JP2013242088A - 分流器および空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】複雑な加工を要せず、かつ高周波数の音を抑制することのできる分流器、およびその分流器を備える空気調和機を提供する。
【解決手段】分流器(60)は、第１冷媒配管と複数本の第２冷媒配管とを互いに連通する分流室(62)が設けられた分流器本体(61)と、ノズル部材(70)とを備えている。ノズル部材(70)は第１配管接続口(72)とノズル(74)とを有する。分流器本体(61)には、ノズル(74)に対向する飛散面(65)が形成され、飛散面(65)の周囲には第２配管接続口(64)が設けられている。第２配管接続口(64)の各軸は第１配管接続口(72)の軸上の一点で交叉する。飛散面(65)は、分流器本体(61)の母材を穿孔して複数本の第２配管接続口(64)に対向する孔を形成するときに分流器本体(61)の内部に形成される先端鋭角の突起を切削することにより、分流室(62)内に形成される面である。
【選択図】図５

Description

本発明は、冷媒を複数本の冷媒配管に分流する分流器およびその分流器を備えた空気調和機に関する。

複数台の室内熱交換器を備える空気調和機では、電子膨張弁から流出する冷媒を分流器により各室内熱交換器に分流する。このため、各室内熱交換器に接続される冷媒配管に冷媒を均等に分流する性能が分流器に求められる。

冷媒配管に流通させている液体冷媒に気体冷媒が存在する場合、単に冷媒配管を分岐させただけでは各冷媒配管に流れる気体冷媒と液体冷媒の比率が異なってしまい、各室内熱交換器の能力にばらつきが生じる。このため、分流器には気体冷媒と液体冷媒とを混合する機能が設けられている。

特開２０００−１０５０２６号公報 特開平６−２９９０号公報

複数台の室内熱交換器に冷媒を分流する分流器に関連する技術として、熱交換器を構成する複数の冷媒配管に冷媒を分流する分流器の技術が特許文献１に開示されている。特許文献１の分流器では、電子膨張弁側（減圧側）の冷媒配管に螺旋溝を形成することにより、気体冷媒と液体冷媒とを混合する。しかし、このような構成の場合、複雑な加工を要する。

特許文献２には、分流室に設けた突起により冷媒を均等に分流する技術が示されている。具体的には、図６に示すように、分流器１００の分流室１１０内には、ノズル１２０に向って突出する突起１３０が設けられている。そして、この突起１３０により冷媒を各冷媒配管１４０に分流する。しかし、このような構造の場合、冷媒噴出口から高速で噴出する気体および液体と突起との干渉により、高周波数の不快音が発生することがある。

本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、複雑な加工を要せず、かつ高周波数の音を抑制することのできる分流器、およびその分流器を備える空気調和機を提供することにある。

請求項１に記載の発明は、電子膨張弁から流出する冷媒を分流する分流器において、前記電子膨張弁に接続される第１冷媒配管と複数台の室内熱交換器に個別に接続される複数本の第２冷媒配管とを互いに連通する分流室が設けられた分流器本体と、前記分流器本体の一端に取り付けられるノズル部材とを備え、前記ノズル部材は、前記第１冷媒配管が取り付けられる第１配管接続口と、前記第１配管接続口に連通するノズルとを有し、前記分流器本体は、前記分流室内に前記ノズルに対向して形成されかつ前記ノズルから噴出する冷媒を飛散させかつ前記ノズルの開口面積よりも大きい面積を有する飛散面と、前記飛散面の周囲に配置されかつ各軸が前記第１配管接続口の軸上の一点で互いに交叉しかつ前記第２冷媒配管が取り付けられる第２配管接続口とを有し、前記飛散面は、前記分流器本体の母材を穿孔して複数本の前記第２配管接続口に対向する孔を形成するときに前記分流器本体の内部に形成される先端鋭角の突起を切削することにより、前記分流室内に形成される面であることを要旨とする。

各第２配管接続口の軸が第１配管接続口の軸上の一点で互いに交叉する分流器は、製造工程において内部に突起が形成される。すなわち、分流器本体の母材にドリルにより穿孔して第２配管接続口に対向する孔を形成するとき、分流器本体の母材の内部に先端鋭角の突起が形成される。このような突起は、冷媒の分流に障害とならないため、そのままの形態で残される。しかし、突起の先端がノズルの近くに配置される場合、高周波数の不快音（所謂、エッジトーン）が発生することがある。これは、高速で噴出する冷媒と突起との干渉によりカルマ渦が発生することに起因する。

