JP7286015B2 - 積層体、熱交換器及び空気調和機 - Google Patents

Description

本開示は、内部空間が形成された積層体、熱交換器及び空気調和機に関する。

従来、複数の板材が積層された積層体と、積層体が用いられる熱交換器が知られている。熱交換器は、例えば空気調和機の室外機及び室内機に設けられている。室外機に設けられた熱交換器は、屋外で使用されるため、降雨等によって水が付着し、熱交換器の積層体を構成する金属材料が腐食して、性能低下及び機能不全が生じるおそれがある。室内機に設けられた熱交換器は、空気調和機が冷房運転を行っている場合、着露する可能性があるため、熱交換器の積層体を構成する金属材料が腐食して、性能低下及び機能不全が生じるおそれがある。そこで、積層体に対し、積層体の材料よりも酸化還元電位が卑である材料を含むペースト状のフラックスを塗布して焼き付けることによって、積層体の端面を含む全体を防食する場合がある。積層体の材料として、例えばアルミニウム合金が挙げられ、積層体の材料よりも酸化還元電位が卑である材料として、例えば亜鉛が挙げられる。このような酸化還元電位が卑である材料は、塗布された部分を防食するのみではなく、塗布された部分から若干離れた位置を防食する遠隔的な防食作用を有することが知られている。

特許文献１には、亜鉛濃度が１％～２％程度のアルミニウム合金層が積層被覆されたアルミニウム合金材が開示されている。特許文献１は、芯材となるアルミニウム系素材の少なくとも片面に、芯材よりも亜鉛濃度が高いアルミニウム合金層を２層以上積層被覆している。これにより、特許文献１は、芯材の表層の防食性を向上させようとするものである。

特開平７－５２３０８号公報

しかしながら、特許文献１に開示されたアルミニウム合金材は、芯材の表層を保護することはできるものの、芯材の端面の防食性を向上させることはできない。

本開示は、上記のような課題を解決するためになされたもので、端面の防食性を向上させる積層体、熱交換器及び空気調和機を提供するものである。

本開示に係る積層体は、少なくとも穴が形成された板材を１枚有する複数の平面状の板材を組み合わせて積層され内部空間が形成される積層体であって、板材の端面がずれている部分があり、ずれた結果露出した板材の表面の少なくとも一部には、板材の基層よりも酸化還元電位が卑である卑材料を成分として含む層を持ち、一部の板材は、卑材料を持たないものである。

本開示によれば、基層よりも酸化還元電位が卑である卑材料、又は基層よりも酸化還元電位が卑である成分とろう材成分との両方を有する材料の表面の端面の位置は、表面に隣り合って接合されている材料の端面の位置とずれている。このため、一方の板材の卑材料がもたらす遠隔的な防食作用が、他方の板材の端面に及ぶ。このため、端面の防食性を向上させることができる。

実施の形態１に係る空気調和機を示す回路図である。 実施の形態１に係る熱交換器を示す正面図である。 実施の形態１に係る熱交換器を示す側面図である。 実施の形態１に係る積層体を示す断面図である。 実施の形態１に係る積層体を示す断面図である。 亜鉛の遠隔的な防食作用を示す模式図である。 亜鉛の遠隔的な防食作用を示すグラフである。 実施の形態２に係る積層体を示す断面図である。 実施の形態３に係る積層体を示す断面図である。 実施の形態４に係る積層体を示す断面図である。 実施の形態５に係る積層体を示す分解斜視図である。 実施の形態５に係る積層体を示す断面図である。

以下、本開示の積層体、熱交換器及び空気調和機の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本開示は、以下に説明する実施の形態によって限定されるものではない。また、図１を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、以下の説明において、本開示の理解を容易にするために方向を表す用語を適宜用いるが、これは本開示を説明するためのものであって、これらの用語は本開示を限定するものではない。方向を表す用語としては、例えば、「上」、「下」、「右」、「左」、「前」又は「後」等が挙げられる。なお、一部の図面において、断面図のハッチングを一部省略している。

実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る空気調和機１を示す回路図である。図１に示すように、空気調和機１は、室内空間の空気を調整する装置であり、室外機２と、室外機２に接続された室内機３とを備えている。室外機２には、圧縮機６、流路切替装置７、熱交換器８、室外送風機９及び膨張部１０が設けられている。室内機３には、室内熱交換器１１及び室内送風機１２が設けられている。

