CN108885071B - 亲水性覆膜以及使用该亲水性覆膜的热交换器用翅片和热交换器 - Google Patents
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Abstract
本公开的亲水性覆膜至少含有Si、Al以及F。在亲水性覆膜(32)的厚度方向上，基于辉光放电发射光谱分析的Si与Al的发光强度比Si/Al为7.0×10‑3～3.0×10‑1，且Si与F的峰发光强度比Si/F为2.0×10‑3～4.0×10‑2。
Description
相关申请的交叉引用
本国际申请要求2016年3月30日在日本专利局提交的日本发明专利申请第2016-068986号的优先权，所述日本发明专利申请的全部内容通过引用而并入本文。
技术领域
本公开涉及亲水性覆膜以及使用该亲水性覆膜的热交换器用翅片和热交换器。
背景技术
例如，用于空调等的空调用热交换器具有管以及与该管接合的翅片，其中，管在其内部具有供制冷剂流通的一条或多条流路。热交换器构成为使得流通于管内的流路的制冷剂与外部空气经由多个翅片而进行热交换。
在热交换器中，若通过流通于管内的流路的制冷剂而使翅片得以冷却，则有时会在翅片的表面上产生冷凝水。在翅片表面上产生的冷凝水阻碍了外部空气在翅片和翅片之间的间隙中的流动，结果导致了热交换器的传热性能的降低。因此，为了确保热交换器中的翅片表面的排水性，期望使用具有亲水性的翅片。
例如，专利文献1中公开了一种具有翅片的热交换器，该翅片通过在铝基材的表面上预涂覆了以硅酸盐为主要成分的涂膜而具有亲水性。此外，专利文献2中公开了一种具有翅片的热交换器，该翅片通过在铝基材的表面上形成有使铝和无机微粒共析而成的复合镀膜而具有亲水性。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开第2013-137153号公报
专利文献2:日本特开第2014-43639号公报
发明内容
发明要解决的问题
然而，在上述专利文献1、2中，设置了表面具有上述涂膜的热交换器翅片以及表面具有上述复合镀膜的热交换器翅片。翅片的亲水性仍有改进的余地，期望进一步提高翅片的亲水性及亲水持久性。
本公开的一个方面期望提供亲水性及亲水持久性优异的亲水性覆膜以及使用该亲水性覆膜的热交换器用翅片和热交换器。
解决问题的技术方案
本公开的一个方面的亲水性覆膜至少含有Si、Al以及F。在亲水性覆膜的厚度方向上，基于辉光放电发射光谱分析的Si与Al的发光强度比Si/Al为7.0×10-3～3.0×10-1，且Si与F的峰发光强度比Si/F为2.0×10-3～4.0×10-2。
上述亲水性覆膜使得上述特定的元素在亲水性覆膜的厚度方向上基于辉光放电发射光谱分析的发光强度比以及峰发光强度比在上述特定的范围内。因此，获得了优异的亲水性以及优异的亲水持久性。由此，如果将上述亲水性覆膜应用于例如热交换器用翅片，则能够提高在热交换器用翅片的表面上产生的冷凝水的排水性，从而能够抑制通风阻力，其结果为，能够提高传热性能。
在上述亲水性覆膜中，亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量优选为0.5～10g/m2。在这种情况下，能够提高表面具有亲水性覆膜的部件与由铝制成的部件之间的钎焊接合性。例如，能够提高在其表面上具有亲水性覆膜的热交换器用翅片与由铝制成的热交换器用管之间的钎焊接合性。
作为本公开的另一方面的热交换器用翅片具有由铝或铝合金构成的铝基材以及在铝基材的表面形成的上述亲水性覆膜。
上述热交换器用翅片具有亲水性以及亲水持久性优异的上述亲水性覆膜。因此，能够提高在热交换用翅片的表面上产生的冷凝水的排水性，从而能够抑制通风阻力，其结果为，能够提高传热性能。由此，如果将上述热交换器用翅片应用于热交换器，则能够提高热交换器的热交换性能。
