JP2008101854A - 熱交換器 - Google Patents

Abstract

【課題】脱臭抗菌機能を有しつつ、カビの繁殖を抑制する防カビ機能を有する熱交換器を提供する。
【解決手段】熱交換器は、内部に冷媒を流すパイプと、多数枚並べてパイプを貫通させ且つフィン素材の上に親水層１２を形成した板状フィンとを備え、親水層１２の中にナノ粒子の脱臭抗菌材１４と共にミクロン粒子の防カビ剤１５を添加したものである。
【選択図】図２

Description

本発明は、熱交換器に係り、特に、エアコン、冷蔵庫、除湿機、自動車等の機器に用いられる板状フィンを有する熱交換器に好適なものである。

従来のエアコンに用いられる熱交換器としては、特開２００６−１３８５６７号公報（特許文献１）に示されたものがある。この熱交換器は、内部に冷媒を流す銅パイプと、多数枚並べて前記銅パイプを貫通させ且つアルミフィン素材の上に親水層を形成したアルミフィンとを備え、酸化チタンに亜鉛を担持させた平均粒子径が１０ｎｍの脱臭抗菌材を親水層の中にアルミフィン素材側よりも表面側が密に分布するように添加したものである。

特開２００６−１３８５６７号公報

エアコンに用いられる熱交換器では、室内空気の循環により浮遊塵埃、浮遊微生物が熱交換器の板状フィンの表面に集まりやすく、冷房運転時の熱交換器への結露水により機内が多湿となり、カビが繁殖し易い条件下となるため、カビの繁殖を抑制することが望まれる。しかし、上述した特許熱交換器５文献１の熱交換器は、タバコ、食品を料理するときに発生する汚染物質による不快臭の脱臭を念頭においたものであって、カビが繁殖する事を積極的に抑制するものではなかった。

また、熱交換器が用いられる機器では、性能向上及び快適性がより一層強く求められており、熱交換器における熱交換性能及び脱臭性能のさらなる向上が望まれている。

本発明の第１の目的は、脱臭抗菌機能を有しつつ、カビの繁殖を抑制する防カビ機能を有する熱交換器を提供することにある。

本発明の第２の目的は、親水性を向上して熱交換性能及び脱臭性能が優れた熱交換器を提供することにある。

前述の第１の目的を達成するための本発明の第１の態様は、内部に冷媒を流すパイプと、多数枚並べて前記パイプを貫通させ且つフィン素材の上に親水層を形成した板状フィンとを備えた熱交換器において、前記親水層の中にナノ粒子の脱臭抗菌材と共にミクロン粒子の防カビ剤を添加したことにある。

係る本発明の第１の態様におけるより好ましい具体的構成例は次の通りである。
（１）前記パイプとして銅パイプを用い、前記板状フィンとしてアルミフィンを用い、前記脱臭抗菌材として酸化チタンに亜鉛を担持させたナノ粒子の脱臭抗菌材を用い、前記防カビ剤としてミクロン粒子の有機系の防カビ剤を用いたこと。
（２）前記親水層の中に前記脱臭抗菌材及び前記防カビ剤と共にナノ粒子のカーボンブラックを添加したこと。
（３）前記防カビ剤としてミクロン粒子のジンクピリチオンを用いたこと。
（４）前記カーボンブラックとして前記脱臭抗菌材の平均粒子径より大きな平均粒子径を有するカーボンブラックを用いたこと。
（５）前記脱臭抗菌材の平均粒子径が約５ｎｍであり、前記カーボンブラックの平均粒子径が２０から４０ｎｍの範囲内であること。

また、前述の第２の目的を達成するための本発明の第２の態様は、内部に冷媒を流すパイプと、多数枚並べて前記パイプを貫通させ且つフィン素材の上に親水層を形成したアルミフィンとを備えた熱交換器において、前記親水層の中に酸化チタンに亜鉛を担持させたナノ粒子の脱臭抗菌材とナノ粒子のカーボンブラックとを添加したことにある。

