JP2018096609A - 圧縮機ユニット及びこれを備えた室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】熱交換器に接続される分岐配管の応力集中を低減することができる圧縮機ユニットを提供する。
【解決手段】冷媒を圧縮する圧縮機１０と、圧縮機１０に接続された冷媒配管２２と、冷媒配管２２から並列に分岐された複数の分岐配管５１と、各分岐配管５１のそれぞれに接続された複数の室外熱交換器１３とを備え、各分岐配管５１は、冷媒配管２２から分岐して下方から上方へ立ち上がる立上り部５１ａと、立上り部５１ａに接続されて下方へ折り返す折返し部５１ｂと、折返し部５１ｂに接続されて上方から下方へ立ち下がる立下り部５１ｃと、立下り部５１ｃと室外熱交換器１３とを接続する複数の枝管５１ｄとを有し、各分岐配管５１の立上り部５１ａ同士を固定する固定部５３を備えている。
【選択図】図２

Description

本発明は、空調機に用いられる圧縮機から発生する振動による配管の応力集中を低減する圧縮機ユニット及びこれを備えた室外機に関するものである。

空調機の室外機には、冷媒を圧縮する圧縮機が設けられている。圧縮機は電動モータによってスクロール部等の圧縮部が駆動され、圧縮冷媒が吐出される。圧縮機と室外熱交換器との間には冷媒配管が接続されている。

冷媒配管と室外熱交換器との間には、複数の分岐配管が設けられることがある（特許文献１参照）。

特開平３−２６７６３７号公報（第６図）

圧縮機からの振動は、冷媒配管を介して分岐配管へと伝達される。冷媒配管から各分岐配管へと分岐する分岐部では、振動によって応力が集中するおそれがある。特に、本発明者等が検討したところ、例えば１３０ｒｐｓを超えて２００ｒｐｓまで到達するような高回転数化した圧縮機では、圧縮機からの振動に起因する分岐部での応力集中は無視できないものになることが判明した。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、熱交換器に接続される分岐配管の応力集中を低減することができる圧縮機ユニット及びこれを備えた室外機を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の圧縮機ユニット及びこれを備えた室外機は以下の手段を採用する。

本発明の圧縮機ユニットは、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機に接続された冷媒配管と、該冷媒配管から並列に分岐され、それぞれが熱交換器に接続された複数の分岐配管とを備え、各前記分岐配管は、前記冷媒配管から分岐して下方から上方へ立ち上がる立上り部と、該立上り部に接続されて下方へ折り返す折返し部と、該折返し部に接続されて上方から下方へ立ち下がる立下り部と、該立下り部と前記熱交換器とを接続する複数の枝管とを有し、各前記分岐配管の前記立上り部同士を固定する固定部を備えていることを特徴とする。

各熱交換器に接続される分岐配管には、冷媒配管から分岐して下方から上方へ立ち上がる立上り部と、立上り部に接続されて下方へ折り返す折返し部と、折返し部に接続されて上方から下方へと立ち下がる立下り部とが設けられている。これは、熱交換器に貯留された液冷媒が冷媒配管を通り圧縮機に逆流（液バック）しないようにするためである。
圧縮機からの振動は、冷媒配管に伝達され、さらに分岐配管へと伝達される。冷媒配管から各分岐配管へと分岐する分岐部では、振動によって応力が集中する。また、分岐配管の立上り部の上方では振動によって大きく変位する。立上り部の上方が大きく変位すると、立下り部の変位も大きくなり、熱交換器に接続される枝管の応力が大きくなってしまう。
そこで、各分岐配管の立上り部同士を固定部で固定することによって、分岐配管を一体化して各分岐配管が個別に振動することを抑えるようにした。これにより、冷媒配管から各分岐配管へと分岐する分岐部における応力集中や、分岐配管の立上り部の上方における大きな変位を低減することができる。
固定部としては、断熱性を有する材料を用いて立上り配管同士をまとめて巻回して固定する形態や、板金とされた金属ブラケットを用いて立上り部同士を挟み込んで固定する形態等が挙げられる。

また、本発明の圧縮機ユニットは、冷媒を圧縮する圧縮機と、該圧縮機に接続された冷媒配管と、該冷媒配管から並列に分岐され、それぞれが熱交換器に接続された複数の分岐配管とを備え、各前記分岐配管は、前記冷媒配管から分岐して下方から上方へ立ち上がる立上り部と、該立上り部に接続されて下方へ折り返す折返し部と、該折返し部に接続されて上方から下方へ立ち下がる立下り部と、該立下り部と前記熱交換器とを接続する複数の枝管とを有し、前記分岐配管の前記立上り部は、前記熱交換器に対して、または、該熱交換器を収容する筐体側に対して固定されていることを特徴とする。

