(57)【要約】【課題】本発明は、湿潤性向上のための湿った表面熱交換器の表面処理方法に関するものであり、特に、冷却塔、蒸発式凝縮器、冷却器などの熱交換器表面を親水性多孔構造で変形させることによって、湿った表面の湿潤度を画期的に向上させることができる技術に関するものである。【解決手段】湿った表面熱交換器の表面処理方法において、微細固体粒子を親水性バインダーと混合させてスプレーやディッピング方法で表面に塗布した後、キュアリング過程を経ることによって、熱交換器表面に親水性多孔構造をコーティングすることを特徴とする。従って、本発明は多孔構造での毛細管引力により蒸発水の広がり性を向上させて、多孔構造内に蒸発水を保有することによって、究極的には表面の湿潤性を画期的に向上させることができる。【選択図】　　図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微細な固体粒子を親水性バインダーと混合して、スプレー、またはディッピングにより表面に塗布した後、キュアリング過程を経ることによって、熱交換器表面に親水性多孔構造をコーティングすることを特徴とする湿った表面熱交換器の表面処理方法。
【請求項２】
前記固体粒子の直径は、５〜１００μｍであることを特徴とする請求項１に記載の湿った表面熱交換器の表面処理方法。
【請求項３】
前記親水性バインダーの粘度を調節することにより、前記熱交換器表面の親水性多孔構造のコーティングの厚さを制御することを特徴とする請求項１に記載の湿った表面熱交換器の表面処理方法。
【請求項４】
熱交換器の表面を化学的または電気化学的方法で腐食させ、あるいは、物理的方法により表面の粗さを増加させた後、親水性処理することによって、前記熱交換器表面を親水性多孔構造に変換することを特徴とする湿った表面熱交換器の表面処理方法。
【請求項５】
前記表面の粗さの大きさは、５〜１００μｍであることを特徴とする請求項４に記載の湿った表面熱交換器の表面処理方法。
【請求項６】
前記熱交換器の表面を前記親水性多孔構造に変換した後に、前記熱交換器を組み立てることを特徴とする請求項４に記載の湿った表面熱交換器の表面処理方法。
【請求項７】
前記熱交換器の組み立てが完了した後に、前記熱交換器の表面を前記親水性多孔構造に変換することを特徴とする請求項４に記載の湿った表面熱交換器の表面処理方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、湿潤性向上のための湿った表面熱交換器の表面処理方法に関するものであり、より詳細には、冷却塔、蒸発式凝縮器、冷却器などの熱交換器表面を親水性多孔構造で変形することによって、湿った表面の湿潤度を大幅に向上させることができる技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
湿った表面熱交換器は、図１に示す様に、水供給機構３から熱交換器１の表面２に塗布された水４が蒸発することにより熱交換器１内部の流体を冷却するものであり、温度差だけに依存する熱交換器に比べて、冷却性能を大きく向上させることができるという利点がある。尚、図中の５は、空気の流入方向を示している。
【０００３】
この様な湿った表面熱交換器に関しては、蒸発式冷却器、蒸発式凝縮器、冷却塔などの様々な応用分野で数多くの技術が開発されている。しかしながら、当該湿った表面熱交換器には卓越した潜在的な冷却性能があり、又、今まで数多くの技術が提案されているにもかかわらず、湿った表面熱交換器の実質的な適用は、制限された分野に留まっている。
【０００４】
その根本的な理由としては、熱交換器１の表面２に塗布された水４が薄い水膜をなして熱交換器１の表面を覆う代わり、図２に示した水滴の形態６で存在してしまうか、又は、熱交換器１の表面２を伝って流れ落ちてしまうため、熱交換器１表面の湿潤度が相当低くなるとともに、水４の実際の蒸発量が相当小さくなるため、結果的に、実際の蒸発冷却効果が、期待よりも遥かに小さくなってしまうからである。
【０００５】
