(57)【要約】      （修正有）【課題】伝熱効率及び耐久性に優れる熱交換器及び該熱交換器の製造方法を提供する。【解決手段】熱交換器は、空気と熱交換する空気側伝熱面の表面に、フッ素樹脂Ｆからなるコア及び金属粒子Ｍからなるシェルを有する構造体を含む撥水層Ｓが形成されており、金属粒子Ｍは、相互に接触している。前記金属は、金、銀、銅、鉛、ニッケル、亜鉛、鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン、スズ及びビスマスからなる群より選択される一種以上を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気と熱交換する空気側伝熱面の表面に、フッ素樹脂を含むコア及び熱の良導体を含むシェルを有する構造体を含む撥水層が形成されており、
該熱の良導体は、相互に接触していることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
前記熱の良導体は、金属であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項３】
前記金属は、金、銀、銅、鉛、ニッケル、亜鉛、鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン、スズ及びビスマスからなる群より選択される一種以上を含むことを特徴とする請求項２に記載の熱交換器。
【請求項４】
前記金属は、スズ−銀系合金、スズ−銅系合金、スズ−亜鉛系合金、スズ−銀−銅系合金、スズ−銀−ビスマス系合金、スズ−銀−銅−ビスマス系合金、スズ系合金、スズ、ビスマス系合金、ビスマス又は銀−ビスマス系合金を含むことを特徴とする請求項３に記載の熱交換器。
【請求項５】
前記熱の良導体は、絶縁性の無機化合物であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
【請求項６】
前記無機化合物は、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化ホウ素、窒化ホウ素、酸窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化チタン、サイアロン及びベリリアからなる群より選択される一種以上を含むことを特徴とする請求項５に記載の熱交換器。
【請求項７】
前記フッ素樹脂は、炭素系材料を含むことを特徴とする請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項８】
前記撥水層は、表面がフッ素樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱交換器。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱交換器を製造する方法であって、
空気と熱交換する空気側伝熱面の表面に、熱の良導体が表面に固定されているフッ素樹脂粒子を静電塗装する工程を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項１０】
請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱交換器を製造する方法であって、
熱の良導体が表面に固定されているフッ素樹脂粒子を水系媒体中に分散させる工程と、
該フッ素樹脂粒子が水系媒体中に分散した分散液を、空気と熱交換する空気側伝熱面の表面に塗布する工程を有することを特徴とする熱交換器の製造方法。
【請求項１１】
前記フッ素樹脂粒子の表面に前記熱の良導体を衝撃力により固定する工程をさらに有することを特徴とする請求項９又は１０に記載の熱交換器の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器及び熱交換器の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、空調機を暖房運転する場合に、室外ユニットに装備される熱交換器の空気と熱交換する空気側伝熱面の表面の温度が露点温度以下になると、結露や着霜が発生して伝熱効率が低下するという問題があった。
【０００３】
そこで、特許文献１には、熱交換器を構成する冷却コイルの表面に対し、超撥水性微粒子を金属皮膜中に共析させた超撥水めっき皮膜を無電解めっき処理により施すことが開示されている。
【０００４】
