JP2016061526A

JP2016061526A - 熱交換器

Info

Publication number: JP2016061526A
Application number: JP2014191678A
Authority: JP
Inventors: 美香川北; Mika Kawakita; 勝則岩瀬; Katsunori Iwase; 松田　厚範; Atsunori Matsuda; 厚範松田; 照久奥野; Teruhisa Okuno
Original assignee: Toyohashi University of Technology NUC; Denso Corp
Current assignee: Toyohashi University of Technology NUC; Denso Corp
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-04-25

Abstract

【課題】親水層に疎水性被膜が形成された撥水性基材を備える熱交換器の撥水性能を向上させる。【解決手段】内部に冷媒が流れるチューブ１１１と、当該チューブ１１１と一体に設けられるフィン１１２とを備える熱交換器において、チューブ１１１またはフィン１１２の少なくとも一方は、表面に疎水性を有する撥水性基材１から構成され、撥水性基材１は、基体１０と、基体１０を被覆する被覆層１１とを有し、被覆層１１は、基体１０との界面に設けられた親水層１２と、最上層に設けられた疎水性を有する疎水性被膜１３とを含む複数層で形成されており、撥水性基材１の疎水性被膜３が設けられた側から被覆層１１の吸光度を赤外分光光度計を用いて測定すると、疎水性被膜３に由来するピーク強度が親水層２に由来するピーク強度よりも大きくなっている。【選択図】図８

Description

本発明は、チューブまたはフィンの少なくとも一方が撥水性基材から構成される熱交換器に関する。

基材表面に発生する凝縮水に対して、良好な撥水性能を発揮する撥水性基材として、例えば、特許文献１に記載の技術が知られている。特許文献１に記載の撥水性基材は、表面に多数の突起を含む凹凸部が形成され、この凹凸部に疎水性被膜が形成されている。

これにより、疎水性被膜が形成された凹凸部で発生する凝縮水を基材表面から浮き上がらせるため、凝縮水が凹部に停滞する状態を回避できる。凹部の外に押し出された水滴は、例えば風圧等の外部からの力によって容易に移動させて除去することができるため、良好な撥水性能を発揮させることができる。

特開２０１３−３６７３３号公報

しかしながら、従来技術の撥水性基材は、凝縮水が発生する状態に長くさらされると撥水性能が徐々に低下し、基材表面に付着した凝縮水が除去されなくなって、基材表面に留まってしまうという問題があった。

本発明は上記点に鑑み、基材表面に疎水性被膜が形成された撥水性基材を備える熱交換器の撥水性能を向上させることを目的とする。

上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、内部に冷媒が流れるチューブ（１１１）と、当該チューブ（１１１）と一体に設けられるフィン（１１２）とを備える熱交換器であって、
前記チューブ（１１１）または前記フィン（１１２）の少なくとも一方は、表面に疎水性を有する撥水性基材（１）から構成され、前記撥水性基材（１）は、基体（１０）と、前記基体（１０）を被覆する被覆層（１１）とを有し、前記被覆層（１１）は、前記基体（１０）との界面に設けられた親水層（１２）と、最上層に設けられた疎水性を有する疎水性被膜（１３）とを含む複数層で形成されており、
前記撥水性基材（１）の前記疎水性被膜（１３）が設けられた側から前記被覆層（１１）の吸光度を赤外分光光度計を用いて測定すると、前記疎水性被膜（１３）に由来するピーク強度が前記親水層（１２）に由来するピーク強度よりも大きいことを特徴としている。

このように、撥水性基材（１）の被覆層（１１）の吸光度を赤外分光光度計を用いて測定した場合に、疎水性被膜（１３）に由来するピーク強度が親水層（１２）に由来するピーク強度よりも大きいことで特定する事ができる撥水性基材（１）であれば、親水層（１２）における疎水性被膜（１３）が形成されていない部分を極力少なくすることができる。これにより、本発明の熱交換器では、凝縮水の滞留箇所が減少し、長期間にわたって撥水性能の低下を抑制することができ、耐久性を向上させることができる。

