JP2008164254A - 冷媒配管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】配管の内面に冷凍機油の付着しにくい冷媒配管構造を提供する。
【解決手段】冷媒回路（10）で圧縮機（21）や熱交換器（22,31）などの機器同士を接続する配管のうち、伝熱管以外の配管（40）に対し、内面にコーティング部材（41）をコーティングする。このコーティング部材（41）は、例えば撥油性のフッ素樹脂である。コーティング部材（41）は、冷媒ガスの流れる部分の配管のみにコーティングしてもよい。コーティングの代わりに、冷凍機油に対して親和性の低い樹脂からなるライニング部材（51）であってもよい。
【選択図】図１

Description

本発明は、冷媒回路で機器同士を接続する冷媒配管の構造に関し、特に、冷凍機油の付着防止に係るものである。

従来より、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置が知られており、空気調和装置や給湯器等に広く適用されている。

例えば特許文献１に開示されている空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器、膨張機、及び室内熱交換器の各機器が冷媒配管によって接続された冷媒回路を有している。この冷媒回路には、冷媒として二酸化炭素が充填されている。

例えば上記空気調和装置の冷房運転では、圧縮機で臨界圧力以上まで圧縮された冷媒が室外熱交換器を流れ、該室外熱交換器で冷媒と室外空気とが熱交換して、室外空気へ放熱する。そして、上記室外熱交換器で放熱した冷媒は、膨張機で減圧された後、室内熱交換器を流れ、該室内熱交換器で冷媒と室内空気とが熱交換して、冷媒が室内空気から吸熱して蒸発する。これにより、室内に対して冷房が行われる。なお、上記室内熱交換器で蒸発した冷媒は、圧縮機に吸入されて再び圧縮される。

一方、上記空気調和装置の暖房運転では、圧縮機で臨界圧力以上まで圧縮された冷媒が室内熱交換器を流れ、該室内熱交換器で冷媒と室内空気とが熱交換して、室内空気へ放熱する。そして、上記室内熱交換器で放熱した冷媒は、膨張機で減圧された後、室外熱交換器を流れ、該室外熱交換器で冷媒と室外空気とが熱交換して、冷媒が室外空気から吸熱して蒸発する。なお、上記室外熱交換器で蒸発した冷媒は、圧縮機に吸入されて再び圧縮される。

また、上述のように空気調和装置の運転状態に応じて冷媒回路内を循環する冷媒は、圧縮機から流出した冷凍機油を該圧縮機へ戻す役割も担っている。すなわち、圧縮機内の冷凍機油は、冷媒とともに流出した後、冷媒の流れによって冷媒回路内を循環して該圧縮機内に回収される。
特開２００１−１１６３７１号公報

ところで、上述のように冷媒回路内の冷凍機油を冷媒の流れによって回収する構成では、冷媒配管内を冷凍機油及び冷媒が流れるため、該配管の内面に冷凍機油が付着してしまう場合がある。そうすると、冷凍機油の回収率が低下して圧縮機で冷凍機油が不足したり、上記配管の流路断面積が減少して圧力損失の増大を招いたりするなどの問題が生じる。

特に、上述のように冷媒として二酸化炭素が充填されている場合、ＰＡＧ（ポリアルキレングリコール）など、冷媒との相溶性の低い冷凍機油が用いられるため、冷媒と分離しやすく、配管の内面に付着しやすくなる。

本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、配管の内面に冷凍機油の付着しにくい冷媒配管構造を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る冷媒配管構造では、冷媒回路（10）を構成する冷媒配管（40）の内側に油付着防止手段（41）を設けて、該内面に冷凍機油が付着しにくくなるようにした。

具体的には、第１の発明では、冷媒回路（10）において各機器を接続するための冷媒配管の構造を対象とする。そして、上記冷媒配管（40）は、その内側に冷凍機油の付着を防止するための油付着防止手段（41）を備えているものとする。

