JP3435621B2 - 空気調和機 - Google Patents

空気調和機

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秀樹 奥園
敦泰 小林
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和幹 浦田
和之 黒柳
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【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、圧縮機、凝縮器、
主減圧手段、蒸発器を冷媒配管で連結した冷凍サイクル
を有する空気調和機に係り、特に冷媒流動音を低減する
のに好適な空気調和機に関する。
【0002】
【従来の技術】冷媒流動音の低減のために、主減圧手段
である絞り部上流側に、主減圧手段に流入する冷媒に所
定の乾き度を持たせる補助減圧手段(多孔オリフィス)
を設置し、また冷媒の流れを撹乱するコイルばねを用い
たものが、特開昭57−129371号公報に記載されている。
【0003】また、凝縮器の出口から膨張弁のオリフィ
スに至るまでの間に、冷媒圧力を受けて開口面積を変え
る可変オリフィスを設置し、その可変オリフィスの形状
は、円板状の本体の中心部に絞り孔が形成されたもの
と、中心部の絞り孔の周囲に扇形または円形の連通孔が
形成されたものが、実開昭60−69970号公報に記載され
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記の特開昭57−1293
71号公報に開示された技術では、主減圧手段上流側に補
助減圧手段として多孔オリフィスを設けることで補助減
圧手段下流の流れを改善し、主減圧手段で発生する冷媒
流動音の低減が見込まれる。しかしながら、この補助減
圧手段が絞り効果を持ち、補助減圧手段上流側の流れが
改善されてないため、補助減圧手段自体から冷媒流動音
が発生する問題がある。
【0005】また実開昭60−69970号公報に開示された
技術では、凝縮器の出口から膨張弁のオリフィスに至る
までの間に、冷媒圧力を受けて開口面積を変える可変オ
リフィスを設けることで、膨張弁からの冷媒流動音の低
減が見込まれる。しかし前記したように、この可変オリ
フィスが絞り効果を持ち、可変オリフィス上流側の流れ
が改善されてないため、可変オリフィス自体から冷媒流
動音が発生する問題がある。また可変オリフィスは、円
形状の本体の中心部に絞り孔が形成されているため、流
れの中に大きな気泡が存在する流動形態では、気泡が中
心部の孔をそのまま通過してしまい、流れの改善効果が
低い。
【0006】また冷媒流動音は、気液二相流の流動形態
に密接に関係しており、特に流れの中に大きな気泡が断
続的に存在しているスラグ流やプラグ流が膨張弁に流入
する場合、圧力変動も大きいため間欠的に大きな冷媒流
動音が発生する。
【0007】そこで、本発明の目的とするところは、冷
媒の気液二相流が原因で主減圧手段すなわち膨張弁から
間欠的に発生する冷媒流動音を低減できる空気調和機を
提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管で
接続した冷凍サイクルを有する空気調和機において、網
目を有してなり元端部が円筒形でかつ先端部が先細りと
なるテーパー形状のフィルタを膨張弁の入口側及び出口
側それぞれの配管内に設置し、このフィルタの先端部分
に円板状の冷媒衝突板を設けたものである。
【0009】このような構成により、冷媒に含まれる大
きい気泡はフィルタを通過する際に微細化され、さら
に、冷媒衝突板によりフィルタ外周と配管内周の間の冷
媒の流速が上がるので、冷媒の流れを管壁に液相、管中
心付近に気相が存在する環状流とすることができる。こ
れにより、冷媒中の気泡の均一化を促進できるので冷媒
の流動音を低減できる。
【0010】この場合において、フィルタは、膨張弁の
入口側及び出口側のそれぞれの配管内に2個づつ配置さ
れ、組になる2つのフィルタは互いに元端部を対向させ
て配置することが望ましい。
【0011】また、フィルタは、銅あるいは銅合金の金
網を巻いて形成し、冷媒衝突板はフィルタにスポット溶
接で取り付け、さらに、フィルタに薄い銅帯を巻きつけ
て、その外周面を配管の内面に銅ロー付けで固定するこ
とが望ましい。
【0012】
【0013】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態の空
