JP6940080B2 - 冷媒配管 - Google Patents

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Description

本開示は、冷媒配管に関する。
特許文献1には、アルミニウム製の管と、銅製の管とを接合するために、両者の間にステンレス製の管を介在させた冷媒配管の接合方法が開示されている。この接合方法では、ステンレス製の管と銅製の管との接合が炉中ろう付けにより行われている。
特開2012−645号公報
特許文献1記載の技術のように、ステンレス製の管と銅製の管とを炉中ろう付けにより接合すると、銅製の管は、炉内の高温環境に晒されることによって強度が低下するおそれがある。
本開示は、ステンレス製の配管本体と、銅製又は銅合金製の接続管とを有する冷媒配管において、接続管が高温に晒されることによって接続管の強度が低下した場合であっても、接続管の強度の低下を補うことができる冷媒配管を提供することを目的とする。
(1)本開示は、冷凍装置の冷媒回路を構成する冷媒配管であって、
ステンレス製の配管本体と、
他の冷媒配管を接続させるための銅製又は銅合金製の接続管と、を備え、
前記接続管が、前記配管本体における管軸方向の端部の外周面に接続され、
前記接続管の管軸方向の全体が前記配管本体と管径方向に重複している。
上記構成を有する冷媒配管によれば、銅製又は銅合金製の接続管の管軸方向の全体が、ステンレス製の配管本体と管径方向に重複しているので、例えば、両者を炉中ろう付けすることによって接続管が高温に晒され、接続管の強度が低下した場合であっても、配管本体によって接続管を支持し接続管の強度低下を補うことができる。
(2) 好ましくは、前記配管本体が、前記接続管から管軸方向の両側に突出している。
このような構成によって、管径方向において、確実に接続管の管軸方向の全体を配管本体に重複させることができる。
(3) 好ましくは、前記配管本体が、前記接続管の管軸方向の位置決めを行う位置決め部を有している。
このような構成によって、配管本体における適切な位置に接続管を容易に位置付けることができる。
(4) 好ましくは、前記配管本体は、前記端部を構成する小径部と、前記小径部に連続して設けられ前記小径部から管径方向の外側へ外径が拡大される段差部と、前記段差部に連続して設けられ前記小径部よりも外径が大きい大径部とを有し、
前記位置決め部が、前記段差部により構成されている。
この構成によれば、配管本体の径を変化させることで位置決め部を形成することができる。
(5) 好ましくは、前記接続管の外径と、前記大径部の外径とが同一である。
このような構成によって、接続管を有する本開示の冷媒配管と、接続管、小径部、及び段差部を有していない冷媒配管(大径部のみの冷媒配管)とに、それぞれ他の冷媒配管を接続する場合に、当該他の冷媒配管の内径を同一とすることができる。したがって、他の冷媒配管の内径を拡大又は縮小させるための治具等を共通化することができる。
(6) 好ましくは、前記接続管が、前記配管本体の前記端部に第1ろう材によりろう付けされ、
前記第1ろう材の融点が、前記接続管に他の冷媒配管をろう付けするために用いられる第2ろう材の融点よりも高い。
このような構成によって、接続管に他の冷媒配管をろう付けするときの熱で、第1ろう材が溶けてしまうのを抑制することができる。
(7) 好ましくは、前記接続管が、前記配管本体の両端部に設けられている。
第1の実施形態に係る冷媒配管を備えた冷凍装置の概略的な構成図である。 冷媒配管の断面図である。 図2のA部の拡大断面図である。 冷媒配管の配管本体と接続管とのろう付け前の状態を示す断面図である。 第2の実施形態に係る冷媒配管の断面図である。
以下、添付図面を参照しつつ、本開示の実施形態を詳細に説明する。
[第1の実施形態]
[冷凍装置の全体構成]
図1は、第1の実施形態に係る冷媒配管を備えた冷凍装置の概略的な構成図である。
