(57)【要約】【課題】気孔率を維持したまま通風抵抗を低減できる熱交換器用アルミニウム多孔質体を提供すること。【解決手段】熱交換器用アルミニウム多孔質体を、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる三次元状に連結する骨格を有し、前記骨格により三次元状に連結する気孔が形成されたアルミニウム多孔質体であって、前記骨格の内部に空隙部を有するとともに、前記骨格の表面から内部の空隙部に繋がる連通孔を有するものとする。前記連通孔の大きさが１〜１００μｍであることが好ましい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる三次元状に連結する骨格を有し、前記骨格により三次元状に連結する気孔が形成されたアルミニウム多孔質体であって、
前記骨格の内部に空隙部を有するとともに、
前記骨格の表面から内部の空隙部に繋がる連通孔を有する熱交換器用アルミニウム多孔質体。
【請求項２】
前記連通孔の大きさが１〜１００μｍである請求項１に記載の熱交換器用アルミニウム多孔質体。
【請求項３】
前記骨格の表面から内部の空隙までの厚さが５〜５０μｍの範囲である請求項１または２に記載の熱交換器用アルミニウム多孔質体。
【請求項４】
前記アルミニウム多孔質体の気孔率が９０％以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のアルミニウム多孔質体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元状に連結する骨格を有し、前記骨格により三次元状に連通する気孔が形成される三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔質体に関し、特に、熱交換器に好適なアルミニウム多孔質体に関する。
【背景技術】
【０００２】
三次元状に連結する骨格を有し、その骨格により三次元状に連通する気孔が形成される三次元網目構造を有する金属多孔質体は、連通する気孔を有する発泡樹脂に有機高分子結合剤と金属微小体との混練物を浸漬、スプレー等して塗着した後、加熱して樹脂を分解除去するとともに金属微小体を焼結する方法（特許文献１〜３）や、連通する気孔を有する発泡樹脂の骨格表面に粘着性を付与して粉体を付着させた後、加熱して樹脂を分解除去するとともに粉体を焼結する方法（特許文献４）または粉体を加熱溶融する方法（特許文献５）により製造される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０５−３３９６０５号公報
【特許文献２】特開平０８−０２０８３１号公報
【特許文献３】特公昭６１−０５３４１７号公報
【特許文献４】特開平０６−２３５０３３号公報
【特許文献５】国際公開ＷＯ２０１５／０４６６２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このような方法で作製された三次元網目状構造を有する金属多孔質体は比表面積が大きいという特徴を持つので、熱交換器の熱交換用部材として使用される。比表面積を大きくし熱交換性能を上げるには気孔径や気孔率を小さくすればよい。しかし、気孔径や気孔率を小さくすると金属多孔質体の通風抵抗が大きくなってしまう。
【０００５】
通風抵抗が大きくなるほど金属多孔質体へ空気を通過させるために必要なエネルギーが大きくなってしまう。通風抵抗を低減するには気孔率を大きくすればよいが、熱交換性能を上げることとは逆行する状態になる。
【０００６】
よって本発明は、気孔率を維持したまま通風抵抗を低減できる熱交換器用アルミニウム多孔質体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】
【０００７】
上記目的を達成する本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる三次元状に連結する骨格を有し、前記骨格により三次元状に連結する気孔が形成されたアルミニウム多孔質体であって、前記骨格の内部に空隙部を有するとともに、前記骨格の表面から内部の空隙部に繋がる連通孔を有するものとする。
【０００８】
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体は、前記連通孔の大きさが１〜１００μｍであることが好ましく、前記骨格の表面から内部の空隙までの厚さが５〜５０μｍの範囲であることが好ましい。また、前記熱交換器用アルミニウム多孔質体の気孔率が９０％以上であることが好ましい。
【発明の効果】
【０００９】
