(57)【要約】【課題】  冷媒配管の圧力損失を減らして冷凍サイクル装置の性能を向上させる。【解決手段】  冷凍サイクル装置１は、冷媒を圧縮する圧縮機１４、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器２０、凝縮された冷媒を減圧する減圧手段３０、減圧された冷媒を蒸発させて圧縮機１４に戻す蒸発器２８を含んでなり、冷媒を通流する冷媒配管３３ａ〜３３ｆの内表面４０に界面活性剤又は撥水剤の少なくとも一方を含む膜４２が形成される構成とする。【選択図】  図２  
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮された冷媒を減圧する減圧手段と、該減圧された冷媒を蒸発させて前記圧縮機に戻す蒸発器とを含んでなる冷凍サイクル装置において、前記冷媒を通流する冷媒配管の内表面に界面活性剤又は撥水剤の少なくとも一方を含む膜が形成されてなることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項２】
前記膜が形成された前記冷媒配管は、前記凝縮器と前記蒸発器とを接続する冷媒配管、前記蒸発器と前記圧縮機とを接続する冷媒配管の少なくとも一方であることを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
【請求項３】
冷凍サイクルを構成する冷媒配管を通流する冷媒に界面活性剤又は撥水剤の少なくとも一方を添加して循環させることにより、前記冷媒配管の内表面に界面活性剤又は撥水剤の膜の少なくとも一方を含む膜を形成することを特徴とする冷媒配管内面の膜形成方法。
【請求項４】
冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、該凝縮された冷媒を減圧する減圧手段と、該減圧された冷媒を蒸発させて前記圧縮機に戻す蒸発器とを含んでなる冷凍サイクル装置において、前記冷媒配管の内表面に複数の凹みが形成されてなることを特徴とする冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記冷媒配管の内表面と前記凹みの側面とにより形成される角部は、９０度より大きく１８０度より小さい角であることを特徴とする請求項４に記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍サイクル装置に関し、特に冷媒配管の流体摩擦を低減する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍サイクル装置は、冷媒を圧縮機により圧縮し、圧縮された冷媒の熱を凝縮器により例えば大気中に放熱させて冷媒を凝縮し、凝縮された冷媒を減圧部により減圧し、減圧された冷媒を蒸発器で蒸発させることにより例えば水、空気などの２次冷媒を冷却するように構成されている。
【０００３】
このような冷凍サイクル装置において、冷凍サイクルの成績係数（ＣＯＰ）を向上させるため、消費エネルギ等を低減させることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。これによれば、蒸発器で冷却された水が配管内面で氷結して配管における圧力損失が増大するのを抑えるため、水の通流配管の内表面の離水性を向上させて氷結を防止するようにしている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−６６０８１
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の従来技術では、冷凍サイクルの冷媒配管の圧力損失の低減に関しては配慮されていない。すなわち、例えばビル空調設備の冷凍サイクルの場合、ビルの屋上に設置される室外機と室内に設置される室内機とを接続する冷媒配管が設けられるから、その冷媒配管の配管長は、例えば１００ｍを超えるなど比較的長いものになる。したがって、冷媒配管の圧力損失が増大して冷凍サイクルのＣＯＰ性能が低下するという問題がある。
【０００６】
