KR20160081900A - 금속관, 전열관, 열 교환 장치 및 금속관의 제조 방법 - Google Patents

금속관, 전열관, 열 교환 장치 및 금속관의 제조 방법 Download PDF

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KR20160081900A
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히데아키 사카이다
아키히사 호소에
준이치 니시무라
카즈키 오쿠노
코우타로우 기무라
켄고 고토
준이치 모토무라
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스미토모덴키고교가부시키가이샤
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Abstract

금속 기재와, 상기 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 설치된 금속 다공체를 갖는 금속관으로서, 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 상기 금속 다공체를 접합하는 공정과, 상기 금속 다공체가 접합된 금속 기재를 관 형상으로 성형하는 공정을 거쳐 얻어진 금속관.

Description

금속관, 전열관, 열 교환 장치 및 금속관의 제조 방법{METAL TUBE, HEAT TRANSFER TUBE, HEAT EXCHANGE DEVICE, AND METHOD FOR MANUFACTURING METAL TUBE}
본 발명은, 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 금속관, 전열관, 열 교환 장치 및 금속관의 제조 방법에 관한 것이다.
공조 설비용의 열 교환기에 있어서, 냉각 효율을 높이면서 소비 전력을 억제하기 위해, 액체의 기화열을 이용하는 냉각 방식을 보조적으로 채용하는 것이 제안되어 있다.
예를 들면, 일본공개특허공보 2003-083639호(특허문헌 1)에는, 복수의 방열용 핀(fin)을 종 방향으로 설치하고, 그 방열용 핀을 관통하도록 복수의 냉매 방열관을 횡 방향으로 설치하여 양자의 사이에서 열 교환을 행하고, 또한, 방열용 핀의 상부로부터는 물을 공급하여, 그 증발열에 의해 더욱 방열용 핀을 냉각하는 열 교환기가 기재되어 있다. 이 열 교환기에 팬 등에 의해 공기를 공급함으로써, 방열용 핀과의 사이에서 열 교환이 행해져 냉각된 공기가 얻어진다. 또한, 방열용 핀의 상부로부터 공급되는 물의 양은 적절히 조절할 수 있다. 예를 들면, 흘러내리는 수적(water droplet)이 2매의 핀에 동시에 접촉하도록 하면, 그 양방의 핀과의 사이에서 열 교환이 행해져 높은 냉각 효율을 얻을 수 있다고 되어 있다.
또한, 특정의 냉매를 사용하지 않고, 액체의 기화열만으로 냉각 혹은 난방을 행하는 공조 설비도 알려져 있다.
예를 들면, 일본공개특허공보 2013-200059호(특허문헌 2)에는, 실내로부터 흡입한 옥내기(indoor air)가 흐르는 유로 중에 휘발성 액체를 공급하여 그 기화열에 의해 기화용 유로를 냉각하고, 옥외로부터 흡입한 외기(outside air)가 흐르는 냉각용 유로와의 사이에서 현열(sensible heat) 교환시키는 간접 기화 냉각 수단을 구비한 공조 환기 시스템이 기재되어 있다.
일본공개특허공보 2003-083639호 일본공개특허공보 2013-200059호
상기 특허문헌 1에 기재된 바와 같은 냉각 방식에 있어서는, 배출되는 냉각 공기 중에 수분이 많이 포함되어 있고, 이러한 다습한 공기는 그다지 시원하게 느껴지지 않는다는 문제점이 있었다. 또한, 특허문헌 2에 기재된 바와 같은 간접 기화 냉각 수단을 이용한 공조 환기 시스템에 있어서는, 물 등의 액체의 잠열(latent heat)의 이용 효율이 낮다는 문제가 있었다.
그래서, 상기 문제점을 감안하여, 열 교환 효율이 우수한 금속관, 나아가서는, 액체의 잠열의 이용 효율이 높고, 열 교환 장치의 소형화에 기여하는 열 교환용의 금속관을 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 일 실시 형태에 따른 금속관은 상기 과제를 해결하기 위해 이하의 구성을 채용한다.
(1) 즉, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 금속관은, 금속 기재(substrate)와, 상기 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 설치된 금속 다공체를 갖는 금속관으로서, 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 상기 금속 다공체를 접합하는 공정과, 상기 금속 다공체가 접합된 금속 기재를 관 형상으로 성형하는 공정을 거쳐 얻어진 금속관이다.
상기 구성에 의해, 열 교환 효율이 우수한 금속관, 나아가서는, 액체의 잠열의 이용 효율이 높고, 열 교환 장치의 소형화에 기여하는 열 교환용의 금속관을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 금속관의 구조의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명의 금속관의 구조의 다른 일 예의 단면을 확대한 개략도이다.
도 3은 본 발명의 열 교환 장치의 일 예의 횡단면을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 열 교환 장치의 일 예의 종단면을 나타내는 개략도이다.
도 5는 금속 기재에 금속 다공체를 접합한 금속 접합체의 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 6은 금속 기재에 금속 다공체를 접합한 금속 접합체의 다른 일 예를 나타내는 개략도이다.
도 7은 금속 다공체의 일 예의 골격 표면을 전자 현미경으로 관찰한 사진이다.
(발명을 실시하기 위한 형태)
맨 처음에 본 발명의 실시 형태의 내용을 열기하여 설명한다.
(1) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 금속 기재와, 상기 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 설치된 금속 다공체를 갖는 금속관으로서, 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 상기 금속 다공체를 접합하는 공정과, 상기 금속 다공체가 접합된 금속 기재를 관 형상으로 성형하는 공정을 거쳐 얻어진 금속관이다.
상기 (1)에 기재된 금속관은, 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 금속 다공체가 설치되어 있기 때문에, 종래의 금속 기재만의 금속관에 비하여 표면적이 매우 커져 있다.
이 때문에, 금속 다공체 부분에 있어서 액체와의 접촉 면적을 크게 할 수 있어, 액체의 잠열의 이용 효율을 높게 할 수 있다. 또한, 잠열의 이용 효율이 높기 때문에, 상기 금속관을 열 교환 장치에 이용했을 경우에, 장치의 소형화에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은 열 교환 장치용뿐만 아니라, 다른 용도에도 이용하는 것이 가능하다.
(2) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 상기 금속관의 적어도 내면에 상기 금속 다공체가 설치되어 있는 상기 (1)에 기재된 금속관이다.
금속 다공체는 금속관의 내면, 외면, 혹은 양면에 설치되어 있어도 좋지만, 적어도 내면에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 금속관의 내면에 열매체를 공급하는 바와 같은 열 교환 장치에 있어서의 전열관으로서 적합하게 이용할 수 있다.
(3) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 상기 금속 기재의 재질이 알루미늄 또는 구리인 상기 (1) 또는 상기 (2)에 기재된 금속관이다.
