(57)【要約】【課題】  冷凍空調機の冷凍サイクルの流路内に存在する０．１〜５０μｍレベルの微細な異物の除去が可能で目詰まりを起こさないようにし、冷媒の循環を妨げず長期信頼性を確保できる異物除去器を得る。【解決手段】  銅配管２の内壁に３次元網目構造を持つ微粒子捕捉体である、３０μｍ〜１５０μｍの孔径を有する銅製発泡金属３を固着する。冷凍サイクル内の銅配管２に冷媒４を流し、粒径の小さい異物（粒径０．１〜５０μｍ）５を除去する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管と、前記配管の流路を確保し、前記配管内壁に固着された３次元網目状構造を有する微粒子捕捉体と、により構成されたことを特徴とする異物除去器。
【請求項２】
微粒子捕捉体が、円筒形状を有することを特徴とする請求項１に記載の異物除去器。
【請求項３】
微粒子捕捉体が、螺旋板形状を有することを特徴とする請求項１に記載の異物除去器。
【請求項４】
配管と、前記配管の流路を確保し、前記配管内部に固着された３次元網目状構造を有する微粒子捕捉体と、前記配管の中央部に配設された棒状体と、により構成されたことを特徴とする異物除去器。
【請求項５】
微粒子捕捉体が、発泡金属であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかに記載の異物除去器。
【請求項６】
発泡金属の孔径を３０〜１５０μｍとしたことを特徴とする請求項５に記載の異物除去器。
【請求項７】
請求項１〜請求項６のいずれかに記載の異物除去器を備え、前記異物除去器が冷凍サイクルに配設され、前記冷凍サイクルの流路中に存在する異物を除去することを特徴とする冷凍空調機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍空調機等の冷凍サイクル内の異物除去に使用される異物除去器とこれを用いた冷凍空調機に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
冷凍空調機の冷凍サイクル内では冷凍機油の劣化物、加工油の分解物、圧縮機摺動材の摩耗粉、酸化スケール等の異物が発生し、毛細管等に詰まると冷媒循環量が低下し冷却・暖房能力が低下する。この詰まり対策として冷凍サイクル内に５０〜１００メッシュのストレーナフィルタが設置され、冷凍機油等の有機劣化物や粒径が５０μｍ程度以上の摩耗粉を除去している。
【０００３】
近年、冷凍空調機の省エネ、高性能化のため電磁膨張弁、四方弁等が配設されているが、これらの部品では０．１μｍ〜５０μｍレベルの微細な異物で詰まる可能性があるが、ストレーナフィルタでは除去することが困難であり、このため、従来の冷凍空調機での異物除去法として、さらに微細な有機劣化物や摩耗粉を除去するために毛細管とオイルセパレータの間に微細な孔径を有するフィルタを設置している。フィルタの入口出口側の銅配管はオイルセパレータからの銅配管及びキャピラリーチューブ入口からの銅配管に脱着、装着が可能に接続されている（例えば特許文献１参照。）。
【特許文献１】特開平１０−１９４０８号公報（第３頁、図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の冷凍空調機にあっては、孔径が０．１μｍ程度の通常のフィルタを冷凍サイクル内に設置することにより、０．１μｍ〜５０μｍレベルの微細な異物の捕捉が可能であるが、フィルタの孔径が小さくなることにより、目詰まりを起こし易くなり、フィルタが詰まれば冷媒循環量が低下する。その結果、冷却・暖房能力が低下し、長期信頼性が確保できないという問題があった。
【０００５】
この発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、冷凍空調機の冷凍サイクル内に存在する０．１〜５０μｍレベルの微細な異物の除去が可能で、目詰まりを起こさないようにし、冷媒の循環を妨げず長期信頼性を確保できる異物除去器を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る異物除去器においては、配管の流路を確保し、フィルタとして３次元網目状（多孔質）構造を有する微粒子捕捉体を配管内壁に固着したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明は、配管の流路を確保した上で、異物を吸着する微粒子捕捉体を配管内壁に固着することにより、冷媒の循環を低下させずに異物を吸着し、電磁膨張弁、四方弁等の詰まりを防止することにより、冷凍能力を低下させることがなく、長期安定性に優れたものが得られる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における異物除去器の構造を示す横断面図および縦断面図である。図２は、実施の形態１で異物捕捉に使用される発泡金属の構造を示す図である。
