特許 6283198 熱交換装置の製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6283198

(24)【登録日】2018年2月2日

(45)【発行日】2018年2月21日

(54)【発明の名称】熱交換装置の製造方法

(51)【国際特許分類】

   F28D 1/06 20060101AFI20180208BHJP

   F28F 21/08 20060101ALI20180208BHJP

【ＦＩ】

   F28D1/06 B

   F28F21/08 G

   F28F21/08 A

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-221478(P2013-221478)

(22)【出願日】2013年10月24日

(65)【公開番号】特開2015-81760(P2015-81760A)

(43)【公開日】2015年4月27日

【審査請求日】2016年9月26日

(73)【特許権者】

【識別番号】390036663

【氏名又は名称】木村化工機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100092071

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 均

(72)【発明者】

【氏名】重 洋一

(72)【発明者】

【氏名】鈴木 克昌

(72)【発明者】

【氏名】新谷 大介

【審査官】 庭月野 恭

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭６２−２６８９８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２０２０３５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０８−００５２７０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−０９０６９７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−０４８１０５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００４−１２５３８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００８−０６４４２７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭４１−００５５１２（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 特表２００８−５０４５１３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実公昭３９−００９２７９（ＪＰ，Ｙ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０９０２８８（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０００−３４３２１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１０−２７２５６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００６−２８３１１０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ２８Ｄ １／０６，７／０２，２１／００

Ｆ２８Ｆ ２１／０８

Ｂ２３Ｋ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

チタン系金属材料からなり、内部に熱交換対象物を収容する熱交換容器と、
金属材料からなり、前記熱交換容器の外周面を周回するように配設された、内部を熱媒が流通する熱媒流通管と
を備え、
前記熱媒流通管は、接合材料としてのアルミ系金属材料を介して前記熱交換容器に接合されている熱交換装置の製造方法であって、
アルミ系金属材料をろう付け材として用い、不活性ガス中でＭＩＧろう付けを行うことにより、前記熱媒流通管を、接合材料としてのアルミ系金属材料を介して、前記熱交換容器に接合する工程を備えていること
を特徴とする熱交換装置の製造方法。

【請求項2】

複数の前記熱媒流通管が、前記熱交換容器の外周面を周回するように、互いに平行に配設された状態となるように前記ＭＩＧろう付けを行うか、または、
前記熱媒流通管が前記熱交換容器の外周面を周回するように、螺旋状に複数回巻き回された状態となるように前記ＭＩＧろう付けを行うこと
を特徴とする請求項１記載の熱交換装置の製造方法。

【請求項3】

前記熱媒流通管として、本体鋼管の外周面に金属めっき膜が形成されためっき鋼管を用い、前記本体鋼管を、前記金属めっき膜と、前記アルミ系金属材料とを介して、前記熱交換容器に接合することを特徴とする請求項１または２記載の熱交換装置の製造方法。

【請求項4】

前記金属めっき膜が、亜鉛めっき膜であることを特徴とする請求項３記載の熱交換装置の製造方法。

【請求項5】

前記熱媒流通管がチタン系金属材料からなるものであることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換装置の製造方法。

【請求項6】

前記熱媒流通管がアルミ系金属材料からなるものであることを特徴とする請求項１または２記載の熱交換装置の製造方法。

【請求項7】

前記熱交換容器の外周面に、複数の前記熱媒流通管が平行して巻き回されている場合、または、前記熱媒流通管が螺旋状に複数回巻き回されている場合において、前記熱交換容器の前記外周面の、互いに隣り合う前記熱媒流通管の間に位置する領域に前記接合材料である前記アルミ系金属材料が延出するように前記ＭＩＧろう付けを行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換装置の製造方法。

【請求項8】

前記熱交換容器の外周面に、前記熱媒流通管が螺旋状に複数回巻き回されている場合、または、複数の前記熱媒流通管が平行して巻き回されている場合において、前記熱交換容器の前記外周面の、互いに隣り合う前記熱媒流通管の間に位置する領域の全体が、前記接合材料である前記アルミ系金属材料により被覆されるように前記ＭＩＧろう付けを行うことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の熱交換装置の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、液体や、固形分を含有する流体（スラリー）などの熱交換対象物を加熱したり、冷却したりするための熱交換装置の製造方法に関し、詳しくは、熱交換対象物が収容される熱交換容器がチタン系金属材料から形成された熱交換装置の製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

