WO2015063903A1 - 耐食性寿命診断部品、熱交換器、冷凍空調装置 - Google Patents

Abstract

　表面にアルミニウム層を有する板状の母材と、母材に形成され、亜鉛で構成された犠牲陽極層と、を有し、母材の表面は、アルミニウム層が露出している母材露出部を有しているものである。

Description

耐食性寿命診断部品、熱交換器、冷凍空調装置

　本発明は、耐食性寿命診断部品、熱交換器、冷凍空調装置に関するものである。

　従来、冷凍空調装置で使用される熱交換器には銅管が用いられてきたが、近年の銅価格高騰により、比較的安価な代替材料が求められている。そこで、銅材の代替としてアルミ材を用いたアルミ製の熱交換器を搭載した冷凍空調装置が提案されている（たとえば、特許文献１参照）。

　ここで、冷凍空調装置に搭載される熱交換器は、たとえば、蒸発器として機能している場合には熱交換器に供給される空気が冷却されて熱交換器のフィン及び伝熱管（冷媒配管）などに結露水が付着する。アルミ製の熱交換器は、銅のものと比較すると耐食性が低く、結露水により、熱交換器のフィン及び伝熱管などが腐食される。そして、伝熱管に腐食が発生すると貫通孔が形成されてしまう可能性がある。

　そこで、特許文献１に記載の技術では、冷凍空調装置にアルミ熱交換器を搭載した場合において、伝熱管の表面に亜鉛で構成された犠牲陽極層（Ｚｎ層）を形成し、犠牲陽極層を腐食させることで伝熱管の腐食を抑制している。

特開平６－１９４０９２号公報（たとえば、要約書参照）

　アルミ材は銅材と比較すると安価であり、従来の銅製の熱交換器に代わる材料としてアルミ製の熱交換器が注目されている。その一方で、アルミ材は銅材と比較すると耐食性が低い。このため、アルミ材を熱交換器の伝熱管に使用する場合には、伝熱管に腐食による貫通孔が形成され、伝熱管を流れる冷媒が大気中に漏れ出し、熱交換器における熱交換効率の低下を引き起こしたり、環境に負荷を与えてしまったりする可能性がある。このため、貫通孔が形成される前に熱交換器を交換する必要がある。

　腐食による伝熱管の貫通孔の形成を防止するためには、熱交換器の耐食性寿命を事前に診断（予測）する必要がある。しかし、熱交換器が設置される場所の環境によって、腐食の原因及び腐食の進行速度が異なる。また、犠牲陽極層を形成させる手法によっては、製造不良などにより、本来的には犠牲陽極層が形成される位置に犠牲陽極層が形成されないということも起こりうる。このため、熱交換器によって腐食の進行速度が異なることになる。
　このように、熱交換器の設置される環境、及び製造不良などによって、熱交換器の腐食の原因及び腐食の進行速度が異なり、耐食性寿命の診断にあたっては不確定な要素が存在している。すなわち、利便性を損なわないようにしながら、精度よく耐食性寿命の診断を行いにくいという課題がある。

　本発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、利便性が損なわれることを抑制しながら、精度よく耐食性寿命を診断することができる耐食性寿命診断部品、熱交換器、冷凍空調装置を提供することを目的としている。

　本発明に係る耐食性寿命診断部品は、表面にアルミニウム層を有する板状の母材と、母材に形成され、亜鉛で構成された犠牲陽極層と、を有し、母材の表面は、アルミニウム層が露出している母材露出部を有しているものである。

　本発明に係る耐食性寿命診断部品によれば、上記構成を有しているため、利便性が損なわれることを抑制しながら、精度よく耐食性寿命を診断することができる。

本発明の実施の形態に係る耐食性寿命診断部品を有する板材の平面図である。 図１に示す板材から切り出した耐食性寿命診断部品の平面図である。 耐食性寿命診断部品を有する冷凍空調装置としての室外機の全体斜視図である。 図３に示す室外機の前面パネル、サイドパネル、送風機及びファンガードなどを取り外した状態の斜視図である。 本発明の実施の形態に係る耐食性寿命診断部品の取付位置についての説明図である。 耐食性寿命診断部品を図５とは異なる位置に取り付けることについての説明図である。 本発明の実施の形態に係る耐食性寿命診断部品を伝熱管のうちのヘアピン部側に取り付ける方法についての説明図である。 図７に示すものを伝熱管のヘアピン部側から伝熱管の長手方向に平行な方向に向かって見た図である。 本発明の実施の形態に係る耐食性寿命診断部品の寸法などの説明図である。 （ａ）が熱交換器の伝熱管の縦断面図であり、（ｂ）が（ａ）に示す伝熱管の端部側について示した図である。 耐食性寿命診断部品が取り付けられた熱交換器の耐食性の寿命の把握方法についての説明図である。 熱交換器の伝熱管のうち亜鉛溶射がされていない部分の腐食状態の一例である。 犠牲防食有効範囲を確認するための試験で使用したサンプルの説明図である。 図１３に示すサンプルの腐食深さ測定点を示す図である。 犠牲陽極層の有効範囲についての説明図である。 犠牲陽極層が腐食されることで犠牲陽極層が後退した様子を示した図である。 本発明の実施の形態に係る耐食性寿命診断部品の変形例である。

　以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
実施の形態．　
　図１は、実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０を有する板材３０の平面図である。図２は、図１に示す板材３０から切り出した耐食性寿命診断部品１０の平面図である。なお、図２（ａ）は耐食性寿命診断部品１０の平面図であり、図２（ｂ）は耐食性寿命診断部品１０の断面図である。また、図１及び図２（ａ）では、板材３０の一方の面を示している。