図１において、異物除去器１は、銅配管２の内壁に３次元網目構造を持つ微粒子捕捉体である円筒形状の銅製発泡金属３がろう付けにより固着されている。この発泡金属３が取り付けられた冷凍サイクルの銅配管内２に冷媒４を流す。図２に示すように、本発明に使用される発泡金属３はスポンジに代表される樹脂発泡体と同じ構造（３次元網目状構造）を持つ金属多孔質体であり、連続気孔構造を持ち、気孔率（空隙率）が大きい（〜９７％）ことが特徴である。また、このため発泡金属内部に気体や液体を低い圧力損失のもと、通す（流す）ことができる。図２に示すように、孔径Ｄが揃ったものを製造することができ、フィルタとして選択性に優れた特性を持つ。ここでは、この発泡金属３の孔径が３０μｍ〜１５０μｍのものを使用している。銅配管２への銅製発泡金属３の取り付け方法として他に、スポット溶接、シーム溶接が利用できる。
【０００９】
次に、この異物除去器１の動作について説明する。冷媒４に混入している粒径の小さい異物（粒径０．１〜５０μｍ）５は、冷凍サイクルに配設されている電磁膨張弁あるいは四方弁（図示せず）を詰まらせる原因となっている。冷媒４とともに流れている粒径の小さい異物５は、異物除去器１の銅配管２の内壁に固着された銅製発泡金属３に接触し、捕捉される。また、同時に混入している粒径の大きい異物６（粒径５０μｍ以上）は、従来通り、別に設置された５０〜１００メッシュを持つストレーナフィルタ（図示せず）で捕捉する。この異物除去器１を冷凍サイクルに設置することで、冷媒４が冷凍サイクルを循環している間に０．１μｍ〜５０μｍ径程度の粒径の小さい異物５が取り除かれ、異物の濃度を低減させる。これにより、電磁膨張弁、四方弁等の詰まりを防止することができる。
【００１０】
粒径１μｍを中心とする粒径分布を持つ銅粉を異物として、実際の冷媒中に存在する量を冷媒に相当するフッ素系化合物の液体に混入し、銅製発泡金属の孔径と異物の捕捉率に対する関係について模擬実験を行なった。評価に使用した銅製発泡金属としては、孔径が３０μｍ、５０μｍ、１５０μｍの３種類で、大きさは２．５ｃｍ×３．０ｃｍ×１．８ｍｍのものである。実際の冷凍サイクルを想定して、６ヶ月に相当する時間、銅粉を捕捉させた結果、孔径３０μｍでは３０％、孔径５０μｍでは３３％、孔径１５０μｍでは１５％の捕捉率が得られた。この結果、粒径１μｍの銅粉異物に対して、これらの中では、孔径５０μｍの発泡金属が最も捕捉率が高いことが明らかになった。これは、孔径５０μｍの発泡金属では、孔径３０μｍのものと比較して、孔径が大きいため銅粉が発泡金属の内部に入り込み易いため高い捕捉率が得られる。孔径５０μｍの発泡金属では、孔径１５０μｍのものと比較すると、孔径が小さいため銅粉が発泡金属を透過する割合が低いため、高い捕捉率が得られる。また、発泡金属の孔径の大きさに係わらず発泡金属の厚さが厚いほど捕捉率は増加する。このように、発泡金属の孔径と異物捕捉率には密接な関係があり、粒径１μｍの銅粉では、孔径が３０μｍ未満あるいは１５０μｍより大きい場合では捕捉率が１０％以下となり充分な効果が得られない。以上の結果から、粒径の小さい異物５を捕捉する微粒子捕捉体として使用する発泡金属３の孔径としては、３０〜１５０μｍであれば充分な効果が期待できる。粒径の小さい異物を、さらに効率よく捕捉するためには、孔径が３０〜５０μｍであることが望ましい。
【００１１】
