Search

JP-2026077454-A - 冷凍サイクル装置

JP2026077454AJP 2026077454 AJP2026077454 AJP 2026077454AJP-2026077454-A

Abstract

【課題】炉中ろう付けによる配管の強度低下を抑制しつつ、それに伴う製造コストの増加を抑制可能な冷凍サイクル装置を提供する。 【解決手段】冷凍サイクル装置１００は、鉄、鉄合金又はステンレス鋼によって形成される金属部材１と、金属部材１に接続される第１配管２と、第１配管２に接続される第２配管３と、を備え、第１配管２は、合金元素を含む銅合金によって形成され、第２配管３は、合金元素を含まない銅、又は、第１配管２よりも合金元素の含有率が低い銅合金によって形成されている。 【選択図】図１

Inventors

  • 石神 達也

Assignees

  • ボッシュホームコンフォートジャパン株式会社

Dates

Publication Date
20260513
Application Date
20241025

Claims (14)

  1. 鉄、鉄合金又はステンレス鋼によって形成される金属部材と、 前記金属部材に接続される第１配管と、 前記第１配管に接続される第２配管と、を備え、 前記第１配管は、合金元素を含む銅合金によって形成され、 前記第２配管は、前記合金元素を含まない銅、又は、前記第１配管よりも前記合金元素の含有率が低い銅合金によって形成されている、冷凍サイクル装置。
  2. 前記金属部材は、配管、オイルセパレータ又は四方弁である、請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
  3. 前記合金元素は、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、P、Ｚｒ及びＦｅのうち１種以上を含む、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
  4. 前記金属部材は、配管であり、 前記第１配管の長さは、前記金属部材の長さよりも短い、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  5. 前記第１配管の長さは、前記第２配管の長さよりも短い、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
  6. 前記金属部材は、配管であり、 前記第２配管の長さは、前記金属部材の長さよりも短い、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  7. 前記金属部材は、配管であり、 前記第１配管の肉厚は、前記金属部材の肉厚よりも厚い、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  8. 前記第１配管の肉厚は、前記第２配管の肉厚と同一又はそれよりも薄い、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。
  9. 前記金属部材は、配管であり、 前記第２配管の肉厚は、前記金属部材の肉厚よりも厚い、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  10. 前記金属部材は、配管であり、 前記金属部材と前記第２配管とは、前記第１配管を介して重なっている、請求項２に記載の冷凍サイクル装置。
  11. 配管である前記金属部材と前記第１配管及び前記第２配管を介して接続される圧縮機を備え、 前記圧縮機は、スクロール型又はツインロータリー型である、請求項２、４、６、７、９、１０の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  12. 前記金属部材は、配管であり、 前記第２配管の長さは、前記第１配管の長さ及び／又は前記金属部材の長さよりも長い、請求項２、４、７、９、１０の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  13. 前記金属部材は、配管であり、 前記第２配管は、２つ以上の屈曲部を備える、請求項２、４、６、７、９、１０の何れか１項に記載の冷凍サイクル装置。
  14. 前記第１配管における前記合金元素の含有率は、前記金属部材における前記合金元素の含有率よりも低い、請求項１又は２に記載の冷凍サイクル装置。

