| 【発明の名称】 |
キャピラリチューブとキャピラリチューブの製造方法および冷凍サイクル装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】長倉 進
【氏名】梅津 健児
【氏名】新間 康博
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| 【要約】 |
【課題】本発明は、内部に流通する流体である冷媒に対する流動抵抗を大きくして全長を短縮化し、かつ冷媒を効率よく気液混合流と化して冷凍サイクル効率の向上を図ったキャピラリチューブとキャピラリチューブの製造方法および冷凍サイクル装置を提供する。
【解決手段】キャピラリチューブ３の内面に螺旋状の溝Ｍを設けた。このキャピラリチューブの製造方法は、溝付きプラグ６を用いて、円筒管３Ａの内面に螺旋状の溝Ｍを加工する工程と、この溝付き工程のあと、円筒管３Ａに対して空引き転造加工を行ない、細径化する工程である。この螺旋状の溝Ｍを設けたキャピラリチューブ３は、冷媒管Ｐを介して圧縮機１と、凝縮器２と、減圧装置３と、凝縮器４とを連通した冷凍サイクル装置において、減圧装置として用いた。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】細径の金属管であるキャピラリチューブにおいて、その内面に螺旋状の溝を設けたことを特徴とするキャピラリチューブ。
【請求項２】請求項１記載のキャピラリチューブにおいて、内面に設けられる上記螺旋状の溝は、深さＴｆが０．１mm以上で、かつ０．３mm以下であり、軸心を介して対向する山間の最小内径Ｄｉは、１．０mm以上で、かつ１．７mm以下であることを特徴とする。
【請求項３】請求項１および請求項２のいずれかに記載のキャピラリチューブにおいて、上記内面に設けられる螺旋状の溝は、ねじれ角γが３°以上で、かつ３０°以下であることを特徴とする。
【請求項４】請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のキャピラリチューブにおいて、上記内面に設けられる螺旋状の溝は、条数が１０条以上で、かつ２０条以下であることを特徴とする。
【請求項５】溝付きプラグを用いて、円筒管の内面に螺旋状の溝を加工する工程と、この溝付き工程のあと、上記円筒管に対して空引き転造加工を行ない、細径化する工程とを具備したことを特徴とするキャピラリチューブの製造方法。
【請求項６】請求項５記載のキャピラリチューブの製造方法において、上記空引き転造加工は、上記溝付き加工後から最終径間で内径縮小率が 3／4 から 1／4 の範囲に設定されることを特徴とする。
【請求項７】請求項６記載のキャピラリチューブの製造方法において、内面に設けられる上記螺旋状の溝は、深さＴｆが０．１mm以上で、かつ０．３mm以下であり、軸心を介して対向する山間の最小内径Ｄｉが１．０mm以上で、かつ１．７mm以下であることを特徴とする。
【請求項８】圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、凝縮器とを冷媒管を介して連通した冷凍サイクル装置において、上記減圧装置として、内面に螺旋状の溝を設けたキャピラリチューブを用いたことを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項９】請求項８記載の冷凍サイクル装置において、上記減圧装置として用いられるキャピラリチューブの螺旋状の溝は、深さＴｆが０．１mm以上で、かつ０．３mm以下であり、軸心を介して対向する山間の最小内径Ｄｉが１．０mm以上で、かつ１．７mm以下であることを特徴とする。
【請求項１０】請求項８および請求項９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、上記減圧装置として用いられるキャピラリチューブの螺旋状の溝は、ねじれ角γが３°以上で、かつ３０°以下であることを特徴とする。
【請求項１１】請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、上記減圧装置として用いられるキャピラリチューブの螺旋状の溝は、条数が１０条以上で、かつ２０条以下であることを特徴とする。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、細径の金属管であるキャピラリチューブの内部構造の改良と、このキャピラリチューブを製造する方法および、このキャピラリチューブを減圧装置として備えた冷凍サイクル装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】冷凍サイクル装置として、圧縮機と、凝縮器と減圧装置および蒸発器が冷媒管を介して連通されている。冷媒は、圧縮機で圧縮され、高圧化して凝縮器に導かれ熱交換して凝縮液化する。