通常、湿潤度を向上させるために実際の蒸発量よりも遥かに多量の水を供給するようになるが、このように度を越えて供給された液体は、空気の流れを塞ぎ、圧力損失を増加させ、空気の流量を減少させるようになる。又、場合によっては、蒸発冷却による冷却性能向上の効果より流量減少による性能低下の影響が大きくなってしまい、結果的には、熱交換器性能が低下する場合が生じてしまう。
【０００６】
これと関連した多数の技術を見てみると、まず、エアコンの蒸発器などに、熱交換器の表面を親水性処理する技術が適用されている（例えば、特許文献１、２参照）。この技術は、蒸発器表面に凝縮された水滴を十分に流れ落とすことを目的としている。
【０００７】
又、熱交換器の表面に向う溝を加工し（例えば、特許文献３、４参照）、あるいは、吸収性材質を付着することによって（例えば、特許文献５、６参照）、湿潤性を向上させる技術が提案されている。
【０００８】
更に、熱交換器表面の湿潤度を向上させるために、熱交換器表面に水を均一に塗布するための水供給分配装置が提案されている（例えば、特許文献７、８、９、１０参照）。
【０００９】
【特許文献１】
米国特許第５８１３４５２号明細書
【特許文献２】
米国特許第６３６８６７１号明細書
【特許文献３】
米国特許第４４６１７３３号明細書
【特許文献４】
米国特許第４５６６２９０号明細書
【特許文献５】
米国特許第６１０１８２３号明細書
【特許文献６】
米国特許第６２８６３２５号明細書
【特許文献７】
米国特許第４９３３１１７号明細書
【特許文献８】
米国特許第５３７７５００号明細書
【特許文献９】
米国特許第５６０５０５２号明細書
【特許文献１０】
米国特許第５７０１７４８号明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述の熱交換器の表面を親水性処理する技術においては、湿った表面熱交換器の表面を親水性処理することにより、水滴の接触角が小さくなるものの、傾いた表面においては、薄い水膜でないリブレットの形態をなして流れ落ちるため、表面の湿潤度は大きく向上されないという問題がある。
【００１１】
また、熱交換器の表面に向う溝を加工したり、吸収性材質を付着することによって、湿潤性を向上させる技術においては、製作工程上、単純な形状にのみ適用が可能であり、熱伝達面積を広げるために複雑な形状を有する多数のフィンが使用される一般的な熱交換器には適用が不可能であるという問題がある。
【００１２】
又、熱交換器表面に水を均一に塗布するための水供給分配装置においては、大部分において均一な塗布を行う必要があるため、小さな直径のノズルを採択しており、水を高圧に吐出させるためのポンプを必要としたり、ノズルが汚物により詰まりやすいという問題がある。
【００１３】
更に、水供給分配装置に対して露出した熱交換器表面において、水滴が均一に塗布されたとしても、当該表面が親水性でない場合は、水滴の形態をそのまま維持して流動損失を増加させることになってしまう。一方、親水性の場合であっても、流れ落ちながらリブレット状をなすことになり、結果的には湿潤度が大きく向上することにはならないという問題がある。
【００１４】
本発明は、上記問題点を解決し、熱交換器の表面を親水性多孔性物質でコーティングしたり、表面を粗く腐食させた後、親水性処理を行い、熱交換器表面を親水性多孔構造に変換することにより、熱交換器の表面における湿潤性を向上させることができ、結果として、どのような形状を有する熱交換器に対しても適用することができる表面処理方法を提供するところにある。本発明により、多孔構造での毛細管引力により蒸発水の広がり性を向上させ、多孔構造内に蒸発水を保有させることによって、究極的に表面の湿潤性を大幅に向上させることができる。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、微細な固体粒子を親水性バインダーと混合して、スプレー、またはディッピングにより表面に塗布した後、キュアリング過程を経ることによって、熱交換器表面に親水性多孔構造をコーティングすることを特徴とする。
【００１６】
