JP2015114082A - 冷媒配管接合体および冷媒配管接合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高度なロウ付け技術力を要することなくロウ付け作業時の母材の溶融を防止し強度低下を抑制することが可能な冷媒配管接合体および冷媒配管接合方法を提供する。【解決手段】アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている熱交換器側ガス冷媒配管３１と、アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されているガス側接続冷媒配管３２とが、アルミナノ粒子を含んだロウ材が融着することで構成されるガス側アルミ接続部３３を介して接合されている。【選択図】図７

Description

本発明は、冷媒配管接合体および冷媒配管接合体の製造方法に関する。

従来より、例えば、空気調和装置の熱交換器から延び出している冷媒配管に対して他の冷媒配管を接合する場合には、母体となる各冷媒配管よりも融点の低いロウ材を用いたロウ付け作業が行われている。

例えば、特許文献１（特開２０１３―１３０３４５号公報）には、アルミニウム合金製の熱交換器に対してアルミニウム合金製の冷媒配管をロウ付けさせることが記載されている。

上述のような特許文献１に示されたアルミニウム合金製の冷媒配管をロウ付けするためには、ロウ材として、Ａｌ−Ｓｉ系合金のロウ材が用いられることが一般的である。ところが、冷媒配管の母材となるアルミニウムやアルミニウム合金の融点が６５０℃程度であるのに対して、Ａｌ−Ｓｉ系合金のロウ材の融点は５７０℃〜５９０℃であり、融点の差が小さい。このため、温度管理された炉中ロウ付け等ではなく手作業での手ロウ付けを行う場合には、母材の溶融を防止し強度低下を抑えるために高温になりすぎないように手ロウ付けすることが求められる。このため、手ロウ付けは、熟練した温度管理技術を有する作業者でなければ、作業が困難になってしまう。

また、例えば、銅によって構成されている冷媒配管をロウ付けする場合には、銅のロウ付けに用いられているロウ材の融点と母材の融点との温度差が３００℃程度も大きく確保されており、しかも、加熱時に母材の銅が赤色化したことを視認した後にロウ材を流し込むことができ、熟練した作業者でなくても、ロウ材を導入するタイミングを把握しやすい。これに対して、アルミニウムやアルミニウム合金製の母材は、ロウ材と母材の融点差が小さいだけでなく、加熱時に赤色化等の視覚で確認できる変化が生じないため、加熱のし過ぎによる溶融や強度低下が生じてしまいやすい。

なお、ロウ材やロウ付け技術としては、半導体の電装部品の電気的接続のためのロウ材やロウ付け技術があるが、このような半導体分野では、内部に圧力流体が流れる冷媒配管に求められる強度と耐圧性と気密性は必要とされないものであるため、そのロウ材やロウ付け技術をそのまま冷媒配管の接合に適用することはできない。

また、従来のロウ材を用いて高周波ロウ付けを行うことで、精密な温度管理により温度上昇程度を小さく抑えることは可能であるが、その場合であっても接合部分付近に熱が伝わり高温になってしまいがちであるため、入熱による強度低下は免れない。

本発明は上述した点に鑑みてなされたものであり、本発明の課題は、高度なロウ付け技術力を要することなくロウ付け作業時の母材の溶融を防止し強度低下を抑制することが可能な冷媒配管接合体および冷媒配管接合方法を提供することにある。

第１観点に係る冷媒配管接合体は、第１冷媒配管と、第２冷媒配管と、接合部と、を備えている。第１冷媒配管は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている。第２冷媒配管は、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金、および、ステンレス鋼の少なくともいずれかを有して構成されている。接合部は、アルミナノ粒子を含んだロウ材が融着することで第１冷媒配管と第２冷媒配管とを接合している。

この冷媒配管接合体では、第２冷媒配管とアルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第１冷媒配管との接合において、アルミナノ粒子を用いて接合を行っている。ここで、アルミナノ粒子の融点は、微粒子化されることで比表面積が増大していることから、アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第１冷媒配管の融点よりも十分に低い。このため、手ロウ付けにより接合させる場合であっても、アルミナノ粒子の融点を超えつつアルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第１冷媒配管の融点を超えない温度範囲になるように加熱温度を調節することが容易になる。

これにより、高度なロウ付け技術力を要することなくロウ付け作業時の母材の溶融を防止し強度低下を抑制することが可能になる。

第２観点に係る冷媒配管接合体は、第１観点に係る冷媒配管接合体であって、アルミナノ粒子の融点は、第１冷媒配管の融点よりも１００度以上低い。

この冷媒配管接合体では、手ロウ付けの際の温度管理がより容易になる。

第３観点に係る冷媒配管接合体は、第１観点または第２観点に係る冷媒配管接合体であって、第２冷媒配管は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている。

この冷媒配管接合体では、アルミナノ粒子の融点は、微粒子化されることで比表面積が増大していることから、アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第２冷媒配管の融点よりも十分に低い。このため、手ロウ付けにより接合させる場合であっても、アルミナノ粒子の融点を超えつつアルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第２冷媒配管の融点を超えない温度範囲になるように加熱温度を調節することが容易になる。これにより、第１冷媒配管だけでなく、第２冷媒配管についても溶融を防止し強度低下を抑制することが可能になる。

第４観点に係る冷媒配管接合体は、第１観点から第３観点のいずれかに係る冷媒配管接合体であって、第１冷媒配管と第２冷媒配管の内径および外径は同一であり、第１冷媒配管と第２冷媒配管の接合部分の面積は、第１冷媒配管および第２冷媒配管の軸方向に垂直な断面における断面積よりも広い。また、内部を流れる冷媒の圧力が１．０ＭＰａ以上となることがある環境下で用いられる。

この冷媒配管接合体では、内部を流れる冷媒の圧力が１．０ＭＰａ以上となることがある環境下で用いられるため、気密性が要求される。そして、この冷媒配管接合体では、アルミナノ粒子を融着させることで第１冷媒配管と第２冷媒配管を接合させているが、これらの接合面積を増大させた形状とすることにより、気密性を確保しやすくすることができている。

