JP2016095084A - キャピラリーチューブ、冷媒流量調整器、空調装置、及びキャピラリ―チューブの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】閉塞の発生が抑制され、冷媒に十分な流動を生じさせ、冷媒サイクルの性能を良好に行うことが可能であるキャピラリーチューブ、冷媒流量調整器、及び空調装置を提供する。
【解決手段】冷媒Ｒが循環する冷媒循環路に設けられ、銅によって形成されるとともに、冷媒Ｒが流通可能な微細流路ＳＣが内側に形成されたチューブ本体６と、チューブ本体６の内周面Ｆを覆うように設けられて、チューブ本体６の内周面Ｆと冷媒Ｒとを隔てる被膜層Ｃと、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、空調装置の冷媒循環路に設けられるキャピラリーチューブ、これを備える冷媒流量調整器、空調装置、及びキャピラリ―チューブの製造方法に関する。

エアーコンディショナー等の空調機器における冷凍サイクルでは、液体の冷媒をより気化し易い状態にするために流量調整器を用いる。流量調整器には、代表的なものとして、可変式の電子膨張弁や、固定式のキャピラリーチューブが知られている。

ここで、特許文献１には、流量調整器の一例として、絞り装置が開示され、特許文献２には、流れる冷媒の流通抵抗を調節するための螺旋状の抵抗部が設けられた冷媒分配器が開示されている。

また、キャピラリーチューブは、冷凍サイクルの冷媒配管に接続されており、銅によって形成されている毛細管であって、内側に冷媒が流通可能な流路を形成している。

特開２００１−６６０８１号公報 特開２００９-２２２３６６号公報

しかしながら、上記のような冷凍サイクルでは、冷媒に加えて冷凍機油が流通する。このため、キャピラリーチューブの流路の内周面に油劣化物、系内残渣物等の異物が付着、堆積し、冷媒の流量低下による冷凍サイクルの性能低下が生じてしまうことや、これら異物によってキャピラリーチューブの流路が閉塞される。その結果、冷凍サイクルが十分に機能せず、圧縮機が停止してしまう等の問題が起きる。

そこで本発明は、上記課題を解決するためになされたものであって、閉塞を抑制して冷媒を十分に流通させ、冷凍サイクルを良好な状態に保つことができるキャピラリーチューブ、冷媒流量調整器、及び空調装置を提供する。

上記課題を解決するために、本発明は以下の手段を採用する。
本発明に係るキャピラリーチューブは、冷媒循環路に設けられ、銅によって形成されるとともに、冷媒が流通可能な微細流路が内側に形成されたチューブ本体と、該チューブ本体の内周面を覆うように設けられる被膜層と、を備える。

このようなチューブ本体の内周面を被膜層で覆ったキャピラリーチューブによれば、チューブ本体の内周面と、チューブ本体の微細流路を流通する冷媒との直接的な接触が被膜層によって回避される。よって、チューブ本体の内周面に油劣化物、系内残渣物等の異物が付着、及び堆積することによる微細流路の閉塞を抑制可能となる。

本発明に係るチューブ本体の内周面を覆うように設けられる被膜層は、シリコン系被膜材からなっていてもよい。

このように被膜層の材料にシリコン系被膜材を用いることで、被膜層とチューブ本体の内周面との密着性が向上し、冷媒とチューブ本体の内周面との直接的な接触をさらに回避することが可能となるとともに、チューブ本体の耐食性を向上できる。

本発明に係るチューブ本体の内周面を覆うように設けられる被膜層は、ポリアミドイミドからなっていてもよい。

このように被膜層の材料にポリアミドイミドを用いることで、被膜層とチューブ本体の内周面との密着性が向上し、冷媒とチューブ本体の内周面との直接的な接触をさらに回避することが可能となるとともに、チューブ本体の耐食性を向上できる。

本発明に係る流量調整器は、キャピラリーチューブを備える。

このような流量調整器によれば、キャピラリーチューブにおけるチューブ本体の内周面と、チューブ本体の微細流路を流通する冷媒との直接的な接触が被膜層によって回避される。よって、チューブ本体の内周面に油劣化物、系内残渣物等の異物が付着、及び堆積することによる微細流路の閉塞を抑制可能となる。

