JP2023165503A - Aluminum fin material and heat exchanger - Google Patents

Aluminum fin material and heat exchanger Download PDF

Info

Publication number
JP2023165503A
JP2023165503A JP2022076590A JP2022076590A JP2023165503A JP 2023165503 A JP2023165503 A JP 2023165503A JP 2022076590 A JP2022076590 A JP 2022076590A JP 2022076590 A JP2022076590 A JP 2022076590A JP 2023165503 A JP2023165503 A JP 2023165503A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
water
aluminum
fin material
aluminum fin
sample
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2022076590A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
歩並 加藤
Honami Kato
智也 山▲崎▼
Tomoya Yamazaki
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nihon Tokushu Toryo Co Ltd
Original Assignee
Nihon Tokushu Toryo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nihon Tokushu Toryo Co Ltd filed Critical Nihon Tokushu Toryo Co Ltd
Priority to JP2022076590A priority Critical patent/JP2023165503A/en
Publication of JP2023165503A publication Critical patent/JP2023165503A/en
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

To provide an aluminum fin material that has anti-frosting property, and to provide a heat exchanger including the aluminum fin material.SOLUTION: An aluminum fin material includes: an aluminum base material; a porous film provided at a surface of the aluminum base material; a water-repellent film provided at a surface of the porous film; and a lubrication oil layer provided at a surface of the water-repellent film. A heat exchanger includes the aluminum fin material.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、アルミニウムフィン材、及び熱交換器に関する。 The present invention relates to an aluminum fin material and a heat exchanger.

アルミニウムフィン材は熱交換器に用いられている。
たとえば、特許文献1には、アルミニウム板と、アルミニウム板の表面に形成された耐食性皮膜層と、耐食性皮膜層の表面に形成された親水性皮膜層とを備え、優れた親水性と防汚性とを発揮するアルミニウムフィン材が記載されている。
なお、特許文献2には、階層状のエッチングピット及びこのエッチングピット表面に存在するナノポアを有する酸化アルミニウム膜からなる階層構造のアルミニウム部材表面に酸化アルミニウム膜を有すると共に、該酸化アルミニウム膜はフッ素含有有機リン酸化合物の単分子層を有し、さらにこの単分子層の上にフッ素含有油の被覆層を有する、着雪抑制に用いるためのアルミニウム複合材により、架空送電線のアルミ線表面を難着雪性にすることが記載されている。
Aluminum fin material is used in heat exchangers.
For example, Patent Document 1 discloses that the aluminum plate includes an aluminum plate, a corrosion-resistant film layer formed on the surface of the aluminum plate, and a hydrophilic film layer formed on the surface of the corrosion-resistant film layer, and has excellent hydrophilicity and stain resistance. An aluminum fin material that exhibits the following is described.
Note that Patent Document 2 discloses that an aluminum oxide film is provided on the surface of an aluminum member having a hierarchical structure consisting of an aluminum oxide film having hierarchical etching pits and nanopores present on the surface of the etching pits, and that the aluminum oxide film contains fluorine. An aluminum composite material used to suppress snow accumulation, which has a monomolecular layer of an organic phosphoric acid compound and a coating layer of fluorine-containing oil on top of this monomolecular layer, can be used to prevent the surface of aluminum wires of overhead power transmission lines from being damaged. It is described that it makes snow accretion.

特開2021-116993号公報JP 2021-116993 Publication 特開2019-85597号公報JP 2019-85597 Publication

ルームエアコン等の熱交換器用アルミニウムフィンは、1~2mm間隔で重ね合わせて設置されて、フィン間を流れる空気と熱交換を行う役割を担っている。また、フィン表面に付着した結露水がフィン間でブリッジを作り、目詰まりを起こすと、通風抵抗が大きくなり、熱交換効率が低下するため、目詰まりを防止する目的で、アルミニウムフィン表面は、一般に親水化処理が施されている。しかし、親水性の表面は、結露水が濡れ広がりやすいため、着霜しやすく、熱交換効率が低下するという問題がある。特に、冬季の熱交換器の稼働時における着霜は重大な課題となっており、防霜性に優れる(着霜を遅延させることができ、容易に除霜する)アルミニウムフィン材が求められる。
撥水性表面は、親水性表面と比較して着霜を遅延させる効果があるため、アルミニウムフィン表面の撥水性処理が着霜防止には有効であるが、凹凸構造により発現する撥水性表面は、結露水が表面にピン止めされやすいため、除霜運転後の水滴が落ちにくいなどの問題がある。
そこで、本発明は、撥水性でありながら、潤滑オイルに被覆された非常に平滑な滑水性表面を有し、着霜遅延効果と水滴除去性に優れるアルミニウムフィン材を提供する。
Aluminum fins for heat exchangers such as room air conditioners are placed one on top of the other at intervals of 1 to 2 mm, and play the role of exchanging heat with the air flowing between the fins. In addition, if condensed water adhering to the fin surface forms bridges between the fins and causes clogging, ventilation resistance increases and heat exchange efficiency decreases, so in order to prevent clogging, the aluminum fin surface is Generally, it is subjected to hydrophilic treatment. However, since dew condensation water easily wets and spreads on a hydrophilic surface, there is a problem in that frost tends to form on the surface and heat exchange efficiency decreases. In particular, frost formation during operation of heat exchangers in winter is a serious issue, and an aluminum fin material with excellent frost resistance (capable of delaying frost formation and easy defrosting) is required.
A water-repellent surface has the effect of delaying frost formation compared to a hydrophilic surface, so water-repellent treatment of the aluminum fin surface is effective in preventing frost formation, but the water-repellent surface developed by the uneven structure Since dew condensation water tends to be pinned to the surface, there are problems such as difficulty in water droplets falling off after defrosting operation.
Accordingly, the present invention provides an aluminum fin material that is water repellent, has a very smooth water-sliding surface coated with lubricating oil, and has excellent frost retardation effects and water drop removal properties.