第５観点に係る冷媒配管接合体は、第１観点から第４観点のいずれかに係る冷媒配管接合体であって、アルミナノ粒子の融点は、第１冷媒配管の軟化温度よりも低い。

この冷媒配管接合体では、第１冷媒配管の軟化温度以下の温度でアルミナノ粒子を融着させて第２冷媒配管と接合させることが可能になるため、第１冷媒配管の溶融を防止し強度低下を十分に小さく抑えることが可能になる。

第６観点に係る冷媒配管接合体は、第１観点から第５観点のいずれかに係る冷媒配管接合体であって、接合部は、亜鉛を含まない。

この冷媒配管接合体では、第１冷媒配管との間で電気的な腐食が生じにくくすることが可能になる。

第７観点に係る冷媒配管接合方法は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第１冷媒配管、および、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、および、ステンレス鋼の少なくともいずれかを有して構成されている第２冷媒配管を用意する工程と、第１冷媒配管と第２冷媒配管との間にアルミナノ粒子を含んだロウ材を介在させて融着させることで、第１冷媒配管と第２冷媒配管とを接合する工程と、を有している。

この冷媒配管接合方法では、第２冷媒配管とアルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第１冷媒配管との接合において、アルミナノ粒子を用いて接合を行っている。ここで、アルミナノ粒子の融点は、微粒子化されることで比表面積が増大していることから、アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第１冷媒配管の融点よりも十分に低い。このため、手ロウ付けにより接合させる場合であっても、アルミナノ粒子の融点を超えつつアルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第１冷媒配管の融点を超えない温度範囲になるように加熱温度を調節することが容易になる。

これにより、高度なロウ付け技術力を要することなくロウ付け作業時の母材の溶融を防止し強度低下を抑制することが可能になる。

第８観点に係る冷媒配管接合方法は、第７観点に係る冷媒配管接合体の製造方法であって、第１冷媒配管と第２冷媒配管の内径および外径は同一であり、第１冷媒配管と第２冷媒配管の接合部分の面積は、第１冷媒配管および第２冷媒配管の軸方向に垂直な断面における断面積よりも広い。

この冷媒配管接合方法では、アルミナノ粒子を融着させることで第１冷媒配管と第２冷媒配管を接合させているが、これらの接合面積を増大させた形状とすることにより、気密性を確保しやすくなる。

第９観点に係る冷媒配管接合方法は、第７観点または第８観点に係る冷媒配管接合体の製造方法であって、第１冷媒配管と第２冷媒配管との間にアルミナノ粒子を含んだロウ材を介在させて融着させる際には、第１冷媒配管と第２冷媒配管とが互いに押し付け合うことになるように圧力を加える。

この冷媒配管接合方法では、気密性をさらに高めることが可能になる。

第１観点に係る冷媒配管接合体では、高度なロウ付け技術力を要することなくロウ付け作業時の母材の溶融を防止し強度低下を抑制することが可能になる。

第２観点に係る冷媒配管接合体では、手ロウ付けの際の温度管理がより容易になる。

第３観点に係る冷媒配管接合体では、第１冷媒配管だけでなく、第２冷媒配管についても溶融を防止し強度低下を抑制することが可能になる。

第４観点に係る冷媒配管接合体では、接合面積を増大させた形状とすることにより、気密性を確保しやすくすることができている。

第５観点に係る冷媒配管接合体では、第１冷媒配管の溶融を防止し強度低下を十分に小さく抑えることが可能になる。

第６観点に係る冷媒配管接合体では、第１冷媒配管との間で電気的な腐食が生じにくくすることが可能になる。

第７観点に係る冷媒配管接合体の製造方法では、高度なロウ付け技術力を要することなくロウ付け作業時の母材の溶融を防止し強度低下を抑制することが可能になる。

第８観点に係る冷媒配管接合体の製造方法では、接合面積を増大させることにより、気密性を確保しやすくなる。

第９観点に係る冷媒配管接合体の製造方法では、気密性をさらに高めることが可能になる。

一実施形態に係る空気調和装置の構成の概要を説明するための回路図。 空調室外機の外観を示す斜視図。 空調室外機の各機器の配置の概要を説明するための模式的な断面図。 室外熱交換器の概略構成を示す模式的な背面図。 室外熱交換器の構成を説明するための部分拡大断面図。 室外熱交換器の熱交換部の構成を説明するための部分拡大断面図。 熱交換器側ガス冷媒配管とガス側接続冷媒配管の接合態様を示す図である。 銅製のガス冷媒配管とガス側接続冷媒配管の接合態様を示す図である。 他の実施形態Ａに係る接合態様を示す図である。 他の実施形態Ｂに係る接合態様を示す図である。 他の実施形態Ｃに係る接合態様を示す図である。 他の実施形態Ｄに係る接合態様を示す図である。 他の実施形態Ｅに係る接合態様を示す図である。

以下、本発明の一実施形態を例に挙げて、具体的に説明するが、本発明はこれらの記載によって限定されるものではない。

（１）空気調和装置の全体構成
図１は、冷媒配管を有する空気調和装置の構成の概要を示す回路図である。

空気調和装置１は、空調室外機２（熱源側ユニット）と空調室内機３（利用側ユニット）とで構成される。この空気調和装置１は、蒸気圧縮式の冷凍サイクル運転を行うことによって空調室内機３が設置されている建物内の冷暖房に使用される装置である。空気調和装置１は、熱源ユニットとしての空調室外機２と、利用ユニットとしての空調室内機３と、空調室外機２と空調室内機３とを接続する冷媒連絡管６，７とを備えている。

