【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、例えば、車両等に搭載され、冷却水やオイル等の流体の熱交換のために使用される熱交換器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、例えば、車両においては、各種機器を流れる流体の熱交換のために熱交換器が使用されている。例えば、車両用エンジンの水冷式冷却装置では、熱交換器としてラジエータが設けられる。このラジエータは、エンジンのウォータジャケットを循環する冷却水の熱を、空気中へ放散させる。一方、トランスミッションの油圧装置では、熱交換器としてオイルクーラが設けられる。このオイルクーラは、油圧装置で使用されて高温となったオイルの熱を、空気中へ放散させる。
【０００３】
ここで、ラジエータやオイルクーラ等の熱交換器は、冷却水やオイルを流すチューブと、そのチューブに一体的に設けられた多数のフィンとを備える。チューブを流れる流体の熱は、チューブとフィンの外面から空気中へ放散される。従って、熱交換器の放熱性を高めるには、熱交換器を大型化するか、フィンの数を増やすのが一般的な方策であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のように熱交換器を大型化させたのでは、車両への搭載性が悪くなり、コストアップにもつながることになった。一方、フィンの数を増やすことも、熱交換器を大型化させることになり、コストアップにつながることになった。又、フィンの数が増えると、コアの面積が拡大して空気抵抗が増大することになった。熱交換器が車両に搭載される場合、それらは走行風を受けやすいフロントグリルに設置されることから、空気抵抗の増大は車両の走行性能に影響を与えるおそれがあった。
【０００５】
又、熱交換器の表面が砂埃や泥水の付着により汚れると、高い放熱性を長く持続させることができなくなる。そこで、熱交換器の高い放熱性を長く持続させるために、熱交換器の耐汚損性を高める必要があった。
【０００６】
この発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その第１の目的は、大型化を伴わずに放熱性を向上させることを可能にした熱交換器を提供することにある。この発明の第２の目的は、第１の目的に加え、耐汚損性に優れ、高い放熱性を長く持続させることを可能にした熱交換器を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記第１の目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、流体を流す金属製のチューブと、そのチューブに一体的に設けられた多数の金属製のフィンとを備え、チューブを流れる流体の熱をチューブ及び多数のフィンを通じて空気中に放散させる熱交換器であって、チューブの外面及び多数のフィンの外面の少なくとも一方にミクロ的に多孔質な被膜を設けたことを趣旨とする。ここで、チューブの外面とは、チューブの外表面の全部を意味する。又、多数のフィンの外面とは、各フィンの外表面の全部を意味する。
【０００８】
上記発明の構成によれば、チューブの外面及び多数のフィンの外面の少なくとも一方の表面積がミクロ的に多孔質な被膜により拡大される。従って、チューブを流れる流体の熱は、チューブや各フィンへ伝わり、その外面で被膜を介して空気中へ効率よく放散される。
【０００９】
上記第２の目的を達成するために、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、被膜の表面に高撥液性を有する薄膜を設けたことを趣旨とする。
【００１０】
上記発明の構成によれば、請求項１に記載の発明の作用に加え、チューブの外面及び多数のフィンの外面の少なくとも一方に設けられた被膜の表面が高撥液性を有する薄膜により低表面エネルギー化して、汚れが付き難くなる。
【００１１】
上記第２の目的を達成するために、請求項３に記載の発明は、請求項２に記載の発明において、薄膜は、フルオロアルキルシラン系の物質を含むことを趣旨とする。
【００１２】
上記発明の構成によれば、請求項２に記載の発明の作用に加え、薄膜がフルオロアルキルシラン系の物質を含むものに特定されることにより、薄膜の低表面エネルギー化が促進される。
【００１３】
上記第２の目的を達成するために、請求項４に記載の発明は、請求項２又は３に記載の発明において、薄膜は、０．１ｎｍ〜１０ｎｍの厚さを有することを趣旨とする。
【００１４】
上記発明の構成によれば、請求項２又は３に記載の発明の作用に加え、薄膜が相対的に極めて薄いものとなる。
【００１５】
上記第１の目的を達成するために、請求項５に記載の発明は、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明において、被膜は、高輻射率物質より構成されることを趣旨とする。
【００１６】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明の作用に加え、被膜が高輻射率物質より構成されることから、被膜の熱伝達が促進される。
【００１７】
上記第１の目的を達成するために、請求項６に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、高輻射率物質は、少なくとも二酸化珪素系又は酸化アルミニウム系の物質を含むことを趣旨とする。
【００１８】
上記発明の構成によれば、請求項５に記載の発明の作用に加え、高輻射率物質を二酸化珪素系又は酸化アルミニウム系の物質に特定することにより、被膜の熱伝達が促進される。
【００１９】
上記第１の目的を達成するために、請求項７に記載の発明は、請求項５に記載の発明において、高輻射率物質は、酸化アルミニウム又は酸化マグネシウムに四硼化珪素又はグラファイトの何れかを加えたものであることを趣旨とする。
【００２０】
上記発明の構成によれば、請求項５に記載の発明の作用に加え、高輻射率物質を酸化アルミニウム又は酸化マグネシウムに四硼化珪素又はグラファイトの何れかを加えたものに特定することにより、被膜の熱伝達が促進される。
【００２１】
上記第１の目的を達成するために、請求項８に記載の発明は、請求項１乃至７の何れか一つに記載の発明において、被膜は、数μｍ〜数十μｍの厚さを有することを趣旨とする。
【００２２】
上記発明の構成によれば、請求項１乃至７の何れか一つに記載の発明の作用に加え、被膜が比較的薄いものとなり、熱応力による剥離が起こり難く、複雑な形状の部位にも均一に形成される。
【００２３】
【発明の実施の形態】
［第１の実施の形態］
以下、本発明の熱交換器をラジエータに具体化した第１の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００２４】
図１に、車両用エンジンの冷却装置に使用されるラジエータ１の縦断面を簡略化して示す。ラジエータ１は、アッパタンク２と、ロアタンク３と、アッパタンク２からロアタンク３へ流体である冷却水を流す複数のチューブ４と、各チューブ４と一体的に設けられた多数のプレートタイプのフィン５とを備える。アッパタンク２には、インレットパイプ６が設けられ、ロアタンク３には、アウトレットパイプ７が設けられる。エンジンのウォータジャケットを巡回して高温となった冷却水は、インレットパイプ６からアッパタンク２に入り、各チューブ４を通じてロアタンク３へ流れ、アウトレットパイプ７より出て再びエンジンへ戻される。各チューブ４を冷却水が流れるとき、その冷却水の熱がチューブ４及び多数のフィン５を通じて空気中に放散される。この実施の形態で、各チューブ４及び多数のフィン５を含む各部材２〜７が、それぞれアルミニウム合金より形成される。
【００２５】
図２は、図１の楕円Ａの部分を拡大して示す断面図である。図２に示すように、ラジエータ１は、各チューブ４の外面及び各フィン５の外面に、ミクロ的に多孔質な被膜８が形成される。ここで、各チューブ４の外面とは、各チューブ４の外表面の全部を意味する。又、各フィン５の外面とは、各フィン５の外表面の全部を意味する。
【００２６】
この実施の形態で、被膜８は、「数μｍ〜数十μｍ」の厚さを有し、一般的なミリオーダのコーティング層と比べ大幅に薄くなっている。具体的に、被膜８の厚さとして、「５〜３０μｍ」が有効である。
【００２７】
この実施の形態で、被膜８は、高輻射率物質より構成される。高輻射率物質とは、吸熱効率及び放熱効率の高い物質である。この高輻射率物質として、少なくとも二酸化珪素（Ｓｉ０２）系又は酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）系の物質を含む物質が使用される。この実施の形態では、高輻射率物質として、二酸化珪素のみが使用される。この場合の最適膜厚は「１０〜２０μｍ」であり、被膜８の輻射率に相当する赤外線放射率は「０．８７」である。
【００２８】
この実施の形態で、被膜８を形成するために「電解析出法」が採用される。この電解析出法では、先ず、アルカリ洗浄剤の中で各チューブ４及び各フィン５のアッセンブリの外面の脱脂が行われる。次に、常温の水中でアッセンブリの洗浄が行われる。その後、高輻射率物質を主成分とする電解溶液中にアッセンブリが浸され、そのアッセンブリが陽極として通電される。これにより、目的とする各チューブ４及び各フィン５の外面にセラミックスの析出が起こり、被膜８が形成される。
