JP2005226987A - 空調機の室外ユニットの配管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 空調機の室外ユニットの振動を減少する室外ユニットの配管構造の提供。
【解決手段】 ケース、前記ケースの内部に取り付けられる室外熱交換器（２）、室外ファン（３）、冷媒を圧縮するための圧縮機（１）、冷媒の流動方向を正方向または逆方向に調節する四方弁（７）を含む空調機の室外ユニットにおいて、室外熱交換器と四方弁とを連結する室外側連結管（１４）と、四方弁を室内熱交換器側に連結する室内側連結管（１３）と、四方弁と圧縮機の吸入端とを連結し、室外側連結管の長さと室内側連結管の長さとの和の１〜０．３倍の長さに形成される吸入管（１１）と、四方弁と圧縮機の吐出端とを連結する吐出管（１２）とを含む。
【選択図】 図１

Description

本発明は、空調機の室外ユニットの配管構造に関する。詳しくは、室外ユニットの振動を低減することができる空調機の室外ユニットの配管構造に関する。特に、圧縮機から発生する振動が伝達される配管が、共振などにより振動が集中する現象を抑制することで、空調機の室外ユニットの全体構造に発生する振動を一層低減させることができる空調機の室外ユニットの配管構造に関する。

一般の空調機は、冷媒の圧縮および凝縮、膨張、蒸発過程を経て生成された冷気がシステム内部を循環しながら、使用者が希望する系の温度および／または湿度を調節する機器である。

かかる空調機は、室内に位置する室内機と、室外に設置され、必要とならない熱または冷気を放出する室外ユニットとで構成される。なお、前記室外ユニットの内部には、熱が交換される室外熱交換器、強制風動を起こす室外ファン、および冷凍サイクル内部を冷媒が強制流動するようにする圧縮機が配置されるのが一般である。前記圧縮機は、圧縮機自体の動作中に騒音が発生するため、通常、室外ユニット内に設けられ、室内の騒音環境を改善するようにする。

しかし、近年、室内環境が狭くなり、それによって、室内空間と室外ユニットの設置位置とが近くなり、室外ユニットの騒音が室内に伝わることが多いため、室外ユニットの動作中に発生する騒音を減らすための研究が盛んに行われている。特に、窓に設置するタイプの空調機のように、室外機と室内機とが一体型である場合は、騒音の問題が一層深刻になる。

なお、室外ユニットの騒音原因は、大別して、室外ファンの動作中に発生する騒音と、圧縮機の動作中に発生する騒音とがあり、本発明では、圧縮機の動作中に発生する騒音の改善を主な対象としている。前記圧縮機から発生する騒音は、配管を介して伝播していくのが一般である。特に、圧縮機の吸入側に連結され、配管の剛性が高く偏心が大きな吸入管を介して大きくかつ多く伝播される。

さらに、前記吸入管は、配管の伝達力を減少させるため他の配管に比べて比較的長く形成されているが、これにより、吸入管の振動集中がより大きく誘発されるという問題点がある。特に、前記吸入管のほぼ中心部分での振動が、共振などの影響で一層大きくなる。また、吸入管の振動集中によって配管の疲労が累積して破損が起こるという問題点がある。

また、室外ユニットに設けられる圧縮機として、圧縮機の回転数が可変する可変型圧縮機のように多様な周波数の振動が発生する圧縮機が使用される場合は、多様な周波数の振動により共振現象が一層増幅され、前記吸入管の振動問題は、一層深刻になる。また、前記回転数可変型圧縮機は、インバータ制御により冷媒の圧縮容量に応じて圧縮機の回転数が可変されるものであって、近年、その使用が増加しつつある。

本発明の目的は、室外ユニットから発生する騒音を減らすことができる空調機の室外ユニットの配管構造を提供することにある。

本発明の他の目的は、室外ユニットの配管に対して適切な形態および長さを提案することで、配管の疲労による破損を抑制することができる空調機の室外ユニットの配管構造を提供することにある。

