JP6522178B1 - 冷媒分流器及び空気調和機 - Google Patents
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Abstract
Description
図1に示されているように、冷媒分流器10は、例えば空気調和機が備える熱源側の熱交換器1に適用される。空気調和機は、図示省略されているが、例えば、熱源側の熱交換器1以外にも蒸気圧縮式冷凍サイクルを行うために熱源側の熱交換器1と対をなす利用側の熱交換器、熱源側の熱交換器1と利用側の熱交換器に流れる冷媒を循環させる圧縮機、冷媒の流れを切り換える四方弁及び熱交換器1に流れる気流を発生する送風ファンなどを備える。空気調和機は、例えば冷房運転と暖房運転とを切り換えて行えるように構成されており、熱交換器1の中を流れる冷媒の向きは、冷房運転時と暖房運転時で反対になる。なお、ここでは、冷媒が、蒸気圧縮式冷凍サイクルにおいて、実質的に気体状態の冷媒からなるガス冷媒、実質的に液体状態の冷媒からなる液冷媒、及び気体の状態と液体の状態の冷媒が入り混じっている気液二相状態の冷媒に変化する場合を例に挙げて説明する。また、以下の冷媒分流器10の説明においては、主に熱交換器1が蒸発器として用いられる場合を例として説明する。このような場合には、後述する第1冷媒管20が冷媒流入管となり、第2冷媒管30が冷媒流出管となる。
(2−1)本体40
本体40は、第1部材43と、第2部材44とを含んでいる。腐食防止の観点からは、第1部材43と第2部材44とが同じ材質であることが好ましい。ここで、第1部材43及び第2部材44は、同じアルミニウム合金であるAl‐Mn系アルミニウム合金からなる。第1部材43は、円柱状の部材に第1穴45が形成された構成を有し、第2部材44は、有天円筒状の部材の天面に複数の第2穴47が形成された構成を有する。この第2部材44は、凹部46を持っており、この凹部46に第1部材43が嵌め込まれている。
第1冷媒管20は、アルミニウム合金製の円管状の第1心材21と、第1心材21の外周面の全面に形成されている第3犠牲陽極層22とを有している。防食の観点から、第1心材21の材質は、本体40と同じ材質で構成されることが好ましい。ここでは、第1心材21がAl‐Mn系アルミニウム合金で形成されている。第3犠牲陽極層22に用いられるアルミニウム合金としては、例えば亜鉛(Zn)とマグネシウム(Mg)が添加されたアルミニウム合金(Al‐Zn‐Mg系アルミニウム合金)がある。Al‐Zn‐Mg系アルミニウム合金としては、例えばJISH4080で規定されている合金番号7000番台のアルミニウム合金がある。第1心材21の材質であるAl‐Mn系アルミニウム合金と、第3犠牲陽極層22の材質であるAl‐Zn‐Mg系アルミニウム合金とを比較すると、Al‐Mn系アルミニウム合金よりもAl‐Zn‐Mg系アルミニウム合金の方が卑な金属になるように設定されている。
各第2冷媒管30は、アルミニウム合金製の円管状の第2心材31と、第2心材31の外周面の全面に形成されている第3犠牲陽極層32とを有している。防食の観点から、第2心材31の材質は、本体40と同じ材質で構成されることが好ましい。ここでは、第2心材31がAl‐Mn系アルミニウム合金で形成されている。また、ここでは、第2冷媒管30の第3犠牲陽極層32は、第1冷媒管20の第3犠牲陽極層22と同じ材質で形成されている。各第2冷媒管30においても第1冷媒管20と同様に、第2心材31の材質と第3犠牲陽極層32の材質とを比較すると、第2心材31の材質よりも第3犠牲陽極層32の材質が卑な金属になるように設定されている。
第1板50は、本体40と接合される前においては図4に示されているように、一方主面51と他方主面52とを有している。第1板50は、本体40と接合される前においては、本体40と同じ材質からなる第1板状心材53と、第1板状心材53の上に直接形成されて一方主面51に配置されている第1犠牲陽極層54と、他方主面52の全面に形成されているろう材層55とを有している。第1板状心材53の両面に配置されている第1犠牲陽極層54とろう材層55は、例えば圧延接合によって第1板状心材53にクラッドされている。第1板50の厚みは、例えば1mm〜2mmである。この第1板50の一方主面51が大気に曝され、他方主面52が本体40の第1面41に接合される。
第2板60は、本体40と接合される前においては図5に示されているように、一方主面61と他方主面62とを有している。第2板60は、本体40と接合される前においては、本体40と同じ材質からなる第2板状心材63と、第2板状心材63の上に直接形成されて一方主面61に配置されている第2犠牲陽極層64と、他方主面62の全面に形成されているろう材層65とを有している。第2板状心材63の両面に配置されている第2犠牲陽極層64とろう材層65は、例えば圧延接合によって第2板状心材63にクラッドされている。第2板60の厚みは、例えば1mm〜2mmである。この第2板60の一方主面61が大気に曝され、他方主面62が本体40の第2面42に接合される。
(3−1)