　板材３０は、表面にアルミニウム層を有する板状の母材３１と、亜鉛で構成された犠牲陽極層１１とを有しているものである。また、板材３０には、母材３１に、たとえば亜鉛溶射若しくは亜鉛含有塗装を施すことで形成される犠牲陽極層１１が設けられている。なお、この犠牲陽極層１１は、板材３０の一方の面の一部に形成されている。具体的には、板材３０の一方の面には、図１に示すように、犠牲陽極層１１が予め設定された間隔を空けて設けられている。このため、板材３０の一方の面において、母材３１のうち犠牲陽極層１１が設けられていない部分は、母材３１であるアルミニウム層が露出している。このように、板材３０には、犠牲陽極層１１と母材３１であるアルミニウム層が露出している部分（後述の母材露出部３１Ａ）とが交互に設けられている。本実施の形態では、アルミニウム層を有する母材３１が耐食性寿命診断部品１０が備えているものを説明したが、それに限定されるものではなく、全てアルミニウムで構成されたアルミ板を母材３１としてもよい。

　なお、板材３０の他方の面には、亜鉛の層が形成されている。すなわち、図２（ｂ）に示すように、板材３０の他方の面の全面は、亜鉛で構成された層である第３の犠牲陽極層１１Ｃが形成されている。第３の犠牲陽極層１１Ｃが全面犠牲陽極層である。なお、この第３の犠牲陽極層１１Ｃも、たとえば亜鉛溶射或若しくは亜鉛含有塗装を施すことで形成される。異種金属を長時間に渡って接触させると、金属間の電位差によって異種金属の接触面で腐食が促進される。耐食性寿命診断部品１０は、後述する熱交換器１５０の伝熱管１の熱交換器犠牲陽極層１Ａに取り付けることを想定している。このため、耐食性寿命診断部品１０の裏面の全面を犠牲陽極とし、異種金属間腐食を防止している。

　ここで、亜鉛溶射とは、母材３１に亜鉛を吹き付けることを指している。このため、母材３１のアルミニウム層と、亜鉛との間には境界が生じていない。一方、亜鉛含有塗装とは、母材３１に亜鉛を塗ることを指しており、母材３１のアルミニウム層と、亜鉛との間には境界が生じている。図２（ｂ）では、亜鉛含有塗装により母材３１に亜鉛を塗装した場合を示した断面図を示している。実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０は、たとえば後述の熱交換器１００などに取り付けられ、熱交換器１００の耐食性寿命の診断に利用される。この耐食性の寿命の診断にあたって、耐食性寿命診断部品１０と熱交換器１００との条件が同一である方が好ましい。このため、熱交換器１００が亜鉛溶射を利用して製造されている場合には、耐食性寿命診断部品１０も亜鉛溶射を利用することとし、熱交換器１００が亜鉛含有塗装を利用して製造されている場合には、耐食性寿命診断部品１０も亜鉛含有塗装を利用するとよい。

　耐食性寿命診断部品１０は、図１に示す板材３０を切り出すことで得ることができるものである。すなわち、板材３０を図１に示す破線に沿って切ることで、板材３０のうち破線で区画された部分が切り出され、耐食性寿命診断部品１０を得ることができる。
　耐食性寿命診断部品１０は、帯状に形成された複数の犠牲陽極層１１が設けられている。すなわち、耐食性寿命診断部品１０には、一方の端部側に形成された第１の犠牲陽極層１１Ａと、他方の端部側に形成された第２の犠牲陽極層１１Ｂとが設けられている。そして、第１の犠牲陽極層１１Ａと第２の犠牲陽極層１１Ｂとの間には、母材３１が露出している部分である母材露出部３１Ａが設けられている。このように、耐食性寿命診断部品１０の一方の面には、第１の犠牲陽極層１１Ａと第２の犠牲陽極層１１Ｂとの間に、母材露出部３１Ａが位置している。なお、耐食性寿命診断部品１０の他方の面の全面は、亜鉛の層を有する第３の犠牲陽極層１１Ｃが形成されている。耐食性寿命診断部品１０は、母材の他方の表面であって第３の犠牲陽極層１１Ｃ側の面が、伝熱管１の外表面と当接するように伝熱管１に取り付けられている。

　第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂは、母材３１の一方側から他方側に向かう方向と平行な幅が５ｍｍ以上の寸法であり、母材露出部３１Ａは、母材３１の一方側から他方側に向かう方向と平行な幅が８～１２ｍｍである（図９参照）。なお、母材３１の一方側から他方側に向かう方向と平行な幅を８～１２ｍｍとした理由については、後段の図１３及び図１４で詳しく説明する。

　なお、本実施の形態では、板材３０がアルミニウム層を有する母材３１を備え、亜鉛溶射又は亜鉛含有塗装を実施することで耐食性寿命診断部品１０を得る場合を例に説明したが、それに限定されるものではない。たとえば、アルミニウムの板材と亜鉛の板材とが接合されて構成されたクラッド板を用いてもよい。すなわち、母材３１に対応するアルミニウムの板材に、第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂに対応する亜鉛の板材が接合されたクラッド板を用いてもよいということである。また、このクラッド板は、第３の犠牲陽極層１１Ｃに対応する亜鉛の板材も接合され、３層となっているものであってもよい。なお、クラッド板を用いる場合には、板材３０の一方の面側にアルミニウム層がくるようにし、母材露出部３１Ａがアルミニウム層となるようにする。

