JP2019157013A - Carbon fiber-containing paint, and heat exchanger coated therewith - Google Patents

Carbon fiber-containing paint, and heat exchanger coated therewith Download PDF

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Abstract

To provide: a carbon fiber-containing paint that can improve the heat conductivity efficiency even in the configuration of existing heat exchangers made of metal, etc.; and a heat exchanger coated with the carbon fiber-containing paint.SOLUTION: Provided is a carbon fiber-containing paint that is applied on metal parts such as tubes 3 and fins 4 of a heat exchanger 1, and in which, to a matrix resin obtained by adding a dispersant to a varnish-based resin, pulverized carbon fibers are mixed. As the carbon fiber, carbon fibers coarsely pulverized to have an average fiber length of 10 to 100 μm and an average fiber diameter of 5 to 15 μm, and carbon fibers finely pulverized to have an average fiber length of 0.5 to 5 μm and an average fiber diameter of 0.3 to 1 μm are contained in a proportion of weight ratio 20:80 to 10:90.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、熱交換器に塗布される炭素繊維含有塗料、および、この炭素繊維含有塗料を塗布した熱交換器に関するものであり、より詳しくは、金属で構成されたチューブやフィンなどを保護しつつ熱伝導率を向上させるようにした炭素繊維含有塗料などに関するものである。   The present invention relates to a carbon fiber-containing paint applied to a heat exchanger, and a heat exchanger applied with the carbon fiber-containing paint, and more specifically, to protect tubes and fins made of metal. The present invention relates to a carbon fiber-containing paint that is improved in thermal conductivity.

一般的に、熱交換器は、熱交換の対象となる流体を通すチューブや、このチューブと交叉するように設けられた複数枚のフィンとを備えて構成されている。そして、このチューブに加熱対象となる流体を通し、また、その流体とフィンの外部を流れる流体との間で熱交換をさせるようにしている。   Generally, a heat exchanger is configured to include a tube through which a fluid to be heat exchanged passes and a plurality of fins provided so as to cross the tube. A fluid to be heated is passed through the tube, and heat is exchanged between the fluid and the fluid flowing outside the fin.

このような熱交換器は、多種多様な分野で用いられているが、例えば、重油を用いたボイラの排気ガスを用いて水を加熱させる場合、次のような問題が生ずる。   Such a heat exchanger is used in a wide variety of fields. For example, when water is heated using exhaust gas from a boiler using heavy oil, the following problems arise.

すなわち、硫黄分が入っている重油を燃焼させて水を加熱させる場合、一般的に、排気ガスの温度が10℃下がるたびに、熱交換効率は1%上昇すると言われている。しかるに、排気ガス温度が120℃以下になると、排気ガスに含まれる硫黄分がチューブやフィンの表面に摘出し、硫酸となってチューブやフィンを腐食してしまう。このため、従来では、排気ガスの温度を200℃まで上昇させるようにしているが、このようにすると、硫黄分が大気に放出されて酸性雨の原因となってしまうばかりでなく、熱交換効率も落ちてしまう。   That is, when water is heated by burning heavy oil containing sulfur, it is generally said that the heat exchange efficiency increases by 1% each time the temperature of the exhaust gas decreases by 10 ° C. However, when the exhaust gas temperature is 120 ° C. or lower, sulfur contained in the exhaust gas is extracted on the surfaces of the tubes and fins and becomes sulfuric acid to corrode the tubes and fins. For this reason, conventionally, the temperature of the exhaust gas is raised to 200 ° C. However, if this is done, not only will the sulfur content be released into the atmosphere, causing acid rain, but also the heat exchange efficiency. Will also fall.

これに対して、フィンなどをマトリクス樹脂で構成し。また、そこに炭素繊維を含有させるようにした熱交換器も提案されている。   In contrast, the fins are made of matrix resin. A heat exchanger in which carbon fiber is contained therein has also been proposed.

例えば、下記の特許文献1には、チューブの長手方向と直交方向に炭素繊維を配列させた樹脂を用いた熱交換器が提案されている。このような熱交換器では、金属が硫黄分によって腐食することもなく、チューブに直交する方向の炭素繊維によってフィンに熱を伝達させることができるため、金属に代わって熱伝導率の高い炭素繊維を用いて熱交換させることができるようになる。   For example, Patent Document 1 below proposes a heat exchanger using a resin in which carbon fibers are arranged in a direction orthogonal to the longitudinal direction of the tube. In such a heat exchanger, the metal is not corroded by sulfur, and heat can be transferred to the fins by the carbon fiber in the direction perpendicular to the tube. Therefore, carbon fiber with high thermal conductivity instead of metal Can be used for heat exchange.

