JP2011237145A - 熱交換器用アルミニウムフィン材 - Google Patents

Abstract

【課題】霜が付きにくい熱交換器用アルミニウムフィン材を提供すること。
【解決手段】アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる基板上の、少なくとも一つの表面処理皮膜に、一つ以上の凍結防止剤または、一つ以上の不凍たんぱく質または、それらの混合物からなる着霜抑制剤を配合したことにより、外気温が下がったとき、室外熱交換器のフィン表面に水蒸気が水ではなく、霜または氷になって付着する温度、すなわち氷点（凝固点）を下げて、霜または氷が付きにくくすることができるという着霜抑制特性を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、その表面に塗膜が形成されたアルミニウム（本明細書においてはアルミニウム合金を含むものとする）からなる空気調和機などの熱交換器用のアルミニウムフィン材に関するものである。

空気調和機などの熱交換器用フィンには熱伝導性および加工性が優れていることから通常アルミニウムが使用されている。従来この種の熱交換器用フィン材の表面には、下地処理層として、腐食の発生を抑えることを目的に防食皮膜が形成されている。そしてその上の表面処理皮膜として、空気調和機の熱交換器が蒸発器として使われる冷房運転時の室内側熱交換器または暖房運転時の室外側熱交換器のフィンの表面に発生する凝縮水を円滑に流下、排出させることを目的に親水性皮膜が形成されている。

近年のこの親水性皮膜はフィン表面が汚染されてもその優れた親水性を維持することを目的に耐汚染性に優れたものが開発使用されている（例えば、特許文献１、特許文献２および非特許文献１参照）。そしてさらにその上の表面処理皮膜として、フィンをプレス加工するときの潤滑性向上などを目的に水溶性樹脂皮膜が形成されるものもある（例えば、特許文献２参照）。

例えば特許文献１のアルミニウムフィン材は、アルミニウム及びアルミニウム合金の上に、溶解性パラメーターが７〜９［ｃａｌ／ｃｍ３］^０．５である高分子化合物と、溶解性パラメーターが１２〜１６［ｃａｌ／ｃｍ３］^０．５である高分子化合物を必須成分として含み、かつ、表面形態が微細に粗面化された樹脂系皮膜を有することを特徴とする親水性に優れた樹脂系アルミニウムフィン材である。また、特許文献２のアルミニウムフィン材は、第１層として、無機酸化物又は有機−無機複合化合物のいずれか１種からなる耐食皮膜を形成し、さらにその上に、第２層として、ポリアクリル酸又はポリアクリル酸塩の中のいずれか１種と、分子内にヒドロキシル基を有する水溶性樹脂含を有する厚さ０．１〜１０μｍの親水性皮膜を形成し、さらにその上に、第３層として、分子内にヒドロキシル基を有する厚さ０．１〜１０μｍの水溶性樹脂皮膜が形成されている。そして、非特許文献１では、親水化処理剤の皮膜特性と親水性、汚染性との関係について検討され、処理剤組成の特性として、溶解性パラメーターが汚染物質と大きく異なること、吸水率が高いこと、水への溶出量が少ないことが要求されることが明らかになっている。

特許第２９６７８５５号公報 特許第３３８３９１４号公報

村田正博ら著「耐汚染性に優れたアルミフィン用親水化処理剤」塗料の研究 Ｎｏ．１３８ Ｊｕｌｙ ２００２、Ｐ．６０−６５

しかしながら、前記従来の構成では、表面処理がないアルミニウムフィン材と同様、空気調和機の室外機の熱交換器に用い、空気調和機を暖房運転したときのように、熱交換器が低い空気温度の環境で蒸発器として使用されフィン表面温度が氷点下となるとき、フィ
ンの表面に霜や氷が付着し始め、次第に増大し、通風抵抗が上昇していくため風量が低下し続け、それに伴い熱交換能力も低下していくので、やがて所定の暖房能力が発揮できなくなる。そうなると、除霜運転をしなければならず、暖房運転は停止せざるを得ないが、快適性の観点からは暖房運転はできるだけ長くし、除霜運転に入る頻度を少なくできるのが望ましく、その課題を解決する手段の開発が課題であった。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、フィン表面の温度が氷点下になってもすぐには霜または氷になるのを抑える着霜または凍結を抑制する特性を有するアルミニウムフィン材を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の熱交換器用アルミニウムフィン材は、少なくとも一つの表面処理皮膜に、一つ以上の凍結防止剤または不凍たんぱく質の着霜抑制剤を含有させたものである。

