JP2006132897A - 拡縮径管、これを用いたエジェクタ - Google Patents

Abstract

【課題】低コストであって、縮径部分に連続する拡径部分に更に縮径部分が連続するような場合にも冷媒などの管内流体の漏れがない拡縮径管を提供する。
【解決手段】拡縮径管１は、長手方向に異なる外径（Ｄ１、・・・、Ｄ８）となるように塑性加工により一体的に連続形成され、縮径部分（１ｂ−１ｃ）に連続する拡径部分（１ｃ−１ｄ）に更に連続して縮径部分（１ｄ−１ｅ）が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、熱交換器の管路や管路構成機器として用いることが可能な、その管径が長手方向に自由に異なっており、冷媒の漏れのない拡縮径管、その特性を巧みに用いて製され、冷凍サイクルの特殊膨張弁として好適なエジェクタに関する。

熱交換器の管路や管路構成機器は、循環閉鎖系において冷媒を循環させて熱移動を生じさせるものであり、熱効率、省資源、環境保護の観点から、冷媒がこの閉鎖系から漏れ出さないようにすることが大変重要である。

一方、この閉鎖系の管路構成機器の中では、管径を目的に合わせて拡径させたり縮径させたりする必要のあるものがあり、従来は、そのような拡縮径形状を、素材塊からの切削加工により生成したり、異なる径のものを溶接やロー付けでつなぎ合わせたり、などしていた。

しかし、切削加工による場合はコスト高となり、溶接などによる場合は、溶接のコストに加え、この継目からの冷媒の漏れが問題となっていた。

この問題を解決するものとして、本出願人は、特許文献２、４において、管の中間に向かって順に縮径している、いわゆる中間縮径管を提案しており、図５は、そのうち、特許文献４に記載されたものである。

この中間縮径管１０は、一本の連続した管材から、切削を伴わない塑性加工により一体的に連続成形されたものであり、一方端から他方端に、大径部１０ａ、中径部１０ｂ、小径部１０ｃ、中径部１０ｄ、大径部１０ｅで構成され、大径部１０ａ、１０ｅの外径あるいは管径より、中径部１０ｂ、１０ｄの外径あるいは管径が小さく、中径部１０ｂ、１０ｄの外径あるいは管径より小径部１０ｃの外径あるいは管径が小さいという関係にある。

このような中間縮径管１０は、特に、管１０のある部分、例えば、小径部１０ｃの長さがその径に対して十分長い（特許文献２では、小径部の肉厚０．６ｍｍ、外径２．４ｍｍで長さが最大７００ｍｍものが記載されている。）ものは、従来は一体的に連続塑性成形することは困難なものであったが、可能とされたものであり、冷媒の漏れを完全になくすことができ、特許文献２にあるように、冷凍サイクルの膨張弁として好適に用いることができるものであった。

また、この中間縮径管１０では、その大径部１０ａの一部に管軸と直交する方向に直交開口部１０ｆが塑性加工により形成されている。この点が、特許文献２に比べた特許文献４における特徴であり、このような直交開口部１０ｆにより、冷媒の圧力を測定する測定器具の取付や分岐を設けるために、Ｔ字管を接合する煩雑さとコストアップを回避することができるものであり、また、その際のロー付けなどの接合箇所を減少させて、冷媒の漏れ防止にも好適なものであった。

しかしながら、この中間縮径管１０では、小径部１０ｃから大径部１０ａへの拡径部分に、更に管径を小さくすることが必要な縮径部分が連続するような、冷凍サイクルで用いられる特殊な膨張弁であるエジェクタなどには対応することができなかった。

一方、エジェクタの形成方法については、特許文献１、３に記載がある。

特許文献１に記載のものは、エジェクタに必要な管路形状の全体を一度に生成するものであるが、その管路形状を管路軸を中心に二分割し、二枚の平板にこの二分割した形状をそれぞれ凹形状として塑性成形してから、この二枚の平板を接合するものであり、製造コストが高くなる点、管路全長に渡るより長い距離の接合部からの漏れの点が問題であった。

特許文献３に記載のものは、拡縮径の形状加工を管材を回転させながら塑性加工により行うものであるが、この場合、形状を生成するために、管の内部に芯金が必要であるものでは、拡径後に更に縮径させることが不可能であり、一体成形できる範囲が限定され、部分的に、ロー付けなどによる接合部を設けざるを得ず、同様に、漏れの問題、コストの問題があった。

