(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
蛇行状に屈曲形成された金属製の伝熱管と、前記伝熱管を支持する支持部材とを備えてなり、水を貯留した蓄熱槽に収容されて前記伝熱管内を流れる冷媒と前記水との間で熱交換を行なわせる蓄熱用熱交換器において、
前記伝熱管の前記支持部材との接触部のみに表面保護被膜を形成したことを特徴とする蓄熱用熱交換器。
【請求項２】
表面保護被膜を、蓄熱槽に収容されたときに前記蓄熱槽の下部域に位置する支持部材との接触部のみに形成した請求項第１項に記載の蓄熱用熱交換器。
【請求項３】
表面保護被膜は予め伝熱管に形成した酸化被膜である請求項第１項又は第２項に記載の蓄熱用熱交換器。
【請求項４】
表面保護被膜はエポキシ系樹脂被膜である請求項第１項又は第２項に記載の蓄熱用熱交換器。
【請求項５】
支持部材を、表面保護被膜よりも硬度が小さい軟質材料から形成した請求項第１項乃至第４項のいずれかに記載の蓄熱用熱交換器。
【請求項６】
支持部材と伝熱管との間に、表面保護被膜よりも硬度が小さい軟質部材を介在させた請求項第１項乃至第４項のいずれかに記載の蓄熱用熱交換器。
【請求項７】
蓄熱槽は金属製であり、その蓄熱槽本体の内面が絶縁層で覆われていることを特徴とする請求項第１項乃至第６項のいずれかに記載の蓄熱用熱交換器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば蓄熱式空気調和装置に用いられる蓄熱用熱交換器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８は特開平６−２４１６８０号公報に示された蓄熱式空気調和装置の蓄熱槽に内蔵される従来の蓄熱用熱交換器を示す概略斜視図であり、図において、１は蛇行状に屈曲形成された金属製（主として銅製）の伝熱管、２は伝熱管１を支持する杆状の支持部材、２ａは支持部材２に所定間隔で形成された切り欠き部を示しており、この例では支持部材２の切り欠き部２ａに嵌め込むことにより、伝熱管１が所定の姿勢に支持されている。また、３は伝熱管１の支持部材２との接触部、１０は支持部材２の両端部を支持する支持枠であり、以上のように支持枠１０、支持部材２、及び伝熱管１から構成された蓄熱用熱交換器が蓄熱槽に収容して用いられる。
【０００３】
参考のため、図９に蓄熱槽全体の概略構成を示す。図において、８は蓄熱槽、７は伝熱管１内を流れる熱媒（冷媒）の持つ熱エネルギーを蓄えるための水（蓄熱媒体）、１ａは伝熱管１の水７に浸積された部分を示している。水７は、安価で入手性もよく、利用潜熱量及び凝固点が適切であるという理由から、蓄熱媒体として一般的に使用されている。
【０００４】
次に動作について説明する。空気調和装置の冷媒回路の冷媒を伝熱管１内に流すと、伝熱管１内の冷媒と蓄熱槽８内の水７との間で熱交換が行なわれ、水７が熱エネルギーを貯える。水７は、空気調和装置の冷房利用時には氷、暖房利用時には温水という形態で蓄熱する。
なお、蓄熱槽８内のどの部位においても水７と効率良く均一に熱交換させる必要から、伝熱管１は一定の間隔で支持されていなければならず、そのために前記図８のような支持構造が採用されている。蓄冷運転の際には伝熱管１の周囲に着氷し、接触部３を介して、支持部材２も共に氷で覆われた状態となる。
【０００５】
図１０及び図１１は特開平５−３２２２３６号公報に示された蓄熱式空気調和装置の蓄熱槽に内蔵される従来の蓄熱用熱交換器を示す概略斜視図であり、図８と同様、伝熱管１を蓄熱槽８内に一定間隔で支持する構成となっている。
すなわち、図１０のものでは伝熱管１が支持部材２ｂに水平方向に支持されており、このような伝熱管１及び支持部材２ｂが上下方向に多層に積み重ねられた状態で支持枠１０ｂに取り付けられている。
