(57)【要約】  本発明は、スズ真鍮合金により構成される伝熱管を提供し、それによって伝熱管をACR装置に適したものにし、伝熱管の耐蟻の巣状腐食性を高めるものである。【特許請求の範囲】
【請求項１】
スズ真鍮合金を含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項２】
請求項１に記載の伝熱管において、最大で3.0％のスズを含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項３】
請求項１に記載の伝熱管において、0.8％〜1.4％のスズを含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項４】
請求項１に記載の伝熱管において、86％〜90％の銅を含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項５】
請求項１に記載の伝熱管において、86％〜89％の銅を含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項６】
請求項１に記載の伝熱管において、9.6％〜13.2％の亜鉛を含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項７】
請求項１に記載の伝熱管において、最大で35％の亜鉛を含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項８】
請求項１に記載の伝熱管において、0.05％以下の鉛を含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項９】
請求項１に記載の伝熱管において、0.05％以下の鉄を含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項１０】
請求項１に記載の伝熱管において、90％以下の銅と3.0％以下のスズと13.2％以下の亜鉛とを含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項１１】
請求項１に記載の伝熱管において、基本的に86.0％〜90.0％の間の銅と0.8％〜3.0％の間のスズと0.05％以下の鉛と0.05％以下の鉄と0.35％以下のリンから成り、残余は亜鉛であることを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項１２】
請求項１に記載の伝熱管において、基本的に86.0％〜89.0％の間の銅と0.8％〜1.4％の間のスズと0.05％以下の鉛と0.05％以下の鉄と0.35％以下のリンから成り、残余は亜鉛であることを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項１３】
請求項１に記載の伝熱管において、該管は合金C422から作られることを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項１４】
請求項１に記載の伝熱管において、該管は合金C425から作られることを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項１５】
請求項１に記載の熱交換管を含む熱交換アセンブリにおいて、さらに複数のプレートフィンと少なくとも一つのチューブシートとを含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項１６】
請求項１に記載の熱交換管において、該管は溶接、押出成形または鋳造圧延によって作られることを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項１７】
ACR装置で使用される熱交換アセンブリにおいて、該熱交換器はスズ真鍮合金を含む耐蟻の巣状腐食性伝熱管を含むことを特徴とする耐蟻の巣状腐食性伝熱管。
【請求項１８】
熱交換器を作る方法において、伝熱管壁をスズ真鍮合金から作られることを特徴とする方法。
【請求項１９】
請求項18に記載の方法において、前記管壁は合金C422から作られることを特徴とする方法。
【請求項２０】
請求項18に記載の方法において、前記管壁は最大で3.0％のスズを含むことを特徴とする方法。
【請求項２１】
請求項18に記載の方法において、前記管壁は0.8〜1.4％のスズを含むことを特徴とする方法。
【請求項２２】
請求項18に記載の方法において、前記管壁は最大で35％の亜鉛を含むことを特徴とする方法。
【請求項２３】
