JP2010151327A - Refrigeration cycle apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、空気調和機やヒートポンプ式給湯機等に用いる冷凍サイクル装置に係り、特に冷媒配管の材質を改良した冷凍サイクル装置に関する。 The present invention relates to a refrigeration cycle apparatus used for an air conditioner, a heat pump type hot water heater, and the like, and more particularly, to a refrigeration cycle apparatus having an improved material for refrigerant piping.
従来、空気調和機やヒートポンプ式給湯機等に用いる冷凍サイクル装置の冷媒配管は、加工性が良く、熱伝導性の良い銅管が使用されていた。 Conventionally, a refrigerant pipe of a refrigeration cycle apparatus used for an air conditioner, a heat pump type hot water heater or the like has a good workability and a copper pipe having a good thermal conductivity.
しかしながら、冷凍サイクル装置の冷媒としてR410Aや二酸化炭素等の高圧冷媒が用いられるようになったことから、ロー付け等の熱により加熱部分の材料強度が低下したり、あるいは、価格が高騰している銅管に替わる配管の採用が検討されている。 However, since a high-pressure refrigerant such as R410A or carbon dioxide has come to be used as a refrigerant for the refrigeration cycle apparatus, the material strength of the heated portion is reduced by heat such as brazing or the price is rising. Adoption of pipes to replace copper pipes is being studied.
従来、冷媒配管などとして、オーステナイト系ステンレスのSUS304が用いられているが、曲げ加工、拡管加工、フレア加工等によって、配管に応力が生じ、R410Aや二酸化炭素等の高圧冷媒を流す冷媒配管として用いると、加工時の残留応力に起因する応力腐食により、冷媒配管に割れ等が発生するおそれがある。 Conventionally, austenitic stainless steel SUS304 is used as a refrigerant pipe, etc., but it is used as a refrigerant pipe through which stress is generated in the pipe by bending, expanding, flaring, etc., and a high-pressure refrigerant such as R410A or carbon dioxide flows. In addition, there is a risk that cracks or the like may occur in the refrigerant piping due to stress corrosion caused by residual stress during processing.
なお、特許文献1には、冷媒配管が一般的なアルミニウム、ステンレス、銅、それらを含む合金の内の少なくとも1種からなるCO2冷媒回路が開示されている。
本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、安価で耐圧特性と耐食特性が優れる冷媒配管を備え、安価で耐久性ある冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described circumstances, and an object thereof is to provide an inexpensive and durable refrigeration cycle apparatus including a refrigerant pipe that is inexpensive and excellent in pressure resistance and corrosion resistance.
上述した目的を達成するため、本発明に係る冷凍サイクル装置は、圧縮機、第1の熱交換器、減圧装置、第2の熱交換器を冷媒配管により連通してなる冷凍サイクル装置において、前記冷媒配管の少なくとも一部をニッケルの含有量が0.6mass%以下であるフェライト系ステンレス溶接管で形成したことを特徴とする。 In order to achieve the above-described object, a refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes a compressor, a first heat exchanger, a decompression apparatus, and a second heat exchanger that are communicated with each other through a refrigerant pipe. At least a part of the refrigerant pipe is formed of a ferritic stainless steel welded pipe having a nickel content of 0.6 mass% or less.
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、安価で耐圧特性と耐食特性が優れる冷媒配管を備え、安価で耐久性ある冷凍サイクル装置を提供することができる。 According to the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, it is possible to provide an inexpensive and durable refrigeration cycle apparatus including a refrigerant pipe that is inexpensive and excellent in pressure resistance and corrosion resistance.
本発明に係る冷凍サイクル装置の一実施形態について添付図面を参照して説明する。 An embodiment of a refrigeration cycle apparatus according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の一実施形態に係る冷凍サイクル装置の冷凍サイクル図である。 FIG. 1 is a refrigeration cycle diagram of a refrigeration cycle apparatus according to an embodiment of the present invention.
