JP2015078789A - 熱交換器および熱交換器を備えた空気調和装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム製の伝熱管および冷媒配管を簡易的に接合することが可能で、かつ耐腐食性に優れた熱交換器を提供する。
【解決手段】一定の間隔で積層されたフィン１２と、積層された各フィン１２を貫通して固定され、両端部１４ａ、１４ｂにアルミニウム製の冷媒配管１９が接合されるアルミニウム製の伝熱管１４、１５とを備え、伝熱管１４、１５と冷媒配管１９とを、非腐食性フラックスが混合された低融点ろう材１７で接合し、低融点ろう材１７の大気と接触する表面を被膜部材１８で覆っている。
【選択図】図２

Description

本発明は、例えばアルミニウム製の冷媒配管がろう付けされるアルミニウム製の熱交換器、およびその熱交換器を備えた空気調和装置に関するものである。

アルミニウム製の配管（以下、「アルミ配管」と称す）を接合する方法としては、アルミニウム−ケイ素合金のろう材を用いたろう付けが一般的である。しかし、アルミニウム−ケイ素合金の融点は約６００℃、アルミ配管の融点は約６６０℃であるため、ろう材とアルミ配管との融点差が少ない。このことから、ろう付けをする際に、アルミ配管が溶融しないように、また、アルミ配管の溶融に加熱が弱くなってろう周りのろう材が不足しないようにと、アルミ配管の接合に高信頼性を保つ上で、ろう付け作業者の負担が大きいという現状である。

作業者の負担を軽減するために、容易にアルミ配管を接続する方法として、例えば、ＣｓＦ入りの非腐食性フラックスと亜鉛または亜鉛を主成分とする亜鉛−アルミニウム合金からなる低融点ろう材との混合物を用いて、低温でろう付けを行う方法がある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１１１５２７号公報（要約）

しかしながら、上記特許文献１による方法でろう付けを行うと、ろう付け部が電位的に卑となるため、ろう付けとアルミ配管の接合部で異種金属間の腐食が生じ、ろう付け部の耐食性が劣ってしまう。そのため、低融点ろう材の接合箇所から腐食が進行し、配管内部を流動する物質（冷媒）が外部へ漏れる可能性がある。

本発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、アルミニウム製の伝熱管および冷媒配管を簡易的に接合することが可能で、かつ耐腐食性に優れた熱交換器および熱交換器を備えた空気調和装置を得ることを目的とする。

本発明に係る熱交換器は、一定の間隔で積層されたフィンと、積層された各フィンを貫通して固定され、両端部にアルミニウム製の冷媒配管が接合されるアルミニウム製の伝熱管とを備え、伝熱管と冷媒配管とを、非腐食性フラックスが混合された低融点ろう材で接合し、低融点ろう材の大気と接触する表面を被膜部材で覆っている。

本発明においては、伝熱管と冷媒配管とを、非腐食性フラックスが混合された低融点ろう材で接合し、低融点ろう材の大気と接触する表面を被膜部材で覆っている。この構成により、低融点ろう材とアルミニウム製の伝熱管および冷媒配管との融点差が大きくなる。このため、より容易な接合を行うことが可能となり、さらに電位が卑である低融点ろう材を被膜部材で覆っているため、異種金属間の腐食を防ぐことができ、接合の信頼性も向上する。

本発明の実施の形態に係る空気調和装置の概略構成を示す冷媒回路図である。 図１に示す室外熱交換器の拡大斜視図である。 図２におけるＡ部およびＢ部を拡大して示す断面図である。 アルミニウム製の配管、一般的なろう材（アルミニウム−ケイ素合金）、低融点ろう材の電極電位の測定結果を示す図である。