冷凍装置1は、例えば室内の温度や湿度を調整する空気調和装置であり、室外に設置される室外機2と、室内に設置される室内機3とを備えている。室外機2と室内機3とは、冷媒配管10によって互いに接続されている。
冷凍装置1は、蒸気圧縮式冷凍サイクルを行う冷媒回路4を備えている。冷媒回路4は、複数の要素部品と、複数の要素部品を接続する冷媒配管10とを備えている。冷媒回路4は、要素部品として、室内熱交換器11、圧縮機12、マフラー13、室外熱交換器14、膨張機構15、アキュムレータ16、四路切換弁17、閉鎖弁18L,18G等を備えており、これらが冷媒配管10によって接続されている。冷媒配管10は、液配管10Lとガス配管10Gとを含む。液配管10L及びガス配管10Gには、それぞれ閉鎖弁18L,18Gが設けられている。
室内熱交換器11は、室内機3に設けられ、冷媒と室内空気との間で熱交換を行う。室内熱交換器11としては、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器又はマイクロチャネル式熱交換器等を採用することができる。室内熱交換器11の近傍には、室内空気を室内熱交換器11へ送風し、調和空気を室内に送るための室内ファン(図示省略)が設けられている。
圧縮機12、マフラー13、室外熱交換器14、膨張機構15、アキュムレータ16、四路切換弁17、及び閉鎖弁18L,18Gは、室外機2に設けられている。圧縮機12は、吸入管から吸入した冷媒を圧縮して吐出管から吐出する。圧縮機12としては、例えば、スクロール圧縮機等の種々の圧縮機を採用することができる。
マフラー13は、圧縮機12から吐出された冷媒の圧力脈動を抑制する。なお、圧縮機12の吐出管と四路切換弁17との間には、マフラー13に代えて又は加えて、油分離器が設けられていてもよい。油分離器は、圧縮機12から吐出された潤滑油及び冷媒の混合流体から潤滑油を分離する。
室外熱交換器14は、冷媒と室外空気との間で熱交換を行う。室外熱交換器14は、例えばクロスフィン型のフィン・アンド・チューブ熱交換器又はマイクロチャネル式熱交換器等を採用することができる。室外熱交換器14の近傍には、室外空気を室外熱交換器14へ送風するための室外ファンが設けられている。
膨張機構15は、冷媒回路4の冷媒配管10において室外熱交換器14と室内熱交換器11との間に配設され、流入した冷媒を膨張させて、所定の圧力に減圧させる。膨張機構15として、例えば開度可変の電子膨張弁、又はキャピラリーチューブを採用することができる。
アキュムレータ16は、冷媒回路4において圧縮機12の吸入ポートと四路切換弁17との間に配設され、流入した冷媒を気液分離する。アキュムレータ16で分離されたガス冷媒は、圧縮機12に吸入される。
四路切換弁17は、図1において実線で示す第1の状態と、破線で示す第2の状態とに切換可能である。空気調和装置1が冷房運転を行うときには、四路切換弁17は第1の状態に切り換えられ、暖房運転を行うときには、四路切換弁17は第2の状態に切り換えられる。
[冷媒配管の構成]
図2は、冷媒配管10Aの断面図である。
前述した要素部品のうち、少なくとも1つの要素部品には、図2に示す冷媒配管10Aが接続される。冷媒配管10Aは、配管本体21と接続管22とを有する。配管本体21及び接続管22は、同一の軸心Oを有する。以下の説明において、軸心Oに沿った方向を「管軸方向」ともいう。軸心Oを中心とする径方向を「管径方向」ともいう。
この冷媒配管10Aの端部には、他の冷媒配管23が接続される。他の冷媒配管23は、圧縮機12のような要素部品から突出し、要素部品の一部を構成するものであってもよいし、要素部品間に配置された単なる冷媒配管であってもよい。本実施形態の他の冷媒配管23は、銅製である。本明細書における「銅」とは、主成分としての銅を99.9重量%以上含む「純銅」である。
配管本体21と接続管22とは、別部材により構成されている。
配管本体21は、冷媒配管10Aの大部分を構成している。配管本体21は、ステンレス製の配管であり、例えば、SUS304、SUS304L、SUS436L、SUS430等により形成される。