図1に示すように、本実施形態の冷凍サイクル装置1は、例えば空気調和装置に組み込まれて使用され、圧縮機2、冷媒配管3、四方弁4、冷媒配管5、パックトバルブ6、冷媒配管7、第1の熱交換器としての室内熱交換器8、冷媒配管9、パックトバルブ10、冷媒配管11、電子膨張弁12、第2の熱交換器としての室外熱交換器13、冷媒配管14、四方弁4、冷媒配管15、圧縮機2に設けるアキュムレータ2aを順次接続して形成する。
As shown in FIG. 1, the refrigeration cycle apparatus 1 of the present embodiment is used by being incorporated in, for example, an air conditioner, and includes a
室内熱交換器8はフィンチューブ型の熱交換器であり、室内用送風ファン16が近接して配され、室内熱交換器8および室内用送風ファン16を、室内ユニット本体(図示せず)に収容して、室内ユニットを形成する。
The indoor heat exchanger 8 is a fin-tube heat exchanger, and an
一方、室外熱交換器13はフィンチューブ型の熱交換器であり、室外用送風ファン17が近接して配され、室外熱交換器13および室外用送風ファン17を含み、室内熱交換器8および室内用送風ファン16を除く冷凍サイクル構成要素2−6、10−14を室外ユニット本体(図示せず)に収容して、室外ユニットを形成する。
On the other hand, the
上記冷凍サイクル構成要素のうち、室外ユニット本体に収容される冷媒配管、すなわち圧縮機2と四方弁4を接続する冷媒配管(吐出管)3、四方弁4とパックトバルブ6の間を接続する冷媒配管5、四方弁4と室外熱交換器13を接続する冷媒配管14、四方弁4と圧縮機2に設けるアキュムレータ2aを接続する冷媒配管(吸込管)15には、ステンレス溶接管を用いる。
Among the refrigeration cycle components, the refrigerant pipe accommodated in the outdoor unit main body, that is, the refrigerant pipe (discharge pipe) 3 that connects the
この本発明の冷凍サイクル装置に用いるステンレス溶接管には、Ni含有量が0.6mass%以下のフェライト系ステンレス(材)を用いる。 For the stainless steel welded pipe used in the refrigeration cycle apparatus of the present invention, ferritic stainless steel (material) having a Ni content of 0.6 mass% or less is used.
このフェライト系ステンレスとして、表1に示すような化学組成を有する本発明に最適なステンレス(以下、本ステンレスという。)、SUS430およびSUS434などが挙げられる。 Examples of the ferritic stainless steel include stainless steel (hereinafter, referred to as the present stainless steel) having the chemical composition as shown in Table 1 and SUS430 and SUS434.
本ステンレスは、Ni含有量が0.6mass%以下で、Cr含有量が19.00−21.00mass%であるのが好ましい。Nb含有量が(C含有率+N含有率)の10倍以上でかつ0.03−0.08mass%、Cu含有量が0.3−0.6mass%であるのがより好ましい。
フェライト系ステンレスは、SUS430(Cr=17%クロム、C=0.12%以下)で代表されるCr系ステンレス鋼であり、熱処理によって硬化しないように、炭素量を低くしたものであり、特に本ステンレスはC含有量が0.02%以下と少なく、加工硬化性が小さい。 Ferritic stainless steel is a Cr stainless steel represented by SUS430 (Cr = 17% chromium, C = 0.12% or less), and has a low carbon content so as not to be hardened by heat treatment. Stainless steel has a low C content of 0.02% or less, and has low work curability.
また、フェライト系ステンレスの成分は、鉄−クロム系が基本であり、JIS鋼種はクロム量11〜32%で、炭素量は0.12%以下であり、耐食性を増すため、モリブデンを含むものもある。 In addition, the ferritic stainless steel is basically composed of iron-chromium, the JIS steel grade has a chromium content of 11 to 32%, a carbon content of 0.12% or less, and some contain molybdenum to increase corrosion resistance. is there.
また、フェライト系ステンレスは、Crを13%以上含む鉄−クロム合金はフェライト組織となり、結晶構造は体心立方であり、SUS304などのオーステナイト系ステンレスに比べて錆びにくい特性を有し、Ni含有量が0.6mass%以下とNiを多く含まない分、SUS304および銅に比べて安価である。さらに、本ステンレスはCr含有量が19.00−21.00mass%であり、Cr含有量が多く、耐腐食性に優れる。 Ferritic stainless steel is an iron-chromium alloy containing 13% or more of Cr, and has a ferrite structure. The crystal structure is body-centered cubic, and has a characteristic that it is less likely to rust than austenitic stainless steel such as SUS304. Is less than 0.6 mass% and less expensive than SUS304 and copper because it does not contain much Ni. Further, the stainless steel has a Cr content of 19.00-21.00 mass%, a high Cr content, and excellent corrosion resistance.
