JP2008032311A - アンモニア吸収式冷凍機およびその腐食防止剤 - Google Patents

Abstract

【課題】環境保護の点で優れている上に、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、冷凍システムの機器の腐食を充分に防止できるアンモニア吸収式冷凍機およびその腐食防止剤を提供すること。
【解決手段】アンモニア吸収式冷凍機は、蒸発器１、吸収器２、発生器７、精留器６、凝縮器８等からなる冷凍システムと、この冷凍システムに充填されたアンモニア水溶液とを備える。上記アンモニア水溶液中にはモリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とを含む。
【選択図】図１

Description

この発明は、アンモニア吸収式冷凍機およびその腐食防止剤に関する。

従来、アンモニア吸収式冷凍機としては、蒸発器、吸収器、熱交換器、発生器、精留器、凝縮器および膨張弁からなる冷凍システムと、この冷凍システムに充填されたアンモニア水溶液とを備え、このアンモニア水溶液に腐食防止剤（インヒビター）として重クロム酸ナトリウムに代えてモリブテン酸アンモニウムを含ませたものが提案されている（特許文献１：特許第２７６９６５７号公報）。

このモリブテン酸アンモニウムは、腐食防止剤として一般によく使用されている重クロム酸ナトリウムに比して、環境保護の点で優れている。

しかしながら、上記提案されたアンモニア吸収式冷凍機は、実用化に至っていなかった。それは、酸化型インヒビターである重クロム酸ナトリウムと異なって、吸着型インヒビターであるモリブテン酸アンモニウムは、流動状態や沸騰状態では、腐食防止効果が充分でないからである。しかし、モリブテン酸アンモニウムは、重クロム酸ナトリウムでは発生するステンレス鋼の孔食や隙間腐食が、発生しないという利点もあるため、実用化が切に望まれている。
特許第２７６９６５７号公報

そこで、この発明の課題は、環境保護の点で優れている上に、流動状態や沸騰状態でも冷凍システムの機器の腐食を充分に防止できるアンモニア吸収式冷凍機およびその腐食防止剤を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のアンモニア吸収式冷凍機は、
冷凍システムと、
この冷凍システムに充填されたアンモニア水溶液と、
を備え、
上記アンモニア水溶液中にモリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とを含むことを特徴としている。

上記構成によれば、アンモニア水溶液中に、重クロム酸に代えてモリブテン酸アンモニウムを含むので、環境を損ねることがなく、しかも、アンモニア水溶液中にモリブテン酸アンモニウムに加えて水酸化亜鉛を含むので、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、冷凍システムの機器の腐食を充分に防止できる。

１実施の形態では、上記冷凍システムの少なくとも一部は、鉄で作製されている。

上記アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とは、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、炭素鋼等の鉄に対して充分に防食効果を発揮できる。

また、１実施の形態では、上記冷凍システムの少なくとも一部は、ステンレス鋼で作製されている。

上記アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とは、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、ステンレス鋼に対して充分に防食効果を発揮できる。しかも、モリブテン酸アンモニウムを使用しているため、ステンレス鋼の自然電位は、クロム酸ナトリウムを使用した場合に比べて、ステンレス鋼の局部腐食発生電位から離れているため、隙間腐食や孔食の発生を効果的に防止できる。

また、１実施の形態では、上記アンモニア水溶液に対するモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、１０００ｐｐｍ以上、３００００ｐｐｍ以下である。

上記実施の形態によれば、上記アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、１０００ｐｐｍ〜３００００ｐｐｍ以下であるので、冷凍システムの機器の表面に防食被膜が充分に生成されて、充分な耐食性が得られる。なお、アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲が１０００ｐｐｍ未満になると、耐食性が急激に低下し、また、アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲が３００００ｐｐｍを越えると、防食効果が飽和して改善されなくて、コストの点で好ましくない。

また、１実施の形態では、上記アンモニア水溶液に対するモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、３０００ｐｐｍ以上である。

上記実施の形態によれば、上記アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、３０００ｐｐｍ以上であるので、冷凍システムの機器の表面に防食被膜がより充分に生成されて、より充分な耐食性が得られる。

また、１実施の形態では、上記アンモニア水溶液に対する水酸化亜鉛の濃度範囲は、１００ｐｐｍ以上、５０００ｐｐｍ以下である。

上記実施の形態によれば、上記アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の濃度範囲は、１００ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍであるので、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、冷凍システムの機器の表面に防食被膜がスムーズに充分に生成されて、より充分な耐食性が得られる。なお、アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の濃度範囲が１００ｐｐｍ以上で水酸化亜鉛の効果が顕著になる。また、アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の濃度範囲が５０００ｐｐｍを越えても、防食効果が飽和し、逆に、溶解性があまり高くない水酸化亜鉛が析出して、膨張弁の詰まり等の不具合を生じるおそれがある。