この構成により、冷媒配管（40）の内面に冷凍機油が付着するのを防止することができる。すなわち、上記冷媒配管（40）の内側に設けられた油付着防止手段（41）によって、該冷媒配管（40）内を流れてきた冷凍機油が冷媒配管（40）の内面に付着するのを防止することができ、該冷凍機油の圧縮機（21）への油戻りを促進することができる。

これにより、圧縮機（21）で冷凍機油が不足するのを防止することができるとともに、冷媒配管（40）の内面に冷凍機油が付着して該冷媒配管（40）の流路断面積が減少し、冷媒配管（40）の圧力損失が増大するのを防止することができる。

上述の構成において、上記冷媒回路（10）は、室内回路（30）と室外回路（20）とを備えていて、上記油付着防止手段（41）は、上記室内回路（30）と室外回路（20）とを繋ぐ連絡配管（11）に設けられているものとする（第２の発明）。

これにより、室内回路（30）と室外回路（20）とを繋ぐ、比較的長い連絡配管（11）の内面に冷凍機油が付着するのを防止することができ、冷凍機油の不足や冷媒配管（40）での圧力損失の増大をより確実に防止することができる。

また、上記油付着防止手段（41）は、冷媒ガスの通過する冷媒配管（40）に設けられているのが好ましい（第３の発明）。冷媒ガスが通過する冷媒配管（40）では、冷凍機油が冷媒から分離しやすく、冷媒配管（40）の内面に付着しやすい。そのため、この冷媒配管（40）の内面に上記油付着防止手段（41）を設けることで、冷凍機油の付着を確実に防止することができ、冷凍機油の不足や冷媒配管（40）での圧力損失の増大をさらに確実に防止することができる。

また、上記油付着防止手段は、冷凍機油との親和性が低い材料によって構成された配管内面であるものとする（第４の発明）。こうすることで、冷凍機油が冷媒配管（40）の内面に付着するのを確実に防止することができる。

また、上記油付着防止手段は、樹脂製のライニング部材（51）からなるのが好ましい（第５の発明）。これにより、配管全体を冷凍機油との親和性が低い材料によって構成することなく、一般的な金属製などの配管の内側にライニング部材を設けることで、配管の内周面上に冷凍機油が付着するのを確実に防止することができ、配管全体を特殊な材料によって構成する場合に比べて製造コストを低減することができる。

さらに、上記油付着防止手段は、撥油性のコーティング部材（41）からなるものとする（第６の発明）。これにより、冷凍機油はコーティング部材（41）によってはじかれるため、冷媒配管（40）の内面に冷凍機油が付着するのをより確実に防止することができる。

以上より、第１の発明に係る冷媒配管構造によれば、冷媒回路（10）を構成する冷媒配管（40）の内側に油付着防止手段（41）を設けるようにしたため、該冷媒配管（40）の内面に冷凍機油が付着するのを防止することができ、冷凍機油を圧縮機（21）に確実に戻すことができる。これにより、該圧縮機（21）での冷凍機油の不足や、付着した冷凍機油による冷媒配管（40）の圧力損失の増大を防止することができる。

また、第２の発明によれば、上記油付着防止手段（41）は、室内回路（30）と室外回路（20）とを繋ぐ連絡配管（11）に設けられているため、比較的長い連絡配管（11）の内面に冷凍機油が付着するのを防止することができ、圧縮機（21）での冷凍機油の不足や冷媒配管（40）の圧力損失の増大をより確実に防止することができる。

また、第３の発明によれば、上記油付着防止手段（41）は、冷媒ガスが通過する冷媒配管（40）に設けられているため、冷媒がガス化して冷凍機油が分離しやすい部分で該冷凍機油が冷媒配管（40）の内面に付着するのを確実に防止することができ、冷凍機油の不足や冷媒配管（40）の圧力損失の増大を効果的に防止することができる。

また、第４の発明によれば、上記油付着防止手段（41）は、冷凍機油との親和性が低い材料によって構成された管内面であるため、冷媒配管（40）の内面に冷凍機油が付着するのをより確実に防止することができる。

