JP2012220251A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】空気調和機の熱交換器の伝熱管において、非破壊で蟻の巣状腐食を検知する方法はなく、銅管の切断面を埋め込み、研磨した上で断面観察を行うほかなかった。そこで、蟻の巣状腐食の原因である有機酸（例えば、酢酸、蟻酸、その他の有機酸。）の発生を簡単に非破壊で確認でき、事前に冷媒ガス漏れを防ぐ検知方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る空気調和機は、熱交換器の伝熱管として銅製配管を用いた空気調和機において、吸気雰囲気中の有機酸を検知する検知手段を有することを特徴とするものである。
【選択図】図２

Description

この発明は、空気調和機に関するもので、特に熱交換器として用いられる銅伝熱管における有機酸起因の腐食の検知を色変化で表示する検知器を備えた空気調和機に関するものである。

銅は、優れた耐食性を有し熱伝導性や加工性にも優れているため、空気調和機の熱交換器の伝熱管に使用されている。図４は、従来の熱交換器の一例を示した図であるが、図において、熱交換器２００は銅伝熱管１０２にプレ‐トフィン１０１が装着されてなる。銅伝熱管１０２は直管部１０２ａ、１０２ｂ、及び、ヘアピン部１０３で構成されており、これらの部分に局部腐食が発生した場合、冷媒ガスが漏れるという不具合が生じる。このような不具合を生じる局部腐食として、蟻の巣状腐食や応力腐食割れ等が知られている。

このうち蟻の巣状腐食は、蟻酸や酢酸等の有機酸雰囲気中で生じ、腐食形状が蟻の巣状の微細孔であることから蟻の巣状腐食と呼ばれている。
熱交換器が有機酸雰囲気に曝される原因としては、熱交換器の製造時に使用する潤滑油や加工油が銅伝熱管に付着したまま残留し、それが劣化して有機酸が発生する場合、空気調和機を設置した建物の建材や内装材に含まれる有機酸が揮発する場合、あるいは空気調和機の内部に貼り付けた有機材料やその貼り付けのために用いる接着剤から放出される場合等、様々な原因が考えられる。

従来、局部腐食の検知方法としては応力腐食割れに関する方法が主で、蟻の巣状腐食に対応する検知方法はほとんど知られていない。応力腐食割れに対応する検知方法としては、例えば、応力腐食割れに起因する構造物の破壊リスクを定量的に予測し長期的な寿命管理を行うために開発された検知方法として、割れ発生のごく初期（割れ萌芽形成期）の小規模かつ確率論的性格の強い段階での現象を感度良く観測する技術を開発・金属材料の主要成分の陽イオンと発色反応する金属陽イオン反応性発色剤を使用して金属材料の応力腐食割れ及び／又は孔食の発生過程を視覚化することを特徴とする応力腐食割れ又は孔食の発生検知方法がある（例えば、特許文献１参照）。

また、有機酸雰囲気であるか否かを検査する場合、アクティブサンプリング法が一般的に用いられている。アクティブサンプリング法は、吸引ポンプを用いて強制的に空気を捕集管に通過させ、物質を採集する方法で、厚生労働省が定めた「室内空気測定のガイドライン」において標準的な方法として選定されている。
このアクティブサンプリング法は数分間から３０分間程度の短時間で現状の空気質を評価することはできるが、製品の出荷からの長期間にわたる経時変化を知ることはできない。

特開２００８‐２１６２３２号公報（４頁１９行〜４４行）

上記説明したように、局部腐食を予測する方法として、蟻の巣状腐食に対応する検知方法はほとんど知られていない。非破壊で蟻の巣状腐食を検知する方法はなく、銅管の切断面を埋め込み、研磨した上で断面観察を行うほかなかった。

本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、蟻の巣状腐食の原因である有機酸（例えば、酢酸、蟻酸、その他の有機酸。以下、有機酸とのみ記載する）の発生を簡単に非破壊で確認でき、事前に冷媒ガス漏れを防ぐ検知方法を提供することを目的とする。

本発明に係る空気調和機は、熱交換器の伝熱管として銅製配管を用いた空気調和機において、吸気雰囲気中の有機酸を検知する検知手段を有することを特徴とするものである。

この発明に係る空気調和機によれば、変色度合いを確認することで空気中の有機酸量を積算的に検知し、蟻の巣状腐食によるガス漏れを事前に予測することができ、熱交換器の交換を適切な時期に行うことができる。

この発明の実施の形態１に係る空気調和機の室内機の正面断面図である。 この発明の実施の形態１に係る検知器の略示的な断面図である。 この発明の実施の形態３に係る検知器の空気調和機の正面視の断面図である。 従来の熱交換器の一例を示した図である。

実施の形態１．
次に、この発明の実施の形態１を図に基づいて説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似する部分には、同一又は類似の符号を用いる。なお、図面は模式的なものであり、各寸法の比率等は現実のものとは異なる。したがって、具体的な寸法等は以下の説明を参酌した上で判断するとともに、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が実際の場合とは異なることもある。

