JP6074972B2 - ヒートポンプ式冷暖房空調装置 - Google Patents

Description

本発明は、ヒートポンプ式冷暖房空調装置に関する。

近年、自動車に搭載する空調装置として、省エネルギー化の容易なヒートポンプ式冷暖房空調装置が採用されている。ヒートポンプ式冷暖房空調装置は、熱交換器（蒸発器及び凝縮器）や圧縮機、膨張弁等の各機器が熱媒配管により互いに接続されて構成されている。

空調装置が運転されている間、例えば蒸発器周辺は、熱媒に吸熱されるために低い温度になっている。そのため、熱媒配管の外壁において、空気中の水分が結露したり、結露した水分が凍結したりすることがある。

ところで、熱媒配管と各機器との接続や熱媒配管同士の接続が、ロウ付けにより行われているものがある。ロウ付けによる接合部のフィレットにはボイドが形成されることがある。ボイド内に上述の水分が浸入した場合、空調装置の運転状態の変化に応じて水分が凍結と融解とを繰り返すことがある。その結果、水分が膨張と収縮とを繰り返すことによってボイドが応力を受け、フィレットが劣化するおそれがある。

そこで、フィレットの劣化を防止する方法として、ロウ付けによる接合部のフィレットの表面にシリコーンゴム液を塗布する方法が特許文献１に開示されている。特許文献１に開示された発明は、蒸発器のトーチロウ付け部のフィレット表面にシリコーンゴム塗膜を形成し、フィレットに形成されたボイドをシリコーンゴム塗膜で塞いでいる。これにより、ボイド内部へ水分が結露することを防止しようとするものである。

特開２０００−１５８１７７号公報

しかしながら、特許文献１に記載のシリコーンゴム塗膜をヒートポンプ式冷暖房空調装置における熱媒配管のフィレットに適用するには、次のような課題がある。ヒートポンプ式冷暖房空調装置においては、冷房運転時と暖房運転時とにおいて、蒸発器と凝縮器とが入れ替わるよう構成されている。つまり、例えば冷房運転時において蒸発器として機能していた熱交換器が、暖房運転時においては凝縮器として機能するよう構成されている。そのため、熱媒配管に流通する熱媒の温度は、低温から高温まで幅広い範囲で変化する。

それゆえ、特許文献１のように１０〜７０μｍという薄い膜厚にて形成したシリコーンゴム塗膜は、熱媒の温度変化によるフィレットの膨張や収縮に追従できず、シリコーンゴム塗膜の破断や剥離等が起こるおそれがあった。

本発明は、上記の背景に鑑みてなされたもので、耐久性に優れたヒートポンプ式冷暖房空調装置を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、ロウ付けによる接合部を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成され、外壁に貫通穴が形成された熱媒配管と、
上記貫通穴に挿入される小径部と、上記貫通穴よりも大きい外径を有する大径部と、上記小径部と上記大径部との間に構成された段部とを備え、上記接合部を介して上記熱媒配管に接合されたサービスバルブとを有しており、
上記接合部に形成されたフィレットの表面には、平均厚さ１．０ｍｍ以上のシリコーン樹脂よりなる防水膜が形成されており、
上記シリコーン樹脂の線膨張係数は２０×１０^−６〜１００×１０^−６／Ｋであり、
上記フィレットは、上記段部と上記熱媒配管との間に存在しており、
上記接合部は、使用中に到達する最低温度が−２０℃よりも低く、最高温度が８０℃を超えることを特徴とするヒートポンプ式冷暖房空調装置にある（請求項１）。
本発明の他の態様は、ロウ付けによる接合部を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成された熱媒配管を備えており、
上記接合部に形成されたフィレットの表面には、平均厚さ１．０ｍｍ以上のシリコーン樹脂よりなる防水膜が形成されており、
上記防水膜は、上記フィレットの表面上に、上記平均厚さよりも厚さが大きい厚膜部を有しており、
上記シリコーン樹脂の線膨張係数は２０×１０ ^−６ 〜１００×１０ ^−６ ／Ｋであり、
上記接合部は、使用中に到達する最低温度が−２０℃よりも低く、最高温度が８０℃を超えることを特徴とするヒートポンプ式冷暖房空調装置にある（請求項５）。

