JP3041467B2

JP3041467B2 - 空気調和機

Info

Publication number: JP3041467B2
Application number: JP5268511A
Authority: JP
Inventors: 知巳梅田; 良次佐藤; 研作小国; 譲治岡本; 新一下出; 太一佐藤; 弘安田; 敏彦福島; 俊治佐々木; 直登勝又; 浩清寺田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-10-27
Filing date: 1993-10-27
Publication date: 2000-05-15
Anticipated expiration: 2015-05-15
Also published as: JPH07120104A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、膨張弁及びこの膨張弁
に接続された分配器を備えた空気調和機に係わり、特に
室内機の冷媒配管のコンパクト化および冷媒流動音の低
減を図った空気調和機に関する。

【０００２】

【従来の技術】冷媒の流量制御並びに減圧膨張機構とし
て膨張弁を使用している空気調和機における、膨張弁か
ら発生する冷媒流動音、キャピラリチューブからの冷媒
噴出音と伝熱管振動、および熱交換器から発生する冷媒
流動音の低減方法には、特開平４ー１８６０７１号公
報、特開昭５７ー１９８９６７号公報、特開昭６０ー２
０７８７３や実開昭５７ー１６００２７号公報に開示さ
れたものがある。

【０００３】特開平４ー１８６０７１号公報に記載され
ているものでは、膨張弁の上流側の流れが気液二相流で
ある場合、膨張弁の絞りを冷媒が通過するときに気液二
相流の流動様式に起因して発生する冷媒流動音を、膨張
弁の入口配管の配管軸線を重力方向に直交するように配
置して流動様式を改善することで、冷媒流動音の低減を
図っている。

【０００４】特開昭５７ー１９８９６７号公報に記載さ
れているものでは、冷凍サイクルを構成するキャピラリ
ーチューブから熱交換器伝熱管に接続するまでの間の冷
媒通路面積を段階的に拡大させるように構成し、噴出
音、流体音、伝熱管振動の低減を図っている。

【０００５】特開昭６０ー２０７８７３号公報に記載さ
れているものでは、膨張弁入口側に、ブチルシート・パ
テ等の防振材を備えたパイプを設けることにより、冷媒
流動音の消滅を図っている。

【０００６】実開昭５７ー１６００２７号公報に記載さ
れているものでは、熱交換器の両側から出ているＵ字形
のパイプより発生する冷媒音を遮音し、冷媒流動音の低
減を図っている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術は、主と
して膨張弁やキャピラリーチューブ等の減圧機構から発
生する冷媒流動音、配管振動の低減に関するものであ
り、減圧機構で冷媒流の圧力脈動が発生し、これが配管
内を圧力波として伝播、または配管振動として熱交換器
に伝わり、熱交換器がスピーカーとして冷媒流動音を拡
大しているような配管系全体の問題としての考慮はなさ
れていない。特に上記従来技術において膨張弁の配置に
関するものは、膨張弁に流入する冷媒気液二相流の流動
様式に起因する冷媒流動音に対処するものであり、膨張
弁から流出した冷媒気液二相流に起因する冷媒流動音に
関しての考慮はなされていない。キャピラリーチューブ
の下流側において段階的に冷媒通路面積を拡大すること
に関するものは、キャピラリーチューブから流出する冷
媒流が音速になる場合を考慮したものであり、キャピラ
リーチューブ以外の配管は考慮されていない。また膨張
弁入口に防振材を設けたパイプを使用することに関する
ものでは、膨張弁出口側に関しては考慮されていない。
また熱交換器の両側から出ているＵ字形のパイプから発
生する冷媒流動音を遮音することに関するものでは、熱
交換器に伝播する圧力脈動および配管振動を根本的に遮
断するということは考慮されていない。

【０００８】配管を配置する空間が狭い室内機内におい
て、膨張弁等の減圧機構部や熱交換器を含む配管系全体
から発生する冷媒流動音を低減させるためには配管系の
最適化を検討する必要がある。空気調和機の騒音で冷媒
流動音が特に問題となるのは室内機である。室内機に配
置されている配管構成要素としては、膨張弁、分配器、
第２熱交換器、これらを接続する配管、配管に内蔵され
て膨張弁の絞りの目詰まりを防ぐための防塵網、同じく
配管に内蔵された流動補正用のオリフィス等がある。ま
たこれらの配管系が納められている室内機の機械室にお
ける配管スペースも一般に狭く、曲げ等の多い配管構成
とならざるをえない状況下にある。そのため、曲げ等の
影響による流動の変動が生じ、その結果流体の圧力脈動
が発生・助長され、配管振動を誘発し、これが冷媒流動
音となって現れる。また、空気調和機の省冷媒化に伴っ
て、室内機に設置されている膨張弁に気液二相流の状態
で冷媒が流入する。気液二相流はそれ自身が非定常な流
れであり、圧力脈動を持っている。そのためにも膨張弁
後の配管系で圧力脈動を低減する必要が要求される。従
って、配管構成の最適化を行うことが冷媒流動音の低減
につながる。また、最適化された配管構成は同時にサイ
クル性能をも満足しなければならない。

