JP2005076911A - Refrigeration cycle system, and method for film formation on refrigerant piping interior - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に冷媒配管の流体摩擦を低減する技術に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus, and more particularly to a technique for reducing fluid friction in refrigerant piping.
冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮機により圧縮し、圧縮された冷媒の熱を凝縮器により例えば大気中に放熱させて冷媒を凝縮し、凝縮された冷媒を減圧部により減圧し、減圧された冷媒を蒸発器で蒸発させることにより例えば水、空気などの2次冷媒を冷却するように構成されている。 The refrigeration cycle apparatus compresses the refrigerant with a compressor, dissipates the heat of the compressed refrigerant into the atmosphere, for example, into the atmosphere to condense the refrigerant, decompresses the condensed refrigerant with the decompression unit, and decompresses the refrigerant. The secondary refrigerant such as water or air is cooled by evaporating the water with an evaporator.
このような冷凍サイクル装置において、冷凍サイクルの成績係数(COP)を向上させるため、消費エネルギ等を低減させることが提案されている(例えば、特許文献1参照)。これによれば、蒸発器で冷却された水が配管内面で氷結して配管における圧力損失が増大するのを抑えるため、水の通流配管の内表面の離水性を向上させて氷結を防止するようにしている。 In such a refrigeration cycle apparatus, it has been proposed to reduce energy consumption and the like in order to improve the coefficient of performance (COP) of the refrigeration cycle (see, for example, Patent Document 1). According to this, in order to prevent the water cooled by the evaporator from freezing on the inner surface of the pipe and increasing the pressure loss in the pipe, the water separation of the inner surface of the water flow pipe is improved to prevent freezing. I am doing so.
しかしながら、特許文献1に記載の従来技術では、冷凍サイクルの冷媒配管の圧力損失の低減に関しては配慮されていない。すなわち、例えばビル空調設備の冷凍サイクルの場合、ビルの屋上に設置される室外機と室内に設置される室内機とを接続する冷媒配管が設けられるから、その冷媒配管の配管長は、例えば100mを超えるなど比較的長いものになる。したがって、冷媒配管の圧力損失が増大して冷凍サイクルのCOP性能が低下するという問題がある。
However, in the prior art described in
本発明の課題は、冷媒配管の圧力損失を減らして冷凍サイクル装置の性能を向上させることにある。 The subject of this invention is reducing the pressure loss of refrigerant | coolant piping and improving the performance of a refrigerating-cycle apparatus.
本発明は、基本的に冷媒配管内面の流体摩擦抵抗を減らして冷媒配管の圧力損失を低減させることを本旨とする。具体的には、冷媒配管は銅などを成形して製造されるから内表面が比較的粗面になるのが一般的であるため、冷媒配管に冷媒が通流するとき、冷媒配管の内表面と冷媒との間に流体摩擦抵抗が発生する。したがって、冷媒配管の配管長が比較的長くなった場合には、冷媒に作用する流体摩擦力が大きくなるため、その流体摩擦力に起因して圧力損失が増大する。 The gist of the present invention is to basically reduce the fluid friction resistance on the inner surface of the refrigerant pipe to reduce the pressure loss of the refrigerant pipe. Specifically, since the refrigerant pipe is manufactured by molding copper or the like, the inner surface is generally relatively rough, so when the refrigerant flows through the refrigerant pipe, the inner surface of the refrigerant pipe Fluid friction resistance is generated between the refrigerant and the refrigerant. Therefore, when the pipe length of the refrigerant pipe becomes relatively long, the fluid friction force acting on the refrigerant becomes large, and the pressure loss increases due to the fluid friction force.
そこで、上記課題を解決するため、冷媒配管の内表面に界面活性剤又は撥水剤の少なくとも一方を含む膜を形成する構成とする。これにより、冷媒配管の冷媒は、界面活性剤又は撥水剤を含む膜に接触して通流することになるから、流体摩擦力が小さくなるので冷媒配管の圧力損失を減らすことができる。 Therefore, in order to solve the above problem, a film including at least one of a surfactant or a water repellent is formed on the inner surface of the refrigerant pipe. As a result, the refrigerant in the refrigerant pipe flows in contact with the film containing the surfactant or the water repellent agent, so that the fluid frictional force is reduced and the pressure loss in the refrigerant pipe can be reduced.