【００２９】
図３に、図２の破線円Ｂの部分を拡大して示す。電解析出法を実施したときの初期段階には、図３に示すように、各チューブ４及び各フィン５である基材１０上に、いわゆるアルマイト層１１が形成される。その後、通電を継続すると、セラミックスとの混在層である共析被膜層１２が形成される。続いて、共析被膜層１２が成長することにより、ミクロ的に多孔質なセラミック層１３が形成される。このようにして３層構造の被膜８が形成される。図３に示すように、各層１１〜１３の間の境界は明確ではない。
【００３０】
被膜８の形成は、通常、常温の水中で行われる。従って、被膜８を形成するために高温で焼成することがないので、各チューブ４と各フィン５のアッセンブリが熱により変形することがなく、寸法精度が損なわれることがない。このことが、アルミニウム合金製のアッセンブリに対する被膜８の形成を容易にしている。又、電解析出法は、均一析出性にも優れているので、複雑に入り組んだ各チューブ４と各フィン５との間への被膜８の処理を容易にしている。
【００３１】
図４に、本実施の形態の被膜の表面を拡大した参考写真を示す。この写真から明らかなように、被膜の表面は多孔質であるが、基材に対して非直線的であり、ピンホール状ではなく、孔形状は、概ね不規則であることが分かる。孔径は被膜の材質により異なるが、一般には、二酸化珪素系の物質で大きく、酸化アルミニウム系の物質で、サブミクロンオーダと小さく緻密になる傾向がある。
【００３２】
二酸化珪素系の被膜では、良好な耐食性が得られる。被膜が多孔質でありながら耐食性が良いのは、図３に示すように、基材１０とセラミック層１３との界面に生成している共析被膜層１２が緻密であることによるものと考えられる。又、図３に示すように、被膜８は、基材１０の表面に対して、アルミニウムの陽極酸化被膜、即ち、アルマイト層１１を介して傾斜的に結合していることから、基材１０からの剥離が生じることはなく、基材１０に対する密着性が良好である。加熱と冷却を繰り返すヒートサイクルによっても剥離が生じることはない。被膜８の耐熱性は良好であり、本実施の形態のように基材１０がアルミニウム製の場合には、基材１０よりも高い耐熱性を示すことになる。
【００３３】
以上説明したこの実施の形態のラジエータ１によれば、各チューブ４及び各フィン５の外面にミクロ的に多孔質な被膜８が設けられることから、各チューブ４及び各フィン５の外面の表面積が、それぞれ被膜８により拡大される。従って、各チューブ４を流れる冷却水の熱は、各チューブ４や各フィン５へ伝わり、それらの外面から被膜８を介して空気中へ効率よく放散される。この結果、各チューブ４を流れる冷却水を効率良く冷却することができる。このため、ラジエータ１の放熱性を高めるために、ラジエータ１を大型化したり、フィン５の数を増やしたりする必要がなく、大型化を伴わずにラジエータ１の放熱性を向上させることができる。
【００３４】
ここで、高温となった冷却水によるラジエータ１の加熱を想定した加熱実験について説明する。この実験では、図５に示すように、アルミニウム製のプレート２１の上面２１ａに上記したと同様の被膜８を形成してテストピース２２とした。又、アルミニウム製のプレートのみの対照ピース（図示略）を準備した。そして、６００Ｗの電気ヒータを熱源２３として、テストピース２２を、その下面２１ｂから加熱し、その下面２１ｂの温度変化を計測した。対照ピースについても同様の計測を行った。
【００３５】
図６に、テストピース２２の計測結果を、図７に、対照ピースの計測結果をそれぞれグラフに示す。図６，７から明らかなように、加熱開始後２０００秒の到達温度は、テストピース２２では「３１５℃」であり、対照ピースの「３７０℃」より「５５℃」低く、テストピース２２の方が暖まり難いことが分かる。又、図６，７から明らかなように、最高温度は、テストピース２２で「３６０℃」であり、対照ピースの「４６５℃」より「１０５℃」低く、テストピース２２の方で温度上昇が大幅に抑えられていることが分かる。この実験結果から、本実施の形態のラジエータ１についても、冷却水が持つ高熱を、被膜８を設けた各チューブ４及び各フィン５の外面から有効に放散できることが推測できる。
【００３６】
又、この実施の形態のラジエータ１では、各チューブ４及び各フィン５の外面に対し、電解析出法により薄い被膜８を形成するだけなので、比較的簡易な構成によりラジエータ１の放熱性を向上させることができ、被膜８について高い信頼性を確保することができる。
【００３７】
この実施の形態では、被膜８が「数μｍ〜数十μｍ」の厚さであることから、被膜８が比較的薄いものとなり、熱応力による剥離が起こり難く、複雑な形状の部位にも均一に形成される。このことから、被膜８の耐久性を向上させることができ、各チューブ４と各フィン５との間の入り組んだ部位にも高品質な被膜８を容易に設けることができる。
【００３８】
この実施の形態では、被膜８が高輻射率物質、特に、二酸化珪素により構成されることから、被膜８の熱伝達が促進される。このため、各チューブ４及び各フィン５では、冷却水から伝わる熱が、被膜８により効率良く放散されることになる。この意味でも、ラジエータ１としての放熱性を向上させることができ、各チューブ４を流れる冷却水を効率良く冷却することができる。
【００３９】
この実施の形態では、各チューブ４及び各フィン５の外面に対する被膜８の密着性が良好であることから、化学的にも安定となり、酸性度の高い凝縮水に対しても安定した耐食性を得ることができ、アルミニウム合金製のラジエータ１に腐食による欠損を生じ難くすることができる。
【００４０】
［第２の実施の形態］
次に、本発明の熱交換器をラジエータに具体化した第２の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００４１】
尚、本実施の形態を含む以下の各実施の形態で、第１の実施の形態と同一の構成要素については、同一の符号を付して説明を省略し、以下には異なった点を中心に説明する。
【００４２】
図８には、図２に準ずる断面図を示す。このラジエータにおいて、各チューブ４及び各フィン５の外面に設けられた被膜８の表面には、高撥液性を有する薄膜９が設けられる。この実施の形態で、被膜８の厚さ、組成、輻射率及び被膜８の形成方法等について、第１の実施の形態のそれと同じである。
【００４３】
一方、この実施の形態で、薄膜９は「０．１ｎｍ〜１０ｎｍ」の厚さを有し、被膜８の「数μｍ〜数十μｍ」のオーダに比べて極めて薄いものとなっている。
【００４４】
この実施の形態で、薄膜９は、フルオロアルキルシラン（ＦＡＳ）系の物質を含む物質より構成される。ＦＡＳ系物質を含む薄膜９は、その表面が超低表面エネルギー化しており、撥水性、撥油性、防汚性及び離型性に優れる。
【００４５】
ＦＡＳ系物質としては、例えば、「ＣＦ３（ＣＦ２）７（ＣＨ２）２Ｓｉ（ＯＣＨ３）３」が使用されるが、基材である各チューブ４及び各フィン５の金属表面と強く結合するものであればよい。具体的には、下記に示す化学式１において、アルコキシド又は塩素等の官能基（化学式１の「Ｘ」）を有するＦＡＳが特に好適である。フルオロアルキシル鎖が短いと、基材に十分な撥液性能が付与できないことから、化学式１において「ｎ≧３」となるのが望ましい。ＦＡＳの部分加水分解物や、その物質の混合物であってもよい。
ＣＦ３（ＣＦ２）ｎ（ＣＨ２）２ＳｉＸ３ ・・・（化学式１）
ここで、「ｎ」は「３〜１５」の整数で、「Ｘ」はアルコキシド又は塩素等の官能基である。
【００４６】
この実施の形態で、薄膜９を形成するために以下に説明する「蒸着法」が採用される。
先ず、蒸着の前工程として、洗浄と乾燥が行われる。洗浄工程では、予め被膜８を形成した各チューブ４及び各フィン５のアッセンブリがワークとして浴槽に浸され、その表面がアルカリ洗浄される。乾燥工程では、洗浄後のワークがエアブロー乾燥される。
【００４７】
次に、蒸着の第１工程では、ワークが処理容器の中に取り付けられる。蒸着の第２工程では、処理容器が加熱され、同容器の中にＦＡＳ系物質の蒸気がキャリアガスと共に流される。このとき、ワークの表面にＦＡＳ系物質を含む物質の蒸気が接触し、凝結して有機−無機複合の薄膜９が形成される。この第２工程の進行に伴い、薄膜９の厚みが増す。処理時間が短ければ、分子レベルの極めて薄い薄膜９が形成される。薄膜９の厚みは処理時間により調整することができる。温度、時間、ＦＡＳ系物質、水蒸気の濃度を管理することにより、所望の厚さ（０．１〜１０ｎｍ）の薄膜９を形成することができる。その後、蒸着の第３工程で、処理容器に対する加熱と、蒸気とキャリアガスの供給を停止させる。そして、処理容器からワークを取り出すことにより一連の工程が終了する。
【００４８】
このようにして各チューブ４及び各フィン５の外面に形成された被膜８の表面に、高撥液性を含む薄膜９が形成される。
【００４９】
図９には、図８の破線円Ｂの部分を拡大して示す。薄膜９は、図９に破線で示すように、ミクロ的に多孔質なセラミック層１３の凸凹表面に沿って均一に形成される。
【００５０】
