WO2018168332A1 - 熱交換器 - Google Patents

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WO2018168332A1
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layer
group
heat exchanger
air
hydrophilic
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裕太 才賀
稲垣　孝治
侑樹 小中出
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株式会社デンソー
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F13/00—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing
    • F28F13/18—Arrangements for modifying heat-transfer, e.g. increasing, decreasing by applying coatings, e.g. radiation-absorbing, radiation-reflecting; by surface treatment, e.g. polishing
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F17/00—Removing ice or water from heat-exchange apparatus
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F28—HEAT EXCHANGE IN GENERAL
    • F28F—DETAILS OF HEAT-EXCHANGE AND HEAT-TRANSFER APPARATUS, OF GENERAL APPLICATION
    • F28F19/00—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers
    • F28F19/02—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings
    • F28F19/06—Preventing the formation of deposits or corrosion, e.g. by using filters or scrapers by using coatings, e.g. vitreous or enamel coatings of metal

Definitions

  • This disclosure relates to a heat exchanger that exchanges heat between air having a predetermined humidity and a low-temperature fluid.
  • the heat exchanger is indispensable when transferring heat between two fluids, and high performance has been studied. For example, a case where the air is cooled by exchanging heat between the outside air and the evaporative refrigerant as two fluids, such as an outdoor unit, can be considered. In this case, the air has a predetermined humidity, and inevitably water condenses on the heat transfer wall and freezes. As a result, “frost” grows on the heat transfer surface.
  • frost When frost grows, there is a risk of blocking the air flow path of the heat exchanger. Therefore, generally, when a predetermined frost growth is detected, a so-called “defrosting operation” for removing frost is often performed. This defrosting operation not only takes extra energy for melting the frost, but also the air conditioning does not function during that period. For this reason, it is required to earn as much time as possible before shifting to the defrosting operation mode.
  • Patent Document 1 proposes a technique for hydrophilizing the surface with which condensed water comes into contact by forming a frosting suppression layer composed of a polymer compound on the surface of the heat transfer surface. As a result, it is expected that the condensed water can be easily removed and discharged without reducing the contact angle of the condensed water and staying on the heat transfer surface.
  • This disclosure aims to provide a heat exchanger that can sufficiently delay frost growth.
  • the heat exchanger is configured to exchange heat between air having a predetermined humidity and a fluid having a temperature lower than that of air, and at least contacts the air.
  • a heat transfer section is provided.
  • the heat transfer section includes at least a first layer and a second layer located on the air side of the first layer.
  • the second layer is selected from the group consisting of hydrophilic molecules having an anionic hydrophilic functional group to which hydrogen ions or alkali metal ions are bonded, and hydrophilic molecules having a cationic hydrophilic functional group to which halide ions are bonded. Composed of at least one kind of hydrophilic molecule.
  • frost grows even when condensed water is generated on the surface of the heat transfer section. Can be effectively delayed.
  • the heat exchanger is a heat exchanger for absorbing heat, and is an evaporator that cools air for air conditioning in a refrigeration cycle of a vehicle air conditioner, for example.
  • the heat exchanger 10 includes a heat exchange unit 11 and a pair of header tanks 12 connected to the heat exchange unit 11.
  • the heat exchanging portion 11 includes a plurality of tubes 13 having a flat cross section and corrugated fins 14 interposed between the tubes 13.
  • the tube 13 and the fin 14 are made of aluminum.
  • the tube 13 is a tube member through which a refrigerant as a heat medium flows, and both ends of each tube 13 are connected to communicate with the inside of the pair of header tanks 12, respectively.
  • the refrigerant is a fluid having a temperature lower than that of air.
  • the fin 14 is a heat transfer member that is formed in a wave shape from a thin strip material and forms a heat transfer surface. The fin 14 is joined to the tube 13.
