CN106796067A - 制冷剂配管以及热泵装置 - Google Patents

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川边伸
菊地洋辅
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Abstract

本发明的目的在于能够利用分配器来均等地分配制冷剂。制冷剂配管(20)具备形成为曲线状的弯曲配管(23)和被连接于弯曲配管(23)的下游侧并形成为直线状的下游配管(24)。在下游配管(24)中，在下游侧连接将制冷剂分配到多条流路(26)中的分配器(25)。弯曲配管(23)的曲线的曲率中心侧即内周侧的内壁为形成有槽的槽面(28)，所述曲线的曲率中心的相反侧即外周侧的内壁为平滑面(29)。

Description

制冷剂配管以及热泵装置
技术领域
本发明涉及用于空气调节机等的热泵装置的制冷剂配管和具备制冷剂配管的热泵装置。
背景技术
空气调节机的室外机所具备的热交换器对制冷剂和外部空气进行热交换。为了提高热交换效率，该热交换器成为将制冷剂分配到多条流路中来流动的构造。因此，在该热交换器的入口处设有分配器，将制冷剂分配到多条流路中。为了提高热交换效率，需要向各流路均等地分配制冷剂。
在该热交换器作为蒸发器工作的情况下，向热交换器流入的制冷剂为气液二相状态。在该情况下，制冷剂以环状流在制冷剂配管内流动。即，液相的制冷剂作为沿着制冷剂配管的内壁的液膜而流动，且气相的制冷剂在其内侧流动。
液膜的形状由重力、惯性力和表面张力来确定。因此，在制冷剂配管弯曲的曲线部分，由于惯性力液膜会向曲线的外周侧偏移并在制冷剂中产生偏流。若在产生偏流的状态下制冷剂流入到分配器中，则制冷剂未被均等地向各流路分配。
在专利文献1、2中记载有：为了将气液二相状态的制冷剂均等地分配到2条流路中，使分配器的正前方的制冷剂配管倾斜，并在该制冷剂配管的下侧的内壁上设置槽。在专利文献1中，利用重力和形成有槽的部分的表面张力使液相制冷剂均等地分布在配管的下侧。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2003-90645号公报
专利文献2：日本特开2004-116809号公报
非专利文献
非专利文献1：矶崎昭夫、石川守、佐伯主税著、神户制钢技报/Vol.50No.3(Dec.2000)内表面带有槽的铜管的发展
发明内容
发明要解决的课题
为了利用重力和基于槽的表面张力来使液相制冷剂均等地分布，必须准备直线状的长的制冷剂配管，并使该制冷剂配管倾斜，且在下侧带有槽。但是，在例如空气调节机的室外机中，零件的安装空间有限，需要使未对热交换贡献的制冷剂配管尽可能短。因此，难以将长的直线状的制冷剂配管配置在分配器的近前。
本发明的目的在于能够利用分配器来均等地分配制冷剂。
用于解决课题的手段
本发明的制冷剂配管具备：弯曲配管，所述弯曲配管供制冷剂流动，且所述弯曲配管弯曲地形成为曲线状，曲线的曲率中心侧即内周侧的内壁为形成有槽的槽面，所述曲线的曲率中心的相反侧即外周侧的内壁为平滑面；以及
下游配管，所述下游配管被连接于所述弯曲配管的下游侧，且所述下游配管形成为直线状，并在下游侧连接将制冷剂分配到多条流路中的分配器。
发明效果
在本发明中，将弯曲配管的内周侧的内壁设为槽面，并将外周侧的内壁设为平滑面。在曲线部分，由于惯性力液相制冷剂会向外周侧偏移。但是，在本发明中，由于槽面的表面张力，液相制冷剂向内周侧被牵引。因此，能够在曲线部分防止液相制冷剂向外周侧偏移。由此，能够抑制通过弯曲配管的制冷剂的偏移，所以能够利用分配器来均等地分配制冷剂。
