JP5436481B2 - 熱交換器及びその製造方法 - Google Patents
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一方、特許文献3の親水性被膜は無機系であるため、汚染物質に起因する金属イオン成分による親水性被膜の劣化は生じないものの、金属イオン成分が被膜に浸透してフィンを腐食させることがある。
また、本発明は、被膜が形成されたフィンを有する熱交換器の製造方法であって、前記フィン上に親水性有機被膜を形成した後、無機微粒子と、Ti、Zr及びAlからなる群から選択される1種以上の金属を有する金属アルコキシ化合物及び/又は金属キレート化合物とを含む塗料を前記親水性有機被膜に塗布及び乾燥して反応層及び無機被膜を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法である。
以下、図面を参照して本実施の形態の熱交換器及びその製造方法について説明する。
図1は、熱交換器のフィンの表面に形成された被膜の断面図である。図1において、フィン1上には、親水性有機被膜2、反応層3及び無機被膜4が順次形成されている。
第1塗料の塗布方法としては、特に限定されず、当該技術分野において公知の方法に準じて行うことができる。第1塗料の塗布方法の例としては、刷毛塗り、スプレー塗布、浸漬、ロールコーターによる塗布などが挙げられる。
第1塗料の乾燥方法としては、特に限定されず、室温で放置すればよい。また、加熱することによって乾燥を促進させてもよい。
一般に、親水性有機被膜2中の極性基(例えば、ヒドロキシ基やカルボキシ基など)は、汚染物質(例えば、鉄、銅又はこれらの合金の金属粒子)が凝結水に溶解することによって生じた金属イオン成分と反応して結合し、親水性有機被膜2の分解を促進させる。そこで、金属アルコキシ化合物及び/又は金属キレート化合物を親水性有機被膜2の表層の極性基と予め反応させて結合することにより、親水性有機被膜2中の極性基と金属イオンと成分との反応を防止する。これにより、汚染物質に起因する金属イオン成分の親水性有機被膜2中への侵入を防止し、親水性有機被膜2の劣化を抑制することができる。また、この反応層3は、親水性有機被膜2の表層の強度を高め、親水性有機被膜2の耐水性及び親水性有機被膜2と無機被膜4との密着性も高めることができる。
無機被膜4を構成する無機微粒子としては、被膜を形成し得るものであれば特に限定されないが、鉄イオンや銅イオンなどの有機成分を劣化させる成分を放出しないものであることが好ましい。無機微粒子の例としては、ケイ素、マグネシウム、アルミニウム、チタン、セリウム、スズ、亜鉛、インジウム、アンチモンなどの元素の微粒子、又はこれらの元素の酸化物や窒化物の微粒子が挙げられる。また、これらの微粒子を親水化処理などの各種表面処理を行ったものを用いてもよい。これらの無機微粒子は、単独又は2種以上を組み合わせて用いることができる。また、無機被膜4の形成を容易にする観点から、シリカやアルミナなどの金属酸化物のゾル、ナトリウムシリケートやリチウムシリケートなどの各種シリケート、金属アルキレート、リン酸アルミやρ−アルミナなどの一般的なバインダーを無機微粒子と共に用いてもよい。なお、バインダーが無機微粒子を含有していれば、そのバインダーを単独で用いることも可能である。
特に、金属キレート化合物を用いる場合は、金属アルコキシ化合物の場合と異なり、アルコールなどの有機溶剤を用いなくてもよいため、引火などの危険性や環境負荷を低減することができる。
第2塗料の乾燥方法としては、特に限定されず、第1塗料の塗布方法と同様に室温で放置すればよい。また、加熱することによって乾燥を促進させてもよい。
本実施の形態の製造方法では、フィン1に被膜を形成しているため、熱交換器の製造工程の途中で被膜が損傷を受けてしまう場合がある。そのため、最表面の無機被膜4の損傷を防止する観点からは、フィン1への無機被膜4の形成は、冷媒が通るパイプ11にフィン1を接合することによって熱交換器を組み立てた後に行うことが好ましい。この場合、上記の第2塗料の塗布は、均一な塗布を行う観点から、スプレー塗布や浸漬により行うことが好ましい。また、各塗料を塗布した後は、熱交換器を回転させたり、気流によって過剰な塗料を除去することが好ましい。
(実施例1)