特開2017−219214号公報JP 2017-219214 A

しかしながら、このような構成では、あらかじめ格子状に配列させた炭素繊維を有する樹脂を成形しておかなければならず、製造コストが高くついてしまうばかりでなく、格子状の炭素繊維の隙間部分では熱を伝達させることができない。また、既存の熱交換器にこのような構成を後から採用させることができない。さらには、チューブとフィンとの境界部分は屈曲しているため、炭素繊維をそのような局面に沿って曲げることが難しくなり、隙間を生じて熱伝導率が落ちてしまう。   However, in such a configuration, it is necessary to mold a resin having carbon fibers arranged in a grid in advance, which not only increases the manufacturing cost, but also in the gaps between the grid-like carbon fibers. Cannot be transmitted. Moreover, such a configuration cannot be adopted later in existing heat exchangers. Furthermore, since the boundary portion between the tube and the fin is bent, it becomes difficult to bend the carbon fiber along such a situation, and a gap is formed, resulting in a decrease in thermal conductivity.

そこで、本発明は上記課題に着目してなされたもので、金属などで構成された既存の熱交換器の構成においても、熱伝導率効率を向上させることができるようにした炭素繊維含有塗料、および、この炭素繊維含有塗料を塗布した熱交換器を提供することを目的とするものである。   Therefore, the present invention was made paying attention to the above problems, and in the configuration of an existing heat exchanger made of metal or the like, a carbon fiber-containing paint that can improve the thermal conductivity efficiency, And it aims at providing the heat exchanger which apply | coated this carbon fiber containing coating material.

すなわち、本発明は、上記課題を解決するために、熱交換器に塗布される炭素繊維含有塗料において、粉砕された炭素繊維粉と、当該炭素繊維粉を含有するマトリクス樹脂とを設けて構成されたものである。   That is, in order to solve the above problems, the present invention is configured by providing a pulverized carbon fiber powder and a matrix resin containing the carbon fiber powder in a carbon fiber-containing coating applied to a heat exchanger. It is a thing.

このように構成すれば、既存の金属製の熱交換器にこのような塗料を塗布するだけで、粉砕された炭素繊維粉を付着させることができ、チューブやフィンの熱を伝達させて熱交換させることができるようになる。また、フィンなどを塗料でコーティングすることができるため、硫黄分が付着しても金属が腐食するようなことがなくなり、メンテナンスの必要性を低減させることができるようになる。これにより、排気ガスの温度を下げて、熱交換効率を向上させることができるようになる。   If constituted in this way, it is possible to attach the pulverized carbon fiber powder just by applying such paint to an existing metal heat exchanger, and heat exchange by transferring heat of tubes and fins. To be able to. In addition, since fins and the like can be coated with a paint, the metal is not corroded even if the sulfur content is adhered, and the need for maintenance can be reduced. Thereby, the temperature of exhaust gas can be lowered and the heat exchange efficiency can be improved.

さらに、このような発明において、炭素繊維粉を、繊維長100μm以下の炭素繊維で構成する。   Furthermore, in such an invention, the carbon fiber powder is composed of carbon fibers having a fiber length of 100 μm or less.

このようにすれば、熱交換器のチューブとフィンとの接合部分などにも炭素繊維を密着させることができるようになり、各部と炭素繊維との熱伝導性を高めることができるようになる。   If it does in this way, it will become possible to make carbon fiber stick to the junction part of a tube and fin of a heat exchanger, etc., and it will become possible to raise thermal conductivity with each part and carbon fiber.

さらに、平均繊維長5〜100μmと、平均繊維長0.5〜5μmの炭素繊維を配合させる。   Further, carbon fibers having an average fiber length of 5 to 100 μm and an average fiber length of 0.5 to 5 μm are blended.

このようにすれば、炭素繊維同士の接触面積を大きくして熱伝導性を向上させることができるとともに、焼成時に炭素繊維粉の凝集を抑えることができ、ピンホールの発生や剥離などの障害を防止することができるようになる。   In this way, the contact area between the carbon fibers can be increased to improve the thermal conductivity, and the aggregation of the carbon fiber powder at the time of firing can be suppressed. Can be prevented.

また、炭素繊維粉を5〜35重量部の割合で配合させる。   Moreover, carbon fiber powder is mix | blended in the ratio of 5-35 weight part.

このようにすれば、チューブやフィンと炭素繊維との接触性を高めることができるとともに、その炭素繊維と塗膜表面に露出した炭素繊維との間で熱交換させることができるようになる。また、炭素繊維の含有量を多くしすぎれば、塗膜にクラックが入ってしまうが、この割合の場合、クラックが入ることもない。また、炭素繊維の含有量を小さくしすぎれば、熱交換効率が落ちるが、このような含有量であれば、熱交換効率を向上させることができるようになる。   If it does in this way, while being able to improve the contact property of a tube or a fin, and carbon fiber, it will become possible to carry out heat exchange between the carbon fiber and the carbon fiber exposed to the coating-film surface. Further, if the carbon fiber content is excessively increased, cracks will occur in the coating film, but in this ratio, cracks will not occur. In addition, if the carbon fiber content is too small, the heat exchange efficiency decreases. However, with such a content, the heat exchange efficiency can be improved.