配管本体21は、大径部21aと、段差部21bと、小径部21cとを管軸方向に並べて有している。図2に示す例では、配管本体21の両端部に小径部21cが配置されている。段差部21bは、小径部21cに連続して設けられている。段差部21bは、小径部21cから管径方向の外側へ外径が徐々に大きくなっている。段差部21bは、管軸方向において小径部21cと大径部21aとに挟まれている。大径部21aは、段差部21bに連続して設けられている。大径部21aは、小径部21cよりも外径が大きい。
配管本体21は、外径D1を有する管の管軸方向の端部を管径方向に縮小させることによって、小径部21cと段差部21bとを形成し、径が縮小されていない管の大部分を大径部21aとしている。
接続管22は、他の冷媒配管23と同様に銅製である。接続管22は、一定の外径及び内径を有する直管である。接続管22の管軸方向の長さは、配管本体21の管軸方向の長さよりも短い。具体的に、接続管22の管軸方向の長さは、配管本体21の小径部21cの管軸方向の長さよりも短い。接続管22の内径は、小径部21cの外径よりも若干大きい。
接続管22の管径方向の内側には、配管本体21の小径部21cが挿入されている。接続管22の内周面と、小径部21cの外周面とは、管径方向に対向して配置されている。接続管22の内周面と、小径部21cの外周面とは、第1ろう材B1によりろう付けされている。なお、図2及び以下に説明する図3、図5においては、ろう付け部分を解りやすく示すために、第1ろう材B1の管径方向の厚さが誇張して示されている。後述する第2ろう材B2についても同様である。
図3は、図2のA部の拡大断面図である。
接続管22の内周面と、小径部21cの外周面とは、「炉中ろう付け」によって接続されている。これは、次の理由による。
まず、配管本体21の材料であるステンレスは、表面に不動態皮膜(酸化皮膜)が形成されているので、トーチろう付け等の手作業によるろう付け(以下、「手ろう付け」ともいう)を行うには、酸化皮膜を除去するフラックスが必要となる。冷媒は、閉回路である冷媒回路4中を流れるため、冷媒配管10A内にフラックスが残存していると、冷媒にフラックスが混入し、冷媒自身や冷媒が流入する要素部品(例えば、圧縮機12)の性能に悪影響を与える可能性がある。このため、ろう付け後にフラックスを除去する作業が必須となる。
配管本体21の材料であるステンレスは、熱が加わることによって鋭敏化と呼ばれる脆化が生じる。鋭敏化とは、ステンレス中の炭素にクロムが結合し、粒界にクロムが析出することでクロム成分の低い部分が生成され、耐食性等が低下する現象である。この鋭敏化は、発生しやすい温度域やその熱の付与時間が知られている。
炉中ろう付けは、連続炉等の内部において所定のガス雰囲気、例えば、酸化皮膜を除去することができる水素ガス雰囲気中でろう付けを行う手法である。そのため、フラックスを用いることなくステンレスのろう付けを行うことが可能となる。そのため、ろう付け後にフラックスを除去する作業も不要となる。炉中ろう付けは、ろう付け温度やろう付け時間の管理を容易に行うことができるので、鋭敏化の発生を抑制し得る温度及び時間でろう付けを行うことが可能となる。なお、配管本体21として、SUS304よりも炭素量の少ないSUS304Lを用いることによって、配管本体21の鋭敏化を抑制することもできる。
図3に示すように、配管本体21は、接続管22の両端から管軸方向に突出している。配管本体21の小径部21cは、段差部21bとは反対側の端部に接続管22から突出する突出部21dを有している。接続管22は、L1で示す管軸方向の長さ全体が配管本体21と管径方向に重複している。
前述したように、配管本体21に接続管22を炉中ろう付けによって接続すると、接続管22は、炉内の高温環境下に置かれる。これにより、接続管22は、銅の結晶粒が粗大化し、強度が低下する可能性がある。そのため、仮に、接続管22が配管本体21の端部から突出していたとすると、冷媒配管の輸送時や空気調和装置の組立時等に、強度低下した接続管22が周囲の物にぶつかった場合に接続管22が変形してしまう可能性が高くなる。本実施形態では、接続管22の管軸方向の全体が配管本体21と管径方向に重なるように配置されているので、強度が低下した接続管22が単独で存在することがない。そのため、接続管22の強度の低下を配管本体21によって補うことができる。
