JP2003130585A - 熱交換器およびその製造方法 - Google Patents

熱交換器およびその製造方法

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JP2003130585A
JP2003130585A JP2001325335A JP2001325335A JP2003130585A JP 2003130585 A JP2003130585 A JP 2003130585A JP 2001325335 A JP2001325335 A JP 2001325335A JP 2001325335 A JP2001325335 A JP 2001325335A JP 2003130585 A JP2003130585 A JP 2003130585A
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heat exchanger
chemical conversion
zirconium
fin
amount
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Ryoji Okabe
良次 岡部
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C28/00Coating for obtaining at least two superposed coatings either by methods not provided for in a single one of groups C23C2/00 - C23C26/00 or by combinations of methods provided for in subclasses C23C and C25C or C25D

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  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Abstract

(57)【要約】 【課題】 樹脂皮膜をより均一に形成し、また上記親水
性、抗菌防かび性をより効果的に発揮させることができ
る熱交換器およびその製造方法を提供すること。 【解決手段】 フィン3を備え、該フィン3の表面にジ
ルコニウムを含む化成皮膜が形成された熱交換器におい
て、前記化成皮膜中に含まれるジルコニウムの析出量を
50mg/m2以上120mg/m2以下とした。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、カーエアコン等に
用いられる空気調和装置の熱交換器およびその製造方法
に関する。
【0002】
【従来の技術】カーエアコンの蒸発器などに使用されて
いるアルミニウム製熱交換器においては、熱交換器表面
に凝縮水が形成されるが、熱交換器の表面が撥水性であ
る場合、凝縮水が熱交フィン間にブリッジするため、圧
損の増加による風量低下が発生し熱交性能が低下した
り、凝縮水が風によって車内に飛散する問題が生ずるた
め、熱交換器表面には親水性が要求される。また、湿潤
状態であるために、かび・細菌が発生し、不快臭の発生
原因となるため抗菌・防かび性が必要である。また、こ
れらの機能性を維持するためには熱交換器アルミ素材の
耐食性が必要(湿潤状態ではアルミ表面に水酸化アルミ
等の白錆が生ずる)である。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】従来、このような親水
性、抗菌防かび性を実現させるため、蒸発器の表面に特
殊な樹脂をコーティングしているが、その下地処理とア
ルミ素材の白錆発生防止を目的として化成処理を行って
いる。化成処理には、フッ化ジルコニウム酸またはその
塩を主成分とする化成処理剤が用いられ、この化成処理
剤中熱交換器を浸漬することにより化成皮膜を形成す
る。そして、この化成皮膜の上にポリビニルアルコール
系樹脂等の樹脂皮膜を形成する。
【0004】このような従来の熱交換器において、樹脂
皮膜をより均一に形成して耐久性等を向上させ、また上
