JP2013234828A - ディストリビュータ、室外機及び冷凍サイクル装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】アルミニウム製のディストリビュータとキャピラリーチューブとのろう付け性向上を図りつつ、腐食を防ぐ。
【解決手段】冷媒が流入する流入口1Aからそれぞれ等距離にあって、流入した冷媒が流出する複数の冷媒流出口1Bを有するアルミニウム製のディストリビュータ1であって、熱容量を低減するために設けた凹部4と、凹部4と連通し、凹部4に流入する液体を凹部4の底面よりも低い位置から排出する排水路8とを備えるものである。
【選択図】図2

Description

本発明は、空気調和装置に用いるディストリビュータ(分配器)等に関するものである。
例えば冷凍サイクル装置の凝縮器、蒸発器となる熱交換器の複数の伝熱管等(流路)に、キャピラリチューブを介して冷媒を分配等するためのディストリビュータ(分配器)がある。従来の技術では、例えば室外ユニット用の熱交換器の冷媒配管(伝熱管)の材質として銅を用い、ディストリビュータの材質として銅又は真鍮を用いた組み合わせで接続することが多い。
例えば銅のキャピラリーチューブと銅又は真鍮のディストリビュータとの組み合わせの場合、ろう材に銀ろう等を用いる。銀ろう等のろう材の融点は800℃程度であり、銅の融点1085℃、真鍮の融点900℃よりも十分に低いため、ディストリビュータの熱容量が小さければろう付けを容易に行うことができる。このため、ディストリビュータにおいては、熱容量を小さくし、キャピラリーチューブとの溶接をしやすくするために分配部分に凹部を設けている。ここで、例えば室外ユニットは屋外に設置されていることが多く、ディストリビュータの凹部には雨、凝縮水等(以下、水という)の液体が溜まることがあるが、前述したように、ディストリビュータは、イオン化傾向が小さい銅又は真鍮を材質としているため、腐食しにくい。
特開平11−063734号公報(図1)
前述したように、従来、空気調和装置の室外ユニットに用いられる熱交換器を構成する冷媒配管は、多くは銅円管を用いているが、近年、銅価格高騰のため、アルミニウム円管を用いることがある。さらに、高性能化を図るため、アルミニウム製の扁平管を冷媒配管として用いることが多くなっている。ここで、熱交換器にアルミニウムの冷媒配管を用いる場合、外部からの腐食による冷媒漏れを防ぐために冷媒配管に亜鉛を塗布する、腐食による薄肉化を考慮して肉厚を厚くする等の対策が必要となる。
また、熱交換器以外の冷媒配管等にもアルミニウムを用いる等、異種金属接触のために生じる金属イオンの移動が原因の腐食を防ぐ対策が講じられる。
ただ、ディストリビュータをアルミニウムで構成すると、熱容量を小さくするためにディストリビュータに形成する凹部に水が溜まると腐食しやすくなる。
そこで、本発明の目的はアルミニウム製のディストリビュータとキャピラリーチューブとのろう付け性向上を図りつつ、腐食を防ぐことにある。
そのため、本発明に係るディストリビュータは、冷媒が流入する流入口からそれぞれ等距離にあって、流入した冷媒が流出する複数の冷媒流出口を有するアルミニウム製のディストリビュータであって、本体に形成された凹部と連通し、凹部に流入する液体を凹部の底面よりも低い位置から排出する排水路を備えるものである。
本発明に係わるディストリビュータは、熱容量を低くするための凹部を設けることにより、ろう付け作業の効率化をはかることができる。そして、凹部と連通する排水路を設けることにより、この凹部に液体が溜まらないようにして腐食を防ぎ、変形、融解を防止し、信頼性を高めることができる。
この発明の実施の形態1におけるディストリビュータ1の断面図である。 この発明の実施の形態1におけるディストリビュータ1のA−A’断面図である。 この発明の実施の形態1におけるディストリビュータ1のB−B’断面図である。 この発明の実施の形態1における最大孔食深さと時間との関係を説明する図である。 この発明の実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。
実施の形態1.