本発明の課題は、防霜性に優れるアルミニウムフィン材、及び上記アルミニウムフィン材を含む熱交換器を提供することにある。 An object of the present invention is to provide an aluminum fin material with excellent frost resistance, and a heat exchanger containing the aluminum fin material.

本発明者らは、以下の構成により上記課題を解決できることを見出した。 The present inventors have discovered that the above problem can be solved by the following configuration.

(1)
アルミニウム基材と、
前記アルミニウム基材の表面に設けられた多孔質膜と、
前記多孔質膜の表面に設けられた撥水性膜と、
前記撥水性膜の表面に設けられた潤滑オイル層と、
を含む、アルミニウムフィン材。
(2)
前記多孔質膜が陽極酸化皮膜である、(1)に記載のアルミニウムフィン材。
(3)
前記撥水性膜が含フッ素化合物を含む、(1)又は(2)に記載のアルミニウムフィン材。
(4)
前記潤滑オイル層が含フッ素化合物を含む、(1)~(3)のいずれか1つに記載のアルミニウムフィン材。
(5)
(1)~(4)のいずれか1つに記載のアルミニウムフィン材を含む熱交換器。
(1)
aluminum base material,
a porous membrane provided on the surface of the aluminum base material;
a water-repellent membrane provided on the surface of the porous membrane;
a lubricating oil layer provided on the surface of the water-repellent film;
Including aluminum fin material.
(2)
The aluminum fin material according to (1), wherein the porous film is an anodic oxide film.
(3)
The aluminum fin material according to (1) or (2), wherein the water-repellent film contains a fluorine-containing compound.
(4)
The aluminum fin material according to any one of (1) to (3), wherein the lubricating oil layer contains a fluorine-containing compound.
(5)
A heat exchanger comprising the aluminum fin material according to any one of (1) to (4).

本発明によれば、防霜性に優れるアルミニウムフィン材、及び上記アルミニウムフィン材を含む熱交換器を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide an aluminum fin material with excellent frost resistance, and a heat exchanger containing the aluminum fin material.

本発明のアルミニウムフィン材の一例を表す模式図である。FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of an aluminum fin material of the present invention. 各試料の着霜除霜試験結果の写真である。It is a photograph of the frosting and defrosting test results of each sample. 各試料について着霜除霜試験を繰り返し行った結果の写真である。These are photographs of the results of repeated frosting and defrosting tests for each sample. 各試料表面に残存した水滴質量の計測を行った結果の写真である。This is a photograph of the results of measuring the mass of water droplets remaining on the surface of each sample. 各試料表面に残存した水滴の大きさを示す写真である。It is a photograph showing the size of water droplets remaining on the surface of each sample.

以下、本発明について説明する。以下の実施形態における各構成及びそれらの組み合わせは例であり、本発明は実施形態によって限定されることはない。
本明細書において、「~」とはその前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む意味で使用される。
The present invention will be explained below. Each structure and combination thereof in the following embodiments are examples, and the present invention is not limited by the embodiments.
In the present specification, "~" is used to include the numerical values described before and after it as a lower limit value and an upper limit value.

[アルミニウムフィン材]
本発明のアルミニウムフィン材は、アルミニウム基材と、アルミニウム基材の表面に設けられた多孔質膜と、多孔質膜の表面に設けられた撥水性膜と、撥水性膜の表面に設けられた潤滑オイル層とを含むアルミニウムフィン材である。
本発明のアルミニウムフィン材の表面は、SLIPS(Slippery Liquid Infused Porous Surface)であることが好ましい。
本発明では、アルミニウムフィン材の表面を滑水化することで、防霜性を付与する。本発明のアルミニウムフィン材の表面は滑水性に優れているため、霜のもととなる水滴が付着しても落下しやすく、防霜性に優れている。
[Aluminum fin material]
The aluminum fin material of the present invention comprises an aluminum base material, a porous membrane provided on the surface of the aluminum base material, a water-repellent film provided on the surface of the porous film, and a water-repellent film provided on the surface of the water-repellent film. It is an aluminum fin material containing a lubricating oil layer.
The surface of the aluminum fin material of the present invention is preferably SLIPS (Slippery Liquid Infused Porous Surface).
In the present invention, frost resistance is imparted by making the surface of the aluminum fin material water-smooth. Since the surface of the aluminum fin material of the present invention has excellent water sliding properties, even if water droplets that cause frost adhere to the surface, they easily fall off, and the aluminum fin material has excellent frost resistance.