圧縮機６、流路切替装置７、熱交換器８、膨張部１０及び室内熱交換器１１が冷媒配管５により接続されて、作動ガスである冷媒が流れる冷媒回路４が構成されている。圧縮機６は、低温且つ低圧の状態の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温且つ高圧の状態の冷媒にして吐出するものである。流路切替装置７は、冷媒回路４において冷媒が流れる方向を切り替えるものであり、例えば四方弁である。熱交換器８は、例えば室外空気と冷媒との間で熱交換するものである。熱交換器８は、冷房運転時には凝縮器として作用し、暖房運転時には蒸発器として作用する。

室外送風機９は、熱交換器８に室外空気を送る機器である。膨張部１０は、冷媒を減圧して膨張する減圧弁又は膨張弁である。膨張部１０は、例えば開度が調整される電子式膨張弁である。室内熱交換器１１は、例えば室内空気と冷媒との間で熱交換するものである。室内熱交換器１１は、冷房運転時には蒸発器として作用し、暖房運転時には凝縮器として作用する。室内送風機１２は、室内熱交換器１１に室内空気を送る機器である。

（運転モード、冷房運転）
次に、空気調和機１の運転モードについて説明する。先ず、冷房運転について説明する。冷房運転において、圧縮機６に吸入された冷媒は、圧縮機６によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機６から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置７を通過して、凝縮器として作用する熱交換器８に流入し、熱交換器８において、室外送風機９によって送られる室外空気と熱交換されて凝縮して液化する。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部１０に流入し、膨張部１０において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する室内熱交換器１１に流入し、室内熱交換器１１において、室内送風機１２によって送られる室内空気と熱交換されて蒸発してガス化する。このとき、室内空気が冷やされ、室内において冷房が実施される。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置７を通過して、圧縮機６に吸入される。

（運転モード、暖房運転）
次に、暖房運転について説明する。暖房運転において、圧縮機６に吸入された冷媒は、圧縮機６によって圧縮されて高温且つ高圧のガス状態で吐出する。圧縮機６から吐出された高温且つ高圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置７を通過して、凝縮器として作用する室内熱交換器１１に流入し、室内熱交換器１１において、室内送風機１２によって送られる室内空気と熱交換されて凝縮して液化する。このとき、室内空気が暖められ、室内において暖房が実施される。凝縮された液状態の冷媒は、膨張部１０に流入し、膨張部１０において膨張及び減圧されて低温且つ低圧の気液二相状態の冷媒となる。そして、気液二相状態の冷媒は、蒸発器として作用する熱交換器８に流入し、熱交換器８において、室外送風機９によって送られる室外空気と熱交換されて蒸発してガス化する。蒸発した低温且つ低圧のガス状態の冷媒は、流路切替装置７を通過して、圧縮機６に吸入される。

図２は、実施の形態１に係る熱交換器８を示す正面図であり、図３は、実施の形態１に係る熱交換器８を示す側面図である。次に、熱交換器８について詳細に説明する。図２及び図３に示すように、熱交換器８は、例えばパラレルフロー型の熱交換器８である。なお、熱交換器８は、フィンチューブ型の熱交換器８であってもよいし、フィンレス型の熱交換器８であってもよい。熱交換器８は、伝熱管２０と、フィン３０と、積層体４０とを備えている。伝熱管２０は、内部に冷媒が流れるチューブであり、複数並べられており、アルミニウム製又はアルミニウム合金製である。また、伝熱管２０は、アルミニウムを芯材とするクラッド材を用いたものでもよい。伝熱管２０は、例えば冷媒が流れる流路２１（図４参照）が一列に複数形成された扁平管である。なお、伝熱管２０は、円管でもよい。

フィン３０は、伝熱管２０に流れる冷媒の熱を伝達する部材であり、例えば伝熱管２０と伝熱管２０との間に折り曲げて配置されたコルゲートフィンである。フィン３０は、例えばアルミニウム製である。このように、フィン３０は、伝熱管２０と同じ材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。なお、フィン３０は、プレートフィンでもよい。

積層体４０は、内部空間４０ａ（図４参照）に冷媒が流れ、挿入された複数の伝熱管２０に冷媒を分流するものであり、例えばアルミニウム製である。このように、積層体４０は、伝熱管２０と同じ材料が用いられてもよいし、異なる材料が用いられてもよい。

図４は、実施の形態１に係る積層体４０を示す断面図であり、図３のＡ－Ａ断面図である。図５は、実施の形態１に係る積層体４０を示す断面図であり、図２のＢ－Ｂ断面図である。次に、積層体４０について詳細に説明する。図４及び図５に示すように、積層体４０は、第１の板材４１と、第２の板材４５とを備えている。