本発明では、ノズルに対向するところに突起の先端が配置されないように、先端鋭角の突起を切削して飛散面を形成する。これにより、エッジトーンの発生を抑制することができる。

すなわち、第１冷媒配管から分流器に流入する冷媒はノズル部材により加速され、流速が増大するが、ノズルの近くに突起がないため、流体と障害物による干渉作用が抑制される。これにより、高周波数の不快音の発生が抑制される。

また、第１冷媒配管から分流器に流入する冷媒は気体冷媒と液体冷媒に分離することがあるが、冷媒がノズル部材により加速され、かつノズルから噴出し、更に飛散面に衝突して飛散するため、気体冷媒と液体冷媒との混合が促進される。これにより、ノズルに対向する飛散面が存在しない場合と比べて、各第２配管接続口に均等に冷媒を分流することができる。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の分流器において、前記ノズルと前記飛散面との間の距離Ｘは４ｍｍ以上であることを要旨とする。
ノズルと飛散面との間の距離Ｘが小さいとき、不快音が発生しやすい。そこで、本発明では、ノズルと飛散面との間の距離Ｘを４ｍｍ以上とする。このような設定により、高周波数の不快音を低減する。

請求項３に記載の発明は、電子膨張弁から流出する冷媒を複数の室内熱交換器に分流する分流器として、請求項１または２に記載の分流器を備える空気調和機である。
この構成によれば、記構成の分流器を採用することにより、分流部で発生する高周波数の不快音を抑制することができるため、不快音が小さい空気調和機を提供することができる。

本発明によれば、複雑な加工を要せず、かつ高周波数の音を抑制することのできる分流器、およびその分流器を備える空気調和機を提供する。

実施形態の空気調和機について、その全体構成を示す模式図。 分流器と冷媒配管との接続構造を示す模式図。 分流器の断面図。 分流器の側面図。 分流器内の冷媒の流れを説明する模式図。 従来の分流器の模式図。

図１を参照して、本実施形態の空気調和機の構成を示す。
空気調和機１は、冷媒を圧縮する圧縮機１０と、室外熱交換器２０と、冷媒を膨張させる電子膨張弁３０と、２台の室内熱交換器４０と、四路切換弁５０とを備えている。更に、空気調和機１は、電子膨張弁３０から流出する冷媒を各室内熱交換器４０に分流する分流器６０と、各室内熱交換器４０から流出する冷媒を合流する合流器８０とを備えている。なお、圧縮機１０、電子膨張弁３０、四路切換弁５０および室外熱交換器２０は、室外に設置される室外ユニット２に設けられている。室内熱交換器４０は、室内に設置される室内ユニット３に設けられている。

これらの各構成要素は、冷媒配管により接続されている。具体的には、圧縮機１０と室外熱交換器２０、室外熱交換器２０と電子膨張弁３０、電子膨張弁３０と分流器６０、分流器６０と室内熱交換器４０、室内熱交換器４０と合流器８０、合流器８０と圧縮機１０とは、それぞれ冷媒配管で接続されている。

なお、以降の説明では、電子膨張弁３０と分流器６０とを接続する冷媒配管を第１冷媒配管９１といい、分流器６０と室内熱交換器４０とを接続する冷媒配管を第２冷媒配管９２という。

図２を参照して、分流器６０に接続されている冷媒配管の接続態様について説明する。
分流器６０の一端には、第１冷媒配管９１が接続されている。
分流器６０の他端には、２本の第２冷媒配管９２が接続されている。

第２冷媒配管９２は、室内熱交換器４０に接続される主冷媒管９３と、主冷媒管９３から分岐する３本の分岐管９４と、３本の分岐管９４と主冷媒管９３とを接続する接続部９５とを備えている。

分岐管９４は分流器６０に接続している。すなわち、分流器６０の他端には、６本の分岐管９４が接続されている。
分岐管９４の一端部（分流器６０に接続される端部とは反対側の端部）は、直角に曲げられて主冷媒管９３に接続されている。すなわち、主冷媒管９３の軸方向と分岐管９４の軸方向とは互いに直行する。

２本の第２冷媒配管９２の配置は次のように構成されている。
２本の第２冷媒配管９２のそれぞれの主冷媒管９３は、同軸上に配置され、かつ互いに反対方向に延びる。一方、各分岐管９４の軸方向は、第１冷媒配管９１の軸方向に沿っている。

