JP2016080295A - 空気調和機用消音器及びその消音器を備えた空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】小型で圧力損失の小さい空気調和機用消音器とそれを備えた空気調和機を提供すること。
【解決手段】入口側及び出口側に、中央部と比較して内径が小さい小径部をそれぞれ有する筒状の消音器本体８と、消音器本体８の入口小径部８ａに接続される入口配管９と、消音器本体８の出口小径部８ｅに接続される出口配管１３と、を備え、入口配管９は、消音器本体８に挿入されて、入口配管９の先端部が消音器本体８の入口から出口までの長さの中央部に位置し、消音器本体８に挿入された入口配管９のうち、先端部側の内径は当該先端部側より上流側の入口配管の内径よりも小さい空気調和機用消音器。
【選択図】図４

Description

本発明は、空気調和機用消音器(マフラー)及びそれを備えた空気調和機に関するものである。

一般的に空気調和機の冷媒回路は、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器から構成される。空気調和機は、圧縮機により冷媒を吸入、圧縮、吐出を繰り返し行っている。繰り返し作動するため、冷媒が脈をうつように吐出され、冷媒の圧力が変動する。これを圧力脈動とよぶ。圧力脈動が圧縮機から圧縮機の吐出配管を伝わり、室内側熱交換器へと伝播され、室内側熱交換器の構造と共振を起こし騒音を発生させることが問題となっている。この騒音を脈動音と呼ぶことにする。

そのため、空気調和機の冷媒回路においては、圧縮機の吐出口から室内側熱交換器までの配管に消音器(マフラー)を取り付け、脈動音の低減を図っている。

消音器の基本的特性から、消音効果を高めるためには、消音器本体に接続された配管と消音器本体の膨張部の断面積比を大きくする必要がある。このようなことから、例えば、配管の断面積が一定であれば、消音器本体の内径を大きくして消音効果を高めるという構成を採用した消音器が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。

また、消音器の小型化を実現させるために、消音器本体の内部に挿入される挿入管の長さ及び太さを変更することで、消音器の小型化をはかった消音器が提案されている（例えば、特許文献２を参照）。特許文献２に係る消音器では、消音器本体の入口と接続される入口配管の内径を消音器本体内に入る前から細くし、入口配管の消音器本体内部に挿入されている部分の先端を消音器本体の中心部に配置することで消音特性を高めている。

特開平９−２０３３８６号公報（第２頁、第３頁、第７図） 特開２０１１−１２８６９号公報（第２頁、第２図）

特許文献１で提案されている消音器では、消音効果を大きくするには、消音器本体に接続された配管と消音器本体の膨張部の断面積比を大きくする必要がある。よって、消音器本体に接続された配管の内径が変更出来ない場合に、消音器本体の内径が大きくなってしまうという問題点があった。

特許文献２で提案されている消音器では、消音効果を維持しながら消音器を小型化するために、消音器本体内に挿入されている部分より手前から入口配管の内径を細くし、消音器本体内に挿入されている挿入管部の長さを消音器中心近傍まで長くしていたが、冷媒の圧力損失が大きくなるという問題点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷媒の圧力損失を抑制して熱交換の効率を維持し、小型で高い消音効果を持つ空気調和機用消音器及びその消音器を備えた空気調和機を得るものである。

本発明に係る空気調和機用消音器は、入口側及び出口側に、中央部と比較して内径が小さい小径部をそれぞれ有する筒状の消音器本体と、前記消音器本体の前記入口側の小径部に接続される入口配管と、前記消音器本体の出口側の小径部に接続される出口配管と、を備え、前記入口配管は、前記消音器本体に挿入されて、前記入口配管の先端部が前記消音器本体の入口から出口までの長さの中央部に位置し、前記消音器本体に挿入された前記入口配管のうち、先端部側の内径は当該先端部側より上流側の前記入口配管の内径よりも小さいものである。

本発明に係る空気調和機用消音器によれば、入口配管の先端部を前記消音器本体の入口から出口までの長さの中央部に位置させ、入口配管の先端部側の内径を当該先端部側より上流側の入口配管の内径に対し細くすることにより、消音器本体のサイズを大きくすることなく、消音効果を維持しながら、冷媒の圧力損失を従来技術よりも小さく抑えることが出来る。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の暖房運転時の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷房運転時の冷媒回路図である。 図１及び図２の冷媒回路の点線で囲まれた部分の外観図である。 図１〜図３の空気調和機用消音器の断面図である。 挿入管下部の径を細くしないときの空気調和機用消音器の消音特性を示すグラフ（比較例１）である。 挿入管下部の径を細くしたときの空気調和機用消音器の消音特性を示すグラフ（実施例）である。 挿入管下部の径を細くしたときの空気調和機用消音器の消音特性を示すグラフ（比較例２）である。 挿入管下部の径を細くしないときと細くしたときのそれぞれの空気調和機用消音器を圧縮機の吐出口に設けた空気調和機の脈動音測定結果（比較例１及び実施例）である。