(4) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 상기 금속 다공체의 재질이 알루미늄 또는 구리인 상기 (1) 내지 상기 (3) 중 어느 한 항에 기재된 금속관이다.
알루미늄이나 구리는 열 전도율이 우수한 금속이기 때문에 상기 금속 기재의 재질이 이들의 금속임으로써, 금속관의 내측의 열과 외측의 열의 교환을 효율 좋게 행할 수 있게 되어 바람직하다. 또한 마찬가지로, 상기 금속 다공체의 재질이 알루미늄 또는 구리임으로써, 금속관의 내측의 열과 외측의 열의 교환을 효율 좋게 행할 수 있게 되어 바람직하다.
(5) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 상기 금속 기재와 상기 금속 다공체가 동일한 재질인 상기 (1) 내지 상기 (4) 중 어느 한 항에 기재된 금속관이다.
일반적으로, 상이한 금속 재료를 접합하면 그 부분으로부터 부식이 진행되는 경우가 있지만, 상기 금속 기재와 상기 금속 다공체를 동일한 재질의 금속 재료로 함으로써, 이 문제가 해결되어 바람직하다.
(6) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 상기 금속 다공체가 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 상기 (1) 내지 상기 (5) 중 어느 한 항에 기재된 금속관이다.
(7) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 상기 금속 다공체의 골격 표면에 요철이 형성되어 있는 상기 (1) 내지 상기 (6) 중 어느 한 항에 기재된 금속관이다.
(8) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 상기 금속 다공체의 골격에 관통공이 형성되어 있는 상기 (1) 내지 상기 (7) 중 어느 한 항에 기재된 금속관이다.
3차원 그물코 형상 구조를 갖는 금속 다공체는 비(比)표면적이 매우 크기 때문에, 액체의 잠열의 이용 효율을 더욱 높일 수 있다. 또한, 기공률도 매우 높기 때문에, 액체의 유통을 방해하는 일이 거의 없어 바람직하다.
또한, 금속 다공체의 골격 표면에 요철이 형성되어 있으면, 금속 다공체의 표면적이 더욱 커져, 액체의 잠열의 이용 효율을 보다 향상시킬 수 있어 바람직하다. 마찬가지로, 금속 다공체의 골격에 관통공이 형성되어 있음으로써, 액체의 잠열의 이용 효율을 더욱 향상시킬 수 있어 바람직하다.
(9) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 단면이 직사각형(矩形)인 직사각형관인 상기 (1) 내지 상기 (8) 중 어느 한 항에 기재된 금속관이다.
금속관의 형상은 특별히 한정되지 않고, 횡단면이 원형이나 타원형인 원통관으로 해도 좋고, 횡단면이 직사각형인 편평관으로 해도 좋다. 특히, 단면이 직사각형이면, 예를 들면, 복수의 금속관을 나열하여 사용하는 경우에, 전체로서의 이용 효율이 높아지도록 배치하는 것이 가능해져 바람직하다.
(10) 본 발명의 실시 형태에 따른 전열관은, 상기 (1) 내지 상기 (9) 중 어느 한 항에 기재된 금속관으로 이루어지는 전열관이다.
상기 금속관을, 내면측과 외면측의 열 교환을 행하기 위한 전열관으로 함으로써, 예를 들면, 열 교환 장치에 이용할 수 있어 바람직하다.
(11) 본 발명의 실시 형태에 따른 열 교환 장치는, 상기 (10)에 기재된 전열관의 금속 다공체에 액체를 공급하는 액체 공급부와, 상기 금속 다공체의 표면에 기체를 통류시키는 기체 공급부와, 상기 금속 기재의 금속 다공체를 설치한 측과는 반대측의 표면에 유체를 통류시키는 유체 공급부를 갖는 열 교환 장치이다.
상기 (11)에 기재된 열 교환 장치는, 표면적이 매우 큰 금속 다공체 부분을 구비하는 상기 금속관을 전열관으로서 이용하고 있기 때문에, 액체의 잠열의 이용 효율이 매우 높은 열 교환 장치이다. 이 때문에 종래의 전열관을 이용한 열 교환 장치에 비하여 장치를 소형화하는 것이 가능하다.
(A) 본 발명의 실시 형태에 따른 열 교환 장치는, 상기 금속 다공체가 상기 전열관의 내면에 설치되어 있는 상기 (11)에 기재된 열 교환 장치이다.
상기 금속 다공체는 전열관의 내면, 외면, 혹은 양면에 설치되어 있어도 좋지만, 적어도 내면에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 전열관의 내면에 열매체를 공급하는 바와 같은 열 교환 장치를 적합하게 제공할 수 있다.
(12) 본 발명의 실시 형태에 따른 열 교환 장치는, 상기 유체가 기체인 상기 (11) 또는 상기 (A)에 기재된 열 교환 장치이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 열 교환 장치는, 장치 내를 유통 가능한 유체이면 당해 유체를 냉각하는 것이 가능하다. 상기 유체가 기체이면, 예를 들면, 공조 설비의 열 교환 장치로서 이용함으로써, 실외로부터 외기를 취입하여 냉각하고, 냉각된 공기를 실내로 보내는 것이 가능하다.
(13) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관의 제조 방법은, 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 금속 다공체를 접합하여 금속 접합체로 하는 공정과, 상기 금속 접합체를 절곡하여 관 형상으로 성형하는 공정을 갖는 금속관의 제조 방법이다.
(14) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관의 제조 방법은, 상기 금속 접합체의 절곡되는 부분에 상기 금속 다공체가 설치되어 있지 않은 상기 (13)에 기재된 금속관의 제조 방법이다.
(15) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관의 제조 방법은, 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 금속 다공체를 접합한 금속 접합체를 복수 매 준비하는 공정과, 상기 복수의 금속 접합체의 단부(端部)끼리를 접합하여 관 형상으로 성형하는 공정을 갖는 금속관의 제조 방법이다.
(16) 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관의 제조 방법은, 상기 금속 접합체의 접합되는 단부에 상기 금속 다공체가 설치되어 있지 않은 상기 (15)에 기재된 금속관의 제조 방법이다.
상기 (13) 또는 상기 (15)에 기재된 금속관의 제조 방법에 의하면, 상기 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관을 간편하게 효율 좋게 제조하는 것이 가능해진다. 또한, 상기 (14) 또는 상기 (16)에 기재된 금속관의 제조 방법에 의하면, 금속관의 제조 과정에 있어서 금속 다공체가 절곡되는 등에 의해 골격이 찌그러지는 것을 억제할 수 있다.
[본 발명의 실시 형태의 상세]
본 발명의 실시 형태에 따른 금속관 등의 구체예를 이하에 설명한다. 또한, 본 발명은 이들의 예시에 한정되는 것은 아니고, 특허청구의 범위의 기재에 의해 나타나며, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.
