JP2020085334A - 冷凍サイクルにおけるキャピラリチューブの閉塞防止機構 - Google Patents

Abstract

【課題】冷蔵庫や冷凍庫などの冷凍サイクルで、キャピラリチューブがオイルスラッジなどで閉塞されてしまうことを抑制する。【解決手段】冷凍サイクルにおけるフィルタドライヤ４とキャピラリチューブ５との間に、キャピラリチューブ５より内径の大きなサブキャピラリチューブ８を配置する。サブキャピラリチューブ８の流入端の内径ＳＤはキャピラリチューブ５の流入端の内径ＣＤよりも大きく、フィルタドライヤ４の本体部分４１の内径ＦＤ＝１５〜３０ｍｍ、キャピラリチューブ５の流入端の内径ＣＤ＝０．５〜１．２ｍｍ、サブキャピラリチューブ８の流入端の内径ＳＤ＞０．７ｍｍとする。【選択図】図２

Description

本発明は、冷蔵庫や冷凍庫などの冷凍サイクルの改良、特にキャピラリチューブがオイルスラッジなどで閉塞されてしまうことを抑制するための改良に関するものである。

一般的な冷蔵庫や冷凍庫には、冷媒ガスが封入された圧縮機、凝縮器、キャピラリチューブ、蒸発器を主な要素として構成される冷凍サイクルが使用されている。この装置に不具合が生じると、庫内に内蔵された食品等が腐敗、溶解して損害が発生するため故障しにくい信頼性が求められる。

冷凍サイクルの配管内にはフロン等の冷媒の他に圧縮機内の機構の潤滑のために冷凍機油が循環している。この冷凍機油は圧縮の過程で高温高圧に晒され、さらに金属の微粉が混入してタール状のオイルスラッジに変性し、圧力が急激に低下し流速が増大するキャピラリチューブの入口部近傍の内壁に付着する。

具体的には、図４のイメージ図に示すように、フィルタドライヤー４内の高温高圧の液冷媒がキャピラリチューブ５の流入端の入口で急激に流速が増大し減圧され近傍のキャピラリチューブ５内壁にオイルスラッジＳが付着する。図４（Ａ）は初期の状態、図４（Ｂ）は時間経過とともにある程度オイルスラッジＳが付着した状態、図４（Ｃ）はさらに時間経過してオイルスラッジＳでキャピラリチューブ５が閉塞して冷媒が循環できなくなった状態を示す。

特に、比較的に小型の冷凍サイクル（具体的にはコンプレッサ出力５００Ｗ以下の冷凍サイクル）においては、キャピラリチューブの内径は一般的にΦ０．５〜１．２ｍｍと細いため、運転時間と共に付着量が増して最終的に閉塞に至り冷却できなくなる不具合が多く発生している。

キャピラリチューブは流体（冷媒）の流れに抵抗を与えて圧力差を作る機構であるため、内径と長さ（一般的に数１０ｃｍ〜数ｍ）が抵抗の因子となる。同じ大きさの抵抗を与えることができるのであれば、その内径が小さい方が長さを短くできるため、コスト低減や省スペースの点で有利である。

しかしながら、先述したようにオイルスラッジによるキャピラリチューブの閉塞が、その流入端を中心に発生するために、あまり内径の小さなものを使用することができないという課題があった。本発明は内径が小さなキャピラリチューブを選定しても、オイルスラッジの閉塞による冷却不良が発生しない機構を提供し、小型の冷蔵庫や冷凍庫の耐久性や信頼性を向上させることを課題とするものである。

キャピラリチューブの径に関する改良としては、特許文献1に記載の発明が提案されている。特許文献1に記載の発明は、圧縮機、凝縮器、キャピラリチューブ、蒸発器に冷媒管を接続した冷媒回路中を冷媒が循環するように構成した空気調和機において、前記冷媒管と前記キャピラリチューブとの接続部分では、前記冷媒管の口径を前記キャピラリチューブの口径に至るまで、徐徐に細くしたことを特徴とするものである。

この特許文献１の発明は、その明細書段落０００５に「従来、冷媒管とキャピラリチューブとの接続部分では、管の口径が急激に小さくなっており、このような急激な変化のためにキャピラリチューブの端部では、急激に高圧、高温となって、金属等のスラッジが付着してキャピラリチューブの入口を狭めたり詰まらせたりする」と記載されているように、オイルスラッジによるキャピラリチューブの閉塞を抑制する機構に関するものであるが、オイルスラッジの付着の原因を管の口径の急激な変化に求めているものである。