係る本発明の第１の実施形態によれば、脱臭抗菌機能を有しつつ、カビの繁殖を抑制する防カビ機能を有する熱交換器を提供することができる。

また、係る本発明の第２の実施形態によれば、親水性を向上して熱交換性能及び脱臭性能が優れた熱交換器を提供することができる。

以下、本発明の複数の実施形態について図を用いて説明する。各実施形態の図における同一符号は同一物または相当物を示す。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態の熱交換器を図１及び図２を用いて説明する。

まず、本実施形態の熱交換器５を適用したルームエアコンを、図１を参照しながら説明する。図１は本実施形態の熱交換器５を適用したルームエアコンの室内機５０の縦断面図である。

ルームエアコンの室内機５０は、クロスフィン型の熱交換器５、通風ファン６及びこれらを収納した筐体１を構成要素として備えている。

筐体１は、化粧枠２と台枠３とから構成され、上下に吸込み口１ａ、吹出し口１ｂを有している。通風ファン６は，貫流ファンで構成され、筐体１内の中央部に配置されている。この通風ファン６は、白抜き矢印で示すように、室内空気を吸込み口１ａから吸込んで吹出し口１ｂから吹出すように動作する。

熱交換器５は、内部に冷媒を流す銅パイプ５ａと、多数枚並べて銅パイプ５ａを貫通し且つアルミフィン素材の上に脱臭抗菌機能及び防カビ機能を持った親水層１２（図２参照）を有するアルミフィン５ｂとを備えて構成されている。この熱交換器５は、室内空気を冷却または加熱するための冷媒が銅パイプ５ａの内部を流れる。この熱交換器５は概略逆Ｖ字状に形成され、筐体１内を通る室内空気と熱交換するように、通風ファン６の吸込み側に配置されている。熱交換器５の前後の両下端部には露受け皿４ａ、４ｂが設置されている。

エアフィルタ７及びプレフィルタ８は、室内空気の除塵や空気清浄を行なうためのものであり、熱交換器５の吸込み側に配置されている。空気調和された室内空気は吹出し口１ｂから室内へ吹出される。

風向羽根９は、熱交換器５にて熱交換された空気を室内に吐出する際の風向を変更するためのものであり、吹出し口１ｂに設置された上下風向羽根９ａと左右風向羽根９ｂとからなっている。上下風向羽根９ａは、冷房運転時と暖房運転時とで上下の風向方向を変更すると共に、各運転における上下の風向を所定角度に設定またはスイングするように制御される。左右風向羽根９ｂは、各運転時における左右の風向を所定角度またはスイングするように制御される。

ルームエアコンの冷房運転時には、室内空気は、吸込み口１ａより筐体１内に吸込まれ、プレフィルタ８及びエアフィルタ７で除塵及び空気清浄され、さらには熱交換器５で冷却された後、通風ファン６から吹出し口１ｂを通して室内へ吹出される。室内空気中の水分は熱交換器５で冷却される際に結露され、その結露水は露受け皿４ａ、４ｂを通して外部に排出される。筐体１内を通る室内空気は、表面積の大きい脱臭抗菌機能付き熱交換器５と接触するため、効率よく空気中の臭気成分を除去することができる。また、熱交換器５は、冷房運転時の熱交換器への結露水により機内が多湿となり、カビが繁殖し易い条件下となるが、防カビ機能を有しているため、カビの繁殖を抑制できる。

次に、熱交換器５のアルミフィン５ｂの詳細を図２を参照しながら説明する。図２は本実施形態の熱交換器５のアルミフィン５ｂの表面部分の断面拡大模式図である。

熱交換器５のアルミフィン５ｂは、アルミフィン素材１０の表面上に、下地処理層１１、親水層１２、保護層１３の順に形成して構成されている。親水層１２及び保護層１３の中には脱臭抗菌材１４及び防カビ剤１５が添加されている。