また、特許文献５には、冷凍サイクルにエジャクタを活用したエジェクタサイクル（登録商標）によって、冷凍サイクルの成績係数を向上させることができる旨記載されているが、このエジェクタを連続一体成形された拡縮径管で構成することは記載されていない。
特開平１１−２５７２９８号公報（図１、図２、図３） 特開２００３−１４８６５９号公報（図２、図３） 特開２００３−３２６１９６号公報（図４） 特開２００４−４４８８６号公報（図２） 特許第３３２２２６３号公報（図１等）

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであり、低コストであって、縮径部分に連続する拡径部分に更に縮径部分が連続するような場合にも冷媒などの管内流体の漏れがない拡縮径管、その特性を活用したエジェクタを提供することを目的としている。

請求項１記載の拡縮径管は、長手方向に異なる外径となるように塑性加工により一体的に連続形成され、縮径部分に連続する拡径部分に更に連続して縮径部分が設けられていることを特徴とする。

請求項２記載の拡縮径管は、請求項１に従属し、前記拡縮径管の大径部であって、その大径部の両側により内径の小さい小径部を有した大径部内に、前記小径部の内径より大きい部品を内蔵したことを特徴とする。

請求項３記載の拡縮径管は、請求項１または２に従属し、前記拡縮径管の一定外径部分に、この管軸方向に直交する方向に直交開口部を形成したことを特徴とする。

請求項４記載のエジェクタは、請求項１または３のいずれか記載の拡縮径管を用いたことを特徴とする。

請求項１〜３記載の拡縮径管によれば、長手方向に異なる外径となるように塑性加工により一体的に連続形成され、縮径部分に連続する拡径部分に更に連続して縮径部分が設けられているので、低コストであって、縮径部分に連続する拡径部分に更に縮径部分が連続するような場合にも冷媒などの管内流体の漏れがない拡縮径管を提供できる。

請求項４記載のエジェクタによれば、請求項１または３のいずれか記載のを用いたので、これらの拡縮径管の効果をエジェクタとして発揮する。

以下に、本発明の実施の形態（実施例）について、図面を用いて説明する。

図１は、本発明の拡縮径管の一例を概念的に示す縦断面図である。

この拡縮径管１は、連続した一本の継ぎ目や溶接部のない管材から塑性加工によって一体的に形成されたものであって、この塑性加工方法によって、提供可能な拡縮径管の形状を概念的に例示したものである。

したがって、必ずしも、そのまま特定の産業上の利用分野に適用されるものではないが、管内を通過する流体の漏れが許されず、従来、望まれながら、加工技術上不可能であったために、溶接や切削による削り出し加工で成形されていた拡縮径管を必要とする産業上の利用分野に適用可能なものであり、具体的な例としては、後述するように、冷凍サイクルの一要素として用いられる特殊な膨張弁であるエジェクタに好適に用いることができるものである。

拡縮径管１は、小径部１ａ、これに順に連接された大径部１ｂ、小径部１ｃ、大径部１ｄ、中径部１ｅ、小径部１ｆ、大径部１ｇから構成され、これらの部分は、それぞれ、移行部１ａｂ、１ｂｃ、１ｃｄ、１ｄｅ、１ｅｆ、１ｆｇを介して連続している。

この図から、明確に解るように、この拡縮径管１は、従来のものに比べ、縮径部分（例えば、大径部１ｂ−小径部１ｃ）に連続する拡径部分（小径部１ｃ−大径部１ｄ）に更に連続して縮径部分（大径部１ｄ−中径部１ｅ−小径部１ｆ）を備えている点が異なっており、従来の拡縮径管に比べて、より拡縮の条件の多様な場合にも対応することができる。

また、図では、小径部１ａ、大径部１ｂ（両側の移行部１ａｂ、１ｂｃを含む。）・・・の長さを、順に長さＬ１、Ｌ２、・・・、Ｌ８（ただし、Ｌ６だけは移行部１ｅｆのみの長さを示す。）とし、それぞれの部分の外径を順にＤ１、Ｄ２、・・・、Ｄ８（ただし、移行部１ｅｆは除く。）としている。

拡縮径管１の外径Ｄ１〜Ｄ８は、実際的に産業上要請されるものに、素材となる管材の規格寸法、加工設備の能力の範囲内で対応可能であるが、熱交換器用として、これまで実績のある範囲は、２．４ｍｍ〜１６．０ｍｍで、パイプの肉厚は０．６ｍｍ〜１．２ｍｍである。この結果、小径部の内径は最小０．１ｍｍ程度までのものが可能である。