このような冷媒配管の接続構造における冷媒の流れを説明する。
第１冷媒配管９１内を通過する冷媒は、分流器６０で分流される。
このとき、冷媒は第１冷媒配管９１の流れの方向に沿って６方向に分流し、各分岐管９４に冷媒が分配される。各分岐管９４に分配された冷媒は、接続部９５で合流する。そして、冷媒の流れは、接続部９５の直前の部分で、略直角方向に変えられる。すなわち、冷媒の流通方向は、分流器６０内で変えられるのではなく、第２冷媒配管９２において変えられる。

図３および図４を参照して、分流器６０について説明する。
分流器６０は、分流器本体６１とノズル部材７０とを備えている。
分流器本体６１は、第１冷媒配管９１と複数本の第２冷媒配管９２とを連通する分流室６２と、ノズル部材７０が取り付けられる接続口６３と、第２冷媒配管９２の分岐管９４が取り付けられる６個の第２配管接続口６４とを有する。

ノズル部材７０には、第１冷媒配管９１が接続する第１配管接続口７２と、第１配管接続口７２から延びる円錐状の絞り部７３と、絞り部７３の先端に設けられたノズル７４とが形成されている。第１配管接続口７２は、ノズル部材７０の端面７１に設けられている。第１配管接続口７２は円柱状の空間であり、絞り部７３は円錐台形状の空間であり、ノズル７４は第１配管接続口７２よりも細い円柱状の空間である。第１配管接続口７２と絞り部７３とノズル７４とはそれぞれ同一軸で連通している。ノズル７４の軸は第１配管接続口７２の軸と略一致する。

各第２配管接続口６４は分流室６２において接続口６３の反対側に形成されている。分流室６２において、ノズル７４に対向する部分には、冷媒を跳ね返す飛散面６５が形成されている。

図４に示すように、６個の第２配管接続口６４は、接続口６３の軸を中心軸として同一円周上に配置されている。すなわち、６個の第２配管接続口６４は、飛散面６５の周囲に設けられている。また、一方の第２冷媒配管９２の分岐管９４が接続する３個の第２配管接続口６４と、他方の第２冷媒配管９２の分岐管９４が接続する３個の第２配管接続口６４とは、円周方向に互いに交互に配置されている。なお、図４では、一方の第２冷媒配管９２の分岐管９４が接続する３個の第２配管接続口６４を符号６４Ａで示し、他方の第２冷媒配管９２の分岐管９４が接続する３個の第２配管接続口６４を符号６４Ｂで示す。以降の説明において、両者を区別するときは、前者を第２配管接続口６４Ａとし、後者を第２配管接続口６４Ｂとする。

ノズル７４と飛散面６５と第２配管接続口６４との位置関係は次のように構成されている。
ノズル７４と飛散面６５との間の距離Ｘ（図３参照）は４ｍｍ以上に設定されている。これは、ノズル７４と飛散面６５との間の距離Ｘを４ｍｍ未満にすると、不快音が発生しやすくなるためである。

飛散面６５は次のように形成されている。
飛散面６５は平面円形に形成され、かつ接続口６３の軸に対して垂直に形成されている。飛散面６５の面積はノズル７４の開口面積よりも大きい。これにより、ノズル７４から噴出する冷媒が衝突しやすくする。

なお、飛散面６５を平面以外の形状に形成してもよい。例えば、円錐面、凸曲面、凹曲面でもよい。この場合、飛散面６５の面積は、第１配管接続口７２の軸に垂直な面に投影される飛散面６５の投影面の面積を示す。

飛散面６５を突出形状にする場合、エッジトーンが発生する可能性が高まるため、その発生を抑制するべく、飛散面６５の頂点とノズル７４との間の距離Ｘをノズル７４から噴出する冷媒の流速を考慮して設定する。例えば、エッジトーンの発生指標Ｓｅが０．５、１．０若しくは１．５、またはこれらの値の近似値（０．５±０．１，１．０±０．１，１．５±０．１）にならないように、飛散面６５の頂点とノズル７４との間の距離Ｘを設定する。エッジトーンの発生指標Ｓｅは、「Ｓｅ＝周波数ｆｅ×距離Ｘ／冷媒流速Ｖ」により与えられる。例えば、不快音の周波数は３０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚに設定される。冷媒流速Ｖは６０００ｍｍ／ｓに設定される。そして、エッジトーンの発生指標Ｓｅの値が、０．５、１．０若しくは１．５とならない距離Ｘを求める。この場合、距離Ｘを４ｍｍ以上に設定すると、Ｓｅ＞１．５となるため、周波数３０００Ｈｚ〜６０００Ｈｚの音（不快音）の発生が抑制される。

