JP2020528536A - 微細構造コーティングを有する熱交換素子および製造方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、基板とコーティングを有する熱交換素子を提供し、該コーティングは、当該熱交換素子によって定められる流路の少なくとも一部の上に存在する。コーティングは金属を有し、かつ、１００μｍまでの長さを有するスパイクを有する構造を有し；スパイクの平均長さは、コーティング全体で変化する。本発明はまた、流体へと、または、流体から熱を伝達する方法を提供し、当該方法は、本発明の熱交換素子の流路に流体を提供することを有する。本発明はさらに、本発明の熱交換素子を製造するための方法を提供し、当該方法は、基板の表面に無電解蒸着溶液を提供することを有する。本発明はさらに、熱交換素子を製造するための流動法、および、かかる方法によって取得される、または、取得可能である熱交換素子を提供する。【選択図】図３ａ

Description

発明の分野
本発明は、効率的な熱伝達を容易にする熱交換素子を提供する。本発明はまた、本発明の熱交換素子を用いて、流体へと、または、流体から熱を伝達する方法を提供する。熱交換素子（本発明の熱交換素子を含む）を製造するのに適した方法もまた、提供される（とりわけ、無電解流動蒸着法（ｅｌｅｃｔｒｏｌｅｓｓ ｆｌｏｗ ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓ））。本発明はまた、無電解流動蒸着法によって取得される、または、取得可能である熱交換素子を提供する。

発明の背景
表面（ｓｕｒｆａｃｅｓ）を横切る（ａｃｒｏｓｓ）熱の伝達は、多くの製品およびシステムにおいて重要である。かかるシステムの例としては、冷却システム（例えば、空調システムまたは冷蔵システム）および加熱システム（例えば、ボイラー）が挙げられる。かかるシステムのその他の例としては、熱回収システムが挙げられる。かかるシステムにおける熱交換用装置の典型的な構成は、熱交換素子と、かかる素子の表面と接触している流体との間の熱の伝達を伴う。熱交換素子へと熱を提供するのに、広範な範囲のソースが用いられてもよい。かかる構成の例としては、例えば、熱交換器（熱交換器への熱のソースは、熱交換器素子の裏面と接触している第２の流体である）、ボイラー、ラジエーター、冷蔵庫などが挙げられる。

したがって、非常に良好な熱伝達特性を有する熱交換素子を提供することが望まれる。とりわけ、熱交換素子であって、前記素子と接触している流体（例えば、液体）へと熱を効率的に伝達し得る前記熱交換素子を提供することが望ましい。しかしながら、表面を横切る（とりわけ、固体表面から液体への）熱伝達に関連する方法は、複雑であり、かつ、十分に理解されていない。したがって、良好な熱伝達特性を有する熱交換素子を製造すること、または、既存の表面を最適化してそれらの熱伝達特性を改善することは簡単な事項ではない。

この分野では、先行する努力がなされてきている。採用されたアプローチは、典型的には、熱伝達における使用を意図した物体の表面積を最大化することを伴っていた。

以前の研究家の中には、物体の熱伝達能力を、その表面に特別な濡れ性を提供することによって制御することを試みた者もいた。一例では、国際公開第２０１１／１４９４９４号パンフレットには、特定の液体との予め選択された接触角を有する熱交換表面が記載されている。該表面は、基板上に親水性ナノ構造を提供することによって製造される。表面ナノ構造は、基板上に酸素系ナノ材料を堆積させることによって形成され、かつ、ナノ構造は、２００〜６００ｎｍの平均二乗平均平方根粗さ、または、高さを有する。このように製造される表面は、プール沸騰実験において有用であると言われている。

その他の以前の研究家は、表面の熱伝達能力を、その上に精密に設計された（ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄ）構造を提供することによって制御することを試みた。設計された構造は、通常、シリコン製である。「Ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ ｆｌｏｗ ｂｏｉｌｉｎｇ」，Ｚｈｕ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ， Ｖｏｌ． １３８， ｐｐ ０９１５０１−１〜０９１５０１−１３に一例が見られる。シリコンマイクロピラーのアレイを有するマイクロチャンネルが提供され、かつ、流動沸騰レジーム（ｒｅｇｉｍｅ）におけ
る熱伝達を促進すると言われている。

本発明者らは、先行して、国際公開第２０１４／０６４４５０号パンフレットに記載の熱伝達に用いるための階層的ナノ構造を有するナノ粗面を提供した。制限された期間、無電解蒸着を実行することによって、基板上に階層的ナノ構造を有するコーティングが製造され得ることが見出された。典型的には、階層的ナノ構造は、１０または１００倍小さいサイズの第２のレベルの構造で被覆された第１のレベルの構造を有していた。典型的には、第１のレベルの構造は高さ５００ｎｍまでの特徴部を有し、かつ、第２のレベルの構造は高さ５０ｎｍまでの特徴部を有していた。これらの表面は、流動沸騰実験において熱伝達を達成することが示された。

上記の熱交換素子に匹敵する、または、上記の熱交換素子より良好な熱伝達特性を有し、かつ、広範な流体への熱伝達に適した熱交換素子を提供することが、本発明の目的である。改善された熱交換特性は、本発明の熱交換素子が、いっそう速く、かつ、いっそう小さい素子を介して熱ソースを冷却することを可能にし、空間および重量を節約する。

良好な熱伝達特性を有する熱交換素子を提供することに加えて、熱交換素子を製造するための方法を提供することが、本発明の目的である。熱交換素子を製造する多くの既知の方法は、面倒かつ高価である。これらの既知の方法は、通常、熱伝達における使用が意図される物体の表面積を増大させるための方法である。

「Ｓｕｒｆａｃｅ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ ｍｉｃｒｏｃｈａｎｎｅｌ ｆｌｏｗ ｂｏｉｌｉｎｇ」，Ｚｈｕ ｅｔ ａｌ， Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ， Ｖｏｌ． １３８， ｐｐ ０９１５０１−１〜０９１５０１−１３には、熱伝達表面を製造する方法の一つの先例が記載されている。かかる方法では、物体の表面積を増大させるのに、表面上でのシリコン構造の設計が用いられた。シリコン構造を設計するのに用いられる方法としては、シリコン基板のイオンエッチング、および、シリコン表面へのシリコンウエハの結合が挙げられる。

本発明者らは、先行して、熱交換素子上にコーティングを作り出すための無電解蒸着の使用について記載した（国際公開第２０１４／０６４４５０号パンフレット）。かかる場合、無電解蒸着法はナノ粗面を作り出し、かつ、該方法は、無電解蒸着溶液の浴槽中に基板を配置することを伴った。しかしながら、浴法（ｂａｔｈ ｐｒｏｃｅｓｓ）における金属の無電解蒸着は、バブル付着問題に悩まされた。基板上での金属の無電解蒸着は、通常、基板の表面において水素ガスのバブルを製造する。浴法の最中、無電解蒸着の最中に製造された水素のバブルが基板表面に付着し、かつ、コーティングがバブルの周りに生じることを引き起こすことが見出された。このことは、２つの特有の悪影響を有する。第１に、無電解蒸着法によって形成されるコーティングの凸凹構造は、バブルの存在によって崩壊し、コーティングにおける隙間、および／または、所望の凸凹構造を有さないコーティングの部分の原因となった。第２に、無電解蒸着によって形成されるコーティングは、バブルの上に形成され、コーティングの一部が基板と接触しないことをもたらした。コーティングのこれらの付着していない部分は、もろく、かつ、例えば熱交換における被覆された基板の使用の最中に経時的に基板から頻繁に剥がれることが見出された。このことは、コーティングの熱交換効率を減少させるので、望まれなかった。さらに、水素バブルによって引き起こされた基板の露出部分は、熱交換素子としての被覆された物体の使用の最中に腐食に曝された。

無電解蒸着法は、低温で凸凹構造を製造し得、製造の費用を減少させるので、熱交換コーティングを製造するために望ましいままである。無電解蒸着はまた、金属を有し、したがって良好な熱交換特性を有し、熱交換素子用のコーティングにおいて望ましいコーティ
ングを提供するのに用いられ得るので望ましい。さらに、無電解蒸着法は、液体金属の浴槽で実行される溶融亜鉛メッキ法（ガルバニック蒸着法ともいう）より必要とする材料が少ない。

安価かつ迅速に、理想的にはエネルギー費用を最小化するために低温で実行され得る方法を提供することが、本発明の目的である。そのままで既存の熱交換器上で実行され得る方法を提供し、該方法が有利なことに既存の熱交換器に本発明の熱交換素子を後付けするのに用いられてもよいようになることもまた、望まれる。さらに、熱交換素子に適したコーティング（すなわち、金属を有する凸凹コーティング）を基板に提供するための方法を提供することが、本発明の目的であり、前記方法は、無電解蒸着法の利点を有するが、上記の困難を回避する。

本発明者らは、マイクロメートルサイズ範囲の鋭利なスパイク（ｓｐｉｋｅ）を有するコーティングを有する熱交換素子であって、スパイクの長さが熱交換素子の表面にわたって変化する前記熱交換素子が、とりわけ有利な熱伝達特性を有することを見出した。本発明は、したがって、基板とコーティングを有する熱交換素子を提供し、当該熱交換素子は、流体の流れのための流路を定めており、かつ、該流路の少なくとも一部は、コーティングで被覆されており：
コーティングは金属を有し；
コーティングは、長さが１００μｍまでである複数のスパイクを有し；
コーティングは、平均スパイク長さがＳ_１である流路の端部における第１の領域と、平均スパイク長さがＳ_２である流路上にある第２の領域を有し；かつ、
Ｓ_１はＳ_２より大きい。

本発明の熱交換素子は、とりわけ、スパイク付きの表面と流体との間の効率的な熱伝達を促進することにうまく適合する。したがって、本発明は、流体へと、または、流体から熱を伝達する方法を提供し、当該方法は、熱交換素子の流路に沿って流体を通すことを有する。

本発明の熱交換素子に有されるようなコーティングは、無電解蒸着によって便宜よく形成され得る。本発明は、したがって、本発明の熱交換素子を製造するための方法をさらに提供し、当該方法は、基板の表面に無電解蒸着溶液を提供することを有する。

本発明者らはさらに、驚くべきことに、基板全体に金属イオンを有する無電解蒸着溶液を流すことが、表面から急速に水素バブルを除去し、したがって、浴法と関連付けられた蒸着コーティングのもろさ、および／または、剥がれの問題を減少させることを見出した。さらに、無電解蒸着溶液の流れは、予期せぬことに、表面からの熱伝達を促進するのに適した粗面をいまだに提供する。この知見は、流動法がコーティングの不規則な構造をもたらし、該不規則な構造がかかる良好な熱交換特性を有さないと以前は考えられてので、予期されないものである。さらに、この無電解流動蒸着法は、本発明の熱交換素子のある実施形態による異なるスパイク長さの領域を有する熱交換素子を製造することが可能であることが見出されている。とりわけ有利なことに、この無電解流動蒸着法は、そのままで、かつ、解体を伴わずに、既存の熱交換器に無電解蒸着コーティングを後付けするのに用いられてもよい。蒸着溶液は、コーティングを必要とする熱交換器のかかる部品にのみ提供され得、したがって、材料の浪費が最小化される。

本発明は、したがって、基板とコーティングを有する熱交換素子を製造するための方法を提供し：
コーティングは金属を有し；かつ、
当該方法は、基板の表面全体に無電解蒸着溶液を流すことを有する。

この無電解流動蒸着法は、凸凹コーティングを有する物体を製造し、該コーティングは金属を有する。金属を有するコーティングは、良好な熱伝導体であり、かつ、大きい表面積を有し、該大きい表面積は、熱交換素子と周囲との間の接触を増大させ、素子と周囲との間の熱伝達を促進する。したがって、この方法によって製造される熱交換素子は、熱交換における使用に適している。

本発明はまた、この無電解流動蒸着法によって取得される、または、取得可能な熱交換素子を提供する。

図１は、表面から流体への熱伝達の異なるモードを示している。 図２は、本発明の熱交換素子上のコーティングを図表で示している。図２ａは、異なる配向におけるモデルスパイクを示している。図２ｂは、基板（２）上のコーティング（１）を示している。図２ｃは、表面上のクラスターとその間の孔の配置構成を示している。図２ｄは、基板（２）上のコーティング（１）を示しており、該コーティングは、基板表面を横切る、徐々に変化する（ｇｒａｄｕａｔｉｎｇ）スパイク長さを有する。図２ｅは、基板（２）上にコーティング（１）を有する熱交換素子を図表で示しており、該コーティングは、本発明の無電解流動法によって基板上に形成されている。図２ｆは、被覆された流れチャンネルおよび被覆されていない流れチャンネルを有する熱交換素子（５）の断面を示している。 図２は、本発明の熱交換素子上のコーティングを図表で示している。図２ａは、異なる配向におけるモデルスパイクを示している。図２ｂは、基板（２）上のコーティング（１）を示している。図２ｃは、表面上のクラスターとその間の孔の配置構成を示している。図２ｄは、基板（２）上のコーティング（１）を示しており、該コーティングは、基板表面を横切る、徐々に変化するスパイク長さを有する。図２ｅは、基板（２）上にコーティング（１）を有する熱交換素子を図表で示しており、該コーティングは、本発明の無電解流動法によって基板上に形成されている。図２ｆは、被覆された流れチャンネルおよび被覆されていない流れチャンネルを有する熱交換素子（５）の断面を示している。 図３は、本発明によるコーティングのＳＥＭ画像を含んでいる。図３（ａ）は、長さが１〜３μｍのスパイクを有するコーティングを示しており；図３（ｂ）は、長さが４〜５μｍのスパイクを有するコーティングを示しており；かつ、図３（ｃ）は、長さが８〜１０μｍのスパイクを有するコーティングを示している。 図３は、本発明によるコーティングのＳＥＭ画像を含んでいる。図３（ａ）は、長さが１〜３μｍのスパイクを有するコーティングを示しており；図３（ｂ）は、長さが４〜５μｍのスパイクを有するコーティングを示しており；かつ、図３（ｃ）は、長さが８〜１０μｍのスパイクを有するコーティングを示している。 図３は、本発明によるコーティングのＳＥＭ画像を含んでいる。図３（ａ）は、長さが１〜３μｍのスパイクを有するコーティングを示しており；図３（ｂ）は、長さが４〜５μｍのスパイクを有するコーティングを示しており；かつ、図３（ｃ）は、長さが８〜１０μｍのスパイクを有するコーティングを示している。 図４は、長さがほぼ３μｍのスパイクを有する熱交換器の内側に適用されたコーティングのＳＥＭ画像である。このコーティングは、本発明の無電解流動蒸着法によって製造された。 図５は、本発明によるコーティングのＳＥＭ画像を含んでおり、該コーティングはクラスターを有する。図５（ａ）は、クラスターに配置された長さがほぼ７μｍのスパイクを有するコーティングを示している。図５（ｂ）もまた、クラスターに配置されたスパイクのコーティングを、低解像度で示している。 図６は、直径が７５μｍのワイヤーメッシュに適用された長さがほぼ７μｍのスパイクを有する、本発明によるコーティングのＳＥＭ画像である。 図７および８は、種々の異なる表面についての壁部過熱（△Ｔ_ｃ）の関数として、表面から有機冷媒への熱流束をｋＷ ｍ^−２で示している。図７では、一方の表面が研磨された表面であり、かつ、他方は本明細書で定義される無電解流動蒸着法による被覆された表面である。 図７および８は、種々の異なる表面についての壁部過熱（△Ｔ_ｃ）の関数として、表面から有機冷媒への熱流束をｋＷ ｍ^−２で示している。図７では、一方の表面が研磨された表面であり、かつ、他方は本明細書で定義される無電解流動蒸着法による被覆された表面である。 図９は、種々の冷媒流速における、本発明による被覆された（無電解流動蒸着法によって）表面および被覆されていない表面についての熱伝達係数を、Ｗ ｍ^−２Ｋ^−１で示している。 図１０は、本発明による無電解流動蒸着法によって達成されるおよそのスパイク高さ（上側の破線）とスパイクベース半径（下側の実線）を経時的に示している。 図１１は、蒸発器（熱交換器）の熱交換性能を、被覆されていない蒸発器のものと比較するのに用いられる試験リグを示している。被覆された蒸発器は、本発明による熱交換素子を提供するために本発明の無電解流動蒸着法にしたがって被覆されていた。 図１２は、図１１に示されているリグにおいて試験された、被覆された蒸発器および被覆されていない蒸発器についての熱伝達率の関数としての熱交換係数を示している。