したがってその解決手段は、前記冷媒管と前記キャピラリチューブとの接続部分において、前記冷媒管の口径を前記キャピラリチューブの口径に至るまで、徐徐に細くすることによって、冷媒が急激に高圧、高温となってしまうことを抑制して、オイルスラッジの付着を防止するものあった。

より具体的には、特許文献１の図４に示されるように、前記冷媒管と前記キャピラリチューブとの接続部分では、前記冷媒管の口径をＤとし、前記キャピラリチューブの口径をｄとし、冷媒管の口径がＤからｄに穏やかに小さくなる接続部分の長さをＬとすると、Ｌ＞Ｄの関係にあるものが適当であるとしているものであった。

また、前記冷媒管と前記キャピラリチューブとの接続部分では、前記冷媒管の口径をＤとし、前記キャピラリチューブの口径をｄとし、冷媒管の口径がＤからｄに穏やかに小さくなる接続部分の長さをＬとすると、Ｌ／Ｄ＜３０の関係にあるものが適当であるとしているものであった。

特開平９−７９７００号公報

本発明は、メインのキャピラリチューブの入口側に内径が大きく長さの短いサブキャピラリチューブを設置することによって、内径が大きいサブキャピラリチューブの流入口側で犠牲的にオイルスラッジを付着させ、それよりも下流側にスラッジを送らないことで、謂わばフィルタとして機能させるで、メインのキャピラリチューブのスラッジ付着を抑制した冷凍サイクルにおけるキャピラリチューブの閉塞防止機構の提供を課題とする。

本発明は、冷凍サイクルにおけるフィルタドライヤとキャピラリチューブとの間に、前記キャピラリチューブより内径の大きなサブキャピラリチューブが配置されたことを特徴とするキャピラリチューブの閉塞防止機構を提供する。
前記サブキャピラリチューブの流入端の内径ＳＤは前記キャピラリチューブの流入端の内径ＣＤよりも大きく、特に下記の条件を満たすことで、有効にメインのキャピラリチューブのスラッジ付着を抑制することが発明者によって知見され、この知見に基づき本発明が完成されたものである。

フィルタドライヤの標準内径ＦＤ＝１５〜３０ｍｍ
キャピラリチューブの流入端の内径ＣＤ＝０．５〜１．２ｍｍ
サブキャピラリチューブの流入端の内径ＳＤ＞０．７ｍｍ
本件の発明思想はメインのキャピラリチューブの入口側に内径が大きく長さの短いサブキャピラリチューブを設置することによって、内径が大きいサブキャピラリチューブの流入口側で犠牲的にオイルスラッジを付着させるものであるため、特許文献１のように、冷媒が急激に高圧、高温となってしまうことを抑制して、オイルスラッジの付着を防止するために前記キャピラリチューブの前記接続部分において、前記冷媒管の口径を前記キャピラリチューブの口径に至るまで、徐徐に細くする必要は必ずしもない。

したがって本発明の実施に際しては、前記フィルタドライヤは、前記本体部分と、前記サブキャピラリチューブに対する接合部分と、前記フィルタドライヤの前記本体部分の流出端から縮径された前記接合部分に至る縮径部分とを備えたものを用いることができる。そして、前記縮径部分の長さをＬとすると、Ｌ≦２ＦＤの関係にあるものとして実施することもできるし、さらにＬ≦ＦＤの関係にあるものとして実施することもできる。

本発明は、メインのキャピラリチューブの入口側に内径が大きく長さの短いサブキャピラリチューブを設置することによって、内径が大きいサブキャピラリチューブの流入口側で犠牲的にオイルスラッジを付着させ、それよりも下流側へスラッジを送らないことで、謂わばフィルタとして機能させることによって、メインのキャピラリチューブのスラッジ付着を抑制した冷凍サイクルにおけるキャピラリチューブの閉塞防止機構の提供を提供することができたものである。

本発明の閉塞防止機構が適用できる冷蔵庫・冷凍庫の冷凍サイクルの一例を示す回路図である。 本発明の実施の形態に係る閉塞防止機構の断面図である。 従来と本発明のキャピラリ入口部のオイルスラッジ付着の比較イメージ図であって、（Ａ）は従来の付着イメージ、（Ｂ）は本発明の付着イメージである。 従来のキャピラリチューブ入口部近傍のオイルスラッジによる閉塞状態のイメージ図である。

以下、図面に基づき本発明の実施の形態を説明する。
（冷凍サイクルの概要）
まず、本発明の閉塞防止機構が適用できる冷蔵庫・冷凍庫の冷凍サイクルの一例を図１を参照しながら簡単に説明する。