この場合において、膜が形成された冷媒配管は、凝縮器と蒸発器とを接続する冷媒配管と蒸発器と圧縮機とを接続する冷媒配管とすることが望ましい。 In this case, the refrigerant pipe on which the film is formed is preferably a refrigerant pipe that connects the condenser and the evaporator, and a refrigerant pipe that connects the evaporator and the compressor.
このような膜を冷媒配管の内面に形成する方法としては、冷凍サイクルを構成する冷媒配管を通流する冷媒に界面活性剤又は撥水剤の少なくとも一方を添加して循環させることにより、冷媒配管の内表面に界面活性剤又は撥水剤の膜の少なくとも一方を含む膜を形成することが好ましい。すなわち、冷媒配管の内表面には冷凍機油の一部が付着するから、添加された界面活性剤又は撥水剤は、冷媒配管の内表面に付着した冷凍機油に混ざり、界面活性剤又は撥水剤を含んだ膜が形成される。この方法によれば、既設の冷凍サイクル装置でも容易に膜を形成することができる。 As a method of forming such a film on the inner surface of the refrigerant pipe, at least one of a surfactant or a water repellent is added to the refrigerant flowing through the refrigerant pipe constituting the refrigeration cycle and circulated. It is preferable to form a film containing at least one of a surfactant or a water repellent film on the inner surface. That is, since a part of the refrigerating machine oil adheres to the inner surface of the refrigerant pipe, the added surfactant or water repellent is mixed with the refrigerating machine oil attached to the inner surface of the refrigerant pipe, and the surfactant or water repellent is mixed. A film containing the agent is formed. According to this method, a film can be easily formed even with an existing refrigeration cycle apparatus.
上記の膜に代えて、冷媒配管の内表面に複数の凹みを形成した構成にしてもよい。この場合、冷媒配管の内表面と凹みの側面とにより形成される角部が、90度より大きく180度より小さい角にすることが好ましい。これにより、冷媒配管の表面近くを流れる冷媒は、複数の凹みに流れ込むことにより、速度や大きさなどが異なる複数の渦が発生して冷媒配管の内表面にいわゆる乱流層が形成される。したがって、冷媒配管を通流する冷媒の主流は、冷媒配管の内面に直接的に接触せずに乱流層を介して通流することになる。その結果、主流と乱流という流体同士の接触になるため、主流の冷媒に作用する流体摩擦抵抗は小さくなる。 Instead of the above film, a configuration may be adopted in which a plurality of dents are formed on the inner surface of the refrigerant pipe. In this case, it is preferable that the corner formed by the inner surface of the refrigerant pipe and the side surface of the recess is an angle larger than 90 degrees and smaller than 180 degrees. As a result, the refrigerant flowing near the surface of the refrigerant pipe flows into the plurality of recesses, thereby generating a plurality of vortices having different speeds and sizes and forming a so-called turbulent flow layer on the inner surface of the refrigerant pipe. Therefore, the main flow of the refrigerant flowing through the refrigerant pipe flows through the turbulent flow layer without directly contacting the inner surface of the refrigerant pipe. As a result, since fluids of main flow and turbulent flow are brought into contact with each other, fluid frictional resistance acting on the main flow refrigerant is reduced.
この冷媒配管の内表面については、凸部を形成するようにするなど様々な態様が考えられるが、要するに、凹部に限らず冷媒配管の内表面に乱流層が形成されるような形状であればよい。 Various forms such as forming a convex portion can be considered for the inner surface of the refrigerant pipe, but in short, any shape that forms a turbulent flow layer on the inner surface of the refrigerant pipe is not limited to the concave portion. That's fine.
本発明によれば、冷媒配管の圧力損失を減らして冷凍サイクル装置の性能を向上させることができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the pressure loss of refrigerant | coolant piping can be reduced and the performance of a refrigeration cycle apparatus can be improved.