液体や、固形分を含有する流体（スラリー）などの熱交換対象物を加熱したり、冷却したりする場合に使用される熱交換装置として、従来より種々の熱交換装置が知られている。

【0003】

そのような熱交換装置の一つに、例えば図７に示すように、熱交換対象物が収容される熱交換容器１０１を覆うように配設されたジャケット１０２の内部（熱交換容器１０１の外表面とジャケット１０２の間に形成される空間）に熱媒（スチーム）を供給して、熱交換容器１０１の内側と外側で熱交換を行わせるようにした熱交換装置１００がある（例えば、特許文献１参照）。

【0004】

しかしながら、上述のように、熱交換容器１０１を覆うようにジャケット１０２を配設した構造を有する熱交換装置（以下、「ジャケット付き熱交換装置」ともいう）の場合、通常は、熱交換容器１０１の本体胴１０１ａの厚みは、ジャケット１０２側の設計圧力による外圧計算支配の下に決定されている。
そのため、ジャケット付き熱交換装置の場合、材料の使用量が増大し、それに伴って設備コストも増大するという問題点がある。

【0005】

また、近年、加熱や冷却の対象となる流体（熱交換対象物）として、腐食性の強い流体や、コンタミネーションを嫌う流体などを取り扱うことが必要になる機会が増えており、そのような場合には、熱交換容器として、耐食性に優れ、成分の溶出を引き起こしにくいチタン系金属材料からなる熱交換容器を用いることが必要となる。

【0006】

そして、その場合、チタン系金属材料が高価であることから、上述のようなジャケット付き熱交換装置の場合、材料の使用量が増大するため、設備コストも大幅に増大するという問題点がある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１１−２２６６６１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記課題を解決するものであり、熱交換対象物が収容される熱交換容器として、チタン系金属材料からなる熱交換容器が用いられている熱交換装置において、熱交換性能を低下させることなく、熱交換容器を構成するチタン系金属材料の使用量を低減することが可能で、経済性に優れた熱交換装置の製造方法を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、本発明の熱交換装置の製造方法は、
チタン系金属材料からなり、内部に熱交換対象物を収容する熱交換容器と、
金属材料からなり、前記熱交換容器の外周面を周回するように配設された、内部を熱媒が流通する熱媒流通管と
を備え、
前記熱媒流通管は、接合材料としてのアルミ系金属材料を介して前記熱交換容器に接合されている熱交換装置の製造方法であって、
アルミ系金属材料をろう付け材として用い、不活性ガス中でＭＩＧろう付けを行うことにより、前記熱媒流通管を、接合材料としてのアルミ系金属材料を介して、前記熱交換容器に接合する工程を備えていること
を特徴としている。

【0010】

本発明においては、
複数の前記熱媒流通管が、前記熱交換容器の外周面を周回するように、互いに平行に配設された状態となるように前記ＭＩＧろう付けを行うか、または、
前記熱媒流通管が前記熱交換容器の外周面を周回するように、螺旋状に複数回巻き回された状態となるように前記ＭＩＧろう付けを行うこと
が好ましい。

【0011】

また、本発明の熱交換装置の製造方法においては、前記熱媒流通管として、本体鋼管の外周面に金属めっき膜が形成されためっき鋼管を用い、前記本体鋼管を、前記金属めっき膜と、前記アルミ系金属材料とを介して、前記熱交換容器に接合することが好ましい。
なお、めっき鋼管をチタン系金属材料からなる熱交換容器に接合するにあたっては、例えば、アルミをろう付け材として用い、不活性ガス中でろう付け（アルミろう付け）を行うＭＩＧろう付けの方法により、効率よく接合することができる。

【0012】

また、前記金属めっき膜が、亜鉛めっき膜であることが好ましい。

【0013】

また、本発明の熱交換装置の製造方法においては、前記熱媒流通管がチタン系金属材料からなるものであることが好ましい。

【0014】

また、本発明の熱交換装置の製造方法においては、前記熱媒流通管がアルミ系金属材料からなるものであることが好ましい。

【0015】

また、本発明の熱交換装置の製造方法においては、前記熱交換容器の外周面に、複数の前記熱媒流通管が平行して巻き回されている場合、または、前記熱媒流通管が螺旋状に複数回巻き回されている場合において、前記熱交換容器の前記外周面の、互いに隣り合う前記熱媒流通管の間に位置する領域に前記接合材料である前記アルミ系金属材料が延出するように前記ＭＩＧろう付けを行うことが好ましい。

