JP2018091575A - 空調設備用熱交換器及びその熱交換器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】有機酸やアンモニアを含む環境下において、コイルの耐食性及び施工性の向上を図る。【解決手段】本発明に係る空調設備用熱交換器１０は、銅製の内管１７にアルミニウム製の外管１８を被覆した二重管により構成された伝熱管１１と、伝熱管１１の内管１７の露出した端部に接続される熱交換器用部材１２と、伝熱管１１の内管１７と熱交換器用部材１２との接続部分２１を被覆するシリコン製の被覆材２２と、被覆材２２の外周に設けられるアルミニウム製のさや管２３と、備えていることを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、空調設備用熱交換器及びその熱交換器の製造方法に関し、特に、有機酸やアンモニアを含む腐食環境下に晒される空調設備用熱交換器及びその熱交換器の製造方法に関する。

一般に、空調設備に設けられる熱交換器の伝熱管には銅管が使用されているが、生薬の保管倉庫や納豆等の食品工場などでは、銅管が短期間で腐食して水や冷媒などの熱媒体が漏洩する事例が度々報告されている。実際にこれらの倉庫や工場などにおいて気中分析や空調機コイルのドレン水の分析を行うと、主成分として、生薬倉庫で酢酸、ギ酸、納豆製造工場で酢酸、硝酸、アンモニア、燻製品原料保管庫で酢酸、アンモニアが検出され、この種の銅管の腐食事例は、酢酸、カルボン酸、ギ酸などの有機酸やアンモニアの腐食性ガスが原因であることが確認されている。

そのため、このような有機酸を含む環境下に設置される空調設備の熱交換器では、耐食性の高いステンレス管が伝熱管として採用されるケースが多い。しかしながら、ステンレス管を伝熱管に採用した場合、銅管と比較して熱伝導率が悪いため、熱交換器の伝熱面積を増加させないと、銅管を使用した熱交換器と同等の伝熱性能を達成することができず、熱交換器が大型化するという問題や、導入時のイニシャルコストが増大するという問題などが生じている。

そこで、このような問題を解決するため、近年、銅製の内管にアルミニウム製の外管を被覆した二重管を伝熱管として採用する空調設備用熱交換器が提案されている。この空調設備用熱交換器では、伝熱管の内管の露出した端部と継手管（Ｕベント）の銅管同士がろう付け接合された後、継手管の外面及びその接合部分に、パワー防錆ＥＰ１０００やチョイスコート等のエポキシ樹脂塗料や、粉体樹脂コーティング（ケン化ＥＶＡ）等の特殊塗装によって耐食処理が施されている（特許文献１参照）。

特開２０１５−４９０１６号公報

しかしながら、上記した特許文献１に記載の空調設備用熱交換器では、稼働時に生じる伝熱管内の流体の温度差や熱交換器を通過する空気の温度によって、銅管自体に伸縮が生じることが予想されるが、この際に、特殊塗装の塗料が銅管の伸縮に追随し難く、剥離したり或いはヒビ割れを発生したりする可能性を完全には否定できない。また、継手管の外面や接合部分の特殊塗装による耐食処理に手間が掛かるため、施工性の向上を図り難いといった問題も生じている。

本発明は、上記した課題を解決すべくなされたものであり、有機酸やアンモニアを含む環境下において、コイルの耐食性及び施工性を高めることのできる空調設備用熱交換器及びその熱交換器の製造方法を提供することを目的とするものである。

上記した目的を達成するため、本発明に係る空調設備用熱交換器は、銅製の内管にアルミニウム製の外管を被覆した二重管により構成された伝熱管と、前記伝熱管の内管の端部に接続される熱交換器用部材と、前記伝熱管の内管の露出した端部と前記熱交換器用部材との接続部分を被覆するシリコン製の被覆材と、前記被覆材の外周に設けられるアルミニウム製のさや管と、備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る空調設備用熱交換器において、前記伝熱管は直管であり、前記熱交換器用部材は隣接する前記直管同士を接続する継手管であり、前記継手管は銅製の内管にアルミニウム製の外管を被覆した二重管により構成され、前記被覆材は前記直管の内管の露出した端部と前記継手管の内管の露出した端部との接続部分を被覆することを特徴とする。

また、本発明に係る空調設備用熱交換器において、前記伝熱管は直管であり、前記熱交換器用部材はヘッダに接続されるステンレス製のヘッダ管であり、前記被覆材は前記直管の内管の露出した端部と前記ヘッダ管の端部との接続部分を被覆することを特徴とする。