それぞれの部分の長さＬ１〜Ｌ８も、実際的に産業上要請されるものに加工設備の能力の範囲内で対応可能であるが、熱交換起用として、これまで実績のある範囲は、０ｍｍから７００ｍｍである。

この長さＬ１〜Ｌ８は、実質的には、制限がない、つまり実際的に産業上要請される長さに対応ができるもので、この点も従来提供されている拡縮径管と異なるものである。また、長さＬ１〜Ｌ８は、外径の変動しない部分だけでなく、外径が変動する移行部、例えば、図示した移行部１ｅｆの長さＬ６についても、産業上の要請に対応して必要な長さとすることができるものである。

更に、この移行部の形状も直線状の勾配に限定されず、移行部１ａｂや１ｂｃのように曲線状であってもよく、この場合にも長さは特に限定されるものではない。

図２（ａ）は、本発明の拡縮径管の他例を概念的に示す縦断面図である。なお、以下で説明する拡縮径管については、図１の拡縮径管１と異なる符号を付しているが、その基本的構成、作用効果は、図１の拡縮径管１と同様である。

この拡縮径管２は、図１の拡縮径管１に比べ、大径部２ｂが一箇所である点が異なり、その両側により外径の小さい小径部２ａ、２ｄが設けられ、その間を移行部２ａｂ、２ｂｄが連結している。

大径部２ｂには、小径部２ａ、２ｄの内径より大きい外径であって、大径部２ｂの内径に収容可能な部品２ｅが、この大径部２ｂ内で管軸方向に移動しないように固定収容されている。この部品２ｅは、具体的には、この拡縮径管２内を通過する流体に作用するフィルタや触媒が考えられる。

部品２ｅは、その両端円板２ｅａの外円周縁を、大径部２ｂに対応させて設けられた拡径凸部２ｃに嵌め込むことで、固定収容されているが、この拡径凸部２ｃも、本発明の拡縮径管の拡縮径の一パターンとして提供可能であり、このようにすると、大径部の中に、その両側の小径部の内径より大きいものを収容固定する場合にも、塑性加工の一体成形の一部として、処理することができ、外部への漏れをいっさい排除でき、更に、溶接やロー付けにによる接合に比べて、加工コストも安価とすることができる。

この部品２ｅの固定収容は概略、次の工程によって行われる。図の左から右方向へ拡縮径管２の塑性加工が進んでいくとして説明する。

まず、左端の縮径部２ａの塑性加工が行われ、連続して、移行部２ａｂ、大径部２ｂの
拡径凸部２ｃまでの塑性加工、拡径凸部２ｃの左半分の最大径部分までの塑性加工が行われる。この状態で、部品２ｅを、管２の右側の未加工部分（外径は、拡径凸部２ｃの最大外径と同じ。）から挿入する。

左側の円板２ｅａを拡径凸部２ｃの加工済み部分に嵌合当接させ、次いで、連続して、左側の拡径凸部２ｃの残りの縮径の塑性加工、両方の拡径凸部２ｃ間の大径部２ｂの塑性加工、右側の拡径凸部２ｃの拡縮径加工を行い、連続して、残りの右側の大径部２ｂ、移行部２ｂｄ、小径部２ｄの塑性加工を行うものである。

図２（ｂ）は本発明の拡縮径管の他例を概念的に示す縦断面図である。

この拡縮径管３は、図１の拡縮径管１に比べ、大径部３ｂが一箇所である点が異なり、その両側により外径の小さい小径部３ａ、３ｄが設けられ、その間を移行部３ａｂ、３ｂｄが連結している。

大径部３ｂには、管軸方向に直交方向に開口する直交開口部３ｃが塑性加工により設けられている。

この直交開口部３ｃは、図５の従来例で示した拡縮径管１０の直交開口部１０ｆと同様のものであり、同様の作用効果を発揮、つまり、例えば冷媒の圧力を測定する測定器具などの取付や分岐を設けるために、Ｔ字管を接合する煩雑さとコストアップを回避することができ、また、その際のロー付けなどの接合箇所を減少させて、冷媒の漏れ防止にも有効である。

加えて、この拡縮径管３の場合は、直交開口部３ｃを設けた大径部３ｂの一方側が、図５の拡縮径管１０のように開口ではなく、小径部３ａあるいは３ｄとなっている点が異なっており、直交開口部３ｃを設ける部分についてのより多様な要求に対応することができる。