図１０に、本実施の形態の薄膜の表面を拡大した参考写真を示す。この写真から明らかなように、薄膜の表面は、その下に存在する被膜の凸凹表面の形態と大差はない。即ち、被膜の表面は多孔質であるが、基材に対して非直線的であり、ピンホール状ではなく、孔形状は、概ね不規則となっている。孔径は被膜の材質により異なるが、一般には、二酸化珪素系の物質で大きく、酸化アルミニウム系の物質で、サブミクロンオーダと小さく緻密になる傾向がある。そして、この写真から分かるように、薄膜の表面も被膜と同様に多孔質となり、孔形状は、基材に対して非直線的で、ピンホール状ではなく、概ね不規則となり、被膜の表面の特徴をそのまま残していることが分かる。
【００５１】
この薄膜の表面は、融雪塩等に対する耐蝕性に優れ、超低表面エネルギー化しており、撥水性、撥油性、防汚性及び離型性等に優れる。離型性に優れることから、汚損物質の付着が抑制される。又、撥水性及び撥油性に優れることから、薄膜の表面に接触した液体は液滴化する。図１１に、薄膜の表面に置かれた水滴を拡大した参考写真を示す。この写真から明らかなように、薄膜の表面に落とされた水は、ほぼ球体をなす複数の水滴に分離し、撥水性が極めて高いことが分かる。このような撥水性の高さから、離型性の高さが推測できる。
【００５２】
以上説明したこの実施の形態のラジエータによれば、各チューブ４及び各フィン５の外面に被膜８を設けただけの第１の実施の形態のラジエータ１と基本的に同じ作用及び効果を得ることができる。
【００５３】
この実施の形態のラジエータで、被膜８による作用及び効果が、各チューブ４や各フィン５に被膜８を設けただけの場合のそれと大差がなく、被膜８の特徴が薄膜９により損なわれていないのは、以下の理由によるものと考えられる。
【００５４】
即ち、薄膜９の厚さが「０．１ｎｍ〜１０ｎｍ」と極めて薄く、被膜８のミクロ的に多孔質な凸凹表面を埋めることなくその凹凸に沿って均一に形成されることで、被膜８の多孔質な凸凹表面の特質が損なわれないからである。つまり、被膜８の凸凹表面の特質をそのまま保つことができるのである。仮に、薄膜９がチューブ４やフィン５の外面に直接形成されたとしても、同様にその表面の特質を保つことができることになる。
【００５５】
この実施の形態では、チューブ４やフィン５の被膜８の表面に高撥液性を含む薄膜９が設けられることから、被膜８の表面が高撥液性を有する薄膜９により超低表面エネルギー化して、汚れが付き難くなる。特に、この実施の形態では、ラジエータが車両のフロントグリル等の汚れた雰囲気中に設置されることから、そのような雰囲気中でも、チューブ４やフィン５の外面に砂埃や泥水等の汚損物質が付き難くなる。このため、放熱機能を発揮するチューブ４やフィン５の耐汚損性を高めることができる。つまり、ラジエータとして、耐汚損性に優れ、高い放熱性を長く持続させることができる。
【００５６】
ここで、チューブ４やフィン５の汚損を想定した耐汚損実験について説明する。この実験では、アルミニウム合金製の供試板の表面に本実施の形態の被膜及び薄膜９形成してテストピースとして準備した。又、被膜と薄膜の代わりに表面をテフロン（登録商標）加工したアルミニウム合金製の供試板を第１対照ピースとして準備した。更に、被膜も薄膜も持たないアルミニウム合金製の供試板を第２対照ピースとして準備した。そして、これらテストピース、第１対照ピース及び第２対照ピースの表面を、ＪＩＳ８種粉体を含む泥水により汚損・乾燥させ、それら表面上の汚損面積を測定して比較した。更に、汚損・乾燥後の表面を洗浄した後、再びその表面上の汚損面積を測定して比較した。
【００５７】
図１２に、上記実験結果の表面の描写絵を、テストピース、第１対照ピース及び第２対照ピースの間で比較して上下２段の表に示す。上段の描写絵は、「汚水乾燥後」の表面汚損状態を示すものであり、左から順に「未処理」（第２対照ピース）、「テフロン（登録商標）」（第１対照ピース）及び「本実施の形態」（テストピース）の違いを示す。下段の描写絵は、「洗浄後」の汚損状態を示すものであり、配列は上段のそれと同じである。又、図１３には、泥水塗布時の汚損面積をそれぞれ１００％としたときの「泥水乾燥後」と「洗浄後」の汚損面積の占有率の違いをグラフに示す。
【００５８】
図１２，１３から明らかなように、「泥水乾燥後」の汚損面積の違いは、「未処理」のもので「９８％程度」と最も大きく、「テフロン（登録商標）」と「本実施の形態」のものでは、ともに「４０％程度」と少なくなっている。このことから、「本実施の形態」の被膜と薄膜を設けたテストピースでは、「テフロン（登録商標）」の第１対照ピースと同程度に耐汚損性に優れていることが分かる。
【００５９】
一方、図１２，１３から明らかなように、「未処理」の第２対照ピースでは、「泥水乾燥後」と「洗浄後」との間で、汚損の面積占有率で「１６％前後」だけ低下した。「テフロン（登録商標）」の第１対照ピースでは、「泥水乾燥後」と「洗浄後」との間で、「２５％前後」ほど低下した。「本実施の形態」のテストピースでは、「泥水乾燥後」と「洗浄後」との間で、「４０％前後」に低下した。このことから、「本実施の形態」の被膜と薄膜を設けたテストピースでは、「テフロン（登録商標）」の第１対照ピースと同程度に汚損の洗浄性能にも優れていることが分かる。このことは、汚損を雨水等で容易に洗い流すことができることを意味する。
【００６０】
このように「本実施の形態」のテストピースでは、「未処理」の第２対照ピースのものに比べて耐汚損性能が高いことが分かる。又、「本実施の形態」のテストピースでは、「洗浄後」に汚損が殆ど無くなることが分かる。ここで、「本実施の形態」のテストピースの実験結果は、「テフロン（登録商標）」の第１対照ピースのそれと大差がないと言える。しかし、「テフロン（登録商標）」によるコーティング加工では、一般に基材の熱伝達率が低下することから、「本実施の形態」の被膜と薄膜を設けた場合のような良好な放熱特性を得ることが困難である。このようなことから、本実施の形態のチューブ４やフィン５を含むラジエータでは、それらの高い放熱性が、汚損物質により損なわれることが少なく、高い放熱性をメンテナンスフリーで長期間持続できることが分かる。
【００６１】
この実施の形態では、薄膜９が、ＦＡＳ系物質を含む物質より構成されることから、薄膜９の超低表面エネルギー化が促進される。このことから、薄膜９の撥水性、撥油性、防汚性及び離型性を有効に発揮させることができる。このため、各チューブ４や各フィン５の耐汚損性をより一層高めることができる。
【００６２】
この実施の形態では、薄膜９が、「０．１ｎｍ〜１０ｎｍ」の厚さを有することから、薄膜９が極めて薄いものとなり、被膜８のミクロ的に多孔質な凸凹表面の特質が損なわない。このため、薄膜９の下の被膜８が有する効果を有効に発揮させることができる。
【００６３】
［第３の実施の形態］
次に、本発明の熱交換器をラジエータに具体化した第３の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００６４】
この実施の形態では、被膜８の組成の点で、第１の実施の形態のラジエータ１と構成が異なる。即ち、この実施の形態では、被膜８に使用される高輻射率物質として、酸化アルミニウム（Ａｌ２Ｏ３）又は酸化マグネシウム（ＭｇＯ）に四硼化珪素（ＳｉＢ４）又はグラファイトの何れかを加えたものを使用している。即ち、
酸化アルミニウムに四硼化珪素を加えたもの、酸化アルミニウムにグラファイトを加えたもの、酸化マグネシウムに四硼化珪素を加えたもの、或いは、酸化マグネシウムにグラファイトを加えたものが使用される。
【００６５】
従って、この実施の形態のラジエータでも、各チューブ４及び各フィン５の外面に被膜８を設けたので、第１の実施の形態のラジエータ１と基本的に同じ作用及び効果を得ることができる。
【００６６】
ここで、被膜８として、例えば、酸化アルミニウムに四硼化珪素を加えたものを、高輻射率物質として使用した場合の熱的効果のモデル試験について説明する
。
【００６７】
この試験は、図１４に示すように、「φ４０×Ｌ４００」のパイプ２５の中に、ドライヤ２６で入りガス温度「５００℃」の高温ガスを送り込み、測定点Ａ（出ガス温度）と測定点Ｂ（パイプ中央部外面の温度）につき所定時間だけ計測した。図１５には、測定点Ａ，Ｂにおける温度変化をグラフに示す。
【００６８】
ここで、パイプ２５として、図１６に表に示すＮｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３，Ｎｏ．４の四つのサンプルを準備した。Ｎｏ．１のサンプルは、パイプ２５の内面にも外面にも被膜（コーティング）がないものである。Ｎｏ．２のサンプルは、パイプ２５の内面に被膜がなく、外面に被膜があるものであり、本実施の形態のラジエータのチューブ４及びフィン５を想定したものである。Ｎｏ．３のサンプルは、パイプ２５の内面に被膜があり、外面に被膜がないものである。Ｎｏ．４のサンプルは、パイプ２５の内面にも外面にも被膜があるものである。
【００６９】