上記ヒートポンプ式冷暖房空調装置は、上記フィレットの表面に、厚さ１．０ｍｍ以上のシリコーン樹脂よりなる防水膜が形成されている。そのため、上記フィレットにボイドが形成されている場合であっても、上記防水膜により、上記ボイド内部への水分の浸入を防止することができる。その結果、上記ボイドを起点として上記接合部が劣化することを防止できる。

また、上記防水膜は、１．０ｍｍ以上の厚みに形成されているため、十分に強度の高いものとなる。そのため、上記防水膜は、熱媒の温度変化に伴って上記フィレットが膨張したり収縮したりする場合に破断や剥離等が起こりにくく、耐久性に優れたものとなる。その結果、上記フィレットの耐久性が向上し、上記ヒートポンプ式冷暖房空調装置の耐久性を向上させることができる。

以上のように、上記態様によれば、耐久性に優れたヒートポンプ式冷暖房空調装置を提供することができる。

実施例における、熱媒配管の斜視図。 実施例における、熱媒配管のサービスバルブの斜視図。 図２のIII−III線矢視断面図。 図２のIV−IV線矢視断面図。 実施例における、熱媒配管の分岐管の斜視図。 実施例における、熱媒配管の接続アダプタの斜視図。

上記ヒートポンプ式冷暖房空調装置において、上記防水膜の膜厚は１．０ｍｍ以上であり、好ましくは１．５ｍｍ以上がよい。上記防水膜は、膜厚が大きいほど破断や剥離が起こりにくくなり、耐久性に優れたものとなる。なお、上記防水膜の膜厚の上限は特に限定されないが、膜厚を厚くするためにシリコーン樹脂の塗布量を多くすると、塗布したシリコーン樹脂が硬化する前に自重により垂れ落ち、所望の膜厚を得られなくなるおそれがある。かかる現象が発生する塗布量は用いるシリコーン樹脂の粘度によって変化し、粘度が大きいほど塗布量を多くすることができる。

また、上記シリコーン樹脂としては、上記接合部との間に良好な接着性を有するものを用いることができる。上記シリコーン樹脂は、例えば、ＲＴＶ（Room Temperature Vulcanization）ゴム、接着剤、シーラント等の種々の態様のものを採用することができる。

上記熱媒配管はアルミニウムまたはアルミニウム合金から構成されている。そのため、上記熱媒配管を軽量化することが容易となる。

また、上記シリコーン樹脂の線膨張係数は２０×１０^−６〜１００×１０^−６／Ｋである。これにより、上記シリコーン樹脂の線膨張係数がアルミニウムやアルミニウム合金の線膨張係数と比較的近い値となる。そのため、温度変化に伴う上記接合部の膨張や収縮に対して、上記防水膜の膨張や収縮をより追従させやすくなる。その結果、上記防水膜は、上記接合部の温度が変化した場合に、より破断しにくいものとなり、耐久性をより向上させることができる。

また、上記接合部は、使用中に到達する最低温度が−２０℃よりも低く、最高温度が８０℃を超えている。すなわち、上記シリコーン樹脂からなる上記防水膜は、上述したように、耐久性に優れたものとなるため、広い温度範囲において好適に使用することができる。そのため、上記防水膜を形成した上記接合部は、使用中の最低温度が−２０℃よりも低く、最高温度が８０℃を超える場合にも好適に使用することができる。なお、上記最低温度の下限は特に限定されないが、通常の使用環境における下限値は−４０℃である。同様に、上記最高温度の上限も特に限定されないが、通常の使用環境における上限値は１３０℃である。

（実施例）
上記ヒートポンプ式冷暖房空調装置の実施例について、図１〜図６を用いて説明する。図１に示すように、ヒートポンプ式冷暖房空調装置は、ロウ付けによる接合部４を有する熱媒配管１を備えている。そして、図３及び図４に示すように、接合部４に形成されたフィレット４０の表面４００には、厚さ１．０ｍｍ以上のシリコーン樹脂よりなる防水膜５が形成されている。

熱媒配管１は、図１に示すように、主配管１０と、ロウ付けにより主配管１０と接合されたサービスバルブ２、分岐管１１及び接続アダプタ３を有している。主配管１０は、アルミニウム合金製の丸パイプ（Ａ３００３材、外径１／２インチ）よりなり、エンジンルーム等の配置スペースに適合するように適宜屈曲されている。