図1に、本発明のアルミニウムフィン材の一例を表す模式図を示す。
図1のアルミニウムフィン材10は、アルミニウム基材1と、アルミニウム基材1の表面に設けられた多孔質膜2と、多孔質膜2の表面に設けられた撥水性膜3と、撥水性膜3の表面に設けられた潤滑オイル層4とを含む。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an example of the aluminum fin material of the present invention.
The aluminum fin material 10 in FIG. and a lubricating oil layer 4 provided on the surface of 3.

(アルミニウム基材)
アルミニウム基材に用いられるアルミニウムは特に限定されないが、例えば、JIS H 4000:2014に規定されている1000系アルミニウムが挙げられ、具体的には合金番号1050、1070、1200のアルミニウムが好ましい。また、アルミニウム板製作工程において、調質焼鈍工程が施されたアルミニウムであることが最も好ましい。焼鈍を行ったアルミニウム板を使用した場合、撥水性膜形成後の撥水性(水接触角)は、150°以上にすることができる。これに対して、焼鈍を行っていないアルミニウム板では、水接触角が140°程度となる傾向がある。多孔質膜の多孔性は、撥水性膜形成後の表面の撥水性に大きく関与しており、焼鈍を行うことで、さらに優れた多孔性を付与できると考えられる。焼鈍を行ったアルミニウム板の陽極酸化処理表面をオイル保持層として使用した場合、潤滑オイルの保持力が非常に高くなるため、SLIPSの性能が十分に発揮される。
アルミニウム基材は、アルミニウムを含む合金からなるものであってもよいが、アルミニウムを90質量%以上含むことが好ましい。
アルミニウム基材の厚さは特に限定されないが、例えば、0.05mm以上1mm以下であってもよい。
(aluminum base material)
Aluminum used for the aluminum base material is not particularly limited, but examples thereof include 1000 series aluminum defined in JIS H 4000:2014, and specifically aluminum with alloy numbers 1050, 1070, and 1200 is preferable. Moreover, in the aluminum plate manufacturing process, it is most preferable to use aluminum that has been subjected to a temper annealing process. When an annealed aluminum plate is used, the water repellency (water contact angle) after forming the water repellent film can be 150° or more. On the other hand, an aluminum plate that has not been annealed tends to have a water contact angle of about 140°. The porosity of the porous membrane is largely involved in the water repellency of the surface after the formation of the water-repellent membrane, and it is thought that annealing can impart even better porosity. When the anodized surface of an annealed aluminum plate is used as an oil retaining layer, the lubricating oil retaining power becomes extremely high, so that the performance of SLIPS is fully exhibited.
The aluminum base material may be made of an alloy containing aluminum, but preferably contains 90% by mass or more of aluminum.
The thickness of the aluminum base material is not particularly limited, but may be, for example, 0.05 mm or more and 1 mm or less.

(多孔質膜)
アルミニウム基材の表面に設けられた多孔質膜は、アルミニウム基材と直接接していることが好ましい。
本発明では、アルミニウム基材自体の表面を多孔質にすることで多孔質膜を形成することが好ましく、例えば、アルミニウム基材の表面を化学的又は物理的に粗面化処理してなるものであることが好ましく、陽極酸化処理又はエッチング処理することにより形成されたものであることがより好ましく、陽極酸化処理することにより形成された陽極酸化皮膜(酸化アルミニウム膜)であることが最も好ましい。陽極酸化処理は公知の方法により行うことができる。
多孔質膜の厚さは特に限定されないが、例えば、0.1μm以上100μm以下であってもよい。
多孔質膜に含まれる孔のサイズは特に限定されないが、例えば、1nm以上200nm以下であってもよい。
(porous membrane)
It is preferable that the porous membrane provided on the surface of the aluminum base material is in direct contact with the aluminum base material.
In the present invention, it is preferable to form a porous film by making the surface of the aluminum base material itself porous, for example, by chemically or physically roughening the surface of the aluminum base material. Preferably, it is formed by anodic oxidation or etching, and most preferably an anodic oxide film (aluminum oxide film) formed by anodic oxidation. The anodizing treatment can be performed by a known method.
The thickness of the porous membrane is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 μm or more and 100 μm or less.
The size of the pores included in the porous membrane is not particularly limited, but may be, for example, 1 nm or more and 200 nm or less.