発明の詳細な説明
表面を横切る熱伝達
添付の図面において、図１（上図）は、表面を横切り流体（この場合、液体）の中に入る熱伝達が温度とともにどのように変化するかを示している。該図は、利用可能な熱伝達のいくつかの異なるモードを示している。いっそう低温では、高温（例えば、金属）表面から流体（例えば、水）への熱伝達は、特に流体による表面の完全な濡れが存在すれば、自然対流を通して上手く作用する。熱伝達表面の温度が上昇するにつれて、バブル核の形成は、核沸騰によって熱伝達が起こることをもたらす。かかる核沸騰が始まる温度は、表面粗さ、および、強度に疎水性である領域の存在によって影響を受ける。温度がさらに上昇するにつれて、安定的な膜沸騰へと移行する。安定的な膜沸騰では、表面の隣に蒸気の層が存在しており、かつ、この膜を通る熱伝達は、伝導によって起こると考えられる。核沸騰から安定的な膜沸騰への遷移では、表面のいくつかのエリアが膜沸騰を示し、かつ、いくつかは核沸騰を示す。蒸気の熱伝導性は液体より低いので、表面を横切る熱流束は、安定的な膜沸騰の開始時に最小に到達する前は遷移沸騰領域で減少する傾向にあり、その後で温度とともに再び増大する。図１の下図もまた、表面から流体の中に入る熱流束（ｑ_ｗ）が表面過熱（表面の温度と流体の温度との間の温度差である△Ｔ_ｃ）とともにどのように変化するかを示している。

理論によって拘束されることを希望することなく、本発明の熱交換素子の利点は、コーティングの構造の種々の態様に帰すことができると推測される。

核沸騰レジームでは、熱伝達の効率に貢献する重要な要因は、コーティングにおけるスパイクの鋭利さであると信じられている。スパイクが鋭利であるほど、核沸騰による熱伝達に必要なプロセスがいっそう効率的に起こると推測され、該プロセスとしては、次の項目が挙げられる：
− スパイク先端におけるバブルの形成；
− スパイクの辺（ｓｉｄｅ）を下ってキャビティまたは孔の中へと入るバブルの移送
；
− 蒸気の追加によるキャビティまたは孔におけるバブルの成長；ならびに、
− バブルの離脱および表面の再濡れ。

本発明の熱交換素子の表面におけるスパイクは鋭利であり、したがって、上記のステップ（したがって、熱伝達）の効率的な実行を促進する。さらに、スパイクは、スパイクの先端に熱の流れを集中させ、上記のプロセスを促進する。

コーティングのさらに好ましい特徴もまた、とりわけ核沸騰レジームにおける熱伝達の改善に貢献する。これらとしては、スパイクのサイズおよび形状、スパイクの密度、表面上の孔またはキャビティのサイズならびに孔／キャビティの密度が挙げられる（孔またはキャビティは、スパイク間の空間である；これらは以下でいっそう詳細に記載される）。表面は、バブルを作り出すのに十分なスパイクの存在と、バブルを貯蔵し、かつ、成長させるのに十分な孔／キャビティの存在との間の有利なバランスを有すると信じられている。

バブル核形成は、スパイクの先端にて、または、スパイクの先端の近くで起こると信じられており、したがって、コーティングにおけるスパイクの高密度は、有利なことに、多数の核形成部位を提供し、バブルの効率的な作成を可能にする。バブルの成長の最中、熱は液体の沸騰によってバブルへと伝達されて、バブル中にガスが製造される。バブルの成長は、熱伝達に有利であり、かつ、例えば孔およびキャビティのようなバブル成長部位の存在によって促進される。

本発明のコーティングは、バブルの成長を促進するために十分大きいが、バブル核形成部位の数が妥協されるほどは大きくない孔／キャビティの密度を有する。本発明のコーティングにおける孔／キャビティのサイズもまた、効率的なバブルの成長を促進するのに適切であると信じられている。表面はまた、容易に表面からバブルを離脱させるために容易に再濡れ可能である。スパイクのサイズ、および、スパイク間の孔またはキャビティのサイズの制御は、したがって、沸騰レジームによる熱伝達を促進するのに有利であると信じられている。

本発明の熱交換素子は、前記素子によって定められる流路上の異なる領域におけるスパイクの長さのバリエーションを提供する。流路は通路であり、該通路に沿って流体が熱交換素子の表面を覆うように流れ得る。１つの領域では、流路の端部において、平均スパイク長さは、流路上の異なる点における別の領域におけるものより長い。異なる領域は、異なる種類の熱伝達に適合すると信じられている。いっそう長い平均スパイク長さを有し、したがって、いっそう深いキャビティ／孔を有する第１の領域は、熱交換素子の流路に沿って通過する流体の核沸騰の促進にいっそう良好に適合する。第２の領域は、核沸騰の促進にはあまり適合せず、かつ、熱交換素子の流路に沿って通過する流体の膜沸騰の促進にいっそう適合する。したがって、本発明の熱交換素子は、有利なことに、少なくとも２つの種類の熱伝達レジームに適合した領域を提供する。

本発明の熱交換素子の流路に沿うこれらの領域の配置構成は、流動沸騰の最中の熱伝達の促進を補助することがさらに推定される。いっそう長いスパイクの領域は、有益なことに、流路の端部（冷却されるべき流体が流路に沿ってその流れを開始するであろう場所）に配置される。核沸騰は、この領域で開始されてもよい。流体が流路に沿って流れるにつれて、それは、流路に沿ってさらに遠い効率的な膜沸騰レジームの確立を補助するであろういっそう短いスパイクの第２の領域に遭遇する。

熱交換素子
「本発明の熱交換素子」への言及は、請求項１で定義される熱交換素子を示していることが、本明細書では注目されるべきである。熱交換素子への言及は、本発明の無電解蒸着法によって形成され得る熱交換素子を示している。好ましい実施形態では、熱交換素子は、請求項１のすべての特徴を有し、かつ、本発明の熱交換素子である。

「熱交換素子」は、それ自体からその周囲へと熱を伝達するのに適した固体物体を意味する。周囲は、例えば、熱交換素子に隣接（し、かつ、通常は熱交換素子と接触）する固体または流体であってもよい。熱交換素子は、ソースから熱を吸収することが可能である。熱ソースは、例えば、熱交換素子に隣接（し、かつ、通常は熱交換素子と接触）する固体または流体であってもよい。したがって、本発明の熱交換素子は、ソースからそれ自体を介してその周囲へと熱を伝達することが可能な固体物体である。とりわけ、本発明の熱交換素子は、流体（とりわけ、液体）へと熱を伝達するのに適している。なぜなら、液体は沸騰することが可能だからである。

本発明の熱交換素子は、流体の流れのための流路を定めている。本発明の熱交換素子ではない熱交換素子もまた、流体用の流路を定めていてもよい。流路ともいわれる流体の流れのための流路は通路であり、該通路に沿って流体が熱交換素子の表面を覆うように流れ得る前記通路である。したがって、流路は、熱交換素子の露出表面の少なくとも一部を有する。熱交換素子の露出表面は、周囲と直接的に接触してもよいものである。流路は、流体がそれと接触してもよいようにするために露出しなければならない。例えば、熱交換素子がプレートの形態である場合、流路は、プレートの表面を覆うような任意の通路であってもよい。いくつかの実施形態では、流路は、熱交換素子を通過してもよい。例えば、熱交換素子は、１つ以上のチャンネル（開いたチャンネルまたは閉じたチャンネル（すなわち、チューブ）を含む）を有していてもよく、流体が素子を通って流れることを可能にし；かかる場合、流路は、熱交換素子を通る１つ以上のチャンネルの少なくとも一部を含んでいてもよい。

流路は、典型的には、熱交換素子の伝達エリアのすべて、または、一部である。「伝達エリア」は、流体であってそれへと熱が伝達されるべき前記流体（かかる流体のことを、作動流体または冷媒という）に接触してもよい熱交換素子のエリアを意味する。いくつかの実施形態では、流路は、流体であってそれへと熱が伝達されるべき前記流体（冷媒）に接触し得る熱交換素子の全表面積である。その他の実施形態では、流路は、流体であってそれへと熱が伝達されるべき前記流体に接触し得る熱交換素子の表面積の一部のみを有していてもよい。熱交換素子が、流体であってそれへと熱が伝達されるべき前記流体を運搬するためのチャンネル（または、流れチャンネル）を有する場合、いくつかの実施形態では、流路は、流れチャンネルの表面の一部を有する。その他の実施形態では、流路は、流れチャンネルの表面すべてを有する。

熱交換素子が流れチャンネルを有する場合、流路の端部は、流れチャンネルの端部に位置していてもよい。例えば、流路の端部は、流れチャンネルへの入口に位置していてもよい。代替的または追加的には、流路の端部は、流れチャンネル内（その端部ではない）に位置していてもよい（例えば、流れチャンネルへの入口から離れて）。典型的には、流路の端部は、流体であってそれへと熱が伝達されるべき前記流体によって最初に接触される熱交換器上の位置にある。典型的には、流路の端部は、流体であってそれへと熱が伝達されるべき前記流体が本明細書に記載のコーティングと最初に接触する場所に位置している。

図２ｆには、熱交換素子（５）の断面が示されている。熱交換素子（５）は、第１の流れチャンネルおよび第２の流れチャンネルを有し、各流れチャンネルは入口（３）を有する。第１の流れチャンネルはコーティング（１）を有し、基板（２）は第２の流れチャン
ネルにおいて被覆されていない。第１の流れチャンネルは、それを通る流路（４）を定めている。

流路は通常連続的であり、このことは、それが経路であってそれに沿って流体が熱交換素子と連続的に接触しながら流れ得る前記経路であることを意味する。流路は、熱交換素子の１つより多い表面（例えば、内面および外面）を有していてもよい。

流路が必ずしも、経路であってそれに沿って流体が流れるように方向付けられる前記経路を構成するわけではないことは注目されるべきである。むしろ、流路は、流体が接触し得（、したがって、流体がそれを覆うように流れ得）る熱交換素子の露出表面の少なくとも一部を構成する。

熱交換素子（例えば、本発明の熱交換素子）は、製品に組み込まれていてもよい。本発明の一実施形態では、熱交換素子は、熱交換器に組み込まれている。本発明の別の実施形態では、熱交換素子は、空調ユニット、冷蔵庫、熱回収システム、ラジエーター、熱シンク、太陽熱収集器、ボイラーまたは熱交換器（例えば、ミニ熱交換器またはマイクロチャンネル熱交換器のような）に組み込まれている。

コーティング
熱交換素子は、熱交換素子からの熱伝達を促進するコーティングを有する。熱交換素子は、したがって、コーティングを介して効率的にその周囲へと熱を伝達し得る。したがって、典型的には、熱交換素子のコーティングは、熱交換素子の熱伝達表面上に存在する。熱伝達表面は、周囲へと熱を伝達するのに適した熱交換素子の表面である。熱伝達表面は、直接的または間接的に周囲と接触していてもよく；例えば、熱伝達表面は、その上にそれを周囲との直接的な接触から分離する１つ以上の層を有していてもよい。典型的には、コーティングは、熱伝達表面の直上に存在する。

熱交換素子の露出表面は、周囲に露出した表面である。典型的には、コーティングの少なくとも一部は露出表面である。しかしながら、いくつかの実施形態では、コーティング上にさらなる層が存在し、さらなる層が露出表面を形成するようになっている。

本発明の熱交換素子では、流路の少なくとも一部が、コーティングで被覆されている。いくつかの実施形態では、流路全体がコーティングで被覆されている。この実施形態は、熱交換素子が流路と接触している（例えば、流路に沿って流れている）流体への熱伝達を最大化することを可能にするので好ましいであろう。

コーティングはまた、熱交換器上のどこに存在していてもよい（すなわち、流路に沿っていなくてもよい）。有利なことに、コーティングは、流体へと熱を伝達するための熱交換素子のかかる部分の上にだけ存在していてもよい。このことは、材料の浪費を最小化する。

コーティングは連続的なコーティングであってもよく、基板の被覆された部分（単数）または部分（複数）全体が、コーティングで覆われている。代替的には、コーティングは非連続的であってもよく、コーティングが基板上に存在していない基板の被覆された部分上のコーティングに隙間が存在するようになっている。好ましくは、コーティングは、図２ｂに示されているように連続的なコーティングである。

本発明の熱交換素子では、コーティングはスパイクを有する。しかしながら、コーティングの材料すべてが、必ずしもスパイク状に配置されるわけではなく；コーティングはまた、基板表面を覆うように分配された材料を有していてもよい。したがって、連続的なコ
ーティングは、スパイクが隙間なく隣り合って配置されることを必要としない。

本発明の熱交換素子では、コーティングは複数のスパイクを有する。「スパイク」は、構造の一端においていっそう厚い部分を有し、構造の他端においていっそう薄い部分へと先細りする構造を意味する。スパイクは、したがって、尖った頂部を有する構造または先細り構造として記載されてもよい。スパイクの最も厚い部分（ベース）は、典型的には、基板に最も近いスパイクの端部にあり、かつ、構造の最も薄い部分（先端）は、典型的には、基板から最も遠いスパイクの端部にある。

スパイクのベースは、スパイクの最も短い辺の端部を横切るスパイクの最小断面として定められている。例えば、スパイクが平坦な表面に対して直角に延びているときには、スパイクのすべての辺（すなわち、スパイクの一端から他端までの距離）は、同じ長さを有するであろうし、かつ、スパイクの先端はベースと直角を形成する線に沿う。スパイクのベースは、したがって、その基板との接触面におけるスパイクの断面である。このことは、図２ａにおける左側の画像に示されている。しかしながら、スパイクが平坦な表面から４５°にて延びているときには、その先端は、まったくもってベースの上になくてもよい。かかる場合、基板からスパイク先端へと測定されるスパイクの辺の長さは、それらが測定される場所によって変化するであろう。スパイクのベースは、したがって、最も短い辺のベースに位置し、かつ、ベースに対して４５°傾いている（図２ａの右側の画像）。

スパイクは、通常、略円錐状である。すなわち、スパイクは、円形ベースと、ベースに対して直角に延びる軸線に沿う先端を有する、円錐に近似していてもよい。略円形ベースは、ありのままのベースを含む最小の円であるようにとられる。
・ スパイクの長さは、この略円錐形における円形ベースの中心からスパイク先端までの距離であるようにとられる。
・ スパイクのベース半径は、略円形ベースの半径である。
・ 円錐角は、スパイク先端において測定される、円錐の辺がその中心軸線となす角度である。

コーティングは、長さが１００μｍまでの複数のスパイクを有する。概して、コーティングは、少なくとも１μｍの長さを有するスパイクを有する。コーティングはまた、概して、５０μｍまでの長さを有するスパイクを有する。したがって、典型的には、コーティングは、少なくとも１μｍであり、かつ、５０μｍを越えない長さを有する複数のスパイクを有する。好ましくは、スパイクは、１〜１５μｍ（例えば、２〜１０μｍ（例えば、３、４、５、６または７μｍ））の長さを有する。

複数のスパイクにおけるスパイクの円錐角は、典型的には小さい。円錐角は概して、４０°より小さい。いくつかの実施形態では、円錐角は、２°〜３０°（例えば、約５°または約１０°または約２０°）である。円錐角の文脈では、近似値は±５°（例えば、±２°）だけ変化してもよい。

スパイクの円錐角は、スパイク長さに関わらず上記で特定された範囲内に留まる。したがって、複数のスパイクにおけるスパイクのスパイクベース半径は、スパイク長さとともに増大する。典型的には、スパイクベース半径は、５μｍ未満である。例えば、スパイクベース半径は、０．０５μｍ〜３μｍであってもよく、好ましくは、０．１μｍ〜２μｍまたは０．２μｍ〜１μｍである。いくつかの実施形態では、スパイク長さは１〜１５μｍであり、かつ、スパイクベース半径は０．２〜３μｍである。いくつかの実施形態では、スパイク長さは１〜１０μｍであり、かつ、スパイクベース半径は０．１〜２μｍである。いくつかの実施形態では、スパイク長さは２〜１０μｍであり、かつ、スパイク半径は０．２μｍ〜１μｍである。

スパイク長さ、円錐角およびスパイクベース半径はすべて、コーティングのＳＥＭ画像をとり、かつ、かかる画像において観察されるスパイク（単数）またはスパイク（複数）に略円錐をフィッティングすることによって計算されてもよい。フィッティングは、目によって、または、コンピューターモデリングによって行われてもよい。

スパイクは概して、互いに近くに配置される。コーティングにおけるスパイクの密度（すなわち、単位面積あたりのスパイクの数）は、通常、スパイクベース半径とともに変化するであろう。なぜなら、いっそう小さいベース半径は、スパイクがいっそう密集することを可能にするであろうからである。概して、コーティングは、１００μｍ^２あたり５つ以上（例えば、１００μｍ^２あたり少なくとも１０個または１００μｍ^２あたり少なくとも２０個）のスパイクを有する。スパイクのベース半径はまた、スパイクの密度について大まかな上限を課す；しかしながら、スパイクがクラスター状に配置される場合（下記参照）、スパイクの密度は増大してもよい。したがって、概して、コーティングは、１００μｍ^２あたり５００個を越えない数（例えば、１００μｍ^２あたり２００個を越えない数）のスパイクを有する。好ましくは、コーティングは、１００μｍ^２あたり５〜５００個（例えば、５〜２００個）のスパイクを有する。