本発明の熱交換器に適用される撥水性基材は、アルミニウム製板材を８０℃〜２００℃の範囲に含まれる温度の水あるいは水蒸気に接触させて、アルミニウム製板材の表面にアルミニウムオキシ水酸化物であるベーマイトを形成するベーマイト化基材作製工程と、ベーマイト化基材を３５０℃を上回る温度に加熱する第１熱処理工程と、アルキルシランまたはフルオロアルキルシランを含む溶液にベーマイト化基材を浸漬してベーマイト化基材にアルキル鎖またはフルオロアルキル鎖を有する薄膜を形成する被覆工程と、アルキル鎖またはフルオロアルキル鎖を有する薄膜で被覆されたベーマイト化基材を１００℃〜３００℃の範囲に含まれる温度に加熱する第２熱処理工程とによって、製造することができる。

なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。

疎水性被膜が形成された撥水性基材の一部を示す模式図である。撥水性基材の撥水作用を説明するための模式図である。撥水性基材を用いた熱交換器の斜視図である。撥水性基材の作製工程を説明するための図である。親水層と疎水性被膜との結合を説明するための図である。親水層と疎水性被膜との結合の欠陥を説明するための図である。撥水性基材の吸光度を赤外分光光度計で測定した結果を示す図である。撥水性基材の吸光度を赤外分光光度計で測定した結果を示す図である。撥水性基材の滑落角を測定した結果を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図１〜図９を参照して説明する。

図１及び図２に示す撥水性基材１は、本発明に係る撥水性基材の一例であり、この形態のみに限定されるものではない。

図１に示すように、撥水性基材１は、基体１０と、その表面に設けられた被覆層１１を備えている。基体１０は、撥水性基材１の本体部（基部）を構成している。また、被覆層１１は、基体１０との界面に設けられた親水層１２と、最上層に設けられた疎水性被膜１３とを備えている。

親水層１２は、凹凸状になっており、基部１２ａと、基部１２ａから突出する多数の突起１２ｂから構成されている。突起１２ｂは、基部１２ａの表面からの突出高さがＨである花弁状構造となっている。多数の突起１２ｂは、撥水性基材１に形成される花弁構造を構成し、親水性面１１に凹凸面を形成する。親水層１２には水酸基が存在しており、親水性が付与されている。ここでいう親水性とは、２０℃における水との接触角が６０゜以下（好ましくは５０゜以下）のことである。

なお、図１は、撥水性基材１の親水層１２における詳細な構造を理解しやすくするために、模式的に表した図であり、実際の構造よりも単純化して示している。例えば、隣り合う突起１２ｂの先端側は互いに交差したり重なったりする場合があり、突起１２ｂは基部１２ａからまっすぐに延びずに、湾曲するように延びたり、折曲がって延びたりする場合がある。

図１に示すように、親水層１２は疎水性被膜１３で覆われており、親水層１２の突起１２ｂ及び基部１２ａには、疎水性被膜１３によって無数の毛状部が形成されている。疎水性被膜１３は、例えばフッ素系の膜剤であり、撥水性基材１の表面に発生する凝縮水を表面に付着する状態から浮き上がらせ、例えば風圧等によって容易に表面から取り除くことができる超撥水性の被膜を構成する。ここでいう疎水性とは、撥水性基材１の表面に風等の外力が作用した場合に撥水性基材１の表面上の水が移動可能な程度に、撥水性基材１の表面において水を浮き上がらせることができる性質のことであり、２０℃における水との接触角が６０゜を超える（好ましくは９０゜以上）ことである。

撥水性基材１の最上層に形成される疎水性被膜１３は、花弁状構造を備える凹凸部の上面に存在し、水滴を浮き上がらせる作用を奏する膜である。疎水性被膜１３は、フッ素系の膜剤の一例である長鎖フルオロアルキル鎖、長鎖アルキル鎖等を有する有機シランとして、例えばフルオロアルキルシランを用いることができる。フルオロアルキルシランは、下記の構造を有するフルオロアルキルシラン基を含むことが好ましい。

ＣＦ₃（ＣＦ₂）ｎＣＨ₂ＣＨ₂−Ｓｉ（ＯＲ）₃
ＲはＣＨ₃、Ｃ₂Ｈ₅、ＣＨ₂ＣＨ₂ＣＨ₃の何れかであり、ｎ＝３〜９である。

本実施形態では、フルオロアルキルシランとしてＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＣ₂Ｈ₅）₃（以下、「ＦＡＳ１７」ともいう）を用いている。