この冷凍サイクル は、圧縮機１と凝縮器３と蒸発器６とが環状に接続されており、凝縮器３と蒸発器６との間にはフィルタドライヤ４とキャピラリチューブ５が配置されているもので、冷媒が気体、液体あるいは気液混合流体と、形態を変化させつつ冷凍サイクル 内を矢印Ｆで示す冷媒流れ方向で循環することによって熱交換が行われるものである。圧縮機１から吐出された高温高圧の冷媒ガスは凝縮器３で冷却されることで液化して、回路内の水分や異物を除去するフィルタドライヤ４を経てキャピラリチューブ５に流入する。キャピラリチューブ５にて減圧された液冷媒は蒸発器６内で蒸発して低圧のガスになり圧縮機１に吸入される。このサイクルを繰り返すことで凝縮器３は高温になり、蒸発器６は低温になることで冷蔵庫や冷凍庫の冷却がおこなわれるものであり、凝縮器３及び蒸発器６にはファン７配置されて、暖気の排気や冷気の送風などが行われる。また、圧縮機１内には内部機構の潤滑のために冷凍機油２が存在するが、この冷凍機油２は冷媒と共に回路内を循環する。先述のように、この冷凍機油２は圧縮機１による圧縮の過程で高温高圧に晒され、さらに金属の微粉が混入してタール状のオイルスラッジに変性し、圧力が急激に低下し流速が増大するキャピラリチューブ５の入口部近傍の内壁に付着する。特に、比較的に小型の冷凍サイクル（コンプレッサ出力５００Ｗ以下）においては、キャピラリチューブの内径は一般的にΦ０．５〜１．２ｍｍと細いため、運転時間と共に付着量が増して最終的に閉塞に至り冷却できなくなる場合があった。

（閉塞防止機構）
本発明は、冷凍サイクルにおけるキャピラリチューブ５の閉塞を抑制して防止する機構を提供するものである。その構造を図２を主として参照しながら説明する。この実施の形態においては、上述の冷凍サイクルにおけるフィルタドライヤ４とキャピラリチューブ５との間に、キャピラリチューブ５の内径よりも大きな内径を備えたサブキャピラリチューブ８が配置されている。すなわちサブキャピラリチューブ８の流入端の内径ＳＤはキャピラリチューブ５の流入端の内径ＣＤよりも大きく設定されている。

具体的には、フィルタドライヤ４は、その内径がほぼ一定の本体部分４１と、その流出口側の縮径部分４２と、サブキャピラリチューブ８との接合部分４３とを備える。この実施の形態においては、サブキャピラリチューブ８が接合部分４３中に挿入されて溶接やロー付けなどで固定される構造を示しているが、サブキャピラリチューブ８の内部に接合部分４３が挿入される構造であっても構わないし、種々変更して実施することができる。

縮径部分４２は、ほぼ一定の内径を備えた本体部分４１から接合部分４３に向けて内径が絞られていく部分である。図の例では、サブキャピラリチューブ８の流入端が縮径部分４２の内部にまで挿入されているが、接合部分４３の部分で止まるものであっても構わない。
サブキャピラリチューブ８の流出端側は接続管９を介してキャピラリチューブ５の流入端側に接続されている。この例では、サブキャピラリチューブ８とキャピラリチューブ５とは、その外径をほぼ同じに設定し、内径のみが相違するものを用いているため接続管９には一定の内径を備えた筒状体が用いられているが、サブキャピラリチューブ８とキャピラリチューブ５とはその外径が異なるものを用いることもできるもので、その場合には接続管９の内径が異なるものを用いることが適当である。接続管９は、サブキャピラリチューブ８とキャピラリチューブ５に対して溶接やロー付けなどで固定すれば良いが、他の固定手段に変更して実施することもできるし、サブキャピラリチューブ８とキャピラリチューブ５を突き合わせ状態や挿入状態で固定しても構わない。

（閉塞防止機構の詳細）
本発明は上述のように細いキャピラリチューブに顕著に現れるオイルスラッジによる閉塞抑制に効果的であるため、キャピラリチューブ５の流入端の内径ＣＤが０．５〜１．２ｍｍに適用するのに有利であり、先述のようにキャピラリチューブ５で与えられる抵抗が同じなら内径が小さい方が長さを短くできる点有利であることを鑑みればキャピラリチューブ５の流入端の内径ＣＤは１．０ｍｍ以下であることがより望ましい。そして、フィルタドライヤ４の本体部分４１の内径ＦＤは１５〜３０ｍｍ、キャピラリチューブ５の流入端の内径ＣＤは０．５〜１．２ｍｍのものに適用するのに有利である。