上記の目的を達成するための本発明の一側面によれば、本発明に係る空調機の室外ユニットの配管構造は、ケース、前記ケースの内部に取り付けられる室外熱交換器、室外ファン、冷媒を圧縮するための圧縮機、前記冷媒の流動方向を正方向または逆方向に調節する四方弁を含む空調機の室外ユニットの配管構造であって、前記室外熱交換器と前記四方弁とを連結する室外側連結管と、前記四方弁を室内熱交換器側に連結する室内側連結管と、前記四方弁と前記圧縮機の吸入端とを連結し、前記室外側連結管の長さと前記室内側連結管の長さとの和の１〜０．３倍の長さに形成される吸入管と、前記四方弁と前記圧縮機の吐出端とを連結する吐出管とを含む、ことを特徴とする。

本発明の他の側面によれば、本発明の空調機の室外ユニットの配管構造は、ケース、前記ケースの内部に取り付けられる室外熱交換器、室外ファン、冷媒を圧縮するための圧縮機、前記冷媒の流動方向を正方向または逆方向に調節する四方弁、前記室外熱交換器と前記四方弁とを連結する室外側連結管、前記四方弁を室内熱交換器側に連結する室内側連結管、前記四方弁と前記圧縮機の吸入端とを連結する室外側連結管、前記四方弁と前記圧縮機の吐出端とを連結する吐出管を含む空調機の室外ユニットであって、前記吸入管の振動が円滑に移動分散されるように、前記室外側連結管の長さと前記室内側連結管の長さとの和が前記吸入管の長さより長い、ことを特徴とする。

本発明によれば、室外ユニットの配管から発生する振動を効果的に減少させることができる。
また、室外ユニットの主な振動発生地点である吸入管から発生する振動を抑制することができる。特に、吸入管の中心部における共振などの影響による振動を低減させることにより、配管の疲労を低減させることができる。

以下、図面を参照して本発明の思想が適用される好適な実施例を詳述する。
図１は、本発明の思想に適用される冷凍システムの構成を示す図である。
図１に示されたように、冷媒を圧縮する圧縮機１と、室外側で熱交換を行うための室外熱交換器２と、室外熱交換器２に強制風動を加える室外ファン３と、冷媒を膨張させる膨張弁４と、室内側で熱交換を行うための室内熱交換器５と、室内熱交換器５に強制風動を加える室内ファン６と、冷凍サイクル内で冷媒の流動方向を正方向または逆方向に切り換えて冷凍サイクルを空調サイクルまたはヒートポンプに切り換えるための四方弁７とを含む。また、前記四方弁７と圧縮機の吸入側とを連結する吸入管１１と、四方弁７と圧縮機の吐出側とを連結する吐出管１２と、四方弁７とサービス弁１５とを連結する室内側連結管１３と、四方弁７と室外熱交換器２とを連結する室外側連結管１４とを含む。

前記吸入管１１、吐出管１２、室内側連結管１３および室外側連結管１４内部の冷媒流動方向は、四方弁７により制御できる。換言すれば、四方弁７の切り換え動作により、前記吐出管１２が室外側連結管１４と連結され、吸入管１１が室内側連結管１３と連結されると、室内を冷房する一般の空調機として動作する。また、吐出管１２が室内側連結管１３と連結され、吸入管１１が室外側連結管１４と連結されると、室内を暖房するヒートポンプとして動作する。

なお、本発明では、室外ユニットで発生する騒音を減らすことを主な目的とするが、室外ユニットの全体、特に室外ユニットの吸入管から発生する振動の原因を本発明者等が分析した結果、前記圧縮機の吸入管の振動および騒音は、吸入管の長さによるもので、特に、吸入管のほぼ中心部の振動および震えが配管全体の騒音に主な影響を及ぼすことがわかるようになった。