次に、撥水性基材１で凝縮水が発生したときに推定される撥水効果について説明する。例えば、撥水性基材１において空気が冷却されて凝縮水が生じると、図２（ａ）に示すように、凝縮水が集まった水滴２０が突起１２ｂ間の凹部に形成される疎水性被膜１３の表面に発生する。さらに凝縮水が発生すると、図２（ｂ）に示すように、水滴２０は大きくなって凹部全体を埋めるように広がる水滴２１となる。そして、凹部を埋め尽くす水滴２１は、図２（ｃ）に示すように、突起１２ｂの上方にせり出し、図２（ｃ）に示す水滴２２のように、表面張力で球状になり、突起１２ｂの表面の疎水性被膜１３上に軽く乗ったような状態となる。この状態の遷移は、図２（ｃ）の状態の水滴２２に関する表面エネルギーが図２（ｂ）の状態の水滴２１に関する表面エネルギーよりも小さく、水滴の状態は表面エネルギーが小さくなる方向に遷移する傾向にあるから、とも考えられる。

この状態では、水滴２２は、まだ小さく、撥水性基材１の親水層１２における疎水性被膜１３が形成されていない部分において、または親水層１２に存在する例えば水酸基の有する極性の影響等により、親水層１２にある程度の親和力で引き付けられることになり、撥水性基材１から滑落しにくい状態に維持されている。

さらに、図２（ｃ）に示す状態からさらに凝縮水が発生すると、図２（ｃ）の水滴２２はさらに大きくなって突起１２ｂの外で複数の突起１２ｂにまたがるように大きくせり出し、表面張力でさらに大きな球状の水滴２３（図１に図示）になり、複数の突起１２ｂの表面に軽く乗ったような状態となる。この状態まで水滴が大きくなると、水滴２３と疎水性被膜１３との接触面積が小さく、水滴２３と撥水性基材１との親和力も小さくなる。さらに、凝縮水から変化した水滴２３と撥水性基材１との間には、空気層が形成されるようになるため、水滴２３は、風圧や振動等の外力によって撥水性基材１から滑りやすくなり、容易に取り除かれるようになる。

また、撥水性基材１上の実際の凝縮水は、隣り合う突起１２ｂの間に形成される凹部の複数にほぼ同時に発生するため、各凹部において上記に説明するように、それぞれの水滴が変化して突起１２ｂの外側に浮き上がる。そして、隣り合う複数の凹部にまたがる水滴が一つの水滴として複数の突起１２ｂの外側で球状に成長するようになる。

ここで、本実施形態の撥水性基材１を適用した熱交換器１００を図３を用いて説明する。図３で示される熱交換器１００は、例えば車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて空調用空気を冷却する蒸発器に適用することができる。この熱交換器１００は、撥水性基材１で形成されるチューブ１１１及びフィン１１２を備えている。

熱交換器１００は、熱交換コア部１１０と、この熱交換コア部１１０に接続される一対のヘッダタンク１２０とを備えている。熱交換コア部１１０は、複数積層される断面扁平状のチューブ１１１と、各チューブ１１１の間に介在され、チューブ１１１に一体に設けられる波形のフィン１１２とを備えている。チューブ１１１は、内部を熱媒体としての冷媒が流通する管部材であり、各チューブ１１１の両先端部は、一対のヘッダタンク１２０内部にそれぞれ連通するように接続されている。また、フィン１１２は、薄肉の帯板材から波状に形成されて伝熱面を形成する伝熱部材であり、チューブ１１１にろう付け等により一体に接合されている。チューブ１１１及びフィン１１２の少なくとも一方は、撥水性基材１を用いて形成されている。

熱交換器１００においては、冷凍サイクル内で減圧されて低温低圧となった冷媒が複数のチューブ１１１内を流通し、空調用空気が各チューブ１１１の外側および各フィン１１２の周囲を通過し、冷媒によって冷却されるようになっている。空調用空気が冷却される際に、空調用空気の温度が空気中に含まれる水蒸気の露点温度を下回ると、水蒸気は凝縮水となって熱交換コア部１１０のチューブ１１１及びフィン１１２の表面に付着する。この凝縮水の付着状態が続くと、熱交換コア部１１０を通過する空調空気の通気抵抗が増加し、凝縮水による熱抵抗が上昇するため、熱交換器１００における熱交換性能が低下する。さらには、凝縮水は、凍結温度以下となると凍結して熱交換コア部１１０の表面に霜となって付着することになる。

