JP7061297B2 - Carbon fiber-containing paint and method for forming a coating film of carbon fiber-containing paint - Google Patents

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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 coated with the carbon fiber-containing paint, and more specifically, protects a tube or fin made of metal. It also relates to carbon fiber-containing paints and the like that are designed to improve 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 exchanged heat is passed, and a plurality of fins provided so as to intersect the tube. Then, a fluid to be heated is passed through this tube, and heat is exchanged between the fluid and the fluid flowing outside the fins.

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 heat exchangers are used in a wide variety of fields, but for example, when water is heated using the exhaust gas of a boiler using heavy oil, the following problems occur.

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 heavy oil containing sulfur is burned to heat water, it is generally said that the heat exchange efficiency increases by 1% every time the temperature of the exhaust gas drops by 10 ° C. However, when the exhaust gas temperature becomes 120 ° C. or lower, the sulfur content contained in the exhaust gas is extracted from the surface of the tube or fin and becomes sulfuric acid, which corrodes the tube or fin. For this reason, in the past, the temperature of the exhaust gas was raised to 200 ° C., but in this way, not only is sulfur released into the atmosphere and it causes acid rain, but also 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。 On the other hand, fins and the like are made of matrix resin. In addition, a heat exchanger in which carbon fibers are 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 a tube. In such a heat exchanger, the metal is not corroded by sulfur content, and heat can be transferred to the fins by the carbon fiber in the direction orthogonal to the tube, so that the carbon fiber having high thermal conductivity is used instead of the metal. It becomes possible to exchange heat using.

特開2017-219214号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2017-219214

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, a resin having carbon fibers arranged in a grid pattern must be molded in advance, which not only increases the manufacturing cost but also heats the gaps between the carbon fibers in a grid pattern. Cannot be transmitted. In addition, existing heat exchangers cannot be made to adopt such a configuration later. Further, since the boundary portion between the tube and the fin is bent, it becomes difficult to bend the carbon fiber along such an aspect, a gap is formed, and the thermal conductivity is lowered.

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 has been made by paying attention to the above-mentioned problems, and is a carbon fiber-containing paint capable of improving the thermal conductivity efficiency even in the configuration of an existing heat exchanger made of metal or the like. Further, it is an object of the present invention to provide a heat exchanger coated with this carbon fiber-containing paint.

すなわち、本発明は、上記課題を解決するために、熱交換器の外側表面に塗布される炭素繊維含有塗料において、平均繊維長が5μm~100μmであって平均繊維径5μm~15μmの粗粉砕炭素繊維と、平均繊維長が0.5μm~5μmであって平均繊維径が0.3~1.0μmの細粉砕炭素繊維とを、それぞれ重量比で20:80~10:90で配合した炭素繊維粉と、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 a carbon fiber-containing paint applied to the outer surface of a heat exchanger, in which coarsely pulverized carbon having an average fiber length of 5 μm to 100 μm and an average fiber diameter of 5 μm to 15 μm. Carbon fiber in which fibers and finely pulverized carbon fibers having an average fiber length of 0.5 μm to 5 μm and an average fiber diameter of 0.3 to 1.0 μm are blended in a weight ratio of 20:80 to 10:90, respectively. It is composed of a powder and a matrix resin containing the carbon fiber powder.

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。また、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。 With this configuration, crushed carbon fiber powder can be attached by simply applying such a paint to an existing metal heat exchanger, and heat is transferred to the tubes and fins for heat exchange. You will be able to make it. Further, since the fins and the like can be coated with a paint, the metal does not corrode even if sulfur content adheres, and the need for maintenance can be reduced. This makes it possible to lower the temperature of the exhaust gas and improve the heat exchange efficiency. In addition, it is possible to increase the contact area between carbon fibers to improve thermal conductivity, suppress the aggregation of carbon fiber powder during firing, and prevent obstacles such as pinhole generation and peeling. become able to.