また、表2に示すように、フェライト系ステンレスはマルテンサイト系ステンレスに比べて、加工性は優れ、クロムの量を増やしたものは、耐食性に優れ、また、熱伝導率、線膨張係数、引張強さおよび伸びなどは、普通の低炭素鋼並みであり、SUS304などのオーステナイト系に比べて熱伝導率にもすぐれ、加工硬化性が小さい。
本発明の冷凍サイクル装置に用いるステンレス溶接管は本ステンレスを用い、肉厚が外径の5%以下になるよう円筒状に成形し、シーム溶接する。 The stainless steel welded pipe used in the refrigeration cycle apparatus of the present invention uses this stainless steel, is formed into a cylindrical shape so that the thickness is 5% or less of the outer diameter, and is seam welded.
これにより、銅管およびSUS304を用いたステンレス溶接管に比べて安価で、耐圧特性と耐食特性に優れた冷媒配管が得られ、また、肉厚が外径の5%以下にすることで、可撓性が向上し、曲げ加工などの加工時の取り扱いが容易になる。
This makes it possible to obtain a refrigerant pipe that is cheaper and superior in pressure resistance and corrosion resistance compared to a stainless steel welded pipe using copper pipe and SUS304, and is possible by making the
本ステンレス溶接管同士あるいは本ステンレス溶接管と銅管の接合は、炎ロー付けまたは接着により行う。 The stainless steel welded pipes or the stainless steel welded pipe and the copper pipe are joined by flame brazing or bonding.
本ステンレスは、銅よりも材料強度が強く、薄肉にしても耐圧強度を確保でき、銅に比べると1/2の肉厚で同一耐圧を得ることが可能である。 This stainless steel has a material strength stronger than copper, and even if it is thin, it can secure a pressure resistance, and it can obtain the same pressure resistance with a thickness of 1/2 that of copper.
なお、冷媒配管7および冷媒配管9は、室内ユニットと室外ユニット間に設けられる接続配管であり、空気調和装置の据付時などに可撓性が必要であり、従来の脱酸銅管を用いてもよい。
In addition, the refrigerant |
次に、本ステンレスが応力腐食に優れることを説明する。 Next, it will be explained that this stainless steel is excellent in stress corrosion.
図2は表1に示す化学組成の本ステンレスとSUS304のMgCl2溶液中の耐応力腐食割れ試験の結果を示す特性線図である。この特性はMgCl2(塩化マグネシウム溶液)中での応力負荷に対する応力腐食割れの発生応力と時間の関係を示す。 FIG. 2 is a characteristic diagram showing the results of a stress corrosion cracking test in a stainless steel and SUS304 MgCl 2 solution having the chemical composition shown in Table 1. This characteristic shows the relationship between stress occurrence stress stress and time with respect to stress load in MgCl 2 (magnesium chloride solution).
負荷応力300N/mm2の場合、SUS304が約0.7時間で破断を生じるのに対して、本ステンレスは約7時間と10倍の腐食強度を有し、負荷応力250N/mm2の場合、SUS304が約1時間で破断を生じるのに対して、本ステンレスは約10時間と10倍の腐食強度を有する。 In the case of a load stress of 300 N / mm 2 , SUS304 breaks in about 0.7 hours, whereas this stainless steel has a corrosion strength of about 7 hours and 10 times, and in the case of a load stress of 250 N / mm 2 , While SUS304 breaks in about 1 hour, this stainless steel has about 10 hours and 10 times the corrosion strength.
また、SUS304は負荷応力200N/mm2の場合、約3時間、負荷応力150N/mm2の場合、約5時間、負荷応力100N/mm2の場合、約10時間であるのに対して、本ステンレスは負荷応力約190N/mm2の場合、約50時間、約100時間、約700時間といずれも、SUS304の破断時間を大幅に上回り、大きな腐食強度を有することがわかる。 SUS304 has a load stress of 200 N / mm 2 for about 3 hours, a load stress of 150 N / mm 2 for about 5 hours, and a load stress of 100 N / mm 2 for about 10 hours. It can be seen that stainless steel has a large corrosion strength at a load stress of about 190 N / mm 2 which is significantly longer than the fracture time of SUS304 at about 50 hours, about 100 hours, and about 700 hours.