ここで、固体粒子の直径を５〜１００μｍとすることができ、又、親水性バインダーの粘度を調節することにより、熱交換器表面の親水性多孔構造のコーティングの厚さを制御するものとすることができる。
【００１７】
又、本発明は、熱交換器の表面を化学的または電気化学的方法で腐食させ、あるいは、物理的方法により表面の粗さを増加させた後、親水性処理することによって、熱交換器表面を親水性多孔構造に変換することを特徴とする。
【００１８】
ここで、表面の粗さの大きさを５〜１００μｍとすることができ、又、熱交換器の表面を親水性多孔構造に変換した後に、熱交換器を組み立てるものとすることができる。又、熱交換器の組み立てが完了した後に、熱交換器の表面を親水性多孔構造に変換するものとすることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。本発明では、熱交換器表面を親水性多孔構造に変換するために２つの方法を提示している。
【００２０】
１番目の方法は、図３に示す様に、微細な固体粒子１１を親水性バインダー１２と混合してスプレー、またはディピング等の方法により表面に塗布した後、キュアリング過程を経ることによって、熱交換器表面に親水性多孔構造をコーティングする方法である。
【００２１】
図４は、上述の方法により処理された熱交換器表面の８００倍拡大写真である。ここで、多孔構造の気孔１０の大きさが余りにも小さければ、水の表面張力によって多孔構造の中に水が浸透することができなくなり、これと反対に気孔が余りにも大きければ、毛細管引力が小さくなり水の広がり性が悪くなるので、気孔の大きさを適切に調節することが必要となる。
【００２２】
この時、上記気孔１０の大きさに対して、多大なる影響を及ぼすものは、固体粒子１１の大きさであるが、当該固体粒子１１の直径が５〜１００μｍの場合が最も適切であり、固体粒子１１の直径をこの様に設定することにより、当該固体粒子１１の大きさが均一になる様に多孔度を大きくすることが可能になる。又、多孔構造の中に十分な量の水を保有することが可能になるため、有利である。
【００２３】
又、親水性バインダー１２の粘度が高ければ、図５に示す様に、固体粒子１１がバインダー１２の中に埋まり、結果的に、固体粒子１１の間がバインダー１２で満たされる状態になるため、キュアリング過程以降において多孔構造を得られず、バインダー１２の粘度が非常に低ければ、熱交換器表面への塗布時において、当該表面から流れ落ち、コーティングが生成されない。バインダー１２の粘度は溶剤の量を適切に制御することによって調節することができる。図６は、バインダー粘度が適切な場合のコーティング表面を示したものである。
【００２４】
又、コーティングの厚さが非常に薄ければ、多孔構造内に十分な量の蒸発水を保有することができず、逆に、コーティングの厚さが非常に厚ければ、空気流路が減少するため圧力損失が増加し、多孔層自体が熱伝達抵抗で作用するため、蒸発冷却による効果が減少してしまうが、本実施形態においては、親水性バインダー１２の粘度を調節することにより、親水性多孔構造のコーティングの厚さを制御することができる。
【００２５】
２番目の方法は、熱交換器表面を化学的又は電気化学的方法で腐食させ、あるいは物理的方法により表面の粗さを増加させた後、親水性処理する方法である。
【００２６】
この時、表面の粗さを増加させる方法として、化学的方法ではクロメイト処理、電気化学的方法ではアノダイジング、物理的方法ではサンドブラスティングなどがある。
【００２７】
図７は、上述の方法により処理された熱交換器表面の８００倍拡大写真である。ここで、表面の粗さの大きさは、固体粒子１１をコーティングする場合の気孔１０の大きさと同様に表面の湿潤性に大きな影響を及ぼすものであるが、当該表面の粗さの大きさは、５〜１００μｍの場合が最も適切であると言える。
【００２８】
表面の粗さを増加させた後、表面の親水性樹脂をコーティングして親水性の処理をする場合、親水性樹脂の粘度が余りにも大きければ、粗く加工した表面を完全に、又は、部分的に覆って粗さを減少させることが可能となるため、親水性樹脂と溶剤の比率を調整して粘度を適切に調節することが必要となる。
