JPH11148740A

JPH11148740A - アンモニア吸収式ヒートポンプ

Info

Publication number: JPH11148740A
Application number: JP9316783A
Authority: JP
Inventors: Takahito Ishii; 隆仁石井; Takashi Sawada; 敬澤田; Ryoichi Koga; 良一古閑; Satoshi Matsumoto; 聡松本
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1997-11-18
Filing date: 1997-11-18
Publication date: 1999-06-02

Abstract

(57)【要約】【課題】安全で防錆効果の高い複合系の防錆剤、及び
その防錆剤の実機への適用化に関するものであり、信頼
性の高いアンモニア吸収式ヒートポンプを提供する。【解決手段】防錆剤は、亜硝酸塩，過酸化水素と珪酸
塩とを組み合わせる。そして、防錆剤の析出を防止する
分離器，凝集分離器を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、作動媒体としてア
ンモニア，水を用いる家庭用の冷房・暖房・給湯機器用
のアンモニア吸収式ヒートポンプに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来この種のアンモニア吸収式ヒートポ
ンプは、家庭用のものはなく業務用であり、発生器と精
溜器とが一体に構成された発生・精溜器，凝縮器，過冷
却器，蒸発器，溶液熱交換器，吸収器，溶液ポンプ，絞
り部等の１次回路を構成する要素部品が、鉄と鋼鉄等の
鉄合金で溶接によって形成されていた。また、１次回路
内にはアンモニア水とともに防錆剤として、重クロム酸
カリウム等の重クロム酸塩が添加されていた。そして、
重クロム酸塩の存在によって、アンモニア水と接触して
いる１次回路内の鉄系材料の表面に、主としてクロム酸
化物の不動態被膜である保護層が形成され、この保護層
の存在により腐食を防止していた。

【０００３】なお、防錆剤がない場合には、鉄系材料の
腐食が生ずる。腐食は、電気化学的な反応であり、鉄系
材料が溶出してその酸化物が生成するアノード反応と、
水素ガスが発生するカソード反応とによるものである。
そして金属酸化物、及び水素により、サイクルの適正な
動作が阻害されることになりアンモニア吸収式ヒートポ
ンプとしての機能が損われる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のような、重
クロム酸塩を使用する場合、人間の健康が損なわれる可
能性がある。米国環境保護局では、大気に開放されたシ
ステムにクロム化合物の利用を禁止している。もちろ
ん、アンモニア吸収式ヒートポンプは閉鎖系ではある
が、作動媒体の試料採取時、製造工程時、及び取扱い時
や注入時において、システムから大気中へとある程度作
動媒体が飛散することも起こりうる。

【０００５】そして、重クロム酸塩中のクロムは自然環
境を著しく汚染する物質として排水基準で厳しく規制さ
れており、システムからの漏洩、寿命が来たときの廃棄
時などを想定すると、取扱いの上で大きな制約を受ける
こととなり、実際には使用されなくなってきているのが
実状である。

【０００６】そこで本発明はクロムのような有害物質を
排出することのない防錆剤と、その防錆剤を有効に活用
できるアンモニア吸収式ヒートポンプとを提供すること
を課題とするものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するもので、毒性がほとんどなく、安全性の高い防錆
剤として亜硝酸塩，過酸化水素，燐酸塩，シリカゲル，
水ガラス，メタ珪酸塩，ケイタングステン酸を用い、し
かもその２種類以上を組み合わせることにより、相乗効
果により防錆効果を発揮するようにしたものである。

【０００８】また、前記防錆剤を実際に適用する際に、
防錆剤収納容器から溶出させる構成として、必要な防錆
剤量を十分確保して防錆効果を維持できるようにしたも
のである。

【０００９】さらに、分離器，凝集分離器を設けて、防
錆剤の析出による問題を防止して、より信頼性を高めた
ものである。

【００１０】上記発明によれば、取扱いが容易で、かつ
防錆効果の高い防錆剤として、信頼性の高いアンモニア
吸収式ヒートポンプを提供できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】本発明は各請求項に記載した構成
とすることにより達成できるものである。すなわち、亜
硝酸塩とシリカゲルとを組み合わせた防錆剤、亜硝酸塩
と水ガラスとを組み合わせた防錆剤、亜硝酸塩とメタ珪
酸塩とを組み合わせた防錆剤、過酸化水素とシリカゲル
とを組み合わせた防錆剤、過酸化水素と水ガラスとを組
み合わせた防錆剤、過酸化水素とメタ珪酸塩とを組み合
わせた防錆剤、水ガラスと燐酸塩とを組み合わせた防錆
剤、メタ珪酸塩と燐酸塩とを組み合わせた防錆剤、メタ
珪酸塩とケイタングステン酸とを組み合わせた防錆剤の
いずれかを備えたアンモニア吸収式ヒートポンプは防錆
効果がよく、錆の発生が少ない。

