JPWO2017170490A1 - 酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法 - Google Patents

Abstract

熱交換器は、塩素を含有する酸性水溶液が流通する液流路と、酸性水溶液と熱交換される熱媒体が流通する媒体流路と、を備える。液流路は、酸性水溶液と接触し、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有している。

Description

本発明は、酸性水溶液に耐久性のある熱交換器、および熱交換方法に関する。

従来より、流体の熱交換に利用される熱交換器が知られている。熱交換器は、熱交換対象である流体が流通する流路と、熱媒体が流通する流路とを仕切る伝熱板を備えており、伝熱板を介して、熱交換対象と熱媒体とが熱交換される。

そのため、熱交換効率の観点から、伝熱板の熱伝導率の向上を図ることが望まれている。

例えば、伝熱板が、２枚の銅板がろう材を介して圧着されて形成される熱交換器が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００７−２３２３３７号公報

特許文献１に記載されるような熱交換器では、熱伝導率が約３７０Ｗ／（ｍ・Ｋ）である銅を伝熱板に用いており、熱交換効率の向上を図っている。

しかし、銅などの材質を用いた熱交換器では、酸性水溶液、とりわけ、塩素を含有する酸性水溶液を熱交換する場合、伝熱板が腐食するという不具合がある。

一方、樹脂を含浸したカーボン素材やタンタル、セラミックス、フッ素樹脂などは塩素を含有する酸性水溶液に対する耐久性が優れていることが知られている。しかしながら、これらの素材は熱伝導度が優れているとは言えず、また加工が難しく取扱いも面倒であるため、熱交換器に用いる場合、装置の大型化や複数の熱交換器を併用するなどの方法が必要になり、設備費の増大が懸念される。

そこで、本発明は、液流路の腐食を抑制でき、耐久性の向上を図ることができながら、熱交換効率にも優れた熱交換器、および熱交換方法を提供する。

前記の通り、熱交換器をタンタルにより形成すれば、酸性水溶液による腐食を抑制できるが、タンタルの熱伝導率が、約５５Ｗ／（ｍ・Ｋ）であり、銅の熱伝導率に対して、１／６以下であるので、熱交換器の熱交換効率が低下してしまう。

本発明者らは鋭意検討した結果、タンタルを５０質量％以上含む部分を金属薄膜とすることで、熱交換器の熱交換効率を改善でき、薄膜であっても驚くべきことに耐久性の向上も図ることができることを見出し、本発明を完成した。即ち本発明は、以下の通りである。

本発明［１］は、塩素を含有する酸性水溶液が流通する液流路と、前記酸性水溶液と熱交換される熱媒体が流通する媒体流路と、を備え、前記液流路は、前記酸性水溶液と接触し、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有している、熱交換器を含んでいる。

このような構成によれば、液流路が、塩素を含有する酸性水溶液と接触し、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、塩素を含有する酸性水溶液を液流路に流通させても、液流路が腐食することを抑制でき、熱交換器の耐久性の向上を図ることができる。

本発明［２］は、前記金属薄膜の厚みが、１０μｍ以上５００μｍ以下である、上記［１］に記載の熱交換器を含んでいる。

このような構成によれば、金属薄膜の厚みが１０μｍ以上であるので、熱交換器の耐久性の向上を確実に図ることができ、金属薄膜の厚みが５００μｍ以下であるので、熱交換器の十分な熱交換効率を確保することができる。

本発明［３］は、前記液流路と前記媒体流路とを仕切るプレートを備え、前記液流路と前記媒体流路とは、前記プレートを介して交互に配置されており、前記金属薄膜は、前記プレートの前記液流路側の表面に配置されている、上記［１］または［２］に記載の熱交換器を含んでいる。

このような構成によれば、液流路と媒体流路とが、プレートを介して交互に配置されているので、液流路を流通する酸性水溶液と、媒体流路を流通する熱媒体とを円滑に熱交換させることができる。そのため、熱交換器の熱交換効率の向上を図ることができる。