空調室外機２と空調室内機３と冷媒連絡管６，７とを接続して構成される冷凍回路は、圧縮機９１、四路切換弁９２、室外熱交換器２０、膨張弁４０、室内熱交換器４およびアキュムレータ９３などが冷媒配管で接続された構成を有している。この冷凍回路内には冷媒が封入されており、冷媒が圧縮され、冷却され、減圧され、加熱・蒸発された後に、再び圧縮されるという冷凍サイクル運転が行われるようになっている。冷媒としては、例えば、Ｒ４１０Ａ、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ２２、Ｒ１３４ａ、Ｒ３２、二酸化炭素、などから選択されたものが用いられる。

なお、冷媒回路における冷媒の圧力は、１．０ＭＰａ以上になることがあり、冷媒の圧力としては、例えば、３．６ＭＰａ以上６３ＭＰａ以下の範囲を取り得る。

（２）空気調和装置の動作
（２−１）冷房運転
冷房運転時は、四路切換弁９２が図１の実線で示される状態、すなわち、圧縮機９１の吐出側が室外熱交換器２０のガス側に接続され、かつ、圧縮機９１の吸入側がアキュムレータ９３、ガス冷媒側閉鎖弁９５および冷媒連絡管７を介して室内熱交換器４のガス側に接続された状態となっている。膨張弁４０は、室内熱交換器４の出口（すなわち、室内熱交換器４のガス側）における冷媒の過熱度が一定になるように開度調節されるようになっている。この冷凍回路の状態で、圧縮機９１、室外ファン７０および室内ファン５を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機９１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となる。この高圧のガス冷媒は、四路切換弁９２、銅製のガス冷媒配管４１とアルミニウム製のガス側接続冷媒配管３２とアルミニウム製の熱交換器側ガス冷媒配管３１を経由して室外熱交換器２０に送られる。その後、高圧のガス冷媒は、室外熱交換器２０において、室外ファン７０によって供給される室外空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となる。そして、過冷却状態になった高圧の液冷媒は、室外熱交換器２０からアルミニウム製の熱交換器側液冷媒配管３５とアルミニウム製の液側接続冷媒配管３６と銅製の液冷媒配管４２を経由して膨張弁４０に送られる。膨張弁４０によって圧縮機９１の吸入圧力近くまで減圧されて低圧の気液二相状態の冷媒となって室内熱交換器４に送られ、室内熱交換器４において室内空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となる。

銅製のガス冷媒配管４１および銅製の液冷媒配管４２は、銅合金によって構成されていてもよく、例えば、銅を主成分として含む銅合金、銅を９５重量%以上含む銅合金、銅を９９重量%以上含む銅合金等によって構成されていてもよい。アルミニウム製の熱交換器側ガス冷媒配管３１、アルミニウム製のガス側接続冷媒配管３２、アルミニウム製の熱交換器側液冷媒配管３５、および、アルミニウム製の液側接続冷媒配管３６は、アルミニウム合金によって構成されていてもよく、例えば、アルミニウムを主成分として含むアルミニウム合金、アルミニウムを９５重量%以上含むアルミニウム合金、アルミニウムを９９重量%以上含むアルミニウム合金等によって構成されていてもよい。

この低圧のガス冷媒は、冷媒連絡管７を経由して空調室外機２に送られ、ガス冷媒側閉鎖弁９５および四路切換弁９２を経由して、再び、圧縮機９１に吸入される。このように冷房運転では、空気調和装置１は、室外熱交換器２０を圧縮機９１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室内熱交換器４を室外熱交換器２０において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。

（２−２）暖房運転
暖房運転時は、四路切換弁９２が図１の破線で示される状態、すなわち、圧縮機９１の吐出側がガス冷媒側閉鎖弁９５および冷媒連絡管７を介して室内熱交換器４のガス側に接続され、かつ、圧縮機９１の吸入側が室外熱交換器２０のガス側に接続された状態となっている。また、液冷媒側閉鎖弁９４およびガス冷媒側閉鎖弁９５は、開状態にされている。膨張弁４０は、室内熱交換器４の出口における冷媒の過冷却度が過冷却度目標値で一定になるように開度調節されるようになっている。この冷凍回路の状態で、圧縮機９１、室外ファン７０および室内ファン５を運転すると、低圧のガス冷媒は、圧縮機９１に吸入されて圧縮されて高圧のガス冷媒となり、四路切換弁９２、ガス冷媒側閉鎖弁９５および冷媒連絡管７を経由して、空調室内機３に送られる。

そして、空調室内機３に送られた高圧のガス冷媒は、室内熱交換器４において、室内空気と熱交換を行って凝縮して高圧の液冷媒となった後、膨張弁４０を通過する際に、膨張弁４０の弁開度に応じて減圧される。この膨張弁４０を通過した冷媒は、銅製の液冷媒配管４２とアルミニウム製の液側接続冷媒配管３６および熱交換器側液冷媒配管３５を経由して室外熱交換器２０に流入する。そして、室外熱交換器２０に流入した低圧の気液二相状態の冷媒は、室外ファン７０によって供給される室外空気と熱交換を行って蒸発して低圧のガス冷媒となり、アルミニウム製の熱交換器側ガス冷媒配管３１およびガス側接続冷媒配管３２と、銅製のガス冷媒配管４１および四路切換弁９２を経由して、再び、圧縮機９１に吸入される。このように暖房運転では、空気調和装置１は、室内熱交換器４を圧縮機９１において圧縮される冷媒の凝縮器として、かつ、室外熱交換器２０を室内熱交換器４において凝縮された冷媒の蒸発器として機能させる。

（３）空気調和装置の詳細構成
（３−１）空調室内機
空調室内機３は、室内の壁面に壁掛け等により、または、ビル等の室内の天井に埋め込みや吊り下げ等により設置される。空調室内機３は、室内熱交換器４と、室内ファン５とを有している。室内熱交換器４は、例えば伝熱管と多数のフィンとにより構成されたクロスフィン式のフィン・アンド・チューブ型熱交換器であり、冷房運転時には冷媒の蒸発器として機能して室内空気を冷却し、暖房運転時には冷媒の凝縮器として機能して室内空気を加熱する熱交換器である。