図３（ａ）は本発明のエジェクタの一例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視断面図である。

これより、本発明の拡縮径管の特性を活用した例として、冷凍サイクルで用いられるエジェクタについて説明する。

ここでエジェクタとは、本来、ジェットポンプあるいはエジェクタポンプ（ＪＩＳＺ８１２６−２．１．２．２）と呼ばれるもので、ベンチュリ効果による圧力降下を利用して、気体を高速な流れに乗せて輸送する運動量輸送式の真空ポンプのことを意味するものであるが、その基本要素は可動部分のない膨張ノズル構造であり、その流体加速膨張性能により、従来の膨張弁の代わりに、このエジェクタを用いることで、エアコンや冷凍機で用いられる冷凍サイクルの効率を大幅に向上させた、いわゆるエジェクタサイクル（登録商標）というものを実現することができる。

しかしながら、このエジェクタは従来の膨張弁の形状に比べ、冷媒の漏れがないことはもとより、より拡径縮径の多様な、つまり、縮径部分に連続する拡径部分に更に縮径部分が連続するような拡縮径管が必要とされ、本発明の拡縮径管が好適に用いられるのである。

このエジェクタ４は、上述したように、これまでに説明した拡縮径管によって構成されており、図３（ａ）の左側から、小径部４ａ、拡径移行部４ａｂ、大径部４ｂ、直線勾配の縮径移行部４ｆ、これに続くより勾配の緩やかな直線勾配の縮径移行部４ｇ、小径部４ｈ、直線勾配の拡径移行部４ｈｉ、中径部４ｉとなっている。

大径部４ｂには、図の右方向にノズル状に開口し、両端が尖った円柱状の部品４ｅが収容され、この左側端は円板４ｅａと大径部４ｂの拡径凸部４ｃとによって、図２（ａ）と同様に、径方向と軸方向に固定され、その右側部分は、大径部４ｂの内径に一致した外径の円板４ｅｂによって、径方向に移動しないように固定されている。

また、大径部４ｂには、図２（ｂ）と同様の直交開口部４ｄが設けられ、この直交開口部４ｄには、外部へ伸び出した外パイプ４ｅｄとこの外パイプ４ｅｄと、大径部４ｂに収容された部品４ｅの前記のノズル開口４ｅｇに連続している内部流路４ｅｆとを接続する内パイプ４ｅｃとが接合されており、外パイプ４ｅｄから、大径部４ｂに収容された部品４ｅのノズル開口４ｅｇへの流路が確保されている。

このエジェクタ４は冷凍サイクルの循環管路の一部として用いられ、左端の小径部４ａにはガス冷媒Ｆ１が供給され、大径部４ｂの直交開口部４ｄに設けられた外パイプ４ｅｄには液冷媒Ｆ２が供給され、大径部４ｂの部品４ｅの回りを流れるガス冷媒Ｆ１が、部品４ｅのノズル開口４ｅｇにおいて、大径部４ｂの直交方向から供給され部品４ｅの内部流路４ｅｆを通過し、ここで噴射される液冷媒Ｆ２と合流して、縮径移行部４ｇ、小径部４ｈ、拡径移行部４ｈｉ、中径部４ｉを通過する中で、効率よく膨張加速昇圧し、冷凍サイクルの膨張弁、ディヒューザとしての機能を発揮する。

この効率の良さは、通常の膨張弁に比べ、本発明のような形状、構造のエジェクタとすると、渦流を生じることが少ないためと考えられる。

この機能を有効に果たすために、このエジェクタ４は、図示したような形状が求められ、本発明の拡縮径管を用いることによって、そのような形状を塑性加工により一体成形でき、安価に製造することができ、漏れの原因となる接合箇所を極力少なくすることができ、外部への冷媒の漏れを極小化できる。

また、塑性加工により成形され、管路の肉厚も均一化されているため、接合箇所以外の部分の耐圧性（具体的には２３５２ＭＰａ（２４０ｋｇｆ／ｃｍ２）程度）が向上し、より高圧を必要とする炭酸ガス（ＣＯ２）などの自然冷媒にも用いることができる。

接合箇所については、その箇所を少なくでき、また、その接合部の形状も、ここに説明したように、塑性加工で形成された直交開口部などを用いることにより、円筒部と円筒部の嵌合接合部とすることができ、ロー付けなどの接合がよりやりやすく、漏れを少なくすることができる点も、耐圧性の点で有効である。

なお、エジェクタ４の各部の寸法、特に、縮径移行部４ｇ、小径部４ｈの内径寸法や長さは、このエジェクタ４に用いる冷媒の種類と要求される冷凍能力に対応させて適宜設定されるものである。