本発明に係る空調装置は、冷媒として、低温低圧気体冷媒を圧縮して高温高圧気体冷媒とする圧縮機と、高温高圧気体冷媒を液化して高圧液体冷媒とする凝縮器と、高圧液体冷媒を減圧して低圧液体冷媒とする上記の流量調整器と、低圧液体冷媒を気化して低温低圧気体冷媒とする蒸発器と、を備え、これら圧縮機、凝縮器、流量調整器、及び蒸発器が冷媒循環路を形成する。

このような空調装置によれば、流量調整器のキャピラリーチューブにおけるチューブ本体の内周面と、チューブ本体の微細流路を流通する冷媒との直接的な接触が被膜層によって回避される。よって、チューブ本体の内周面に油劣化物、系内残渣物等の異物が付着、及び堆積することによる微細流路の閉塞を抑制可能となる。

本発明に係るキャピラリーチューブの製造方法は、直管の内面を脱脂する工程と、直管の内面を除錆する工程と、直管の内面に該直管の中心軸線の一方側から流体状の被膜材を流し込む工程と、１５０℃以上２００℃以下の温度で前記直管に流し込まれた被膜材を焼成及び乾燥して被膜層を形成する工程と、前記被膜層を形成した前記直管を曲げてチューブ本体とし、該チューブ本体の内側に冷媒の流通する微細流路を形成する工程と、を含む。

このようなキャピラリーチューブの製造方法によれば、容易に、直管の内面に被膜層を密着させて形成することができる。従って、直管を曲げることによって形成されるチューブ本体の内周面と、微細流路を流通する冷媒との直接的な接触が回避される。よって、チューブ本体の内周面に油劣化物、系内残渣物等の異物が付着、及び堆積することによる微細流路の閉塞を抑制可能となる。

本発明に係るキャピラリーチューブの製造方法の被膜材を流し込む工程では、直管を中心軸線回りに回転させながら被膜材を流し込んでもよい。

このように直管を回転させることで、被膜材を直管の内面全体に均一に行き渡らせることができ、チューブ本体の内周面に全体的に皮膜層を形成することができる。

本発明に係るキャピラリーチューブの製造方法の被膜層を形成する工程では、被膜層の厚さを１μｍ以上１０μｍ以下としてもよい。

このように被膜層を１μｍ以上１０μｍ以下の厚さにすることで、被膜層に十分な強度を持たせることができるので、被膜層の剥離を抑えることができる。また、曲げ工程を実行した際にも剥離を抑えることができる。

上記のキャピラリーチューブによれば、閉塞の発生が抑制され、冷媒を十分に流通させ、冷凍サイクルを良好な状態に保つことが可能である。

本発明の実施形態に係る空調装置の冷凍サイクルを示す図である。 本発明の実施形態に係る空調装置におけるキャピラリーチューブを示す正面図である。 本発明の実施形態に係る空調装置におけるキャピラリーチューブのチューブ本体の径方向の断面を示す図であって、（ａ）は図１のＸ−Ｘ断面図である。また（ｂ）は、図１のＹ−Ｙ断面図である。 本発明の実施形態に係る空調装置におけるキャピラリーチューブのチューブ本体の要部を拡大して示す図であって、図２のＺ部詳細図である。 本発明の実施形態に係る空調装置におけるキャピラリーチューブの製造工程図である。 本発明の実施形態の変形例に係る空調装置におけるキャピラリーチューブの製造工程図である。

以下、本発明の実施形態に係る空調装置について説明する。
図１に示すように、空調装置１００は、冷媒Ｒとして、低温低圧気体冷媒Ｒ１ｇから高温高圧気体冷媒Ｒ２ｇを生成する圧縮機１と、高温高圧気体冷媒Ｒ２ｇから常温高圧液体冷媒Ｒ３ｌを生成する凝縮器２と、常温高圧液体冷媒Ｒ３ｌから低温低圧液体冷媒Ｒ４ｌを生成する流量調整器３（冷媒流量調整器）と、低温低圧液体冷媒Ｒ４ｌから低温低圧気体冷媒Ｒ１ｇを生成する蒸発器４と、を備えている。