これによって、熱交換器が蒸発器として使用されフィンの表面温度が氷点下になったときも、フィン表面に生成する凝縮水は、凍結防止剤または不凍たんぱく質の着霜抑制剤が溶解した水溶液の凝固点以下になるまでは、フィンの表面で霜や氷にならず水として存在するので、空気調和機の暖房運転時に除霜運転に入るまでの暖房運転時間を延長することができる。

本発明の熱交換器用アルミニウムフィン材は、熱交換器が蒸発器として使用されフィンの表面温度が氷点下になっても、少なくとも一つの表面処理皮膜に配合された凍結防止剤または不凍たんぱく質の着霜抑制剤の凝固点以下になるまでは、フィン表面に生成する凝縮水が、霜または氷になるのを抑えられるので、空気調和機の暖房運転時に着霜運転に入るまでの暖房運転時間を延長することができる。

本発明の実施の形態１における熱交換器用アルミニウムフィン材の断面図

第１の熱交換器用アルミニウムフィン材の発明は、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる基板上の、少なくとも一つの表面処理皮膜に、一つ以上の凍結防止剤または、一つ以上の不凍たんぱく質または、それらの混合物からなる着霜抑制剤を配合したことにより、フィン表面に生成する凝縮水は、凍結防止剤または不凍たんぱく質の着霜抑制剤が溶出した水溶液の凝固点以下になるまで、フィンの表面で霜や氷にならないという着霜を抑制する効果を有する。

第２の熱交換器用アルミニウムフィン材の発明は、第１の発明のアルミニウムフィン材において、着霜抑制剤としての凍結防止剤の一つとして、一般に融雪剤として道路に散布される塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、酢酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム／マグネシウムの酢酸塩系薬剤のいずれかを用いることにより、フィン表面に生成する凝縮水は、凍結防止剤が溶出した水溶液の凝固点以下になるまで、フィンの表面で霜や氷にならずに、水として流下、排出されるという着霜を抑制する効果を有する。

第３の熱交換器用アルミニウムフィン材の発明は、第１の発明のアルミニウムフィン材において、着霜抑制剤としての凍結防止剤の一つとして、一般に車のラジエータなどの不凍液として使用される、エチレングリコールやプロピレングリコール等のアルキレングリ
コール、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール、グリセリンやテトリットやペンチットやヘキシットの多価アルコールのいずれかを用いることにより、フィン表面に生成する凝縮水は、凍結防止剤が溶出した水溶液の凝固点以下になるまで、フィンの表面で霜や氷にならずに、水として流下、排出されるという着霜を抑制する効果を有する。

第４の熱交換器用アルミニウムフィン材の発明は、第１の発明のアルミニウムフィン材において、着霜抑制剤としての不凍たんぱく質の一つとして、魚類または植物または昆虫または菌類のいずれかから採取される不凍たんぱく質のいずれかを用いることにより、フィン表面に生成する凝縮水は、不凍たんぱく質を含有する水溶液の凝固点以下になるまで、フィンの表面で霜や氷にならずに、水として流下、排出されるという着霜を抑制する効果を有する。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本発明の第１の実施の形態における熱交換器用アルミニウムフィン材の断面図の片側を示すものである。図１を用いて、アルミニウムフィン材１００の構成を以下に説明する。

アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる基板１０１の上に、下地表面処理皮膜として、無機酸化物または有機・無機複合化合物または有機高分子化合物のいずれか１種からなる耐食皮膜１０２を形成する。次に耐食皮膜１０２の上層の表面処理皮膜として、一つ以上の凍結防止剤または、一つ以上の不凍たんぱく質または、それらの混合物からなる着霜抑制剤および、有機高分子物質と無機化合物の親水性を有する複合化合物または親水性樹脂の混合物質を原材料として用いる、着霜を抑制する特性を有する、着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３を形成する。さらに着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３の上層の表面処理皮膜として、水溶性樹脂で構成される潤滑性皮膜１０４を形成する。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３に配合する着霜抑制剤の一つとしては、一般に融雪剤として道路に散布される塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、酢酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム／マグネシウムの酢酸塩系薬剤のいずれかまたは、一般に車のラジエータなどの不凍液として使用される、エチレングリコールやプロピレングリコール等のアルキレングリコール、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール、グリセリンやテトリットやペンチットやヘキシットの多価アルコールのいずれかまたは、魚類または植物または昆虫または菌類のいずれかから採取される不凍たんぱく質のいずれかを用いる。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３は０．１〜１０μｍの厚さで形成する。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３は吸湿性を有する。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３は、溶解性パラメーターが７〜９［ｃａｌ／ｃｍ^３］^０．５である高分子化合物と溶解性パラメーターが１２〜１６［ｃａｌ／ｃｍ^３］^０．５である高分子化合物を必須成分として含む。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３は、ポリビニルアルコール、ナイロン、アクリル樹脂のうちいずれか一つ以上を含有する。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３は、分子内にヒドロキシル基を有する水溶性樹脂を含有する。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３に配合する着霜抑制剤は、各種市販のものなどを用いることができるが、グリセリンとすることが望ましい。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３の上層に形成する潤滑性皮膜１０４は、分子内にヒドロキシル基を有する。潤滑性皮膜１０４は、厚さ０．１μｍ以上１０μｍ以下とする。

以上のように構成されたアルミニウムフィン材１００について、以下その動作、作用を説明する。

アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる基板１０１上に、下地表面処理皮膜として、無機酸化物または有機・無機複合化合物または有機高分子化合物のいずれか１種からなる耐食皮膜１０２を形成することにより、フィン材の耐食性を向上させることができる。

耐食皮膜１０２の上層の表面処理皮膜として、一つ以上の凍結防止剤または、一つ以上の不凍たんぱく質または、それらの混合物からなる着霜抑制剤および、有機高分子物質と無機化合物の親水性を有する複合化合物または親水性樹脂の混合物質を原材料として用いる、着霜を抑制する特性を有する親水性皮膜１０３を形成することにより、熱交換器が蒸発器として使用されたとき、フィン表面に生成する凝縮水を親水性により速やかに流下排出させるとともに、熱交換器が蒸発器として使用されフィンの表面温度が氷点下になったときも、フィン表面に生成する凝縮水は、凍結防止剤または不凍たんぱく質の着霜抑制剤の凝固点降下作用により、着霜抑制剤が溶解した水溶液の凝固点以下になるまでは、フィンの表面で霜や氷にならず水として存在することができるという着霜を抑制する効果を有する。これにより、空気調和機の暖房運転時に除霜運転に入るまでの暖房運転時間を延長することができ、快適性を向上させることができる。

さらに、着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３の上層の表面処理皮膜として、水溶性樹脂からなる潤滑性皮膜１０４を形成することにより、潤滑性皮膜１０４によって被覆されたアルミニウムフィン材はコイル形状にした時に板同士が粘着する不具合、さらにはフィンに加工する際に金型と粘着する不具合などを防ぐことができる。また、水溶性樹脂皮膜１０４は下層の親水性皮膜１０３と反応するので、蒸発器として使用するときに生成する凝縮水によってほとんど流出するもののわずかに残存するため、汚染物付着時の親水持続性を向上させる効果、作用がある。なお、潤滑性皮膜１０４は、厚さ０．１μｍ以上でなければ上記の充分な効果を有せず、また塗装時の作業性と経済性の観点から１０μｍ以下とすることが望ましい。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３を０．１〜１０μｍの厚さで形成することすることにより、優れた親水性と防菌防黴性を経済的に得ることができる。皮膜厚の上限としては、その機能の点からは特に制限されるものではないが、塗装時の作業性を考えると１０μｍ以下であることが望ましい。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３が吸湿性を有することにより、フィンの表面には蒸発器としての使用時でなくとも空気中の水分を吸着して薄い水膜を形成され、この水膜は汚染物を付着しにくくするので優れた親水性を維持させる効果を有することができる。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３が、溶解性パラメーターが７〜９［ｃａｌ／ｃｍ^３］^０．５である高分子化合物と溶解性パラメーターが１２〜１６［ｃａｌ／ｃｍ^３］^０．５である高分子化合物を必須成分として含むことにより、皮膜形成時の焼付け工程において、皮膜中の溶解性パラメーターが大きく異なる２種以上の成分が層分離現象を生じるので焼付け乾燥後の表面形態を微細に粗面化させることができ、形態効果によりさらに親水性が向上する。また、熱交換器のフィン表面に付着する汚染物と溶解性パラメーターが大きく異なるものを選択することにより、汚染物の付着を防ぎ、優れた親水性を維持することができる。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３がポリビニルアルコール、ナイロン、アクリル樹脂のうちいずれかひとつ以上を含有することにより、親水性に優れた樹脂と着霜抑制剤を容易に混合させた物質を原材料として用いることができ、優れた親水性と着霜抑制特性を有することができる。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３が、分子内にヒドロキシル基を有する水溶性樹脂を含有することにより、強固な密着性のある親水皮膜層が形成され、親水性皮膜の密着性が高いので、ヒドロキシル基を含有する水溶性樹脂の流出が抑制され親水持続性を付与することができることに加えて、汚染物が固着しにくく親水持続性が劣化しにくい。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３の上層に形成する潤滑性皮膜１０４が、分子内にヒドロキシル基を有することにより、この潤滑性皮膜１０４のヒドロキシル基は下層皮膜である親水性皮膜１０３の高分子樹脂と反応するので、冷房運転時に生成する凝縮水によってほとんど流出するもののわずかに残存するため、汚染物付着時の親水持続性を向上させる効果をより高める作用がある。