しかしながら、室外ユニットに装備される熱交換器の冷却コイルの表面に、砂埃等の堆積物が発生した場合に、伝熱効率の低下を防ぐために、高圧水洗浄や拭き取りを実施すると、超撥水めっき皮膜に傷や摩耗が発生しやすく、耐久性が低いという問題がある。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記従来技術が有する問題に鑑み、伝熱効率及び耐久性に優れる熱交換器及び該熱交換器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】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、熱交換器において、空気と熱交換する空気側伝熱面の表面に、フッ素樹脂を含むコア及び熱の良導体を含むシェルを有する構造体を含む撥水層が形成されており、該熱の良導体は、相互に接触していることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、前記熱の良導体は、金属であることを特徴とする。
【０００８】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の熱交換器において、前記金属は、金、銀、銅、鉛、ニッケル、亜鉛、鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン、スズ及びビスマスからなる群より選択される一種以上を含むことを特徴とする。
【０００９】
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の熱交換器において、前記金属は、スズ−銀系合金、スズ−銅系合金、スズ−亜鉛系合金、スズ−銀−銅系合金、スズ−銀−ビスマス系合金、スズ−銀−銅−ビスマス系合金、スズ系合金、スズ、ビスマス系合金、ビスマス又は銀−ビスマス系合金を含むことを特徴とする。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の熱交換器において、前記熱の良導体は、絶縁性の無機化合物であることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の熱交換器において、前記無機化合物は、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化ホウ素、窒化ホウ素、酸窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化チタン、サイアロン及びベリリアからなる群より選択される一種以上を含むことを特徴とする。
【００１２】
請求項７に記載の発明は、請求項１乃至６のいずれか一項に記載の熱交換器において、前記フッ素樹脂は、炭素系材料を含むことを特徴とする。
【００１３】
請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の熱交換器において、前記撥水層は、表面がフッ素樹脂で被覆されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項９に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱交換器を製造する方法であって、空気と熱交換する空気側伝熱面の表面に、熱の良導体が表面に固定されているフッ素樹脂粒子を静電塗装する工程を有することを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に記載の発明は、請求項１乃至８のいずれか一項に記載の熱交換器を製造する方法であって、熱の良導体が表面に固定されているフッ素樹脂粒子を水系媒体中に分散させる工程と、該フッ素樹脂粒子が水系媒体中に分散した分散液を、空気と熱交換する空気側伝熱面の表面に塗布する工程を有することを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に記載の発明は、請求項９又は１０に記載の熱交換器の製造方法において、前記フッ素樹脂粒子の表面に前記熱の良導体を衝撃力により固定する工程をさらに有することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、伝熱効率及び耐久性に優れる熱交換器及び該熱交換器の製造方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の熱交換器の一例を示す斜視図である。
