JP2018162690A - 消音器及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】簡素な構成で騒音を効率的に低減することが可能な消音器及び空気調和機を提供することを目的とする。【解決手段】消音器（マフラ）１は、軸方向に長い筒形状を有し、設置時に軸方向が鉛直方向に対してほぼ平行に配置される本体部２と、設置時に上方に位置する本体部２の一側の軸方向端部において貫通して接続され、先端３ａが本体部２の内部に配置された入口配管３ａと、設置時に下方に位置する、本体部２の一側とは反対の他側の軸方向端部に接続され、先端４ａが本体部２の内部に配置された出口配管４とを備え、入口配管３び出口配管４は、本体部２との接続部分の径よりも本体部２の内部に位置する先端３ａ，４ａの径が小さい。【選択図】図１

Description

本発明は、消音器及び空気調和機に関するものである。

空気調和機の冷媒回路には、圧縮機、凝縮器、膨張弁及び蒸発器などが設けられる。圧縮機は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して、更に吐出する。圧縮機における冷媒の吸入、圧縮及び吐出は、繰り返し行われることから、圧縮機において脈動が生じ、脈動は騒音の発生源となっている。そこで、冷媒回路の配管に消音器（マフラ）が設置され、脈動による騒音の低減が図られている。マフラは、圧縮機の吐出口と凝縮器の間の配管において、吐出口の近傍に設置される。

下記の特許文献１では、空気調和機の冷凍サイクルに設けられるマフラについて、マフラ本体の入口側と出口側にそれぞれ接続配管が接続されており、入口側に接続された接続配管の先端部がマフラ本体の内部、かつ、マフラ本体の長手方向の中心面の近傍に位置するまで挿入されることが開示されている。

特開２０１１−１２８６９号公報

マフラは、マフラ本体の内径と、マフラ本体の入口又は出口に接続される配管の内径との関係である（マフラ本体内径）／（配管内径）が大きいほど、マフラによる騒音低減効果が高まる。この係数（（マフラ本体内径）／（配管内径））を大きくするためには、マフラ本体内径を大きくするか、配管内径を小さくする必要がある。しかし、マフラ本体の内径を大きくすると、マフラ本体のサイズが大きくなり、コストが上昇するだけでなく、マフラの設置スペースがより広く必要になり、機器類の省スペース化を図ることができない。また、マフラに接続される配管の内径を小さくすると、配管内部で生じる圧力損失が増加するという問題がある。

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、簡素な構成で騒音を効率的に低減することが可能な消音器及び空気調和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、本発明の消音器及び空気調和機は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明の第１態様に係る消音器は、軸方向に長い筒形状を有し、設置時に軸方向が鉛直方向に対してほぼ平行に配置される本体部と、設置時に上方に位置する前記本体部の一側の軸方向端部において貫通して接続され、先端が前記本体部の内部に配置された第１配管部と、設置時に下方に位置する、前記本体部の前記一側とは反対の他側の軸方向端部に接続され、先端が前記本体部の内部に配置された第２配管部とを備え、前記第１配管部及び前記第２配管部は、前記本体部との接続部分の径よりも前記本体部の内部に位置する先端の径が小さい。

この構成によれば、第１配管部は、軸方向に長い筒形状を有する本体部の一側の軸方向端部において貫通して接続され、第２配管部は、本体部の他側の軸方向端部において貫通して接続され、第１配管部と第２配管部のいずれも、先端が本体部の内部に配置されている。そして、第１配管部と第２配管部は、本体部との接続部分の径よりも、本体部の内部に位置する先端の径が小さいため、騒音をより効果的に低減することができる。また、第１配管部と第２配管部の両方において、先端が本体部の内部に配置されているため、第１配管部と第２配管部の一方の先端のみが、内部に配置される場合に比べて、騒音の低減効果が高い。

上記第１態様において、前記第１配管部及び前記第２配管部は、前記本体部との接続部分の径と、前記本体部の外側に位置する部分の径とが等しくてもよい。

この構成によれば、第１配管部又は第２配管部と本体部との接続部分の径は、本体部の外側に位置する第１配管部及び第２配管部の径と等しいため、本体部における接続部分の形状は、本体部の内部に位置する先端の径が小さいか否かに関わらず、本体部の外側に位置する第１配管部及び第２配管部の径によって決定される。したがって、本態様の本体部は、本体部の内部に位置する先端の径が小さくない配管が接続される他の態様の消音器との共有化を図ることができる。