他方、図１１のものでは支持枠１０ｃ内の互いに対向する上面と下面とにブラケット状の支持部材２ｃが多数突設され、この支持部材２ｃに掛止されて伝熱管１が支持されている。これらのものにおいても、図８と同様に、伝熱管１にはそれぞれ支持部材との接触部３が多数存在している。
【０００６】
以上のような蓄熱用熱交換器の伝熱管１は、通常、使用開始から数年間にわたって蓄熱媒体である水の中に浸積されたままで使用されるが、使用開始後は経時的に伝熱管１表面に酸化被膜（酸化銅）が形成され、この酸化被膜によって伝熱管１自体が腐食から保護されることになっている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、以上のような従来の蓄熱用熱交換器では、伝熱管１が水中で支持部材と直接機械的に接触しているので、浸水した状態で酸化被膜を形成する過程で、支持部材との接触部３及びその近傍では酸化被膜の形成にムラが生じたり、伝熱管１の熱膨張による伸縮や機械振動等により接触部３において伝熱管１と支持部材との擦れが生じることで、伝熱管１表面に形成された酸化被膜が破壊されることがあった。
実際、蓄熱式空気調和装置を運転すると、水の温度は氷生成時の０℃から温水蓄熱時の５０℃程度までの間で変化を繰り返し、伝熱管１自体の熱収縮によって支持部材との間に機械的摩擦や接触部材の応力増大等の現象が生じることが確認されている。
【０００８】
そして、以上のような理由で酸化被膜が破壊され伝熱管１の母材である銅が露出して水と直接接触する部分が同一伝熱管１上に生じると、その露出部分に腐食集中が起こり、結果的に当該部分に孔食等の局部腐食が進行することがあった。また、支持部材との接触部３の近傍ではすきま腐食が進行する可能性もあった。このような局部腐食が進行した場合には、極めて短期間のうちに伝熱管１の局部に貫通孔が形成され、この貫通孔から冷媒が伝熱管１の外部へ漏洩する危険性があった。
【０００９】
なお、従来の蓄熱用熱交換器は、図８，図１０，図１１のいずれに示した構成であっても、以上のような局部腐食進行の危険性を一様に有していた。
因みに、接触部３における支持部材との接触の他に、蓄熱媒体である水そのものの含有成分や科学的性質も伝熱管１の腐食を促進させる要因として絡むものと推定されるが、未だ解明されていない部分も多く、水質については例えば日本冷凍空調工業会の定める一定の基準にしたがって管理しているのが現状である。
【００１０】
本発明は以上のような問題点を解消するためになされたもので、伝熱管に局部腐食が生じるのを防止でき、その長寿命化を図ることが可能な、蓄熱用熱交換器を提供すること目的としている。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明に係る蓄熱用熱交換器は、蛇行状に屈曲形成された金属製の伝熱管と、伝熱管を支持する支持部材とを備えてなり、水を貯留した蓄熱槽に収容されて伝熱管内を流れる冷媒と水との間で熱交換を行なわせる蓄熱用熱交換器において、伝熱管の支持部材との接触部のみに表面保護被膜を形成したものである。
【００１２】
また、前記構成において、表面保護被膜を、蓄熱槽に収容されたときに蓄熱槽の下部域に位置する支持部材との接触部のみに形成したものである。
【００１３】
また、前記構成において、表面保護被膜は予め伝熱管に形成した酸化被膜としたものである。
【００１４】
また、前記構成において、表面保護被膜はエポキシ系樹脂被膜としたものである。
【００１５】
また、前記構成において、支持部材を、表面保護被膜よりも硬度が小さい軟質材料から形成したものである。
【００１６】
また、前記構成において、支持部材と伝熱管との間に、表面保護被膜よりも硬度が小さい軟質部材を介在させたものである。
【００１７】
また、前記構成において、蓄熱槽は金属製であり、その蓄熱槽本体の内面が絶縁層で覆われているものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。（従来例と重複する構成要素については同一符号を付して説明を省略する。）