<금속관>
본 발명의 실시 형태에 따른 금속관은, 금속 기재와, 상기 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 설치된 금속 다공체를 갖는 금속관으로서, 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 상기 금속 다공체를 접합하는 공정과, 상기 금속 다공체가 접합된 금속 기재를 관 형상으로 성형하는 공정을 거쳐 얻어진 금속관이다.
전술과 같이, 상기 금속관은 액체의 잠열의 이용 효율이 높고, 열 교환 장치의 소형화에 기여하는 것이 가능하다.
또한, 상기 금속관은, 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 상기 금속 다공체를 접합하는 공정과, 상기 금속 다공체가 접합된 금속 기재를 관 형상으로 성형하는 공정을 거쳐 얻어지는 것이다. 상기 금속관을 제조하기 위해서는, 예를 들면, 관 형상으로 성형된 금속 기재의 내면 혹은 외면에 관 형상으로 가공한 금속 다공체를 접합하는 방법을 생각할 수 있다. 그러나 이 경우에는, 알루미늄과 같이 강도가 낮은 금속 재료를 이용하면 금속 다공체를 관 형상으로 성형할 수 없어, 상기 금속관을 제조할 수 없다.
이 때문에 상기와 같이, 금속 기재의 표면에 금속 다공체를 접합한 후에 금속 기재를 관 형상으로 성형하는 방법을 채용함으로써, 예를 들면 알루미늄과 같이 강도가 낮은 금속 재료를 이용했을 경우라도 상기 금속관을 얻을 수 있다.
금속 기재와 금속 다공체의 접합 방법은 특별히 한정되지 않고, 납땜이나 확산 접합 등에 의해 행할 수 있다. 이때, 금속관의 내측과 외측 사이의 열 저항이 작아지도록, 금속 기재와 금속 다공체의 접합은 단단히 행해져 있는 편이 좋다.
상기 금속관에 있어서, 상기 금속 다공체는 금속관의 내면, 외면, 혹은 양면에 설치되어 있어도 좋지만, 적어도 내면에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 금속관의 내면에 열매체를 공급하는 바와 같은 열 교환 장치에 있어서의 전열관으로서 적합하게 이용할 수 있다.
상기 금속 기재의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe) 등 혹은 이들의 합금 등을 상기 금속 기재로서 이용할 수 있다. 상기 금속관을 열 교환 장치에 이용하는 경우에는 열 전도율이 높은 금속을 금속 기재로서 이용하는 것이 바람직하다. 이 관점에서 상기 중에서도 알루미늄, 또는 구리를 금속 기재로서 이용하는 것이 바람직하다. 열 전도율의 관점에만 착안하면, 금속 기재로서 구리를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 금속관을 제조하기 위한 가공성, 무게, 재료의 입수의 용이함(자원이 희소한지의 여부) 등을 고려하면, 금속 기재로서 알루미늄을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 금속 다공체의 재질도 특별히 한정되는 것은 아니고, 상기 금속 기재의 재질과 동일하게, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 니켈(Ni), 철(Fe) 등 혹은 이들의 합금 등을 이용할 수 있다. 또한, 상기 금속관을 열 교환 장치에 이용하는 경우에는 열 전도율이 높은 금속을 금속 다공체로서 이용하는 것이 바람직하기 때문에, 알루미늄, 또는 구리를 상기 금속 다공체로서 이용하는 것이 바람직하다. 상기 금속 기재와 동일하게, 열 전도율의 관점에만 착안하면 구리를 금속 다공체로서 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 금속관을 제조하기 위한 가공성, 무게, 재료의 입수의 용이함(자원이 희소한지의 여부) 등을 고려하면, 금속 다공체로서 알루미늄을 이용하는 것이 바람직하다.
상기 금속 기재와 상기 금속 다공체는 동일한 재질인 것이 바람직하다. 이에 따라, 상이한 금속 재료를 접합한 경우에 발생할 수 있는 부식의 문제를 회피할 수 있다. 이 때문에 상기 금속관으로서는, 실질적으로 알루미늄으로 이루어지는 금속 기재와 금속 다공체에 의해 구성되어 있는 금속관이나, 실질적으로 구리로 이루어지는 금속 기재와 금속 다공체에 의해 구성되어 있는 금속관이 바람직하다. 또한, 실질적으로 알루미늄으로 이루어지거나, 혹은 실질적으로 구리로 이루어지는 것이란, 알루미늄이나 구리 이외의 성분을 불가피적으로 포함하고 있어도 좋은 것을 의미한다.
상기 금속 다공체는, 다수의 연통공을 갖고, 표면적이 큰 구조를 갖는 것이면 좋다. 특히, 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 금속 다공체인 것이 바람직하다.
3차원 그물코 형상 구조를 갖는 금속 다공체는, 도금법, 소결법, 주조법 등 어느 방법에 의해 제조한 것이라도 좋다. 금속 다공체의 공경이나 두께를 컨트롤 하는 관점에서는, 도금법에 의해 제조하는 것이 바람직하다. 도금법에 의해 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 금속 다공체를 제조하는 경우에는, 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 수지 성형체를 기재로서 이용하면 좋다. 상기 수지 성형체는, 연속된 기공(연통 기공)을 갖는 것이면 좋고, 발포 수지 성형체나, 섬유 형상의 수지를 휘감은 부직포와 같은 형상을 갖는 수지 성형체를 이용할 수 있다. 부직포 형상의 수지 성형체를 기재로서 이용하면, 부직포 형상의 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 금속 다공체를 얻을 수 있다.
상기 금속 다공체의 골격 표면에는 요철이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라 금속 다공체의 표면적이 더욱 커져, 액체의 잠열의 이용 효율을 향상시킬 수 있다.
금속 다공체를 도금법에 의해 제조하는 경우에는, 도금액에 첨가하는 평활화제의 농도를 조정함으로써, 골격 표면에 형성되는 도금막의 표면을 거칠게 하여 요철을 형성할 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 제조 조건을 적절히 선택함으로써, 도 7에 나타내는 바와 같이 골격 표면의 금속 조직에 미소한 요철을 형성하는 것이 가능하다. 도 7은 금속 다공체의 일 예의 골격 표면을 전자 현미경으로 관찰한 사진이다.
또한, 금속 다공체를 도금법에 의해 제조하는 경우에는, 일본공개특허공보 2012-041608호에 기재된 바와 같이, 도금액 중에 수지제의 미소 구체(球體)를 함유시켜 둠으로써, 금속 다공체의 골격 표면에 금속 다공체의 공경보다 작은 지름의 미소공을 형성하여, 골격 표면에 요철이 형성된 금속 다공체를 제조하는 것도 가능하다.