　図３は、耐食性寿命診断部品１０を有する冷凍空調装置としての室外機２００の全体斜視図である。図４は、図３に示す室外機２００の前面パネル５１、サイドパネル５２、送風機及びファンガード５４などを取り外した状態の斜視図である。空気調和装置の室外機２００を例として、冷凍空調装置の一例について説明する。
　室外機２００は、たとえば、縦長な外郭を有するものである。すなわち、室外機２００は、図３に示すように、室外機２００の前面側の外郭を構成する前面パネル５１と、室外機２００の上部に設けられるファンガード５４と、室外機２００の側面の外郭を構成するサイドパネル５２とを有している。室外機２００は、その外郭の側面及び背面に、内部に空気を取り込む空気吸込口５９が設けられ、室外機２００の上部に外部に空気を排気する空気吹出口５５が設けられている。すなわち、室外機２００は、サイドパネル５２に形成され、空気を室外機２００内に取り込むのに利用される空気吸込口５９と、ファンガード５４に形成され、室外機２００内の空気を室外機２００外に放出するのに利用される空気吹出口５５とを有している。

　室外機２００は、熱交換器１００と、この熱交換器１００などを支持するベースパネル５６と、冷媒を圧縮して吐出するコンプレッサ５７と、余剰冷媒を貯留するアキュムレータ５８とを有しているものである。
　熱交換器１００は、自身に供給される冷媒と、自身を通過する空気とを熱交換させるものである。そして、熱交換器１００は、冷房運転時には凝縮器（放熱器）として機能して冷媒を凝縮液化し、暖房運転時には蒸発器として機能し冷媒を蒸発気化させるものである。熱交換器１００は、サイドパネル５２の対向位置に設けられ、たとえば、サイドパネル５２に固定されるものである。
　ここで、本実施の形態において、熱交換器１００は、上下方向に３段積層されたものとして説明しているが、それに限定されるものではなく、積層されていない態様であってもよい。

　ベースパネル５６は、熱交換器１００、コンプレッサ５７及びアキュムレータ５８などを支持するものであり、これらがたとえばネジ止めされているものである。ベースパネル５６は、室外機２００の底面側の外郭を構成するものである。コンプレッサ５７は、たとえばベースパネル５６上に設置されるものであり、冷媒を圧縮して吐出するものである。コンプレッサ５７は、吸入側がアキュムレータ５８に接続される。また、コンプレッサ５７は、吐出側が、冷房運転時には熱交換器１００に接続され、暖房運転時には図示省略の室内機に搭載される利用側の熱交換器に接続される。アキュムレータ５８は、コンプレッサ５７の吸入側に接続され、液冷媒を貯留するものである。また、アキュムレータ５８の後側、右側及び左側には、熱交換器１００が立設している。

　また、室外機２００には、室外機２００内に空気を取り込み、排出するのに利用されるファン（図示省略）が搭載されている。なお、ファンは、ファンガード５４を取り外すと露出し、回転することで室外機２００内に空気を取り込み、室外機２００外に空気を排気させるものである。このように、ファンは、ファンガード５４に囲まれるように設けられており、ファンの上側には、空気吹出口５５が形成されている。すなわち、空気吸込口５９に沿って配置された熱交換器１００を経た空気は、室外機２００の内部に吸い込まれ、ファンを介して外郭内部の上部に形成された空気吹出口５５から排気される。

　図５は、実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０の取付位置についての説明図である。図６は、耐食性寿命診断部品１０を図５とは異なる位置に取り付けることについての説明図である。図７は、実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０を伝熱管１のうちのヘアピン部６ａ側に取り付ける方法についての説明図である。図８は、図７に示すものを伝熱管１のヘアピン部６ａ側から伝熱管１の長手方向に平行な方向に向かって見た図である。
　なお、本実施の形態では、熱交換器１００が扁平形状を有する伝熱管１を備えた扁平管熱交換器である場合を例に示している。また、図６では、図５に示すフィン２に伝熱管１を接続した熱交換器１００をＵ字状に曲げ加工し、その曲げ加工した熱交換器１００を複数積み重ねた熱交換器１５０である。図６では、３つ重ね合わせた場合の熱交換器１５０の例を示している。

　熱交換器１００は、図５及び図６に示すように、伝熱管１と、板状のフィン２とを有するものである。伝熱管１は、内部に熱交換媒体が流れる流路１ａ（図１０参照）が形成されている。伝熱管１は、フィン２に形成された切欠（図示省略）に挿入される直線部６Ａと、直線部６Ａに接続され、断面形状が扁平形状であるＵ字状に形成されたヘアピン部６ａと、直線部６Ａの端部側のうちヘアピン部６ａとは反対側の端部側に接続されているアルミジョイント６ｂとを有している。直線部６Ａは、長手方向に垂直な断面が扁平形状である。なお、アルミジョイント６ｂには、図示省略のヘッダーパイプが接続される。伝熱管１には、たとえば、水、冷媒、ブラインなどの流体が流れる。なお、本実施の形態では、フィン２に挿入する管として、断面形状が扁平形状であるヘアピン部６ａを有する伝熱管１を用いた場合を例に説明するが、それに限定されるものではない。たとえば、断面形状が扁平形状であるヘアピン部６ａの代わりに、断面形状が円形のベント管を有する伝熱管１を用いてもよい。

　伝熱管１には、複数のフィン２が接続されており、その分、耐食性寿命診断部品１０の取り付け場所が制限されている。すなわち、熱交換器１００に耐食性寿命診断部品１０を取り付けると、フィン２を傷つけてしまう場合がある。そこで、耐食性寿命診断部品１０は、図５に示すように、伝熱管１のうちフィン２からはずれた位置であって直線部６Ａの端部側に取り付けられる。具体的には、図５に示すように、伝熱管１の中でもフィン２が配置されていない部分Ｔ１、すなわち直線部６Ａのうちヘアピン部６ａ側の部分に耐食性寿命診断部品１０を取り付けるとよい。より詳細には、直線部６Ａのうち最もヘアピン部６ａ側に取り付けられているフィン２の取付位置と、直線部６Ａのうちヘアピン部６ａが接続されている位置との間の直線部６Ａに耐食性寿命診断部品１０を取り付けるとよい。