実施の形態１.
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の暖房運転時の冷媒回路図である。図１においては、四方弁４が暖房運転（図１の実線参照）に切り替えられている。暖房運転時においては、圧縮機３、四方弁４、室内熱交換器６、膨張弁５、室外熱交換器７及び四方弁４が冷媒配管を介して環状に接続されており、消音器１は、空気調和機用消音器であり、圧縮機３の吐出口から四方弁４の間の冷媒配管と、四方弁４から室内熱交換器６の間の冷媒配管に接続されている。暖房運転時においては、圧縮機３の吐出口側に配置された室内熱交換器６が凝縮器として機能し、暖房運転が行われる。

図２は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷房運転時の冷媒回路図である。図２においては、四方弁４が冷房運転（図２の実線参照）に切り替えられている。冷房運転時においては、圧縮機３、四方弁４、室外熱交換器７、膨張弁５、室内熱交換器６及び四方弁４が冷媒配管を介して環状に接続されており、消音器１は、圧縮機３の吐出口から四方弁４の間の冷媒配管と、室内熱交換器６から四方弁４の間の冷媒配管に接続されている。冷房運転時においては、膨張弁５の下流側に配置された室内熱交換器６が蒸発器として機能し、冷房運転が行われる。

図３は、図１及び図２の冷媒回路の点線で囲まれた部分の外観図である。空気調和機を構成する消音器１、圧縮機３及び四方弁４及びそれらを接続する冷媒配管が図示されている。

図４は、図１〜図３の消音器１の断面図である。消音器１は、図１及び図２の説明からも明らかなように、空気調和機の冷媒回路内、少なくとも圧縮機３の吐出口側に接続された冷媒配管に取り付けられている。消音器１は、消音器本体８、入口配管９及び出口配管１３を有する。消音器本体８は、入口小径部８ａから拡径部８ｂを経て大径部８ｃにつながり、大径部８ｃから縮径部８ｄを経て出口小径部８ｅにつながる筒状体から構成されている。入口配管９は、消音器本体８の入口小径部８ａに接続されている。出口配管１３は、消音器本体８の出口小径部８ｅに接続されている。

入口配管９は、消音器本体８の入口小径部８ａから内部に挿入されており、消音器本体８の拡径部８ｂの起点８ｂｓから長さＬ_１の挿入管部１０を有する。挿入管部１０の先端は、消音器本体８の入口から出口までの長さの中央部に位置されている。挿入管部１０は、挿入管上部１１と挿入管下部１２とで構成されている。挿入管上部１１は、消音器本体８の拡径部８ｂの起点８ｂｓから長さＬ_２の部分であり、消音器本体８の入口小径部８ａより上流部分の入口配管９と同じ内径となっている。挿入管下部１２は、挿入管上部１１につながっている長さＬ_３の部分であり、内径を挿入管上部１１に対して細くしてある。つまり、入口配管９は、挿入管下部１２の部位において縮径された冷媒配管が用いられている。

このように構成された消音器１は、消音器本体８の内径Ｄと、挿入管下部１２の内径Ｄ_２との比はＤ／Ｄ_２＞５．７、に設定されている。

挿入管部１０の長さはＬ_１であり、挿入管部１０の挿入管上部１１の長さはＬ_２、挿入管下部１２の長さはＬ_３であるが、これらの関係は、１．５＜Ｌ_３／Ｌ_２＜３、に設定されている。

