JP2022152750A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】蟻の巣状腐食に耐性を備える銅管を使用することで蟻の巣状腐食の発生を低減しながら、その他の腐食に対しても耐性を備える処理を行うとともに、このような銅管の使用箇所を限定することでコストダウンを図ることができる空気調和機を提供する。【解決手段】折り曲げ部１１と、折り曲げ部に連続する２本の直管部１２，１３と、を備える伝熱管１０と、複数の伝熱管１０の長手方向に沿って予め定められた間隔で配置される複数のフィン２０と、から構成される熱交換器４を備え、複数の伝熱管１０は、材質の異なる第１の伝熱管１０Ａと第２の伝熱管１０Ｂとから構成される。【選択図】図２

Description

本発明の実施の形態は、空気調和機に関する。

空気調和機は、一般的に室内に設置される室内機と室外に設置される室外機とから構成され、これら室内機及び室外機を連結して構成される冷凍回路内を冷媒が循環することによって室内の温度や湿度を調整している。

例えば、空気調和機において冷房運転が行われる場合、冷媒は、室外機に設けられている圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内機に設けられている室内熱交換器、再度室外機の圧縮機の順に冷凍回路内を循環する。

すなわち、室外機の圧縮機から高温高圧の冷媒が室外熱交換器に供給される。室外熱交換器では、冷媒の熱を外気に放熱し、低温となった冷媒は膨張弁を通過することで低圧に減圧される。その後、低温低圧にされた冷媒は、室内熱交換器に供給され、室内熱交換器で周囲の空気との間で熱交換が行われる。この熱交換によって、室内には冷気が供給される。そして熱交換により吸熱した冷媒は圧縮機へと供給される。

室内熱交換器で熱交換が行われる場合、例えば周囲との温度差によって室内機の筐体内や伝熱管等において結露が生じ、結露により生じた水はドレンパンを介して外部へと排出される。このドレンパンは、室内機の内部において室内熱交換器と近接した位置に配置される。

ここで、室内熱交換器は、冷媒が通過する冷凍回路の一部を構成する伝熱管と、空気と冷媒との間の熱交換を促進するためのフィンを備えている。伝熱管については、例えば銅管が用いられる。上述したように、伝熱管のうち、例えばドレンパンに近接する部分については、水が付着したままとなりやすく、腐食が生じやすくなる場合がある。腐食により伝熱管に穴が空いてしまうと冷媒が漏洩する原因となる。

そこでこのような腐食のうち、例えば銅管表面の微小な腐食孔から管肉厚方向に蟻の巣状に進行する腐食、いわゆる蟻の巣状腐食に耐性を有する銅管が開発されている（以下の特許文献１参照）。当該銅管を使用することによって、蟻の巣状腐食から伝熱管を守り伝熱管の長寿命化を図ることができるとされている。

特開２０１８－１０４７６７号公報

しかしながら、このような特許文献１に記載される銅管を使用することで蟻の巣状腐食の発生、進行を低減させることができるとしても、このような銅管は一般的に用いられる、例えば無酸素銅を用いた銅管に比べて高価である。また、蟻の巣状腐食には耐性があるものの、その他の、例えばアンモニア腐食やそれに伴う応力腐食割れに対しては脆弱な場合もあり、このような腐食割れの対策には相応の費用が掛かることになる。従って、このような銅管の採用は、蟻の巣状腐食を低減できる一方、コストアップを招く。

本発明は、蟻の巣状腐食に耐性を備える銅管を使用することで蟻の巣状腐食の発生を低減しながら、その他の腐食に対しても耐性を備える処理を行うとともに、このような銅管の使用箇所を限定することでコストダウンを図ることができる空気調和機を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係る空気調和機は、折り曲げ部と、折り曲げ部に連続する２本の直管部と、を備える伝熱管と、複数の伝熱管の長手方向に沿って予め定められた間隔で配置される複数のフィンと、から構成される熱交換器を備え、複数の伝熱管は、材質の異なる第１の伝熱管と第２の伝熱管とから構成される。