(撥水性膜)
多孔質膜の表面に設けられた撥水性膜は、多孔質膜と直接接していることが好ましい。
撥水性膜は、撥水性を示す化合物(好ましくは含フッ素化合物)により、多孔質膜を処理することで得ることができる。撥水性膜は、具体的には、含フッ素化合物を含む溶液に多孔質膜を含むアルミニウム基材を浸漬したり、含フッ素化合物を含む溶液を多孔質膜上に塗布(例えば、スピンコート)したり、含フッ素化合物を多孔質膜上に蒸着したりすることで得ることができる。このように多孔質膜を撥水処理することで、潤滑オイル層との親和性を高めることができ、潤滑オイル層を保持することができる。
撥水性膜は、含フッ素化合物を含むことが好ましい。含フッ素化合物としては、例えば、含フッ素有機リン酸化合物やフッ素系シランカップリング剤などが挙げられる。含フッ素有機リン酸化合物としては、FPE-50(AGCセイミケミカル株式会社)などが挙げられる。フッ素系シランカップリング剤としては、トリエトキシ-1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシルシラン(Triethoxy-1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecylsilane)などが挙げられる。
撥水性膜の厚さとしては含フッ素化合物による単分子膜レベルであることが好ましい。過剰に含フッ素化合物が吸着した場合、多孔質膜を消失させる可能性があるため、撥水処理後に適切な溶剤により表面を洗浄することで過剰量を除去することが好ましい。
(Water repellent film)
The water-repellent film provided on the surface of the porous membrane is preferably in direct contact with the porous membrane.
A water-repellent membrane can be obtained by treating a porous membrane with a compound exhibiting water repellency (preferably a fluorine-containing compound). Specifically, a water-repellent film is produced by immersing an aluminum base material containing a porous membrane in a solution containing a fluorine-containing compound, or by applying a solution containing a fluorine-containing compound onto a porous membrane (for example, by spin coating). Alternatively, it can be obtained by vapor-depositing a fluorine-containing compound onto a porous membrane. By subjecting the porous membrane to water-repellent treatment in this manner, the affinity with the lubricating oil layer can be increased and the lubricating oil layer can be retained.
The water-repellent film preferably contains a fluorine-containing compound. Examples of the fluorine-containing compound include fluorine-containing organic phosphoric acid compounds and fluorine-based silane coupling agents. Examples of the fluorine-containing organic phosphoric acid compound include FPE-50 (AGC Seimi Chemical Co., Ltd.). Examples of the fluorine-based silane coupling agent include triethoxy-1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecylsilane.
The thickness of the water-repellent film is preferably at the level of a monomolecular film made of a fluorine-containing compound. If an excessive amount of the fluorine-containing compound is adsorbed, the porous membrane may disappear, so it is preferable to remove the excess amount by washing the surface with an appropriate solvent after the water repellent treatment.

(潤滑オイル層)
撥水性膜の表面に設けられた潤滑オイル層は、撥水性膜と直接接していることが好ましい。前述したように、潤滑オイル層は、撥水処理された(表面に撥水性膜が設けられた)多孔質膜上に、保持されていることが好ましい。潤滑オイル層は、具体的には、潤滑オイルに撥水性膜が形成された多孔質膜を含むアルミニウム基材を浸漬したり、潤滑オイルを撥水性膜上に塗布したりすることで得ることができる。
潤滑オイル層は、含フッ素化合物を含むことが好ましい。含フッ素化合物としては、例えば、パーフルオロポリエーテル、フルオロアルキルアミンなどが挙げられる。例えば、GPLオイル101(Krytox)などが使用可能である。
潤滑オイル層は、紫外線吸収剤、酸化防止剤等の添加剤を含むこともできる。
潤滑オイル層の含有量(保持量)は、特に限定されないが、例えば、本発明のアルミニウムフィン材の単位面積当たりの質量として、0.1~10mg/cmであってもよい。
(Lubricating oil layer)
The lubricating oil layer provided on the surface of the water-repellent film is preferably in direct contact with the water-repellent film. As mentioned above, the lubricating oil layer is preferably held on a porous membrane that has been treated to be water repellent (having a water repellent film provided on its surface). Specifically, the lubricating oil layer can be obtained by dipping an aluminum base material containing a porous film on which a water-repellent film is formed in lubricating oil, or by applying lubricating oil on the water-repellent film. can.
The lubricating oil layer preferably contains a fluorine-containing compound. Examples of the fluorine-containing compound include perfluoropolyether and fluoroalkylamine. For example, GPL oil 101 (Krytox) can be used.
The lubricating oil layer can also contain additives such as ultraviolet absorbers and antioxidants.
The content (retained amount) of the lubricating oil layer is not particularly limited, but may be, for example, 0.1 to 10 mg/cm 2 as a mass per unit area of the aluminum fin material of the present invention.