本公开的又一方面的热交换器具有在内部形成有至少一条流路的至少一个流路管，以及与流路管接合的至少一个上述热交换器用翅片。
上述热交换器设置着具有亲水性以及亲水持久性优异的上述亲水性覆膜的上述热交换器用翅片，因此，能够提高热交换性能。
附图说明
图1是示出热交换器的结构的立体图。
图2是图1中的II-II线的截面说明图。
图3是示出热交换器芯部的结构的立体图。
图4是图3中的IV-IV线的截面说明图。
图5是示出于亲水性覆膜的厚度方向上的辉光放电发射光谱分析结果的一个示例的曲线图。
附图标记的说明
1…热交换器；2…管(流路管)；3…翅片；21…流路；31…铝基材；32…亲水性覆膜。
具体实施方式
以下，对本公开的实施方式进行说明。而且，本公开不限于下述实施方式，在不脱离本公开的主旨的范围内可以以各种方式加以实施。
如上所述，上述亲水性覆膜至少含有Si、Al以及F。亲水性覆膜能够由例如使Si单质和含Al的氟化物系焊剂、或者使Si系化合物和含Al的氟化物系焊剂反应而获得的反应物构成。上述反应物为通过例如加热等使Si单质和含Al的氟化物系焊剂、或者使Si系化合物和含Al的氟化物系焊剂反应而获得的反应物。
作为上述Si系化合物可以使用例如硅酸锂、硅酸钠等水玻璃、硅胶等。
作为上述含Al的氟化物系焊剂可以使用例如KAlF4、K3AlF6、AlF3、Li3AlF6、CsAlF4等。
如上所述，上述亲水性覆膜中，在亲水性覆膜的厚度方向上，基于辉光放电发射光谱分析(GD-OES:Glow discharge optical emission spectrometry)的Si与Al的发光强度比Si/Al为7.0×10-3～3.0×10-1，且Si与F的峰发光强度比Si/F为2.0×10-3～4.0×10-2。此外，辉光放电发射光谱分析可根据JIS K 0144(2001年)而进行。
当上述发光强度比Si/Al小于7.0×10-3时或大于3.0×10-1时，亲水性覆膜的亲水持久性降低。此外，当上述峰发光强度比Si/F小于2.0×10-3时或大于4.0×10-2时，亲水性覆膜的亲水持久性降低。
上述发光强度比Si/Al优选为1.0×10-2～2.3×10-1。此外，上述峰发光强度比Si/F优选为3.0×10-3～3.1×10-2。在这些情况下，能够进一步提高亲水性覆膜的亲水性及亲水持久性。
上述发光强度比Si/Al以及上述峰发光强度比Si/F能够根据亲水性覆膜的厚度方向上的辉光放电发射光谱分析结果而求取。对于上述发光强度比Si/Al以及上述峰发光强度比Si/F的求取方法，将在下面的实施例中详细说明。
如上所述，上述亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量优选为0.5～10g/m2。此外，当将待形成亲水性覆膜的对象作为基材时，上述每单位面积的覆膜量能够通过下式来求取，即，((亲水性覆膜形成后的基材以及亲水性覆膜的干燥重量)-(亲水性覆膜形成前的基材的重量))/(基材上的亲水性覆膜形成面积)。
当亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量小于0.5g/m2时，不能充分获得亲水性覆膜中所含的氟化物系焊剂的功能，从而可能会使表面具有亲水性覆膜的部件(例如，表面具有亲水性覆膜的热交换器用翅片)与由铝制成的部件(例如，由铝制成的热交换器用管)之间的钎焊接合性降低。当亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量大于10g/m2时，会在表面具有亲水性覆膜的部件与由铝制成的部件之间(更具体而言，例如待形成亲水性覆膜的基材与由铝制成的部件之间)产生由亲水性覆膜引起的间隙(空隙)，从而可能导致钎焊接合性降低。此外，由铝制成的部件是指例如由铝或铝合金构成的部件。
