JP6132674B2

JP6132674B2 - 冷媒分流器、及び、冷凍サイクル装置

Info

Publication number: JP6132674B2
Application number: JP2013125794A
Authority: JP
Inventors: 肇藤本; 紳中村; 考倫松浦
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-06-14
Filing date: 2013-06-14
Publication date: 2017-05-24
Anticipated expiration: 2033-06-14
Also published as: CN104236178A; CN104236178B; JP2015001335A

Description

本発明は、冷媒分流器、及び、冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、冷凍サイクルにおける蒸発器の冷媒経路の上流側に冷媒分流器を設け、蒸発器に流入する各パスの冷媒流量を均一化して蒸発温度を一定化する技術がある。分流器にて分配された気液二相冷媒は蒸発器の各流路に送られるが、不均一分配の場合には一部の流路で冷媒の蒸発が不完全であることによる液戻り運転状態になったり、循環量が多く流れた流路にあるアルミフィンは温度低下が他の流路のものより低くなるため霜付きが多くなるなどの不具合が生じる。このため冷媒分流の均一化が重要である。

従来技術として、図５に冷媒分流器の断面を示している。従来の分配器は、分流冷媒配管の挿入部が全体として同一の肉厚形状のものである。溶接トーチで分流器を余熱し十分に余熱されたのちに溶接棒で冷媒配管とろう付けを実施する際に、従来の分流器は挿入部の肉厚が均一であるために余熱温度もほぼ均一となる。図５は余熱をし過ぎた場合を示しており、ろう材１９が分流冷媒配管の接続部の下端まで達し、分流冷媒配管の冷媒流路を閉塞または一部閉塞してしまう可能性がある。冷媒流路を閉塞してしまうと分配した冷媒が一部の冷媒配管に流れなくなる。

図６は同じく従来の冷媒分流器の断面図であるが、上述と逆に余熱が不足した場合を示している。分流器と分流冷媒配管が接続している上部のみにろう材１９が流れ、下端まで達しない状態となっている。このような接合状況であると、わずかな機器の振動や腐食性ガスのろう材へのアタックによって冷媒回路と外気が導通し冷媒ガスが大気に漏れてしまう可能性がある。

特開平５−３４０６４９号公報

上述のように、分流器と分流冷媒配管を溶接接続する際には、まず分流器を加熱し十分に入熱した後にろう材を接続部分に流し込むのであるが、入熱しすぎるとろう材が配管と分流器との隙間に流れ込み過ぎ、流路閉塞を発生させてしまう可能性がある。逆に十分な入熱を実施しないまま接続部分にろう材を流し込むと、分流器と分流冷媒配管に十分なろう材が浸透せず接合不足となってしまうという問題点があった。

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、分流配管の詰まりやろう材の流し込み不足を発生することなく安定的なろう付けが実施できる冷媒分流器、及び、冷凍サイクル装置を提供することを目的としている。

本発明に係る冷媒分流器は、分流冷媒配管を挿入して固定する配管挿入部と、前記配管挿入部を凸設した分流器本体を備える冷媒分流器であって、前記配管挿入部は、前記分流器本体に凸設された壁厚の厚い厚肉部と、前記厚肉部に連接して設けられ、前記厚肉部よりも壁厚の薄い薄肉部と、を有するものである。

本発明に係る冷媒分流器によれば、分流器に分流冷媒配管を差し込む配管挿入部の一部の肉厚を薄くしたことにより熱容量が小さくなり、分流器の加熱時にろう材を流し込みたい薄肉部分を集中的に加熱することができる。また、ろう材を流し込みたくない部位については、肉厚が厚く設定されているため、薄肉部に比べると熱容量が大きく加熱されにくい。このため、集中的に加熱された薄肉部にのみろう材を流し込むことができる。

実施の形態における冷媒分流器の構造を示す断面図である。実施の形態に係る冷媒分流器の平面図である。実施の形態に係る冷媒分流器の平面図である。実施の形態に係る冷媒分流器の平面図である。実施の形態における冷媒分流器を採用した冷凍サイクル装置の回路図である。実施の形態における冷媒分流器のろう付けを示す断面図である。従来の冷媒分流器において、過熱状態でろう付けした状態を示す断面図である。従来の冷媒分流器において、加熱不足でろう付けした状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。
実施の形態．
図１は、本発明の実施の形態に係る冷媒分流器の構造を示す断面図である。また、図２Ａ〜図２Ｃは冷媒分流器を分流冷媒配管が接続する側から見た平面図である。