記親水性、抗菌防かび性をより効果的に発揮させるよう
な技術の確立が望まれている。
【0005】上記事情に鑑み、本発明においては樹脂皮
膜をより均一に形成し、また上記親水性、抗菌防かび性
をより効果的に発揮させることができる熱交換器および
その製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】請求項1に記載の発明
は、フィンを備え、該フィンの表面にジルコニウムを含
む化成皮膜が形成された熱交換器において、前記化成皮
膜中に含まれるジルコニウムの析出量が50mg/m2
以上120mg/m2以下であることを特徴とする。
【0007】本発明者らは、ジルコニウムの析出量と、
樹脂皮膜を形成した後の水滴接触角及び抗菌防かび性と
の関係について鋭意研究した結果、ジルコニウムの析出
量が50mg/m2以上である場合に、樹脂皮膜を形成
した後の水滴接触角が30゜以下となって好ましい結果
を得ることができることがわかった。また、抗菌・防か
び性についても良好な結果が得られた。望ましくはジル
コニウムの析出量が60mg/m2以上で水滴接触角は
20゜以下となり、優れた親水性を得ることができるこ
とがわかった。一方、耐食性については白錆発生率、及
び単位面積当たりの孔食発生数はジルコニウム析出量が
高いほど低下しており耐食性が向上し前述の機能特性維
持に関してはジルコニウム析出量に上限値はないが、孔
食深さはジルコニウム析出量が120mg/m2を越え
ると平均値・最大値共に上昇することがわかった。熱交
換器はアルミ製のフィンと冷媒の通るチューブで構成さ
れるが、チューブについては孔食深さがチューブ板厚を
越え貫通すると冷媒洩れが生ずるため孔食深さを低減さ
せる必要がある為、ジルコニウム析出量は120mg/
2を上限とするのが望ましい。なお、コストの面から
も実質的にジルコニウム析出量は120mg/m2を上
限とするのが望ましい。
【0008】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、前記フィンの各位置における前記
ジルコニウムの析出量のずれが20%以内であることを
特徴とする。
【0009】本発明者らは、化成皮膜の均一性について
も研究した結果、ジルコニウムの析出量のずれが20%
以下である場合に、樹脂皮膜を均一に形成することがで
きることを知見した。さらに、ジルコニウムの析出量の
ずれが10%以内であると、より好ましい結果が得られ
ることがわかった。
【0010】請求項3に記載の発明は、フッ化ジルコニ
ウム酸を含む化成処理剤中に熱交換器を浸漬して該熱交
換器のフィンの表面に化成皮膜を形成する熱交換器の製
造方法において、前記化成処理剤中のジルコニウム濃度
を、形成する皮膜中のジルコニウム析出量の1.6倍以
上3.7倍以下とすることを特徴とする。
【0011】この発明においては、化成皮膜を形成する
際のフィン間に保持される化成液について、ジルコニウ
ムが皮膜として析出して化成処理剤中のジルコニウム濃
度が低下したとしても、十分な濃度レベルに維持され
る。
【0012】請求項4に記載の発明は、フッ化ジルコニ
ウム酸を含む化成処理剤を用いて熱交換器のフィンの表
面に化成皮膜を形成する熱交換器の製造方法において、
ジルコニウム濃度が90ppm以上110ppm以下で
ある化成処理剤を、フィン間に流速0.1m/min以
上0.5m/min以下で流すことを特徴とする。
【0013】この発明においては、フィン間に保持され
る化成液について、化成液中のジルコニウムが皮膜とし
て析出した場合に生じる液濃度の低下が最低浴濃度を切
らないようにするために必要な液量を供給できる流速に
てフィン内部の液を循環させる。
【0014】請求項5に記載の発明は、フッ化ジルコニ
ウム酸を含む化成処理剤中に熱交換器を浸漬して該熱交
換器のフィンの表面に化成皮膜を形成する熱交換器の製
造方法において、熱交換器を処理剤に浸漬して酸洗浄処
理及び化成処理行程を行い熱交換器にジルコニウム系化
成処理を行う際に、熱交換器の浸漬、液切り、浸漬の繰
り返しを一回以上行うことを特徴とする。
【0015】この発明においては、化成工程において化
成液中の浸漬と、槽外での液切りを繰り返すことで、熱