　また、図５に示すように、伝熱管１の中でもフィン２が配置されていない部分Ｔ２に耐食性寿命診断部品１０を取り付けてもよい。すなわち、図５に示す直線部６Ａのうち最もヘアピン部６ａとは遠い側に取り付けられているフィン２の取付位置よりも、ヘアピン部６ａから離れる側の部分Ｔ２に耐食性寿命診断部品１０を取り付けるとよい。直線部６Ａのうちアルミジョイント６ｂ側の部分Ｔ２に耐食性寿命診断部品１０を取り付けるとよいということである。

　冷凍空調装置に搭載されている熱交換器は低温側で使用した際に結露が発生する。すなわち、熱交換器が蒸発器として機能している際には、空気中の水分濃度が過飽和となり熱交換器に結露が発生する。これにより、熱交換器の表面に付着した結露水が腐食を促進させる可能性があるため、より正確な腐食診断を実施するためには耐食性寿命診断部品１０も熱交換器の伝熱管と同様の温度環境に置く必要がある。そこで、耐食性寿命診断部品１０を熱交換器１００の伝熱管１に密着するように取り付けるとよい。耐食性寿命診断部品１０を熱交換器１００に密着させることで、伝熱管１と耐食性寿命診断部品１０との間に直接的な熱伝導が発生し、伝熱管１の結露と耐食性寿命診断部品１０の結露とを概ね同時に引き起こすことができる。耐食性寿命診断部品１０の取り付け方法の例を次に説明する。

　耐食性寿命診断部品１０を直線部６Ａに取り付けるにあたり、図７及び図８に示すように、耐食性寿命診断部品１０の両端側を折り曲げて、耐食性寿命診断部品１０が直線部６Ａに沿うように取り付けるとよい。これにより、接着剤などを用いなくても、耐食性寿命診断部品１０を直線部６Ａに密着するように取り付けることができる。なお、耐食性寿命診断部品１０を伝熱管１に取り付けるのにあたり、紐及び針金などを利用してもよい。
　ここで、接着剤などを利用する方法も考えられるが、接着剤を利用すると、伝熱管１から耐食性寿命診断部品１０への熱伝達が遅れ、耐食性寿命診断部品１０及び伝熱管１の両方を同一の条件としにくくなってしまうことに留意が必要である。このため、接着剤などを用いる場合には、熱伝導による影響が大きくない範囲で用いることが好ましい。たとえば、耐食性寿命診断部品１０の全面に接着剤を塗布するのではなく、周縁部にだけ塗布するなどにより、熱伝導による影響を抑制することができる。

　さらに、冷凍空調装置の室外機に搭載される熱交換器は、熱交換効率を向上させる目的で筐体外側から散水が行われるものがある。散水用の水には、たとえば水道水が用いられており、水道水にはアルミに比べてイオン化傾向の小さい鉄イオンおよび銅イオンが含まれている。一方で、金属の腐食はイオン化傾向の影響を受ける。イオン化傾向の異なる金属が接触した場合、イオン化傾向の大きい金属が優先的に腐食する。したがって、散水によって表面に付着した水道水中の鉄イオン及び銅イオンが、アルミ熱交換器の腐食を促進させる可能性がある。このため、熱交換器のうち、散水による影響を受けやすい箇所において耐食性寿命の診断をする必要がある。そこで、耐食性寿命診断部品１０を熱交換器１００の伝熱管１のうち散水の影響を特に受けやすい箇所に取り付けるとよい。なお、最も散水による影響を受けやすい部分は、湿潤状態と乾燥状態とが頻繁に切り替わる散水範囲Ｗの周縁付近と考えられる。
　ここで、本実施の形態でも、室外機２００には、熱交換器１５０の背面の対向位置に図示省略の散水部が搭載されている。そこで、図６に示すように、耐食性寿命診断部品１０を熱交換器１５０の背面側の部分Ｔ３に取り付けるとよい。すなわち、耐食性寿命診断部品１０は、熱交換器１５０のうち、散水部から供給される水がかかる一定の拡がりを有する範囲（散水範囲Ｗ）の周縁部分Ｗ２に取り付けるとよい。なお、周縁部分とは、水のかかる範囲とかからない範囲との境目となる部分である。ここで、熱交換器１５０は熱交換器１００が積み重ねられて構成されている。このため、上下の熱交換器１００を支持する支持部材（図示省略）が熱交換器１００に取り付けられている場合がある。そこで、耐食性寿命診断部品１０を支持部材に取り付けて、散水範囲Ｗの周縁部分に耐食性寿命診断部品１０が配置されるようにしてもよい。

　また、第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂの厚みとしては、伝熱管１の熱交換器犠牲陽極層１Ａの厚みを含む、予め設定された範囲の厚みとするとよい。熱交換器１５０及び耐食性寿命診断部品１０の条件が同一の方が、熱交換器１５０の腐食の診断をしやすいためである。このため、たとえば熱交換器犠牲陽極層１Ａの厚みが８５μｍ程度である場合には、第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂの厚みは、たとえば７５～１００μｍ程度とするとよい。

