(57)【要約】【課題】  銅管表面に形成される防食層の膜厚を最適化することにより、伝熱管および熱交換器の防食能力の最適化を図る。【解決手段】  銅管１′の外表面に、スズまたはスズ合金からなり、膜厚ｄが３μｍ〜５００μｍの防食層３を形成して、結露水によって侵食されることがなくなるようにするとともに、防食層３の膜厚ｄの最適化を図ることができるようにする。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅管（１′）の外表面にスズまたはスズ合金からなり、膜厚（ｄ）が３μｍ〜５００μｍの防食層（３）を形成したことを特徴とする伝熱管。
【請求項２】
前記防食層（３）を、スズ中にニッケル、銅、コバルト、亜鉛、アルミニウムを単独または複合して０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲で添加した合金層により形成したことを特徴とする請求項１記載の伝熱管。
【請求項３】
前記防食層（３）を、スズまたはスズ合金の融点以上に加熱して融解させた後再度凝固させて形成したことを特徴とする請求項１および２のいずれか一項記載の伝熱管。
【請求項４】
請求項１、２および３のいずれか一項記載の伝熱管（１）を用いて伝熱部（Ｚ1）、ヘアピン部（Ｚ2）およびヘッダ部（Ｚ3）を構成するとともに、前記伝熱部（Ｚ1）には、前記伝熱管（１）と直交するアルミニウム製の多数の板状フィン（２），（２）・・を配設したことを特徴とする熱交換器。
【請求項５】
前記伝熱管（１）内において液冷媒を蒸発させ、その際に発生する蒸発熱で前記伝熱管（１）の外面を冷却するように構成したことを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項６】
前記伝熱管（１）内において低温のブラインを流して、前記伝熱管（１）の外面を冷却するように構成したことを特徴とする請求項４記載の熱交換器。
【請求項７】
前記板状フィン（２），（２）・・および前記防食層（３）の表面においてのみ結露水が発生し、接触するように構成したことを特徴とする請求項５および６のいずれか一項記載の熱交換器。
【請求項８】
前記防食層（３）を、溶融したスズまたはスズ合金を前記銅管（１′）の外表面に被覆した後、凝固させることにより形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６および７のいずれか一項記載の伝熱管。
【請求項９】
前記防食層（３）を、前記銅管（１′）を陰極、スズまたはスズ合金（１５）を陽極とした電気メッキ法により形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６および７のいずれか一項記載の伝熱管。
【請求項１０】
前記防食層（３）を、減圧雰囲気中でスズまたはスズ合金を前記銅管（１′）の外表面に蒸着させることにより形成したことを特徴とする請求項１、２、３、４、５、６および７のいずれか一項記載の伝熱管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、耐食性に優れた伝熱管および該伝熱管を用いた耐食性に優れた熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品貯蔵庫や食品加工場において使用されている空気調和機（冷媒蒸発器やブライン熱交換器を備えた空気調和機）は、冷媒配管として銅管が主に使用されている。
【０００３】
図９（イ）に示すように、銅管１に対して直交する多数の板状フィン２，２・・を配設した熱交換器の場合、食品中に含まれている微量の有機酸やアンモニアや硫化物などが気化して銅管１表面の結露水Ｗに溶解すると、腐食性の強い環境を形成し、銅管１表面を侵食し、微小な穴Ｈを開けて、その穴Ｈを介して冷媒が漏洩し、空気調和機が運転できなくなるケースが経験されている。符号２ａはフィンカラーである。
【０００４】
このような腐食による冷媒やブラインの漏れ対策として従来から採用されている方法は、熱交換器を組み立てた後工程において、熱交換器の全面またはヘッダ部やヘアピン部に有機樹脂製の塗料を塗布することにより防食処理を実施している。有機樹脂製塗料の塗布方法としては、ハケ塗り、ディップ（浸漬）、電着塗装などが採用されている。
【０００５】