圧縮機１は、低温低圧気体冷媒Ｒ１ｇに吸熱させる装置である。即ち、低温低圧気体冷媒Ｒ１ｇが圧縮されて高温高圧気体冷媒Ｒ２ｇとなる。

凝縮器２は、高温高圧気体冷媒Ｒ２ｇに放熱させる装置である。即ち、常温高圧液体冷媒Ｒ２ｇが放熱して常温高圧液体冷媒Ｒ３ｌとなる。

流量調整器３は、常温高圧液体冷媒Ｒ３ｌに放熱させる装置である。即ち、流量調整器３では、常温高圧の液体冷媒Ｒ３ｌの流量が調整されて減圧されて膨張し、放熱されることで低温低圧液体冷媒Ｒ４ｌとなる。

蒸発器４は、低温低圧液体冷媒Ｒ４ｌに吸熱させる装置である。即ち、蒸発器４では、低温低圧液体冷媒Ｒ４ｌが吸熱し、低温低圧気体冷媒Ｒ１ｇとなる。その後、この低温低圧気体冷媒Ｒ１ｇを圧縮機へ導入可能としている。

従って、この空調装置１００で動作する冷凍サイクルでは、まず、冷媒Ｒが圧縮機１で圧縮された後に凝縮器２で放熱し、流量調整器３に流入して減圧膨張し、最後に蒸発器４で吸熱して気化して、再び圧縮機１に戻る。即ち、これら圧縮機１、凝縮器２、流量調整器３、及び蒸発器４は、銅製の配管Ｐによって互いに接続されることで冷媒循環路ＲＣを形成しており、この冷媒循環路ＲＣで冷媒Ｒが連続的に状態変化しつつ循環する。

ここで、図２に示すように、流量調整器３は、冷媒の流通するキャピラリーチューブ５と、キャピラリーチューブ５の一端に接続される流入側ジョイント部７と、他端に接続される流出側ジョイント部８とを備えている。

流入側ジョイント部７は、キャピラリーチューブ５の一端となる冷媒Ｒｌの流入側Ｇ１に設けられて配管Ｐに接続されている。流出側ジョイント部８は、キャピラリーチューブ５の他端となる冷媒Ｒの流出側Ｇ２に設けられて配管Ｐに接続されている。

図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、キャピラリーチューブ５は、チューブ本体６と、チューブ本体６の内周面Ｆを覆うように設けられて、内周面Ｆと冷媒Ｒとを隔てる被膜層Ｃとを備えている。

図４に示すように、チューブ本体６は、同径で延びる本体部６ａと、本体部６ａの一端で本体部６ａと一体に形成されて流入側ジョイント部７に向かって拡径する拡径部６ｂとを有している。拡径部６ｂは、流入側ジョイント部７とロウ付けによって接続されている。

同様に、チューブ本体６は、本体部６ａの他端で本体部６ａと一体に形成されて流出側ジョイント部８に向かって拡径する拡径部６ｂを有し、この拡径部６ｂは流出側ジョイント部８とロウ付けによって接続されている。
なお、ロウ付けされる位置では、流入側ジョイント部７及び流出側ジョイント部８は銅によって形成されている。

このように、キャピラリーチューブ５は、流入側ジョイント部７と、流出側ジョイント部８とを介して冷媒循環路ＲＣに設けられている。

ここで、図２、図３（ａ）及び図３（ｂ）に示すように、チューブ本体６は、銅によって形成された管状をなして、螺旋状に曲げられることで、複数の円環状部６ｃが連続して形成されるとともに、内側に冷媒Ｒが流通可能な微細流路ＳＣが形成されている。チューブ本体６の内径、即ち、微細流路ＳＣの流路径は、φ０．５ｍｍ以上φ３．０ｍｍ以下となっており、螺旋を形成する各円環状部６ｃの直径は、φ３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下となっている。

被膜層Ｃを形成する被膜材は、例えばシリコン系被膜材からなる。シリコン系被膜材とは例えば、下記の化学式に示すシリコーン（シリコン）である。Ｒ１部やＲ２部は、メチル基、フェニル基である。