本体40の第1面41には第1板50が接合され、本体40の第2面42には第2板60が接合されている。そして、第1板50は、大気に曝される外面である一方主面51に第1犠牲陽極層54を有しており、第2板60は、大気に曝される外面である一方主面61に第2犠牲陽極層64を有している。ここで、本体40に対する第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64とは、本体40よりも電気化学的に卑な層であることを意味する。つまり、冷媒分流器10の腐食が発生する環境下においては、第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64から本体40に電子が供給され、本体40よりも第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64が先に腐食して本体40の腐食を抑制する犠牲陽極効果を、第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64が発揮する。
第1冷媒管20の第1心材21及び第2冷媒管30の第2心材31がアルミニウム合金製であるが、これら第1心材21及び第2心材31の腐食が第3犠牲陽極層22,32によって抑制されている。これら第3犠牲陽極層22,32は、第1心材21及び第2心材31だけでなく、アルミニウム合金製の本体40の影響も受ける。もし、冷媒分流器10が第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64を有していなければ、第3犠牲陽極層22,32のうちの本体40の近傍の箇所が本体40から遠い他の箇所に比べて速く侵食される可能性が高くなる。特に、円形開口部45b,47bの中の第3犠牲陽極層22,32の侵食が速く進むと、円形開口部45b,47bと第1心材21及び第2心材31との間に生じる隙間によって冷媒が漏洩するリスクが高くなる。このような本体40の近傍の第3犠牲陽極層22,32の侵食が第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64によって抑制されるので、第1冷媒管20及び複数の第2冷媒管30の耐食性が向上する。
第2部材44の凹部46の周囲の円筒壁46cの壁の厚みt1が厚くなるほど、円筒壁46cに生じる孔食に起因して冷媒の漏洩が発生するまでの期間が長くなる。そして、本体40の第1面41及び第2面42の腐食が第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64で抑制され、腐食の観点で見たときの耐用年数は第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64によって延ばすことができる。従って、第2部材44の凹部46の周囲の円筒壁46cを厚くすることによって、第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64によって延びる箇所の耐用年数に合わせて本体40の全体の耐食性を容易に向上させることができる。
本体40のアルミニウム合金製の第1部材43及び第2部材44には犠牲陽極層が形成されていない。つまり、アルミニウム合金製のブロック、例えばアルミニウム合金からなる棒状部材を切削加工して第1部材43及び第2部材44を形成することができる。容易に入手できるアルミニウムブロックまたはアルミニウム合金ブロックで本体40を構成できるということは、第1部材43及び第2部材44に犠牲陽極層が直接形成されている部材を加工する場合に比べて、安価に冷媒分流器10を提供できることにつながる。
第1部材43の円形開口部45bと第1板50の開口部56からなる第1嵌入孔に、第3犠牲陽極層22が外周面に形成されている第1冷媒管20をそのまま嵌入するようにしたことで組み立て易さを向上させるとともに、第3犠牲陽極層22の腐食の抑制を第1犠牲陽極層54により行って耐食性を保たせることができる。同様に、第2部材44の円形開口部47bと第2板60の開口部66からなる第2嵌入孔に、第3犠牲陽極層32が外周面に形成されている第2冷媒管30をそのまま嵌入するようにしたことで組み立て易さを向上させるとともに、第3犠牲陽極層32の腐食の抑制を第2犠牲陽極層64により行って耐食性を保たせることができる。その結果、組み立てが容易で耐食性に優れた冷媒分流器10を提供することができる。
上記実施形態では、第1板50の突起57及び第2板60の突起67がフールプルーフ構造である。突起57,67は、第1犠牲陽極層54が第1面41に接合されたり、第2犠牲陽極層64が第2面42に接合されたりする組み立ての誤りを防止する。これら突起57,67は、組み立ての誤りによって耐食性が付与されないまたは耐食性が低くなるという不具合を防止している。
第1板50の第1板状心材53が第1犠牲陽極層54よりも電気化学的に貴であり、第2板60の第2板状心材63が第2犠牲陽極層64よりも電気化学的に貴であるので、本体40を防食しつつ第1板50及び第2板60の腐食速度を低下させることができる。