冷媒分流器は分流器本体１と冷媒の分流を均一化するためのオリフィス３とにより大きく構成されている。分流器本体１には分流用の分流冷媒配管１１が接続される配管挿入部２が複数設けられている。配管挿入部２は、分流冷媒配管１１が挿入される挿入孔１２を開口するとともに、分流器本体１から凸状に立ち上げられて形成されている。また、配管挿入部２は、円筒形状とされており、壁厚の厚い厚肉部７と、壁厚の薄い薄肉部５で構成されている。厚肉部７は、分流器本体１に凸設されており、薄肉部５は厚肉部７に連接して設けられている。厚肉部７と薄肉部５は縮径部８でなめらかに接続されている。

配管挿入部２には、分流冷媒配管１１を挿入孔１２に挿入する開口部１０が開設されており、挿入孔１２の底部には、挿入した分流冷媒配管１１が当接する冷媒配管当接部９が形成されている。
配管挿入部２の薄肉部５と厚肉部７は、例えば図２Ａ〜図２Ｃに示すように様々な形状をとることが考えられる。図２Ａは、配管挿入部２を分流器本体１上に２つ凸設した形状を示しており、図２Ｂは、配管挿入部２を分流器本体１上に３つ正三角形状に凸設したもの、また、図２Ｃは、中心が円柱状に中空となった円筒型の配管挿入部２における薄肉部５に複数の開口部１０を円形に配置したものである。
なお、分流冷媒配管１１は、２〜２４本程度で分岐することが一般的である。

一方、オリフィス３は分流器本体１にろう付けされる。このときオリフィス３と分流器本体１との間には分流器内部空間６が形成される。また、オリフィス３には、冷媒が流入する入口配管４がろう付け接続される。
分流器本体１とオリフィス３の材質は、真鍮や真鍮の表面に銅メッキを施したもの、または、銅やアルミなどを使用することができる。また、分流冷媒配管１１は、銅配管を使用する。なお、配管部は銅配管を基本とするが、アルミ管など他の金属も使用可能である。

なお、図１、２では配管挿入部２の全周面に薄肉部５および厚肉部７を設けているが、薄肉加工を分流器本体１の外周部のみとすることも可能である。特に分流数の少ない分流器においては分流器の小型化によるコスト低減のため分流器本体１の内周側に十分な寸法を確保することができない場合があるため、外周面のみの肉厚変更加工を施すことができる。また、薄肉部５の寸法Ｌ２は分流配管の差込深さ全体Ｌ（開口部１０と冷媒配管当接部９との間の長さ）の５０〜７０％程度にするように設定されている。このように設定することで余熱時に分配器の薄肉部５および厚肉部７の温度差を十分確保でき最適にろう材を浸透させることが可能となる。

ここで、本発明の冷媒分流器を備えた冷凍サイクルの作用を説明する。
図３に本発明の冷媒分流器を採用した冷凍サイクル装置の回路図を示す。
圧縮機１５から吐出高温高圧のガス冷媒は、凝縮器１６で凝縮し高圧液冷媒となる。この高圧液冷媒を膨張弁１７で減圧膨張させる。この気液二相の状態の冷媒は冷媒分流器の入口配管４に供給される。入口配管４に供給された気液二相冷媒は、オリフィス３と分流器本体１の分流器内部空間６を経由し均等に分配されて分流冷媒配管１１に流入し、蒸発器１８に気液二相の状態で供給される。そして、蒸発器１８で蒸発してガス化した冷媒は圧縮機１５に吸入される。

次に、本発明の冷媒分流器に分流冷媒配管１１をろう付けする際の工程を説明する。
図４は、分流器本体１の配管挿入部２と分流冷媒配管１１をろう付け接続する様子を模式的に断面図として示している。分流器本体１の配管挿入部２と分流冷媒配管１１をろう付けにて接続するときには、まず、配管挿入部２を溶接トーチ１３にて加熱し十分に余熱する。余熱温度は概ねろう材の液相温度と固相温度の中間の温度程度まで熱するのが一般的である。十分に余熱したのちに溶接棒１４を分流冷媒配管１１および開口部１０の隙間から溶融させながら流し込み、ろう付け接続を実施する。

