(57)【要約】【課題】本発明は、熱交換効率に優れた金属管、更には、液体の潜熱の利用効率が高く、熱交換装置の小型化に寄与する熱交換用の金属管を提供することを目的とする。【解決手段】金属基材と、前記金属基材の表面の少なくとも一部に設けられた金属多孔体と、を有する金属管であって、平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に前記金属多孔体を接合する工程と、前記金属多孔体が接合された金属基材を管状に成形する工程と、を経て得られた金属管。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属基材と、
前記金属基材の表面の少なくとも一部に設けられた金属多孔体と、
を有する金属管であって、
平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に前記金属多孔体を接合する工程と、
前記金属多孔体が接合された金属基材を管状に成形する工程と、
を経て得られた金属管。
【請求項２】
前記金属管の少なくとも内面に前記金属多孔体が設けられている請求項１に記載の金属管。
【請求項３】
前記金属基材の材質がアルミニウム又は銅である請求項１又は請求項２に記載の金属管。
【請求項４】
前記金属多孔体の材質がアルミニウム又は銅である請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の金属管。
【請求項５】
前記金属基材と前記金属多孔体とが同じ材質である請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の金属管。
【請求項６】
前記金属多孔体が三次元網目状構造を有する請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の金属管。
【請求項７】
前記金属多孔体の骨格表面に凹凸が形成されている請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の金属管。
【請求項８】
前記金属多孔体の骨格に貫通孔が形成されている請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の金属管。
【請求項９】
矩形管である請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の金属管。
【請求項１０】
請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の金属管からなる伝熱管。
【請求項１１】
請求項１０に記載の伝熱管の金属多孔体に液体を供給する液体供給部と、
前記金属多孔体の表面に気体を通流させる気体供給部と、
前記金属基材の金属多孔体を設けた側とは反対側の表面に流体を通流させる流体供給部と、
を有する熱交換装置。
【請求項１２】
前記金属多孔体が前記伝熱管の内面に設けられている請求項１１に記載の熱交換装置。
【請求項１３】
前記流体が気体である請求項１１又は請求項１２に記載の熱交換装置。
【請求項１４】
平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に金属多孔体を接合して金属接合体とする工程と、
前記金属接合体を折り曲げて管状に成形する工程と、
を有する金属管の製造方法。
【請求項１５】
前記金属接合体の折り曲げられる部分に前記金属多孔体が設けられていない請求項１４に記載の金属管の製造方法。
【請求項１６】
平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に金属多孔体を接合した金属接合体を複数枚準備する工程と、
前記複数の金属接合体の端部同士を接合して管状に成形する工程と、
を有する金属管の製造方法。
【請求項１７】
前記金属接合体の接合される端部に前記金属多孔体が設けられていない請求項１６に記載の金属管の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、三次元網目状構造を有する金属管、伝熱管、熱交換装置及び金属管の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
空調設備用の熱交換器において、冷却効率を高めつつ消費電力を抑制するために、液体の気化熱を利用する冷却方式を補助的に採用することが提案されている。
【０００３】
例えば、特開２００３−０８３６３９号公報（特許文献１）には、複数の放熱用フィンを縦向きに設け、その放熱用フィンを貫くように複数の冷媒放熱管を横向きに設けて両者の間で熱交換を行い、更に、放熱用フィンの上部からは水を供給し、その蒸発熱によって更に放熱用フィンを冷却する熱交換機が記載されている。この熱交換器にファン等によって空気を供給することで、放熱用フィンとの間で熱交換が行われて冷却された空気が得られる。また、放熱用フィンの上部から供給される水の量は適宜調節することができる。例えば、流れ落ちる水滴が２枚のフィンに同時に接触するようにすると、その両方のフィンとの間で熱交換を行われて高い冷却効率が得られるとされている。
【０００４】
また、特定の冷媒を使用せずに、液体の気化熱のみで冷却あるいは暖房を行う空調設備も知られている。
例えば、特開２０１３−２０００５９号公報（特許文献２）には、室内から吸入した屋内気が流れる流路中に揮発性液体を供給してその気化熱によって気化用流路を冷却し、屋外から吸入した外気が流れる冷却用流路との間で顕熱交換させる間接気化冷却手段を備えた空調換気システムが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−０８３６３９号公報