本発明の課題は、冷媒配管の圧力損失を減らして冷凍サイクル装置の性能を向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、基本的に冷媒配管内面の流体摩擦抵抗を減らして冷媒配管の圧力損失を低減させることを本旨とする。具体的には、冷媒配管は銅などを成形して製造されるから内表面が比較的粗面になるのが一般的であるため、冷媒配管に冷媒が通流するとき、冷媒配管の内表面と冷媒との間に流体摩擦抵抗が発生する。したがって、冷媒配管の配管長が比較的長くなった場合には、冷媒に作用する流体摩擦力が大きくなるため、その流体摩擦力に起因して圧力損失が増大する。
【０００８】
そこで、上記課題を解決するため、冷媒配管の内表面に界面活性剤又は撥水剤の少なくとも一方を含む膜を形成する構成とする。これにより、冷媒配管の冷媒は、界面活性剤又は撥水剤を含む膜に接触して通流することになるから、流体摩擦力が小さくなるので冷媒配管の圧力損失を減らすことができる。
【０００９】
この場合において、膜が形成された冷媒配管は、凝縮器と蒸発器とを接続する冷媒配管と蒸発器と圧縮機とを接続する冷媒配管とすることが望ましい。
【００１０】
このような膜を冷媒配管の内面に形成する方法としては、冷凍サイクルを構成する冷媒配管を通流する冷媒に界面活性剤又は撥水剤の少なくとも一方を添加して循環させることにより、冷媒配管の内表面に界面活性剤又は撥水剤の膜の少なくとも一方を含む膜を形成することが好ましい。すなわち、冷媒配管の内表面には冷凍機油の一部が付着するから、添加された界面活性剤又は撥水剤は、冷媒配管の内表面に付着した冷凍機油に混ざり、界面活性剤又は撥水剤を含んだ膜が形成される。この方法によれば、既設の冷凍サイクル装置でも容易に膜を形成することができる。
【００１１】
上記の膜に代えて、冷媒配管の内表面に複数の凹みを形成した構成にしてもよい。この場合、冷媒配管の内表面と凹みの側面とにより形成される角部が、９０度より大きく１８０度より小さい角にすることが好ましい。これにより、冷媒配管の表面近くを流れる冷媒は、複数の凹みに流れ込むことにより、速度や大きさなどが異なる複数の渦が発生して冷媒配管の内表面にいわゆる乱流層が形成される。したがって、冷媒配管を通流する冷媒の主流は、冷媒配管の内面に直接的に接触せずに乱流層を介して通流することになる。その結果、主流と乱流という流体同士の接触になるため、主流の冷媒に作用する流体摩擦抵抗は小さくなる。
【００１２】
この冷媒配管の内表面については、凸部を形成するようにするなど様々な態様が考えられるが、要するに、凹部に限らず冷媒配管の内表面に乱流層が形成されるような形状であればよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、冷媒配管の圧力損失を減らして冷凍サイクル装置の性能を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
（実施形態１）本発明を適用してなる冷凍サイクル装置の第１の実施形態について図１乃至図３を参照して説明する。本実施形態は、ビル空調設備の冷媒配管の内表面に界面活性剤の膜を形成することにより、冷媒配管の圧力損失を減らすようにした一例である。図１は、本発明を適用してなる冷凍サイクル装置の系統図、図２は、冷媒配管の径方向の断面図、図３は、冷媒配管の圧力損失と能力比率を説明する線図である。
【００１５】
図１に示すように、ビル空調設備の冷凍サイクル装置１は、ビルの屋上に設置される室外ユニット１０、室内に設置される室内ユニット１２などから構成されている。室外ユニット１０は、ガス冷媒を高圧に圧縮する圧縮機１４、冷房運転時には凝縮器として作用してガス冷媒の熱を大気に放熱させて冷媒を凝縮し、暖房運転時には蒸発器として作用して液冷媒の蒸発熱を大気に放熱する熱交換器２０、暖房運転時に減圧手段として作用する絞り機構２４などを備えている。
【００１６】
室内ユニット１２は、冷房運転時に減圧手段として作用する絞り機構３０、冷房運転時には蒸発器として作用して液冷媒の蒸発熱を大気に放熱し、暖房運転時に凝縮器として作用して圧縮されたガス冷媒の熱を大気に放熱させて冷媒を凝縮する熱交換器２８などを備えている。また、熱交換器２０に空気などを送風する送風機２２、熱交換器２８に空気などの２次冷媒を送風する送風機３２が設けられている。また、圧縮機１４に導入されるガス冷媒から液状成分を取り除く気液分離器１６、熱交換器２０と室内ユニットとの間に通流する液冷媒量を調整する液タンク２６、冷房運転と暖房運転を切り換える四方切換弁１８などを有している。