本発明によれば、熱交換器に塗布される炭素繊維含有塗料において、粉砕された炭素繊維粉と、当該炭素繊維粉を含有するマトリクス樹脂とを設けるようにしたので、既存の金属製の熱交換器にこのような塗料を塗布するだけで、粉砕された炭素繊維粉を付着させることができ、チューブやフィンの熱を伝達させて熱交換させることができるようになる。また、フィンなどを塗料でコーティングすることができるため、硫黄分が付着しても金属が腐食するようなことがなくなり、メンテナンスの必要性を低減させることができるようになる。これにより、排気ガスの温度を下げて、熱交換効率を向上させることができるようになる。   According to the present invention, the carbon fiber-containing coating applied to the heat exchanger is provided with the pulverized carbon fiber powder and the matrix resin containing the carbon fiber powder. By simply applying such a paint to the exchanger, the pulverized carbon fiber powder can be adhered, and the heat of the tubes and fins can be transmitted to exchange heat. In addition, since fins and the like can be coated with a paint, the metal is not corroded even if the sulfur content is adhered, and the need for maintenance can be reduced. Thereby, the temperature of exhaust gas can be lowered and the heat exchange efficiency can be improved.

本発明の一実施の形態における炭素繊維含有塗料が塗布される熱交換器Heat exchanger to which carbon fiber-containing paint is applied in one embodiment of the present invention

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照しながら説明する。   Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

この実施の形態の炭素繊維マトリクス樹脂が塗布される熱交換器1は、ボイラからの廃熱を利用して水を加熱させるようにしたものであって、図1に示すように、ボイラからの排ガスが入れられる熱交換室2と、この熱交換室2内で蛇行するように設けられたチューブ3と、このチューブ3に直交するように配列された複数枚の平行なフィン4とを設けて構成される。そして、このチューブ3に冷水を通すとともに、熱交換室2に高熱の排ガスを流入させ、フィン4を介してチューブ3内の水と熱交換させて水を加熱させるようにしたものである。そして、特徴的に、この熱交換器1に、粉砕させた炭素繊維を含有するマトリクス樹脂を塗布し、これにより、硫黄分による金属の腐食を防止するとともに、熱交換効率を向上させるようにしたものである。以下、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。   The heat exchanger 1 to which the carbon fiber matrix resin of this embodiment is applied is configured to heat water using waste heat from the boiler. As shown in FIG. A heat exchange chamber 2 into which exhaust gas is put, a tube 3 provided so as to meander in the heat exchange chamber 2, and a plurality of parallel fins 4 arranged so as to be orthogonal to the tube 3 are provided. Composed. Then, cold water is passed through the tube 3, high-temperature exhaust gas is allowed to flow into the heat exchange chamber 2, and heat is exchanged with water in the tube 3 through the fins 4 to heat the water. And, characteristically, this heat exchanger 1 is coated with a matrix resin containing pulverized carbon fibers, thereby preventing metal corrosion due to sulfur and improving heat exchange efficiency. Is. Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail.

まず、この炭素繊維含有塗料が塗布される熱交換器1の概要について簡単に説明する。   First, the outline of the heat exchanger 1 to which the carbon fiber-containing paint is applied will be briefly described.

まず、熱交換器1を構成する熱交換室2は、高温の排ガスなどの流体が通されるものであって、図1に示すように、一方側に投入口21、他方側に排出口22が設けられる。そして、この投入口21に流入された高温の第一流体をフィンの隙間に通し、排出口22から排出させるようにしている。なお、図1では、投入口21をフィン4と直交する方向(法線方向)に設けるようにしているが、フィン4と平行な方向に第一流体を入れて排ガスをフィン4の隙間に通しやすくするようにしてもよい。   First, in the heat exchange chamber 2 constituting the heat exchanger 1, a fluid such as high-temperature exhaust gas is passed, and as shown in FIG. 1, the inlet 21 is on one side and the outlet 22 is on the other side. Is provided. Then, the high-temperature first fluid that has flowed into the charging port 21 is passed through the fin gap and discharged from the discharge port 22. In FIG. 1, the inlet 21 is provided in a direction (normal direction) perpendicular to the fin 4, but the first fluid is put in a direction parallel to the fin 4 and the exhaust gas is passed through the gap of the fin 4. You may make it easy.

一方、チューブ3は、左右に蛇行するように設けられるものであって、内部に熱交換の対象となる第二流体を通すようになっている。ここでは、第二流体として冷水を用いるものとし、この冷水を加熱させて温水として排出させるようにしている。なお、ここでは、チューブ3を蛇行させるようにしているが、左右両端にチューブ3内の第二流体を蛇行させる図示しないヘッダを設け、このヘッダに直線状のチューブ3を連結して蛇行させるようにしてもよい。   On the other hand, the tube 3 is provided so as to meander to the left and right, and allows the second fluid to be heat exchanged to pass therethrough. Here, cold water is used as the second fluid, and this cold water is heated and discharged as hot water. Although the tube 3 is meandered here, headers (not shown) for meandering the second fluid in the tube 3 are provided at the left and right ends, and the linear tube 3 is connected to the headers to meander. It may be.