また、金属薄膜がプレート表面に配置されるので、均一な金属薄膜を確実に設けることができる。

本発明［４］は、前記液流路は、フッ素を含有していない、上記［１］〜［３］のいずれか一項に記載の熱交換器を含んでいる。

しかるに、液流路が、フッ素、例えば、フッ素樹脂含有カーボンを有している場合、塩素を含有する酸性水溶液を長期にわたって液流路に流通させると、フッ素が酸性水溶液に溶出し、強度が低下し、ヒートショックなどによる脆性破壊が発生しやすくなるという不具合があった。

一方、上記の構成によれば、液流路が、フッ素を含有しておらず、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、フッ素樹脂含有カーボンを用いた熱交換器のような脆性破壊の懸念はない。

本発明［５］は、上記［１］〜［４］のいずれか一項に記載の熱交換器を用いて、温度が０℃以上１５０℃以下である前記酸性水溶液を熱交換する、熱交換方法を含んでいる。

このような方法によれば、温度が０℃以上１５０℃以下の酸性水溶液であっても、液流路が、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、液流路の腐食を抑制することができながら、酸性水溶液を効率良く熱交換することができる。

本発明［６］は、前記酸性水溶液中の塩素濃度は、０．００１質量％以上０．５質量％以下である、上記［５］に記載の熱交換方法を含んでいる。

このような方法によれば、酸性水溶液中の塩素濃度が０．００１質量％以上０．５質量％以下であっても、液流路が、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、液流路の腐食を抑制することができる。

本発明［７］は、前記酸性水溶液が、塩化水素の酸素酸化反応により生成した塩素を含有する、上記［５］または［６］に記載の熱交換方法を含んでいる。

このような方法によれば、酸性水溶液が、塩化水素の酸素酸化反応により生成した塩素を含有していても、液流路が、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有しているので、液流路の腐食を抑制することができる。

本発明の熱交換器によれば、耐久性の向上を図ることができながら、十分に熱交換効率を確保することができる。

本発明の熱交換方法によれば、温度が０℃以上１５０℃以下の酸性水溶液であっても、液流路の腐食を抑制することができながら、酸性水溶液を効率良く熱交換することができる。

図１Ａは、本発明の熱交換器の一実施形態の斜視図である。図１Ｂは、図１Ａに示す熱交換器の中央断面図である。 図２は、図１Ａに示す熱交換器の分解斜視図である。

１．熱交換器
本発明に係る熱交換器の一例を図１、図２に例示し、以下、説明する。

熱交換器１は、図１Ａに示すように、プレート式熱交換器であって、スタートフレーム２と、エンドフレーム３と、複数のプレート４とを備えている。

なお、以下の説明において、熱交換器１の方向に言及するときは、便宜上、スタートフレーム２が配置されている方を、熱交換器１の前側とし、その反対を熱交換器１の後側とする。また、熱交換器１を前側から見たときを基準として左右を規定し、前後および左右方向の両方向と直交する方向を上下として規定する。具体的には、各図に示す方向矢印を基準とする。

なお、前後方向は、複数のプレート４の積層方向（プレート４の厚み方向）と同一であり、前側が積層方向（厚み方向）の一方側、後側が積層方向（厚み方向）の他方側である。上下方向は、プレート４の長手方向と同一であり、上側が長手方向の一方側、下側が長手方向の他方側である。左右方向は、プレート４の幅方向と同一であり、右側が幅方向の一方側、左側が幅方向の他方側である。

スタートフレーム２は、上下方向に延びる正面視略矩形の平板形状を有している。スタートフレーム２は、４つの貫通口５を有している。

４つの貫通口５は、スタートフレーム２の四隅に１つずつ配置されている。４つの貫通口５のそれぞれは、正面視略円形状を有しており、スタートフレーム２を前後方向に貫通している。

４つの貫通口５のうち、左上側の貫通口５は液入口６であり、左下側の貫通口５は液出口７であり、右下側の貫通口５は媒体入口８であり、右上側の貫通口５は媒体出口９である。

