厳格な環境基準を満たす省エネ型冷却システムの探求において、親水性アルミ箔は、現代のHVACイノベーションにおけるゲームチェンジャーとして登場しました。ピーク時の熱性能と持続可能性のバランスを両立させるエアコンに対する世界的な需要が急増する中、この特殊加工された箔（微細孔親水性層でコーティング）は、蒸発器と凝縮器コイルの効率を再定義しています。
大手メーカーは現在、親水性アルミ箔をエアコンに優先的に採用しています。これは、従来の箔と比較して30％高い熱伝達率だけでなく、湿度の高い気候における機器の寿命を延ばす防食特性も備えているからです。この記事では、高度な親水性コーティングが霜の形成を抑制し、最大15％のエネルギー消費を削減し、EPAの冷媒移行プロトコルに適合し、この材料を次世代HVAC設計の要として位置づけている方法を探ります。
親水性箔とは？
通常のアルミ箔と比較して、親水性箔は表面に親水性コーティングと防食コーティングが施されています。親水性アルミ箔は、主にエアコンのラジエーターフィンに使用されます。
親水性箔を空調業界で使用する原理は、エアコン内の結露水が親水性箔に素早く広がり、水滴に凝縮しないため、熱交換面積が増加し、冷却と加熱の速度が向上し、騒音を効果的に回避できることです。
親水性アルミ箔は一種の空調用箔ですが、完全に空調用箔と見なすことはできません。親水性箔に加えて、無塗装アルミ箔、耐食性アルミ箔、疎水性アルミ箔、潤滑性アルミ箔なども空調用箔です。
アルミ親水性箔合金
親水性アルミ箔は、家庭用エアコン、冷蔵庫、自動車用エアコン、自動車用ウォータータンクなどの冷凍設備に広く使用されている重要な材料です。
| シリーズ/合金 | 1000系：1100、1200 3000系：3003、3102、3015 8000系：8011、8079 |
| テンパー | O、H22、H24、H26など |
| 厚さ | 0.08～0.2mm |
| 幅 | 1400mm、カスタマイズ |
| 内径 | 76/152/200mm |
| 主な特性 | 1xxx系：99％以上の純度、優れた耐食性 3xxx系：Mn強化強度、優れた深絞り性 8xxx系：Fe/Si最適化、強化されたろう付け性 |
| HVAC用途 | 1000系：湿度の高い沿岸環境 3000系：高圧凝縮器コイル 8000系：多層ろう付け熱交換器 |
業界標準の寸法：
| パラメータ | 範囲 | 一般的なHVAC使用例 |
| 厚さ | 0.08～0.2 mm | マイクロチャネル用0.1 mm、チューブフィン用0.15 mm |
| 幅 | 300～1,300 mm | 950 mm（Carrier/Traneの標準コイル幅） |
| コイル長 | 2,000～8,000 m | 高速スタンピング（≥120フィン/分）に最適化 |
空調用親水性箔は、強度、成形性、耐食性を考慮して、主に3xxx系および8xxx系アルミニウム合金を使用しています。
- 8011合金：Fe 0.5％～1.0％、Si 0.4％～0.8％、H18状態（引張強さ≥160 MPa）を含みます。利点は、優れたろう付け適合性であり、多層複合熱交換器に適しています。その高いFe含有量は、結晶を微細化し、スタンプフィン（許容差±0.02 mm）の寸法安定性を向上させることができます。
- 3102合金：Mn 0.05％～0.20％、Cu≤0.05％、およびOテンパー（軟質テンパー）を含みます。高い伸び（≥25％）で知られており、複雑なフィン設計（ルーバータイプなど）に適していますが、耐食性は8011よりもわずかに劣り、コーティング保護に依存する必要があります。
性能比較：
| パラメータ | 8011 H18 | 3102 O |
| 引張強さ | 160～180 MPa | 80～100 MPa |
| 伸び | 2％～4％ | 25％～30％ |