各熱交換器に接続される分岐配管には、冷媒配管から分岐して下方から上方へ立ち上がる立上り部と、立上り部に接続されて下方へ折り返す折返し部と、折返し部に接続されて上方から下方へと立ち下がる立下り部とが設けられている。これは、熱交換器に貯留された液冷媒が冷媒配管を通り圧縮機に逆流（液バック）しないようにするためである。
圧縮機からの振動は、冷媒配管に伝達され、さらに分岐配管へと伝達される。冷媒配管から各分岐配管へと分岐する分岐位置では、振動によって応力が集中する。また、分岐配管の立上り部の上方では振動によって大きく変位する。立上り部の上方が大きく変位すると、立下り部の変位も大きくなり、熱交換器に接続される枝管の応力が大きくなってしまう。
そこで、分岐配管の立上り部を、熱交換器に対して、または、熱交換器を収容する筐体側に固定することによって、各分岐配管が個別に振動することを抑えるようにした。これにより、冷媒配管から各分岐配管へと分岐する分岐位置における応力集中や、分岐配管の立上り部の上方における大きな変位を低減することができる。

また、本発明の室外機は、上記の圧縮機ユニットと、複数の熱交換器と、前記圧縮機ユニット及び各前記熱交換器を収容する筐体とを備えていることを特徴とする。

各分岐配管の立上り部同士を固定して一体化することによって、分岐配管の応力集中を低減することができる。
分岐配管の立上り部を、熱交換器に対して、または、熱交換器を収容する筐体側に固定することによって、分岐配管の応力集中を低減することができる。

本発明の第１実施形態に係る空調機の冷媒回路を示した図である。 第１実施形態に係る圧縮機ユニットを収容した室外機を示した斜視図である。 図２の室外機を他の角度から見た斜視図である。 図２の分岐配管の立上り部周りを拡大して示した斜視図である。 図４の分岐配管の立上り部周りを他の角度から見た斜視図である。 変形例を示し、図２の分岐配管の立上り部を拡大して示した斜視図である。 図６の分岐配管の立上り部周りを他の角度から見た斜視図である。 第２実施形態に係る圧縮機ユニットを示し、分岐配管の立上り部を拡大して示した斜視図である。

以下に、本発明にかかる一実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
図１には、１台の室外機に対して複数台の室内機が接続されるマルチ形空調システムの冷媒回路図が示されている。なお、室外機は複数台であっても良い。

同図に示すように、マルチ形空調システム１は、１台の室外機２に、複数台の室内機３Ａ，３Ｂが並列に接続されたものである。複数台の室内機３Ａ，３Ｂは、室外機２に接続されているガス側配管４と液側配管５との間に分岐器６を介して互いに並列に接続されている。

室外機２は、冷媒を圧縮するインバータ駆動の圧縮機１０と、冷媒の循環方向を切換える四方切換弁１２と、冷媒と外気とを熱交換させる室外熱交換器１３と、室外熱交換器１３と一体的に構成されている過冷却コイル１４と、室外膨張弁（ＥＥＶＨ）１５と、液冷媒を貯留するレシーバ１６と、液冷媒に過冷却を与える過冷却熱交換器１７と、過冷却熱交換器１７に分流される冷媒量を制御する過冷却用膨張弁（ＥＥＶＳＣ）１８と、圧縮機１０に吸入される冷媒ガスから液分を分離し、ガス分のみを圧縮機１０側に吸入させるアキュームレータ１９と、ガス側操作弁２０と、液側操作弁２１とを備えている。

圧縮機１０は、１３０ｒｐｓを超えて２００ｒｐｓまで回転可能となっている。圧縮機１０の吐出側には、吐出配管２５を介してオイルセパレータ２６が接続されている。オイルセパレータ２６では、圧縮冷媒中のミスト状の潤滑油（オイル）が冷媒から分離される。オイルセパレータ２６でミスト状潤滑油が分離された冷媒は、四方切換弁１２へと導かれる。オイルセパレータ２６で分離されオイルセパレータ２６内に貯留された潤滑油は、油戻し配管２７を介して圧縮機１０の低圧側に戻される。

油戻し配管２７には、電磁弁２８とキャピラリ部２９が設けられている。電磁弁２８は、図示しない制御部によって弁の開閉が制御され、油戻し配管２７内を流れる油量が調整される。キャピラリ部２９は、固定絞りとして用いられ、通過する潤滑油の圧力を減少させる。