上記Ｎｏ．１〜Ｎｏ．４のサンプルにつき、測定点Ａ，Ｂにおける最高温度の計測結果を図１７，１８の表に示す。図１７には、パイプはめ込み時（パイプ２５にドライヤ２６を接続した場合）の計測結果を示す。ここで、「Ａ−Ｂ」の欄には、測定点Ａ，Ｂの間の最高温度の温度差を示す。この表から明らかなように、パイプ２５の外面のみに被膜があるＮｏ．２のサンプルで温度差が「１１３℃」と最も大きく、次いで、内面・外面の両方に被膜があるＮｏ．４のサンプルの「９７℃」、内面のみに被膜があるＮｏ．３のサンプルの「８２℃」、内面・外面の両方に被膜がないＮｏ．１のサンプルの「７０℃」の順に放熱効果が良いことが分かった。この結果から、本実施の形態のラジエータのチューブ４及びフィン５を想定したＮｏ．２のサンプルにつき、パイプ２５における放熱効果が最も高いことが分かった。
【００７０】
図１８には、パイプはめ込みなし時（パイプ２５にドライヤ２６を未接続の場合）の計測結果を示す。ここでも、「Ａ−Ｂ」の欄は、測定点Ａ，Ｂの間の最高温度の温度差を示す。この表から明らかなように、パイプ２５の外面のみに被膜があるＮｏ．２のサンプルで温度差が「６３℃」と最も大きく、次いで、内面・外面の両方に被膜があるＮｏ．４のサンプルの「６２℃」、内面のみに被膜があるＮｏ．３のサンプルの「５２℃」、内面・外面の両方に被膜がないＮｏ．１のサンプルの「４５℃」の順に放熱効果が良いことが分かった。この結果から、本実施の形態のラジエータのチューブ４及びフィン５を想定したＮｏ．２のサンプルにつき、パイプ２５における放熱効果が最も高いことが分かった。ここで、Ｎｏ．２のサンプルとＮｏ．４のサンプルの間で温度差に大差はないと言える。しかし、Ｎｏ．４のサンプルの場合には、パイプ２５の内面にも被膜を形成しなければならず、そのための手間と材料コストを削減できることを考慮すれば、Ｎｏ．２のサンプルの場合の方が優れていると言える。
【００７１】
尚、この発明は前記各実施の形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱することのない範囲で以下のように実施することもできる。
【００７２】
（１）前記各実施の形態では、各チューブ４と各フィン５の両方の外面に被膜８を設けたり、被膜８及び薄膜９を設けたりしたが、各チューブと各フィンの何れか一方の外面に被膜を設けたり、被膜及び薄膜を設けるようにしてもよい。
【００７３】
（２）前記各実施の形態では、本発明の熱交換器をラジエータに具体化したが、流体であるオイルを流す金属製のチューブと、そのチューブに一体的に設けられた多数の金属製のフィンとを備え、チューブを流れるオイルの熱をチューブ及び多数のフィンを通じて空気中に放散させるように構成したオイルクーラに、本発明の熱交換器を具体化してもよい。
【００７４】
（３）前記各実施の形態では、本発明の熱交換器を、多数のプレートタイプのフィン５を備えたラジエータに具体化したが、本発明の熱交換器を、図１９に示すように、多数のコルゲートタイプのフィン１５を備えたラジエータやオイルクーラに具体化してもよい。
【００７５】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明の構成によれば、チューブの外面及び多数のフィンの外面の少なくとも一方にミクロ的に多孔質な被膜を設けたので、その外面の表面積がミクロ的に多孔質な被膜により拡大される。従って、チューブを流れる流体の熱が、チューブや多数のフィンの外面で被膜を介して空位中へ効率よく放散される。このため、大型化を伴わずに熱交換器の放熱性を向上させることができる。
【００７６】
請求項２に記載の発明の構成によれば、請求項１に記載の発明において、被膜の表面に高撥液性を有する薄膜を設けたので、被膜の表面が高撥液性を有する薄膜により低表面エネルギー化して、汚れが付き難くなる。このため、請求項１に記載の発明の効果に加え、耐汚損性に優れ、高い放熱性を長く持続させることができる。
【００７７】
請求項３に記載の発明の構成によれば、請求項２に記載の発明において、薄膜がフルオロアルキルシラン系の物質を含むものに特定されることにより、その薄膜の低表面エネルギー化が促進される。このため、請求項２に記載の発明の効果に加え、薄膜の撥水性、撥油性、防汚性及び離型性を有効に発揮させることができ、チューブや各フィンの耐汚損性をより一層高めることができる。
【００７８】
請求項４に記載の発明の構成によれば、請求項２又は３に記載の発明において、薄膜の厚さが０．１ｎｍ〜１０ｎｍに特定されることにより、薄膜が極めて薄いものとなり、被膜のミクロ的に多孔質な凸凹表面の特質が損なわれない。このため、薄膜の下の被膜が有する効果を有効に発揮させることができる。
【００７９】
請求項５に記載の発明の構成によれば、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明において、被膜を高輻射率物質より構成したので、被膜の熱伝達が促進される。このため、請求項１乃至４の何れか一つに記載の発明に加え、熱交換器としての放熱性を向上させることができる。
【００８０】
請求項６に記載の発明の構成によれば、請求項５に記載の発明において、高輻射率物質を、少なくとも二酸化珪素系又は酸化アルミニウム系の物質を含むものとしたので、被膜の熱伝達が促進される。このため、請求項５に記載の発明に加え、熱交換器としての放熱性をより向上させることができる。
【００８１】
請求項７に記載の発明の構成によれば、請求項５に記載の発明において、高輻射率物質を、酸化アルミニウム又は酸化マグネシウムに四硼化珪素又はグラファイトの何れかを加えたものとしたので、被膜の熱伝達が促進される。このため、請求項５に記載の発明に加え、熱交換器としての放熱性をより向上させることができる。
【００８２】
請求項８に記載の発明の構成によれば、請求項１乃至７の何れか一つに記載の発明において、被膜を、数μｍ〜数十μｍの厚さを有するものとしたので、被膜が比較的薄いものとなり、熱応力による剥離が起こり難く、複雑な形状の部位にも均一に形成される。このため、被膜の耐久性を向上させることができ、チューブと各フィンとの間の入り組んだ部位にも高品質な被膜を容易に設けることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係り、ラジエータを簡略化して示す縦断面図である。
【図２】図１の楕円Ａの部分を拡大して示す断面図である。
【図３】図２の破線円Ｂの部分を拡大して示す断面図である。
【図４】被膜の表面を拡大して示す参考写真である。
【図５】加熱実験を示す概念図である。
【図６】テストピースの計測結果を示すグラフである。
【図７】対照ピースの計測結果を示すグラフである。
【図８】第２の実施の形態に係り、図２に準ずる断面図である。
【図９】図８の破線円Ｂの部分を拡大して示す断面図である。
【図１０】薄膜の表面を拡大して示す参考写真である。
【図１１】薄膜の表面に置かれた水滴を拡大して示す参考写真である。
【図１２】実験結果の表面を示す描写絵である。
【図１３】汚損面積の占有率の違いを示すグラフである。
【図１４】第３の実施の形態に係り、熱的効果のモデル試験を示す概念図である。
【図１５】測定点Ａ，Ｂにおける温度変化を示すグラフである。
【図１６】各種サンプルの違いを示す表である。
【図１７】計測結果を示す表である。
【図１８】計測結果を示す表である。
【図１９】別の実施の形態に係り、図２に準ずる断面図である。
【符号の説明】
１ ラジエータ（熱交換器）
４ チューブ
５ フィン
８ 被膜
９ 薄膜
１５ フィン[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to, for example, a heat exchanger mounted on a vehicle or the like and used for heat exchange of a fluid such as cooling water or oil.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, for example, in a vehicle, a heat exchanger is used for heat exchange of a fluid flowing through various devices. For example, in a water-cooled cooling device for a vehicle engine, a radiator is provided as a heat exchanger. The radiator dissipates the heat of the cooling water circulating through the water jacket of the engine into the air. On the other hand, in a hydraulic device of a transmission, an oil cooler is provided as a heat exchanger. The oil cooler dissipates the heat of the oil, which has been used in the hydraulic device and has become hot, into the air.