また、このチューブ3と交叉するように設けられるフィン4は、チューブ3内の第二流体と熱交換室2内の第一流体とで熱交換させるようにしたものであって、チューブ3に溶接して設けられる。そして、この隙間に排ガスである第一流体を通してフィン4に熱を吸収させ、その熱をチューブ3内の第二流体に伝達させるようにしている。   Further, the fin 4 provided so as to cross the tube 3 is configured to exchange heat between the second fluid in the tube 3 and the first fluid in the heat exchange chamber 2, and is welded to the tube 3. Provided. Then, heat is absorbed by the fins 4 through the first fluid which is exhaust gas in the gap, and the heat is transmitted to the second fluid in the tube 3.

このような構成において、第一流体として、重油を燃焼させた排ガスを用いるようにすると、その重油に含まれる硫黄分が熱交換室の内壁や、チューブ3、フィン4などに付着し、その金属と反応して腐食してしまう。また、従来では、付着した汚れなど溶液で溶かして定期的に除去するために、フィン4とフィン4の隙間を空ける方法などを採用していたが、このようにすると、装置が大型化してしまうばかりでなく、腐食を防ぐために高価なチタンやSUS316Lなどの金属を用いる必要があった。そこで、この実施の形態では、従来の金属製の熱交換器において、炭素繊維を含有したマトリクス樹脂を塗布することで、金属表面を塗膜でコーティングして腐食を防ぐようにするとともに、従来のように汚れを溶液で溶かして除去するのではなく、簡単にその汚れを除去できるようにしている。   In such a configuration, when the exhaust gas obtained by burning heavy oil is used as the first fluid, sulfur contained in the heavy oil adheres to the inner wall of the heat exchange chamber, the tubes 3, the fins 4, etc., and the metal It reacts with and corrodes. In addition, conventionally, a method of opening a gap between the fin 4 and the fin 4 in order to dissolve the adhered dirt with a solution and periodically remove it has been adopted. In addition, it was necessary to use expensive metals such as titanium and SUS316L in order to prevent corrosion. Therefore, in this embodiment, in a conventional metal heat exchanger, by applying a matrix resin containing carbon fiber, the metal surface is coated with a coating to prevent corrosion, and the conventional Thus, the dirt is not removed by dissolving it with a solution, but the dirt can be easily removed.

このような炭素繊維含有塗料としては、炭素繊維とマトリクス樹脂とを含有するように構成される。   Such a carbon fiber-containing paint is configured to contain carbon fibers and a matrix resin.

このような炭素繊維を用いる場合、炭素繊維の繊維長が長すぎれば、チューブ3とフィン4の連結部分や、チューブ3の屈曲部分や外周部分、フィン4の端部などに沿って炭素繊維をうまく付着させることができない。また、繊維長が短すぎれば、それぞれの炭素繊維との連結が少なくなるばかりでなく、マトリクス樹脂に混入させる際に、凝集が起こってしまう。このため、好ましくは、炭素繊維の平均繊維長が100μm以下となる範囲で粉砕させて、フィン4の端部やチューブ3の屈曲部分などに密着させるようにする。このとき、粗粉砕された炭素繊維として、平均繊維長5〜100μm、平均繊維径5〜15μmとしておく。また、このような粗粉砕された炭素繊維だけでは、炭素繊維同士の接触面積が小さくなってしまい、熱伝導効率が悪くなってしまう。そこで、本実施の形態では、細粉砕された炭素繊維として繊維長5μm以下(好ましくは、平均繊維長0.5〜5μm)、平均繊維径0.3〜1μmの炭素繊維を含有させるようにする。このような微粒子の炭素繊維を含有させるようにすれば、マトリクス樹脂内における炭素繊維同士の凝集を防止することができるとともに、マトリクス樹脂焼成時における再凝集や、ピンホールの発生、剥離などを防止することができるようになる。なお、この粗粉砕された炭素繊維と細粉砕された炭素繊維の割合として、重量比率で20:80〜10:90の範囲内とする。   When such a carbon fiber is used, if the fiber length of the carbon fiber is too long, the carbon fiber is moved along the connecting portion of the tube 3 and the fin 4, the bent portion or the outer peripheral portion of the tube 3, the end of the fin 4, and the like. It cannot be attached well. Further, if the fiber length is too short, not only the connection with each carbon fiber is reduced, but also aggregation occurs when mixed in the matrix resin. For this reason, it is preferable to pulverize the carbon fiber within an average fiber length of 100 μm or less so that the carbon fiber is in close contact with the end of the fin 4 or the bent portion of the tube 3. At this time, the coarsely pulverized carbon fiber has an average fiber length of 5 to 100 μm and an average fiber diameter of 5 to 15 μm. Moreover, with such coarsely pulverized carbon fibers alone, the contact area between the carbon fibers becomes small, resulting in poor heat conduction efficiency. Therefore, in the present embodiment, carbon fibers having a fiber length of 5 μm or less (preferably, an average fiber length of 0.5 to 5 μm) and an average fiber diameter of 0.3 to 1 μm are contained as finely pulverized carbon fibers. . By including such fine carbon fibers, it is possible to prevent aggregation of carbon fibers in the matrix resin, and also prevent re-aggregation, generation of pinholes, and peeling during matrix resin firing. Will be able to. The ratio of the coarsely pulverized carbon fiber to the finely pulverized carbon fiber is set in the range of 20:80 to 10:90 by weight.