【００１９】
発明の実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図であり、この蓄熱用熱交換器は、前記図８と同様に伝熱管１が上下の支持部材２間に掛け渡されて支持されたものである。図において、４は伝熱管１に形成した表面保護被膜である。表面保護被膜４は伝熱管１の支持部材２との接触部３及びその近傍に形成されていて、この表面保護被膜４の介在により、伝熱管１が支持部材２に直接接触して擦れが生じることは防止されている。
【００２０】
前記のような表面保護被膜４で覆われた部分については、蓄熱用熱交換器の経年使用時にも伝熱管１の表面に酸化被膜は形成されないが、支持部材２との機械的接触によって伝熱管１の母材である銅が露出することはない。したがって、従来のように支持部材２との接触部３近傍の伝熱管１表面に腐食集中が生じることはなく、孔食、すきま腐食等の局部腐食が防止されるため、寿命が長く信頼性の高い蓄熱用熱交換器が得られる。
【００２１】
発明の実施の形態２．
図２は、本発明の実施の形態２に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図であり、この蓄熱用熱交換器は、前記図１０と同様に伝熱管１が支持部材２ｂに水平方向に支持されて積み上げられたものである。伝熱管１の支持部材２ｂとの接触部３及びその近傍には表面保護被膜４が形成され、この表面保護被膜４が伝熱管１と支持部材２ｂとの擦れを防止している。
このように、伝熱管１の方向（姿勢）や支持部材の形状及び支持構造が異なっていても、表面保護被膜４を形成することによる作用・効果は図１の例とほぼ同様である。したがって、例えば前記図１１と同様にブラケット状に支持部材２ｃで伝熱管１を支持した蓄熱用熱交換器の接触部３に表面保護被膜を形成することも考えられる。
【００２２】
発明の実施の形態３．
図３は、本発明の実施の形態３に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図であり、この蓄熱用熱交換器では伝熱管１の、下側の支持部材２との接触部３の近傍のみに表面保護被膜４ａが形成され、それ以外の部分は上側の支持部材２との接触部３も含めて表面保護被膜が形成されないで母材のままとなっている。
【００２３】
蓄熱式空気調和装置の運転を繰り返すことによる経年変化で、蓄熱槽に蓄熱媒体として貯留された水は次第に溶解成分が変化するとともに、蓄熱槽内の上部と下部とで水質分布に相違を見せはじめ、相対的に蓄熱槽下部域の方が銅の腐食促進に影響度の高い成分の濃度が高くなる傾向を示す。したがって、蓄熱槽下部域の方が伝熱管腐食の発生確率は高くなる。
【００２４】
そこで、この実施形態のように、蓄熱用熱交換器を蓄熱槽に収容した際に蓄熱槽内の下部域に位置することになる下側の支持部材２との接触部３のみに表面保護被膜４ａを形成すれば、特に腐食促進成分の濃度が高い領域での防食が可能となるので、伝熱管１の局部腐食をできるだけ防止してその長寿命化を図れるのに加え、表面保護被膜の形成部位を限定して最小限にすることにより、生産性低下の防止及び伝熱管の熱交換能力低下の防止を図ることができる。
【００２５】
発明の実施の形態４．
図４は、本発明の実施の形態４に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図であり、この蓄熱用熱交換器では、伝熱管１の表面全体を一様に酸化させることにより、酸化被膜からなる表面保護被膜５が予め形成されている。
蓄熱槽内に水を供給して蓄熱用熱交換器の使用を開始した時点から伝熱管１表面には酸化被膜が形成され始めるが、使用環境、水質、支持部材との接触状況等によっては、その形成にムラが生じたり、形成途中の酸化被膜が薄い段階で剥離したりして、腐食集中が生じ易い状態となることがある。しかし、この実施形態のように蓄熱用熱交換器の生産過程で、容易に剥離しないような均質な酸化被膜を予め形成しておくことにより、製品として使用を開始した以降の酸化被膜形成ムラ発生等に起因する前記不具合を未然に防止することが可能となる。
