(57)【要約】      （修正有）【課題】フィンの表面全体に簡便に溝を形成することができ、寒冷地で使用される熱交換器の着霜を低減することができる熱交換器用フィンを提供する。【解決手段】空気調和機の熱交換器に用いられる熱交換器用フィン２であって、自己組織化によって形成された溝７が設けられた表面層６を具備することを特徴とする熱交換器用フィン。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気調和機の熱交換器に用いられる熱交換器用フィンであって、
自己組織化によって形成された溝が設けられた表面層を具備することを特徴とする熱交換器用フィン。
【請求項２】
前記溝が、規則的に配列された格子形状をなすことを特徴とする請求項１記載の熱交換器用フィン。
【請求項３】
前記溝の幅が、１００μｍ以上５００μｍ以下であり、
前記溝の深さが、５００μｍ以下であり、
前記溝の幅及び前記溝と前記溝との間の幅を合わせた溝ピッチが、１０００μｍ以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の熱交換器用フィン。
【請求項４】
前記表面層が、親水性又は撥水性を具備する材料から構成されていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の熱交換器用フィン。
【請求項５】
前記表面層が、無機化合物からなることを特徴とする請求項１、２又は３記載の熱交換器用フィン。
【請求項６】
前記表面層が、セラミックス又は酸化亜鉛からなることを特徴とする請求項４記載の熱交換器用フィン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、空気調和機に用いられる熱交換器用フィンに関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機に用いられる熱交換器は、金属薄板からなる複数の熱交換器用フィンと、これら複数の熱交換器用フィンを貫通する伝熱管とで構成されたものであり、熱交換器用フィン間を流れる空気と伝熱管内を流れる冷媒との間で熱交換を行うものである。
【０００３】
ところで、寒冷地で使用される空気調和機では、その室外機に内蔵された熱交換器の熱交換器用フィンの表面に着霜が生じ、熱交換器用フィン間に空気が流れ込みにくくなって、熱交換の効率が悪化する。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１に記載された熱交換器用フィンがある。この熱交換器用フィンは、その表面に親水性又は撥水性を有する表面層が設けられるとともに、この表面層にプラズマ照射によって溝が設けられている。このように熱交換用フィンの表面層に微細な溝を設けて、着霜が生じる面積を減少させるとともに、表面層の表面積を増加させることによって、表面層の親水性又は撥水性をさらに高めて超親水性又は超撥水性を発現させることができる。
そのため、着霜が生じる面積を減少させることによって、空気の流入量の減少を低減して熱交換の効率の悪化を防止することができる。また、超親水性が発現した表面層では、表面に付着した水滴がより迅速に流下排出され、超撥水性が発現した表面層では、表面に付着した水滴がより迅速に落下排出されるので、熱交換器用フィンに着霜が生じること自体を低減して、熱交換の効率の悪化をさらに防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−９００８４号公報
【発明の概要】
【０００６】
しかしながら、１つの熱交換器に用いられる熱交換器用フィンは多数存在するので、これら熱交換器用フィンの表面全てに、プラズマ照射等の機械加工によって溝を形成するには非常に時間と手間がかかり、現実的に実現することは難しいという問題がある。
【０００７】
また、機械加工を行うには専用の工具や設備等が必要となるので、コストがかかるという問題や、機械加工において微細かつ精密な溝を熱交換器用フィンの表面に構成しようとすると、熟練の技術が必要となるという問題もある。
【０００８】
そこで本発明は、フィンの表面全体に簡便に溝を形成することができ、寒冷地で使用される熱交換器の着霜を低減することができる熱交換器用フィンを提供することをその主たる目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の熱交換器用フィンは、空気調和機の熱交換器に用いられる熱交換器用フィンであって、自己組織化によって形成された溝が設けられた表面層を具備することを特徴とする。
【００１０】
このようなものであれば、原子や分子が自発的に配列する自己組織化によって溝を形成するので、機械加工を用いる場合と比べて、簡便に熱交換器用フィンの表面全体に溝を形成して、着霜が生じる面積を減少させて、熱交換器用フィンに空気が流れ込み難くなることを防止し、熱交換の効率の悪化を防止することができる。