親水層１２は、アルミフィン５ｂの表面を親水性にするためのものであり、下地処理層１１を介してアルミフィン素材１０上に形成されている。下地処理層１１は親水層１２をアルミフィン素材１０上に形成できるように処理するためのものである。保護層１３は、熱交換器が完成するまでの保護を目的とするものであり、主にポリエチレングリコールからなり、ルームエアコンを運転したときに熱交換器表面に生成される結露水で洗い流されてしまうものである。従って、ルームエアコンの運転が開始された後は、親水層１２が露出されて室内空気と接触することとなる。

脱臭抗菌材１４は、上記特許文献１と基本的は同一の構成で用いられている。従って、本実施形態でも、特許文献１からも明らかなように、次に述べる機能を奏することができる。

即ち、脱臭抗菌材１４は、酸化チタンに亜鉛を担持させたナノ粒子の脱臭抗菌材であり、親水層１２の中にアルミフィン素材側よりも表面側が密に分布されるように添加されている。脱臭抗菌材１４が表面側に密に分布されていることにより、僅かな光でも表面に吸着される臭気成分を十分に酸化分解して除去することができ、高い脱臭性能を得ることができる。

また、ナノ粒子の脱臭抗菌材を親水層１２に添加したものであるので、親水層１２の密着性及び親水性の低下を抑制できると共に、薄い親水層１２の表面側に脱臭抗菌材１４を密に分布して添加することができる。なお、本実施形態では、平均粒径が約５ｎｍであるナノ粒子の脱臭抗菌材１４が添加されている。

更には、銅よりイオン化傾向が大きい亜鉛を酸化チタンに担持させているので、結露時に亜鉛と銅パイプとの間で局部電流腐食が発生することを防止できると共に、担持させた亜鉛による高い脱臭性能を得ることができる。

そして、脱臭抗菌材１４は、保護層１３の方よりも親水層１２の方に多く添加されている。具体的には、親水層１２及び保護層１３に添加した脱臭抗菌材１４の８０％以上が親水層１２に分布されている。これによって、保護層１３を用いた場合に、脱臭抗菌材１４の使用量を抑制して安価なものとしつつ、高い光触媒脱臭抗菌性能を確保することができる。

一方、親水層１２、保護層１３に添加される防カビ剤１５は、ミクロン粒子径の防カビ剤が用いられている。これによって、脱臭抗菌材１４の添加を阻害することなく防カビ剤１５を親水層１２に添加することができ、脱臭抗菌機能を阻害することなく防カビ機能を得ることができ、熱交換器５におけるカビの繁殖を抑制することができる。

また、防カビ剤１５は、ミクロン粒子の有機系の防カビ剤、具体的には水への溶解性が低くハロー効果が期待できるジンクピリチオンが用いられている。これによって、熱交換器５におけるカビの繁殖をより長期的に抑制することができる。

脱臭抗菌材１４及び防カビ剤１５を添加した親水層１１及び保護層１３の成形方法は、親水層溶液と保護層溶液と脱臭抗菌材１４及び防カビ剤１５を含む水溶液とを混合し、この混合液をアルミ素材１０の表面に焼成することを除いて、特許文献１に実施形態に記載された親水層１１及び保護層１３の成形方法と基本的には同じである。
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態の熱交換器５について図３から図６を用いて説明する。図３は本発明の第２実施形態の熱交換器５のアルミフィン５ｂの表面部分の断面拡大模式図である。この第２実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第２実施形態は、親水層１２及び保護層１３の中にナノ粒子の脱臭抗菌材１４及びミクロン粒子の防カビ剤１５と共にナノ粒子のカーボンブラック１６も添加している。これによって、脱臭抗菌材１４及び防カビ剤１５の添加を阻害することなくカーボンブラック１６を親水層１２に添加することができ、脱臭抗菌機能及び防カビ機能を阻害することなく、親水性を向上することができる。カーボンブラック１６の平均粒子径は、脱臭抗菌材１４の平均粒径より大きく、１０から１００ｎｍ、好ましくは２０から４０ｎｍの範囲内である。以下に、具体的に説明する。