本発明によれば、蟻の巣状腐食に耐性を備える銅管を使用することで蟻の巣状腐食の発生を低減しながら、その他の腐食に対しても耐性を備える処理を行うとともに、このような銅管の使用箇所を限定することでコストダウンを図ることができる空気調和機を提供することができる。

本発明の実施の形態に係る空気調和機の室内機の内部構造を模式的に示した断面図である。 本発明の実施の形態に係る室内熱交換器の全体を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係る室内熱交換器に用いられる第２の伝熱管の折り曲げ部における金属組織を拡大して示す模式図である。 本発明の実施の形態に係る室内熱交換器に用いられる第１の伝熱管の折り曲げ部における金属組織を拡大して示す模式図である。

本発明の実施の形態に係る空気調和機１の構造を、図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る空気調和機１の室内機の内部構造を模式的に示した断面図である。

なお、図１には室内機１しか図示していないが、室内機１は室外機と接続され、室内機１と室外機との間では上述した冷凍回路が構成されている。室内機１は、例えば、室内の高所壁面に取り付けられる壁掛け式の室内機である。

図１に示すように、室内機１は、その筐体上面に吸込口２が設けられている。また筐体下部には、下向きに開口する吹出口３が設けられている。室内機１の筐体内には、吸込口２と対向する位置に略逆Ｖの字の形状に形成されている室内熱交換器４が、また、これらの室内熱交換器４に挟まれるように送風ファン５が設けられている。室内熱交換器４の下側には、ドレンパン６が設けられている。

図１に示す室内機１では、吸込口２として２つの開口２ａ，２ｂが形成されている。室内機１が設置されている室内の空気が吸込口２から筐体内に取り込まれて、室内熱交換器４に供給される。

吹出口３には上下風向板３ａ，３ｂが設けられている。これらの上下風向板３ａ，３ｂは、それぞれ室内機１の長手方向と平行な回転軸線周りに回転することができるようにされている。回転に応じてこれら上下風向板３ａ，３ｂは吹出口３を開閉する。これらの上下風向板３ａ，３ｂを動かすことによって室内に供給される空気の向きを変えることができる。

室内熱交換器４は、吸込口２から取り込まれた室内の空気と室内熱交換器４内を循環する冷媒との間で熱交換を行う。例えば、空気調和機１が冷房運転を行っている場合には、周囲の空気から吸熱し、反対に空気調和機１が暖房運転を行っている場合には、周囲の空気に放熱する。

本発明の実施の形態における室内熱交換器４は、前側体４ａ、後側体４ｂ、及び下側体４ｃから構成される。前側体４ａ及び下側体４ｃは送風ファン５の前側（「前側」とは吹出口３から室内に空気が供給される側（図１に示す室内機１に向かって左側）を言う。）から、後側体４ｂは送風ファン５の後側（「後側」とはその反対側（図１において向かって右側）を言う。）からそれぞれ送風ファン５に対向するように配置される。

また、下側体４ｃは、前側体４ａより下部に配置され、下側体４ｃの下部はドレンパン６に対向する位置に配置される。また、前側体４ａと後側体４ｂとは、上端で相互に連結されている。

なお、室内熱交換器４のさらに詳しい構成については後述する。また、前側体４ａ等、各構成を問わず室内熱交換器４全体に関連する内容について説明する場合には、これまで通り「室内熱交換器４」と表す。

送風ファン５は、筐体内に回転自在に支持されている。送風ファン５には、例えば、クロスフローファンが用いられる。送風ファン５の回転に応じて、吸込口２から筐体内に取り込まれた空気は、室内熱交換器４を通過する。その結果、吸込口２から室内機１の内部に入った室内の空気は、室内熱交換器４を通って冷媒と熱交換され、冷却或いは加熱されて所望の温度にされ、送風ファン５の回転によって吹出口３から室内に送り出される。