【０００９】本発明の目的は、室内機の配管系から発生
する冷媒流動音を低減するとともに異音を除去すること
にある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の第１の空気調和機は、少なくとも圧縮機、
第１熱交換器、膨張弁、分配器、第２熱交換器を配管で
接続して構成され、圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、分
配器、第２熱交換器そして再び圧縮機の順で冷媒を循環
させ、第１熱交換器で凝縮液化させた冷媒を第２熱交換
器で蒸発させて冷却を行う冷凍サイクルで構成される空
気調和機において、圧縮機から第１熱交換器までを室外
機に配置し、膨張弁から第２熱交換器までを室内機に配
置し、室内機の前記膨張弁から第２熱交換器に至る配管
において、膨張弁入り口に接続される膨張弁第１熱交換
器側配管軸を重力方向にほぼ直交するように、また膨張
弁出口に接続される膨張弁分配器側配管軸を重力方向と
ほぼ平行になるように膨張弁を配置し、また膨張弁から
第２熱交換器に至る冷媒配管上に設けられている分配器
入り口に接続されるオリフィスを内蔵した配管をその配
管軸線が重力方向とほぼ一致するように配置し、前記オ
リフィスを内蔵した配管と膨張弁出口に接続された膨張
弁分配器側配管とをその内径よりも大きく略３０ｍｍと
された曲率半径を持つ配管で接続し、また分配器と第２
熱交換器とは複数の配管で接続したことを特徴とする。

【００１１】また、上記目的を達成するために、少なく
とも圧縮機、四方弁、第１熱交換器、膨張弁、分配器、
第２熱交換器を配管で接続して構成し、冷媒を圧縮機か
ら順次四方弁、第１熱交換器、膨張弁、分配器、第２熱
交換器を経て、再び四方弁を介して圧縮機に戻す順サイ
クルで循環させる時に、第１熱交換器を凝縮器としてか
つ第２熱交換器を蒸発器として機能させ、また冷媒を順
サイクルと逆方向の逆サイクルで循環させる時には、第
２熱交換器を凝縮器としてかつ第１熱交換器を蒸発器と
して機能させる冷暖房サイクルで構成されている空気調
和機において、圧縮機から第１熱交換器までを室外機に
配置し、膨張弁から第２熱交換器までを室内機に配置
し、室内機の前記膨張弁から第２熱交換器に至る配管に
おいて、膨張弁の第２熱交換器側に接続される膨張弁第
１熱交換器側配管の管軸が重力方向にほぼ直交するよう
に、また膨張弁の分配器側に接続される膨張弁分配器側
配管の管軸が重力方向とほぼ平行になるように膨張弁を
配置し、また前記分配器の膨張弁側に接続されるオリフ
ィスと防塵網を内蔵した配管をその配管軸線が重力の方
向とほぼ平行になるように配置し、前記オリフィス・防
塵網内蔵配管と膨張弁分配器側配管とをその内径よりも
大きく略３０ｍｍとされた曲率半径を持つ配管で接続
し、また分配器と第２熱交換器とは複数の配管で接続し
たことを特徴とする。

【００１２】また、上記の目的を達成するために、少な
くとも圧縮機、第１熱交換器、減圧機構、膨張弁、分配
器、第２熱交換器を配管で接続して形成され、圧縮機、
第１熱交換器、減圧機構、膨張弁、分配器、第２熱交換
器そして再び圧縮機の順で冷媒を循環させる冷凍サイク
ルを構成する空気調和機において、圧縮機から減圧機構
までを室外機に配置し、膨張弁から第２熱交換器までを
室内機に配置し、室内機の前記膨張弁から第２熱交換器
に至る配管において、膨張弁上流側に接続される膨張弁
第１熱交換器側配管の管軸が重力方向にほぼ直交するよ
うに、また膨張弁下流側に接続される膨張弁分配器側配
管の管軸が重力方向とほぼ平行になるように膨張弁を配
置し、前記分配器の膨張弁側に接続される配管をその配
管軸線が重力の方向とほぼ平行になるように配置し、前
記膨張弁分配器側配管と前記分配器膨張弁側配管とを、
その内径よりも大きく略３０ｍｍとされた曲率半径を持
つ配管で接続し、また分配器と第２熱交換器とを複数の
配管で接続したことを特徴とする。

【００１３】また、上記の目的を達成するために、少な
くとも圧縮機、四方弁、第１熱交換器、減圧機構、膨張
弁、分配器、第２熱交換器を配管で接続して形成され、
冷媒を圧縮機から順次四方弁、第１熱交換器、減圧機
構、膨張弁、分配器、第２熱交換器を経て、再び四方弁
を介して圧縮機に戻す順サイクルで循環させる時に、第
１熱交換器を凝縮器としてかつ第２熱交換器を蒸発器と
して機能させ、また冷媒を順サイクルと逆方向の逆サイ
クルで循環させる時には、第２熱交換器を凝縮器として
かつ第１熱交換器を蒸発器として機能させる冷暖房サイ
クルを構成する空気調和機において、圧縮機から減圧機
構までを室外機に配置し、膨張弁から第２熱交換器まで
を室内機に配置し、室内機の前記膨張弁から第２熱交換
器に至る配管において、膨張弁の減圧機構側に接続され
る膨張弁第１熱交換器側配管の管軸が重力方向にほぼ直
交するように、かつ膨張弁の分配器側に接続される膨張
弁分配器側配管の管軸が重力方向とほぼ平行になるよう
に膨張弁を配置し、また膨張弁から第２熱交換器に至る
冷媒配管上に設けられている分配器に接続されるオリフ
ィスと防塵網を内蔵した配管をその配管軸線が重力方向
とほぼ平行になるように配置し、前記オリフィス・防塵
網内蔵配管と膨張弁分配器側配管とをその内径よりも大
きく略３０ｍｍとされた曲率半径を持つ配管で接続し、
また分配器と第２熱交換器とは複数の配管で接続したこ
とを特徴とする。