配管本体21の小径部21cは、接続管22から突出する突出部21dを有しているが、仮に、このような突出部21dを設けずに、配管本体21(小径部21c)の管軸方向の端面と接続管22の管軸方向の端面とを一致させて接続したとすると、製造誤差によって接続管22が配管本体21の端面よりも突出し、前述したような接続管22の変形の問題が生じる可能性がある。本実施形態では、配管本体21の端部に突出部21dを設けることで、強度低下の可能性がある接続管22を、確実に配管本体21と管径方向に重複させることができる。
図3に示すように、他の冷媒配管23は、L2で示す管軸方向の範囲において接続管22と管径方向に重複し、さらに配管本体21にも重複している。したがって、この範囲L2においては、接続管22の強度低下が他の冷媒配管23によっても補われている。
配管本体21の突出部21dの突出量L3は、接続管22の管軸方向の長さL1よりも小さい。突出量L3は、例えば、1mm以上3mm以下とすることができる。
接続管22と他の冷媒配管23とは、第2ろう材B2によってろう付けされている。このろう付けは、トーチろう付け(バーナーろう付け)等の手作業によるろう付けである。配管本体21の接続管22と他の冷媒配管23とは、共に銅製であるため、りん銅ろう等の安価なろう材を用いて容易にろう付けにより接続することができる。
第2ろう材B2は、第1ろう材B1よりも融点の低いものが用いられている。例えば、第1ろう材B1は、融点が1000℃以上のろう材、例えば、リン青銅ろう等が用いられ、第2ろう材B1は、融点が、700℃〜850℃のろう材、例えば、リン銅ろう等が用いられる。そのため、接続管22に他の冷媒配管23を第2ろう材B2でろう付けするときに、第1ろう材B1が溶融するのを抑制することができる。また、例えば、要素部品の交換等のために冷媒配管10Aから他の冷媒配管23を取り外すとき、接続管22と他の冷媒配管23との接続部分を、第2ろう材B2の融点よりも高く第1ろう材B1の融点よりも低い温度で加熱する。これによって、第1ろう材B1を溶かすことなく第2ろう材B2のみを溶かし、接続管22から他の冷媒配管23を取り外すことができる。冷媒配管10Aの配管本体21には接続管22が接続されたままとなるので、接続管22に対して新たな他の冷媒配管23を接続することが可能となる。
図2に示すように、配管本体21の大径部21aの外径D1と、接続管22の外径D2とは略同一である。そのため、本実施形態の冷媒配管10Aと、接続管22を備えていない一般的な冷媒配管(小径部21c及び段差部21bを備えず大径部21aのみの冷媒配管)とに対して、それぞれ内径が同一の他の冷媒配管23を接続することができる。そのため、他の冷媒配管23の内径を拡大又は縮小させるための治具等を共通化することができる。大径部21aの内径と他の冷媒配管23の内径とを同一とすれば、冷媒配管10Aを流れる冷媒の圧力変動を小さくすることができる。
図4は、冷媒配管10Aの配管本体21と接続管22とのろう付け前の状態を示す断面図である。
図4(a)に示すように、配管本体21と接続管22とをろう付けするには、まず、配管本体21の小径部21cの管径方向の外側に、第1ろう材B1となるリングろうBaを嵌める。次いで、小径部21cの管径方向の外側に接続管22を嵌め、接続管22と段差部21bとの間にリングろうBaを挟み込む。この状態で、配管本体21及び接続管22を高温の炉内に投入することによってリングろうBaを溶かし、矢印aで示すように、小径部21cの外周面と接続管22の内周面との隙間に第1ろう材B1を流し込む。