  • the refrigerant that has been depressurized in the refrigeration cycle to low temperature and low pressure flows through the plurality of tubes 13. Further, air passes through the outside of the tube 13 and around the fins 14 (outside of the heat exchange unit 11), and the air is cooled by the low-temperature refrigerant.
  • the heat transfer unit 20 is a part of the heat exchanger 10 that is configured to exchange heat between air and the refrigerant, and is disposed so as to be in contact with at least air.
  • the outer surface in contact with air corresponds to the heat transfer unit 20
  • both sides of the plate surface in contact with air correspond to the heat transfer unit 20.
  • the heat transfer section 20 has two layers of a first layer 21 and a second layer 22.
  • the first layer 21 is made of a material having a higher thermal conductivity among the two layers of the heat transfer section 20.
  • the first layer 21 is a base material constituting the tubes 13 and the fins 14 and is made of aluminum in this embodiment.
  • the second layer 22 is formed on the air side surface of the first layer 21. That is, the second layer 22 is located on the air side with respect to the first layer 21.
  • the 2nd layer 22 is positioned as a film formed in the surface of the 1st layer 21 which is a base material.
  • the second layer 22 is configured to share chemical bonds with the first layer 21.
  • the second layer 22 is made of a material having a higher affinity for water among the two-layer materials of the heat transfer section 20.
  • the second layer 22 is composed of hydrophilic molecules.
  • hydrophilic molecule a hydrophilic molecule having an anionic hydrophilic functional group bonded with hydrogen ion or alkali metal ion, or a hydrophilic molecule having a cationic hydrophilic functional group bonded with halide ion.
  • a molecule can be employed.
  • anionic hydrophilic functional group examples include a carboxyl group, a sulfo group, a phosphoric acid group, a phosphono group, a boronic acid group, and a boric acid group.
  • examples of the cationic hydrophilic functional group include an ammonium group, an iminium group, an amidinium group, a pyridinium group, and an imidazolinium group.
  • the second layer 22 of the present embodiment will be described in more detail.
  • the second layer 22 is configured as a rod-shaped molecule having a linear structure.
  • the second layer 22 is a phosphonic acid-based hydrophilic molecule and has phosphonic acid on one end side located on the first layer 21 side.
  • the phosphorus atom in the phosphonic acid is chemically bonded to the first layer 21 through the oxygen atom.
  • the second layer 22 includes an anionic hydrophilic functional group and hydrogen ions or alkali metal ions as counter cations on the other end side located on the air side.
  • the second layer 22 includes sodium sulfonate (SO 3 Na) composed of a sulfo group and a sodium ion as a counter cation.
  • the aluminum constituting the first layer 21 as the base material is chemically bonded to oxygen in the phosphonic acid of the second layer 22. Thereby, the 1st layer 21 and the 2nd layer 22 are combined firmly.
  • FIG. 3 shows a case where condensed water is generated on the surface of the heat exchange unit 11 that does not include the heat transfer unit 20 of this embodiment
  • FIG. 4 condenses on the surface of the heat exchange unit 11 that includes the heat transfer unit 20.
  • the case where water is generated is shown.
  • the surface of the heat exchange unit 11 that does not include the heat transfer unit 20 (hereinafter referred to as the cooling surface 30) is formed of only the first layer 21 without the second layer 22 of the heat transfer unit 20 being formed. .
  • the condensed water adheres as water droplets W1 on the cooling surface 30.
  • the water droplet W1 has a large contact angle, and air stagnation is formed on the cooling surface 30, so that water vapor easily collects in the water droplet W1. For this reason, a plurality of dendritic frost pillars based on the water droplets W1 grow, and low density ice is generated.
  • the air side in the heat transfer unit 20 is hydrophilized, so the condensed water adheres as a thin film W ⁇ b> 2.