附图说明
图1是表示热泵装置10的制冷剂回路11的图。
图2是表示构成热交换器13的翅片17以及制冷剂流路18的图。
图3是在蒸发器的入口侧的制冷剂配管20中流动的制冷剂的说明图。
图4是在制冷剂配管20弯曲的曲线部分流动的制冷剂的说明图。
图5是表示实施方式1的制冷剂配管20的图。
图6是实施方式1的制冷剂配管20的剖视图。
图7是表示图5所示的制冷剂配管20内的液膜21的状态的图。
图8是表示将下游配管24的内壁整体设为槽面28，并将其它的配管22、23的内壁整体设为平滑面29的制冷剂配管20的图。
图9是表示图8所示的制冷剂配管20内的液膜21的状态的图。
图10是表示实施方式1的制冷剂配管20的其它的方式的图。
图11是表示实施方式1的制冷剂配管20的其它的方式的图。
图12是表示实施方式1的制冷剂配管20的其它的方式的图。
图13是表示从朝向横向到朝向下方弯曲的制冷剂配管20的图。
图14是表示从朝向下方到朝向上方弯曲的制冷剂配管20的图。
图15是表示分配器25的图。
图16是表示分配器25的其它的方式的图。
图17是表示利用挤压加工形成槽27的情况的制冷剂配管20的图。
图18是图17所示的槽27的说明图。
图19是表示利用挤压加工形成槽27的情况的制冷剂配管20的其它的方式的图。
具体实施方式
实施方式1
***构成的说明***
图1是表示热泵装置10的制冷剂回路11的图。
热泵装置10具备：压缩机12，该压缩机12压缩制冷剂；热交换器13，该热交换器13对制冷剂和空气等进行热交换；膨胀机构14，该膨胀机构14使制冷剂膨胀；热交换器15，该热交换器15对制冷剂和空气等进行热交换；以及四通阀16，该四通阀16切换制冷剂的流动的方向。压缩机12、热交换器13、膨胀机构14和热交换器15被制冷剂配管依次连接，并构成制冷剂回路11。另外，在制冷剂回路11中，在压缩机12的排出侧连接有四通阀16。
图2是表示构成热交换器13的翅片17以及制冷剂流路18的图。
在热交换器13中，在制冷剂流路18中安装有翅片17。通过由风扇等产生气流，借助翅片17，在制冷剂流路18中流动的制冷剂与空气高效地进行热交换。
在此，制冷剂流路18的后侧成为空气不流动而几乎不进行热交换的死区域19。若使制冷剂流路18变细，则能够使死区域19变小，并能够使热交换面积变大。但是，若使制冷剂流路18变细，则在制冷剂流路18内流动的制冷剂的流速会变快，压力损失变大。因此，在热交换器13中，预先设置多条制冷剂流路18，并利用分配器向各制冷剂流路18分配制冷剂。由此，在使制冷剂流路18变细而使热交换面积变大的同时，使在各制冷剂流路18中流动的制冷剂量减少，从而将压力损失抑制得小。
此外，在此以热交换器13为例子进行了说明，但是热交换器15基本上也是相同的结构。
例如，在使用热泵装置10作为空气调节机的情况下，压缩机12、热交换器13、膨胀机构14和四通阀16被收纳在室外机中，且热交换器15被收纳在室内机中。
在制热运转的情况下，将四通阀16设定成制冷剂按照压缩机12、热交换器15、膨胀机构14、热交换器13的顺序循环。并且，热交换器15作为散热器工作，且热交换器13作为蒸发器工作。向作为蒸发器工作的热交换器15流入的制冷剂为气液二相状态。
图3是在蒸发器的入口侧的制冷剂配管20中流动的制冷剂的说明图。