第１の板材４１は、基層４２と、ろう材層４３とを有している板状の部材であり、例えばクラッド材である。基層４２は、例えばアルミニウムからなる。ろう材層４３は、卑材料を含有するろう材からなる。卑材料は、基層４２の表面に設けられ、基層４２よりも酸化還元電位が卑である材料であり、例えば亜鉛である。ろう材は、第１の板材４１と第２の板材４５及び積層体４０と伝熱管２０とをろう付けして接合するものである。本実施の形態１において、ろう材層４３は、基層４２の両面に設けられている。なお、本実施の形態１では、ろう材に卑材料が混入されたろう材層４３が用いられる場合について例示しているが、卑材料とろう材とが基層４２に個別に設けられてもよい。

第２の板材４５は、第１の板材４１と交互に積層されて、第１の板材４１と共に積層体４０に内部空間４０ａを形成する板状の部材であり、例えばベア材である。なお、第２の板材４５は、ベア材に限らずクラッド材としてもよい。このように、積層体４０は、積層して内部空間４０ａを形成するために、第１の板材４１の表層又は第２の板材４５の表層にろう材層４３が形成されている。第２の板材４５の表面には、ろう材層４３が設けられていない。なお、第２の板材４５は、基層４２と同様にアルミニウムからなるものでもよい。そして、積層体４０において、第２の板材４５の端面と第１の板材４１の端面とがずれている。具体的には、第１の板材４１の端面が、第２の板材４５の端面よりも所定の長さＴだけ突出している。また、図５に示すように、第１の板材４１は、全周にわたって第２の板材４５よりも突出している。

図６は、亜鉛の遠隔的な防食作用を示す模式図である。ここで、亜鉛といったアルミニウムよりも酸化還元電位が卑である卑材料の防食作用について説明する。アルミニウムが腐食環境下にさらされたとき、腐食環境に接する面が比較的ゆっくりと全面的に同様に腐食する全面腐食と、局部的に比較的高速で進行する孔食が知られている。アルミニウムからなる部材に対し、亜鉛を含有するアルミニウム合金部材を設けることによって、酸化還元電位が卑であるアルミニウム合金部材の腐食を促し、アルミニウムからなる部材の孔食を防止することができる。更に、図６に示すように、このような酸化還元電位が卑である卑材料は、塗布された部分を防食するのみではなく、塗布された部分から若干離れた位置を防食する遠隔的な防食作用を有することが知られている。

図６において、表面に亜鉛を含む領域Ｒ１は、表面に亜鉛を含まない領域Ｒ２を防食する。一方、図６において、表面に亜鉛を含む領域Ｒ１は、Ｒ２よりも離れており表面に亜鉛を含まない領域Ｒ３までは防食しない。

図７は、亜鉛の遠隔的な防食作用を示すグラフである。これはアルミニウム部材が、空気調和機の室外機が一般的に置かれる環境にさらされた場合を想定したものである。図７において、横軸はＲ１の幅Ｘを示し、縦軸はＲ２の幅Ｙを示す。図７に示すように、Ｒ１は５ｍｍ離れた位置にまで、遠隔的な防食作用を有する。本実施の形態１では、図７のグラフを考慮し、図４に示すように、第２の板材４５の厚さＳを１０ｍｍ（＝５ｍｍ×２）以内としている。このように、積層体４０は、表層において、卑材料を有しない部分の最大幅が１０ｍｍ以下である。これにより、第２の板材４５の端面の全体が、第１の板材４１のろう材層４３からの距離５ｍｍの範囲内に入るため、防食される。

このように、積層体４０は、穴が形成されていない板材と、穴が形成された板材とを複数種類組み合わせて積層され内部空間４０ａが形成される積層体４０である。板材の中には、基層と、基層の裏表に同一又は異なる表面層を有するものもある。表面層は、基層４２と、基層４２と同じ材料、基層４２よりも酸化還元電位が卑である卑材料、ろう材、又は基層よりも酸化還元電位が卑である成分とろう材成分との両方を有する材料のうちいずれかである。そして、板材の端面がずれている部分があり、ずれた結果露出した板材の表面は、板材の基層よりも酸化還元電位が卑である卑材料を成分として含む層を持つ。

本実施の形態１によれば、板材の端面がずれている部分があり、ずれた結果露出した板材の表面は、板材の基層よりも酸化還元電位が卑である卑材料を成分として含む層を持つ。このため、一方の板材の卑材料がもたらす遠隔的な防食作用が、その板材自身の端面と他方の板材の端面に及ぶ。このため、端面の防食性を向上させることができる。このように、第２の板材４５の端面と第１の板材４１の端面とがずれているため、第１の板材４１のろう材層４３の酸化還元電位が卑である卑材料がもたらす遠隔的な防食作用が、第１の板材４１及び第２の板材４５の端面に及ぶ。このため、積層体４０の端面の防食性を向上させることができる。

