エアコンに銅管が使用される理由: 熱的、機械的、耐食性

銅がデフォルトの冷媒回路材料である理由

エアコンは熱を生成するのではなく移動させるため、冷媒は蒸発器で熱を吸収し、凝縮器で熱を排除する必要があります。したがって、室内ユニットと室外ユニットの間に冷媒を運ぶ配管は、単なるパイプではなく、熱伝達面の一部となります。銅が選ばれた理由は、銅が 4 つの役割を同時に果たすためです。熱を効率的に伝導し、薄い壁でシステムの圧力を保持し、特別な装置を使わずに現場で曲げたり、広げたり、ろう付けしたりすることができ、屋外での乾湿両用の数十年にわたるサイクリングに耐えます。アルミニウムはこれらの役割の一部を代替できますが、すべての役割を同時に代替できることはまれです。

熱的および機械的性能

銅とアルミニウムの性能差は、並べて見るとよく分かります。銅の熱伝導率は、冷凍に使用されるチューブグレードでは 1 ケルビンあたり約 390 ～ 400 W ですが、アルミニウムの熱伝導率は 1 ケルビンあたり 205 ～ 237 W 近くです。また、銅は密度が 3 倍以上高く、重量には影響しますが、効率には影響しません。また、熱膨張係数が低いため、ろう付け接合部は温度サイクルによる応力が少なくなります。

機械的には、焼き鈍し銅管は、高い破裂強度と、狭い半径でコイル状に巻いたり曲げたりするのに十分な延性を兼ね備えており、使用中の加工硬化はわずかしかありません。同じ外径のアルミニウムチューブでも同等の圧力定格に達するにはより厚い壁が必要であり、繰り返しの曲げや振動に対する耐性がはるかに劣ります。そのため、室内機と室外機の間の接続ラインには銅が標準であり、現場でチューブを曲げてから壁の後ろに埋めたり、屋根を横切ったりする必要があります。

冷凍管のグレードと規格

エアコンのチューブは、C12200 または Cu{2}DHP と呼ばれるリン脱酸銅から作られており、銅含有量は少なくとも 99.9 パーセント、リンは約 0.015 ～ 0.04 パーセントの範囲です。リンは溶融物を脱酸するため、酸素含有銅に影響を与える水素脆化のリスクを伴うことなく、還元性雰囲気でチューブをろう付けすることができます。一方、残留リンによる導電性の低下はほんのわずかであり、導電性よりも熱性能が重視されるチューブでは重要ではありません。一般に参照される製品規格は、空調および冷凍用のシームレス銅管に関する ASTM B280、空調および冷凍機器に関する GB/T 17791、および丸型シームレス銅管と対応する圧力定格をカバーする EN 12735 パート 1 および 2 です。清浄度も同様に指定されています。チューブ内に残った汚染物質が拡張装置に移行し、閉塞や毛細管の凍結を引き起こすため、ボアは通常、乾燥した状態でキャップを付けて供給され、残留油、水分、粒子含有量が制限されています。

壁の厚さ、材質、冷媒の選択

壁の厚さは直径の固定特性ではありません。それは冷媒とシステム圧力から決まります。 R410A は置き換えられた R22 よりも高い圧力で動作し、R32 は再びより高い圧力で動作するため、同じコイル直径でもより厚い壁またはより高い強度の焼戻しが必要になる場合があります。したがって、チューブの選択は習慣で選択するのではなく、該当する製品規格の圧力定格表とシステム設計圧力に照らして確認する必要があります。

通常、伝熱面はさらに改良されます。内側の溝付きチューブは、螺旋状の尾根をボア内に引き込むことによって製造され、核沸騰を促進し、液膜を薄くすることで内部の熱伝達係数を高めます。そのため、より小型で軽量のコイルでも同じ役割を果たすことができます。溝付きチューブは屋内および屋外コイルの標準ですが、曲げが支配的で圧力降下が制御要因となる長い接続ラインには普通の軟質チューブが使用されます。