図1は本発明の実施の形態1におけるディストリビュータ1の断面図である。ディストリビュータ1は、熱交換器が蒸発器として機能する場合には、主管2から流入する冷媒をキャピラリーチューブ3を介して各冷媒配管に分配する。また、熱交換器が凝縮器として機能する場合には熱交換器の各冷媒配管からキャピラリーチューブ3を介して流入する冷媒を合流させて主管2に流出させる。ここで、流入口1A、流出口1Bにおける流入、流出は、熱交換器が蒸発器として機能する場合における流入、流出を表している。また、本実施の形態のディストリビュータ1はアルミニウム製であるものとする。
図2は本発明の実施の形態1におけるディストリビュータ1のA−A’断面を表す図である。主管2は、流入口1Aにおいてディストリビュータ1と接続し、例えば液状の冷媒(液冷媒。気液二相冷媒の場合も含む)が流れるアルミニウム製の配管となる。キャピラリーチューブ3は、熱交換器の各冷媒配管とディストリビュータ1との間にあって、流出口1Bにおいてディストリビュータ1と接続し、熱交換器の冷媒配管へ冷媒を分配する。また、各キャピラリーチューブ3と主管2との距離は同じとなる。また、室外機内において、重力による分配偏り等を防止するため、ディストリビュータ1の流入口1Aを略鉛直方向(下向き)にし、流出口1Bが略鉛直方向(上向き)となるように配置する。そして、主管2から流入した冷媒が下側から上側に向かって各キャピラリーチューブ3を流れるようにする。
凹部4は、ディストリビュータ1におけるアルミニウムの量を減らして熱容量を小さくするために形成する。これにより、ディストリビュータ1とキャピラリーチューブ3とをろう付けして接合する際、ディストリビュータ1をアルミニウムの融点以上にしないようにする。溝5は、底部に流出口1Bを有し、ディストリビュータ1とキャピラリーチューブ3とをろう付けしやすくするために形成する。ろう付け部6は、ディストリビュータ1とキャピラリーチューブ3とをろう材によりろう付けしている部分である。本実施の形態においては、ディストリビュータ1及びキャピラリーチューブ3の材料に合わせてろう材として、アルミニウムを主成分としたA4407、A4343等を用いているものとする。冷媒流路7は、ディストリビュータ1内に形成した、主管2とキャピラリーチューブ3との間の冷媒の流路となる空間である。
例えばA4407、A4343等をろう材とする場合、ろう材の融点が600℃、アルミニウムの融点が660℃であり、融点が近い。このため、キャピラリーチューブ、ディストリビュータが銅製である場合に比べて、変形、融解等が生じやすく、ろう付けの際の温度管理が難しい。例えばキャピラリーチューブ3、ディストリビュータ1の変形、融解等を防ぐため、ろう付けバーナーの温度を600〜630℃程度に調整しなければならない。また、ろう材の融点とバーナー温度との温度差が小さいため、ろう材が融けるまで時間を要する等、ろう付けに要する時間も増大する。以上のことから、本実施の形態のディストリビュータ1においては、熱容量を小さくする凹部4を設けることは不可欠である。
図3は本発明の実施の形態1におけるディストリビュータ1のB−B’断面を正面から見た図である。本実施の形態のディストリビュータ1においては、凹部4に流入する水を排出するための排水路8を設ける。排水路8は、凹部4の底面と連通し、外部への排水口が凹部最下端よりも低い位置から水を排水できるように、傾斜させて形成する。ここで、排水路8を設けるため、排水路8に隣接する2つの溝5(流出口1B)間のピッチは、他の溝5(流出口1B)間のピッチよりも大きくしている。また、本実施の形態のディストリビュータ1においては、凹部4の底面部分を凸状(山型)に形成し、例えばほぼ中央部分に最上端9を有するようにして、凹部4内に水が留まる(溜まる)のを防止している。
次に空気調和装置内におけるディストリビュータ1の動作について説明する。暖房運転のときには、室内機側から室外機側に流入した液相の状態の冷媒が、主管2を通過してディストリビュータ1に流入する。ディストリビュータ1は各キャピラリーチューブ3に冷媒を分配する。各キャピラリーチューブ3を通過した冷媒は熱交換器の各冷媒配管に流入し、熱交換器において、外気の空気との熱交換が行われる。
また、冷房運転のときには、熱交換器の各冷媒配管から流出した液相の状態の冷媒は、各キャピラリーチューブ3を通過してディストリビュータ1に流入する。ディストリビュータ1は流入した冷媒を合流させ、主管2に流出させる。主管2から流出した冷媒は、室外機を出て室内機に流入する。
図4は最大孔食深さと時間との関係を説明する図である。同一形状のディストリビュータ1において、凹部4に所定間隔で水を供給し、図4(b)に示す凹部4の凹部底面10における最大孔食深さを調べたものである。ここで、排水路8以外は全て同一形状であり、最大孔食深さとは、腐食により生じる孔の深さうち、最大の深さと定義する。また、横軸の時間は、水を供給し始めてからの時間である。そして、図4(a)の(1)は銅製のディストリビュータ(排水路なし)、(2)はアルミニウム製のディストリビュータ(排水路なし)、(3)はアルミニウム製のディストリビュータ(排水路あり)を示している。