室外機２側の上記各機器は、冷媒配管２２を介して順次接続され、公知の室外側冷媒回路２３を構成している。また、室外機２には、室外熱交換器１３に対して外気を送風する室外ファン２４が設けられている。

ガス側配管４及び液側配管５は、室外機２のガス側操作弁２０及び液側操作弁２１に接続される冷媒配管であり、現場での据え付け施工時に、室外機２とそれに接続される複数台の室内機３Ａ，３Ｂとの間の距離に応じて、その配管長が適宜設定されるようになっている。ガス側配管４及び液側配管５の途中には、複数の分岐器６が設けられ、該分岐器６を介して適宜台数の室内機３Ａ，３Ｂが接続されている。これによって、密閉された１系統の冷凍サイクル（冷媒回路）７が構成されている。

室内機３Ａ，３Ｂは、室内空気を冷媒と熱交換させて冷却又は加熱し、室内の空調に供する室内熱交換器３０と、室内膨張弁（ＥＥＶＣ）３１と、室内熱交換器３０を介して室内空気を循環させる室内ファン３２と、室内コントローラ３３とを備えており、室内側の分岐ガス側配管４Ａ，４Ｂ及び分岐液側配管５Ａ，５Ｂを介して分岐器６に接続されている。

上記のマルチ形空調システム１において、冷房運転は、以下のように行われる。
圧縮機１０で圧縮され、吐出された高温高圧の冷媒ガスは、四方切換弁１２により室外熱交換器１３側に循環され、室外熱交換器１３で室外ファン２４により送風される外気と熱交換されて凝縮液化される。この液冷媒は、過冷却コイル１４で更に冷却された後、室外膨張弁１５を通過し、レシーバ１６内にいったん貯留される。

レシーバ１６で循環量が調整された液冷媒は、過冷却熱交換器１７を経て液冷媒配管側を流通される過程で、液冷媒配管から一部分流され、過冷却用膨張弁１８で断熱膨張された冷媒と熱交換されて過冷却度が付与される。この液冷媒は、液側操作弁２１を経て室外機２から液側配管５へと導かれ、分岐器６を介して各室内機３Ａ，３Ｂの分岐液側配管５Ａ，５Ｂへと分流される。

分岐液側配管５Ａ，５Ｂに分流された液冷媒は、各室内機３Ａ，３Ｂに流入し、室内膨張弁３１で断熱膨張され、気液二相流となって室内熱交換器３０に流入される。室内熱交換器３０では、室内ファン３２により循環される室内空気と冷媒とが熱交換され、室内空気は冷却されて室内の冷房に供される。一方、冷媒はガス化され、分岐ガス側配管４Ａ，４Ｂを経て分岐器６に至り、他の室内機からの冷媒ガスとガス側配管４で合流される。

ガス側配管４で合流された冷媒ガスは、再び室外機２に戻り、ガス側操作弁２０、四方切換弁１２を経て、過冷却熱交換器１７からの冷媒ガスと合流された後、アキュームレータ１９に導入される。アキュームレータ１９では、冷媒ガス中に含まれている液分が分離され、ガス分のみが圧縮機１０に吸入される。この冷媒は、圧縮機１０において再び圧縮され、以上のサイクルを繰り返すことによって冷房運転が行われる。

一方、暖房運転は、以下のように行われる。
圧縮機１０により圧縮され、吐出された高温高圧の冷媒ガスは、四方切換弁１２を介してガス側操作弁２０側に循環される。この高圧ガス冷媒は、ガス側操作弁２０、ガス側配管４を経て室外機２から導出され、分岐器６、室内側の分岐ガス側配管４Ａ，４Ｂを経て複数台の室内機３Ａ，３Ｂに導入される。

室内機３Ａ，３Ｂに導入された高温高圧の冷媒ガスは、室内熱交換器３０で室内ファン３２を介して循環される室内空気と熱交換され、これにより加熱された室内空気は室内に吹出されて暖房に供される。一方、室内熱交換器３０で凝縮液化された冷媒は、室内膨張弁３１、分岐液側配管５Ａ，５Ｂを経て分岐器６に至り、他の室内機からの冷媒と合流され、液側配管５を経て室外機２に戻る。なお、暖房時、室内機３Ａ，３Ｂでは、凝縮器として機能する室内熱交換器３０の冷媒出口温度又は冷媒過冷却度が制御目標値となるように、室内膨張弁３１の開度が室内コントローラ３３を介して制御される。

室外機２に戻った冷媒は、液側操作弁２１を経て過冷却熱交換器１７に至り、冷房時の場合と同様に過冷却が付与された後、レシーバ１６に流入され、いったん貯留されることにより循環量が調整される。この液冷媒は、室外膨張弁１５に供給されて断熱膨張された後、過冷却コイル１４を経て室外熱交換器１３に流入される。