上記第１態様において、前記第１配管部及び前記第２配管部において径が小さい縮径部分の長さは、前記先端から１５ｍｍ以下でもよい。

この構成によれば、縮径部分の長さが１５ｍｍ以下であるため、第１配管部及び第２配管部において生じる圧力損失を低減できる。一方、縮径部分の長さが１５ｍｍを超えると圧力損失が上昇し、効率が低下する。

本発明の第２態様に係る消音器は、軸方向に長い筒形状を有し、設置時に軸方向が鉛直方向に対してほぼ平行に配置される本体部と、設置時に上方に位置する前記本体部の一側の軸方向端部において貫通して接続され、先端が前記本体部の内部に配置された第１配管部と、設置時に下方に位置する、前記本体部の前記一側とは反対の他側の軸方向端部に接続され、先端が前記本体部の内部に配置された第２配管部とを備え、前記第１配管部及び前記第２配管部のいずれか一方は、前記本体部との接続部分の径よりも前記本体部の内部に位置する先端の径が小さく、前記第１配管部又は前記第２配管部において径が小さい縮径部分の長さは、前記先端から１５ｍｍ以下である。

この構成によれば、第１配管部は、軸方向に長い筒形状を有する本体部の一側の軸方向端部において貫通して接続され、第２配管部は、本体部の他側の軸方向端部において貫通して接続され、第１配管部と第２配管部のいずれも、先端が本体部の内部に配置されている。そして、第１配管部及び第２配管部のいずれか一方は、本体部との接続部分の径よりも、本体部の内部に位置する先端の径が小さいため、騒音をより効果的に低減することができる。また、第１配管部と第２配管部の両方において、先端が本体部の内部に配置されているため、第１配管部と第２配管部の一方の先端のみが、内部に配置される場合に比べて、騒音の低減効果が高い。
また、縮径部分の長さが１５ｍｍ以下であるため、第１配管部又は第２配管部において生じる圧力損失を低減できる。一方、縮径部分の長さが１５ｍｍを超えると圧力損失が上昇し、効率が低下する。

上記第１及び第２態様において、前記第２配管部の管壁に貫通孔が形成され、前記第２配管部の前記先端から前記貫通孔までの長さは、前記本体部の長さの１／８倍以上の位置であり、かつ、前記第２配管部と前記本体部との接続部分よりも２ｍｍ以上上方の位置でもよい。

この構成によれば、第２配管の管壁に形成された貫通孔を介して、本体部に貯留した油が第２配管へ戻される。また、第２配管の先端から貫通孔までの長さが、本体部の長さの１／８倍以上の位置にあることから、油溜まり量を極力低減できる。さらに、貫通孔は、第２配管と前記本体部との接続部分よりも２ｍｍ以上上方の位置に形成されることから、本体部と第２配管との接続部分にろう付けが施された場合に、ろうによって目詰まりすることがない。

上記第１及び第２態様において、前記第２配管部に形成された前記貫通孔は、径が小さい縮径部分と径が拡大した拡径部分との境界の段差部によって剥離が生じた冷媒流れが前記第２配管部の管壁に再付着した部分に形成されてもよい。

この構成によれば、縮径部分と拡径部分との境界の段差部によって剥離が生じ、冷媒流れが乱れた後、冷媒流れが管壁に再付着した部分に貫通孔が形成されることから、整流した領域において油が第２配管内へ吸い込まれて、効率良く第２配管内へ戻される。

上記第１及び第２態様において、前記縮径部分と前記拡径部分との境界の前記段差部の径方向の長さがσであるとき、前記段差部から前記貫通孔までの軸方向の長さは、６σ以上でもよい。

本発明の第３態様に係る空気調和機は、上記第１又は第２態様の消音器が設置された冷媒回路を備える。

本発明によれば、簡素な構成で騒音を効率的に低減することができる。

本発明の一実施形態に係るマフラを示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るマフラの第１変形例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るマフラの入口配管又は出口配管の第１変形例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るマフラの入口配管又は出口配管の第２変形例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るマフラの出口配管を示す部分拡大縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るマフラの第２変形例を示す縦断面図である。 本発明の一実施形態に係るマフラの第３変形例を示す縦断面図である。