コーティングは、平均スパイク長さがＳ_１である第１の領域と、平均スパイク長さがＳ_２である第２の領域を有する。「平均スパイク長さ」は、「中間スパイク長さ」を意味する。平均スパイク長さは、ある領域における各スパイクの長さを確立し、かつ、それから中間を計算することによって計算されてもよい。いっそう便宜には、平均スパイク長さは、ある領域におけるスパイクの代表的サンプルに基づいて計算されてもよい。Ｓ_１およびＳ_２は、１００μｍまでのまでの値をとってもよい。Ｓ_１およびＳ_２は概して、少なくとも１μｍである。また、Ｓ_１およびＳ_２は概して、５０μｍ以下である。したがって、典型的には、Ｓ_１およびＳ_２は、少なくとも１μｍであり、かつ、５０μｍを越えない。好ましくは、Ｓ_１およびＳ_２は、１〜１５μｍ（例えば、２〜１２または２〜１０μｍ）である。

「領域」は、基板の表面上のコーティングのエリアを意味する。領域は、典型的には、少なくとも２０μｍ^２のエリア（例えば、少なくとも５０μｍ^２のエリア）である。

第１の領域における平均スパイク長さ（Ｓ_１）は、第２の領域における平均スパイク長さ（Ｓ_２）より大きい。典型的には、Ｓ_２はＳ_１の９５％以下である。いくつかの実施形態では、Ｓ_２はＳ_１の９０％以下（例えば、Ｓ_２の８０％以下）である。通常、Ｓ_２はＳ_１の少なくとも１０％（例えば、Ｓ_１の少なくとも４０％）である。例えば、Ｓ_２は、Ｓ_１の１０％〜Ｓ_１の９５％またはＳ_１の５０％〜９０％であってもよい。

Ｓ_１は、１００μｍまでであってもよい。概して、Ｓ_１は１〜５０μｍである。好ましい実施形態では、Ｓ_１は１〜２０μｍ（例えば、２〜１５μｍ）である。Ｓ_２は、１００μｍまでであってもよい。概して、Ｓ_２は０．１〜５０μｍである。好ましい実施形態では、Ｓ_２は０．２〜１０μｍ（例えば、０．５〜１０μｍ）である。一実施形態では、Ｓ_１は１〜２０μｍであり、かつ、Ｓ_２は０．２〜１２μｍである（例えば、Ｓ_１は２〜１２μｍであり、かつ、Ｓ_２は０．５〜１０μｍである）。いくつかの実施形態では、Ｓ_１とＳ_２との間の差は０．１μｍ以上（例えば、０．５μｍ以上または１μｍ以上）である。例えば、Ｓ_１とＳ_２との間の差は０．１〜５μｍであってもよい。

第１の領域は、熱交換素子によって定められる流路の端部に配置されている。例えば、流路が熱交換器を通る流れチャンネル（例えば、チューブ）を有する場合、第１の領域は、流れチャンネルの端部に配置されていてもよい。しかしながら、いくつかの実施形態で
は、流路は、かかる流れチャンネルの端部から正確に始まらなくてもよく、したがって、第１の領域は、流れチャンネルのいくぶんか内部に配置されていてもよい。第２の領域は、流路上の第１の領域とは別の場所に配置されている。例えば、第２の領域は、流れチャンネルの中心に向かって配置されていてもよい。

第１および第２の領域は、互いから隔離されていてもよい。例えば、本発明の熱交換素子では、第１および第２の領域は、異なるプレートもしくはフィンの上に、または、異なる流れチャンネルの中に配置されていてもよい。すなわち、本発明のいくつかの実施形態では、第１および第２の領域は、コーティングの非接続部分に存在していてもよい。本発明のその他の実施形態では、第１および第２の領域は、コーティングの同一の部分に配置されていてもよい。

具体的な実施形態では、本発明の熱交換素子はコーティングを有し、該コーティングは、流路の端部に平均スパイク長さがＳ_１である第１の領域を有し、かつ、平均スパイク長さは、第１の領域から始まる流路の少なくとも一部に沿って減少する。この実施形態では、第２の領域は、流路の前記一部に沿う任意の領域（第１のもの以外）であってもよい。この実施形態の好ましい態様では、平均スパイク長さは、流路の少なくとも一部に沿って累進的（ｇｒａｄｕａｔｅｄ）であり、最長平均スパイク長さが流路の端部において生じ、かつ、平均スパイク長さがかかる端部から離れる方向に流路に沿って減少するようになっている。この態様は、図２ｄに示されている。本発明のこの態様によるコーティングは、本発明の方法によって便宜に達成されてもよい。例えば、基板が無電解蒸着溶液に曝露される時間は、溶液の中に基板を非常にゆっくり浸すことによって、流路に沿って変化してもよい。代替的には、流路に沿って変化する濃度勾配を有する無電解蒸着溶液が、基板に提供されてもよい。

したがって、一実施形態では、平均スパイク長さは、流路の全部または一部に沿って累進的である。「累進的」は、平均スパイク長さが階段状変化ではなく、一定の方向における（すなわち、漸進的または漸増的な）変化を示していることを意味する。例えば、流路に沿う一連の隣接する位置において測定される平均スパイク長さは、各位置において連続的にいっそう大きくてもよい。この実施形態の一態様では、平均スパイク長さは、流路の一端から別の端部に向かって増大する。流路が流れチャンネルまたは流れチャンネルの一部と一致する場合、平均スパイク長さは、流れチャンネルの一端から別の端部に向かって増大してもよい。

本発明の熱交換素子のコーティングは、平均スパイク長さがＳ_３である第３の領域を有していてもよい。第３の領域は、一例では、熱交換素子によって定められる流路上にあってもよい。Ｓ_３は、１００μｍまでであってもよい。概して、Ｓ_３は１〜５０μｍである。好ましくは、Ｓ_３は１〜２０μｍ（例えば、１〜１５μｍ（例えば、２〜１２または２〜１０μｍ））である。

第３の領域における平均スパイク長さ（Ｓ_３）は、典型的には、第１の領域（Ｓ_１）と同様の桁のものであり、かつ、第２の領域における平均スパイク長さ（Ｓ_２）より大きい。典型的には、Ｓ_２はＳ_３の９５％以下である。いくつかの実施形態では、Ｓ_２はＳ_３の９０％以下（例えば、Ｓ_３の８０％以下）である。通常、Ｓ_２はＳ_３の少なくとも１０％（例えば、Ｓ_３の少なくとも４０％）である。例えば、Ｓ_２は、Ｓ_３の１０％〜Ｓ_３の９５％またはＳ_３の５０％〜９０％であってもよい。Ｓ_３は、典型的には、Ｓ_１の９５〜１０５％（例えば、９９〜１０１％）である。

一実施形態では、第３の領域は、流路の端部に配置されている。この実施形態では、コーティングは、流路の端部に平均スパイク長さがＳ_１である第１の領域を有し、流路上に
平均スパイク長さがＳ_２である第２の領域を有し、かつ、流路の別の端部に平均スパイク長さがＳ_１である第３の領域を有し、Ｓ_１はＳ_２より大きい。Ｓ_１およびＳ_２は、上記で定義されたようなものであってもよい。この実施形態では、平均スパイク長さは、流路に沿った累進的減少および累進的増加を示している。

コーティングに有される複数のスパイクは、鋭利な先端を有する。上記で説明されたように、スパイクの鋭利さは、核沸騰を促進する。したがって、スパイクは、通常は先端が薄い。概して、スパイクの先端における厚さは、１００ｎｍ以下である。このことは、スパイクの端部にて（および略円錐の先端にて）生じるスパイクの最大直径が、１００ｎｍ以下であることを意味する。例えば、スパイクの先端における厚さは、０．１〜１００ｎｍであってもよい。好ましくは、スパイクの先端における厚さは、６０ｎｍ以下である。例えば、スパイクの先端における厚さは、１〜５０ｎｍであってもよい。

本発明のいくつかの実施形態では、スパイクはクラスター状に配置される。本発明は、したがって、本明細書に記載の基板とコーティングを有する熱交換素子を提供し、コーティングは、１つ以上のクラスター状に配置された複数のスパイクを有する。各クラスターは、２つ以上のスパイクを有する。クラスターを有する熱交換素子を用いて、とりわけ良好な熱伝達効率が観察された。

クラスターにおける２つを越えるスパイクの数は、特に限定されない。好ましくは、クラスターは、５つ以上のスパイクを有する。典型的には、クラスターは、５〜５００個のスパイクを有する。

クラスターは、典型的には、スパイクの花のような配置構成である。クラスターは、ノードから突き出た２つ以上のスパイクを有する。ノードは、そこからかかるクラスターのスパイクが外側に突き出ているコーティング材料の容量（ｖｏｌｕｍｅ）である。ノードは、形状が略球体または半球体であってもよい。スパイクは、ほぼ放射状の様式で（すなわち、大まかには球形または半球形ノードの半径に沿う方向にて）ノードから突き出ている。しかしながら、半径方向の配向における有意なズレが考えられ得、したがって、各スパイクは、球体または半球体の半径に完全には沿わなくてもよい。図２ｃには、クラスターとノードが示されている。

ノードは、通常、５０μｍまでの直径（ノードに近似する球体または半球体の直径に相当する）を有していてもよい。概して、ノードの直径は、０．０５〜５０μｍ（例えば、０．１〜２０μｍまたは０．５〜１０μｍ）である。ノードが非常に小さい場合、それは、いっそう便宜には、そこからスパイクが突き出る点として考えられてもよい。

クラスターは、高さと直径を有するものとして記載されていてもよい。高さは、基板に対して垂直である最長距離である。直径は、クラスターの垂直上方から見た時ときにクラスターを囲む基板の平面における最小の円の直径である。クラスターの高さと直径は、クラスターを有するコーティングのＳＥＭ画像をとり、かつ、目によって、または、コンピューターモデリングを介してそれに高さと直径をフィッティングすることによって決定されてもよい。

クラスターの直径は、概して、２００μｍ未満である。クラスターの直径は、典型的には、１〜２００μｍである。好ましくは、クラスターの直径は２〜１００μｍであり、いっそう好ましくは、５〜５０μｍまたは１０〜５０μｍ（例えば、１０〜４０μｍ）である。

クラスターの高さは、概して、２００μｍ未満である。クラスターの高さは、典型的に
は、０．５〜１５０μｍである。好ましくは、クラスターの高さは１〜１００μｍであり、いっそう好ましくは、２〜５０μｍ（例えば、５〜３０μｍ）である。

クラスターの密度（すなわち、単位面積あたりのクラスターの数）は、クラスター直径とともに変化するであろう。コーティングがクラスターを有する場合、クラスターの密度は、概して、１００μｍ^２あたり１００個のクラスターまでである。好ましくは、クラスターの密度は、１００μｍ^２あたり０．５〜５０個のクラスター（例えば、１００μｍ^２あたり１〜２５個のクラスター）である。

コーティングがクラスターを有する場合、第１の領域は、第２の領域より高密度のクラスターを有していてもよい。同様に、コーティングがクラスターを有する場合、第１の領域におけるクラスターの平均直径は、第２の領域におけるクラスターの平均直径より大きくてもよい。この文脈における平均直径は、中間直径を意味する。平均クラスター直径は、ある領域における直径を確立し、かつ、それから中間を計算することによって計算されてもよい。いっそう便宜には、平均クラスター直径は、ある領域におけるクラスターの代表的サンプルに基づいて計算されてもよい。

コーティングにおけるスパイクおよび／またはクラスターの存在は、キャビティおよび孔を生じさせる。「孔」は隣接するクラスター間の空間を意味し；「キャビティ」は、隣接するスパイク間の空間を意味する。キャビティは、したがって、典型的には、孔より小さい。孔の形状は、特に限定されない。孔は、深さ、幅および長さを有するものとして記載されてもよい。孔の深さは、基板に最も近い孔の一部から隣接するクラスターの最大高さまでの最大距離（基板に対して垂直方向における）である。孔の長さは、基板表面の平面における孔の最大直線範囲である。孔の幅は、孔の平面におけるその長さに対して垂直である最大直線範囲である。表面のその他の特徴と同様に、これらのパラメーターは、コーティングのＳＥＭ画像をとり、かつ、目によって、または、コンピューターモデリングを介してパラメーターをフィッティングすることによって決定されてもよい。

概して、孔の深さは、隣接するクラスターの高さにほぼ等しい。したがって、孔の深さは、概して、２００μｍ未満である。孔の深さは、典型的には、０．５〜１５０μｍである。好ましくは、孔の深さは１〜１００μｍであり、いっそう好ましくは、２〜５０μｍ（例えば、５〜３０μｍ）である。

概して、孔の長さは、５００μｍ未満である。孔の長さは、典型的には、２〜２５０μｍである。好ましくは、孔の長さは、１０〜１００μｍ（例えば、２０〜８５μｍ）である。

概して、孔の幅は、１００μｍ未満である。孔の幅は、典型的には、０．５〜５０μｍである。好ましくは、孔の幅は、１〜２５μｍ（例えば、４〜２０μｍ）である。

異なる種類のコーティング（例えば、スパイク長さが変化する、または、クラスターの有無）が、異なる流体への最も効率的な熱伝達に適合してもよいことが推測される。スパイクおよびキャビティ／孔の密度ならびにそれらのサイズは、バブル形成の密度、および、かかるバブルがその中へと移動し、かつ、その中で成長する部位を決定する。このことは、熱伝達特性に影響を与える。クラスターの存在は孔を提供し、したがって、クラスターを有する熱交換素子は、流体であってそれへと熱がいっそう大きいバブルの形成および成長によって効率的に伝達されてもよい前記流体への熱伝達に最も良好に適合する。したがって、本発明の熱交換素子におけるコーティングは、異なる熱伝達特性を有する広範な異なる流体への最適化された熱伝達を提供するように変化してもよい。流体としては、有機冷媒、水、液体Ｎ_２またはＣＯ_２などのような種々の種が挙げられてもよい。例えば、
有機溶媒としては、ハイドロフルオロオレフィン（ＨＦＯ）、ハイドロフルオロカーボン（ＨＦＣ）、フルオロカーボン（ＦＣ）およびハイドロカーボンが挙げられてもよい。別の例示的な流体は、アンモニアである。

熱交換素子におけるコーティングの厚さは、特に限定されない。コーティングの厚さは、基板からコーティング材料の縁部までの最大垂直距離（ｔｈｅ ｌａｒｇｅｓｔ ｐｅｒｐｅｎｄｉｃｕｌａｒ ｄｉｓｔａｎｃｅ）として定められていてもよい。典型的には、コーティングの厚さは、少なくとも１μｍ（例えば、少なくとも２μｍ）である。概して、コーティングの厚さは、２００μｍ以下である。好ましくは、コーティングの厚さは、１μｍ〜１００μｍ（例えば、２〜５０μｍ）である。一実施形態では、本発明は、コーティングの厚さが１０μｍ以上の熱交換素子を提供する。別の実施形態では、本発明は、コーティングの厚さが２〜５０μｍである熱交換素子を提供する。

基板の単位面積あたりのコーティングの正確な重量は、コーティングの構造およびその中の材料に依存するであろう。概して、基板の単位面積あたりのコーティングの重量は、少なくとも１０ｇ ｍ^−２である。概して、基板の単位面積あたりのコーティングの重量は、９００ｇ ｍ^−２を越えない。通常、基板の単位面積あたりのコーティングの重量は、２０〜５００ｇ ｍ^−２（好ましくは、３０〜４００ｇ ｍ^−２）である。

コーティングは、１つ以上の金属を有する。概して、コーティングは、１つ以上の遷移金属を有する。好ましくは、コーティングは、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケルおよび銅のうちの１つ以上を有する。好ましい実施形態では、コーティングは、銅、ニッケルまたは銅およびニッケルの合金を有する。本発明のとりわけ好ましい実施形態では、コーティングは銅を有する。別のとりわけ好ましい実施形態では、コーティングは、銅およびニッケルの合金を有する。

コーティングは、通常、金属含有率が高い（すなわち、それは主に金属製である）。通常、コーティングは、コーティングの重量の少なくとも５０％だけ金属を含有している。好ましい実施形態では、コーティングは、コーティングの重量の少なくとも７０％だけ金属を含有している。本発明の一実施形態では、コーティングは、コーティングの重量の８０％だけ金属を含有している。とりわけ好ましい実施形態では、コーティングは、非常に高い金属含有率（例えば、コーティングの重量の少なくとも９０％または少なくとも９９％）を有する。

上記の構造および特性を有する本発明の熱交換素子のコーティングは、無電解蒸着によって便宜に取得されてもよい。したがって、本発明の一実施形態では、コーティングは、無電解蒸着によって取得可能である。この実施形態のある態様では、コーティングは、無電解蒸着によって取得される。例えば、コーティングは、典型的には、本明細書で定義される無電解流動蒸着法によって取得されるか、または、取得可能である。