さらに、このような発明において、炭素繊維粉を、前記マトリクス樹脂に対して5~35重量部の割合で配合させる。 Further, in such an invention, the carbon fiber powder is blended in a ratio of 5 to 35 parts by weight with respect to the matrix resin .

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。 By doing so, the contact property between the tube or fin and the carbon fiber can be enhanced, and heat can be exchanged between the carbon fiber and the carbon fiber exposed on the surface of the coating film. Further, if the content of the carbon fiber is too large, cracks will be formed in the coating film, but in the case of this ratio, cracks will not be formed. Further, if the content of the carbon fiber is made too small, the heat exchange efficiency is lowered, but with such a content, the heat exchange efficiency can be improved.

本発明によれば、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。また、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。 According to the present invention, crushed carbon fiber powder can be attached by simply applying such a paint to an existing metal heat exchanger, and heat is transferred from a tube or fin to exchange heat. You will be able to make it. Further, since the fins and the like can be coated with a paint, the metal does not corrode even if sulfur content adheres, and the need for maintenance can be reduced. This makes it possible to lower the temperature of the exhaust gas and improve the heat exchange efficiency. In addition, it is possible to increase the contact area between carbon fibers to improve thermal conductivity, suppress the aggregation of carbon fiber powder during firing, and prevent obstacles such as pinhole generation and peeling. become able to.

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 the carbon fiber-containing paint according to the embodiment of the present invention is applied.

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 designed to heat water by utilizing waste heat from the boiler, and as shown in FIG. 1, it is from the boiler. A heat exchange chamber 2 in which exhaust gas is placed, 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. It is composed. Then, cold water is passed through the tube 3, and high-temperature exhaust gas is allowed to flow into the heat exchange chamber 2 to exchange heat with the water in the tube 3 via the fins 4 to heat the water. And, characteristically, the heat exchanger 1 was coated with a matrix resin containing crushed carbon fibers, thereby preventing metal corrosion due to sulfur content and improving heat exchange efficiency. It is a thing. 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, an 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, the heat exchange chamber 2 constituting the heat exchanger 1 is for passing a fluid such as high-temperature exhaust gas, and as shown in FIG. 1, the input port 21 is on one side and the discharge port 22 is on the other side. Is provided. Then, the high-temperature first fluid flowing into the inlet 21 is passed through the gap between the fins and discharged from the outlet 22. In FIG. 1, the input port 21 is provided in a direction orthogonal to the fin 4 (normal direction), but the first fluid is put in the direction parallel to the fin 4 and the exhaust gas is passed through the gap of the fin 4. You may try to make it easier.

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 from side to side, and allows a second fluid to be heat exchange to pass through the inside. Here, cold water is used as the second fluid, and the cold water is heated and discharged as hot water. Here, the tube 3 is meandered, but a header (not shown) for meandering the second fluid in the tube 3 is provided at both left and right ends, and the linear tube 3 is connected to this header to meander. You may do it.