【００２９】
又、上記表面処理方法のうち、親水性多孔構造をコーティングする方法においては、固体粒子１１と親水性バインダー１２の種類には制限がない。
【００３０】
又、表面の粗さを増加させた後、親水性処理する方法においては、表面の粗さを増加させる方法や、親水性処理する方法には制限がない。
【００３１】
尚、熱交換器表面を親水性多孔構造に変換する方法においては、熱交換器の表面を親水性多孔構造に変換した後に、熱交換器を組み立てる構成としても良いし、熱交換器の組み立てが完了した後に、熱交換器の表面を親水性多孔構造に変換する構成としても良く、その順序には制限がない。
【００３２】
又、熱交換器表面を親水性多孔構造に変換する方法とともに、腐食方式及び抗菌機能を保有する様に処理を複合的に実施することができる。
【００３３】
図８は、熱交換器表面を親水性多孔構造に処理した後、表面の一部に水を塗布した時、表面の多孔構造により水が表面に沿って広範囲に拡がる状態を示したものであり、表面処理効果によって湿った表面熱交換器の表面の湿潤性が大きく増加している状態が分かる。
【００３４】
【発明の効果】
以上、説明した様に、本発明に係る湿った表面熱交換器の表面処理方法によれば、蒸発水が表面で完全に広がり薄い水膜を形成するため、水分の蒸発量が増加し、これにより湿った表面熱交換器の冷却性能が大きく向上するため、空気流動に対する影響が最小化され、蒸発水の塗布による圧力損失が殆ど増加しない。
【００３５】
又、蒸発水を実際の蒸発量程度だけ供給した場合であっても、熱交換器表面を液膜で完全に塗布することができるので、蒸発水の再循環に必要なポンプと、その付帯装置を省略することができ、結果として、構造の単純化、体積の小型化が可能になるとともに、維持補修に対する努力を最小化するできる。
【００３６】
更に、表面の水の広がり性に優れ、表面の一部にだけ水を塗布しても表面全体が水膜で覆われるようになるので、水分配装置を単純にすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】は、湿った表面熱交換器の概略図である。
【図２】は、従来の湿った表面熱交換器の表面での水滴分布を示す図である。
【図３】は、本発明の表面処理方法により、固体粒子と親水性バインダーを用いて表面処理した後の結果を示す概略図である。
【図４】は、本発明の実施形態に係る湿った表面熱交換器の表面処理方法による、固体粒子と親水性バインダーの多孔構造の形成状態を示す図である。
【図５】は、バインダーの粘度が度を越えて大きい場合のコーティング表面を示す図である。
【図６】は、本発明の実施形態に係る湿った表面熱交換器の表面処理方法による、バインダーの粘度が適切な場合のコーティング表面を示す図である。
【図７】は、本発明の実施形態に係る湿った表面熱交換器の表面処理方法により、表面を腐食させた後に、親水性処理を行った場合の多孔構造の形成状態を示す図である。
【図８】は、本発明の実施形態に係る湿った表面熱交換器の表面処理方法により、熱交換器表面を親水性多孔構造に処理した後に、表面の一部に水を塗布した場合における、表面の多孔構造により水が表面に沿って広範囲に拡がる状態を示す図である。
【符号の説明】
１　　熱交換器
２　　表面
３　　水供給機構
４　　　　水
５　　　　空気の流入方向
６　　水滴の形態
１０　　気孔
１１　　微細固体粒子
１２　　親水性バインダー
【図１】
2004045022.tif 000003
【図２】
2004045022.tif 000004
【図３】
2004045022.tif 000005
【図４】
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【図５】
2004045022.tif 000007
【図６】
2004045022.tif 000008
【図７】
2004045022.tif 000009
【図８】
2004045022.tif 000010