本発明の一実施形態では、コーティングは、コーティング上に１つ以上（例えば、１つまたは２つ）の表面層を有する。「表面層」は、コーティングの表面上にある材料の層を意味する。表面層は、したがって、基板と接触しているコーティングの側とは逆のコーティングの側にある材料の層である。

表面層の材料は、特に限定されない。例えば、表面層は、１つ以上の金属または１つ以上の高分子を有していてもよい。表面層は、１つ以上の疎水性材料および／または１つ以上の親水性材料を有して、熱交換素子の濡れ性を調整していてもよい。表面層は、１つ以上の保護材料を有して、コーティングを損傷または不快な冷媒（例えば、アンモニア）の影響から保護していてもよい。

好ましくは、表面層は１つ以上の遷移金属（とりわけ、ニッケルまたはチタン）を有する。好ましい実施形態では、表面層は、ニッケル、チタンまたはニッケルおよび／もしくはチタンを有する合金から構成される。好ましくは、表面層はニッケル層である。典型的には、遷移金属を有する表面層は、熱交換素子の露出表面上にある（すなわち、それは、流路に沿って流れる流体と直接的に接触する）。

典型的には、単一の表面層（好ましくは、上記の遷移金属を有する単層）が存在する。

表面層は、コーティングの有利な構造を保存するために薄い層である。概して、存在するあらゆる表面層の総厚は５００ｎｍ以下である。例えば、存在する表面層の総厚は１〜２５０ｎｍ（例えば、１０〜２００ｎｍ）であってもよい。

基板
基板は固体物体である。基板は概して、本発明による後で被覆される典型的な熱交換素子もしくはその一部または熱交換器もしくはその一部の形態をとる。

適切な基板の例としては、シェルアンドチューブ熱交換器、プレート熱交換器、ブレージングプレート熱交換器、ガスケット付き熱交換器、プレートアンドシェル熱交換器、断熱ホイール熱交換器、プレートフィン熱交換器、ピロープレート熱交換器、流体熱交換器、ダイナミック掻き表面熱交換器、ミニ熱交換器およびマイクロチャンネル熱交換器が挙げられる。適切な基板のその他の例としては、熱交換器の一部であるフィン、プレート、コイルまたはチューブのような熱交換器の部品が挙げられる。適切な基板のさらに他の例としては、ボイラー、空気調節装置、冷蔵庫、ラジエーター、熱シンク、太陽熱収集器もしくはその他のタイプの伝熱コンポーネントへの組み込みに適した、熱交換器または交換器の部品が挙げられる。

基板は、好ましくは、熱の伝導体である。基板は、したがって、金属を有していてもよい。一実施形態では、基板は、金属製または金属合金を含む金属物体である。例えば、基板は、炭素鋼、オーステナイト系ステンレス鋼、マルテンサイト鋼、アルミニウムおよびその合金（例えば、アルミニウムブロンズ、アルミニウムシリコンなど）、銅およびその合金、チタンならびにジルコニウムのうちの１つ以上でできた熱交換素子のような物体であってもよい。好ましくは、基板は、ステンレス鋼もしくはチタンを有する物体であり、または、基板は、ステンレス鋼もしくはチタンからなる。これらの金属は、腐食しにくいので好ましい。

基板は、非金属製であり、かつ、シリコンまたは窒化ガリウムのような半導体を有していてもよい。それは、例えば、高い伝熱性を有する炭素複合体を有していてもよい。一実施形態では、基板は、炭素複合体でできていてもよい。

基板は、１つ以上の外層を有していてもよい。熱交換素子（本発明の熱交換素子）では、外層が存在する場合、基板の外層の全部または一部が、基板の本体とコーティングとの間に配置されている。一実施形態では、基板の本体およびコーティングに接触している単一の外層が存在する。その他の実施形態では、２つ以上の外層が存在する。

典型的には、外層が存在すれば、単一の外層が存在する。いっそう好ましくは、基板がコーティングと直接的に接触するように、外層は存在しない。

用いられる時、外層は、典型的には、１つ以上の金属または金属合金を有する。例えば、外層は金属層であってもよい。外層は、とりわけ外層がチタン、ニッケルまたはステン
レス鋼を有する場合に、基板の腐食しにくさを改善するのに有用である。外層はまた、本発明の熱交換素子の製造の最中にコーティングの形成を改善し、かつ、熱交換素子における基板へのコーティングの付着を改善するであろう。

熱交換素子は、その表面からその表面と接触している流体へと熱を伝達するのに適している。上記で説明されたように、コーティングの構造は、液体の核沸騰および／または膜沸騰による効率的な熱伝達を促進し、したがって、本発明の熱交換素子は、液体への熱の伝達にとりわけ適している。しばしば、したがって、基板は、液体へと熱を伝達するのに適した物体、または、液体へと熱を伝達するように適合した物体である。いくつかの実施形態では、基板は、液体への熱の伝達のために設計された、熱交換素子、熱交換器または熱交換器の一部である。一実施形態では、基板は、液体へと熱を伝達するのに適した熱交換器である。

本発明の具体的な実施形態では、熱交換素子は、流体から流体への熱伝達（例えば、ガスから液体への熱伝達または液体から液体への熱伝達）に適していてもよい。したがって、基板は、流体から流体への熱伝達（例えば、ガスから液体への熱伝達または液体から液体への熱伝達）のために設計された、熱交換器または熱交換器の一部であってもよい。

流体（例えば、液体）への熱の伝達に適した熱交換素子は、流体に接触するのに適した表面（単数）または表面（複数）を有する。流体であってそれへと熱が熱交換素子によって伝達される前記流体は、「作動流体」または「冷媒」と呼ばれてもよい。典型的には、流体（例えば、液体）への熱の伝達に適した熱交換素子は、流体であってそれへと熱が伝達されるべき前記流体を運搬するのに適した１つ以上の流れチャンネルを有するが、必ずしもそうでなければならないわけではない。典型的には、したがって、基板は、流体（例えば、液体）であってそれへと熱が伝達されるべき前記流体を運搬するのに適した１つ以上の流れチャンネルを有するが、必ずしもそうでなければならないわけではない。

流体であってそれから熱が熱交換素子へと伝達される前記流体は、「熱伝達流体」または「加熱流体」と呼ばれてもよい。流体（例えば、液体）から熱を受け取るのに適した熱交換素子は、典型的には、流体から熱交換素子への熱の伝達に適した１つ以上の流れチャンネルを有する。したがって、典型的には、基板は、液体であってそれから熱が基板へと伝達されてもよい前記液体を運搬するのに適した１つ以上の流れチャンネルを有するが、必ずしもそうでなければならないわけではない。

本発明の一態様では、熱交換素子（例えば、本発明の熱交換素子）は、流体から流体への熱交換器（好ましくは、流体から液体への熱交換器（例えば、ガスから液体もしくは液体から液体への熱交換器））またはその一部である。典型的には、したがって、基板は、流体（例えば、液体）であってそれから熱が基板へと伝達されてもよい前記流体を運搬するのに適した１つ以上の流れチャンネルと、流体（好ましくは、液体）であってそれへと熱が基板から伝達されてもよい前記流体を運搬するのに適した１つ以上の流れチャンネルを有する。

「流れチャンネル」は、チャンネルであってそれに沿って流体が基板を通過し得る前記チャンネルを意味する。流れチャンネルは１つ以上の開口部を有し、該開口部を介して、流体が流れチャンネルの中に入ってもよく、かつ／または、流れチャンネルから外に出てもよい。かかる開口部は、入口と呼ばれてもよい。ほとんどの構成では、流れチャンネルは、その長さに沿ったすべての側で囲まれており（すなわち、チューブ）、かつ、１端または両端に開口部を有する。しかしながら、当業者であれば、流れチャンネルのその他の構成が考え得ることを把握するであろう。

熱交換素子の一実施形態では、流路は流れチャンネルを有し、かつ、コーティングは前記流れチャンネルの表面の少なくとも一部の上に存在している。典型的には、コーティングは、流れチャンネルの表面を実質的に覆っている。流れチャンネルの表面は、流れチャンネルの内面を意味する。流れチャンネルの内面は、流れチャンネルを通って流れる流体と接触するであろう。流路は、完全に流れチャンネルの中にあってもよい。すなわち、流れチャンネルは、流路を越えて延びていてもよい。代替的には、流路は、流れチャンネルへの１つ以上の開口部（入口）へと、または、流れチャンネルへの１つ以上の開口部（入口）を越えて延びていてもよい。

コーティングは冷媒（例えば、液体）への熱伝達を促進するのにとりわけ有用であるので、コーティングは、有利なことに、素子の使用中に冷媒が接触するであろう表面（単数）または表面（複数）（例えば、流れチャンネルの表面）上に存在する。材料の浪費を回避するために、コーティングは、冷媒に接触していてもよい熱交換素子の表面（単数）または表面（複数）上にのみ存在していてもよい。

熱交換素子は、表面上に存在するコーティングを有さない１つ以上の流れチャンネルを有していてもよい。かかる被覆されていない流れチャンネルは、熱交換素子が使用中であるときに熱伝達流体を運搬するのに有用であろう。熱伝達流体用のかかる流れチャンネルは、本明細書では「第１の流れチャンネル」と名付けられている。典型的には、熱交換素子は、熱伝達流体が熱交換素子を介して冷媒へと熱を伝達し得るように配置されている。

本発明の熱交換素子が流れチャンネルの表面上に存在するコーティングを有する流れチャンネルを有する場合、第１の領域（その中では平均スパイク長さＳ_１を有する）および第２の領域（その中では平均スパイク長さＳ_２を有する）は両方とも、流れチャンネル内に配置されていてもよい。代替的には、一方の領域が流れチャンネルに配置され、かつ、他方はそうでなくてもよい。一実施形態では、第１の領域は、流れチャンネルへの入口に、または、流れチャンネルへの入口の近くに配置されており、かつ、第２の領域は、第１の領域より入口から離れて配置されている。例えば、第１および第２の領域が流れチャンネル内にある場合、コーティングは、入口または入口の近くにおいていっそう長いスパイクを有し、かつ、流れチャンネルに沿っていっそう遠くにいっそう短いスパイクを有していてもよい（例えば、スパイク長さは、入口または入口の近くからチャンネルに沿ったいっそう遠い点まで徐々に減少してもよい）。この実施形態による熱交換素子は、本発明の方法によって便宜に製造されてもよい。

本発明の好ましい実施形態では、熱交換素子は、冷媒へと（好ましくは、液体冷媒へと）熱を伝達するのに適している。熱交換素子が使用中であるとき、それは、１つ以上の冷媒を有していてもよく；例えば、冷媒は、熱交換素子における１つ以上の流れチャンネルに存在していてもよい。したがって、一実施形態では、本発明は、冷媒を含有する熱交換素子を提供する。すなわち、本発明は作動熱交換素子を提供し、該作動熱交換素子は、本発明の熱交換素子と冷媒を有する。この実施形態のさらなる態様では、熱交換素子はまた、熱伝達流体を有する（例えば、熱交換素子の１つ以上の流れチャンネルに）。

冷媒は、熱を受け取るのに適した流体（好ましくは、液体）である。ＣＯ_２、窒素、アンモニア、水、水溶液、ＣＦＣのようなハロゲン化アルカンを含む有機液体および硫黄系冷媒を含む、広範な種類の液体が適切である。熱伝達流体は、熱交換素子へと熱を提供することが可能な流体（通常は、液体）である。水および有機液体（例えば、油）を含む、広範な種類の液体が適切である。

本発明の熱交換素子の熱伝達効率
本発明の熱交換素子は、高度に効率的な熱伝達が可能である。本発明の熱交換素子の熱
伝達効率は、焼結した表面を有する対比可能な基板の熱伝達効率と同様であるか、または、焼結した表面を有する対比可能な基板の熱伝達効率より良好である。しかしながら、有利なことに、本発明の被覆された熱交換素子を作成するのに、焼結した表面を有する対比可能な基板を調製するのに必要とされるよりもはるかに少ない金属が必要とされる。

本発明の熱交換素子は、研磨された表面を有する対比可能な基板より効率的な熱伝達を容易にする。一実施形態では、本発明の熱交換素子は、研磨された表面を有する対比可能な基板より少なくとも２０％高い（例えば、研磨された表面を有する対比可能な基板より少なくとも３０％高い、または、少なくとも５０％高い）熱伝達係数を有する。熱伝達係数は、典型的には、対比するために同じシステム（すなわち、同じ熱ソースおよび同じ冷媒を有し、かつ、同じ温度（単数）または温度（複数）にて）について計算される。この対比の目的ための熱伝達係数は、典型的には、流動沸騰レジームにおいて、かつ、２００ｋＷ ｍ^−２より小さい熱流束にて（例えば、１００ｋＷ ｍ^−２にて）計算される。研磨された表面は、グレード１２００のエメリー紙で研磨された表面である。研磨された表面は、典型的には、Ｔａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎ表面プロファイラー（Ｔａｙｌｏｒ Ｈｏｂｓｏｎウルトラソフトウェアを用いたＴａｙｌｏｒ Ｓｕｒｆ Ｓｅｒｉｅｓ ２）上で測定される、０．０４μｍ以下の平均粗さを有する。

一実施形態では、本発明の熱交換素子は、ほぼ８０ｋＷ ｍ^−２の熱流束にて７０００Ｗ ｍ^−２Ｋ^−１以上の熱伝達を有する。

一実施形態では、本発明の熱交換素子は、同じ試験条件の下、研磨された表面を有する対比可能な基板によって示されるものの５０％以下である過熱を示す。好ましくは、本発明の熱交換素子は、同じ試験条件の下、研磨された表面を有する対比可能な基板によって示されるものの３０％以下である過熱を示す。典型的な試験条件としては、プール沸騰実験レジームと、５００ｋＷ ｍ^−２まで（例えば、２０ｋＷ ｍ^−２）の熱流束が挙げられる。過熱は、表面であってそれから熱が流体へと伝達されている前記表面の温度と流体の温度との間の差（単位はケルビン）である。

一実施形態では、５００ｋＷ ｍ^−２までの熱流束にて、本発明の熱交換素子は、１０Ｋ以下の過熱を示す。この実施形態のある態様では、２００ｋＷ ｍ^−２までの熱流束にて、本発明の熱交換素子は、１０Ｋ未満の過熱を示す。典型的な試験条件としては、プール沸騰実験レジームが挙げられる。

熱伝達の方法
本発明の熱交換素子は、その周囲への効率的な熱伝達を容易にすることが可能である。とりわけ、熱交換素子は、該素子と接触している流体への（とりわけ、該素子のコーティングと接触している流体への）効率的な熱伝達を容易にすることが可能である。熱子交換素子はその長さの全部または一部に沿う流路を定めており、該流路に沿って流体が該素子に接触していてもよく、かつ、該流路はコーティングで被覆されている。したがって、本発明は、流体へと、または、流体から熱を伝達する方法であって、本発明の熱交換素子の流路へと流体を提供することを有する前記方法を提供する。

上記で説明されたように、コーティングは、液体の沸騰を容易にすることによって熱伝達を促進するように適合している（核および膜沸騰レジームにおいて）。したがって、本発明の方法の好ましい実施形態では、当該方法は、液体へと熱を伝達することを有する。これらの実施形態では、当該方法は、本発明の熱交換素子の流路へと液体を提供することを有する。一実施形態では、当該方法は、固体から液体へと熱を伝達する方法である。好ましい別の実施形態では、当該方法は、流体から液体へと（例えば、ガスから液体へと、または、液体から液体へと）熱を伝達する方法である。具体的な実施形態では、当該方法
は、液体から液体へと熱を伝達する方法である。

いくつかの実施形態では、熱伝達の方法は、本発明の熱交換素子の流路に沿って流体（好ましくは、液体）を通過させることを有する。

概して、当該方法は冷媒へと熱を伝達することを有し、当該方法は、本発明の熱交換素子の流路に沿って冷媒を通過させることを有する。例えば、当該方法は、本発明の熱交換素子の第１の流れチャンネル（流路を定めている）に冷媒を通過させることを有していてもよい。いくつかの実施形態では、当該方法は、本発明の熱交換素子の第２の流れチャンネルに沿って熱伝達流体を通過させることによって熱伝達流体から熱を伝達することを有する。好ましい実施形態では、当該方法は、熱伝達流体から冷媒へと熱を伝達することを有し、当該方法は、熱交換素子の第２の流れチャンネルに前記熱伝達流体を通過させること、および、熱交換素子の第１の流れチャンネルに前記冷媒を通過させることを有する。流れチャンネルは、典型的には、熱伝達流体からの熱交換素子を介した冷媒への熱伝達を便宜に可能にするように配置されている。

本発明の方法が実行される温度は、典型的には、５００℃未満である。本発明の方法が実行される温度は、冷媒（用いられれば）に依存するであろう。典型的には、冷媒が用いられる場合、当該方法は、冷媒の沸騰温度の２０℃以内（例えば、冷媒の沸点の０〜１０℃だけ上）で実行される。