また、本発明に係る空調設備用熱交換器において、前記伝熱管は直膨コイル用の直管であり、前記熱交換器用部材は直膨コイル用のステンレス製のキャピラリーチューブであり、前記被覆材は前記直管の内管の露出した端部と前記キャピラリーチューブの端部との接続部分を被覆することを特徴とする。

本発明は、銅製の内管にアルミニウム製の外管を被覆した伝熱管の該内管の露出した端部と熱交換器用部材とを接続する空調設備用熱交換器の製造方法であって、前記伝熱管と前記熱交換器用部材のいずれか一方側にアルミニウム製のさや管を遊嵌させた状態で前記伝熱管の内管の露出した端部と前記熱交換器用部材の端部とを接合させる工程と、前記伝熱管の内管と前記熱交換器用部材との接続部分をシリコン製の被覆材で被覆する工程と、前記さや管を前記伝熱管又は前記熱交換器用部材に沿ってスライドさせて前記被覆材の外周に移動させる工程と、備えていることを特徴とする。

また、本発明に係る空調設備用熱交換器の製造方法は、前記さや管を前記被覆材の外周に移動させた後、前記さや管の両端部をシールする工程をさらに備えていることを特徴とする。

本発明によれば、有機酸やアンモニアを含む環境下において、コイルの耐食性及び施工性の向上を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器の全体構成を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器の要部を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器の要部を示す断面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器の製造方法を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器の製造方法を示す平面図である。 本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器の製造方法を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器の全体構成を示す平面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器の要部を示す断面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。

まず、図１〜図６を参照しつつ、本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０について説明する。ここで、図１は本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０の全体構成を示す平面図、図２及び図３は本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０の要部を示す断面図、図４〜図６は本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０の製造方法を示す平面図である。なお、以下の説明において、上下左右の向きは、便宜上、図１に示す向きを基準として説明する。

図１に示されているように、本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０は、直線状に形成される多数の伝熱管１１と、各伝熱管１１の両端部に接続される熱交換器部材としての継手管１２と、伝熱管１１の外面に並設される多数のフィン１３と、により構成される水コイル１４と、水コイル１４を支持するケーシング１５と、水コイル１４の各伝熱管１１が接続されるヘッダ１６と、を備えている。

図２及び図３に良く示されているように、伝熱管１１は、円筒形状の銅製の内管１７に円筒形状のアルミニウム製の外管１８を被覆した二重管（クラッド管）により構成されている。伝熱管１１の管径及び肉厚は、管内通過流量や管内圧力等の条件を満たすように設定され、例えば、伝熱管１１の内管１７の管径は１５．８８ｍｍ、内管１７の肉厚は０．４５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲、外管１８の肉厚は０．５ｍｍ〜０．８２５ｍｍの範囲にそれぞれ設定されている。

図２に良く示されているように、継手管１２は、Ｕ字状に曲成されたＵベントであり、円筒形状の銅製の内管１９に円筒形状のアルミニウム製の外管２０を被覆した二重管（クラッド管）により構成されている。本実施の形態の場合、継手管１２の内管１９の管径が１５．８８ｍｍ、内管１９の肉厚が０．４５ｍｍ〜０．６ｍｍの範囲、外管２０の肉厚が０．５ｍｍにそれぞれ設定されている。継手管１２の外管２０の肉厚は、伝熱管１１と比べて、熱交換性能に与える影響が小さいことから、耐食性に問題が生じない程度まで薄い厚み（０．５ｍｍ）に設定することで、加工性を高めると共に、継手管１２の曲げ加工時に外管２０の外面にシワやヒビ等が発生するのを抑制することができ、耐食性を高めることができる。

伝熱管１１と継手管１２との接続は、図２に示されているように、伝熱管１１の内管１７の端部１７ａに継手管１２の内管１９の端部１９ａの先端部分を挿入した状態で行われる。この接続部分２１には、シリコン製の被覆材２２が被覆され、被覆材２２の外周にアルミニウム製で円筒短管形状のさや管２３が設けられる。本実施の形態の場合、さや管２３の管径は２２．００ｍｍであり、さや管２３の長さＬ１は端部１７ａと端部１９ａとの合計長さＬ２の３８ｍｍより左右にそれぞれ１０ｍｍずつ長く形成され、５８ｍｍに設定されている。また、被覆材２２は、９００〜１５００Ｐａ・ｍの粘度を有し、さや管２３内の被覆厚は０．７１〜２．０６ｍｍに設定され、さや管２３の両端部外側部分のシール材３０（図６参照）の被覆厚は３．００ｍｍ以上に設定されている。