（３−２）空調室外機
空調室外機２は、ビル等の室外に設置されており、冷媒連絡管６，７を介して空調室内機３に接続される。空調室外機２は、図２および図３に示されているように、略直方体状のユニットケーシング１０を備えている。図３に示されているように、空調室外機２は、ユニットケーシング１０の内部空間を鉛直方向に延びる仕切板１８で二つに分割することによって送風機室Ｓ１と機械室Ｓ２とを形成した構造（いわゆる、トランク型構造）を有するものである。

ユニットケーシング１０は、底板１２と、天板１１と、送風機室側側板１３と、機械室側側板１４と、送風機室側前板１５と、機械室側前板１６とを備えて構成されている。天板１１は、ユニットケーシング１０の天面部分を構成する板状部材である。底板１２は、ユニットケーシング１０の底面部分を構成する板状部材である。底板１２の下側には、現地据付面に固定される２つの基礎脚１９が設けられている。送風機室側側板１３は、ユニットケーシング１０の送風機室Ｓ１寄りの側面部分を構成する板状部材である。機械室側側板１４は、ユニットケーシング１０の機械室Ｓ２寄りの側面部分の一部と、ユニットケーシング１０の機械室Ｓ２寄りの背面部分とを構成する板状部材である。送風機室側前板１５は、ユニットケーシング１０の送風機室Ｓ１の前面部分と、ユニットケーシング１０の機械室Ｓ２の前面部分の一部とを構成する板状部材である。

空調室外機２は、ユニットケーシング１０の背面および側面の一部からユニットケーシング１０内の送風機室Ｓ１に室外空気を吸い込んで、吸い込んだ室外空気をユニットケーシング１０の前面から吹き出すように構成されている。そのため、ユニットケーシング１０内の送風機室Ｓ１に吸い込まれる室外空気の吸入口１０ａが、送風機室側側板１３の背面側の端部と機械室側側板１４の送風機室Ｓ１側の端部との間に形成され、室外空気の吸入口１０ｂが送風機室側側板１３に形成されている。また、送風機室Ｓ１に吸い込まれた室外空気を外部に吹き出すための吹出口１０ｃが、送風機室側前板１５に設けられている。吹出口１０ｃの前側は、ファングリル１５ａによって覆われている。

圧縮機９１は、例えば圧縮機用モータによって駆動される密閉式圧縮機であり、運転容量を可変することができるよう構成されている。圧縮機９１は、機械室Ｓ２に配置されている。

四路切換弁９２は、冷媒の流れの方向を切り換えるための機構である。冷房運転時には、四路切換弁９２は、圧縮機９１の吐出側の冷媒配管と室外熱交換器２０の一端とを接続するとともに、アキュムレータ９３を介してガス冷媒側閉鎖弁９５と圧縮機９１の吸入側の冷媒配管とを接続する（図１の四路切換弁９２の実線を参照）。また、暖房運転時には、四路切換弁９２は、圧縮機９１の吐出側の冷媒配管とガス冷媒側閉鎖弁９５とを接続するとともに、アキュムレータ９３を介して圧縮機吸入側配管２９ａと室外熱交換器２０の一端とを接続する（図１の四路切換弁９２の破線を参照）。

室外熱交換器２０は、送風機室Ｓ１に上下方向（鉛直方向）に立てて配置され、吸入口１０ａ，１０ｂに対向している。室外熱交換器２０は、アルミニウム製の熱交換器である。アルミニウム製の室外熱交換器２０は、腐蝕を防止するために、鋼板製の天板１１、底板１２、送風機室側側板１３および機械室側側板１４などに直接接触しないようにユニットケーシング１０に取り付けられている。室外熱交換器２０は、一端が四路切換弁９２に接続されており、その他端が膨張弁４０に接続されている。

アキュムレータ９３は、機械室Ｓ２に配置され、四路切換弁９２と圧縮機９１との間に接続されている。アキュムレータ９３は、冷媒を気相と液相とに分ける気液分離機能を具備している。アキュムレータ９３に流入する冷媒は、液相と気相とに分かれ、上部空間に集まる気相の冷媒が圧縮機９１へと供給される。

空調室外機２は、ユニット内に室外空気を吸入して、再び室外に排出するための室外ファン７０を有している。室外ファン７０は、室外空気と室外熱交換器２０を流れる冷媒との間で熱交換をさせる。膨張弁４０は、冷凍回路において冷媒を減圧するための機構であり、開度調整が可能な電動弁である。膨張弁４０は、冷媒圧力や冷媒流量の調節を行うために、室外熱交換器２０と液冷媒側閉鎖弁９４の間のガス冷媒配管４１に設けられ、冷房運転時および暖房運転時のいずれにおいても、冷媒を膨張させる機能を有している。

室外ファン７０は、送風機室Ｓ１に室外熱交換器２０に対向して配置されている。室外ファン７０は、ユニット内に室外空気を吸入して、室外熱交換器２０において冷媒と室外空気との間で熱交換を行わせた後に、熱交換後の空気を室外に排出する。この室外ファン７０は、室外熱交換器２０に供給する空気の風量を可変することが可能なファンであり、例えば、ＤＣファンモータ等からなるモータによって駆動されるプロペラファン等である。

（３−２−１）室外熱交換器
次に、図４および図５を用いて室外熱交換器２０の構成および室外熱交換器２０に接続される配管などについて詳細に説明する。

室外熱交換器２０は、室外空気と冷媒との熱交換を行わせる熱交換部２１を備えており、この熱交換部２１がアルミニウム製の多数の伝熱フィン２１ａとアルミニウム製の多数の扁平多穴管２１ｂとで構成されている。扁平多穴管２１ｂは、伝熱管として機能し、伝熱フィン２１ａと室外空気との間を移動する熱を、内部を流れる冷媒に伝達する。

室外熱交換器２０は、熱交換部２１の両端に各１本設けられたアルミニウム製のヘッダ集合管２２，２３を備えている。ヘッダ集合管２２は、バッフル２２ｃによって互いに仕切られた内部空間２２ａ，２２ｂを有している。上部の内部空間２２ａには、アルミニウム製の熱交換器側ガス冷媒配管３１が接続され、下部の内部空間２２ｂには、アルミニウム製の熱交換器側液冷媒配管３５が接続されている。

