热交换器用部件、热交换器、空调机用室内机、空调机用室外机以及冰箱的制作方法

1.本发明涉及对金属表面赋予了该金属固有的特性以外的特性的热交换器用部件以及包含该部件的设备。


背景技术：

2.空调机运转时在设置于室内机以及室外机的热交换器的热交换散热片表面发生结露、上霜。该热交换散热片表面的结露、上霜导致送风效率降低、热交换性降低、随之而来的空调机本身的耗电增加等恶劣影响。近年来，在空调领域，作为针对这种热交换散热片表面的结露、上霜的对策，关于亲水化的技术正被广泛研究。这样的技术例如公开于专利文献1。
3.在专利文献1中，记载了通过将由丙烯类树脂(聚丙烯酸类、丙烯酸氨基类、丙烯酰胺类等)、纤维素类树脂、聚乙烯醇类树脂、酰胺类树脂、氨基类树脂等构成的亲水性树脂涂膜形成于热交换器，来抑制在热交换散热片产生的结露导致的通风阻力增大的方法。
4.现有技术文献
5.专利文献
6.专利文献1：日本特开平5-322469号公报


技术实现要素：

7.发明要解决的课题
8.然而，在专利文献1的技术中，使用了与作为热交换器的热交换散热片一般的材料的铝、自然形成于其表面的氧化铝相比导热性显著低的丙烯类树脂(氧化铝的导热率的1/180左右)等有机树脂、同样用于亲水性涂膜的二氧化硅粒子(氧化铝的导热率的1/20左右)、沸石(氧化铝的导热率的1/180左右)等陶瓷材料。因此，本应作为空调机的耗电增加的对策的亲水性涂膜的组合物本身存在在不发生结露等的环境下使空调机运转时使空调机的耗电增加的问题。
9.再有，在仅仅缩小接触角的亲水化技术中，也存在实际结露产生的水滴附着而不滑落，最终成为通风阻力的问题。
10.本发明鉴于上述问题而完成，其目的在于，在热交换器、形成热交换器的热交换散热片的金属表面，由亲水性和导热性优异的覆膜来赋予金属本身没有的特性，实现高效的热交换器用部件、热交换器、空调机以及冰箱。
11.用于解决课题的手段
12.为了解决上述课题，本发明的热交换器用部件由金属构成，在所述金属的表面具有设有凹凸且含有结晶碳的金属氧化膜，所述凸部的顶点的平均间隔在20nm以上120nm以下，相邻的所述凸部的顶点的高度的平均值在10nm以上250nm以下，并且所述金属氧化膜的至少表面的一部分为水合氧化物。
13.发明效果
14.根据本发明，起到能够对热交换器用部件附加提高热交换器的热交换效率的功能的效果。
附图说明
15.图1是示出使用了本发明的实施方式1的热交换器用部件的空调机的室内机的立体图。
16.图2是示出本发明的实施方式1的热交换器用部件的图。
17.图3是表示图2的箭头方向a-a截面的示意图。
18.图4是本发明的实施方式1的热交换器用部件的表面的sem立体图。
19.图5是示出用于制造本发明的实施方式1的设备的图。
20.图6是示出用于制造本发明的实施方式1的负载电解密度的时序的图。
具体实施方式
21.〔实施方式1〕
22.以下，基于图1～图6对本发明的实施方式进行说明。
23.＜组装有部件的空调机的室内机的结构＞
24.图1是示出空调机的室内机100的切割模型的图。空调机的室内机100包括热交换器110、空气过滤器120、送风风扇130、排水盘140、机箱150和未图示的控制部、驱动部等。
25.热交换器110包括冷媒配管111和散热片112。本发明的热交换器用部件是指构成热交换器110(冷媒配管111以及散热片112)的部件。以下的说明中，热交换器用部件作为构成散热片112的部件进行说明。
26.＜部件的结构＞
27.图2以及作为图2的a-a剖视图的图3是示出作为本发明的热交换器用部件的具体例子的构成热交换器110的散热片112的图。如图3所示，在由形成散热片112的主要材料(铝、铜等)构成的金属基底112a上具备设置有精细凹凸112c的含碳水合氧化膜112b。具有该精细凹凸112c的含碳水合氧化膜112b是含碳的至少一部分被水合的水合金属氧化膜，赋予提高热交换器110的热交换效率的功能。
28.散热片112由轧制铝板或轧制铜板构成。散热片112的厚度为0.05～0.50即可。再有，该散热片112的厚度为了在构成为热交换器时在相同体积的热交换器下使表面积因散热片112而更大，优选为0.05～0.20。大小按照使用目的而适当决定。
29.含碳水合氧化膜112b是与含碳的金属基底材料相同或同样的金属的氧化物，至少一部分成为水合金属氧化物。该含碳水合氧化膜112b的膜厚为40nm～300nm即可。再有，该含碳水合氧化膜112b的膜厚为了活用所含有的碳元素类的导热性并提高耐腐蚀性，优选100nm～300nm。该含碳水合氧化膜112b所含有的碳的含有比率在距表面(与金属基底112a接触的面的相反面)3nm～5nm处为1at％～50at％即可。再有，该含碳水合氧化膜112b所含有的碳的含有比率为了具备通过含碳而赋予的特性且确保皮膜的强度，优选在距表面3nm～5nm处为3at％～40at％。
30.含碳水合氧化膜112b所含有的碳优选为具有结晶性的物质，碳纳米管、富勒烯、石
墨烯等因提高导热而优选。
31.此外，碳纳米管、富勒烯、石墨烯等昂贵，但由于含有它们的含碳水合氧化膜112b与所谓的涂层相比极薄，因此实际所含有的量本身非常少，所以在成本方面也优异。
32.精细凹凸112c设置于含碳水合氧化膜112b的表面(与金属基底112a接触的面的相反面)，精细凹凸112c的凸部的顶点的平均间隔在20nm以上120nm以下，且相邻的凸部的顶点以及凹部的底点的高度之差的平均值在10nm以上250nm以下即可。再有，该精细凹凸112c由于赋予更好的亲水性，因而更优选凸部的顶点以及凹部的底点的高度之差的平均值在100nm以上200nm以下。
33.以下，基于图5～图6对实施方式1的实施例进行说明。实施例中的散热片112由60mm
×
60mm
×
0.5mm的铝板制造。为了在该铝板(金属基底112a)的表面设置具有精细凹凸112c的含碳水合氧化膜112b而进行以下的处理。
34.首先，将该铝板(金属基底112a)由纯度99.5％的乙醇进行超声波清洗(清洗时间：5分钟)。之后，如图5所示地，使与电路400连接的铝板和与电路400连接的sus304制电极404、405浸渍于放入有处理液301的浴槽300中。浴槽300内的处理液301向纯净水中添加氢氧化钠和0.2％的碳纳米管分散液以使各自的浓度成为1.7g/l、1.64ml/l，液温为室温(20～30℃)。