【特許文献２】特開２０１３−２０００５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前記特許文献１に記載のような冷却方式においては、排出される冷却空気中に水分が多く含まれており、このような多湿の空気はあまり涼しく感じられないという問題点があった。また、特許文献２に記載のような間接気化冷却手段を用いた空調換気システムにおいては、水等の液体の潜熱の利用効率が低いという問題があった。
【０００７】
本発明は前記問題点に鑑みて、熱交換効率に優れた金属管、更には、液体の潜熱の利用効率が高く、熱交換装置の小型化に寄与する熱交換用の金属管を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は上記課題を解決すべく以下の構成を採用する。
（１）即ち、本発明は、金属基材と、前記金属基材の表面の少なくとも一部に設けられた金属多孔体と、を有する金属管であって、平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に前記金属多孔体を接合する工程と、前記金属多孔体が接合された金属基材を管状に成形する工程と、を経て得られた金属管、である。
【発明の効果】
【０００９】
本発明により、熱交換効率に優れた金属管、更には、液体の潜熱の利用効率が高く、熱交換装置の小型化に寄与する熱交換用の金属管を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の金属管の構造の一例を表す概略図である。
【図２】本発明の金属管の構造の別の一例の断面を拡大した概略図である。
【図３】本発明の熱交換装置の一例の横断面を表す概略図である。
【図４】本発明の熱交換装置の一例の縦断面を表す概略図である。
【図５】金属基材に金属多孔体を接合した金属接合体の一例を表す概略図である。
【図６】金属基材に金属多孔体を接合した金属接合体の別の一例を表す概略図である。
【図７】金属多孔体の一例の骨格表面を電子顕微鏡で観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
最初に本発明の実施形態の内容を列記して説明する。
（１）本発明の実施形態に係る金属管は、金属基材と、前記金属基材の表面の少なくとも一部に設けられた金属多孔体と、を有する金属管であって、平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に前記金属多孔体を接合する工程と、前記金属多孔体が接合された金属基材を管状に成形する工程と、を経て得られた金属管、である。
上記（１）に記載の金属管は、金属基材の表面の少なくとも一部に金属多孔体が設けられているため、従来の金属基材のみの金属管に比べて表面積が非常に大きくなっている。このため、金属多孔体部分において液体との接触面積を大きくすることができ、液体の潜熱の利用効率を高くすることができる。また、潜熱の利用効率が高いため、上記金属管を熱交換装置に用いた場合に、装置の小型化に寄与することができる。
なお、本発明の実施形態に係る金属管は熱交換装置用のみならず、他の用途にも用いることが可能である。
【００１２】
（２）本発明の実施形態に係る金属管は、前記金属管の少なくとも内面に前記金属多孔体が設けられている上記（１）に記載の金属管、である。
金属多孔体は金属管の内面、外面、あるいは両面に設けられていてもよいが、少なくとも内面に設けられていることが好ましい。これにより、金属管の内面に熱媒体を供給するような熱交換装置における伝熱管として好適に用いることができる。
【００１３】
（３）本発明の実施形態に係る金属管は、前記金属基材の材質がアルミニウム又は銅である上記（１）又は上記（２）に記載の金属管、である。
（４）本発明の実施形態に係る金属管は、前記金属多孔体の材質がアルミニウム又は銅である上記（１）から上記（３）のいずれか一項に記載の金属管、である。
アルミニウムや銅は熱伝導率に優れる金属であるため前記金属基材の材質がこれらの金属であることにより、金属管の内側の熱と外側の熱との交換を効率よく行えるようになり好ましい。また同様に、前記金属多孔体の材質がアルミニウム又は銅であることにより、金属管の内側の熱と外側の熱との交換を効率よく行えるようになり好ましい。
【００１４】
（５）本発明の実施形態に係る金属管は、前記金属基材と前記金属多孔体とが同じ材質である上記（１）から上記（４）のいずれか一項に記載の金属管、である。
一般に、異なる金属材料を接合するとその部分から腐食が進行する場合があるが、前記金属基材と前記金属多孔体とを同じ材質の金属材料にすることで、この問題が解決され好ましい。
【００１５】
（６）本発明の実施形態に係る金属管は、前記金属多孔体が三次元網目状構造を有する上記（１）から上記（５）のいずれか一項に記載の金属管、である。
（７）本発明の実施形態に係る金属管は、前記金属多孔体の骨格表面に凹凸が形成されている上記（１）から上記（６）のいずれか一項に記載の金属管、である。
（８）本発明の実施形態に係る金属管は、前記金属多孔体の骨格に貫通孔が形成されている上記（１）から上記（７）のいずれか一項に記載の金属管、である。
三次元網目状構造を有する金属多孔体は非表面積が非常に大きいため、液体の潜熱の利用効率を更に高めることができる。更に、気孔率も非常に高いため、液体の流通を妨げることが殆どなく好ましい。
また、金属多孔体の骨格表面に凹凸が形成されていると、金属多孔体の表面積が更に大きくなり、液体の潜熱の利用効率をより向上させることができ好ましい。同様に、金属多孔体の骨格に貫通孔が形成されていることで、液体の潜熱の利用効率を更に向上させることができ好ましい。
【００１６】
（９）本発明の実施形態に係る金属管は、断面が矩形の矩形管である上記（１）から上記（８）のいずれか一項に記載の金属管、である。