本発明のアルミニウム多孔質体によれば、骨格表面に連通孔を形成することにより骨格表面を伝播する空気の摩擦抵抗が低下し、同じ気孔径と気孔率を持つ連通孔がないアルミニウム多孔質体よりも通風抵抗を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の模式図である。
【図２】本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の骨格断面の模式図である。
【図３】実施例における本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の外観を示すＳＥＭ像である。
【図４】本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体と、従来のアルミニウム多孔質体の気孔率と通風抵抗の関係を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
［アルミニウム多孔質体］
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる。熱交換器用アルミニウム多孔質体は、図１に示すように、骨格が三次元状に連結した網目状の構造を有した三次元網目状構造体として形成される。このため三次元網目状構造体は、骨格の比表面積を大きくすることができる。また、熱交換器用アルミニウム多孔質体は、骨格により三次元状に連結する気孔が形成される。このため連通する気孔を流体が通過する際に流体と骨格の間で熱交換を効率よく行うことができる。
【００１２】
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体は、上記の三次元網目状構造体の骨格の内部に空隙部を有しており、さらに骨格表面には骨格内部の空隙部と連通する連通孔が形成されている。図２は骨格の断面の模式図である。骨格の断面形状は略三角形であり、骨格の内部に略三角形の空隙部を有する。連通孔は、骨格表面から略鉛直方向に形成され骨格内部の空隙部に連通する。本願発明のアルミニウム多孔質体においては、このような連通孔を骨格表面に設けたことにより、連通する気孔を流体が通過する際に骨格表面を伝播する空気の摩擦抵抗が低下して通風抵抗を低下させることができ、同じ気孔径と気孔率を持つ連通孔がないアルミニウム多孔質体よりも通風抵抗を低減することができる。
【００１３】
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体において、骨格表面に形成される連通孔の大きさｄは、微細であると通風抵抗低減の効果が乏しく、その一方で骨格表面に形成される連通孔の大きさｄが過大となると、三次元網目状構造体の骨格の強度低下が著しくなる。この観点から骨格表面に形成される連通孔の大きさｄは１〜１００μｍとすることが好ましい。
【００１４】
また、本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体において、骨格の表面から内部の空隙までの厚さｔは、過少であると三次元網目状構造体の骨格の強度低下が著しく、一方で過大となると通風抵抗低減の効果が乏しくなる。この観点から骨格の表面から内部の空隙までの厚さｔは５〜５０μｍであることが好ましい。
【００１５】
なお、本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体は、Ａｌ（アルミニウム）にＣｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｉ（ケイ素）等の合金化元素を合金化させたアルミニウム合金を用いることができるが、合金化することにより熱伝導率が低下するため、Ａｌ量が９５質量％以上とすることが好ましく、Ａｌ量が９８質量％以上とすることがより好ましく、Ａｌ量が９９質量％以上とすることがさらに好ましい。
【００１６】
熱交換器用アルミニウム多孔質体のセル数としては、特に限定するものではないが、４０ｐｐｉ（平均セル中心径０．６４ｍｍ）、２０ｐｐｉ（平均セル中心径１．２７ｍｍ）、１３ｐｐｉ（平均セル中心径１．９５ｍｍ）、８ｐｐｉ（平均セル中心径３．１８ｍｍ）などが好ましく、特に１３ｐｐｉ、８ｐｐｉが更に好ましい。セルが細かすぎると、この後で行う付着工程で目詰まりが生じやすく、最終形態のアルミニウム多孔質体の気体、液体の流れが悪くなる。一方、セルが粗すぎるとアルミニウム多孔質体自体の比表面積や熱伝導率が低下する。
【００１７】
熱交換器用アルミニウム系多孔質体の気孔率は、通風抵抗の観点から９０％以上とすることが好ましい。なお、気孔の大きさは特に限定するものではないが、３０〜４０００μｍのものとすることができる。
