热交换器用构件、热交换器、空调机以及冰箱

技术领域

本发明涉及一种对金属表面赋予该金属的固有特性以外的特性的热交换器用构件以及具有该构件的设备。

背景技术

在空调机运转时，在设置于室内机以及室外机中的热交换器的热交换翅片表面产生结露或结霜。该热交换翅片表面的结露或结霜会造成以下不良影响：热交换性下降，送风效率下降，随之而来的空调机自身的耗电量增加等。近年来，在空调领域，正在积极研究涉及疏水的技术来作为对该热交换翅片表面的结露和结霜的对策。这样的技术公开于例如专利文献1中。

在专利文献1中记载有以下方法：在热交换器的表面形成涂层组合物，该涂层组合物由溶解氟树脂的水溶性有机溶剂、氟树脂、亲水性二氧化硅粒子以及疏水性二氧化硅粒子构成，由此对在热交换器产生的结露和结霜等进行抑制。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：WO2016/181676公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在专利文献1的技术中，使用二氧化硅粒子或导热系数比一般金属或金属氧化膜低的有机材料，该二氧化硅粒子(氧化铝的导热系数的1/20左右)的导热性明显低于热交换器的热交换翅片的一般材料即铝以及在其表面自然形成的氧化铝。因此，存在以下问题：当在不产生结露等的环境下使空调机运转时，应当作为应对空调机的耗电量增加的对策的涂层组合物自身使空调机的耗电量增加。

而且，近年来发现，仅接触角和滑落角优异的疏水处理对于因实际的结露而引起的水滴附着没有明显效果(目前原因尚不清楚)。因此，对热交换器进行疏水处理的技术并未实用化，实施了通过亲水处理进行的消极的结露和结霜对策。

本发明是鉴于上述问题点而完成的，其目的在于，通过导热性优异的被膜，对热交换器或形成热交换器的热交换翅片的金属表面赋予金属自身没有的特性，实现一种高效率的热交换器用构件、热交换器、空调机以及冰箱。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，本发明的热交换器用构件由金属构成，在所述金属的表面具有含有碳的金属氧化膜，在所述金属氧化膜上设置有凹凸，所述凹凸的凸部的顶点的平均间隔为40nm以上且120nm以下，并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30nm以上且250nm以下。

发明的效果

根据本发明，实现了如下效果：能够对热交换器用构件附加提高热交换器的热交换效率的功能。

附图说明

图1是示出使用了本发明的第一实施方式的热交换器用构件的空调机的室内机的立体图。

图2是示出本发明的第一实施方式的热交换器用构件的图。

图3是示出沿图2的箭头a-a观察的剖面的示意图。

图4是本发明的第一实施方式的热交换器用构件的表面的AFM观察结果。

图5是示出用于制作本发明的第一实施方式的设备的图。

图6是示出用于制作本发明的第一实施方式的负载电解密度的时间图表的图。

图7是示出本发明的第一实施方式的结露试验结果的图。

图8是本发明的第一实施方式的SEM立体图。

图9是本发明的第一实施方式的比较例的SEM立体图。

具体实施方式

(第一实施方式)

以下，基于图1～图9，说明本发明的实施方式。

＜安装有构件的空调机的室内机的结构＞

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由热交换器110、空气过滤器120、送风风扇130、排水盘140、框体150以及未图示的控制部或驱动部等构成。

热交换器110由冷媒配管111和翅片112构成。本发明的热交换器用构件指的是构成热交换器110(冷媒配管111以及翅片112)的构件。在此后的说明中，将热交换器用构件作为构成翅片112的构件进行说明。

＜构件的结构＞

图2以及图2的a-a剖面图即图3是示出本发明的热交换器用构件的具体的示例即构成热交换器110的翅片112的图。如图3所示，在由形成翅片112的主要材料(铝、不锈钢、铜等)构成的金属基材112A上具有含碳氧化膜112B，在含碳氧化膜112B上设置有微小凹凸112C。具有该微小凹凸112C的含碳氧化膜112B为含有碳的金属氧化膜，赋予提高热交换器110的热交换效率的功能。

翅片112由压延铝板、压延不锈钢板或压延铜板等金属板构成。翅片112的厚度为0.05～0.50即可。而且，优选该翅片112的厚度为0.05～0.20，从而在构成为热交换机时，能够使表面积比相同体积的热交换器中的翅片112大。根据使用目的适当决定大小。

含碳氧化膜112B是含有碳且与金属基材材料相同或同样的金属的氧化物。该含碳氧化膜112B的膜厚为40nm～300nm即可。而且，为了充分利用含有的碳类的导热性，提高耐腐蚀性，优选该含碳氧化膜112B的膜厚为100nm～300nm。在距表面(与金属基材112A接触的面的相反面)3nm～5nm的地方，该含碳氧化膜112B中含有的碳的含有比率为5at％～50at％即可。而且，为了具有通过含有碳而被赋予的特性且维持皮膜的强度，优选在距表面3nm～5nm的地方，该含碳氧化膜112B中含有的碳的含有比率为20at％～40at％。

优选含碳氧化膜112B中含有的碳为具有结晶性的物质，为了提高导热，优选碳纳米管、富勒烯、石墨烯等。

微小凹凸112C设置于含碳氧化膜112B的表面(与金属基材112A接触的面的相反面)，微小凹凸112C的凸部的顶点的平均间隔为40nm以上且120nm以下，并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30nm以上且250nm以下即可。而且，为了进一步赋予防结露性，更优选该微小凹凸112C的凸部的顶点以及凹部的底点的高度之差的平均值为100nm以上且200nm以下。