また、基層４２はアルミニウムであり、ろう材層４３が含有する卑材料は亜鉛であり、第１の板材４１から第２の板材４５までの距離が５ｍｍ以下である。これにより、図７に示すように、積層体４０の端面の防食性を確実に向上させることができる。

なお、本実施の形態１は、室外機２に設けられる熱交換器８について例示しているが、室内熱交換器１１が同様の構成を有していてもよい。

実施の形態２．
図８は、実施の形態２に係る積層体１４０を示す図４に対応した断面図である。本実施の形態２に係る積層体１４０は、ろう材層４３が基層４２の一方の面に設けられている点で、実施の形態１と相違する。本実施の形態２では、実施の形態１と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１との相違点を中心に説明する。

図８に示すように、ろう材層４３は、基層４２の一方の面に設けられている。なお、基層４２の他方の面には、基層４２よりも酸化還元電位が卑である卑材料を含有しない第２のろう材層４４が設けられている。端面においてろう材層４３からろう材層４３までの長さＬ１（図８の矢印の長さ）が所定の長さより短い場合、亜鉛の遠隔的な防食作用が端面の広範囲に及ぶため、基層４２の一方の面にのみ亜鉛を含有するろう材層４３が設けられていれば防食作用は充分である。この場合、長さＬ１は、１０ｍｍ（＝５ｍｍ×２）以内である。これにより、第１の板材４１と第２の板材４５の端面の全体が、第１の板材４１のろう材層４３からの距離５ｍｍの範囲内に入るため、防食される。このように、本実施の形態２は、基層４２よりも酸化還元電位が卑である卑材料の使用量を削減することができる。

実施の形態３．
図９は、実施の形態３に係る積層体２４０を示す断面図である。本実施の形態３に係る積層体２４０は、第２の板材４５の端面と第１の板材４１の端面とのずれ量が、実施の形態１と相違する。本実施の形態３では、実施の形態１及び２と共通する部分は同一の符号を付して説明を省略し、実施の形態１及び２との相違点を中心に説明する。

図９に示すように、積層体２４０の一端部において、第２の板材４５の端面の位置と第１の板材４１の端面の位置とが一致している。第２の板材４５の奥行方向の長さＬ２（図９の矢印の長さ）が所定の長さより短い場合、第１の板材４１の亜鉛の遠隔的な防食作用が奥行方向全体に及ぶ。このため、第１の板材４１が第２の板材４５から突出する必要がない。また、積層体２４０の他端部において、第１の板材４１の端面が第２の板材４５の端面の位置より突出している長さが、実施の形態１よりも短い。第２の板材４５の奥行方向の長さＬ２（図９の矢印の長さ）が短い場合、第１の板材４１の亜鉛の遠隔的な防食作用が奥行方向全体に及ぶ。このため、第１の板材４１が第２の板材４５から突出する量を減らすことができる。この場合、長さＬ２は、１０ｍｍ（＝５ｍｍ×２）以内である。これにより、第１の板材４１と第２の板材４５の端面の全体が、第１の板材４１のろう材層４３からの距離５ｍｍの範囲内に入るため、防食される。

実施の形態４．
図１０は、実施の形態４に係る積層体３４０を示す断面図である。図１０に示すように、本実施の形態４に係る積層体３４０は、第１の板材４１がろう材成分を有しておらず、第２の板材４５に卑材料を含まない第２のろう材層４４が設けられている点で、実施の形態１～３と相違する。積層体３４０は、第１の板材４１が、基層４２よりも酸化還元電位が卑である卑材料のみを基層４２の成分に添加した犠牲層４６が基層４２の一方の面に設けられている。

本実施の形態４によれば、第１の板材４１及び第２の板材４５のいずれにも、卑材料を含有するろう材からなるろう材層４３が不要となる。卑材料を含有するろう材からなるろう材層４３は、一般的に特注仕様となるため、調達する際に制約が生じる。これに対し、卑材料を含有しない第２のろう材層４４及び犠牲層４６は、クラッド材の製造メーカであれば汎用的な仕様として製造が可能であり、入手性が容易である。

実施の形態５．
図１１は、実施の形態５に係る積層体４４０を示す分解斜視図である。図１１に示すように、本実施の形態５に係る積層体４４０は、第１層６０、第２層６１、第３層６２及び第４層６３が重ねられ、１列目の伝熱管６４と２列目の伝熱管６５とがろう付けされて構成されている。ここで、第１層６０、第２層６１、第３層６２及び第４層６３は、それぞれ形状が相違する。第１層６０には、伝熱管挿入穴６６が形成されており、１列目の伝熱管６４と２列目の伝熱管６５とが挿入される。第２層６１及び第３層６２には、それぞれ連結穴６７が形成されている。