図4(a)の(1)と(2)とを比較すると、(1)の方が最大孔食深さが小さい。これは銅の方がイオン化傾向が小さいためである。また、(1)、(2)と(3)とを比較すると、(3)の方が最大孔食深さが小さい。これは腐食の原因となる水が排水により凹部4に留まらないためである。以上のことから、ディストリビュータ1の腐食防止のためには、排水路8を設けることがよいことがわかる。
以上のように実施の形態1のディストリビュータ1は、凹部4を設けることにより、ろう付け作業の効率化をはかることができる。そして、この凹部4に水(液体)が溜まらないようにするため、凹部4と連通する排水路8を設けることにより、アルミニウム製のディストリビュータ1の腐食を防ぎ、変形、融解を防止し、信頼性を高めることができる。このとき、排水路8における排水口を、凹部底面10の位置よりも低い位置となるようにすることで、確実に排水させることができる。また、例えば凹部底面10の中央部分を凸状にして凹部4に留まらないようにしたので、効率よく排水を行うことができる。また、排水路8に隣接する2つの溝5(流出口1B)間のピッチを、他の溝5(流出口1B)間のピッチよりも大きくし、排水路8を確保することで、効率よく排水を行うことができる。
実施の形態2.
上述の実施の形態1では、排水路8を2箇所有するディストリビュータ1について示したが、基本的には1箇所以上あればよい。ただ、室外機内への取付け、室外機の設置等の状態により、ディストリビュータ1が鉛直方向に対して傾いて設置された場合でも、少なくとも対向する2箇所に排水路8を有しておけば、いずれかの排水路8からより確実に排水させることができる。また、3箇所以上排水路8を有するようにしてもよい。
また、上述の実施の形態では、凹部4の底面と外部とを連通する貫通孔により排水路8を形成しているが、これに限定するものではない。例えば削り出しにより凹部4を形成する際、凹部4と共に溝を削ることで排水路8を形成するようにしてもよい。
実施の形態3.
図5は本発明の実施の形態3に係る冷凍サイクル装置の構成を示す図である。ここで、図5では冷凍サイクル装置として空気調和装置を示している。図5において、図1等において説明したものについては、同様の動作を行うものとする。図5の空気調和装置は、室外機(室外ユニット)20と室内機(室内ユニット)30とをガス延長配管16、液延長配管17により配管接続する。室外機20は、圧縮機11、四方弁12、室外熱交換器13並びに実施の形態1、2において説明したディストリビュータ1、主管2及びキャピラリーチューブ3を有している。また、室内機30は、室内熱交換器15及び膨張弁14を有している。
ここで、室外機20内において、例えば排水路8から排出される水が冷媒配管、他の機器等に滴下して、さらなる腐食等を生じさせないようなディストリビュータ1と冷媒配管等との位置関係に配置することが望ましい。
室外機20において、圧縮機11は、吸入した冷媒を圧縮して吐出する。ここで、特に限定するものではないが、圧縮機11はたとえばインバータ回路等により、運転周波数を任意に変化させることにより、圧縮機11の容量(単位時間あたりの冷媒を送り出す量)を変化させることができるようにしてもよい。四方弁12は、たとえば冷房運転時と暖房運転時とによって冷媒の流れを切り替えるための切替装置となる。また、室外熱交換器13は、冷媒と空気(室外の空気)との熱交換を行う。たとえば、暖房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。また、冷房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。
室内機30において、絞り装置(流量制御手段)等の膨張弁14は冷媒を減圧して膨張させるものである。たとえば電子式膨張弁等で構成した場合には、制御手段(図示せず)等の指示に基づいて開度調整を行う。室内熱交換器15は、例えば空調対象となる空気と冷媒との熱交換を行う。暖房運転時においては凝縮器として機能し、冷媒を凝縮して液化させる。また、冷房運転時においては蒸発器として機能し、冷媒を蒸発させ、気化させる。
最初に、冷凍サイクル装置における冷房運転について冷媒の流れに基づいて説明する。冷房運転においては、実線で示す接続関係となるように四方弁12を切り替える。圧縮機11により圧縮されて吐出した高温、高圧のガス冷媒は、四方弁12を通過し、室外熱交換器13に流入する。そして、室外熱交換器13内を通過して、室外の空気と熱交換することで凝縮、液化した冷媒(液冷媒)は、各キャピラリーチューブ3、ディストリビュータ1を通過し、主管2を通って室外機20から流出する。ここで、冷房運転時においては、ディストリビュータ1は、冷媒分配ではなく、冷媒を合流させる機器として機能することになる。合流する冷媒は液冷媒であり、分配、圧力損失等については、特に考慮しなくてもよい。