交換器内部に保持される処理液が更新される。
【0016】請求項6に記載の発明は、請求項3から5
のいずれかに記載の熱交換器の製造方法において、前記
フィンは、高さが5mm以上12mm以下、フィンピッ
チが1mm以上2.5mm以下、フィン部奥行きが10
mm以上70mm以下であることを特徴とする。
【0017】この発明においては、上気した各熱交換器
の製造方法を使用した場合に、本発明の寸法の熱交換器
に対して適切なジルコニウムの析出量を得ることができ
る。
【0018】
【発明の実施の形態】次に、本発明の実施形態につい
て、図面を参照して説明する。図1は、熱交換器を示し
た図である。熱交換器1は、アルミニウム製のチューブ
2と、チューブ2に挟まれた同じくアルミニウム製のフ
ィン3とを備えている。フィン3は断面視波形であっ
て、チューブ2との間に流路5が形成されている。本例
においては、図2に示すようにフィン高さをHfとする
とともに、谷部と谷部との間をフィンピッチPfと呼
び、流路5長手方向をフィン部奥行きBと呼ぶ。ここ
で、熱交換器1の各部寸法は、フィン高さHf=5〜1
2mm、フィンピッチPf=1〜2.5mm、フィン部
奥行きB=10〜70mmとなっている。
【0019】このような熱交換器1では、図3に示した
ように、まずアルミニウム表面10にフッ化ジルコニウ
ム酸またはその塩を主成分とする化成処理剤を用いた化
成処理を行って化成皮膜11を形成する。そして、その
上にポリビニルアルコール系樹脂等の樹脂皮膜12を形
成する。本実施形態においては、化成処理によって形成
された化成皮膜11は、以下に説明する構成を備える。
【0020】図4は、化成皮膜中のジルコニウム(以下
Zrと呼ぶ。)の析出量を種々に異ならせて形成させた
化成皮膜について、樹脂皮膜形性後の水滴接触角、防か
び性を測定した表であり、図5は同水滴接触角をグラフ
化したものである。図から理解されるように、Zr析出
量を50mg/m2以上とすることにより、樹脂皮膜形
成後の水滴接触角が30°以下の範囲におさまることか
ら、防かび性とともに好ましい結果を得ることができ
る。望ましくは、Zr析出量が60mg/m2以上であ
れば水滴接触角が20°以下となり優れた性能を得るこ
とができる。一方、耐食性について図6に示した。図7
〜図9は図6の耐食性をグラフ化したものであり、図7
の白錆発生率及び図8の単位面積当たりの孔食発生数は
ジルコニウム析出量が高いほど低下しており耐食性が向
上し前述の機能特性維持に関してはジルコニウム析出量
に上限値はないが、図9の孔食深さはジルコニウム析出
量が120mg/m2を越えると平均値・最大値共に上
昇することがわかった。熱交換器はアルミ製のフィンと
冷媒の通るチューブで構成されるが、チューブについて
は孔食深さがチューブ板厚を越え貫通すると冷媒洩れが
生ずるため孔食深さを低減させる必要がある為、ジルコ
ニウム析出量は120mg/m2を上限とするのが望ま
しい。なお、コストの面からも実質的にジルコニウム析
出量は120mg/m2を上限とするのが望ましい。さ
らに、化成皮膜の均一性について検討した結果、フィン
部の奥行き方向のZr析出量のずれが図10に示すよう
に20%以内、好ましくは10%以内に収まっている
と、樹脂皮膜を均一にコーティングすることができると
ともに、樹脂皮膜の化成皮膜に対する密着性も向上する
ことがわかった。
【0021】さて、上記の化成皮膜は、以下のような工
程に従うことにより実現可能である。 [工程A]皮膜中のZr析出量を50〜120mg/m
2とするには、化成処理剤中のZr濃度を、形成しよう
とする皮膜中のZr析出量の1.6〜3.7倍とする。
この値は以下のようにして求められる。化成処理剤中の
処理許容限界(最低浴濃度)となるZr濃度を超えた分
が析出に寄与する。したがって、処理許容限界となるZ
rの下限濃度をC、析出量をD、フィン3の流路5の表
面積をS、同体積をVとおけば、析出量Dを得るのに必
要な化成処理剤のZr濃度は、析出量Dの (DS/V
+C)/D 倍となる。したがって、流路5の形状(フ
ィン高さ5〜12mm、フィンピッチ1〜2.5mm、
フィン部奥行き10〜70mm)からS/Vは1〜2.