金属管の形状は特に限定されず、横断面が円形や楕円形の円筒管にしてもよいし、横断面が矩形の扁平管にしてもよい。特に、断面が矩形であると、例えば、複数の金属管を並べて使用する場合に、全体としての利用効率が高くなるように配置することが可能となり好ましい。
【００１７】
（１０）本発明の実施形態に係る伝熱管は、上記（１）から上記（９）のいずれか一項に記載の金属管からなる伝熱管、である。
前記金属管を、内面側と外面側との熱交換を行うための伝熱管とすることで、例えば、熱交換装置に用いることができ好ましい。
【００１８】
（１１）本発明の実施形態に係る熱交換装置は、上記（１０）に記載の伝熱管の金属多孔体に液体を供給する液体供給部と、前記金属多孔体の表面に気体を通流させる気体供給部と、前記金属基材の金属多孔体を設けた側とは反対側の表面に流体を通流させる流体供給部と、を有する熱交換装置、である。
上記（１１）に記載の熱交換装置は、表面積が非常に大きい金属多孔体部分を備える前記金属管を伝熱管として用いているため、液体の潜熱の利用効率が非常に高い熱交換装置である。このため従来の伝熱管を用いた熱交換装置に比べて装置を小型化することが可能である。
【００１９】
（１２）本発明の実施形態に係る熱交換装置は、前記金属多孔体が前記伝熱管の内面に設けられている上記（１１）に記載の熱交換装置、である。
前記金属多孔体は伝熱管の内面、外面、あるいは両面に設けられていてもよいが、少なくとも内面に設けられていることが好ましい。これにより、伝熱管の内面に熱媒体を供給するような熱交換装置を好適に提供することができる。
【００２０】
（１３）本発明の実施形態に係る熱交換装置は、前記流体が気体である前記（１１）又は前記（１２）に記載の熱交換装置、である。
本発明の実施形態に係る熱交換装置は、装置内を流通可能な流体であれば当該流体を冷却することが可能である。前記流体が気体であると、例えば、空調設備の熱交換装置として用いることにより、室外から外気を取り込んで冷却し、冷却された空気を室内へ送ることできる。
【００２１】
（１４）本発明の実施形態に係る金属管の製造方法は、平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に金属多孔体を接合して金属接合体とする工程と、前記金属接合体を折り曲げて管状に成形する工程と、を有する金属管の製造方法、である。
（１５）本発明の実施形態に係る金属管の製造方法は、前記金属接合体の折り曲げられる部分に前記金属多孔体が設けられていない上記（１４）に記載の金属管の製造方法、である。
（１６）本発明の実施形態に係る金属管の製造方法は、平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に金属多孔体を接合した金属接合体を複数枚準備する工程と、前記複数の金属接合体の端部同士を接合して管状に成形する工程と、を有する金属管の製造方法、である。
（１７）本発明の実施形態に係る金属管の製造方法は、前記金属接合体の接合される端部に前記金属多孔体が設けられていない上記（１６）に記載の金属管の製造方法、である。
上記（１４）又は上記（１６）に記載の金属管の製造方法によれば、前記本発明の実施形態に係る金属管を簡便に効率よく製造することが可能となる。また、上記（１５）又は上記（１７）に記載の金属管の製造方法によれば、金属管の製造過程において金属多孔体が折り曲げられる等により骨格が潰れることを抑制することができる。
【００２２】
［本発明の実施形態の詳細］
本発明の実施形態に係る金属管等の具体例を以下に説明する。なお、本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲の記載によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。
【００２３】
＜金属管＞
本発明の実施形態に係る金属管は、金属基材と、前記金属基材の表面の少なくとも一部に設けられた金属多孔体と、を有する金属管であって、平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に前記金属多孔体を接合する工程と、前記金属多孔体が接合された金属基材を管状に成形する工程と、を経て得られた金属管、である。
前述のように、前記金属管は液体の潜熱の利用効率が高く、熱交換装置の小型化に寄与することが可能である。
【００２４】
また、前記金属管は、平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に前記金属多孔体を接合する工程と、前記金属多孔体が接合された金属基材を管状に成形する工程と、を経て得られるものである。前記金属管を製造するためには、例えば、管状に成形された金属基材の内面あるいは外面に管状に加工した金属多孔体を接合するという方法が考えられる。しかしながらこの場合には、アルミニウムのように強度が低い金属材料を用いると金属多孔体を管状に成形することができず、前記金属管を製造することができない。
このため前記のように、金属基材の表面に金属多孔体を接合した後に金属基材を管状に成形するという方法を採用することで、例えばアルミニウムのように強度が低い金属材料を用いた場合であっても前記金属管を得ることができる。
【００２５】
金属基材と金属多孔体との接合方法は特に限定されず、ろう付けや拡散接合などにより行うことができる。このとき、金属管の内側と外側との間の熱抵抗が小さくなるように、金属基材と金属多孔体との接合はしっかりと行われていた方がよい。
前記金属管において、前記金属多孔体は金属管の内面、外面、あるいは両面に設けられていてもよいが、少なくとも内面に設けられていることが好ましい。これにより、金属管の内面に熱媒体を供給するような熱交換装置における伝熱管として好適に用いることができる。
【００２６】