熱交換器１００は、チューブ１１１及びフィン１１２の少なくとも一方が撥水性基材１によって形成されているため、撥水性基材１で形成された部材に付着した凝縮水は、前述した撥水作用により、凹凸部の表面から浮き上がり、複数の突起１２ｂをまたがるような大きな水滴２３となって、当該部材の表面に存在する（図１参照）。この状態で、空調用空気が熱交換コア部１１０を通過しようとすると、その風圧によって、水滴２３は押し流されるので、熱交換コア部１１０から速やかに取り除かれることになる。このように凝縮水が発生した場合でも、凝縮水は撥水性基材１に長く留まらないため、チューブ１１１内を流れる低温冷媒によって冷やされても熱交換器１００のフロストを回避できる。

次に、本実施形態の撥水性基材１の作製方法の例を図４に基づいて説明する。本実施形態の撥水性基材１は、以下の第１工程〜第４工程に示す方法によって作製することができる。

〔第１工程：ベーマイト処理〕
アルミニウム製板材からなる基体１０をイソプロピルアルコールに浸漬して超音波を１０分間印加して表面清浄化を行い、１００℃で沸騰する純水中に１０分間浸漬させ、基体１０の表面をベーマイト化する。これにより、基体１０の表面には水酸基が生成され、親水層１２が形成される。なお、沸騰水中にジエタノールアミン等のアミン類を添加してもよい。ベーマイト処理は、アルミニウム製板材を水蒸気に暴露することによっても行うことができる。

基体１０をベーマイト化する第１の目的は、ベーマイト化することにより基体１０の表面に水酸基を形成し、第３工程において薄膜形成試薬と水酸基が反応し、強固な結合を形成させるためである。基体１０をベーマイト化する第２の目的は、ベーマイト化の過程で表面がエッチングされ、非常に微細な板状からなる花弁状構造が形成されるためである。この花弁状構造は、親水層１２に対して垂直な任意の断面において、基部１２ａの表面から多数の突起１２ｂが突出した針状構造になっている。

〔第２工程：ベーマイト処理の後処理〕
第１工程にてベーマイト化によって親水層１２が形成された基体１０を所定温度で１時間加熱する。これにより、親水層１２から吸着水を除去し、乾燥させることができる。なお、加熱にはＡＤＶＡＮＴＥＣ製ＦＵＮ２２０ＰＡを使用し、所定温度とは電気炉の設定温度である。第２工程での加熱温度の下限値は、後述する理由で３５０℃を上回る温度とすることが望ましい。また、第２工程での加熱温度の上限値は、熱交換器１００の性能低下を避けるために、６００℃以下とすることが望ましい。

〔第３工程：成膜処理〕
ＦＡＳ１７（perfluorodecyltriethoxylsilane）５ｍＭの炭化水素系（沸点１５０−２２０℃）溶液に、第２工程にて乾燥させた基材１を電気炉から取り出してすぐに１時間浸積する。これにより、親水層１２にフルオロアルキル鎖を有する薄膜（フルオロアルキルシランを出発原料として誘導される薄膜）からなる疎水性被膜１３を形成し、撥水性基材１を得ることができる。ここで言う薄膜とは１μｍよりも薄い膜であることが好ましく、更には分子が複数積層された５０ｎｍよりも薄い積層膜であることがより好ましく、更には分子１層の単分子で構成された単分子膜であることがなお好ましい。また、膜厚の分布は均一であることが好ましいが、積層膜と単分子膜が混在していても良い。

〔第４工程：成膜処理の後処理〕
第３工程にて成膜処理を行った撥水性基材１を表面の溶液が無くなる程度に風乾させた後、１００−２００℃で１時間以上真空乾燥させる。これにより、親水層１２と疎水性被膜１３における脱水縮合を促進させることができる。

これらの第１〜第４工程により、アルミ板表面に、フルオロアルキル基を有するＣ₈Ｆ₁₇Ｃ₂Ｈ₄Ｓｉ（Ｏ^-）₃の薄膜（フルオロアルキルシランを出発原料として誘導される薄膜）からなる疎水性被膜１３が形成された撥水性基材１を作製することができる。

