JP2008202813A - Refrigerating cycle device and its manufacturing method - Google Patents
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Description
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。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus including a refrigerant circuit used in, for example, an air conditioner or a refrigeration apparatus, and a method for manufacturing the refrigeration cycle apparatus.
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。 Conventionally, the refrigerant circuit of this type of refrigeration cycle apparatus has a refrigerant flow path in which a compressor, a condenser, a refrigerant throttle valve, and an evaporator are connected in an annular shape through refrigerant piping. In this refrigeration cycle apparatus, the refrigerant pipe, the condenser refrigerant pipe, and the evaporator refrigerant pipe are made of phosphorous deoxidized copper (JIS-H-3100, alloy number 1201) which is inexpensive and hardly causes hydrogen embrittlement described later. The tubes are connected by brazing.
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。
By the way, in an air conditioner installed in an environment where oil mist is generated, such as in a machine processing / food processing factory, etc., a refrigerant made of copper tube is formed by organic acids such as formic acid and acetic acid generated by oxidation of the oil mist. There is a problem in that the refrigerant pipe of the pipe and the heat exchanger is corroded and the life is shortened. In particular, in the case of a conventional evaporator using a phosphorous-deoxidized copper refrigerant tube, the corrosion rate increases rapidly in a specific pH range (especially 2.8 or more and less than 4), and the ant nest shape has a deep erosion depth. It has been conventionally known that corrosion frequently occurs (see curve F in FIG. 4). For this reason, an anticorrosive coating process that increases the production lead time or a copper alloy with poor workability must be used, and thus a device with high corrosion resistance against organic acids has been desired.
Therefore, an air conditioner in which an adsorbent is provided in the indoor unit is described in
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。 The present invention has been made in view of the above-described conventional problems, and provides a refrigeration cycle apparatus and a method for manufacturing the same that have high durability and require less labor for maintenance even under severe installation environments. Objective.
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。 In order to achieve the above object, a refrigeration cycle apparatus according to the present invention is configured such that a refrigerant flow path constituting a refrigerant circuit is made of oxygen-free copper.
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。 According to the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, since the refrigerant flow path of the refrigerant circuit is made of oxygen-free copper, the erosion depth with the passage of time of use is significantly smaller than that of conventional phosphorous deoxidized copper. Moreover, it does not cause a rapid increase in the corrosion rate in a specific pH range. Therefore, frequent occurrence of so-called ant nest corrosion can be prevented, and a refrigeration cycle apparatus with high durability and long life can be provided.
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。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a refrigerant circuit of a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, the refrigeration cycle apparatus according to this embodiment shows an example of an air conditioner including a
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。
In the
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。
And the
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。
Next, the cooling operation of the
In the
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。
FIG. 4 is a graph showing the relationship between the pH and the erosion rate in a humid environment of the evaporator refrigerant pipe portion obtained in the test. Here, E shows the state of oxygen-free copper, and F shows the state of phosphorus deoxidized copper. As shown in this graph, in the case of oxygen-free copper, the erosion rate gradually increases as the pH decreases. On the other hand, in the case of phosphorous deoxidized copper, the erosion rate rapidly increases in a specific pH range (especially 2.8 or more and less than 4), and so-called ant nest corrosion progresses.
FIG. 5 is also a graph showing the relationship between the elapsed time and the erosion depth in the humid environment of the evaporator refrigerant tube portion obtained at the laboratory level (acceleration test). The environment of the test room is a pH environment (especially 2.8 or more and less than 4) in which ant nest corrosion tends to proceed. Here, G shows the state of oxygen-free copper, and F shows the state of phosphorus deoxidized copper.
That is, in the refrigeration cycle apparatus of this embodiment, as indicated by the curve G in the graph of FIG. 5, even after 40 days have passed since the start of the acceleration test, the erosion depth of pitting corrosion does not increase to about 100 to 200 μm. The extremely
On the other hand, as shown by the curve H in the graph, the refrigerant pipe of the conventional general-purpose evaporator has exhibited a large erosion depth particularly from the beginning of the acceleration test, particularly with respect to the ant nest-like corrosion. On the day, the erosion depth reached approximately 600 to 1200 μm, which is about 6 times deeper than that of the
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。
And in this embodiment, when brazing the hairpin-
Therefore, the number of voids (holes) generated on the surface of the
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。 Usually, when the heating temperature is inappropriate or when the amount of brazing material is not appropriate, the brazing is reworked by heating to 800 ° C. again. Therefore, as another example of the hydrogen embrittlement prevention treatment, reworking of brazing is performed up to two times. That is, as can be seen from the graph of FIG. 7, if the brazing reworking operation is performed up to two times, generation of voids can be prevented.
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。 Further, it is known that hydrogen embrittlement occurs in the presence of oxygen. Therefore, as some other examples of the hydrogen embrittlement prevention process, brazing is performed in a container filled with nitrogen gas, and brazing is performed while flowing nitrogen gas toward the brazed portion of the refrigerant pipe. Examples thereof include a treatment and a treatment of brazing in a vacuumed container. These processes can also prevent the generation of voids.
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。
By the way, the portion of the
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。
Further, in this embodiment, since the silver brazing material having high corrosion resistance and containing no phosphorus is used as the brazing material, it does not impede the characteristics of the oxygen-free copper of the
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。
In the above-described embodiment, the refrigerant pipe of the evaporator is illustrated as the part made of oxygen-free copper. However, the present invention is not limited thereto, and for example, the refrigerant circulation part of the compressor, the refrigerant pipe of the condenser Needless to say, the components of the refrigerant flow path, such as the refrigerant flow part of the refrigerant throttle valve, the refrigerant pipe of the evaporator, or the refrigerant pipe connecting the respective parts, may be made of oxygen-free copper as much as possible.
Moreover, although the air conditioning apparatus was illustrated as an example of the refrigerating cycle apparatus in the above, this invention is not restricted to an air conditioning apparatus, It can apply also to a freezing apparatus and a refrigerator.
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。
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