本発明によって、熱交換器としての本発明による熱交換素子の使用もまた提供される。一実施形態では、本発明は、本明細書に記載の熱交換の方法における熱交換素子の使用を提供する。

熱交換素子を製造するための方法
本発明の熱交換素子のコーティングは、無電解蒸着によって便宜に作成されてもよい。したがって、本発明は、本発明による熱交換素子を製造するための方法を提供し、当該方法は、基板の表面に無電解蒸着溶液を提供することを有する。一態様では、無電解蒸着法は浴法である。別の態様では、無電解蒸着法は流動法である。これらの特定の態様は、後のセクションにおいていっそう詳細に記載されるであろうし；無電解蒸着法に関する以下のコメントは、浴法および流動法に等しく適用される。本発明の熱交換素子および基板は、本明細書において定義されたようなものである。

本発明の無電解流動蒸着法は、しかしながら、本発明の熱交換素子ではない熱交換素子を提供し得る。すなわち、無電解流動蒸着法は、本発明の熱交換素子のものとは異なるコーティングを提供し得る。本発明は、したがって、熱交換素子を製造するための無電解流動蒸着法、および、かかる方法によって取得される、または、取得可能な熱交換素子を提供する。好ましい態様では、本発明の無電解蒸着法は、本発明の熱交換素子を製造するための方法である。熱交換素子および基板は、本明細書において定義されたようなものである。

無電解蒸着は溶液中の金属イオンの減少を伴い、基板表面上に蒸着される金属原子を生成し、上記の金属を有するコーティングを形成する。無電解メッキ法は、無電解法である。無電解メッキ法は、溶融亜鉛メッキ法とは異なり、溶融金属を必要としない。

有利なことに、無電解蒸着は低温にて実行されてもよい。典型的には、無電解蒸着法は、２０℃〜１２０℃の温度で実行される。一実施形態では、無電解蒸着法は室温にて実行される。

好ましくは、無電解蒸着法は、１００℃以下（例えば、２０℃〜１００℃または５０℃〜１００℃（例えば、約６０℃、７０℃または８０℃））の温度にて実行される。この温度範囲内で無電解蒸着を実行することは、無電解蒸着溶液が無電解蒸着の最中に上記温度範囲（典型的には、２０℃〜１２０℃）にて維持されることを意味することが注目されるべきである。先行する方法ステップおよび後に続く方法ステップは、上記範囲内の温度で実行されてもよく、上記範囲外の温度で実行されてもよい。

無電解蒸着法によって製造されるコーティングの構造は、基板の表面における無電解蒸着条件によって影響を受ける。とりわけ、蒸着時間、無電解蒸着溶液中のイオンの濃度および温度を変えることは、無電解蒸着法によって形成されるコーティングの構造に影響を与えるであろう。

無電解蒸着溶液は、１つ以上の金属イオンを有する。金属イオンは、無電解蒸着法の最中に、基板の表面上に蒸着して金属を有するコーティングを形成する。金属イオンは、概して、バナジウム、クロム、マンガン、コバルト、ニッケルまたは銅イオンのうちの１つ以上から選択される。好ましくは、無電解蒸着は、銅および／またはニッケルイオンを有する。とりわけ好ましくは、無電解蒸着溶液は銅イオンを有する。例えば、無電解蒸着溶液は、Ｃｕ^２＋、ＣＵ^＋およびＮｉ^２＋のうちの１つ以上を有していてもよい。

無電解蒸着溶液は、典型的には、還元剤を有する。還元剤の選択は、溶液中の１つ以上の金属イオンおよび基板の性質に依存するであろう。適切な還元剤としては、例えば、ヨウ素酸塩；リン酸塩、亜リン酸塩および次亜リン酸塩のようなオキシホスホランイオン；またはホウ酸イオンのうちの１つ以上が挙げられる。

無電解蒸着溶液は、典型的には、水溶液である。しかしながら、無電解蒸着溶液は、アルコールまたはエーテルのような水以外の溶媒を有していてもよい。

通常、無電解蒸着溶液における主たる溶媒は水である。無電解蒸着溶液はまた、１つ以上の錯化剤および／または１つ以上の安定剤および／または１つ以上の調整剤を有していてもよく、それらの選択は、基板および蒸着されるべき材料に依存する。

無電解蒸着法によって形成されるコーティングの構造は、基板の表面における金属イオンおよび還元剤の濃度によって影響を受ける。金属イオンのいっそう高い濃度は、無電解蒸着によって蒸着される材料の量を増大させる傾向がある（「金属イオンのいっそう高い濃度」は、無電解蒸着法の最中に表面上に蒸着される金属イオンのいっそう高い濃度を意味する）。金属イオンのいっそう高い濃度はまた、形成されるコーティングの厚さを増大させる傾向がある。金属イオンのいっそう高い濃度はまた、いっそう大きい表面特徴部の形成を与える。例えば、いっそう高い濃度は、いっそう長いスパイクの形成および／または表面上におけるスパイクのいっそう大きい密度を与える。したがって、本発明によるコーティング（平均スパイク長さが第２の領域におけるものより大きい第１の領域を有する）の形成は、基板の表面を覆うような無電解蒸着溶液の濃度の変化を提供することによって達成されてもよい。したがって、いくつかの実施形態では、本発明は無電解蒸着法を提供し、当該無電解蒸着法は：
基板の第１の領域に濃度Ｃ_１を有する無電解蒸着溶液を提供することを有し；
基板の第２の領域に濃度Ｃ_２を有する無電解蒸着溶液を提供することを有し；
Ｃ_１はＣ_２より大きい。

Ｃ_１およびＣ_２は、無電解蒸着溶液（単数）または溶液（複数）中の、基板上に蒸着されてもよい金属イオンの濃度である。

無電解蒸着法によって形成されるコーティングの構造はまた、無電解蒸着が起こることが可能とされる時間によって影響を受ける。概して、無電解蒸着が可能とされる時間が長ければ長い程、コーティングはいっそう厚くなるであろう。同様に、いっそう長い蒸着時間は、いっそう大きい表面特徴部の形成を与える。例えば、いっそう長い蒸着時間は、いっそう長いスパイクの形成および／または表面上におけるスパイクのいっそう大きい密度を与える。通常、当該方法は、少なくとも１５分間、基板の表面に無電解蒸着溶液を提供することを有する。また、通常は、当該方法は、１２時間以下の期間、基板の表面に無電解蒸着溶液を提供することを有する。一実施形態では、本発明の方法は、０．５時間〜１０時間の期間、基板の表面に無電解蒸着溶液を提供することを有する。例えば、期間は１時間〜５時間であってもよい。明白なことに、無電解蒸着法は、有利なことに短時間で熱交換素子を被覆し得る。

無電解流動蒸着法の文脈では、「表面に無電解蒸着を提供すること」への言及は、「表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すこと」を意味するものとして採用されるべきである。すなわち、「提供すること」は、「流すこと」または「覆うように流すこと」を意味するものとして採用されるべきである。例えば、当該方法が流動法である場合、当該方法は、通常、少なくとも１５分間、基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する。また、通常は、当該方法は、１２時間以下の期間、基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する。一実施形態では、本発明の方法は、０．５時間〜１０時間の期間、基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する。例えば、期間は１時間〜５時間であってもよい。

いくつかの実施形態では、無電解蒸着溶液は、無電解蒸着法の最中に新しくされない。無電解蒸着溶液が新しくされなければ、無電解蒸着溶液は、本発明の方法の最中に経時的に消耗するであろう。「消耗する」は、溶液中の金属イオンおよび還元剤の濃度がそれらの初期値（当該方法の開始時の値）より下に低下したことを意味する。無電解蒸着溶液は、一旦蒸着されるべき金属イオンの溶液中の濃度が少なくとも５％だけ（その初期値の９５％以下まで）低下すると５％だけ消耗すると言ってもよい。すなわち、無電解蒸着溶液が銅イオンを蒸着するのに適していれば、溶液は、一旦溶液中の銅イオンの濃度がその初期値の９５％以下まで低下すると、少なくとも５％だけ消耗すると言える。

濃度の局所化された変化が起こってもよいことが注目されるべきである。消耗は、したがって、全体として採用される無電解蒸着溶液の消耗の意味で考慮される。例えば、全体として採用される溶液中の消耗を示すために、無電解蒸着溶液の多数のサンプルが採用されてもよい。例えば、浴法では、無電解蒸着溶液が撹拌されている間に浴槽から多数のサンプルが採用されてもよい。当該方法が表面を覆うようにリザーバーから無電解蒸着溶液を流し、かつ、リザーバーの中に戻るようにすることを有する別の例では、リザーバーから１つ以上のサンプルが採用されてもよい。同様に、リザーバーから基板へと流れる溶液から１つ以上のサンプルが採用されてもよい。代替的または追加的には、基板からリザーバーの中に戻るように流れる溶液から１つ以上のサンプルが採用されてもよい。

一旦無電解蒸着溶液が相当（例えば、５０％以上）消耗すると、溶液中のイオンの濃度は低くなるであろうし、したがって、蒸着法は望ましくなくゆっくりとなるであろう。したがって、本発明の無電解蒸着法は、通常、無電解蒸着溶液が５０％以上消耗するまで継続される。

一実施形態では、熱交換素子を製造するための方法は、時間Ｔの間、基板の表面へと無電解蒸着溶液を提供することを有し、Ｔは、無電解蒸着溶液が５〜５０％消耗するのにかかる時間である。すなわち、蒸着されるべき金属イオンの濃度がその初期値の５０％〜９５％まで低下するまで。好ましくは、Ｔは、無電解蒸着溶液が１０〜４０％だけ、または
、３０％を越えない量だけ消耗するのにかかる時間である。例えば、熱交換素子（例えば、本発明の熱交換素子）を製造するための方法は、時間Ｔの間、基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有していてもよい。

消耗の程度は、例えば、無電解蒸着溶液のイオン濃度または伝導性の経時的な変化に注目することによって判定されてもよい。したがって、一実施形態では、当該方法は、溶液のイオン濃度を測定することを有する。別の実施形態では、当該方法は、溶液の伝導性を測定することを有する。「測定すること」は、無電解蒸着法の過程にわたって具体的な値の変化をモニタリングすることを有していてもよい。

当業者であれば、無電解蒸着溶液のイオン濃度を測定するのに（したがって、消耗の程度を判定するのに）、広範な種類の方法が適していることを把握するであろう。これらの方法は、無電解蒸着溶液から採用された１つ以上のサンプルについて実行されてもよい。代替的には、それらは、例えば無電解蒸着に用いられる無電解蒸着溶液の浴槽またはリザーバー内で直列に実行されてもよい。適切な方法としては、比色分析のような光学的方法が挙げられる。比色法は、色の濃いＣｕ^２＋イオンの溶液にとりわけ良好に適合する。その他の方法としては、アノーディックストリッピングボルタンメトリー、イオンクロマトグラフィーおよびイオン放出分光法（例えば、誘導結合プラズマ光学発光分光法、ＩＣＰ−ＯＥＳ）が挙げられる。したがって、いくつかの実施形態では、当該方法は、例えば上記方法のいずれかによって無電解蒸着溶液中のイオン濃度を測定することを有する。この測定の文脈では、「イオン濃度」は、無電解蒸着の最中に基板上に蒸着される金属イオンの濃度を含む。

当該方法が基板を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する場合、基板を覆うように流れる無電解蒸着溶液を、それが基板に接触する前および基板に接触した後の両方で分析するのにＩＣＥ−ＯＥＳが用いられてもよい。これは、基板が曝露される最大および最小イオン濃度を明らかにし得る。基板に接触した後の溶液のイオン濃度は、その濃度を調整するために、基板からリザーバーの中へと戻るように流れる溶液が追加のイオンとともに投与される必要があるか否かを判定するのに用いられてもよい。本発明の流動法では、リザーバー中のイオン濃度は、その濃度を調整するために、リザーバー自体が追加のイオンとともに投与される必要があるか否かを判定するために周期的に測定されてもよい。同様に、浴法の最中に判定される浴槽のイオン濃度は、イオン濃度を増大させるために投与が必要とされるかを判定するのに用いられてもよい。

本発明の熱交換素子のコーティングにおける所望のスパイク長さは、無電解蒸着溶液の初期イオン組成、および／または、蒸着法が起こることが可能とされる時間の長さを調整することによって達成されてもよい。

無電解蒸着が起こることが可能とされる時間の量は、当該方法によって形成されるコーティングにおけるスパイク長さだけでなく、コーティングにおけるスパイクのクラスターの発生率にも影響を与える。無電解蒸着が起こることが可能とされる時間が長ければ長い程、スパイクのクラスターが生じる可能性が大きくなる。したがって、熱交換素子を製造するための方法は、無電解蒸着が起こることが可能とされる時間の量を増大させることによってクラスターを形成するように調整されてもよい。

クラスターを形成するのに必要とされる時間の正確な量は、基板、無電解蒸着溶液の組成および温度とともに変化するであろう。

当該方法はまた、一回より多く当該方法を繰り返すことによってクラスターの形成を促進するように適合していてもよい。クラスターを有するコーティングを有する本発明の熱
交換素子を製造するための方法は、したがって：
（ｉ）本明細書に記載の本発明の無電解蒸着法を実行することを有していてもよく；
（ｉｉ）このように製造された熱交換素子のコーティングの表面を、例えばＰｄＣｌ_２の溶液に熱交換素子を沈ませて活性化した熱交換素子を形成することによって活性化することを有していてもよく；かつ、
（ｉｉｉ）本発明の無電解蒸着法を繰り返すことを有していてもよい。

浴法
一態様では、本発明は浴法（本発明の熱交換素子を製造するための）である。浴法では、無電解蒸着溶液は、無電解蒸着溶液の浴槽に基板を配置することによって基板の表面に提供される。いくつかの実施形態では、無電解蒸着溶液は、無電解蒸着法の最中に撹拌される。無電解蒸着溶液の撹拌は、浴槽全体の無電解蒸着溶液の組成の変化（例えば、局所的金属イオン濃度の変化のような）を減少させる。

いくつかの実施形態では、基板の表面（単数）または表面（複数）全体が、浴法の最中に被覆される。その他の実施形態では、基板が浴槽の中に配置される前に基板の表面（単数）または表面（複数）の一部が保護され、保護された部分が被覆されないようになっている。いっそうさらなる実施形態では、基板の表面（単数）または表面（複数）の一部がコーティングに付着し得ず、したがって、浴槽に浸されている最中に被覆されない。

いくつかの実施形態では、浴槽の中に２つ以上の基板を配置することによって、本発明による多数の熱交換素子が同時に製造されてもよい。

一態様では、浴法は、無電解蒸着法の時間の長さを調整することによって、スパイク長さがＳ_１である第１の領域とスパイク長さがＳ_２である第２の領域を有するコーティングを提供するのに用いられてもよい。例えば、基板はゆっくりと浴槽の中に浸されてもよく、最初に浴槽の中に入る基板表面の一部（単数）または一部（複数）が、後に続いて浴槽の中に入る基板表面の一部（単数）または一部（複数）より長い無電解蒸着溶液への曝露を経験するようになっている。無電解蒸着溶液に曝露されて最も長時間を費やした、このように製造された熱交換素子の被覆された一部（単数）または一部（複数）は、典型的には、最も長い平均スパイク長さを有するであろう。基板が一定のゆっくりした速度で浴槽の中に浸されれば、基板上に製造されるコーティングは、平均スパイク長さの滑らかな変化を示すであろう。別の例では、保護カバーが無電解蒸着法の途中で基板部の一部から除去されてもよく、基板のかかる部分を、残りの浸漬時間の最中に被覆されるように残す。

別の態様では、浴法は、無電解蒸着溶液の濃度が表面を横切るように変化することを可能にすることによって、スパイク長さがＳ_１である第１の領域とスパイク長さがＳ_２である第２の領域を有するコーティングを提供するのに用いられてもよい。基板がチャンネルを有し、該チャンネルの中へと無電解蒸着溶液が流れ得る場合、溶液は、通常、基板が溶液の浴槽の中に浸されたときに前記チャンネルの中へと流れるであろう。溶液がチャンネルの中へと流れるにつれて、無電解蒸着が起こり、かつ、チャンネルを通って流れる溶液中の蒸着されるべき金属イオンの濃度が低下する。新たな溶液が経時的に浴槽からチャンネルの中へと流れるが、流れチャンネルへの入口にて、蒸着されるべき金属イオンの最大濃度（取り囲んでいる浴槽におけるいっそう高い金属イオン濃度にほぼ相当する）を常に有する。したがって、濃度勾配が形成され、蒸着されるべき金属イオンのいっそう高い濃度は流れチャンネルへの入口（単数）または入口（複数）にて見出され、かつ、蒸着されるべき金属イオンのいっそう低い濃度は流れチャンネルのさらに中で生じる。この効果は、流れチャンネルが長い、かつ／または、狭い場合にとりわけ明白である。最も長いスパイクは、蒸着されるべき金属イオンの濃度が最も高い場所に生じ；いっそう短いスパイクは、他の場所に生じる。

