(57)【要約】【課題】伝熱管が管板を貫通する構造を有した熱交換器において、伝熱管の腐食を抑制する。【解決手段】所定間隔で並んだ複数の伝熱フィン（34）と伝熱フィン（34）を貫通する複数の伝熱管（31）とを設ける。複数の伝熱管（31）の両端部に配置され、それぞれの伝熱管（31）が貫通する貫通孔（41a）が形成された一対の管板（41）を設ける。それぞれの管板（41）は、耐食性の材料で構成して無塗装状態とし、少なくとも一部の上記伝熱管（31）とは上記貫通孔（41a）の全周において密着させる。【選択図】図４
2017044436.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
所定間隔で並んだ複数の伝熱フィン（34）と、
上記伝熱フィン（34）を貫通する複数の伝熱管（31）と、
上記複数の伝熱管（31）の両端部に配置され、それぞれの伝熱管（31）が貫通する貫通孔（41a）が形成された一対の管板（41）と、
を備え、
それぞれの管板（41）は、耐食性の材料で構成されて無塗装状態であり、少なくとも一部の上記伝熱管（31）とは上記貫通孔（41a）の全周において密着していることを特徴とする熱交換器。
【請求項２】
請求項１において、
上記伝熱管（31）の腐食電位は、上記管板（41）の腐食電位と同等若しくは高いことを特徴とする熱交換器。
【請求項３】
請求項２において、
上記伝熱管（31）は、銅管で形成され、
上記管板（41）は、ステンレス鋼、銅メッキ鋼板、及び銅板のうちの何れかで形成されていることを特徴とする熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、熱交換器に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
船舶の空気調和装置として、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う空気調和装置が用いられる場合があり（例えば特許文献１を参照）、このような空気調和装置には、圧縮機、凝縮器、蒸発器などを有した冷媒回路が設けられる。そして、この冷媒回路では、蒸発器として、例えばクロスフィンアンドチューブ型の熱交換器が採用されることがある。一般的なクロスフィンアンドチューブ型の熱交換器は、複数の伝熱管を管板で支える構造を有している。具体的には、管板に複数の貫通孔を設けておいて、その貫通孔に伝熱管を貫通させることで熱交換器の本体を支えるのである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２７６２９７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、船舶用の空気調和装置では、塩分による腐食を対策するために、管板に塗装を施すのが一般的である。この塗装は、管板の伝熱管用貫通孔にも入り込むことになるが、貫通孔内の塗膜の厚さは正確に管理できない。そのため、伝熱管を管板の貫通孔に確実に貫通させるには、貫通孔の周縁と伝熱管との間に塗装後に確実に隙間ができるように、貫通孔の内径と伝熱管の外径の寸法関係を定める必要がある。
【０００５】
しかしながら、船舶用の空気調和装置は航海中に振動に曝されるので、貫通孔の周縁と伝熱管との間に隙間があると、貫通孔の周縁と伝熱管との間で摩擦を生じ、いわゆるフレティング腐食（接触する二物体間に微少な往復すべりが繰り返し作用したときに生ずる表面損傷よる腐食）が起こる可能性がある。つまり、塗装による防錆を行っても、別の腐食の原因が残るのである。
【０００６】
本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、伝熱管が管板を貫通する構造を有した熱交換器において、伝熱管の腐食を抑制することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するため、第１の発明は、
所定間隔で並んだ複数の伝熱フィン（34）と、
上記伝熱フィン（34）を貫通する複数の伝熱管（31）と、
上記複数の伝熱管（31）の両端部に配置され、それぞれの伝熱管（31）が貫通する貫通孔（41a）が形成された一対の管板（41）と、
を備え、