3質量%のポリビニルアルコール(日本合成化学工業株式会社製ポリビニルアルコールZ−200)を含む水溶液100質量部に対して5質量部のグリオキザールを配合して混合することによって第1塗料を作製した。
次に、テトラブトキシチタン及びオルガノシリカゾル(日産化学工業株式会社製IPA−ST、シリカ微粒子の平均粒径:15nm)をブタノールに配合して混合することによって第2塗料を作製した。ここで、第2塗料中のテトラブトキシチタン及びシリカ微粒子の含有量は、それぞれ1質量%及び1.5質量%に調整した。
次に、アルミフィンに第1塗料をスプレー塗布した後、140℃で5分間加熱することによって親水性有機被膜(膜厚0.8μm)を形成した。次に、この親水性有機被膜に第2塗料をスプレー塗布した後、60℃で1時間加熱することによって、反応層及び無機被膜(膜厚0.15μm)を形成した。
テトラプロポキシチタン及びオルガノシリカゾル(日産化学工業株式会社製IPA−ST)をプロパノールに配合して混合することによって第2塗料を作製したこと以外は、実施例1と同様にしてアルミフィン上に被膜を形成した。ここで、第2塗料中のテトラプロポキシチタン及びシリカ微粒子の含有量は、それぞれ0.5質量%及び0.3質量%に調整した。なお、形成された無機被膜の膜厚は0.2μmであった。
テトラブトキシジルコニウム及びオルガノシリカゾル(日産化学工業株式会社製IPA−ST)をブタノールに配合して混合することによって第2塗料を作製したこと以外は、実施例1と同様にしてアルミフィン上に被膜を形成した。ここで、第2塗料中のテトラブトキシジルコニウム及びシリカ微粒子の含有量は、それぞれ0.3質量%及び0.2質量%に調整した。なお、形成された無機被膜の膜厚は0.2μmであった。
実施例1で作製した第1塗料をアルミフィン上にスプレー塗布した後、60℃で1時間加熱することによって親水性有機被膜(膜厚0.8μm)を形成した。
(比較例2)
テトラブトキシチタンをブタノールに配合して混合することによって第2塗料を作製したこと以外は実施例1と同様にしてアルミフィン上に被膜を形成した。ここで、第2塗料中のテトラブトキシチタンの含有量は、2質量%に調整した。
また、各被膜を水で湿潤させた後、平均粒径45μmの鉄粉を吹き付け、気流で乾燥させた後に鉄粉の付着状態を目視にて観察することによって評価した。この評価において、鉄粉が全く付着していない被膜を0とし、6段階の基準によって評価した。
また、各被膜を鉄粉と接触させ、湿度90%で3日間放置した後、水流を吹き付け、鉄粉(鉄錆)の固着状態を目視にて観察した。次に、1%の水酸化ナトリウム水溶液に1分間浸漬して鉄粉を除去し、鉄粉が固着していた部分の被膜の剥離の有無を観察した。
上記の結果を表1に示す。
一方、比較例1の被膜は、乾燥状態での親水性が低く、鉄粉の固着も多かったことから、鉄粉などの汚染物質が付着し易いと考えられる。また、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させた後に被膜が溶解して剥離したことから、鉄粉から生じた鉄イオンによって被膜が劣化したと考えられる。
また、比較例2の被膜は、乾燥状態での親水性が低く、鉄粉の付着も多かったことから、鉄粉などの汚染物質が付着し易いと考えられる。
ジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)及びシリカ微粒子(平均粒径:10nm)を水に配合して混合することによって第2塗料を作製した。ここで、第2塗料中のジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)及びシリカ微粒子の含有量はいずれも0.5質量%に調整した。
次に、実施例1と同様にしてアルミフィンに親水性有機被膜(膜厚0.8μm)を形成した後、銅パイプと接合して、幅25mm、高さ150mm、フィンピッチ2mmの熱交換器を作製した。次に、この熱交換器を第2塗料に約10秒間浸漬して引き上げ、気流で過剰の第2塗料を除去した後、120℃のオーブンで10分間加熱し、親水性有機被膜の表面に反応層及び無機被膜(膜厚0.15μm)を形成した。