エンドフレーム３は、スタートフレーム２に対して後側に間隔を空けて配置されている。エンドフレーム３は、上下方向に延びる略平板形状を有している。

複数のプレート４は、前後方向に積層されており、スタートフレーム２とエンドフレーム３との間に挟まれている。

複数のプレート４のそれぞれは、詳しくは後述するが、図２に示すように、上下方向に延びる略矩形の平板形状を有しており、４つの通過口１２を有している。

４つの通過口１２は、プレート４の四隅に１つずつ配置されている。４つの通過口１２のそれぞれは、正面視略円形状を有しており、プレート４を前後方向に貫通している。

４つの通過口１２のうち、左上側の通過口１２は液流入口２５であり、左下側の通過口１２は液排出口２６であり、右下側の通過口１２は媒体流入口２７であり、右上側の通過口１２は媒体排出口２８である。

そして、複数のプレート４の液流入口２５、液排出口２６、媒体流入口２７および媒体排出口２８のそれぞれは、前後方向に互いに連通することにより、液流入路３１、液流出路３２、媒体流入路３３および媒体流出路３４をそれぞれ形成している。液流入路３１、液流出路３２、媒体流入路３３および媒体流出路３４は、複数のプレート４において前後方向に流路形成されている。

なお、液流入路３１および液入口６、液流出路３２および液出口７、媒体流入路３３および媒体入口８、媒体流出路３４および媒体出口９は、前後方向に互いに連通している。

２．プレートの詳細
複数のプレート４は、詳しくは、第１プレート４Ａと、第２プレート４Ｂとを備えている。

第１プレート４Ａは、図１Ｂに示すように、基材の一例としての第１基材１３と、金属薄膜の一例としての第１金属薄膜１４とを備えている。

第１基材１３は、上下方向に延びる正面視略矩形の平板形状を有している。第１基材１３は、薄膜形成面の一例としての前面１３Ａと、前面１３Ａに対して反対側の流路形成面の一例としての後面１３Ｂとを有している。

第１基材１３は、金属材料から形成されている。金属材料としては、例えば、アルミニウム、銅などや、それらの合金が挙げられ、熱伝導率の観点から好ましくは、アルミニウムおよび銅が挙げられる。

第１金属薄膜１４は、第１基材１３の前面１３Ａに配置されており、本実施形態において、前面１３Ａの全体に形成されている。また、第１金属薄膜１４は、１層から形成されてもよく、複数層から形成されてもよい。

第１金属薄膜１４は、タンタルを５０質量％以上含んでおり、タンタル合金や、他の成分をドープしたタンタルまたはタンタル単体から形成されている。

タンタルと組み合わせて用いる成分としては、例えば、ケイ素、タングステン、モリブデン、ニオブなどが挙げられる。

また、タンタルを含む金属薄膜の厚みは、好ましくは、１０〜５００μｍである。好ましい下限は、２０μｍ、さらに好ましくは３０μｍ、特に好ましくは５０μｍである。一方、好ましい上限は４７０μｍ、より好ましくは４５０μｍ、さらに好ましくは４３０μｍ、特に好ましくは４００μｍである。本発明の検討によれば、上記の厚みの範囲内にあるタンタルを含む金属薄膜であれば、塩化水素などの水溶液に対する耐久性と熱伝導性とを高いレベルで両立できると考えられる。

第１金属薄膜１４の厚みが上記下限以上であれば、熱交換器１の耐久性の向上を確実に図ることができ、第１金属薄膜１４の厚みが上記上限以下であれば、熱交換器１の熱交換効率を確実に高く確保できる。

また、第１プレート４Ａには、図２に示すように、第１ガスケット１０が設けられている。

第１ガスケット１０は、公知のシーリング材料から形成されており、第１金属薄膜１４の表面（前面）に配置されている。

第１ガスケット１０は、第１液ガスケット１６と、２つの第１媒体ガスケット１７とを備えている。

第１液ガスケット１６は、第１金属薄膜１４の表面（前面）において、液流通領域１４Ｔを区画している。液流通領域１４Ｔは、液流入口２５および液排出口２６を含んでいる。

２つの第１媒体ガスケット１７は、第１金属薄膜１４の表面（前面）において、第１液ガスケット１６とは独立して、媒体流入口２７および媒体排出口２８をそれぞれ囲むように設けられている。