なお、上下風向板３ａ，３ｂ及び送風ファン５は、図１に図示しない駆動源からそれぞれの回転軸周りの駆動力が伝達されることによって回転する。

ドレンパン６には、室内熱交換器４において結露した水が集められる。集められた水は、図示しないドレンホースを介して空気調和機１の外に排水される。本発明の実施の形態におけるドレンパン６は、室内熱交換器４の後側体４ｂの下側に配置される第１のドレンパン６ａと、下側体４ｃの下側に配置される第２のドレンパン６ｂとを備える。第１のドレンパン６ａには後側体４ｂからの水が、第２のドレンパン６ｂには前側体４ａ及び下側体４ｃからの水が集められる。

なお、第１のドレンパン６ａ、第２のドレンパン６ｂとのいずれにも関連する内容について説明する場合には、適宜「ドレンパン６」と示して説明する。

図２は、本発明の実施の形態に係る室内熱交換器４の全体を示す斜視図である。図２に示すように、本発明の実施の形態における室内熱交換器４は、複数の伝熱管１０と複数のフィン２０とを有する。

なお、以下の説明では、図２に示すｘ方向を室内熱交換器４の前後方向、ｙ方向を室内熱交換器４の左右方向、ｚ方向を室内熱交換器４の上下方向とする。また、矢印αは室内熱交換器４に空気が流れる方向（図２のｘ方向）を示している。さらに、室内熱交換器４を構成する前側体４ａ、後側体４ｂ、及び下側体４ｃは、いずれも同じ構成であることから、ここでは特段これらを区別せずに室内熱交換器４としてその構成を説明する。

伝熱管１０は円管形状の銅管を曲げてヘアピン状に形成され、空気の流れ方向αに直交する平面内（図２のｙｚ面）において、図２に示す室内熱交換器４では、上下方向に平行に５本配置されている。なお、本発明の実施の形態における室内熱交換器４では、上記のように伝熱管１０を５本備えるものとしているが、室内熱交換器４を搭載する空気調和機１で必要とされる定格能力に応じて、伝熱管１０の本数は適宜増減することが可能である。

伝熱管１０は、折り曲げ部１１とこれに連続する２本の直管部１２と１３とを有しており、直管部１２が直管部１３より上方に配置される。また、伝熱管１０の直管部１３の端部とその下方に配置される伝熱管１０の直管部１２の端部とがＵ字管１４で接続されて、１本の管路１５が形成される。なお、図２ではＵ字管１４と直管部１２，１３との接続部分は、後述するフィンに隠れて図示されていない。

管路１５の両端部、つまり、最上部に位置する伝熱管１０の直管部１２の端部である端部１２ａと、最下部に位置する伝熱管１０の直管部１３の端部である端部１３ａとは、図示しない冷凍回路に接続されている。そのため、例えば、一方の端部１２ａから冷媒が流入し、流入した冷媒が管路１５を流れて他方の端部１３ａから流出する。

フィン２０は、上下方向に延びる板状の、例えば、アルミニウム材あるいはアルミニウム合金材からなる。フィン２０は、その厚さ方向の中央に上下方向に沿って、伝熱管１０の直管部１２、１３の外径寸法より若干大きな径寸法である複数の孔２１が設けられている。このような複数のフィン２０が、複数の伝熱管１０の長手方向に沿って予め定められた間隔で配置される。

なお、本発明の実施の形態における室内熱交換器４では、図２に示すようにフィン２０の枚数を２７枚としているが、フィン２０の枚数は室内熱交換器４を搭載する空気調和機で必要とされる定格能力に応じて適宜増減可能である。

