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

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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