【００１８】
なお、多孔質体の気孔率は次のようにして求めることができる。多孔質体の縦、横および高さを測定し、多孔質体の体積を求めるとともに、多孔質体の質量を測定し、多孔質体の密度（見掛け密度）を求め、得られた多孔質体の密度を多孔質体を構成する金属の密度（比重）で除すれば、多孔質体の密度比が求められる。多孔質体の密度比は、単位体積あたりの骨格の質量率であるから、気孔率（単位体積あたりの気孔の率）は、全体から単位体積あたりの骨格の質量率（多孔質体の密度比）を減ずることで求めることができる。すなわち、下記式により求めることができる
気孔率＝１−多孔質体の密度比／多孔質体を構成する金属の密度
【００１９】
［アルミニウム多孔質体の製造方法］
上記の三次元網目状構造体の骨格の内部に空隙部を有するとともに、骨格の表面から内部の空隙部に繋がる連通孔を有するアルミニウム多孔質体は、下記のようにして製造することができる。
【００２０】
［連通孔発泡樹脂フォーム］
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の製造方法においては、アルミニウム粉末を付着させて担持する基体として、三次元状に連結する骨格を有するとともに骨格により三次元状に連結する気孔が形成された樹脂構造体、すなわち連通孔発泡樹脂フォームを用いる。この連通孔発泡樹脂フォームはアルミニウム粉末が三次元構造を形成するための鋳型材となり、後述する加熱工程において、加熱されて分解、消失してアルミニウム多孔質体の骨格内部の空隙部を形成する。この連通孔発泡樹脂フォームは、具体的には、ポリウレタンフォームが最も一般的に用いられるが、他にシリコーン樹脂、ポリエステル樹脂のフォーム等を用いることができる。具体的なポリウレタンフォームとしては、例えば株式会社ブリヂストン製の商品名エバーライトＳＦを用いることができる。
【００２１】
熱交換器用アルミニウム多孔質体の三次元網目状構造は、鋳型材となる連通孔発泡樹脂フォームの構造により形成されるので、所望のアルミニウム多孔質体の三次元網目状構造に応じて各種構造の連通孔発泡樹脂フォームを選択すればよい。例えば、アルミニウム多孔質体の空孔の径であるセル数は、特に限定するものではないが、連通孔発泡樹脂フォームとして所望のセル数のものを使用することにより、アルミニウム多孔質体の空孔の径であるセル数を制御することができる。
【００２２】
［アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末］
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の製造方法において、連通孔発泡樹脂フォームに付着させる粉末は、熱伝導率が高いアルミニウム粉末を用いることが好ましいが、アルミニウム粉末に替えて、アルミニウムを強化する成分を予め合金化したアルミニウム合金粉末を用いてもよい。たとえば、Ａｌ（アルミニウム）にＣｕ（銅）、Ｍｎ（マンガン）、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｓｉ（ケイ素）等の合金化元素を予め合金化したアルミニウム合金粉末を用いた場合は、骨格がアルミニウム合金で形成され、多孔質体の強度を向上させることができる。なお、ＡｌにＣｕ、Ｍｎ、Ｍｇ、Ｓｉ等の合金化元素を添加することにより、熱伝導率はＡｌ単体の場合よりも低下するが、ベース金属がＡｌであるため、充分に高い熱伝導率を維持することができる。
【００２３】
なお、以下の説明においてはアルミニウム粉末として説明するが、アルミニウム粉末に替えてアルミニウム合金粉末を用いてもよく、アルミニウム粉末とアルミニウム合金粉末の混合物を用いてもよい。
【００２４】
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の製造方法において、連通孔発泡樹脂フォーム骨格に付着させるアルミニウム粉末は、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に密に付着できることから微細なものが好ましい。粉末が大きくなると連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に密に付着させることが難しくなるとともに、粉末の質量が増加することにより、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に付着し難くなったり、脱落し易くなったりする。この観点からアルミニウム粉末は、平均粒径が５０μｍ以下のものを用いることが好ましい。さらに、粒径が１００μｍを超える粉末を含まないものであることが好ましい。ただし、アルミニウムは活性な金属であるため、あまりに微細な粉末は取扱いが難しくなる。この観点からアルミニウム粉末は、平均粒径が１μｍ以上のものを用いることが好ましい。これらアルミニウム粉末の具体例としては、ミナルコ株式会社製の、噴霧アルミニウム粉＃３００Ａ、＃５００Ａ、＃６００Ｆ、＃７００Ｆ、エカグラニュラー株式会社製の商品名３５Ｃ、２５Ｅなどがある。