ここで、疎水性被膜１３（薄膜）と親水層１２（基材の凹凸部の表面）との結合について図５、図６に基づいて説明する。

図５に示すように、第３工程の成膜処理では、疎水性被膜１３として用いられるＦＡＳ１７の末端のエトキシ基（ＯＣ₂Ｈ₅）が加水分解によって水酸基（ＯＨ基）に置換され、ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＨ）₃となる。ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＨ）₃は、Ｓｉ（ＯＨ）₃の部分は親水性となっており、Ｓｉ（ＯＨ）₃以外の部分は疎水性となっている。

第３工程の成膜処理では、加水分解した疎水性被膜１３（ＣＦ₃（ＣＦ₂）₇ＣＨ₂ＣＨ₂Ｓｉ（ＯＨ）₃）と、ベーマイト化された親水層１２との間は、最初は水素結合によって結合される。水素結合の結合力は、さほど強くなく、例えば、凝縮水が親水層１２に生じて水滴となり親水層１２から滑落する際に、滑落する水滴と一緒に親水層１２から疎水性被膜１３がまとめて流出する可能性がある。

本実施形態では、第４工程で加熱処理を実施することで、脱水反応が起き、疎水膜を構成する疎水性被膜１３と親水層１２（基材の凹凸部の表面）との結合は、水素結合から共有結合による強固な化学結合が支配的になる。この共有結合は、水が親水層１２に付着した場合、その状態に耐え得る結合力を有する。したがって、凝縮水が親水層１２に生じて水滴となり親水層１２から滑落しても、共有結合が容易に破壊されることはなく、疎水性被膜１３と親水層１２との結合を維持することができる。

第４工程加熱処理を実施しても、図６に示すように、親水層１２に疎水性被膜１３が結合していない部分では、親水層１２でベーマイト由来の水酸基（ＯＨ基）が露出した欠陥部Ａとなる。図６では、破線で囲まれた部分が欠陥部Ａを示している。水酸基が露出した欠陥部は親水性であり、親水層１２に欠陥部Ａが多く存在していると、水との水素結合を生じさせやすく、凝縮水を滞留させやすくなり、撥水性基材１の撥水効果を低下させる要因となる。このため、撥水性基材１の撥水性を高めるためには、親水層１２にベーマイト由来の水酸基が露出した欠陥部Ａを極力少なくすることが望ましい。

次に、本実施形態の撥水性基材１における疎水性被膜１３で覆われた親水層１２が設けられている部位の吸光度をフーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）で測定した結果を図７、図８に基づいて説明する。ＦＴ−ＩＲは、日本分光製ＦＴ／ＩＲ−６６００にＡＴＲアタッチメント（ＡＴＲＰＲＯＯＮＥ）を取り付けて全反射法で測定した。測定試料室は室温、乾燥窒素雰囲気下であり、測定条件は、データ間隔：４ｃｍ^-1、積算回数：６４回で測定した。図７、図８では、第２工程における加熱温度を変化させた場合の測定結果を示している。

図７では、第２工程の加熱処理を１１０℃および４００℃で行った場合において、第２工程終了後の親水層１２のＦＴ−ＩＲスペクトルが示されている。また、図８では、第２工程の加熱処理を「１１０℃」、「３００℃」、「３５０℃」、「４００℃」、「４５０℃」、「５００℃」、「５５０℃」で行った場合において、第４工程終了後の親水層１２および疎水性被膜１３のＦＴ−ＩＲスペクトルが示されている。

図７、図８において、波数１０７２ｃｍ^-1を中心とする波数１０４０〜１１００ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピーク、好ましくは１０６０〜１０８０ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピークはベーマイト由来のＯＨ基に基づいており、波数１１５１ｃｍ^-1を中心とする波数１１３０〜１１７０ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピークはＦＡＳ由来のＣ−Ｆ結合に基づいており、波数１２０８ｃｍ^-1を中心とする波数１１９０〜１２３０ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピークはＦＡＳ由来のＣ−Ｃ結合に基づいており、波数１２４３ｃｍ^-1を中心とする波数１２３０〜１２６０ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピークはＦＡＳ由来のＣ−Ｆ結合に基づいている。