상기 골격 표면에 형성되어 있는 요철은, 상기 중 어느 경우라도 금속 다공체의 표면적을 크게 할 수 있기 때문에 바람직하다.
상기 금속 다공체는 골격에 관통공이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 특히, 도금법에 의해 얻어지는 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 금속 다공체는 골격의 내부가 중공(中空)이기 때문에, 골격의 표면에 관통공이 형성되어 있으면, 골격의 내부의 공간도 이용할 수 있도록 되기 때문에 바람직하다. 금속 다공체의 골격에 관통공을 형성하기 위해서는, 예를 들면, 다음과 같이 하여 금속 다공체를 제조하면 좋다. 우선, 기재로서의 수지 성형체의 표면을 무전해 도금에 의해 도전화(導電化) 처리할 때에, 도금 시간을 짧게 하거나, 또는 촉매 농도를 낮춤으로써 결함을 발생시킨다. 이에 따라, 그 후의 도금 공정에 있어서 상기 결함 부분에 도금이 형성되지 않고, 관통공을 형성할 수 있다.
상기 금속관의 형상은 특별히 한정되지 않고, 횡단면이 원형이나 타원형인 원통관으로 해도 좋고, 횡단면이 직사각형인 직사각형관으로 해도 좋다. 특히, 직사각형관의 경우에는, 예를 들면, 열 교환 장치 내에서 복수의 금속관을 나열하여 사용하는 경우에, 전체적으로의 이용 효율이 높아지도록 배치하는 것이 가능해져 바람직하다.
상기 금속 기재의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니고, 제조하는 금속관의 크기 등에 따라서 적절히 변경하면 좋다.
상기 금속 다공체는, 공경이 1㎛ 이상, 3500㎛ 이하 정도인 것이 바람직하다.
이에 따라, 금속관의 금속 다공체부에 액체가 공급된 경우에, 다공질부에서 액체를 양호하게 유지할 수 있다.
또한, 상기 금속 다공체의 두께는 1㎜ 이상, 3㎜ 이하 정도인 것이 바람직하다. 이에 따라, 예를 들면 금속 다공체부로의 액체의 공급을, 액체를 적하하는 등의 간이한 수단에 의해 행할 수 있다.
(금속 다공체의 제조 방법)
상기 금속 다공체의 제조 방법의 일 예로서, 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 알루미늄 다공체의 제조 방법을 이하에 설명한다.
알루미늄 다공체는 용융염욕을 이용한 도금법에 의해 제조할 수 있다. 구체적으로는, 발포 우레탄 등의 연통공을 구비한 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 수지 성형체(이하, 단순히 「수지 성형체」라고도 적음)를 심재(芯材)로서 이용하여, 당해 수지 성형체를 도전화 처리한 후에, 용융염욕 중에서 알루미늄의 전해 도금을 행한다. 그 후, 알루미늄막이 형성된 수지 구조체를 가열 처리하여 수지를 소실시킴으로써, 금속층만이 남은 알루미늄 다공체를 얻을 수 있다.
-3차원 그물코 형상 구조를 갖는 수지 성형체의 준비-
우선, 3차원 그물코 형상 구조를 갖고 연통공을 갖는 수지 성형체를 준비한다. 수지 성형체의 소재는 임의의 수지를 선택할 수 있다. 폴리우레탄, 멜라민, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등의 발포 수지 성형체를 소재로서 예시할 수 있다.
발포 우레탄 및 발포 멜라민은 기공률이 높고, 또한 기공의 연통성이 있음과 함께 열 분해성도 우수하기 때문에 발포 수지 성형체로서 바람직하게 사용할 수 있다. 발포 우레탄은 기공의 균일성이나 입수의 용이함 등의 점, 또한, 공경이 작은 것이 얻어지는 점에서 바람직하다.
수지 성형체에는 발포체 제조 과정에서의 제포제(製泡劑)나 미(未)반응 모노머 등의 잔류물이 있는 경우가 많아, 세정 처리를 행하는 것이 후의 공정을 위해 바람직하다. 수지 성형체가 골격으로서 3차원적으로 그물코을 구성함으로써, 전체적으로 연속된 기공을 구성하고 있다. 발포 우레탄의 골격은 그 연장 방향으로 수직인 단면에 있어서 대략 삼각형 형상을 이루고 있다.
발포 수지 성형체의 기공률은 80％∼98％, 공경은 1㎛∼3500㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, 발포 수지 성형체의 경우의 공경이란 셀 지름을 말하는 것으로 한다.
기공률은, 다음 식으로 정의된다.
기공률=(1-(다공질재의 중량[g]/(다공질재의 체적[㎤]×소재 밀도)))×100[％]
또한, 공경은, 수지 성형체 표면을 현미경 사진 등으로 확대하여, 1인치(25.4㎜) 근처의 기공수를 셀수로서 계수하여, 평균 공경=25.4㎜/셀수로서 평균적인 값을 구한다.
-수지 성형체 표면의 도전화-
수지 성형체의 표면에 알루미늄을 전해 도금하기 위해, 수지 성형체의 표면을 미리 도전화 처리한다. 도전화 처리로서는, 수지 성형체의 표면에 도전성을 갖는 층을 설치할 수 있는 처리인 한 특별히 제한은 없다. 예를 들면, 니켈 등의 도전성 금속의 무전해 도금, 알루미늄 등의 증착 또는 스퍼터링, 또는 카본 등의 도전성 입자를 함유한 도전성 도료의 도포 등 임의의 방법을 선택할 수 있다.
도전화 처리의 예로서, 알루미늄의 스퍼터링 처리에 의해 도전화 처리하는 방법 및, 도전성 입자로서 카본을 이용하여 수지 성형체의 표면을 도전화 처리하는 방법에 대해서 이하에 서술한다.
--알루미늄의 스퍼터링--
알루미늄을 이용한 스퍼터링 처리로서는, 알루미늄을 타깃으로 하는 한 한정적이 아니고, 상법(常法)에 따라 행하면 좋다. 예를 들면, 기판 홀더에 수지 성형체를 부착한 후, 불활성 가스를 도입하면서, 홀더와 타깃(알루미늄)의 사이에 직류 전압을 인가함으로써, 이온화한 불활성 가스를 알루미늄에 충돌시켜, 튕겨 날아간 알루미늄 입자를 수지 성형체 표면에 퇴적함으로써 알루미늄의 스퍼터막을 형성한다. 또한, 스퍼터링 처리는 수지 성형체가 용해되지 않는 온도하에서 행하는 것이 바람직하고, 구체적으로는, 100∼200℃ 정도, 바람직하게는 120∼180℃ 정도에서 행하면 좋다.