【０００３】ついで減圧装置に導かれて減圧され、蒸発器で蒸発して周囲から蒸発潜熱を奪い冷凍作用をなす。蒸発した冷媒は圧縮機に吸込まれて上述のサイクルを繰り返す。
【０００４】ところで、上記減圧装置として、膨張弁（自動膨張弁・電子式自動膨張弁）が用いられる場合があるが、構成が簡素で故障がなく、廉価に提供されるキャピラリチューブが多用されることは言うまでもない。
【０００５】このキャピラリチューブは、銅製で直径の細い円筒管からなり、内面は平滑に形成される。そして、細径のキャピラリチューブを流通する冷媒が直径の太い冷媒管へ流れ出ることによって減圧作用をなす。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】このようなキャピラリチューブであって、減圧量はその直径と長さとによって決定されるが、強度と加工上の問題から直径をある程度より細くすることができない。一般には、キャピラリチューブの直径を一定にし、その長さを適宜変更調整することにより、冷凍サイクルにあった減圧量を得るようになっている。
【０００７】しかしながら、より大きな減圧量を得るためには、それに比例してキャピラリチューブの全長が極端に長くなってしまう。材料費がかさむばかりか、冷凍サイクル装置内でキャピラリチューブのために広い収納スペースが必要になり、装置の大型化に結び付く。
【０００８】そこで、全長が極端に長いキャピラリチューブの場合は、これをコイル状あるいは九十九折り状に変形し束ねることで収納スペースの問題に対処しているが、今度は、その変形作業手間がかかって工数に悪影響を与えている。
【０００９】また、従来のキャピラリチューブは内面が平滑であるため、内部を流通する冷媒がスムーズに流通してしまう。冷媒は液分とガス分とに分れて導かれるが、スムーズに流れてしまって液分とガス分との混合が確実でない。
【００１０】したがって、キャピラリチューブの出口から液状態の冷媒が導出されたり、ガス化された冷媒が導出して、液状態とガス状態が交互に繰り返される間欠流となり、冷凍サイクル効率に悪影響を及ぼしている。
【００１１】冷凍サイクル内に存在する異物や、汚れ（冷媒、潤滑油、金属粉、その他）がキャピラリチューブ内面にわずかでも付着することによって、流量特性が変化してしまう。そして、全長が長いから振動が発生し易く、伝搬を防止するために緩衝材を覆う必要があり、コストに悪影響を与えている。
【００１２】本発明は、上記事情にもとづいてなされたものであり、その目的とするところは、内部を流通する冷媒に対する流動抵抗を大きくして全長の短縮化を図り、かつ冷媒を確実に気液混合流と化して、冷凍サイクル効率の向上を図ったキャピラリチューブとキャピラリチューブの製造方法および冷凍サイクル装置を提供しようとするものである。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため第１の発明のキャピラリチューブは、請求項１として、細径の金属管であるキャピラリチューブにおいて、その内面に螺旋状の溝を設けたことを特徴とする。
【００１４】請求項２として、請求項１記載のキャピラリチューブにおいて、内面に設けられる上記螺旋状の溝は、深さＴｆが０．１mm以上で、かつ０．３mm以下であり、軸心を介して対向する山間の最小内径Ｄｉは、１．０mm以上で、かつ１．７mm以下であることを特徴とする。
【００１５】請求項３として、請求項１および請求項２のいずれかに記載のキャピラリチューブにおいて、上記内面に設けられる螺旋状の溝は、ねじれ角γが３°以上で、かつ３０°以下であることを特徴とする。
【００１６】請求項４として、請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のキャピラリチューブにおいて、上記内面に設けられる螺旋状の溝は、条数が１０条以上で、かつ２０条以下であることを特徴とする。
【００１７】上記目的を達成するため第２の発明のキャピラリチューブの製造方法は、請求項５として、溝付きプラグを用いて、円筒管の内面に螺旋状の溝を加工する工程と、この溝付き工程のあと、上記円筒管に対して空引き転造加工を行ない、細径化する工程とを具備したことを特徴とする。
【００１８】請求項６として、請求項５記載のキャピラリチューブの製造方法において、上記空引き転造加工は、上記溝付き加工後から最終径間で内径縮小率が 3／4 から1／4 の範囲に設定されることを特徴とする。
【００１９】請求項７として、請求項６記載のキャピラリチューブの製造方法において、内面に設けられる上記螺旋状の溝は、深さＴｆが０．１mm以上で、かつ０．３mm以下であり、軸心を介して対向する山間の最小内径Ｄｉが１．０mm以上で、かつ１．７mm以下であることを特徴とする。
【００２０】上記目的を達成するため第３の発明の冷凍サイクル装置は、請求項８として、圧縮機と、凝縮器と、減圧装置と、凝縮器とを冷媒管を介して連通した冷凍サイクル装置において、上記減圧装置として、内面に螺旋状の溝を設けたキャピラリチューブを用いたことを特徴とする。