図１２は、実施の形態５に係る積層体を示す断面図である。図１２に示すように、第２層６１及び第３層６２に形成された連結穴６７同士が重なり合い、大きな内部空間４０ａが形成されている。ここで、板材の材料の仕様に着目すると、図１２に示すように、第１層６０、第２層６１及び第３層６２は、基層４２の表面の一方の面に、卑材料を含有するろう材層４３が設けられており、他方の面に犠牲層４６が設けられている。そして、第４層６３は、基層４２のみで構成された材料である。

なお、板材同士の端面のずれについては、図４等に示すように板材の大きさが交互に大きくなったり小さくなったりしてもよいし、図１２に示すように、板材の必要寸法に応じて端面が階段状にずれていくものでもよい。

ここで、本実施の形態５は、第４層６３に、基層４２よりも酸化還元電位が卑である卑材料が含まれていない点で、実施の形態１～４と相違する。概して、図１２の最表面６８のような部分には、基層４２よりも酸化還元電位が卑である卑材料を含めて面全体の防食効果が高まる。基層がアルミニウムであり卑材料が亜鉛である場合、３ｍｍ程度の厚みを有していれば、実用上腐食によって板材を貫通する穴が開く可能性が著しく低下することが知られている。本実施の形態５では、第４層６３を４ｍｍの板厚としているため、最表面６８は基層のままとしている。このように、最表面６８を基層のままにすることができると、高額で入手性に制約があるクラッド材の使用量を削減することができるという効果を奏する。

１ 空気調和機、２ 室外機、３ 室内機、４ 冷媒回路、５ 冷媒配管、６ 圧縮機、７ 流路切替装置、８ 熱交換器、９ 室外送風機、１０ 膨張部、１１ 室内熱交換器、１２ 室内送風機、２０ 伝熱管、２１ 流路、３０ フィン、４０ 積層体、４０ａ 内部空間、４１ 第１の板材、４２ 基層、４３ ろう材層、４４ 第２のろう材層、４５ 第２の板材、４６ 犠牲層、５０ 扁平管、６０ 第１層、６１ 第２層、６２
第３層、６３ 第４層、６４ 伝熱管、６５ 伝熱管、６６ 伝熱管挿入穴、６７ 連結穴、６８ 最表面、１４０ 積層体、２４０ 積層体、３４０ 積層体、４４０ 積層体。

Claims (9)

1. 少なくとも穴が形成された板材を１枚有する複数の平面状の板材を組み合わせて積層され内部空間が形成される積層体であって、
   前記板材の端面がずれている部分があり、ずれた結果露出した板材の表面の少なくとも一部には、板材の基層よりも酸化還元電位が卑である卑材料を成分として含む層を持ち、
   一部の前記板材は、卑材料を持たないものである
   積層体。
2. 基層と、前記基層の表面に設けられ前記基層よりも酸化還元電位が卑である卑材料を有する平面状の板状の第１の板材と、
   前記第１の板材に積層されて前記第１の板材と共に内部空間を形成し、端面が前記第１の板材の端面とずれている平面状の板状の第２の板材と、
   を備える積層体であって、
   積層して内部空間を形成するために、前記第１の板材の表層又は前記第２の板材の表層にろう材層が形成されており、
   一部の板材は、卑材料を持たないものである
   積層体。
3. 前記基層はアルミニウムであり、
   前記卑材料は亜鉛であり、
   表層において、卑材料を有しない部分の最大幅が１０ｍｍ以下である
   請求項１又は請求項２に記載の積層体。
4. 少なくとも最表面は、前記基層よりも酸化還元電位が卑である卑材料である
   請求項３に記載の積層体。
5. 最表面を有する材料の厚みが３ｍｍ以上の場合、
   前記最表面は、前記基層よりも酸化還元電位が卑である卑材料ではない
   請求項３に記載の積層体。
6. 少なくとも一つの板材はろう材成分を有しておらず、少なくとも一つの板材に卑材料を含まないろう材層が設けられている
   請求項１～５のいずれか１項に記載の積層体。
7. 基層よりも酸化還元電位が卑である卑材料が含まれておらず、基層のみで構成された層を有する
   請求項１～６のいずれか１項に記載の積層体。
8. 請求項１～７のいずれか１項に記載の積層体と、
   前記積層体の前記内部空間に挿入され、内部に冷媒が流れる複数の伝熱管と、
   を備える熱交換器。
9. 請求項８に記載の熱交換器
   を備える空気調和機。

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