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 fins 4 provided so as to intersect with the tube 3 are designed to exchange heat between the second fluid in the tube 3 and the first fluid in the heat exchange chamber 2, and are welded to the tube 3. Is provided. Then, the first fluid, which is an exhaust gas, is passed through this gap to allow the fins 4 to absorb heat, and the heat is transferred 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, if exhaust gas obtained by burning heavy oil is used as the first fluid, the sulfur content in the heavy oil adheres to the inner wall of the heat exchange chamber, the tubes 3, the fins 4, etc., and the metal thereof. It reacts with and corrodes. Further, in the past, a method of opening a gap between the fins 4 and the fins 4 was adopted in order to dissolve the adhered dirt with a solution and periodically remove the dirt, but this would increase the size of the device. Not only that, it was necessary to use expensive metals such as titanium and SUS316L to prevent corrosion. Therefore, in this embodiment, in a conventional metal heat exchanger, a matrix resin containing carbon fibers is applied to coat the metal surface with a coating film to prevent corrosion and to prevent corrosion. Instead of dissolving the dirt with a solution and removing it, 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 carbon fibers are used, if the fiber length of the carbon fibers is too long, the carbon fibers are formed along the connecting portion between the tube 3 and the fin 4, the bent portion and the outer peripheral portion of the tube 3, the end portion of the fin 4, and the like. I can't attach it well. Further, if the fiber length is too short, not only the connection with each carbon fiber is reduced, but also aggregation occurs when the fiber is mixed with the matrix resin. Therefore, preferably, the carbon fibers are pulverized in a range where the average fiber length is 100 μm or less so as to be in close contact with the end portion of the fin 4 or the bent portion of the tube 3. At this time, the coarsely pulverized carbon fibers have an average fiber length of 5 to 100 μm and an average fiber diameter of 5 to 15 μm. Further, with only such coarsely pulverized carbon fibers, the contact area between the carbon fibers becomes small, and the heat conduction efficiency deteriorates. 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 the finely pulverized carbon fibers. .. By containing such fine particles of carbon fibers, it is possible to prevent carbon fibers from agglomerating in the matrix resin, and also prevent reaggregation during firing of the matrix resin, generation of pinholes, peeling, and the like. You will be able to. The ratio of the coarsely pulverized carbon fiber to the finely pulverized carbon fiber shall be 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 a carbon fiber, a new or recycled carbon fiber or the like can be used, and the type of the carbon fiber may be a PAN type or a pitch type. When such carbon fibers are pulverized into particles, they can be pulverized by a known method, and 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 fibers and is made to adhere to metals such as tubes 3 and fins 4, and here, varnish-based resin, silicon-based resin, acrylic resin, vinyl acetate-based resin. A resin or the like can be used, and if necessary, a copolymerized product can also be used. Here, a polyimide varnish is used, and one diluted with the solvent porolidone is used. Since this varnish-based resin is a polyamic acid solution that is a precursor of polyimide, the solvent is removed and the imidization reaction proceeds by applying it to the surface of the heat exchanger 1 and baking it at a high temperature. Therefore, it becomes a polyimide coating film having excellent insoluble and infusible properties, heat resistance, chemical properties, and electrical insulation properties. Then, a dispersant is appropriately added to this 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-based 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 forming a polyimide coating film, the polyamic acid contained in the varnish-based resin is imidized (closed) so that the coating film is formed on the metal surface. At this time, in order to adjust the polyamic acid. , Generally, a diamine component or a tetracarboxylic acid dianhydride component is used. However, this diamine component or tetracarboxylic acid dianhydride component is greatly affected by the dispersant of carbon fibers, and in particular, pyrrolidone in imidizing the varnish-based resin at the time of initial firing at 100 to 120 ° C. The residual content of the solvent such as the above drops to around 10 ppm, and when the temperature exceeds 180 ° C, the aqueous dispersant used to disperse the carbon fiber powder begins to vaporize, and the carbon particles that have lost the steric disorder melt. Reaggregation occurs in the matrix resin that is thermally cured from the state, and the air passage in the matrix resin is widened to become a foamed state. Therefore, it is impossible to use a dispersant with a large number of hydrophilic groups, which has a small lipophilic group and is easily adsorbed on the surface of carbon particles, which has been used to disperse carbon fibers, because it falls into the above-mentioned situation by molding a polyimide resin. Will be. Therefore, a phosphate-free fatty acid-based dispersant having adsorption suitable for a non-polar surface is used, and 1 to 3 parts by weight thereof is blended with respect to the total amount. As a result, the reaggregation of carbon fibers due to the vaporization and movement of water molecules is reduced from the time when the temperature exceeds 200 ° C to the time when the water molecules are decomposed at a high temperature, and the generation of pinholes can be prevented.