在空气调节机中，制冷剂配管20为内径7.0mm左右的平滑管的情况较多。制冷剂的气相与液相的总计的质量流量G[kg/h]为50[kg/h]左右。由制冷剂的气相的质量流量Gg[kg/h]和制冷剂的液相的质量流量GL[kg/h]定义的干燥度X＝Gg/(Gg+GL)为0.1左右。制冷剂的液相的密度具有制冷剂的气相的密度的约1000倍的大小。
在该状态下，制冷剂以环状流在制冷剂配管20内流动。即，液相的制冷剂作为沿着制冷剂配管的内壁的液膜21流动，且气相的制冷剂在其内侧流动。液膜21的厚度为100[μm]左右。
图4是在制冷剂配管20弯曲的曲线部分流动的制冷剂的说明图。
制冷剂配管20内的液膜21的形状由重力、惯性力和表面张力来确定。在此，表面张力是欲使液膜21的表面积变小的力。
制冷剂配管20是平滑管，即内壁平滑的配管，且在重力和惯性力的影响小的情况下，液膜21如图3所示那样以均等的厚度覆盖制冷剂配管20的内壁。但是，在制冷剂配管20弯曲的曲线部分，如图4所示，由于惯性力，液膜21向曲线的外周侧偏移。此外，将曲线的曲率中心侧称为内周侧，并将曲线的曲率中心的相反侧称为外周侧。
另外，在水平地设置制冷剂配管20的情况下，由于重力的影响，液膜21向下侧偏移。
若在液膜21偏移的状态下制冷剂流入到分配器中，则液相的制冷剂未被均等地向各流路分配。在热交换器13内的液相的制冷剂的分配量少的流路中，所有的制冷剂会在中途变为气相。其结果为，热交换器13的热交换效率会显著地变差。
图5是表示实施方式1的制冷剂配管20的图。
制冷剂配管20是供制冷剂流动的配管，并构成为从上游侧按顺序连接上游配管22、弯曲配管23和下游配管24。在下游配管24的下游侧连接将制冷剂分配到多条制冷剂流路26中的分配器25。制冷剂按照上游配管22、弯曲配管23、下游配管24的顺序通过，并利用分配器25向各制冷剂流路26分配。
上游配管22以及下游配管24形成为直线状。弯曲配管23弯曲地形成为曲线状。
图6是实施方式1的制冷剂配管20的剖视图。
在图6中，示出了图5中的A-A’截面。即，在图6中，示出了弯曲配管23的截面。但是，上游配管22以及下游配管24的截面也与弯曲配管23的截面相同。
对于上游配管22、弯曲配管23和下游配管24而言，弯曲配管23的曲线的曲率中心侧即内周侧的内壁为形成有槽27的槽面28，弯曲配管23的曲线的曲率中心的相反侧即外周侧的内壁为平滑面29。此外，在图5中利用剖面线表示槽面28。上游配管22、弯曲配管23和下游配管24的槽27沿着制冷剂的流动的方向地被形成。
即，弯曲配管23弯曲地形成为曲线状，且曲线的曲率中心侧即内周侧的内壁为形成有槽27的槽面28，曲线的曲率中心的相反侧即外周侧的内壁为平滑面29。另外，上游配管22连接于弯曲配管23的上游侧，并形成为直线状，且与弯曲配管23的内周侧相同侧的内壁为槽面，与弯曲配管23的外周侧相同侧的内壁为平滑面。另外，下游配管24连接于弯曲配管23的下游侧，并形成为直线状，且与弯曲配管23的内周侧相同侧的内壁为槽面，与弯曲配管23的外周侧相同侧的内壁为平滑面，在下游侧连接将制冷剂分配到多条流路中的分配器25。
对于槽面28而言，通过形成槽27，与平滑面29相比表面张力大。因此，若不考虑重力以及惯性力，则液膜21会向槽面28侧偏移。
***效果的说明***
图7是表示图5所示的制冷剂配管20内的液膜21的状态的图。图7的(a)～(c)分别表示图5中的(a)～(c)的位置处的液膜21的状态。
此外，为了使说明简单，在此设为没有重力的影响。另外，在流入到上游配管22中的时刻，将液膜21设为没有偏移地在制冷剂配管20的内壁均匀地流动。
首先，如(a)所示，在上游配管22中流动的液膜21通过被上游配管22的内周侧的槽面28的表面张力牵引而向内周侧偏移。