特許文献１の従来の消音器のように、消音器本体８の入口（本実施の形態の起点８ｂｓに相当）から挿入管部１０の径を細くしたのでは（本実施の形態のＬ_２＝０に相当）、冷媒回路内の冷媒の圧力損失が大きくなってしまい、空気調和機の熱交換効率が下がってしまうという課題がある。しかし、本実施の形態においては、消音器本体８の内径Ｄと挿入管下部１２の内径Ｄ_２との比を、Ｄ／Ｄ_２＞５．７、と設定し、挿入管下部１２と挿入管上部１１長さの比を、１．５＜Ｌ_３／Ｌ_２＜３、に設定したので、特許文献１のように、消音器本体８の入口から挿入管部１０の径を細くした消音器に対し、最大６６％の圧力損失を改善することが出来た。これは、消音器本体８の長さＬ及び消音器本体８の内径Ｄ、挿入管部１０の長さＬ_１、入口配管９の内径Ｄ_１は両者とも同じ値とした場合の比較である。例えば、一般的な空気調和機の小型の消音器は、消音器本体８の内径Ｄは２８ｍｍ〜３２ｍｍ、消音器本体８の長さＬは６０ｍｍ〜１００ｍｍ、挿入管部１０の長さＬ_１は３０ｍｍ〜５０ｍｍである。これらの寸法の範囲内の消音器において、消音器本体８の内径Ｄと挿入管下部１２の内径Ｄ_２との比を一定の値とすると、製造可能な挿入管下部１２の長さＬ_３と挿入管上部１１の長さＬ_２の比は１．５＜Ｌ_３／Ｌ_２＜３となる。この条件において、消音器本体８の入口から挿入管部１０の径を細くした消音器と圧力損失を比較すると、圧力損失改善効果は、３３％〜６６％となることが確認されている。なお、一般的な空気調和機の小型の消音器においては、消音器本体８の内径Ｄと挿入管下部１２の内径Ｄ_２との比は、５．７＜Ｄ／Ｄ_２の範囲で大きい値をとればとるほど消音効果が高くなるが、圧力損失が大きくなってしまう。しかし、挿入管下部１２の長さＬ_３と挿入管上部１１の長さＬ_２の比Ｌ_３／Ｌ_２＝１．５とすれば圧力損失改善が６６％得られるため、消音器本体８の内径Ｄと挿入管下部１２の内径Ｄ_２との比Ｄ／Ｄ_２を６．７まで大きくしても、Ｄ／Ｄ_２＝５．７で消音器本体８の入口から挿入管部１０の径を細くした消音器と圧力損失が同等な消音器が得られる。

また、消音器１の消音効果は、消音器本体８の内径Ｄと挿入管下部１２の内径Ｄ_２との比が大きければ大きいほど消音量は増大するため、上記のようにＤ／Ｄ_２＞５．７に設定すれば消音効果は増加する。ここで、従来の他の消音器のように、挿入管部１０の先端側を縮径しない冷媒配管を用いた場合（本実施の形態のＬ_３＝０に相当）には、本実施の形態と同様な消音効果を得るには、消音器本体８の内径を、本実施の形態のものに対して約１．３倍大きくしなければならないことが確認されている。つまり、本実施の形態では、挿入管下部１２の内径を細くすることにより、消音器本体８を大きくすることなく消音効果を高めることが出来るので、本実施の形態の消音器１を採用すれば、空気調和機の冷媒回路配管の取り回しを新たに設計することなく、消音効果の高い空気調和機用消音器を既存の空気調和機に導入することが出来る。

次に、下記の各条件において、空気調和機用消音器の消音効果を音響インピーダンスを用いて算出した結果を説明する。
（１）消音器本体の内径Ｄ＝３２ｍｍ、挿入管部内径 Ｄ_１＝Ｄ_２、Ｄ／Ｄ_２＝４．２
（２）消音器本体の内径Ｄ＝３２ｍｍ、挿入管部内径 Ｄ_１＞Ｄ_２、Ｄ／Ｄ_２＝５．８
（３）消音器本体の内径Ｄ＝４４．１ｍｍ、挿入管部内径 Ｄ_１＝Ｄ_２、Ｄ／Ｄ_２＝５．８

図５〜図７は上記（１）〜（３）の空気調和機用消音器による消音特性を示したものである。なお、消音器本体８の長さＬ及び挿入管部１０の長さＬ_１、挿入管上部１１の長さＬ_２、挿入管上部１１の内径Ｄ_１、挿入管下部１２の長さＬ_３、は一定の条件での消音特性算出結果である。具体的には、（１）〜（３）の空気調和機用消音器は、消音器１の長さＬ＝９２ｍｍ、挿入管部１０の長さＬ_１＝４６ｍｍ、挿入管上部１１の内径Ｄ_１＝７．６ｍｍである。（２）の空気調和機用消音器は、挿入管上部長さＬ_２＝１６ｍｍ、挿入管下部長さＬ_３＝３０ｍｍである。