【0016】

また、本発明の熱交換装置の製造方法においては、前記熱交換容器の外周面に、前記熱媒流通管が螺旋状に複数回巻き回されている場合、または、複数の前記熱媒流通管が平行して巻き回されている場合において、前記熱交換容器の前記外周面の、互いに隣り合う前記熱媒流通管の間に位置する領域の全体が、前記接合材料である前記アルミ系金属材料により被覆されるように前記ＭＩＧろう付けを行うことが望ましい。

【発明の効果】

【0017】

本発明の熱交換装置の製造方法は、熱交換対象物を収容する、チタン系金属材料からなり、内部に熱交換対象物を収容する熱交換容器と、金属材料からなり、熱交換容器の外周面を周回するように配設された、内部を熱媒が流通する熱媒流通管とを備え、熱媒流通管は、接合材料としてのアルミ系金属材料を介して熱交換容器に接合された構造を有する熱交換装置を製造するにあたって、アルミ系金属材料をろう付け材として用い、不活性ガス中でＭＩＧろう付けを行うことにより、熱媒流通管を、アルミ系金属材料を介して、熱交換容器に接合するようにしているので、熱媒流通管を確実に熱交換容器に接合させることが可能になる。
したがって、上述のジャケット付き熱交換装置のように、熱交換容器がジャケットにより覆われていない構造を有する熱交換装置を実現することが可能になる。

【0018】

このように、ジャケット構造から、熱交換容器の外周面に熱媒流通管を接合、配設した構造にすることにより、熱交換容器の本体胴の厚みを、熱交換容器側の圧力計算に基づく厚みとすることが可能になる。
そして、この熱交換容器側の設計圧力が、低圧力あるいは真空の場合、熱交換容器の本体胴の板厚を大幅に低減することが可能になる。

【0019】

その結果、本発明の熱交換装置の製造方法を適用することにより、熱交換対象物が収容される熱交換容器として、チタン系金属材料からなる熱交換容器が用いられている熱交換装置において、高価なチタン系金属材料の使用量を大幅に低減して、経済性に優れた熱交換装置を提供することが可能になる。
なお、本発明において、熱媒とは、熱交換容器の内部の熱交換対象物を加熱するための「加熱媒体」および冷却のための「冷却媒体」の両方を含む概念である。
また、本発明において、チタン系金属材料としては、ＪＩＳ規格で定められたチタン（例えば、ＪＩＳ２種チタン）や、耐食チタン合金（例えば、ＪＩＳ１１種，１２種，１３種チタン合金）などを用いることが可能である。
また、接合材料としてのアルミ系金属材料としては、純アルミや、アルミ合金（例えば、Ａ４０４３）などを用いることが可能である。

【0020】

本発明の製造方法により製造される熱交換装置において、熱媒流通管の配設態様は、複数の熱媒流通管が熱交換容器の外周面を周回するように、所定の間隔をおいて互いに平行に巻き回された態様としてもよく、また、１本（または複数本）の熱媒流通管が、熱交換容器の外周面を周回するように、螺旋状に複数回巻き回されているような態様としてもよい。必要な熱交換効率を確保することが可能でありさえすれば、いずれの態様とすることも可能である。
なお、前者の場合、例えば、ヘッダから、複数の熱媒流通管のそれぞれに熱媒が供給されるような構成が採用されることになる。

【0021】

また、本発明の熱交換装置の製造方法においては、熱媒流通管として、本体鋼管の外周面に金属めっき膜が形成されためっき鋼管を用いることが可能であり、その場合には、熱媒流通管と熱交換容器とを確実に接合（接続）することが可能になるとともに、熱媒流通管と熱交換容器との間の伝熱を、熱伝導率の高いアルミ系金属材料を介して行わせることが可能になる。したがって、熱交換効率が高く、経済性にも優れた熱交換装置を提供することが可能になる。
また、熱媒流通管として、上述のような安価なめっき鋼管を用いた場合、さらなる材料コストの低減を図ることが可能になる。

【0022】

また、めっき鋼管として、外周面に亜鉛めっき膜を備えためっき鋼管を用いることにより、確実に熱媒流通管と熱交換容器とを接合（接続）することが可能になるとともに、熱媒流通管と熱交換容器との間の伝熱を、熱媒流通管と確実に熱的に結合した、熱伝導率の高いアルミ系金属材料を介して行わせることが可能になり、熱交換効率が高く、経済性にも優れた熱交換装置を提供することが可能になる。