(実施形態1)本発明を適用してなる冷凍サイクル装置の第1の実施形態について図1乃至図3を参照して説明する。本実施形態は、ビル空調設備の冷媒配管の内表面に界面活性剤の膜を形成することにより、冷媒配管の圧力損失を減らすようにした一例である。図1は、本発明を適用してなる冷凍サイクル装置の系統図、図2は、冷媒配管の径方向の断面図、図3は、冷媒配管の圧力損失と能力比率を説明する線図である。 (Embodiment 1) A first embodiment of a refrigeration cycle apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. The present embodiment is an example in which the pressure loss of the refrigerant pipe is reduced by forming a surfactant film on the inner surface of the refrigerant pipe of the building air conditioning equipment. FIG. 1 is a system diagram of a refrigeration cycle apparatus to which the present invention is applied, FIG. 2 is a sectional view in the radial direction of a refrigerant pipe, and FIG. 3 is a diagram for explaining the pressure loss and capacity ratio of the refrigerant pipe. .
図1に示すように、ビル空調設備の冷凍サイクル装置1は、ビルの屋上に設置される室外ユニット10、室内に設置される室内ユニット12などから構成されている。室外ユニット10は、ガス冷媒を高圧に圧縮する圧縮機14、冷房運転時には凝縮器として作用してガス冷媒の熱を大気に放熱させて冷媒を凝縮し、暖房運転時には蒸発器として作用して液冷媒の蒸発熱を大気に放熱する熱交換器20、暖房運転時に減圧手段として作用する絞り機構24などを備えている。
As shown in FIG. 1, a
室内ユニット12は、冷房運転時に減圧手段として作用する絞り機構30、冷房運転時には蒸発器として作用して液冷媒の蒸発熱を大気に放熱し、暖房運転時に凝縮器として作用して圧縮されたガス冷媒の熱を大気に放熱させて冷媒を凝縮する熱交換器28などを備えている。また、熱交換器20に空気などを送風する送風機22、熱交換器28に空気などの2次冷媒を送風する送風機32が設けられている。また、圧縮機14に導入されるガス冷媒から液状成分を取り除く気液分離器16、熱交換器20と室内ユニットとの間に通流する液冷媒量を調整する液タンク26、冷房運転と暖房運転を切り換える四方切換弁18などを有している。
The
このように構成されるビル空調設備の冷凍サイクル装置においては、冷媒配管33d、33eは、ビルの屋上に設置される室外ユニット10から室内に設置される室外ユニット12に接続して設けられるから、冷媒配管33d、33eの配管長は、例えば100mを超える比較的長いものになる。したがって、図3に示すように、圧力損失が例えば0.4MPaを超えるため、冷凍サイクル装置の能力比率、つまりCOP性能が60%程度と低下する。この点、本実施形態では、冷媒配管33d、33eの内表面に界面活性剤の膜を形成することにより、冷媒配管33d、33eの圧力損失を減らすようにしている。
In the refrigeration cycle apparatus of the building air conditioning equipment configured as described above, the
ここで、冷媒配管33eを一例として圧力損失の低減方法について説明する。図2に示すように、冷媒配管33eは、銅などを成形して製造されているため、冷媒配管33eの内表面40は比較的粗面になるのが一般的である。したがって、冷媒配管33e内に冷媒が通流するとき、冷媒配管33eの内表面40と冷媒との間に流体摩擦力が発生する。ビル空調設備では冷媒配管33eが比較的長いものになるから、冷媒配管33eを通流する冷媒に作用する流体摩擦力が増大して圧力損失が発生する。そこで、本実施形態では、冷媒配管33eの内表面40に界面活性剤を含む膜42を形成している。これにより、冷媒配管33eの冷媒は、界面活性剤を含む膜42に接触して通流することになるから、流体摩擦抵抗が小さくなるため、冷媒配管33eの圧力損失を減らすことができる。
Here, a method for reducing pressure loss will be described using the
本実施形態によれば、図3に示すように、冷媒配管33eの圧力損失は、配管長が例えば150mの部分で0.4MPaから0.2MPaに減らすことができた。その結果、冷凍サイクル装置の能力比率は、例えば60%から80%に向上することができ、省エネルギ化を図ることができた。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the pressure loss of the
この場合において、膜に撥水剤が含まれるようにしてもよい。要するに、冷媒配管33eの内表面40より滑らかな膜42を形成できるものであればよい。ただし、冷媒や冷凍機油を劣化させないものを選択する。また、主として配管長が比較的長くなる冷媒配管33d、33eの内表面に膜42を形成する例を説明したが、全ての冷媒配管33a〜33fに膜42に膜42を適宜形成すればよい。