  • the water thin film W2 has a small contact angle and inhibits air flow from being inhibited. This makes it difficult for the thin film W2 to cause air stagnation, and makes it difficult for water vapor to collect in the thin film W2, so that a large number of thin films W2 are formed in the entire heat transfer section 20. Therefore, the thin film W2 of water spreading over the entire heat transfer unit 20 can be formed. And if the thin film W2 of the water spread over the entire heat transfer section 20 is frozen, the growth of frost can be delayed by generating high-density ice.
  • the surface of the first layer 21 as a base material is covered with the second layer 22 made of hydrophilic molecules, so that condensed water is formed on the surface of the heat transfer section 20. Even in the case of occurrence of frost, the growth of frost can be effectively delayed.
  • the heat exchange unit 11 including the heat transfer unit 20 using the various hydrophilic molecules of the present embodiment as the second layer 22 is referred to as the heat exchange unit 11 of the present embodiment.
  • the heat exchange unit 11 that does not include the heat transfer unit 20 of this embodiment is referred to as a heat exchange unit 11 of a comparative example.
  • frost height (hereinafter referred to as frost height) 60 minutes after the start of verification was measured for the surfaces of the heat exchange section 11 of the present embodiment and the heat exchange section 11 of the comparative example. The result is shown in FIG.
  • shaft of FIG. 5 has shown the frost growth suppression effect.
  • the frost growth suppression effect is 60 minutes from the start of verification on the surface of the heat exchange unit 11 of the present embodiment with respect to the frost height h 0 after 60 minutes from the start of verification on the surface of the heat exchange unit 11 of the comparative example.
  • frost represents the value of the height h (h / h 0). The smaller the value of h / h 0 is, the higher the frost growth suppressing effect is.
  • the second layer 22 is more favorable when a hydrophilic molecule having sodium sulfonate bonded to the other end located on the air side is used. Frost growth suppression effect is obtained.
  • the frost height of the heat exchange unit 11 can be 0.67 times that of the comparative example, which is particularly good. Frost growth suppression effect is obtained.
  • a rust prevention layer 21 a is formed on the first layer 21 on the side facing the second layer 22.
  • the rust preventive layer 21 a shares a chemical bond with oxygen in the phosphonic acid in the second layer 22.
  • the rust prevention layer 21a is formed on the surface of the first layer 21 constituting the base material, and the second layer 22 constituting the coating layer is formed on the surface of the rust prevention layer 21a.
  • the rust prevention layer 21 a has a function of suppressing corrosion that occurs in the first layer 21.
  • the rust prevention layer 21a includes a transition metal element.
  • the transition metal element is an element between the Group 3 element and the Group 12 element of the periodic table.
  • the rust prevention layer 21a is composed of at least oxygen and a transition metal element, and may contain a substance other than the transition metal element.
  • the transition metal element contained in the rust prevention layer 21a may be one type or a plurality of types. The effect of suppressing corrosion of the first layer 21 is higher when there are a plurality of types of transition metal elements contained in the rust prevention layer 21a.
  • the first layer 21 is aluminum
  • the first layer can be formed by using one or more of Zr, Ti, V, Cr, Ni, Zn, and Mo as transition metal elements constituting the rust prevention layer 21a. 21 corrosion can be effectively suppressed.
  • V is contained in the rust prevention layer 21a, the effect of suppressing corrosion of the first layer 21 made of aluminum is high.
  • the antirust layer 21 a and the second layer 22 formed on the first layer 21 are formed by forming the antirust layer 21 a on the surface of the first layer 21.
  • the bonding force can be improved. Thereby, detachment
  • the transition metal element contained in the rust prevention layer 21a moves to the surface of the first layer 21, and the first layer 21 The surface is covered with a rust prevention layer 21a.
  • the 1st layer 21 corrodes by contact with water, and it can control that this corrosion spreads, and the further separation of the 2nd layer 22 resulting from corrosion of the 1st layer 21 can be controlled.
  • the film structure of the second layer 22 formed on the surface of the heat transfer section 20 is maintained, and the hydrophilicity of the second layer 22 can be maintained over a long period of time.