つまり、波数１０４０〜１１００ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピークのピーク強度はベーマイト由来のＯＨ基の量を示している。また、波数１１３０〜１２６０ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピークのピーク強度、さらに詳細には波数１１３０〜１１７０ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピークのピーク強度、波数１１９０〜１２３０ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピークのピーク強度、及び波数１２３０〜１２６０ｃｍ^-1の範囲にある吸収ピークのピーク強度はＦＡＳの量を示している。

図７に示すように、第２工程終了後のＦＴ−ＩＲスペクトルにおいて、「１１０℃」および「４００℃」の両方で、ベーマイト由来のＯＨ基に対応する波数１０４０〜１１００ｃｍ^-1の範囲で吸収ピークが確認できる。波数１０４０〜１１００ｃｍ^-1の範囲でのピーク強度は、第２工程の加熱温度を「１１０℃」とした場合の方が「４００℃」とした場合よりも大きくなっている。つまり、第２工程終了後のＦＴ−ＩＲスペクトルでは、第２工程の加熱温度を「４００℃」とした場合の方が「１１０℃」とした場合よりもベーマイト由来のＯＨ基が減少していることが示されている。

また、図８に示すように、第４工程終了後のＦＴ−ＩＲスペクトルにおいて、第２工程の加熱温度を「４００℃」、「４５０℃」、「５００℃」、「５５０℃」とした場合では、波数１１３０〜１１７０ｃｍ^-1の範囲、波数１１９０〜１２３０ｃｍ^-1の範囲、および波数１２３０〜１２６０ｃｍ^-1の範囲で大きな吸収ピークを確認でき、波数１０４０〜１１００ｃｍ^-1の範囲で小さな吸収ピークが確認できる。これに対し、第２工程の加熱温度を「１１０℃」、「３００℃」、「３５０℃」とした場合では、波数１０４０〜１１００ｃｍ^-1の範囲で大きな吸収ピークが確認でき、波数１１３０〜１１７０ｃｍ^-1の範囲、波数１１９０〜１２３０ｃｍ^-1の範囲、および波数１２３０〜１２６０ｃｍ^-1の範囲で小さな吸収ピークを確認できる。つまり、第４工程終了後のＦＴ−ＩＲスペクトルにおいては、第２工程の加熱温度を「１１０℃」、「３００℃」、「３５０℃」とした場合では、ベーマイト由来のＯＨ基が多く、ＦＡＳの存在量が少なくなっているのに対し、第２工程の加熱温度を「４００℃」、「４５０℃」、「５００℃」、「５５０℃」とした場合では、ベーマイト由来のＯＨ基が少なく、ＦＡＳの存在量が多くなっていることが示されている。

このように、第４工程終了後のＦＴ−ＩＲスペクトルの測定結果から、第２工程の加熱温度を「４００℃」、「４５０℃」、「５００℃」、「５５０℃」の各温度とした撥水性基材１、換言すれば、第２工程の加熱温度を３５０℃を上回る温度とした撥水性基材１は、波数１０４０〜１１００ｃｍ^-1の範囲の吸収ピーク（第１ピーク）のピーク強度が、波数１１３０〜１１７０ｃｍ^-1、１１９０〜１２３０ｃｍ^-1、あるいは１２３０〜１２６０ｃｍ^-1の何れかの範囲の吸収ピーク（第２ピーク）のピーク強度よりも小さくなっている。つまり、第２工程の加熱温度を３５０℃を上回る温度とした撥水性基材１は、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）を用いて吸光度を測定すると、疎水性被膜１３に由来するピーク強度が親水層１２に由来するピーク強度よりも大きいことで特徴付けられる。

次に、第２工程の加熱処理を「１１０℃」、「３００℃」、「３５０℃」、「４００℃」、「４５０℃」、「５００℃」、「５５０℃」の各温度で行って撥水性基材１を作製し、これらの撥水性基材１を冷却して凝縮水が発生する環境下に置き続ける作動試験を行った場合の撥水性能変化を図９に基づいて説明する。図９は、撥水性基材１の滑落角を示している。滑落角は協和界面科学製ＤＭ−５０１で液滴量２μＬで測定した。滑落角は転落角ともいい、撥水性基材１に水滴を乗せ、基材を傾斜させていったときに水滴が転がり始めるときの基材の傾斜角度である。滑落角が小さいほど撥水性能が高いことを示し、滑落角が大きいほど撥水性能が低いことを示している。