ヘッダ集合管２３は、バッフル２３ｆ，２３ｇ，２３ｈ，２３ｉによって仕切られ、内部空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅが形成されている。ヘッダ集合管２２の上部の内部空間２２ａに接続される多数の扁平多穴管２１ｂは、ヘッダ集合管２３の３つの内部空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃに接続されている。また、ヘッダ集合管２２の下部の内部空間２２ｂに接続される多数の扁平多穴管２１ｂは、ヘッダ集合管２３の３つの内部空間２３ｃ，２３ｄ，２３ｅに接続されている。

また、ヘッダ集合管２３の内部空間２３ａと内部空間２３ｅが連絡配管２４により接続され、内部空間２３ｂと内部空間２３ｄが連絡配管２５により接続されている。内部空間２３ｃは、熱交換部２１の上部（内部空間２２ａに接続されている部分）の一部と下部（内部空間２２ｂに接続されている部分）の一部を接続する機能も果たしている。これらの構成により、例えば冷房運転時には、アルミニウム製の熱交換器側ガス冷媒配管３１によってヘッダ集合管２３上部の内部空間２３ａに供給されるガス冷媒は、熱交換部２１の上部で熱交換を行って液化し、ヘッダ集合管２３で折り返して、熱交換部２１の下部を通ってアルミニウム製の熱交換器側液冷媒配管３５から出て行く。

既に説明したように、アルミニウムやアルミニウム合金が用いられている室外熱交換器２０がアルミニウム製の熱交換器であるから、アルミニウム製の伝熱フィン２１ａとアルミニウム製の扁平多穴管２１ｂとアルミニウム製のヘッダ集合管２２，２３を構成する主材は、アルミニウムまたはアルミニウム合金である。

（３−２−２）熱交換部
図６は、室外熱交換器２０の熱交換部２１の扁平多穴管２１ｂに対して垂直な平面における断面構造を示す部分拡大図である。

伝熱フィン２１ａは薄いアルミニウム製の平板であり、各伝熱フィン２１ａには水平方向に延びる切り欠き２１ａａが上下方向に並べて複数形成されている。扁平多穴管２１ｂは、伝熱面となる上下の平面部と、冷媒が流れる複数の内部流路２１ｂａを有している。切り欠き２１ａａの上下の幅よりもわずかに厚い扁平多穴管２１ｂは、平面部を上下に向けた状態で、間隔をあけて複数段配列され、切り欠き２１ａａに嵌め込まれた状態で仮固定される。このように、伝熱フィン２１ａの切り欠き２１ａａに扁平多穴管２１ｂが嵌め込まれた状態で伝熱フィン２１ａと扁平多穴管２１ｂとがロウ付けされる。また、各扁平多穴管２１ｂの両端は、それぞれヘッダ集合管２２,２３に嵌め込まれてロウ付けされる。そのため、ヘッダ集合管２２の内部空間２２ａ，２２ｂやヘッダ集合管２３の内部空間２３ａ，２３ｂ，２３ｃ，２３ｄ，２３ｅと扁平多穴管２１ｂの内部流路２１ｂａとが繋がっている。また、熱交換器側ガス冷媒配管３１および熱交換器側液冷媒配管３５は、ヘッダ集合管２２に対してロウ付けされる。

なお、ここで、伝熱フィン２１ａ、扁平多穴管２１ｂ、ヘッダ集合管２２、２３、連絡配管２４、２５、熱交換器側ガス冷媒配管３１および熱交換器側液冷媒配管３５は、各部材の接合部分にロウ材が塗布されている状態で、温度管理された炉中に入れられることでロウ付けされる。

図６に示されているように、伝熱フィン２１ａは、上下に繋がっているため、伝熱フィン２１ａや扁平多穴管２１ｂで生じた結露は、伝熱フィン２１ａに沿って下方に滴り落ち、底板１２に形成されている経路を通って外部に排出される。このような構造により、熱交換部２１からヘッダ集合管２２，２３や熱交換器側ガス冷媒配管３１やガス側接続冷媒配管３２や熱交換器側液冷媒配管３５や液側接続冷媒配管３６を介して銅製のガス冷媒配管４１や液冷媒配管４２まで熱交換部２１で生じた水滴が伝わることが防止されている。

（３−２−３）室外熱交換器周辺の冷媒配管
図４に示されているように、アルミニウム製の熱交換器側ガス冷媒配管３１のうち室外熱交換器２０側とは反対側の端部は、上方に向けて延びており、ユニットケーシング１０の内部で冷媒を所望の位置に導くように、ガス側アルミ接続部３３を介してアルミニウム製のガス側接続冷媒配管３２と接続されている。アルミニウム製のガス側接続冷媒配管３２は、上方に延びた後折り返して下方に伸び、ガス側アルミ接続部３３側とは反対側の下方を向いている端部が、ガス側銅接続部３４を介して銅製のガス冷媒配管４１に接続されている。これらのアルミニウム製の熱交換器側ガス冷媒配管３１、アルミニウム製のガス側接続冷媒配管３２、ガス側アルミ接続部３３、ガス側銅接続部３４、および、銅製のガス冷媒配管４１は、ガス冷媒配管接合体３０Ａを構成している。

また、アルミニウム製の熱交換器側液冷媒配管３５のうち室外熱交換器２０側とは反対側の端部は、上方に延びており、ユニットケーシング１０の内部で冷媒を所望の位置に導くように、液側アルミ接続部３７を介してアルミニウム製の液側接続冷媒配管３６と接続されている。アルミニウム製の液側接続冷媒配管３６は、上方に延びた後折り返して下方に伸び、液側アルミ接続部３７側端部とは反対側の下方を向いている端部が、液側銅接続部３８を介して銅製の液冷媒配管４２に接続されている。アルミニウム製の熱交換器側液冷媒配管３５、アルミニウム製の液側接続冷媒配管３６、液側アルミ接続部３７、液側銅接続部３８、および、銅製の液冷媒配管４２は、液冷媒配管接合体３０Ｂを構成している。