以下に、本発明の一実施形態に係る空気調和機について、図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る空気調和機は、冷媒配管によって接続された室外機と室内機を備える。冷媒回路の冷媒配管には、圧縮機、四方弁、室内熱交換器、膨張弁及び室外熱交換器が設けられる。暖房運転時には、四方弁が切り替えられて、冷媒回路内の冷媒は、圧縮機、室内熱交換器、膨張弁、室外熱交換器、圧縮機の順に循環する。暖房運転時、室内熱交換器は、凝縮器として機能し、室外熱交換器は、蒸発器として機能する。また、冷房運転時には、四方弁が切り替えられて、冷媒回路内の冷媒は、圧縮機、室外熱交換器、膨張弁、室内熱交換器、圧縮機の順に循環する。冷房運転時、室外熱交換器は、凝縮器として機能し、室内熱交換器は、蒸発器として機能する。

冷媒回路の冷媒配管には、圧縮機の吐出口よりも下流側において、圧縮機の吐出口近傍に、図１及び図２に示すような、マフラ１が設置される。マフラ１は、冷媒回路において、圧縮機と四方弁の間に設置され、室外機の内部に配置される。マフラ１は、圧縮機において生じる脈動による騒音を低減する構成を有している。

マフラ１は、図１及び図２に示すように、例えば、円筒形状の本体部２と、本体部２の一端部２ａに接続される入口配管３と、本体部２の他端部２ｂに接続される出口配管４を備える。本体部２の一端部２ａは、本体部２の一側の軸方向端部であり、本体部２の他端部２ｂは、本体部２の一端部２ａとは反対の他側の軸方向端部である。マフラ１が室外機に設置されるとき、本体部２は、軸方向が鉛直方向に対して略平行になるように配置され、本体部２の一端部２ａは、上方に位置し、本体部２の他端部２ｂは、下方に位置する。

これにより、マフラ１では、上方に接続された入口配管３から冷媒が導入されて、下方に接続された出口配管４から冷媒が排出される。入口配管３と出口配管４のいずれも冷媒回路を構成する冷媒配管の一部である。なお、本発明は、入口配管３が本体部２の上方に配置され、出口配管４が下方に設置される例に限定されず、反対に入口配管３が本体部２の下方に設置され、出口配管４が上方に設置されてよい。この場合、マフラ１では、下方に接続された入口配管３から冷媒が導入されて、上方に接続された出口配管４から冷媒が排出される。

本体部２は、一端部２ａ側及び他端部２ｂ側において、図１に示すように、円錐形状を有してもよいし、他の形状、例えば半球形状を有してもよい。また、本体部２は、一端部２ａ側及び他端部２ｂ側において、図２に示すように、水平面に対して平行な円板面を有してもよい。本体部２の内部は、中空である。

入口配管３は、本体部２の一端部２ａにおいて貫通しつつ、本体部２の一端部２ａと接続されており、入口配管３の先端３ａが本体部２の内部に配置される。また、出口配管４は、本体部２の他端部２ｂにおいて貫通しつつ、本体部２の他端部２ｂと接続されており、出口配管４の先端４ａが本体部２の内部に配置される。

本体部２の内部において、入口配管３の先端３ａ側と出口配管４の先端４ａ側には、入口配管３又は出口配管４と本体部２との接続部分の径よりも管径が小さい縮径部５，６が形成されている。縮径部５，６は、例えば、プレス加工によって形成され、例えば、入口配管３又は出口配管４の管軸方向に沿って、直径が一定である円筒形状を有する。円筒形状を有する縮径部５，６が形成される場合、入口配管３及び出口配管４の内部には、縮径部５と縮径部５以外の部分である拡径部７との境界や、縮径部６と縮径部６以外の部分である拡径部８との境界には、段差が形成される。