上述した本発明の実施の形態における伝熱管１０には、異なる２種類の材質からなる伝熱管が用いられている。この２種類の材質のうち、一方の伝熱管には、銅に、少なくともリンが０．２％ないし０．４％含まれた合金が使用されている。このような合金が用いられた伝熱管は、特許請求の範囲における「第１の伝熱管」に該当し、以下、「第１の伝熱管１０Ａ」と表す。

伝熱管１０に用いられる他方の材質は、一般的な銅管を構成する材質であり、例えばリン脱酸銅や無酸素銅が該当する。このような伝熱管は、特許請求の範囲における「第２の伝熱管」に該当し、以下、「第２の伝熱管１０Ｂ」と表す。

第１の伝熱管１０Ａを構成する合金は、上述した割合で銅にリンが含まれるため、例えば、蟻の巣状腐食に対して高い耐性を備えている。従って、第１の伝熱管１０Ａは、第２の伝熱管１０Ｂよりも蟻の巣状腐食に対して強い。

但し、このような合金を用いて伝熱管を製造した場合、合金には一定の割合でリンが含まれている。そのため、上述したように蟻の巣状腐食に対しては耐性を備えているものの、例えば、その他のアンモニア腐食等やそれに伴う応力腐食割れに対しては、第２の伝熱管１０Ｂのような一般的な銅管に比べて耐性が低い場合がある。

そこで、第１の伝熱管１０Ａを本発明の実施の形態における室内熱交換器４の伝熱管として使用する場合には、合金を用いてヘアピン状に折り曲げ加工を行った後に、例えば、焼きなまし処理を行う。なお、このように合金を用いて加工された第１の伝熱管１０Ａに用いられる銅管を、以下適宜「合金銅管」と表す。

ここで焼きなまし処理は、例えば、折り曲げ加工後の合金銅管に対して１２０℃という銅の再結晶温度以上の温度を加えることによって、不均一な結晶粒度を均一にする処理である。このような処理を行うことによって、例えば折り曲げ部の残留応力を除去することができる。

すなわち、第１の伝熱管１０Ａに用いられる合金銅管や第２の伝熱管１０Ｂに用いられる銅管のいずれを問わず、折り曲げ加工が行われると、特に折り曲げ部において応力やひずみが残ることになる。伝熱管の折り曲げ部に加工による応力やひずみが残っていると、残留応力によって腐食割れが生ずる可能性が高くなる。さらに上述したように、合金銅管を用いて伝熱管を製造した場合には、その性質からより一層割れを誘発しかねない。

そこで、第１の伝熱管１０Ａを構成する合金銅管に対しては、加工後に焼きなまし処理を行って、可能な限り残留応力やひずみを取り除いて結晶粒度を揃えることで残留応力による腐食割れが生じにくいようにする。

この焼きなまし処理を行わない場合と処理が行われた場合との違いを結晶構造の観点から図示して示したのが、図３及び図４である。

図３は、本発明の実施の形態に係る室内熱交換器４に用いられる第２の伝熱管１０Ｂの折り曲げ部１１Ｂにおける金属組織を拡大して示す模式図である。ここでは、焼きなまし処理が行われていない折り曲げ部の例として、本発明の実施の形態における室内熱交換器４の伝熱管のうち、第２の伝熱管１０Ｂを挙げている。

上述した残留応力が残っている折り曲げ部１１Ｂの組織を観察した場合、図３に示すように、加工方向に伸長した不均一な組織となり、結晶の形状は伸長粒となる。また、結晶粒径は、例えば平均して１０μｍよりも小さい。

一方、図４は、本発明の実施の形態に係る室内熱交換器４に用いられる第１の伝熱管１０Ａの折り曲げ部１１Ａにおける金属組織を拡大して示す模式図である。折り曲げ部１１Ａに対しては、焼きなまし処理が行われている。

この折り曲げ部１１Ａの組織を観察すると、図４に示すように、結晶の形状は等軸粒で均一な組織となる。また、焼きなまし処理が行われていない、残留応力が残っている折り曲げ部１１Ｂの組織に比べて、１つ１つの結晶粒が大きい。この結晶粒径は、例えば、平均１０μｍ以上３００μｍ未満である。