このように、接続管22と段差部21bとの間にリングろうBaを挟むことによって、接続管22と配管本体21とリングろうBaとを相対的に位置決めした状態でろう付けを行うことができる。したがって、段差部21bによって配管本体21に対する接続管22の管軸方向の位置決めを行うことができる。この点において、段差部21bは、配管本体21に対する接続管22の管軸方向の位置決めを行う位置決め部を構成している。
図4(b)に示す例では、リングろうBaが、配管本体21の突出部21dの管径方向の外側に嵌めている。そして、この状態で配管本体21及び接続管22を高温の炉内に投入することによってリングろうを融かし、矢印bで示すように、小径部2cの外周面と接続管22の内周面との隙間に第1ろう材B1を流し込む。この場合も、接続管22は、段差部21bによって配管本体21に対する管軸方向の位置決めがなされる。
冷媒配管10Aは、大部分がステンレス製の配管本体21からなり、この配管本体21は、接続管22の材料である銅よりも安価であり強度も高い。したがって、冷媒配管10Aは、全体が銅製の冷媒配管に比べて安価かつ高強度に製造することができる。
[第2の実施形態]
図5は、第2の実施形態に係る冷媒配管の断面図である。
本実施形態の冷媒配管10Aは、配管本体21の構造が第1実施形態とは異なる。配管本体21は、内径及び外径Dが一定であり、第1実施形態のような大径部、小径部、及び段差部を備えていない。
本実施形態の配管本体21の外周面には、管径方向の外側へ突出する突起21eが周方向の複数箇所(例えば2箇所)に設けられている。突起21eの先端は、接続管22の内周面よりも管径方向の外側に突出している。突起21eは、配管本体21に対する接続管22の管軸方向の位置決めを行う位置決め部として機能する。このような突起21eを設けることによって、接続管22の管軸方向の端部から確実に配管本体21を突出させることができる。突起21eは、配管本体21の外周全周に設けられていてもよい。
[その他の実施形態]
以上に説明した各実施形態では、冷媒配管10Aの接続管22と他の冷媒配管23とが銅製とされていた。しかし、これらは銅製に限らず、銅合金製とすることができる。銅合金は、主成分としての銅に他の金属又は非金属を加えて、銅の性質を改善した合金である。銅合金は、銅と同様に、フラックス処理等が不要であり、ろう付けしやすい部材である。銅合金としては、例えば、銅を98重量%以上含むものが採用される。より好ましくは、銅合金として、銅を99重量%以上含むものが採用される。
冷媒配管10Aの接続管22と他の冷媒配管23とは、主成分が同一の材料で形成されていればよい。したがって、接続管22と他の冷媒配管23とは、双方が銅製である場合、又は、双方が銅合金製である場合のほか、一方が銅製で他方が銅合金製であってもよい。接続管22と他の冷媒配管23との双方が銅合金である場合、これらは主成分以外の他の成分が互いに異なっていてもよい。つまり、接続管22と他の冷媒配管23とは、主成分が同一であって互いに異なる材料で形成されていてもよい。この場合も、フラックスを用いずに両者をろう付けすることができる。
銅及び銅合金は、いずれも要素部品の一部を構成する他の冷媒配管23として多く適用されているので、これらの材質で接続管22を形成することによって、汎用性の高い冷媒配管10Aを製作することができる。
[実施形態の作用効果]
(1)上記各実施形態の冷媒配管10Aは、ステンレス製の配管本体21と、他の冷媒配管23を接続させるための銅製又は銅合金製の接続管22とを備える。接続管22は、配管本体21における管軸方向の端部の外周面に接続される。接続管22の管軸方向の全体は、配管本体21と管径方向に重複している。そのため、例えば、配管本体21と接続管22とを炉中ろう付けすることによって接続管22が高温に晒され、接続管22の強度が低下した場合であっても、配管本体21によって接続管22を支持し接続管22の強度低下を補うことができる。
(2) 上記各実施形態の冷媒配管10Aは、配管本体21が、接続管22から管軸方向の両側に突出している。そのため、確実に接続管22の管軸方向の全体を配管本体21に管径方向に重複させることができる。