本実施の形態の冷媒分流器の構造においては、分流器本体１と分流冷媒配管１１の接続部位である配管挿入部２の肉厚を、ろう材を流し込むため寸法のみ薄肉化した構造としたことにより、溶接トーチ１３で均一に加熱した場合においても熱容量が異なるため、薄肉部５は余熱温度が高く、厚肉部７は余熱温度が低くなる。一般的にろう付けに適する温度は７３０度〜８４０度程度の範囲であるが、薄肉部５の余熱温度を８００度前後に余熱した場合に厚肉部７の温度が７３０度を下回る温度となる。

このような温度分布とすることでろう付け時に薄肉部５のみにろう材を浸透させることができる。薄肉部５のみにろう材を浸透させることができることで従来の分流器で発生していた加熱し過ぎたためによるろう材詰まりや、加熱不足によるろう材流れ込み不足が発生せず安定的に生産をすることが可能となる。熟練の作業者が実施していた作業を一般の作業者でも製造することができるため、製造能力の拡大および製造コストの低減も同時に図ることができ、かつ、ろう材の詰まりによる冷媒分流偏り、流しこみ不足による冷媒漏洩を防ぐことができる。

次に、使用するろう材の成分について説明する。
分流器本体１と分流冷媒配管１１を接続するろう材にＺｎ成分が１０重量％以上含有されているものを使用することにより分流器本体１と分流冷媒配管１１のろう付け境界部においてＣｕ−Ｐ−Ｚｎ層が形成されるために局部腐食の発生を防止することができる。Ｚｎを含まないろう材でろう付けした場合にはＣｕ−Ｐ層のみの形成となりＰ成分が劣化することで組織内に空洞ができ腐食が進行する。特に硫黄系雰囲気においてはその効果が絶大である。このため周囲環境（腐食性ガス）の影響を受けないろう材を使用したことによりガス漏れ発生を未然に防止でき冷蔵庫内部に保管している食品や薬品が損傷してしまうことを防止できる。また大気へのフロンガスの放出を防止することができ地球環境保護につながる。

なお、Ｚｎが添加されたろう材の場合、一般的には真鍮ろうや銀ろうが代表的であるが、真鍮ろうの場合、液相温度が９００度を超えてしまうため銅管との接続には不向きである。逆に銀ろうの場合には、液相温度が６４０度〜７７０度程度と低くなりかつ浸透性が非常に高くなる。浸透性が高くなるため一般的にはろう材を分流器本体１と分流冷媒配管１１の間に流れ込み過ぎ、詰まりを発生させる可能性が高い。

次に、分流器本体１の配管挿入部２へ分流冷媒配管１１を差込む深さについて説明する。
挿入孔１２へ分流冷媒配管１１を差込む深さＬを１０ｍｍ以上確保することで厚肉部７にかかる接触長さＬ_１を４ｍｍと、薄肉部５にかかる接触長さＬ_２を６ｍｍを確保することができる。例えば分流配管の配管径をφ６．３５ｍｍとした場合には、高圧ガス保安法例示基準に定められている最低差込深さは６ｍｍ以上であり、薄肉部５にかかる接触長さでろう材を６ｍｍ以上確実に流し込むことができる寸法となる。このように十分なろう材の流し込み寸法を確保することで、ろう材の流れ込み不足が発生せず安定的に分流器を生産することが可能となる。

次に、挿入孔１２に分流冷媒配管１１を差込んだ際の隙間の間隙寸法（配管クリアランス）について説明する。
挿入孔１２の内壁面と分流冷媒配管１１の外壁面の全周における間隙寸法（配管クリアランス）を０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下とすることで加工精度のばらつきを吸収してろう材の浸透が良好に確保される。配管クリアランスを０．０５ｍｍ未満にすると分流冷媒配管１１を挿入孔１２に挿入する際に冷媒配管当接部９まで挿入できない場合が発生する。また、上述の高圧ガス保安法例示基準は、分流冷媒配管径がφ６．３５ｍｍの場合の最低クリアランスを０．０５ｍｍと規定しているため、当該基準に対しても満足する。また、配管クリアランスを小さくしすぎると分流冷媒配管１１と挿入孔１２との隙間がない部分が発生し、ろう材が目標としている量で浸透しない可能性がある。