このような炭素繊維は、新品またはリサイクルの炭素繊維などを用いることができ、また、炭素繊維の種類としてはPAN系であってもピッチ系であってもよい。このような炭素繊維を粉砕させて粒子化する場合、公知の方法を用いて粉砕させることができるが、例えば、気流粉砕やボールミル、クラッシャーミルなどを用いることができる。   As such carbon fibers, new or recycled carbon fibers can be used, and the types of carbon fibers may be PAN or pitch. When such carbon fiber is pulverized into particles, it can be pulverized using a known method. For example, airflow pulverization, a ball mill, a crusher mill, or the like can be used.

一方、マトリクス樹脂は、炭素繊維を含有させるとともに、チューブ3やフィン4などの金属に付着させるようにしたものであって、ここでは、ワニス系樹脂、シリコン系樹脂、アクリル系樹脂、酢酸ビニル系樹脂などを用いることができ、また、必要に応じて共重合化したものも用いることができる。ここでは、ポリイミドワニスを用いるものとし、溶媒ポロリドンで希釈したものを用いる。このワニス系樹脂は、ポリイミドの前駆体であるポリアミック酸溶液であるため、これを熱交換器1の表面に塗布して高温で焼き付けることにより、溶媒が除去されるとともに、イミド化の反応が進んで、不溶不融、耐熱性、体薬品性、電気絶縁性に優れたポリイミド塗膜になる。そして、このマトリクス樹脂に適宜分散剤を入れて炭素繊維を溶液中で分散させるようにする。   On the other hand, the matrix resin contains carbon fiber and is attached to a metal such as the tube 3 or the fin 4. Here, the varnish resin, the silicon resin, the acrylic resin, the vinyl acetate resin is used. Resin etc. can be used and what was copolymerized as needed can also be used. Here, a polyimide varnish is used, and one diluted with a solvent pororidone is used. Since this varnish resin is a polyamic acid solution that is a polyimide precursor, it is applied to the surface of the heat exchanger 1 and baked at a high temperature, whereby the solvent is removed and the imidization reaction proceeds. Thus, a polyimide coating film having excellent insolubility, heat resistance, body chemical properties, and electrical insulation is obtained. Then, a dispersant is appropriately added to the matrix resin so that the carbon fibers are dispersed in the solution.

このワニス系マトリクス樹脂を使う場合の作用について説明する。   The operation when this varnish matrix resin is used will be described.

ポリイミド塗膜を成形する場合、ワニス系樹脂の中に含まれるポリアミド酸をイミド化(閉環)することによって金属表面に塗膜を成形するようにするが、このとき、ポリアミド酸の調整のために、一般的に、ジアミン成分またはテトラカルボン酸二無水物成分などを用いるようにしている。しかるに、このジアミン成分またはテトラカルボン酸二無水物成分は、炭素繊維の分散剤による大きな影響を受けてしまい、特に、100〜120℃での初期焼成時においてワニス系樹脂をイミド化する際のピロリドンなどの溶剤の残差の含有率は10ppm前後に下がり、更に180℃を越えてくると、炭素繊維粉の分散に用いた水系分散剤の気化も始まり、立体障害を失った炭素粒子は溶融した状態から熱硬化するマトリクス樹脂の中で再凝集を起こし、マトリクス樹脂内の気道を広げて発泡状態になってしまう。そこで、これまで炭素繊維の分散に利用していた親油基が小さく炭素粒子表面に吸着し易い親水基の数の多い分散剤では、ポリイミド樹脂を成形することで前述の状況に陥って不可能となる。このため、無極性表面に適した吸着を持つリン酸塩を含まない脂肪酸系の分散剤を用い、これを全体量に対して1〜3重量部配合させるようにする。これによって、200℃を越えてから高温分解するまで水分子の気化移動による炭素繊維の再凝集が少なくなり、ピンホールの発生などを防止することができる。   When molding a polyimide coating, the coating is formed on the metal surface by imidizing (ring-closing) the polyamic acid contained in the varnish resin. In general, a diamine component or a tetracarboxylic dianhydride component is used. However, this diamine component or tetracarboxylic dianhydride component is greatly affected by the carbon fiber dispersant, and in particular, pyrrolidone when imidizing a varnish resin at the initial firing at 100 to 120 ° C. The residual content of the solvent, such as, decreases to around 10 ppm, and when it exceeds 180 ° C., the vaporization of the aqueous dispersant used to disperse the carbon fiber powder begins, and the carbon particles that have lost steric hindrance have melted. Re-aggregation occurs in the matrix resin that is thermoset from the state, and the airway in the matrix resin is widened to become a foamed state. Therefore, it is impossible to disperse into the above situation by molding a polyimide resin with a dispersant having a small number of lipophilic groups that have been used to disperse carbon fibers and having a large number of hydrophilic groups that easily adsorb on the surface of carbon particles. It becomes. For this reason, a phosphate-based dispersant having no adsorption suitable for nonpolar surfaces is used, and 1 to 3 parts by weight of this is mixed with the total amount. As a result, carbon fiber re-aggregation due to vaporization and movement of water molecules is reduced from 200 ° C. to high temperature decomposition, and pinholes can be prevented from being generated.