【００１２】また、請求項１０記載のように、前記する
いずれかの防錆剤を収納するとともに、その防錆剤の溶
出が可能な細孔を有する防錆剤収納容器を１次回路内に
配置することにより、好ましくは、請求項１１記載のよ
うに防錆剤収納容器を再生器の出口部に配置して、溶解
速度の遅い防錆剤を徐々に溶出させて必要な防錆剤量を
確保して防錆効果を発揮できる。

【００１３】また、請求項１２記載のように防錆剤を添
加するとともに、アンモニアガスとアンモニア水希溶液
とを導入し、析出する物質を分離する分離器を設けると
よい。

【００１４】また、請求項１３記載のように防錆剤を添
加するとともに、アンモニア水希溶液ラインに凝集剤が
充填され、かつ濾過機能を有する凝集分離器を設け、分
離器、及び凝集分離器により、防錆剤の析出によるトラ
ブルを回避することができる。

【００１５】

【実施例】以下に本発明の具体的な実施例について説明
する。

【００１６】本発明では、１次回路の素材が、配管や、
再生器，精溜器，絞り部等はステンレス等の鉄系材料と
し、凝縮器，吸収器，溶液熱交換器，蒸発器等は積層式
熱交換器として、０．３ｍｍ程度の厚みの前記鉄系材料
を接合するためにニッケルろう材を用いることとしてい
る。

【００１７】実運転に近い条件で材料の耐食性を評価す
るために、図１に示したループ式材料評価試験装置１を
作製した。ループ式材料評価試験装置１は、タンク２と
加熱器３と冷却器４とからなり、サンプル５はタンク２
内で液に浸漬する位置に保持されている。加熱器３によ
り加熱された防錆剤を含むアンモニア水は蒸気を発生す
る。発生した蒸気はタンク２を経て、冷却器４で冷却さ
れ、再び加熱器３に還流する。圧力は冷却器４の２次側
冷却水６の温度で設定される。サンプル５が保持された
タンク２内の液温度を一定になるように加熱器３の通電
を制御している。ここでは、加熱器３を実機では再生
器、サンプル５が保持されているタンク２内を、腐食は
もっとも高温部で速く進むという前提で、実機では再生
器出口を想定している。

【００１８】そして、サンプル５は、鉄系材料，ニッケ
ルろう材等として、そのサイズは、１０×４０ｍｍ、板
厚は鉄系材料については０．５ｍｍ、ニッケルろう材に
ついては３０ミクロンとしている。なお、鉄系材料とし
ては、鉄，鋳鉄，ステンレス（オーステナイト系，フェ
ライト系）、ニッケルろう材としては、ＢＮｉ−２，Ｂ
Ｎｉ−５とした。

【００１９】また、試験条件としては、アンモニア水濃
度を２５ｗｔ％、温度を１６０℃、圧力を２０ｋｇ／ｃ
ｍ²−Ｇ、評価時間を２００時間とした。各防錆剤添加
濃度は、アンモニア水に対して０．０１〜２ｗｔ％とし
て、ループ式材料評価試験装置１に充填した。なお、評
価は、主として、サンプル５の状態（外観，重量変化，
表面状態）をもとにおこなった。その他の評価項目とし
ては、液状態、加熱器３・タンク２の表面状態等とし
た。

【００２０】以下、本発明の吸収式ヒートポンプの実施
例について説明する。（実施例１）亜硝酸塩として亜硝酸ナトリウムとシリカ
ゲルとを組み合わせて用いた。鉄系材料としてＳＵＳ３
１６、ニッケルろう材としてＢＮｉ−２の評価試験後の
重量変化率（％）、及びそれぞれの評価結果を（表１）
に示した。ＳＵＳ３１６の評価結果は重量変化とともに
外観変化も加味して行った。重量変化が少なく、かつ外
観変化のない状態のものを○とした。また、ＢＮｉ−２
の評価結果は従来例を基準として重量変化率が同等の場
合を△、マイナスが小さい場合、及びプラスの場合を
○、マイナスが大きい場合を×印を付した。なお、表中
の（）内の数字は、防錆剤の水に対する添加重量％であ
る。また、従来例として重クロム酸カリウム（０．
５）、比較例１としてブランク（防錆剤無添加）、比較
例２として亜硝酸ナトリウム（１）、比較例３としてシ
リカゲル（０．５）の結果も示した。