第２プレート４Ｂは、図１Ｂに示すように、基材の一例としての第２基材２３と、金属薄膜の一例としての第２金属薄膜２４とを備えている。

第２基材２３および第２金属薄膜２４は、第２金属薄膜２４の配置を除き、上記の第１基材１３および第１金属薄膜１４と同様の構成を有している。そのため、第２金属薄膜２４の配置に関する構成のみを説明し、他の構成の説明を省略する。

第２基材２３は、流路形成面の一例としての前面２３Ａと、前面２３Ａに対して反対側の薄膜形成面の一例としての後面２３Ｂと、を有している。

第２金属薄膜２４は、第２基材２３の後面２３Ｂに配置されており、本実施形態において、後面２３Ｂの全体に形成されている。また、第２金属薄膜２４は、１層から形成されてもよく、複数層から形成されてもよい。

また、第２プレート４Ｂには、図２に示すように、第２ガスケット１１が設けられている。

第２ガスケット１１は、公知のシーリング材料から形成されており、第２基材２３の表面（前面）に配置されている。

第２ガスケット１１は、第２媒体ガスケット１９と、２つの第２液ガスケット１８とを備えている。

第２媒体ガスケット１９は、第２基材２３の表面（前面２３Ａ）において、媒体流通領域２３Ｔを区画している。媒体流通領域２３Ｔは、媒体流入口２７および媒体排出口２８を含んでいる。

２つの第２液ガスケット１８は、第２基材２３の前面２３Ａにおいて、第２媒体ガスケット１９とは独立して、液流入口２５および液排出口２６をそれぞれ囲むように設けられている。

そして、第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂは、前後方向において交互に配置されている。

詳しくは、第１プレート４Ａの第１液ガスケット１６は、図１Ｂおよび図２に示すように、その第１プレート４Ａに対して前側に配置される第２プレート４Ｂの第２金属薄膜２４に、液流入口２５および液排出口２６を含むように接触している。

そして、第１プレート４Ａの第１金属薄膜１４（液流通領域１４Ｔ）と、第２プレート４Ｂの第２金属薄膜２４とは、図１Ｂに示すように、前後方向に間隔を空けて向かい合うように配置されており、第１金属薄膜１４、第２金属薄膜２４および第１液ガスケット１６が、液流路３５を形成している。

つまり、液流路３５は、複数のプレート４において上下方向に流路形成され、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を備えており、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４は、対応するプレート４の液流路３５側の表面に配置されている。また、第１金属薄膜１４の前面、および、第２金属薄膜２４の後面は、液流入路３１の内面を構成している。なお、液流路３５は、フッ素を含有しておらず、液流入路３１および液流出路３２のそれぞれと連通している。

また、２つの第１媒体ガスケット１７は、図１Ｂおよび図２に示すように、第２金属薄膜２４に、媒体流入口２７および媒体排出口２８をそれぞれ囲むように接触している。

また、第２プレート４Ｂの第２媒体ガスケット１９は、その第２プレート４Ｂに対して前側に配置される第１プレート４Ａの第１基材１３に、媒体流入口２７および媒体排出口２８を含むように接触している。

そして、第１プレート４Ａの第１基材１３と、第２プレート４Ｂの第２基材２３（媒体流通領域２３Ｔ）とは、図１Ｂに示すように、前後方向に間隔を空けて向かい合うように配置されており、第１基材１３、第２基材２３および第２媒体ガスケット１９が、媒体流路３６を構成している。

つまり、媒体流路３６は、第１基材１３および第２基材２３を備えている。また、第１基材１３の後面１３Ｂ、および、第２基材２３の前面２３Ａは、媒体流路３６の内面を構成している。なお、媒体流路３６は、媒体流入路３３および媒体流出路３４のそれぞれと連通している。