  • the 1st layer 21 was comprised with aluminum, you may comprise not only this but other materials, such as copper and SUS.
  • the first layer 21 is made of copper or SUS, by providing a binder layer between the first layer 21 and the second layer 22, these layers can be firmly bonded to each other.
  • the binder layer can be made of, for example, TiO 2 .
  • the hydrophilic molecule is not limited to this.
  • the siloxane is provided on one end side of the hydrophilic molecules contained in the second layer 22.
  • the second layer 22 is a hydrophilic molecule having an anionic hydrophilic functional group and a hydrogen ion or an alkali metal ion as its counter cation on the other end side located on the air side.
  • the hydrophilic molecule which comprises the 2nd layer 22 is not limited to this.
  • the second layer 22 may be composed of a hydrophilic molecule having a cationic hydrophilic functional group and a halide ion as a counter anion on the other end located on the air side.

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Abstract

熱交換器は、所定の湿度を有する空気と、空気よりも低い温度の流体との間における熱交換を行うように構成されるとともに、少なくとも空気と接するように設けられた伝熱部（２０）を備えている。伝熱部は、少なくとも第一層（２１）と第一層よりも空気側に位置する第二層（２２）とを有して構成される。第二層は、水素イオンもしくはアルカリ金属イオンが結合したアニオン性の親水性官能基を有する親水性分子、ハロゲン化物イオンが結合したカチオン性の親水性官能基を有する親水性分子からなる群から選ばれる少なくとも一種の親水性分子から構成されている。

Description

熱交換器 関連出願の相互参照
　本出願は、２０１７年３月１６日に出願された日本出願番号２０１７－５１０６４号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。
　本開示は、所定の湿度を有する空気と、低温流体とを熱交換させる熱交換器に関する。
　熱交換器は、２流体間の熱授受を執り行う際に必要不可欠であり、高性能化が検討されてきている。例えば、室外機等のように、２流体として外気／蒸発冷媒間にて熱交換し、空気が冷却される場合が考えられる。この場合、空気は所定の湿度を有しており、必然的に水が伝熱壁に凝縮し、凍結していく。この結果、伝熱面において「霜」が成長していく。
　霜が成長した場合、熱交換器の空気流路を閉塞する恐れがある。したがって、一般に、所定の霜成長を検出した場合、霜を除去する所謂「除霜運転」がなされる場合が多い。この除霜運転は、霜の融解に余分なエネルギーがかかるのみならず、その期間には空調が機能しないことになる。このため、除霜運転モードに移行するまでの時間を、極力長く稼ぐことが要求されている。