Description

本開示は、冷凍サイクル装置に関する。 近年、銅の材料単価が高騰している。冷凍サイクル装置に用いられる配管類は従来から銅管で構成することが一般的であるので、この材料単価高騰により冷凍サイクル装置の製造コストが増大している。そのため、銅管の一部をステンレス配管などに置き換えることによって製造コストの増大を抑制している。ステンレス配管などに置き換えた場合、銅管とステンレス管とを接続する必要がある。 銅管とステンレス管とを大気中で異種金属ろう付け接続することは、量産時において品質面や作業工数の面で好ましくない。ステンレス管の表面には、ろう材の流れの妨げとなる不働態被膜が形成されているので、フラックスや銀含有量が高いろう材を用いることを要し、さらに加熱時間や加熱位置の管理を要するためである。そのため、銅管とステンレス管とは、量産時において炉中ろう付けによって接続することが一般的である（例えば、特許文献１）。 特開２０２０－１０９３４６公報 図１は、第１実施形態に係る冷凍サイクル装置の配管を示す図である。図２は、第２実施形態に係る冷凍サイクル装置のオイルセパレータを示す図である。図３は、第３実施形態に係る冷凍サイクル装置の四方弁を示す図である。図４は、他の実施形態に係る冷凍サイクル装置の四方弁を示す図である。図５は、他の実施形態に係る冷凍サイクル装置の配管の接続部分を示す縦断面図である。図６は、他の実施形態に係る冷凍サイクル装置の配管の接続部分を示す縦断面図である。図７は、曲げ疲労試験の結果を示すＳ－Ｎ線図である。 （第１実施形態） まずは、第１実施形態に係る冷凍サイクル装置について、図１を参照しながら説明する。なお、各図（図２及び図３も同様）において、図面の寸法比と実際の寸法比とは、必ずしも一致していない。図１は、第１実施形態に係る冷凍サイクル装置１００の配管を示す図である。 図１に示す冷凍サイクル装置１００は、例えば、エアーコンディショナー（エアコン）、冷蔵庫、冷凍庫など、冷媒及び冷凍サイクルを利用した装置である。冷凍サイクル装置１００の具体例としては、パッケージエアコンやビル用マルチエアコンなどの空気調和機、冷凍機やチリングユニットなどの熱源機器、ショーケースや冷凍冷蔵庫、ユニットクーラー、製氷機などの業務用冷凍機、カーエアコンなどの輸送用冷凍機器、ヒートポンプ給湯機などが挙げられる。 図１に示すように、冷凍サイクル装置１００は、蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行うための冷媒が流れる冷媒回路１０を備えている。冷媒回路１０は、複数の要素部品１１（図２参照）と、複数の要素部品１１を接続する冷媒配管１２と、を備えている。要素部品１１としては、例えば、室内熱交換器、圧縮機、オイルセパレータ、室外熱交換器、膨張弁、アキュムレータ、四方弁などが含まれており、これらが冷媒配管１２によって接続されている。冷媒配管１２は、液配管とガス配管とを含む。 冷凍サイクル装置１００は、金属部材１と、金属部材１に接続される第１配管２と、第１配管２に接続される第２配管３と、を備えている。金属部材１は、鉄、鉄合金又はステンレス鋼によって形成されている。第１実施形態において、金属部材１は、第１配管２に接続される第３配管４である。第１配管２、第２配管３及び第３配管４（金属部材１）は、冷媒配管１２に含まれ、冷媒配管１２の様々な箇所に用いられる。第１配管２、第２配管３及び第３配管４（金属部材１）の各形状は、図１に示す形状に限定されない。 金属部材１（第３配管４）と第１配管２とは、炉中ろう付けによって接続される。図１に示す例では、金属部材１の両端に第１配管２が接続されるので、金属部材１と２つの第１配管２が炉中ろう付けによって接続される。炉中ろう付けは、連続炉などの内部において所定のガス（例えば、水素ガス）雰囲気中でろう付けを行う手法であり、高価なろう材やフラックスを用いることなくステンレス鋼などのろう付けを行うことが可能となる。これにより、金属部材１にフラックスが不要となるので、ろう付け後にフラックスを除去する作業が不要となる。また、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、ステンレス鋼の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。炉中ろう付けで用いられるろう材は、銅ろうや銅合金ろうである。なお、ろう材は、例えば、ニッケルろうや銀ろう、金ろう、パラジウムろうなどであってもよい。 第１配管２及び第３配管４のうち一方の端部には、内径及び外径が他部よりも拡径された拡径部５が設けられている。第１配管２及び第３配管４は、第１配管２及び第３配管４のうち他方の端部が拡径部５に挿入された状態で、炉中ろう付けによって接続される。 第１配管２は、合金元素を含む（が添加された）銅合金によって形成されている。銅に合金元素などの異成分を添加することで、固溶強化や析出硬化が起きるため、第１配管２の強度低下を抑制できる。つまりは、異成分そのものの存在、或いは異成分の化合物が析出することで、転位の移動を妨害して変形し難くなり（変形に大きな応力を要し）、第１配管２の強度低下を抑制できる。また、例えば、結晶の粗大化抑制効果があり、高温下における第１配管２の強度低下を抑制できる。これにより、第３配管４（金属部材１）と第１配管２とを炉中ろう付けで接続した場合でも、第１配管２の強度低下を抑制し、第１配管２の強度を確保できる。 第１配管２を形成するための銅合金としては、例えば、ＪＩＳ Ｈ ３３００：２０１８に規定される高強度銅（Ｃ１８６２やＣ５０１０、Ｃ１５６５、Ｃ５０１５など）、ＪＩＳ Ｈ ３１００：２０１８に規定される鉄入り銅（Ｃ１９４０など）、その他の規格によって定まる銅合金などが挙げられる。表１に、銅合金材の一例とそれの化学成分とを示している。