また、２つの第２液ガスケット１８は、図１Ｂおよび図２に示すように、第１基材１３に、液流入口２５および液排出口２６をそれぞれ囲むように接触している。

これよって、熱交換器１は、液流路３５および媒体流路３６を備えている。また、プレート４（第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂ）は、液流路３５と媒体流路３６とを仕切っており、前後方向において、液流路３５と媒体流路３６とは、プレート４を介して交互に配置されている。

このような熱交換器１を製造する方法の例を以下のように示す。

まず、第１基材１３および第２基材２３のそれぞれを複数準備する。そして、第１基材１３および第２基材２３のそれぞれに、液流入口２５、液排出口２６、媒体流入口２７および媒体排出口２８を、公知の加工方法（例えば、パンチング加工、ドリル穿孔など）により形成する。

次いで、第１基材１３の前面１３Ａに、第１金属薄膜１４を蒸着により形成し、第２基材２３の後面２３Ｂに、第２金属薄膜２４を蒸着により形成する。

金属薄膜の蒸着方法としては、例えば、化学蒸着法、物理蒸着法（例えば、スパッタリング）などの公知の蒸着方法が挙げられ、好ましくは、物理蒸着法が挙げられる。

以上によって、複数の第１プレート４Ａおよび複数の第２プレート４Ｂ（複数のプレート４）が作製される。

そして、各第１プレート４Ａに第１ガスケット１０を設けるとともに、各第２プレート４Ｂに第２ガスケット１１を設ける。

次いで、第１プレート４Ａの第１金属薄膜１４と、第２プレート４Ｂの第２金属薄膜２４とが互いに向かい合って、液流路３５を形成するとともに、第１プレート４Ａの第１基材１３と、第２プレート４Ｂの第２基材２３とが互いに向かい合って、媒体流路３６を形成するように、第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂを交互に積層する。

その後、積層された第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂ（複数のプレート４）を、スタートフレーム２およびエンドフレーム３により挟み込む。

以上によって、熱交換器１が作製される。

３．熱交換動作
このような熱交換器１では、塩素を含有する酸性水溶液を、熱媒体により熱交換して、加熱または冷却する。

塩素を含有する酸性水溶液は、例えば、塩化水素ガスが溶解した水溶液、塩酸が水に希釈された水溶液、塩素ガスが溶解された水溶液などである。これらの水溶液中には、例えば、ホスゲンやイソシアネート由来のカルボニル基を有する化合物が含まれていてもよい。

酸性水溶液中の塩素濃度は、例えば、０．００１質量％以上、好ましくは、０．００５質量％以上、例えば、０．５質量％以下、好ましくは、０．４質量％以下である。

熱媒体としては、特に制限されず、例えば、加熱媒体（例えば、油浴、水浴、蒸気浴（スチーム）、電熱線など）、冷却媒体（例えば、ブライン、水、アセトンなど）などが挙げられる。

加熱媒体として、好ましくは、蒸気浴（スチーム）が挙げられ、冷却媒体として、好ましくは、水が挙げられる。

熱交換器１を用いて、塩素を含有する酸性水溶液を熱交換（加熱または冷却）するには、酸性水溶液を、スタートフレーム２の液入口６を介して、液流入路３１に流入させるとともに、熱媒体を、スタートフレーム２の媒体入口８を介して、媒体流入路３３に流入させる。

このとき、酸性水溶液の温度は、例えば、０℃以上、好ましくは、室温以上であり、例えば、３００℃以下、好ましくは、２５０℃以下、より好ましくは、２００℃以下、さらに好ましくは、１５０℃以下である。

なお、酸性水溶液の温度が０℃以上４０℃以下である場合、酸性水溶液を熱媒体により加熱し、酸性水溶液の温度が１００℃以上２５０℃以下である場合、酸性水溶液を熱媒体により冷却することがある。

また、酸性水溶液の圧力は、例えば、０．１０ＭＰａ以上、好ましくは、０．１５ＭＰａ以上、例えば、１ＭＰａ以下、好ましくは、２ＭＰａ以下である。

そして、液流入路３１に流入した酸性水溶液は、液流入路３１から、図１Ｂに示すように、液流路３５に流入する。液流路３５に流入した酸性水溶液は、第１金属薄膜１４の液流通領域１４Ｔの全体と接触するとともに、液流通領域１４Ｔと向かい合う第２金属薄膜２４の後面と接触しながら、液流路３５を上方から下方に向かって流通する。