35.之后，在将电流向图5所示的箭头方向流通的情况设为+方向电压的情况下，以图6所示的模式，利用整流器401、整流器402、切换开关403，在铝板负载电压。
36.接下来用纯净水进行超声波清洗(清洗时间：5分钟)。再通过在98℃的热水中浸渍15分钟来对铝板表面的氧化铝进行水合，最后通过吹气来进行干燥。这样一来，在铝板(金属基底112a)的表面设置200nm的含碳水合氧化膜112b的同时，在含碳水合氧化膜112b的表面设置凹凸形状的凸部的顶点的平均间隔为75nm且相邻的凸部的顶点以及凹部的底点的高度之差的平均值为50nm的精细凹凸112c，做成散热片112。
37.＜实证试验＞
38.在此，对构成热交换器的散热片所追求的特性进行说明。热交换器中，大量用于热交换的散热片空开极窄的间隙地排列。因此，在为了从外部空气夺走热量而使用时，在散热片表面产生结露。结露在制冷运行时的室内机中，在散热片与散热片之间形成水滴桥，阻碍散热片与散热片之间的通风。其结果，结露阻碍热交换的热转换效率。这样，通过防止因结露产生的散热片间的水滴桥，能够显著地提高热交换器的热交换效率。然而，防止结露产生本身就比较困难，而通过对散热片实施涂敷亲水涂层的亲水处理，仅抑制结露水的搭桥，接触角不能足够低，且水滴本身不滑落，导致水滴积聚结果产生搭桥，未能充分抑制。
39.再有，由亲水涂层产生的接触角的降低效果不耐久，若反复结露和干燥，则接触角马上变大，产生长期的抑制效果。
40.再有，上述亲水处理由于设置了导热性比自然形成于铝的表面的氧化铝低的丙烯类树脂、二氧化硅粒子、沸石等，因而也存在关键的热交换率降低的问题。
41.构成本发明的热交换的散热片112其机理不明，但在缩小接触角的同时，容易使所附着的水滴滑落，因此具有抑制结露水搭桥的显著效果。另外，由于设置有含有导热性比位于铝的表面的氧化铝高的碳的含碳水合氧化膜112b，因此与设置了导热性比铝低的丙烯类树脂、二氧化硅粒子、沸石等的一般的亲水处理相比，不阻碍作为散热片112的主要材料的
铝的热交换效率。
42.分别测定构成图4所示的本发明的热交换器的散热片112、比较用散热片113、比较用散热片114、比较用散热片115与水的接触角和滑落角，其中，比较用散热片113由与未图示的比较用的进行形成上述的含碳水合氧化膜的处理前的铝板同等的未处理的铝板构成，比较用散热片114是对同样未图示的未处理的铝板仅实施了水合处理的散热片，比较用散热片115为对同样未图示的未处理的铝板的铝板的表面涂敷了现有空调机所使用的二氧化硅类亲水涂层的散热片。结果，本发明的散热片112的接触角为17
°
、滑落角为26
°
，比较用散热片113的接触角为93
°
、未滑落，比较用散热片114的接触角为46
°
、未滑落，比较用散热片115的接触角为14
°
、未滑落。
43.此外，上述的滑落角是将由10μl的纯净水构成的水滴向水平放置的测定对象的板滴下，在将附着了水滴的板以预定的速度倾斜时，水滴开始滑落的角度。也就是说，所谓滑落角小指，结露的水滴更容易滑落，与单纯接触角小的情况相比，在散热片与散热片之间产生的水滴的搭桥更难形成。
44.根据上述结果，可以看出本发明的散热片112与比较散热片113～115相比，水滴搭桥抑制效果更高。
45.另外，空调机所使用的热交换散热片使因结露引起的水滴的附着和停止运行时的干燥反复，并且长期使用。因此，不仅初始的特性，反复进行水滴附着和干燥后的特性维持也很重要。
46.因此，作为水滴附着和干燥的循环的加速试验，有干湿试验。利用本发明的散热片112和比较用散热片115实施上述干燥试验，试验后的接触角的增加角分别为5
°
和55
°
。根据上述结果，可以看出本发明的散热片112的特性维持性优异。
47.另外，使用本发明的散热片112和比较用散热片113，制造未图示的热交换器，设置在内部能够空气循环的密闭box内，在低湿度下(26℃，30％rh)确认冷却特性，在使用本发明的散热片112的热交换器中，2小时后的到达温度为5.6℃，使用比较用散热片113的热交换器中只能冷却到7.6度。也就是说，虽然当下不清楚明确的理由，但本发明的散热片与结露无关，热交换性都优异。
48.此外，在本实施例中，为了在表面形成具有精细凹凸112c的含碳水合氧化膜112b，使用了上述条件下的湿式的电解处理，但不限于此，也可以通过其他的条件、其他的处理法(使用含有碳纳米管的金属氧化物靶的溅射法、溶胶凝胶法等)形成后，再进行水合处理。但是，湿式的电解处理在成本方面，比其他的处理法更优异。
49.这样，本发明的散热片112与以往的通过亲水涂层形成进行的亲水处理相比，起到抑制结露水搭桥导致的通风降低并且即使在不产生结露的情况下也能够改善热交换器的热交换率的效果。
50.另外，本发明的实施方式1不限于散热片112，例如，也可以是铜制的散热器用冷却水配管、用于冷却动力装置的水冷套结构部件，在任何情况下，都起到与散热片112同样的效果。另外，含碳水合氧化膜112b也起到提高部件的耐腐蚀性的效果。
51.另外，由上述散热片112等部件构成的热交换器也起到与散热片112同样的效果。
52.再有，显然设置有由散热片112等部件构成的热交换器的空调机、冰箱也起到与散热片112同样的效果，所以作为结果也能够起到降低耗电的效果。
53.本发明不限于上述的各实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，将不同实施方式所分别公开的技术手段适当组合而得到的实施方式也包含在本发明的技术范围中。再有，通过将各实施方式所分别公开的技术手段组合，能够形成新的技术特征。
54.工业实用性
55.本发明能够用于需要抑制因结露水搭桥导致的通风降低的热交换器用部件。
56.附图标记说明
57.100
…
空调机的室内机
58.112
…
散热片
59.112b
…
含碳水合氧化膜(金属氧化膜)
60.112c
…
精细凹凸
61.300
…
浴槽
62.400
…
电路。