ところが、有機樹脂で完全にシールされている部分の金属は、腐食を受けることはないが、実際には、このような塗装をされた熱交換器においても腐食による冷媒漏れが多数経験されている。例えば、図９（ロ）に示すように、熱交換器を組み立てた後工程において塗料Ｐを塗布することにより防食処理を施した場合、板状フィン２，２・・で覆われている伝熱管１の表面には、板状フィン２と伝熱管１との間に微小な隙間Ｓが形成されているのであるが、この隙間Ｓへは塗料Ｐが入り込まないことが多く、その場合には、この部分（即ち、隙間Ｓ）に塗り残しが発生する。食品分野では、熱交換器は蒸発器（例えば、冷房、冷凍）として使用されるため、熱交換器の外面において結露水Ｗが発生する。熱交換器全面を塗装している場合、塗り残し部分は金属面が露出しているため、熱伝導性が高くなるところから、この部分での結露が多くなる。その結果、わずかの金属露出部が集中して腐食を受け易くなり、未塗装の場合よりも腐食による穴Ｈが形成され易くなって、貫通冷媒漏れが早まる危険性もある。しかも、熱伝導性の低い有機樹脂を塗装すると、熱交換器の能力が低下するために、必要以上に熱交換器を大きくすることになり、経済性を損なうこととなるおそれもある。また、実際には腐食による侵食が問題になるのは伝熱管であるが、ディッピングや電着による塗装では、防食処理のあまり必要でないフィンへの塗料付着が多くなり、ここでも経済性を損なうこととなるおそれがある。
【０００６】
ところで、この種の熱交換器において、熱交換器を組み立てる前の工程において、伝熱管として用いられる銅管の表面にスズまたはスズ合金からなる防食層を形成する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【０００７】
【特許文献１】特開平１１−２５６３５８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１に開示されている技術は、板状フィンを組みつける前の銅管の表面にスズまたはスズ合金からなる防食層を形成するものであり、防食層の膜厚の最適化については、言及されていない。
【０００９】
本願発明は、上記の点に鑑みてなされたもので、銅管表面に形成される防食層の膜厚を最適化することにより、伝熱管および熱交換器の防食能力の最適化を図ることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本願発明では、上記課題を解決するための第１の手段として、銅管１′の外表面に、スズまたはスズ合金からなり、膜厚ｄが３μｍ〜５００μｍの防食層３を形成している。
【００１１】
上記のように構成したことにより、スズまたはスズ合金は、銅管１′に比べて食品から発生する有機酸やアンモニアや硫化物に対して耐食性が高いところから、結露水によって侵食されることがなくなる。しかも、防食層３の膜厚ｄを３μｍ〜５００μｍの範囲に設定したことにより、防食層３の膜厚ｄの最適化を図ることができる。なお、防食層３の膜厚ｄを３μｍ未満とすると、必要な防食能力が得られないし、防食層３の膜厚ｄを５００μｍ以上としても、防食能力が飽和し、コストアップとなる。
【００１２】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第２の手段として、上記第１の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、スズ中にニッケル、銅、コバルト、亜鉛、アルミニウムを単独または複合して０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲で添加した合金層により形成することもでき、そのように構成した場合、防食層３の防食能力を向上させることができる。なお、添加元素の添加量を０．１ｗｔ％未満とした場合には、添加元素の効果が得られないし、添加元素の添加量を５０ｗｔ％以上とした場合、防食層３が硬くなり、伝熱管１の加工時に亀裂が生じることとなって、耐食性が低下する。
【００１３】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第３の手段として、上記第１又は第２の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、スズまたはスズ合金の融点以上に加熱して融解させた後再度凝固させて形成することもでき、そのように構成した場合、単に防食層３を形成しただけでは、防食層３にピンホール２０が発生することがあるが、スズまたはスズ合金の融点以上に加熱して融解させた後再度凝固させることにより、ピンホール２０が消失し、防食性が向上することとなる。
【００１４】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第４の手段として、上記第１、第２又は第３の手段を備えた伝熱管１を用いて熱交換器の伝熱部Ｚ1、ヘアピン部Ｚ2およびヘッダ部Ｚ3を構成するとともに、前記伝熱部Ｚ1に、前記伝熱管１と直交するアルミニウム製の多数の板状フィン２，２・・を配設することもでき、そのように構成した場合、防食能力に優れた熱交換器が得られる。
【００１５】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第５の手段として、上記第４の手段を備えた熱交換器において、前記伝熱管１内において液冷媒を蒸発させ、その際に発生する蒸発熱で前記伝熱管１の外面を冷却するように構成することもでき、そのように構成した場合、防食性に優れた伝熱管１内において発生する液冷媒の蒸発熱で伝熱管１の外面が冷却されることとなり、防食性に優れた熱交換器が得られる。