上述した第１実施形態の熱交換器５では、親水層１２の中に防カビ剤１５を添加することにより、カビ抑制効果は向上するが、親水層１２の本来の性能である親水性が低下することが懸念される。そこで、防カビ剤１５としてジンクピリチオンを使用しその添加量を変えた試作アルミフィンサンプルを作製して、アルミフィンサンプル表面に水滴を垂らした時の水滴の接触角を測定する方法で親水性を評価した。

図４は熱交換器における防カビ剤１５の添加量と接触角との関係を示すグラフであり、作製したアルミフィンサンプルの前処理としてフィン抜き時に使用する加工油に浸漬して乾燥し、その後１２０時間流水浸漬する耐久性試験を行ない、親水性を測定した結果である。その結果は、図４の接触角１７に示す通り、防カビ剤１５の添加量を増やすほど親水性が低下することが判った。

親水性が低下すると、ルームエアコンの冷房運転時、熱交換器５のフィン５ｂとフィン５ｂとの間に凝縮水がブリッジ状になり、冷房能力を低下させることが懸念される。そこで、カーボンブラック１６の添加量を変えた試作アルミフィンを作製して、アルミフィン表面に水滴を垂らした時の水滴の接触角を測定する方法で親水性を評価した。

図５はカーボンブラック１６の添加量と接触角との関係を示すグラフであり、防カビ剤の評価と同様、作製したアルミフィンサンプルの前処理としてフィン抜き時に使用する加工油に浸漬して乾燥し、その後１２０時間流水浸漬する耐久性試験を行ない、親水性を測定した結果である。その結果は、図５の接触角１８に示す通り、カーボンブラック１６を添加することで親水性を向上できることが判った。この親水性の向上によって、熱交換器５のフィン５ｂとフィン５ｂとの間に凝縮水がブリッジ状になることを防止して熱交換性能向上することができると共に、熱交換器５に付着した臭い物質を結露水で流して臭いも軽減できる。

図６は防カビ剤及びカーボンブラックの添加有無と接触角との関係を示すグラフであり、総合評価である。接触角１９は防カビ剤及びカーボンブラックとも無添加（従来例）、接触角２０は防カビ剤のみ添加（第１実施形態）、接触角２１は防カビ剤及びカーボンブラックとも添加（第２実施形態）、接触角２２はカーボンブラックのみ添加（後述する第３実施形態）をしたときの接触角を示す。その結果、第１実施形態は従来例よりも親水性が低下するが、第２実施形態は従来例及び第１実施形態よりも親水性が向上できることが判った。

更に、カーボンブラック１６を添加して親水性を向上させることで室内機５０より吐出される臭気の変化について説明する。図７はカーボンブラック１６を添加した熱交換器と添加しない熱交換器５を作製して、それぞれ室内機５０に組込み、ルームエアコンを運転し、その時に吐出される空気の臭いの強さを示したグラフである。

具体的には、室内機５０を密閉された室内に設置して、その部屋で焼肉等を焼き、いわゆる生活臭いを室内機５０に付ける。次いで、このルームエアコンを冷房運転した後に暖房運転し、その時に吐出される空気を臭い袋にサンプルする。そのサンプルした空気を臭い測定器にて臭いの強さを測定したものである。

臭気指数２３はカーボンブラック１６を添加していない場合の臭気指数、臭気指数２４はカーボンブラック１６を添加した場合の臭気指数を示す。この結果、カーボンブラック１６を添加して親水性を向上させることで、熱交換器５に付着した臭い物質が冷房運転時の結露水で流され、室内機５０より吐出され、臭いも軽減できることが判った。
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態の熱交換器５について図８を用いて説明する。図８は本発明の第３実施形態の熱交換器５のアルミフィン５ｂの表面部分の断面拡大模式図である。この第３実施形態は、次に述べる点で第１実施形態と相違するものであり、その他の点については第１実施形態と基本的には同一であるので、重複する説明を省略する。