また、第５の発明によれば、上記油付着防止手段は、樹脂製のライニング部材（51）からなるため、一般的な金属製の配管の内面に冷凍機油が付着するのを確実に防止することができるとともに、油の付着しにくい配管が比較的低コストで得られる。

さらに、第６の発明によれば、上記油付着防止手段は、撥油性のコーティング部材（41）からなるため、該コーティング部材（41）によって冷凍機油をはじくことができ、該冷凍機油が冷媒配管（40）の内面に付着するのを確実に防止することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

本発明の実施形態に係る冷媒配管は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う冷凍装置（1）に適用されるものである。この実施形態の冷凍装置は、室内の冷房と暖房とを切り換えて行う空気調和装置（1）を構成している。

−構成−
〈冷媒回路〉
図１に示すように、空気調和装置（1）は、冷媒としての二酸化炭素が充填される冷媒回路（10）を備えている。また、この空気調和装置（1）では、圧縮機（11）の各摺動部を潤滑するための潤滑油（冷凍機油）として、有極性の油であるポリアルキレングリコール（ＰＡＧ）が用いられている。そして、このＰＡＧは、圧縮機（11）から吐出された冷媒と共に冷媒回路（10）へ流出することになる。したがって、上記冷媒回路（10）では、冷媒としての二酸化炭素と、冷凍機油としてのＰＡＧが循環する。また、この冷媒回路（10）では、二酸化炭素を臨界圧力以上まで圧縮する冷凍サイクル（いわゆる超臨界サイクル）が行われる。

上記冷媒回路（10）は、室外機（2）内に構成される室外回路（20）と室内機（3）内に構成される室内回路（30）とが、連絡配管（11,11）によって接続されたものである。そして、上記室外回路（20）には、圧縮機（21）と室外熱交換器（22）と膨張弁（23）と四路切換弁（24）とが設けられている。一方、上記室内回路（30）には室内熱交換器（31）が設けられている。

上記圧縮機（21）は、例えばスクロール型の圧縮機によって構成されている。この圧縮機（21）には、該圧縮機（21）から吐出冷媒を流出させるための吐出管（21a）と、該圧縮機（21）に吸入冷媒を流入させるための吸入管（21b）とが接続されている。

上記室外熱交換器（22）は、その内部を流れる冷媒と室外空気との間で熱交換を行うものである。一方、上記室内熱交換器（13）は、その内部を流れる冷媒と室内空気との間で熱交換を行うものである。上記室外熱交換器（12）及び室内熱交換器（13）は、本発明に係る熱交換器であって、クロスフィン式の熱交換器を構成している。

上記膨張弁（23）は、室外熱交換器（22）と室内熱交換器（31）との間に設けられている。この膨張弁（23）は、例えば電子膨張弁によって構成されている。

上記四路切換弁（24）は、第１から第４までの４つのポートを備えていて、第１ポートが室外熱交換器（22）と繋がり、第２ポートが圧縮機（21）の吸入側と繋がり、第３ポートが圧縮機（21）の吐出側と繋がり、第４ポートが室内熱交換器（31）と繋がっている。そして、上記四路切換弁（24）は、第１ポートと第３ポートとを連通させると同時に第２ポートと第４ポートとを連通させる第１状態（図１の実線の状態）と、第１ポートと第２ポートとを連通させると同時に第３ポートと第４ポートとを連通させる第２状態（図１の破線の状態）とに切換可能となっている。

そして、本発明の特徴部分として、上記図１に太線で示すように、冷媒回路（10）における伝熱管以外の配管部分には、その内面に油付着防止手段を構成する撥油性のフッ素樹脂がコーティングされている。詳しくは、図２に示すように、例えば連絡配管（11）等、機器同士を接続する配管（40）（冷媒配管）の内面全体にフッ素樹脂などのコーティング部材（41）がコーティングされている。これにより、該配管（40）の内面に冷凍機油が付着するのを防止することができる。すなわち、上述のようなコーティングを配管（40）の内面に施すことで、冷凍機油が配管（40）の内面に付着することなく、圧縮機（21）へ確実に戻るようになり、該圧縮機（21）で冷凍機油が不足したり、配管（40）の流路断面積の減少によって圧力損失が増大したりするのを防止することができる。