　図９は、実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０の寸法などの説明図である。図１０は、（ａ）が熱交換器１００の伝熱管１の縦断面図であり、（ｂ）が（ａ）に示す伝熱管１の端部側について示した図である。図１１は、耐食性寿命診断部品１０が取り付けられた熱交換器１００の耐食性の寿命の把握方法についての説明図である。図１２は、熱交換器１００の伝熱管１のうち亜鉛溶射がされていない部分の腐食状態の一例である。なお、図９の点線Ａ～Ｅで示すラインは、耐食性寿命診断部品１０が取り付けられた熱交換器１００の伝熱管１の腐食が開始してしまう時期を診断（予測）するためのものである。また、この点線Ａ～Ｅ上の黒い点は測定点を示したものであって腐食が発生しているかについての測定がなされる位置を示している。

　熱交換器１００の伝熱管１には、図１０に示すように、その外表面に亜鉛で構成された熱交換器犠牲陽極層１Ａが形成されている。アルミ材は銅材に比べて耐食性が低いため、アルミ製の伝熱管である伝熱管１は、母材のアルミ（Ａ３００３）の表面に亜鉛溶射を施し、犠牲防食させることで耐食性を向上させている。犠牲防食とは、異種金属間の電位差を利用し、電気的に卑な金属を選択的に腐食させることで、貴な金属を防食する手法である。すなわち、アルミ熱交換器では下地のアルミ（貴）を防食するために、アルミ表面に亜鉛（卑）を溶射し優先的に亜鉛を腐食させている。なお、犠牲防食を行う際の卑な金属層を犠牲陽極層と呼ぶ。したがって、熱交換器犠牲陽極層１Ａを伝熱管１に形成することで、伝熱管１が腐食される代わりに熱交換器犠牲陽極層１Ａが腐食される結果、伝熱管１の腐食が抑制される。

　熱交換器犠牲陽極層１Ａは、図１０に示すように、伝熱管１を縦断面視したときに、一方側（紙面上側）の外側面に形成された第１の熱交換器犠牲陽極層１Ａ１と、他方側（紙面下側）の外側面に形成された第２の熱交換器犠牲陽極層１Ａ２とから構成される。第１の熱交換器犠牲陽極層１Ａ１及び第２の熱交換器犠牲陽極層１Ａ２は、伝熱管１の長手方向に延びるように形成されている。第１の熱交換器犠牲陽極層１Ａ１と第２の熱交換器犠牲陽極層１Ａ２とは、予め設定された間隔をあけて伝熱管１の外表面に形成されている。すなわち、第１の熱交換器犠牲陽極層１Ａ１と第２の熱交換器犠牲陽極層１Ａ２との間には、伝熱管１が露出している部分である熱交換器母材露出部１Ｂが設けられている。本実施の形態では、熱交換器母材露出部１Ｂの幅、すなわち伝熱管１の周方向の幅のうちの最大が、６ｍｍである場合を一例に説明する。

　本実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０では、第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂから５ｍｍ以内の位置では、犠牲防食が働き、母材露出部３１Ａの腐食が抑制されることが確認されている。すなわち、母材露出部３１Ａのうちの第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂから遠い位置から、母材露出部３１Ａの腐食が開始される。このため、第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂから最も遠いＡラインの位置から母材露出部３１Ａの腐食が開始され、腐食領域はＡ→Ｂ→Ｃ→・・・と進行する。そして、腐食領域の進行に伴って第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂも後退していく。

　母材露出部３１Ａの腐食が進行し、熱交換器１００の伝熱管１の自体の腐食が開始することを示す腐食開始ラインＬに母材露出部３１Ａの腐食が至ると、サービスマンなどは伝熱管１自体に腐食が開始したと判断することができる。ここで、腐食開始ラインＬは、Ｂライン～Ｅラインのいずれかが該当する。たとえば、腐食開始ラインＬがＣラインである場合には、母材露出部３１ＡがＡラインからＣラインまでの部分で腐食している間は、伝熱管１自体は腐食されていないが、熱交換器犠牲陽極層１Ａが腐食していることを意味する。そして、母材露出部３１Ａの腐食がＣラインを超えてＤライン側に至ると、伝熱管１自体の腐食が開始していることを意味する。

　腐食開始ラインＬは、第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂの犠牲防食の有効範囲、及び熱交換器母材露出部１Ｂの幅などに基づいて決定される。実機（熱交換器１００）における初期の熱交換器母材露出部１Ｂの幅の最大のもの（Ｘ）と、耐食性寿命診断部品１０の初期の母材露出部３１Ａの幅とが異なる場合には、第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂから初期の熱交換器母材露出部１Ｂの幅の半分（Ｘ／２）の位置が腐食開始ラインＬとなる。

　たとえば、図１０（ｂ）に示すように、実機にて想定される初期の熱交換器母材露出部１Ｂの幅のうちの最大のもの（Ｘ）が６ｍｍの場合には、母材露出部３１Ａの中心（Ａラインの位置）から第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂから３ｍｍ（Ｘ／２）の位置が腐食開始ラインＬ（Ｃラインの位置）となる。そして、腐食開始ラインＬであるＣラインよりも内側のＡライン及びＢラインにおける母材露出部３１Ａの腐食有無を確認し、実機（熱交換器１００）における熱交換器犠牲陽極層１Ａの後退度合い（伝熱管１の周方向の腐食進行度）を知ることができる。
　ただし、後述する図１３～図１６及び表１～表３の試験及びその結果で説明するように、犠牲防食の有効範囲は犠牲陽極層１１の端部から４～６ｍｍとなっており、一定範囲の開きを有している。このため、たとえば、±１ｍｍ程度の誤差が生じる可能性を加味して、伝熱管１の周方向の腐食進行度について判断する必要がある。