図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機における室内機の正面断面図である。図において、空気調和機の室内機（以下、室内機とのみ記載する場合がある）１００は、主として天井に設置される。筐体９の下面には吸込み口１０および吹出口１１が設けられ、筐体９内には送風機４が設置されている。

筐体９内には、吸込み口１０から送風機４に至る吸込風路１（以下、上流側と記載する場合がある）、及び、送風機４から吹出口１１に至る吹出風路５（以下、下流側と記載する場合がある）が形成されている。吸込み口１０から吸い込まれた空気は、吸込風路１に設けられた空気清浄フィルタ‐２により塵埃が除去され、熱交換器３により冷却または加熱され、送風機４に送られる。

熱交換器３は正面視で斜めに傾斜して配置され、これに付着した水分（着露水等）が滴下した際、それを受け止めるためにドレンパン６が下方に設けられている。また、空気清浄フィルタ‐２とドレンパン６との間に温度センサ７が配置され、この温度センサ７と並べて検知器８が配置されている。このように配置することで、圧損がなく、冷暖房効率に影響を及ぼさない空気調和機の提供が可能である。

図２は、この発明の実施の形態１に係る検知器の断面の模式図である。図において、検知器８は空気中の有機酸等から発生する特定のガスを検知するための検知部２０と、該検知部２０を支持する支持体２３と、ガス透過孔２４と、観察用窓部２５とから構成される。ガス透過孔２４を通過した有機酸が検知部材２０に吸着されることによりガス量を検知し、その量を観察用窓部２５から視覚的に観察できる。

検知部２０は、担体２６として不織布やシリカゲル等の多孔質なシ‐トを使用し、この担体２６に酸化触媒としての銅粉２１を混在させるとともに、有機酸と反応して呈色反応を示す有機酸検知剤２２を含漬し乾燥させたものである。

ここで、有機酸検知剤２２は、酸‐塩基指示薬、酸化還元指示薬、または、金属塩・金属酸化物の検知試薬による変色域の変化を利用するものである。例えば、酢酸または蟻酸が存在すると反応する酸‐塩基指示薬をグリセリン等の湿潤剤に溶かした発色剤を使用し、この薬剤をシリカゲルやアルミニウム、二酸化ケイ素等の基体粒子の表面に吸着させる。特に、基体粒子は二酸化ケイ素を破砕し分級したものを用いることで、空気が粒子の隙間をスム‐ズに流れ、変色を明瞭に把握することができる。

酸‐塩基指示薬には、ｐＨ４付近に変色範囲をもつものを使用するのが望ましい。例えば、ジアゾ系のメチルオレンジやサルトン系のブロモクレゾ‐ルグリ‐ン等が好ましい。
メチルオレンジは、ｐＨ３．２〜４．２にかけて橙色から赤色に変色し、ブロモクレゾ‐ルグリ‐ンではカルボン酸に反応し青色から黄色に変色する。これより、ｐＨ４付近での変色が確認でき、蟻の巣状腐食の可能性を検知することができる。
なお、上記実施の形態では、「検知試薬」とは変色の有無のみで判断できるものを指し、一方「指示薬」とは変色の有無だけでなくｐＨ値などで定量化して判断できるものを指すものとして区別して用いているが、その境界は明確ではなく特にこれに限られるものではない。

また、検知剤として、酢酸または蟻酸と反応するアルカリと酸‐塩基指示薬を使用することもできる。これにより変色の効率を向上させることができる。この場合は、酢酸または蟻酸がアルカリと反応し、酸‐塩基指示薬が変色する。アルカリとしては種々のものが使用できる。この場合の反応原理の一例としては、下式のように表され、
ＣＨ_３ＣＯＯＨ＋Ｎａ_２ＳｉＯ・ｎＨ_２Ｏ → ＣＨ_３ＣＯ_２Ｎａ＋Ｈ_２Ｏ
このときの酸‐塩基指示薬には中性付近で変色範囲をもつものを使用することが好ましい。例えば、トリフェニルメタン系のクレゾ‐ルレッドやサルトン系のフェノ‐ルレッド等が良い。中性付近でクレゾ‐ルレッドは淡桃色から黄色に、フェノ‐ルレッドは赤色から黄色に変色する。これにより、有機酸の発生を確認することができる。

この構成によれば、空気中の有機酸量を検知し、変色度合いを確認することで、蟻の巣状腐食によるガス漏れを事前に予測し、熱交換器の交換時期を明確にできる。

有機酸濃度またはｐＨと蟻の巣状腐食との関係を下表１または下表２に示す。

表１より、有機酸濃度は０．５ｐｐｍでは明確な相関が認められない場合もあるが、１．０ｐｐｍ以上になると、蟻の巣状腐食が発生することがわかる。一方表２より、ｐＨ４以上においては蟻の巣状腐食は発生しないことが確認できる。