接着，如(b)所示，在弯曲配管23中流动的液膜21利用由在曲线部分流动产生的惯性力而向外周侧偏移。但是，在向弯曲配管23流入的时刻，由于液膜21如(a)所示那样向内周侧偏移以及液膜21被弯曲配管23的内周侧的槽面28的表面张力向内周侧牵引，向外周侧的偏移比通常少。
并且，如(c)所示，对于在下游配管24中流动的液膜21而言，通过被下游配管24的内周侧的槽面28的表面张力向内周侧牵引，向外周侧的偏移消除而变得均匀。
图8是表示将下游配管24的内壁整体设为槽面28并将其它的配管22、23的内壁整体设为平滑面29的制冷剂配管20的图。
图9是表示图8所示的制冷剂配管20内的液膜21的状态的图。图9的(a)～(c)分别表示图8中的(a)～(c)的位置处的液膜21的状态。
此外，图9是为了与图7比较而示出的图。另外，与图7的情况同样地，在此设为没有重力的影响。另外，在流入到上游配管22中的时刻，将液膜21设为没有偏移地在制冷剂配管20的内壁均匀地流动。
首先，如(a)所示，在上游配管22中流动的液膜21是均匀的。
接着，如(b)所示，在弯曲配管23中流动的液膜21利用由在曲线部分流动产生的惯性力而向外周侧偏移。此时，与在图7的弯曲配管23中流动的液膜21相比向外周侧大幅地偏移。
并且，如(c)所示，对于在下游配管24中流动的液膜21而言，通过内壁整体成为槽面28，从而液膜21向均匀靠近，但是并未变为均匀，仍为向外侧偏移的状态。
如图9所示，在将下游配管24的内壁整体设为槽面28的情况下，若不使下游配管24变长，则无法在向分配器25流入的时刻使液膜21均匀。
与此相对，如图7所示，在实施方式1的制冷剂配管20中，利用上游配管22、弯曲配管23和下游配管24使液膜21向内周侧偏移。因此，即便不使下游配管24变长，也能够在向分配器25流入的时刻使液膜21均匀。
如以上那样，在实施方式1的制冷剂配管20中，不是由于惯性力液膜21产生偏移后来修正偏移，而是从由于惯性力液膜21产生偏移前，在内周侧产生表面张力，以与基于惯性力的向外周侧的力均衡。由此，即便不使下游配管24变长，也能够在向分配器25流入的时刻使液膜21均匀。
此外，在图5以及图6的说明中，将上游配管22、弯曲配管23和下游配管24的内周侧的内壁设为槽面28。
但是，在由弯曲配管23的弯曲产生的惯性力小的情况下，也可以如图10所示，将上游配管22和弯曲配管23的内周侧的内壁设为槽面28，而不将下游配管24的内周侧的内壁设为槽面28。另外，也可以如图11所示，将弯曲配管23和下游配管24的内周侧的内壁设为槽面28，而不将上游配管22的内周侧的内壁设为槽面28。另外，在惯性力更小的情况下，也可以如图12所示，将弯曲配管23的内周侧的内壁设为槽面28，而不将上游配管22和下游配管24的内周侧的内壁设为槽面28。
即，通过改变设为槽面28的范围，从而能够将表面张力调整成与惯性力均衡。
另外，在图7至图9的说明中，设为没有重力的影响进行了说明。但是，在现实中，由于重力的影响液膜21会产生偏移。因而，不仅是惯性力，还需要考虑重力来决定是否设为槽面28。
例如，如图13所示，在从朝向横向到朝向下方弯曲的制冷剂配管20的情况下，重力与惯性力相互抵消。因此，将较少的范围设为槽面28，以产生相当于未完全被重力抵消的惯性力的表面张力即可。另一方面，如图14所示，在从朝向下方到朝向上方弯曲的制冷剂配管20的情况下，重力与惯性力这两者成为使液膜21向外周侧偏移的力。因此，需要将较宽的范围设为槽面28，以产生相当于重力与惯性力之和的力的表面张力。