図４は、本発明のエジェクタの他例を示す縦断面図である。

このエジェクタ５は、図３のエジェクタ４と同様に、本発明の拡縮径管の特性を活用したものであるが、エジェクタ４に比べ、左端が小径部ではなく、大径部５ａとなっている点が異なり、この大径部５ａに連続して、わずかに小径の大径部５ｂが設けられ、この大径部５ｂから連続する縮径移行部５ｅ、５ｆ、小径部５ｇ、拡径移行部５ｇｈ、中径部５ｈとなっている点は、エジェクタ４の大径部４ｂ、縮径移行部４ｆ、４ｇ、小径部４ｈ、拡径移行部４ｈｉ、中径部４ｉと同様である。

左端の大径部５ａには隙間なく嵌合する部品５ｄが嵌挿されている。この大径部５ｂに隣接する大径部５ｂには、所定箇所に直交開口部５ｃが設けられ、この直交開口部５ｃには、大径部５ｂの外方向に伸びる外パイプ５ｃａが接合されている。

部品５ｄは、外径が二段の円筒状になっており、その大径部５ｄｃがパイプ側の大径部５ａの内径に嵌合し、小径部５ｄｄは、パイプ側の大径部５ｂの内径に対して一定の円筒状空間を保つような外径とされ、その右方は円錐状の凸部５ｄｅとなっている。

部品５ｄの大径部５ｄｃの一部は、パイプ側の大径部５ａと嵌合する部分より左方に露出している。また、部品５ｄの内部には、先端に向かって縮径するノズル状の流路５ｄａが設けられ、その先端が前記凸部５ｄｅに開口するノズル開口５ｄｂとなっている。

直交開口部５ｃに接合された外パイプ５ｃａの先端は、大径部５ｂの内周にまでは突き出さない程度となっており、この外パイプ５ａｃに供給されるガス冷媒Ｆ４を、部品５ｄと大径部５ｂとの間の円筒状空間に導く。

このエジェクタ５も、エジェクタ４と同様に、冷凍サイクルの循環管路の一部として用いられるが、この場合は、左端の部品５ｄの流路５ｄａには、液冷媒Ｆ３が供給され、上述したように、直交開口部５ｃに設けられた外パイプ５ｃａには、ガス冷媒Ｆ４が供給される。

そして、大径部５ｂの部品５ｄの回りを流れるガス冷媒Ｆ４が、部品５ｄのノズル開口５ｄｂにおいて、ここで噴射される液冷媒Ｆ３と合流して、縮径移行部５ｆ、小径部５ｇ、拡径移行部５ｇｈ、中径部５ｈを通過する中で、効率よく膨張加速昇圧し、冷凍サイクルの膨張弁、ディヒューザとしての機能を発揮し、上記エジェクタ４と同様の効果を発揮する。

本発明の拡縮径管は、管内を流れるものの管外への漏れが許されず、かつ、管径を長手方向の位置に対して自由に設定することが必要なあらゆる産業上の分野に好適に用いることができる。

本発明のエジェクタは、冷凍機やエアコン、更に給湯器などの冷凍サイクルのエジェクタとして好適に用いることができる。

本発明の拡縮径管の一例を概念的に示す縦断面図 （ａ）、（ｂ）は本発明の拡縮径管の他例を概念的に示す縦断面図 （ａ）は本発明のエジェクタの一例を示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）のＡ矢視断面図 本発明のエジェクタの他例を示す縦断面図 従来の拡縮径管の一例を示す外観斜視図

符号の説明

１ 拡縮径管
１ａ、１ｃ、１ｆ 小径部
１ｂ、１ｄ、１ｇ 大径部
２ 拡縮径管
２ａ、２ｄ 小径部
２ｂ 大径部
２ｅ 部品
３ 拡縮径管
３ａ、３ｃ 小径部
３ｂ 大径部
３ｃ 直交開口部
４ エジェクタ
５ エジェクタ

Claims (4)

1. 長手方向に異なる外径となるように塑性加工により一体的に連続形成され、縮径部分に連続する拡径部分に更に連続して縮径部分が設けられていることを特徴とする拡縮径管。
2. 前記拡縮径管の大径部であって、その大径部の両側により内径の小さい小径部を有した大径部内に、前記小径部の内径より大きい部品を内蔵したことを特徴とする請求項１記載の拡縮径管。
3. 前記拡縮径管の一定外径部分に、この管軸方向に直交する方向に直交開口部を形成したことを特徴とする請求項１または２記載の拡縮径管。
4. 請求項１または３のいずれか記載の拡縮径管を用いたことを特徴とするエジェクタ。

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