【００１４】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前記第１乃至第４の各空気調和機
において、膨張弁の分配器側に接続された管軸が重力方
向にほぼ平行な膨張弁分配器側配管と分配器の膨張弁側
に接続された管軸が重力方向にほぼ平行な配管とを接続
する配管の、膨張弁に最も近い曲がり部の曲率半径が少
なくとも３０ｍｍであることを特徴とする。

【００１５】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前記第１乃至第４の各空気調和機
において、膨張弁の分配器側に接続された管軸が重力方
向にほぼ平行な膨張弁分配器側配管と分配器の膨張弁側
に接続された管軸が重力方向にほぼ平行な配管とを接続
する配管を少なくとも二つの曲がり部を有する曲がり配
管としたことを特徴とする。

【００１６】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前記第１乃至第４の各空気調和機
において、膨張弁の分配器側に接続された管軸が重力方
向にほぼ平行な膨張弁分配器側配管と分配器の膨張弁側
に接続された管軸が重力方向にほぼ平行な配管とを接続
する配管を半円弧の配管としたことを特徴とする。

【００１７】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前記第１乃至第４の各空気調和機
において、膨張弁の分配器側に接続された管軸が重力方
向にほぼ平行な膨張弁分配器側配管と分配器の膨張弁側
に接続された管軸が重力方向にほぼ平行な配管とを接続
する配管の径を、前記膨張弁分配器側配管の径と同一と
したことを特徴とする。

【００１８】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前記第１乃至第４の各空気調和機
において、分配器と第２熱交換器とを繋ぐ複数の配管の
内径が、分配器から第２熱交換器の方向に段階的に拡大
していることを特徴とする。

【００１９】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前項記載の空気調和機において、
分配器と第２熱交換器を繋ぐ複数の配管の内径を、分配
器近傍の配管の断面積をＡ１、第２熱交換器近傍の配管
の断面積をＡ３、分配器と第２熱交換器の中間の配管の
断面積をＡ２としたとき、断面積比が３．５＜Ａ２／Ａ
１＜４．５、１．９＜Ａ３／Ａ２＜２．２となるように
段階的に拡大したことを特徴とする。

【００２０】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前記第１乃至第４の各空気調和機
において、分配器と第２熱交換器とを繋ぐ複数の配管の
内径が、分配器から第２熱交換器の方向に向かって、滑
らかに無段階で拡大していることを特徴とする。

【００２１】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前記第１乃至第４の各空気調和機
において、分配器と第２熱交換器を繋ぐ複数の配管に、
可撓性部材を用いることを特徴とする。

【００２２】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前記第１乃至第４の各空気調和機
において、第２熱交換器の出入口の配管に制振材を取り
付けたことを特徴とする。

【００２３】また上記の目的を達成するために、本発明
の別の空気調和機は、前記第１乃至第４の各空気調和機
において、室内機内部の膨張弁の室外機側の配管から分
配器までの配管および配管構成要素に制振材を取り付け
たことを特徴とする。

【００２４】

【作用】上記のように構成された空気調和機において、
室内機の膨張弁から第２熱交換器に至る配管において、
膨張弁の第１熱交換器側（室外機側）の膨張弁第１熱交
換器側配管の管軸を重力方向にほぼ直交するように配置
したことで、省冷媒サイクルで膨張弁入口の冷媒が気液
二相流の状態であっても、冷媒の流れが水平流となって
いるため、冷媒の流動様式が、層状流、波状流となる。
層状流、波状流では、気相と液相とがそれぞれ連続した
流れであるので、冷媒流動音のうちの最も大きい異音で
ある間欠流動音が低減される。また、流動様式に起因す
る膨張弁絞り部での圧力脈動の発生が抑制される。

【００２５】また、膨張弁の絞りを通過した冷媒噴流は
気液二相流となるが、この気液二相流は軸線を重力方向
に合わせて配置された膨張弁分配器側配管内をまっす
ぐ、下方に向って流れるため、流れを乱されることがな
く、この段階での圧力脈動や配管の振動が避けられる。
この気液二相流は、膨張弁分配器側配管内を流れ下った
のち、減速せずに接続配管の内壁に衝突し流れ方向を変
える。そのため、流量が多くかつ流速が速くなるほど運
動量は大きくなり、その衝撃力は大きくなる。そこで接
続配管の内径を少なくとも膨張弁分配器側配管の内径と
同程度に大きくすることで流速が減速され、また接続配
管の曲がり部の曲率半径を大きくすることで急激な流れ
方向の変化が小さくなり、さらに膨張弁分配器側配管の
配管内径と接続配管の内径とを一致させることで、断面
積変化による流動の変動が少なくなる。その結果気液二
相流の不安定流動を抑制することができ、圧力脈動の発
生を低減させることができる。