[0003]
Here, a heat exchanger such as a radiator or an oil cooler includes a tube through which cooling water or oil flows, and a number of fins provided integrally with the tube. The heat of the fluid flowing through the tubes is dissipated into the air from the outer surfaces of the tubes and fins. Therefore, in order to enhance the heat radiation of the heat exchanger, it has been a general measure to increase the size of the heat exchanger or increase the number of fins.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, when the size of the heat exchanger is increased as described above, it is difficult to mount the heat exchanger on a vehicle, which leads to an increase in cost. On the other hand, increasing the number of fins also increased the size of the heat exchanger, leading to an increase in cost. Also, as the number of fins increases, the area of the core increases and the air resistance increases. When heat exchangers are mounted on a vehicle, they are installed on a front grill that is susceptible to the traveling wind, so that an increase in air resistance may affect the traveling performance of the vehicle.
[0005]
Further, if the surface of the heat exchanger is contaminated by adhesion of dust or muddy water, it is not possible to maintain high heat dissipation for a long time. Therefore, in order to maintain the high heat dissipation of the heat exchanger for a long time, it is necessary to enhance the antifouling property of the heat exchanger.
[0006]
The present invention has been made in view of the above circumstances, and a first object of the present invention is to provide a heat exchanger capable of improving heat radiation without increasing the size. A second object of the present invention, in addition to the first object, is to provide a heat exchanger which is excellent in fouling resistance and can maintain high heat radiation for a long time.
[0007]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the first object, the invention according to claim 1 includes a metal tube through which a fluid flows, and a number of metal fins provided integrally with the tube. A heat exchanger for dissipating heat of flowing fluid into air through a tube and a number of fins, wherein a microporous coating is provided on at least one of the outer surface of the tube and the number of fins. I do. Here, the outer surface of the tube means the entire outer surface of the tube. In addition, the outer surface of a large number of fins means the entire outer surface of each fin.
[0008]
According to the configuration of the present invention, the surface area of at least one of the outer surface of the tube and the outer surfaces of the plurality of fins is enlarged by the microporous coating. Therefore, the heat of the fluid flowing through the tube is transmitted to the tube and each fin, and is efficiently dissipated into the air through the coating on the outer surface.
[0009]
In order to achieve the second object, a second aspect of the invention is directed to the first aspect of the invention, in which a thin film having high liquid repellency is provided on the surface of the coating.
[0010]
According to the configuration of the present invention, in addition to the function of the invention described in claim 1, the surface of the coating provided on at least one of the outer surface of the tube and the outer surfaces of the plurality of fins has a low surface due to the thin film having high liquid repellency It becomes energy and is hardly stained.
[0011]
In order to achieve the second object, a third aspect of the invention is directed to the invention of the second aspect, wherein the thin film contains a fluoroalkylsilane-based substance.
[0012]
According to the structure of the above invention, in addition to the effect of the invention described in claim 2, the reduction in surface energy of the thin film is promoted by specifying that the thin film contains a fluoroalkylsilane-based substance.
[0013]
In order to achieve the second object, the invention according to claim 4 is characterized in that, in the invention according to claim 2 or 3, the thin film has a thickness of 0.1 nm to 10 nm.
[0014]
According to the configuration of the present invention, in addition to the function of the invention described in claim 2 or 3, the thin film becomes relatively extremely thin.
[0015]
In order to achieve the first object, the invention according to claim 5 is characterized in that, in the invention according to any one of claims 1 to 4, the coating is made of a high-emissivity substance. And
[0016]
According to the configuration of the present invention, in addition to the effect of the invention described in any one of claims 1 to 4, the heat transfer of the coating is promoted because the coating is made of a high emissivity substance.
[0017]
In order to achieve the first object, the invention according to claim 6 is characterized in that, in the invention according to claim 5, the high emissivity substance includes at least a silicon dioxide-based substance or an aluminum oxide-based substance. And
[0018]
According to the structure of the above invention, in addition to the effect of the invention described in claim 5, heat transfer of the coating is promoted by specifying the high emissivity substance as a silicon dioxide-based or aluminum oxide-based substance.
[0019]
In order to achieve the first object, the invention according to claim 7 is the invention according to claim 5, wherein the high-emissivity substance is aluminum oxide or magnesium oxide, either silicon tetraboride or graphite. The purpose is to add
[0020]
According to the structure of the above invention, in addition to the effect of the invention described in claim 5, by specifying the high emissivity substance to aluminum oxide or magnesium oxide plus any of silicon tetraboride or graphite, Heat transfer of the coating is promoted.
[0021]
In order to achieve the first object, the invention according to claim 8 is the invention according to any one of claims 1 to 7, wherein the coating has a thickness of several μm to several tens μm. It is intended.
[0022]
According to the configuration of the present invention, in addition to the effect of the invention according to any one of claims 1 to 7, the coating is relatively thin, and peeling due to thermal stress is unlikely to occur, and even in a portion having a complicated shape. Formed uniformly.
[0023]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
[First Embodiment]
Hereinafter, a first embodiment in which a heat exchanger of the present invention is embodied in a radiator will be described in detail with reference to the drawings.
[0024]
FIG. 1 shows a simplified longitudinal section of a radiator 1 used in a cooling device for a vehicle engine. The radiator 1 includes an upper tank 2, a lower tank 3, a plurality of tubes 4 for flowing cooling water as a fluid from the upper tank 2 to the lower tank 3, and a number of plate-type fins 5 provided integrally with each tube 4. Prepare. The upper tank 2 is provided with an inlet pipe 6, and the lower tank 3 is provided with an outlet pipe 7. The cooling water, which has been heated to a high temperature around the water jacket of the engine, enters the upper tank 2 through the inlet pipe 6, flows into the lower tank 3 through each tube 4, exits through the outlet pipe 7, and is returned to the engine again. When the cooling water flows through each tube 4, the heat of the cooling water is dissipated into the air through the tubes 4 and the plurality of fins 5. In this embodiment, each of the members 2 to 7 including each tube 4 and many fins 5 is formed of an aluminum alloy.
[0025]
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a portion indicated by an ellipse A in FIG. As shown in FIG. 2, in the radiator 1, a microporous coating 8 is formed on the outer surface of each tube 4 and the outer surface of each fin 5. Here, the outer surface of each tube 4 means the entire outer surface of each tube 4. The outer surface of each fin 5 means the entire outer surface of each fin 5.
[0026]
In this embodiment, the coating 8 has a thickness of “several μm to several tens μm”, and is much thinner than a general milli-order coating layer. Specifically, “5 to 30 μm” is effective as the thickness of the coating 8.
[0027]
In this embodiment, the coating 8 is composed of a high emissivity substance. The high emissivity substance is a substance having high heat absorption efficiency and heat radiation efficiency. As the high emissivity substance, at least silicon dioxide (Si0 2 ) -Based or aluminum oxide (Al 2 O 3 ) The substance containing the substance of the system is used. In this embodiment, only silicon dioxide is used as the high emissivity substance. The optimum film thickness in this case is “10 to 20 μm”, and the infrared emissivity corresponding to the emissivity of the coating 8 is “0.87”.
[0028]
In this embodiment, an “electrolytic deposition method” is employed to form the coating 8. In this electrolytic deposition method, first, the outer surfaces of the assemblies of the tubes 4 and the fins 5 are degreased in an alkaline cleaning agent. Next, the assembly is washed in water at room temperature. Thereafter, the assembly is immersed in an electrolytic solution containing a high emissivity substance as a main component, and the assembly is energized as an anode. As a result, the deposition of ceramics occurs on the outer surfaces of the target tubes 4 and the fins 5, and the coating 8 is formed.