それぞれの管板（41）は、耐食性の材料で構成されて無塗装状態であり、少なくとも一部の上記伝熱管（31）とは上記貫通孔（41a）の全周において密着していることを特徴とする。
【０００８】
この構成では、伝熱管（31）が管板（41）に対して相対的に変位しない。
【０００９】
また、第２の発明は、第１の発明において、
上記伝熱管（31）の腐食電位は、上記管板（41）の腐食電位と同等若しくは若干高いことを特徴とする。
【００１０】
また、第３の発明は、第２の発明において、
上記伝熱管（31）は、銅管で形成され、
上記管板（41）は、ステンレス鋼、銅メッキ鋼板、及び銅板のうちの何れかで形成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
第１の発明によれば、伝熱管（31）と管板（41）との間のフレティング腐食が抑制される。
【００１２】
また、第２の発明や第３の発明によれば、伝熱管（31）の電食が抑制される。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器を用いた空気調和装置の概略構成を示す。
【図２】図２は、冷媒回路を構成する機器のケーシングにおける配置を例示する。
【図３】図３は、蒸発器の斜視図である。
【図４】図４は、管板の貫通孔付近の断面を示す。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１５】
《発明の実施形態》
図１は、本発明の実施形態に係る熱交換器を用いた空気調和装置（10）の概略構成を示す。空気調和装置（10）は、船舶用の空気調和装置であり、船舶のデッキ等に設置されて船室等の冷房を行う。
【００１６】
〈全体構成〉
空気調和装置（10）は、冷媒が充填されて蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる冷媒回路（図示省略）と、この冷媒回路を構成する機器を搭載する基台（11）を備えている。そして、基台（11）上の所定の機器はケーシング（12）によって覆われている。
【００１７】
本実施形態のケーシング（12）は、外形が略直方体状の箱体である。ケーシング（12）の側面の一つには、ケーシング（12）内へ空気を吸い込むための吸込口（13）が形成されている。更に、ケーシング（12）の上面には、ケーシング（12）内の空気を外部へ吹き出すための吹出口（14）が形成されている。また、ケーシング（12）の内部には、吸込口（13）から吹出口（14）に至るまでの間に空気通路が形成され、この空気通路の途中には、送風ファン（図示は省略）が設けられている。なお、基台（11）には、上記送風ファンを駆動するファン用モータ（60）が設けられている。
【００１８】
〈冷媒回路の構成機器〉
図２は、冷媒回路を構成する機器の基台（11）における配置を例示する。冷媒回路を構成する機器には、複数の圧縮機（20）、水冷凝縮器（50）、膨張弁（図示省略）、蒸発器（30）等が含まれる。
【００１９】
−圧縮機（20）−
圧縮機（20）には、例えばスクロール式の圧縮機等の種々の圧縮機を採用できる。この例では、４台の圧縮機（20）が設けられており、上記冷媒回路において、互いに並列に接続されている。勿論、圧縮機（20）の台数は例示である。
【００２０】
−水冷凝縮器（50）−
水冷凝縮器（50）は、上記冷媒回路を流れる冷媒と冷却水とを熱交換させることで冷媒を凝縮させる。本実施形態の水冷凝縮器（50）は、いわゆるシェルアンドチューブ型の熱交換器であり、冷却水として海水が用いられている。
【００２１】
−蒸発器（30）−
蒸発器（30）は、上記冷媒回路を流れる冷媒（液冷媒）と空気とを熱交換させることで冷媒を蒸発させる。この蒸発器（30）は、図２に示すように、吸込口（13）に対向して上記空気通路の途中に設けられている。つまり、蒸発器（30）では、上記送風ファンが吸込口（13）からケーシング（12）内に取り込んだ空気と冷媒とが熱交換を行う。蒸発器（30）において熱交換した空気は、上記送風ファンによって吹出口（14）から船室などに送風される。
【００２２】
〈蒸発器（30）の詳細〉
図３は、蒸発器（30）の斜視図である。この蒸発器（30）は、いわゆるクロスフィンアンドチューブ型の熱交換器であり、本発明の熱交換器の一例である。この蒸発器（30）は、図３に示すように、伝熱管（31）、Ｕ字管（32）、ヘッダ管（33）、伝熱フィン（34）、分流器（35）、及び枠体（40）を備えている。