前記金属基材の材質は特に限定されるものではなく、例えば、アルミニウム（Ａl）、銅（Ｃu）、ニッケル（Ｎi）、鉄（Ｆe）等あるいはこれらの合金などを前記金属基材として用いることができる。前記金属管を熱交換装置に用いる場合には熱伝導率が高い金属を金属基材として用いることが好ましい。この観点から上記のなかでもアルミニウム、又は銅を金属基材として用いることが好ましい。熱伝導率の観点のみに着目すると銅を用いることが好ましく、また、金属管を製造するための加工性、重さ、資源の稀少性等を考慮するとアルミニウムを用いることが好ましい。
【００２７】
前記金属多孔体の材質も特に限定されるものではなく、前記金属基材の材質と同様に、アルミニウム（Ａl）、銅（Ｃu）、ニッケル（Ｎi）、鉄（Ｆe）等あるいはこれらの合金などを用いることができる。また、前記金属管を熱交換装置に用いる場合には熱伝導率が高い金属を用いることが好ましいため、アルミニウム、又は銅を前記金属多孔体として用いることが好ましい。前記金属基材と同様に、熱伝導率の観点のみに着目すると銅を用いることが好ましく、また、金属管を製造するための加工性、重さ、資源の稀少性等を考慮するとアルミニウムを用いることが好ましい。
【００２８】
前記金属基材と前記金属多孔体とは同じ材質であることが好ましい。これにより、異なる金属材料を接合した場合に生じ得る腐食の問題を回避することができる。このため前記金属管としては、実質的にアルミニウムからなる金属基材と金属多孔体とによって構成されている金属管や、実質的に銅からなる金属基材と金属多孔体とによって構成されている金属管が好ましい。なお、実質的にアルミニウムからなる、あるいは実質的に銅からなるとは、アルミニウムや銅以外の成分を不可避的に含んでいてもよいことを意味する。
【００２９】
前記金属多孔体は、多数の連通孔を有し、表面積が大きな構造を有するものであればよい。特に、三次元網目状構造を有する金属多孔体であることが好ましい。
三次元網目状構造を有する金属多孔体は、めっき法、焼結法、鋳造法など、いずれの方法により製造したものであってもよい。金属多孔体の孔径や厚さをコントロールする観点からは、めっき法により製造することが好ましい。めっき法によって三次元網目状構造を有する金属多孔体を製造する場合には、三次元網目状構造を有する樹脂成形体を基材として用いればよい。前記樹脂成形体は、連続した気孔（連通気孔）を有するものであればよく、発泡樹脂成形体や、繊維状の樹脂を絡めた不織布のような形状を有する樹脂成形体を用いることができる。不織布状の樹脂成形体を基材として用いれば、不織布状の三次元網目状構造を有する金属多孔体を得ることができる。
【００３０】
前記金属多孔体の骨格表面には凹凸が形成されていることが好ましい。これにより金属多孔体の表面積を更に大きくなり、液体の潜熱の利用効率を向上させることができる。
金属多孔体をめっき法によって製造する場合には、めっき液に添加する平滑化剤の濃度を調整することで、骨格表面に形成されるめっき膜の表面を粗くして凹凸を形成することができる。また、後述するように製造条件を適宜選択することで、図７に示すように骨格表面の金属組織に微小な凹凸を形成することが可能である。図７は金属多孔体の一例の骨格表面を電子顕微鏡で観察した写真である。
また、金属多孔体をめっき法によって製造する場合には、特開２０１２−０４１６０８号公報に記載のように、めっき液中に樹脂製の微小球体を含有させておくことで、金属多孔体の骨格表面に金属多孔体の孔径よりも小さな径の微小孔を形成し、骨格表面に凹凸が形成された金属多孔体を製造することも可能である。
前記骨格表面に形成されている凹凸は、上記のどちらの場合であっても金属多孔体の表面積を大きくすることができるため好ましい。
【００３１】
前記金属多孔体は骨格に貫通孔が形成されていることが好ましい。特に、めっき法によって得られる三次元網目状構造を有する金属多孔体は骨格の内部が中空であるため、骨格の表面に貫通孔が形成されていると、骨格の内部の空間も利用できるようになるため好ましい。金属多孔体の骨格に貫通孔を形成するためには、例えば、次のようにして金属多孔体を製造すればよい。まず、基材としての樹脂成形体の表面を無電解めっきによって導電化処理する際に、めっき時間を短くする、もしくは触媒濃度を下げることで欠陥を生じさせる。これにより、その後のめっき工程において前記欠陥部分にめっきが形成されず、貫通孔を形成することができる。
【００３２】
前記金属管の形状は特に限定されず、横断面が円形や楕円形の円筒管にしてもよく、横断面が矩形の矩形管にしてもよい。特に、矩形管の場合には、例えば、熱交換装置内で複数の金属管を並べて使用する場合に、全体としての利用効率が高くなるように配置することが可能となり好ましい。
【００３３】
前記金属基材の厚さは特に限定されるものではなく、製造する金属管の大きさ等に応じて適宜変更すればよい。
前記金属多孔体は、孔径が１μｍ以上、３５００μｍ以下程度であることが好ましい。これにより、金属管の金属多孔体部に液体が供給された場合に、多孔質部で液体を良好に保持することができる。
また、前記金属多孔体の厚さは１ｍｍ以上、３ｍｍ以下程度であることが好ましい。これにより、例えば金属多孔体部への液体の供給を、液体を滴下する等の簡易な手段により行うことができる。
【００３４】
（金属多孔体の製造方法）
前記金属多孔体の製造方法の一例として、三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体の製造方法を以下に説明する。
アルミニウム多孔体は溶融塩浴を用いためっき法により製造することができる。具体的には、発泡ウレタン等の連通孔を備えた三次元網目状構造を有する樹脂成形体（以下、単に「樹脂成形体」とも記す）を芯材として用い、当該樹脂成形体を導電化処理した後に、溶融塩浴中でアルミニウムの電解めっきを行う。その後、アルミニウム膜が形成された樹脂構造体を加熱処理して樹脂を焼失させることにより、金属層のみが残ったアルミニウム多孔体を得ることができる。