【００２６】さらに、分配器に流入する気液二相流の冷
媒の流動様式を制御するためのオリフィスと目詰まりを
防止するための防塵網を同一配管内に内蔵し、しかもこ
の配管をその配管軸線を重力方向とほぼ一致させるよう
に分配器の膨張弁側に設置し、さらにこの配管と軸線が
重力方向とほぼ一致している膨張弁分配器側配管とを一
つの曲がり部を有する配管で接続したことで、配管構成
が単純化されコンパクト化される。また曲がり部が一つ
であるので垂直流から水平流への変更に伴う流動状態の
変化も最小限に抑えることができ、冷媒流の流動状態が
改善される。また曲がりが一つの接続配管を用いたこと
でオリフィス・防塵網内蔵配管とは直交することにな
り、接続配管内を流れてきた冷媒流はオリフィス・防塵
網内蔵配管の管内壁に衝突することになる。しかし、膨
張弁の絞り通過時に増速された流速も接続配管内を流れ
る間に減速され流動も安定化しているため、圧力脈動の
発生・助長の点で特に問題とはならず、逆に衝突により
分離していた気相と液相の流れが混合され均質流となる
ため、分配性能の向上が図れる。

【００２７】また、低減されてはいるが圧力脈動が存在
するために配管振動が発生する。この配管振動が第２熱
交換器に伝播すると共振を起こし、第２熱交換器全体か
ら騒音を発生してしまうが、膨張弁前後の配管に取り付
けられた制振材によって、配管振動が低減され、また熱
交換器の出入口配管に取り付けられた制振材によって、
熱交換器への配管振動の伝播が遮断される。

【００２８】この結果、室内機に設置されている膨張弁
から第２熱交換器までの配管および伝熱管内で発生する
冷媒気液二相流に起因する圧力脈動の発生・助長が抑制
され、また膨張弁の上流側の気液二相流に起因する圧力
脈動をも低減されるため、第２熱交換器での共鳴をも抑
制される。また、前記圧力脈動により誘発される配管振
動が低減され、さらに第２熱交換器への振動伝播が遮断
されるため第２熱交換器の共振が避けられる。従って、
冷媒流の圧力脈動および配管振動により発生する冷媒流
動音が低減され、間欠流動音等の異音の発生が抑制され
る。

【００２９】

【実施例】本発明は、膨張弁の上流側（室外機側）の流
動様式に起因する圧力脈動をも考慮しつつ、膨張弁から
第２熱交換器に至る配管系での流体の流動の改善を行っ
た上での実験的知見に基づき、配管内の冷媒流の圧力脈
動発生・助長の抑制および配管振動の低減を図り、かつ
第２熱交換器に伝播する流体の圧力脈動を低減するとと
もに配管振動を遮断することで前記目的を達成するもの
である。

【００３０】以下、本発明による空気調和機の実施例を
図面を参照して説明する。図１から図５に、本発明の実
施例の空気調和機のサイクル構成と配管構成の模式図を
示す。

【００３１】図１は、本発明の第１の実施例である冷房
用空気調和機の構成とその冷媒の流れを示す図である。
図示の空気調和機は、冷媒蒸気を圧縮する圧縮機１と、
該圧縮機１の出側に配管１５で接続された第１熱交換器
（以下凝縮器という）２と、該凝縮器２に配管１６で接
続された膨張弁３と、該膨張弁３の膨張弁分配器側配管
に接続配管１１、配管１２で接続された分配器４と、該
分配器４に複数の分配管１４で接続された第２熱交換器
（以下蒸発器という）５と、該蒸発器５と圧縮機１の吸
い込み側を接続する配管１９と、前記凝縮器２と蒸発器
５をそれぞれ冷却する室外ファン９及び室内ファン１０
とを含んで構成されている。また、本実施例の空気調和
機は、室外機２０と室内機２１に分離しており、室外機
２０には、圧縮機１、凝縮器２および室外ファン９が納
められ、室内機２１には、膨張弁３、分配器４、蒸発器
５および室内ファン１０が納められている。蒸発器５は
それぞれ独立した流路をなしている複数の伝熱管を備
え、各伝熱管は出側で前記配管１９に接続されるととも
に、入り口側は伝熱管それぞれに別々に設けられた熱交
換器入口管３０を介して前記複数の分配管１４のうちの
一つにそれぞれ接続されている。

【００３２】空気調和機内の冷媒は、圧縮機１で圧縮さ
れて高温高圧の冷媒蒸気となり、凝縮器２で冷却されて
凝縮液化し、膨張弁３で膨張して室内空気温度よりも低
い温度の低圧の冷媒気液二相状態となり、蒸発器５にて
室内空気から熱を奪い蒸発し、再び圧縮機１に戻るサイ
クルで循環する。図１に示すように、室内機の配管構成
要素としては、膨張弁３、Ｌ字形の接続配管（以下Ｌ字
配管という）１１、気液二相流の流動様式を制御するた
めのオリフィス２７及び防塵網２６を内蔵した配管１
２、冷媒を蒸発器５の複数の伝熱管に分配する分配器
４、分配された冷媒が通る複数の分配管１４、蒸発器５
である第２熱交換器がある。

【００３３】図２は、室内機内の膨張弁から分配器まで
の配管構成を示す図である。膨張弁３は、膨張弁本体２
２に接続されている膨張弁第１熱交換器側配管２３の配
管軸線が重力方向とほぼ直交するように、かつ膨張弁本
体２２に接続されている膨張弁分配器側配管２４の配管
軸線が重力方向とほぼ平行になるように、配置されてい
る。本実施例における膨張弁第１熱交換器側配管２３の
直線部長さは約１５０mmである。また膨張弁第１熱交換
器側配管２３に接続する防塵網２６を内蔵した配管２５
も、その配管軸が重力方向とほぼ直交するように、つま
り膨張弁第１熱交換器側配管２３の軸線に一致させて配
置されている。この結果、膨張弁の流入側の冷媒状態が
単相流の場合はもとより、気液二相流の場合であっても
水平流として流入するため、流動様式は気相と液相とが
それぞれ連続した流れである層状流や波状流が主流とな
るため、プラグ流等の流動様式に起因する異音である冷
媒流動音の発生を防ぐことができる。