以下，基于图5～图6说明第一实施方式的实施例。实施例中的翅片112由67mm×80mm×0.3mm的铝板制作而成。为了在该铝板(金属基材112A)的表面设置具有微小凹凸112C的含碳氧化膜112B，进行以下处理。

首先，使该铝板(金属基材112A)在氢氧化钠水溶液中进行浸渍脱脂(浸渍时间：5分钟)。然后，如图5所示，将与电路400连接的铝板以及与电路400连接的由SUS304(304不锈钢)制造而成的电极404、405浸渍在装有处理液301的浴槽300中。关于浴槽300内的处理液301，将氢氧化钠和5％碳纳米管分散液以使其浓度分别达到1.7g/l、40ml/l的方式添加到纯化水(purified water)中，以使液温达到30℃的方式调整温度。

然后，在将电流沿图5所示的箭头的方向流动的情况作为+方向的电压的情况下，以图6所示的那样的模式，通过整流器401、整流器402和切换开关403，对铝板加载电压。

最后，进行水洗，在恒温槽内进行干燥(80℃、30分钟)。这样，在铝板(金属基材112A)的表面设置200nm的含碳氧化膜112B的同时，在含碳氧化膜112B的表面设置微小凹凸112C，由此构成为翅片112，该微小凹凸112C的凹凸形状的凸部的顶点的平均间隔为88nm且相邻的凸部的顶点以及凹部的底点之间的高度差的平均值为100nm。

＜验证试验＞

在此，说明构成热交换器的翅片所需的特性。在为了从外部吸收热量而使用热交换器时，在翅片表面产生结露。在暖气运转时的空调机的室外机或冰箱(refrigerator)中，结露变为霜，明显影响热交换器的热交换效率。另外，在冷气运转时的室内机中，结露也影响热交换的热转换效率。这样，通过防止结露，能够明显提高热交换器的热交换效率。但是，难以防止结露发生本身，只能通过对翅片实施疏水处理或亲水处理，使结露水尽快从翅片表面滑落来进行应对。在该情况下，虽然原因不明，但在结露产生时，即使是表示疏水性或亲水性的一般指标即接触角或滑落角良好的处理，实际上，也无法通过该良好性使结露水如期待那样滑落。

而且，在疏水处理或亲水处理中，因为在铝的表面设置比自然形成的氧化铝的导热性低的二氧化硅粒子或氟粒子，所以存在关键的热交换率降低的问题。

对于构成本发明的热交换的翅片112，虽然其机制尚不清楚，但具有抑制结露的显著的效果。另外，因为设置导热性比铝的表面所具有的氧化铝高的含有碳的含碳氧化膜112B，所以与设置导热性比铝低的二氧化硅粒子或氟粒子的一般的疏水处理和亲水处理相比，不会影响翅片112的主要材料即铝的热交换效率。

将图4以及图8所示的构成本发明的热交换器的翅片112(接触角：130°、滑落角：30°)以及图9所示的用于比较的翅片(接触角：130°、滑落角：29°)均设置于冷却器上，实施比较结露的产生的结露试验。该用于比较的翅片的制作条件与本发明不同，虽然具有微小的凹凸(Ra：0.1μm)，但相对于本发明的凹凸，形成凹凸形状的凸部的顶点的平均间隔为1.0μm的大的微小凹凸。

图7是示出冷却开始后60分钟后的各翅片的结露状态的照片。根据图7可知，本发明的翅片112至少未观察到结露水的产生，在用于比较的翅片中，产生了结露水的附着。另外，虽然未图示，但对于施加了亲水涂层或疏水涂层的翅片，也确认到与用于比较的翅片同样的结露水的附着。

另外，在结露试验时，通过辐射温度计测量各翅片的表面温度，确认到仅本发明的翅片112的温度比通常的铝翅片低2～3℃，确认到其展示出优异的热交换性。

此外，在本实施例中，为了形成表面具有微小凹凸112C的含碳氧化膜112B，使用了上述条件下的湿法电解处理，但不限于此，也可以通过其他条件或其他处理方法(使用了含有碳纳米管的金属氧化物靶的溅射或溶胶凝胶法等)形成。但是，湿法电解处理在成本方面比其他处理方法优异。

这样，与以往的亲水涂层或氟树脂涂层或者以往的通过形成凹凸而实现的疏水处理相比较，本发明的翅片112可实现能够防止结露并能够改善热交换器的热交换率的效果。

另外，本发明的第一实施方式不限于翅片112，例如可以是铜制的散热器用冷却水配管或构成用于冷却功率器件的水冷夹套的构件，在任何情况下，都可以实现与翅片112相同的效果。另外，含碳氧化膜112B也实现使构件的耐腐蚀性提高的效果。

另外，由上述翅片112等构件构成的热交换器实现与翅片112同样的效果。

而且，设置有由翅片112等构件构成的热交换器的空调机或冰箱也明显实现与翅片112同样的效果，因此，最终实现能够降低耗电量的效果。

本发明不限于上述各实施方式，能够在权利要求所示的范围内进行各种变更，通过将各种实施方式中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内。而且，通过将各实施方式中分别公开的技术手段进行组合，能够形成新的技术特征。

工业上的可利用性

本发明能够利用在需要防结露性、防结霜性、耐腐蚀性的热交换器用构件中。

附图标记说明

100：空调机的室内机、

112：翅片、

112B：含碳氧化膜(金属氧化膜)、

112C：微小凹凸、

300：处理槽、

400：电路。