また、前記吸入管の好ましい長さは、室外熱交換器と四方弁とを連結する連結管の長さと、四方弁とサービス弁とを連結する連結管の長さとの和に対する、圧縮機と四方弁とを連結する吸入管の全体長さに依存することを見つけた。本発明者等は、かかる要因に関する好ましい相関関係を提案し、空調機の室外ユニットから発生する騒音を一層低減させることができる室外ユニットの配管構造を提示する。

図２は、本発明に係る室外ユニットの斜視図である。
図２に示されたように、室外ユニットの内部構成は、圧縮機１、室外熱交換器２、室外ファン３、四方弁７、吸入管１１、吐出管１２、室内側連結管１３および室外側連結管１４を含む。また、室内側連結管１３の端部から室外ユニットの外部へ引き出される部分にサービス弁１５が形成されている。前記サービス弁１５は、配管内部の真空状態形成、空調システムの一時使用中止および冷媒の排出・注入などの場合に使用されるもので、室外ユニットのケースの外側に突出形成される。

また、前記吸入管１１は、適切な長さに形成されるように圧縮機１のほぼ上側から側面に突出した後、圧縮機の下側まで延びてから折り曲げられて上方に延びる。このように圧縮機のほぼ上下部で管路がルーピングしているために、所定長さ以上の吸入管１１を得ることができる。さらには、前記吸入管１１が下方に折り曲げられた部分は、吸入管１１全体長さの中央部であって、吸入管１１において振動が集中する部分であるため、この部分における振動を減少させることに本発明の他の目的がある。

かかる目的を達成するため、吸入管１１の全体長さは、室外側連結管１４の長さと室内側連結管１３の長さとの和より小さくなるように形成される。このように、前記吸入管１１の全体長さを少なく形成するのは、吸入管１１の長さが長いほど吸入管１１を介した伝達力は減少できるが、吸入管１１自体の震えが増加し、共振などの要因で騒音および配管の疲労が増加するためである。このような吸入管１１と室内側連結管１３および室外側連結管１４との相互関係は、他の図面を参照して詳述する。

図３は、本発明に係る室外ユニットの構成を簡略化して示す図である。
図３に示されたように、四方弁７を中心にして圧縮機の吸入端と連結される吸入管１１と、圧縮機の吐出端と連結される吐出管１２と、室外熱交換器２と連結される室外側連結管１４と、サービス弁１５と連結される室内側連結管１３とを含む。図３では、実際の室外ユニットのような配管の折り曲げなどは無視し、配管の全体的な長さに重点を置いている。勿論、配管の二次元・三次元的なベンディングまたはルーピングが振動の伝達力を減少させ、騒音の発生を減らすことは、推考できるが、本発明では、配管全体長さに対する相互関係を提案する。

本発明の目的を達成するための吸入管１１、室外側連結管１４、室内側連結管１３のそれぞれの全体長さに対する相互関係は、次のようである。
１．０＞Ｐｒａｔｉｏ＞０．３ ［数式１］
（Ｐｒａｔｉｏ＝吸入管の長さ／（室内側連結管の長さ＋室外側連結管の長さ））

前記数式１において、Ｐｒａｔｉｏ＜１．０は、前記吸入管の長さが長くなるほど吸入管を介した伝達力の減少は期待されるが、吸入があまり長いと、共振が増幅発生するため、騒音および振動が増加し、圧縮機から発生する振動が吸入管に集中するため破損のおそれがあるためである。
同様に、前記数式１において、Ｐｒａｔｉｏ＞０．３は、配管の全体長さに対する吸入管の長さが短すぎると、吸入管を介した振動の伝達力の減少を図ることができず、吸入管でなく、他の配管で大きな振動が発生するためである。特に、吸入管は、他の配管に比べて配管の剛性が大きいため、前述のような問題は、一層深刻になる。