クリアランス寸法が０．１ｍｍを超えた場合には、分流冷媒配管１１を分流器本体１に対して垂直に挿入することができない可能性がある。分流冷媒配管１１を垂直に挿入できないと挿入孔１２と分流冷媒配管１１の配管クリアランスに狭いところと広いところのばらつきが発生する。広いところにおいては十分なろう材が流れこまずボイド（気泡）が発生しやすくなる。配管クリアランスが狭いところにおいては、目標としている差込深さまでろう材を浸透することができなくなる。適切な配管クリアランスを確保することで熟練の作業者が実施していた作業を一般の作業者でも製造することができるため製造能力の拡大および製造コストの低減も同時に図ることができ、かつ、ろう材詰まりによる冷媒分流偏り、ろう材の流し込み不足による冷媒漏洩を防ぐことができる。

また、近年、省エネを追及する目的やオゾン層破壊を防止する目的、また地球温暖化防止の目的からＲ４１０Ａ、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２やＣＯ_２のように高密度の冷媒が採用されていく傾向にある。よって、高圧圧力、低圧圧力が従来のＨＣＦＣ冷媒に比べ高くなってきているため、ろう付け精度の向上がガス漏れ防止に大きく影響を及ぼす。本発明は、適正な冷媒配管の差し込み深さ、配管クリアランス、及び、配管挿入部の肉厚形状の変更により、熟練の作業者でなくても安定的なろう付けを実施することができ生産能力向上、製造コスト低減につながる。

１分流器本体、２配管挿入部、３オリフィス、４入口配管、５薄肉部、６分流器内部空間、７厚肉部、８縮径部、９冷媒配管当接部、１０開口部、１１分流冷媒配管、１２挿入孔、１３溶接トーチ、１４溶接棒、１５圧縮機、１６凝縮器、１７膨張弁、１８蒸発器、１９ろう材。

Claims

分流冷媒配管を挿入して固定する配管挿入部と、前記配管挿入部を凸設した分流器本体を備える冷媒分流器であって、
前記配管挿入部は、前記分流器本体に凸設された壁厚の厚い厚肉部と、前記厚肉部に連接して設けられ、前記厚肉部よりも壁厚の薄い薄肉部と、を有することを特徴とする冷媒分流器。
前記薄肉部は、円筒形状となっていることを特徴とする請求項１に記載された冷媒分流器。
前記配管挿入部は前記分流冷媒配管を挿入する挿入孔を備え、前記挿入孔は一端に開口部を有するとともに他端は挿入した分流冷媒配管が当接する冷媒配管当接部が形成され、前記開口部と前記冷媒配管当接部との長さは、１０ｍｍ以上とすることを特徴とする請求項１または２に記載の冷媒分流器。
前記配管挿入部は前記分流冷媒配管を挿入する挿入孔を備え、前記挿入孔は一端に開口部を有するとともに他端は挿入した分流冷媒配管が当接する冷媒配管当接部が形成され、前記挿入孔への冷媒配管挿入方向において、前記薄肉部の長さは、前記開口部と前記冷媒配管当接部との間の長さに対して５０％以上７０％以下とすることを特徴とする請求項１または２に記載の冷媒分流器。
前記分流器本体と前記分流冷媒配管を接続するろう材は、Ｚｎを１０重量％以上含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷媒分流器。
前記配管挿入部の内壁面と前記分流冷媒配管の外壁面の間の間隙寸法を０．０５ｍｍ以上、０．１ｍｍ以下としたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷媒分流器。
前記請求項１〜６に記載された冷媒分流器を冷媒流路における蒸発器の上流に配置したことを特徴とする冷凍サイクル装置。
冷媒にＲ４１０Ａ、ＣＯ_２、Ｒ４０４Ａ、Ｒ３２のうちの１つを採用したことを特徴とする請求項７に記載の冷凍サイクル装置。