【００２６】
発明の実施の形態５．
なお、図１，図２，図３に示した表面保護被膜４（４ａ）の材質としては、例えばエポキシ系樹脂被膜が考えられる。エポキシ系樹脂被膜は、塗料もしくは接着剤等の液状のエポキシ系樹脂を当該部分に塗布すれば形成できるので、被膜形成のための作業を容易にできて蓄熱用熱交換器の生産性向上が図れる。また、エポキシ系樹脂被膜は伝熱管１表面への密着性が高いので、被膜の剥離が生じにくい高品質な蓄熱用熱交換器が得られる。
【００２７】
発明の実施の形態６．
図５及び図６はそれぞれ、本発明の実施の形態６に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図であり、これらの蓄熱用熱交換器では、伝熱管１と支持部材２との間に軟質部材６が介在させられている。軟質部材６は、伝熱管１の表面保護被膜４よりも硬度が小さい材質で形成されている。したがって、表面保護被膜４が支持部材２との摩擦等によって破壊されることを防止でき、蓄熱用熱交換器のより一層の耐久性向上を図れる。また、支持部材２自体の材質は限定されないので、強度の高い材質で支持部材を形成して、蓄熱用熱交換器を頑丈なものにすることも可能である。
【００２８】
発明の実施の形態７．
なお、前記実施形態では伝熱管１と支持部材２との間に軟質部材６を介在させたが、支持部材２自体を表面保護被膜４よりも硬度が小さい材質で形成することで、前記と同様に表面保護被膜４の破壊を防止しつつ軟質部材６を省略することも可能である。この場合は、軟質部材６を形成したり、その軟質部材６を支持部材２に取り付けたりする手間がかからないため、蓄熱用熱交換器の生産性は前記実施形態よりも向上するが、支持部材２の伝熱管１支持強度の面では劣ることもある。
【００２９】
発明の実施の形態８．
図７は、本発明の実施の形態８に係る蓄熱槽の概略斜視図であり、この蓄熱槽は、金属製の蓄熱槽本体８ａの内面が絶縁層９で覆われている。７は蓄熱媒体として蓄熱槽に収容された水、１ａは蓄熱用熱交換器の伝熱管１の水７に浸漬された部分を示している。なお、絶縁層９は、例えばポリエチレン系の発泡絶縁材を蓄熱槽本体８ａの内面に貼付したり、樹脂系の塗布剤を蓄熱槽本体８ａの内面に塗布したりして形成するのが簡便で好適である。
【００３０】
蓄熱槽本体８ａは樹脂で形成される他にはステンレスや鉄等の金属材料で形成される場合が多いが、この場合には、伝熱管１を形成する銅の自然電位と蓄熱槽本体８ａを形成する金属の自然電位との間の電位差によって、マクロな電池が形成される可能性がある。そして、このマクロな電池が伝熱管１の腐食を促進させるため、蓄熱槽本体８ａの金属部分と水７との接触面積が大きいほど、腐食発生時の進行速度は比較的大きくなる。
【００３１】
したがって、蓄熱槽本体８ａの内面を絶縁層９で覆い、これにより金属製の蓄熱槽本体８ａと水７及び伝熱管１とを電気的に絶縁することで、伝熱管１と蓄熱槽本体８ａとの間にマクロな電池が形成されるのを防止でき、伝熱管１の腐食進行を抑制する効果を得ることができる。但し、前記実施形態１〜７に示した蓄熱用熱交換器は、本実施形態の蓄熱槽と組み合わせて使用することを必須要件とはしておらず、それぞれを単独で用いても伝熱管の局部腐食を防止するという効果が奏されることは言うまでもない。もちろん、本実施形態の蓄熱槽に前記実施形態１〜７の蓄熱用熱交換器を収容して使用すれば、伝熱管の腐食防止効果はより一層向上する。
【００３２】
【発明の効果】
以上に示したように、本発明に係る蓄熱用熱交換器にあっては、伝熱管の支持部材との接触部のみに表面保護被膜を形成したので、支持部材との擦れ等に起因する伝熱管の局部腐食を防止できて、長寿命化を図れるのに加え、表面保護被膜の形成部位が限定されて、生産性低下の防止及び伝熱管の熱交換能力低下の防止を図ることができ、信頼性が高い蓄熱用熱交換器を得ることができる。