サービスバルブ２は、空調装置内に熱媒を供給したり、空調装置内の熱媒を排出したりする導排出口として機能するバルブである。サービスバルブ２は時効硬化高力アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなり、図３及び図４に示すように、その一端が主配管１０の外壁に形成された貫通穴１００に挿入されている。そして、サービスバルブ２と主配管１０とが、ＢＡ４０４７材よりなるロウ材によってロウ付けされている。これにより、図３及び図４に示すようにロウ付けによる接合部４がサービスバルブ２の根元に形成され、図２に示すようにサービスバルブ２が主配管１０の軸方向に対して略直交する方向に突出している。

分岐管１１は、主配管１０と同じくＡ３００３材よりなる直径１／２インチの丸パイプを適宜屈曲して形成されている。分岐管１１は、図１及び図５に示すように、その一端と主配管１０の外壁面とが当接するように配されており、当該外壁面に貫通形成された合流穴部（図示略）を通じて熱媒が分岐管１１内へ分岐可能に構成されている。

分岐管１１における主配管１０と当接する側の開口端は、主配管１０の外壁面に沿う形状に形成されているとともに、図５に示すフレア部１１０を有している。フレア部１１０は、分岐管１１の開口端を基端として径方向の外方へ向けて延伸形成されている。そして、フレア部１１０と主配管１０の外壁面とが面接触するように配され、ＢＡ４０４７材よりなるロウ材によって互いにロウ付けされている。これにより、分岐管１１の根元にロウ付けによる接合部４が形成されている。

接続アダプタ３は、時効硬化高力アルミニウムまたはアルミニウム合金よりなり、図６に示すように、熱媒配管１の開口端が挿入される配管挿入口３０と、熱交換器等の熱媒導排口に挿入される機器接続部３１と、接続アダプタ３と機器とを締結するためのボルトを挿入する締結穴３２とを有している。接続アダプタ３は、機器接続部３１を熱媒導排口に挿入するとともに、熱交換器等に締結されることにより、配管挿入口３０に接続された熱媒配管１と熱交換器等の機器との間に熱媒が流通可能となるよう構成されている。なお、本例の接続アダプタ３は、機器接続部３１の外周部にＯリング３１０が配設されており、機器接続部３１を熱媒導排口に挿入した際に、Ｏリング３１０の外周面が熱媒導排口の内周面と密着し、熱媒の漏出を防止可能に構成されている。

接続アダプタ３の配管挿入口３０には、例えば図１及び図６に示すように、主配管１０の開口端が挿入されている。そして、配管挿入口３０と主配管１０とがＢＡ４０４７材よりなるロウ材によってロウ付けされている。これにより、配管挿入口３０にロウ付けによる接合部４が形成されている。

上述したロウ付けによる接合部４には、例えば図３及び図４に示すようにロウ材のフィレット４０が形成されている。そして、フィレット４０の表面４００には、シリコーン樹脂よりなる防水膜５が形成されている。

本例において、防水膜５の厚みは１．０ｍｍである。防水膜５の厚みは、下記式（１）により近似的に算出することができる、防水膜５全体の平均の厚みである。なお、下記式（１）において、ｔ（ｍｍ）は防水膜５の厚みであり、ｍ（ｇ）は塗布した防水膜５の重量であり、ｄ（ｇ／ｃｍ^３）は防水膜５の密度である。また、Ｗ（ｃｍ）は防水膜５の塗布幅である。また、Ｌ（ｃｍ）は防水膜５の塗布長さである。

ｔ＝ｍ／（ｄ×Ｗ×Ｌ）×１０ （１）

従って、上記式（１）に基づいて、防水膜５の重量ｍ、密度ｄ、塗布幅Ｗ及び塗布長さＬの各値を管理することにより、防水膜５の厚みｔを管理することができる。なお、塗布幅Ｗや塗布長さＬの値は、フィレット４０の形状に応じて適切な方法により算出された値を用いることができる。例えばサービスバルブ２の根元に形成されたフィレット４０の場合には、塗布幅Ｗは、図３や図４に示す防水膜５の表面５００における幅ｘを防水膜５全体で平均した値を用いることができる。また、塗布長さＬは、図３に示すように、サービスバルブ２における主配管１０内に挿入配置された部分の外径寸法Ｒから算出される円周の長さを用いることができる。