また、機械加工を用いずに溝を形成することができるので、機械加工に用いる専用の工具や設備が必要でなく、コストを低減することができる。
さらに、微細かつ精密な溝であっても、原子や分子が自発的に配列する自己組織化を用いて形成できるので、熟練の技術等が必要でなく、熱交換器用フィンに簡便に溝を形成することができる。
【００１１】
本発明の熱交換器用フィンの具体的な一態用としては、前記溝が、規則的に配列された格子形状をなすものを挙げることができる。
【００１２】
このように構成すれば、溝と溝との間に形成され、着霜が生じる凸部分の面積をさらに低減することができるので、より着霜を低減することができ、熱交換の効率の悪化を効果的に防止することができる。
【００１３】
上述の溝の形状としては、前記溝の幅が、１００μｍ以上５００μｍ以下であり、前記溝の深さが、５００μｍ以下であり、前記溝の幅及び前記溝と前記溝との間の幅を合わせた溝ピッチが、１０００μｍ以下であるものが好ましい。
【００１４】
本発明の熱交換器用フィンの具体的な別の一態用としては、前記表面層が、親水性又は撥水性を具備する材料から構成されているものを挙げることができる。
【００１５】
このように構成すれば、親水性又は撥水性を具備する表面層に溝を形成して、表面層の表面積を増加させることによって、表面層の親水性又は撥水性をさらに高めて超親水性又は超撥水性を発現させることができる。そのため、熱交換器用フィンに着霜が生じること自体を低減して、熱交換の効率の悪化をさらに防止することができる。さらに、超親水性や超撥水性を発現させることによって、除霜時の早期排水が可能となるため、さらなる暖房性能の向上が可能となる。
【００１６】
本発明の熱交換器用フィンの具体的な別の一態用としては、前記表面層が、無機化合物からなるものを挙げることができる。
【００１７】
このように構成すれば、有機化合物よりも変形に強い無機化合物を用いて表面層を形成するので、表面層に形成される溝の形状をより長期間維持することができ、着霜を防止する上述の効果をより長く持続させることができる。
【００１８】
上述の無機化合物としては、セラミックス又は酸化亜鉛を挙げることができる。
【００１９】
本発明によれば、フィンの表面全体に簡便に溝を形成することができ、寒冷地で使用される熱交換器の着霜を低減することができる熱交換器用フィンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本実施形態における熱交換器を示す斜視図。
【図２】本実施形態における熱交換器用フィンの断面図。
【図３】本実施形態における熱交換器用フィンの表面層の斜視図、及び、Ａ部分拡大図。
【図４】他の実施形態における熱交換器等フィンの表面層のＡ部分拡大図。
【図５】他の実施形態における熱交換器等フィンの表面層のＡ部分拡大図。
【図６】（ａ）、（ｂ）他の実施形態における熱交換器等フィンの表面層のＡ部分拡大図。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に本発明に係る熱交換器用フィンの一実施形態について説明する。
【００２２】
本発明は、例えば空気調和機に用いられるものであって、特に寒冷地で使用される空気調和機の室外機に内蔵される熱交換器１に用いられるものである。
【００２３】
この熱交換器１は、図１に示すように、複数の熱交換器用フィン２と、これら複数の熱交換器用フィン２を貫通する伝熱管３と、複数の熱交換器用フィン２と伝熱管３とを収容するケーシング４とを備えるものである。そして、熱交換器用フィン２の間を流れる空気と伝熱管３との間で熱交換を行うものである。
【００２４】
しかして、熱交換器用フィン２は、図２の断面図に示すように、例えばアルミニウム等の金属薄板５と、金属薄板５の表面に、自己組織化によって形成された溝７が設けられた表面層６とを具備するものである。
【００２５】
表面層６は、例えばセラミックスや酸化亜鉛等の無機化合物から構成されるものである。また、表面層６を親水性又は撥水性を具備する材料から構成することもできる。
【００２６】
溝７は、図３に示すように、表面層６の全体にわたって規則的な格子形状をなすように複数設けられたものである。各溝７は、略立方体形状をなし、図３のＡ部分拡大図に示すように、その幅Ｗが１００μｍ以上５００μｍ以下であり、深さＤが最大で５００μｍであり、溝７の幅及び溝７と溝７との間の幅を合わせた溝ピッチＰが最大で１０００μｍとなるように構成されている。
【００２７】
自己組織化によって溝７を形成する方法について説明する。
この自己組織化とは、原子・分子の自発的な集合・配列を行うものをいう。
【００２８】
まず、無機ポリマーのゾルからなるコーティング溶液を調製し、このコーティング溶液にフィンを構成する金属薄板５を浸漬する。
【００２９】
次に、コーティング溶液から金属薄板５を引き上げて、乾燥又は加熱を行い、金属薄板５の表面に塗布されたコーティング溶液を硬化することによって、金属薄板５の表面に表面層６を形成する。