　ここで、熱交換器１００の耐食性寿命は、（ステップ１）熱交換器犠牲陽極層１Ａが腐食する第１の期間と、（ステップ２）伝熱管１も腐食する第２の期間とで表すことができる。すなわち、（ステップ１）伝熱管１の代わりに熱交換器犠牲陽極層１Ａのみが腐食を開始してから伝熱管１の腐食が開始するまでの第１の期間と、（ステップ２）伝熱管１が腐食を開始してから伝熱管１に貫通孔が形成されてしまうまでの第２の期間とで表すことができる。
　伝熱管１がアルミニウムで構成された実機（熱交換器１００）に耐食性寿命診断部品１０を装着した冷凍空調装置を設置後、定期的に（たとえば３年、５年、８年、１０年、・・・）耐食性寿命診断部品１０を回収し、腐食進行度を確認することで熱交換器１００の耐食性寿命を診断（予測）することができる。たとえば、Ａラインで腐食が確認されても、Ｂラインでは腐食が確認されなければ、熱交換器犠牲陽極層１Ａは腐食しているものの、伝熱管１についてはまだ腐食していないと判断することができる。このときは、第１の期間に該当する。

　さらに、図１１のＣラインより外側の腐食の進行が実機における熱交換器母材露出部１Ｂの腐食の進行に相当しているので、Ｃラインにおける腐食開始時点でのＡライン及びＢラインの腐食進行度を確認することで、伝熱管１の深さ方向への腐食速度を見積もることができる。すなわち、図１２に示すように、母材露出部３１Ａの幅方向（横方向）の腐食が進行していればいるほど、母材露出部３１Ａの深さ方向の腐食もより深く進行していると考えられる。このため、母材露出部３１Ａの横方向の腐食に基づいて、伝熱管１の熱交換器母材露出部１Ｂの深さ方向への腐食速度を見積もることができるということである。この深さ方向への腐食速度は、第２の期間の算出に用いられる。

　このように、母材露出部３１Ａの幅方向の腐食から第１の期間を見積もり、母材露出部３１Ａの深さ方向の腐食から第２の期間を見積もる。これによって、熱交換器１００の耐食性寿命を診断をすることができる。
　たとえば、母材露出部３１Ａの腐食が腐食開始ラインＬであるＢラインに至っていれば、ＡラインからＢラインに至るまでの腐食速度に基づいて、腐食がＣラインに至るまでの時間である第１の期間を算出することができる。また、ＡラインからＢラインに至るまでに要した時間に基づいて熱交換器母材露出部１Ｂの深さ方向への腐食速度を見積もれば、伝熱管１の厚みは既知の値であるため、いつごろ伝熱管１に貫通孔が形成されてしまうかを判断することができ、第２の期間を算出することができる。この算出した第１の期間及び第２の期間を合計することで熱交換器１００の耐食性寿命を算出することができる。このように、耐食性寿命診断部品１０を取り付け、腐食がどのラインにまで達しているかを確認し、一定の演算をすることで伝熱管１の耐食性寿命を精度よく算出することができるようになっている。

　なお、母材露出部３１Ａの深さ方向の腐食を実際に計測し、その計測結果に基づいて伝熱管１の熱交換器母材露出部１Ｂの深さ方向への腐食速度を見積もってもよいことは言うまでもない。

　また、本実施の形態では、上述のように初期の熱交換器母材露出部１Ｂの幅のうちの最大のもの（Ｘ）が６ｍｍである場合を想定して説明した。ここで、亜鉛溶射で熱交換器１００を製造する場合においては、図１０に示す伝熱管１の左右の端部側に亜鉛が吹き付けられにくい。すなわち、製造不良などにより、熱交換器母材露出部１Ｂの対応する位置に亜鉛が吹き付けられない場合がある。このため、本実施の形態では、図１０に示す伝熱管１の左右の端部側に亜鉛が吹き付けられなかった場合として最悪のものを想定し、熱交換器母材露出部１Ｂを６ｍｍとして説明した。
　このため、亜鉛溶射が適切に実施されれば、熱交換器母材露出部１Ｂが２ｍｍとなる場合もある。この場合の例では、母材露出部３１Ａの中心（Ａラインの位置）から第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂから１ｍｍ（Ｘ／２）の位置が腐食開始ラインＬ（Ｅラインの位置）となる。

　また、本実施の形態では、母材露出部３１Ａの幅を８～１２ｍｍの範囲としたが、母材露出部３１Ａの幅が１２ｍｍを超える場合であっても、第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂの端面から防食される範囲は、４～６ｍｍで変わらない。したがって、母材露出部３１Ａのうち第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂから６ｍｍ以上離れている部分では、第１の犠牲陽極層１１Ａ及び第２の犠牲陽極層１１Ｂの防食効果は得られない。この防食効果が得られない部分については、上述したＡラインと同様に腐食する。すなわち、防食効果が得られない部分は、Ａラインと同様に扱われる。このような母材露出部３１Ａの幅が１２ｍｍを越える場合であっても、母材露出部３１Ａの幅が８～１２ｍｍのものと同様に耐食性寿命診断部品１０として使用することができる。

［犠牲防食の有効範囲などの試験について］
　図１３は、犠牲防食有効範囲を確認するための試験で使用したサンプルの説明図である。図１４は、図１３に示すサンプルの腐食深さ測定点を示す図である。図１５は、犠牲陽極層１１’の有効範囲についての説明図である。図１６は、犠牲陽極層１１’が腐食されることで犠牲陽極層１１’が後退した様子を示した図である。図１３～図１６を参照して、耐食性寿命診断部品１０に係るサンプルに対して実施した試験及び結果について説明する。

　図１３に示すように、２０ｍｍ×２０ｍｍアルミ板の左半面に１０ｍｍ×２０ｍｍの犠牲陽極（亜鉛溶射）層を７５～１００μｍにて施した腐食加速試験用サンプルを作成した。なお、母材露出部３１Ａ’と犠牲陽極層１１’の界面をｘ＝０とし、母材露出部３１Ａ’側を正、犠牲陽極層１１’側を負として座標を定義した。