【００２３】
本実施形態の伝熱管（31）及びＵ字管（32）は、円形断面の銅管である。そして、蒸発器（30）では、所定数の伝熱管（31）とＵ字管（32）とから成る伝熱管群が複数構成されている。各伝熱管群では、伝熱管（31）の端部同士をＵ字管（32）で適宜接続することにより、一つの伝熱管群において一本の冷媒流路が形成されている。この冷媒流路は、その一端がヘッダ管（33）に接続され、ヘッダ管（33）を介して冷媒回路の配管に接続されている。また、上記冷媒流路の他端は、分流器（35）に接続されている。この分流器（35）は、冷媒回路を流れてきた液状の冷媒を各伝熱管群に分配するものである。
【００２４】
伝熱フィン（34）は、略長方形の薄板（例えばアルミニウムの薄板）によって形成されている。それぞれの伝熱フィン（34）には、伝熱管（31）が貫通する複数の貫通孔が形成されている。各伝熱フィン（34）は、それぞれの貫通孔に伝熱管（31）が貫通した状態で、伝熱管（31）の伸長方向に沿って所定間隔ごとに並べて配置されている。
【００２５】
枠体（40）には、各伝熱管群が収容される。この枠体（40）は、吸込口（13）から見て略長方形の形態を有しており、２つの管板（41）及び２つの梁部材（42）を備えている。梁部材（42）は、図３に示すように、金属板を一面が開口した箱状に形成したものである。また、それぞれの管板（41）は、伝熱管（31）を通すための複数の貫通孔（41a）が設けられた板状の部材である。これらの管板（41）は、図３に示すように鉛直方向に平行に設けられ、一方の梁部材（42）が、これらの管板（41）の上端同士を連結し、もう一方の梁部材（42）がこれらの梁部材（42）の下端同士を連結している。なお、ここでは、管板（41）と梁部材（42）との連結には、ボルトとナットを用いている。
【００２６】
図４は、管板（41）の貫通孔（41a）付近の断面を示す。図３及び図４に示すように、蒸発器（30）では、一対の管板（41）が複数の伝熱管（31）の両端部に配置され、それぞれの管板（41）には、それらの伝熱管（31）が貫通する複数の貫通孔（41a）が形成されている。この例では、管板（41）の材料として、耐食性を有し、且つ腐食電位が伝熱管（31）の腐食電位と同等若しくは低いものを採用している（換言すれば伝熱管（31）の腐食電位は、管板（41）の腐食電位と同等若しくは高い）。具体的に本実施形態では、伝熱管（31）として用いた銅管の腐食電位を考慮して、管板（41）の材料には、銅よりも腐食電位が若干高い耐食性の材料の一つであるステンレス鋼を採用した。勿論、管板（41）の材料として挙げたステンレス鋼は例示である。伝熱管（31）として銅管を採用した場合には、管板（41）の材料として、ステンレス鋼の他に銅メッキ鋼板や銅板などの採用も可能である。
【００２７】
また、管板（41）では、図４に示すように、貫通孔（41a）の全周が伝熱管（31）と密着している。詳しくは、管板（41）の貫通孔（41a）の周縁には、リフレア加工を施してあり、また、貫通孔（41a）の内径（D1）を伝熱管（31）の外径（D2）と同等にしてある。なお、伝熱管（31）は、伝熱フィン（34）との固定のためなどの目的で拡管する場合があり、ここでの伝熱管（31）の外径（D2）とは、拡管を行った後の外径である。
【００２８】
このようにして管板（41）が伝熱管（31）と貫通孔（41a）の全周において密着すると、蒸発器（30）の本体（伝熱管（31）と、それに組み付けた伝熱フィン（34））が枠体（40）に固定される。
【００２９】
なお、本実施形態では、管板（41）と伝熱管（31）とを確実に密着させるために、管板（41）を無塗装状態としている。例えば、管板（41）に塗装を施すと貫通孔（41a）にも塗膜が付着する。しかしながら、このような塗膜は、一般的には厚さを正確に管理できないので、塗膜を有した状態で貫通孔（41a）の全周において伝熱管（31）が密着するように、貫通孔（41a）の内径（D1）を管理するのは困難である。それに対し、本実施形態では、管板（41）を無塗装とすることでこの問題を回避できるのである。
【００３０】
〈空気調和装置（10）の動作〉
