冷凍サイクル装置およびその製造方法

【課題】過酷な空調環境下に設置されても耐久性が高く寿命の長い冷凍サイクル装置が望まれていた。
【解決手段】冷凍サイクル装置は冷媒回路１を構成する冷媒流路１Ａが無酸素銅で構成されている。そして、無酸素銅で構成される冷媒流路１Ａとして冷媒回路１の蒸発器５の冷媒管８が適用されたり、冷媒流路１Ａのロウ付け時の昇温部分が防錆塗膜で被覆されたり、冷媒流路１Ａのロウ付けに用いるロウ材として銀ロウが適用されたり、冷媒流路１Ａをロウ付けする際に水素脆化防止処理が施されたりしたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば空気調和装置や冷凍装置に用いられる冷媒回路を備えた冷凍サイクル装置およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の冷凍サイクル装置の冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、冷媒絞り弁、および蒸発器がそれぞれ冷媒配管を介して環状に連結された冷媒流路を有している。この冷凍サイクル装置において、冷媒配管、凝縮器の冷媒管、および蒸発器の冷媒管は、安価で、後述する水素脆化が起こりにくいりん脱酸銅（ＪＩＳ−Ｈ−３１００、合金番号１２０１）で構成され、ロウ付けにより管同士が接続されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３０３４２８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、機械加工・食品加工工場などのようにオイルミストが発生する環境下に設置される空気調和装置では、オイルミストが酸化して生じたギ酸・酢酸などの有機酸により、銅管製の冷媒配管や熱交換器の冷媒管が腐食して寿命が短くなるという不具合がある。特に、りん脱酸銅製の冷媒管を用いた従来の蒸発器の場合、特定のｐＨ範囲（特に、２．８以上４未満）において腐食速度が急激に高くなり侵食深さの深い蟻の巣状腐食を多発させるといったこと（図４中の曲線Ｆ参照）が従来より知られている。そのために、生産リードタイムが長くなる防食塗装処理を行ったり、加工性の悪い銅合金を用いたりしなければならないことから、有機酸に対し耐食性の高い機器が嘱望されていた。
そこで、室内機内に吸着材を配備した空気調和装置が上記の特許文献１に記載されている。この空気調和装置では、空調環境から室内機内に流入した有機酸を吸着材が吸着除去することにより、熱交換器の冷媒管の腐食を抑制するようになっている。しかしながら、上記した空調環境から流入するオイルミストの量は非常に多いので、活性炭などに代表される吸着材の吸着能力が短期間で失なわれ、短期間で吸着材の交換を余儀なくされ、交換などメンテナンスの手間や吸着材コストがかかるという問題があった。
【０００５】
本発明は、上記した従来の問題点に鑑みてなされたものであって、過酷な設置環境下であっても耐久性が高くメンテナンスの手間が少なくて済む冷凍サイクル装置およびその製造方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る冷凍サイクル装置は、冷媒回路を構成する冷媒流路を無酸素銅で構成したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、冷媒回路の冷媒流路が無酸素銅で構成されているので、従来のりん脱酸銅と比べて、使用時間経過に伴う侵食深さが格段に小さくなるうえ、特定ｐＨ範囲での腐食速度の急騰をもたらすことがない。従って、いわゆる蟻の巣状腐食の多発を防止でき、耐久性が高く長寿命の冷凍サイクル装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す概略構成図である。
図１において、この実施形態に係る冷凍サイクル装置は、冷凍サイクル動作を行なう冷媒回路１を備えた空気調和装置の例を示している。冷媒回路１は、圧縮機２、凝縮器３、冷媒絞り弁４、および蒸発器５がそれぞれ冷媒配管７，７，７，７を介して環状に連結されている。すなわち、圧縮機２内の冷媒流通部分、冷媒配管７、凝縮器３の冷媒管９、冷媒配管７、冷媒絞り弁４内の冷媒流通部分、冷媒配管７、蒸発器５の冷媒管８、および冷媒配管７が環状に連通することにより、冷媒回路１の冷媒流路１Ａが構成される。蒸発器５は冷房を行なう空調環境Ａに配置されていて、例えばフィンチューブ式に構成されている。空調環境Ａは例えばオイルミストが発生する機械加工工場などの環境である。
【０００９】