　これに対し、伝熱面において、霜の成長を抑制するための技術が開発されてきている。例えば、熱交換器の伝熱面を疎水化して、空気に含まれる水分が伝熱面で凝縮した後、凍結する前に滑落させる技術が提案されている。これにより、霜成長の抑制が期待される。
　しかしながら、この伝熱面を疎水化する技術では、伝熱面に付着した凝縮水の滑落が起きる前に、ゴミや汚れを起点とした凝縮水の凍結が起き易く、より早く熱交換器の空気流路を閉塞させてしまう。その結果、熱交換器の冷却効率が低下するため、現在のところ未だに実用化されていない。
　これに対し、特許文献１では、伝熱面の表面に、ポリマー化合物から構成される着霜抑制層を形成することによって、凝縮水が接触する面を親水化する技術が提案されている。これにより、凝縮水の接触角を小さくしつつ、凝縮水が伝熱面にとどまることなく、除去および排出されやすくする効果が期待される。
特開２０１１－８９１１２号公報
　しかしながら、上記特許文献１に記載の技術では、着霜抑制層をポリマーの化合物によって形成しているため、伝熱面の表面を綿密に覆うことは困難である。このため、霜成長を遅延させるために必要な十分に低い接触角を実現できないという可能性がある。したがって、霜成長を十分に遅延させるための技術が待望されている。
　本開示は、霜成長を十分に遅延させ得る熱交換器を提供することを目的とする。
　本開示の一態様によれば、熱交換器は、所定の湿度を有する空気と、空気よりも低い温度の流体との間における熱交換を行うように構成されるとともに、少なくとも空気と接するように設けられた伝熱部を備えている。伝熱部は、少なくとも第一層と、第一層よりも空気側に位置する第二層とを有して構成される。第二層は、水素イオンもしくはアルカリ金属イオンが結合したアニオン性の親水性官能基を有する親水性分子、ハロゲン化物イオンが結合したカチオン性の親水性官能基を有する親水性分子からなる群から選ばれる少なくとも一種の親水性分子から構成されている。
　本開示の一態様によれば、第一層の表面を親水性分子からなる第二層で被覆することができるので、伝熱部の表面で凝縮水が発生した場合においても、霜が成長することを効果的に遅延させることができる。
　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。
第１実施形態に係る熱交換器を示す斜視図である。 第１実施形態の伝熱部の構成を示す模式図である。 冷却面に水滴が付着したことにより空気の澱みが発生する様子を示す説明図である。 伝熱部の空気側に水の薄膜が形成された様子を示す説明図である。 第二層を構成する親水性分子と霜成長抑制効果との関係を示す特性図である。 第２実施形態の伝熱部の構成を示す模式図である。
　以下、本開示の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
　（第１実施形態）
　以下、本開示の第１実施形態について図を参照して説明する。熱交換器は、吸熱用の熱交換器であって、例えば車両用空調装置の冷凍サイクルにおいて空調用の空気を冷却する蒸発器となっている。
　図１に示すように、熱交換器１０は、熱交換部１１と、この熱交換部１１に接続される一対のヘッダタンク１２と、を備えている。熱交換部１１は、複数積層される断面扁平状のチューブ１３と、各チューブ１３の間に介在される波形のフィン１４と、を有している。チューブ１３およびフィン１４は、アルミニウムから構成されている。
　チューブ１３は、内部を熱媒体としての冷媒が流通する管部材であり、各チューブ１３の両先端部は、一対のヘッダタンク１２内部にそれぞれ連通するように接続されている。冷媒は、空気よりも低い温度の流体である。また、フィン１４は、薄肉の帯板材から波状に形成されて伝熱面を形成する伝熱部材である。フィン１４は、チューブ１３に接合されている。
　このような構成において、冷凍サイクル内で減圧されて低温低圧となった冷媒が、複数のチューブ１３内を流通する。また、チューブ１３の外側及びフィン１４の周り（熱交換部１１の外側）を空気が通過し、当該空気が低温冷媒によって冷却されるようになっている。
　次に、冷媒と空気とを隔てる伝熱部２０の具体的な構成を図２に基づいて説明する。伝熱部２０は、熱交換器１０のうち、空気と冷媒との間において熱交換を行うように構成され、少なくとも空気と接するように配設された部分である。チューブ１３であれば空気に接する外表面が伝熱部２０に対応し、フィン１４であれば空気に接する板面の両側が伝熱部２０に対応する。