[0029]
FIG. 3 is an enlarged view of a portion indicated by a broken circle B in FIG. In the initial stage when the electrolytic deposition method is performed, a so-called alumite layer 11 is formed on each of the tubes 4 and each of the fins 5 as a base material 10 as shown in FIG. Thereafter, when energization is continued, the eutectoid coating layer 12 which is a mixed layer with ceramics is formed. Subsequently, a microporous ceramic layer 13 is formed by growing the eutectoid coating layer 12. Thus, the coating 8 having a three-layer structure is formed. As shown in FIG. 3, the boundaries between the layers 11 to 13 are not clear.
[0030]
The formation of the coating 8 is usually performed in water at normal temperature. Therefore, since the sintering is not performed at a high temperature to form the coating 8, the assembly of each tube 4 and each fin 5 is not deformed by heat, and the dimensional accuracy is not impaired. This facilitates the formation of the coating 8 on the aluminum alloy assembly. In addition, since the electrolytic deposition method is excellent also in the uniform deposition property, the treatment of the coating 8 between each of the tubes 4 and each of the fins 5, which are complicated, is facilitated.
[0031]
FIG. 4 shows a reference photograph in which the surface of the coating of this embodiment is enlarged. As is clear from this photograph, the surface of the coating is porous, but non-linear with respect to the base material, not pinhole-shaped, and the hole shape is generally irregular. Although the pore diameter varies depending on the material of the coating, it is generally large in a silicon dioxide-based material and small in the order of submicrons in an aluminum oxide-based material, and tends to be small.
[0032]
With a silicon dioxide-based coating, good corrosion resistance is obtained. It is considered that the reason why the coating has good corrosion resistance while being porous is that the eutectoid coating layer 12 generated at the interface between the base material 10 and the ceramic layer 13 is dense as shown in FIG. . Further, as shown in FIG. 3, since the coating 8 is bonded to the surface of the substrate 10 by an anodized aluminum film, that is, the alumite layer 11, the coating 8 is inclined from the substrate 10. Does not occur, and the adhesion to the substrate 10 is good. Peeling does not occur even by a heat cycle in which heating and cooling are repeated. The heat resistance of the coating 8 is good, and when the base material 10 is made of aluminum as in the present embodiment, the heat resistance is higher than that of the base material 10.
[0033]
According to the radiator 1 of this embodiment described above, since the microporous coating 8 is provided on the outer surface of each tube 4 and each fin 5, the surface area of the outer surface of each tube 4 and each fin 5 is reduced. , Respectively, are enlarged by the coating 8. Therefore, the heat of the cooling water flowing through each tube 4 is transmitted to each tube 4 and each fin 5, and is efficiently radiated from the outer surface of the tube 4 to the air via the coating 8. As a result, the cooling water flowing through each tube 4 can be efficiently cooled. Therefore, it is not necessary to increase the size of the radiator 1 or increase the number of the fins 5 in order to increase the heat radiation of the radiator 1, and the heat radiation of the radiator 1 can be improved without increasing the size.
[0034]
Here, a heating experiment assuming the heating of the radiator 1 by the high-temperature cooling water will be described. In this experiment, as shown in FIG. 5, a coating 8 similar to that described above was formed on an upper surface 21a of an aluminum plate 21 to form a test piece 22. Further, a control piece (not shown) having only an aluminum plate was prepared. Then, the test piece 22 was heated from its lower surface 21b using an electric heater of 600 W as a heat source 23, and the temperature change of the lower surface 21b was measured. The same measurement was performed for the control piece.
[0035]
FIG. 6 is a graph showing the measurement result of the test piece 22, and FIG. 7 is a graph showing the measurement result of the control piece. As apparent from FIGS. 6 and 7, the temperature reached 2000 seconds after the start of heating is “315 ° C.” in the test piece 22, “55 ° C.” lower than “370 ° C.” of the control piece, and Is difficult to warm up. 6 and 7, the maximum temperature is “360 ° C.” in the test piece 22, “105 ° C.” lower than “465 ° C.” of the control piece, and the temperature rise is higher in the test piece 22. It can be seen that it is greatly suppressed. From this experimental result, it can be inferred that the radiator 1 of the present embodiment can also effectively dissipate the high heat of the cooling water from the outer surfaces of the tubes 4 and the fins 5 provided with the coating 8.
[0036]
Further, in the radiator 1 of this embodiment, since only the thin film 8 is formed on the outer surface of each tube 4 and each fin 5 by the electrolytic deposition method, the heat radiation of the radiator 1 is improved by a relatively simple configuration. And high reliability of the coating 8 can be secured.
[0037]
In this embodiment, since the coating 8 has a thickness of “several μm to several tens μm”, the coating 8 is relatively thin, hardly peels off due to thermal stress, and is uniform even in a portion having a complicated shape. Formed. Accordingly, the durability of the coating 8 can be improved, and the high-quality coating 8 can be easily provided also at a complicated portion between each tube 4 and each fin 5.
[0038]
In this embodiment, since the coating 8 is made of a high-emissivity substance, particularly silicon dioxide, heat transfer of the coating 8 is promoted. Therefore, in each tube 4 and each fin 5, heat transmitted from the cooling water is efficiently radiated by the coating 8. Also in this sense, the heat radiation as the radiator 1 can be improved, and the cooling water flowing through each tube 4 can be efficiently cooled.
[0039]
In this embodiment, since the adhesion of the coating 8 to the outer surfaces of the tubes 4 and the fins 5 is good, it is chemically stable, and stable corrosion resistance to condensed water having high acidity is obtained. The radiator 1 made of an aluminum alloy can be hardly damaged by corrosion.
[0040]
[Second embodiment]
Next, a second embodiment in which the heat exchanger of the present invention is embodied in a radiator will be described in detail with reference to the drawings.
[0041]
In the following embodiments including this embodiment, the same components as those in the first embodiment will be denoted by the same reference numerals, and description thereof will be omitted, and different points will be mainly described below. Will be described.
[0042]
FIG. 8 shows a cross-sectional view according to FIG. In this radiator, a thin film 9 having high liquid repellency is provided on the surface of the coating 8 provided on the outer surface of each tube 4 and each fin 5. In this embodiment, the thickness, composition, emissivity, method of forming the coating 8, and the like of the coating 8 are the same as those of the first embodiment.
[0043]
On the other hand, in this embodiment, the thin film 9 has a thickness of “0.1 nm to 10 nm”, which is extremely thin compared to the order of “several μm to several tens μm” of the coating 8.
[0044]
In this embodiment, the thin film 9 is made of a material containing a fluoroalkylsilane (FAS) -based material. The surface of the thin film 9 containing the FAS-based material has an ultra-low surface energy, and is excellent in water repellency, oil repellency, antifouling property, and releasability.
[0045]
As the FAS-based substance, for example, “CF 3 (CF 2 ) 7 (CH 2 ) 2 Si (OCH 3 ) 3 Is used as long as it strongly binds to the metal surface of each tube 4 and each fin 5 as the base material. Specifically, in the following chemical formula 1, FAS having a functional group such as alkoxide or chlorine (“X” in chemical formula 1) is particularly preferable. If the fluoroalkyl chain is short, sufficient lyophobic performance cannot be imparted to the substrate, so that “n ≧ 3” in Chemical Formula 1 is desirable. It may be a partial hydrolyzate of FAS or a mixture of such substances.
CF 3 (CF 2 ) n (CH 2 ) 2 Six 3 ... (Chemical formula 1)
Here, “n” is an integer of “3 to 15”, and “X” is a functional group such as alkoxide or chlorine.
[0046]
In this embodiment, an “evaporation method” described below is employed to form the thin film 9.
First, cleaning and drying are performed as a pre-process of vapor deposition. In the cleaning step, the assembly of each tube 4 and each fin 5 on which the coating 8 has been formed in advance is immersed in a bathtub as a work, and the surface thereof is alkali-cleaned. In the drying step, the cleaned work is air blow dried.
[0047]
Next, in a first step of vapor deposition, a workpiece is mounted in a processing container. In the second step of the vapor deposition, the processing vessel is heated, and the vapor of the FAS-based material flows into the vessel together with the carrier gas. At this time, the vapor of the substance containing the FAS-based substance comes into contact with the surface of the work and condenses to form the organic-inorganic composite thin film 9. As the second step proceeds, the thickness of the thin film 9 increases. If the processing time is short, a very thin film 9 at the molecular level is formed. The thickness of the thin film 9 can be adjusted by the processing time. The thin film 9 having a desired thickness (0.1 to 10 nm) can be formed by controlling the temperature, the time, the concentration of the FAS-based substance, and the concentration of the water vapor. Then, in the third step of vapor deposition, heating of the processing container and supply of steam and carrier gas are stopped. Then, a series of steps is completed by removing the work from the processing container.