着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３に配合する着霜抑制剤の一つとしては、凝固点降下作用を有するものであればよいが、具体的には、一般に融雪剤として道路に散布される塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、酢酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム／マグネシウムの酢酸塩系薬剤のいずれか、または、一般に車のラジエータなどの不凍液として使用される、エチレングリコールやプロピレングリコール等のアルキレングリコール、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール、グリセリンやテトリットやペンチットやヘキシットの多価アルコールのいずれか、または、魚類または植物または昆虫または菌類のいずれかから採取される不凍たんぱく質のいずれかを用いることができるが、特に、グリセリンは比較的安価に入手でき、親水性皮膜１０３の樹脂に配合しやすく、また食品にも用いられることから分かるように安全性にも優れている。

なお、本実施の形態１では、着霜抑制剤を親水性皮膜１０３に配合したが、耐食性皮膜１０２または、潤滑性皮膜１０４に配合しても、同様の着霜抑制特性を有することができる。

また、耐食性皮膜１０２や着霜抑制剤を含有する親水性皮膜１０３、潤滑性皮膜１０４は、それぞれ１層ずつのもので説明したが、それぞれ着色や密着性など他の機能を付加するため、複数としても構わない。

以上のように、本発明にかかる熱交換器用アルミニウムフィン材は、気温が低下しても、フィン表面に生成する凝縮水がフィンの表面で霜や氷になりにくいという着霜を抑制する効果を有するので、空気調和機の熱交換器だけでなく、建築用や車体用のアルミニウム
材にも適用でき、また基板はアルミニウムでなく他の金属やプラスチックの表面処理にも応用することができる。

１００ アルミニウムフィン材
１０１ アルミニウム基板
１０２ 耐食性皮膜
１０３ 着霜抑制剤を含有する親水性皮膜
１０４ 潤滑性皮膜

Claims (4)

1. 空気調和機に用いる熱交換器のフィン材として使用する、アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなる基板上の、少なくとも一つの表面処理皮膜に、一つ以上の凍結防止剤または、一つ以上の不凍たんぱく質または、それらの混合物からなる着霜抑制剤を配合したことを特徴とする熱交換器用アルミニウムフィン材。
2. 凍結防止剤の一つとして、一般に融雪剤として道路に散布される塩化ナトリウム、塩化カルシウム、塩化マグネシウム、塩化カリウム、酢酸カルシウム、酢酸マグネシウム、酢酸カリウム、酢酸カルシウム／マグネシウムの酢酸塩系薬剤のいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。
3. 凍結防止剤の一つとして、一般に車のラジエータなどの不凍液として使用される、エチレングリコールやプロピレングリコール等のアルキレングリコール、ポリエチレングリコールやポリプロピレングリコール等のポリアルキレングリコール、グリセリンやテトリットやペンチットやヘキシットの多価アルコールのいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。
4. 不凍たんぱく質の一つとして、魚類または植物または昆虫または菌類のいずれかから採取される不凍たんぱく質のいずれかを用いることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器用アルミニウムフィン材。

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