流動法
一態様では、熱交換素子を製造するための方法は、基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する。いくつかの実施形態では、この無電解流動蒸着法は、本発明による熱交換素子を製造する。

基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことは、ゼロではない流速にて基板の表面を覆うように移動する無電解蒸着溶液の流れを提供することを有する。溶液の流れが基板の表面を「覆う」と理解されるのは、それが基板の前記表面と接触しているときである。流れは、基板の１つ以上の表面（例えば、基板の内面および／または外面（内面は、例えば、基板を通過するチャンネル（例えば、チューブ）の表面である））を覆うように提供されてもよい。溶液の流れは、基板全体を覆うように提供されてもよく、基板の一部のみを覆うように提供されてもよい。

浴槽のような静的環境で起こる無電解蒸着法では、基板表面上の任意の点を覆うような無電解蒸着溶液の流れの正味の方向は通常存在しない。溶液は、典型的には撹拌されて浴槽内で溶液の運動を提供するが、かかる運動は、典型的には、静的無電解蒸着法（例えば、浴槽無電解蒸着法）の過程にわたって正味の方向を有さない。静的環境では、基板表面上の任意の点を覆うような無電解蒸着溶液の流れの方向は、無電解蒸着法の過程の最中、頻繁かつランダムに変化するであろう。

流動無電解蒸着法は、流れに供される基板表面上の任意の点を覆うような無電解蒸着溶液の流れの正味の方向を提供する。流れに供される基板表面上の任意の点を覆うような無電解蒸着溶液の流れの方向は、典型的には、蒸着法の最中に変化しない。流れの方向は、無電解流動蒸着の最中は通常一定である。しかしながら、基板の表面に提供される流れの方向は、流動法の過程の最中にわざと変更されてもよい。

当業者であれば把握するように、基板（例えば、装置）を覆うように無電解蒸着溶液の流れを提供するのに用いられる方法の正確な詳細は変化してもよい。とりわけ単純な構成では、当該方法は、基板の表面を覆うように容器から無電解蒸着溶液を注ぐことを有していてもよい。いっそう一般的には、当該方法は、流れ発生器（例えば、ポンプ）を用いて無電解蒸着溶液の流れを生成することと、導管を介して基板の表面に無電解蒸着溶液の流れを提供することを有するであろう。

本発明の流動法では、無電解蒸着溶液は、基板の表面を覆うように流れる。基板表面を覆うような溶液の流れによって採用される経路は、「溶液流路」と呼ばれる。いくつかの実施形態では、コーティングは、溶液流路全体を覆うように形成されている。溶液流路上の基板の一部がマスキングされて無電解蒸着が防止されるようなその他の実施形態では、コーティングは、溶液流路の一部を覆うように形成されている。好ましくは、コーティングは、溶液流路全体を覆うように形成されている。

基板の表面を覆うような無電解蒸着溶液の流れは、基板の前記表面にわたる濃度勾配を作り出す。表面に提供される無電解蒸着溶液は、蒸着されるべき金属イオンを含有している。基板の表面に提供される前の無電解蒸着溶液中のかかる金属イオンの濃度は、Ｃ_１と呼ばれてもよい。一旦無電解蒸着溶液が基板に接触すると（すなわち、一旦溶液が無電解蒸着によって被覆されることに敏感な基板の表面の一部に接触すると）、無電解蒸着が起こるであろう。このことは、金属イオンが溶液から出てくることを引き起こし、かつ、金属イオンの濃度をＣ_１より低い値へと減少させる。したがって、無電解蒸着溶液が基板を覆うように流れるにつれて、それは消耗される。濃度勾配が生じる。濃度勾配は、溶液流路に沿う。溶液中の金属イオンの濃度は、溶液が基板表面を覆うように移動する距離が増
大するにつれて低下する。

上記で説明されたように、金属イオンの濃度は、コーティングの厚さおよび本発明の方法によって形成される表面特徴部のサイズに影響を与える傾向がある。したがって、本発明の方法は、基板表面を覆うような溶液の流れによって採用される経路に沿って厚さが変化する、かつ／または、表面特徴部の変化するサイズを示すコーティングを提供してもよい。表面特徴部は、スパイクのようなコーティングにおける構造である。一実施形態では、コーティングの厚さは、溶液流路に沿って減少する。コーティングは、溶液流路の端部（通常は、端部であって、無電解蒸着溶液が本発明の方法の最中に基板の表面に最初に接触する前記端部）または溶液流路の端部の近くにおいて、最も厚いであろう。別の実施形態では、表面特徴部のサイズは、溶液流路に沿って減少する。表面特徴部は、溶液流路の端部（通常は、端部であって、無電解蒸着溶液が本発明の方法の最中に基板の表面に最初に接触する前記端部）または溶液流路の端部の近くにおいて、最も大きいであろう。

いっそう長いスパイクの形成は、無電解蒸着溶液中の金属イオンのいっそう高い濃度によって与えられる。したがって、無電解流動蒸着法は、被覆された熱交換素子を製造し得、コーティングは、平均スパイク長さがＳ_１である第１の領域と、平均スパイク長さがＳ_２である第２の領域を有する。無電解蒸着は、基板の表面（単数）または表面（複数）を横切る通路に沿って流れ、かかる通路は、無電解蒸着溶液の流路である。典型的には、第１の領域は、かかる流路の端部または流路の端部の近くにあり、かつ、第２の領域もまた、流路上にある。

いくつかの実施形態では、当該方法は、単一の方向に単一の流路に沿って基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する。その他の実施形態では、流動法は、流れ方向を変更するステップを有する。流動法は、追加的または代替的に、基板の表面（単数）または表面（複数）を覆うような無電解蒸着溶液の流路を変更するステップを有していてもよい。

当該方法が無電解蒸着溶液の流れの方向または流路を変更する（例えば、逆にする）場合、当該方法は、基板の表面を覆うような濃度勾配の方向を変更することを有する。したがって、最も厚いコーティングまたは最も大きい特徴部（例えば、最も長いスパイク）が生じる基板の表面上の位置または領域は、最大濃度Ｃ_１を有する無電解蒸着溶液と接触する基板表面の新たな位置に対応して、新たな位置へと移動するであろう。このことは、第１もしくは第２の領域のものと異なる、または、第１もしくは第２の領域のものと同じ平均スパイク長さを有するさらなる領域（第３の領域）の作成を引き起こすであろう。

例えば、無電解蒸着溶液の流れが流れチャンネルに沿って提供される場合、流れチャンネルは、無電解蒸着溶液がチャンネルに入った流れチャンネルの端部または無電解蒸着溶液がチャンネルに入った流れチャンネルの端部の近くにいっそう厚いコーティング、および／または、いっそう大きい特徴部を有し、かつ、チャンネルに沿っていっそう遠くにいっそう薄いコーティング、および／または、いっそう小さい特徴部を有していてもよい。当該方法が基板の流れチャンネルの一端（入口）の中へと、かつ、流れチャンネルの別の端部（出口）から無電解蒸着溶液を流すことを有していれば、最も厚いコーティング／最も大きい特徴部は、入口または入口の近くに配置され、かつ、最も薄いコーティング／最も小さいものは、出口または出口の近くに配置されるであろう。しかしながら、流れの方向が無電解蒸着法の最中に逆にされれば、最も薄いコーティング／最も小さい特徴部は、チャンネルの中間またはチャンネルの中間の近くに配置され、かつ、いっそう厚いコーティング／最も大きい特徴部は、チャンネルの各端部またはチャンネルの各端部の近くに配置されるであろう。

例えば、無電解蒸着溶液の流れが流れチャンネルに沿って提供される場合、第１の領域は、流れチャンネルの端部または流れチャンネルの端部の近くに配置されていてもよく、かつ、第２の領域は、流れチャンネルに沿っていっそう遠くに配置されていてもよい。したがって、流れチャンネルは、無電解蒸着溶液がチャンネルの中に入った流れチャンネルの端部または無電解蒸着溶液がチャンネルの中に入った流れチャンネルの端部の近くにいっそう長いスパイクを有し、かつ、チャンネルに沿っていっそう遠くにいっそう短いスパイクを有していてもよい。当該方法が基板の流れチャンネルの一端（入口）の中へと、かつ、流れチャンネルの別の端部（出口）から無電解蒸着溶液を流すことを有していれば、最も長いスパイクは、入口または入口の近くに配置され、かつ、最も短いスパイクは、出口または出口の近くに配置されるであろう。

しかしながら、流れの方向が無電解蒸着法の最中に逆にされれば、最も短いスパイクは、チャンネルの中間またはチャンネルの中間の近くに配置され、かつ、いっそう長いスパイクは、チャンネルの各端部またはチャンネルの各端部の近くに配置されるであろう。

無電解蒸着溶液中で製造されるコーティング厚さおよび／または特徴部サイズ（例えば、スパイク長さ）は、流速を制御することによって調整され得る。流速が上がれば上がる程、コーティングが薄くなり、かつ／または、製造される表面特徴部が小さくなる。例えば、流速が上がれば上がる程、製造されるスパイクは小さくなる。追加的には、流速を増大させることは、濃度勾配のサイズを減少させ、したがって、無電解蒸着溶液の流路に沿うコーティング厚さおよび／または特徴部サイズ（例えば、スパイク長さ）の変化を減少させる。

いくつかの実施形態では、本発明の方法は、基板に新しい溶液を継続的に提供することを有する。その他の実施形態では、無電解蒸着溶液はリサイクルされる。１つのかかる実施形態では、当該方法は：
基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液のリザーバーから無電解蒸着溶液を流すことを有し；かつ、
前記リザーバーへと無電解蒸着溶液を戻すことを有する。

「リザーバー」は、無電解蒸着溶液の容量を意味する。典型的には、リザーバー中の無電解蒸着溶液の組成は、外部ソースによって調整されない。例えば、リザーバーは、典型的には、無電解蒸着溶液の外部ソースから満たされない（無電解蒸着法の最中）。

概して、無電解蒸着溶液は、ポンピングによって基板の表面に提供される。

無電解蒸着の最中、当該方法は、概して、少なくとも１０ｍＬ／分の流速にて基板表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する。典型的には、当該方法は、少なくとも５０ｍＬ／分または少なくとも１００ｍＬ／分（好ましくは、１Ｌ／分）の流速にて基板表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する。上記流速は、概して、少なくとも１分（例えば、少なくとも１０分（例えば、少なくとも３０分または１時間））の間、維持される。

当該方法は、無電解蒸着溶液の流速を変化させることを伴っていてもよい。一実施形態では、当該方法は：
第１の流速Ｆ_１にて基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有し；かつ、
第２の流速Ｆ_２にて基板の前記表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する。

Ｆ_１およびＦ_２は、典型的には異なる。Ｆ_１およびＦ_２は、典型的には、少なくとも１０ｍＬ／分である。例えば、Ｆ_１およびＦ_２は、少なくとも５０ｍＬ／分または１００ｍ
Ｌ／分であってもよい。一実施形態では、Ｆ_２はＦ_１より大きい。例えば、Ｆ_２は、Ｆ_１の２倍の大きさであってもよい。例えば、Ｆ_２は、Ｆ_１の２〜５０倍の大きさであってもよい。別の実施形態では、Ｆ_２はＦ_１より大きい。例えば、Ｆ_１は、Ｆ_２の２倍の大きさであってもよい。例えば、Ｆ_１は、Ｆ_２の２〜５０倍の大きさであってもよい。この後者の実施形態は、流速が適切な蒸着流速へと調整される前に、基板が無電解蒸着溶液で急速に覆われることを確実にするのに有用であろう。

いくつかの実施形態では、Ｆ_２は、無電解蒸着の最中に基板からの水素バブルの付着を減少させる程十分大きい。Ｆ_２は、無電解蒸着の最中に基板表面から水素バブルを離れさせる程十分大きくてもよい。いくつかの実施形態では、Ｆ_１およびＦ_２は両方とも、無電解蒸着の最中に基板からの水素バブルの付着を減少させる程、かつ／または、無電解蒸着の最中に基板表面から水素バブルを離れさせる程十分大きい。いくつかの実施形態では、Ｆ_１および／またはＦ_２は、基板の流れチャンネルの中に無電解蒸着溶液を入らせる程十分大きい。

一態様では、当該方法は：
第１の流速Ｆ_１にて基板の表面を覆うようにリザーバーから無電解蒸着溶液をポンピングし、かつ、リザーバーへと無電解蒸着溶液を戻すことを有し；かつ、
第２の流速Ｆ_２にて基板の前記表面を覆うようにリザーバーから無電解蒸着溶液をポンピングし、かつ、リザーバーへと無電解蒸着溶液を戻すことを有する。

いくつかの場合、当該方法は、流速をＦ_２へと変更する前の初期については第１の流速Ｆ_１にて基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する。例えば、溶液は、被覆されるべき基板の表面がすべて溶液で覆われるまで、流速Ｆ_１にて提供されてもよい。

いくつかの実施形態では、当該方法は、無電解蒸着溶液をポンピングして、無電解蒸着溶液が基板の表面を覆うように流れることを引き起こすことを有する。例えば、当該方法は、リザーバーから溶液をポンピングして、基板の表面を覆うような無電解蒸着溶液の流れを作り出すことを有していてもよい。代替的または追加的には、当該方法は、基板から離れるように無電解蒸着溶液をポンピングすることを有していてもよい（例えば、基板における１つ以上の流れチャンネルから）。適切なポンプは、流体の（とりわけ液体の）流れを作り出すのに適したあらゆる種類のデバイスである。

いくつかの実施形態では、基板は１つ以上の流れチャンネルを有し、かつ、当該方法当該方法は、前記流れチャンネルのうちの前記の１つ以上を通して無電解蒸着溶液を流すことを有する。すなわち、溶液流路は、前記流れチャンネルのうちの１つ以上を有する。いくつかの実施形態では、基板は流れチャンネルを有し、かつ、当該方法当該方法は、前記流れチャンネルを通して無電解蒸着溶液を流すことを有する。

流れチャンネルは、経路であってそれによって流体が基板を通過し得る前記経路を意味する。これらの実施形態では、当該方法は、前記流れチャンネルの表面（通常は、前記流れチャンネルの内面）と無電解蒸着溶液を接触させることを有する。

この実施形態の一態様では、当該方法は、冷媒の運搬に適した、または、冷媒の運搬用に意図された１つ以上の流れチャンネルを被覆することを伴っていてもよい。この実施形態の好ましい態様では、当該方法は、冷媒に接触するための基板の表面（単数）または表面（複数）を覆うようにのみ無電解蒸着液を流すことを有する。例えば、基板は、冷媒流体（流体であって、それへと熱が熱交換素子から伝達される前記流体）を運搬するための領域と、熱伝達流体（熱交換素子へと熱を伝達する流体）用の領域を有する、流体から流
体への熱交換器としての使用に適していてもよく、かつ、当該方法は、冷媒（すなわち、冷媒流体）に接触するのに適しており、かつ、冷媒に接触することが意図された１つ以上の表面を覆うようにのみ無電解蒸着溶液を流すことを有する。この実施形態は、熱伝達が意図されない表面を被覆することに無電解蒸着溶液が浪費されないことを確実にするので有利である。

無電解流動蒸着法は、流動無電解蒸着溶液が制御されて、被覆されることが意図される基板の表面のみが溶液と接触してもよいようになることを可能にするので有利である。このことは、溶液の浪費を減少させる。溶液の流れは、例えば、被覆されることが意図されるかかる流れチャンネルの入口（単数）または入口（複数）に溶液のリザーバーを接続することによって制御されていてもよい。その他の流れチャンネルは、封鎖されていてもよい。

無電解流動蒸着法（流動法）の利点
上記で説明されたように、本発明の流動法は、無電解蒸着によって基板のコーティングに対する水素バブルの効果を減少させる。流動法は、したがって、ロバストであり、耐久性があり、かつ、腐食しにくい熱交換素子を提供する。

流動法は、種々のその他の利点を有する。例えば、流動法は、有利なことに、基板であって浴槽無電解蒸着法によっては便宜に被覆されないであろう小さい凹部（例えば、その中にある小さい穴またはチャンネル）を有する前記基板を被覆するのに用いられ得る。小さい凹部を有する基板が液体の浴槽の中に配置される場合、かかる凹部に空気のポケットが取り込まれ、無電解蒸着溶液が取り込まれた空気の下に隠れた基板に接触することを防ぐであろう。本発明の流動法は、概して、十分に高い流速にて実行されて、かかる空気ポケットを基板表面から離れさせ、したがって、無電解蒸着溶液に曝露される基板の全部が被覆されることを確実にする。本発明の流動法は、したがって、例えば非常に狭いチャンネルを有する基板（とりわけ、電子機器冷却における使用に適した基板）を被覆するのに適している。

