JP2012220080A - 熱交換器のコーティング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は空気調和機における熱交換器のコーティング方法に関し、表面の凹凸を補修し、汚れの付着防止特性の回復、及び、防食効果の持続を得られる熱交換器のコーティング方法を得ることを目的とする。
【解決手段】この発明に係る空気調和機の熱交換器のコーティング方法は、空気調和機の熱交換器を構成するアルミフィンに施されている第一の親水膜の上に、この第一の親水膜とは異なる性質を有する第二の親水膜を塗布する工程と、第二の親水膜の上に、シリカ微粒子とフッ素樹脂粒子とを含む親水性及び疎水性の両特性を有するコーティング膜を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。
【選択図】図１

Description

この発明は、空気調和機における熱交換器のコーティング方法に関し、既に存在するコーティング材の特性を考慮し、汚れの付着防止特性の回復、及び、防食効果の持続をもたらすコーティング方法に関するものである。

一般的に空気調和機は、室内で使用され、その空気を循環させながら熱交換し温度を調整する。そのため、空気調和機の熱交換器には室内の埃や塵、油汚れなどが付着し堆積する。特に、熱交換器に設けられたアルミニウムフィンは複雑な凹凸構造を持つため、フィン同士の間隔が狭く、汚れによる目詰まりが起こりやすい。目詰まりが起こると熱交換効率が低下し、電力量が増加する。また、高温多湿の雰囲気では、熱交換器にカビや細菌が繁殖し、これらが室内に放出されると不衛生であり、不快臭が発生するといった問題がある。このため、通常、定期的に空気調和機をメンテナンスし、熱交換器の洗浄をする必要がある。

従来の空気調和機の熱交換器のメンテナンス方法としては、熱交換器を洗浄用の流体で洗浄し、その後常温で硬化するセラミック被膜を形成するコーティング剤を用いてコーティング被膜を形成する方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００６−１３８５０１号公報

熱交換器には一般的にアルミニウムフィンが使用されているが、冷房運転時の結露水のアルミニウムフィン表面での流動性を高めるため、また防食のため、アルミニウムフィンの表面に親水膜が付与されている。そこで、定期的に清掃等のメンテナンスをする必要がある。

しかし、メンテナンスまでの期間が長いとアルミニウムフィンの親水膜が剥離、薄化、及び劣化し、表面に凹凸ができ、汚れが付着しやすくなったり、防食効果が低減したり、膜の脆化が起こったりする。

そこで、特許文献１では、熱交換器を洗浄した後、アルミニウムフィンに施されている親水膜の上に常温で硬化するセラミック被膜等を塗布する方法が提案されている。
しかしながら、通常、このようなセラミック被膜は薄膜で、さらに気孔が多い構造となるため、アルミニウムフィンに元々塗布されていた親水膜の剥離箇所や、薄化または劣化箇所を補修するまでにはいたらず、表面に凹凸ができ、汚れが付着しやすくなったり、防食効果が低減したり、膜の脆化が起こったりするという問題を解決することができない。

本発明は、上記問題点を解決するためになされたもので、表面に凹凸を補修し、汚れの付着防止特性の回復、及び、防食効果の持続を得られる熱交換器のコーティング方法を得ることを目的とする。

この発明に係る空気調和機の熱交換器のコーティング方法は、空気調和機の熱交換器を構成するアルミニウムフィンに施されている第一の親水膜の上に、この第一の親水膜とは異なる性質を有する第二の親水膜を塗布する工程と、第二の親水膜の上に、シリカ微粒子とフッ素樹脂粒子とを含む親水性及び疎水性の両特性を有するコーティング膜を形成する工程とを含むことを特徴とするものである。

本発明によれば、劣化した第一の親水膜の表面の凹凸を補修することができるため、汚れの付着を抑制し、防食効果を維持することができる。また、第二の親水膜とコーティング膜とが強固に密着するため、親水膜がさらにはがれ難くできる。

本発明の実施の形態１に係る熱交換器のコーティング方法を示す工程図である。 本発明の実施の形態１に係る熱交換器のコーティング過程を示す図である。 コーティング回数と吸着水との関係を示すグラフ コーティング膜と第二の親水膜の密着性を示すモデル

実施の形態１．
次に、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似する部分には、同一又は類似の符号を用いている。但し、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌した上で判断すべきであり、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が実際の場合と異なる場合もありうる。

図１は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器のコーティング方法を示す工程図である。
また、図２は、図１の各工程の状態を示した図である。以下、図を用いて説明する。