【００３５】
−三次元網目状構造を有する樹脂成形体の準備−
まず、三次元網目状構造を有し連通孔を有する樹脂成形体を準備する。樹脂成形体の素材は任意の樹脂を選択できる。ポリウレタン、メラミン、ポリプロピレン、ポリエチレン等の発泡樹脂成形体が素材として例示できる。
【００３６】
発泡ウレタン及び発泡メラミンは気孔率が高く、また気孔の連通性があるとともに熱分解性にも優れているため発泡樹脂成形体として好ましく使用できる。発泡ウレタンは気孔の均一性や入手の容易さ等の点、更に、孔径の小さなものが得られる点で好ましい。
樹脂成形体には発泡体製造過程での製泡剤や未反応モノマーなどの残留物があることが多く、洗浄処理を行うことが後の工程のために好ましい。樹脂成形体が骨格として三次元的に網目を構成することで、全体として連続した気孔を構成している。発泡ウレタンの骨格はその延在方向に垂直な断面において略三角形状をなしている。
【００３７】
発泡樹脂成形体の気孔率は８０％〜９８％、孔径は１μｍ〜３５００μｍとするのが好ましい。なお、発泡樹脂成形体の場合の孔径とはセル径をいうものとする。
気孔率は、次式で定義される。
気孔率＝（１−（多孔質材の重量［ｇ］/（多孔質材の体積［ｃｍ3］×素材密度）））×１００［％］
また、孔径は、樹脂成形体表面を顕微鏡写真等で拡大し、１インチ（２５．４ｍｍ）あたりの気孔数をセル数として計数して、平均孔径＝２５．４ｍｍ/セル数として平均的な値を求める。
【００３８】
−樹脂成形体表面の導電化−
樹脂成形体の表面にアルミニウムを電解めっきするために、樹脂成形体の表面をあらかじめ導電化処理する。導電化処理としては、樹脂成形体の表面に導電性を有する層を設けることができる処理である限り特に制限はない。例えば、ニッケル等の導電性金属の無電解めっき、アルミニウム等の蒸着及びスパッタ、又はカーボン等の導電性粒子を含有した導電性塗料の塗布等、任意の方法を選択することができる。
導電化処理の例として、アルミニウムのスパッタリング処理によって導電化処理する方法、及び導電性粒子としてカーボンを用いて樹脂成形体の表面を導電化処理する方法について以下述べる。
【００３９】
−−アルミニウムのスパッタリング−−
アルミニウムを用いたスパッタリング処理としては、アルミニウムをターゲットとする限り限定的でなく、常法に従って行えばよい。例えば、基板ホルダーに樹脂成形体を取り付けた後、不活性ガスを導入しながら、ホルダーとターゲット（アルミニウム）との間に直流電圧を印加することにより、イオン化した不活性ガスをアルミニウムに衝突させて、はじき飛ばされたアルミニウム粒子を樹脂成形体表面に堆積することによってアルミニウムのスパッタ膜を形成する。なお、スパッタリング処理は樹脂成形体が溶解しない温度下で行うことが好ましく、具体的には、１００〜２００℃程度、好ましくは１２０〜１８０℃程度で行えばよい。
【００４０】
−−カーボン塗布−−
まず、導電性塗料としてのカーボン塗料を準備する。導電性塗料としての懸濁液は、好ましくは、カーボン粒子、粘結剤、分散剤および分散媒を含む。導電性粒子の塗布を均一に行うには、懸濁液が均一な懸濁状態を維持している必要がある。このため、懸濁液は、２０℃〜４０℃に維持されていることが好ましい。懸濁液の温度が２０℃以上であることにより均一な懸濁状態を保つことができ、樹脂多孔体の網目状構造をなす骨格の表面に良好なカーボン粒子の層を形成することができる。また、懸濁液の温度が４０℃以下であることにより分散剤の蒸発量が多くなることを抑制し、懸濁液が濃縮されることを防止することができる。
また、カーボン粒子の粒径は、０．０１〜５μｍであることが好ましく、より好ましくは０．０１〜２μｍである。粒径が大きいと樹脂成形体のセルを詰まらせたり、平滑なめっきを阻害したりする要因となり、また、小さすぎると十分な導電性を確保することが難しくなる。
樹脂成形体へのカーボン粒子の塗布は、上記懸濁液に対象となる樹脂成形体を浸漬し、絞りと乾燥を行うことで行うことができる。
【００４１】
−樹脂成形体表面へのアルミニウム膜の形成−
樹脂成形体の表面にアルミニウム膜を形成する方法としては、溶融塩浴を用いためっき法を採用する。
【００４２】
−−溶融塩めっき−−
溶融塩中で電解めっきを行い、前記樹脂成形体の表面にアルミニウム膜を形成する。
溶融塩浴中でアルミニウムのめっきを行うことにより特に三次元網目状構造を有する樹脂成形体のように複雑な骨格構造の表面に均一に厚いアルミニウム膜を形成することができる。表面が導電化された樹脂成形体を陰極とし、アルミニウムを陽極として溶融塩中で直流電流を印加する。
前記溶融塩としては、有機系ハロゲン化物とアルミニウムハロゲン化物の共晶塩である有機溶融塩、アルカリ金属のハロゲン化物とアルミニウムハロゲン化物の共晶塩である無機溶融塩を使用することができる。比較的低温で溶融する有機溶融塩浴を使用すると、基材である樹脂成形体を分解することなく電解めっきすることができる。有機系ハロゲン化物としてはイミダゾリウム塩、ピリジニウム塩等が使用でき、具体的には１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド（ＥＭＩＣ）、ブチルピリジニウムクロライド（ＢＰＣ）が好ましい。
溶融塩中に水分や酸素が混入すると溶融塩が劣化するため、めっきは窒素、アルゴン等の不活性ガス雰囲気下で、かつ密閉した環境下で行うことが好ましい。
【００４３】