分流器本体６１の形成方法について説明する。
分流器本体６１の母材において、母材の軸に対して同一円周上に各第２配管接続口６４に対向する孔６６を形成する。次に、母材の軸に対して同一円周上に各第２配管接続口６４を形成する。孔６６および第２配管接続口６４はドリルによる穿孔により形成する。このとき、第２配管接続口６４の軸および第２配管接続口６４に対向する孔６６の軸を第１配管接続口７２の軸上の１点で交叉させる。すなわち、各孔６６の軸および各第２配管接続口６４の軸を第１配管接続口７２の軸に対して斜めにする。このため、母材の内部には、先端鋭角の突起６７（図３の参照）が形成される。

次に、分流器本体６１の母材において、接続口６３の形成側からドリルを挿入し、分流室６２を形成する。分流室６２の形成とともに先端鋭角の突起６７を切削し、飛散面６５を形成する。次に、接続口６３を形成する。

図１および図５を参照して、分流器６０において冷媒が分流するときの作用について説明する。
室内熱交換器４０が蒸発器として機能するとき、冷媒は電子膨張弁３０を通過して膨張する。この膨張により、冷媒の一部が気化し、一部が液体の状態のまま維持される。すなわち、冷媒は気体冷媒と液体冷媒との混合状態となっている。このような冷媒は第１冷媒配管９１を通過後、分流器６０に入る。分流器６０では、冷媒を第２冷媒配管９２に略均等に分配される。以下、その詳細を説明する。

分流器６０に入った冷媒がノズル７４を通過するとき、冷媒の流速が増大し、液体冷媒と気体冷媒との混合が促進される。そして、冷媒がノズル７４から所定角度で噴出する。ノズル７４から噴出する殆どの液体冷媒は、図５に示すように飛散面６５に衝突し、飛散する。ノズル７４から噴出する一部の液体冷媒は、第２配管接続口６４に入る。

ノズル７４から噴出する冷媒は、円錐状に広がるため、各第２配管接続口６４に直接入る液体冷媒の量は略等しい。また、飛散面６５に衝突する冷媒は不規則に飛散するため、飛散面６５に衝突した後各第２配管接続口６４に入る液体冷媒の量も略等しい。また、ノズル７４から噴出する気体冷媒は、気泡となって液体冷媒ともに各第２配管接続口６４に流れこむため、各第２配管接続口６４に入る気体冷媒の量も略等しい。したがって、冷媒は、各第２配管接続口６４に略均等に分配される。

また、各第２配管接続口６４は、図４に示すように円周方向に、一方の第２冷媒配管９２に対応する第２配管接続口６４Ａと、他方の第２冷媒配管９２に対応する第２配管接続口６４Ｂとが交互に配置されているため、冷媒は２本の第２冷媒配管９２に略均等に分配される。

また、ノズル７４の近くには、障害物（例えば、従来技術の突起）が存在しない。すなわち、ノズル７４に対向するように突起が配置されている従来の分流室６２に比べて、ノズル７４から噴出する冷媒の流通通路は広いため、高周波数の音波が形成されない。これにより、不快な高周波数の音の発生が抑制される。

以下、本実施形態の効果を説明する。
（１）本実施形態では、分流器本体６１の母材をドリルにより穿孔して複数本の第２配管接続口６４を形成するとき分流器本体６１の内部に形成される先端鋭角の突起６７を切削する。そしてこの突起６７を切削することにより飛散面６５を形成する。すなわち、ノズル７４に対向するところに突起６７が存在しないように分流器６０を構成する。

第１冷媒配管９１から分流器６０に流入する冷媒はノズル部材７０により加速され、流速が増大するが、ノズル７４の近くには突起６７がないため、流体と障害物による干渉作用が抑制され、高周波数の不快音の発生が抑制される。

また、第１冷媒配管９１から分流器６０に流入する冷媒は気体冷媒と液体冷媒に分離していることがあるが、冷媒がノズル部材７０により加速され、かつノズル７４から空間に噴出し、更に飛散面６５に衝突して飛散するため、気体冷媒と液体冷媒の混合が促進される。これにより、ノズル７４に対向する飛散面６５が存在しない場合と比べて、各第２配管接続口６４に均等に冷媒を分流することができる。