図中（ａ）は、本発明の実施の形態１に係る熱交換器のコーティング方法を実施する前の空気調和機の熱交換器を構成するアルミニウムフィンの初期状態を示す。長期間使用されたアルミニウムフィン１の表面に施されていた第一の親水膜２の表面は、空気や水にさらされるため所々剥れ、薄化及び劣化部が存在している可能性がある。また、空気中の埃とか油等の汚れ３が付着している。通常、使用期間が長いほど上記損傷の度合いは大きく、剥れや薄化及び劣化部が占める割合は大きくなる。剥れや薄化部には凹凸が生じているため、その部分に汚れが溜まりやすくなり、十分な防食効果が得られない。さらに、第一の親水膜２の一部は脆化している可能性がある。

図中（ｂ）は、上記（ａ）の初期状態に洗浄処理を施した後の状態を示す。洗浄処理はノズル等を用いて洗浄液を高圧噴射する方法が好ましい。この方法だと、汚れをきれいに落とすことができるのみならず、第一の親水膜２の劣化部分の除去が可能である。第一の親水膜２は市場での長期使用により、劣化して脆くなっている箇所があるため、劣化部を除去することで、第一の親水膜２と第二の親水膜４との密着性をより高めることができる。

洗浄液については、特に限定されないが、酸またはアルカリが好ましい。酸またはアルカリを用いることにより、第一の親水膜２の表面が劣化して低分子化していた場合、劣化部をより効果的に除去することができる。劣化部は脆いため、除去することで、第二の親水膜４との密着性をより高めることが出来る。洗浄処理が施された結果、アルミニウムフィン１からは汚れ３および劣化部が除去され、残存する第一の親水膜２には、剥れや薄化した部分が存在する。

図中（ｃ）は、上記（ｂ）の状態に第二の親水膜４を塗布した後の状態を示す。第二の親水膜４が、第一の親水膜２の剥れや薄化部を補修し、平坦な表面を形成する。次に、第二の親水膜４について説明する。

第二の親水膜４は、０．５μｍ以上５０μｍ以下の膜厚を持つことが望ましい。この範囲の膜厚を有することで、第一の親水膜２の剥れや薄化部を十分に補修することができる。また、第一の親水膜２は一般的に数μｍ程度の厚みを持つので、第二の親水膜の厚みが０．５μｍ未満の場合、第一の親水膜２の剥離部を補修できず、凹凸形状を引き継いでしまう。また、５０μｍより厚い場合、隣り合うアルミニウムフィン１との間隔が狭くなるため、風量低下等を招き、従来の熱交換性能より性能が劣化する可能性がある。

また、第二の親水膜４はＯＨ基、Ｃ＝Ｏ基、または、ＮＨ基等の極性基を多く含むことが望ましい。コーティング膜５は水系コーティング剤を使用するため、塗布して乾燥した後も、膜を構成するシリカ粒子には、吸着水が多量含まれていることが実験より得られている。

図３は、コーティング回数と吸着水との関係を示したグラフであり、コーティング膜５を塗布した後乾燥させた試料において、昇温脱離ガス分析装置を用いて、真空中で試料温度を上昇させ、脱離ガスを質量分析計で検出し水分量を測定した。ここで用いた昇温脱離ガス分析装置はＥＳＣＯ−ＷＡ１０００Ａであり、真空度３×１０^−９Ｔｏｒｒ、１℃／ｓｅｃの条件のもと室温〜１０００℃まで試料台の温度を変化させ、脱離ガスを質量分析計で水分量を測定した。測定質量数はＭ／ｚ＝１８である。

図ではコート回数に応じ、コート無し、コート１回、コート３回のそれぞれの水分量をそれぞれ実線で示した。これらの実線は、ほぼファンデルワールス力により吸着している水分である物理吸着水と水素結合により吸着している水分である化学吸着水とＳｉ−ＯＨのように化学結合しているＯＨ基等に係る化学結合水の積算量からなると考えられる。図から明らかなように、コート回数を増やすほど、水分量が増加しており、コーティング膜５を構成するシリカ粒子には、吸着水、結合水等の水分が多量含まれていることが分かる。

図中（ｄ）は、上記（ｃ）の状態にコーティング膜５を塗布した後の状態を示す。このコーティング膜５のコーティング剤にはシリカ微粒子とフッ素樹脂粒子とを含む親水性及び疎水性の両特性を持つ水系コーティング剤を使用する。第二の親水膜４とコーティング膜５は、第二の親水膜４が持つ極性基とコーティング膜５が有する吸着水とが水素結合を形成することで、強固な密着性を得ることができる。図４は、当該密着性を示すモデル図である。