なお、上述のように、配管（40）の内周面にコーティング部材（41）をコーティングする方法としては、該コーティング部材（41）をガス状にしてコーティングする方法や、配管（40）を型に対して引き抜いて製造する際に該配管（40）の内面にコーティング部材（41）を塗布する方法などが考えられる。

−運転動作−
次に、上記空気調和装置（1）の運転動作について説明する。空気調和装置（1）の冷媒回路（10）では、上記四路切換弁（24）の設定に応じて、冷媒の循環方向が切り換わる。具体的には、冷房運転において、上記四路切換弁（24）は図１に実線で示す状態となる。その結果、冷房運転では、室外熱交換器（22）がガスクーラー（放熱器）となり、室内熱交換器（31）が蒸発器となる冷凍サイクルが行われる。一方、暖房運転において、上記四路切換弁（24）は図１に破線で示す状態となる。その結果、暖房運転では、室外熱交換器（22）が蒸発器となり、室内熱交換器（31）がガスクーラーとなる冷凍サイクルが行われる。以下で、このような空気調和装置（1）の運転動作の一例として冷房運転について説明する。

図１に示す冷媒回路（10）において、圧縮機（21）で臨界圧力以上まで圧縮された冷媒は、吐出管（21a）から吐出される。この圧縮機（21）からは、各摺動部の潤滑に利用された油が高圧冷媒とともに吐出される。その後、冷媒は室外熱交換器（22）を流れる。この室外熱交換器（22）では、高圧冷媒が室外空気へ放熱し、該室外熱交換器（22）で放熱した後の高圧冷媒は、膨張弁（23）を通過する際に減圧されて、低圧冷媒となる。その後、冷媒は室内熱交換器（31）を流れて、室内空気から冷媒が吸熱して蒸発する。その結果、室内の冷房が行われる。室内熱交換器（31）で蒸発した冷媒は、吸入管（21b）を流れて圧縮機（21）に吸入され、再び圧縮される。

ところで、上述した冷房運転などの運転動作において、配管内を冷媒が流通する際に、冷媒に溶けきれない油が冷媒と分離して配管の内面を覆うことがある。このため、従来の熱交換器では、冷凍機油が圧縮機（21）に回収されず、冷凍機油が不足したり、配管内面に付着した冷凍機油によって該配管の流路断面積が減少して圧力損失が増大するという問題が生じていた。特に、本実施形態のように、冷媒として二酸化炭素を用い、冷凍機油としてＰＡＧを用いる場合、二酸化炭素に対するＰＡＧの相溶性が低いため、冷媒と油とが分離し易く、上述のような冷凍機油の配管内面への付着が生じ易くなる。

これに対して、上述のように、冷媒回路（10）において、伝熱管以外の配管（40）の内面に撥油性のフッ素樹脂からなるコーティング部材（41）をコーティングすることで、当該部分の配管（40）内面に冷凍機油が付着するのを防止することができる。これにより、冷凍機油は、配管内面に付着することなく、冷媒とともに上記圧縮機（11）に吸い込まれることになる。

−実施形態の効果−
以上より、冷媒回路（10）のうち伝熱管以外の配管（40）の内面に、撥油性のフッ素樹脂からなるコーティング部材（41）をコーティングしたため、当該部分の配管（40）の内面に冷凍機油が付着するのを防止することができる。したがって、冷媒回路（10）内の冷凍機油を確実に圧縮機（21）に戻すことができ、該圧縮機（21）で冷凍機油が不足したり、配管（40）の流路断面積が減少して圧力損失が増大したりするのを防止することができる。

−実施形態の変形例１−
この変形例１は、配管内面に施したコーティングの範囲が上記実施形態とは異なる。

すなわち、上記実施形態では、図１のように伝熱管以外の配管内面にコーティング部材（41）を設けているが、この変形例では、図３に示すように、ガス化した冷媒が流れる配管に対してコーティングを施す。