また、媒体流入路３３に流入した熱媒体は、媒体流入路３３から、媒体流路３６に流入する。媒体流路３６に流入した熱媒体は、第２基材２３の媒体流通領域２３Ｔの全体と接触するとともに、媒体流通領域２３Ｔと向かい合う第１基材１３の後面１３Ｂと接触しながら、媒体流路３６を下方から上方に向かって流通する。

つまり、液流路３５を流通する酸性水溶液と、媒体流路３６を流通する熱媒体とは、互いに逆方向に向かって流れる。このとき、液流路３５を流通する酸性水溶液と、媒体流路３６を流通する熱媒体とが、プレート４（第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂ）を介して、熱交換する。

その後、熱交換された酸性水溶液は、液流路３５から、図１Ａに示すように、液流出路３２に流出した後、スタートフレーム２の液出口７を介して、熱交換器１外に排出される。なお、排出された酸性水溶液は、フッ素を含有していない。

また、熱交換された熱媒体は、媒体流路３６から、媒体流出路３４に流出した後、スタートフレーム２の媒体出口９を介して、熱交換器１外に排出される。

以上によって、酸性水溶液の熱交換が完了する。

このような熱交換器１は、各種産業分野において、塩素を含有する酸性水溶液の熱交換に用いることができ、好ましくは、塩化水素の酸素酸化反応により得られる反応液の熱交換（冷却または加熱）に好適に利用できる。

なお、塩化水素の酸素酸化反応では、下記式（１）に示すように、塩素および水が発生する。

式（１）：
４ＨＣｌ＋Ｏ_２→２Ｃｌ_２＋２Ｈ_２Ｏ ・・・（１）
そして、未反応塩化水素が冷却、吸収用の水および生成する水に溶解するため、塩化水素の酸素酸化反応により得られる反応液は、塩素を含有する塩酸となる。

４．作用効果
熱交換器１では、図１Ｂに示すように、液流路３５が、タンタルを５０質量％以上含む第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を備えている。そのため、塩素を含有する酸性水溶液を液流路３５に流通させても、液流路３５が腐食することを抑制でき、熱交換器１の耐久性の向上を図ることができる。

また、タンタルを５０質量％以上含む部分が、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４であるので、熱交換器１の熱交換効率の低下を抑制できる。

また、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４のそれぞれの厚みが、１０μｍ以上であるので、熱交換器１の耐久性の向上を確実に図ることができ、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４のそれぞれの厚みが、５００μｍ以下であるので、熱交換器１は高い熱交換効率を示すと期待される。

また、液流路３５と媒体流路３６とが、プレート４を介して交互に配置されている。そのため、液流路３５を流通する酸性水溶液と、媒体流路３６を流通する熱媒体とを円滑に熱交換させることができる。その結果、熱交換器１の熱交換効率の向上を図ることができる。

また、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４のそれぞれが、対応するプレート４の表面に配置されているので、均一な金属薄膜を確実に設けることができる。

また、熱交換器１では、温度が０℃以上２５０℃以下の酸性水溶液であっても、液流路３５が腐食することを抑制できながら、酸性水溶液を効率良く熱交換することができる。

また、熱交換器１は、フッ素樹脂を含浸したカーボン熱交換器のように、熱交換した酸性水溶液に、フッ素が溶出し、脆性破壊を起こす懸念はない。

また、酸性水溶液中の塩素濃度が０．００１質量％以上０．５質量％以下であっても、液流路３５が、タンタルを５０質量％以上含む第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を有しているので、液流路３５の腐食を抑制することができる。

また、酸性水溶液が、塩化水素の酸素酸化反応により生成した塩素を含有していても、液流路３５が、タンタルを５０質量％以上含む第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を有しているので、液流路３５の腐食を抑制することができる。