ジヒドロキシビス(アンモニウムラクテート)チタニウム及びシリカ微粒子(平均粒径:10nm)を水に配合して混合することによって第2塗料を作製したこと以外は実施例4と同様にしてアルミフィン上に被膜を形成した熱交換器を作製した。ここで、第2塗料中のジヒドロキシビス(アンモニウムラクテート)チタニウム及びシリカ微粒子の含有量はいずれも0.5質量%に調整した。なお、形成された無機被膜の膜厚は、0.2μmであった。
ジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)、シリカ微粒子(平均粒径:10nm)及びPTFE粒子(平均粒径:240nm)を水に配合して混合することによって第2塗料を作製したこと以外は実施例4と同様にしてアルミフィン上に被膜を形成した熱交換器を作製した。ここで、第2塗料中のジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)、シリカ微粒子及びPTFE粒子の含有量は、それぞれ0.5質量%、0.5質量%及び0.2質量%に調整した。なお、形成された無機被膜の膜厚は、0.3μmであった。
ジヒドロキシビス(アンモニウムラクテート)チタニウム、シリカ微粒子(平均粒径:10nm)及びPTFE粒子(平均粒径:240nm)を水に配合して混合することによって第2塗料を作製したこと以外は実施例4と同様にしてアルミフィン上に被膜を形成した熱交換器を作製した。ここで、第2塗料中のジヒドロキシビス(アンモニウムラクテート)チタニウム、シリカ微粒子及びPTFE粒子の含有量は、それぞれ0.5質量%、0.5質量%及び0.2質量%に調整した。なお、形成された無機被膜の膜厚は、0.25μmであった。
ジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)を水に配合して混合することによって第2塗料を作製したこと以外は実施例4と同様にしてアルミフィン上に被膜を形成した熱交換器を作製した。ここで、第2塗料中のジイソプロポキシチタンビス(トリエタノールアミネート)の含有量は0.5質量%に調整した。
また、熱交換器を水に浸漬した後、水を振り切り、約20m/秒の気流を流しながら平均粒径45μmの鉄粉を吹き付け、鉄粉の付着状態を目視にて観察することによって評価した。この評価において、鉄粉が全く付着していない被膜を0とし、6段階の基準によって評価した。
また、各被膜を鉄粉と接触させ、湿度90%で3日間放置した後、水流を吹き付け、鉄粉の固着状態を目視にて観察した。その後、1%の水酸化ナトリウム水溶液に1分間浸漬して鉄粉を除去し、鉄粉が固着していた部分の被膜の剥離の有無を観察した。
上記の結果を表2に示す。
一方、比較例3の被膜は、乾燥状態での親水性が低く、鉄粉の固着も多かったことから、鉄粉などの汚染物質が付着し易いと考えられる。また、水酸化ナトリウム水溶液に浸漬させた後に被膜が溶解して剥離したことから、鉄粉から生じた鉄イオンによって被膜が劣化したと考えられる。
Claims (5)
- 被膜が形成されたフィンを有する熱交換器であって、
前記被膜は、前記フィン上に形成された親水性有機被膜と、前記親水性有機被膜の表層にTi、Zr及びAlからなる群から選択される1種以上の金属を有する金属アルコキシ化合物及び/又は金属キレート化合物を反応させた反応層と、前記反応層上に形成された無機微粒子からなる無機被膜とを有することを特徴とする熱交換器。 - 前記無機被膜中にフッ素樹脂粒子が分散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。
- 被膜が形成されたフィンを有する熱交換器の製造方法であって、
前記フィン上に親水性有機被膜を形成した後、無機微粒子と、Ti、Zr及びAlからなる群から選択される1種以上の金属を有する金属アルコキシ化合物及び/又は金属キレート化合物とを含む塗料を前記親水性有機被膜に塗布及び乾燥して反応層及び無機被膜を形成することを特徴とする熱交換器の製造方法。 - 前記塗料はフッ素樹脂粒子をさらに含むことを特徴とする請求項3に記載の熱交換器の製造方法。
- 前記フィン上に親水性有機被膜を形成した後、前記塗料を前記親水性有機被膜に塗布及び乾燥する前に、冷媒が通るパイプに前記フィンを接合することを含むことを特徴とする請求項3又は4に記載の熱交換器の製造方法。
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