【0023】

また、本発明の製造方法により製造される熱交換装置においては、熱媒流通管としてチタン系金属材料からなる熱媒流通管を用いることが可能であり、その場合にも、熱媒流通管と熱交換容器とを確実に接合（接続）することが可能になるとともに、熱媒流通管と熱交換容器との間の伝熱を、熱伝導率の高いアルミ系金属材料を介して行わせることが可能になり、熱交換効率が高く、経済性にも優れた熱交換装置を提供することが可能になる。

【0024】

また、本発明の製造方法により製造される熱交換装置においては、熱媒流通管としてアルミ系金属材料からなる熱媒流通管を用いることが可能であり、その場合、アルミ系金属材料からなる熱媒流通管と熱交換容器との間の伝熱を、熱伝導率の高いアルミ系金属材料を介して行わせることが可能になるため、高い熱交換性能を備え、経済性にも優れた熱交換装置を提供することが可能になる。
なお、アルミ系金属材料からなる熱媒流通管としては、例えば、純アルミや、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミ合金などからなるものが好ましく用いられる。

【0025】

また、本発明の製造方法により製造される熱交換装置においては、熱交換容器の外周面に、複数の熱媒流通管が平行して巻き回されている場合、または、熱媒流通管が螺旋状に複数回巻き回されている場合において、熱交換容器の外周面の、互いに隣り合う熱媒流通管の間に位置する領域に延出するように、接合材料であるアルミ系金属材料の延設部を設けることにより、熱媒流通管と熱交換容器との間の伝熱量を確実に増大させることが可能になり、それだけ熱交換効率の高い熱交換装置を提供することが可能になる。

【0026】

また、本発明の製造方法により製造される熱交換装置においては、熱交換容器の外周面に、熱媒流通管が螺旋状に複数回巻き回されている場合、または、複数の熱媒流通管が平行して巻き回されている場合において、熱交換容器の外周面の、互いに隣り合う熱媒流通管の間に位置する領域の全体を、接合材料であるアルミ系金属材料により被覆することで、熱媒流通管と熱交換容器との間の伝熱量を最大限にまで増大させることが可能になり、それだけ熱交換効率の高い熱交換装置を提供することが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【0027】

【図1】本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる製造方法により製造される熱交換装置の構成を模式的に示す正面断面図である。

【図2】本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる製造方法により製造される熱交換装置の要部を拡大して示す正面断面図である。

【図3】本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる製造方法により熱交換装置を製造する工程で、熱媒流通管を熱交換容器に接合する方法を説明する図である。

【図4】本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる製造方法により熱交換装置を製造する工程で、熱媒流通管を熱交換容器にアルミ系金属材料を介して接合した状態を示す図である。

【図5】本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる製造方法により熱交換装置を製造する工程で、熱媒流通管を熱交換容器にアルミ系金属材料（一次形成層）を介して接合した後、アルミ系金属材料に延設部（二次形成層）を形成した状態を示す図である。

【図6】本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる製造方法により熱交換装置を製造する工程で、アルミ系金属材料（三次形成層）を形成して、熱交換容器の外周面の、互いに隣り合う熱媒流通管の間に位置する領域の全体をアルミ系金属材料により被覆した状態を示す図である。

【図7】従来の熱交換装置の構成を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0028】

以下に本発明の実施形態を示して、本発明の特徴とするところをさらに詳しく説明する。

【0029】

［実施形態１］
図１は、本発明の一実施形態（実施形態１）にかかる熱交換装置の製造方法により製造される熱交換装置の構成を模式的に示す正面断面図である。
また、図２は、図１において一点鎖線の円で囲んだ領域（要部）Ａを拡大して示す図である。

【0030】

この熱交換装置１は、図１に示すように、例えば腐食性の強い流体である熱交換対象物２を収容する、耐食性に優れたチタン系金属材料からなる熱交換容器１０と、熱交換容器１０の外周面に巻き回された、内部を熱媒が流通する複数の熱媒流通管２０とを備えている。
そして、この実施形態１では、熱交換容器１０を構成するチタン系金属材料として純チタン（ＪＩＳ２種チタン）が用いられている。