このようなマトリクス樹脂に炭素繊維を含有させる場合、炭素繊維の割合が少ないと、チューブ3やフィン4と塗膜外部との間に炭素繊維が連続せず、熱交換をさせることができなくなる。一方、炭素繊維の割合が多すぎると、亀裂や、金属との間で剥離を生じてしまう。このため、好ましくは、炭素繊維を5〜35重量部の割合で配合させ、好ましくは、塗膜硬化後の剥離防止やクラック防止などを考慮して、10〜20重量部の範囲内としておく。   When carbon fiber is contained in such a matrix resin, if the ratio of the carbon fiber is small, the carbon fiber is not continuous between the tube 3 or the fin 4 and the outside of the coating film, and heat exchange cannot be performed. On the other hand, if the proportion of carbon fibers is too large, cracks and separation between metals will occur. For this reason, carbon fiber is preferably blended in a proportion of 5 to 35 parts by weight, and preferably in the range of 10 to 20 parts by weight in consideration of prevention of peeling and cracking after curing of the coating film.

このように配合された炭素繊維含有塗料を熱交換器1に塗布する場合、種々の方法を用いることができ、例えば、チクソ性を持ったワニスに低合する塗装方法、エアーカップによる吹き付け塗装方法、脱泡ローラーによる塗装方法、ディッピング塗布方法、刷毛塗りなどを用いることができる。このとき、ディッピング塗布方法を用いれば、均一に塗膜を生成することができ、金属の露出部分がなくなるとともに、厚みを均一にして金属と塗膜表面との間で炭素繊維を連続的に接触させて熱交換を行わせることができるようになる。   When the carbon fiber-containing paint blended in this way is applied to the heat exchanger 1, various methods can be used. For example, a coating method for fitting to a varnish with thixotropy, a spray coating method using an air cup A coating method using a defoaming roller, a dipping coating method, a brush coating, or the like can be used. At this time, if a dipping coating method is used, a coating film can be uniformly formed, the exposed portion of the metal is eliminated, and the carbon fiber is continuously contacted between the metal and the coating film surface with a uniform thickness. Heat exchange can be performed.

このような構成において、まず、炭素繊維含有塗料を製造する場合、PAN系やピッチ系の炭素繊維を粗粉砕してチップドファイバーを生成し、そのチップドファイバーを気流粉砕器などに投入する。そして、平均繊維長5〜100μm、平均繊維径5〜15μmの粗炭素繊維粉を生成する。そして、その粗炭素繊維粉を取り出すとともに、一部の炭素繊維粉を再び粉砕器に投入し、今度は細粉砕として平均繊維長0.5〜5μm、平均繊維径0.3〜1μmの細炭素繊維粉を生成し、この粗粉砕された炭素繊維粉と細粉砕された炭素繊維粉を重量比で20:80〜10:90の割合で混合させる。   In such a configuration, first, when producing a carbon fiber-containing coating, PAN-based or pitch-based carbon fibers are coarsely pulverized to produce chipped fibers, and the chipped fibers are put into an airflow pulverizer or the like. And crude carbon fiber powder with an average fiber length of 5-100 micrometers and an average fiber diameter of 5-15 micrometers is produced | generated. And while taking out the crude carbon fiber powder, a part of the carbon fiber powder is put into the grinder again, and this time, fine carbon having an average fiber length of 0.5 to 5 μm and an average fiber diameter of 0.3 to 1 μm as fine grinding. A fiber powder is produced, and the coarsely pulverized carbon fiber powder and the finely pulverized carbon fiber powder are mixed at a weight ratio of 20:80 to 10:90.