ここで、銅粉２１を混在させることにより、銅が酸化触媒として作用し、有機酸を生成し蟻の巣状腐食を加速し、検知を容易にすることが可能となる。
銅粉２１の量は酸化触媒として適量を添加する。この量が少ない場合は有機酸の生成が十分に行われない問題があり、逆に量が多い場合は着色剤の変化がわかり難い問題がある。

銅粉２１の量の添加量として０％、０．０１％、０．１％、０．５％、１.０％とし、１２０時間、２４０時間、４８０時間放置した際の変色度合いを調べた結果を下記３に示す。変色度合いは色差計を用いて測定し、色差：０〜１．５は◎、１．５〜３．０は○、３．０〜６．０は△、６．０〜１２．０は×とし、１２．０以上は××とした。

これより、銅の添加量は０．１％〜０．５％が望ましい。この量が０．０１％と少ない場合は、変色がせず有機酸の生成が十分行われていないことがわかる。また、１．０％以上と量が多い場合は、変色の度合い大きく着色剤の変化が分かり難い問題がある。

なお、触媒金属としては銅粉のほかに白金、パラジウム等の貴金属系や、マンガン、ニッケル等の卑金属系が使用できる。

実施の形態２．
上記実施の形態１では、有機酸検知剤は、酸‐塩基指示薬、酸化還元指示薬、または、金属塩・金属酸化物の検知試薬による変色域の変化を利用するものであり、有機酸と反応して比較的速やかに呈色反応を示すものであるが、有機酸検知剤を有機酸の発生量により、色彩または濃淡が徐々に変化するものを用いることにより有機酸発生量の経時変化を知ることができるとともに、熱交換器の交換時期も予測することが可能となる。特に、ガス漏れを事前に予知できることで、ガス漏れによる温室効果ガス排出量を抑制することができる。
なお、構成は図２に示したものと同様であるため図示は省略する。

本発明の実施の形態２に係る有機酸検知剤としては、例えば検知試薬として酢酸または蟻酸と反応するアルカリにメタ珪酸ナトリウムを使用し、酸‐塩基指示薬にクレゾ‐ルレッドを使用し、整粒された二酸化ケイ素の表面に、前記検知試薬をコ‐ティングしたものである。これに銅粉を０．１％添加した系を用いて放置時間と変色度合いにより蟻の巣状腐食の有無を調べた結果を下表４に示す。変色度合いは色差計を用いて測定し、色差：０〜１．５は◎、１．５〜３．０は○、３．０〜６．０は△、６．０〜１２．０は×とし、１２．０以上は××とした。

これより、変色度合いが１２．０以上を超えた場合には、蟻の巣状腐食が発生することが明らかになるとともに、熱交換器の交換時期も予測することが可能となる。特に、ガス漏れを事前に予知できることで、ガス漏れによる温室効果ガス排出量を抑制することができる。

実施の形態３．
図３は、本発明の実施形態３である空気調和機の室内機を概念的に示した正面視の断面図である。この空気調和機の室内機は、実施の形態１と同様の構成を有したもので、違いは検知器の位置と設置数が相違している。室内機１００には、本発明の実施の形態３に係る検知器１５ａ〜１５ｃが、図３の通り吸込み空気と吹出空気が通過する直後ならびに室内機の内部の３箇所に配置されている。

ここで、吸込み空気通過直後に設置することで、空気調和機が設置されている室内空気の有機酸量を、また吹出空気直後に設置することで、室内機で拡散した空気の有機酸量を確認することができる。これにより、吸込み、吹出し箇所における有機酸量の経時変化の違いを把握できる。さらに室内機内部の通風路外に設置することで熱交換器３を通過する気流に影響を及ぼすことがないため、冷暖房効率が損なわれることなく室内機内で発生する有機酸量をモニタリングすることができる。

１ 吸込風路、２ 空気清浄フィルタ‐、３ 熱交換器、４ 送風機、５ 吹出風路、６ ドレンパン、７ 温度センサ、８、１５ａ、１５ｂ、１５ｃ 検知器、９ 筐体、１０ 吸込み口、１１ 吹出口、２０ 検知部材 ２１ 銅粉、２２ 有機酸検知剤、２３ 支持体、２４ ガス透過孔、２５ 観察用窓部、２６ 担体、１００ 室内機

Claims (3)

1. 熱交換器の伝熱管として銅製配管を用いた空気調和機において、吸気雰囲気中の有機酸を検知する検知手段を有することを特徴とする空気調和機。
2. 前記検知手段は、酸−塩基指示薬、酸化還元指示薬、または、金属塩−金属酸化物の検知試薬による変色域の変化を利用したものであることを特徴とする請求項１記載の空気調和機。
3. 前記検知手段は、空気中の有機酸を検知するための検知部材と、該検知部材を支持するための支持体と、前記検知部材上部に設けられた窓部とからなり、前記窓部により前記検知部材の変色度合いにより吸気雰囲気中の有機酸の検知を行うことを特徴とする請求項２記載の空気調和機。

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