第1板50及び第2板60は、本体40と同じ材質であるAl-Mn系アルミニウム合金からなる第1板状心材53及び第2板状心材63を有している。このように、第1板50及び第2板60が本体40と同じ材質のアルミニウム合金であることにより、第1板50及び第2板60が本体40と異なる材質で構成される場合に比べて、第1板状心材53及び第2板状心材63の上に直接形成された第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64による腐食抑制の作用が複雑にならない。つまり、第1板状心材53、第2板状心材63及び本体40を単一材質の1つの部品とみなしてシンプルに耐食性に係る耐用年数を予測することができる。
第1板50と第1面41との接合部分及び第2板60と第2面42との接合部分に、上記実施形態ではAl‐Si系アルミニウム合金からなるろう材を有している。このろう材によって第1板50と本体40との間及び第2板60と本体40との間の全面の良好な接合を確保でき、例えば接合されない部分の隙間により本体40、第1板状心材53及び第2板状心材63の表面積が増加することによって防食面積が増加するのを抑制することができ、第1犠牲陽極54層及び第2犠牲陽極層64による防食効果を効率化することができる。
(4−1)変形例1A
上記実施形態では、本体40がアルミニウム合金である場合について説明したが、本体40はアルミニウムで形成されてもよい。アルミニウム製の本体40に対する第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64は、アルミニウムよりも卑な金属からなる。アルミニウムとしては、例えば、JISH4040で規定されている合金番号1000番台のアルミニウムがある。このようなアルミニウム製の本体に対しても、Al‐Zn‐Mg系アルミニウム合金からなる層を第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64として用いることができる。同様に、熱交換部3、連結ヘッダ4、第1ヘッダ集合管5、第2ヘッダ集合管6、第1冷媒管20の第1心材21及び第2冷媒管30の第2心材31は、アルミニウムからなるものであってもよい。アルミニウム製の第1心材21及び第2心材31に対する第3犠牲陽極層22,32は、アルミニウムよりも電気化学的に卑な金属からなる。
上記実施形態では、本体40の第1面41及び第2面42が平面であることから、第1板50及び第2板60も平板である。しかし、第1板50及び第2板60は、平板に限られるものではなく、例えば第1面41及び第2面42が曲面である場合には、第1面41及び第2面42に合わせて第1板50及び第2板60を湾曲させてもよい。また、第1面41に1枚の第1板50を接合し、第2面42に1枚の第2板60を接合する場合について説明したが、第1板50及び第2板60は複数に分割されていてもよい。また、本体40の円筒状の側面にまで、犠牲陽極層が形成された板を接合してもよい。
上記実施形態では、第1冷媒管20及び第2冷媒管30の第3犠牲陽極層22,32が互いに同じ材質で構成されている場合について説明した。しかし、第1冷媒管20と第2冷媒管30の第3犠牲陽極層32とが異なる材質で構成されていてもよい。第1冷媒管20の第3犠牲陽極層22は、第1心材21よりも電気化学的に卑な金属で形成されればよく、第2冷媒管30の第3犠牲陽極層32は、第2心材31よりも電気化学的に卑な金属で形成されればよい。
上記実施形態では、本体40、第1冷媒管20の第1心材21及び第2冷媒管30の第2心材31が互いに同じ材質で構成されている場合について説明した。しかし、これらが異なる材質で構成されていてもよい。例えば、アルミニウム合金で本体40、第1心材21及び第2心材31が形成される場合に、合金に含まれるアルミニウム以外の金属の種類及び/または金属の配合比率を異ならせることで、本体40、第1心材21及び第2心材31が互いに異なる材質で構成されていてもよい。
上記実施形態では、第1冷媒管20及び第2冷媒管30並びに第1心材21及び第2心材31が円管である場合について説明したが、第1冷媒管20及び第2冷媒管30並びに第1心材21及び第2心材31は円管以外の管状であってもよく、例えば冷媒の流れ方向に垂直なそれらの断面の形状が楕円形であってもよい。
上記実施形態では、本体40が第1部材43と第2部材44とで構成されている場合について説明した。しかし、本体40は、3つ以上の部材から構成されてもよく、また、1つの部材から構成されてもよい。
上記実施形態では、第3犠牲陽極層22,32が円形開口部45b,47bの中にまで挿入されている場合について説明した。しかし、第3犠牲陽極層22,32が円形開口部45b,47bの中にまで挿入されない構成であってもよく、例えば、第1冷媒管20及び第2冷媒管30のうちの円形開口部45b,47bの中に挿入される部分の第3犠牲陽極層22,32が削り取られていてもよく、その様な構成であっても、第1犠牲陽極層54及び第2犠牲陽極層64によって、本体40の腐食をムラなく抑制する効果を奏する。