この発明のアンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤は、モリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とを含むことを特徴としている。

上記構成のアンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤は、モリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とを含むので、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、冷凍システムの機器の腐食を充分に防止できる。

１実施の形態では、上記水酸化亜鉛とモリブテン酸アンモニウムとの重量比は、１／３００から５の範囲である。

上記実施の形態では、上記水酸化亜鉛とモリブテン酸アンモニウムとの重量比が１／３００から５の範囲であるので、より充分な腐食防止効果が得られる。

また、１実施の形態では、上記水酸化亜鉛とモリブテン酸アンモニウムとの重量比は、１／３００から５／３の範囲である。

上記実施の形態では、上記水酸化亜鉛とモリブテン酸アンモニウムとの重量比が１／３００から５／３の範囲であるので、さらにより充分な腐食防止効果が得られる。

この発明のアンモニア吸収式冷凍機は、アンモニア水溶液中にモリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とを含むので、環境保護の点で優れている上に、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、冷凍システムの機器の腐食を充分に防止できる。

また、この発明のアンモニア吸収式冷凍機用腐食防止剤は、モリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とを含むので、環境を損ねることなく、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、冷凍システムの機器の腐食を充分に防止できる。

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図１に示すように、このアンモニア吸収式冷凍機は、蒸発器１と吸収器２と溶液ポンプ３と熱交換器５と精留器６と減圧弁１１と発生器７と凝縮器８と膨張弁９とリフラックスポンプ１２を配管で接続してなる冷凍システムと、この冷凍システムに充填されたアンモニア水溶液とを備える。

上記発生器７は、高温になるため、ステンレス鋼（例えば、ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６等）で作製されており、他の蒸発器１、吸収器２等は鉄、例えば、炭素鋼で作製されている。

上記蒸発器１で蒸発したアンモニアは、吸収器２でアンモニア希水溶液に吸収されて、濃いアンモニア水溶液になる。このアンモニア水溶液は、溶液ポンプ３によって精留器６に送られる。この精留器６から、アンモニア水溶液は発生器７に送られる。このアンモニア水溶液は発生器７で加熱されて、アンモニア蒸気を分離する。この分離されたアンモニア蒸気は、水蒸気を含んでいるため、精留器６に戻されて精留される。この精留されて高純度になったアンモニアガスは、凝縮器８で液化させられる。液化したアンモニアは、膨張弁９を通して蒸発器１に送られて、被冷却物を冷却する。

一方、上記発生器７からのアンモニア希水溶液は、熱交換器５で冷却されて、減圧弁１１を通して吸収器２に戻されて、アンモニアを吸収する。

上記アンモニア水溶液は、モリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛（Zn(OH)₂）とを含む。これによって、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、冷凍システムの機器の腐食を充分に防止できるようにしている。

上記モリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛との混合物は、アンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤を構成する。すなわち、このモリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛との混合物をアンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤として、製造し、単独で、譲渡することが可能である。

上記アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲（重量比で表す。以下、同じ。）は、１０００ｐｐｍ以上、３００００ｐｐｍ以下にして、炭素鋼およびステンレス鋼の表面に耐食性の高い強固なモリブテン酸被膜を形成するようにしている。なお、上記モリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、上述でも効果を有するが、３０００ｐｐｍ以上であるのが、より好ましい。

図２は、上述の数値限定の根拠を示すグラフである。図２において、横軸は、アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度（ｐｐｍ）を示し、縦軸は、モリブテン酸アンモニウムを無添加時の炭素鋼の腐食量（重量）に対するモリブテン酸アンモニウムを各濃度で添加したときの炭素鋼の腐食量を％で表したものである。

この図２から分かるように、アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度が１０００ｐｐｍ未満になると、そのときの腐食量は、無添加時の腐食量に対して８５％程度になって、炭素鋼の表面に耐食性の高い防食被膜が充分に形成できなくなって、腐食防止効果が少なくなる。これに対して、アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度が１０００ｐｐｍ以上になると、そのときの腐食量は、無添加時の腐食量に対して急激に著しく低減して、腐食防止効果が大きくなっていることが分かる。一方、アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度は３００００ｐｐｍを越えるようにしても、腐食防止効果は既に飽和して、殆ど、腐食防止効果の改善が見られない。したがって、腐食防止剤のコストの上昇をもたらさないように、アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度を３００００ｐｐｍ以下にするのが好ましい。