上記のことから、本ステンレス溶接管を用いることで、曲げ加工、拡管加工、フレア加工により発生する応力に対して、応力腐食の問題を解決できる。 From the above, by using this stainless steel welded tube, the problem of stress corrosion can be solved with respect to the stress generated by bending, tube expansion, and flare processing.
本試験では、本ステンレスを用いたが、他にSUS430、SUS434を用いても同様の結果が得られる。 Although this stainless steel was used in this test, the same result can be obtained by using SUS430 and SUS434.
また、本ステンレス管は、ロー付けや溶接接合しても、銅のように加熱部分の材料強度低下が少なく、接合後の信頼性が高い。さらに、耐腐食に優れ、安価で信頼性に優れた冷媒配管を提供できる。 Moreover, even if this stainless steel pipe is brazed or welded, there is little decrease in the material strength of the heated portion like copper, and the reliability after joining is high. Furthermore, it is possible to provide a refrigerant pipe excellent in corrosion resistance, inexpensive and excellent in reliability.
多くの熱交換器に用いる管は、ステンレス、アルミニウム、銅、鋼製であるが、本ステンレス管は、銅、アルミに対しての電食の発生が少なく、室内熱交換器、室外熱交換器をはじめ、いかなる熱交換器にも適用できる。 The tubes used in many heat exchangers are made of stainless steel, aluminum, copper, and steel. However, this stainless steel tube generates less electric corrosion on copper and aluminum, and is an indoor heat exchanger and outdoor heat exchanger. It can be applied to any heat exchanger.
また、図3に示すように、室外熱交換器13あるいは室内熱交換器のヘアピン状で複数枚の伝熱フィン13aと嵌合、貫通するU管13bに本ステンレス管や鋼管を用いる場合、U管13bを接続するリターンベンド13cには、異種の銅管または、アルミニウム管を使うのが好ましい。これにより、リターンベンドのように直線部の短い管部品は、加工性のよい異種材を併用することにより、製造性を向上させることができて、熱交換器全体としての製造コストを低減できる。
Moreover, as shown in FIG. 3, when using this stainless steel tube or a steel pipe for the
上記のように、室外ユニット本体に収容される冷媒配管に本ステンレス溶接管を用いることで、本ステンレス溶接管が大気中の亜硫酸ガスなどに曝されても腐食がなく、耐久性がある。 As described above, by using the stainless steel welded pipe for the refrigerant pipe accommodated in the outdoor unit main body, even if the stainless welded pipe is exposed to sulfurous acid gas in the atmosphere, there is no corrosion and durability.
本実施形態に係る冷凍サイクル装置によれば、安価で耐圧特性と耐食特性が優れる冷媒配管を備え、安価で耐久性ある冷凍サイクル装置が実現する。 According to the refrigeration cycle apparatus according to the present embodiment, a low-cost and durable refrigeration cycle apparatus is realized that includes a refrigerant pipe that is inexpensive and has excellent pressure resistance and corrosion resistance.
1…冷凍サイクル装置、2…圧縮機、3…冷媒配管、4…四方弁、5…冷媒配管、6…パックトバルブ、7…冷媒配管、8…室内熱交換器、9…冷媒配管、10…パックトバルブ、11…冷媒配管、12…電子膨張弁、13…室外熱交換器、14…冷媒配管、15…冷媒配管。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Refrigeration cycle apparatus, 2 ... Compressor, 3 ... Refrigerant piping, 4 ... Four-way valve, 5 ... Refrigerant piping, 6 ... Packed valve, 7 ... Refrigerant piping, 8 ... Indoor heat exchanger, 9 ... Refrigerant piping, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Packed valve, 11 ... Refrigerant piping, 12 ... Electronic expansion valve, 13 ... Outdoor heat exchanger, 14 ... Refrigerant piping, 15 ... Refrigerant piping.
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