溶融塩浴としては窒素を含有した溶融塩浴が好ましく、中でもイミダゾリウム塩浴が好ましく用いられる。溶融塩として高温で溶融する塩を使用した場合は、めっき膜の成長よりも樹脂が溶融塩中に溶解や分解する方が早くなり、樹脂成形体表面にめっき膜を形成することができない。イミダゾリウム塩浴は、比較的低温であっても樹脂に影響を与えず使用可能である。イミダゾリウム塩として、１，３位にアルキル基を持つイミダゾリウムカチオンを含む塩が好ましく用いられ、特に塩化アルミニウム−１−エチル−３−メチルイミダゾリウムクロライド（ＡlＣl3−ＥＭＩＣ）系溶融塩が、安定性が高く分解し難いことから最も好ましく用いられる。これらの溶融塩は発泡ウレタン樹脂や発泡メラミン樹脂などへのめっきが可能であり、溶融塩浴の温度は１０℃から１００℃、好ましくは２５℃から４５℃である。低温になる程めっき可能な電流密度範囲が狭くなり、樹脂成形体表面全体へのめっきが難しくなる。
以上の工程により骨格の芯として樹脂成形体を有するアルミニウム−樹脂構造体が得られる。
【００４４】
−樹脂の除去−
上記のようにして得られた樹脂構造体を、窒素雰囲気下あるいは大気下等で５００℃以上に加熱する熱処理を行うことで樹脂を焼失させ、アルミニウム多孔体が得られる。
なお、骨格の表面が粗く凹凸を有しているアルミニウム多孔体を製造するには、従来行われていたこの工程に改良を加えることが有効であることが見出された。具体的には、以下の方法が挙げられる
【００４５】
−−樹脂構造体に付着しためっき液の処理−−
上記のようにして表面にアルミニウム膜を有する樹脂成形体を作製した直後においては、樹脂成形体の表面にアルミニウムめっき液が付着しているため、水洗処理を行い、その後に加熱処理が行われる。
この際に、めっき液を充分に液切りせずに続いて水洗処理を行うことで、骨格表面に微小な凹凸が形成されたアルミニウム多孔体を得ることができる。これは、前述の溶融塩を含むめっき液が水と反応することで熱が発生し、アルミニウム膜の表面において、アルミニウムと水が反応しベーマイトが形成されるためと考えられる。一般に、ベーマイトは４５０℃以上で脱水反応を起こして微細孔を有するγ−アルミナに変態するが、アルミニウム多孔体の製造工程においても、樹脂構造体から樹脂を燃焼除去する際に５００℃以上の高温に曝されるため、前記のようにして生じたベーマイトがγ−アルミナに変態することで、骨格表面に微細な凹凸が形成される。
このような方法により骨格表面に微細な凹凸が形成されたアルミニウム多孔体を得るためには、樹脂構造体に付着しためっき液量が、２０ｍＬ/ｍ2〜２０００ｍＬ/ｍ2となった状態で水洗処理を行うことが好ましい。より好ましいめっき液の付着量は、２００ｍＬ/ｍ2〜２０００ｍＬ/ｍ2であり、更に好ましくは１０００ｍＬ/ｍ2〜２０００ｍＬ/ｍ2である。
【００４６】
−−樹脂構造体の水洗処理−−
前記の樹脂構造体に付着しためっき液の処理において、充分にめっき液を除去した場合であっても、次のようにして骨格表面に微小な凹凸が形成されたアルミニウム多孔体を製造することができる。即ち、前述のように、表面にアルミニウム膜を有する樹脂成形体に付着しためっき液を除去するために水洗処理を行うが、この際に、樹脂構造体に付着した水を充分に除去しないで、樹脂を除去するための熱処理を行えばよい。この場合にも、樹脂構造体が加熱される工程において、８０℃付近でアルミニウム膜表面においてアルミニウムと水とが反応してベーマイトが生じ、その後更に加熱されることで、ベーマイトが微細孔を有するγ−アルミナに変態すると考えられる。
このような方法により骨格表面に微細な凹凸が形成されたアルミニウム多孔体を得るためには、樹脂構造体に付着した水分量が、１０ｍＬ/ｍ2〜１０００ｍＬ/ｍ2となった状態で樹脂の燃焼除去処理を行うことが好ましい。より好ましい水分付着量は、１００ｍＬ/ｍ2〜１０００ｍＬ/ｍ2であり、更に好ましくは５００ｍＬ/ｍ2〜１０００ｍＬ/ｍ2である。
【００４７】
−−樹脂構造体からの樹脂の燃焼除去−−
前記２つの方法以外にも、骨格表面に微小な凹凸が形成されたアルミニウム多孔体を製造することが可能である。即ち、前記めっき液の液切りが充分に行われ、また、その後の水洗処理により付着した水も充分に除去された場合であっても、続く樹脂の燃焼除去工程を、水分を多く含んだ露点の高い雰囲気下で行えばよい。このためには、例えば、加湿した空気を供給しながら、５００℃以上に加熱する熱処理を行えばよい。この場合にも、熱処理が行われる雰囲気下に供給された水分とアルミニウムとが８０℃程度で反応してベーマイトが生じ、その後更に加熱されることで、ベーマイトが微細孔を有するγ−アルミナに変態すると考えられる。
このような方法により骨格表面に微細な凹凸が形成されたアルミニウム多孔体を得るためには、樹脂の燃焼除去工程における雰囲気の露点温度を、０℃〜６０℃とすることが好ましい。より好ましい露点温度は、２０℃〜６０℃であり、更に好ましくは４０℃〜６０℃である。
【００４８】
＜伝熱管＞
本発明の実施形態に係る伝熱管は、前記本発明の実施形態に係る金属管からなるものである。以下に、図１を用いて、管状の金属基材１１の内面側に金属多孔体１２が設けられており、横断面が矩形である金属管を伝熱管として使用する方法の一例を説明する。
図１に示す例では、開口部が上下方向となるようにして伝熱管を使用する。そして、伝熱管の上部から金属多孔体１２に液体Ｌを供給する。図１では液体Ｌを伝熱管の一側面に供給するように示しているが、実際には四面全体に供給するようにすればよい。
【００４９】
金属多孔体１２に供給された液体Ｌは重力により金属多孔体１２の骨格表面を伝って伝熱管の下部へと流れていく。この過程において液体Ｌが蒸発し、その際に気化熱として金属多孔体１２の骨格表面の熱を奪っていく。これにより金属多孔体１２が冷却され、金属多孔体１２と接合して熱的に接続している金属基材１１も冷却される。図２に、図１の金属管の縦断面の部分拡大図を示す。
