板
２３  蓋
２３ａ、５２  接合部
３０  管状部材
４１  第１の流路
４２  第２の流路
６１  内管
６２  外管
【図１】
2014020671.tif 000004
【図２】
2014020671.tif 000005
【図３】
2014020671.tif 000006
【図４】
2014020671.tif 000007
【図５】
2014020671.tif 000008