【００３４】一方、膨張弁から流出する冷媒の流路をな
す膨張弁分配器側配管２４の軸線は重力の方向に平行さ
せてあり、冷媒の流出方向は重力方向となっているた
め、膨張弁の絞りを通過した冷媒流は流れに無理のない
噴流となる。また、冷媒を第２熱交換器の伝熱管各パス
に分配する円筒状の分配器４の軸線と、分配器に流入す
る冷媒の流動様式を制御するためのオリフィス２７や防
塵網２６が内蔵された配管１２の軸線は、同一線上にあ
り、かつ重力方向にほぼ平行になっていて、曲がり等の
形状変化がなく、冷媒の流動変化に対し、極力圧力脈動
の発生を抑える形状となっている。さらに同一配管にオ
リフィス２７や防塵網２６をまとめているため、配管の
コンパクト化が促進されている。

【００３５】また膨張弁分配器側配管２４の下端と配管
１２の下部とを接続する接続配管には、一方の軸線を膨
張弁分配器側配管２４の軸線に一致させ、他方の軸線を
配管１２の軸線に直交させたＬ字配管１１が用いられ、
曲がりによる形状変化は一つとなっている。なお、本実
施例では、前記膨張弁第１熱交換器側配管２３の軸線と
Ｌ字配管１１の水平部軸線の垂直距離は７０〜８０mmで
あり、Ｌ字配管１１の水平部軸線と分配器下端の垂直距
離は約８０mmであった。Ｌ字配管１１の角部は丸みを帯
びた曲がりとなっており、曲がり部の曲率半径は３０mm
となっている。この曲がり部の壁面には膨張弁本体２２
内の絞りを通過した冷媒噴流が直接衝突する。このとき
噴流の速度分布は発達過程にあり、噴流中心部が突出し
た速度分布を持つ流れとなっている。さらに絞りを通過
した冷媒は気液二相流となっているが、噴流の中心部は
液が多い流れとなっており、その結果、運動量の大きい
流れが壁面に衝突することになる。この衝突が圧力脈動
の発生の原因となり、また圧力脈動を助長する方向とな
る。

【００３６】この解決策として、曲がり部の曲率半径Ｒ
を大きくする方法と、管内流速を低減させる方法とがあ
る。曲がり部の曲率半径Ｒは、管内径が約１１mmのと
き、３０ｍｍ以上にするとよい。またＬ字配管１１と配
管１２との接続部では、冷媒は配管１２の内壁に衝突し
て流れ方向を９０度変化させるが、この時は流れの速度
分布は発達しており突出した速度分布になっておらず、
また圧力損失により流速は減速している。このため、衝
突による影響は小さい。また、衝突により水平管で気相
と液相とに分離した流れが混合されるため、分配器での
冷媒の分配性能の向上が図れる。従って、図２に示す配
管形状により管内の圧力脈動の発生・助長が抑制され、
かつ配管振動も低減され、その結果冷媒流動音が低減さ
れる。

【００３７】図３は、本発明の第２の実施例である冷暖
房両用空気調和機の構成とその冷房運転時の冷媒の流れ
を示す図である。空気調和機の構成として図１の冷房用
空気調和機と異なるのは、配管１９と配管１５を四方弁
８を介して接続し、四方弁８の他の接続口に圧縮機１の
吸い込み口と吐出口が接続されている点である。他の構
成は図１と同じであるので、同じ機能の要素に図１と同
一の符号を付し、説明は省略する。この四方弁を切り替
ることにより圧縮機１から吐出される冷媒が、配管１５
に流れたり、配管１９に流れたりするように構成されて
いる。なお、本実施例においては、第１熱交換器２は、
冷房時には凝縮器、暖房時には蒸発器として使用され、
第２熱交換器５は逆に、冷房時には蒸発器、暖房時には
凝縮器として使用される。

【００３８】冷房運転の場合、図３に示される矢印のよ
うに、圧縮機１から吐出される冷媒は配管１５に流れ、
図１の場合と同様のサイクルとなる。暖房運転の場合、
四方弁８の出入口が切り替えられ、圧縮機１から吐出さ
れる冷媒が配管１９に流れる。従って、暖房運転時用に
膨張弁の絞りの目詰まり防止用の防塵網を、膨張弁３の
分配器側に取り付ける必要がある。この防塵網は流れ制
御用のオリフィスが内蔵されている配管１２内に一緒に
内蔵することにより、省スペース化が図れる。また、配
管形状は図１の場合と同じで変更されないため、配管振
動、冷媒流動音を抑制する効果は、第１の実施例の場合
と同じである。

【００３９】図４および図５は、それぞれ第３及び第４
の実施例である省冷媒対応の空気調和機の構成とその冷
房運転時の冷媒の流れを示している。

【００４０】図４に示す第３の実施例である冷房用空気
調和機では、凝縮器である第１熱交換器２と膨張弁３と
の間の配管にキャピラリーチューブ１３を設けた点が前
記第１の実施例と相違し、他の構成は第１の実施例と同
じである。本実施例では、凝縮器で凝縮液化された冷媒
は、キャピラリーチューブ１３で減圧され、気液二相流
となって膨張弁３に流入する。