前記の蒸発器５では、図２および図３に示すように、横方向所定間隔で並設された多数のフィン１０，１０，１０，・・・に、縦方向所定間隔の管挿通穴（図示省略）が形成されている。各フィン１０は管挿通穴形成の際に切り起こされたカラー１５の存在により隣り合うフィン１０との間に所定隙間が保持されている。そして、各フィン１０の管挿通穴には、ヘアピン状配管１１，１１，１１，・・・がフィン組体の一端側から挿通されている。各ヘアピン状配管１１の管端部１１Ａ，１１Ｂはフィン組体の他端側から突出した状態にされ、或るヘアピン状配管１１の管端部１１Ｂと次のヘアピン状配管１１の管端部１１ＡとがＵ字状の管継手１２を介して連結されている。すなわち、ヘアピン状配管１１，１１，１１，・・・と管継手１２，１２，１２，・・・とから、蒸発器５の冷媒管８が構成される。この実施形態では、ヘアピン状配管１１および管継手１２が無酸素銅（ＪＩＳ−Ｈ−３１００、合金番号Ｃ−１０２０）で構成されている。
【００１０】
そして、ヘアピン状配管１１，１１の管端部１１Ｂと管端部１１Ａは、管継手１２の両端の大径部１３，１３にそれぞれ挿し込まれ、挿し込み部およびその近傍が８００℃程度に加熱されたのちにロウ付け（ロウ付け部１４）されている。このようなロウ付けに用いるロウ材としては、いわゆる硬ロウ付けで使用される４５０℃以上の溶融点を持つものであれば特に限定されない。このようなロウ材としては、例えば銀ロウ、金ロウ、黄銅ロウ、真鍮ロウ、ニッケルロウ、アルミニウムロウなどが挙げられる。この実施形態では例えば銀ロウを使用してある。
【００１１】
上記のように構成された空気調和装置の冷媒回路１の冷房運転動作を次に説明する。圧縮機２から吐出された高温高圧のガス冷媒は凝縮器３の冷媒管９へ流入し室外空気により冷却されて凝縮液化する。凝縮器３から出た冷媒は冷媒絞り弁４で減圧され、蒸発器５の冷媒管８へ流入する。蒸発器５において冷媒は空調環境Ａの空気を冷却するとともに自身は冷媒管８内で気化して蒸発器５を出る。蒸発器５から流出したガス冷媒はアキュムレータ６を経て圧縮機２に戻る。このような冷凍サイクル動作が繰り返される。
前記の冷媒回路１において、蒸発器５の冷媒管８の表面では空調環境Ａの空気中の水分が結露してドレン水として滴下し排水される。この場合、空調環境Ａはオイルミストが発生する機械加工・食品加工工場などの環境の場合は、オイルミストの酸化により生じたギ酸・酢酸などによって、冷媒管８の表面はｐＨの低い（すなわち酸性度の高い）湿潤状態となっている場合が多い。
【００１２】
図４は試験で得られた蒸発器冷媒管部分の湿潤環境での、ｐＨと侵食速度との関係を示すグラフである。ここで、Ｅは無酸素銅の状態を示し、Ｆはりん脱酸銅の状態を示している。本グラフで示す通り、無酸素銅の場合は、ｐＨの低下に伴い侵食速度は徐々に速くなる。一方、りん脱酸銅の場合は、特定のｐＨの範囲（特に、２．８以上４未満）において侵食速度が急激に速くなり、いわゆる蟻の巣状腐食が進行する。
図５は同様に、試験室レベル（加速試験）で得られた蒸発器冷媒管部分の湿潤環境での、経過時間と侵食深さとの関係を示すグラフである。また、試験室の環境は、蟻の巣状腐食が進行しやすい、ｐＨ（特に、２．８以上４未満）環境である。ここで、Ｇは無酸素銅の状態を示し、Ｆはりん脱酸銅の状態を示している。
つまり、この実施形態の冷凍サイクル装置は、図５のグラフにおいて曲線Ｇで示すように、加速試験開始から４０日を経過しても、孔食の侵食深さが１００〜２００μｍ程度と大きくならず、極めて耐久性の高い蒸発器５を提供することができる。一般に、フィン１０のカラー１５と微小な隙間を隔てて対面する冷媒管の面には蟻の巣状腐食が発生しやすいが、本実施形態の冷媒管８ではカラー１５との対面位置にも蟻の巣状腐食や孔食がほとんど発生していない。
これに対し、同グラフ中の曲線Ｈで示すように、従来汎用の蒸発器の冷媒管は加速試験開始当初より特に蟻の巣状腐食に関して大きな侵食深さを呈しており、加速試験開始から４０日目で６００〜１２００μｍ程度と、本実施形態の冷媒管８と比べてほぼ６倍も深い侵食深さに達したのである。冷媒管の腐食が前記のように深い侵食深さになると、冷媒管の耐圧強度の観点から、侵食深さが冷媒管の初期管肉厚に等しくなる（貫通する）と予測される加速試験経過日数Ｂよりも前の短期間で、従来の蒸発器は寿命となってしまう。
【００１３】
そして、この実施形態では、上述した冷媒管８のヘアピン状配管１１と管継手１２をロウ付けする際に、水素脆化防止処理を施した。ここで、水素脆化とは、水素が材料内部に入り、脆くなる現象を言う。よって、水素脆化防止処理とは、ロウ付け時に、水素の進入を防止する処理のことである。この水素脆化防止処理の一例としては、例えば８００℃に達した後、ロウ付け作業時間を６０秒以下（より好ましくは２０秒以下である。また、一般的な作業時間は１０秒以下である。）に収めることである。ここでいうロウ付け作業時間とは、加熱するためのトーチにより配管（ここでは、外径７．９４ｍｍ、肉厚０．２５ｍｍの銅管を用いた）を加熱して或る一定温度、例えば８００℃に達したのち、ロウ材を投入してからトーチを外して加熱を止めるまでの時間である。加熱温度が高い場合、さらにロウ付け作業時間は短くなる。