【0031】

また、この熱交換装置１は、熱交換容器１０の内部を減圧にした状態で熱交換操作が行われるように構成されている。

【0032】

熱交換容器１０は、さらに、熱交換対象物２を供給するための供給ライン１１と、熱交換が行われた後の熱交換対象物２を排出するための排出ライン１２を備えているとともに、内部の熱交換対象物２を攪拌して、熱交換を促進するための攪拌機１３を備えている。
なお、熱交換容器１０の、熱媒流通管２０が配設されている領域は、外装板２５により被覆されている。外装板２５の内側の空間部には、断熱材２６が施工されている。

【0033】

また、複数の熱媒流通管２０は、熱交換容器１０の外周面の周方向に、互いに平行になるように所定の間隔をおいて配設されている。そして、この実施形態１にかかる熱交換装置１においては、特に図示していないヘッダから各熱媒流通管２０に熱媒が供給されるように構成されている。
なお、熱媒流通管２０としては、図２，３に示すように、本体鋼管２１の外周面に金属めっき膜（この実施形態１では亜鉛めっき膜）２２が形成された亜鉛めっき鋼管（ＳＧＰＷ）が用いられている。

【0034】

そして、複数の熱媒流通管２０は、接合材料であるアルミ系金属材料３０を介して熱交換容器１０に接合されている。なお、アルミ系金属材料３０としては金属アルミが用いられている。

【0035】

この実施形態１において、熱交換容器１０のアルミ系金属材料３０との界面、および、熱媒流通管２０のアルミ系金属材料３０との界面は、接合の前後において溶融することなく、アルミ系金属材料（接合の工程で溶融した後、凝固したアルミ系金属材料（この実施形態１では金属アルミ）３０と接合されている。

【0036】

この熱交換装置１においては、熱媒流通管２０と熱交換容器２０との間伝熱量を増大させる目的で、熱交換容器１０の外周面の、互いに隣り合う熱媒流通管２０の間に位置する領域の全体が、接合材料であるアルミ系金属材料（金属アルミ）３０により被覆されており、熱媒流通管２０の内部を流通する熱媒と、熱交換容器１０の内部の熱交換対象物２との間で、アルミ系金属材料（金属アルミ）３０を介して、十分な熱交換を行わせることが可能である。

【0037】

次に、この熱交換装置１を製造する場合の、熱交換容器１０への熱媒流通管２０の接合方法について説明する。

【0038】

一般に、チタン材料と、チタン以外の材料（異材）との接合は難しく、特に、機械的強度が要求される場合における、チタンとカーボンスチールとの溶接は極めて困難であるとされている。

【0039】

これに対し、上述の熱交換装置１の場合、チタンからなる熱交換容器１０と、鋼管からなる熱媒流通管２０とを、熱交換装置として必要とされる熱的結合を実現できるような接合を行うことができればよく、例えば自動車などの構造体を製造する場合のように大きな機械的結合強度は求められることはない。

【0040】

そこで、この実施形態１では、チタンからなる熱交換容器１０と、亜鉛めっき鋼管からなる熱媒流通管２０を接合するにあたって、チタンとの金属相性のよいアルミをろう付け材として用い、また、鋼管として表面が亜鉛めっきされた亜鉛めっき鋼管（ＳＧＰＷ）を用いることにより、熱的結合の見地からは十分な接合が行われるようにした。以下、説明を行う。

【0041】

（１）まず、図３に示すように、接合しようとする熱媒流通管（亜鉛めっき鋼管）２０の外周面の下側の略半分を覆うように、半割れのアルミ管２３をあてがった状態で、チタンからなる熱交換容器１０の所定の位置に熱媒流通管２０を配置した。

【0042】

それから、熱交換容器１０の所定の位置、すなわち、熱媒流通管２０の両側の位置にも、熱媒流通管２０の軸方向に沿って、アルミからなる板材（あて板）２４ａ，２４ｂを配設した。

【0043】

なお、この実施形態１では、熱媒流通管２０として、外径が２７．２ｍｍで、厚みが２．８ｍｍの亜鉛めっき鋼管を用いた。
半割りのアルミ管２３としては、内径が３０ｍｍで、厚みが１ｍｍのアルミ管を半割りにしたものを用いた。
また、アルミからなる板材（あて板）２４ａ，２４ｂとしては、厚みが１ｍｍで、幅が２０ｍｍのアルミ板を用いた。

【0044】

なお、半割れのアルミ管２３と、アルミからなる板材（あて板）２４ａ，２４ｂを用いるようにしたのは、熱交換容器１０および熱媒流通管２０の表面が損傷しないようにして、良好な接合を行うことができるようにするためである。