シリコーン（シリコン）

また、被膜材は非粘着材料であることが好ましく、例えば、シリコン系被膜材以外にも、フッ素樹脂、リン酸、黒染め（マンガン系材料）、ポリアミドイミド（下記化学式を参照）、又は、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ナイロン、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）等であってもよい。また、フッ素樹脂には、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＦＥＰ（パーフルオロエチレンプロペンコポリマー）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）等、多数の種類がある。
一方で、被膜材としては、クロロプレンゴム、ニトリゴム等は好ましくない。

ポリアミドイミド

また、被膜層の厚さは１μｍ以上１０μｍ以下であり、特に５μｍ以上であるとよい。

次に、上記したキャピラリーチューブ５の製造方法について図５を参照して説明する。

まず、内径φ０．５ｍｍ以上φ３．０ｍｍ以下の直管を準備し、直管の内面を脱脂する工程Ｓ１を実行する。脱脂する工程Ｓ１では、直管の内面に付着している油及びゴミを除去する。

次に、脱脂した直管の内面を除錆する工程Ｓ２を実行する。
除錆する工程Ｓ２では、脱脂した直管の錆等を化学的に除去する。化学的に除去する方法とは、例えば、中性錆取り剤を希釈したものに、直管を常温で数分浸す等の手法を用いることができる。

さらに、除錆した直管の内面に被膜材を流し込む工程Ｓ３を実行する。
被膜材を流し込む工程Ｓ３では、除錆した直管を該直管の中心軸線回りに回転させつつ、該直管の内面に流体状の前記被膜材を流し込む。流体の被膜材を流し込む工程によれば、被膜材が均一に直管の内面に覆うことができる。
ここで、被膜材は、例えば、シリコン系材料やポリアミドイミド等、上述した材料からなる。

次に、直管に被膜層を形成する工程Ｓ４を実行する。
被膜層を形成する工程Ｓ４では、被膜した直管を該直管の中心軸線回りに回転させつつ、１５０℃〜２００℃の温度で焼成及び乾燥させる。

最後に、微細流路を形成する工程Ｓ５を実行する。
微細流路ＳＣを形成する工程Ｓ５では、直管を螺旋状に曲げてチューブ本体６を形成する。この際、螺旋状の直径が、φ３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下となるように直管の曲げ加工を行う。また、チューブ本体６の両端部を拡径させることで、拡径部６ｂを形成する。

このような空調装置１００によれば、チューブ本体６の内周面Ｆを被膜層Ｃで覆うキャピラリーチューブ５を備えることで、内周面Ｆと、チューブ本体６の微細流路ＳＣを流通する冷媒Ｒとの直接的な接触が被膜層Ｃによって回避される。よって、チューブ本体６の内周面Ｆに油劣化物、系内残渣物等の異物が付着及び堆積し、微細流路ＳＣを閉塞してしまうことを抑制することができる。

また、被膜層Ｃは、シリコン系被膜材からなるため、チューブ本体６の内周面Ｆへの密着性が向上する。このため、冷媒Ｒとチューブ本体６との直接的な接触をさらに回避することが可能となる。また、被膜層Ｃの密着性向上によって、チューブ本体６の耐食性をさらに向上できる。

また、上述したキャピラリーチューブ５の製造方法を用いることで、容易に、チューブ本体６に被膜層Ｃを密着させて形成することができる。

また、被膜材を流し込む工程Ｓ３では、直管を中心軸線回りに回転させることで、被膜材を均一に流し込むことができる。よって、被膜材を直管の内面全体に均一に行き渡らせることができ、チューブ本体６の内周面Ｆに全体的に被膜層Ｃを形成することができる。

さらに、形成した被膜層Ｃの厚さを、１μｍ以上１０μｍ以下とすることで、十分に被膜層Ｃの強度を保つことができる。このため、被膜層Ｃの剥離を抑えることができる。また、微細流路ＳＣを形成する工程で直管を曲げる際にも、被膜層Ｃの剥離を抑えることができる。

以上、本発明の実施形態について詳細を説明したが、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内において、多少の設計変更も可能である。

例えば、上述の実施形態に係る被膜層を形成する工程Ｓ４では、直管の内面に、直管の中心軸線の一方側から液体状の被膜材を流し込む場合以外にも、スプレー等で気体状の被膜材を噴き付けてもよい。