SLIPSの滑水性能は、表層に保持されている潤滑オイルの流動性によって発現しているため、低温環境下でも流動性を有するオイルを使用することが好ましい。一般に潤滑オイルとして使用されているオイルの種類は多く存在するが、その中でもフッ素系のオイルは極低温に至る幅広い温度領域で流動性を示すため、フッ素系潤滑油が好ましい。フッ素系潤滑油としては、例えば、パーフルオロポリエーテル、フルオロアルキルアミンなどが挙げられる。また、着霜面温度が潤滑オイルの流動温度以上の場合であっても、オイルの粘性は温度が低下するほど増大するため、流動温度は低いほど適している。例えば、GPLオイルシリーズ(Krytox)においては、100、101>102>103>104>105、106>107の順に好ましいと言える。 Since the sliding performance of SLIPS is expressed by the fluidity of the lubricating oil held in the surface layer, it is preferable to use an oil that has fluidity even in a low-temperature environment. There are many types of oils that are generally used as lubricating oils, but among them, fluorine-based lubricating oils are preferred because they exhibit fluidity in a wide temperature range down to extremely low temperatures. Examples of the fluorine-based lubricating oil include perfluoropolyether and fluoroalkylamine. Further, even if the frosted surface temperature is higher than the flow temperature of the lubricating oil, the viscosity of the oil increases as the temperature decreases, so the lower the flow temperature is, the more suitable it is. For example, in the GPL oil series (Krytox), it can be said that the preferred order is 100, 101>102>103>104>105, and 106>107.

[熱交換器]
本発明の熱交換器は、前述のアルミニウムフィン材を含む。
本発明の熱交換器は、前述のアルミニウムフィン材に加えて、熱交換器に含まれる部品として公知の部品(例えば、伝熱管など)を含むことができる。
[Heat exchanger]
The heat exchanger of the present invention includes the aluminum fin material described above.
In addition to the above-mentioned aluminum fin material, the heat exchanger of the present invention can include parts known as parts included in a heat exchanger (for example, heat exchanger tubes, etc.).

以下に実施例に基づいて本発明を更に詳細に説明する。以下の実施例に示す材料、使用量、割合、処理内容、及び処理手順等は、本発明の趣旨を逸脱しない限り適宜変更できる。 The present invention will be explained in more detail below based on Examples. The materials, usage amounts, proportions, processing details, processing procedures, etc. shown in the following examples can be changed as appropriate without departing from the spirit of the present invention.

<実施例1>
アルミニウム基材として、JIS H 4000:2014に規定されているA1050であって、調質焼鈍工程が施された、厚み0.5mmのアルミニウム板を使用した。
上記アルミニウム板に対して、0.3mol/L硫酸水溶液中で、22Vで35分間、陽極酸化処理を行い、その後、希クロメート溶液中で封孔処理することにより、アルミニウム基材の表面に陽極酸化皮膜からなる多孔質膜を形成した。多孔質膜は、約100nmのサイズの孔を多数有していた。
次に、多孔質膜を有するアルミニウム基材を、簡易オートクレーブ内にトリエトキシ-1H,1H,2H,2H-ヘプタデカフルオロデシルシラン(Triethoxy-1H,1H,2H,2H-heptadecafluorodecylsilane)とともに入れ、80℃で約16時間蒸着させることで、多孔質膜上に撥水性膜を形成した。
更に、上記撥水性膜に、潤滑オイルであるGPLオイル101を塗布することで、潤滑オイル層を保持させ、過剰量のオイルはエアスプレーで除去し、SLIPS表面を形成した。潤滑オイルの保持量は約0.8mg/cmであった。
このようにして、実施例1の試料を作製した。
<Example 1>
As the aluminum base material, a 0.5 mm thick aluminum plate made of A1050 specified in JIS H 4000:2014 and subjected to a temper annealing process was used.
The above aluminum plate is anodized in a 0.3 mol/L sulfuric acid aqueous solution at 22 V for 35 minutes, and then sealed in a dilute chromate solution to anodize the surface of the aluminum base material. A porous membrane consisting of a film was formed. The porous membrane had many pores with a size of about 100 nm.
Next, the aluminum base material having the porous membrane was placed in a simple autoclave together with triethoxy-1H, 1H, 2H, 2H-heptadecafluorodecylsilane, and the temperature was 80°C. A water-repellent film was formed on the porous film by vapor deposition for about 16 hours.
Furthermore, a lubricating oil layer was maintained by applying GPL oil 101, which is a lubricating oil, to the water-repellent film, and an excess amount of oil was removed by air spray to form a SLIPS surface. The amount of lubricating oil retained was approximately 0.8 mg/cm 2 .
In this way, the sample of Example 1 was produced.

<比較例1>
厚み0.5mmのA1050アルミニウム基材を比較例1として使用した。
<Comparative example 1>
An A1050 aluminum substrate with a thickness of 0.5 mm was used as Comparative Example 1.