室外機20を流出した冷媒は、液延長配管17を通過して室内機30に流入する。そして、膨張弁14へ流入する。膨張弁14で減圧されて気液二相状態となった冷媒は室内熱交換器15に流入する。室内熱交換器15内を通過して、例えば空調対象の空気と熱交換することで蒸発、ガス化した冷媒(ガス冷媒)は、室内機30から流出する。
室内機30から流出したガス冷媒はガス延長配管16を通過して室外機20に流入する。そして、四方弁12を通過して再度圧縮機11に吸入される。以上のようにして空気調和装置の冷媒が循環し、空気調和(冷房)を行う。
次に暖房運転について冷媒の流れに基づいて説明する。暖房運転においては、点線で示す接続関係となるように四方弁12を切り替える。圧縮機11により圧縮されて吐出した高温、高圧のガス冷媒は、四方弁12を通過して室外機20から流出する。室外機20を流出したガス冷媒は、ガス延長配管16を通過して室内機30に流入する。
室外熱交換器13内を通過して、例えば空調対象の空気と熱交換することで凝縮、液化した冷媒は、膨張弁14を通過して室内機30から流出する。
室内機30から流出した冷媒は液延長配管17を通過して室外機20に流入する。そして、膨張弁14で減圧されて気液二相状態となった冷媒は、実施の形態1等で説明したように、ディストリビュータ1、各キャピラリーチューブ3において適正に分配され、室外熱交換器13に流入する。そして、室外熱交換器13内を通過して、室外の空気と熱交換することで蒸発、ガス化した冷媒(液冷媒)は、四方弁12を通過して再度圧縮機11に吸入される。以上のようにして空気調和装置の冷媒が循環し、空気調和(暖房)を行う。
以上のように、実施の形態3の空気調和装置(冷凍サイクル装置)においては、ディストリビュータ1を室外熱交換器13に設けることにより、例えば暖房運転時に室外熱交換器13に流入する気液二相冷媒を適正に分配することができ、熱交換の効率を向上させることができる。これにより、冷凍サイクル装置の効率を向上させることができる。
1 ディストリビュータ、1A 流入口、1B 流出口、2 主管、3 キャピラリーチューブ、4 凹部、5 溝、6 ろう付け部、7 冷媒流路、8 排水路、9 最上端、10 凹部底面、11 圧縮機、12 四方弁、13 室外熱交換器、14 膨張弁、15 室内熱交換器、16 ガス延長配管、17 液延長配管、20 室外機、30 室内機。

Claims (6)

  1. 冷媒が流入する流入口からそれぞれ等距離にあって、流入した前記冷媒が流出する複数の流出口を有するアルミニウム製のディストリビュータであって、
    本体に形成された凹部と連通し、前記凹部に流入する液体を前記凹部の底面よりも低い位置から排出する排水路を備えることを特徴とするディストリビュータ。
  2. 前記凹部の底面を凸状に形成することを特徴とする請求項1記載のディストリビュータ。
  3. 前記排水路に隣接する前記流出口間の間隔を、他の前記流出口間の間隔よりも大きくすることを特徴する請求項1又は2記載のディストリビュータ。
  4. 前記排水路を複数備え、少なくとも2つの排水路が対向するように配置することを特徴する請求項1〜3のいずれか一項に記載のディストリビュータ。
  5. 請求項1〜4のいずれかに記載のディストリビュータと、
    該ディストリビュータの分配に係る気液二相状態の冷媒を通過させる複数の伝熱管を有する熱交換器とを備え、
    前記ディストリビュータが備える排水路から滴下する液体を避ける位置に前記熱交換器を配置及び配管することを特徴とする室外機。
  6. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
    熱交換により前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
    凝縮された冷媒を減圧させるための膨張手段と、
    請求項5に記載の熱交換器を有し、減圧した前記冷媒と空気とを熱交換して前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
    を配管接続して冷媒を循環させる冷媒回路を構成することを特徴とする冷凍サイクル装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP5955488B1 (ja) * 2015-01-07 2016-07-20 三菱電機株式会社 冷媒分配器の製造方法、冷媒分配器の製造装置、冷媒分配器、熱交換器及び空気調和装置
JPWO2016002280A1 (ja) * 2014-07-04 2017-04-27 三菱電機株式会社 冷媒分配器、及びその冷媒分配器を有するヒートポンプ装置

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