　図２に示すように、伝熱部２０は、第一層２１および第二層２２の２層を有して構成されている。第一層２１は、伝熱部２０の２層の材料のうち、熱伝導率がより大きい材料で構成されている。第一層２１は、チューブ１３やフィン１４を構成する基材であり、本実施形態ではアルミニウムから構成されている。
　第二層２２は、第一層２１における空気側の面に形成されている。つまり、第二層２２は、第一層２１よりも空気側に位置している。第二層２２は、基材である第一層２１の表面に形成された被膜として位置付けられる。第二層２２は、第一層２１と化学的結合を共有するよう構成されている。
　第二層２２は、伝熱部２０の二層の材料のうち、水に対する親和性がより大きい材料で構成されている。具体的には、第二層２２は、親水性分子で構成されている。ここで、親水性分子としては、水素イオンもしくはアルカリ金属イオンが結合したアニオン性の親水性官能基を有する親水性分子、または、ハロゲン化物イオンが結合したカチオン性の親水性官能基を有する親水性分子を採用することができる。
　アニオン性の親水性官能基としては、例えば、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基、ホスホノ基、ボロン酸基またはホウ酸基等が挙げられる。また、カチオン性の親水性官能基としては、アンモニウム基、イミニウム基、アミジニウム基、ピリジニウム基、またはイミダゾリニウム基等が挙げられる。
　以下、本実施形態の第二層２２について、より詳細に説明する。本実施形態では、第二層２２は、直鎖型構造の棒状分子として構成されている。
　図２に示す例では、第二層２２は、ホスホン酸系親水性分子であり、第一層２１側に位置する一端側にホスホン酸を備えている。このホスホン酸中のリン原子が、酸素原子を介して第一層２１と化学的に結合している。
　また、第二層２２は、空気側に位置する他端側に、アニオン性の親水性官能基とその対カチオンとしての水素イオンまたはアルカリ金属イオンとを備えている。図２に示す例では、第二層２２は、スルホ基とその対カチオンとしてのナトリウムイオンからなるスルホン酸ナトリウム（ＳＯ３Ｎａ）を備えている。
　基材である第一層２１を構成するアルミニウムは、第二層２２のホスホン酸中の酸素と化学的に結合している。これにより、第一層２１と第二層２２とが強固に結合される。
　次に、熱交換部１１の表面に凝縮水が付着した場合について図３および図４を用いて説明する。所定の湿度を有する空気が熱交換部１１で冷却され、空気の温度が空気中に含まれる水蒸気の露点温度を下回ると、水蒸気は凝縮水となって熱交換部１１の表面に付着する。
　図３は本実施形態の伝熱部２０を備えていない熱交換部１１の表面で凝縮水が発生した場合を示し、図４は伝熱部２０を備えている熱交換部１１の表面で凝縮水が発生した場合を示している。伝熱部２０を備えていない熱交換部１１の表面（以下、冷却面３０という）は、伝熱部２０の第二層２２が形成されておらず、第一層２１のみから構成されている。
　図３に示すように、熱交換器１０が伝熱部２０を備えていない構成では、冷却面３０において凝縮水が水滴Ｗ１となって付着する。水滴Ｗ１は接触角が大きく、冷却面３０に空気の澱みができて水蒸気が水滴Ｗ１に集まりやすくなる。このため、水滴Ｗ１を基点とした樹枝状霜柱が複数成長し、密度の低い氷が生成される。
　これに対し、図４に示すように、熱交換器１０が伝熱部２０を備えた構成では、伝熱部２０における空気側が親水化しているため、凝縮水が薄膜Ｗ２となって付着する。水の薄膜Ｗ２は接触角が小さく、空気の流れを阻害することが抑制される。これにより、薄膜Ｗ２による空気の澱みができにくくなり、水蒸気が薄膜Ｗ２に集まりにくくなるため、伝熱部２０全体に薄膜Ｗ２が多数つくられる。そのため、伝熱部２０全体に広がった水の薄膜Ｗ２を形成させることができる。そして、伝熱部２０全体に広がった水の薄膜Ｗ２が凍結すると、密度の高い氷が生成されることによって、霜の成長を遅延させることができる。
　以上説明した本実施形態の伝熱部２０によれば、基材としての第一層２１の表面を親水性分子からなる第二層２２で被覆することで、伝熱部２０の表面で凝縮水が発生した場合においても、霜が成長することを効果的に遅延させることができる。