図３は冷凍サイクルに、実施の形態１の異物除去器１を設置することを想定した場合における経過年数（運転時間）に対する異物捕捉率の変化を測定した結果を示すものである。測定は、粒子径１μｍの銅粉異物、微粒子捕捉体として孔径５０μｍ、大きさ２．５×３．０ｃｍ、厚さ２ｍｍの銅製発泡金属を用いて実施した。その結果、運転１年目で約５０％、３年目で約６０％、５年目で約７５％の異物を捕捉することができた。実際には、有機劣化物や摩耗粉等の粒径の小さい異物は冷凍空調機の運転により発生するため、異物の発生量と冷凍サイクル内の部品への付着量は、運転当初は少ないが運転時間に従い増加し、冷凍サイクルに設置された電磁膨張弁、四方弁等の詰まりの発生する可能性が高くなる。この例に示すように微粒子捕捉体として発泡金属を用いたフィルタを設置することで、粒径の小さい異物を除去し、電磁膨張弁、四方弁等の詰まりを防止する効果が期待される。なお、捕捉に必要な発泡金属の体積は、適用する冷凍サイクルの配管の体積、異物の径や異物の量によって決まるので、それに合わせればよい。
【００１２】
このように本実施の形態１による異物除去器１では、銅配管２の内壁に微粒子捕捉体である銅製発泡金属３を設置しているので、電磁膨張弁、四方弁等の詰まりが防止できるだけでなく、従来使用されているフィルタのように異物の吸着量が増加しても、冷媒の流量を低下させることがない。従って、この異物除去器１を設置した冷凍空調機においては冷凍能力を低下させることなく、電磁膨張弁、四方弁の詰まりを防止でき、また、構造上、異物除去器１自体が目詰まりを起こすことがないので、交換する必要もなく、長期的な信頼性を確保することができる効果を奏する。
【００１３】
実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２における異物除去器の構造を示す横断面図および縦断面図である。
実施の形態１では、異物除去器１として銅配管２の内壁に円筒形の銅製発泡金属３を設置する構成としたが、銅配管２の内壁に、板状あるいは螺旋板形状の銅製発泡金属を固着する方法がある。図４は、配管内に螺旋板形状の銅製発泡金属７を固着した実施の形態２を示すもので、これにより銅製発泡金属３と冷媒４が接触する面積を増やすことができ、異物の捕捉率が向上する。また、銅製発泡金属３に対して冷媒４が接触する構成であれば、取り付け位置等、特に制限はない。
【００１４】
実施の形態３．
図５は、本発明の実施の形態３における異物除去器の構造を示す横断面図および縦断面図である。
実施の形態３による異物除去器は、実施の形態１における銅配管２の中心部に銅製の棒状体８を設置したものである。銅配管２の中心部に導製の棒状体８を設置することにより、銅配管２内に乱流９を発生させ、冷媒４の中に混入している粒径の小さい異物５が、発泡金属に衝突する頻度を増加させたものである。これにより、粒径の小さい異物５の捕捉率が向上し、冷凍サイクル中の異物の除去率を向上させる効果がある。なお、銅製の棒状体８には、溝や突起が設けられていてもよい。
本実施の形態３では、乱流を発生させるため、銅製発泡金属３が固着された銅配管２の中心部に銅製の棒状体８を設置する構成を示したが、乱流がおこる構成であればよく、特に限定されるものではない。乱流を起こす構成の他の具体例としては、配管の中心部にコイル状の針金を設置する方法であってもよい。また、棒状体の材料として、本実施の形態では、銅製のものを使用したが、他の材料であっても同様の効果を奏する。
【００１５】
実施の形態４．
図６は、本発明の実施の形態４における異物除去器を適用した冷凍空調機の冷凍サイクルの冷媒回路を示す図である。
図６において、冷凍空調機の例としてルームエアコンの冷媒回路１０を示すものであり、圧縮機１１、マフラー１２、四方弁１３、冷房時に凝縮器となり、暖房時に蒸発器となる室外熱交換器１４、異物除去器１５、ストレーナフィルタ１６、減圧器としての毛細管１７と電磁膨張弁１８、毛細管１９、ストレーナフィルタ２０、異物除去器２１、冷房時に蒸発器となり、暖房時に凝縮器となる室内熱交換器２２、アキュムレータ２３、マフラー２４が順次、銅配管２５で連結されて冷凍サイクルが構成されている。
次に、この動作について説明する。まず、通常の冷房運転では、圧縮機１１で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気は、マフラー１２、四方弁１３を介して凝縮器として動作する室外熱交換器１４で凝縮液化し、異物除去器１５、ストレーナフィルタ１６を通る。この際、粒径の小さい異物は異物除去器１５で、粒径の大きい異物はストレーナフィルタ１６で、それぞれ除去される。この後、液冷媒は、減圧器としての毛細管１７と電磁膨張弁１８で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となり、毛細管１９、ストレーナフィルタ２０、異物除去器２１を通る。ここでも、粒径の小さい異物は異物除去器２１で、粒径の大きい異物はストレーナフィルタ１９でそれぞれ除去される。さらに蒸発器として動作する室内熱交換器２２に流入して蒸発し、この蒸発した冷媒は、銅配管２５および四方弁１３、アキュムレータ２３、マフラー４を通って、圧縮機１１に戻り、再び圧縮され前述した動作を繰り返す。