(水接触角の測定)
自動接触角計DMS-601(協和界面科学株式会社)を使用し、作製した試料表面の水接触角測定を実施した。測定時の水滴量は2μLとした。
(Measurement of water contact angle)
The water contact angle of the prepared sample surface was measured using an automatic contact angle meter DMS-601 (Kyowa Interface Science Co., Ltd.). The amount of water droplets during measurement was 2 μL.

(滑落角の測定)
水接触角の測定と同様の装置を使用し、10μLの水滴に対する滑落角を測定した。
試料面を水平な状態から徐々に傾斜させ、水滴が滑落し始めるときの傾斜角を滑落角とし、試料面を垂直まで傾斜させた際、水滴が計測カメラ内に残留している場合、滑落角の結果は「×」とした。
(Measurement of sliding angle)
The sliding angle for a 10 μL water droplet was measured using the same device as used for measuring the water contact angle.
When the sample surface is gradually tilted from a horizontal state, the angle of inclination at which water droplets begin to slide down is defined as the sliding angle.If the sample surface is tilted up to the vertical position and the water droplets remain inside the measurement camera, the sliding angle is defined as the sliding angle. The result was marked as "x".

結果を下記表1に示す。 The results are shown in Table 1 below.

Figure 2023165503000002
Figure 2023165503000002

(着霜・除霜試験)
恒湿恒温槽内に、実施例1及び比較例1の試料を、垂直に設置した冷却装置表面に固定した。また、各試料は3×6cmの大きさのものを使用した。恒湿恒温槽内は、10℃、相対湿度80%RHに設定した。
あらかじめ25℃に設定した冷却装置に各試料を設置した後、冷却装置で各試料の表面を-10℃にし、20分間、試料表面の温度を-10℃に保った。ここで、試料表面を目視で観察し、着霜を評価したところ、試料が全面着霜までの時間において、実施例1は約15分、比較例1は約7分であった。
さらに、実施例1では、結露水が表面上で滑落する様子が観察された。
続いて、試料表面の温度を-10℃から1℃まで、2℃/分の速度で上昇させ、3分間、試料表面の温度を1℃に保った。ここで、試料表面を目視で観察し、除霜を評価したところ、実施例1では比較的大きな水滴は滑落により表面上から除去されたのに対し、比較例1では大部分の水滴が表面に残留する結果であった。図2に実施例1及び比較例1の着霜除霜試験結果の写真を示す。各写真はそれぞれの温度及び時間におけるものである。各写真において左側が実施例1の試料であり、右側が比較例1の試料である。
(Frosting/defrosting test)
The samples of Example 1 and Comparative Example 1 were fixed to the surface of a cooling device installed vertically in a constant humidity and temperature chamber. Moreover, each sample used had a size of 3×6 cm. The temperature and humidity chamber was set at 10° C. and relative humidity at 80% RH.
After placing each sample in a cooling device preset at 25° C., the surface of each sample was brought to −10° C. using the cooling device, and the temperature of the sample surface was maintained at −10° C. for 20 minutes. Here, when the sample surface was visually observed and frost formation was evaluated, the time required for the sample to completely frost was approximately 15 minutes for Example 1 and approximately 7 minutes for Comparative Example 1.
Furthermore, in Example 1, dew condensation water was observed to slide down on the surface.
Subsequently, the temperature of the sample surface was increased from -10°C to 1°C at a rate of 2°C/min, and the temperature of the sample surface was maintained at 1°C for 3 minutes. Here, when the sample surface was visually observed and the defrosting was evaluated, it was found that in Example 1, relatively large water droplets were removed from the surface by sliding down, whereas in Comparative Example 1, most of the water droplets were removed from the surface. The result was that it remained. FIG. 2 shows photographs of the frosting and defrosting test results of Example 1 and Comparative Example 1. Each photo is at a different temperature and time. In each photograph, the left side is the sample of Example 1, and the right side is the sample of Comparative Example 1.