【００３０】
この硬化時に、コーティング溶液に含まれる原子や分子が自発的に配列する自己組織化が生じ、図３に示すように、表面層６に溝７が格子形状をなすように形成される。
なお、コーティング溶液に添加する添加物や濃度、温度等の条件、コーティング溶液から金属薄板５を引き上げる速度、コーティング溶液の硬化条件等を適宜変更することによって、コーティング溶液に含まれる原子や分子が自発的に配列する配列パターンを変化させることができる。
【００３１】
また、表面層６を親水性又は撥水性を具備する材料から構成すると、以下のように超親水性や超撥水性等の性質を発現させることができる。
つまり、表面層６に溝７を設けると、表面層６の表面積が増大する。
このとき、平坦面における水の接触角をθ０、溝７が設けられた粗面における水の接触角θ、平坦面に対する粗面の面積比をｒとすると、以下の式（１）が成立する。
ｃｏｓθ＝ｒ×ｃｏｓθ０・・・（１）
そのため、溝７を設けることによってｒの値が大きくなると、右辺の絶対値が増加するので、９０°以下の接触角θを有する親水性の表面では、θの値が小さくなり、９０°以上の接触角θを有する撥水性の表面では、θの値が大きくなる。
そうすると、表面層６に溝７を形成してｒを増加させることによって、親水性の表面では、接触角θが０°に近づく超親水性が発現することとなり、撥水性の表面では、接触角θが１８０°に近づく超撥水性が発現することとなる。
【００３２】
上述のように構成した熱交換器用フィン２は以下のような格別の効果を有する。
【００３３】
つまり、原子や分子が自発的に配列する自己組織化によって溝７を形成するので、機械加工を用いる場合と比べて、簡便に熱交換器用フィン２の表面全体に溝７を形成して、熱交換器用フィン２の着霜が生じる面積を減少させて、熱交換器用フィン２に空気が流れ込み難くなることを防止し、熱交換器１の効率の悪化を防止することができる。
また、機械加工を用いずに溝７を形成することができるので、機械加工に用いる専用の工具や設備が必要でなく、コストを低減することができる。
さらに、微細かつ精密な溝７であっても、原子や分子が自発的に配列する自己組織化を用いて形成できるので、熟練の技術等が必要でなく、熱交換器用フィン２に簡便に溝７を形成することができる。
【００３４】
また、熱交換器用フィン２の表面層６を親水性又は撥水性を具備する材料から構成するとともに、表面層６に溝７を形成すれば、表面層６の親水性又は撥水性をさらに高めて超親水性又は超撥水性を発現させることができる。そのため、熱交換器用フィン２に着霜が生じること自体を低減して、熱交換器１の効率の悪化をさらに防止することができる。さらに、超親水性や超撥水性を発現させることによって、除霜時の早期排水が可能となるため、さらなる暖房性能の向上が可能となる。
【００３５】
さらに、表面層６を有機化合物よりも変形に強い無機化合物を用いて形成するので、表面層６に形成される溝７の形状をより長期間維持することができ、着霜を防止する上述の効果をより長く持続させることができる。
【００３６】
加えて、表面層６上に、複数の溝７を規則的な格子形状となるように設けているので、溝７と溝７との間に形成され、着霜が生じる凸部分の面積をさらに低減することができる。そのため、より着霜を低減することができ、熱交換の効率の悪化を効果的に防止することができる。
【００３７】
また、表面層６に溝７を設けて、伝熱管３から熱が伝熱される伝熱面積を、溝７を設けていない場合に比べて増加させることができるので、伝熱量が増加させて熱交換器１の効率を向上させることもできる。
【００３８】
なお、本発明は、上記実施形態に限られたものではない。
【００３９】
例えば溝の形状を、図４に示すように、一方向に延伸する縦長形状に構成したり、図５に示すように、ランダムなしわ形状に構成したりしてもよい。また、図６（ａ）に示すように、溝の形状を楕円形状にしてもよい。
さらに、溝の形状を格子形状とした場合であっても、例えば図６（ｂ）に示すように、その溝幅や溝のピッチを適宜変更してもよい。
上述のように形成した何れの熱交換器用フィンであっても、表面層に溝を設けているので、その表面に超親水性や超撥水性等の性質を発現させて着霜を防ぐことができる。
【００４０】
また、自己組織化によって溝を形成する方法も上述したようなゾルゲル法に限られず、例えば表面層の前駆体となる前駆体溶液を金属薄板上に噴霧して、焼成等による硬化を行うスプレー法を用いてもよい。
【００４１】
本発明は、その他その趣旨に反しない範囲で様々な変形が可能である。
【符号の説明】
【００４２】
１・・・熱交換器
２・・・熱交換器用フィン
６・・・表面層
７・・・溝
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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