表１において、化学成分に関する「％」は、特に断らない限り「質量％」を意味する。 表１に示すように、銅合金材には、９７．０％以上のＣｕが含まれており、３．０％以下の合金元素が含まれている。Ｃｕ及び合金元素以外の残部は、例えば、不可避的不純物である。合金元素は、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｐ、Ｚｒ及びＦｅのうち１種以上を含むことが好ましい。合金元素は、Ｃｏ、Ｓｎ、Ｚｎ、Ｎｉ、Ｚｒ及びＦｅのうち１種以上を含むことがより好ましい。 銅合金材１００質量％に対し、合金元素Ｓｎが０．０６～０．８０質量％であることが好ましく、０．０６５～０．７６質量％であることがより好ましく、０．０７～０．７２質量％であることがさらに好ましい。 銅合金材１００質量％に対し、合金元素Ｚｎが０．０１～０．３０質量％であることが好ましく、０．０１５～０．２５質量％であることがより好ましく、０．０２～０．２０質量％であることがさらに好ましい。 銅合金材１００質量％に対し、合金元素Ｎｉが０．０１～０．７０質量％であることが好ましく、０．０１５～０．６５０質量％であることがより好ましく、０．０２～０．６０質量％であることがさらに好ましい。 銅合金材１００質量％に対し、合金元素Ｐが０．００５～０．２５０質量％であることが好ましく、０．０１～０．２０質量％であることがより好ましく、０．０１５～０．１５０質量％であることがさらに好ましい。 銅合金材１００質量％に対し、合金元素Ｃｏが０．０２～０．３０質量％であることが好ましく、０．０３～０．２５質量％であることがより好ましく、０．０４～０．２１質量％であることがさらに好ましい。 銅合金材１００質量％に対し、合金元素Ｚｒが０．０２～０．１０質量％であることが好ましく、０．０３～０．０９質量％であることがより好ましく、０．０４～０．０８質量％であることがさらに好ましい。 銅合金材１００質量％に対し、合金元素Ｆｅが０．００５～３．０００質量％であることが好ましく、０．０００８～２．８００質量％であることがより好ましく、０．０１～２．６０質量％であることがさらに好ましい。 ２種以上の合金元素の組み合わせとしては、表１の組み合わせでもよく、それ以外の組み合わせでもよい。 第２配管３は、合金元素を含まない銅（又は純銅）、又は、第１配管２よりも合金元素の含有率の低い銅合金によって形成されている。斯かる構成によれば、第１配管２と比べ材料単価の安い第２配管３を設けることにより、第１配管２を設けることによる冷凍サイクル装置１００の製造コストの増加を抑制できる。これにより、炉中ろう付けによる配管（第１配管２）の強度低下を抑制しつつ、第１配管２を設けることによる冷凍サイクル装置１００の製造コストの増加を抑制できる。合金元素の含有率とは、添加された１種以上の合金元素の合計含有率（質量％）である。 第２配管３は、合金元素を含まない銅によって形成されていることが好ましい。これにより、第２配管３を弾性を有する形状に形成することができ、金属部材１（第３配管４）に歪みが集中することを抑制できる。その結果、歪みが集中することによる金属部材１の破損を抑制できる。 第２配管３を形成するための銅としては、例えば、ＪＩＳ Ｈ ３３００：２０１８に規定される無酸素銅（Ｃ１０２０）やリン脱酸銅（Ｃ１２２０やＣ１２２１）などが挙げられる。なお、第２配管３を形成するための銅合金は、表１に示す銅合金であってもよい。 第１配管２及び第２配管３のうち一方の端部には、内径及び外径が他部よりも拡径された拡径部６が設けられている。第１配管２及び第２配管３は、第１配管２及び第２配管３のうち他方の端部が拡径部６に挿入された状態で、トーチろう付けなどの手作業によるろう付けによって接続される。手作業によるろう付けで用いられるろう材は、銅ろう（例えばリン銅ろう）や銅合金ろうなどである。ろう材は、例えば、銀ろうや黄銅ろうなどであってもよい。 ろう付けの手順をまとめると、図１に示す例では、最初に、炉中ろう付けによって金属部材１と２つの第１配管２が接続されて組立て部品となる。次に、手作業によるロウ付けによって組立て部品と２つの第２配管３が接続される。最終的に、図１に示すように、２つの第２配管３の間に２つの第１配管２が位置し、２つの第１配管２の間に金属部材１が位置する冷媒配管１２になる。 第１配管２の長さは、金属部材１（第３配管４）の長さよりも短いことが好ましい。斯かる構成によれば、金属部材１（第３配管４）と比べ材料単価の高い銅合金製の第１配管の長さを相対的に短くすることによって、冷凍サイクル装置１００の製造コストを削減できる。第１配管２の長さは、直線状、曲線状又はそれらの組み合わせによって形成される第１配管２の中心線の合計長さである。第２配管３の長さや第３配管４の長さについても同様である。 第１配管２の長さは、第２配管３の長さよりも短いことが好ましい。斯かる構成によれば、第２配管３と比べ材料単価の高い第１配管２の長さを相対的に短くすることによって、冷凍サイクル装置１００の製造コストを削減できる。 第２配管３の長さは、金属部材１（第３配管４）の長さよりも短いという構成であってもよい。斯かる構成によれば、金属部材１（第３配管４）と比べ材料単価の高い銅製又は銅合金製の第２配管の長さを相対的に短くすることによって、冷凍サイクル装置１００の製造コストを削減できる。 第１配管２の肉厚は、金属部材１（第３配管４）の肉厚よりも厚いことが好ましい。斯かる構成によれば、第１配管２の強度を相対的に高めることができる。第２配管の肉厚は、金属部材１（第３配管４）の肉厚よりも厚いことが好ましい。斯かる構成によれば、第２配管３の強度を相対的に高めることができる。 第１配管２の肉厚は、第２配管３の肉厚と同一又はそれよりも薄いことが好ましい。斯かる構成によれば、第２配管３と比べ材料単価の高い第１配管２の肉厚の増加を抑え、冷凍サイクル装置１００の製造コストの増加を抑制できる。 第２配管３は、２つ以上の屈