一方、これとともにマトリクス樹脂を生成すべく、ワニス系樹脂に分散剤を投入するとともに、混合された炭素繊維粉を5〜35重量部の割合で投入して混合させる。   On the other hand, in order to produce a matrix resin together with this, a dispersant is added to the varnish resin, and the mixed carbon fiber powder is added at a ratio of 5 to 35 parts by weight and mixed.

このとき、投入された炭素繊維粉が細粉砕された炭素繊維粉だけであると、凝集を生じてしまうが、粗粉砕された炭素繊維と細粉砕された炭素繊維が混合していることで、凝集を防止することができるとともに、炭素繊維同士の接触面積を大きくして熱伝導性を確保することができるようになる。そして、このように炭素繊維を投入したマトリクス樹脂を撹拌させて、炭素繊維を溶液中で分散化させる。   At this time, if the input carbon fiber powder is only finely pulverized carbon fiber powder, agglomeration occurs, but by mixing coarsely pulverized carbon fiber and finely pulverized carbon fiber, Aggregation can be prevented and the contact area between the carbon fibers can be increased to ensure thermal conductivity. Then, the matrix resin charged with carbon fibers is stirred as described above to disperse the carbon fibers in the solution.

次に、このように生成されたマトリクス樹脂を熱交換器1のチューブ3やフィン4に塗布する。この塗布工程においては、既存の熱交換器1に塗布する場合はフィン4とフィン4の間に塗布することが困難であるため、浴槽にマトリクス樹脂を入れておき、そこに熱交換器1をディッピング(漬け込み)する。そして、その後、熱交換器1を取り出して、乾燥させた後、焼成室で加熱処理を行う。   Next, the matrix resin thus generated is applied to the tubes 3 and fins 4 of the heat exchanger 1. In this application process, when applying to the existing heat exchanger 1, it is difficult to apply between the fins 4 and 4, so that a matrix resin is put in the bathtub, and the heat exchanger 1 is placed there. Dipping. Then, after the heat exchanger 1 is taken out and dried, heat treatment is performed in the baking chamber.

この加熱処理の工程においては、高温によって溶剤が除去されるとともに、イミド化の反応が進み、不溶不融、耐熱性、耐薬品性などに優れたポリイミド塗膜が生成される。また、分散剤として、リン酸塩を含まない脂肪酸系の分散剤を用いることにより、高温加熱時においても、水分子の気化移動による炭素繊維の再凝集が少なくなり、ピンホールの発生などを防止することができる。   In this heat treatment step, the solvent is removed at a high temperature and the imidization reaction proceeds to produce a polyimide coating film excellent in insolubility and infusibility, heat resistance, chemical resistance and the like. In addition, by using a fatty acid-based dispersant that does not contain phosphate as a dispersant, carbon fiber re-aggregation due to vaporization and movement of water molecules is reduced even during high-temperature heating, preventing the occurrence of pinholes, etc. can do.

このように上記実施の形態によれば、熱交換器1に塗布される炭素繊維含有塗料において、粉砕された炭素繊維粉と、当該炭素繊維粉を含有するマトリクス樹脂とを設けるようにしたので、既存の金属製の熱交換器1にこのような塗料を塗布するだけで、粉砕された炭素繊維粉を付着させることができ、チューブ3やフィン4の熱を伝達させて熱交換させることができるようになる。また、フィン4などを塗料でコーティングすることができるため、硫黄分が付着しても金属が腐食するようなことがなくなり、メンテナンスの必要性を低減させることができるようになる。これにより、排気ガスの温度を下げて、熱交換効率を向上させることができるようになる。   Thus, according to the above embodiment, in the carbon fiber-containing coating applied to the heat exchanger 1, the pulverized carbon fiber powder and the matrix resin containing the carbon fiber powder are provided. By simply applying such a paint to the existing metal heat exchanger 1, the pulverized carbon fiber powder can be adhered, and the heat of the tubes 3 and fins 4 can be transferred to exchange heat. It becomes like this. In addition, since the fins 4 and the like can be coated with a paint, the metal is not corroded even if the sulfur content is attached, and the need for maintenance can be reduced. Thereby, the temperature of exhaust gas can be lowered and the heat exchange efficiency can be improved.

また、炭素繊維粉を、平均繊維長100μm以下の炭素繊維で構成するようにしたので、熱交換器1のチューブ3とフィン4との接合部分などにも炭素繊維を密着させることができるようになり、各部の炭素繊維の密着性を高めることができるようになる。   In addition, since the carbon fiber powder is composed of carbon fibers having an average fiber length of 100 μm or less, the carbon fibers can be brought into close contact with the joint portion between the tube 3 and the fin 4 of the heat exchanger 1. Thus, the adhesion of the carbon fibers in each part can be improved.