--카본 도포--
우선, 도전성 도료로서의 카본 도료를 준비한다. 도전성 도료로서의 현탁액은, 바람직하게는, 카본 입자, 점결제(粘結劑), 분산제 및 분산매를 포함한다. 도전성 입자의 도포를 균일하게 행하려면, 현탁액이 균일한 현탁 상태를 유지하고 있을 필요가 있다. 이 때문에, 현탁액은, 20℃∼40℃로 유지되어 있는 것이 바람직하다. 현탁액의 온도가 20℃ 이상임으로써 균일한 현탁 상태를 유지할 수 있어, 수지 다공체의 그물코 형상 구조를 이루는 골격의 표면에 양호한 카본 입자의 층을 형성할 수 있다. 또한, 현탁액의 온도가 40℃ 이하임으로써 분산제의 증발량이 많아지는 것을 억제하여, 현탁액이 농축되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 카본 입자의 입경은, 0.01∼5㎛인 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 0.01∼2㎛이다. 입경이 크면 수지 성형체의 셀을 막히게 하거나, 평활한 도금을 저해하거나 하는 요인이 되고, 또한, 너무 작으면 충분한 도전성을 확보하는 것이 어려워진다.
수지 성형체로의 카본 입자의 도포는, 상기 현탁액에 대상이 되는 수지 성형체를 침지하여, 짜기와 건조를 행함으로써 행할 수 있다.
-수지 성형체 표면에의 알루미늄막의 형성-
수지 성형체의 표면에 알루미늄막을 형성하는 방법으로서는, 용융염욕을 이용한 도금법을 채용한다.
--용융염 도금--
용융염 중에서 전해 도금을 행하여, 상기 수지 성형체의 표면에 알루미늄막을 형성한다.
용융염욕 중에서 알루미늄의 도금을 행함으로써 특히 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 수지 성형체와 같이 복잡한 골격 구조의 표면에 균일하게 두꺼운 알루미늄막을 형성할 수 있다. 표면이 도전화된 수지 성형체를 음극으로 하고, 알루미늄을 양극으로 하여 용융염 중에서 직류 전류를 인가한다.
상기 용융염으로서는, 유기계 할로겐화물과 알루미늄 할로겐화물의 공정염인 유기 용융염, 알칼리 금속의 할로겐화물과 알루미늄 할로겐화물의 공정염(共晶鹽)인 무기 용융염을 사용할 수 있다. 비교적 저온에서 용융되는 유기 용융염욕을 사용하면, 기재인 수지 성형체를 분해하는 일 없이 전해 도금할 수 있다. 유기계 할로겐화물로서는 이미다졸륨염, 피리디늄염 등을 사용할 수 있고, 구체적으로는 1-에틸-3-메틸이미다졸륨클로라이드(EMIC), 부틸피리디늄클로라이드(BPC)가 바람직하다.
용융염 중에 수분이나 산소가 혼입하면 용융염이 열화되기 때문에, 도금은 질소, 아르곤 등의 불활성 가스 분위기하에서, 또한 밀폐된 환경하에서 행하는 것이 바람직하다.
용융염욕으로서는 질소를 함유한 용융염욕이 바람직하고, 그 중에서도 이미다졸륨염욕이 바람직하게 이용된다. 용융염으로서 고온에서 용융되는 염을 사용한 경우에는, 도금막의 성장보다 수지가 용융염 중에 용융되거나 분해되는 쪽이 빨라져, 수지 성형체 표면에 도금막을 형성할 수 없다. 이미다졸륨염욕은, 비교적 저온이라도 수지에 영향을 주지 않고 사용 가능하다. 이미다졸륨염으로서, 1, 3위에 알킬기를 갖는 이미다졸륨 카티온을 포함하는 염이 바람직하게 이용되고, 특히 염화알루미늄-1-에틸-3-메틸이미다졸륨클로라이드(AlCl3-EMIC)계 용융염이, 안정성이 높고 분해되기 어려운 점에서 가장 바람직하게 이용된다. 이들의 용융염은 발포 우레탄 수지나 발포 멜라민 수지 등에의 도금이 가능하고, 용융염욕의 온도는 10℃에서 100℃, 바람직하게는 25℃에서 45℃이다. 저온이 될수록 도금 가능한 전류 밀도 범위가 좁아져, 수지 성형체 표면 전체에의 도금이 어려워진다.
이상의 공정에 의해 골격의 심으로서 수지 성형체를 갖는 알루미늄-수지 구조체가 얻어진다.
-수지의 제거-
상기와 같이 하여 얻어진 수지 구조체를, 질소 분위기하 혹은 대기하 등에서 500℃ 이상으로 가열하는 열처리를 행함으로써 수지를 소실시켜, 알루미늄 다공체가 얻어진다.
또한, 골격의 표면이 거칠고 요철을 갖고 있는 알루미늄 다공체를 제조하려면, 종래 행해지고 있던 이 공정에 개량을 더하는 것이 유효하다는 것이 발견되었다. 구체적으로는, 이하의 방법을 들 수 있다.
--수지 구조체에 부착한 도금액의 처리--
상기와 같이 하여 표면에 알루미늄막을 갖는 수지 성형체를 제조한 직후에 있어서는, 수지 성형체의 표면에 알루미늄 도금액이 부착되어 있기 때문에, 수세 처리를 행하고, 그 후에 가열 처리가 행해진다.
이때에, 도금액을 충분히 액 배출하지 않고 계속해서 수세 처리를 행함으로써, 골격 표면에 미소한 요철이 형성된 알루미늄 다공체를 얻을 수 있다. 이것은, 전술의 용융염을 포함하는 도금액이 물과 반응함으로써 열이 발생하고, 알루미늄막의 표면에 있어서, 알루미늄과 물이 반응하여 베마이트가 형성되기 때문으로 생각된다. 일반적으로, 베마이트는 450℃ 이상에서 탈수 반응을 일으켜 미세공을 갖는 γ-알루미나로 변태하지만, 알루미늄 다공체의 제조 공정에 있어서도, 수지 구조체로부터 수지를 연소 제거할 때에 500℃ 이상의 고온에 노출되기 때문에, 상기와 같이 하여 발생한 베마이트가 γ-알루미나로 변태함으로써, 골격 표면에 미세한 요철이 형성된다.
이러한 방법에 의해 골격 표면에 미세한 요철이 형성된 알루미늄 다공체를 얻기 위해서는, 수지 구조체에 부착한 도금액량이, 20mL/㎡∼2000mL/㎡이 된 상태에서 수세 처리를 행하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 도금액의 부착량은, 200mL/㎡∼2000mL/㎡이며, 더욱 바람직하게는 1000mL/㎡∼2000mL/㎡이다.