上述亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量更优选为1.1～4.0g/m2。在这种情况下，能够进一步提高表面具有亲水性覆膜的部件与由铝制成的部件之间的钎焊接合性。
如上所述，上述热交换器用翅片具有由铝或铝合金构成的铝基材、以及在铝基材的表面形成的亲水性覆膜。作为用于铝基材的铝合金，可以列举例如日本工业标准(JIS)中的1100、1050、1N30等纯铝，2017合金、2024合金等Al-Cu系合金，3003合金、3004合金等Al-Mn系合金，5052合金、5083合金等Al-Mg系合金，6061合金等Al-Mg-Si系合金等。
在上述热交换器用翅片中，可以在待形成亲水性覆膜的铝基材的表面形成由化成覆膜形成的基底处理层。例如Cr、Zr、Zn、Ti等基底处理层的成分对亲水性覆膜的亲水性及亲水持久性几乎没有影响。
如上所述，上述热交换器具有在内部形成有供制冷剂等流通的至少一条流路的至少一个流路管以及与流路管接合的至少一个翅片(热交换器用翅片)，作为构成流路管的材料，例如可以与上述热交换器用翅片的铝基材相同地使用铝或铝合金。
将参照图1对上述热交换器的一个实施方式进行说明。
如图1、图2所示，空调用热交换器1具有至少一个管(流路管)2以及至少一个翅片3。本实施方式的热交换器1设置有多个管2以及多个翅片3。以下分别对多个管2中的一个以及多个翅片3中的一个进行说明。
管2由铝合金制成。管2的与轴向正交的截面呈扁平状，并且管2由在内部形成有供制冷剂流通的多条流路21的管构成。管2在其外表面上具有钎焊材料层(省略图示)。
各翅片3形成为板状。翅片3具有由铝合金构成的铝基材31以及在铝基材31的表面形成的亲水性覆膜32。在各翅片3上形成有凹形的切口部30。
多个翅片3彼此隔开间隔地配置在翅片3的厚度方向上。管2被嵌入排成一列的多个切口部30内。管2和各翅片3经由钎焊材料(管2的外表面上的钎焊材料层)而接合。也就是说，管2和各翅片3通过钎焊而接合。
实施例
以下，通过与比较例进行比较，并同时参照表1以及表2对本公开的实施例进行说明。以下所示出的实施例为本公开的示例，本公开不限于这些示例。
在本实施例中，制作了在表面上具有亲水性覆膜的多个热交换器用翅片以及使用该具有亲水性覆膜的多个热交换器用翅片的多个热交换器芯部(实施例A1～A16、B1～B4，比较例A17～A26、B5、B6)，并且对初期亲水性，亲水持久性，钎焊接合性进行了评价。
<亲水性覆膜的形成以及热交换器芯部的制作>
在具有通过磷酸铬酸盐处理而获得的基底处理层且由JIS中A1050组成的板状翅片材料(铝基材)的表面上，形成以硅酸盐为主体的覆膜。以硅酸盐为主体的覆膜是指，含有LiO2·nSiO2(n＝3.2～3.8)的覆膜。将翅片材料冲压成型，以制造波纹状翅片。之后，在翅片的表面上，涂覆含Al的氟化物系焊剂。作为氟化物系焊剂，使用了KAlF4。
接下来，如图3、图4所示，用管(流路管)2夹着已实施了预涂覆的波纹状翅片3，其中，管(流路管)2由表面具有钎焊材料层(省略图示)的3000系铝合金制成的管而形成。此时，在使得管2彼此相对的状态下，也就是说，在使得于管2的表面形成的钎焊材料层彼此相对的状态下，将波纹状翅片3夹在管2彼此之间，由此，使管2的表面的钎焊材料层与波纹状翅片3中的各山部的顶点部分相抵接。钎焊材料层通过将含有Si粉末的钎焊材料涂覆在管2的表面上而形成。管的与轴向正交的截面呈扁平状，并且管为在内部形成有供制冷剂流通的多条流路的流路管。