請求項18に記載の方法において、前記管壁は基本的に86.0％〜90.0％の間の銅と0.8％〜3.0％の間のスズと0.05％以下の鉛と0.05％以下の鉄と0.35％以下のリンから成り、残余は亜鉛であることを特徴とする方法。
【請求項２４】
請求項18に記載の方法において、前記熱交換器はACR装置に据え付けられることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
本発明は、一般に耐腐食性伝熱管に関するものであり、伝熱管は冷凍・空調装置で用いられる。
【発明の背景】
【０００２】
冷凍・空調装置（「ACR」）装置は、特有の形態の腐食に敏感なことで知られ、この腐食は「蟻の巣状腐食」（「蟻の巣腐食」とも呼ばれる）として知られる。蟻の巣状腐食は銅基合金にのみ起こると信じられている。それは特有の形態を有していて、曲がりくねった穴として現れ、その形は蟻の巣を思わせる。この穴は、一般に微視的であり、銅の表面の変色に関連する。変色すると、紫色、青灰色または黒色になることができ、これは、自己触媒、周期的な酸化還元反応の徴候であり、それは水溶性の銅と有機酸錯体との間で起こる。
【０００３】
蟻の巣状腐食は熱交換コイル管の損傷を起こすことがある。最も初期の蟻の巣状腐食の観察により、反応は管の内側から始まって管の外側に達することが示された。これは、一般に特定の潤滑剤が空気の存在下で分解することによって起こると信じられていた。これらの場合は、しばしば特定の状況に限られていて、空調（AC）装置に冷却剤が供給されるとすぐ気付かれ、修理に出された。
【０００４】
暖房、換気および空調（HVAC）産業に対する比較的最近の関心事は、外側から内側への腐食に関係している。約5年前に、通気孔をあけたAC装置の室内コイルからの漏れに関係した消費者の不満の数が顕著に増加したことに気が付いた。通気孔をあけたAC装置は住宅の米国市場における冷却装置の初期の形である。更なる調査により、熱交換コイルの損傷の半数以上の原因が蟻の巣状腐食であることが明らかになった。増加したそのような漏れの発生の主な原因は、揮発性有機化合物の多量の使用と、新しいタイプの建材からの放出物の増加と、より機密性の高い建築により屋内の循環が減ったことに因るものだろうと信じられている。さらに、熱交換管の壁の厚みが減ったこと、AC装置の高温多湿な温度調節環境での運転が増えたこと、および内部の湿気もまた原因であろう。
【０００５】
特定の理論に縛られるつもりがないならば、4つの要素が蟻の巣状腐食の発生に必要なことが信じられている。すなわち、銅金属、酸素、湿気および有機酸（これは油または他の有機分子が加水分解または他の分解をすることにより得られる）である。これらの要素のうちどれかを除去すれば、腐食の進行は止まることが期待される。しかし、銅は熱交換装置に好んで使用される金属であり、それゆえ、銅基金属を蟻の巣状腐食に対する耐性を高めたACR装置に使用する必要性が残っている。さらに、以下のような熱交換管をACR装置に使用する必要性がある。すなわち、蟻の巣状腐食に対する耐性を有する合金から形成されていて、耐性を管壁全体が有する熱交換管である。
【発明の概要】
【０００６】
本発明は上記に記載された要求を、スズ真鍮合金で構成された伝熱管を提供することによって満たす。スズ真鍮合金は蟻の巣状腐食に対する耐性が優れている。
【詳細な説明】
【０００７】
本発明は図面にて例証され、各図にわたって同様の参照文字は同一のまたは類似の特徴を示す。
【０００８】
本発明は蟻の巣状腐食に耐性のある伝熱管を提供する。伝熱管はスズ真鍮合金から形成される。スズ真鍮合金により伝熱管に蟻の巣状腐食に対する耐性は、伝熱管を作るのに使われる従来技術の合金より強くなる。従来技術の合金の例にはC220合金およびC122合金が含まれ、C220合金は標準的な真鍮合金であり、C122合金は現在AC管で使用されている。したがって、ここで用いられる「耐蟻の巣状腐食性」とは蟻の巣状腐食に対する高い耐性を意味し、比較対象は、従来技術の熱交換管を作るのに使用される合金の耐蟻の巣状腐食性の度合である。
【０００９】
一つの実施形態では、本発明の伝熱管は銅、亜鉛およびスズを含む合金から作られ、更に、鉛、鉄、リンまたは他の成分を含んでもよいし、含まなくてもよい。好ましい実施形態では、伝熱管はC422と称される合金から作られ、この合金は下記の表１および表３に記載されたその実施形態に挙げられている。
【００１０】
以下の例は本発明を説明しようとするものであり、発明の範囲を制限しようとするものではない。
【実施例１】
【００１１】
この実施例は本発明の一つの実施形態を記述する。当業者に明らかになるであろうように、この構成におけるありふれた変更や差異もまた予想されている。
【００１２】