技术特征：
1.一种热交换器用部件，由金属构成，其特征在于，在所述金属的表面具有设有凹凸且含有结晶碳的金属氧化膜，所述凸部的顶点的平均间隔在20nm以上120nm以下，相邻的所述凸部的顶点的高度的平均值在10nm以上250nm以下，并且所述金属氧化膜的至少表面的一部分为水合氧化物。2.根据权利要求1所述的热交换器用部件，其特征在于，距所述金属氧化膜的表面3nm～5nm的范围所含有的结晶碳的含有比率在3at％以上40at％以下。3.根据权利要求1或2所述的热交换器用部件，其特征在于，上述金属氧化膜的厚度在100nm以上300nm以下。4.一种热交换器，其特征在于，设有由权利要求1至3中任一项所述的热交换器用部件构成的热交换散热片。5.一种空调机用室内机，其特征在于，设有权利要求4所述的热交换器。6.一种空调机用室外机，其特征在于，设有权利要求4所述的热交换器。7.一种冰箱，其特征在于，设有权利要求4所述的热交换器。

技术总结
利用导热性优异的覆膜对金属表面赋予金属本身没有的特性，并实现高效的热交换器用部件。热交换器用部件由金属构成，在金属表面具有设有精细凹凸(112C)的含碳水合氧化膜(112B)，精细凹凸(112C)的凸部的顶点的平均间隔在20nm以上120nm以下，且相邻的凸部的顶点以及凹部的底点的高度之差的平均值在10nm以上250nm以下，并且含碳水合氧化膜(112B)的至少表面的一部分为水合氧化物。少表面的一部分为水合氧化物。少表面的一部分为水合氧化物。


技术研发人员：多胡绘美 田岛秀春
受保护的技术使用者：山一钢有限公司
技术研发日：2022.03.09
技术公布日：2023/10/15