将多个管2和多个翅片3加热至最高到达温度600℃，并在惰性气氛中进行钎焊加热。由此，制作出由多个管2和在铝基材31的表面上形成有亲水性覆膜32的多个翅片3构成的热交换器芯部1a。
<辉光放电发射光谱分析>
从已制作的热交换器芯部中的翅片切出宽度30mm×长度40mm的测量用样品。使用辉光放电发射光谱分析装置，进行于翅片(亲水性覆膜)的厚度方向上的辉光放电发射光谱分析。根据辉光放电发射光谱分析结果来求取发光强度比Si/Al以及峰发光强度比Si/F。
作为辉光放电发射光谱分析装置，使用由SPECTRUMA公司制造的GDA750。使用辉光放电发射光谱分析装置时的辉光放电发射光谱分析的条件如下，即，以气压为20.0hPa的氖气进行置换后，当输出功率为30W，频率为13.6MHz，阳极直径为2.5mmφ时，将Al的检测波长设定为396.152nm、Si的检测波长设定为288.157nm、F的检测波长设定为238.204nm、Cr的检测波长设定为267.716nm。
在此，图5中示出了于亲水性覆膜的厚度方向上的辉光放电发射光谱分析结果的一个示例。在图5中，纵轴表示各元素的发光强度(counts)，横轴表示溅射时间(s)。在此，counts是指每25ms所计数到的发光的总数。
发光强度比Si/Al是通过分别对亲水性覆膜中所含的Al以及Si的发光强度进行累计，并计算出Si与Al的发光强度的累计值之比而获得的。此时，将图5所示的溅射时间中从0(s)至tF(s)的时段视为亲水性覆膜，并分别对亲水性覆膜中所含的Al以及Si的发光强度进行累计。
峰发光强度比Si/F是通过计算出图5所示的F以及Si的峰发光强度Fp以及Sip之比Sip/Fp而获得的。在此，当将特定的F的发光强度中的于溅射时间tF(s)的前后5秒之内的发光强度差为7.0×10-1以上时判定为发光强度的峰，该峰的发光强度即为F的峰发光强度Fp。当将特定的Si的发光强度中的于溅射时间tSi(s)的前后5秒之内的发光强度差为3.0×10-3以上时判定为发光强度的峰，该峰的发光强度即为Si的峰发光强度Sip。
<每单位面积的覆膜量>
用电子天平测量形成亲水性覆膜前的铝基材的重量。接下来，在铝基材的表面上形成亲水性覆膜，并测量铝基材以及亲水性覆膜的干燥重量。然后，将亲水性覆膜形成前后的重量增加量除以亲水性覆膜在铝基材上的形成面积，由此，求取亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量(在表2中简记为“覆膜量”)。此外，各测量值均四舍五入到小数点后第二位。
<初期亲水性>
准备结构与已制作的热交换器芯部中的翅片相同的平板状测试板。然后，对测试板进行接触角的测量。具体而言，在室温下，向测试板滴下2μl的水滴，并测量30秒后的水滴的接触角。使用由協和界面科学株式会社制造的FACE自动接触角计CA-Z而进行接触角的测量。
在亲水性的评价中，当亲水性覆膜与水滴的接触角为10℃以下时记为“◎◎”，当该接触角为大于10°且20°以下时记为“◎”，当该接触角为大于20°且30°以下时记为“○”，当该接触角为大于30°时记为“×”。然后，当评价结果为“◎◎”，“◎”，“○”时判定为合格，当评价结果为“×”时判定为不合格。
<亲水持久性>
将上述测试板在纯水中浸渍2分钟，之后，风干6分钟。反复实施该在纯水中的浸渍和风干的循环300次。之后，以与上述亲水性的评价相同的方式对亲水性覆膜与水滴的接触角进行测量。
在亲水持久性的评价中，当300次循环后的亲水性覆膜与水滴的接触角为10°以下时记为“◎◎”，当该接触角为大于10°且20°以下时记为“◎”，当该接触角为大于20°且30°以下时记为“○”，当该接触角为大于30°时记为“×”。然后，当评价结果为“◎◎”，“◎”，“○”时判定为合格，当评价结果为“×”时判定为不合格。