【００２５】
［付着工程］
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の製造方法において、連通孔発泡樹脂フォーム骨格へのアルミニウム粉末の付着は、アルミニウム粉末を分散媒中に分散させたアルミニウムスラリー（アルミニウム粉末分散液）を用い、このアルミニウムスラリー中に連通孔発泡樹脂フォームを浸漬し、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面にアルミニウム粉末を含むアルミニウムスラリーを付着させた後、連通孔発泡樹脂フォームを乾燥させて連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に付着したアルミニウムスラリーより分散媒を除去することで行う。
【００２６】
アルミニウムスラリー（アルミニウム粉末分散液）の分散媒としては、水やアルコール等の揮発性を有する液体が使用できる。しかしながら、分散媒としてアルコール等の揮発性を有する液体を用いる場合、揮発した液体が環境中に放出されると好ましくない。このため、揮発した液体が環境中に流出しないよう防止するとともにこれを回収するための設備が必要となり、装置が大型化するとともに、これをメンテナンスするための労力が必要となる。このため、分散媒として水を使用することが好ましい。
【００２７】
乾燥後に付着させた金属粉末が衝撃や振動で容易に脱落しないようにするために、分散媒に結着剤を溶解した液を用いることが好ましい。この場合の結着剤としては、ポリビニルアルコール樹脂、ポリ（メタ）アクリル樹脂、水溶性セルロース等を使用することができ、水を分散媒とする場合、これらの成分が溶解した高分子水溶液として用いることができる。例えば、結着剤としてポリビニルアルコール樹脂を用いる場合、ポリビニルアルコール樹脂の濃度が数％程度となるようポリビニルアルコール樹脂を溶解した水溶液を用い、この高分子水溶液にアルミニウム粉末を添加して分散させることでアルミニウムスラリーとすることができる。アルミニウムスラリーの結着剤の量は、分散液が付着工程で作業しやすい粘度となる量であればよい。さらに、アルミニウムスラリーのアルミニウム粉末が沈降しにくいように、分散媒に界面活性剤を添加してもよい。
【００２８】
ところで、アルミニウムは水に触れると、アルミニウムイオンとなって水中に溶解し腐食が進行するので、水を分散媒とする場合、アルミニウムスラリーにおいて、アルミニウム粉末の腐食を防止する必要がある。このため本発明のアルミニウム多孔質体の製造方法においては、アルミニウムスラリーの分散媒にはアルミニウムと化学結合する界面活性剤を添加する。一般的に、アルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は、表面に数ｎｍ程度の酸化皮膜（アルミニウム酸化物）を有しているが、アルミニウムと化学結合する界面活性剤は、アルミニウム粉末表面に形成されるアルミニウム酸化皮膜のさらに表面に吸着層を形成し、アルミニウム酸化皮膜の化学安定性を高め、アルミニウムの腐食防止効果を高めるとともに、アルミニウムスラリー中でのアルミニウム粉末の分散性および分散媒の粘度の安定性を高める効果を有する。アルミニウム粉末と化学結合する界面活性剤としては、陰イオン界面活性剤、陽イオン界面活性剤、両性界面活性剤、非イオン界面活性剤を使用することができ、より詳しくは、シラン系界面活性剤、リン酸エステル系界面活性剤、カルボン酸エステル系界面活性剤、カテコール系界面活性剤、アミン系界面活性剤、チオール系界面活性剤、アルキン系界面活性剤、アルケン系界面活性剤等を使用することができる。
【００２９】
これらの界面活性剤のうち、特に、有機リン化合物を用いることが好ましい。有機リン化合物の例として下記の化合物が挙げられる。リン酸エステル、ポリオキシエチレンアルキルフェノール酸、エポキシ化合物またはアクリル化合物とリン酸の反応によるリン酸エステル。また、特に好ましい化合物は炭素数１０〜１８の脂肪族リン酸モノエステルで、下記のような構造を有するものの混合物である。
【００３０】
脂肪族リン酸モノエステル：Ｒ−Ｏ−ＰＯ(ＯＨ)２
【００３１】