無電解流動蒸着法の別の利点は、それが蒸着溶液の浪費を減少させることである。本発明の流動法では、基板表面を覆うような無電解蒸着溶液の流路が、制御されていてもよい。結果的に、無電解蒸着溶液は、本発明の方法において被覆されるべき表面のかかる部分にのみ提供されるであろう。対照的に、浴法では、基板全体が、通常、無電解蒸着溶液に浸され、かつ、被覆されることが意図されない基板表面のあらゆる部分が、保護コーティングによってマスキングされる。このことは、無電解蒸着が保護コーティング上で起こることをもたらし、材料を浪費させるであろう。

本発明の流動法のさらなる利点は、当該方法の種々のパラメーターが制御されて、取得される表面構造を調整してもよいことである。例えば、表面を覆うような無電解蒸着溶液の流速、当該方法が実行される温度、無電解蒸着溶液の組成などが変更されて、当該方法によって製造されるコーティングの構造が調整されてもよい。無電解蒸着溶液が銅イオンを有する場合、結果として生じる銅コーティングの高い伝導性に起因して、熱交換にとりわけ有利な構造が達成される。

当該方法は、種々の条件における熱伝達に適したコーティングの幅の広いアレイを作り出し得る。例えば、それは、流体（好ましくは、液体）へと熱を伝達するのに適した熱交換素子を製造するのに用いられてもよい。一実施形態では、当該方法は、蒸発熱交換器（蒸発の点まで別の流体を加熱することによって、流体を冷却する熱交換器）における使用に適したコーティングを有する熱交換素子を製造するためのものである。別の実施形態では、当該方法は、液体を沸騰させることによって熱を伝達するのに適したコーティングを
有する熱交換素子を製造するためのものである。

本発明の流動法の具体的な利点は、それが、そのままで、かつ、解体を伴わずに、既存の熱交換器に無電解蒸着コーティングを後付けするのに用いられてもよいことである。

無電解流動蒸着法の態様
無電解流動蒸着法の以下の特定の態様が提供される。
１．基板とコーティングを有する熱交換素子を製造するための方法であって：
コーティングは金属を有し；かつ、
当該方法は、基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する、
前記方法。
２．当該方法が、２０℃〜１２０℃の温度にて実行される、態様１に記載の方法。
３．無電解蒸着溶液が水溶液である、態様１または態様２に記載の方法。
４．無電解蒸着溶液が、銅および／またはニッケルイオンを有する、いずれかの先行する態様に記載の方法。
５．当該方法が：
基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液のリザーバーから無電解蒸着溶液を流すことを有し；かつ、
前記リザーバーに無電解蒸着溶液を戻すことを有する、
いずれかの先行する態様に記載の方法。
６．当該方法が、０．５時間〜１０時間の期間、基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する、いずれかの先行する態様に記載の方法。
７．当該方法が、時間Ｔの間、基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有し、Ｔは、無電解蒸着溶液が５〜５０％消耗するまでにかかる時間である、態様５または態様６に記載の方法。
８．当該方法が、無電解蒸着溶液中のイオン濃度をモニタリングすることを有する、いずれかの先行する態様に記載の方法。
９．当該方法が：
第１の流速Ｆ_１にて基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有し；かつ、
第２の流速Ｆ_２にて基板の前記表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する、いずれかの先行する態様に記載の方法。
１０．Ｆ_２がＦ_１より大きい、態様９に記載の方法。
１１．当該方法が、無電解蒸着溶液をポンピングして、無電解蒸着溶液が基板の表面を覆うように流れることを引き起こすことを有する、いずれかの先行する態様に記載の方法。１２．基板が流れチャンネルを有し、かつ、当該方法当該方法が、前記流れチャンネルを通して無電解蒸着溶液を流すことを有する、いずれかの先行する態様に記載の方法。
１３．当該方法が：
（ｉ）基板の表面に酸を提供することを有し、かつ／または、
（ｉｉ）基板の表面を活性化させることを有し、
ステップ（ｉ）および／または（ｉｉ）は、いずれかの先行する態様によって基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流す前に実行される、
いずれかの先行する態様に記載の方法。
１４．当該方法が、態様１〜１３のいずれか１つによって製造される熱交換素子に、表面層（好ましくは、ニッケルを有する表面層）を適用することを有する、いずれかの先行する態様に記載の方法。
１５．いずれかの先行する態様に記載の方法によって取得可能である、または、取得される熱交換素子。

追加の方法ステップ
通常、無電解蒸着の前に、基板の表面は、酸および活性化溶液への曝露によって準備さ
れる。したがって、一実施形態では、熱交換素子を製造するための方法は：
（ｉ）基板の表面に酸を提供することを有し；かつ／または、
（ｉｉ）基板の表面を活性化させることを有し、
ステップ（ｉ）および（ｉｉ）は、基板の表面に無電解蒸着溶液を提供する前に実行される。

酸の機能は、典型的には、表面をクリーニングすることであり、かつ、任意選択的には、表面をエッチングすることでもある。適切な酸としては、硫酸、塩酸または硝酸が挙げられる。基板が鋼基板である場合、用いられる酸は、好ましくは硫酸である。基板が銅基板である場合、用いられる酸は、好ましくは塩酸である。用いられる酸は、典型的には強酸（例えば、２０％以上の酸）である。概して、酸に曝露するステップは、室温以上（例えば、２０℃〜１２０℃（通常は、５０℃〜１００℃））にて実行される。通常、基板は、１分以上（好ましくは、１分〜１時間）、酸に曝露される。基板は、通常、酸への曝露後に水ですすがれる。

表面を活性化させるステップは、表面に金属含有溶液（例えば、金属イオンを有する水溶液）を提供することを伴っていてもよい。例示的な活性化溶液は、ＰｄＣｌ_２溶液である。活性化は、概して、０℃〜１００℃の温度（通常は、室温）にて実行される。典型的には、基板は、活性化ステップの後および無電解蒸着の前にすすがれる。

無電解蒸着法の前に実行されてもよいその他のステップとしては、例えば、基板表面の一部に保護マスクを適用して、基板のかかる部分へのコーティングの適用を防ぐことが挙げられる。

いくつかの実施形態では、本発明の熱交換素子を製造するための方法は、無電解蒸着法の後に実行される１つ以上のステップを有する。一実施形態では、当該方法は、本明細書に記載の方法によって製造される熱交換素子に、表面層（好ましくは、金属（例えば、ニッケルまたは錫（好ましくは、ニッケル））を有する表面層）を適用することを有する。

実験プロトコル
基板にコーティングを適用して本発明の熱交換素子を製造する例示的な方法が、以下に記載されている。

１．浴法
ｉ．被覆されることが意図されない基板の任意の部分が、例えばそれにメッキ防止ラッカーを適用することによって保護される。このステップは、浴槽に配置されるであろう基板の全部にコーティングを適用することが意図されるのであれば、不要であろう。
ｉｉ．基板が、８０℃の水槽に基板を沈めることによって、８０℃の温度まで予め加熱される。
ｉｉｉ．基板が、その後、８０℃の２０％硫酸槽へと移され、かつ、１５分間放置される。基板が、その後、脱イオン水ですすがれる。
ｉｖ．基板が、２分間、ＰｄＣｌ_２溶液（１ｇＬ^−１）中に配置される。基板が、その後、脱イオン水ですすがれる。
ｖ．基板が、その後、（ｉｉ）にあるように８０℃まで再加熱される。
ｖｉ．基板が、その後、２時間、７５℃のｎａｎｏＦＬＵＸ無電解蒸着溶液の浴槽に配置される。ｎａｎｏＦＬＵＸ溶液は、ＣｕＳＯ_４を０．０１Ｍ〜０．１Ｍ、ＮｉＳＯ_４を０．００１Ｍ〜０．０１Ｍ、ＮａＨ_２ＰＯ_２を０．１Ｍ〜０．５Ｍ、Ｎａ_３Ｃ_６Ｈ_５Ｏ_７を０．００１Ｍ〜０．１Ｍ、ＨＢＯ_３を０．１Ｍ〜１Ｍ、ヤヌスグリーンを０〜７００ｐｐｍ、ＰＶＰを０〜２００ｐｐｍ、ＣＴＡＢを０〜３００ｐｐｍ、ＳＢＳを０〜５００ｐｐｍおよびＰＥＧを０〜２００ｐｐｍ有する。浴槽中の溶液は、この時間の最中、継続的
に撹拌される。浴槽は、被覆されるべき基板表面の１平方メートルあたり少なくとも１０リットルの溶液を含有している。
ｖｉｉ．被覆された基板が浴槽から除去され、かつ、脱イオン水ですすがれる。
ｖｉｉｉ．被覆された基板が、オーブンで乾かされる。

上記の実験プロトコルは、ステップ（ｖｉ）を次のように調整することによって、クラスターを有するコーティングを製造するように修正され得る：
ｖｉ．基板が、その後、４時間、７５℃のｎａｎｏＦＬＵＸ無電解蒸着溶液の浴槽に配置される。浴槽中の溶液は、この時間の最中、継続的に撹拌される。浴槽は、被覆されるべき基板表面の１平方メートルあたり少なくとも５０リットルの溶液を含有している。

２．流動法
この流動法プロトコルは、基板表面の１平方メートルを被覆するためのものである。
ｉ．被覆されることが意図されない基板の任意の部分が、例えばそれにメッキ防止ラッカーを適用することによって保護される。このステップは、無電解蒸着溶液の意図された流路が、被覆されることが意図される基板の一部（単数）または一部（複数）のみに接触するのであれば、不要であろう。
ｉｉ．基板が、８０℃の水槽に基板を沈めることによって、８０℃の温度まで予め加熱される。
ｉｉｉ．基板が、その後、８０℃の２０％硫酸槽へと移され、かつ、１５分間放置される。基板が、その後、脱イオン水ですすがれる。
ｉｖ．基板が、２分間、ＰｄＣｌ_２溶液（１ｇＬ^−１）中に配置される。基板が、その後、脱イオン水ですすがれる。
ｖ．基板が、その後、（ｉｉ）にあるように８０℃まで再加熱される。
ｖｉ．上記で定義されたような少なくとも１０リットルのｎａｎｏＦＬＵＸ無電解蒸着溶液が、リサーバーにおいて７５℃まで加熱される。無電解蒸着溶液は、２時間の期間、基板の表面を覆うようにリザーバーから継続的にポンピングされ、かつ、リザーバーへと戻される。
ｖｉｉ．被覆された基板が、脱イオン水ですすがれる。
ｖｉｉｉ．被覆された基板が、オーブンで乾かされる。

上記の実験プロトコルは、ステップ（ｖｉ）を次のように調整することによって、クラスターを有するコーティングを製造するように修正され得る：
ｖｉ．少なくとも５０リットルのｎａｎｏＦＬＵＸ無電解蒸着溶液が、リサーバーにおいて７５℃まで加熱される。無電解蒸着溶液は、４時間の期間、基板の表面を覆うようにリザーバーから継続的にポンピングされ、かつ、リザーバーへと戻される。

３．熱交換器の流れチャンネルを被覆するための流動法
この流動法プロトコルは、熱交換器の流れチャンネルを被覆するためのものである。熱交換器は、２つの端部を有する第１の流れチャンネル（被覆されることが意図される）および２つの端部を有する第２の流れチャンネル（熱伝達流体を運搬するためのものである）を有する。このプロトコルでは、被覆されるべき流れチャンネルは、１平方メートルの表面積を有する。
ｉ．基板の第２の流れチャンネル（すなわち、被覆されるべきでない流れチャンネル）が、各端部にて、８０℃で維持された水ソースに取り付けられる。水は、継続的に第２の流れチャンネルを通してポンピングされる。
ｉｉ．基板の第１の流れチャンネル（すなわち、被覆されるべき流れチャンネル）が、各端部にて、８０℃の２０％硫酸槽のリザーバーに取り付けられる。リザーバーからの硫酸が、１５分間、第１の流れチャンネルを通してポンピングされる。
ｉｉｉ．水および酸のポンピングが停止する。
ｉｖ．すべての酸が、第１の流れチャンネルから排出される。
ｖ．第１の流れチャンネルが、その後、脱イオン水のソースに接続される。脱イオン水が、５分間または第１の流れチャンネルから外に出る水がきれいに流れるまで、チャンネルを通してポンピングされる。すべての水が、その後、第１の流れチャンネルから排出される。
ｖｉ．第１の流れチャンネルが、両端にて、室温のＰｄＣｌ_２溶液のソース（１ｇＬ^−１）に接続される。ＰｄＣｌ_２溶液が、第１の流れチャンネルの中へとポンピングされ、かつ、２分間放置される。すべてのＰｄＣｌ_２溶液が、その後、第１の流れチャンネルから排出される。
ｖｉｉ．基板が、その後、ステップ（ｖ）にあるように脱イオン水ですすがれる。
ｖｉｉｉ．第２の流れチャンネルを通る８０℃の水のポンピングが再開される。
ｉｘ．第１の流れチャンネルが、両端にて、７５℃で維持された少なくとも１０リットルのｎａｎｏＦＬＵＸ無電解蒸着溶液（上記で定義されたような）を含有するリザーバーに接続される。無電解蒸着溶液が、ゆっくりとリザーバーから流れチャンネルの中へと継続的にポンピングされ、５分以上の期間後に第１の流れチャンネルが無電解蒸着溶液で充填されるようになっている（例えば、１Ｌの容量を有する熱交換器については、０．１Ｌ
ｍｉｎ^−１）。
ｘ．無電解蒸着溶液のポンピング速度が、１０倍だけ増大する（例えば、１．０Ｌ ｍｉｎ^−１まで）。このポンピング速度は、２時間維持される。
ｘｉ．無電解蒸着溶液のポンピングが停止し、かつ、すべての無電解蒸着溶液が第１の流れチャンネルから排出される。
ｘｉｉ．被覆された基板が、ステップ（ｖ）にあるような脱イオン水ですすがれる。
ｘｉｉｉ．被覆された基板が、オーブンで乾かされる。

上記の実験プロトコルは、第１の流れチャンネルにクラスターを有するコーティングを製造するように修正され得、該修正は：
− ステップ（ｉｘ）を調整して、第１の流れチャンネルが、両端において、７５℃にて維持された少なくとも５０リットルのｎａｎｏＦＬＵＸ無電解蒸着溶液を含有するリザーバーに接続されるようにすること；および、
− ステップ（ｘ）を調整して、いっそう高速のポンピング速度が４時間の期間維持されるようにすることによって行われる。

当業者であれば、温度およびポンプ速度のような上記方法の特定の特徴が変化し得ることを把握するであろう。

１．サンプルコーティングの調製。
上記の浴法プロトコル（プロトコル１）を用いて、本発明の方法により、銅の小さい試験片が被覆された。被覆時間は、異なるスパイク長さを達成するために変化した。それぞれの場合で、少なくとも１００ｍｌのｎａｎｏＦＬＵＸ溶液が用いられた。本発明による結果として生じる熱交換素子は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を用いた画像であった。結果は、図３（通常のプロトコル）および図５（クラスターを製造するように修正されたプロトコル）に示されている。

図３（ａ）は、１時間までの間、ｎａｎｏＦＬＵＸ溶液の浴槽に銅の試験片を供することによって取得された、長さが１〜３μｍであるスパイクを有するコーティングを示している。図３（ｂ）は、約２時間の間、ｎａｎｏＦＬＵＸ溶液の浴槽に銅の試験片を供することによって取得された、長さが４〜５μｍであるスパイクを有するコーティングを示している。図３（ｃ）は、４時間までの間、ｎａｎｏＦＬＵＸ溶液の浴槽に銅の試験片を供することによって取得された、長さが８〜１０μｍであるスパイクを有するコーティング
を示している。

図５（ａ）は、クラスター状に配置された長さが約７μｍのスパイクを有するコーティングを示している。このコーティングは、約３時間の間、ｎａｎｏＦＬＵＸ溶液の浴槽に銅の試験片を供することによって取得された。これは再活性化され、その後であと３時間の間被覆された。図５（ｂ）もまた、クラスター状に配置されたスパイクのコーティングを示している。

上記の浴法プロトコル（プロトコル１）を用いて、本発明の方法により、直径が７５μｍであるワイヤーを有する鋼ワイヤーメッシュの試験片もまた被覆された。ワイヤーメッシュは、約３時間の間、ｎａｎｏＦＬＵＸ溶液の浴槽に供された。製品はＳＥＭを用いて撮像され、かつ、結果は図６に示されている。

２．熱交換器の調製。
熱交換器のチャンネルを被覆するための流動法（上記のプロトコル３）を用いて、本発明の方法により、熱伝達流体用のチャンネルおよび冷媒用のチャンネルを有する、銅ろう付けを有する３１６ステンレス鋼製のブレージングプレート熱交換器が被覆された。このことは、冷媒用のチャンネルの内部に沿って長さが約３μｍのスパイクを有するコーティングを有する熱交換器を製造した。図４には、かかるチャンネルの内部のＳＥＭ画像が示されている。

この例は、本発明の方法が、既存の熱交換器の中に本発明の熱交換素子を後付けするのに用いられてもよいことを示している。当該方法は、既存の熱交換器の全部または一部を被覆して、本発明による製品を調製するのに用いられてもよい。