【図２】図１の熱交換器の空気側伝熱面の構造を示す断面図である。
【図３】銀−ビスマス系合金の状態図である。
【図４】表面がフッ素樹脂で被覆されている撥水層を形成する方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
次に、本発明を実施するための形態を図面と共に説明する。
【００２０】
図１に、本発明の熱交換器の一例として、空調機に適用することが可能な熱交換器１０を示す。熱交換器１０は、熱媒体の流路となるチューブ１１の表面に複数のフィン１２が接続されている。このとき、熱交換器１０は、図２に示すように、空気と熱交換する空気側伝熱面の表面に撥水層Ｓが形成されている。
【００２１】
撥水層Ｓは、フッ素樹脂Ｆからなるコア及び金属粒子Ｍからなるシェルを有する構造体を含み、金属粒子Ｍは、相互に接触している。このとき、金属粒子Ｍが相互に接触しているため、撥水層Ｓ中の金属粒子Ｍの含有量を少なくしても、熱交換器１０の伝熱効率を向上させることができる。その結果、撥水層Ｓの撥水性及び熱交換器１０の耐久性も向上させることができる。
【００２２】
フッ素樹脂Ｆとしては、特に限定されないが、低分子量ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、テトラフロオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）、テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
【００２３】
フッ素樹脂Ｆは、融点が２５０〜３００℃であることが好ましい。これにより、焼成による溶融成膜性を向上させることができる。
【００２４】
フッ素樹脂Ｆは、カーボンブラック、グラファイト等の炭素系材料を含むことが好ましい。これにより、熱交換器１０の伝熱効率をさらに向上させることができると共に、フッ素樹脂Ｆの熱流動性を小さくすることができる。
【００２５】
撥水層Ｓは、表面がフッ素樹脂で被覆されていることが好ましい。これにより、撥水層Ｓの撥水性をさらに向上させることができる。
【００２６】
空気側伝熱面の表面に撥水層Ｓを形成する方法としては、特に限定されないが、金属粒子Ｍが表面に固定されているフッ素樹脂粒子を空気側伝熱面の表面に静電塗装した後、焼成する方法、金属粒子Ｍが表面に固定されているフッ素樹脂粒子が水系媒体中に分散されている分散液を空気側伝熱面の表面に塗布した後、焼成する方法等が挙げられる。このとき、焼成することにより、金属粒子Ｍが相互に接触する。
【００２７】
フッ素樹脂粒子の市販品としては、ルブロン（登録商標）Ｌ−５、Ｌ−２（ダイキン工業社製）、ＭＰ−１１００、１２００、１３００、ＴＬＰ−１０Ｆ−１（三井・デュポンフロロケミカル社製）等の低分子量ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）粒子；５３２−８０００（デュポン社製）等のテトラフルオロエチレン−ヘキサフルオロプロピレン共重合体（ＦＥＰ）粒子；ＭＰ−１０、１０２、１０３、３００（三井・デュポンフロロケミカル社製）、ＡＣ−５６００、ＡＣ−５５３９（ダイキン工業社製）等のテトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）粒子が挙げられる。中でも、熱流動性が小さいことから、ＭＰ−１０３、３００（三井・デュポンフロロケミカル社製）、ＡＣ−５６００、ＡＣ−５５３９（ダイキン工業社製）が好ましい。
【００２８】
フッ素樹脂粒子は、カーボンブラック、グラファイト等の炭素系材料を含むことが好ましい。これにより、熱交換器１０の伝熱効率をさらに向上させることができると共に、フッ素樹脂粒子の熱流動性を小さくすることができる。
【００２９】
金属粒子Ｍを構成する金属としては、特に限定されないが、金、銀、銅、鉛、ニッケル、亜鉛、鉄、アルミニウム、マグネシウム、チタン、スズ、ビスマス等が挙げられ、二種以上併用してもよい。中でも、融点が低い金属を含み、金属粒子Ｍが相互に接触しやすいことから、スズ−銀系合金、スズ−銅系合金、スズ−亜鉛系合金、スズ−銀−銅系合金、スズ−銀−ビスマス系合金、スズ−銀−銅−ビスマス系合金、スズ系合金、スズ、ビスマス系合金、ビスマス及び銀−ビスマス系合金が好ましい。
【００３０】
金属粒子Ｍは、フッ素樹脂Ｆよりも融点が高い金属（又は合金）及びフッ素樹脂Ｆよりも融点が低い金属（又は合金）を含むことが好ましい。これにより、熱交換器１０の伝熱効率を向上させることができる。これは、フッ素樹脂Ｆよりも融点が高い金属（又は合金）の間をフッ素樹脂Ｆよりも融点が低い金属（又は合金）が接続する構造が形成されるためであると考えられる。