さらに、平均繊維長5〜100μmと、平均繊維長0.5〜5μmの炭素繊維を配合させるようにしたので、炭素繊維同士の接触面積を大きくして熱伝導性を向上させることができるとともに、焼成時に繊維の凝集を抑えることができ、ピンホールの発生や剥離などの障害を防止することができるようになる。   Furthermore, since carbon fibers having an average fiber length of 5 to 100 μm and an average fiber length of 0.5 to 5 μm are blended, the contact area between the carbon fibers can be increased to improve the thermal conductivity, Aggregation of fibers can be suppressed during firing, and obstacles such as pinholes and peeling can be prevented.

また、炭素繊維粉を5〜35重量部の割合で配合させるようにしたので、チューブ3やフィン4と炭素繊維との接触性を高めることができるとともに、その炭素繊維と塗膜表面に露出した炭素繊維との間で熱交換させることができるようになる。また、炭素繊維の含有量を多くしすぎれば、塗膜にクラックが入ってしまうが、この割合の場合、クラックが入ることもない。また、炭素繊維の含有量を小さくしすぎれば、熱交換効率が落ちるが、このような含有量であれば、熱交換効率を向上させることができるようになる。   Moreover, since the carbon fiber powder was blended at a ratio of 5 to 35 parts by weight, the contact between the tube 3 and the fin 4 and the carbon fiber can be improved, and the carbon fiber and the coating film surface were exposed. Heat exchange can be performed with the carbon fiber. Further, if the carbon fiber content is excessively increased, cracks will occur in the coating film, but in this ratio, cracks will not occur. In addition, if the carbon fiber content is too small, the heat exchange efficiency decreases. However, with such a content, the heat exchange efficiency can be improved.

なお、本発明は上記実施の形態に限定されることなく種々の態様で実施することができる。   In addition, this invention can be implemented in various aspects, without being limited to the said embodiment.

例えば、上記実施の形態では、平均繊維長100μm以下の炭素繊維粉を用いるようにしたが、熱交換器1の大きさによっては、これよりも平均繊維長の大きい炭素繊維粉を用いるようにしてもよい。すなわち、熱交換器1の大きさや構造の複雑さなどに応じて平均繊維長や平均繊維径などを変更すればよい。   For example, in the above embodiment, carbon fiber powder having an average fiber length of 100 μm or less is used. However, depending on the size of the heat exchanger 1, carbon fiber powder having a larger average fiber length may be used. Also good. That is, the average fiber length, the average fiber diameter, and the like may be changed according to the size of the heat exchanger 1 and the complexity of the structure.

また、上記実施の形態では、熱交換器1に炭素繊維粉を含有した塗膜を生成するようにしたが、使用によって樹脂がなくなって塗膜が薄くなる可能性がある。このような場合においても、炭素繊維だけが残ることになるが、その上から更に同様にして塗膜を生成することで、熱伝導性を確保することもできる。   Moreover, in the said embodiment, although the coating film containing carbon fiber powder was produced | generated in the heat exchanger 1, resin may be lose | eliminated by use and a coating film may become thin. Even in such a case, only the carbon fibers remain, but it is also possible to ensure thermal conductivity by forming a coating film in a similar manner from above.

1・・・熱交換器
2・・・交換室
21・・・投入口
22・・・排出口
3・・・チューブ
4・・・フィン
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Heat exchanger 2 ... Exchange chamber 21 ... Input port 22 ... Discharge port 3 ... Tube 4 ... Fin

Claims (5)

熱交換器に塗布される炭素繊維含有塗料において、
粉砕された炭素繊維粉と、
当該炭素繊維粉を含有するマトリクス樹脂と、
を設けたことを特徴とする炭素繊維含有塗料。
In the carbon fiber-containing paint applied to the heat exchanger,
Pulverized carbon fiber powder,
A matrix resin containing the carbon fiber powder;
A carbon fiber-containing paint characterized by comprising:
炭素繊維粉が、平均繊維長100μm以下の炭素繊維で構成されるものである請求項1に記載の炭素繊維含有塗料。 The carbon fiber-containing paint according to claim 1, wherein the carbon fiber powder is composed of carbon fibers having an average fiber length of 100 µm or less. 前記炭素繊維粉が、平均繊維長5〜100μmの炭素繊維粉と、平均繊維長0.5〜5μmの炭素繊維粉を配合させてなるものである請求項1に記載の炭素繊維含有塗料。 The carbon fiber-containing paint according to claim 1, wherein the carbon fiber powder is obtained by blending carbon fiber powder having an average fiber length of 5 to 100 µm and carbon fiber powder having an average fiber length of 0.5 to 5 µm. 前記炭素繊維粉を5〜35重量部の割合で配合させるようにした請求項1に記載の炭素繊維含有塗料。 The carbon fiber-containing paint according to claim 1, wherein the carbon fiber powder is blended at a ratio of 5 to 35 parts by weight. 請求項1乃至4に記載の炭素繊維含有塗料を塗布した熱交換器。 The heat exchanger which apply | coated the carbon fiber containing coating material of Claims 1 thru | or 4.
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