図５は、上記（１）の空気調和機用消音器による消音特性を示したものである。上記（１）の空気調和機用消音器は、挿入管上部１１の内径Ｄ_１と挿入管下部１２の内径Ｄ_２が同じ径となっている。
図６は、上記（２）の空気調和機用消音器による消音特性を示したものである。上記（２）の空気調和機用消音器は、上記（１）の空気調和機用消音器と比較して挿入管下部１２の内径Ｄ_２を小さくしＤ／Ｄ_２＝５．８にしたものである。上記（１）と上記（２）のそれぞれの場合の消音特性の算出結果を比較すると、消音効果のある周波数は変化せずに、消音量が増加していることが分かる。また、最大で消音効果は８ｄＢ程度改善していることもわかる（図５と図６を参照）。つまり、上記（２）の空気調和機用消音器のようにＤ／Ｄ_２＞５．７とすれば、上記（１）の場合に対し十分な消音効果を得ることが出来る。
図７は、上記（３）の空気調和機用消音器による消音特性を示したものである。上記（３）の空気調和機用消音器は、挿入管下部１２の内径Ｄ_２を変更せずに、消音器本体８の内径Ｄを大きくしてＤ／Ｄ_２＝５．８にしたものであり、上記（２）の場合の消音特性算出結果と比較すると消音効果はほぼ等しいものとなっている。つまり、消音器本体８の径を大きくすることなく、挿入管下部１２の内径Ｄ_２を細くすることで消音効果を高めることが出来る。

＜空気調和機による評価＞
図８は、上記で示した消音効果の有効性を確認するために、上記（１）（２）の条件の空気調和機用消音器をそれぞれ圧縮機３の吐出側に設けて測定を行った結果を示したものである。なお、測定は圧力脈動により室内熱交換器で発生した脈動音を測定した。基準である空気調和機用消音器の測定結果と、挿入管下部１２の内径Ｄ_２を細くした測定結果を比較すると、脈動音が低下していることがわかる。このことから、内径比を、Ｄ／Ｄ_２＞５．７に設定すると高い消音効果を得られることがわかる。

１ （空気調和機用）消音器、３ 圧縮機、４ 四方弁、５ 膨張弁、６ 室内熱交換器、７ 室外熱交換器、８ 消音器本体、８ａ 入口小径部、８ｂ 拡径部、８ｂｓ 拡径部８ｂの起点、８ｃ 大径部、８ｄ 縮径部、８ｅ 出口小径部、９ 入口配管、１０ 挿入管部、１１ 挿入管上部、１２ 挿入管下部、１３ 出口配管。

Claims (5)

1. 入口側及び出口側に、中央部と比較して内径が小さい小径部をそれぞれ有する筒状の消音器本体と、
   前記消音器本体の前記入口側の小径部に接続される入口配管と、
   前記消音器本体の出口側の小径部に接続される出口配管と、
   を備え、
   前記入口配管は、
   前記消音器本体に挿入されて、前記入口配管の先端部が前記消音器本体の入口から出口までの長さの中央部に位置し、
   前記消音器本体に挿入された前記入口配管のうち、先端部側の内径は当該先端部側より上流側の前記入口配管の内径よりも小さいこと
   を特徴とする空気調和機用消音器。
2. 入口小径部から拡径部を経て大径部につながり、大径部から縮径部を経て出口小径部につながる筒状の消音器本体と、
   前記消音器本体の入口小径部に接続される入口配管と、
   前記消音器本体の出口小径部に接続される出口配管と、
   を備え、
   前記入口配管は、前記入口小径部から前記消音器本体の内部に挿入され、前記拡径部の起点から前記消音器本体の内部へと伸びる挿入管部を有し、
   前記挿入管部は、前記消音器本体の入口側に位置する挿入管上部と、前記消音器本体の出口側に位置する挿入管下部とを有し、
   前記挿入管上部は前記入口小径部より上流部分の前記入口配管と同じ内径であり、
   前記挿入管下部は、前記挿入管下部の先端が前記消音器本体の入口から出口までの長さの中央部に位置し、前記挿入管上部より内径が細いこと
   を特徴とする空気調和機用消音器。
3. 前記消音器本体の内径Ｄと前記挿入管下部の内径Ｄ_２との比をＤ／Ｄ_２＞５．７としたことを特徴とする請求項２に記載の空気調和機用消音器。
4. 前記挿入管上部の長さをＬ_２、前記挿入管下部の長さをＬ_３としたとき、その長さの比を１．５＜Ｌ_３／Ｌ_２＜３に設定したことを特徴とする請求項２又は３に記載の空気調和機用消音器。
5. 圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器が冷媒配管を介在して接続された冷媒回路と、
   前記圧縮機の少なくとも吐出口側に配置された消音器と、を備え、
   前記消音器は請求項１〜４の何れか１項に記載の空気調和機用消音器であることを特徴とする空気調和機。

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