コーティング膜５は第一の親水膜２とも、ある程度の密着性を得ると考えられるが、長年劣化でアルミニウムフィン１から第一の親水膜２が剥離している場合、アルミニウム表面がむき出しとなっており、アルミニウム表面は疎水性であるため、水系のコーティング剤を用いるコーティング膜５との間で十分な密着性は得られない。さらには塗布すらできない場合もある。

また、第一の親水膜２が脆化している場合も、コーティング膜５との間で十分な密着性は得られないと考えられる。極性基を多く持つ第二の親水膜４を塗布することで、極性基を表面に露出させ、より強固にコーティング膜５を施すことが出来る。第二の親水膜４の材料は一般的な親水性樹脂で、例えばポリビニルアルコールや、ポリアミド樹脂、アミノ樹脂などを含む、水または溶剤を使用したものを用いる。ただし、粘度等の特性については、第一の親水膜２のそれとは異なる特性を有する。第一の親水膜２が、一般的に第一の親水膜２の入った槽中に熱交換器を構成するアルミニウムフィン部分を浸して塗布するのに対し、第二の親水膜４は後述のとおり、噴射または噴霧する方法で塗布することに起因する。

さらに、上述では洗浄剤には酸やアルカリが望ましいとしたが、通常、洗浄後には洗浄剤を落とすため水洗浄を行う必要がある。水洗浄をしなければ、アルミニウムフィン１上に洗浄剤が残留することになり、アルミニウムが腐食してしまうからである。アルミニウムは、通常、ＰＨ３．５以下、または、ＰＨ８．５以上で腐食される。そこで、第二の親水膜４に洗浄剤が酸性の場合はアルカリ性、洗浄剤がアルカリ性の場合は酸性の性質を付与することで、洗浄後の残留洗浄剤を中和することができ、アルミニウムフィン１をＰＨ３．５〜ＰＨ８．５の範囲内に抑えれば、水洗浄工程をする必要がない。

第二の親水膜４にアルカリ性または酸性の性質を付与する方法としては、例えば、炭酸等の弱酸性溶液または炭酸水素ナトリウム等の弱アルカリ性溶液を添加することにより、第二の親水膜４にアルカリ性または酸性にする方法等が考えられる。

第二の親水膜４の塗布方法は、第二の親水膜４の材料を噴射する方法で塗布するのが好ましい。空気調和機が設置された状態、または、組み立てられた状態で容易に塗布することが出来るからである。また、霧状にして噴霧してもよい。

第二の親水膜４の塗布方法は、第二の親水膜４の材料を染み込ませた布等をまとった細い棒状のもの用いて塗布してもよい。この場合、対象とする熱交換器に最適な形に作成したものを用いるのが望ましい。この方法を用いると、親水膜材料は必要な分のみの使用で済む。

次に、本発明の実施の形態１に係るコーティング膜のコーティング剤について説明する。上記説明したコーティング剤に用いられるシリカ微粒子の平均粒径は、光散乱法により測定した場合、１５ｎｍ以下、特に４〜１５ｎｍが好ましい。また、この範囲の粒径を有するシリカ微粒子を用いることで、乾燥させた際、シリカ微粒子同士が凝集し、より緻密な膜が形成されると共に、水系コーティング組成物中に平衡して溶存するシリカ成分が増えるため、バインダーの役割をし、比較的高強度のコーティング膜５を得ることが出来る。

さらに、シリカ微粒子の光散乱が少なくなるため、得られるコーティング膜５の透明性が向上し、部品表面の色調や色合いの変化を抑制することが出来る。シリカ微粒子の平均粒径が４ｎｍ未満の場合はコーティング組成物の安定性が低下し、得られる強度や防汚性能が低下することがある。また、シリカ微粒子の平均粒径が１５ｎｍを超える場合にはコーティング膜５の十分な強度が得られない。

また、コーティング剤に含まれるシリカ微粒子の含有量は０．１〜５質量％であり、好ましくは０．３〜２．５質量％である。この範囲の含有量であれば、後述する吹き付け方法によってもアルミニウムフィン１上に均一で薄いコーティング膜５を形成することが出来る。シリカ含有量が０．１質量％未満の場合、室温でのコーティング膜形成が困難となる。また、シリカ微粒子の含有量が５質量％を超える場合、得られるコーティング膜は不均一で白濁したものとなり、クラックや剥離が生じやすくなる。