この第３実施形態は、親水層１２及び保護層１３の中にナノ粒子の脱臭抗菌材１と共にナノ粒子のカーボンブラック１６も添加している。これによって、脱臭抗菌材１４の添加を阻害することなくカーボンブラック１６を親水層１２に添加することができ、脱臭抗菌機能することなく、親水性を向上することができる。なお、親水性の向上の効果は第２実施形態で説明した通りであるので、重複する説明を省略する。

本発明の第１実施形態の熱交換器を適用したルームエアコンの室内機の縦断面図である。 第１実施形態の熱交換器のアルミフィンの表面部分の断面拡大模式図である。 本発明の第２実施形態の熱交換器のアルミフィンの表面部分の断面拡大模式図である。 熱交換器における防カビ剤の添加量と接触角との関係を示す図である。 熱交換器におけるカーボンブラックの添加量と接触角との関係を示す図である。 熱交換器における防カビ剤及びカーボンブラックの添加有無と接触角との関係を示す図である。 熱交換器におけるカーボンブラックの添加有無と臭気指数との関係を示す図である。 本発明の第３実施形態の熱交換器のアルミフィンの表面部分の断面拡大模式図である。

符号の説明

１…筐体、１ａ…吸込み口、１ｂ…吹出し口、２…化粧枠、３…台枠、４…露受け皿、５…熱交換器、５ａ…銅パイプ、５ｂ…アルミフィン、６…通風ファン、７…エアフィルタ、８…プレフィルタ、９…風向羽根、９ａ…上下風向羽根、９ｂ…左右風向羽根、１０…アルミフィン素材、１１…下地処理層、１２…親水層、１３…保護層、１４…脱臭抗菌材、１５…防カビ剤（ジンクピリチオン）、１６…カーボンブラック、１７〜２２…接触角、２３、２４…臭気指数、５０…室内機。

Claims (7)

1. 内部に冷媒を流すパイプと、多数枚並べて前記パイプを貫通させ且つフィン素材の上に親水層を形成した板状フィンとを備えた熱交換器において、
   前記親水層の中にナノ粒子の脱臭抗菌材と共にミクロン粒子の防カビ剤を添加したことを特徴とする熱交換器。
2. 請求項１において、前記パイプとして銅パイプを用い、前記板状フィンとしてアルミフィンを用い、前記脱臭抗菌材として酸化チタンに亜鉛を担持させたナノ粒子の脱臭抗菌材を用い、前記防カビ剤としてミクロン粒子の有機系の防カビ剤を用いたことを特徴とする熱交換器。
3. 請求項２において、前記親水層の中に前記脱臭抗菌材及び前記防カビ剤と共にナノ粒子のカーボンブラックを添加したことを特徴とする熱交換器。
4. 請求項３において、前記防カビ剤としてミクロン粒子のジンクピリチオンを用いたことを特徴とする熱交換器。
5. 請求項４において、前記カーボンブラックとして前記脱臭抗菌材の平均粒子径より大きな平均粒子径を有するカーボンブラックを用いたことを特徴とする熱交換器。
6. 請求項５において、前記脱臭抗菌材の平均粒子径が約５ｎｍであり、前記カーボンブラックの平均粒子径が２０から４０ｎｍの範囲内であることを特徴とする熱交換器。
7. 内部に冷媒を流すパイプと、多数枚並べて前記パイプを貫通させ且つフィン素材の上に親水層を形成したアルミフィンとを備えた熱交換器において、
   前記親水層の中に酸化チタンに亜鉛を担持させたナノ粒子の脱臭抗菌材とナノ粒子のカーボンブラックとを添加した
   ことを特徴とする熱交換器。

Images