[0048]
In this manner, a thin film 9 having high liquid repellency is formed on the surface of the coating 8 formed on the outer surface of each tube 4 and each fin 5.
[0049]
FIG. 9 is an enlarged view of a portion indicated by a broken circle B in FIG. The thin film 9 is formed uniformly along the uneven surface of the microporous ceramic layer 13 as shown by a broken line in FIG.
[0050]
FIG. 10 shows a reference photograph in which the surface of the thin film of this embodiment is enlarged. As is apparent from this photograph, the surface of the thin film is not much different from the morphology of the uneven surface of the underlying film. That is, although the surface of the coating is porous, it is non-linear with respect to the substrate, not pinhole-shaped, and the hole shape is substantially irregular. Although the pore diameter varies depending on the material of the coating, it is generally large in a silicon dioxide-based material and small in the order of submicrons in an aluminum oxide-based material, and tends to be small. And, as can be seen from this photograph, the surface of the thin film is also porous like the coating, and the pore shape is non-linear with respect to the base material, not pinhole-shaped, but generally irregular, and the surface of the coating is not irregular. It can be seen that the features are left as they are.
[0051]
The surface of this thin film is excellent in corrosion resistance to snow melting salt and the like, has an extremely low surface energy, and is excellent in water repellency, oil repellency, antifouling property, mold release property, and the like. Due to the excellent releasability, adhesion of fouling substances is suppressed. Further, the liquid in contact with the surface of the thin film is formed into droplets because of its excellent water and oil repellency. FIG. 11 shows an enlarged reference photograph of a water drop placed on the surface of the thin film. As is clear from this photograph, the water dropped on the surface of the thin film is separated into a plurality of substantially spherical water droplets, and the water repellency is extremely high. From such high water repellency, it is possible to infer the high releasability.
[0052]
According to the radiator of this embodiment described above, it is possible to obtain basically the same operation and effect as the radiator 1 of the first embodiment in which the coating 8 is provided on the outer surface of each tube 4 and each fin 5. Can be.
[0053]
In the radiator of this embodiment, the operation and effect of the coating 8 are not much different from those in the case where the coating 8 is merely provided on each tube 4 and each fin 5, and the characteristics of the coating 8 are not impaired by the thin film 9. This is considered to be due to the following reasons.
[0054]
In other words, the thickness of the thin film 9 is extremely small, such as “0.1 nm to 10 nm”, and is uniformly formed along the irregularities without filling the microscopically porous uneven surface of the coating 8, so that This is because the characteristics of the porous uneven surface are not impaired. That is, the characteristics of the uneven surface of the coating 8 can be kept as it is. Even if the thin film 9 is formed directly on the outer surface of the tube 4 or the fin 5, the characteristics of the surface can be similarly maintained.
[0055]
In this embodiment, since the thin film 9 having high liquid repellency is provided on the surface of the coating 8 of the tubes 4 and the fins 5, the surface of the coating 8 has a very low surface energy by the thin film 9 having high liquid repellency. And it becomes difficult to adhere. Particularly, in this embodiment, since the radiator is installed in a dirty atmosphere such as a front grill of a vehicle, even in such an atmosphere, pollutants such as dust and muddy water adhere to the outer surfaces of the tubes 4 and the fins 5. It becomes difficult. For this reason, the fouling resistance of the tube 4 and the fin 5 exhibiting the heat radiation function can be improved. That is, as a radiator, the radiator is excellent in stain resistance and can maintain high heat dissipation for a long time.
[0056]
Here, a stain resistance test assuming that the tube 4 and the fin 5 are stained will be described. In this experiment, the coating of the present embodiment and the thin film 9 were formed on the surface of a test plate made of an aluminum alloy to prepare a test piece. In addition, a test plate made of an aluminum alloy whose surface was processed with Teflon (registered trademark) instead of the film and the thin film was prepared as a first control piece. Further, a test plate made of an aluminum alloy having neither a coating nor a thin film was prepared as a second control piece. The surfaces of the test piece, the first control piece and the second control piece were soiled and dried with muddy water containing JIS type 8 powder, and the soiled areas on the surfaces were measured and compared. Furthermore, after cleaning the soiled and dried surface, the soiled area on the surface was measured again and compared.
[0057]
FIG. 12 shows a pictorial drawing of the surface of the above experimental results in a two-tiered table in which the test piece, the first control piece, and the second control piece are compared. The upper part of the depiction shows the state of surface contamination after “sewage drying”. From the left, “untreated” (second control piece), “Teflon (registered trademark)” (first control piece), and “ The difference of the present embodiment (test piece) is shown. The lower picture shows the stained state "after washing", and the arrangement is the same as that of the upper picture. FIG. 13 is a graph showing the difference in the occupation ratio of the soiled area between “after the muddy water drying” and “after the washing” when the soiled area upon applying the muddy water is 100%.
[0058]
As is clear from FIGS. 12 and 13, the difference in the soiled area after “drying with muddy water” is the largest for “untreated”, “about 98%”, and the difference between “Teflon (registered trademark)” and “ In the case of the "type", both are as small as "about 40%". From this, it can be seen that the test piece provided with the coating and the thin film of “the present embodiment” has the same excellent stain resistance as the first control piece of “Teflon (registered trademark)”.
[0059]
On the other hand, as is clear from FIGS. 12 and 13, in the “untreated” second control piece, between “after muddy water drying” and “after washing”, the area occupancy of fouling is only “around 16%”. Dropped. In the first control piece of “Teflon (registered trademark)”, “about 25%” decreased between “after muddy water drying” and “after washing”. In the test piece of the present embodiment, the value was reduced to "about 40%" between "after muddy water drying" and "after washing". From this, it can be seen that the test piece provided with the coating and the thin film of “the present embodiment” has the same excellent cleaning performance of the stain as the first control piece of “Teflon (registered trademark)”. This means that the stain can be easily washed away with rainwater or the like.
[0060]
As described above, it can be seen that the test piece of “the present embodiment” has higher antifouling performance than that of the “untreated” second control piece. In addition, in the test piece of the present embodiment, it is found that there is almost no contamination after the cleaning. Here, it can be said that the experimental result of the test piece of “the present embodiment” is not much different from that of the first control piece of “Teflon (registered trademark)”. However, in the coating process using “Teflon (registered trademark)”, the heat transfer coefficient of the base material generally decreases, so that good heat radiation characteristics as in the case of providing the coating and the thin film of “the present embodiment” are obtained. It is difficult. Thus, in the radiator including the tubes 4 and the fins 5 of the present embodiment, it is understood that their high heat dissipation is less likely to be impaired by the fouling substance, and the high heat dissipation can be maintained for a long time without any maintenance. .
[0061]
In this embodiment, since the thin film 9 is made of a material containing an FAS-based material, the ultra-low surface energy of the thin film 9 is promoted. From this, the water repellency, oil repellency, antifouling property and releasability of the thin film 9 can be effectively exhibited. Therefore, the stain resistance of each tube 4 and each fin 5 can be further enhanced.
[0062]
In this embodiment, since the thin film 9 has a thickness of “0.1 nm to 10 nm”, the thin film 9 is extremely thin, and the characteristics of the microporous uneven surface of the coating 8 are not impaired. Therefore, the effect of the coating 8 under the thin film 9 can be effectively exerted.
[0063]
[Third Embodiment]
Next, a third embodiment in which the heat exchanger of the present invention is embodied in a radiator will be described in detail with reference to the drawings.
[0064]
This embodiment is different from the radiator 1 of the first embodiment in the composition of the coating 8. That is, in this embodiment, aluminum oxide (Al) is used as the high emissivity substance used for the coating 8. 2 O 3 ) Or magnesium oxide (MgO) with silicon tetraboride (SiB 4 ) Or graphite. That is,
A material obtained by adding silicon tetraboride to aluminum oxide, a material obtained by adding graphite to aluminum oxide, a material obtained by adding silicon tetraboride to magnesium oxide, or a material obtained by adding graphite to magnesium oxide are used.
[0065]
Therefore, also in the radiator of this embodiment, since the coating 8 is provided on the outer surface of each tube 4 and each fin 5, basically the same operation and effect as the radiator 1 of the first embodiment can be obtained.
[0066]
Here, a description will be given of a model test of a thermal effect when, for example, a material obtained by adding silicon tetraboride to aluminum oxide as the coating 8 is used as a high emissivity substance.