ここで、サブキャピラリチューブ８の流入端の内径ＳＤはキャピラリチューブ５の流入端の内径ＣＤよりも大きいことが必要であるが、サブキャピラリチューブ８に閉塞が生じてはならないため、サブキャピラリチューブ８の流入端の内径ＳＤは０．７ｍｍよりも大きいことも必要であり、０．９ｍｍよりも大きいことがより好ましい。

特に、サブキャピラリチューブ８の内側空間の開口面積をキャピラリチューブ５の内側空間の開口面積の約２倍以上であるとして、両者に十分な流路面積の差を設けることによって、オイルスラッジはサブキャピラリチューブ８の入口部に主に付着しキャピラリチューブ５の入口部にはほとんど付着しないようにする構造を作り出すために望ましい。従って、サブキャピラリチューブ８の流入端の内径ＳＤはキャピラリチューブ５の流入端の内径ＣＤの約１．４倍以上であることが望ましい。

また、オイルスラッジは入口部近傍の数ｃｍの範囲に付着するので、サブキャピラリチューブ８に犠牲的にオイルスラッジを付着させる観点からは、サブキャピラリチューブ８の長さは３ｃｍ以上であればよく、５ｃｍ以上あれば十分である。従ってかかる観点からは、サブキャピラリチューブ８の長さを極めて長くしても構わないが、長くしても材料コストとスペースが無駄になるだけであるため、溶接などの作業性を考慮すると約１０ｃｍ以上、約３０ｃｍ以下が実用上は有利である。
また、本発明はサブキャピラリチューブ８に犠牲的にオイルスラッジを付着させることによってキャピラリチューブ５への付着を緩和するものであるため、フィルタドライヤ４とサブキャピラリチューブ８との接続部分では、フィルタドライヤ４の縮径部分４２の長さＬが、フィルタドライヤ４の本体部分４１の内径ＦＤの２倍以下であることが適当であり、長さＬが内径ＦＤ以下であることがより好ましい。ただし、縮径部分４２の長さを長くして徐々に内径が縮小していくものとして実施することを妨げるものではない。また、図ではキャピラリチューブ５の内径が一定のものを示したが、流出口へ向かうに従って徐々に縮径していくものとして実施することを妨げるものではない。

以上のように、従来はフィルタドライヤ４とキャピラリチューブ５の接続部分で、内径の小さなキャピラリチューブ５にオイルスラッジＳが付着して流路の閉塞に至るものであったところ（図３（Ａ）参照）、本発明の実施によって、内径の大きなサブキャピラリチューブ８にオイルスラッジＳを付着させて流路の閉塞にまでは至らない状態として（図３（Ｂ）参照）、キャピラリチューブ５にオイルスラッジＳが付着することを抑制することが可能なキャピラリチューブの閉塞防止機構を提供することができたものである。

１ 圧縮機
２ 冷凍機油
３ 凝縮器
４ フィルタドライヤ
５ キャピラリチューブ
６ 蒸発器
８ サブキャピラリチューブ
９ 接続管
４１ フィルタドライヤの本体部分
４２ フィルタドライヤの縮径部分
４３ フィルタドライヤの接合部分
ＣＤ キャピラリチューブ５の流入端の内径
ＦＤ フィルタドライヤ４の本体部分４１の内径
ＳＤ サブキャピラリチューブ８の流入端の内径
Ｌ 縮径部分４２の長さ
Ｓ オイルスラッジ

Claims (3)

1. 冷凍サイクルにおけるフィルタドライヤとキャピラリチューブとの間に、前記キャピラリチューブより内径の大きなサブキャピラリチューブが配置され、
   前記サブキャピラリチューブの流入端の内径ＳＤは前記キャピラリチューブの流入端の内径ＣＤよりも大きく、
   前記フィルタドライヤの本体部分の内径ＦＤ＝１５〜３０ｍｍ
   前記キャピラリチューブの流入端の内径ＣＤ＝０．５〜１．２ｍｍ
   前記サブキャピラリチューブの流入端の内径ＳＤ＞０．７ｍｍ
   であることを特徴とする冷凍サイクルにおけるキャピラリチューブの閉塞防止機構。
2. 前記サブキャピラリチューブの流入端の内側空間の開口面積が、前記キャピラリチューブの流入端の内側空間の開口面積の２倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクルにおけるキャピラリチューブの閉塞防止機構。
3. 前記フィルタドライヤは、前記本体部分と、前記サブキャピラリチューブに対する接合部分と、前記フィルタドライヤの前記本体部分の流出端から縮径された前記接合部分に至る縮径部分とを備え、
   前記縮径部分の長さをＬとして、
   Ｌ≦２ＦＤの関係にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の冷凍サイクルにおけるキャピラリチューブの閉塞防止機構。

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