空気調和装置（10）は、船室などの冷房を行う。空気調和装置（10）によって冷房が行われる際には、圧縮機（20）が運転状態にされ、冷媒回路において冷媒が循環して、いわゆる冷凍サイクルが行われる。この冷凍サイクルの過程において、蒸発器（30）では、吸込口（13）から取り入れられた空気と冷媒とが熱交換し、冷媒が蒸発させられる。すなわち、吸込口（13）から取り入れられた空気からは熱が奪われ、その空気は送風ファンによって船室などに送風される。それにより、船室などが冷房されることになる。そして、蒸発器（30）において蒸発した冷媒は、圧縮機（20）で圧縮され、その冷媒は水冷凝縮器（50）で凝縮する。凝縮した冷媒は、膨張弁等を通過して再び蒸発器（30）に入る。
【００３１】
〈本実施形態における効果〉
船舶用の空気調和装置（10）が航海中に運転されると、蒸発器（30）に対して、空気調和装置（10）の外部から振動（例えば船舶のエンジン等からの振動）が加えられる。しかも、航海中は塩分を含んだ空気に蒸発器（30）が曝される可能性が高い。
【００３２】
従来の空気調和装置であれば、管板の貫通孔の周縁と伝熱管との間に隙間があるので、このような振動がある環境下では、伝熱管が管板に対して相対的に変位し、両者の間で摩擦を生ずる場合がある。すなわち、従来の空気調和装置の蒸発器ではフレティング腐食が懸念され、塩分を含んだ空気の存在により更に腐食が進行する可能性がある。ここで、フレティング腐食とは、接触する二物体間に微少な往復すべりが繰り返し作用したときに生ずる表面損傷（腐食）である。
【００３３】
それに対して、本実施形態の管板（41）では貫通孔（41a）の全周が伝熱管（31）と密着しているので、空気調和装置（10）の外部から振動が加わったとしても、伝熱管（31）が管板（41）に対して相対的に変位しない。したがって、本実施形態では、上記フレティング腐食が防止されるのである。
【００３４】
また、本実施形態の管板（41）には、耐食性の材料を用いており、塩分を含んだ空気に曝されても腐食しにくい。
【００３５】
また、本実施形態では、伝熱管（31）の腐食電位は、管板（41）の腐食電位と同等若しくは若干高い。そのため、両者の腐食電位が同等であれば電食が起こらないし、伝熱管（31）の腐食電位が管板（41）の腐食電位よりも高い場合には、管板（41）の電食は起こりえるものの、伝熱管（31）の電食は問題にならない。
【００３６】
なお、電食によって管板（41）が腐食すると伝熱管（31）が振動して上記フレティング腐食が起こるとも考えられるが、実用上は問題にはならない。それは、本実施形態は、管板（41）の電食がある程度進行しないと伝熱管（31）が振動しないので、従来例のように伝熱管が元々振動するものに比べれば、伝熱管（31）が振動に曝される期間が短い。したがって、伝熱管（31）の腐食電位が管板（41）の腐食電位よりも高い場合であっても、管板（41）の腐食電位と伝熱管（31）の腐食電位の差が十分小さければ腐食（電食）の進行は十分遅く、実用上は問題にはならないのである。例えば、本実施形態の用途（船舶用の空気調和装置）では、腐食電位の差は２０ｍＶ以下が望ましいと考えられる。
【００３７】
《その他の実施形態》
なお、上記実施形態における蒸発器（30）の構造は、クロスフィンアンドチューブ型の熱交換器であれば適用できるものであり、蒸発器に限らず例えば凝縮器にも適用できる。
【００３８】
また、上記実施形態で説明した熱交換器の用途は、船舶用の空気調和装置には限定されない。船舶以外でも、振動に曝される環境で使用される熱交換器に適用すると有用である。
【００３９】
また、必ずしも全ての伝熱管（31）が管板（41）と密着している必要はない。一部の伝熱管（31）が管板（41）と密着する構造でも蒸発器（30）の振動を抑制でき、その結果、腐食の防止を実現できる。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、熱交換器として有用である。
【符号の説明】
【００４１】
３０      蒸発器（熱交換器）
３１      伝熱管
３４      伝熱フィン
４１      管板
４１ａ    貫通孔
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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