つまり、熱交換器１は、塩化水素の酸素酸化反応により得られる反応液の冷却または加熱に有効に利用することができる。

また、熱交換器１の製造方法によれば、第１基材１３の前面１３Ａに第１金属薄膜１４を蒸着により形成し、第１プレート４Ａを調製し、第２基材２３の後面２３Ｂに第２金属薄膜２４を蒸着により形成して、第２プレート４Ｂを調製する。

そして、第１プレート４Ａの第１金属薄膜１４と、第２プレート４Ｂの第２金属薄膜２４とが互いに向かい合って、液流路３５を形成するとともに、第１プレート４Ａの第１基材１３と、第２プレート４Ｂの第２基材２３とが互いに向かい合って、媒体流路３６を形成するように、第１プレート４Ａおよび第２プレート４Ｂを交互に積層する。

これによって、熱交換器１を製造することができる。

そのため、簡易な方法でありながら、第１金属薄膜１４および第２金属薄膜２４を有する熱交換器１を、効率良く製造することができる。

５．変形例
なお、上記の実施形態では、熱交換器１は、プレート式熱交換器であるが、これに限定されず、熱交換器１は、多管式熱交換器、スパイラル式熱交換器などであってもよい。

また、上記の実施形態では、プレート４は、表面が平坦な略平板形状を有しているが、これに限定されず、プレート４は、表面が波形状（凹凸形状）を有するように、プレス加工されていてもよい。

また、上記の実施形態では、第１金属薄膜１４が、第１基材１３の前面１３Ａの全体に形成されているが、これに限定されず、第１金属薄膜１４は、第１液ガスケット１６に囲まれる液流通領域１４Ｔのみに形成されていてもよい。

また、第２金属薄膜２４も同様に、第２基材２３の後面２３Ｂにおいて、液流通領域１４Ｔと前後方向に向かい合う部分にのみ形成されていてもよい。
［参考例］
以下に参考例を示し、本発明をさらに具体的に説明するが、本発明は、それらに限定されない。以下の記載において用いられる配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなどの具体的数値は、上記の「発明を実施するための形態」において記載されている、それらに対応する配合割合（含有割合）、物性値、パラメータなど該当記載の上限値(「以下」、「未満」として定義されている数値）または下限値(「以上」、「超過」として定義されている数値）に代替することができる。なお、「部」および「％」は、特に言及がない限り、質量基準である。

参考例１
２．０４ｍｍのステンレス鋼材（ＳＵＳ３１６）の表面に、タンタルを蒸着して、タンタル薄膜（金属薄膜）を形成して、試験板を調製した。タンタル薄膜の厚みは、５０〜７０μｍであり、試験板（浸漬前）の質量は、１１．８２２３ｇであった。

次いで、試験板を、２３質量％の塩酸（温度：１２０℃、圧力：０．５４ＭＰａ）に浸漬し、９１２時間放置した。なお、塩酸中の塩素濃度は、０．１３６質量％であった。

そして、試験板を、塩酸から引き上げた後、洗浄および乾燥して、質量を測定した。

試験板（浸漬後）の質量は、１１．８２１６ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０００７ｇしか低下していないことを確認した。これは、試験板の質量低下速度として、０．００６７２ｇ／ｙｅａｒ程度である。

このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。

参考例２
参考例１と同様にして、試験板を調製した。タンタル薄膜の厚みは、５０〜７０μｍであり、試験板（浸漬前）の質量は、１２．９９４０ｇであった。

次いで、試験板を、２３質量％の塩酸（温度：１０８℃、圧力：常圧）に浸漬し、１９２時間放置した。なお、塩酸中の塩素濃度は、０．００１質量％であった。

そして、試験板を、塩酸から引き上げた後、洗浄および乾燥して、質量を測定した。

試験板（浸漬後）の質量は、１２．９９３２ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０００８ｇしか低下していないことを確認した。これは、試験板の質量低下速度として、０．０３６５ｇ／ｙｅａｒ程度である。

このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。

参考例３
参考例１と同様にして、試験板を調製した。タンタル薄膜の厚みは、４０〜９０μｍであり、試験板（浸漬前）の質量は、１２．８５０９ｇであった。

次いで、試験板を、２３質量％の塩酸（温度：１２０℃、圧力：０．５４ＭＰａ）に浸漬し、６３６０時間放置した。なお、塩酸中の塩素濃度は、０．００１質量％であった。

そして、試験板を、塩酸から引き上げた後、洗浄および乾燥して、質量を測定した。

試験板（浸漬後）の質量は、１２．８２９４ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０２１５ｇしか低下していないことを確認した。これは、タンタル薄膜の腐食速度として、０．０００４ｍｍ／ｙｅａｒ程度であり、試験板の質量低下速度として、０．０２９６１ｇ／ｙｅａｒ程度である。

このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。

参考例４
塩酸浸漬前の質量が１３．６５９５ｇである試験板に変更したこと以外は、参考例３と同様にして、試験板を塩酸に浸漬した後、洗浄および乾燥して質量を測定した。

塩酸浸漬後の試験板の質量は、１３．６４５ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０１４５ｇしか低下していないことを確認した。これは、タンタル薄膜の腐食速度として、０．０００３ｍｍ／ｙｅａｒ程度であり、試験板の質量低下速度として、０．０１９９７ｇ／ｙｅａｒ程度である。

このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。

参考例５
塩酸浸漬前の質量が１２．５６５１ｇである試験板に変更したこと以外は、参考例３と同様にして、試験板を塩酸に浸漬した後、洗浄および乾燥して質量を測定した。

塩酸浸漬後の試験板の質量は、１２．５５６１ｇであった。つまり、試験板の質量は、塩酸浸漬後において、０．０１２４ｇしか低下していないことを確認した。これは、タンタル薄膜の腐食速度として、０．０００２ｍｍ／ｙｅａｒ程度であり、試験板の質量低下速度として、０．０１２４ｇ／ｙｅａｒ程度である。

このような構成、性能を示す材料は、塩酸などの過酷な腐食環境下における熱交換器として好適であると言える。

なお、上記発明は、本発明の例示の実施形態として提供したが、これは単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。当該技術分野の当業者によって明らかな本発明の変形例は、後記請求の範囲に含まれる。

本発明の熱交換器および熱交換方法は、各種産業分野における塩素を含有する酸性水溶液の熱交換、例えば、塩化水素の酸素酸化反応により得られる反応液の熱交換に好適に利用できる。

１ 熱交換器
４ プレート
４Ａ 第１プレート
４Ｂ 第２プレート
１３ 第１基材
１３Ａ 第１基材の前面
１３Ｂ 第１基材の後面
１４ 第１金属薄膜
２３ 第２基材
２３Ａ 第２基材の前面
２３Ｂ 第２基材の後面
２４ 第２金属薄膜
３５ 液流路
３６ 媒体流路

Claims (7)

1. 塩素を含有する酸性水溶液が流通する液流路と、
   前記酸性水溶液と熱交換される熱媒体が流通する媒体流路と、を備え、
   前記液流路は、前記酸性水溶液と接触し、タンタルを５０質量％以上含む金属薄膜を有していることを特徴とする、熱交換器。
2. 前記金属薄膜の厚みが、１０μｍ以上５００μｍ以下であることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
3. 前記液流路と前記媒体流路とを仕切るプレートを備え、
   前記液流路と前記媒体流路とは、前記プレートを介して交互に配置されており、
   前記金属薄膜は、前記プレートの前記液流路側の表面に配置されていることを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
4. 前記液流路は、フッ素を含有していないことを特徴とする、請求項１に記載の熱交換器。
5. 請求項１に記載の熱交換器を用いて、温度が０℃以上１５０℃以下である前記酸性水溶液を熱交換することを特徴とする、熱交換方法。
6. 前記酸性水溶液中の塩素濃度は、０．００１質量％以上０．５質量％以下であることを特徴とする、請求項５に記載の熱交換方法。
7. 前記酸性水溶液が、塩化水素の酸素酸化反応により生成した塩素を含有することを特徴とする、請求項５に記載の熱交換方法。

Images