【００２１】亜硝酸ナトリウムとシリカゲルを組み合わ
せて用いることにより、従来例、及びそれぞれ単独で用
いた比較例よりも優れた防錆効果を確認した。

【００２２】（実施例２）亜硝酸塩として亜硝酸ナトリ
ウムと水ガラスとを組み合わせて用いた。その結果を、
比較例４として水ガラス（０．０５）の結果とともに
（表１）に記した。この場合も、組み合わせることによ
り従来例よりも優れた防錆効果を確認した。

【００２３】（実施例３）亜硝酸塩として亜硝酸ナトリ
ウムとメタ珪酸塩としてメタ珪酸ナトリウムとを組み合
わせて用いた。その結果を、比較例５としてメタ珪酸ナ
トリウム（０．５）の結果とともに（表１）に記した。
この場合も、組み合わせることにより従来例よりも優れ
た防錆効果を確認した。

【００２４】亜硝酸塩とシリカゲル，水ガラス，メタ珪
酸ナトリウム等の珪酸塩とを組み合わせることによる防
錆効果のメカニズムは現時点では明確ではないが、亜硝
酸塩の添加による腐食電位を貴にする作用と、珪酸塩の
表面吸着作用が有効に働いたものと考えられる。

【００２５】

【表１】

【００２６】（実施例４）過酸化水素とシリカゲルとを
組み合わせて用いた結果を、比較例６として過酸化水素
（２．５）の結果とともに（表２）に示した。なお、同
一番号の比較例は（表１）と同様である。単独で用いる
場合よりも組み合わせることにより優れた防錆効果を確
認した。

【００２７】

【表２】

【００２８】（実施例５）過酸化水素と水ガラスとを組
み合わせて用いた結果を、（表２）に示した。この場合
も、単独で用いる場合よりも組み合わせることにより優
れた防錆効果を確認した。

【００２９】（実施例６）過酸化水素とメタ珪酸ナトリ
ウムとを組み合わせて用いた結果を、（表２）に示し
た。この場合も、単独で用いる場合よりも組み合わせる
ことにより優れた防錆効果を確認した。

【００３０】過酸化水素とシリカゲル，水ガラス，メタ
珪酸ナトリウム等の珪酸塩とを組み合わせることによる
防錆効果のメカニズムについても現時点では明確ではな
いが、過酸化水素はアンモニア水中では容易に分解して
酸素を発生するが、水ガラス、とくにメタ珪酸ナトリウ
ムの場合には付加物を生じて過酸化水素の分解を阻止し
て、過酸化水素の腐食電位を貴にする作用と珪酸塩の表
面吸着作用が有効に働いたものと考えられる。

【００３１】（実施例７）水ガラスと燐酸塩として燐酸
ナトリウムとを組み合わせて用いた結果を、比較例７と
して燐酸ナトリウム（０．０１）の結果とともに（表
３）に示した。

【００３２】（実施例８）メタ珪酸塩としてメタ珪酸ナ
トリウムと燐酸塩として燐酸ナトリウムとを組み合わせ
て用いた結果を（表３）に示した。

【００３３】（実施例９）メタ珪酸塩としてメタ珪酸ナ
トリウムとケイタングステン酸とを組み合わせて用いた
結果を、比較例８としてケイタングステン酸（０．１）
の結果とともに（表３）に示した。

【００３４】実施例７から９においても、組み合わせる
ことによる優れた防錆効果を確認した。

【００３５】以上、種々の防錆剤の組合せを金属塩とし
てナトリウム塩の場合を述べたが、その他の塩（カリウ
ム，アンモニウム，マグネシウム等）でも良いことは言
うまでもない。

【００３６】

【表３】

【００３７】（実施例１０）防錆剤を収納し、これの溶
出可能な細孔を有する防錆剤収納容器として、四フッ化
エチレン製のフィルター（保留粒子径５ミクロン）を用
いた。