なお、前記数式１に合う吸入管では、帯域幅が大きな周波数の振動に対しても振動減少の効果が得られるため、回転数可変型圧縮機の場合に比べて一層適切に適用でき、前記回転数可変型圧縮機は、前述のようにインバータにより制御することができる。

図４は、本発明の他の実施例を説明する図である。
図４を参照するに、図２に示される実施例では、吸入管１１、吐出管１２、室外側連結管１４および室内側連結管１３などの多数の配管が、圧縮機の前方、即ち、圧縮機と室外ユニットのケースとの間に配置されている。しかし、本実施例では、吸入管２１、吐出管２２、室外側連結管２４および室内側連結管２３の主な部分が圧縮機の後方、即ち、圧縮機１とバリアー２８との間に配置されている。このように多数の配管を圧縮機１とバリアー２８との間に配置するのは、室外ユニットの全体的なサイズを小さくして室外ユニットをよりコンパクト化するためである。

本実施例においても、前記数式１の関係がそのまま適用されることで、吸入管１１の長さを適切に維持することができる。なお、図面符号２５は、サービス弁である。

図５は、本発明の思想を適用して室外ユニットの各地点における振動量を測定した図表である。
図５は、室外ユニットの各地点において全ての周波数に対する全体振動伝達関数（ＦＲＦ：Frequency Response Function）であって、水平軸は、室外ユニットの各地点の位置であり、垂直軸は、加速度により定量化される振動量の数値である。換言すれば、図５は、所定の振動源によって全ての周波数の形態で発生する測定地点の全体的な振動量を、特定の地点別に定量化して示す図である。

図５から、Ｐｒａｔｉｏが１から０．５に変更されることで、特に吸入ルーピング下部の振動量（ＦＲＦ）が減少することがわかる。前記吸入ルーピング下部の地点は、吸入管１１、２１全体長さのほぼ中心地点に相当する位置で、共振により振動量が最も大きく発生する地点である。従って、この地点における振動減少は、吸入管全体的な振動・騒音の減少を意味する。図面において、吸入ルーピング上部の振動量が他の地点とは異なり大きくなっていることは、圧縮機と近接しており、それで、圧縮機の振動がそのまま伝達されるためであり、大きな意味を持つものではなく、所定の関係式で吸入管の長さを延長または縮小しても、その差がほとんどない。

図示のように、Ｐｒａｔｉｏの変更によって吸入管１１、１２の全体的な振動が低減するため、本発明の目的である、室外ユニット全体の騒音および振動の低減が達成される。このように、吸入管における振動が減少するのは、吸入管へ伝達されて吸入管の共振により増幅される振動が、四方弁および四方弁と連結される他の異なる連結管に移動分散されて減少されるためである。

図６は、本発明の吸入管の長さを変化させながら室外ユニットにおける全体的な振動発生量を示す図である。図６において、水平軸は、Ｐｒａｔｉｏの変化量を示し、垂直軸は、全ての周波数に対する全体振動伝達関数であって、振動による特定の地点において加速度として定量化可能な振動発生量を意味する。

図６を参照するに、Ｐｒａｔｉｏの変更により、全体振動伝達関数が１未満となり、振動量の小さな区間がほぼ数式１の範囲と一致することがわかり、前記数式１により提案されるＰｒａｔｉｏの好ましい数値範囲は、かかる実験により裏付けられる。また、図６において振動量を測定した地点は、室外ユニットの内部で振動量が最も大きな地点を抽出して測定したものであるため、室外ユニットの全体的な振動量が減少されることがわかる。

本発明の室外ユニットの配管構造によれば、吸入管に集中する振動を低減させることができる。さらには、前記圧縮機と連係される全配管から発生する振動・騒音を低減させることができる。
さらには、室外ユニットの内部構成をよりコンパクト化することができるため、室外ユニットが一層コンパクトになる。

以上、図面を参照して本発明の実施例を説明してきたが、本発明の保護範囲は、前述の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及ぶものである。