入口配管３及び出口配管４は、本体部２との接続部分の径よりも、本体部２の内部に位置する先端３ａ，４ａの径が小さいため、（マフラ１の本体部２が有する内径）／（入口配管３の先端３ａ又は出口配管４の先端４ａが有する内径）の比率が大きくなり、騒音をより効果的に低減することができる。また、入口配管３及び出口配管４の両方において、先端３ａ，４ａが本体部２の内部に配置されているため、入口配管３及び出口配管４の一方の先端３ａ，４ａのみが、内部に配置される場合に比べて、騒音の低減効果が高い。

なお、縮径部５，６は、図３に示すように、クロージング加工によって形成されてもよく、入口配管３又は出口配管４の先端３ａ，４ａが内側へ屈曲した形状を有してもよい。また、縮径部５，６は、円筒形状の場合に限られず、図４に示すように、円錐形状（テーパ形状）に形成されてもよい。

入口配管３及び出口配管４は、本体部２との接続部分の配管外径と、本体部２の外側に位置する配管外径とが等しい。そのため、本体部２における接続部分の形状は、本体部２の内部に位置する先端３ａ，４ａの径が小さいか否かに関わらず、本体部２の外側に位置する入口配管３及び出口配管４の径によって決定される。したがって、本実施形態に係るマフラ１の本体部２は、先端３ａ，４ａの径が小さくないストレートの冷媒配管、すなわち、縮径部５，６が形成されないストレートの冷媒配管が接続される他の態様のマフラの本体部にも使用できる。したがって、本実施形態に係るマフラ１の本体部２は、他の態様のマフラの本体部との共有化を図ることができ、製造コストの低減化を図ることができる。

縮径部５，６が円筒形状を有する場合、縮径部５，６の長さは、１５ｍｍ以下である。これにより、入口配管３及び出口配管４において生じる圧力損失を低減できる。一方、縮径部５，６の長さが１５ｍｍを超えると圧力損失が上昇し、効率が低下する。また、縮径部５，６が形成される領域の長さが比較的短いため、加工が容易である。

入口配管３の先端３ａは、マフラ１の本体部２の一端部２ａから他端部２ｂまでの長さがＬであるとき（図１及び図２参照）、入口配管３の先端３ａから入口配管３と本体部２との接続部分までの長さが１／２Ｌとなる位置に設けられる。また、出口配管４の先端４ａは、出口配管４の先端４ａから出口配管４と本体部２との接続部分までの長さが１／４Ｌとなるように設けられる。なお、これらの値は、一例であり、入口配管３及び出口配管４の先端３ａ，４ａは、他の位置（高さ）に設けられてもよい。

図１及び図２に示すように、出口配管４の管壁には、貫通孔９が形成される。貫通孔９は、本体部２に貯留した油が流通し、出口配管４の内部へ戻される。これにより、本体部２の内部に大量の油が貯留することを防止できる。また、戻された油は、冷媒や他の油と共に冷媒回路を再度循環し、圧縮機の潤滑に利用される。

出口配管４の先端４ａから貫通孔９までの長さは、本体部２の長さの１／８倍以上の位置であり、かつ、出口配管４と本体部２との接続部分よりも２ｍｍ以上上方の位置であるとよい。

これにより、出口配管４の先端４ａから貫通孔９までの長さが、本体部２の長さの１／８倍以上の位置にあることから、油溜まり量を極力低減できる。さらに、貫通孔９は、出口配管４と本体部２との接続部分よりも２ｍｍ以上上方の位置に形成されることから、本体部２と出口配管４との接続部分にろう付けが施された場合に、貫通孔９がろうによって目詰まりすることがない。なお、これらの値は、一例であり、出口配管４の貫通孔９は、他の位置（高さ）に設けられてもよい。

出口配管４に形成された貫通孔９は、図５に示すように、縮径部６と拡径部８との境界の段差部によって剥離が生じた冷媒流れが出口配管４の管壁に再付着した部分よりも下流側に形成されるとよい。

出口配管４の内部では、縮径部６と拡径部８との境界の段差部によって剥離が生じ、冷媒流れが乱れる。貫通孔９は、冷媒流れが乱れた後、冷媒流れが管壁に再付着した部分よりも下流側に形成されることから、整流した領域において油が出口配管４内へ吸い込まれる。その結果、本体部２に貯留された油が効率良く出口配管４内へ戻される。