【００４１】図５に示す第４の実施例である冷暖房両用
空気調和機では、第１熱交換器２と膨張弁３との間の配
管にキャピラリーチューブ１３を設けた点が前記第２の
実施例と相違し、他の構成は第２の実施例と同じであ
る。本実施例では、冷房運転時に第１熱交換器で凝縮液
化された冷媒は、キャピラリーチューブ１３で減圧さ
れ、気液二相流となって膨張弁３に流入する。

【００４２】その結果、上記図４，５記載の空気調和機
では、図１、図２記載の空気調和機で通常液冷媒のみが
流れる配管１６に、気液二相流が流れることで、システ
ムの所要冷媒量が低減されている。しかし、これら図
４，５記載の空気調和機では、膨張弁３の入口は常に気
液二相流であり、圧力脈動を伴う流れである。そこで、
このような場合においても、図２に示す配管形状を用い
ることで、圧力脈動の発生・助長が抑制され、結果とし
て配管振動、冷媒流動音が低減される。

【００４３】図６から図８に、膨張弁から分配器までの
配管形状の別の実施例を示す。図６は図２におけるＬ字
配管１１の代わりに接続配管としてＵ字配管２８を用い
た例を示し、膨張弁分配器側配管２４に最も近い曲がり
部の曲率半径を前記のように設定して配管振動、冷媒流
動音に対応したものである。

【００４４】図７は図２におけるＬ字配管１１の代わり
に膨張弁分配器側配管２４と同じ配管内径の接続配管３
６を用いた例を示し、冷媒流路の断面積変化を無くし、
断面積変化による冷媒流動への影響を無くしたものであ
る。

【００４５】図８は図２におけるＬ字配管１１の代わり
に接続配管として半円弧管２９を用いた例を示し、半円
弧管２９の両端の軸線を膨張弁分配器側配管２４の軸線
と配管１２の軸線にそれぞれ一致させて配置してある。
この接続配管によれば、膨張弁３と分配器４の間の冷媒
流路の曲折を大きな半径の曲がり部一つにでき、垂直下
降流から垂直上昇流にスムーズに流れが移行できる。ま
た曲がり部の曲率半径を大きくとれるため、配管形状に
よる冷媒流動への影響が小さくなる。

【００４６】図９は前記第１乃至第４の実施例におい
て、分配管１４と熱交換器入口管３０との間に分配継手
管３１を設けた変更例を示す。分配管１４、分配継手管
３１そして熱交換器入口管３０の順に段階的に配管内断
面積が拡大している。このとき熱交換器入口管３０に内
径６．８mmの管、分配継手管３１に内径４．９５mm及び
４．６mmの管、分配管１４に内径２．３６mm及び２．７
６mmの管を用いた。この結果、第２熱交換器５に流入す
るときの流速が減速されると共に、流れが急激に拡大す
るのが防がれ、拡大部での渦の発生、ひいては圧力脈動
の発生が低減された。またこの分配継手管３１は圧力損
失が小さいことが望ましく、サイクル性能上問題ないこ
とが必要である。またこの分配継手管３１を設けること
により、膨張弁３から分配器４までの配管の配管構造に
余裕ができるため、配管振動面においても配管構造を柔
にすることができ、第２熱交換器に伝播するはずの振動
エネルギーを膨張弁３から分配器４までの配管を揺らす
ことで発散させることができた。

【００４７】図１０は図９に示すように、分配管１４と
熱交換器入口管３０の間に分配継手管３１を設けた場合
の配管内断面積の変化率の一例を示している。熱交換器
入口管３０の配管内断面積をＡ３、分配継手管３１の配
管内断面積をＡ２、分配管１４の配管内断面積をＡ１と
すると、上記配管径の場合、分配管１４と分配継手管３
１との配管内断面積比Ａ２／Ａ１は４．４０〜２．７８
であり、また分配継手管３１と熱交換器入口管３０との
配管内断面積比Ａ３／Ａ２は２．１９〜１．８９とな
る。

【００４８】図１１は、前記第１乃至第４の各実施例に
おいて、分配器４と熱交換器入口管３０との間の分配管
１４が、熱交換器入口管３０側を大径側、分配器４側を
小径側とするテーパ管となっており、第２熱交換器に向
かって徐々に配管内断面積が拡大する形状をなしている
例を示す。この場合も、図９に示した例の場合と同様、
冷媒流動の急激な変化が軽減され、圧力脈動、内径拡大
部での渦の発生が低減された。

【００４９】図１２は、前記第１乃至第４の各実施例に
おいて、分配器４と熱交換器入口管３０との間の分配管
１４に、可撓性のビニール管を用いた例を示す。これに
より膨張弁３から分配器４に至る配管で発生した配管振
動が第２熱交換器５に伝播するのが防がれ（振動絶
縁）、第２熱交換器５の共振による騒音の発生が抑制さ
れた。