図９に示すように、作動試験開始時（０日目）には、各温度における滑落角は１０°以下であり、何れの温度においても良好な撥水性能が得られている。つまり、作動試験開始時においては、第２工程での加熱温度による滑落角の顕著な違いは認められなかった。

そして、第２工程の加熱温度を「１１０℃」、「３００℃」、「３５０℃」とした撥水性基材１の滑落角は、作動試験開始から４日経過後に７５°以上に増大し、作動試験開始から７日経過後に８０°程度に増大している。つまり、第２工程の加熱温度を「３５０℃」以下とした撥水性基材１では、作動試験期間が長くなるにしたがって滑落角が急激に増大し、撥水性能が大きく低下している。これに対し、第２工程の加熱温度を「４００℃」、「４５０℃」、「５００℃」、「５５０℃」とした撥水性基材１の滑落角は、作動試験開始から４日経過後および７日経過後においてもほとんど変化していない。つまり、第２工程の加熱温度を「３５０℃」を上回る温度とした撥水性基材１では、作動試験期間が長くなっても滑落角がほとんど変化せず、長期間にわたって撥水性能を維持することができている。

上述した第２工程の加熱温度の違いによる撥水性基材１の撥水性能の差は、以下の理由によって生じると推測される。

第２工程の加熱温度を「３５０℃」以下の温度とした場合には、第２工程での加熱温度が低いため、第１工程の沸騰水処理で親水層１２に残った吸着水を充分に除去することができず、第２工程終了後に親水層１２に吸着水が多く残存する。この親水層１２に残存した吸着水によって、第３工程の成膜処理では、疎水性被膜１３（ＦＡＳ）が親水層１２に結合することが阻害される。このため、第２工程の加熱温度を「３５０℃」以下とした場合の親水層１２には、第４工程終了後に疎水性被膜１３が結合していないベーマイト由来のＯＨ基（図６で説明した欠陥部Ａ）が多く存在し、この親水層１２に存在するＯＨ基が撥水性能を低下させる原因と考えられる。

これに対し、第２工程の加熱温度を「３５０℃」を上回る温度とした場合には、第２工程での加熱温度が充分に高いため、親水層１２から吸着水を充分に除去することができ、第２工程終了後に親水層１２には吸着水がほとんど残存していない。さらに、第２工程での加熱温度を高温にすることで、親水層１２のベーマイトのアルミナ化が促進され、親水層１２のＯＨ基を第２工程の加熱温度を「３５０℃」以下とした場合と比較して少なくさせることができる。このように、吸着水が除去されるとともにＯＨ基を少なくした基材を用いて第３工程及び第４工程を行うことで、親水層１２の水酸基のほとんどに疎水性被膜１３が結合することができ、親水層１２に薄膜からなる疎水性被膜１３が均一に形成される。

以上のように、本実施形態によれば、第２工程での加熱処理を３５０℃を上回る温度で行うことで、ベーマイト由来のＯＨ基が露出する欠陥部（図６参照）を極力少なくすることができ、フーリエ変換赤外分光光度計（ＦＴ−ＩＲ）を用いて吸光度を測定すると、疎水性被膜１３に由来するピーク強度が親水層１２に由来するピーク強度よりも大きい撥水性基材１を得ることができる。これにより、本実施形態の撥水性基材１は、親水層１２にて疎水性被膜１３が形成されていない部分を極力少なくすることができる。この結果、凝縮水の滞留箇所が減少し、長期間にわたって撥水性能の低下を抑制することができ、耐久性を向上させることができる。

また、撥水性基材１は、熱交換器１００のチューブ１１１またはフィン１１２を形成する部材として用いられる。この構成によれば、チューブ１１１の表面またはフィン１１２の表面に疎水性被膜１３が形成され、熱交換器１００の発生する凝縮水を風圧等によって各部の表面から容易に取り除くことができるので、凝縮水の凍結回避、凍結による通風抵抗増加の防止が図れ、熱交換器１００の機能を確実に発揮させることができる。したがって、熱交換器１００の性能維持、寿命確保等に貢献することができる。