【００３１】
金属粒子Ｍ中のフッ素樹脂Ｆよりも融点が低い金属の含有量は５〜５０質量％であることが好ましい。金属粒子Ｍ中のフッ素樹脂Ｆよりも融点が低い金属の含有量は５質量％未満であると、金属粒子Ｍが連接しにくくなることがあり、５０質量％を超えると、耐食性が低下することがある。
【００３２】
フッ素樹脂Ｆよりも融点が高い金属及びフッ素樹脂Ｆよりも融点が低い金属を含む金属粒子Ｍの一例として、銀−ビスマス系合金について、状態図（図３参照）を用いて説明する。銀−ビスマス系合金は、焼成時に共晶点以上の温度で液体相が生じた後、共晶点以下の温度に冷却することにより、金属粒子Ｍが連接される。
【００３３】
フッ素樹脂粒子の表面に金属粒子Ｍを固定する方法は、特に限定されないが、ハイブリダイゼーションシステム（奈良機械製作所社製）を用いて、フッ素樹脂粒子の表面に金属粒子Ｍを衝撃力により固定する方法等が挙げられる。
【００３４】
表面がフッ素樹脂で被覆されている撥水層Ｓを形成する方法としては、特に限定されないが、図４に示すように、表面に金属粒子Ｍが固定されているフッ素樹脂粒子Ｆ１上に、フッ素樹脂粒子Ｆ２を積層した後、焼成する方法が挙げられる。
【００３５】
このとき、フッ素樹脂粒子Ｆ２は、フッ素樹脂粒子Ｆ１と同一であってもよいし、異なっていてもよい。
【００３６】
なお、チューブ１１及びフィン１２の一方が、空気側伝熱面の表面に撥水層Ｓが形成されており、チューブ１１及びフィン１２の他方が、空気側伝熱面の表面に撥水層Ｓが形成されていなくてもよい。
【００３７】
また、金属粒子Ｍの代わりに、金属フィラーを用いてもよい。このとき、金属フィラーを構成する金属は、金属粒子Ｍを構成する金属と同様である。
【００３８】
さらに、金属粒子Ｍの代わりに、絶縁性の無機化合物の粒子又はフィラーを用いてもよい。
【００３９】
絶縁性の無機化合物としては、特に限定されないが、酸化珪素、窒化珪素、酸窒化珪素、酸化アルミニウム、窒化アルミニウム、酸窒化アルミニウム、酸化ホウ素、窒化ホウ素、酸窒化ホウ素、酸化マグネシウム、酸化チタン、サイアロン、ベリリア等が挙げられ、二種以上併用してもよい。
【００４０】
本発明の熱交換器は、空調機の他に、冷凍・冷蔵庫、ショーケース等に適用することができる。
【実施例】
【００４１】
［比較例１］
平均粒径が２０μｍ、融点が３１０℃のＰＦＡ粒子ＭＰ−３１０（三井・デュポンフロロケミカル社製）をアルミニウム基板に静電塗装した後、３８０℃で焼成して、厚さが１００μｍの撥水層Ｓを形成し、フィン１２を得た。
【００４２】
アルミニウム基板から撥水層Ｓを剥離した後、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定した。次に、撥水層Ｓの体積比熱を測定し、熱伝導率を算出した。
【００４３】
［実施例１］
平均粒径が２０μｍ、融点が３１０℃のＰＦＡ粒子ＭＰ−３１０（三井・デュポンフロロケミカル社製）及び平均粒径が１．２μｍ、融点が９６１．９℃の銀粒子を体積比９：１で混合し、ハイブリダイゼーションシステム（奈良機械製作所社製）を用いて、ＰＦＡ粒子の表面に銀粒子を固着させた。このとき、ＳＥＭを用いて観察したところ、ＰＦＡ粒子の表面が銀粒子で被覆されていた。
【００４４】
次に、表面が銀粒子で被覆されているＰＦＡ粒子をアルミニウム基板に静電塗装した後、３８０℃で焼成して、厚さが１００μｍの撥水層Ｓを形成し、フィン１２を得た。
【００４５】
アルミニウム基板から撥水層Ｓを剥離した後、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定した。次に、撥水層Ｓの体積比熱を測定し、熱伝導率を算出したところ、比較例１の熱伝導率の６倍であった。このため、撥水層Ｓの厚さを、傷や磨耗に対する耐久性を確保するために大きくしても、十分な伝熱効率が得られる。
【００４６】
また、撥水層Ｓの水に対する接触角を測定したところ、１０８°であった。
【００４７】
なお、接触角は、接触角計ＣＡ−Ｘ型（協和界面科学社製）を用いて、室温で液滴法により測定した。
【００４８】
［実施例２］
ＰＦＡ水性トップコートＥＭ−７００ＣＬ（デュポン社製）に、ＰＦＡの質量に対して、７０％の実施例１の表面が銀粒子で被覆されているＰＦＡ粒子を混入し、攪拌しながら分散させ、分散液を得た。
【００４９】