液体Ｌが蒸発し続けると、金属管内の蒸気圧が高くなって液体Ｌが蒸発しにくくなるため、金属多孔体１２、２２には気体Ｇを供給する。これにより液体Ｌがより蒸発しやすくなる。また、気体Ｇは湿分を低下させておくことにより液体Ｌの蒸発を促進することができ、冷却能力を高めることができる。
【００５０】
上記のように、金属多孔体に液体Ｌを供給する観点から、金属多孔体と液体Ｌとは濡れ性がよいことが好ましい。このため、金属多孔体の表面は必要に応じて加工処理されていることが好ましい。例えば、三次元網目状構造を有するアルミニウム多孔体に水を供給して用いる場合、アルミニウムと水とは比較的親和性が高いが、アルミニウム多孔体中の気体が水の多孔部への侵入を妨げる場合がある。この場合には、例えば、伝熱管を使用し始める前にアルミニウム多孔体部分に水蒸気を供給してアルミニウム多孔体の表面を充分に濡らしておくことが好ましい。また、水との親和性が高く、かつ熱伝導率が高い物質をアルミニウム多孔体表面に担持させてもよい。
【００５１】
また、図２に示すように、金属基材２１の金属多孔体２２を設けた側とは反対側の表面（外側の表面）は、加工処理等を施して粗い表面にしておくことが好ましい。このように金属基材２１の外側の表面を粗くして表面積を大きくしておくことで、例えば、金属基材２１の外側の表面に流体を供給して金属基材２１の熱を当該流体へと伝える際に伝熱効率を高くすることができる。また、加工処理のみならず、金属多孔体のようにより大きな表面積を有する部材を前記金属基材の２１の外側の表面に接合してもよい。特に三次元網目状構造を有する金属多孔体は、表面積が大きいだけでなく、気孔率が極めて高いため、流体の通流を妨げることがないため好ましい。
【００５２】
前記液体Ｌは特に限定されるものではなく、水や有機溶剤など揮発性の高いものを利用することができる。また、気体Ｇも特に限定されるものではなく、例えば大気などの供給し易いものを用いればよい。
上記で説明した伝熱管により、例えば金属多孔体に水を供給し、更に金属管内に３５℃で湿度が４５％程度の空気を送風すると、２７℃で湿度が９０％程度の、冷却されているが湿った空気が排出される。また、金属管の外側の表面は２７℃程度に冷却される。このため、この金属管の外側の表面に３５℃で湿度が４５％程度の空気を供給すれば、２７℃で湿度が６５％程度の、冷却され比較的乾燥した空気が得られる。
【００５３】
＜熱交換装置＞
本発明の実施形態に係る熱交換装置は、伝熱管の金属多孔体に液体を供給する液体供給部と、前記金属多孔体の表面に気体を通流させる気体供給部と、前記金属基材の金属多孔体を設けた側とは反対側の表面に流体を通流させる流体供給部と、を有する。
図３に本発明の実施形態に係る熱交換装置の一例の横断面図を表す。図３では、図１に表した金属管を伝熱管として用い、複数並べて使用している。図１の金属管と同様に、図３の各金属管の金属多孔体３２には、紙面上面側から液体が供給され、紙面下面側からは気体が供給されている。そして、液体が金属多孔体３２の表面から蒸発することにより金属多孔体３２が冷却され、金属多孔体３２と熱的に接続している金属基材３１も冷却される。
図３に示す熱交換装置では、金属基材３１の金属多孔体３２を設けた側とは反対側の表面（外側の表面）に流体Ｆを供給している。これにより、冷却された金属基材３１の外側の表面と流体Ｆとの間で熱の交換が行われ、流体Ｆが冷却されて熱交換装置から排出される。
【００５４】
図４に本発明の実施形態に係る熱交換装置の一例の縦断面図を表す。各金属管の金属多孔体４２には、熱交換装置の上部から液体Ｌが供給され、熱交換装置の下部から気体Ｇが供給され。そして、液体Ｌが金属多孔体４２の表面から蒸発することで金属多孔体４２が冷却され、金属多孔体４２と熱的に接続している金属基材４１も冷却される。また、金属基材４１の外側の表面には、紙面上面側から流体が供給されている。これにより、金属基材４１と流体との間で熱の交換が行われ、冷却された流体が排出される。
【００５５】
本発明の実施形態に係る熱交換装置においては、金属多孔体は伝熱管の内面、外面、あるいは両面に設けられていてもよいが、少なくとも内面に設けられていることが好ましい。これにより、伝熱管の内面に熱媒体を供給するような熱交換装置を好適に提供することができる。
前記流体は、金属基材の表面を通流可能な流体であれば特に制限はなく、気体であっても液体であってもよい。例えば、室外の外気を供給することで、冷却された大気を室内に供給することができる。
【００５６】
＜金属管の製造方法＞
（実施形態１）
本発明の実施形態に係る金属管の製造方法は、平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に金属多孔体を接合して金属接合体とする工程と、前記金属接合体を折り曲げて管状に成形する工程と、を有する金属管の製造方法、である。
図５に平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に金属多孔体を接合して金属接合体とした一例の概略図を示す。図５に示す例では、金属基材の左端に金属多孔体を接合していない部分を設けている。前記金属接合体を折り曲げて管状に成形する際には、前記金属多孔体が設けられていない部分を反対側の金属基材表面と接合すればよい。金属基材と金属多孔体との接合方法はとくに限定されず、ろう付けや拡散接合などにより行えばよい。金属管の形状は特に限定されず、横断面が円形や楕円形の円筒管にしてもよいし、横断面が矩形の扁平管にしてもよい。
【００５７】
図６に平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に金属多孔体を接合して金属接合体とした別の一例の概略図を表す。図６に示すように、金属接合体の折り曲げられる部分に前記金属多孔体が設けられていないことにより、金属多孔体が折り曲げられて骨格が潰れることを抑制することができる。図６に示す金属接合体の場合には、横断面が矩形の扁平状の金属管を好適に接合することができる。