【００１６】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第６の手段として、上記第４の手段を備えた熱交換器において、前記伝熱管１内において低温のブラインを流して、前記伝熱管１の外面を冷却するように構成することもでき、そのように構成した場合、防食性に優れた伝熱管１内において低温のブラインを流すことにより、前記伝熱管１の外面が冷却されることとなり、防食性に優れた熱交換器が得られる。
【００１７】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第７の手段として、上記第５又は第６の手段を備えた熱交換器において、前記板状フィン２，２・・および前記防食層３の表面においてのみ結露水が発生し、接触するように構成することもでき、そのように構成した場合、板状フィン２，２・・および防食層３の表面においてのみ結露水が発生し、接触することとなり、防食性に優れた熱交換器が得られる。
【００１８】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第８の手段として、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、溶融したスズまたはスズ合金を前記銅管１′の外表面に被覆した後、凝固させることにより形成することもでき、そのように構成した場合、溶融したスズまたはスズ合金を銅管１′の外表面に被覆した後、凝固させるという簡単な方法で防食層３を形成することができる。
【００１９】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第９の手段として、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、前記銅管１′を陰極、スズまたはスズ合金１５を陽極とした電気メッキ法により形成することもでき、そのように構成した場合、電気メッキにより簡単に防食層３を形成することができる。
【００２０】
本願発明では、さらに、上記課題を解決するための第１０の手段として、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、減圧雰囲気中でスズまたはスズ合金を前記銅管１′の外表面に蒸着させることにより形成することもでき、そのように構成した場合、減圧雰囲気中でスズまたはスズ合金を銅管１′の外表面に蒸着させるという簡単な方法で防食層を形成することができる。
【発明の効果】
【００２１】
本願発明の第１の手段によれば、銅管からなる伝熱管の外表面に、スズまたはスズ合金からなり、膜厚ｄが３μｍ〜５００μｍの防食層を形成しているので、スズまたはスズ合金は、銅管１′に比べて食品から発生する有機酸やアンモニアや硫化物に対して耐食性が高いところから、結露水によって侵食されることがなくなるという効果が得られる。しかも、防食層３の膜厚ｄを３μｍ〜５００μｍの範囲に設定したことにより、防食層３の膜厚ｄの最適化を図ることができるという効果もある。なお、防食層３の膜厚ｄを３μｍ未満とすると、必要な防食能力が得られないし、防食層３の膜厚ｄを５００μｍ以上としても、防食能力が飽和し、コストアップとなる。
【００２２】
本願発明の第２の手段におけるように、上記第１の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、スズ中にニッケル、銅、コバルト、亜鉛、アルミニウムを単独または複合して０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲で添加した合金層により形成することもでき、そのように構成した場合、防食層３の防食能力を向上させることができる。なお、添加元素の添加量を０．１ｗｔ％未満とした場合には、添加元素の効果が得られないし、添加元素の添加量を５０ｗｔ％以上とした場合、防食層３が硬くなり、伝熱管１の加工時に亀裂が生じることとなって、耐食性が低下する。
【００２３】
本願発明の第３の手段におけるように、上記第１又は第２の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、スズまたはスズ合金の融点以上に加熱して融解させた後再度凝固させて形成することもでき、そのように構成した場合、単に防食層３を形成しただけでは、防食層にピンホール２０が発生することがあるが、スズまたはスズ合金の融点以上に加熱して融解させた後再度凝固させることにより、ピンホール２０が消失し、防食性が向上することとなる。
【００２４】
本願発明の第４の手段におけるように、上記第１、第２又は第３の手段を備えた伝熱管１を用いて熱交換器の伝熱部Ｚ1、ヘアピン部Ｚ2およびヘッダ部Ｚ3を構成するとともに、前記伝熱部Ｚ1に、前記伝熱管１と直交するアルミニウム製の多数の板状フィン２，２・・を配設することもでき、そのように構成した場合、防食能力に優れた熱交換器が得られる。