フィン１３は、アルミニウム製の細長矩形状の薄板により構成されており、フィン１３には伝熱管１１が貫通可能な多数の穴（図示省略）が穿設されている。

ケーシング１５は、ステンレス（ＳＵＳ）製で矩形枠状に形成されており、伝熱管１１が貫通する左側板２４及び右側板２５と、左右側板２４，２５の上下端部を連結する天板２６及び底板２７と、を備えて構成されている。

ヘッダ１６は、ステンレス（ＳＵＳ）製で円筒形状を有しており、ケーシング１５の外側において右側板２５に対して平行を成すように配設されている。ヘッダ１６の外周壁には、左方から、ステンレス（ＳＵＳ）製で円筒短管形状のヘッダ管２８が接続されており、伝熱管１１はこのヘッダ管２８を介してヘッダ１６に接続されている。

伝熱管１１とヘッダ管２８との接続は、図３に示されているように、伝熱管１１の内管１７の端部１７ａの先端部分をヘッダ管２８の内部に挿入させた状態で行われる。この接続部分２９には、シリコン製の被覆材２２が被覆され、被覆材２２の外周にアルミニウム製で円筒短管形状のさや管２３が設けられる。

次に、本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０を製造する方法について説明する。

まず、従来の公知な拡管及び圧入方法により、フィン１３の前記穴に伝熱管１１を挿入し、伝熱管１１の外面に多数のフィン１３を並設させ、伝熱管１１をケーシング１５に支持させる。

次いで、伝熱管１１と継手管１２との接続作業を行う。この接続作業では、まず、図４に示すように、隣接する各伝熱管１１の両端部の外管１８を除去し、その先端部分を拡幅すると共に、継手管１２の両端部の外管２０を除去する。そして、図４中において矢印で示すように、さや管２３を伝熱管１１に挿入する。

次いで、図５に示すように、さや管２３を伝熱管１１に遊嵌させた状態で、伝熱管１１の内管１７の端部１７ａの先端部分に、継手管１２の内管１９の端部１９ａを挿入し、伝熱管１１の内管１７の先端部と継手管１２の内管１９の外周面とをろう付け接合する（図２参照）。その後、伝熱管１１の内管１７と継手管１２の内管１９との接続部分２１を被覆材２２で被覆する。

さらに、図６中において矢印で示すように、さや管２３を伝熱管１１に沿ってスライドさせ、被覆材２２の外周に移動させ、さや管２３からはみ出た余分な被覆材２２を除去する。その後、さや管２３の両端部を被覆材２２と同一のシリコン製のシール材３０によってシールする。これにより、図２に示すように、伝熱管１１と継手管１２との接続作業が完了する。

次いで、伝熱管１１とヘッダ管２８との接続作業を行う。この接続作業では、まず、伝熱管１１の両端部の外管１８を除去すると共に、さや管２３を伝熱管１１に挿入し、伝熱管１１に遊嵌させる。この状態で、伝熱管１１の内管１７の端部１７ａの先端部分をヘッダ管２８の内部に挿入し、ヘッダ管２８の先端部と伝熱管１１の内管１７の外周面とをろう付け接合する。その後、伝熱管１１の内管１７とヘッダ管２８との接続部分２９を被覆材２２で被覆する。さらに、さや管２３を伝熱管１１に沿ってスライドさせ、被覆材２２の外周に移動させ、さや管２３からはみ出た余分な被覆材２２を除去した後、さや管２３の両端部を被覆材２２と同一のシリコン製のシール材によってシールする。これにより、図３に示すように、伝熱管１１とヘッダ管２８との接続作業が完了する。

次に、図７及び図８を参照しつつ、本発明の第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器２０について説明する。ここで、図７は本発明の第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器４０の全体構成を示す平面図、図８は本発明の第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器４０の要部を示す断面図である。なお、以下の説明において、上下左右の向きは、便宜上、図７に示す向きを基準として説明する。

図７に示されているように、本発明の第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器４０は、直線状に形成された多数の伝熱管４１と、各伝熱管４１の両端部に接続される熱交換器部材としての継手管４２と、伝熱管４１の外面に並設される多数のフィン４３と、により構成される直膨コイル４４と、直膨コイル４４を支持するケーシング４５と、各伝熱管４１が接続されるヘッダ４６と、各伝熱管４１がキャピラリーチューブ４７を介して接続される分配器４８と、を備えている。

伝熱管４１は、銅製の内管４９にアルミニウム製の外管５０を被覆した二重管（クラッド管）により構成されている。継手管４２は、Ｕ字状に曲成されたＵベントであり、銅製の内管（図示省略）にアルミニウム製の外管５１を被覆した二重管（クラッド管）により構成されている。