--수지 구조체의 수세 처리--
상기의 수지 구조체에 부착한 도금액의 처리에 있어서, 충분히 도금액을 제거한 경우라도, 다음과 같이 하여 골격 표면에 미소한 요철이 형성된 알루미늄 다공체를 제조할 수 있다. 즉, 전술과 같이, 표면에 알루미늄막을 갖는 수지 성형체에 부착된 도금액을 제거하기 위해 수세 처리를 행하지만, 이 때에, 수지 구조체에 부착된 물을 충분히 제거하지 않고, 수지를 제거하기 위한 열처리를 행하면 좋다. 이 경우에도, 수지 구조체가 가열되는 공정에 있어서, 80℃ 부근에서 알루미늄막 표면에 있어서 알루미늄과 물이 반응하여 베마이트가 발생하고, 그 후 추가로 가열됨으로써, 베마이트가 미세공을 갖는 γ-알루미나로 변태한다고 생각할 수 있다.
이러한 방법에 의해 골격 표면에 미세한 요철이 형성된 알루미늄 다공체를 얻기 위해서는, 수지 구조체에 부착된 수분량이, 10mL/㎡∼1000mL/㎡가 된 상태에서 수지의 연소 제거 처리를 행하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 수분 부착량은, 100mL/㎡∼1000mL/㎡이며, 더욱 바람직하게는 500mL/㎡∼1000mL/㎡이다.
--수지 구조체로부터의 수지의 연소 제거--
상기 2개의 방법 이외에도, 골격 표면에 미소한 요철이 형성된 알루미늄 다공체를 제조하는 것이 가능하다. 즉, 상기 도금액의 액 배출이 충분히 행해지고, 또한, 그 후의 수세 처리에 의해 부착된 물도 충분히 제거된 경우라도, 계속되는 수지의 연소 제거 공정을, 수분을 많이 포함한 노점이 높은 분위기하에서 행하면 좋다. 이를 위해서는, 예를 들면, 가습한 공기를 공급하면서, 500℃ 이상으로 가열하는 열처리를 행하면 좋다. 이 경우에도, 열처리가 행해지는 분위기하에 공급된 수분과 알루미늄이 80℃ 정도에서 반응하여 베마이트가 발생하고, 그 후 추가로 가열됨으로써, 베마이트가 미세공을 갖는 γ-알루미나로 변태한다고 생각된다.
이러한 방법에 의해 골격 표면에 미세한 요철이 형성된 알루미늄 다공체를 얻기 위해서는, 수지의 연소 제거 공정에 있어서의 분위기의 노점 온도를, 0℃∼60℃로 하는 것이 바람직하다. 보다 바람직한 노점 온도는, 20℃∼60℃이며, 더욱 바람직하게는 40℃∼60℃이다.
<전열관>
본 발명의 실시 형태에 따른 전열관은, 상기 본 발명의 실시 형태에 따른 금속관으로 이루어지는 것이다. 이하에, 도 1을 이용하여, 관 형상의 금속 기재(11)의 내면측에 금속 다공체(12)가 설치되어 있고, 횡단면이 직사각형인 금속관을 전열관으로서 사용하는 방법의 일 예를 설명한다.
도 1에 나타내는 예에서는, 개구부가 상하 방향이 되도록 하여 전열관을 사용한다. 그리고, 전열관의 상부로부터 금속 다공체(12)에 액체(L)를 공급한다. 도 1에서는 액체(L)를 전열관의 일측면에 공급하도록 나타내고 있지만, 실제로는 사면 전체에 공급하도록 하면 좋다.
금속 다공체(12)에 공급된 액체(L)는 중력에 의해 금속 다공체(12)의 골격 표면을 따라 전해져 전열관의 하부로 흘러간다. 이 과정에 있어서 액체(L)가 증발하고, 그때에 기화열로서 금속 다공체(12)의 골격 표면의 열을 빼앗아 간다. 이에 따라 금속 다공체(12)가 냉각되고, 금속 다공체(12)와 접합하여 열적으로 접속하고 있는 금속 기재(11)도 냉각된다. 도 2에, 도 1의 금속관의 종단면의 부분 확대도를 나타낸다.
액체(L)가 계속 증발하면, 금속관 내의 증기압이 높아져 액체(L)가 증발하기 어려워지기 때문에, 금속 다공체(12, 22)에는 기체(G)를 공급한다. 이에 따라 액체(L)가 보다 증발하기 쉬워진다. 또한, 기체(G)는 습분을 저하시켜 둠으로써 액체(L)의 증발을 촉진할 수 있어, 냉각 능력을 높일 수 있다.
상기와 같이, 금속 다공체(12, 22)에 액체(L)를 공급하는 관점에서, 금속 다공체(12, 22)와 액체(L)는 습윤성이 좋은 것이 바람직하다. 이 때문에, 금속 다공체(12, 22)의 표면은 필요에 따라서 가공 처리되어 있는 것이 바람직하다. 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 알루미늄 다공체에 물을 공급하여 이용하는 경우, 알루미늄과 물은 비교적 친화성이 높지만, 알루미늄 다공체 중의 기체가 물의 다공부에의 침입을 방해하는 경우가 있다. 이 경우에는, 예를 들면, 전열관을 사용하기 시작하기 전에 알루미늄 다공체 부분에 수증기를 공급하여 알루미늄 다공체의 표면을 충분히 적셔두는 것이 바람직하다. 또한, 물과의 친화성이 높고, 또한 열 전도율이 높은 물질을 알루미늄 다공체 표면에 담지(擔持)시켜도 좋다.
또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, 금속 기재(21)의 금속 다공체(22)를 설치한 측과는 반대측의 표면(외측의 표면)은, 가공 처리 등을 실시하여 거친 표면으로 해두는 것이 바람직하다. 이와 같이 금속 기재(21)의 외측의 표면을 거칠게 하여 표면적을 크게 해둠으로써, 예를 들면 금속 기재(21)의 외측의 표면에 유체를 공급하여 금속 기재(21)의 열을 당해 유체로 전할 때에, 전열 효율을 높게 할 수 있다. 또한, 가공 처리뿐만 아니라, 금속 다공체와 같이 보다 큰 표면적을 갖는 부재를 상기 금속 기재(21)의 외측의 표면에 접합해도 좋다. 특히 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 금속 다공체는, 표면적이 클 뿐만 아니라, 기공률이 매우 높아, 유체의 통류를 방해하는 일이 없어 바람직하다.
상기 액체(L)는 특별히 한정되는 것은 아니고, 물이나 유기 용제 등 휘발성이 높은 것을 이용할 수 있다. 또한, 기체(G)도 특별히 한정되는 것은 아니고, 예를 들면 대기 등의 공급하기 쉬운 것을 이용하면 좋다.