【００１７】
このように構成されるビル空調設備の冷凍サイクル装置においては、冷媒配管３３ｄ、３３ｅは、ビルの屋上に設置される室外ユニット１０から室内に設置される室外ユニット１２に接続して設けられるから、冷媒配管３３ｄ、３３ｅの配管長は、例えば１００ｍを超える比較的長いものになる。したがって、図３に示すように、圧力損失が例えば０．４ＭＰａを超えるため、冷凍サイクル装置の能力比率、つまりＣＯＰ性能が６０％程度と低下する。この点、本実施形態では、冷媒配管３３ｄ、３３ｅの内表面に界面活性剤の膜を形成することにより、冷媒配管３３ｄ、３３ｅの圧力損失を減らすようにしている。
【００１８】
ここで、冷媒配管３３ｅを一例として圧力損失の低減方法について説明する。図２に示すように、冷媒配管３３ｅは、銅などを成形して製造されているため、冷媒配管３３eの内表面４０は比較的粗面になるのが一般的である。したがって、冷媒配管３３ｅ内に冷媒が通流するとき、冷媒配管３３ｅの内表面４０と冷媒との間に流体摩擦力が発生する。ビル空調設備では冷媒配管３３ｅが比較的長いものになるから、冷媒配管３３ｅを通流する冷媒に作用する流体摩擦力が増大して圧力損失が発生する。そこで、本実施形態では、冷媒配管３３ｅの内表面４０に界面活性剤を含む膜４２を形成している。これにより、冷媒配管３３ｅの冷媒は、界面活性剤を含む膜４２に接触して通流することになるから、流体摩擦抵抗が小さくなるため、冷媒配管３３ｅの圧力損失を減らすことができる。
【００１９】
本実施形態によれば、図３に示すように、冷媒配管３３ｅの圧力損失は、配管長が例えば１５０ｍの部分で０．４ＭＰａから０．２ＭＰａに減らすことができた。その結果、冷凍サイクル装置の能力比率は、例えば６０％から８０％に向上することができ、省エネルギ化を図ることができた。
【００２０】
この場合において、膜に撥水剤が含まれるようにしてもよい。要するに、冷媒配管３３ｅの内表面４０より滑らかな膜４２を形成できるものであればよい。ただし、冷媒や冷凍機油を劣化させないものを選択する。また、主として配管長が比較的長くなる冷媒配管３３ｄ、３３ｅの内表面に膜４２を形成する例を説明したが、全ての冷媒配管３３ａ〜３３ｆに膜４２に膜４２を適宜形成すればよい。
【００２１】
なお、冷媒配管３３ａは圧縮機１４と四方切換弁１８、冷媒配管３３ｂは四方切換弁１８と熱交換器２０、冷媒配管３３ｃは熱交換器２０と液タンク２６、冷媒配管３３ｄは液タンク２６と熱交換器２８、冷媒配管３３ｅは熱交換器２８と四方切換弁１８、冷媒配管３３ｆは四方切換弁１８と気液分離器１６、冷媒配管３３ｇは気液分離器１６と圧縮機１４を接続するものである。
【００２２】
また、既設のビル空調の冷媒配管に膜４２を形成するとき、機器構成の移動や変更などを伴うから作業が煩雑になる。そこで、冷媒配管３３a〜３３ｆを通流する冷媒に界面活性剤又は撥水剤の少なくとも一方を添加して循環させるようにする。すなわち、ガス状の冷媒が通流する冷媒配管３３ｅの内表面には冷凍機油の一部が付着しているから、冷媒に添加された界面活性剤又は撥水剤は、冷媒配管３３ｅの内表面に付着した冷凍機油に混ざることで、界面活性剤又は撥水剤を含んだ膜４２が形成される。この方法によれば、既設の冷凍サイクル装置でも膜４２を容易に形成することができる。
【００２３】
（実施形態２）本発明を適用してなる冷凍サイクル装置の第２の実施形態について図４、図５を参照して説明する。本実施形態が第１の実施形態と異なる点は、冷媒配管３３ａ〜３３ｆの内表面に界面活性剤を含む層４２を形成することに代えて、複数の凹み４４、４６を形成したことにある。図４は、冷媒配管３３ａの内表面の正面図、図５は、冷媒配管３３ａの軸方向の断面図である。
【００２４】
図４に示すように、冷媒配管３３ａの内表面４０は、ゴルフボールの表面形状と類似したディンプル形状に加工されている。例えば、複数の凹み部４４と複数の凹み部４６が冷媒配管３３ａの内表面４０に配列されている。凹み部４４は、円形に形成されると共に冷媒配管３３ａの厚み方向に凹んでいる。その凹みの側面４８と内表面４０とにより角部５０が形成され、形成された角度（θ）は９０度より大きく１８０度より小さい鈍角になっている。また、凹み部４６は、凹み部４４より径が小さい円形に形成され、凹み部４４と同様に、冷媒配管３３ａの厚み方向に凹んでいる。