次に、本例のヒートポンプ式冷暖房空調装置の作用効果を説明する。ヒートポンプ式冷暖房空調装置は、熱媒配管１の接合部４に形成されたフィレット４０の表面４００に、厚さ１．０ｍｍ以上のシリコーン樹脂よりなる防水膜５が形成されている。そのため、フィレット４０にボイドが形成されている場合であっても、防水膜５により、ボイド内部への水分の浸入を防止することができる。その結果、ボイドを起点として接合部４が劣化することを防止できる。

また、防水膜５は、１．０ｍｍ以上の厚みに形成されているため、十分に強度の高いものとなる。そのため、防水膜５は、接合部４が温度変化に伴って膨張したり収縮したりする場合に破断しにくく、耐久性に優れたものとなる。その結果、フィレット４０の耐久性が向上し、ヒートポンプ式冷暖房空調装置の耐久性を向上させることができる。

また、熱媒配管１はアルミニウムまたはアルミニウム合金から形成されている。そのため、熱媒配管１を軽量化することが容易となる。このように軽量化されたヒートポンプ式冷暖房空調装置は、例えば自動車に搭載する場合に、燃費向上の効果を期待することができる。

以上のように、上記ヒートポンプ式冷暖房空調装置は、耐久性に優れたものとなる。

（実験例）
本例は、上記実施例のヒートポンプ式冷暖房空調装置における防水膜の材質や厚みについて検討した例である。本例においては、上記実施例におけるサービスバルブの周辺部を模擬した模擬試料を作製した。その後、該模擬試料に形成されたフィレットに対して材質や厚みを種々変更した防水膜を形成し、表１に示す各種の試験体を作製した。そして、このようにして作製した各試験体を用いて冷熱耐久試験を行い、防水膜の耐久性を評価した。以下に、本実験例の詳細について説明する。

＜模擬試料＞
模擬試料は、上述したように、実施例１におけるサービスバルブ周辺部を模擬して作製した。つまり、Ａ３００３材よりなる直径１／２インチの丸パイプの外壁に貫通穴を形成し、該貫通穴に上記実施例で用いたサービスバルブの一端を挿入した。その後、ＢＡ４０４７材よりなるペースト状のロウ材を用いて、上記丸パイプとサービスバルブの根元とをロウ付けにより接合した。これにより、サービスバルブの根元部分にフィレットを有する模擬試料を得た。

＜シリコーン樹脂＞
シリコーン樹脂としては、以下の２種類の樹脂を使用した。

・樹脂Ａ
品名：ＳＸ７２０ＢＨ（セメダイン社製）
主成分：アクリル変性シリコーン樹脂
密度：１．５７ｇ／ｃｍ^３
線膨張率：８１×１０^−６／Ｋ
硬化前粘度：８５Ｐａ・ｓ

・樹脂Ｂ
品名：ＳＸ７２０Ｗ（セメダイン社製）
主成分：アクリル変性シリコーン樹脂
密度：１．５６ｇ／ｃｍ^３
線膨張率：１１０×１０^−６／Ｋ
硬化前粘度：４５Ｐａ・ｓ

なお、上記硬化前粘度は、２３℃にて測定した粘度の代表的な値である。

上記２種類のシリコーン樹脂を、塗布量を種々変更して模擬試料のフィレットの表面に塗布した後、シリコーン樹脂を硬化させて防水膜を形成した。これにより、表１に示すように防水膜の厚みを種々の値に変化させた試験体（試験体１〜試験体３２）を得た。

なお、防水膜の厚みは、上記式（１）に基づいて防水膜の重量ｍ、密度ｄ、塗布幅Ｗ及び塗布長さＬの各値から算出した値である。また、塗布幅Ｗ及び塗布長さＬの算出方法については、上記実施例において説明した方法を用いた。

＜冷熱耐久試験＞
表１に示す各試験体を−４０℃の雰囲気下に２０分間置いた後１３０℃の雰囲気下に２０分間置くサイクルを１サイクルとし、このサイクルを１５００回繰り返し行った。そして、最後のサイクルの終了後、各試験体を室温環境下に放置し、試験体の温度を室温に戻した。その後、試験体の温度が室温に戻った状態で防水膜の目視観察を行い、防水膜の破断や剥離の有無を確認した。表１に目視観察の結果を示す。

表１より知られるように、防水膜の厚みが１．０ｍｍ以上である試験体は、樹脂Ａまたは樹脂Ｂのいずれのシリコーン樹脂を用いた場合にも、冷熱耐久試験によって防水膜の破断や剥離が認められなかった。