以上のような空調機の室内ユニットの配管構造は、冷房運転用空調機の室外ユニット、マルチ型空調機の室外機、アキュムレータ付き空調機の室外機などにも適用できる。

本発明の思想に適用される冷凍システムの構成を示す図である。 本発明に係る室外ユニットの斜視図である。 本発明に係る室外ユニットの構成を簡略化して示す図である。 本発明の他の実施例を説明する図である。 本発明の思想を適用して室外ユニットの各地点における振動量を測定した図表である。 本発明の吸入管の長さを変化させながら室外ユニットにおける全体的な振動発生量を示す図である。

符号の説明

１ 圧縮機
２ 室外熱交換器
３ 室外ファン
４ 膨張弁
５ 室内熱交換器
６ 室内ファン
７ 四方弁
１１ 吸入管
１２ 吐出管
１３ 室内側連結管
１４ 室外側連結管
１５ サービス弁
２１ 吸入管
２２ 吐出管
２３ 室内側連結管
２４ 室外側連結管
２８ バリアー

Claims (10)

1. ケース、
   前記ケースの内部に取り付けられる室外熱交換器、
   室外ファン、
   冷媒を圧縮するための圧縮機、
   前記冷媒の流動方向を正方向または逆方向に調節する四方弁、を含む空調機の室外ユニットの配管構造であって、
   前記室外熱交換器と前記四方弁とを連結する室外側連結管と、
   前記四方弁を室内熱交換器側に連結する室内側連結管と、
   前記四方弁と前記圧縮機の吸入端とを連結し、前記室外側連結管の長さと前記室内側連結管の長さとの和の１〜０．３倍の長さに形成される吸入管と、
   前記四方弁と前記圧縮機の吐出端とを連結する吐出管と、を含む、
   ことを特徴とする空調機の室外ユニットの配管構造。
2. 前記圧縮機は、回転数可変型圧縮機である、ことを特徴とする請求項１に記載の空調機の室外ユニットの配管構造。
3. 前記室内側連結管は、前記四方弁と前記ケースまで連結される、ことを特徴とする請求項１に記載の空調機の室外ユニットの配管構造。
4. 前記室内側連結管は、前記四方弁とサービス弁まで連結される、ことを特徴とする請求項１に記載の空調機の室外ユニットの配管構造。
5. 前記四方弁は、前記圧縮機から上方に離間した位置に設けられる、ことを特徴とする請求項１に記載の空調機の室外ユニットの配管構造。
6. 前記吸入管の振動は、前記四方弁へ伝達されて減衰される、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空調機の室外ユニットの配管構造。
7. 前記吸入管は、上下方向にルーピングする、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空調機の室外ユニットの配管構造。
8. 前記吸入管は、前記圧縮機のほぼ上方に引き出されて圧縮機の下側で折り曲げられてから前記圧縮機の上方に延びる、ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の空調機の室外ユニットの配管構造。
9. ケース、
   前記ケースの内部に取り付けられる室外熱交換器、
   室外ファン、
   冷媒を圧縮するための圧縮機、
   前記冷媒の流動方向を正方向または逆方向に調節する四方弁、
   前記室外熱交換器と前記四方弁とを連結する室外側連結管、
   前記四方弁を室内熱交換器側に連結する室内側連結管、
   前記四方弁と前記圧縮機の吸入端とを連結する室外側連結管、
   前記四方弁と前記圧縮機の吐出端とを連結する吐出管、を含む空調機の室外ユニットの配管構造において、
   前記吸入管の振動が円滑に移動分散されるように、前記室外側連結管の長さと前記室内側連結管の長さとの和が前記吸入管の長さより長い、ことを特徴とする空調機の室外ユニットの配管構造。
10. 前記吸入管の長さは、前記室外側連結管の長さと前記室内側連結管の長さとの和の０．３倍より大きい、ことを特徴とする請求項９に記載の空調機の室外ユニットの配管構造。

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