상기에서 설명한 전열관에 의해, 예를 들면 금속 다공체에 물을 공급하고, 추가로 금속관 내에 35℃이고 습도가 45％ 정도인 공기를 송풍하면, 27℃이고 습도가 90％ 정도인, 냉각되어 있지만 습기찬 공기가 배출된다. 또한, 금속관의 외측의 표면은 27℃ 정도로 냉각된다. 이 때문에, 이 금속관의 외측의 표면에 35℃이고 습도가 45％ 정도인 공기를 공급하면, 27℃이고 습도가 65％ 정도인, 냉각되어 있어 비교적 건조한 공기가 얻어진다.
<열 교환 장치>
본 발명의 실시 형태에 따른 열 교환 장치는, 전열관의 금속 다공체에 액체를 공급하는 액체 공급부와, 상기 금속 다공체의 표면에 기체를 통류시키는 기체 공급부와, 상기 금속 기재의 금속 다공체를 형성한 측과는 반대측의 표면에 유체를 통류시키는 유체 공급부를 갖는다.
도 3에 본 발명의 실시 형태에 따른 열 교환 장치의 일 예의 횡단면도를 나타낸다. 도 3에서는, 도 1에 나타낸 금속관을 전열관으로서 이용하고, 복수 나열하여 사용하고 있다. 도 1의 금속관과 동일하게, 도 3의 각 금속관의 금속 다공체(32)에는, 지면(紙面) 상면측으로부터 액체가 공급되고, 지면 하면측으로부터는 기체가 공급되어 있다. 그리고, 액체가 금속 다공체(32)의 표면으로부터 증발함으로써 금속 다공체(32)가 냉각되고, 금속 다공체(32)와 열적으로 접속되어 있는 금속 기재(31)도 냉각된다.
도 3에 나타내는 열 교환 장치에서는, 금속 기재(31)의 금속 다공체(32)를 형성한 측과는 반대측의 표면(외측의 표면)에 유체(F)를 공급하고 있다. 이에 따라, 냉각된 금속 기재(31)의 외측의 표면과 유체(F)의 사이에서 열의 교환이 행해져, 유체(F)가 냉각되어 열 교환 장치로부터 배출된다.
도 4에 본 발명의 실시 형태에 따른 열 교환 장치의 일 예의 종단면도를 나타낸다. 각 금속관의 금속 다공체(42)에는, 열 교환 장치의 상부로부터 액체(L)가 공급되고, 열 교환 장치의 하부로부터 기체(G)가 공급된다. 그리고, 액체(L)가 금속 다공체(42)의 표면으로부터 증발함으로써 금속 다공체(42)가 냉각되고, 금속 다공체(42)와 열적으로 접속되어 있는 금속 기재(41)도 냉각된다. 또한, 금속 기재(41)의 외측의 표면에는, 지면 상면측으로부터 유체가 공급되어 있다. 이에 따라, 금속 기재(41)와 유체의 사이에서 열의 교환이 행해져, 냉각된 유체가 배출된다.
본 발명의 실시 형태에 따른 열 교환 장치에 있어서는, 금속 다공체는 전열관의 내면, 외면, 혹은 양면에 설치되어 있어도 좋지만, 적어도 내면에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 전열관의 내면에 열매체를 공급하는 바와 같은 열 교환 장치를 적합하게 제공할 수 있다.
상기 유체는, 금속 기재의 표면을 통류 가능한 유체라면 특별히 제한은 없고, 기체라도 액체라도 좋다. 예를 들면, 실외의 외기를 공급함으로써, 냉각된 대기를 실내에 공급할 수 있다.
<금속관의 제조 방법>
(실시 형태 1)
본 발명의 실시 형태에 따른 금속관의 제조 방법은, 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 금속 다공체를 접합하여 금속 접합체로 하는 공정과, 상기 금속 접합체를 절곡하여 관 형상으로 성형하는 공정을 갖는 금속관의 제조 방법이다.
도 5에 평판 형상의 금속 기재(51)의 표면 중 적어도 일부에 금속 다공체를 접합하여 금속 접합체로 한 일 예의 개략도를 나타낸다. 도 5에 나타내는 예에서는, 금속 기재(51)의 좌단(左端)에 금속 다공체(52)를 접합하고 있지 않은 부분을 설치하고 있다. 상기 금속 접합체를 절곡하여 관 형상으로 성형할 때에는, 상기 금속 다공체(52)가 설치되지 않은 부분을 금속 기재(51)의 반대측의 표면과 접합하면 좋다. 금속 기재(51)와 금속 다공체(52)의 접합 방법은 특별히 한정되지 않고, 납땜이나 확산 접합 등에 의해 행하면 좋다. 금속관의 형상은 특별히 한정되지 않고, 횡단면이 원형이나 타원형인 원통관으로 해도 좋고, 횡단면이 직사각형인 편평관으로 해도 좋다.
도 6에 평판 형상의 금속 기재(61)의 표면 중 적어도 일부에 금속 다공체(62)를 접합하여 금속 접합체로 한 다른 일 예의 개략도를 나타낸다. 도 6에 나타내는 바와 같이, 금속 접합체가 절곡되는 부분에 상기 금속 다공체(62)가 설치되어 있지 않음으로써, 금속 다공체(62)가 절곡되어 골격이 찌그러지는 것을 억제할 수 있다. 도 6에 나타내는 금속 접합체의 경우에는, 횡단면이 직사각형인 편평 형상의 금속관을 적합하게 접합할 수 있다.
(실시 형태 2)
본 발명의 실시 형태에 따른 금속관의 제조 방법은, 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 금속 다공체를 접합한 금속 접합체를 복수 매 준비하는 공정과, 상기 복수의 금속 접합체의 단부끼리를 접합하여 관 형상으로 성형하는 공정을 갖는 금속관의 제조 방법이다. 또한, 이 실시 형태에 있어서는, 상기 금속 접합체의 접합되는 단부에 상기 금속 다공체가 설치되어 있지 않은 것이 바람직하다.
이 실시 형태에서는, 예를 들면, 도 5에 나타내는 금속 접합체를 2매 준비하고, 이들을 금속 다공체가 마주 보도록 배치하여 단부끼리를 서로 접합하면 좋다. 이때, 상기 금속 접합체의 접합되는 단부에 금속 다공체가 설치되어 있지 않음으로써, 단부를 접합할 때에 금속 다공체가 찌그러지는 일이 없기 때문에 바람직하다.
실시예
이하, 실시예에 기초하여 본 발명을 보다 상세하게 설명하지만, 이들의 실시예는 예시이며, 본 발명의 금속관 등은 이들에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 범위는 특허청구의 범위의 범위에 의해 나타나고, 특허청구의 범위의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함된다.
[실시예 1]
(금속 다공체의 제조)
-도전층의 형성-
수지 성형체로서, 기공률 97％, 셀수 10개/인치, 기공경 약 2540㎛, 두께 2㎜의 우레탄 발포체를 준비하고, 이것을 200㎜×200㎜ 각(square)으로 절단했다. 이 폴리우레탄폼의 표면에 스퍼터링에 의해 알루미늄을 단위면적당의 중량 10g/㎡로 성막하여 도전층을 형성했다.