（他の実施形態）
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において種々変形して実施することが可能である。上記実施形態の構造は、あくまで例示であって、本発明の範囲はこれらの記載の範囲に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲の記載と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むものである。

例えば、上記実施形態においては、撥水性基材１の親水層１２に多数の突起１２ｂにて構成される針状構造の凹凸部が形成されるように構成したが、これに加えて、針状構造による凹凸部よりも大きな寸法の第１の凹凸部が形成されていてもよい。この場合、針状構造による凹凸部は第２の凹凸部と定義し、第１の凹凸部の表面に第２の凹凸部が形成されることになる。なお、第１の凹凸部は、上述の第１工程の前に、予めアルミニウム製板材の表面に形成すればよい。

また、上記実施形態においては、疎水性被膜１３としてＦＡＳ１７からなる薄膜を形成したが、ＦＡＳ１７以外のフルオロアルキルシラン（例えばＦＡＳ１３やＦＡＳ９）を用いてもよく、あるいはアルキルシラン（例えばＯＤＳ：octadecyltrimethoxysilane）を用いてもよく、それら以外の試薬で薄膜を形成してもよいし、薄膜以外の疎水性被膜１３を形成してもよい。また、薄膜の構造中に親水性を示す官能基は極力除外することが望ましい。なお、疎水性被膜として、アルキル基、フルオロアルキル基のような疎水性の官能基が含まれていると高い疎水性を発現させることができる。

また、親水層１２の凹凸面の作製方法は、上述した方法に限定されず、親水層１２の表面形状を変化させうる様々な手法を採用することができる。

また、上記実施形態では、アルミニウム製板材からなる基体１０の表面をベーマイト処理することで親水層１２を形成し、基体１０と親水層１２とを同一の部材から構成したが、これに限らず、基体１０と親水層１２とを異なる部材から構成してもよい。この場合、基体１０の最表面に親水層１２が設けられていればよく、基体１０と親水層１２との間に中間層が設けられていてもよい。また、親水層１２と疎水性被膜１３との間に中間層が設けられていてもよい。

また、上記実施形態では基体１０としてアルミニウム製板材を用いる構成を例示したが、アルミニウム製板材以外にも銅板や鉄板など、様々な金属やそれらの酸化物を用いることができる。また、基体１０は金属に限定されず、例えば樹脂で形成されていてもよい。

また、上記実施形態では、赤外分光光度計はフーリエ変換型を用いて説明したが、これに限らず、分散型など他の方式の赤外分光光度計を用いてもよい。

１撥水性基材
１０基体
１１被覆層
１２親水層
１２ａ基部
１２ｂ突起（凹凸部）
１３疎水性被膜
１００熱交換器
１１１チューブ
１１２フィン

Claims

内部に冷媒が流れるチューブ（１１１）と、当該チューブ（１１１）と一体に設けられるフィン（１１２）とを備える熱交換器であって、
前記チューブ（１１１）または前記フィン（１１２）の少なくとも一方は、表面に疎水性を有する撥水性基材（１）から構成され、
前記撥水性基材（１）は、基体（１０）と、前記基体（１０）を被覆する被覆層（１１）とを有し、前記被覆層（１１）は、前記基体（１０）との界面に設けられた親水層（１２）と、最上層に設けられた疎水性を有する疎水性被膜（１３）とを含む複数層で形成されており、
前記撥水性基材（１）の前記疎水性被膜（１３）が設けられた側から前記被覆層（１１）の吸光度を赤外分光光度計を用いて測定すると、前記疎水性被膜（１３）に由来するピーク強度が前記親水層（１２）に由来するピーク強度よりも大きいことを特徴とする熱交換器。
前記疎水性被膜（１３）に由来するピーク強度は、波数１１３０〜１２６０ｃｍ^-1におけるピークの強度であることを特徴とする請求項１に記載の熱交換器。
前記疎水性被膜（１３）は、フルオロアルキル鎖を有する薄膜によって構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の熱交換器。
前記親水層（１２）に由来するピーク強度は、波数１０４０〜１１００ｃｍ^-1におけるピークの強度であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
前記親水層（１２）には、多数の凹凸部（１２ｂ）が形成されており、
前記凹凸部（１２ｂ）は、アルミニウムオキシ水酸化物であるベーマイトで構成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１つに記載の熱交換器。