【００２５】
本願発明の第５の手段におけるように、上記第４の手段を備えた熱交換器において、前記伝熱管１内において液冷媒を蒸発させ、その際に発生する蒸発熱で前記伝熱管１の外面を冷却するように構成することもでき、そのように構成した場合、防食性に優れた伝熱管１内において発生する液冷媒の蒸発熱で伝熱管１の外面が冷却されることとなり、防食性に優れた熱交換器が得られる。
【００２６】
本願発明の第６の手段におけるように、上記第４の手段を備えた熱交換器において、前記伝熱管１内において低温のブラインを流して、前記伝熱管１の外面を冷却するように構成することもでき、そのように構成した場合、防食性に優れた伝熱管１内において低温のブラインを流すことにより、前記伝熱管１の外面が冷却されることとなり、防食性に優れた熱交換器が得られる。
【００２７】
本願発明の第７の手段におけるように、上記第５又は第６の手段を備えた熱交換器において、前記板状フィン２，２・・および前記防食層３の表面においてのみ結露水が発生し、接触するように構成することもでき、そのように構成した場合、板状フィン２，２・・および防食層３の表面においてのみ結露水が発生し、接触することとなり、防食性に優れた熱交換器が得られる。
【００２８】
本願発明の第８の手段におけるように、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、溶融したスズまたはスズ合金を前記銅管１′の外表面に被覆した後、凝固させることにより形成することもでき、そのように構成した場合、溶融したスズまたはスズ合金を銅管の外表面に被覆した後、凝固させるという簡単な方法で防食層３を形成することができる。
【００２９】
本願発明の第９の手段におけるように、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、前記銅管１′を陰極、スズまたはスズ合金１５を陽極とした電気メッキ法により形成することもでき、そのように構成した場合、電気メッキにより簡単に防食層３を形成することができる。
【００３０】
本願発明の第１０の手段におけるように、上記第１、第２、第３、第４、第５、第６又は第７の手段を備えた伝熱管において、前記防食層３を、減圧雰囲気中でスズまたはスズ合金を前記銅管１′の外表面に蒸着させることにより形成することもでき、そのように構成した場合、減圧雰囲気中でスズまたはスズ合金を銅管１′の外表面に蒸着させるという簡単な方法で防食層３を形成することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３１】
以下、添付の図面を参照して、本願発明の好適な実施の形態について説明する。
【００３２】
この熱交換器Ｚにおいては、図１に示すように、伝熱管１によって伝熱部Ｚ1、ヘアピン部Ｚ2およびヘッダ部Ｚ3が構成されるとともに、前記伝熱部Ｚ1には、前記伝熱管１と直交するアルミニウム製の多数の板状フィン２，２・・が配設されている。符号４はヘッダ、５は液冷媒Ｘｌの入口、６はガス冷媒Ｘｇの出口である。
【００３３】
前記伝熱管１は、銅管からなっており、その外表面には、図２に示すように、スズまたはスズ合金からなる膜厚ｄの防食層３が形成されている。該防食層３は、後に詳述するように、銅管１に対して板状フィン２，２・・が組みつけられる前に形成される。
【００３４】
この熱交換器Ｚにおいては、前記伝熱管１内において液冷媒を蒸発させ、その際に発生する蒸発熱で前記伝熱管１の外面を冷却するように構成されている。このようにすると、防食性に優れた伝熱管１内において発生する液冷媒の蒸発熱で伝熱管１の外面が冷却されることとなり、防食性に優れた熱交換器が得られる。なお、前記伝熱管１内において低温のブラインを流して、該伝熱管１の外面を冷却するように構成する場合もある。この場合、防食性に優れた伝熱管１内において低温のブラインを流すことにより、伝熱管１の外面が冷却されることとなり、防食性に優れた熱交換器が得られる。ところで、この種の熱交換器において、前記板状フィン２，２・・および前記防食層３の表面においてのみ結露水が発生し、接触するように構成することもできる。このようにすると、板状フィン２，２・・および防食層３の表面においてのみ結露水が発生し、接触することとなり、防食性に優れた熱交換器が得られる。
【００３５】
次に、防食層３の形成方法について説明する。
【００３６】
例えば、図３に示すように、銅管コイル７から引き出された銅管１′の表面を前処理手段８を用いて活性化した後、溶融したスズまたはスズ合金を貯留した溶融槽９を潜らせることにより、前記銅管１′の外表面にスズ又はスズ合金を被覆した後、冷却手段１０により冷却凝固させることにより防食層３を有する伝熱管１を形成する場合がある。図３において、符号１１は電気ヒータ、１２，１３はガイドローラ、１４は膜厚調節手段である。また、図４に示すように、銅管コイル７から引き出された銅管１′の表面を前処理手段８を用いて活性化した後、銅管１′を陰極、スズまたはスズ合金１５を陽極とした電気メッキ槽１６を潜らせる方法により防食層３を有する伝熱管１を形成する場合がある。図４において、符号１７は直流電源、１８は加熱融解手段である。また、図５に示すように、銅管コイル７から引き出された銅管１′を減圧雰囲気中の溶融スズ槽１９内を通過させる過程でスズまたはスズ合金を前記銅管１′の外表面に蒸着させることにより防食層３を有する伝熱管１を形成する場合がある。