| 適用可能なプロセス | ろう付け/高周波溶接 | スタンピング/曲げ |
| コスト | 中 | 低 |
現在、北米市場では、低腐食環境向けに3102合金が好まれ、アジア市場では、高湿度への対応として主に8011合金が使用されています。
親水性コーティング技術と検出
親水性コーティングのコア技術には、前処理、コーティング配合、硬化プロセスが含まれます。
1. 前処理：
- 脱脂：ローリングオイルを除去するためのアルカリ性洗浄剤（pH 10～12）。
- 化学変換：従来のクロメートに代わるクロムフリージルコニウム処理（ZrO₂ 50～100 mg/m2）（RoHS準拠）。
2. コーティング配合：
- 樹脂マトリックス：アクリル樹脂（耐熱性-30℃～130℃）またはエポキシ変性シリコーン（耐熱性>150℃）。
- 機能性添加剤：ナノSiO₂（耐摩耗性向上）、四級アンモニウム塩（抗菌性）、リン酸塩（密着性向上）。
3. 硬化プロセス：
- 熱風硬化：180℃～220℃で3～5分間、架橋ネットワーク構造を形成。
4. コーティング性能をテストする方法：
- 接触角試験：GB/T 30447-2013に従い、接触角計（Krüss DSA100など）を使用。
- 密着性試験：クロスハッチ法（ISO 2409）、評価0～5（0は剥離なしを意味します）。
- 耐湿熱性：85℃ / 85％RH環境で500時間、コーティングにブリスターや剥離がないこと。
Greeの2023年技術白書によると、ナノ複合コーティングを施した親水性箔は、フィンの寿命を15年以上まで延ばすことができます。
親水性箔の厚さを選択するには？
親水性箔の厚さは、熱伝導率、強度、コストのバランスをとる必要があります。
1. 0.1mm箔（許容差±0.005mm）：
- 利点：軽量（30％の軽量化）、マイクロチャネル熱交換器に適しています（冷媒側の圧力降下12％削減）。
- 用途：家庭用可変周波数エアコン（Mideaなど）、業務用VRFシステム。
- 制限事項：スタンピング深さ≤5mm、それ以外の場合は割れやすい。
2. 0.15mm箔（許容差±0.008mm）：
- 利点：高剛性（耐崩壊能力40％向上）、ロングフィン（>15mm）設計に適しています。
- 用途：工業用チラー、低温ヒートポンプ（-25℃環境）。
- 制限事項：材料コストが20％増加し、高トン数のパンチプレス（>200トン）が必要です。
3. 親水性箔の厚さ計算式：t=PxL2 / 8xσxh
- ここで、t = 厚さ、P = 風圧、L = フィン幅、σ = 降伏強度、h = フィン高さ。
- たとえば、5HPエアコンは、風速2m/sで0.12mm箔（降伏強度≥ 120MPa）を使用し、コストと変形防止の両方の要件を考慮することができます。
親水性箔の耐食性を評価するには？
耐食性は、親水性箔のコア指標です。評価方法には以下が含まれます。
1. 中性塩水噴霧試験（NSS）：
- 規格：ASTM B117、5％NaCl溶液、35℃で連続噴霧。
- 合格基準：8011合金+ H18箔は、≥720時間赤錆がないこと。
2. サイクル腐食試験（CCT）：
- 規格：SAE J2334、湿熱（50℃/100％RH）-乾燥-塩水噴霧サイクルをシミュレート。
- 合格基準：20サイクル後、コーティング密着性≥Bグレード。
3. 実際の作業条件シミュレーション：
- 沿岸地域：Cl⁻濃度≥200mg/m³、コーティングにはシランカップリング剤が含まれている必要があります（密度を向上させるため）。
- 工業地域：SO₂汚染環境では、モリブデン酸塩腐食抑制剤を含むコーティングが推奨されます。
事例：東南アジア市場におけるHaierのエアコンは、二層コーティング（下層ジルコニウム+表層SiO₂複合）を使用しており、塩水噴霧寿命は1,200時間で、単層コーティングの50％向上しています。