　ところで、以下、本実施形態の各種親水性分子を第二層２２として用いた伝熱部２０を備えている熱交換部１１を、本実施形態の熱交換部１１という。また、以下、本実施形態の伝熱部２０を備えていない熱交換部１１を、比較例の熱交換部１１という。
　本発明者らは、本実施形態の熱交換部１１および比較例の熱交換部１１について、霜成長抑制効果を検証した。具体的には、本実施形態の熱交換部１１および比較例の熱交換部１１のそれぞれの表面について、検証開始から６０分後の霜の高さ（以下、霜高さという）を計測した。その結果を図５に示す。
　図５の縦軸は霜成長抑制効果を示している。ここで、霜成長抑制効果とは、比較例の熱交換部１１の表面における検証開始から６０分後の霜高さｈ０に対する、本実施形態の熱交換部１１の表面における検証開始から６０分後の霜高さｈの値（ｈ／ｈ０）を示している。ｈ／ｈ０の値が小さい程、霜成長抑制効果が高い。
　図５の（ａ）～（ｃ）に示すように、第二層２２として、空気側に位置する他端側にスルホ基を備えている親水性分子を用いた場合に、良好な霜成長抑制効果が得られる。
　さらに、図５の（ａ）、（ｂ）に示すように、第二層２２として、空気側に位置する他端側に、スルホン酸ナトリウムが結合した親水性分子を用いた場合に、より良好な霜成長抑制効果が得られる。この場合、親水性分子の炭素鎖長を短くすることがより望ましい。具体的には、図５の（ａ）に示すように、炭素鎖長を２とすることで、熱交換部１１の霜高さを比較例の０．６７倍とすることができ、特に良好な霜成長抑制効果が得られる。
　また、図５の（ｄ）～（ｆ）に示すように、第二層２２として、空気側に位置する他端側に、カルボン酸が結合した親水性分子を用いた場合も、良好な霜成長抑制効果が得られる。この場合も、親水性分子の炭素鎖長を短くすることがより望ましい。具体的には、図５の（ｄ）、（ｅ）に示すように、炭素鎖長を１０より小さくすることで、より良好な霜成長抑制効果が得られる。
　また、図５の（ａ）～（ｄ）に示すように、第二層２２として、空気側に位置する他端側にスルホ基またはカルボキシル基を備える親水性分子を用いた場合、炭素鎖長を３以下とすることで、より良好な霜成長抑制効果が得られる。
　（第２実施形態）
　次に、本開示の第２実施形態について図に基づいて説明する。図６に示すように、本第２実施形態の伝熱部２０では、第一層２１における第二層２２に対向する側に防錆層２１ａが形成されている。防錆層２１ａは、第二層２２におけるホスホン酸中の酸素と化学的結合を共有している。
　つまり、基材を構成する第一層２１の表面に防錆層２１ａが形成され、防錆層２１ａの表面に被覆層を構成する第二層２２が形成されている。防錆層２１ａは、第一層２１に発生する腐食を抑制する機能を備えている。
　防錆層２１ａは、遷移金属元素を含んで構成されている。本明細書中では、遷移金属元素は、周期律表の第３族元素から第１２族元素の間の元素としている。
　防錆層２１ａは、少なくとも酸素と遷移金属元素から構成されていて、遷移金属元素以外の物質が含まれていてもよい。防錆層２１ａに含まれる遷移金属元素は、１種類でも複数種類でもよい。防錆層２１ａに含まれる遷移金属元素は複数種類である方が、第一層２１の腐食を抑制する効果が高い。
　第一層２１がアルミニウムである場合は、防錆層２１ａを構成する遷移金属元素としてＺｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｏのうち１種類あるいは複数種類を用いることで、第一層２１の腐食を効果的に抑制できる。特に防錆層２１ａにＶを含んでいる場合は、アルミニウムからなる第一層２１の腐食を抑制する効果が高い。
　以上説明したように、本第２実施形態によれば、第一層２１の表面に防錆層２１ａが形成することで、第一層２１に形成された防錆層２１ａと第二層２２との結合力を向上させることができる。これにより、伝熱部２０における第二層２２の離脱を抑制することができ、第二層２２による親水性を長期間に渡って維持させることができる。