【００３８】前述したシリカゲル、水ガラス、メタ珪酸
ナトリウム等の珪酸塩、燐酸塩、ケイタングステン酸は
アンモニア水に対する溶解度（常温）が低い。さらに、
防錆剤を組み合わせることにより溶解度が低下する。よ
って、最初にアンモニア水に防錆剤を溶解させて機器に
充填することはできない。

【００３９】しかしながら、温度が上昇するとこれら防
錆剤の溶解度は急激に増す。そこで、防錆剤を収納した
防錆剤収納容器を１次回路内の適切な場所、好ましくは
高温部分である再生器出口部に配置する構成とした。温
度の低い部分に収納容器を配置すると防錆剤の溶出が少
なく防錆効果が低下することを確認している。

【００４０】防錆剤収納容器を実機に適用する利点は、
予め実機内に防錆剤収納容器を配置しているので、防錆
剤を溶解させる手間が省けるとともに、常温で溶解度の
低い防錆剤を活用できる点にある。充填する冷媒はアン
モニア水で良い。

【００４１】前述した防錆剤の評価結果は、防錆剤収納
容器を用いた場合でも同様の結果を得るとともに、かつ
固形物の析出も防止することができた。また、防錆剤収
納容器がない場合は、加熱器３の内面に防錆剤が肉眼で
識別できるほど付着するが、この収納容器を用いること
により加熱器３への防錆剤の付着も防止することができ
た。

【００４２】（実施例１１）図２に分離器７の構成図を
示した。図２中上部左側よりアンモニア水希溶液８が、
上部右側よりアンモニアガス９が分離器７に流入する。
そこで析出した結晶は比重がアンモニア水よりも大き
く、サイクロン型の分離機構により分離器７内部の円錐
部分１０に滞留する。そして、結晶を析出したアンモニ
ア水は飽和濃度の防錆剤を溶解させた状態で吸収器に至
る。なお、分離器７の円錐部分１０は２次側冷却水１１
により冷却されている。

【００４３】組み合わせて用いるいわゆる複合系の防錆
剤を実機に適用すると、防錆剤の析出がおこり実機の動
作トラブルが生じた。防錆剤が析出することにより、吸
収器の熱交換能力の低下、溶液ポンプへのコンタミを生
じた。その析出箇所は吸収器の入口部分、すなわちアン
モニアガスとアンモニア水希溶液とが混合する部分であ
った。この析出の原因としては、そこに至るまでに温度
が低下していることと、そこで急激にアンモニア水中の
アンモニア濃度が上昇することが考えられた。高温部分
で溶解した防錆剤は温度が低下するとコロイド状に析出
し、アンモニア濃度の上昇によりさらに大きな結晶とな
って析出する。なお、アンモニア水中にはその温度に見
合う飽和溶解度で防錆剤が溶解している。

【００４４】分離器７を設けることにより析出した結晶
を捕捉することができた。こうして、防錆剤の析出によ
るトラブルを防止して防錆剤の実機への適用を図り、信
頼性を高めることができた。なお、分離器７内にフィル
ターを設けても良いことは言うまでもない。

【００４５】（実施例１２）図３に凝集分離器１２を示
した。アンモニア水希溶液８が図３中左側より流入す
る。上層部１３内には凝集剤１４が充填され、下層部１
５内には分離器７同様に分離機能を有する。下層部１５
内にはフィルター１６を設けている。アンモニア水中に
懸濁する防錆剤等のコロイド粒子が成長して結晶とな
る。コロイド粒子は表面が負に帯電しており、そこに反
対の電荷を持つイオンを添加することにより電位を中和
し、凝集させることができる。ただし、凝集性能は適切
に、すなわち防錆効果を発揮する防錆剤の最低量を確保
するように調節する必要がある。こうして、アンモニア
水中の防錆剤のコロイド粒子を捕捉して、実機の信頼性
を高めることができた。なお、凝集剤１４としては、硫
酸アルミニウム，硫酸第２鉄，アンモニウム明ばん，ア
ルミン酸ソーダ，ベントナイト，マグネシアのいずれで
も良く、単独あるいは組み合わせても良い。また、活性
炭，ゼオライト等の担体に支持して用いても良い。

【００４６】図４に、分離器７と、凝集分離器１２と、
防錆剤収納容器１７とを１次回路に配置した概略構成図
を示した。

【００４７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
次のような効果がある。

【００４８】請求項１ないし３に記載した発明では亜硝
酸塩と珪酸塩（シリカゲル，水ガラス，メタ珪酸ナトリ
ウム）とを組み合わせることにより、防錆効果の高い防
錆剤を提供できる。