ここで、ガス側アルミ接続部３３、ガス側銅接続部３４、液側アルミ接続部３７、および、液側銅接続部３８は、いずれも、アルミナノ粒子の融着物によって構成されている。

（４）ガス冷媒配管接合体および液冷媒配管接合体の製造方法
上述したように、伝熱フィン２１ａ、扁平多穴管２１ｂ、ヘッダ集合管２２、２３、連絡配管２４、２５、熱交換器側ガス冷媒配管３１および熱交換器側液冷媒配管３５は、温度管理された炉中に入れられることでロウ付けされ、一体化される。

この一体化物の熱交換器側ガス冷媒配管３１に対して、手ロウ付けによって、アルミニウム製のガス側接続冷媒配管３２が接続され、さらに、高周波ロウ付けによって、銅製のガス冷媒配管４１が接続される。同様に、一体化物の熱交換器側液冷媒配管３５に対して、手ロウ付けによって、アルミニウム製の液側接続冷媒配管３６が接続され、さらに、高周波ロウ付けによって、銅製の液冷媒配管４２が接続される。

図７に示すように、熱交換器側ガス冷媒配管３１のうち、室外熱交換器２０側とは反対側の端部は、部分的に拡管されており、当該拡管部分の内側にアルミニウム製のガス側接続冷媒配管３２の一端側が挿入される。なお、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２の外径および内径は等しく、熱交換器側ガス冷媒配管３１の拡管部分の内径は、ガス側接続冷媒配管３２の外径よりもわずかに広くなるようにされている。ここで、ガス側接続冷媒配管３２の先端の外周面にアルミナノ粒子を塗布し、熱交換器側ガス冷媒配管３１の拡管部分の内側に挿入した状態で、手ロウ付け（バーナーで接合部周囲を加熱することによるアルミナノ粒子の融着）が行われ、熱交換器側ガス冷媒配管３１やガス側接続冷媒配管３２よりも融点の低いアルミナノ粒子を融着させることにより、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２をガス側アルミ接続部３３を介して接合させる。なお、接合面積を十分に確保して気密性を高めるため、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２の接合部分の面積は、熱交換器側ガス冷媒配管３１およびガス側接続冷媒配管３２の軸方向に垂直な断面における断面積よりも広くなるように調節されている。ここで、手ロウ付けのロウ付け温度は、アルミナノ粒子の融点を超える温度であって、母材となる熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２の融点を超えない温度であることが好ましく、母材となる熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２の軟化温度を超えない温度であることがより好ましい。

また、図８に示すように、銅製のガス冷媒配管４１の一端側の端部は、部分的に拡管されており、当該拡管部分の内側にガス側接続冷媒配管３２のうち熱交換器側ガス冷媒配管３１側とは反対側の端部が挿入される。なお、銅製のガス冷媒配管４１とガス側接続冷媒配管３２の外径および内径は等しく、銅製のガス冷媒配管４１の拡管部分の内径は、ガス側接続冷媒配管３２の外径よりもわずかに広くなるようにされている。ここで、ガス側接続冷媒配管３２の先端の外周面にアルミナノ粒子を塗布し、銅製のガス冷媒配管４１の拡管部分の内側に挿入した状態で、高周波ロウ付け（高周波誘導加熱によるアルミナノ粒子の融着）が行われ、銅製のガス冷媒配管４１やガス側接続冷媒配管３２よりも融点の低いアルミナノ粒子を融着させることにより、銅製のガス冷媒配管４１とガス側接続冷媒配管３２をガス側銅接続部３４を介して接合させる。なお、接合面積を十分に確保して気密性を高めるため、銅製のガス冷媒配管４１とガス側接続冷媒配管３２の接合部分の面積は、銅製のガス冷媒配管４１およびガス側接続冷媒配管３２の軸方向に垂直な断面における断面積よりも広くなるように調節されている。ここで、高周波ロウ付けのロウ付け温度は、アルミナノ粒子の融点を超える温度であって、母材となる銅製のガス冷媒配管４１とガス側接続冷媒配管３２の融点を超えない温度であることが好ましく、母材となる銅製のガス冷媒配管４１とガス側接続冷媒配管３２の軟化温度を超えない温度であることがより好ましい。

上記では、アルミナノ粒子の融点を超える程度に加熱することを述べているが、接合を終えた状態において、僅かに、ガス側アルミ接続部３３、ガス側銅接続部３４、液側アルミ接続部３７、液側銅接続部３８においてアルミナノ粒子がナノサイズのままで残存していてもよい。

また、熱交換器側液冷媒配管３５と液側接続冷媒配管３６をアルミナノ粒子が融着した液側アルミ接続部３７を介して接合させる点、および、液側接続冷媒配管３６と銅製の液冷媒配管４２をアルミナノ粒子が融着した液側銅接続部３８を介して接合させる点は、上記熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２と銅製のガス冷媒配管４１との関係と同様であるため、説明を省略する。

（５）熱交換器側ガス冷媒配管３１、ガス側接続冷媒配管３２、熱交換器側液冷媒配管３５、液側接続冷媒配管３６を構成するアルミニウムもしくはアルミニウム合金
熱交換器側ガス冷媒配管３１、ガス側接続冷媒配管３２、熱交換器側液冷媒配管３５、液側接続冷媒配管３６を構成するアルミニウムもしくはアルミニウム合金、すなわち母材は、特に限定されないが、融点が６００℃以上７００℃以下であることが好ましく、６３０℃以上６７０℃以下であることがさらに好ましく、６４０℃以上６６０℃以下であることが特に好ましい。