なお、結晶粒の粒径については、日本工業規格（ＪＩＳ）に規定されている試験方法で測定する（Ｈ０５０１伸銅品結晶粒度試験方法）。結晶粒度の測定方法としては、例えば切断法を用いる。具体的には、加工方向と同一方向に測定面を取り、その測定面内で加工方向に対して垂直方向に線を引いてその線と粒界との交点を数え、その線の中に現れた交点の数を調べる。

このような焼きなまし処理を行うことによって、折り曲げ部に対する加工による応力やひずみを少なくすることができ、伝熱管として合金銅管を使用したとしても残留応力によって腐食割れの発生を低減することができる。

なお、ここでは残留応力を残さない方法として、焼きなまし処理について説明した。その他、可能な限り残留応力やひずみを生じさせない方法として、例えば、合金銅管の加工時に当該合金銅管を折り曲げる速度をゆっくりとし、徐々に折り曲げるように加工するといった方法も採用し得る。

このような焼きなまし処理については、残留応力による腐食われ割れが生じにくくするという観点から必要な処理であるが、当該焼きなまし処理を行うことによるコストアップや処理工程が増えることによる製造時間の増加等を招くことも考えられる。

そこで、本発明の実施の形態における室内熱交換器４においては、必要とされる伝熱管のうち、第１の伝熱管１０Ａを使用する箇所を限定する。すなわち、そもそも蟻の巣状腐食が生じやすいのは、伝熱管が湿気等の外的要因にさらされるからである。室内機１の内部においては、室内熱交換器４のうちドレンパン６に近い領域がより湿気が多いと考えられる。熱交換器の下部は熱交換器に発生したドレン水が滴下して集まるため、水で濡れた状態であることが多いからである。

そのため、室内熱交換器４に用いられる伝熱管１０のうち、合金銅管が用いられる第１の伝熱管１０Ａは、ドレンパン６の近傍に配置される。少なくとも、室内熱交換器４に用いられる伝熱管１０のうち、ドレンパン６に最も近接して配置される伝熱管１０には、第１の伝熱管１０Ａが用いられると良い。

具体的には、例えば、図１の室内機１の断面図において破線の円形で示すように、第１のドレンパン６ａと近接する室内熱交換器４の後側体４ｂの下部、及び、第２のドレンパン６ｂと近接して配置される下側体４ｃの下部に配置される伝熱管１０を第１の伝熱管１０Ａとする。

このように室内熱交換器４を構成する伝熱管１０であって、ドレンパン６の近傍に配置される伝熱管１０に第１の伝熱管１０Ａを用いることによって、蟻の巣状腐食の発生、進行を低減させることができる。

さらに、第１の伝熱管１０Ａに対して行われる焼きなまし処理は、少なくとも合金銅管の折り曲げ部を対象として行われることによって、残留応力によって腐食割れの発生を低減することができる。但し当該折り曲げ部の部分に限定されず、合金銅管の全体に対して焼きなまし処理が行われても良い。

合金銅管を用いる第１の伝熱管１０Ａに対しては、さらに、腐食物質の伝熱管への付着を防止するための塗装が施されていても良い。すなわち、上述したように特に腐食割れが懸念される折り曲げ部に対しては、焼きなまし処理が施される。これは焼きなまし処理によって結晶粒径を均一にすることで残留応力を除去し、腐食が生ずることを防止する、伝熱管自体の組成を変化させるものである。これに対して、塗装は、伝熱管に対して、いわば、バリアを形成して外部から腐食が生ずることを防止する措置を施すものである。