【００４９】また、請求項４ないし６に記載した発明で
は過酸化水素と珪酸塩とを組み合わせることにより、防
錆効果の高い防錆剤を提供できる。

【００５０】また、請求項７に記載した発明では水ガラ
スと燐酸塩とを組み合わせることにより、防錆効果の高
い防錆剤を提供できる。

【００５１】また、請求項８に記載した発明では、メタ
珪酸塩と燐酸塩とを組み合わせることにより、防錆効果
の高い優れた防錆剤を提供できる。

【００５２】また、請求項９に記載した発明では、メタ
珪酸塩とケイタングステン酸塩を組み合わせることによ
り、防錆効果の高い防錆剤を提供できる。

【００５３】また、請求項１０に記載した発明では、防
錆剤収納容器より防錆剤が溶出させる構成としているの
で、防錆に必要な防錆剤量を確保することができて、防
錆効果を維持できる。

【００５４】また、請求項１１に記載した発明では分離
器を設けて、析出する防錆剤の結晶を捕捉するので、実
機動作の信頼性を高めることができる。

【００５５】また、請求項１２に記載した発明では、凝
集分離器を設けて、析出する防錆剤の結晶を捕捉するの
で、実機動作の信頼性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のアンモニア吸収式ヒートポンプにおけ
る材料評価試験装置の構成を説明する断面図

【図２】本発明のアンモニア吸収式ヒートポンプにおけ
る分離器の構成を説明する断面図

【図３】本発明のアンモニア吸収式ヒートポンプにおけ
る凝集分離器の構成を説明する断面図

【図４】本発明のアンモニア吸収式ヒートポンプにおけ
る分離器，凝集分離器の配置構成の説明図

【符号の説明】

１ループ式材料評価試験装置２タンク３加熱器４冷却器５サンプル６２次側冷却水７分離器８アンモニア水希溶液９アンモニアガス１０円錐部分１１２次側冷却水１２凝集分離器１３上層部１４凝集剤１５下層部１６フィルター１７防錆剤収納容器

フロントページの続き (72)発明者松本聡大阪府門真市大字門真1006番地松下電器産業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】亜硝酸塩とシリカゲルとを組み合わせた
防錆剤を備えたアンモニア吸収式ヒートポンプ。
【請求項２】防錆剤として、亜硝酸塩と水ガラスとを
組み合わせた防錆剤を備えたアンモニア吸収式ヒートポ
ンプ。
【請求項３】亜硝酸塩とメタ珪酸塩とを組み合わせた
防錆剤を備えたアンモニア吸収式ヒートポンプ。
【請求項４】過酸化水素とシリカゲルとを組み合わせ
た防錆剤を備えたアンモニア吸収式ヒートポンプ。
【請求項５】過酸化水素と水ガラスとを組み合わせた
防錆剤を備えたアンモニア吸収式ヒートポンプ。
【請求項６】過酸化水素とメタ珪酸塩とを組み合わせ
た防錆剤を備えたアンモニア吸収式ヒートポンプ。
【請求項７】水ガラスと燐酸塩とを組み合わせた防錆
剤を備えたアンモニア吸収式ヒートポンプ。
【請求項８】メタ珪酸塩と燐酸塩とを組み合わせた防
錆剤を備えたアンモニア吸収式ヒートポンプ。
【請求項９】メタ珪酸塩とケイタングステン酸とを組
み合わせた防錆剤を備えたアンモニア吸収式ヒートポン
プ。
【請求項１０】請求項１ないし９のいずれかに記載す
る防錆剤を収納するとともに、前記防錆剤の溶出が可能
な細孔を有する防錆剤収納容器を１次回路内に配置した
アンモニア吸収式ヒートポンプ。
【請求項１１】防錆剤収納容器を再生器の出口部に配
置した請求項１０記載のアンモニア吸収式ヒートポン
プ。
【請求項１２】請求項１ないし９のいずれかに記載す
る防錆剤を添加するとともに、アンモニアガスとアンモ
ニア水希溶液とを導入し、析出する物質を分離する分離
器を設けたアンモニア吸収式ヒートポンプ。
【請求項１３】請求項１ないし９のいずれかに記載す
る防錆剤を添加するとともに、アンモニア水希溶液ライ
ンに凝集剤が充填され、かつ濾過機能を有する凝集分離
器を設けたアンモニア吸収式ヒートポンプ。