【００５０】図１３は、前記第１乃至第４の各実施例に
おいて、熱交換器出入口配管群３４の周囲にブチルゴ
ム、ブチルシートやパテなどの制振材３５を取り付けた
例を示す。この例では、熱交換器出入口配管群３４の周
囲を挟むようにしたサンドイッチ構造で制振材３５が取
り付けられるため、取り付けが容易で作業性がよい。ま
た熱交換器出入口配管群３４に制振材を取り付けたこと
により、振動の面からは、実質的には配管の肉厚を増
し、質量を増加させたことと等価であり、また制振材３
５の粘性効果によりこの部分で配管振動が吸収され、振
動エネルギーが低減されるため、第２熱交換器５に伝播
する振動エネルギーは小さくなり、その結果第２熱交換
器５の共振による騒音発生を低減させることができた。

【００５１】図１４は、前記第１乃至第４の各実施例に
おいて、室内機内に設置される膨張弁本体２２の第１熱
交換器側に接続された防塵網内蔵配管２５から、膨張弁
本体２２を含み、分配器４までの配管及び分配器４の周
囲に制振材３５を取り付けた例である。制振材３５によ
り、この部分で発生している配管振動の低減を図ったも
のである。制振材３５を取り付けた結果、室内機に設置
される膨張弁３から第２熱交換器分配器側入口までの配
管内で冷媒流動により発生する圧力脈動を低減させるこ
とができ、またこの圧力脈動が原因となって生じる配管
振動を低減することができた。さらに、振動、騒音を助
長しやすい熱交換器に伝播する圧力脈動と配管振動をも
低減することができた。従って、室内機において冷媒が
流れることによって発生する冷媒流動音が低減され、ま
た間欠流動音などの異音が除去されて、静音化が促進さ
れ、快適性が向上した。

【００５２】上述のように、上記実施例によれば、空気
調和機の室内機に配置されている膨張弁から熱交換器ま
での配管内を流れる冷媒気液二相流の流動状態が改善さ
れ、気液二相流に起因する圧力脈動の発生・助長を抑制
することができるため、熱交換器での共鳴をも防ぐこと
ができる。さらに、前記圧力脈動により誘発される配管
振動をも制振材を用いることで低減させ、また熱交換器
への配管振動の伝播も抑制されるため熱交換器が共振を
起こすこともない。

【００５３】

【発明の効果】冷媒流動音のレベルが低減され、間欠流
動音の発生をも防ぐことができ、快適性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の空気調和機の第１の実施例の要部構成
を示す模式図である。

【図２】図１に示す実施例の部分の詳細を示す正面図で
ある。

【図３】本発明の空気調和機の第２の実施例の要部構成
を示す模式図である。

【図４】本発明の空気調和機の第３の実施例の要部構成
を示す模式図である。

【図５】本発明の空気調和機の第４の実施例の要部構成
を示す模式図である。

【図６】本発明の第１乃至第４の実施例の部分の変更例
を示す正面図である。

【図７】本発明の第１乃至第４の実施例の部分の他の変
更例を示す正面図である。

【図８】本発明の第１乃至第４の実施例の部分の更に他
の変更例を示す正面図である。

【図９】本発明の第１乃至第４の実施例において、分配
管と熱交換器入口管との間に分配継手管を設けた例を示
す部分斜視図である。

【図１０】図９に示す分配管と分配継手管と熱交換器入
口管の各断面積の関係を模式的に示す断面図である。

【図１１】本発明の第１乃至第４の実施例において、分
配管にテーパ管を用いた例を示す部分斜視図である。

【図１２】本発明の第１乃至第４の実施例において、分
配管に可撓性部材を用いた例を示す部分斜視図である。

【図１３】本発明の第１乃至第４の実施例において、熱
交換器出入口配管群に制振材を取り付けた状態を示す斜
視図である。

【図１４】本発明の第１の実施例において、膨張弁前後
配管に制振材を取り付けた状態を示す正面図である。

【符号の説明】

１圧縮機２第１熱交換器
（凝縮器）３膨張弁４分配器５第２熱交換器（蒸発器）８四方弁９室外ファン１０室内ファン１１，３６接続配管（Ｌ字配管）１２配管１３キャピラリーチューブ１４分配管１５，１６，１７，１９配管２０室外機２１室内機２２膨張弁本体２３膨張弁第１熱交換器側配管２４膨張弁分配
器側配管２５防塵網内蔵配管２６防塵網２７オリフィス２８Ｕ字管２９半円弧管３０熱交換器入
口配管３１分配継手管３４熱交換器出
入口配管群３５制振材Ａ１分配管通路
断面積Ａ２分配継手管通路断面積Ａ３熱交換器入
口配管通路断面積Ｒ曲がり管曲率半径。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者岡本譲治静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所清水工場内 (72)発明者下出新一茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者佐藤太一茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者安田弘茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者福島敏彦茨城県土浦市神立町502番地株式会社日立製作所機械研究所内 (72)発明者佐々木俊治静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所清水工場内 (72)発明者勝又直登静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所清水工場内 (72)発明者寺田浩清静岡県清水市村松390番地株式会社日立製作所清水工場内 (56)参考文献特開平４−186071（ＪＰ，Ａ) 実開昭59−172969（ＪＰ，Ｕ) 特公昭55−17906（ＪＰ，Ｂ１) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F25B 41/00