脂肪族リン酸モノエステルとしては、具体的には下記のような化合物が挙げられる。イソプロピルアシッドホスフェート、ブチルアシッドホスフェート、ブトキシエチルアシッドホスフェート、ヘキシルアシッドホスフェート、オクチルアシッドホスフェート、２−エチルヘキシルアシッドホスフェート、ノニルアシッドホスフェート、デシルアシッドホスフェート、ドデシルアシッドホスフェート、トリデシルアシッドホスフェート、イソトリデシルアシッドホスフェート、テトラデシルアシッドホスフェート、ヘキサデシルアシッドホスフェート、ステアリルアシッドホスフェート、フェニルアシッドホスフェート、プロピルフェニルアシッドホスフェート、ブチルフェニルアシッドホスフェートおよびブトキシエトキシエチルアシッドホスフェート等のリン酸モノエステル化合物。また、有機リン化合物としては重合体も含まれる。
【００３２】
上記の界面活性剤の好ましい添加量は、過少であるとアルミニウムの腐食防止の効果が乏しく、過大であってもそれ以上の効果がないため、分散媒すなわち高分子水溶液１００質量部に対し、０．１〜１０．０質量部とすることが好ましく、０．５〜５．０質量部とすることがより好ましい。
【００３３】
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の製造方法においては、上記のアルミニウムスラリーに連通孔発泡樹脂フォームを浸漬して連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面にアルミニウムスラリーを付着させ、その後乾燥することで骨格表面にアルミニウム粉末が付着した連通孔発泡樹脂フォームを作製するが、このとき、アルミニウムスラリー中に気泡が分散したものを用いて、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に気泡を付着させることで、アルミニウム多孔質体の連通孔を形成する。すなわち、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面で気泡が付着した箇所はアルミニウムスラリーが付着しないので、後述の加熱工程により得られるアルミニウム多孔質体は、連通孔発泡樹脂フォームが消失することによりアルミニウム多孔質体の空隙部が形成されるとともに、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面のアルミニウム粉末が付着していない部分すなわち気泡が付着した部分がアルミニウム多孔質体の空隙部に連通するアルミニウム多孔質体の連通孔として形成される。
【００３４】
このように本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の製造方法においては、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面に付着した気泡が、そのままアルミニウム多孔質体の連通孔として形成されるものであり、上記のアルミニウムスラリーは、気泡が分散したものを用いる。
【００３５】
上記のアルミニウムスラリー中に気泡を分散させるにあたり、気泡発生手段を用いてアルミニウムスラリー中に気泡を分散させるとアルミニウムスラリー中の気泡の大きさを制御して、所望の大きさの連通孔を形成することができる。具体的には、超音波照射法、ガス吹き込み法、ガス加圧溶解(ガス加圧-減圧)法、気液せん断法等の方法によりアルミニウムスラリーにキャビテーションを発生させ、アルミニウムスラリー中に溶存する気体を気泡として発生させるとともに気泡の大きさを制御することができる。これらの方法のうち、より均一な微小気泡を生成できる超音波照射法を用いることが好ましい。また、超音波照射法を行う場合、他の気泡発生法と組み合わせてもよい。
【００３６】
前記超音波照射法には、一般的な市販される超音波発生器を使用することができる。超音波洗浄機で代用してもよい。１〜１００μｍの微細な気泡を発生させるにあたり、超音波照射を行う際の発振周波数は２４〜１００ｋＨｚとすることが好ましく、３０〜５０ｋＨｚとすることがより好ましい。また超音波装置の最大出力は７０〜１１０Ｗであることが好ましい。
【００３７】
上記のようにして、連通孔発泡樹脂フォームの骨格表面にアルミニウムスラリーを付着させた後、アルミニウムスラリー付着体をそのまま乾燥してもよいが、アルミニウムスラリー付着体に付着した余分なアルミニウムスラリーを絞り工程により排除してアルミニウムスラリー付着体に付着したアルミニウムスラリーの量を調整することが好ましい。
【００３８】