そこで、ロウ付け後に常温まで放熱したのち冷媒管８の表面に生じたボイド（孔）の数を計数した。図６のグラフ中の曲線Ｉは、前記のロウ付け作業時間と、ロウ付け後の冷媒管８の表面に生じたボイドの数との関係を示している。ボイドの数はサンプル表面を顕微鏡で観察して計数した２５０×２５０μｍあたりの個数である。すなわち、曲線Ｉから明らかなように、６０秒以下でロウ付け作業時間を行なうと、水素脆化性割れの起点となるボイドの発生を抑制し、ひいては水素脆化による耐圧強度低下の問題を解消することができる。
【００１４】
通常、加熱温度が不適切な場合やロウ材の量が適正でない場合には、再度８００℃まで加熱してロウ付けの手直しが行なわれる。そこで、水素脆化防止処理の別例としては、ロウ付けの手直し作業を２回までに収めることである。すなわち、図７のグラフからわかるように、ロウ付けの手直し作業が２回までであれば、ボイドの発生を防ぐことができる。
【００１５】
また、水素脆化は酸素の存在下で発生することが知られている。そこで、水素脆化防止処理の他のいくつかの例として、窒素ガスを封入した容器内でロウ付けを行なう処理、冷媒管のロウ付けされる部分に向けて窒素ガスを流しながらロウ付けを行なう処理、真空にした容器内でロウ付けを行なう処理などが挙げられる。これらの処理によっても、ボイドの発生を防ぐことができる。
【００１６】
ところで、冷媒管８においてロウ付け時に昇温した部分は加熱酸化による無酸素銅の特性が失われているので、そのままでは腐食を抑制することができない。このようにロウ付け時に昇温する部分は、例えばヘアピン状配管１１と管継手１２を接続したロウ付け部１４と、ロウ付け部１４近傍のヘアピン状配管１１および管継手１２である。そこで、図８に示すように、これら昇温部分の表面に防錆塗料を塗布し防錆塗膜１６として被覆しておく。これにより、ロウ付け部１４およびその近傍の冷媒管８の腐食を防ぐことができる。尚、防錆塗料としては、塗膜の防錆性および耐久性が高く塗装作業が容易なものであれば特に限定されないが、例えばエポキシ樹脂系塗料、タールエポキシ樹脂系塗料、アクリル樹脂系塗料、アルキルシリケート樹脂系塗料などが挙げられる。
【００１７】
また、この実施形態ではロウ材として、耐食性が高く燐を含まない銀ロウを用いているので、冷媒管８の無酸素銅の特性を阻害することがなく、管同士のロウ付けによる防食効果の低下を阻止することができる。
【００１８】
尚、上記の実施形態では、無酸素銅で構成する部分として蒸発器の冷媒管を例示したが、本発明はそれに限定されるものでなく、例えば圧縮機の冷媒流通部分、凝縮器の冷媒管、冷媒絞り弁の冷媒流通部分、蒸発器の冷媒管、または各部をつなぐ冷媒配管など、冷媒流路の構成部品を可能な限り無酸素銅で構成してよいことは言うまでもない。
また、上記では冷凍サイクル装置の例として空気調和装置を例示したが、本発明は空気調和装置に限るものでなく、冷凍装置や冷蔵装置にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す概略構成図である。
【図２】前記冷凍サイクル装置の蒸発器を示す概略正面図である。
【図３】前記蒸発器の冷媒管の連結態様を示す一部断面を含む部分正面図である。
【図４】前記蒸発器の冷媒管に関する腐食速度と結露環境のｐＨとの関係を示すグラフである。
【図５】前記蒸発器の冷媒管に関する侵食深さと使用経過時間との関係を示すグラフである。
【図６】前記冷媒管のロウ付けに要した時間とその後に発生したボイドの数との関係を示すグラフである。
【図７】前記冷媒管におけるロウ付けの手直し回数とその後に発生したボイドの数との関係を示すグラフである。
【図８】前記冷媒管のロウ付け時に昇温した部分の一部断面を含む部分正面図である。
【符号の説明】
【００２０】
１冷媒回路、１Ａ冷媒流路、５蒸発器、７冷媒配管、８冷媒管、１１ヘアピン状配管、１２管継手、１４ロウ付け部、１６防錆塗膜、Ａ空調環境。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒回路を構成する冷媒流路を無酸素銅で構成したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
無酸素銅で構成される冷媒流路が冷媒回路の蒸発器の冷媒管であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
冷媒流路のロウ付け時の昇温部分を防錆塗膜で被覆したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項４】
冷媒流路のロウ付けに用いるロウ材が銀ロウであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置に係る冷媒流路をロウ付けする際に、水素脆化防止処理を施したことを特徴とする冷凍サイクル装置の製造方法。

【図１】