4であるため、化成処理剤のZr濃度を1.6〜3.7
倍とすればよい。
【0022】[工程B]Zr濃度90〜110ppmで
ある化成処理剤を、流路5に流速0.1〜0.5m/m
inで流す。流速がこれより小さい場合には、上流側で
Zrが析出しきってしまい、下流側でZr濃度が低下す
るため十分なZr析出量を得ることができない。また、
流速を上げすぎると十分な化成時間をとることができな
いため、十分な析出量を得ることができない。
【0023】[工程C]化成処理は、熱交換器を化成処
理剤に浸漬させてフィン部の表面にZrを析出させる
が、熱交換器を一回化成処理剤に浸漬させただけでは、
化成皮膜が均一と成らない。そこで、Zr濃度90〜1
10ppmである化成処理剤に対して、浸漬→液切り→
浸漬の繰り返しを一回以上(すなわち浸漬を2回以上)
行って槽内浸漬の合計時間があらかじめ定められた規定
時間となるようにする。これにより、均一な化成皮膜を
得ることができる。
【0024】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
以下の効果を得ることができる。請求項1に記載の発明
によれば、樹脂皮膜形性後について、親水性および抗菌
防かび性を向上させることができる。請求項2に記載の
発明によれば、樹脂皮膜を均一に形成することができる
ため、樹脂皮膜の耐久性を向上させることができる。請
求項3に記載の発明によれば、熱交換器内部での化成反
応停止や異常反応を防止することができ、熱交換器内部
の皮膜量を均一化することができる。請求項4に記載の
発明によれば、熱交換器内部での化成反応停止や異常反
応を防止することができ、熱交換器内部の皮膜量を均一
化することができる。請求項5に記載の発明によれば、
熱交換器内部に保持される処理液が更新されることによ
り、濃度低下が防止されて皮膜量を均一化することがで
きる。請求項6に記載の発明よれば、所定寸法の熱交換
器において、均一な皮膜を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 熱交換器の外観を示した斜視図である。
【図2】 熱交換器のフィン部を拡大して示した斜視図
である。
【図3】 熱交換器表面に形成された皮膜を拡大して示
した断面図である。
【図4】 Zr析出量と水滴接触角及び防かび性との関
係を示した図である。
【図5】 Zr析出量と水滴接触角との関係を示した図
である。
【図6】 Zr析出量と耐食性との関係を示した図であ
る。
【図7】 Zr析出量と白錆発生率との関係を示した図
である。
【図8】 Zr析出量と単位面積当たりの孔食発生数と
の関係を示した図である。
【図9】 Zr析出量と孔食深さとの関係を示した図で
ある。
【図10】 化成皮膜量の均一性を示した図である。
【符号の説明】
3 フィン 5 流路 11 化成皮膜

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 フィンを備え、該フィンの表面にジルコ
    ニウムを含む化成皮膜が形成された熱交換器において、 前記化成皮膜中に含まれるジルコニウムの析出量が50
    mg/m2以上120mg/m2以下であることを特徴と
    する熱交換器。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の熱交換器において、 前記フィンの各位置における前記ジルコニウムの析出量
    のずれが20%以内であることを特徴とする熱交換器。
  3. 【請求項3】 フッ化ジルコニウム酸を含む化成処理剤
    中に熱交換器を浸漬して該熱交換器のフィンの表面に化
    成皮膜を形成する熱交換器の製造方法において、 前記化成処理剤中のジルコニウム濃度を、形成する皮膜
    中のジルコニウム析出量の1.6倍以上3.7倍以下と
    することを特徴とする熱交換器の製造方法。
  4. 【請求項4】 フッ化ジルコニウム酸を含む化成処理剤
    を用いて熱交換器のフィンの表面に化成皮膜を形成する
    熱交換器の製造方法において、 ジルコニウム濃度が90ppm以上110ppm以下で
    ある化成処理剤を、フィン間に流速0.1m/min以
    上0.5m/min以下で流すことを特徴とする熱交換
    器の製造方法。
  5. 【請求項5】 フッ化ジルコニウム酸を含む化成処理剤
    中に熱交換器を浸漬して該熱交換器のフィンの表面に化
    成皮膜を形成する熱交換器の製造方法において、 熱交換器を処理剤に浸漬して酸洗浄処理及び化成処理行
    程を行い熱交換器にジルコニウム系化成処理を行う際
    に、熱交換器の浸漬、液切り、浸漬の繰り返しを一回以
    上行うことを特徴とする熱交換器の製造方法。
  6. 【請求項6】 請求項3から5のいずれかに記載の熱交
    換器の製造方法において、 前記フィンは、高さが5mm以上12mm以下、フィン
    ピッチが1mm以上2.5mm以下、フィン部奥行きが
    10mm以上70mm以下であることを特徴とする熱交
    換器の製造方法。
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