(耐久性試験)
実施例1の耐久性を確認するため、着霜・除霜試験を繰り返し行った。前述の試験直後の試料に対して、引き続き試料表面の温度を-10℃に冷却し、20分間、試料表面の温度を-10℃に保った。ここで、試料表面を目視で観察し、着霜を評価したところ、試料が全面着霜するまでの時間において、実施例1は約13分、比較例1は約4分であり、着霜までの時間の差がさらに広がる結果となった。これは、比較例1では、除霜後に表面に付着している水滴量が実施例1と比較して多いため、着霜までの時間が大幅に促進されたと考えられる。一方、実施例1では、除霜段階で、大部分の水滴が除去されるため、着霜までの時間の促進が顕著ではなかったと考えられる。したがって、繰り返し着霜・除霜試験を行った場合には、本発明の滑水表面(SLIPS)としたアルミニウムフィン材の着霜遅延効果が、さらに発揮されることが分かった。
続いて、上記と同様の方法で試料表面の温度を-10℃から1℃まで上昇させたところ、1回目の除霜試験と同様に、比較例1では大部分の水滴が表面に残留したのに対し、実施例1で大部分の水滴が滑落により除去された。
さらに、5回まで着霜・除霜を繰り返したところ、5回目の除霜後も1回目と同程度に水滴の滑落する様子が実施例1で確認された。図3に実施例1及び比較例1について着霜除霜試験を繰り返し行った結果の写真を示す。また、試験後の表面の滑落角を測定したところ、1~5°と試験前と同程度の滑水性を示したことより、着霜・除霜の繰り返しによる耐久性を有することが分かった。
(Durability test)
In order to confirm the durability of Example 1, frosting and defrosting tests were repeated. Immediately after the above-described test, the sample surface temperature was subsequently cooled to -10°C, and the sample surface temperature was maintained at -10°C for 20 minutes. Here, when the sample surface was visually observed and frost formation was evaluated, it was found that the time it took for the sample to become completely frosted was about 13 minutes for Example 1 and about 4 minutes for Comparative Example 1. This resulted in the time difference becoming even wider. This is considered to be because in Comparative Example 1, the amount of water droplets adhering to the surface after defrosting was larger than in Example 1, and therefore the time until frost formation was significantly accelerated. On the other hand, in Example 1, most of the water droplets were removed during the defrosting stage, so it is considered that the time until frost formation was not significantly accelerated. Therefore, when repeated frosting/defrosting tests were conducted, it was found that the frosting retarding effect of the aluminum fin material with the sliding surface (SLIPS) of the present invention was further exhibited.
Next, when the temperature of the sample surface was raised from -10°C to 1°C using the same method as above, it was found that in Comparative Example 1, most of the water droplets remained on the surface, similar to the first defrosting test. In contrast, in Example 1, most of the water droplets were removed by sliding down.
Further, when frosting and defrosting were repeated up to 5 times, it was confirmed in Example 1 that water droplets slid down to the same extent after the 5th defrosting as in the 1st time. FIG. 3 shows photographs of the results of repeated frosting and defrosting tests for Example 1 and Comparative Example 1. In addition, when the sliding angle of the surface after the test was measured, it was found to be 1 to 5 degrees, which is the same level of water sliding property as before the test, indicating that it has durability against repeated frosting and defrosting.

(付着水滴質量測定)
各試料表面上に残留する水滴質量を測定するため、実施例1及び比較例1の試料を各3枚ずつ使用し、上記と同様の方法で各試料表面上に十分着霜をさせた後、除霜を行った。残存した水滴質量は、実施例1では平均0.033gであったのに対し、比較例1では平均0.114gであり、実施例1で残留水滴量は約7割減少する結果となった。図4に試料表面に残存した水滴質量の計測に用いた各試料の写真を示す。
さらに、各試料表面に残存する水滴の高さを評価した。試料表面に付着した水滴の高さは目視で計測することが困難であったため、付着している水滴の半径と各試料表面の水接触角から以下の式より算出した。
(Measurement of mass of attached water droplets)
In order to measure the mass of water droplets remaining on the surface of each sample, three samples each of Example 1 and Comparative Example 1 were used, and after sufficiently frosting the surface of each sample in the same manner as above, Defrosted. The mass of the remaining water droplets was 0.033 g on average in Example 1, whereas it was 0.114 g on average in Comparative Example 1, resulting in a reduction in the amount of residual water droplets in Example 1 by about 70%. Figure 4 shows photographs of each sample used to measure the mass of water droplets remaining on the sample surface.
Furthermore, the height of water droplets remaining on the surface of each sample was evaluated. Since it was difficult to visually measure the height of the water droplet attached to the sample surface, it was calculated from the radius of the attached water droplet and the water contact angle of each sample surface using the following formula.

Figure 2023165503000003
Figure 2023165503000003

ここで、hは水滴の高さ、rは水滴の半径、θは試料表面の水滴接触角である。図5に各試料表面に残存した水滴の大きさを表す写真を示す。実施例1に付着した水滴の直径は、最大で約1.5mm、高さは約1.1mmであった。一方、比較例1に付着した水滴の直径は、最大で約4.0mm、高さは約2.1mmであり、アルミニウム表面を滑水化処理することにより、表面に付着する水滴の大きさは半減することが分かった。したがって、本発明の滑水表面(SLIPS)としたアルミニウムフィン材は、フィンピッチが2mmの熱交換器に設置された際には、水滴付着によるフィン間の目詰まりを防ぎ、通風抵抗の低下を抑制する効果が見込める。さらに、本発明のアルミニウムフィン材は、撥水性に優れるため、錆の要因となる付着水を排除しやすいため、防錆効果も期待できる。 Here, h is the height of the water droplet, r is the radius of the water droplet, and θ is the contact angle of the water droplet on the sample surface. FIG. 5 shows photographs showing the size of water droplets remaining on the surface of each sample. The diameter of the water droplets attached to Example 1 was about 1.5 mm at maximum, and the height was about 1.1 mm. On the other hand, the maximum diameter of the water droplets that adhered to Comparative Example 1 was approximately 4.0 mm, and the height was approximately 2.1 mm. It was found that it was reduced by half. Therefore, when the aluminum fin material with the sliding surface (SLIPS) of the present invention is installed in a heat exchanger with a fin pitch of 2 mm, it prevents clogging between the fins due to adhesion of water droplets and reduces ventilation resistance. It is expected to have a suppressive effect. Furthermore, since the aluminum fin material of the present invention has excellent water repellency, it is easy to remove attached water that causes rust, so it can also be expected to have a rust-preventing effect.