【0045】

すなわち、チタンは高温で酸化しやすい材質であり、チタンのアルミろう付けは、通常、真空炉内もしくはアルゴン雰囲気で実施することが必要とされる。そこで、この実施形態１では、一般にアルミの溶接に広く用いられている、アルゴンガスを使用したＭＩＧ溶接の技術を応用して、チタンと亜鉛めっき鋼管との接合を行うことにした。しかし、アークを直接に亜鉛めっき鋼管２０に当てると亜鉛が高温で溶融し、母材のカーボンスチールが露出した状態となり、接合することができなくなる。
また、アークを直接にチタンからなる熱交換容器１０に当てると、熱交換容器１０の表面でチタンが酸化されてしまい、接合することができなくなる。

【0046】

そこで、この実施形態１では、上記課題を解決するため、熱媒流通管（亜鉛めっき鋼管）２０の表面にアルミの薄板（半割れのアルミ管２３）を配置するとともに、チタンからなる熱交換容器１０の表面にもアルミの薄板（アルミからなる板材（あて板）２４ａ，２４ｂ）を配置し、アークをこのアルミの薄板に当てることにより、熱交換容器１０および熱媒流通管（亜鉛めっき鋼管）２０の過度の温度上昇を抑制して、良好な接合を行うことができるようにしている。なお、上記のようにした場合に、熱交換容器１０および熱媒流通管（亜鉛めっき鋼管）２０の過度の温度上昇が抑制されるのは、ＭＩＧアークの熱エネルギーがアルミの薄板の溶融熱として奪われることによる。

【0047】

（２）それから、アルミろう付け材を用いたＭＩＧろう付けの方法で、熱媒流通管２０を熱交換容器１０に接合した。
ＭＩＧろう付けは、ダイヘン製直流パルスＭＩＧ溶接機の硬質アルミモードを用いて行った。
また、アルミろう付け材としてのアルミワイヤーには、高温割れが起きにくいアルミ製ソリッドワイヤー（Ａ４０４３）を使用した。

【0048】

なお、熱媒流通管（亜鉛めっき鋼管）２０をチタンからなる熱交換容器１０にアルミろう付けするにあたっては、両者の機械的な結合の見地から、十分な接合強度を得られるように、また、伝熱の見地から、高い伝熱性が得られるように、以下に説明する方法で、熱媒流通管２０を熱交換容器１０にアルミろう付け接合した。

【0049】

（２−１）
まず、上述のアルミろう付け材を用いたＭＩＧろう付けの方法で、熱媒流通管２０を熱交換容器１０に接合する。
この接合工程で、アルミろう付け材と、上述の半割れのアルミ管２３と、アルミからなる板材２４ａ，２４ｂが溶融して、図４に示すように、複数の熱媒流通管２０が、接合材料としてのアルミ系金属材料（一次形成層）３０（３０ａ）を介して熱交換容器１０に接合された接合構造が得られる。

【0050】

なお、上記の半割れのアルミ管２３は、ＭＩＧろう付けの際のアークの熱が熱媒流通管（亜鉛めっき鋼管）２０に直接作用して、熱媒流通管の表面が損傷することを防止する機能を果たし、また、上記のアルミからなる板材（あて板）２４ａ，２４ｂは、ＭＩＧろう付けの際のアークの熱がチタンからなる熱交換容器１０に直接作用して、熱交換容器１０の表面が損傷することを防止する機能を果たすため、熱交換容器１０と熱媒流通管２０とは、その表面などが損傷することなく、本来の健全な表面状態のまま、接合材料であるアルミ系金属材料（金属アルミ）（一次形成層）３０（３０ａ）を介して確実に接合される。

【0051】

（２−２）
ただし、この段階では、接合材料であって、伝熱媒体としても機能するアルミ系金属材料３０（３０ａ）の量がまだ不十分であるため、２度目のＭＩＧろう付けを行って、図５に示すように、アルミ系金属材料（一次形成層）３０（３０ａ）の外側にアルミニウム系金属材料（金属アルミ）からなる延設部（二次形成層）３０（３０ｂ）を形成して（隅肉２層として）、接合部のアルミ系金属材料３０の量を増加させるとともに、熱交換容器１０、熱媒流通管（亜鉛めっき鋼管）２０との接合面積を増大させた。