絞り工程を簡便に行うにあたり、次の方法を用いることができる。すなわち、一対の絞りロールを備えた装置を使用して、アルミニウム粉末がアルミニウムスラリーとともに付着した連通孔発泡樹脂フォームを、一対の絞りロールの間を通過させることによりアルミニウムスラリーとともにアルミニウム粉末を連通孔発泡樹脂フォームより除去することができる。この場合、一対のロールの間隔を変えることにより、アルミニウムスラリーとともに絞り出されるアルミニウム粉末の量を調整することができ、連通孔発泡樹脂フォームに付着するアルミニウム粉末の量を調整することができる。すなわち、ロールの間隔を広くすることにより絞り量を小さくして、連通孔発泡樹脂フォームの樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末の量を多くすることができ、逆に、ロールの間隔を狭くすることにより、絞り量を大きくして、連通孔発泡樹脂フォームの樹脂骨格の表面に付着するアルミニウム粉末の量を少なくすることができる。さらに、ロールを備えた装置を使用することにより、アルミニウム粉末を連通孔発泡樹脂フォームへ均一に塗布して付着させることが可能となる。
【００３９】
上記の付着工程により得られる基体、または付着工程の後絞り工程により得られる基体は、高分子水溶系の分散媒を含むものであり、加熱工程に先立ち、予め加熱乾燥させて高分子水溶液の分散媒を除去することが好ましい。この場合、加熱乾燥する際の加熱温度は連通孔発泡樹脂フォームが変形しない程度に設定することが好ましい。
【００４０】
乾燥工程を経ずに、高分子水溶液の分散媒を含む基体をそのまま次の加熱工程に供してもよいが、その場合、後の加熱工程における昇温過程で分散媒が揮発または蒸発することとなり、炉内の雰囲気を汚染する虞がある。したがって、このような高分子水溶液の分散媒を含む基体をそのまま次の加熱工程に供する場合、揮発または蒸発した高分子水溶液の分散媒が速やかに炉外に排出されるよう措置を講ずる必要がある。逆にいえば、このような措置が施された加熱装置を用いるなら、高分子水溶液の分散媒を含む基体をそのまま次の加熱工程に供してもかまわない。
【００４１】
［加熱工程］
上記付着工程により骨格表面にアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末を付着させた連通孔発泡樹脂フォームを非酸化性雰囲気中で加熱する。この昇温過程において、連通孔発泡樹脂フォームは消失する。なお、加熱工程においては、この連通孔発泡樹脂フォームを完全に消失させるため、昇温過程の連通孔発泡樹脂フォームの分解温度で、加熱温度を一定にする保持段階を設けることが好ましい。この保持段階における加熱温度は、例示した連通孔発泡樹脂フォームであれば、５００℃程度である。
【００４２】
第二段階として、非酸化性雰囲気中で、アルミニウム粉末を加熱し、アルミニウム粉末同士を拡散接着（焼結）または溶融接着させることによりアルミニウム多孔質体を製造する。以下に焼結法による場合および溶融法による場合についてそれぞれ説明する。
【００４３】
［焼結法］
アルミニウム粉末は、表面に強固な酸化被膜（アルミニウム酸化物：Ａｌ２Ｏ３）を有しており、通常の焼結（融点の９０％程度の温度での加熱）においては、アルミニウム粉末表面の酸化被膜がバリヤとなって焼結による粉末どうしの拡散接合を阻害するため、焼結が進行しない。
【００４４】
しかしながら、本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体の製造方法においては上記のようにアルミニウム粉末表面に形成されるアルミニウム酸化皮膜のさらに表面に化学結合する吸着層が形成されており、この界面活性剤の吸着層が加熱工程で消失する際にアルミニウム粉末表面の酸化被膜の一部を破壊することにより、アルミニウム粉末どうしの拡散接合が促進され、冶金的な結合を強めて機械的強さの高いアルミニウム多孔質体とすることができる。
【００４５】
焼結法による場合、加熱工程における加熱温度はより高い方が、粉末どうしの拡散接合が促進されて、冶金的な結合が強くなり、得られるアルミニウム多孔質体の機械的強さが向上するためアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点−２０℃以上とする。その一方で、後述するようにアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末は溶融してもよいが、溶融すると焼結ではなくなることから、焼結法として行う場合、加熱温度上限としてはアルミニウム粉末またはアルミニウム合金粉末の融点未満とする。
【００４６】