In this case, the film may contain a water repellent. In short, any film that can form a
なお、冷媒配管33aは圧縮機14と四方切換弁18、冷媒配管33bは四方切換弁18と熱交換器20、冷媒配管33cは熱交換器20と液タンク26、冷媒配管33dは液タンク26と熱交換器28、冷媒配管33eは熱交換器28と四方切換弁18、冷媒配管33fは四方切換弁18と気液分離器16、冷媒配管33gは気液分離器16と圧縮機14を接続するものである。
The
また、既設のビル空調の冷媒配管に膜42を形成するとき、機器構成の移動や変更などを伴うから作業が煩雑になる。そこで、冷媒配管33a〜33fを通流する冷媒に界面活性剤又は撥水剤の少なくとも一方を添加して循環させるようにする。すなわち、ガス状の冷媒が通流する冷媒配管33eの内表面には冷凍機油の一部が付着しているから、冷媒に添加された界面活性剤又は撥水剤は、冷媒配管33eの内表面に付着した冷凍機油に混ざることで、界面活性剤又は撥水剤を含んだ膜42が形成される。この方法によれば、既設の冷凍サイクル装置でも膜42を容易に形成することができる。
Further, when the
(実施形態2)本発明を適用してなる冷凍サイクル装置の第2の実施形態について図4、図5を参照して説明する。本実施形態が第1の実施形態と異なる点は、冷媒配管33a〜33fの内表面に界面活性剤を含む層42を形成することに代えて、複数の凹み44、46を形成したことにある。図4は、冷媒配管33aの内表面の正面図、図5は、冷媒配管33aの軸方向の断面図である。
(Embodiment 2) A second embodiment of a refrigeration cycle apparatus to which the present invention is applied will be described with reference to FIGS. This embodiment is different from the first embodiment in that a plurality of
図4に示すように、冷媒配管33aの内表面40は、ゴルフボールの表面形状と類似したディンプル形状に加工されている。例えば、複数の凹み部44と複数の凹み部46が冷媒配管33aの内表面40に配列されている。凹み部44は、円形に形成されると共に冷媒配管33aの厚み方向に凹んでいる。その凹みの側面48と内表面40とにより角部50が形成され、形成された角度(θ)は90度より大きく180度より小さい鈍角になっている。また、凹み部46は、凹み部44より径が小さい円形に形成され、凹み部44と同様に、冷媒配管33aの厚み方向に凹んでいる。
As shown in FIG. 4, the
本実施形態によれば、冷媒配管33aの表面近くを流れる冷媒は、複数の凹み部44、46に流れ込むことにより、速度や大きさなどが異なる複数の渦が発生して冷媒配管33aの内表面にいわゆる乱流層が形成される。したがって、冷媒配管33aを通流する冷媒の主流は、内表面40に直接に接触せずに乱流層を介して通流することになる。その結果、主流と乱流層という流体同士の接触になるから、主流の冷媒に作用する流体摩擦抵抗は小さくなる。
According to the present embodiment, the refrigerant flowing near the surface of the
また、冷媒配管33aの内表面40については、様々な態様が考えられる。例えば、図6に示すように、複数の凸部52を形成するようにしてもよい。その場合も、凸部52の側面53と内表面40により形成される角度は、90度より大きく180度より小さくなるようにされている。これにより、各凸部52の間には実質上凹みが形成されるから、その凹みに冷媒が流れ込む結果、冷媒配管33aの内表面に乱流層が形成されるので、流体摩擦抵抗を小さくできる。なお、冷媒配管33aの内表面に凹み部44を形成するようにすれば、凸部52を形成する場合に比べ、冷媒の流路を大きく確保できるという利点がある。
Moreover, various aspects can be considered about the
また、図4では、冷媒配管33aを容易に成形できるようにするため、異なる2種類の凹み部44と凹み部46とが配列された例を説明したが、複数種類の凹み部を形成するようにしてもよい。要するに、冷媒配管33aの内表面に乱流層が形成されるような形状であればよい。
Further, in FIG. 4, an example in which two different types of
以上、実施形態に基づいて本発明に係る冷凍サイクル装置を説明したが、例えば、図7に示すように、マルチ空気調和機にも適用することができる。マルチ空気調和機は、同一構成の室内ユニット12を複数備えたものである。各室内ユニット12は、冷媒配管56、58を介して冷媒配管33a、33dに接続されるようになっている。このようなマルチ空気調和機では、冷媒配管の配管長が比較的長くなるから、冷媒配管の圧力損失も増大する。この点、本発明を適用すれば、圧力損失を低減することができるから、冷凍サイクルのCOP性能が低下することを抑制できる。したがって、駆動力が大きいポンプなどが必要なくなるため、冷凍サイクル装置の小型化を図ることができ、設備費用を圧縮することができる。
As described above, the refrigeration cycle apparatus according to the present invention has been described based on the embodiment. However, for example, as shown in FIG. The multi-air conditioner includes a plurality of