【0052】

なお、図５では、接合部の構成を理解しやすくするために、アルミ系金属材料の一次形成層３０（３０ａ）と二次形成層３０（３０ｂ）に異なるハッチングを付して、領域を分けて示しているが、実際にはＭＩＧろう付けの際に、一次形成層と二次形成層の境界は溶融し、一次形成層３０（３０ａ）と二次形成層３０（３０ｂ）とは一体化している。

【0053】

（３）この図５に示す状態においては、アルミ系金属材料３０（３０ａ）の延設部（二次形成層）３０（３０ｂ）が形成され、伝熱媒体としてのアルミ系金属材料３０の量も増大しているが、実施形態１では、さらにＭＩＧろう付けを行って、図６に示すように、隣り合うアルミ系金属材料（二次形成層）３０（３０ｂ）の間を埋めるようにアルミ系金属材料（三次形成層）３０（３０ｃ）を形成した。これにより、熱交換容器１０の外周面の、互いに隣り合う熱媒流通管２０の間に位置する領域の全体が、接合材料であるアルミ系金属材料３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）により被覆された状態となる。

【0054】

なお、図６でも、接続部の構成を理解しやすくするために、アルミ系金属材料の一次形成層３０（３０ａ）、二次形成層３０（３０ｂ）、および三次形成層３０（３０ｃ）を異なるハッチングを付して示しているが、実際には各形成層の境界は溶融して一体化している。

【0055】

これにより、図１および２に示すような構造を有する熱交換装置１が得られる。

【0056】

この熱交換装置１の場合、チタンとの金属相性が良好で、かつ、熱伝導率の高いアルミ系金属材料３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）を介して熱媒流通管２０が熱交換容器１０に接合されており、熱媒流通管２０と熱交換容器１０とが熱的に結合されているとともに、良好な熱伝導が行われるように接続されていることから、熱交換効率の良好な熱交換装置を得ることができる。

【0057】

また、この熱交換装置１は、熱交換対象物２を収容する熱交換容器１０の外周面を周回するように熱媒流通管２０が配設され、熱媒流通管２０はアルミ系金属材料を介して熱交換容器１０に接合された構造を備えており、従来のジャケット付き熱交換装置のように、熱交換容器がジャケットにより覆われていないため、熱交換容器１０の本体胴の厚みは、熱交換容器１０側の圧力計算に基づく厚みとされるため、本体胴の厚みを相当に薄くすることが可能になる。

【0058】

さらに、熱交換容器１０は、減圧下で操作されるように構成されているため、高価なチタンを用いた熱交換容器１０の本体胴の厚みを、ジャケット付き熱交換装置の場合に比べて大幅に低減することが可能になる。
その結果、熱交換容器を構成する、チタンの使用量を低減して、大幅なコストダウンを図ることが可能になる。

【0059】

また、この実施形態１にかかる熱交換装置１においては、熱媒流通管として、安価な亜鉛亜鉛めっき鋼管を用いるようにしているので、この点でも、材料コストを低減することが可能になり、経済性に優れた熱交換装置を提供することが可能になる。

【0060】

すなわち、本体鋼管が、上記金属めっき膜と、アルミ系金属材料を介して、熱交換容器に接合されている構造とした場合にも、熱媒流通管と熱交換容器とを確実に接合（接続）することが可能になるとともに、熱媒流通管と熱交換容器との間の伝熱を、熱伝導率の高いアルミ系金属材料を介して行わせることが可能になり、熱交換効率が高く、経済性にも優れた熱交換装置を提供することが可能になる。

【0061】

なお、上記実施形態１では熱媒流通管として亜鉛めっき鋼管を用いているが、表面に亜鉛合金がめっきされた鋼管や、表面にアルミがめっきされためっき鋼管を用いることも可能である。

【0062】

また、この実施形態１では、隣り合うアルミ系金属材料３０（３０ａ）の延設部（二次形成層）３０（３０ｂ）の間を埋めるようにアルミ系金属材料（三次形成層）３０（３０ｃ）を形成し、熱交換容器１０の外周面の、互いに隣り合う熱媒流通管２０の間に位置する領域の全体が、接合材料であるアルミ系金属材料３０（３０ａ，３０ｂ，３０ｃ）により被覆された状態となるようにしているが、必要な伝熱量を確保することができる場合には、延設部（二次形成層）３０（３０ｂ）の間を埋める三次形成層３０ｃを備えていない構成とすることも可能である。