冷媒がガスになる部分では、冷凍機油が冷媒から分離しやすくなるが、上述のように、この部分に油付着防止手段を構成するコーティングを施すことによって、効果的に冷凍機油の配管（40）内面への付着を防止することができる。

−実施形態の変形例２−
この変形例２は、配管内面に施す処理が上記実施形態とは異なる。

すなわち、上記実施形態では、コーティング部材（41）として撥油性のフッ素樹脂をコーティングしているが、この変形例では、その代わりに、油付着防止手段を構成するものとして、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）など、上記ＰＡＧに対して親和性の低い樹脂からなるライニング部材（51）を設ける。これにより、配管の内面に冷凍機油が付着するのを確実に防止することができる。

−実施形態の変形例３−
この変形例３は、配管の内面に施す処理が上記実施形態とは異なる。

すなわち、上記実施形態では、配管（40）の内周面にコーティング部材（41）をコーティングするようにしているが、この変形例では、その代わりに、配管の内表面が冷凍機油の付着しにくい所定の表面粗さになるように、表面加工を施す。この所定の表面粗さとは、表面粗さのパラメータの一つであるＲａが一般的な配管内面よりも小さい値（例えばＲａが０．４ｍｍ以下）であることを意味している。

これにより、冷凍機油の種類や配管（40）内面に対する冷凍機油の親和性の大小に拘わらず、配管内表面への冷凍機油の付着を抑えることができる。

なお、上記所定の表面粗さは、例えば研磨加工や表面コーティングなどによって得られる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態では、冷凍機油として、例えばＰＡＧを用いているが、この限りではなく、他の種類の冷凍機油を用いてもよい。また、冷媒としてＣＯ２を用いているが、これに限らず、Ｒ４１０Ａなど他の冷媒を用いるようにしてもよい。

また、上記実施形態では、配管（40）の内側にコーティング部材（41）やライニング部材（51）を設けるようにしているが、この限りではなく、配管全体を撥油性の樹脂材料や冷凍機油に対して親和性の低い樹脂材料によって構成するようにしてもよい。すなわち、上述のような実施形態に限らず、配管（40）の内面が、撥油性を有する若しくは冷凍機油に対して親和性の低い材料によって構成されていればよい。

以上説明したように、本発明は、冷媒回路において機器同士を接続する冷媒配管の構造として有用である。

本発明の実施形態に係る冷媒配管を備えた冷媒回路を示す回路図である。 冷媒配管の断面構造を示す斜視図である。 変形例１に係る図１相当図である。

符号の説明

１ 空気調和装置
２ 室外機
３ 室内機
１０ 冷媒回路
１１ 連絡配管
２０ 室外回路
２１ 圧縮機
２２ 室外熱交換器
２３ 膨張弁
２４ 四路切換弁
３０ 室内回路
３１ 室内熱交換器
４０ 配管（冷媒配管）
４１ コーティング部材
５１ ライニング部材

Claims (6)

1. 冷媒回路（10）において各機器を接続するための冷媒配管の構造であって、
   上記冷媒配管（40）は、その内側に冷凍機油の付着を防止するための油付着防止手段（41）を備えていることを特徴とする冷媒配管構造。
2. 請求項１において、
   上記冷媒回路（10）は、室内回路（30）と室外回路（20）とを備えていて、
   上記油付着防止手段（41）は、上記室内回路（30）と室外回路（20）とを繋ぐ連絡配管（11）に設けられていることを特徴とする冷媒配管構造。
3. 請求項１または２において、
   上記油付着防止手段（41）は、冷媒ガスの通過する冷媒配管（40）に設けられていることを特徴とする冷媒配管構造。
4. 請求項１から３のいずれか一つにおいて、
   上記油付着防止手段は、冷凍機油との親和性が低い材料によって構成された配管内面であることを特徴とする冷媒配管構造。
5. 請求項４において、
   上記油付着防止手段は、撥油性のコーティング部材（41）からなることを特徴とする冷媒配管構造。
6. 請求項４において、
   上記油付着防止手段は、樹脂製のライニング部材（51）からなることを特徴とする冷媒配管構造。

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