　また、図１４に示すとおり、ｘ＝－８、－６、－４、－２、０、２、４、６、８の各座標において、縦方向に等間隔でＮｏ．１～Ｎｏ．５の点を定義し、腐食深さ測定点とした。

　図１３に記載のサンプルに対し、表１に記載の複合サイクル試験によりn＝５の腐食加速試験を行った。

　４８０ｈ後、腐食加速試験用サンプルの断面観察を行い、母材の腐食深さを測定した結果を表２に示す。Ｎｏ．１ではｘ＝６ｍｍで２ｍｍ、ｘ＝８ｍｍで５ｍｍの母材腐食が見られた。Ｎｏ．２ではｘ＝８ｍｍで４ｍｍの母材腐食が見られた。Ｎｏ．３ではｘ＝６ｍｍで１ｍｍ、ｘ＝８ｍｍで６ｍｍの母材腐食が見られた。Ｎｏ．４ではｘ＝８ｍｍで６ｍｍの母材腐食が見られた。Ｎｏ．５ではｘ＝８ｍｍで７ｍｍの母材腐食が見られた。
　以上より、ｘ＝－８～４ｍｍでは一切母材の腐食が見られなかった。また、ｘ＝６ｍｍではＮｏ．１および３にて母材の腐食が進行していた。すなわち、サンプルの犠牲陽極層１１’との界面から４～６ｍｍ以内の箇所では、母材の腐食が進行しなかったことから、図１５に示す通り犠牲防食は犠牲陽極層１１’の端面より４～６ｍｍ以内で作用すると考えられる。

　図１３に示すサンプルに対し、さらに腐食加速試験を実施し、９６０ｈ、２１６０ｈで断面観察による腐食深さ測定を実施した。各測定点における犠牲陽極層１１’の残存有無及び母材３１’の腐食深さを表３に示す。なお、犠牲陽極層１１’の残存有無は、ＳＥＭ・ＥＤＸで断面観察を行った。ここで、ＳＥＭとは走査型電子顕微鏡を指し、ＥＤＸとはエネルギー分散型Ｘ線分析を指している。このＳＥＭ・ＥＤＸでの各測定点において、亜鉛層である犠牲陽極層１１’の残存有無を確認することで、腐食深さを判断したということである。ここで、表３では、犠牲陽極層１１’が残存有りを「○」で示し、犠牲陽極層１１’の残存無しを「×」で示し、初期より犠牲陽極層１１’が無いことを「－」で示した。また、各座標における母材腐食深さはＮｏ．１～Ｎｏ．５の平均を示している。

　４８０ｈではｘ＝０ｍｍまで犠牲陽極層１１’が残存していた。また、ｘ＝６ｍｍでは、１ｍｍの母材腐食が見られた。
　９６０ｈではｘ＝－４ｍｍまで犠牲陽極層１１’が残存していた。また、ｘ＝２ｍｍでは、４ｍｍの母材腐食が見られた。
　２１６０ｈではｘ＝－８ｍｍまで犠牲陽極層１１’が残存していた。また、ｘ＝－２ｍｍで３ｍｍの母材腐食が見られた。
　以上より、犠牲陽極層１１’の端面と母材腐食の箇所は、４～６ｍｍ以上の距離を保ちつつ腐食が進行すると考えられる。すなわち、図１６に示すように、腐食の進行とともに犠牲陽極層１１’と母材露出部３１Ａ’の界面が左側に後退し、これに伴い母材露出部３１Ａ’の腐食進行領域３８も界面後退と同じ距離だけ拡大したと考えられる。

［変形例］
　図１７は、実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０の変形例（耐食性寿命診断部品９０）である。耐食性寿命診断部品１０では、母材露出部３１Ａの両端に犠牲陽極層１１を形成した例について説明したが、図１７に示すように、片側にのみ犠牲陽極層９１を形成したものであっても、耐食性寿命診断部品１０と同様の効果を得ることができる。すなわち、耐食性寿命診断部品１０の犠牲陽極層１１と同様に、犠牲陽極層９１の端面から防食される距離は４～６ｍｍで変わらない。したがって、母材露出部９２の片側にのみ犠牲陽極層９１を形成した耐食性寿命診断部品９０においても、腐食深さ測定点数は半減するが、耐食性寿命についての診断をすることができる。

　また、母材露出部９２の幅が６ｍｍを超える場合であっても、犠牲陽極層９１の端面から防食される範囲は、４～６ｍｍで変わらない。したがって、母材露出部９２のうち犠牲陽極層９１から６ｍｍ以上離れている部分では、犠牲陽極層９１の防食効果は得られない。この防食効果が得られない部分については、上述したＡラインと同様に腐食する。すなわち、防食効果が得られない部分は、Ａラインと同様に扱われる。このように、母材露出部９２の幅が６ｍｍを越える場合であっても、母材露出部９２の幅が６ｍｍを超えないものと同様に耐食性寿命診断部品９０として使用することができる。

　また、耐食性寿命診断部品１０の製造方法としては、図１に示すような板材３０を製造し、その後、図１に示す破線に沿って切る方法について説明したがそれに限定されるものではない。すなわち、図９に示す耐食性寿命診断部品１０及び図１７に示す耐食性寿命診断部品９０のように、予め設定された寸法の犠牲陽極層１１、母材露出部３１Ａ、犠牲陽極層９１、母材露出部９２が得られれば、図１に示すような板材３０を製造して切る方法に限定されるものではない。