以下に、本発明に係る熱交換器を備えた空気調和装置の実施の形態について説明する。
図１は本発明の実施の形態に係る空気調和装置の概略構成を示す冷媒回路図である。

実施の形態に係る空気調和装置１００は、図１に示すように、圧縮機１と、マフラ２と、四方弁３と、本発明に係る熱交換器である室外熱交換器４と、毛細管５と、ストレーナ６と、電子制御式膨張弁７と、ストップバルブ８ａ、８ｂと、室内熱交換器９と、補助マフラ１０とが、冷媒配管１９により接続されて構成される冷媒回路を備えている。

この空気調和装置１００の室内熱交換器９には、外気、室内、冷媒等の各温度に基づいて、圧縮機１、電子制御式膨張弁７等のアクチュエータ類の制御を司る制御部１１が設けられている。前述の四方弁３は、冷房と暖房の冷媒サイクルを切り替えるための弁で、制御部１１によって制御される。

制御部１１により四方弁３が冷房に切り替えられたときには、冷媒は、圧縮機１により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁３を介して室外熱交換器４に流入する。室外熱交換器４に流入した高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換器４を通過する室外空気と熱交換（放熱）され、高圧の液冷媒となって流出する。室外熱交換器４から流出した高圧の液冷媒は、毛細管５及び電子制御式膨張弁７で減圧されて、低圧の気液二相の冷媒となり、室内熱交換器９に流入する。室内熱交換器９に流入した気液二相の冷媒は、室内熱交換器９を通過する室内空気と熱交換され、低温低圧のガス冷媒となって圧縮機１に吸入される。

また、制御部１１により四方弁３が暖房に切り替えられたときには、冷媒は、前記と同様に圧縮機１により圧縮されて高温高圧のガス冷媒となり、四方弁３を介して室内熱交換器９に流入する。室内熱交換器９に流入した高温高圧のガス冷媒は、室内熱交換器９を通過する室内空気と熱交換され、高圧の液冷媒となる。室内熱交換器９から流出した高圧の液冷媒は、電子制御式膨張弁７および毛細管５で減圧されて、低圧の気液二相の冷媒となり、室外熱交換器４に流入する。室外熱交換器４に流入した低圧の気液二相の冷媒は、室外熱交換器４を通過する室外空気と熱交換され、低温低圧のガス冷媒となって圧縮機１に吸入される。

次に、室外熱交換器４の構成について、図２を用いて説明する。図２は図１に示す室外熱交換器の拡大斜視図である。
図２に示す室外熱交換器４は、例えばフィンアンドチューブ型の熱交換器で、一定の間隔で平行に積層された複数のフィン１２と、複数のフィン１２の積層方向の外側に配置された固定板１３と、積層された複数のフィン１２と固定板１３に垂直に挿入された複数のＵ字形状のヘアピン管１４と、互いに隣接するヘアピン管１４の端部を連通するＵ字形状のベンド１５とで構成されている。ヘアピン管１４とベンド１５とで伝熱管が構成される。

前述のフィン１２、固定板１３、ヘアピン管１４およびベンド１５は、アルミニウム材によって形成されている。ヘアピン管１４は、各フィン１２に設けられた穴に挿入された後、拡管されて各フィン１２に固定されている。ヘアピン管１４とベンド１５は、製造ライン上で、アルミニウム−ケイ素合金のろう材１６によって接合されている。固定板１３は、室外機の外郭を形成する箱形状のケーシング内に、前述の室外熱交換器４を固定するための部材である。複数のヘアピン管１４のうち、両端に位置するヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂは、低融点ろう材１７によってアルミニウム製の冷媒配管１９と接合されている。その接合部Ａ、Ｂには、被膜部材１８によって覆われている。