室外熱交換器１３では、室外ファン２４から送風される外気と冷媒とが熱交換され、冷媒は外気から吸熱して蒸発ガス化される。この冷媒は、室外熱交換器１３から四方切換弁１２を経て、過冷却熱交換器１７からの冷媒ガスと合流された後、アキュームレータ１９に導入される。アキュームレータ１９では、冷媒ガス中に含まれている液分が分離されてガス分のみが圧縮機１０に吸入され、圧縮機１０において再び圧縮される。以上のサイクルを繰り返すことによって暖房運転が行われる。

＜圧縮機ユニットの構造＞
図２及び図３には、室外機２内に配置された圧縮機１０や室外熱交換器１３等を備えた圧縮機ユニットの構造が示されている。同図では、圧縮機１０と、室外熱交換器１３と、これらに関連する構造が示されており、他の機器については図示が省略されている。

圧縮機１０は、室外機２の筐体内で、底板５０上に固定されている。圧縮機１０は、鉛直方向に延在する軸線を有する略円筒形状とされている。圧縮機１０の下部には電動モータ（図示せず）が収容され、上部にはスクロール部等の圧縮機構（図示せず）が収納されている。圧縮機１０の底部には脚部１０ａが設けられ、防振ゴム４８を介してスタッドボルト４９によって底板５０に対して固定されている。

圧縮機１０の下部側方には、四方切換弁１２が位置している。四方切換弁１２から上方に延びる冷媒配管２２は室外機２の角部に沿って上方に立ち上がっている。なお、同図中に示された符号１９は、アキュームレータである。

冷媒配管２２は、分岐部２２ａにおいて２本の分岐配管５１に接続されている。各分岐配管５１は、分岐部２２ａを起点として並列に設けられている。各分岐配管５１は、上方へ立ち上がる立上り部５１ａと、立上り部５１ａに接続されて下方へＵ字状に折り返す折返し部５１ｂと、折返し部５１ｂに接続されて上方から下方へ立ち下がる立下り部５１ｃとを有している。立下り部５１ｃには、室外熱交換器１３に接続される複数の枝管５１ｄが設けられている。各枝管５１ｄは、立下り部５１ｃの上下方向に略等間隔で設けられている。

立上り部５１ａ、折返し部５１ｂ及び立下り部５１ｃは、同一配管を折り曲げて形成された形状となっている。立上り部５１ａ、折返し部５１ｂ及び立下り部５１ｃは、折返し部５１ｂの高さ位置が室外熱交換器１３の上端と略同等の位置とされた上で、逆Ｕ字形状に設けられている。これにより、暖房運転時に蒸発器として使用される室外熱交換器１３に貯留された液冷媒が冷媒配管２２を通り圧縮機１０に逆流（液バック）しないようになっている。

冷媒配管２２の配管径よりも、立上り部５１ａ、折返し部５１ｂ及び立下り部５１ｃの配管径の方が小さい。そして、立上り部５１ａ、折返し部５１ｂ及び立下り部５１ｃの配管径よりも、枝管５１ｄの配管径の方が小さい。

室外熱交換器１３は、２つ設けられており、平面視した場合にＬ字に折り曲げられた形状となっている。これら２つの室外熱交換器１３に対して、対応するそれぞれの分岐配管５１から冷媒が供給され、また、各分岐配管５１に冷媒が導かれるようになっている。

分岐配管５１の立上り部５１ａの上方には、２つの立上り部５１ａをまとめて一体的に固定する固定部５３が設けられている。図４及び図５には、固定部５３の周りが拡大されて示されている。

固定部５３は、例えば発泡ポリエチレン等の断熱性を有する材料で構成されており、２つの立上り部５１ａの周囲を巻回するように設けられたバンドとなっている。固定部５３によって、互いの立上り部５１ａが独立して変位しないようになっている。

本実施形態によれば、以下の作用効果を奏する。
圧縮機１０からの振動は、冷媒配管２２に伝達され、さらに分岐配管５１へと伝達される。冷媒配管２２から各分岐配管５１へと分岐する分岐部２２ａでは、振動によって応力が集中する。また、分岐配管５１の立上り部５１ａの上方では振動によって大きく変位する。立上り部５１ａの上方が大きく変位すると、立下り５１ｃの変位も大きくなり、室外熱交換器１３に接続される枝管５１ｄの応力が大きくなってしまう。
そこで、本実施形態では、各分岐配管５１の立上り部５１ａ同士を固定部５３で固定することによって、分岐配管５１を一体化して各分岐配管５１が個別に振動することを抑えるようにした。これにより、冷媒配管２２から各分岐配管５１へと分岐する分岐部２２ａにおける応力集中や、分岐配管５１の立上り部５１ａの上方における大きな変位を低減することができる。