【００２１】請求項９として、請求項８記載の冷凍サイクル装置において、上記減圧装置として用いられるキャピラリチューブの螺旋状の溝は、深さＴｆが０．１mm以上で、かつ０．３mm以下であり、軸心を介して対向する山間の最小内径Ｄｉが１．０mm以上で、かつ１．７mm以下であることを特徴とする。
【００２２】請求項１０として、請求項８および請求項９のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、上記減圧装置として用いられるキャピラリチューブの螺旋状の溝は、ねじれ角γが３°以上で、かつ３０°以下であることを特徴とする。
【００２３】請求項１１として、請求項８ないし請求項１０のいずれかに記載の冷凍サイクル装置において、上記減圧装置として用いられるキャピラリチューブの螺旋状の溝は、条数が１０条以上で、かつ２０条以下であることを特徴とする。
【００２４】このような課題を解決する手段を備えることにより、請求項１ないし請求項１１記載の発明によれば、キャピラリチューブ内部を流通する冷媒に対する流動抵抗が増大して全長の短縮化を得られ、キャピラリチューブの収納スペースが縮小する。
【００２５】そして、キャピラリチューブ内の流れを意図して乱すため内面の粗さの影響がほとんどなくなり、異物が付着し難くなる。冷媒の液分とガス分とがより効率よく混合した混合流となり、振動騒音が軽減して緩衝材の使用が少なくてすむ。
【００２６】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態を図面にもとづいて説明する。図１に示すように、冷凍サイクル装置、たとえば空気調和機における冷凍サイクルが構成される。
【００２７】図中１は冷媒を圧縮し高圧化して吐出する圧縮機であり、２は高圧ガスを凝縮して液化する凝縮器であり、３は冷媒を減圧する減圧装置としての後述するキャピラリチューブであり、４は冷媒を蒸発して室内空気と熱交換し蒸発潜熱を奪って冷気に変える蒸発器であり、これらは順次冷媒管Ｐを介して連通される。
【００２８】上記キャピラリチューブ３は、図２に示す製造装置によって製造される。この製造装置では、直径が５mm以上ある断面円形の金属管（銅管）３Ａが用意される。この金属管３Ａ内部には、フローティングプラグ５と周面に螺旋状の溝が施された溝プラグ６とが回転自在に挿入され、かつこれらフローティングプラグ５と溝プラグ６とはロッド７で連結されている。
【００２９】上記フローティングプラグ５と対向する金属管３Ａ外面にはダイス８が配置され、かつ上記溝プラグ６と対向する金属管３Ａ外面には、この周面に沿って複数個の転造ボール９が配置されている。
【００３０】さらに、上記転造ボール９と所定間隔を存した位置に、４個の転造ロール１０がそれぞれの圧下中心が同一になるように、互いに対向方向が直交するよう配置されている。
【００３１】また、この金属管３Ａの先端部（図の右側部）は図示しない引抜き装置によって把持され、金属管を図中矢印方向に移動させるようになっている。このようにして構成されるキャピラリチューブの製造装置は、以下に述べるようにして動作する。
【００３２】すなわち、引抜き装置に引かれて移動する金属管３Ａは、はじめにダイス８とフローティングプラグ５との間に導かれて若干程度の縮径加工が行なわれる。この装置でのダイス８とフローティングプラグ５による縮径加工は、金属管３Ａの最終径と比較して最初径がかなり大きい場合に適用される。
【００３３】引き続いて金属管３Ａは送り出され、溝プラグ６と複数の転造ボール９との間に導かれる。各転造ボール９は金属管３Ａの周面を公転して、金属管３Ａを外周から溝プラグ６側へ押圧する。金属管３Ａは極くわずかに縮径するとともに、溝プラグ６によって内面に螺旋状の溝Ｍが刻設される。
【００３４】そして金属管３Ａは、順次転造ロール１０間に導かれ、所定の最終径まで縮径化される。所定の長さに切断することにより、内面に螺旋状溝Ｍを備えたキャピラリチューブ３として完成する。
【００３５】すなわち、この溝付きキャピラリチューブ３の製造方法として、はじめに螺旋状の溝Ｍを内面に刻設する溝付き工程があり、つぎに所定の最終径に縮径化する空引き転造工程がある。
【００３６】最終径に対して最初径が極端に大きい場合は、先に説明したようにはじめに縮径工程が持たれるが、最初径の選択により、この工程を省略できる。このようにして得られた溝付きキャピラリチューブ３を冷凍サイクルの減圧装置として用いることにより、凝縮器２から導かれる冷媒に対し、螺旋状溝Ｍの存在によって流動抵抗が増大し、効率よく流れを乱す。
【００３７】冷媒は液分とガス分とに分れた状態でキャピラリチューブ３に導かれるが、螺旋状溝Ｍによって流れが効率よく乱されて混合流となる。したがって、安定した特性のキャピラリチューブ３となり、冷凍サイクル効率が著しく向上する。