(3) 上記各実施形態では、配管本体21が、接続管22の管軸方向の位置決めを行う位置決め部(段差部21b、突起21e)を有している。そのため、配管本体21における適切な位置に接続管22を容易に位置付けることができる。
(4) 上記各実施形態では、配管本体21は、小径部21cと、小径部21cに連続して設けられ小径部21cから管径方向の外側へ外径が拡大される段差部21bと、段差部21bに連続して設けられ小径部21cよりも外径が大きい大径部21aとを有し、位置決め部が、段差部21bにより構成されている。そのため、配管本体21の径を変化させることで位置決め部を形成することができる。
(5) 上記各実施形態では、接続管22の外径D2と、大径部21aの外径D1とが同一である。そのため、接続管22を有する冷媒配管10Aと、接続管、小径部、及び段差部を有していない一般的な冷媒配管(大径部のみの冷媒配管)とに、それぞれ他の冷媒配管23を接続する場合に、当該他の冷媒配管23の内径を同一とすることができる。したがって、他の冷媒配管23の内径を拡大又は縮小させるための治具等を共通化することができる。
(6) 上記各実施形態では、接続管22が、配管本体21の端部に第1ろう材B1によりろう付けされている。第1ろう材B1の融点は、接続管22に他の冷媒配管23をろう付けするために用いられる第2ろう材B2の融点よりも高い。そのため、接続管22に他の冷媒配管23をろう付けするときの熱で、第1ろう材B1が溶けてしまうのを抑制することができる。
なお、本開示は、以上の例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
1 :冷凍装置
4 :冷媒回路
10A :冷媒配管
21 :配管本体
21a :大径部
21b :段差部(位置決め部)
21c :小径部
21e :突起(位置決め部)
22 :接続管
23 :他の冷媒配管
B1 :ろう材
B2 :ろう材
D1 :外径
D2 :外径

Claims (7)

  1. 冷凍装置の冷媒回路を構成する冷媒配管であって、
    ステンレス製の配管本体(21)と、
    他の冷媒配管(23)を接続させるための銅製又は銅合金製の接続管(22)と
    記接続管(22)、前記配管本体(21)における管軸方向の端部の外周面に接続する第1ろう材(B1)と、を備え
    前記接続管(22)の管軸方向の全体が前記配管本体(21)と管径方向に重複している、冷媒配管。
  2. 前記配管本体(21)が、前記接続管(22)から管軸方向の両側に突出している、請求項1に記載の冷媒配管。
  3. 前記配管本体(21)が、前記接続管(22)の管軸方向の位置決めを行う位置決め部(21b、21e)を有している、請求項1又は2に記載の冷媒配管。
  4. 前記配管本体(21)は、前記端部を構成する小径部(21c)と、前記小径部(21c)に連続して設けられ前記小径部(21c)から管径方向の外側へ外径が拡大される段差部(21b)と、前記段差部(21b)に連続して設けられ前記小径部(21c)よりも外径が大きい大径部(21a)とを有し、
    前記位置決め部が、前記段差部(21b)により構成されている、請求項3に記載の冷媒配管。
  5. 前記接続管(22)の外径(D2)と、前記大径部(21a)の外径(D1)とが同一である、請求項4に記載の冷媒配管。
  6. 前記接続管(22)が、前記配管本体(21)の前記端部に第1ろう材(B1)によりろう付けされ、
    前記第1ろう材(B1)の融点が、前記接続管(22)に他の冷媒配管(23)をろう付けするために用いられる第2ろう材(B2)の融点よりも高い、請求項1〜5のいずれか1項に記載の冷媒配管。
  7. 前記接続管(22)が、前記配管本体(21)の両端部に設けられている、請求項1〜6のいずれか1項に記載の冷媒配管。
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