<钎焊接合性>
使用切割刀沿着管的平面(主表面)切割已制作的热交换器芯部中管和波纹状翅片之间的钎焊接合部。然后，测量波纹状翅片的山部处的与管相接合的长度的总和(L1)，并且测量波纹状翅片的山部处的与管相抵接的长度的总和(L2)，将L1除以L2并以百分率所表示的(L1/L2×100)作为接合率(％)。
在钎焊接合性的评价中，当接合率为90％以上时记为“◎”，当接合率为80％以上且小于90％时记为“○”，当接合率为小于80％时记为“×”。然后，当评价结果为“◎”以及“○”时判定为合格，当评价结果为“×”时判定为不合格。
[表1]
[表2]
在表1以及表2中示出了上述的评价结果。
如表1以及表2所示，在实施例A1～A16以及实施例B1～B4中，亲水性、亲水持久性、钎焊接合性均为良好(合格)。而在比较例A17～A26以及比较例B5、B6中，亲水性、亲水持久性、钎焊接合性均不充分(不合格)。
由上述实施例和比较例的结果可知，在亲水性覆膜的厚度方向上，基于辉光放电发射光谱分析的Si与Al的发光强度比Si/Al在7.0×10-3～3.0×10-1的范围内，且Si与F的峰发光强度比Si/F在2.0×10-3～4.0×10-2的范围内，因此，亲水性覆膜的亲水性及亲水持久性优异。
此外可知，在表面具有亲水性覆膜的热交换器用翅片中，由于亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量在0.5～10g/m2的范围内，因此，由铝制成的管与翅片之间的钎焊接合性优异。
Claims (6)
1.一种亲水性覆膜，其至少含有Si、Al以及F，所述亲水性覆膜的特征在于，
在所述亲水性覆膜的厚度方向上，基于辉光放电发射光谱分析的Si与Al的发光强度比Si/Al为7.0×10-3～3.0×10-1，且Si与F的峰发光强度比Si/F为2.0×10-3～4.0×10-2。
2.根据权利要求1所述的亲水性覆膜，其特征在于，
所述亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量为0.5～10g/m2。
3.一种热交换器用翅片，其具有由铝或铝合金构成的铝基材，以及在所述铝基材的表面形成的亲水性覆膜，所述热交换器用翅片的特征在于，
所述亲水性覆膜至少含有Si、Al以及F，
在所述亲水性覆膜的厚度方向上，基于辉光放电发射光谱分析的Si与Al的发光强度比Si/Al为7.0×10-3～3.0×10-1，且Si与F的峰发光强度比Si/F为2.0×10-3～4.0×10-2。
4.根据权利要求3所述的热交换器用翅片，其特征在于，
所述亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量为0.5～10g/m2。
5.一种热交换器，其具有于内部形成有至少一条流路的至少一个流路管以及与所述流路管接合的至少一个热交换器用翅片，所述热交换器的特征在于，
所述热交换器用翅片具有由铝或铝合金构成的铝基材以及在所述铝基材的表面形成的亲水性覆膜，
所述亲水性覆膜至少含有Si、Al以及F，
在所述亲水性覆膜的厚度方向上，基于辉光放电发射光谱分析的Si与Al的发光强度比Si/Al为7.0×10-3～3.0×10-1，且Si与F的峰发光强度比Si/F为2.0×10-3～4.0×10-2。
6.根据权利要求5所述的热交换器，其特征在于，
所述亲水性覆膜的每单位面积的覆膜量为0.5～10g/m2。
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