冷媒キャピラリーチューブ計算ツールの使い方
冷媒キャピラリーチューブ計算ツールは、小型冷蔵庫やエアコンなどの蒸気圧縮式冷凍サイクルで減圧装置（固定絞り）として使用されるキャピラリーチューブの推奨長さ範囲と冷媒質量流量を、実験的スケーリングモデルに基づいて簡易計算するツールです。
- 冷媒の種類を選択 — R134a、R22、R410A、R600a（イソブタン）、R290（プロパン）、R404A、R407Cから選択します。各冷媒には標準選定チャートに基づくスケーリング係数が設定されています。
- 冷却能力 Q（W）を入力 — 定格運転条件における蒸発器の冷却能力（冷凍能力）をワット単位で入力します。
- 蒸発温度 T_e と凝縮温度 T_c を入力 — 各熱交換器における飽和温度を入力します（外気温度や庫内温度ではなく冷媒の飽和温度です）。
- 過冷却度（サブクール）を入力 — キャピラリーチューブ入口における冷媒液体の過冷却度（K）を入力します。過冷却度が大きいほど流量が増加し、必要な管長は短くなります。
- 予定している内径 d（mm）を入力 — 一般的なキャピラリーチューブの内径は0.6mm〜2.5mm程度です。内径が小さくなるほど同じ流量を得るために必要な長さは長くなります。
- 計算結果の確認 — 推奨される長さの範囲（L_min 〜 L_max）および推定冷媒質量流量 ṁ が表示されます。実機試作や配管選定の参考にしてください。
キャピラリーチューブの計算式と理論
本ツールでは、ASHRAEおよび主要コンプレッサーメーカーの選定データをベースとした実験的相関式を使用してキャピラリーチューブの長さと内径を算出しています：
L_base = 2.5 · f_ref · (Q/1000)^0.35 · (ΔT_sys/40)^0.25 · (0.8/d)² · (1 + sub/40)
L_min = 0.85 · L_base
L_max = 1.20 · L_base
ṁ ≈ Q / h_fg （簡略式；h_fg ≈ 200 kJ/kg）| 記号 | 意味 | 単位 |
|---|---|---|
| L_base | 基準キャピラリーチューブ長 | m |
| f_ref | 冷媒ごとの固有スケーリング係数 | — |
| Q | 蒸発器の冷却能力 | W |
| ΔT_sys | システム温度差（T_c − T_e） | K |
| d | キャピラリーチューブ内径 | mm |
| sub | 入口過冷却度（サブクール） | K |
| ṁ | 冷媒質量流量 | kg/s |
キャピラリーチューブの長さは内径の二乗に逆比例（$d^{-2}$）するため、内径のわずかな違いが長さに非常に大きく影響します。また、液過冷却度を0 Kから10 Kに増加させると、必要な長さは約25%短縮されます。本計算は概算モデルであり、厳密な設計には二相流圧力降下シミュレーションや実機での過熱度試験・流量試験が必要です。
冷媒キャピラリーチューブ計算ツールの活用シーン
- 小型冷蔵庫・冷凍庫の事前試作・選定 — 実機カロリーメーター試験前のプロトタイプ作成時に、初期検討用としてのキャピラリーチューブ長さを把握する。
- 小型エアコン（ウインドクーラー・スポットエアコン）の研究開発 — 3kW程度までの小容量システムにおいて、キャピラリーチューブのサイズ選定や長さ試算の起点とする。
- 冷凍空調技術者の教育・学習 — 冷却能力、システム温度差、過冷却度、管径がキャピラリーチューブの抵抗や減圧特性に与える影響を直感的に理解する。
- 自然冷媒（R290・R600a）導入時の検討 — HFC系冷媒からHC系自然冷媒へ移行する際、適切な補正係数を考慮した配管サイズの試算を行う。
- 冷媒レトロフィットの評価 — 既存装置の冷媒をR22からR407CやR410Aへ変更する際のキャピラリーチューブの長さを比較・試算する。
- ヒートポンプシステムの選定評価 — 冷房・暖房双方の運転条件におけるキャピラリーチューブの減圧能力や流量範囲の検討を行う。