さらに、氷蓄熱方式の空気調和機、1冷凍サイクル内で冷房と暖房を同時に行ういわゆる冷暖同時型の空気調和機や冷凍機などにも適用することができる。 Further, the present invention can be applied to an ice heat storage type air conditioner, a so-called cooling / heating simultaneous type air conditioner or refrigerator that simultaneously performs cooling and heating in a refrigeration cycle.
なお、冷媒配管内の流体摩擦抵抗を減らすために、配管径を大きくすることにより、通流する冷媒の速度を遅くすることも考えられる。しかし、配管径を大きくすることから、必要な冷媒量の増加、冷媒配管の大型化、冷媒配管の材料費の増加、冷媒配管の加工性の悪化、環境、費用、工事性などの問題が発生する。この点、本発明によれば、冷媒配管の配管径を大きくせずに流体摩擦抵抗を減らすのができる。 In order to reduce the fluid friction resistance in the refrigerant pipe, it is conceivable to increase the pipe diameter to reduce the speed of the flowing refrigerant. However, increasing the pipe diameter causes problems such as an increase in the required amount of refrigerant, an increase in the size of the refrigerant pipe, an increase in the material cost of the refrigerant pipe, a deterioration in the workability of the refrigerant pipe, the environment, costs, and workability. To do. In this regard, according to the present invention, the fluid friction resistance can be reduced without increasing the pipe diameter of the refrigerant pipe.
1 冷凍サイクル装置
14 圧縮機
20 熱交換器
24、30 絞り機構
28 熱交換器
33a〜33f 冷媒配管
42 膜
DESCRIPTION OF
Claims (5)
5. The refrigeration cycle apparatus according to claim 4, wherein a corner formed by an inner surface of the refrigerant pipe and a side surface of the recess is an angle greater than 90 degrees and smaller than 180 degrees.
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JP2003304893A JP2005076911A (en) | 2003-08-28 | 2003-08-28 | Refrigeration cycle system, and method for film formation on refrigerant piping interior |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2006322627A (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Toshiba Corp | Heat exchanger, its manufacturing method, and nuclear reactor containment vessel system |
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2003
- 2003-08-28 JP JP2003304893A patent/JP2005076911A/en active Pending
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JP2006322627A (en) * | 2005-05-17 | 2006-11-30 | Toshiba Corp | Heat exchanger, its manufacturing method, and nuclear reactor containment vessel system |
JP4660270B2 (en) * | 2005-05-17 | 2011-03-30 | 株式会社東芝 | Heat exchanger, manufacturing method thereof, and reactor containment system |
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