図１を参照すると、全体を20で示すチューブの一部があり、それはスズ真鍮合金で構成されてもよく、好ましい実施例では、特定のスズ真鍮合金No.422である。チューブ20は以下のものを含む多くの異なった方法で作られてもよい。すなわち、これらに限定されないが、溶接、押出形成および鋳造圧延を本発明で供される合金を用いて行う方法、および当業者に公知である標準的な方法である。
【００１３】
チューブ20は、例えば、暖房または冷房装置で伝熱のために用いられてもよく、伝熱はチューブの内側を流れるある温度の流体とチューブの外側の異なった温度の流体との間で行われ、チューブの外側の流体の一例として空気でもよい。チューブ20は壁22を含み、内側面24と縦軸26を有する。当業者に明らかなように、内側面はなめらかに囲み、または補強材28によって内面的に補強されてもよい。
【００１４】
図２では、本発明のチューブ20は熱交換アセンブリ21に含まれてもよい。熱交換アセンブリ21は、本発明で用いられてもよい熱交換アセンブリの一例である。本発明はまた、当業者に明らかなように、他のタイプのACR熱交換機に適用される。
【００１５】
熱交換アセンブリ21を製造する一般的な方法は以下のとおりである。すなわち、まず初めに複数のプレートフィン32を二つのチューブシートの間に組み立て、複数のヘアピンチューブ36をプレートフィン32中の選ばれた穴38とそれぞれのチューブシート34中のよく似た穴38に通す。次に、鐘の形をヘアピンチューブ36の端部に形成し、その管の脚部を拡張してチューブとプレートフィンの間の堅い機械的接合を保証する。チューブとプレートフィンの間の堅い接合により、熱交換チューブの伝熱面積はプレートフィンの面積だけ増えている。この表面積の増加により、プレートフィンとチューブ熱交換器は、伝熱性能が、同じ大きさの簡素なチューブタイプの熱交換器に比べ、優っている。熱交換アセンブリは複数の戻り屈曲42をヘアピンチューブ36の端に取り付けることによって完成し、これによって一つまたはそれより多い、閉じた流体を通流させる道を熱交換器の管を通して形成する。
【００１６】
チューブとフィンの結合は、当業者にとって明らかであろうように、ろう付けによって形成されてもよい。
【実施例２】
【００１７】
この実施例は、蟻酸への暴露の効果を、金属板および金属管について説明する。金属板および金属管は、本発明のスズ真鍮合金および一般に冷凍・空調装置で用いられるC220合金およびC122合金のような合金を含み、C220合金は標準的な真鍮合金であり、C122合金は現在多くのAC管で用いられている。
【００１８】
耐蟻の巣状腐食性試験を行うために、それぞれの合金の約1インチ×1インチの標本（表１にまとめられているようなもの）を、テフロンチュービングによって隔て、三つの密閉容器の上部空間にぶらさげた。それぞれの容器には蟻酸溶液の100mlアリコートが入っていて、濃度は濃度500ppmであった。
【００１９】
【表１】
2008500505.tif 000002
さらに三つの容器には酢酸溶液の100mlアリコートが入っていて、同じく濃度は500ppmであった。第7番目の容器は対照例であって脱イオン水（DIW）の100mlアリコートが入っていた。この容器は下記実施例３に記載されているように、基本的には周期的に加熱された。蟻酸溶液を入れた容器と酢酸溶液を入れた別の容器は、10日、20日および30日で試験から取り除かれた。このDIW対照例は30日で取り除かれた。
【００２０】
取り除くとすぐ、金属標本にエポキシ樹脂を接着させて腐食の深さおよび穴の密度を評価した。穴の密度は、板の端16mmにあって25倍で見える穴の数として算出した。いくぶん定量的なデータが得られ、このデータは暴露の時間と試験標本の断面にある腐食の深さとを関係付けた。腐食の深さは金属顕微鏡下で目測を用いて決定した。
【００２１】
表２に示された結果は以下のことを示した。すなわち、蟻酸試験では、30日での蟻の巣状腐食感受性の傾向（最大の穴の深さによってランク付けした）はC422＜C425＜C122＜C220であった。酢酸試験では、30日での蟻の巣状腐食感受性の傾向（最大の穴の深さによってランク付けした）はC422＜C122＜C220＜C425であった。
【００２２】
【表２】
2008500505.tif 000003
類似の実験から得られたデータは表３において示され、表１の合金から形成された管も含めた。
【００２３】
【表３】
2008500505.tif 000004
表３にも示されたように、C422の耐蟻の巣状腐食特性に関係するデータはC122の耐性の倍数で表された。したがって、この実施例は以下のことを証明する。すなわち、スズ真鍮合金C422は蟻の巣状腐食に対する耐性を、他の合金に比べ、顕著に有する。他の合金とは冷凍・空調装置で一般に使用される伝熱管を作るのに使われる合金を含む。