次に、分散液をアルミニウム基板にスプレー塗布した後、３８０℃で焼成して、厚さが１００μｍの撥水層Ｓを形成し、フィン１２を得た。
【００５０】
アルミニウム基板から撥水層Ｓを剥離した後、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定した。次に、撥水層Ｓの体積比熱を測定し、熱伝導率を算出したところ、比較例１の熱伝導率の４倍であった。このため、撥水層Ｓの厚さを、傷や磨耗に対する耐久性を確保するために大きくしても、十分な伝熱効率が得られる。
【００５１】
また、撥水層Ｓの水に対する接触角を測定したところ、１１０°であった。
【００５２】
［実施例３］
平均粒径が１．２μｍ、融点が９６１．９℃の銀粒子の代わりに、融点が２７１℃のビスマス粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、フィン１２を得た。
【００５３】
アルミニウム基板から撥水層Ｓを剥離した後、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定した。次に、撥水層Ｓの体積比熱を測定し、熱伝導率を算出したところ、ビスマス粒子を添加しない場合の熱伝導率の１．９６倍であった。このため、撥水層Ｓの厚さを、傷や磨耗に対する耐久性を確保するために大きくしても、十分な伝熱効率が得られる。
【００５４】
［実施例４］
平均粒径が１．２μｍ、融点が９６１．９℃の銀粒子の代わりに、平均粒径が１．２μｍ、融点が９６１．９℃の銀粒子及び融点が２７１℃のビスマス粒子の体積比２：８の混合物を用いた以外は、実施例１と同様にして、フィン１２を得た。
【００５５】
アルミニウム基板から撥水層Ｓを剥離した後、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定した。次に、撥水層Ｓの体積比熱を測定し、熱伝導率を算出したところ、ビスマス粒子を添加しない場合の熱伝導率の２．７１倍であった。このため、撥水層Ｓの厚さを、傷や磨耗に対する耐久性を確保するために大きくしても、十分な伝熱効率が得られる。
【００５６】
［比較例２］
平均粒径が２０μｍ、融点が３１０℃のＰＦＡ粒子ＭＰ−３１０（三井・デュポンフロロケミカル社製）の代わりに、カーボンブラックを含むＰＦＡ粒子を用いた以外は、比較例１と同様にして、フィン１２を得た。
【００５７】
アルミニウム基板から撥水層Ｓを剥離した後、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定した。次に、撥水層Ｓの体積比熱を測定し、熱伝導率を算出したところ、比較例１の熱伝導率の２．３３倍であった。
【００５８】
［実施例５］
平均粒径が２０μｍ、融点が３１０℃のＰＦＡ粒子ＭＰ−３１０（三井・デュポンフロロケミカル社製）の代わりに、カーボンブラックを含むＰＦＡ粒子を用いた以外は、実施例１と同様にして、フィン１２を得た。
【００５９】
アルミニウム基板から撥水層Ｓを剥離した後、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定した。次に、撥水層Ｓの体積比熱を測定し、熱伝導率を算出したところ、比較例１の熱伝導率の３．４５倍であった。このため、撥水層Ｓの厚さを、傷や磨耗に対する耐久性を確保するために大きくしても、十分な伝熱効率が得られる。
【００６０】
［実施例６］
平均粒径が２０μｍ、融点が３１０℃のＰＦＡ粒子ＭＰ−３１０（三井・デュポンフロロケミカル社製）の代わりに、カーボンブラックを含むＰＦＡ粒子を用いた以外は、実施例４と同様にして、フィン１２を得た。
【００６１】
アルミニウム基板から撥水層Ｓを剥離した後、レーザフラッシュ法により熱拡散率を測定した。次に、撥水層Ｓの体積比熱を測定し、熱伝導率を算出したところ、比較例１の熱伝導率の１１．８９倍であった。このため、撥水層Ｓの厚さを、傷や磨耗に対する耐久性を確保するために大きくしても、十分な伝熱効率が得られる。
【符号の説明】
【００６２】
１０    熱交換器
１１    チューブ
１２    フィン
Ｓ    撥水層
Ｆ    フッ素樹脂
Ｍ    金属粒子
Ｆ１、Ｆ２    フッ素樹脂粒子
【先行技術文献】
【特許文献】
【００６３】
【特許文献１】特開２０００−１８００９１号公報
【図１】
2011196585.tif 000003
【図２】
2011196585.tif 000004
【図３】
2011196585.tif 000005
【図４】
2011196585.tif 000006