ここで、接合部Ａ、Ｂの構成について、図３を用いて詳述する。図３は図２におけるＡ部およびＢ部を拡大して示す断面図である。
ヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂは、冷媒配管１９の外径よりも大きく拡管されている。その端部１４ａ、１４ｂの拡管により、端部１４ａ、１４ｂの内周面と冷媒配管１９の外周面との間に、筒形状の隙間Ｗａが形成されている。その隙間Ｗａには、低融点ろう材１７が充填されている。さらに、端部１４ａ、１４ｂの外周面および低融点ろう材１７の大気と接触する表面が被膜部材１８によって覆われている。低融点ろう材１７は、ＣｓＦ入りの非腐食性フラックスと、亜鉛あるいは亜鉛を主成分とする亜鉛−アルミニウム合金との混合物からなり、融点が５６０℃以下となっている。

次に、ヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂと冷媒配管１９との接合について説明する。
ヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂに冷媒配管１９を挿入し、端部１４ａ、１４ｂと冷媒配管１９との間の隙間Ｗａに低融点ろう材１７を充填する。その状態においてトーチ等の加熱手段でヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂをそれぞれ加熱しながら、低融点ろう材１７を溶融し、ヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂと冷媒配管１９とを接合する。

このように、アルミニウム製のヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂとアルミニウム製の冷媒配管１９との接合に、融点が５６０℃以下の低融点ろう材１７を用いることにより、低融点ろう材１７と、融点が６６０℃のアルミニウム製の配管（ヘアピン管１４および冷媒配管１９）との融点差が１００℃以上となる。このため、より容易でかつ信頼性の高い接合を行うことができる。

しかし、低融点ろう材１７は、亜鉛を主成分としているため、アルミニウム材と比較して電極電位が低い、すなわち「卑」であるため、異種金属間に腐食が生じて、低融点ろう材１７の方が腐食し易い。なお、異種金属間の腐食とは、電位の異なる２種類の金属が電解液中で接触した場合に生じる腐食である。つまり、接触する２種類の金属間で電位差が生じ、かつ電解液と接触すると、局部電池が形成され、電位が高い「貴」な金属（アルミニウム材）から電位が低い「卑」な金属（亜鉛）へ電流が流れ、電位が低い「卑」な金属（低融点ろう材１７）において腐食が生じる。

図４はアルミニウム製の配管、一般的なろう材（アルミニウム−ケイ素合金）、低融点ろう材の電極電位の測定結果を示す図である。
測定には、５％のＮａＣｌの溶液中で行い、参照電極として銀−塩化銀電極を用いた。図４に示すように、アルミニウム製の配管、即ちヘアピン管１４および冷媒配管１９と一般的なろう材との電位差が約１３０ｍＶであるのに対し、ヘアピン管１４および冷媒配管１９と低融点ろう材１７との電位差は約２００ｍＶとなっている。一般的に電位差が２００ｍＶ以上の場合、異種金属間の腐食が顕著になってくるため、アルミニウム製のヘアピン管１４と冷媒配管１９との接合に低融点ろう材１７を用いる場合には防食することが必須となる。

低融点ろう材１７での異種金属間の腐食を防止するためには、ヘアピン管１４および冷媒配管１９と低融点ろう材１７との接触部に電解液を付着させないことが重要である。電解液とは、電気を通す液体のことで、水道水、雨水、結露による水滴なども含まれる。

そこで、本実施の形態においては、図３に示すように、電解液が付着する可能性のある、ヘアピン管１４と低融点ろう材１７の接触部、冷媒配管１９と低融点ろう材１７の接触部、および低融点ろう材１７の大気と接触する表面を被膜部材１８で覆うようにしている。被膜部材１８として、熱収縮チューブが用いられている。この熱収縮チューブは、温風によって収縮して硬化し、図３に示すように、ヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂ、低融点ろう材１７の大気と接触する表面、及び冷媒配管１９とを覆う。