（２）本実施形態では、ノズル部材７０において絞り部７３の先端に設けられたノズル７４とこのノズル７４に対向するところに設けられた飛散面６５との間の距離Ｘを４ｍｍ以上とする。このような設定により、高周波数の不快音を低減する。

（３）本実施形態では、冷媒が分流器６０を通過した後に、冷媒の流れを直角方向に変える。従来、冷媒の流れを直角方向に変える分流器として、第１配管接続口７２の軸と第２配管接続口６４との間の角度を９０°にした分流器６０がある。この分流器６０では、第１配管接続口７２から流出する冷媒を壁に当てて冷媒の流れを変える。この場合、第１冷媒配管９１の取り付け等により第１配管接続口７２から流出する冷媒の流れが一方向に偏ると、一方の第２冷媒配管９２に流れる冷媒流量が他方の第２冷媒配管に流れる冷媒流量よりも大きいという状態が常時維持される。この点、分流器６０内において冷媒の流れを大きく変えない本構成によれば、各第２冷媒配管９２に流れる冷媒流量の偏りが少なくなる。

（４）本実施形態の空気調和機１は、複数の室内熱交換器４０を備え、電子膨張弁３０から流出する冷媒を各室内熱交換器４０に分流する分流器６０として、上記構成の分流器６０を用いている。この構成によれば、上記構成の分流器６０を採用することにより、分流器６０で発生する高周波数の不快音を抑制することができるため、不快音が小さい空気調和機１を提供することができる。

（その他の実施形態）
なお、本発明の実施態様は上記実施形態にて示した態様に限られるものではなく、これを例えば以下に示すように変更して実施することもできる。また以下の各変形例は、異なる変形例同士を互いに組み合わせて実施することもできる。

・本実施形態では、２台の室内熱交換器４０を備える空気調和機１に発明に係る分流器６０を採用するが、本発明の分流器６０を適用することができる空気調和機１は、室内熱交換器４０の台数に限定されない。

１…空気調和機、２…室外ユニット、３…室内ユニット、１０…圧縮機、２０…室外熱交換器、３０…電子膨張弁、４０…室内熱交換器、５０…四路切換弁、６０…分流器、６１…分流器本体、６２…分流室、６３…接続口、６４，６４Ａ，６４Ｂ…第２配管接続口、６５…飛散面、６６…孔、６７…突起、７０…ノズル部材、７１…端面、７２…第１配管接続口、７３…絞り部、７４…ノズル、８０…合流器、９１…第１冷媒配管、９２…第２冷媒配管、９３…主冷媒管、９４…分岐管、９５…接続部、１００…分流器、１１０…分流室、１２０…ノズル、１３０…突起、１４０…冷媒配管。

Claims (3)

1. 電子膨張弁(30)から流出する冷媒を分流する分流器(60)において、
   前記電子膨張弁(30)に接続される第１冷媒配管(91)と複数台の室内熱交換器(40)に個別に接続される複数本の第２冷媒配管(92)とを互いに連通する分流室(62)が設けられた分流器本体(61)と、前記分流器本体(61)の一端に取り付けられるノズル部材(70)とを備え、
   前記ノズル部材(70)は、前記第１冷媒配管(91)が取り付けられる第１配管接続口(72)と、前記第１配管接続口(72)に連通するノズル(74)とを有し、
   前記分流器本体(61)は、前記分流室(62)内に前記ノズル(74)に対向して形成されかつ前記ノズル(74)から噴出する冷媒を飛散させかつ前記ノズル(74)の開口面積よりも大きい面積を有する飛散面(65)と、前記飛散面(65)の周囲に配置されかつ各軸が前記第１配管接続口(72)の軸上の一点で互いに交叉しかつ前記第２冷媒配管(92)が取り付けられる第２配管接続口(64)とを有し、
   前記飛散面(65)は、前記分流器本体(61)の母材を穿孔して複数本の前記第２配管接続口(64)に対向する孔(66)を形成するときに前記分流器本体(61)の内部に形成される先端鋭角の突起を切削することにより、前記分流室(62)内に形成される面である
   ことを特徴とする分流器。
2. 請求項１に記載の分流器において、
   前記ノズル(74)と前記飛散面(65)との間の距離Ｘは４ｍｍ以上である
   ことを特徴とする分流器。
3. 電子膨張弁(30)から流出する冷媒を複数の室内熱交換器(40)に分流する分流器として、請求項１または２に記載の分流器を備える空気調和機。