したがって、この実施の形態では、アンモニア水溶液に対するモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、１０００ｐｐｍ以上、３００００ｐｐｍ以下にしている。

さらに、上記アンモニア水溶液に対するモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、３０００ｐｐｍ以上にすると、そのときの腐食量は、無添加時の腐食量に対して１１％程度になるから、一層、好ましい。

また、上記アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の濃度範囲は、１００ｐｐｍ以上、５０００ｐｐｍ以下にして、アンモニア水溶液の流動状態や沸騰状態でも、炭素鋼およびステンレス鋼の表面に耐食性の高い被膜がスムーズに形成されるようにしている。

図３は、上述の数値限定の根拠を示すグラフである。図３において、横軸は、アンモニア水溶液中にモリブテン酸アンモニウムが５０００ｐｐｍ含まれた状態で、アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の各濃度（ｐｐｍ）を示し、縦軸は、水酸化亜鉛が無添加時の炭素鋼の腐食量（重量）に対する水酸化亜鉛を各濃度で添加したときの炭素鋼の腐食量を％で表したものである。

この図３から分かるように、アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の濃度が１００ｐｐｍ未満になると、そのときの腐食量は、水酸化亜鉛の無添加時の腐食量に対して８０％以上になって、水酸化亜鉛の防食効果は小さくて、実用的には不充分である。これに対して、アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の濃度が１００ｐｐｍ以上になると、そのときの腐食量は、水酸化亜鉛の無添加時の腐食量の３０％程度になって、急激に著しく低減して、腐食防止効果が大きくなることが分かる。一方、アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の濃度は５０００ｐｐｍを越えるようにしても、腐食防止効果は既に飽和して、殆ど、腐食防止効果の改善が見られなかった。したがって、腐食防止剤の必要以上のコストの上昇をもたらさないように、かつ、溶解度のあまり高くない水酸化亜鉛が機器内で析出しないように（水酸化亜鉛が析出すると、膨張弁９、減圧弁１１、溶液ポンプ３等の機器を損傷する場合がある。）、アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の濃度を５０００ｐｐｍ以下にするのが好ましい。図３では、モリブテン酸アンモニウムの濃度が５０００ｐｐｍの場合を示すが、モリブテン酸アンモニウムの濃度範囲が１０００ｐｐｍ〜３００００ｐｐｍである場合も図３と略同様な傾向を示した。

したがって、この実施の形態では、アンモニア水溶液に対する水酸化亜鉛の濃度範囲は、１００ｐｐｍ以上、５０００ｐｐｍ以下にしている。

図２、３は、炭素鋼についてのデータであるが、ステンレス鋼についても、図２，３と同様な傾向が得られた。

なお、モリブテン酸アンモニウムを使用した場合は、ステンレス鋼の自然電位が、クロム酸ナトリウムを使用した場合に比べて、ステンレス鋼の局部腐食発生電位から離れているため、隙間腐食や孔食の発生を防止できる。

図４は、図２，３のグラフを得るために使用した試験装置を示している。

この試験装置は、アンモニア水溶液を収容する円柱状の圧力容器３１内に、軸部３３ａとフランジ部３３ｂを有する回転軸３３を配置している。この回転軸３３の軸部３３ａには、炭素鋼製の円板形腐食試験片３５、３５、３５、３５を一定間隔で搭載している。この円板形腐食試験片３５は、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すような形状をしていて、中空穴３５ａを回転軸３３の軸部３３ａに嵌め込んで、図示しない係止部材で、係止している。上記フランジ部３３ｂ内に磁石３２を配置し、この磁石３２に磁石４２を対向させている。この磁石４２は、圧力容器３１の外側に位置する。

一方、回転駆動装置４０は、圧力容器３１の外側に位置して、上記磁石４２とこの磁石４２を回転させるモータ４１とを有して、上記磁石４２と磁石３２との磁気結合によって、回転軸３３を圧力容器３１の外側から回転駆動できるようにしている。こうして、実際の冷凍システムの機器の表面をアンモニア水溶液が流れるのと同様に、円板形腐食試験片３５の回りをアンモニア水溶液が流れるようにしている。こうして、アンモニア水溶液の流動状態での試験ができるようにしている。なお、６１は、アンモニア水溶液の液面である。