-용융염 도금-
표면에 도전층을 형성한 상기 우레탄 발포체를 워크로서, 급전 기능을 갖는 치구에 세트한 후, 아르곤 분위기이고 또한 저(低)수분(노점 -30℃ 이하)으로 한 글로브 박스 내에 넣고, 온도 45℃의 용융염 알루미늄 도금욕(33mol％ EMIC-67mol％ AlCl3에 1,10-페난트롤린 0.5g/L를 첨가한 것)에 침지했다. 워크를 세트한 치구를 정류기의 음극측에 접속하고, 대극의 알루미늄판(순도 99. 99질량％)를 양극측에 접속했다.
전류 밀도 6A/d㎡의 직류 전류를 60분간 인가하여 도금함으로써, 우레탄 발포체 표면에 0.2g/㎤의 질량의 알루미늄막이 형성된 구조체를 얻었다. 교반은 테프론(등록상표) 제조의 회전자를 이용하여 스터러(stirrer)에서 행했다. 또한, 전류 밀도는 우레탄 발포체의 외관의 면적으로 계산한 값이다.
-수지의 제거-
상기에서 얻어진 구조체를 도금욕으로부터 취출하고, 도금액의 부착량이 1500mL/㎡가 된 상태에서 수세 처리를 행했다. 수세 처리 후, 구조체를 잘 건조시켜 수분 부착량이 6mL/㎡가 된 상태에서, 노점 온도 -15℃의 대기하에서, 600℃에서 30분, 열처리를 행했다. 이에 따라 수지가 소실되고, 알루미늄 다공체(순도 99.99질량％)가 얻어진다.
얻어진 알루미늄 다공체의 골격의 표면을 전자 현미경에 의해 관찰한 바, 도 7에 나타내는 바와 같이 미소한 요철이 형성되어 있는 것이 확인되었다.
(금속관의 제조)
1000㎜×1000㎜ 각이고 두께가 1㎜인 알루미늄판을 준비했다. 상기에서 제조한 알루미늄 다공체를 100매 준비하여 100㎜×100㎜로 가공하고, 상기 알루미늄판 상에 배치했다. 이때, 도 5에 나타내는 예와 같이, 알루미늄판의 일방의 단부(1000㎜×40㎜의 범위)에 알루미늄 다공체가 설치되어 있지 않은 부분을 준비하고, 그 이외의 부분에는 알루미늄 다공체를 극간 없이 배치하고 접합하여, 알루미늄 접합체를 얻었다. 접합은 알루미늄 합금 분말을 포함하는 납재(brazing material)를 이용하여 납땜함으로써 행했다.
상기 알루미늄 접합체를 원통 형상으로 변형시켜, 상기 알루미늄 다공체가 설치되어 있지 않은 부분을 대치하는 단부의 알루미늄판 부분에 납땜시킴으로써 금속관을 제조했다.
[실시예 2]
1000㎜×1000㎜ 각이고 두께가 1㎜인 알루미늄판에 실시예 1에서 제조한 100㎜×100㎜ 각의 알루미늄 다공체를 납땜하여 알루미늄 접합체를 얻었다. 이때, 도 6에 나타내는 예와 같이, 알루미늄판의 일방의 단부(1000㎜×40㎜의 범위)에는, 알루미늄 다공체를 설치하지 않고, 또한, 1000㎜×20㎜의 극간을 3개소 설치하도록 알루미늄판 상에 알루미늄 다공체를 배치하여 납땜했다.
상기와 같이 하여 얻은 알루미늄 접합체를, 알루미늄 다공체가 내면측이 되도록 직사각형 형상으로 절곡하고, 알루미늄 다공체가 설치되어 있지 않은 단부를 대치하는 단부의 알루미늄판 부분에 납땜했다. 이에 따라, 단면이 30㎜×450㎜의 직사각형이고 길이가 1000㎜인 금속관이 얻어진다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일한 알루미늄 접합체를 2매 준비했다. 이들을 알루미늄 다공체가 마주 보도록 하여 배치하고, 서로의 알루미늄 다공체가 형성되어 있지 않은 부분을 대치하는 단부의 알루미늄판 부분에 납땜하여 금속관을 제조했다.
실시예 1∼실시예 3의 금속관은 표면적이 매우 큰 알루미늄 다공체를 내면에 갖고 있기 때문에, 열 교환 효율이 우수한 금속관이다.
11, 21, 31, 41, 51, 61 : 금속 기재
12, 22, 32, 42, 52, 62 : 금속 다공체
F : 유체
G : 기체
L : 액체

Claims (16)

  1. 금속 기재(substrate)와,
    상기 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 설치된 금속 다공체를 갖는 금속관으로서,
    평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 상기 금속 다공체를 접합하는 공정과,
    상기 금속 다공체가 접합된 금속 기재를 관 형상으로 성형하는 공정을 거쳐 얻어진 금속관.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속관의 적어도 내면에 상기 금속 다공체가 설치되어 있는 금속관.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 금속 기재의 재질이 알루미늄 또는 구리인 금속관.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 다공체의 재질이 알루미늄 또는 구리인 금속관.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 기재와 상기 금속 다공체가 동일한 재질인 금속관.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 다공체가 3차원 그물코 형상 구조를 갖는 금속관.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 다공체의 골격 표면에 요철이 형성되어 있는 금속관.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 다공체의 골격에 관통공이 형성되어 있는 금속관.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    직사각형관인 금속관.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 기재된 금속관으로 이루어지는 전열관.
  11. 제10항에 기재된 전열관의 금속 다공체에 액체를 공급하는 액체 공급부와,
    상기 금속 다공체의 표면에 기체를 통류시키는 기체 공급부와,
    상기 금속 기재의 금속 다공체를 설치한 측과는 반대측의 표면에 유체를 통류시키는 유체 공급부를 갖는 열 교환 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 유체가 기체인 열 교환 장치.
  13. 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 금속 다공체를 접합하여 금속 접합체로 하는 공정과,
    상기 금속 접합체를 절곡하여 관 형상으로 성형하는 공정
    을 갖는 금속관의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 금속 접합체의 절곡되는 부분에 상기 금속 다공체가 설치되어 있지 않은 금속관의 제조 방법.
  15. 평판 형상의 금속 기재의 표면 중 적어도 일부에 금속 다공체를 접합한 금속 접합체를 복수 매 준비하는 공정과,
    상기 복수의 금속 접합체의 단부끼리를 접합하여 관 형상으로 성형하는 공정
    을 갖는 금속관의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 금속 접합체의 접합되는 단부에 상기 금속 다공체가 설치되어 있지 않은 금속관의 제조 방법.
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