【００５８】
（実施形態２）
本発明の実施形態に係る金属管の製造方法は、平板状の金属基材の表面の少なくとも一部に金属多孔体を接合した金属接合体を複数枚準備する工程と、前記複数の金属接合体の端部同士を接合して管状に成形する工程と、を有する金属管の製造方法、である。また、この実施形態においては、前記金属接合体の接合される端部に前記金属多孔体が設けられていないことが好ましい。
この実施形態では、例えば、図５に示す金属接合体を２枚用意し、これらを金属多孔体が向かい合うように配置して端部同士を互いに接合すればよい。このとき、前記金属接合体の接合される端部に金属多孔体が設けられていないことにより、端部を接合する際に金属多孔体が潰れることがないため好ましい。
【実施例】
【００５９】
以下、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、これらの実施例は例示であって、本発明の金属管等はこれらに限定されるものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲の範囲によって示され、特許請求の範囲の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【００６０】
［実施例１］
（金属多孔体の製造）
−導電層の形成−
樹脂成形体として、気孔率９７％、セル数１０個/インチ、気孔径約２５４０μｍ、厚さ２ｍｍのウレタン発泡体を準備し、これを２００ｍｍ×２００ｍｍ角に切断した。このポリウレタンフォームの表面にスパッタリングによってアルミニウムを目付量１０ｇ/ｍ２で成膜して導電層を形成した。
【００６１】
−溶融塩めっき−
表面に導電層を形成した前記ウレタン発泡体をワークとして、給電機能を有する治具にセットした後、アルゴン雰囲気かつ低水分（露点−３０℃以下）としたグローブボックス内に入れ、温度４５℃の溶融塩アルミめっき浴（３３ｍｏｌ％ＥＭＩＣ−６７ｍｏｌ％ＡｌＣｌ３に１，１０−フェナントロリン０．５ｇ/Ｌを添加したもの）に浸漬した。ワークをセットした治具を整流器の陰極側に接続し、対極のアルミニウム板（純度９９．９９質量％）を陽極側に接続した。
電流密度６Ａ/ｄｍ2の直流電流を６０分間印加してめっきすることにより、ウレタン発泡体表面に０．２ｇ/ｃｍ3の質量のアルミニウム膜が形成された構造体を得た。攪拌はテフロン（登録商標）製の回転子を用いてスターラーにて行った。なお、電流密度はウレタン発泡体の見かけの面積で計算した値である。
【００６２】
−樹脂の除去−
上記で得られた構造体をめっき浴から取り出し、めっき液の付着量が１５００ｍＬ/ｍ2となった状態で水洗処理を行った。水洗処理後、構造体をよく乾燥させて水分付着量が６ｍＬ/ｍ2となった状態で、露点温度−１５℃の大気下にて、６００℃で３０分、熱処理を行った。これにより樹脂が焼失し、アルミニウム多孔体（純度９９．９９質量％）が得られた。
得られたアルミニウム多孔体の骨格の表面を電子顕微鏡によって観察したところ、図７に示すように微小な凹凸が形成されていることが確認された。
【００６３】
（金属管の製造）
１０００ｍｍ×１０００ｍｍ角で厚さが１ｍｍのアルミニウム板を用意した。上記で作製したアルミニウム多孔体を１００枚用意して１００ｍｍ×１００ｍｍに加工し、前記アルミニウム板上に配置した。このとき、図５に示すようにアルミニウム板の一方の端部（１０００ｍｍ×４０ｍｍの範囲）にアルミニウム多孔体が設けられていない部分を用意し、それ以外の部分にはアルミニウム多孔体を隙間なく配置して接合し、アルミニウム接合体を得た。接合はアルミニウム合金粉末を含むろう材を用いてろう付けすることによって行った。
前記アルミニウム接合体を円筒状に変形させ、前記アルミニウム多孔体が設けられていない部分を対峙する端部のアルミニウム板部分にろう付けさせることにより金属管を製造した。
【００６４】
［実施例２］
１０００ｍｍ×１０００ｍｍ角で厚さが１ｍｍのアルミニウム板に実施例１で作製した１００ｍｍ×１００ｍｍ角のアルミニウム多孔体をろう付けしてアルミニウム接合体を得た。このとき、図６に示すようにアルミニウム板の一方の端部（１０００ｍｍ×４０ｍｍの範囲）にはアルミニウム多孔体を設けず、また、１０００ｍｍ×２０ｍｍの隙間を３箇所設けるようにアルミニウム板上にアルミニウム多孔体を配置してろう付けした。
上記の様にして得たアルミニウム接合体を、アルミニウム多孔体が内面側となるように矩形状に折り曲げ、アルミニウム多孔体が設けられていない端部を対峙する端部のアルミニウム板部分にろう付けした。これにより、断面が３０ｍｍ×４５０ｍｍの矩形で長さが１０００ｍｍの金属管が得られた。
【００６５】
［実施例３］
実施例１と同様のアルミニウム接合体を２枚用意した。これらをアルミニウム多孔体が向かい合うようにして配置し、互いのアルミニウム多孔体が設けられていない部分を対峙する端部のアルミニウム板部分にろう付けして金属管を製造した。
【００６６】
実施例１〜実施例３の金属管は表面積が極めて大きいアルミニウム多孔体を内面に有しているため、熱交換効率に優れた金属管である。
【符号の説明】
【００６７】
１１、２１、３１、４１、５１、６１    金属基材
１２、２２、３２、４２、５２、６２    金属多孔体
Ｆ        流体
Ｇ        気体
Ｌ        液体
【図１】
2015090242.tif 000003
【図２】
2015090242.tif 000004
【図３】
2015090242.tif 000005
【図４】
2015090242.tif 000006
【図５】
2015090242.tif 000007
【図６】
2015090242.tif 000008
【図７】
2015090242.tif 000009