以上のように実施の形態によれば、アルミニウム製のヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂとアルミニウム製の冷媒配管１９との接合に、アルミニウム材との融点差が１００℃以上となる低融点ろう材１７を用いるようにしている。このため、ヘアピン管１４の端部１４ａ、１４ｂと冷媒配管１９との接合をより容易に、かつ信頼性の高い接合を行うことができる。
また、低融点ろう材１７の大気と接触する表面を被膜部材１８である熱収縮チューブで覆って、ヘアピン管１４と低融点ろう材１７の接触部、冷媒配管１９と低融点ろう材１７の接触部に雨水、結露による水滴等の電解液が浸入しないようにしている。このため、アルミニウム材と比較して電位が低い「卑」な低融点ろう材１７の腐食を防止できる。

なお、実施の形態では、低融点ろう材１７の大気と接触する表面を熱収縮チューブで覆うようにしたが、内側に接着剤が塗布された熱収縮チューブを用いるようにしても良い。熱収縮チューブで低融点ろう材１７の大気と接触する表面を覆った際に隙間ができた場合には、隙間から電解液が浸入する可能性がある。その場合、熱収縮チューブによって隙間内の電解液が保持されるため、異種金属間の腐食による侵食が加速する可能性がある。これを防止するために、前述の如く、内側に接着剤が塗布された熱収縮チューブで低融点ろう材１７の大気と接触する表面を覆って、その部分を接着剤で密着させて隙間ができないようにする。熱収縮チューブの接着剤での密着によって、電解液の浸入を完全に防ぐことができる。

また、熱収縮チューブに代えて、亜鉛粉末を含有する常温硬化型の塗料で低融点ろう材１７の大気と接触する表面を覆うようにしても良い。常温硬化型の塗料を使用することによって、加熱工程を必要とせず、電解液の侵入を防止でき、かつ犠牲陽極層による防食を行うことができる。さらに、塗料に亜鉛粉末を含有することによって、犠牲防食を行うことが可能である。なお、塗料によって防食する場合には、必ず低融点ろう材１７よりも電極電位が「卑」となる亜鉛もしくは亜鉛合金の粉末が含有されている必要がある。

また、実施の形態では、被膜部材１８によってアルミニウムと亜鉛合金（又は亜鉛）の異種金属間の腐食を防ぐようにしたが、これは一例であって、「卑」となる金属と「貴」となる金属の異種金属の接合であれば被膜部材１８で覆うようにしても良い。

１ 圧縮機、２ マフラ、３ 四方弁、４ 室外熱交換器、５ 毛細管、６ ストレーナ、７ 電子制御式膨張弁、８ａ、８ｂ ストップバルブ、９ 室内熱交換器、１０ 補助マフラ、１１ 制御部、１２ アルミニウム製のフィン、１３ アルミニウム製の固定板、１４ アルミニウム製のヘアピン管、１４ａ、１４ｂ ヘアピン管の端部、１５ アルミニウム製のベンド、１６ ろう材、１７ 低融点ろう材、１８ 被膜部材、１９ アルミニウム製の冷媒配管、１００ 空気調和装置。

Claims (6)

1. 一定の間隔で積層されたフィンと、
   積層された各フィンを貫通して固定され、両端部にアルミニウム製の冷媒配管が接合されるアルミニウム製の伝熱管とを備え、
   前記伝熱管と前記冷媒配管とを、非腐食性フラックスが混合された低融点ろう材で接合し、前記低融点ろう材の大気と接触する表面を被膜部材で覆ったことを特徴とする熱交換器。
2. 前記被膜部材は、熱で硬化する熱収縮チューブであることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
3. 前記熱収縮チューブの内側に接着剤が塗布されていることを特徴とする請求項２記載の熱交換器。
4. 前記被膜部材は、亜鉛粉末が含有された常温硬化型の塗料であることを特徴とする請求項１記載の熱交換器。
5. 前記低融点ろう材は、亜鉛あるいは亜鉛を主成分とする亜鉛−アルミニウム合金からなり、融点が５６０℃以下であることを特徴とする請求項１〜４の何れか１項に記載の熱交換器。
6. 請求項１〜５の何れか１項に記載の熱交換器を室外熱交換器として備えていることを特徴とする空気調和装置。

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