【0063】

［実施形態２］
上記実施形態１では、熱媒流通管として、亜鉛めっき鋼管を用いて熱交換装置１を構成したが、この実施形態２では、熱媒流通管としてチタン系金属材料（例えば、ＪＩＳ２種チタン）からなる熱媒流通管（チタン管）を用い、熱媒流通管をアルミ系金属材料を介して熱交換容器に接合することにより、図１に示した熱交換装置１と同様の構成を有する熱交換装置を作製した。
すなわち、この実施形態２にかかる熱交換装置は、図１および図２における熱媒流通管２０がチタン管であることを除いて、図１および図２に示した実施形態１にかかる熱交換装置１と同じ構成を有する熱交換装置である。

【0064】

この実施形態２にかかる熱交換装置の場合も、上記実施形態１の熱交換装置１を製造する場合の製造方法に準じる方法で製造することが可能であり、上記実施形態１の熱交換装置１において得られる効果に準じる効果を得ることができる。

【0065】

さらに、この実施形態２にかかる熱交換装置の場合、熱交換容器と熱媒流通管とが同じチタン材料から形成されているので、運転中に熱交換容器と熱媒流通管との間に発生する熱応力が小さく、特に、熱交換容器内の熱交換対象物と、熱媒流通管を流通する熱媒の温度差が大きな系ではメリットを期待することができる。

【0066】

［実施形態３］
上記実施形態１では、熱媒流通管として亜鉛めっき鋼管を用い、また、上記実施形態２では、熱媒流通管としてチタン管を用いて熱交換装置を構成したが、この実施形態３では、熱媒流通管としてアルミ系金属材料からなる熱媒流通管（例えばＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミ管）を用い、熱媒流通管をアルミ系金属材料を介して熱交換容器に接合することにより、図１に示した熱交換装置１と同様の構成を有する熱交換装置を得た。すなわち、この実施形態３にかかる熱交換装置は、図１および図２における熱媒流通管２０がＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミ管であることを除いて、図１および図２に示された熱交換装置１と同じ構成を有する熱交換装置である。

【0067】

ただし、熱媒流通管を熱交換容器に接合するための、アルミワイヤーをアルミろう付け材として用いたＭＩＧろう付けの工程で、Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系材料からなる熱媒流通管はその一部が溶融し、同じく溶融したアルミ系金属材料（この実施形態３では金属アルミ）からなる接合材料と溶接の態様で結合される。
ただし、チタンからなる熱交換容器１０は溶融せず、溶融後に凝固した、アルミからなる接合材料を介して熱媒流通管（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系アルミ管）と接合した状態となる。

【0068】

この実施形態３にかかる熱交換装置も、上記実施形態１にかかる熱交換装置１の場合に準じる効果が得ることができる。

【0069】

なお、アルミ系金属材料からなる熱媒流通管に用いる場合、熱媒流通管の材質としては、溶接時の高温割れを避けるため、例えば、上述のようなＡｌ−Ｍｇ−Ｓｉ系（Ａ６０００系）を用いることが好ましい。

【0070】

なお、上記の各実施形態では、熱交換容器１０が、本体胴の上下両面側に鏡板を備えた真空容器に広く用いられる形状のものである場合を例にとって説明したが、本発明において、熱交換容器の形状はこれに限定されるものではなく、種々の形状とすることができる。

【0071】

また、上記実施形態では、複数の熱媒流通管２０を、熱交換容器１０の外周面の周方向に、互いに平行になるように所定の間隔をおいて配設するようにしているが、一本の熱媒流通管を螺旋状に巻き回すように構成することも可能である。

【0072】

本発明は、さらにその他の点においても、上記実施形態に限定されるものではなく、発明の範囲内において、種々の応用、変形を加えることが可能である。

【符号の説明】

【0073】

１ 熱交換装置
２ 熱交換対象物
１０ 熱交換容器
１１ 供給ライン
１２ 排出ライン
１３ 攪拌機
２０ 熱媒流通管
２１ 本体鋼管
２２ 金属めっき膜（亜鉛めっき膜）
２３ 半割りのアルミ管
２４ａ，２４ｂ アルミからなる板材（あて板）
２５ 外装板
２６ 断熱材
３０ アルミ系金属材料（接合材料）
３０ａ アルミ系金属材料の一次形成層
３０ｂ アルミ系金属材料延設部（二次形成層）
３０ｃ アルミ系金属材料の三次形成層

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】