另外，在图5以及图6的说明中，仅仅将制冷剂配管20的外周侧的内壁设为了平滑面29。例如，平滑面29也可以在实施微细的凹凸加工的基础上利用防水性氟涂层等防水性涂层进行防水加工。由此，制冷剂与外周侧的内壁的接触角度变小。其结果为，能够使内周侧的表面张力变得相对较大。
图15是表示分配器25的图。
在图15中，示出了将制冷剂分配到3条制冷剂流路26中的分配器25。在分配器25中，在以制冷剂配管20的中心轴为中心的圆上等间隔地配置各制冷剂流路26。如上所述，向分配器25流入的制冷剂是液膜21为均等的环状流。因此，若在圆上等间隔地配置各制冷剂流路26，则气相以及液相的制冷剂均等地流入到各制冷剂流路26中。
如专利文献1、2所记载的那样，在使分配器25的近前的制冷剂配管20倾斜并将槽27设在制冷剂配管20的下侧的内壁上的情况下，液膜21会向制冷剂配管20的下侧偏移。因此，如图16所示，在将制冷剂分配到2条制冷剂流路26中的情况下，能够均等地分配制冷剂，但是难以如图15所示那样将制冷剂均等地分配到3条制冷剂流路26以及4条以上的制冷剂流路26中。
***制造方法的说明***
对将内周侧的内壁设为槽面28并将外周侧的内壁设为平滑面29的配管X的制造方法进行说明。
首先，准备内壁整体为槽面28的配管A1和内壁整体为平滑面29的配管B1。接着，沿着中心线将配管A1一分为二，制作2条配管A2。同样地，沿着中心线将配管B1一分为二，制作2条配管B2。并且，将配管A2和配管B2在分割面对合，并利用焊接等接合。由此，制造将内周侧的内壁设为槽面28并将外周侧的内壁设为平滑面29的配管X。
由于上游配管22和下游配管24为直线状的配管，所以能够直接利用制造出的配管X。另一方面，对于弯曲配管23而言，由于是呈曲线状地弯曲的配管，所以对制造出的配管X进行弯曲加工而制造成槽面28成为内周侧。
关于槽面28，在当前的技术下，能够利用基于滚轧螺纹、滚珠螺杆的滚压成型加工将槽27设置在制冷剂配管20的内壁上。在该情况下，在制冷剂配管20为内径7.0mm的情况下，能够形成槽27的深度为0.1mm、槽27的宽度为0.1mm左右的微小的槽27(参照非专利文献2)。
另外，也能够从外部利用挤压加工对制冷剂配管20的壁面施加压力，并使制冷剂配管20塑性变形而形成槽27。
图17是表示利用挤压加工形成槽27的情况下的制冷剂配管20的图。图18是图17所示的槽27的说明图。
在图17中，沿着制冷剂的流路形成1条槽27。利用挤压加工形成槽27的情况与利用滚压成型加工形成槽27的情况相比，槽27的深度D深，为1.0mm左右。
液相的制冷剂(液膜21)利用基于表面张力的毛细现象被拉入到槽27中。被拉入到槽27中的液相的制冷剂的压力比气相的制冷剂的压力高拉普拉斯压力2γcosθE/h[Pa：帕斯卡]。在此，γ为表面张力，θE为制冷剂配管20与制冷剂的接触角度。对于每单位面积的表面张力Fγ而言，将液相与气相的界面的面积DtanθE乘以拉普拉斯压力2γcosθE/h，成为Fγ＝(2γcosθE/D)×DtanθE[N：牛顿]。
另一方面，对于基于液相的制冷剂的自重的重力Fg[N]而言，每单位长度的槽27的体积为D2tan(θ/2)[m3]，所以成为Fg＝ρgD2tan(θ/2)[N]。在此，θ为槽27的角度，ρ为液相的制冷剂的密度，g为重力加速度。
制冷剂配管20的内径为7.0mm，利用挤压加工形成1条深度D为1.0mm、角度为70度的槽27。若将制冷剂设为R410A，则根据R410A的物性值，液相的制冷剂的密度为1061[kg/m3]。由于制冷剂配管20的内壁面被制冷剂润湿，所以内壁面与制冷剂的接触角θE小。在此，将接触角θE设为10度。于是，每单位面积的表面张力为Fγ＝0.0070002[N]，基于液相的制冷剂的自重的重力为Fg＝0.006895[N]。即，表面张力与重力大致相等。