腐食と現場での信頼性

銅は錆びませんが、錆びないわけではありません。空調コイルで最も一般的な故障は蟻状腐食です。蟻状腐食では、特定の断熱フォーム、接着剤、シーラント、洗浄剤から放出される有機酸、通常は蟻酸や酢酸が銅を攻撃し、浅い地下トンネルを形成し、最終的には壁に穴が開きます。漏れが現れるまで攻撃を確認するのは難しいため、予防は設計と設置の問題です。コイルを清潔で乾燥した状態に保ち、高温で有機酸を放出する断熱材を避け、凝縮水が自由に排出されるようにします。海岸沿いの施設では、塩化物による攻撃が追加されるため、アルミニウムフィンとのガルバニック接触をより厳密に制御する必要があります。銅はアルミニウムに対して陰極性であるため、両者の間に濡れたブリッジがあるとガルバニックカップルが形成され、フィンが犠牲になり、チューブの攻撃も加速する可能性があります。異種金属の接触は、コーティング、適切なワッシャーまたはスリーブ、または接合部を乾燥した状態に保つ排水設備によって遮断する必要があります。

銅管とアルミニウム管の比較

アルミニウム製マイクロチャネルコンデンサーは、重量とコストを削減できるため普及しており、一部の市場では屋外コイルの標準となっています。このトレードオフは現実のものです。-アルミニウム コイル アセンブリは修理が難しく、フラックスろう付けまたは機械的接合が必要であり、現場で簡単に再フレアすることができないため、わずかな漏れが発生した場合、接合部を修理するのではなくアセンブリ全体を交換することになる可能性があります。-また、アルミニウムは、回路内の他の場所で銅コンポーネントと接触するとガルバニック攻撃を受けやすく、振動疲労に対してより敏感です。したがって、市場における実質的な意見の分かれ目は明らかです。アルミニウムは、制御されたろう付けプロセスが利用できる工場で製造されたコイル アセンブリ内でよく使用されますが、現場で設置される冷媒ラインや、保守性と長寿命が仕様を重視する用途では、銅が引き続き選択される材料です。{6}}

よくある質問

Q: エアコンのチューブにはアルミニウムよりも銅の方が優れているのはなぜですか?
銅は熱を約 2 倍効果的に伝導し、薄い壁で所定の破裂圧力に達し、通常の工具を使用して現場で曲げたり、広げたり、ろう付けしたりすることができ、漏れの後に修理することができます。アルミニウムは軽くて安価ですが、接合や修理が困難です。

Q: 冷却管にはどのグレードの銅が使用されていますか?
リン-脱酸銅、C12200 または Cu-DHP。最低銅含有量は 99.9 パーセント、リンは約 0.015 ～ 0.04 パーセントです。 ASTM B280、GB/T 17791、または EN 12735 などの規格に準拠し、冷蔵サービス用に乾燥してキャップを付けて供給されます。

Q: 冷媒はチューブの壁の厚さに影響しますか?
はい。 R410A や R32 などの高圧冷媒には、同じ直径の R22 よりも厚い壁または高い強度の焼戻しが必要です。該当するチューブ規格の圧力定格およびシステムの設計圧力に照らして選択を常に確認してください。

Q: 蟻状腐食とは何ですか?
これは、断熱材、接着剤、または洗浄剤から放出される有機酸、通常はギ酸または酢酸によって引き起こされる地下トンネル攻撃です。これは銅コイルに内側から外側に穴をあけますが、主に材料の選択、排水、コイルを乾燥した清潔な状態に保つことによって防止されます。

Q: 内側の溝付きチューブには追加料金を払う価値がありますか?
コイル用途の場合、通常は「はい」です。らせん状のリッジにより内部の熱伝達係数が高まるため、より小型で軽量のコイルでも同じ役割を達成できます。プレーンチューブは、曲げや圧力損失が支配的な長い接続ラインには依然として好まれます。

Q: 銅管は設置前にどのように保管する必要がありますか?
キャップを所定の位置に保ち、コイルを屋内および地面から離れた場所に保管し、スチールや有機酸を放出する物質との接触を避けてください。チューブ内に残った湿気、ほこり、油は、システムの初期故障の一般的な原因です。