また、樹脂Ａよりなる防水膜は膜厚が１．０ｍｍ以下であっても冷熱耐久試験後に破断等が認められなかったのに対し、樹脂Ｂよりなる防水膜は冷熱耐久試験後に破断する場合があった（試験体３１）。つまり、樹脂Ａよりなる防水膜は、樹脂Ｂよりなる防水膜よりも耐久性に優れる可能性がある。

これは、樹脂Ａの線膨張係数が２０×１０^−６〜１００×１０^−６／Ｋの範囲内であるためと考えられる。つまり、シリコーン樹脂の線膨張係数が上記特定の範囲内にある場合には、シリコーン樹脂の線膨張係数がアルミニウムやアルミニウム合金の線膨張係数と比較的近い値となるため、温度変化に伴う接合部の膨張や収縮に対して防水膜の膨張や収縮をより追従させやすくなる。その結果、防水膜は、接合部の温度が変化した場合に、より破断しにくいものとなり、耐久性をより向上させることができると考えられる。

また、本例の模擬試料におけるフィレットは、冷熱耐久試験における最低温度が−４０℃であり、最高温度が１３０℃であった。そのため、本例のように形成される防水膜は、使用中に到達する最低温度が−２０℃よりも低く、最高温度が８０℃を超える環境下で好適に使用することができる。

なお、ロウ付けによる接合部は、実施例１に示したサービスバルブや分岐管、接続アダプタと熱媒配管との接続部に限定されることはなく、熱媒配管にロウ付けによる接合部が形成されていれば、上記防水膜を適用することができる。

１ 熱媒配管
４ 接合部
４０ フィレット
４００ 表面
５ 防水膜

Claims (7)

1. ロウ付けによる接合部（４）を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成され、外壁に貫通穴（１００）が形成された熱媒配管（１０）と、
   上記貫通穴に挿入される小径部と、上記貫通穴よりも大きい外径を有する大径部と、上記小径部と上記大径部との間に構成された段部とを備え、上記接合部を介して上記熱媒配管に接合されたサービスバルブ（２）とを有しており、
   上記接合部に形成されたフィレット（４０）の表面（４００）には、平均厚さ１．０ｍｍ以上のシリコーン樹脂よりなる防水膜（５）が形成されており、
   上記シリコーン樹脂の線膨張係数は２０×１０^−６〜１００×１０^−６／Ｋであり、
   上記フィレットは、上記段部と上記熱媒配管との間に存在しており、
   上記接合部は、使用中に到達する最低温度が−２０℃よりも低く、最高温度が８０℃を超えることを特徴とするヒートポンプ式冷暖房空調装置。
2. 上記防水膜は、上記熱媒配管と、上記フィレットと、上記サービスバルブとを覆っていることを特徴とする、請求項１に記載のヒートポンプ式冷暖房空調装置。
3. 上記フィレットは、上記小径部の挿入方向から上記大径部を上記熱媒配管の外表面に投影したときの輪郭線よりも外側まで広がっていることを特徴とする、請求項１または２に記載のヒートポンプ式冷暖房空調装置。
4. 上記防水膜は、上記フィレットの表面上に、上記平均厚さよりも厚さが大きい厚膜部を有していることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載のヒートポンプ式冷暖房空調装置。
5. ロウ付けによる接合部（４）を有し、アルミニウムまたはアルミニウム合金から構成された熱媒配管（１、１０、１１）を備えており、
   上記接合部に形成されたフィレット（４０）の表面（４００）には、平均厚さ１．０ｍｍ以上のシリコーン樹脂よりなる防水膜（５）が形成されており、
   上記防水膜は、上記フィレットの表面上に、上記平均厚さよりも厚さが大きい厚膜部を有しており、
   上記シリコーン樹脂の線膨張係数は２０×１０ ^−６ 〜１００×１０ ^−６ ／Ｋであり、
   上記接合部は、使用中に到達する最低温度が−２０℃よりも低く、最高温度が８０℃を超えることを特徴とするヒートポンプ式冷暖房空調装置。
6. 上記防水膜の平均厚さは１．５ｍｍ以上であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載のヒートポンプ式冷暖房空調装置。
7. 上記防水膜は、アクリル変性シリコーン樹脂より構成されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載のヒートポンプ式冷暖房空調装置。

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