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 fibers are contained in such a matrix resin, if the proportion of carbon fibers is small, the carbon fibers do not continue between the tube 3 or fin 4 and the outside of the coating film, and heat exchange cannot be performed. On the other hand, if the proportion of carbon fiber is too large, cracks and peeling from the metal will occur. Therefore, the carbon fiber is preferably blended in a proportion of 5 to 35 parts by weight, and preferably within the range of 10 to 20 parts by weight in consideration of peeling prevention and crack prevention after the coating film is cured.

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 thus blended is applied to the heat exchanger 1, various methods can be used. , A coating method using a defoaming roller, a dipping coating method, a brush coating, or the like can be used. At this time, if the dipping coating method is used, the coating film can be uniformly formed, the exposed portion of the metal is eliminated, the thickness is made uniform, and the carbon fibers are continuously contacted between the metal and the surface of the coating film. It will be possible to exchange heat.

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 paint, PAN-based or pitch-based carbon fibers are coarsely crushed to generate chipped fibers, and the chipped fibers are put into an air flow crusher or the like. Then, crude carbon fiber powder having an average fiber length of 5 to 100 μm and an average fiber diameter of 5 to 15 μm is produced. Then, the crude carbon fiber powder is taken out, and a part of the carbon fiber powder is put into the crusher 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 is finely pulverized. Fiber powder is produced, and the coarsely crushed carbon fiber powder and the finely crushed carbon fiber powder are mixed in 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 form a matrix resin at the same time, a dispersant is added to the varnish-based 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 charged carbon fiber powder is only finely crushed carbon fiber powder, aggregation will occur, but the coarsely crushed carbon fiber and the finely crushed carbon fiber are mixed, so that the carbon fiber powder is mixed. Aggregation can be prevented, and the contact area between the carbon fibers can be increased to ensure thermal conductivity. Then, the matrix resin containing the carbon fibers is stirred in this way 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 produced is applied to the tubes 3 and fins 4 of the heat exchanger 1. In this coating step, when applying to the existing heat exchanger 1, it is difficult to apply between the fins 4 and 4, so a matrix resin is put in a bathtub and the heat exchanger 1 is placed therein. Dipping (pickling). Then, after that, the heat exchanger 1 is taken out, dried, and then heat-treated in the firing 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 by the high temperature, and the imidization reaction proceeds to produce a polyimide coating film having excellent insolubility, heat resistance, chemical resistance and the like. In addition, by using a fatty acid-based dispersant that does not contain phosphate as the dispersant, reaggregation of carbon fibers due to vaporization and movement of water molecules is reduced even during high-temperature heating, and the occurrence of pinholes is prevented. can do.

このように上記実施の形態によれば、熱交換器1の外側表面に塗布される炭素繊維含有塗料において、平均繊維長が5μm~100μmであって平均繊維径5μm~15μmの粗粉砕炭素繊維と、平均繊維長が0.5μm~5μmであって平均繊維径が0.3~1.0μmの細粉砕炭素繊維とを、それぞれ重量比で20:80~10:90で配合した炭素繊維粉と、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。また、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。 As described above, according to the above embodiment, in the carbon fiber-containing paint applied to the outer surface of the heat exchanger 1, the coarsely pulverized carbon fiber having an average fiber length of 5 μm to 100 μm and an average fiber diameter of 5 μm to 15 μm is used. , Finely crushed carbon fibers having an average fiber length of 0.5 μm to 5 μm and an average fiber diameter of 0.3 to 1.0 μm, and a carbon fiber powder blended in a weight ratio of 20:80 to 10:90, respectively. Since the matrix resin containing the carbon fiber powder is provided, the crushed carbon fiber powder can be attached only by applying such a paint to the existing metal heat exchanger 1. , The heat of the tube 3 and the fin 4 can be transferred and exchanged. Further, since the fins 4 and the like can be coated with a paint, the metal does not corrode even if sulfur content adheres, and the need for maintenance can be reduced. This makes it possible to lower the temperature of the exhaust gas and improve the heat exchange efficiency. In addition, it is possible to increase the contact area between carbon fibers to improve thermal conductivity, suppress the aggregation of carbon fiber powder during firing, and prevent obstacles such as pinhole generation and peeling. become able to.