【００３３】
また、表面保護被膜を蓄熱槽内における下部域に位置する支持部材との接触部のみに形成することで、特に腐食促進成分の濃度が高くなる蓄熱槽内下部域での伝熱管の防食が可能となるのに加え、表面保護被膜の形成部位が最小限にまで限定されて、より生産性低下の防止及び伝熱管の熱交換能力低下の防止が図れる。
【００３４】
また、表面保護被膜を蓄熱用熱交換器の生産過程で予め伝熱管表面に形成した酸化被膜とすることにより、蓄熱用熱交換器使用開始後の酸化被膜形成ムラ等に起因する種々の問題を解消でき、伝熱管の防食が可能となる。
【００３５】
また、表面保護被膜をエポキシ系樹脂被膜とすれば、液状のエポキシ系樹脂の塗布によって被膜を形成できるので蓄熱用熱交換器の生産性を向上することができ、かつ、被膜の伝熱管への密着性が高い高品質な蓄熱用熱交換器を得ることができる。
【００３６】
また、支持部材を表面保護被膜よりも硬度が小さい軟質材料から形成することにより、支持部材との擦れに起因する表面保護被膜の剥離防止を図れて、更に耐久性に優れた蓄熱用熱交換器にできる。
【００３７】
また、支持部材と伝熱管との間に表面保護被膜よりも硬度が小さい軟質部材を介在させることにより、支持部材との擦れに起因する表面保護被膜の剥離防止を図れて更に耐久性に優れた蓄熱用熱交換器にできるのに加えて、支持部材の材質が限定されないので、強度の高い材質で支持部材を形成することもできる。
【００３８】
また、金属製の蓄熱槽本体の内面を絶縁層で覆ったので、使用時に伝熱管と蓄熱槽本体との間にマクロな電池が形成されるのを防止できて伝熱管の腐食を防止でき、蓄熱用熱交換器の長寿命化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図である。
【図２】  本発明の実施の形態２に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図である。
【図３】  本発明の実施の形態３に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図である。
【図４】  本発明の実施の形態４に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図である。
【図５】  本発明の実施の形態６に係る蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図である。
【図６】  本発明の実施の形態６に係る別の蓄熱用熱交換器の要部を示す斜視図である。
【図７】  本発明の実施の形態８に係る蓄熱槽の使用状態を示す概略斜視図である。
【図８】  従来例に係る蓄熱用熱交換器の概略斜視図である。
【図９】  従来例に係る蓄熱槽の全体構成を示す説明図である。
【図１０】  従来例に係る別の蓄熱用熱交換器の概略斜視図である。
【図１１】  従来例に係るさらに別の蓄熱用熱交換器の概略斜視図である。
【符号の説明】
１  伝熱管、２  支持部材、２ｂ  支持部材、２ｃ  支持部材、３  接触部、４  表面保護被膜、４ａ  表面保護被膜、５  表面保護被膜、６  軟質部材、７水、８  蓄熱槽、８ａ  蓄熱槽本体、９  絶縁層。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
0003823448.tif 000008
【図８】
0003823448.tif 000009
【図９】
0003823448.tif 000010
【図１０】
0003823448.tif 000011
【図１１】
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