【００３８】キャピラリチューブ３内面の粗さや、異物の付着による影響がほとんど無くなり、音や振動が低減する。これまでのように、キャピラリチューブ３の周面に巻装していた緩衝材の使用が、不要もしくは軽減する。
【００３９】溝付きキャピラリチューブ３を採用することにより、従来から用いられる内面が平滑なキャピラリチューブと比較して、実際には、 1／2 〜 1／5 Ｌまで溝付きキャピラリチューブ３を短縮しても、流動抵抗の増大を得る。
【００４０】このキャピラリチューブ３の短縮化は、冷凍サイクル装置内における収納スペースの縮小と、装置自体の小型化につながる。また、キャピラリチューブ３の束ね作業が不要もしくは軽減して、大幅な作業性向上を図れる。
【００４１】溝付きキャピラリチューブ３の内部の寸法形状は、図３および図４に示すようになっている。キャピラリチューブ３の内面に設けられる螺旋状の溝Ｍは、その深さＴｆが０．１mm以上であり、かつ０．３mm以下である。軸心を介して対向する山Ｙ間の最小内径Ｄｉが１．０mm以上であり、かつ１．７mm以下である。
【００４２】すなわち、上記螺旋状溝Ｍの深さは極力大きい方が望ましいが、一般的な加工精度から、その深さの最大限界が０．３mm程度であることが経験則として知られている。
【００４３】その一方で、溝深さが０．１mm未満では、先に述べた溝付きの効果が極く小さいものである。したがって、溝深さＴｆは０．１mm以上であり、かつ０．３mm以下に設定するとの結論が得られる。
【００４４】また、冷凍サイクルの減圧装置としてのキャピラリチューブは、冷媒が流通するための最適な内径として、１．２mm以上であり、２．０mm以下であることが経験則として知られている。
【００４５】このため、内面溝Ｍの深さＴｆとの関係から、対向する山Ｙ間の最小内径Ｄｉを１．０mm以上であり、かつ１．７mm以下に設定すれば、最適な減圧特性を得ることができる。
【００４６】また、上記螺旋状溝Ｍは、そのねじれ角γが３°以上であり、かつ３０°以下である。すなわち、螺旋状溝Ｍのねじれ角γは、大きい方がより流通抵抗が大きくなって、キャピラリチューブ３内の冷媒の流れを乱すことができる。しかしながら、ねじれ角が大きくなればなるほど加工に必要な時間がかかる。
【００４７】実際に、３０°より大きいねじれ角をつけることは加工上困難をともなう。また、ねじれ角が３°未満では流通抵抗がほとんどなく、従来の溝無しキャピラリチューブとの差がない。
【００４８】そこで、螺旋状溝Ｍのねじれ角γを３°以上であり、かつ３０°以下に設定することにより、流通抵抗を大きく確保するとともに、加工上の問題をなくすことができる。
【００４９】螺旋状溝Ｍは、条数を１０条以上であり、かつ２０条以下とした。ここでも条数が多い方が望ましいが、加工精度上の問題がある。少な過ぎれば流通抵抗の増大が得られない。そこで上記条数の設定をなす。
【００５０】この溝付きキャピラリチューブ３の製造方法として、はじめに溝付き工程があり、そのあと空引き転造工程がある。すなわち、溝付きプラグ６のみによる溝付き縮径加工では、プラグ６の大きさに限界があり、冷凍サイクルで用いられるキャピラリチューブ３のような内径１mm程度の細い配管加工ができない。
【００５１】そこで本発明のように、太い管３Ａの状態で内面に溝付き加工をなし、しかる後、空引き転造加工による縮径化を得ることにより、無理なく、しかも高精度の加工ができる。なお、上記空引き転造加工は、溝付き加工後から最終径間での内径縮小率が 3／4 から 1／4 の範囲であると、上述の効果が確実に得られる。
【００５２】
【発明の効果】以上説明したように第１，第２，第３の発明によれば、キャピラリチューブの内面に螺旋状の溝を設けたから、内部を流通する冷媒に対する流動抵抗が大きくなって、冷媒を効率よく気液混合流と化して冷凍サイクル効率が向上するとともに、全長の短縮化を得て収納スペースの縮小を図れるなどの効果を奏する。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００３０７８
【氏名又は名称】株式会社東芝
【識別番号】５９７１５２９９５
【氏名又は名称】トーシバ・コンシューマー・プロダクツ（タイランド）・カンパニー・リミテッド
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| 【出願日】 |
平成９年（１９９７）１０月２９日 |
| 【代理人】 |
【弁理士】
【氏名又は名称】鈴江 武彦 （外３名）
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| 【公開番号】 |
特開平１１−１３２５９９ |
| 【公開日】 |
平成１１年（１９９９）５月２１日 |
| 【出願番号】 |
特願平９−２９７１２２ |
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