【実施例３】
【００２４】
この例は、スズ真鍮合金C422を含む伝熱管は、蟻の巣状腐食耐性が他の合金に比べて勝っていることを証明する。この実施例で用いられた管の成分は表４にまとめられている。
【００２５】
【表４】
2008500505.tif 000005
C122、C220およびC422の耐蟻の巣状腐食性の比較を、下記のように行った。
【００２６】
表４のそれぞれの合金から作られた管を、加圧された試験容器の底の脱イオン（DI）水に溶かした約500ppmの蟻酸の100mlアリコート上に吊るした。銅管を試験液体の上に吊るしたので、この管は腐食性の蒸気および凝縮物に触れるだけであった。温度サイクルは蟻の巣状腐食を最大限に高めることが分かっていて、管を蒸気および凝縮物に曝すために用いた。一般に、温度サイクルは試験容器を温度40℃のオーブンに夜間および週末に保管することで実現した。平日それぞれ9時間、オーブンを止め、オーブンのドアを開けて試験容器を室温（20℃）にまで冷やすことが出来、この時、試験容器は圧力を測ることによって評価された。顕著な圧力降下が検出されたとき、漏れ口を捜し、これは水および／または一滴の液体石鹸を入れた水に浸して気泡を発見することにより行った。管の漏出源を含む部分を銅管から切り取り、真空含浸樹脂を付着させ、漏れの場所を磨き、顕微鏡写真を撮った。それによって管にできた漏れは蟻の巣穴状の腐食が管の壁を貫いたことにより起こったと判断した。
【００２７】
合金C122、C220およびC422における耐腐食性試験結果（管が損傷するまでの時間により測定される）のまとめは表５に示されている。二つのC422管は約26週間曝露した後も損傷しなかったので、それらを取り除き、検査された。蟻の巣状腐食は両方の管に存在したが、12.5mmの壁の厚みの半分に至る腐食は観察されなかった。C422から作られた管を曝した溶液を試験して、蟻酸の適切なレベルが実験の最後までずっと持続することを確かめた。蟻酸のレベルは、それぞれ342ppmおよび368ppmに落ち、試験の間中、十分な腐食利用可能性が残っていることを示唆した。
【００２８】
それゆえに、表５にまとめられた結果は、C422合金の耐蟻の巣状腐食特性が、一般に現在の冷凍・空調装置の伝熱管を形成するのに用いられている合金に比べて優れていることを証明する。表５にまとめられたデータの他に、以下のことに気付いた。すなわち、C422標本を約26週後に漏れのない状態で取り除いたとき、これらの実験で観察された穴の深さは管の壁の厚さの半分以下であった。これは、C122およびC220の穴の最大深さに比べてきわめて対照的であり、それは最大深さがC422で観察された穴の最大深さの何倍もの深さの穴を有する。これらのデータは、基本的に全体がここに記載されているような耐蟻酸性合金からできた管壁であって、表面塗膜ではないものの相対的な利点を強調する。
【００２９】
【表５】
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よく似た実験から得られた結果は、グラフを用いて図３にまとめられている。ここで、圧力のゼロへの降下は、欠陥が生じていて、管が漏れていることを示唆している。図３のデータのいくつかの切れ目は、管の性能とは無関係の条件によって生じた。それにもかかわらず、ここに表された結果は、以下のことを証明する。すなわち、腐食環境への150日間の暴露の後、スズ真鍮合金C422は圧力を維持することが出来、漏れが起こらなかったが、一般にACR管で使われている合金は比較的早く損傷した。
【００３０】
したがって、この例は、スズ真鍮合金No.C422は優れた耐蟻の巣状腐食特性を、主に銅または真鍮でできた管に比べて有していることを証明する。
【００３１】
本発明は、ある実施例との関係で描かれているが、発明の範囲を上記の特定の形に限定しようとするものではなく、逆に、そのような選択肢、変更等を添付の請求項により定義された本発明の精神および範囲としてカバーしようとするものである。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】は伝熱管の一部の斜視図である。
【図２】はプレートフィン型熱交換器の斜視図である。
【図３】は異なった合金に対する耐腐食性データをグラフで示した図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際調査報告】
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