JP3650371B2 - アンモニア冷媒冷凍装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は主として冷凍食品の凍結、冷蔵倉庫等の大型の業務用（すなわち一般家庭、カーエアコン等における小型・一般的なものを除く）として使用されるアンモニア冷媒冷凍装置に係り、特にその冷凍装置におけるフィンアンドチューブ型熱交換器を改良したアンモニア冷媒冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
近時、オゾン層破壊、地球温暖化等の地球環境を劣悪化する諸問題に対処するために、冷蔵・冷凍用の従来から多用されてきたフルオロカーボン系冷媒の使用が規制されてきている。そのためこのフルオロカーボン系冷媒の代替冷媒として大型冷凍機においては、地球環境を汚染しないこと、冷凍効果が大きいこと等の多くの利点によってアンモニア冷媒を使用することが復活してきている。
【０００３】
このアンモニア冷媒による冷凍サイクルにおいては、銅系材料はフルオロカーボン系冷媒には対応可能であっても、アンモニア冷媒には腐食されるために使用できないものである。そのため従来は鉄製チューブの外周に鉄フィンを巻き付けたフィンチューブ型または鉄製チューブに鉄プレートフィンを圧入するフィンアンドチューブ型の構造のものとし、防食及び伝熱性等の向上のために溶融金属亜鉛中にこれらを浸漬することで亜鉛によって被覆した鉄製熱交換器とすることが主流であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ただこのようにして製作された鉄製の大型熱交換器は非常に重くなるばかりでなく、熱交換器自体の性能は従来の銅管製熱交換器に比較して劣り、またコスト的に高いものになっていた。
【０００５】
一方、アルミニウムを素材として使用したアルミニウム製熱交換器はアンモニアとの腐食反応がないために材料として使用可能であるから、そのチューブのＵベンド接合は一部においてＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接等により製作されてきた。しかしながら、例えば海洋から捕獲された鮮魚類や塩分を含んだ冷凍食品等を凍結する場合には、熱交換器が塩素イオンに晒されるためにチューブ外面が腐食するという問題があった。また、野菜、果物等の保管用冷蔵倉庫では鮮度保持のために０℃〜１０℃の温度で加湿されており、その蒸発器は多湿状態の腐食され易い雰囲気に置かれているから、チューブ外面の防食処理が必要であった。同様に海浜地区に設置される冷蔵設備においても、屋外に設置される凝縮器にあっては、そのチュ−ブ、フィンに堆積する塩分によって腐蝕されるという問題があった。
【０００６】
またチューブのＵベンド接合部については、ＴＩＧ溶接では溶接欠陥の完全回避が困難で、それは製品寿命とも関係する上に製作上の作業性にも問題があり、これらを解消できる接合法が望まれているのである。
【０００７】
更にインスタント冷凍食品の凍結処理には、−２５℃以下の低温となるように冷凍機を運転し、その冷凍処理を終えると常温に戻される。それに伴って蒸発熱交換器の表面は常温時には濡れた状態におかれ、食品中の塩分の影響も加わってフィン表面には白色腐食物が発生する。こうした冷凍運転、その停止による常温への復帰等が繰り返されるとフィン表面に腐食生成物が付着堆積し、その一部でも食品中に巻き込まれることになるのは好ましくはないから、フィン自体が腐食しないような耐食性の向上が求められているのである。
【０００８】
このように大型冷凍機すなわちアンモニア冷媒を使用する場合であっても、大型冷凍機には、チューブ及びＵベンド接合部の耐久性が高く、高熱性能、低コスト、フィン表面における白色腐食物の発生防止等の全ての点で対応できる大型熱交換器が求められているのである。
【０００９】
そこで本発明は叙上のような従来存した諸事情に鑑み創出されたもので、冷媒管の表面をＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ７０７２に規定するクラッド表面とし、冷媒管に固着されるフィン材にはプレコートされた電気絶縁層を形成することによって、フィン材表面の白色腐食物の発生を防止し、従来から一般的に使用されてきたフルオロカーボン系冷媒を使用せずにアンモニア冷媒を使用するも、大気中または冷凍・冷蔵雰囲気中に存する塩分によっても影響されず、それによる腐食進行もなく、ひいては地球環境を保護し、食品への影響も低減可能なものとした大型に構成可能なアンモニア冷媒冷凍装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明においては、アンモニアを冷媒として使用するアンモニア冷媒冷凍装置において、母材をアルミニウム製とし、外表面はＪＩＳ規格Ｈ４０８０（アルミニウム及びアルミニウム合金継目無管）−Ａ７０７２（合金番号）に規定するクラッド処理が施されることで保護被覆層１Ａを形成した冷媒管１と、この冷媒管１が挿通固着されるよう、ＪＩＳ規格Ｈ４０００（アルミニウム及びアルミニウム合金の板及び条）−Ａ１０５０（合金番号）または同じくＡ１１００（合金番号）に規定するアルミニウム材製で、表面に電気絶縁層２Ａがプレコートされたフィン材２とから成り、フィン材２の電気絶縁層２Ａによって冷媒管１の保護被覆層１Ａとの間を電気絶縁し、電位差が発生しないようにした熱交換器を備えたことを特徴するものである。