以上より、実施例1の試料は防霜性に優れることが分かった。したがって、本発明のアルミニウムフィン材は防霜性に優れ、熱交換器に適用した際に、着霜を遅延させることができ、かつ容易に除霜できると言える。 From the above, it was found that the sample of Example 1 had excellent frost resistance. Therefore, it can be said that the aluminum fin material of the present invention has excellent frost resistance, can delay frost formation, and can be easily defrosted when applied to a heat exchanger.

1 アルミニウム基材
2 多孔質膜
3 撥水性膜
4 潤滑オイル層
10 アルミニウムフィン材


1 Aluminum base material 2 Porous membrane 3 Water repellent membrane 4 Lubricating oil layer 10 Aluminum fin material


Claims (5)

アルミニウム基材と、
前記アルミニウム基材の表面に設けられた多孔質膜と、
前記多孔質膜の表面に設けられた撥水性膜と、
前記撥水性膜の表面に設けられた潤滑オイル層と、
を含む、アルミニウムフィン材。
aluminum base material,
a porous membrane provided on the surface of the aluminum base material;
a water-repellent membrane provided on the surface of the porous membrane;
a lubricating oil layer provided on the surface of the water-repellent film;
Including aluminum fin material.
前記多孔質膜が陽極酸化皮膜である、請求項1に記載のアルミニウムフィン材。 The aluminum fin material according to claim 1, wherein the porous film is an anodic oxide film. 前記撥水性膜が含フッ素化合物を含む、請求項1に記載のアルミニウムフィン材。 The aluminum fin material according to claim 1, wherein the water-repellent film contains a fluorine-containing compound. 前記潤滑オイル層が含フッ素化合物を含む、請求項1に記載のアルミニウムフィン材。 The aluminum fin material according to claim 1, wherein the lubricating oil layer contains a fluorine-containing compound. 請求項1~4のいずれか1項に記載のアルミニウムフィン材を含む熱交換器。


A heat exchanger comprising the aluminum fin material according to any one of claims 1 to 4.


JP2022076590A 2022-05-06 2022-05-06 Aluminum fin material and heat exchanger Pending JP2023165503A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022076590A JP2023165503A (en) 2022-05-06 2022-05-06 Aluminum fin material and heat exchanger

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2022076590A JP2023165503A (en) 2022-05-06 2022-05-06 Aluminum fin material and heat exchanger

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2023165503A true JP2023165503A (en) 2023-11-16

Family

ID=88748794

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022076590A Pending JP2023165503A (en) 2022-05-06 2022-05-06 Aluminum fin material and heat exchanger

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP2023165503A (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20220390191A1 (en) Droplet Ejecting Coatings
US8372484B2 (en) Anti-frost coating and the application method thereof
US20150368824A1 (en) Water and oil ultra-repellent structure and manufacturing method therefor
JPH0493597A (en) Water repellent coating composition and heat exchanger coated with water repellant coating composition
WO2017110200A1 (en) Water-repellent base material and method for manufacturing same
JP6887366B2 (en) Pre-coated fin material
JP6596313B2 (en) Pre-coated fins and heat exchanger
JP2012228670A (en) Water-repellent substrate, heat exchanger using water-repellent substrate, and method for producing water-repellent substrate
JP5859895B2 (en) Aluminum fin material
JP2023165503A (en) Aluminum fin material and heat exchanger
JP2014199155A (en) Aluminum fin material and process of manufacture thereof
JP2834228B2 (en) Water repellent coating composition and heat exchanger using the water repellent coating composition
JP2017015377A (en) Substrate and equipment using substrate
WO2021153495A1 (en) Aluminum fin material, heat exchanger, air conditioner, and method for producing aluminum fin material
JP2017155973A (en) Fin material for heat exchanger and heat exchanger
JP7409895B2 (en) Aluminum fin material, heat exchanger, and method for manufacturing aluminum fin material
JPH09113181A (en) Aluminum member for heat exchanger and manufacture thereof
JP6998012B2 (en) Aluminum composite
JPH05223481A (en) Material of fin for heat exchanger
CN117516250A (en) Aluminum fin material
JP2803798B2 (en) Heat exchanger
JP2023037459A (en) Aluminum fin material
Yu et al. Water-repellent slippery surfaces for HVAC&R systems
Yu et al. Self-healing, slippery surfaces for hvac&r systems
KR20220105927A (en) Antifoulding surface treatment method and antifoulding surface treatment structure thereof