これらの母材の融点は、示唆熱分析法による測定で得られる値とする。

また、これらの母材の軟化温度は、２００℃以上３００℃以下であることが好ましく、２５０℃以上２７０℃以下であることがより好ましい。

これらの母材の軟化温度は、引張強度の等時軟化曲線における軟化開始点とする。

（６）アルミナノ粒子
上記アルミナノ粒子は、透過型電子顕微鏡写真で観測される平均粒子径が５００ｎｍ以下であるものをいう。ここで、平均粒子径とは、透過型電子顕微鏡写真で観測される粒子を無作為に１００個抽出し、その平均をとった値をいうものとする。なお、粒子形状としては、特に限定されるものではなく、球状、棒状、紐状であってもよい。

ここで、アルミナノ粒子の平均粒子径の上限は、５００ｎｍ以下であればよく、１００ｎｍ以下であってもよいし、５０ｎｍ以下であってもよい。アルミナノ粒子の平均粒子径の下限は、特に限定されないが、例えば、１ｎｍ以上であってもよいし、１０ｎｍ以上であってもよい。

アルミナノ粒子の組成としては、特に限定されるものではなく、純アルミニウム、酸化アルミニウム、アルミニウム合金等によって構成されていてもよい。電気的腐食を抑制する観点から、アルミナノ粒子には、亜鉛等の異種金属が含まれていないことが好ましい。また、環境負荷の観点から、アルミナノ粒子には、鉛が含まれていないことが好ましい。

アルミナノ粒子は、塗布時のロウ材の５０重量%以上を構成していることが好ましく、９０重量%以上を構成していることがより好ましい。なお、特に限定されないが、塗布時のアルミナノ粒子は、分散媒としてエタノールやテルピネオール（ターピネオール）等のアルコール溶媒によって分散された状態としてもよい。これらの分散媒としては、強度を高める観点から、アルミナノ粒子が融着した後に残留しにくいものであることが好ましい。

また、アルミナノ粒子の融着後のガス側アルミ接続部３３、ガス側銅接続部３４、液側アルミ接続部３７、液側銅接続部３８においては、アルミニウムもしくはアルミニウム合金の割合が、９０重量%以上であることが好ましく、９５重量%以上であることがより好ましい。

アルミナノ粒子の状態としては、特に限定されず、粉体であってもよいし、分散媒に分散された状態であってもよい。

アルミナノ粒子の製造方法も、特に限定されず、例えば、高電圧パルスを印加することによって爆発蒸散させる電気爆発法によって得ることができる。また、アルミナノ粒子は、市販品によって入手してもよい。市販品としては、例えば、日本イオン株式会社が挙げられる。

アルミナノ粒子の融点としては、電子顕微鏡下にて直接融解させる手法により得られる値とする。

アルミナノ粒子は、乾燥状態における融点が、４５０℃以下であることが好ましく、３００℃以下であることがより好ましく、２００℃以下であることが特に好ましい。

アルミナノ粒子の融点は、上述した母材の融点よりも１００度以上低いことが好ましく、１５０度以上低いことがより好ましく、２００度以上低いことが特に好ましい。

さらに、アルミナノ粒子の融点は、上述した母材の軟化温度よりも低いことが好ましく、上述した母材の軟化温度より５０度以上低いことがより好ましく、上述した母材の軟化温度より１００度以上低いことがさらに好ましい。

（７）特徴
従来のロウ材を用いて摩擦攪拌接合を行うことで、各冷媒配管を低温接合させることも可能ではあるが、気密性の確保が不十分になるおそれがある。また、接着剤を用いた接合では、特に高温下における冷媒配管の接合強度の確保が困難になり、気密性の確保も困難になるおそれがある。

これに対して、本実施形態のガス冷媒配管接合体３０Ａでは、アルミナノ粒子を融着させたガス側アルミ接続部３３を介在させることで、アルミニウム製の熱交換器側ガス冷媒配管３１とアルミニウム製のガス側接続冷媒配管３２を接合させている。また、液冷媒配管接合体３０Ｂでは、アルミナノ粒子を融着させた液側アルミ接続部３７を介在させることで、アルミニウム製の熱交換器側液冷媒配管３５とアルミニウム製の液側接続冷媒配管３６を接合させている。

このように、アルミナノ粒子のような微粒子化された比表面積が極めて大きいナノサイズのロウ材を用いることにより、接合温度を低くすることが可能になっている。このように接合温度を低くすることで、熱交換器側ガス冷媒配管３１、ガス側接続冷媒配管３２、熱交換器側液冷媒配管３５、液側接続冷媒配管３６の母材の強度の低下を小さく抑えることが可能になっている。また、アルミナノ粒子が低温で十分に融着するため、気密性の確保も可能になる。

また、上記実施形態のガス側アルミ接続部３３や液側アルミ接続部３７において、一般的に低温ロウ材に含有されているような亜鉛を含有させないようにすることで、金属間の電気的腐食を抑制することが可能になっている。

（８）他の実施形態
上記実施形態では、本発明の実施形態の一例を説明したが、上記実施形態はなんら本願発明を限定する趣旨ではなく、上記実施形態には限られない。本願発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更した態様についても当然に含まれる。

（８−１）他の実施形態Ａ
上記実施形態では、図７、図８に示すように、一方を拡管し、他方を挿入するようにして接合させる形態を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、図９に示すように、熱交換器側ガス冷媒配管３１の軸方向に垂直な断面と、ガス側接続冷媒配管３２の軸方向に垂直な断面と、をガス側アルミ接続部３３を介して接合するようにしてもよい。この場合には、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２とを軸方向において互いに近づくように押し付けることで（図９の矢印参照）、アルミナノ粒子を密にして融着状態を良好にし、気密性をさらに高めることが可能になる。

（８−２）他の実施形態Ｂ
この他、接合形態としては、例えば、図１０に示すように、熱交換器側ガス冷媒配管３１の軸方向の端部に向かうにつれて先細りとなるように外側に形成された傾斜断面と、ガス側接続冷媒配管３２の軸方向の端部に向かうにつれて広がっていくように内側に形成された傾斜断面と、をガス側アルミ接続部３３を介して接合するようにしてもよい。この場合においても、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２とを軸方向において互いに近づくように押し付けることで（図１０の矢印参照）、アルミナノ粒子を密にして融着状態を良好にし、気密性をさらに高めることが可能になる。