図５に示すように、縮径部６と拡径部８との境界の段差部の径方向の長さがσであるとき、段差部から貫通孔９までの軸方向の長さＬ_１は、６σ以上である。
これは、気流流れ方向に対して垂直方向の段差部の長さがσであるとき、段差部から気流流れ方向に沿って６σ以上の位置では、管壁に気流が再付着し、気流が整流化されるという知見に基づくものである。なお、レイノルズ数によって、この値は変化し、本発明において、貫通孔９が設けられる位置は、この値に限定されるものではない。

上記実施形態において、入口配管３及び出口配管４の両者に縮径部５，６が形成される場合について説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、図６に示すように、入口配管３の先端３ａ側のみに縮径部５が形成されてもよいし、図７に示すように、出口配管４の先端４ａ側のみに縮径部６が形成されてもよい。図６及び図７に示すいずれの場合も、縮径部５，６が円筒形状を有する場合、縮径部５，６の長さは、１５ｍｍ以下である。これにより、入口配管３及び出口配管４において生じる圧力損失を低減できる。一方、縮径部５，６の長さが１５ｍｍを超えると圧力損失が上昇し、効率が低下する。また、縮径部５，６が形成される領域の長さが比較的短いため、加工が容易である。図６及び図７に示すいずれの場合も、上述した実施形態と同様に、出口配管４の管壁に貫通孔９が形成される。

１ ：マフラ
２ ：本体部
２ａ ：一端部
２ｂ ：他端部
３ ：入口配管
３ａ ：先端
４ ：出口配管
４ａ ：先端
５ ：縮径部
６ ：縮径部
７ ：拡径部
８ ：拡径部
９ ：貫通孔

Claims (8)

1. 軸方向に長い筒形状を有し、設置時に軸方向が鉛直方向に対してほぼ平行に配置される本体部と、
   設置時に上方に位置する前記本体部の一側の軸方向端部において貫通して接続され、先端が前記本体部の内部に配置された第１配管部と、
   設置時に下方に位置する、前記本体部の前記一側とは反対の他側の軸方向端部に接続され、先端が前記本体部の内部に配置された第２配管部と、
   を備え、
   前記第１配管部及び前記第２配管部は、前記本体部との接続部分の径よりも前記本体部の内部に位置する先端の径が小さい消音器。
2. 前記第１配管部及び前記第２配管部は、前記本体部との接続部分の径と、前記本体部の外側に位置する部分の径とが等しい請求項１に記載の消音器。
3. 前記第１配管部及び前記第２配管部において径が小さい縮径部分の長さは、前記先端から１５ｍｍ以下である請求項１又は２に記載の消音器。
4. 軸方向に長い筒形状を有し、設置時に軸方向が鉛直方向に対してほぼ平行に配置される本体部と、
   設置時に上方に位置する前記本体部の一側の軸方向端部において貫通して接続され、先端が前記本体部の内部に配置された第１配管部と、
   設置時に下方に位置する、前記本体部の前記一側とは反対の他側の軸方向端部に接続され、先端が前記本体部の内部に配置された第２配管部と、
   を備え、
   前記第１配管部及び前記第２配管部のいずれか一方は、前記本体部との接続部分の径よりも前記本体部の内部に位置する先端の径が小さく、
   前記第１配管部又は前記第２配管部において径が小さい縮径部分の長さは、前記先端から１５ｍｍ以下である消音器。
5. 前記第２配管部の管壁に貫通孔が形成され、
   前記第２配管部の前記先端から前記貫通孔までの長さは、前記本体部の長さの１／８倍以上の位置であり、かつ、前記第２配管部と前記本体部との接続部分よりも２ｍｍ以上上方の位置である請求項１から４のいずれか１項に記載の消音器。
6. 前記第２配管部に形成された前記貫通孔は、径が小さい縮径部分と径が拡大した拡径部分との境界の段差部によって剥離が生じた冷媒流れが前記第２配管部の管壁に再付着した部分に形成される請求項５に記載の消音器。
7. 前記縮径部分と前記拡径部分との境界の前記段差部の径方向の長さがσであるとき、前記段差部から前記貫通孔までの軸方向の長さは、６σ以上である請求項６に記載の消音器。
8. 請求項１から７のいずれか１項に記載の消音器が設置された冷媒回路を備える空気調和機。

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