［実施の形態の効果について］
　本実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０は、耐食性寿命診断部品１０を熱交換器１００に取り付け、腐食がどのラインにまで達しているかを確認し、一定の演算をすることで伝熱管１の耐食性寿命を精度よく算出することができるものである。
　また、本実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０は、熱交換器１００が設置される環境に基づいて熱交換器１００の腐食の原因及び腐食の進行速度が異なることを考慮し、熱交換器１００の予め設定された箇所に簡便に設置することができるものである。たとえば、耐食性寿命診断部品１０は、コンパクトな板状部材であり、散水部から供給される水がかかる一定の拡がりを有する範囲（散水範囲Ｗ）の周縁部分（部分Ｔ３）に取り付けることもできるし、伝熱管１の中でもフィン２が配置されていない部分（部分Ｔ１及び部分Ｔ２）に取り付けることもできる。このため、耐食性寿命の診断にあたっては不確定な要素が存在していたとしても、利便性が損なわれることを抑制しながら、精度よく耐食性寿命を診断することができるようになっている。

　本実施の形態に係る耐食性寿命診断部品１０は、精度よく耐食性寿命を診断することができるため、サービスマンなどは熱交換器１００及び熱交換器１００を備えた冷凍空調装置についての適切なメンテナンス時期を決定することができる。これにより、熱交換器１００及び熱交換器１００を備えた冷凍空調装置が市場に出た際に、腐食に起因した不具合が生じてしまうことを未然に防止することができる。

　１　伝熱管、１Ａ　熱交換器犠牲陽極層、１Ａ１　第１の熱交換器犠牲陽極層、１Ａ２　第２の熱交換器犠牲陽極層、１Ｂ　熱交換器母材露出部、１ａ　流路、２　フィン、６Ａ　直線部、６ａ　ヘアピン部、６ｂ　アルミジョイント、１０　耐食性寿命診断部品、１１　犠牲陽極層、１１Ａ　第１の犠牲陽極層、１１Ｂ　第２の犠牲陽極層、１１Ｃ　第３の犠牲陽極層、３０　板材、３１　母材、３１Ａ　母材露出部、３８　腐食進行領域、５１　前面パネル、５２　サイドパネル、５４　ファンガード、５５　空気吹出口、５６　ベースパネル、５７　コンプレッサ、５８　アキュムレータ、５９　空気吸込口、９０　耐食性寿命診断部品、９１　犠牲陽極層、９２　母材露出部、１００　熱交換器、１５０　熱交換器、２００　室外機、Ｌ　腐食開始ライン、Ｔ１　部分、Ｔ２　部分、Ｔ３　部分、Ｗ　散水範囲。

Claims (13)

1. 　表面にアルミニウム層を有する板状の母材と、
   　前記母材に形成され、亜鉛で構成された犠牲陽極層と、
   　を有し、
   　前記母材の表面は、
   　前記アルミニウム層が露出している母材露出部を有している
   　ことを特徴とする耐食性寿命診断部品。
2. 　前記犠牲陽極層は、
   　前記母材の表面に、帯状に複数形成されており、
   　前記母材は、
   　複数の前記犠牲陽極層の間に前記母材露出部が設けられている
   　ことを特徴とする請求項１に記載の耐食性寿命診断部品。
3. 　前記母材露出部は幅が８～１２ｍｍである
   　ことを特徴とする請求項１又は２に記載の耐食性寿命診断部品。
4. 　前記犠牲陽極層は幅が５ｍｍ以上である
   　ことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載の耐食性寿命診断部品。
5. 　前記母材は、
   　一方の面に前記犠牲陽極層及び前記母材露出部が形成され、
   　他方の面の全面に亜鉛で構成された全面犠牲陽極層が形成されている
   　ことを特徴とする請求項１～４のいずれか一項に記載の耐食性寿命診断部品。
6. 　前記犠牲陽極層は前記母材に接合されたクラッド板から構成されている
   　ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の耐食性寿命診断部品。
7. 　前記犠牲陽極層は、
   　亜鉛溶射、又は亜鉛含有塗装により形成された
   　ことを特徴とする請求項１～５のいずれか一項に記載の耐食性寿命診断部品。
8. 　請求項１～７のいずれか一項に記載の耐食性寿命診断部品と、
   　切欠が一定のピッチで複数形成された平板状の複数のフィンと、
   　前記フィンの前記切欠に取り付けられる直線部、及び両端側に前記直線部が接続され、曲げ加工が施されたヘアピン部を有し、アルミニウムで構成された伝熱管と、
   　を備え、
   　前記伝熱管の外表面には、
   　亜鉛で構成された熱交換器犠牲陽極層が形成されている
   　ことを特徴とする熱交換器。
9. 　前記耐食性寿命診断部品の前記犠牲陽極層は、
   　前記伝熱管の前記熱交換器犠牲陽極層の厚みを含む、予め設定された範囲の厚みである
   　ことを特徴とする請求項８に記載の熱交換器。
10. 　前記耐食性寿命診断部品は、
    　前記フィンからはずれた位置であって前記直線部の端部側に取り付けられている
    　ことを特徴とする請求項８又は９に記載の熱交換器。
11. 　前記耐食性寿命診断部品は、
    　前記母材の他方の表面と前記伝熱管の外表面とが当接するように前記伝熱管に取り付けられている
    　ことを特徴とする請求項８～１０のいずれか一項に記載の熱交換器。
12. 　請求項８～１１のいずれか一項に記載の熱交換器を備えた
    　ことを特徴とする冷凍空調装置。
13. 　前記熱交換器に散水する散水部を備え、
    　前記耐食性寿命診断部品は、
    　前記熱交換器のうち前記散水部の散水範囲の周縁部分に取り付けられた
    　ことを特徴とする請求項１２に記載の冷凍空調装置。

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