上記実施形態では、第1板50が第1板状心材53と第1犠牲陽極層54とを含んで構成され、第2板60が第2板状心材63と第2犠牲陽極層64とを含んで構成されている場合について説明した。上述のような構成以外に、第1板50の第1板状心材53と第1犠牲陽極層54が単一材質の単一の層で構成され、第2板60の第2板状心材63と第2犠牲陽極層64が単一材質の単一の層で構成されている構成でも、円形開口部45b,47bの中にまで延びている第3犠牲陽極層22,32の腐食を防ぐように構成することができる。
上記実施形態では、フールプルーフ構造として、第1板50及び第2板60に形成された突起57,67について説明した。しかし、フールプルーフ構造は、これら突起57,67に限られるものではない。例えば、第1板50及び第2板60の一方主面51,61に刻印を施してもよい。「接合面」などの文字を刻印すれば、他方主面52,62を本体40の第1面41及び第2面42に誤って合わせれば、必然的に「接合面」などの文字が組み立て作業者の目に留まり、組み立ての誤りを防ぐことができる。また、本体40の第1面41及び第2面42を凸状の曲面とするとともに第1板50及び第2板60の一方主面51,61を凹状の曲面としてもよい。このようなフールプルーフ構造では、凸状の曲面である第1板50及び第2板60の他方主面52,62を、凸状の第1面41及び第2面42に合わせようとしても一致しないことから第1板50及び第2板60が浮き上がり、誤った組み立てが防止される。
20 第1冷媒管
21 第1心材
22,32 第3犠牲陽極層
30 第2冷媒管
31 第2心材
40 本体
43 第1部材
44 第2部材
50 第1板
53 第1板状心材
54 第1犠牲陽極層
57,67 突起(フールプルーフ構造の例)
60 第2板
63 第2板状心材
64 第2犠牲陽極層
Claims (10)
- 冷媒が流れる第1冷媒管(20)と、
冷媒が流れる複数の第2冷媒管(30)と、
前記第1冷媒管が接続される第1面及び前記複数の第2冷媒管が接続される第2面を有し、前記第1冷媒管から流入する冷媒を前記複数の第2冷媒管に分流させる、または前記複数の第2冷媒管から流入する冷媒を前記第1冷媒管に合流させるアルミニウム製またはアルミニウム合金製の本体(40)と、
前記第1面に接合され、大気に曝される外面に、前記本体に対する第1犠牲陽極層(54)を有する第1板(50)と、
前記第2面に接合され、大気に曝される外面に、前記本体に対する第2犠牲陽極層(64)を有する第2板(60)と
を備える、冷媒分流器。 - 前記第1冷媒管及び前記複数の第2冷媒管は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の管状の第1心材(21)及び第2心材(31)と、前記第1心材及び前記第2心材に対して前記第1心材及び前記第2心材の外周面に形成されている第3犠牲陽極層(22,32)とを有する、
請求項1に記載の冷媒分流器。 - 前記本体は、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の筒状の第1部材(43)と、前記第1部材が嵌入される凹部を持ち前記第1部材と同じ材質である第2部材(44)とを含み、前記第1部材が前記凹部に嵌め込まれる側とは反対側に前記第1面を持ち、前記第2部材が前記凹部とは反対側に前記第2面を持ち、前記第1部材が嵌め込まれた前記凹部の中に冷媒を分流する空間が形成されている、
請求項1または請求項2に記載の冷媒分流器。 - 前記第1部材及び前記第2部材には、犠牲陽極層が形成されていない、
請求項3に記載の冷媒分流器。 - 前記第1部材及び前記第1板は、前記第1面に前記第1冷媒管の嵌入されている第1嵌入孔を持ち、
前記第2部材及び前記第2板は、前記第2面に前記複数の第2冷媒管の嵌入されている複数の第2嵌入孔を持つ、
請求項3または請求項4に記載の冷媒分流器。 - 前記第1板及び前記第2板は、それぞれ前記第1犠牲陽極層の側及び前記第2犠牲陽極層の側が前記第1面及び前記第2面に接合されるのを妨げるフールプルーフ構造(57,67)を有する、
請求項1から5のいずれか一項に記載の冷媒分流器。 - 前記第1板は、前記第1犠牲陽極層よりも電気化学的に貴な第1板状心材(53)を有し、前記第1犠牲陽極層が前記第1板状心材の上に直接形成されており、
前記第2板は、前記第2犠牲陽極層よりも電気化学的に貴な第2板状心材(63)を有し、前記第2犠牲陽極層が前記第2板状心材の上に直接形成されている、
請求項1から6のいずれか一項に記載の冷媒分流器。 - 前記本体は、アルミニウム合金製であり、
前記第1板状心材及び前記第2板状心材は、前記本体と同じ材質からなる、
請求項7に記載の冷媒分流器。 - 前記第1板と前記第1面がろう材によって接合され、前記第2板と前記第2面がろう材によって接合されている、
請求項1から8のいずれか一項に記載の冷媒分流器。 - 請求項1から9のいずれか一項に記載の冷媒分流器を備える空気調和機。
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