電気絶縁層２Ａはアクリル系樹脂にて形成することができる。
またヘアピン状に折曲された複数の隣接する冷媒管１相互を、Ｕ状に折曲されている連結管３によって、その接合部分をＡｌ−Ｓｉ系ロウ材４をフラックス材を介してトーチ５によってロウ付けすることで接合したものであり、フラックス材はフッ化物系のものとすることができる。
【００１１】
以上のように構成された本発明に係るアンモニア冷媒冷凍装置にあって、冷媒管１の表面におけるＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ７０７２に規定するクラッド処理の保護被覆層１Ａは、過剰に犠性防食層を消耗してしまうことがなく、母材のアルミニウム材は十分に保護される。
また電気絶縁層２Ａによってプレコートされたフィン材２は白色腐食物の発生を防止させ、冷媒管１の保護被覆層１Ａと電気絶縁して犠牲防食層を長期に渡って保護させる。
冷媒管１と連結管３とは、Ａｌ−Ｓｉ系ロウ材４のフッ化物系のフラックス材を介したトーチ５による接合で、その接合状態は強固になり、腐食を生じさせない。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明における一実施の形態を説明するに、図において示される符号１はアンモニア冷媒を流通させることで熱交換させるフィンチューブ型のアルミニウム製熱交換器におけるヘアピン状に折曲加工された冷媒管であり、母材をアルミニウム材製とし、外表面はＪＩＳ規格Ｈ４０８０（アルミニウム及びアルミニウム合金継目無管）−Ａ７０７２（合金番号）に規定するクラッド処理が施されることで保護被覆層１Ａを形成してあり、外径は例えば１５．８８ｍｍ、肉厚は例えば１．６ｍｍとしてある。この冷媒管１自体は、この冷媒管１を挿通させる多数の挿通孔が開穿されているプレス成形されたＪＩＳ規格Ｈ４０００−Ａ１０５０（合金番号）または同じくＡ１１００（合金番号）に規定するアルミニウム材製で、表面に電気絶縁層２Ａがプレコートされたフィン材２に挿入されるようにしてある。その挿入後ではマンドレル法または液圧法を用いて冷媒管１が拡管されることによりフィン材２としっかりと固着されることになって熱交換器が構成されるものである。
【００１３】
フィン材２表面のプレコートは、アクリル系樹脂等によって形成されている電気絶縁層２Ａのものであり、この電気絶縁層２Ａによって冷媒管１の保護被覆層１Ａとの間で電位差が発生しないようにしてある。
【００１４】
なおフィン材２自体は、電気化学的防食からして冷媒管１における保護被覆層１Ａと同等ないし電位の低い（卑な）材質によって形成される。すなわち保護被覆層１Ａがアルミニウム素材等の電位が高い（貴な）材料と接していると、材料間に発生する電位差のために無駄に犠性防食層を消耗してしまうから、それを防止するためである。また冷媒管１の露出面積がフィン材２の面積よりも少ない場合には冷媒管１に電流集中があるために、過剰に保護被覆層１Ａ自体が消耗して長期に冷媒管１の犠牲防食作用が得られなくなるからである。
【００１５】
また隣接する冷媒管１相互は、そのストレートな先端部夫々が一部において拡開されるフレア加工がなされ、その拡開部分に図２に示すようにＵ状に折曲されているＵベント管と称される連結管３が隣接する冷媒管１相互に跨って挿入されることで連通するよう連結されるものであり、冷媒管１と連結管３とはフラックス材を介してトーチ５によってロウ付けされるものとしてある。すなわち冷媒管１と連結管３との接合にはＡｌ−Ｓｉ系ロウ材４を使用するのであり、フラックス材はフッ化物系のもので、ＡｌＦ₃ とＫＦとの混合塩で主成分がＫＡｌＦ₄ あるいはＡｌＦ₃ とＣｓＦとの混合塩で主成分がＣｓＡｌＦ₄ のいずれかまたは混合物が使用されるのである。
【００１６】
次に冷媒管１に、電気絶縁層２Ａによってプレコートされたフィン材２を固着した場合と、プレコートされていないフィン材２を固着した場合との腐食機構の相違を説明する。図３に示すように電気絶縁層２Ａによってプレコートされたフィン材２を冷媒管１に固着した場合は、母材となる冷媒管１の心材はＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ１１００または同じくＡ３００３（合金番号）に規定するものであり、その皮材である保護被覆層１ＡはＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ７０７２に規定するから、各材料の電位はＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ１１００に規定する心材は−０．７３Ｖ、同様にＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ３００３に規定する心材は−０．７０Ｖ、ＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ７０７２に規定する電気絶縁層２Ａでは−０．８８Ｖであり、これらの電位は２５℃の５％ＮａＣｌ液中における飽和甘汞電極基準での測定値である。この結果、心材がＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ３００３に規定するものであると、ＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ７０７２に規定する保護被覆層１Ａとの間にはΔ＝０．１８Ｖの電位差が生じ、心材に孔食が発生することがない。このように電気絶縁層２Ａがプレコートされた心材の場合には、フィン材２表面における腐食生成物の発生は防止されるのである。なお図中符号Ｈは腐食穴である。