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも圧縮機、第１熱交換器、膨張
弁、分配器、第２熱交換器を配管で接続して構成され、
圧縮機、第１熱交換器、膨張弁、分配器、第２熱交換器
そして再び圧縮機の順で冷媒を循環させ、第１熱交換器
で凝縮液化させた冷媒を第２熱交換器で蒸発させて冷却
を行う冷凍サイクルで構成される空気調和機において、
圧縮機から第１熱交換器までを室外機に配置し、膨張弁
から第２熱交換器までを室内機に配置し、室内機の前記
膨張弁から第２熱交換器に至る配管において、膨張弁入
り口に接続される膨張弁第１熱交換器側配管軸を重力方
向にほぼ直交するように、また膨張弁出口に接続される
膨張弁分配器側配管軸を重力方向とほぼ平行になるよう
に膨張弁を配置し、また膨張弁から第２熱交換器に至る
冷媒配管上に設けられている分配器入り口に接続される
オリフィスを内蔵した配管をその配管軸線が重力方向と
ほぼ一致するように配置し、前記オリフィスを内蔵した
配管と膨張弁出口に接続された膨張弁分配器側配管とを
その内径よりも大きく略３０ｍｍとされた曲率半径を持
つ配管で接続し、また分配器と第２熱交換器とは複数の
配管で接続したことを特徴とする空気調和機。
【請求項２】少なくとも圧縮機、四方弁、第１熱交換
器、膨張弁、分配器、第２熱交換器を配管で接続して構
成し、冷媒を圧縮機から順次四方弁、第１熱交換器、膨
張弁、分配器、第２熱交換器を経て、再び四方弁を介し
て圧縮機に戻す順サイクルで循環させる時に、第１熱交
換器を凝縮器としてかつ第２熱交換器を蒸発器として機
能させ、また冷媒を順サイクルと逆方向の逆サイクルで
循環させる時には、第２熱交換器を凝縮器としてかつ第
１熱交換器を蒸発器として機能させる冷暖房サイクルで
構成されている空気調和機において、圧縮機から第１熱
交換器までを室外機に配置し、膨張弁から第２熱交換器
までを室内機に配置し、室内機の前記膨張弁から第２熱
交換器に至る配管において、膨張弁の第２熱交換器側に
接続される膨張弁第１熱交換器側配管の管軸が重力方向
にほぼ直交するように、また膨張弁の分配器側に接続さ
れる膨張弁分配器側配管の管軸が重力方向とほぼ平行に
なるように膨張弁を配置し、また前記分配器の膨張弁側
に接続されるオリフィスと防塵網を内蔵した配管をその
配管軸線が重力の方向とほぼ平行になるように配置し、
前記オリフィス・防塵網内蔵配管と膨張弁分配器側配管
とをその内径よりも大きく略３０ｍｍとされた曲率半径
を持つ配管で接続し、また分配器と第２熱交換器とは複
数の配管で接続したことを特徴とする空気調和機。
【請求項３】少なくとも圧縮機、第１熱交換器、減圧
機構、膨張弁、分配器、第２熱交換器を配管で接続して
形成され、圧縮機、第１熱交換器、減圧機構、膨張弁、
分配器、第２熱交換器そして再び圧縮機の順で冷媒を循
環させる冷凍サイクルを構成する空気調和機において、
圧縮機から減圧機構までを室外機に配置し、膨張弁から
第２熱交換器までを室内機に配置し、室内機の前記膨張
弁から第２熱交換器に至る配管において、膨張弁上流側
に接続される膨張弁第１熱交換器側配管の管軸が重力方
向にほぼ直交するように、また膨張弁下流側に接続され
る膨張弁分配器側配管の管軸が重力方向とほぼ平行にな
るように膨張弁を配置し、前記分配器の膨張弁側に接続
される配管をその配管軸線が重力の方向とほぼ平行にな
るように配置し、前記膨張弁分配器側配管と前記分配器
膨張弁側配管とを、その内径よりも大きく略３０ｍｍと
された曲率半径を持つ配管で接続し、また分配器と第２
熱交換器とを複数の配管で接続したことを特徴とする空
気調和機。
【請求項４】少なくとも圧縮機、四方弁、第１熱交換
器、減圧機構、膨張弁、分配器、第２熱交換器を配管で
接続して形成され、冷媒を圧縮機から順次四方弁、第１
熱交換器、減圧機構、膨張弁、分配器、第２熱交換器を
経て、再び四方弁を介して圧縮機に戻す順サイクルで循
環させる時に、第１熱交換器を凝縮器としてかつ第２熱
交換器を蒸発器として機能させ、また冷媒を順サイクル
と逆方向の逆サイクルで循環させる時には、第２熱交換
器を凝縮器としてかつ第１熱交換器を蒸発器として機能
させる冷暖房サイクルを構成する空気調和機において、
圧縮機から減圧機構までを室外機に配置し、膨張弁から
第２熱交換器までを室内機に配置し、室内機の前記膨張
弁から第２熱交換器に至る配管において、膨張弁の減圧
機構側に接続される膨張弁第１熱交換器側配管の管軸が
重力方向にほぼ直交するように、かつ膨張弁の分配器側
に接続される膨張弁分配器側配管の管軸が重力方向とほ
ぼ平行になるように膨張弁を配置し、また膨張弁から第
２熱交換器に至る冷媒配管上に設けられている分配器に
接続されるオリフィスと防塵網を内蔵した配管をその配
管軸線が重力方向とほぼ平行になるように配置し、前記
オリフィス・防塵網内蔵配管と膨張弁分配器側配管とを
その内径よりも大きく略３０ｍｍとされた曲率半径を持
つ配管で接続し、また分配器と第２熱交換器とは複数の
配管で接続したことを特徴とする空気調和機。