焼結法による場合、加熱時の雰囲気が酸化性のものであると、界面活性剤の吸着層が消失する際に、アルミニウム酸化被膜からではなく雰囲気中の酸素と結合してアルミニウム粉末表面の酸化被膜の破壊が行われず、また、界面活性剤の吸着層の消失の際にアルミニウム粉末表面の酸化被膜が破壊されても直ちに雰囲気中の酸素により新たな酸化被膜が形成されることとなり、アルミニウム粉末どうしの焼結を阻害することとなる。このため、加熱工程における雰囲気は窒素ガス、不活性ガス等の非酸化性の雰囲気とすることが望ましい。なお、上記の加熱工程は、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜を除去することは目的ではないため、水素ガスもしくは水素混合ガス等の還元性の雰囲気である必要はないが、還元性の雰囲気は非酸化性の雰囲気であるため、還元性の雰囲気としてもよい。また、圧力が１０−３Ｐａ以下の減圧雰囲気（真空雰囲気）とすることが好ましい。
【００４７】
［溶融法］
上記のようにアルミニウム粉末は、表面に強固な酸化被膜（アルミニウム酸化物：Ａｌ２Ｏ３）を有しているが、アルミニウム粉末の融点以上に加熱すると、アルミニウム粉末は溶融することとなる。しかしながら、アルミニウム粉末の表面は酸化被膜（アルミニウム酸化物：Ａｌ２Ｏ３）で覆われており、アルミナの融点は２０７２℃と高いため、アルミニウム粉末の融点以上に加熱してもアルミニウム粉末の表面の酸化被膜は溶融せず、アルミニウム粉末の内部のみが溶融することとなる。このとき溶融したアルミニウムの膨張により粉末の表面の酸化被膜を破って粉末表面に濡れて覆うとともに、各粉末から発生した溶融アルミニウムが混ざり合い結合する。このとき粉末表面に形成されていた酸化被膜が代用骨格となり、骨格の形状を維持するとともに、互いに結合したアルミニウムの表面張力により骨格表面は比較的滑らかとなりネック部が消失して連続する金属表面となる。
【００４８】
溶融法による場合、加熱温度は連通孔発泡樹脂フォームに付着させたアルミニウム粉末の融点以上とするが、融点を大きく超える温度で加熱するとその分余分なエネルギーが必要となるとともに、溶融したアルミニウムの粘度が低下して型崩れが生じ易くなるとともに溶融したアルミニウムの凝集体が生成しやすいことから、加熱温度は融点＋１００℃以下とする。
【００４９】
溶融法による場合、加熱工程における雰囲気が大気等の酸化性の雰囲気であると、粉末表面の酸化被膜を破って露出したアルミニウムまたはアルミニウム合金が直ちに酸化され、粉末表面に濡れて被覆すること、および各粉末から発生したアルミニウムまたはアルミニウム合金が混ざり合うことが阻止され、粉末同士の結合が阻害される。このため、加熱工程における雰囲気は窒素ガス、不活性ガス等の非酸化性の雰囲気とすることが望ましい。なお、上記の加熱工程は、アルミニウム粉末もしくはアルミニウム合金粉末の表面の酸化被膜を除去することは目的ではないため、水素ガスもしくは水素混合ガス等の還元性の雰囲気である必要はないが、還元性の雰囲気は非酸化性の雰囲気であるため、還元性の雰囲気としてもよい。また、圧力が１０−３Ｐａ以下の減圧雰囲気（真空雰囲気）とすることが好ましい。
【００５０】
以上の製造方法で得られる熱交換器用アルミニウム多孔質体は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、三次元状に連結する骨格を有し、前記骨格により三次元状に連結する気孔が形成されるとともに、前記骨格の内部に空隙部を有するものとなる。この骨格は連通孔発泡樹脂フォームの骨格の形状と同様に三角柱構造となる。さらに骨格の表面には骨格の表面から内部の空隙部に繋がる連通孔が形成されたものとなる。このようなアルミニウム多孔質体を熱交換器の熱交換部材として用いた場合、同じ気孔径と気孔率を持つ連通孔がないアルミニウム多孔質体よりも通風抵抗を低減することができる。
【実施例】
【００５１】
［第１実施例］
連通孔発泡樹脂フォームとして、縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み２０ｍｍのポリウレタンフォーム（株式会社ブリヂストン製  商品名エバーライトＳＦ）を使用した。セル数は１３ｐｐｉであり、気孔率は９７％である。
【００５２】
平均粒径５μｍの純アルミニウム粉末として、エカグラニュラー株式会社製の商品名  ２５Ｅを用いた。結着剤としては、日本合成化学工業株式会社製のポリビニルアルコール（商品名：ゴーセノールＧＨ−２３）を用いた。分散媒は純水を用い、結着剤を１質量％溶解した。純アルミニウム粉末と、この液は重量比で３：５で混合し、得られたアルミニウムスラリー（アルミニウム粉末分散液）に３．１質量％の分子量６００以上のモノエチルアシッドホスフェート（脂肪族リン酸モノエステル）および０．１質量％以下のリン酸（８５．０＋％、和光純薬工業株式会社）を添加し、均一に混合してアルミニウムスラリー（アルミニウム粉末分散液）Ａを作製した。