また、コーティング剤に含まれるフッ素樹脂粒子の平均粒径は、特に制限されることはないが、好ましくは５０ｎｍ〜５００ｎｍ、より好ましくは１００ｎｍ〜２５０ｎｍである。平均粒径が５００ｎｍを超える場合、得られるコーティング膜の疎水部分が大きくなりすぎたり、コーティング膜５の凹凸が大きくなりすぎたりして、防汚性能が得られないことがある。一方、平均粒径が５０ｎｍ未満になると、コーティング膜５の安定性が得られなかったり、疎水部分がコーティング膜５表面に露出しなくなり、所望の防汚性能を得られなかったりする場合があるからである。

コーティング剤に含有するシリカ微粒子とフッ素樹脂粒子の質量比は、４０：６０〜９５：５であり、好ましくは５０：５０〜９０：１０である。この範囲の質量比であれば、シリカ微粒子で構成される親水部とフッ素樹脂粒子で構成される疎水部とのバランスがよく、常温で硬化することのできるコーティング膜を得ることが出来、所望の防汚性能を有することが出来る。フッ素樹脂粒子の質量比が６０を超えると、コーティング膜が常温の乾燥だけでは固化し難くなる。また、例え固化できても、白濁して風合いを損なったり、所望の強度を有するコーティング膜が得られなかったりする場合がある。一方、フッ素樹脂粒子の質量比が５以下なら、疎水部が小さくなりすぎて、所望の防汚性能を得られない可能性がある。

コーティング剤に含まれる水分は特に制限されることはない。また、水の含有量も特に制限されないが、コーティング方法に合わせて適宜調整するべきである。一般に３０〜９９．５質量％である。また、コーティング組成物としての安定性、塗布性及び乾燥性を調整するために有機溶剤等を混合してもよい。

コーティング剤には、上記成分に加えて、２０〜２００ｎｍの平均粒径を有するシリカ微粒子をさらに含むことが出来る。この範囲を有するシリカ微粒子を含むことで、得られるコーティング膜表面に微小凹凸を形成することが出来、コーティング膜の親水性を向上させることができる。シリカ微粒子の平均粒径が２０ｎｍ未満であると、コーティング膜表面に所望の大きさの凹凸が形成されず、効果が得られないことがある。また、シリカ微粒子の平均粒径が２００ｎｍを超えると、得られるコーティング膜の表面凹凸が大きくなりすぎて、微小な汚れが表面凹凸に捕捉されやすくなり、防汚性能が低下することがある。

コーティング剤には、コーティング組成物の濡れ性やコーティング膜の密着性を向上させる目的で界面活性剤や有機溶剤等を含有してもよい。また、カップリング剤やシラン化合物を含有してもよく、これらを含有すると、コーティング膜強度向上、親水性調整の効果が得られる。

本実施の形態では、アルミニウムフィンから構成される熱交換器のコーティング方法について説明してきたが、特にアルミニウム素材のフィンに限られない。例えば、銅製フィンから構成される熱交換器に対しても同様な方法でコーティングすることで同様な効果が得られる。

本実施の形態で用いられるコーティング膜５の塗布方法は、空気調和機が設置された状態、または、組み立てられた状態で容易に塗布することが出来るように吹き付け方法で塗布するとよい。吹き付ける溶液は、霧状にして噴霧してもよい。

本実施の形態で用いられる第二の親水膜４の塗布方法及びコーティング膜５の塗布方法に関し、熱交換器を本体から分離可能な場合であれば、浸漬法を用いることもできる。浸漬法を用いれば、塗り残しがなくなり、十分な防汚性能、防食効果を得られる。

１ アルミニウムフィン、２ 第一の親水膜、３ 汚れ、４ 第二の親水膜、５ コーティング膜

Claims (4)

1. 空気調和機の熱交換器を構成するフィンに施されている第一の親水膜の上に、前記第一の親水膜とは異なる性質を有する第二の親水膜を塗布する工程と、前記第二の親水膜の上に、シリカ微粒子とフッ素樹脂粒子とを含む親水性及び疎水性の両特性を持つコーティング膜を形成する工程とを有することを特徴とする熱交換器のコーティング方法。
2. 前記コーティング膜は、平均粒径が２〜１５ｎｍのシリカ微粒子と、平均粒径が５０〜５００ｎｍのフッ素樹脂粒子とを含有することを特徴とする前記請求項１記載の熱交換器のコーティング方法。
3. 前記第二の親水膜は、０．５μｍ以上５０μｍ以下の膜厚により形成されることを特徴とする前記請求項１または前記請求項２のいずれかに記載の熱交換器のコーティング方法。
4. 前記第二の親水膜は、アルカリ性または酸性の所定のｐＨ値を有することを特徴とする前記請求項１乃至前記請求項３のいずれか一項に記載の熱交換器のコーティング方法。

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