また、炭素繊維粉を、マトリクス樹脂に対して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。 Further, since the carbon fiber powder is blended in a ratio of 5 to 35 parts by weight with respect to the matrix resin, the contact between the tube 3 and the fins 4 and the carbon fiber can be improved, and the carbon fiber can be combined with the carbon fiber. It becomes possible to exchange heat with the carbon fibers exposed on the surface of the coating film. Further, if the content of the carbon fiber is too large, cracks will be formed in the coating film, but in the case of this ratio, cracks will not be formed. Further, if the content of the carbon fiber is made too small, the heat exchange efficiency is lowered, but 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。 The present invention is not limited to the above embodiment and can be carried out in various embodiments.

例えば、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。 For example, in the above embodiment , the heat exchanger 1 is made to generate a coating film containing carbon fiber powder, but the resin may disappear and the coating film may become thin due to use. Even in such a case, only the carbon fiber remains, but the thermal conductivity can be ensured by forming a coating film on the carbon fiber in the same manner.

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
1 ... Heat exchanger 2 ... Exchange chamber 21 ... Input port 22 ... Discharge port 3 ... Tube 4 ... Fins

Claims (3)

熱交換器の外側表面に塗布される炭素繊維含有塗料において、
平均繊維長が5μm~100μmであって平均繊維径5μm~15μmの粗粉砕炭素繊維と、平均繊維長が0.5μm~5μmであって平均繊維径が0.3~1.0μmの細粉砕炭素繊維とを、それぞれ重量比で20:80~10:90で配合した炭素繊維粉と
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 outer surface of the heat exchanger
Coarse crushed carbon fiber with an average fiber length of 5 μm to 100 μm and an average fiber diameter of 5 μm to 15 μm and finely crushed carbon fiber with an average fiber length of 0.5 μm to 5 μm and an average fiber diameter of 0.3 to 1.0 μm. Carbon fiber powder containing fibers in a weight ratio of 20:80 to 10:90, respectively .
A matrix resin containing the carbon fiber powder and
A carbon fiber-containing paint characterized by the provision of.
前記炭素繊維粉を、前記マトリクス樹脂に対して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 with the matrix resin in a ratio of 5 to 35 parts by weight. 平均繊維長が5μm~100μmであって平均繊維径5μm~15μmの粗粉砕炭素繊維と、平均繊維長が0.5μm~5μmであって平均繊維径が0.3~1.0μmの細粉砕炭素繊維とを、それぞれ重量比で20:80~10:90で配合した炭素繊維粉をマトリクス樹脂に分散させる工程と、Coarse crushed carbon fiber with an average fiber length of 5 μm to 100 μm and an average fiber diameter of 5 μm to 15 μm and finely crushed carbon fiber with an average fiber length of 0.5 μm to 5 μm and an average fiber diameter of 0.3 to 1.0 μm. A step of dispersing carbon fiber powder in which fibers are mixed at a weight ratio of 20:80 to 10:90 in a matrix resin, and
当該炭素繊維粉を分散させたマトリクス樹脂からなる炭素繊維含有塗料を熱交換器の外側表面に塗布する工程と、The process of applying a carbon fiber-containing paint made of a matrix resin in which the carbon fiber powder is dispersed to the outer surface of the heat exchanger, and
当該炭素繊維含有塗料を塗布した後、当該炭素繊維含有塗料を乾燥させる工程と、After applying the carbon fiber-containing paint, the process of drying the carbon fiber-containing paint and
当該乾燥させた炭素繊維含有塗料によって形成された塗膜を加熱焼成させる工程と、The step of heating and firing the coating film formed by the dried carbon fiber-containing paint, and
を備えてなる熱交換器の炭素繊維含有塗料の塗膜形成方法。A method for forming a coating film of a carbon fiber-containing paint of a heat exchanger.
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