なお、本実施の形態における伝熱管４１、継手管４２、フィン４３、ケーシング４５、及びヘッダ４６は、上記した本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０における伝熱管１１、継手管１２、フィン１３、ケーシング１５、及びヘッダ１６と同等の構成を有しているため、詳細な説明は省略する。

キャピラリーチューブ４７は、ステンレス（ＳＵＳ）製で、伝熱管４１の内管４９より細い円筒形状を有している。また、分配器４８はステンレス（ＳＵＳ）製である。

図８に示されているように、キャピラリーチューブ４７は、銅製のレジューサ管５３を介して伝熱管４１の内管４９に接続され、この接続部分５４には、シリコン製の被覆材５５が被覆され、被覆材５５の外周にアルミニウム製で円筒短管形状のさや管５６が設けられる。

次に、本発明の第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器４０を製造する方法について説明する。

まず、従来の公知な拡管及び圧入方法により、フィン４３の前記穴に伝熱管４１を挿入し、伝熱管４１の外面に多数のフィン４３を並設させ、伝熱管４１をケーシング４５に支持させる。

次いで、伝熱管４１と継手管４２との接続作業、及び伝熱管４１とヘッダ４６との接続作業を行うが、これらの接続作業は、上記した本発明の第１の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０の場合と同様であるため、説明は省略する。

次いで、伝熱管４１とキャピラリーチューブ４７との接続作業を行う。この接続作業では、まず、伝熱管４１の両端部の外管５０を除去し、その先端部分を拡幅し、さや管５６を伝熱管４１に挿入する。

次いで、さや管５６を伝熱管４１に遊嵌させた状態で、伝熱管４１の内管４９の端部４９ａの先端部分に、レジューサ管５３の大径部５３ａを挿入すると共に、レジューサ管５３の小径部５３ｂにキャピラリーチューブ４７の先端部分を挿入する。そして、伝熱管４１の内管４９の先端部とレジューサ管５３の外周面、及びレジューサ管５３の小径部５３ｂの先端部とキャピラリーチューブ４７の外周面を、それぞれ、ろう付け接合する。その後、伝熱管４１の内管４９とレジューサ管５３及びレジューサ管５３とキャピラリーチューブ４７の接続部分５４を被覆材５５で被覆する。

さらに、さや管５６を伝熱管４１に沿ってスライドさせ、被覆材５５の外周に移動させ、さや管５６からはみ出た余分な被覆材５５を除去する。その後、さや管５６の両端部を被覆材５５と同一のシリコン製のシール材（図示省略）によってシールする。これにより、図８に示すように、伝熱管４１とキャピラリーチューブ４７との接続作業が完了する。

上記したように本発明の第１及び第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０，４０によれば、継手管１２，４２（Ｕベント）にアルミニウム製の外管２０，５１を被覆した二重管（クラッド管）を使用することにより、継手管１２，４２の耐食性を向上させることができる。

また、伝熱管１１，４１の内管１７，４９と、継手管１２、４２の内管１９やヘッダ管２８やレジューサ管５３等の熱交換器用部材と、の接続部分２１，２９，５４をシリコン製の被覆材２２，５５で覆っているため、接続部分２１，２９，５４の耐食性を向上させることができる。

さらに、被覆材２２，５５の外周にアルミニウム製のさや管２３，５６を設けることで、接続部分２１，２９，５４が腐食環境に晒される可能性をさや管２３，５６の端部に限定することができるため、さや管２３，５６の両端部をシールすることにより、接続部分２１，２９，５４の耐食性を確実に高めることができる。

さらにまた、有機酸ガスはシリコン樹脂に対して数ミクロン程度浸透することが懸念されるが、図２に示すように、二重管（クラッド管）の外管１８，２０とさや管２３との重複長さＬ３を１０ｍｍ程度設けて被覆材２２の厚みを確保することで、接続部分２１の腐食リスクを確実に回避することができる。また、シリコン樹脂は伸縮性に優れており、水コイル１４や直膨コイル４４の耐用年数を１５年以上に延ばすことができ、耐久性の向上を図ることもできる。

さらに、例えば、表１に示すように、冷却能力が同じ直膨式コイル（風量：１６，２００ｍ^３／ｈ、熱量：２４．５ｋＷ）で比較した場合、本発明の第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器４０は、銅製チューブとアルミニウム製フィンを採用した従来の熱交換器に対して、優れた耐有機酸性能を有し、コイル体積が５％程度増えるが、ほぼ同等の大きさでコイルを製作することができる。また、本発明の第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器４０は、ステンレス（ＳＵＳ３０４、ＳＵＳ３１６）製チューブとアルミニウム製フィンを採用した従来の熱交換器に対して、同程度の耐有機酸性能を有しつつ、大幅なコイル体積及びコイル重量の減少を実現することができる。