【００３７】
ところで、前記防食層３には、図６（イ）に示すように、ピンホール２０が発生することがあるが、図６（ロ）に示すように、できあがった防食層３をスズまたはスズ合金の融点以上に加熱して融解させた後、図６（ハ）に示すように、再度凝固させると、ピンホールが消失し、防食性が大幅に向上する。
【００３８】
前記防食層３の膜厚ｄには、最適範囲が存在する。そこで、図７に示す実験装置を用いて、耐食性試験を行って考察した。
【００３９】
即ち、供試材としては、外径７ｍｍのリン脱酸銅管の外面に、電気メッキ法により種々の膜厚ｄのスズメッキを行ったものを使用した。耐食性試験は、前記したようにしてスズメッキを行った伝熱管１にアルミ製の板状フィン２，２・・を取り付けて、アンモニア雰囲気中で結露水Ｗが発生する環境下に暴露して促進試験を行った。この時、伝熱管１内には５℃冷水が通水される。符号２１は１％アンモニア水槽である。約１年間の暴露試験後、板状フィン２，２・・を除去して、伝熱管１外面を実体顕微鏡で拡大観察して、腐食の発生している部分を見出し、断面観察法により銅管肉厚部の侵食深さＤ（図８参照）を測定し、スズメッキ層からなる防食層３の必要膜厚ｄを考察した。
【００４０】
その結果（即ち、耐食性促進試験結果）を、図８に示している。
【００４１】
上記結果によれば、防食層３の膜厚ｄは、３μｍ≦ｄ＜５００μｍの範囲とするのが適正であることが分かる。なお、防食層３の膜厚ｄを３μｍ未満とすると、必要な防食能力が得られないし、防食層３の膜厚ｄを５００μｍ以上としても、防食能力が飽和し、コストアップとなる。
【００４２】
前記防食層３は、スズ中にニッケル、銅、コバルト、亜鉛、アルミニウムを単独または複合して０．１ｗｔ％〜５０ｗｔ％の範囲で添加した合金層により形成することもできる。そのように構成した場合、防食層３の防食能力を向上させることができる。なお、添加元素の添加量を０．１ｗｔ％未満とした場合には、添加元素の効果が得られないし、添加元素の添加量を５０ｗｔ％以上とした場合、防食層３が硬くなり、伝熱管１の加工時に亀裂が生じることとなって、耐食性が低下する。
【００４３】
本願発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜設計変更可能なことは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本願発明の実施の形態にかかる熱交換器の側面図である。
【図２】本願発明の実施の形態にかかる熱交換器に使用されている伝熱管の要部拡大断面図である。
【図３】本願発明の実施の形態にかかる熱交換器に使用される伝熱管の外面に防食層を形成する方法の一例（ディップ法）を説明するための概略説明図である。
【図４】本願発明の実施の形態にかかる熱交換器に使用される伝熱管の外面に防食層を形成する方法の他の例（電気メッキ法）を説明するための概略説明図である。
【図５】本願発明の実施の形態にかかる熱交換器に使用される伝熱管の外面に防食層を形成する方法のもう一つの例（蒸着法）を説明するための概略説明図である。
【図６】本願発明の実施の形態にかかる熱交換器に使用される伝熱管の外面に形成される防食層の防食性を向上させる方法を示し、（イ）は防食層にピンホールが発生した状態を示し、（ロ）は防食層を再溶融した状態を示し、（ハ）は再溶融後に凝固させた状態を示している。
【図７】本願発明の実施の形態にかかる熱交換器の耐食性促進試験方法において使用される装置の概略構成を示す図である。
【図８】耐食性促進試験結果を示す特性図である。
【図９】従来の熱交換器における腐食の状況を示す要部拡大断面図であり、（イ）は何らの対策を施していない場合を示し、（ロ）は有機樹脂塗料による被覆を施した場合を示している。
【符号の説明】
【００４５】
１は伝熱管
１′は銅管
２は板状フィン
３は防食層
１５はスズ又はスズ合金
２０はピンホール
ｄは防食層の膜厚
Ｚ1は伝熱部
Ｚ2はヘアピン部
Ｚ3はヘッダ部
【図１】
2010014334.tif 000003
【図２】
2010014334.tif 000004
【図３】
2010014334.tif 000005
【図４】
2010014334.tif 000006
【図５】
2010014334.tif 000007
【図６】
2010014334.tif 000008
【図７】
2010014334.tif 000009
【図８】
2010014334.tif 000010
【図９】
2010014334.tif 000011