【００２５】
本実施形態によれば、冷媒配管３３ａの表面近くを流れる冷媒は、複数の凹み部４４、４６に流れ込むことにより、速度や大きさなどが異なる複数の渦が発生して冷媒配管３３ａの内表面にいわゆる乱流層が形成される。したがって、冷媒配管３３ａを通流する冷媒の主流は、内表面４０に直接に接触せずに乱流層を介して通流することになる。その結果、主流と乱流層という流体同士の接触になるから、主流の冷媒に作用する流体摩擦抵抗は小さくなる。
【００２６】
また、冷媒配管３３ａの内表面４０については、様々な態様が考えられる。例えば、図６に示すように、複数の凸部５２を形成するようにしてもよい。その場合も、凸部５２の側面５３と内表面４０により形成される角度は、９０度より大きく１８０度より小さくなるようにされている。これにより、各凸部５２の間には実質上凹みが形成されるから、その凹みに冷媒が流れ込む結果、冷媒配管３３ａの内表面に乱流層が形成されるので、流体摩擦抵抗を小さくできる。なお、冷媒配管３３ａの内表面に凹み部４４を形成するようにすれば、凸部５２を形成する場合に比べ、冷媒の流路を大きく確保できるという利点がある。
【００２７】
また、図４では、冷媒配管３３ａを容易に成形できるようにするため、異なる２種類の凹み部４４と凹み部４６とが配列された例を説明したが、複数種類の凹み部を形成するようにしてもよい。要するに、冷媒配管３３ａの内表面に乱流層が形成されるような形状であればよい。
【００２８】
以上、実施形態に基づいて本発明に係る冷凍サイクル装置を説明したが、例えば、図７に示すように、マルチ空気調和機にも適用することができる。マルチ空気調和機は、同一構成の室内ユニット１２を複数備えたものである。各室内ユニット１２は、冷媒配管５６、５８を介して冷媒配管３３ａ、３３ｄに接続されるようになっている。このようなマルチ空気調和機では、冷媒配管の配管長が比較的長くなるから、冷媒配管の圧力損失も増大する。この点、本発明を適用すれば、圧力損失を低減することができるから、冷凍サイクルのＣＯＰ性能が低下することを抑制できる。したがって、駆動力が大きいポンプなどが必要なくなるため、冷凍サイクル装置の小型化を図ることができ、設備費用を圧縮することができる。
【００２９】
さらに、氷蓄熱方式の空気調和機、１冷凍サイクル内で冷房と暖房を同時に行ういわゆる冷暖同時型の空気調和機や冷凍機などにも適用することができる。
【００３０】
なお、冷媒配管内の流体摩擦抵抗を減らすために、配管径を大きくすることにより、通流する冷媒の速度を遅くすることも考えられる。しかし、配管径を大きくすることから、必要な冷媒量の増加、冷媒配管の大型化、冷媒配管の材料費の増加、冷媒配管の加工性の悪化、環境、費用、工事性などの問題が発生する。この点、本発明によれば、冷媒配管の配管径を大きくせずに流体摩擦抵抗を減らすのができる。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の一実施形態実施形態の冷凍サイクル装置の系統図である。
【図２】本発明の一実施形態の冷媒配管の径方向の断面図である。
【図３】本発明の一実施形態の圧力損失と能力比率を示す線図である。
【図４】本発明の他の実施形態の冷媒配管の正面図である。
【図５】本発明の他の実施形態の冷媒配管の軸方向の断面図である。
【図６】本発明の他の実施形態の冷媒配管の軸方向の断面図である。
【図７】本発明を適用したマルチ空気調和機の系統図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  冷凍サイクル装置
１４  圧縮機
２０  熱交換器
２４、３０  絞り機構
２８  熱交換器
３３ａ〜３３ｆ  冷媒配管
４２  膜
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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