また、シリコン製の被覆材２２，５５は流動性を有しているため、従来、施工して固定するまでの間に垂れてしまって均一な被覆厚を形成することが困難であったが、上記したように本発明の第１及び第２の実施の形態に係る空調設備用熱交換器１０，４０の製造方法によれば、さや管２３，５６を利用することで、簡単に均一な被覆厚を確保することができ、施工性を高めることができる。

なお、上記した第１及び第２の実施の形態では、本発明をプレートフィンコイルに適用した場合について説明したが、これは単なる例示に過ぎず、本発明はプレートフィンコイル以外の空調設備用熱交換器にも適用可能であることは言う迄もない。

また、上記した空調設備用熱交換器１０，４０の製造方法では、伝熱管１１，４１と熱交換器用部材とを接合させる時に、さや管２３，５６を伝熱管１１，４１側に遊嵌させているが、これは単なる例示に過ぎず、この時にさや管２３，５６を熱交換器用部材側に遊嵌させても良い。

また、上記した本発明の実施の形態の説明は、本発明に係る空調設備用熱交換器における好適な実施の形態を説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

１０ 空調設備用熱交換器
１１ 伝熱管
１２ 継手管（熱交換器用部材）
１６ ヘッダ
１７ （伝熱管の）内管
１８ （伝熱管の）外管
１９ （継手管の）内管
２０ （継手管の）外管
２１ 接続部分
２２ 被覆材
２３ さや管
２８ ヘッダ管（熱交換器用部材）
２９ 接続部分
４０ 空調設備用熱交換器
４１ 伝熱管
４２ 継手管（熱交換器用部材）
４７ キャピラリーチューブ（熱交換器用部材）
４９ （伝熱管の）内管
５０ （伝熱管の）外管
５１ （継手管の）外管
５４ 接続部分
５５ 被覆材
５６ さや管

Claims (6)

1. 銅製の内管にアルミニウム製の外管を被覆した二重管により構成された伝熱管と、
   前記伝熱管の内管の端部に接続される熱交換器用部材と、
   前記伝熱管の内管の露出した端部と前記熱交換器用部材との接続部分を被覆するシリコン製の被覆材と、
   前記被覆材の外周に設けられるアルミニウム製のさや管と、
   備えていることを特徴とする空調設備用熱交換器。
2. 前記伝熱管は直管であり、
   前記熱交換器用部材は隣接する前記直管同士を接続する継手管であり、
   前記継手管は銅製の内管にアルミニウム製の外管を被覆した二重管により構成され、
   前記被覆材は前記直管の内管の露出した端部と前記継手管の内管の露出した端部との接続部分を被覆することを特徴とする請求項１に記載の空調設備用熱交換器。
3. 前記伝熱管は直管であり、
   前記熱交換器用部材はヘッダに接続されるステンレス製のヘッダ管であり、
   前記被覆材は前記直管の内管の露出した端部と前記ヘッダ管の端部との接続部分を被覆することを特徴とする請求項１に記載の空調設備用熱交換器。
4. 前記伝熱管は直膨コイル用の直管であり、
   前記熱交換器用部材は直膨コイル用のステンレス製のキャピラリーチューブであり、
   前記被覆材は前記直管の内管の露出した端部と前記キャピラリーチューブの端部との接続部分を被覆することを特徴とする請求項１に記載の空調設備用熱交換器。
5. 銅製の内管にアルミニウム製の外管を被覆した伝熱管の該内管の露出した端部と熱交換器用部材とを接続する空調設備用熱交換器の製造方法であって、
   前記伝熱管と前記熱交換器用部材のいずれか一方側にアルミニウム製のさや管を遊嵌させた状態で前記伝熱管の内管の露出した端部と前記熱交換器用部材の端部とを接合させる工程と、
   前記伝熱管の内管と前記熱交換器用部材との接続部分をシリコン製の被覆材で被覆する工程と、
   前記さや管を前記伝熱管又は前記熱交換器用部材に沿ってスライドさせて前記被覆材の外周に移動させる工程と、
   備えていることを特徴とする空調設備用熱交換器の製造方法。
6. 前記さや管を前記被覆材の外周に移動させた後、前記さや管の両端部をシールする工程をさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載の空調設備用熱交換器の製造方法。

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