【００１６】
また、暖房運転時には、圧縮機１１で圧縮された高温高圧の冷媒蒸気は、マフラー１２、四方弁１３を通って、銅配管２５により凝縮器として動作する室内熱交換器２２に流入し、凝縮液化する。この凝縮した液冷媒は、異物除去器２１、ストレーナフィルタ２０を通り、粒径の小さい異物は異物除去器２１で、粒径の大きい異物はストレーナフィルタ２０でそれぞれ除去される。さらに、毛細管１９と電磁膨張弁１８で減圧され、低温低圧の気液二相冷媒となって、毛細管１７、ストレーナフィルタ１６、異物除去器１５、ここで、粒径の大きい異物はストレーナフィルタ１６、粒径の小さい異物は異物除去器１５で、それぞれ除去される。その後、蒸発器として動作する室外熱交換器１４に流入して蒸発し、この蒸発した冷媒は、銅配管２５および四方弁１３、アキュムレータ２３、マフラー２４を通って、圧縮機１１に戻り、再び圧縮され前述した動作を繰り返す。
【００１７】
このように、冷凍サイクルに異物除去器１５、２１を設置することにより、循環する冷媒中に混入している粒径の小さい異物を除去することができ、電磁膨張弁１８や四方弁１３の詰まりを予防し、長期的な信頼性で冷凍空調機を運転することが可能となる。異物除去器自体も目詰まりを起こし難い構造であるため、交換が不要となる効果がある。
異物除去器１５、２１は継ぎ手等を利用することにより、冷凍サイクルの銅配管２５に脱着、装着を可能に取り付けることもできる。
異物除去器の冷凍サイクル内における設置場所は特に限定されないが、冷凍サイクル内で冷媒流量が遅い冷媒が液体状態である部分に設置することが異物の除去に対してより有効である。そこで、冷房運転時と冷房運転時で、電磁膨張弁１８の前後で、冷媒が液体状態と気液二相状態が入れ替わるため、実施の形態４では、２台の異物除去器１５、２１を設置しているが、異物除去器の能力を上げることにより、１台でも効果を発揮することは可能である。
【００１８】
本発明の実施の形態１から４では、３次元網目構造を持つ微粒子捕捉体（フィルタ）として銅製の発泡金属を用いたが、３次元網目構造を持つものであれば、前述したようなフィルタの役割を果たすものであればよく、材質は特に限定されるものではなく、ステンレス製、セラミック製、あるいはフッ素系樹脂等の有機樹脂製であっても同等の効果を奏する。
【００１９】
さらに、本発明の実施の形態では、異物除去器を冷凍空調機の冷媒中の異物を除去するために使用する場合について述べたが、他の液体や気体中の異物を除去するために利用できることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】実施の形態１における異物除去器の構造を示す横断面図および縦断面図である。
【図２】実施の形態１に使用される銅製発泡金属の構造を示す図である。
【図３】実施の形態１における異物除去器を冷凍空調機に設置したときの経過年数に対する異物捕捉率の関係を示す図である。
【図４】実施の形態２における異物除去器の構造を示す横断面図および縦断面図である。
【図５】実施の形態３における異物除去器の構造を示す横断面図および縦断面図である。
【図６】実施の形態４における異物除去器を適用した冷凍空調機の冷凍サイクルの冷媒回路を示す図である。
【符号の説明】
【００２１】
１、１５，２１  異物除去器
２、２５  銅配管
３  銅製発泡金属
４  冷媒
５  粒径の小さい異物
７  銅製の棒状体
８  螺旋板状発泡金属
９  冷媒（乱流）
１０  冷媒回路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
2006084110.tif 000006
【図５】
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【図６】
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