なお、この接合形態では、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２の接合面積を十分に確保できれば、互いに異径の関係にあってもよい。

（８−３）他の実施形態Ｃ
この他、接合形態としては、例えば、図１１に示すように、熱交換器側ガス冷媒配管３１の端部が軸方向に垂直に広がった接合用部分を有しており、ガス側接続冷媒配管３２の端部についても軸方向に垂直に広がった接合用部分を有しており、各接合用部分がガス側アルミ接続部３３を介して接合されるようにしてもよい。この場合においても、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２とを軸方向において互いに近づくように押し付けることで（図１１の矢印参照）、アルミナノ粒子を密にして融着状態を良好にし、気密性をさらに高めることが可能になる。

なお、この接合形態でも、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２の接合面積を十分に確保できれば、互いに異径の関係にあってもよい。

（８−４）他の実施形態Ｄ
この他、接合形態としては、例えば、図１２に示すように、熱交換器側ガス冷媒配管３１の端部に向かうにつれて内径と外径が小さくなるように構成された接合用部分を有しており、ガス側接続冷媒配管３２の端部に向かうにつれて内径と外径が大きくなるように構成された接合用部分を有しており、内径および外径の異なる冷媒配管の各接合用部分がガス側アルミ接続部３３を介して接合されるようにしてもよい。この場合においても、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２とを軸方向において互いに近づくように押し付けることで（図１２の矢印参照）、アルミナノ粒子を密にして融着状態を良好にし、気密性をさらに高めることが可能になる。

（８−５）他の実施形態Ｅ
この他、接合形態としては、例えば、図１３に示すように、他の実施形態Ｄの熱交換器側ガス冷媒配管３１と他の実施形態Ｂのガス側接続冷媒配管３２とを組合せたようにして接合してもよい。この場合においても、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２とを軸方向において互いに近づくように押し付けることで（図１３の矢印参照）、アルミナノ粒子を密にして融着状態を良好にし、気密性をさらに高めることが可能になる。

なお、この接合形態でも、熱交換器側ガス冷媒配管３１とガス側接続冷媒配管３２の接合面積を十分に確保できれば、互いに異径の関係にあってもよい。

（８−６）他の実施形態Ｆ
上記実施形態では、ガス冷媒配管４１やガス冷媒配管４２が銅製である場合を例に挙げて説明した。

しかし、本発明はこれに限られるものではなく、例えば、ガス冷媒配管４１やガス冷媒配管４２は、アルミニウムもしくはアルミニウムを主成分として含むアルミニウム合金によって構成されていてもよく、鉄もしくは鉄を主成分として含む鉄合金によって構成されていてもよく、ステンレス鋼によって構成されていてもよい。

１ 空気調和装置
２ 空調室外機
３ 空調室内機
１０ ユニットケーシング
２０ 室外熱交換器
２１ 熱交換部
２１ａ 伝熱フィン
２１ｂ 扁平多穴管
２２，２３ ヘッダ集合管
３０Ａ ガス冷媒配管接合体（冷媒配管接合体）
３０Ｂ 液冷媒配管接合体（冷媒配管接合体）
３１ 熱交換器側ガス冷媒配管
３２ ガス側接続冷媒配管
３３ ガス側アルミ接続部
３４ ガス側銅接続部
３５ 熱交換器側液冷媒配管
３６ 液側接続冷媒配管
３７ 液側アルミ接続部
３８ ガス側銅接続部
４０ 膨張弁

特開２０１３―１３０３４５号公報

Claims (9)

1. アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第１冷媒配管（３１、３３）と、
   アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、鉄、鉄合金、および、ステンレス鋼の少なくともいずれかを有して構成されている第２冷媒配管（３２、３４）と、
   アルミナノ粒子を含んだロウ材が融着することで前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管とを接合している接合部（３３、３４、３７、３８）と、
   を備えた冷媒配管接合体（３０Ａ、３０Ｂ）。
2. 前記アルミナノ粒子の融点は、前記第１冷媒配管の融点よりも１００度以上低い、
   請求項１に記載の冷媒配管接合体。
3. 前記第２冷媒配管は、アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている、
   請求項１または２に記載の冷媒配管接合体。
4. 前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管の内径および外径は同一であり、
   前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管の接合部分の面積は、前記第１冷媒配管および前記第２冷媒配管の軸方向に垂直な断面における断面積よりも広く、
   内部を流れる冷媒の圧力が１．０ＭＰａ以上となることがある環境下で用いられる、
   請求項１から３のいずれか１項に記載の冷媒配管接合体。
5. 前記アルミナノ粒子の融点は、前記第１冷媒配管の軟化温度よりも低い、
   請求項１から４のいずれか１項に記載の冷媒配管接合体。
6. 前記接合部は、亜鉛を含まない、
   請求項１から５のいずれか１項に記載の冷媒配管接合体。
7. アルミニウムもしくはアルミニウム合金によって構成されている第１冷媒配管、および、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金、および、ステンレス鋼の少なくともいずれかを有して構成されている第２冷媒配管を用意する工程と、
   前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管との間にアルミナノ粒子を含んだロウ材を介在させて融着させることで、前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管とを接合する工程と、
   を有する冷媒配管接合体の製造方法。
8. 前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管の内径および外径は同一であり、
   前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管の接合部分の面積は、前記第１冷媒配管および前記第２冷媒配管の軸方向に垂直な断面における断面積よりも広い、
   請求項７に記載の冷媒配管接合体の製造方法。
9. 前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管との間にアルミナノ粒子を含んだロウ材を介在させて融着させる際には、前記第１冷媒配管と前記第２冷媒配管とが互いに押し付け合うことになるように圧力を加える、
   請求項７または８に記載の冷媒配管接合体の製造方法。

Images