従って、塗装を施す対象は、第１の伝熱管１０Ａの少なくとも折り曲げ部１１Ａである。また、腐食割れを防止するための塗装であるので、腐食割れが生じやすい折り曲げ部の全域、或いは、折り曲げられる外側の部分（折り曲げ加工によって伸びる部分）に対して塗装されることが望ましい。さらに、塗料は、エポキシ系塗料、アクリル系塗料、ポリエステル系塗料のいずれか、或いは、これらを組み合わせた塗料を使用することができる。

なお、これまでも、例えば、同じ部品で素材が異なる複数の部品を使用する場合には、例えば、組み立て等の際に間違えることがないように、マーキング等、識別するために塗料が用いられることもあった。

そこで、本発明の実施の形態のように、室内熱交換器４に素材の異なる伝熱管を使用する場合であって、第２の伝熱管１０Ｂと区別するために第１の伝熱管１０Ａにマーキングがされるような場合には、腐食割れを防止するための塗装を行うことでマーキングの役割も兼ねるようにしても良い。

以上のような構成を採用することによって、蟻の巣状腐食に耐性を備える銅管を使用することで蟻の巣状腐食の発生を低減しながら、その他の腐食に対しても耐性を備える処理を行うとともに、このような銅管の使用箇所を限定することでコストダウンを図ることができる空気調和機を提供することができる。

すなわち、合金銅管を用いる第１の伝熱管を管路を構成する全ての伝熱管に対して用いるのではなく、ドレンパンの近傍に配置される伝熱管としてのみ用いることで蟻の巣状腐食の発生を低減しながらコストアップを回避している。また、空気調和機の機種によって、筐体内における室内熱交換器とドレンパンとの配置位置は異なるが、これら相互の位置関係に応じて適宜第１の伝熱管の使用位置を決定することができ、より適切に腐食割れを防止することが可能となる。

また、適宜第１の伝熱管、特に腐食割れが懸念される折り曲げ部に対して焼きなまし処理や塗装を施す等、各種処理を行うことによって、蟻の巣状腐食以外の腐食による腐食割れにも対応することができる。

なお、この発明は、上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、本発明の一例を示したものである。実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化でき、また、上記実施の形態には種々の変更又は改良を加えることが可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素を適宜組み合わせることにより種々の発明を形成できる。

例えば、実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施の形態に亘る構成要素を適宜組み合わせてもよく、その様な変更又は改良を加えた形態も本発明に含まれ得る。この実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１・・・空気調和機、２・・・吸込口、３・・・吹出口、４・・・室内熱交換器、４ａ・・・前側体、４ｂ・・・後側体、４ｃ・・・下側体、５・・・送風ファン、６・・・ドレンパン、６ａ・・・第１のドレンパン、６ｂ・・・第２のドレンパン、１０・・・伝熱管、１０Ａ・・・第１の伝熱管、１０Ｂ・・・第２の伝熱管、１１・・・折り曲げ部、１２・・・直管部、１３・・・直管部、１４・・・Ｕ字管、１５・・・管路、２０・・・フィン

Claims (5)

1. 折り曲げ部と、前記折り曲げ部に連続する２本の直管部と、を備える伝熱管と、
   複数の前記伝熱管の長手方向に沿って予め定められた間隔で配置される複数のフィンと、から構成される熱交換器を備え、
   複数の前記伝熱管は、材質の異なる第１の伝熱管と第２の伝熱管とから構成されることを特徴とする空気調和機。
2. 前記第１の伝熱管を形成する材質は、銅の他、少なくともリンを０．２％ないし０．４％含有することを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
3. 前記第１の伝熱管は、ドレンパン近傍に配置されることを特徴とする請求項２に記載の空気調和機。
4. 前記第１の伝熱管は、少なくともその前記折り曲げ部に対して焼きなまし処理が行われることを特徴とする請求項２または請求項３に記載の空気調和機。
5. 前記第１の伝熱管は、その結晶粒径の平均が１０μｍ以上３００μｍ未満であることを特徴とする請求項４に記載の空気調和機。
   
   
   
   

Images