また、例えば、直管を曲げ加工する際には、直径がφ３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の範囲で、同一直径の円環（円環状部６ｃ）が連続するような螺旋状に加工しなくともよい。即ち、設置スペース等に合わせて、適宜最適な形状に曲げてもよい。

例えば、図６に示すように、上述の実施形態に係る被膜材を流し込む工程Ｓ３及び被膜層を形成する工程Ｓ４を実施後に、油劣化物、系内残渣物等の異物が付着及び堆積し易い部分や、被膜層Ｃの剥がれ易い部分に部分的に被膜材を塗布し、更に焼成、乾燥させる増強工程Ｓ４´をしてもよい。

例えば、上述の実施形態の拡径部６ｂは、図３に示すように、本体部６ａと一体に形成される場合に限定されず、ねじ込みや、ロウ付けで本体部６ａに別体で取り付けるようなタイプとしてもよい。

本実施形態では、キャピラリーチューブ５は、空調装置１００に用いる場合に限定されず、冷凍機等に用いてもよい。

１…圧縮機 ２…凝縮器 ３…流量調整器 ４…蒸発器 ５…キャピラリーチューブ ６…チューブ本体 ７…流入側ジョイント部 ８…流出側ジョイント部 Ｃ…被膜材 Ｒ…冷媒 Ｒ１ｇ…低温低圧気体冷媒 Ｒ２ｇ…高温高圧気体冷媒 Ｒ３ｌ…常温高圧液体冷媒 Ｒ４ｌ…低温低圧液体冷媒 Ｇ１…流入側 Ｇ２…流出側 Ｓ１…脱脂する工程 Ｓ２…除錆する工程 Ｓ３…被膜材を流し込む工程 Ｓ４…被膜層を形成する工程 Ｓ４´…増強工程 Ｓ５…微細流路を形成する工程 Ｐ…配管 Ｆ…内周面 ＳＣ…微細流路 ＲＣ…冷媒循環路 １００…空調装置

Claims (8)

1. 冷媒が循環する冷媒循環路に設けられ、銅によって形成されるとともに、冷媒が流通可能な微細流路が内側に形成されたチューブ本体と、
   前記チューブ本体の内周面を覆うように設けられて、前記内周面と前記冷媒とを隔てる被膜層と、
   を備えるキャピラリーチューブ。
2. 前記被膜層は、シリコン系被膜材からなる請求項１に記載のキャピラリーチューブ。
3. 前記被膜層は、ポリアミドイミドからなる請求項１に記載のキャピラリーチューブ。
4. 請求項１から３のいずれか一項に記載のキャピラリーチューブを備える冷媒流量調整器。
5. 冷媒として、低温低圧気体冷媒を圧縮して高温高圧気体冷媒とする圧縮機と、
   前記高温高圧気体冷媒を液化して高圧液体冷媒とする凝縮器と、
   前記高圧液体冷媒を減圧して低圧液体冷媒とする請求項４に記載の冷媒流量調整器と、
   前記低圧液体冷媒を気化して前記低温低圧気体冷媒とする蒸発器と、
   を備え、
   これら圧縮機、凝縮器、流量調整器、及び蒸発器が冷媒循環路を形成する空調装置。
6. 直管の内面を脱脂する工程と、
   前記直管の内面を除錆する工程と、
   前記直管の内面に該直管の中心軸線の一方側から流体状の被膜材を流し込む工程と、
   １５０℃以上２００℃以下の温度で前記直管に流し込まれた前記被膜材を焼成及び乾燥して被膜層を形成する工程と、
   前記被膜層を形成した前記直管を曲げてチューブ本体とし、該チューブ本体の内側に冷媒の流通する微細流路を形成する工程と、
   を含むキャピラリーチューブの製造方法。
7. 前記被膜材を流し込む工程では、前記直管を前記中心軸線回りに回転させながら前記被膜材を流し込む請求項６に記載のキャピラリーチューブの製造方法。
8. 前記被膜層を形成する工程では、前記被膜層の厚さを１μｍ以上１０μｍ以下とする請求項６又は７に記載のキャピラリーチューブの製造方法。

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