本実施形態は、図６及び図７のように変形することができる。
図６及び図７に示されているように、固定部５３’を板金とされた金属ブラケットで構成することとしても良い。金属ブラケットで各立上り部５１ａを挟み込んで固定する。これにより、安価に固定部５３’を構成することができる。

なお、上述した実施形態では、１３０ｒｐｓを超えて２００ｒｐｓまで回転可能な圧縮機１０として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、１３０ｒｐｓ以下の圧縮機回転数であってもよく、また２００ｒｐｓを超える圧縮機回転数であっても良い。
また、分岐配管５１が２本に分岐する構成として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３本以上に分岐する構成としても良い。この場合には、近くに位置する少なくとも２つの立上り部５１ａ同士を固定部５３，５３’で固定する。

［第２実施形態］
以下に、本発明の第２実施形態について説明する。本実施形態は、第１実施形態に対して、立上り部５１ａを固定する構成が異なる。したがって、以下では、第１実施形態に対する相違点のみについて説明し、共通する構成については同一符号を付しその説明を省略する。

図８に示されているように、立上り部５１ａの上方を室外熱交換器１３の端部の側板１３ａに固定する固定用ブラケット５５が設けられている。固定用ブラケット５５は、所定形状に屈曲された２つの金属プレートを備え、これら金属プレートの間に立上り部５１ａを挟み込むようになっている。他方の分岐配管５１の立上り部５１ａについても、図８では示していないが、対応する室外熱交換器１３の側板１３ａに対して固定用ブラケット５５を介して固定されている。

固定用ブラケット５５を介して、立上り部５１ａを室外熱交換器１３に対して固定することで、立上り部５１ａの振動を抑えることができる。また、室外熱交換器１３の側板１３ａはステンレス等の比較的強度のある材料で構成されているため、固定用ブラケット５５を固定する対象として好ましい。

なお、分岐配管５１が２本に分岐する構成として説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、３本以上に分岐する構成としても良い。
また、固定用ブラケット５５は、室外熱交換器１３の側板１３ａに固定することに代えて、室外熱交換器１３を収容する筐体、すなわち室外機２の筐体側に固定するようにしても良い。具体的には、室外機２の筐体のケーシングやフレームに対して固定しても良い。

１ マルチ形空調システム
２ 室外機
３Ａ，３Ｂ 室内機
１０ 圧縮機
１０ａ 脚部
１３ 室外熱交換器
１９ アキュームレータ
２２ 冷媒配管
２２ａ 分岐部
２５ 吐出配管
４８ 防振ゴム
４９ スタッドボルト
５０ 底板
５１ 分岐配管
５１ａ 立上り部
５１ｂ 折返し部
５１ｃ 立下り部
５１ｄ 枝管
５３，５３’ 固定部
５５ 固定用ブラケット

Claims (3)

1. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   該圧縮機に接続された冷媒配管と、
   該冷媒配管から並列に分岐され、それぞれが熱交換器に接続された複数の分岐配管と、
   を備え、
   各前記分岐配管は、前記冷媒配管から分岐して下方から上方へ立ち上がる立上り部と、該立上り部に接続されて下方へ折り返す折返し部と、該折返し部に接続されて上方から下方へ立ち下がる立下り部と、該立下り部と前記熱交換器とを接続する複数の枝管とを有し、
   各前記分岐配管の前記立上り部同士を固定する固定部を備えていることを特徴とする圧縮機ユニット。
2. 冷媒を圧縮する圧縮機と、
   該圧縮機に接続された冷媒配管と、
   該冷媒配管から並列に分岐され、それぞれが熱交換器に接続された複数の分岐配管と、
   を備え、
   各前記分岐配管は、前記冷媒配管から分岐して下方から上方へ立ち上がる立上り部と、該立上り部に接続されて下方へ折り返す折返し部と、該折返し部に接続されて上方から下方へ立ち下がる立下り部と、該立下り部と前記熱交換器とを接続する複数の枝管とを有し、
   前記分岐配管の前記立上り部は、前記熱交換器に対して、または、該熱交換器を収容する筐体側に対して固定されていることを特徴とする圧縮機ユニット。
3. 請求項１又は２に記載の圧縮機ユニットと、
   複数の熱交換器と、
   前記圧縮機ユニット及び各前記熱交換器を収容する筐体と、
   を備えていることを特徴とする室外機。

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