.
[0067]
In this test, as shown in FIG. 14, a high-temperature gas having an incoming gas temperature of “500 ° C.” was sent by a dryer 26 into a pipe 25 of “φ40 × L400”, and a measurement point A (outgas temperature) and a measurement point were measured. B (temperature of the outer surface of the center of the pipe) was measured for a predetermined time. FIG. 15 is a graph showing temperature changes at the measurement points A and B.
[0068]
Here, as the pipe 25, No. shown in the table in FIG. 1, No. 2, No. 3, No. Four samples of four were prepared. No. The sample No. 1 has no coating on the inner and outer surfaces of the pipe 25. No. The sample No. 2 has no coating on the inner surface of the pipe 25 and has a coating on the outer surface, and assumes the radiator tube 4 and the fin 5 of the present embodiment. No. The sample No. 3 has a coating on the inner surface of the pipe 25 and no coating on the outer surface. No. The sample No. 4 has a coating on both the inner surface and the outer surface of the pipe 25.
[0069]
The above No. 1 to No. 17 and 18 show the measurement results of the maximum temperatures at the measurement points A and B for the sample No. 4. FIG. 17 shows the measurement results when the pipe is fitted (when the dryer 26 is connected to the pipe 25). Here, the column of “AB” indicates the temperature difference between the maximum temperatures between the measurement points A and B. As is clear from this table, No. 2 having a coating only on the outer surface of the pipe 25. Sample No. 2 has the largest temperature difference of “113 ° C.”, and then has a coating on both the inner and outer surfaces. Sample No. 4 was “97 ° C.”, with no coating on the inner surface only. No. 3 sample “82 ° C.”, No coating on both inner and outer surfaces. It was found that the heat radiation effect was good in the order of “70 ° C.” of Sample No. 1. From these results, the radiator tubes 4 and fins 5 according to the present embodiment are assumed to have the No. 4 and fins 5. It was found that the heat dissipation effect of the pipe 25 was the highest for the sample No. 2.
[0070]
FIG. 18 shows a measurement result when the pipe is not fitted (when the dryer 26 is not connected to the pipe 25). Again, the column of “AB” indicates the temperature difference between the maximum temperatures between the measurement points A and B. As is clear from this table, No. 2 having a coating only on the outer surface of the pipe 25. Sample No. 2 had the largest temperature difference of “63 ° C.”, followed by No. 2 having a coating on both the inner and outer surfaces. No. 4 of the sample No. 4 having “62 ° C.” and a coating on the inner surface only. No. 3 of the sample of “52 ° C.”, having no coating on both the inner and outer surfaces. It was found that the heat dissipation effect was good in the order of "45 ° C." From these results, the radiator tubes 4 and fins 5 according to the present embodiment are assumed to have the No. 4 and fins 5. It was found that the heat dissipation effect of the pipe 25 was the highest for the sample No. 2. Here, No. Sample No. 2 and No. 2 It can be said that there is no great difference in temperature difference between the four samples. However, no. In the case of the sample No. 4, a coating must also be formed on the inner surface of the pipe 25, and taking into account that the labor and material cost for that can be reduced, No. It can be said that the case of sample 2 is better.
[0071]
It should be noted that the present invention is not limited to the above-described embodiments, and can be carried out as follows without departing from the spirit of the invention.
[0072]
(1) In each of the above embodiments, the coating 8 or the coating 8 and the thin film 9 are provided on the outer surfaces of both the tubes 4 and the fins 5. However, the outer surface of any one of the tubes and the fins is provided. May be provided with a coating or a coating and a thin film.
[0073]
(2) In each of the above embodiments, the heat exchanger of the present invention is embodied as a radiator. However, a metal tube through which oil as a fluid flows, and a large number of metal tubes provided integrally with the tube. The heat exchanger of the present invention may be embodied in an oil cooler having fins and configured to dissipate heat of oil flowing through the tube into the air through the tube and the plurality of fins.
[0074]
(3) In each of the above embodiments, the heat exchanger of the present invention is embodied as a radiator provided with a large number of plate-type fins 5. However, as shown in FIG. It may be embodied as a radiator or an oil cooler provided with a large number of corrugated fins 15.
[0075]
【The invention's effect】
According to the first aspect of the present invention, since the microporous coating is provided on at least one of the outer surface of the tube and the outer surfaces of the plurality of fins, the surface of the outer surface is microporous. Is enlarged by Therefore, the heat of the fluid flowing through the tube is efficiently dissipated into the empty space through the coating on the outer surface of the tube and the plurality of fins. For this reason, the heat dissipation of the heat exchanger can be improved without increasing the size.
[0076]
According to the configuration of the invention described in claim 2, in the invention described in claim 1, the thin film having high liquid repellency is provided on the surface of the film, so that the surface of the film has high liquid repellency. The surface energy is reduced, making it difficult for dirt to adhere. For this reason, in addition to the effect of the first aspect of the present invention, excellent antifouling properties and high heat dissipation can be maintained for a long time.
[0077]
According to the configuration of the third aspect of the invention, in the second aspect of the invention, the thin film is specified to contain a fluoroalkylsilane-based substance, so that the surface energy of the thin film is reduced. You. For this reason, in addition to the effect of the invention described in claim 2, it is possible to effectively exhibit water repellency, oil repellency, antifouling property, and mold release property of the thin film, and to further improve the stain resistance of the tube and each fin. Can be enhanced.
[0078]
According to the configuration of the invention described in claim 4, in the invention described in claim 2 or 3, the thickness of the thin film is specified to be 0.1 nm to 10 nm, so that the thin film becomes extremely thin, and The characteristics of the microporous uneven surface are not impaired. Therefore, the effect of the film under the thin film can be effectively exerted.
[0079]
According to the structure of the fifth aspect of the invention, in the invention of any one of the first to fourth aspects, since the coating is made of a high-emissivity substance, heat transfer of the coating is promoted. For this reason, in addition to the invention described in any one of the first to fourth aspects, it is possible to improve the heat radiation as a heat exchanger.
[0080]
According to the configuration of the invention described in claim 6, in the invention described in claim 5, the high emissivity substance includes at least a silicon dioxide-based or aluminum oxide-based substance, so that heat transfer of the coating film is reduced. Promoted. For this reason, in addition to the fifth aspect of the invention, the heat radiation as the heat exchanger can be further improved.
[0081]
According to the structure of the invention described in claim 7, in the invention described in claim 5, the high-emissivity substance is obtained by adding any of silicon tetraboride or graphite to aluminum oxide or magnesium oxide. In addition, heat transfer of the coating is promoted. For this reason, in addition to the fifth aspect of the invention, the heat radiation as the heat exchanger can be further improved.
[0082]
According to the structure of the invention described in claim 8, in the invention according to any one of claims 1 to 7, the coating has a thickness of several μm to several tens μm. It is relatively thin, is unlikely to be peeled off by thermal stress, and is uniformly formed on a portion having a complicated shape. For this reason, the durability of the coating can be improved, and a high-quality coating can be easily provided even at a complicated portion between the tube and each fin.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a longitudinal sectional view schematically showing a radiator according to a first embodiment.
FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view showing a portion of an ellipse A in FIG.
FIG. 3 is a cross-sectional view showing a portion indicated by a broken circle B in FIG. 2 in an enlarged manner.
FIG. 4 is a reference photograph showing an enlarged surface of a coating.
FIG. 5 is a conceptual diagram showing a heating experiment.
FIG. 6 is a graph showing measurement results of a test piece.
FIG. 7 is a graph showing measurement results of a control piece.
FIG. 8 is a cross-sectional view according to the second embodiment and corresponding to FIG. 2;
FIG. 9 is a cross-sectional view showing a portion indicated by a broken circle B in FIG. 8 in an enlarged manner.
FIG. 10 is an enlarged reference photograph showing the surface of a thin film.
FIG. 11 is a reference photograph showing a water droplet placed on the surface of a thin film in an enlarged manner.
FIG. 12 is a depiction of the surface of the experimental result.
FIG. 13 is a graph showing the difference in the occupation ratio of the soiled area.
FIG. 14 is a conceptual diagram showing a model test of a thermal effect according to the third embodiment.
FIG. 15 is a graph showing temperature changes at measurement points A and B.
FIG. 16 is a table showing the differences between various samples.
FIG. 17 is a table showing measurement results.
FIG. 18 is a table showing measurement results.
FIG. 19 is a cross-sectional view according to another embodiment, which is similar to FIG. 2;
[Explanation of symbols]
1 radiator (heat exchanger)
4 tubes
5 Fins
8 Coating
9 Thin film
15 Fins