３．プール沸騰における熱交換素子の熱伝達の効率。
ステップｖｉでは試験片が４時間までの間、７５℃のｎａｎｏＦＬＵＸ溶液の浴槽に配置されたことを除いて、上記のプロトコル２により銅の試験片を被覆することによって、本発明の方法により熱交換素子が製造された。熱交換素子は、図３（ｃ）に示されているもの（長さが８〜１０μｍであるスパイクを有する）と同様であった。それは、プール沸騰実験において有機冷媒へと熱を伝達するその能力について試験された。プール沸騰実験は、「Ｃｏｍｐｏｕｎｄ ｅｆｆｅｃｔ ｏｆ ＥＨＤ ａｎｄ ｓｕｒｆａｃｅ ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ ｉｎ ｐｏｏｌ ｂｏｉｌｉｎｇ ａｎｄ ＣＨＦ ｗｉｔｈ Ｒ−１２３」， Ａｈｍａｄ ｅｔ ａｌ．， Ａｐｐｌｉｅｄ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， ｖｏｌ． ３１， ｐｐ． １９９４−２００３， ２０１１および「Ｐｏｏｌ ｂｏｉｌｉｎｇ ｏｎ Ｍｏｄｉｆｉｅｄ Ｓｕｒｆａｃｅｓ Ｕｓｉｎｇ Ｒ−１２３」， Ａｈｍａｄ ｅｔ ａｌ， Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ， Ｖｏｌ ３５， Ｉｓｓｕｅ １６−１７， ２０１４に記載されている。結果は、図７および８に示されている。

図７は、壁部過熱（△Ｔ_ｃ）の関数として、表面から有機冷媒への熱流束をｋＷ ｍ^−２で示している。図３（ｃ）に示されているような被覆された銅熱交換素子について、および、研磨された無酸素銅表面について、結果が与えられている。本発明による熱交換素子についての結果は青色で示されており、かつ、グラフの左側への急傾斜した線上に現れている。研磨された表面についての結果は黒色で示されており、かつ、グラフの底に沿ったいっそう平坦な線上に現れている。図７は、本発明の素子が、低い過熱を維持しながら、素子から冷媒への高い熱流束を達成し得ることを示している。表面へと高い熱流束が提供されるときでさえ、素子は、その温度が冷媒より上昇し過ぎないように効率的に、冷媒へと熱を伝達する。表面は、表面へと熱を提供する加熱ユニットが、表面からの熱の急速な損失についていくことができないようにうまく作用した。対照的に、研磨された表面は
、ゆっくりと冷媒へと熱を伝達する。熱が表面から外に出て冷媒の中へと入るようにゆっくりと散逸するので、表面への熱流束は、研磨された表面を冷媒のものより高い温度まで加熱する。

図８は、種々の異なる表面について、壁部過熱（△Ｔ_ｃ）の関数として、表面から有機冷媒までの熱流束をｋＷ ｍ^−２で示している：
（ｉ）研磨された表面（最も平坦な傾斜を有する黒色の線）。
（ｉｉ）高さが５００ｎｍのオーダーの銅表面構造を有する、国際公開第２０１４／０６４４５０号パンフレットに記載のもののような銅コーティングで被覆された表面（緑色の線、約１１℃の△Ｔ_ｃまではほぼ平坦であり、その後で急激に上昇する）。
（ｉｉｉ）長さが１μｍである銅スパイクを有するコーティングで被覆された銅基板を有する、本発明による熱交換素子（赤色の線、約８℃の△Ｔ_ｃまではほぼ平坦であり、その後で急激に上昇する）。
（ｉｖ）長さが１０μｍである銅スパイクを有するコーティングで被覆された銅基板を有する、本発明による熱交換素子（青色の線、約２℃の△Ｔ_ｃから急激に上昇する）。

本発明の熱交換素子は、試験リグが落ちた点まで、非常に高い熱流束を生成した。さらに、本発明の熱交換素子（とりわけ、長さが１０μｍであるスパイクを有するもの）は、高い熱流束においてでさえ非常に低い過熱を維持し、表面から冷媒への熱伝達の優れた効率を示した。

４．流動沸騰における熱交換素子の熱伝達の効率。
本発明の無電解流動蒸着法によって、基板として薄い金属チューブを有する本発明による熱交換素子が調製された。チューブの内面上に、図４に示されているコーティングのようなコーティングが提供された。有機冷媒が、加熱されながらチューブを通して流された。有機冷媒の流速は、順に２００ｋｇ ｍ^−２ｓ^−１、３００ｋｇ ｍ^−２ｓ^−１、４００ｋｇ ｍ^−２ｓ^−１および５００ｋｇ ｍ^−２ｓ^−１であるように設定された。各流速における熱伝達係数が測定された。各流速における被覆されていないチューブの熱伝達係数もまた、測定された。熱伝達係数を測定するための実験プロトコルは、「Ｆｌｏｗ Ｂｏｉｌｉｎｇ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ Ｉｎ Ａ Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｓｍａｌｌ−Ｄｉａｍｅｔｅｒ Ｔｕｂｅ： Ｅｆｆｅｃｔ Ｏｆ Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ Ｆｌｕｉｄｓ Ａｎｄ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ」， Ａｌ−Ｇａｈｅｅｓｈｉ ｅｔ ａｌ．， Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ： Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｆｏｒｕｍ ｏｎ Ｈｅａｔ Ｔｒａｎｓｆｅｒ， ＩＦＨＴ２０１６， Ｎｏｖｅｍｂｅｒ ２−４， ２０１６， ａｔ Ｓｅｎｄａｉ， Ｊａｐａｎに記載されている。Ｗ ｍ^−２Ｋ^−１で示される熱伝達係数は、熱伝達の効率の測定値の測定値である。大きい熱伝達係数は、熱交換素子がいっそう効率的に熱を伝達することを示している。

結果は、図９に示されている。図に見られ得るように、被覆されたチューブは、各流速において、被覆されていないチューブより高い熱伝達係数を有した。本発明による熱交換素子を製造するためのコーティングは、したがって、表面を横切る熱流束を改善した。

５．蒸着時間の変化。
本発明の無電解蒸着法は、蒸着される構造のサイズを変化させるように調整され得る。図１０は、基板が無電解蒸着溶液（例えば、無電解蒸着溶液の流れ）に供される時間を変化させることによって達成される、およそのスパイク高さ（上側の破線）とベースにおけるスパイク半径（下側の実線）を示している。スパイク長さは時間とともに増大し、ベース半径も同様である。

スパイクは、略円錐形である。上記の長さおよび半径は、各スパイクを円錐（その軸線が、直角において円錐のベースを通過する）に近似させることによって取得される。円錐のベースは、円錐の最も短い辺のベースにおける平面の中の円である。したがって、スパイク長さは、ベースから先端までの略円錐形の軸線の長さであり、かつ、ベース半径は、この近似値における円形ベースの半径である。

これらの実験を実行している間、円錐角（すなわち、円錐の辺がベースとなす角度）は、無電解蒸着が実行される時間の長さによって影響を受けないことが注目された。したがって、本発明の方法は、長く鋭利なスパイクを製造し得；スパイクは、それらが本発明の方法の最中にいっそう長くなっても、いっそう鈍くはならない。

６．被覆された熱交換器 対 被覆されていない熱交換器の、熱伝達効率の比較
上記のプロトコル３により、被覆された蒸発器（すなわち、熱交換器）が調製された。かかるプロトコルで説明されたように、冷媒を受け取るための蒸発器の流れチャンネルは、本発明の方法により被覆された。しかしながら、水を受け取るための蒸発器の他方の流れチャンネルは、被覆されなかった。

比較の目的で、被覆されていない蒸発器もまた取得された。この被覆されていない蒸発器は、他方の蒸発器と構造が同一であるが、被覆されていない蒸発器の流れチャンネルはいずれも、本発明にしたがって被覆されなかった。

被覆された蒸発器および被覆されていない蒸発器は、試験リグに順に組み込まれた。試験リグは、図１１に示されている。

システムは、作動冷媒としてＲ２４５ｆａを用いた。水から冷媒へと熱を伝達する蒸発器の能力が、その後で評価された。冷媒および水は、熱交換器の通常の使用にしたがって蒸発器を通って循環した。この点に関し実行された実験試験の最中、水から冷媒への熱伝達率が評価された。異なる流速下での被覆された蒸発器のコーティングを試験するために、多数の実験が実行された。実験は、比較を可能にするために、被覆されていない蒸発器であるが同じ流れパラメーターを用いて繰り返された。

実行された実験に基づいて、熱伝達係数（ＵＡ）が計算された。これは、表面を横切る熱流束と表面を横切って存在した温度差との間の比例定数である。したがって、表面が大きい熱伝達係数を有する場合、それは、表面の両側を横切る温度差が小さいときでさえ、熱を効率的に伝達し得る。いっそう小さい熱伝達係数を有する表面は、表面が熱の適用可能な流れを可能にする前に、表面を横切るいっそう大きい温度差（すなわち、いっそう大きい駆動力）を必要とする。熱伝達係数を計算する方法は、「Ｐｒｏｐａｎｅ ｈｅａｔ
ｐｕｍｐ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｎｔ ｃｈａｒｇｅ： ｄｅｓｉｇｎ ａｎｄ ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ ｔｅｓｔｓ」， Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ， ２７（１）， ｐｐ．７６１−７７３， ２００４においてＦｅｒｎａｎｄｏらによって、および、「Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｂｒａｚｅｄ ｐｌａｔｅ ｈｅａｔ ｅｘｃｈａｎｇｅｒ ｓｅｔ ｉｎ
ｈｅａｔ ｐｕｍｐ Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ １８ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｇｒｅｓｓ ｏｆ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ， ｎｅｗ ｃｈａｌｌｅｎｇｅｓ ｉｎ ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ」， Ｍｏｎｔｒｅａｌ， Ｑｕｅｂｅｃ， Ｃａｎａｄａ， ｖｏｌ． ３ （１０−１７ Ａｕｇｕｓｔ １９９１）においてＤｕｔｔｏらによって与えられている。

図１２には、２つの蒸発器についての温度の関数としての熱伝達係数が示されている。両方の場合における蒸発器を通る冷媒流速は、０．０１２１ｋｇ／ｓであった。

被覆されていない蒸発器のＵＡは、正方形のマーカーによって示されており、かつ、２００Ｗ／Ｋの領域にある。しかしながら、円形のマーカーによって示されている被覆された蒸発器は、３００Ｗ／Ｋの領域における熱伝達係数を達成している。例えば、２．２５ｋＷの蒸発器の水側の熱伝達率における熱伝達係数を比較することは、被覆された蒸発器のＵＡが被覆されていない蒸発器のものより５１．７４％だけ高いことを示している。このことは、顕著な改善である。

さらに、このことは、作動の最中、蒸発器の冷媒で被覆された側での非常に小さい圧力損失を伴って達成された。圧力損失は、流路に沿う流れ圧力の差（例えば、熱交換器への入口の点と出口の点との間の）である。圧力損失は、流路に沿う流体の流れにおける乱れによって引き起こされる。高い圧力損失は、熱交換器を通る流体（例えば、冷媒）をポンピングするポンプが、流体を通すためにいっそう力を発揮する必要があることを意味する。したがって、高い圧力損失が回避されることは有利である。

Claims (37)

1. 基板とコーティングを有する熱交換素子であって、当該熱交換素子は、流体の流れのための流路を定めており、かつ、前記流路の少なくとも一部が、前記コーティングで被覆されており：
   前記コーティングが金属を有し；
   前記コーティングが、１００μｍまでの長さを有する複数のスパイクを有し；
   前記コーティングが、前記流路の端部に平均スパイク長さがＳ_１である第１の領域を有し、かつ、前記流路上に平均スパイク長さがＳ_２である第２の領域を有し；かつ、
   Ｓ_１がＳ_２より大きい、
   前記熱交換素子。
2. 前記スパイクが、少なくとも１μｍであり、かつ、５０μｍを越えない長さを有する、請求項１に記載の熱交換素子。
3. Ｓ_２がＳ_１の５０％〜９０％である、請求項１または請求項２に記載の熱交換素子。
4. Ｓ_１が２μｍ〜１０μｍである、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
5. 前記スパイクが、それらの先端にて１００ｎｍ以下の厚さを有する、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
6. 前記の複数のスパイクが、１つ以上のクラスター状に配置されており、各クラスターが、２つ以上のスパイクを有する、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
7. 各クラスターの直径が１０〜５０μｍである、請求項６に記載の熱交換素子。
8. 前記コーティングの厚さが１０μｍ以上である、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
9. 前記コーティングが銅を有する、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
10. 前記コーティングが、金属を前記コーティングの重量の８０％だけ有する、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
11. 前記コーティングが無電解蒸着によって取得可能である、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
12. 前記平均スパイク長さが、前記流路の全部または一部に沿って段階的である、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
13. 前記コーティングが、前記コーティング上に表面層を有する、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
14. 前記基板が金属物体である、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
15. 前記基板が、液体へと熱を伝達するのに適した熱交換器である、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
16. 前記流路が流れチャンネルを有し、かつ、前記コーティングが前記流れチャンネルの前
    記表面の少なくとも一部の上に存在する、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
17. 前記の第１の領域が、前記流れチャンネルへの入口に、または、前記流れチャンネルへの入口の近くに配置されており、かつ、前記の第２の領域が、前記の第１の領域より前記入口から遠くに配置されている、請求項１６に記載の熱交換素子。
18. 当該熱交換素子が冷媒を含有している、いずれかの先行する請求項に記載の熱交換素子。
19. 流体へと、または、流体から熱を伝達する方法であって、請求項１〜１８のいずれかにおいて定義されるような熱交換素子の流路に前記流体を提供することを有する、前記方法。
20. 請求項１〜１８のいずれか一項に記載の熱交換素子を製造するための方法であって、当該方法は、基板の表面に無電解蒸着溶液を提供することを有する、前記方法。
21. 当該方法が浴法である、請求項２０に記載の方法。
22. 当該方法が、前記基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する、請求項２０に記載の方法。
23. 基板とコーティングを有する熱交換素子を製造するための方法であって：
    前記コーティングが金属を有し；かつ、
    前記基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流す、
    前記方法。
24. 前記熱交換素子が、請求項１〜１８のいずれか一項において定義されるようなものである、請求項２３に記載の方法。
25. 当該方法が：
    前記基板の前記表面を覆うように無電解蒸着溶液のリザーバーから前記無電解蒸着溶液を流すことを有し；かつ、
    前記リザーバーに前記無電解蒸着溶液を戻すことを有する、
    請求項２２〜２４のいずれか一項に記載の方法。
26. 当該方法が：
    第１の流速Ｆ_１にて前記基板の表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有し；かつ、
    第２の流速Ｆ_２にて前記基板の前記表面を覆うように無電解蒸着溶液を流すことを有する、
    請求項２２〜２５のいずれか一項に記載の方法。
27. Ｆ_２がＦ_１より大きい、請求項２６に記載の方法。
28. 当該方法が、前記無電解蒸着溶液をポンピングして、前記無電解蒸着溶液が、前記基板の表面を覆うように流れることを引き起こすことを有する、請求項２２〜２７のいずれか一項に記載の方法。
29. 前記基板が流れチャンネルを有し、かつ、当該方法当該方法が、前記流れチャンネルを
    通して無電解蒸着溶液を流すことを有する、請求項２２〜２８のいずれか一項に記載の方法。
30. 当該方法が：
    （ｉ）前記基板の表面に酸を提供することを有し；かつ／または、
    （ｉｉ）前記基板の表面を活性化させることを有し、
    ステップ（ｉ）および／または（ｉｉ）は、前記基板の前記表面に無電解蒸着溶液を提供する前に実行される、
    請求項２０〜２９のいずれか一項に記載の方法。
31. 前記無電解蒸着溶液が水溶液である、請求項２０〜３０のいずれか一項に記載の方法。
32. 前記無電解蒸着溶液が、銅および／またはニッケルイオンを有する、請求項２０〜３１のいずれか一項に記載の方法。
33. 当該方法が、２０℃〜１００℃の温度にて実行される、請求項２０〜３２のいずれか一項に記載の方法。
34. 当該方法が、０．５時間〜１０時間の期間、基板の表面に前記無電解蒸着溶液を提供することを有する、請求項２０〜３３のいずれか一項に記載の方法。
35. 当該方法が、時間Ｔの間、前記基板の表面に前記無電解蒸着溶液を提供することを有し、Ｔは、前記無電解蒸着溶液が５〜５０％消耗するまでにかかる時間である、請求項２０〜３４のいずれか一項に記載の方法。
36. 当該方法が、熱交換素子に表面層（好ましくは、ニッケルを有する表面層）を適用することを有する、請求項２０〜３５のいずれか一項に記載の方法。
37. 請求項２３〜３６のいずれか一項において定義される方法によって取得される、または、取得可能である熱交換素子。