因此，如图17所示，若利用挤压加工形成1条深度D为1mm、角度为70度的槽27，则能够得到将基于重力的偏移抵消的程度的表面张力。因而，也可以对应于所需要的表面张力分别使用滚压成型加工和挤压加工。例如，也可以为一部分的制冷剂配管20利用滚压成型加工形成槽27，其余的制冷剂配管20利用挤压加工形成槽27。
图19是表示利用挤压加工形成槽27的情况下的制冷剂配管20的图。在图17中，将槽27的深度D设为1.0mm。但是，若为更深的槽27，则能够利用挤压加工来形成。因而，在图19中，将槽27的深度D设为4.0mm。
表面张力由液膜21的分布和槽27的角度来确定。因此，也可以使槽27的深度D变深。通过使槽27的深度变深，即便在加工精度粗糙的情况下，也能够将表面张力的效果保持在一定以上。
附图标记说明
10热泵装置、11制冷剂回路、12压缩机、13热交换器、14膨胀机构、15热交换器、16四通阀、17翅片、18制冷剂流路、19死区域、20制冷剂配管、21液膜、22上游配管、23弯曲配管、24下游配管、25分配器、26制冷剂流路、27槽、28槽面、29平滑面。

Claims (7)

1.一种制冷剂配管，其中，
所述制冷剂配管具备：
弯曲配管，所述弯曲配管供制冷剂流动，且所述弯曲配管弯曲地形成为曲线状，曲线的曲率中心侧即内周侧的内壁为形成有槽的槽面，所述曲线的曲率中心的相反侧即外周侧的内壁为平滑面；以及
下游配管，所述下游配管被连接于所述弯曲配管的下游侧，且所述下游配管形成为直线状，并在下游侧连接将制冷剂分配到多条流路中的分配器。
2.根据权利要求1所述的制冷剂配管，其中，
所述下游配管的与所述内周侧相同侧的内壁为槽面，与所述外周侧相同侧的内壁为平滑面。
3.根据权利要求1或2所述的制冷剂配管，其中，
所述制冷剂配管还具备上游配管，所述上游配管被连接于所述弯曲配管的上游侧，且所述上游配管形成为直线状，与所述内周侧相同侧的内壁为槽面，与所述外周侧相同侧的内壁为平滑面。
4.根据权利要求1～3中任一项所述的制冷剂配管，其中，
在所述弯曲配管的槽面上形成的槽沿着制冷剂的流动的方向地被形成。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的制冷剂配管，其中，
所述弯曲配管的所述平滑面施加有防水性涂层。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的制冷剂配管，其中，
所述制冷剂配管供气液二相状态的制冷剂流动。
7.一种热泵装置，其中，
所述热泵装置具备：
制冷剂回路，所述制冷剂回路利用制冷剂配管依次连接压缩机、散热器、膨胀机构和蒸发器，供制冷剂循环；以及
分配器，所述分配器设于所述制冷剂回路中的所述蒸发器的入口侧，将制冷剂分配到多条流路中，
将所述制冷剂回路中的所述膨胀机构与所述蒸发器之间连接的制冷剂配管具备：
弯曲配管，所述弯曲配管供通过所述膨胀机构的制冷剂流动，且所述弯曲配管弯曲地形成为曲线状，曲线的曲率中心侧即内周侧的内壁为形成有槽的槽面，所述曲线的曲率中心的相反侧即外周侧的内壁为平滑面；以及
下游配管，所述下游配管被连接于所述弯曲配管的下游侧，且所述下游配管形成为直线状，并在下游侧连接所述分配器。
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