【００１７】
これに対し、図４に示すように電気絶縁層２Ａがプレコートされていないフィン材２を冷媒管１に固着した場合は、冷媒管１の表面における保護被覆層１Ａでその犠性防食効果により貫通孔食は防止される。しかしながら冷媒管１が犠牲防食する以前に、フィン材２の電位が−０．７３Ｖで、接触しているＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ７０７２に規定する保護被覆層１Ａが−０．８８Ｖであるためこの間に電位差が生じ、冷媒管１における保護被覆層１Ａの大半は心材防食として作用するのではなく、比較的短期に有効犠性層を消耗してしまうことになるのである。このため冷媒管１を犠牲防食する以前に、防食寿命が短縮されてしまい、その腐食を進行させてしまうのである。なお図中符号Ｃは腐食付着物である。
【００１８】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されているために、フィン材２表面の白色腐食物の発生を防止でき、従来から一般的に使用されてきたフルオロカーボン系冷媒を使用することなく、アンモニア冷媒を使用するも、大気中または冷凍・冷蔵雰囲気中に存する塩分によっても影響されず、それによる腐食進行も生じないのであり、ひいては地球環境を保護し、食品への影響も低減可能なものとでき、大型の冷凍・冷却設備として十分に構成可能なものとできる。
【００１９】
すなわちこれは本発明において、冷媒管１の表面をＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ７０７２に規定するクラッド処理された保護被覆層１Ａとし、冷媒管１に固着されるフィン材２にはプレコートされた電気絶縁層２Ａを形成したからであり、これによって、耐久性が高く、熱性能に優れ、低コストであり、しかもフィン材２の表面における白色腐食物発生防止が可能な安価な大型熱交換器が得られるものである。
【００２０】
また冷媒管１の表面には、ＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ７０７２に規定するクラッド処理の保護被覆層１Ａが形成されているから、過剰に犠性防食層を消耗してしまうことがないのであり、その母材でアルミニウム材を十分に保護でき、フィン材２をプレコートしている電気絶縁層２Ａによって白色腐食物の発生を防止でき、冷媒管１の保護被覆層１Ａと電気絶縁して犠牲防食層を長期に渡って保護させることができるのである。
【００２１】
また冷媒管１と連結管３とは、トーチ５によるＡｌ−Ｓｉ系ロウ材４のフッ化物系のフラックス材を介して接合してあるから、接合状態を強固にし、腐食を生じさせないのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を示す熱交換器の要部における一部の拡大図を含む正面図である。
【図２】同じく冷媒管と連結管との接合作業時における正面図である。
【図３】同じく本発明においての腐食機構を示す断面模式図である。
【図４】同じく比較例においての腐食機構を示す断面模式図である。
【符号の説明】
１…冷媒管 １Ａ…保護被覆層
２…フィン材 ２Ａ…電気絶縁層
３…連結管 ４…Ａｌ−Ｓｉ系ロウ材
５…トーチ
Ｃ…腐食付着物 Ｈ…腐食穴

Claims (4)

1. アンモニアを冷媒として使用するアンモニア冷媒冷凍装置において、母材をアルミニウム材製とし、外表面はＪＩＳ規格Ｈ４０８０−Ａ７０７２に規定するクラッド処理が施されることで保護被覆層を形成した冷媒管と、この冷媒管が挿通固着されるよう、ＪＩＳ規格Ｈ４０００−Ａ１０５０または同じくＡ１１００に規定するアルミニウム材製で、表面に電気絶縁層がプレコートされたフィン材とから成り、フィン材の電気絶縁層によって冷媒管の保護被覆層との間を電気絶縁し、電位差が発生しないようにした熱交換器を備えたことを特徴とするアンモニア冷媒冷凍装置。
2. 電気絶縁層はアクリル系樹脂にて形成する請求項１に記載のアンモニア冷媒冷凍装置。
3. 冷媒管をフィン材に挿通固着すると共に、ヘアピン状に折曲された複数の隣接する冷媒管相互を、Ｕ状に折曲されている連結管によって、その接合部分をＡｌ−Ｓｉ系ロウ材をフラックス材を介してトーチによってロウ付けすることで接合して成る熱交換器としてある請求項１または２に記載のアンモニア冷媒冷凍装置。
4. フラックス材はフッ化物系のものとしてある請求項３に記載のアンモニア冷媒冷凍装置。

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