また、上記圧力容器３１の外側には、電気ヒータ５１を配置して、圧力容器３１内のアンモニア水溶液の温度を、例えば、５０℃〜１８０℃に制御して、冷凍システム中の最も温度が高くなる機器であって最も腐食がし易い発生器７（図１を参照）と同じ温度に制御できるようにしている。こうして、アンモニア水溶液の流動状態かつ沸騰状態でも、試験できるようにしている。

この試験装置を用いて、種々のモリブテン酸アンモニウムの濃度、水酸化亜鉛の濃度について、試験前と試験後について、円板形腐食試験片３５の重量を測定して、その重量減少を腐食量として、図２および３に示す結果を得た。

一方、アンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤として、モリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛との混合物を作製して、この腐食防止剤をアンモニア水溶液に添加しても、腐食防止効果が得られた。

また、前述の如く、アンモニア水溶液中のモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、１０００ｐｐｍ〜３００００ｐｐｍであると好ましく、さらに、３０００ｐｐｍ以上であるとより好ましく、また、アンモニア水溶液中の水酸化亜鉛の濃度範囲は、１００ｐｐｍ〜５０００ｐｐｍが好ましいから、腐食防止剤中の水酸化亜鉛とモリブテン酸アンモニウムとの重量比は、（１／３００）〜５であるのが好ましく、（１／３００）〜（５／３）であるのがさらに好ましい。

この発明に使用する冷凍システムは、図１に示す冷凍システムに限らず、例えば、カスケード接続冷凍システム、２温度同時取り出し冷凍システム等のアンモニア吸収式冷凍機に使用できる冷凍システムならばどのようなものであってもよい。

また、この発明に使用する冷凍システムは、全ての機器を炭素鋼で作製してもよく、あるいは、全ての機器をステンレス鋼で作製してもよく、あるいは、複数の異なる金属材料で作製してもよく、あるいは、金属材料と、樹脂、セラミックス等の非金属材料とを組み合わせて作製してもよい。

この発明のアンモニア吸収式冷凍機の１実施の形態のブロック図である。 モリブテン酸アンモニウムの濃度と炭素鋼の腐食量との関係を示す図である。 水酸化亜鉛の濃度と炭素鋼の腐食量との関係を示す図である。 試験装置の断面図である。 図５（Ａ）は円板形腐食試験片の平面図であり、図５（Ｂ）は円板形腐食試験片の正面図である。

符号の説明

１ 蒸発器
２ 吸収器
３ 溶液ポンプ
５ 熱交換器
６ 精留器
７ 発生器
８ 凝縮器
９ 膨張弁

Claims (9)

1. 冷凍システムと、
   この冷凍システムに充填されたアンモニア水溶液と、
   を備え、
   上記アンモニア水溶液中にモリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とを含むことを特徴とするアンモニア吸収式冷凍機。
2. 請求項１に記載のアンモニア吸収式冷凍機において、
   上記冷凍システムの少なくとも一部は、鉄で作製されていることを特徴とするアンモニア吸収式冷凍機。
3. 請求項１または２に記載のアンモニア吸収式冷凍機において、
   上記冷凍システムの少なくとも一部は、ステンレス鋼で作製されていることを特徴とするアンモニア吸収式冷凍機。
4. 請求項１乃至３のいずれか１つに記載のアンモニア吸収式冷凍機において、
   上記アンモニア水溶液に対するモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、１０００ｐｐｍ以上、３００００ｐｐｍ以下であることを特徴とするアンモニア吸収式冷凍機。
5. 請求項４に記載のアンモニア吸収式冷凍機において、
   上記アンモニア水溶液に対するモリブテン酸アンモニウムの濃度範囲は、３０００ｐｐｍ以上であることを特徴とするアンモニア吸収式冷凍機。
6. 請求項１乃至６のいずれか１つに記載のアンモニア吸収式冷凍機において、
   上記アンモニア水溶液に対する水酸化亜鉛の濃度範囲は、１００ｐｐｍ以上、５０００ｐｐｍ以下であることを特徴とするアンモニア吸収式冷凍機。
7. モリブテン酸アンモニウムと水酸化亜鉛とを含むことを特徴とするアンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤。
8. 請求項７に記載のアンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤において、
   上記水酸化亜鉛とモリブテン酸アンモニウムとの重量比は、１／３００から５の範囲であることを特徴とするアンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤。
9. 請求項８に記載のアンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤において、
   上記水酸化亜鉛とモリブテン酸アンモニウムとの重量比は、１／３００から５／３の範囲であることを特徴とするアンモニア吸収式冷凍機用の腐食防止剤。
   

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