【００５３】
作製したアルミニウムスラリーＡに対して、超音波発生装置（本多電子製Ｗ１１３  ＭＫII、最大出力１１０Ｗ、周波数３１ｋＨｚ）を用いて２５℃の水中で３０分超音波を照射し気泡生成処理を行いアルミニウムスラリーＢ（超音波照射３０分）を作製した。
【００５４】
上記のようにして作製したアルミニウムスラリーＡおよびＢに、連通孔発泡樹脂フォームを浸漬して、余分なスラリーを除去し、その後、８０℃の恒温槽中で６０分乾燥させて、アルミニウム粉末付着体を用意した。これを、気体雰囲気を制御可能な電気炉中に設置して、非酸化性雰囲気である窒素中で室温から昇温し５００℃で１〜５時間保持して脱脂した。その後、圧力を１０−３Ｐａの減圧雰囲気（真空雰囲気）としてから昇温し、アルミニウムの融点以上である６５０〜６６５℃の任意の温度域で３．５時間加熱を行って、アルミニウムスラリーＡによるアルミニウム多孔質体Ａおよび気泡発生処理を行ったアルミニウムスラリーＢによるアルミニウム多孔質体Ｂを作製した。ここでアルミニウム多孔質体Ｂが実施例、アルミニウム多孔質体Ａが比較例である。
【００５５】
アルミニウム多孔質体Ｂ（実施例）およびアルミニウム多孔質体Ａ（比較例）について、走査型電子顕微鏡で観察したＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）像を図３に示す。図３より、アルミニウム多孔質体Ｂ（実施例）は、三次元状に連結する骨格を有するとともに骨格により三次元状に連通する気孔を有する三次元網目構造体となっており、また、骨格部表面には連通孔が形成されていることが確認された。これに対し、気泡発生処理を行わないアルミニウムスラリーＡを用いたアルミニウム多孔質体Ａ（比較例）は、骨格表面が滑らかであり、骨格部の表面に連通孔が形成されていない。
【００５６】
［第２実施例］
気孔率が異なる連通孔発泡樹脂フォーム（縦１００ｍｍ、横１００ｍｍ、厚み２０ｍｍのポリウレタンフォーム：株式会社ブリヂストン製  商品名エバーライトＳＦ）を用意し、第１実施例のアルミニウムスラリーＡおよびアルミニウムスラリーＢを用い、第１実施例と同様にして気孔率の異なるアルミニウム多孔質体Ｂ（実施例）およびアルミニウム多孔質体Ａ（比較例）を作製した。これらのアルミニウム多孔質体について、風速が０．３３ｍ／ｓのときの通風抵抗の測定を行い、気孔率と通風抵抗の関係を図４にまとめた。
【００５７】
通風抵抗の測定は、次のようにして行った。すなわち、一定の風量を流せる風洞装置の空気を放出する出口に、測定する多孔質体の測定面の面積と同じ開口部を設け、そこに開口部と同じ断面積で筒状の治具を設置し、筒状の治具の風洞装置とは反対側の出口に多孔質体を設置した後、風洞装置から空気を流し、空気が多孔質体を通過する前後の圧力差を測定した。このとき、風洞装置と筒状の治具などの接触部分からは空気が漏れないようにし、多孔質体の測定面のみから空気が流れてくるようにする。得られた圧力差を、空気が多孔質体を通過した長さで割った値を通風抵抗として評価した。
【００５８】
図４より、骨格に連通孔が形成された本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体（実施例）は、骨格に連通孔が形成されていない従来のアルミニウム多孔質体（比較例）に比して、全体的に通風抵抗が低くなっており、同じ気孔率であれば本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体のほうが通風抵抗が低くなっている。この結果より、骨格表面に連通孔を形成することにより骨格表面を伝播する空気の摩擦抵抗が低下し、同じ気孔径と気孔率を持つ連通孔がないアルミニウム多孔質体よりも通風抵抗を低減することができることが確認された。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
本発明の熱交換器用アルミニウム多孔質体は、連通孔を骨格表面に設けたことにより、連通する気孔を流体が通過する際に骨格表面を伝播する空気の摩擦抵抗が低下して通風抵抗を低下させることができ、同じ気孔径と気孔率を持つ連通孔がないアルミニウム多孔質体よりも通風抵抗を低減することができる。このため、熱交換器の熱交換用部材として好適なものである。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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