　また、伝熱部２０から第二層２２が離脱して第一層２１が露出したとしても、防錆層２１ａに含まれる遷移金属元素が第一層２１の表面に移動し、第一層２１の表面が防錆層２１ａで覆われる。これにより、水の接触によって第一層２１が腐食し、この腐食が広がることを抑制でき、第一層２１の腐食に起因する第二層２２のさらなる離脱を抑制できる。この結果、伝熱部２０の表面に形成された第二層２２の膜構造が維持され、第二層２２による親水性を長期間に渡って維持させることができる。
　（他の実施形態）
　（１）上記実施形態では、第一層２１をアルミニウムによって構成したが、これに限らず、銅やＳＵＳ等の他の材料によって構成してもよい。第一層２１を銅やＳＵＳによって構成する場合には、第一層２１と第二層２２の間にバインダ層を設けることで、これらの層同士を強固に結合することができる。バインダ層は、例えばＴｉＯ２によって構成することができる。
　（２）上記実施形態では、第二層２２を、第一層２１側に位置する一端側にホスホン酸を備えるホスホン酸系親水性分子で構成した例について説明したが、第二層２２を構成する親水性分子はこれに限定されない。例えば、第二層２２を、第一層２１側に位置する一端側にシロキサンを備えるシロキサン系親水性分子で構成してもよい。この場合、シロキサンは、第二層２２に含まれる親水性分子の一端側に備えられている。
　（３）上記実施形態では、第二層２２を、空気側に位置する他端側に、アニオン性の親水性官能基とその対カチオンとしての水素イオンまたはアルカリ金属イオンとを備える親水性分子で構成した例について説明したが、第二層２２を構成する親水性分子はこれに限定されない。例えば、第二層２２を、空気側に位置する他端側に、カチオン性の親水性官能基とその対アニオンとしてのハロゲン化物イオンとを備える親水性分子で構成してもよい。
　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態が本開示に示されているが、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims (8)

  1. 　所定の湿度を有する空気と、前記空気よりも低い温度の流体との間における熱交換を行うように構成されるとともに、少なくとも前記空気と接するように設けられた伝熱部（２０）を備えており、
    　前記伝熱部は、少なくとも第一層（２１）と前記第一層よりも前記空気側に位置する第二層（２２）とを有して構成され、
    　前記第二層は、水素イオンもしくはアルカリ金属イオンが結合したアニオン性の親水性官能基を有する親水性分子、ハロゲン化物イオンが結合したカチオン性の親水性官能基を有する親水性分子からなる群から選ばれる少なくとも一種の親水性分子から構成されている熱交換器。
  2. 　前記アニオン性の親水性官能基は、カルボキシル基、スルホ基、リン酸基、ホスホノ基、ボロン酸基、ホウ酸基からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項１に記載の熱交換器。
  3. 　前記カチオン性の親水性官能基は、アンモニウム基、イミニウム基、アミジニウム基、ピリジニウム基、イミダゾリニウム基からなる群から選ばれる少なくとも一種である請求項１に記載の熱交換器。
  4. 　前記親水性分子の炭素鎖長が１０より小さい請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
  5. 　前記親水性分子の炭素鎖長が３以下である請求項１ないし３のいずれか１つに記載の熱交換器。
  6. 　前記第二層は、前記第一層側に位置する一端側にホスホン酸またはシロキサンを備えるとともに、前記ホスホン酸または前記シロキサンが前記第一層と結合している請求項１ないし５のいずれか１つに記載の熱交換器。
  7. 　前記第一層における前記第二層に対向する側には、遷移金属元素を含んだ防錆層（２１ａ）が形成されている請求項１ないし６のいずれか１つに記載の熱交換器。
  8. 　前記防錆層は、前記遷移金属元素としてＺｒ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｏからなる群から選ばれる少なくとも一種を含んで構成されている請求項７に記載の熱交換器。
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