気調和機を図面を参照して説明する。まず冷凍サイクル
について図6を用いて説明する。冷凍サイクルは、圧縮
機1、四方弁2、室外熱交換機3、膨張弁4、分流合流
器8および室内熱交換機5である各要素を、配管6、
7、11a、11b、11c、11d、分流管9a、9bで接続
して構成されている。2本の分流管9a、9bは分流合
流器と室内熱交換機5とを接続している。なお、本実施
の形態では膨張弁4と分流合流器8との間の配管7は曲
がり部を有するU字形状の配管となっている。
【0014】冷房運転時には、圧縮機1から吐出された
高温高圧のガス冷媒は、室外熱交換機3にて、ファン10
aで送られる空気により冷却されて凝縮し、高圧の液冷
媒となる。この液冷媒が膨張弁4に流入し、室内空気温
度よりも低い温度の気液二相流状態の冷媒となり、室内
熱交換機5においてファン10bで送られる室内空気から
熱を奪い蒸発し、再び圧縮機1に戻る。ここで、室外熱
交換器3は凝縮器として、室内熱交換器5は蒸発器とし
て機能する。
【0015】また暖房運転時には、四方弁2で冷媒の流
れを逆方向にする。即ち、冷媒は圧縮機1、四方弁2、
室内熱交換機5、膨張弁4、室外熱交換機3、四方弁
2、圧縮機1の順に流れる。この場合、室内熱交換器5
が凝縮器として、室外熱交換器3が蒸発器として機能す
る。
【0016】このように膨張弁4には通常、液冷媒が流
入するが、この液冷媒は、空気調和機の運転条件や室内
外温度条件、また室内機と室外機の接続配管が長い場
合、その圧力損失により、冷房運転時では室外熱交換機
3で凝縮しきれず、また暖房運転時では室内熱交換機5
で凝縮しきれずに、気液二相流状態の冷媒になる場合が
ある。さらに1台の室外機に複数台の室内機が接続する
空気調和機では、各室内機の運転状態によって流れる冷
媒量が異なり、気液二相流状態の冷媒になることが多く
ある。この気液二相流状態の冷媒が膨張弁4に流入する
時に、冷媒流動音が発生する。
【0017】最近のパッケージエアコンやルームエアコ
ン等の空気調和機では、室外機と室内機とを分離し、主
減圧手段である膨張弁4を空気調和機の性能・機能等の
向上のため室内機に設置することが多くなり、この冷媒
流動音が静音性・快適性を損ねるとして問題となってい
る。この冷媒流動音は、気液二相流の流動形態に密接に
関係しており、特に、流れの中に大きな気泡が断続的に
存在しているスラグ流やプラグ流が膨張弁4に流入する
場合、圧力変動も大きいため間欠的に大きな冷媒流動音
が発生する。
【0018】この冷媒流動音を低減する手段を施した部
分が、図6で破線で囲んだ部分12で、U字形の配管7に
より接続された膨張弁4及び分流合流器8と、それらの
上下流側の配管とを含む部分である。
【0019】以下、図1から図4に冷媒流動音を低減す
る手段を示す。図1は本発明の一実施の形態であるフィ
ルタ19の設置場所を示した図である。図1中の破線で囲
んだ部分が膨張弁4であり、内部に流路を形成した弁体
16、弁体16の流路を開閉する弁棒17を上下に駆動させる
モータ15および弁体16の流路の出入口に取り付けられた
継ぎ手管13、14で構成されている。冷媒は、冷房運転時
には図中右側の配管6側から、暖房運転時には図中下側
の配管7側から膨張弁4に流入する。
【0020】ここで実際の空気調和機においては、膨張
弁4に接続する配管は、図1に示すように、配管の曲が
り部分が必ず存在する。また配管の設置スペースの問題
から曲がり部分の曲率半径が非常に小さい場合がある。
この時、配管の曲がり部分で流れる冷媒の流動形態が変
化して、特に気液二相流の場合、曲がり部分に気相が滞
留し、また曲がり部分の曲率半径が非常に小さいと冷媒
流れが阻害され、曲がり部内周側で大きな気泡が成長し
やすくなり、それを液冷媒が押し出すことによって圧力
変動、流量変動を発生させる。この流れが膨張弁4の弁
体16と弁棒17の間の絞り部に流入すると、間欠的な冷媒
流動音が発生する。そのため、曲がり部分の曲率半径を
大きくするか、曲がり部分後の直線配管を長くして、流
れを改善することが望ましいが、スペース上不可能な場
合が多い。そこで本発明では膨張弁4に接続される配管
の、最も膨張弁4入口に近い曲がり部の出口にフィルタ
19を設置する。
【0021】このとき目の細かいフィルタ19の網目を、
気液二相流状態の冷媒中の大きな気泡が通過する際に、
大きな気泡は壊れ微細化する。さらに、フィルタ19先端
の冷媒衝突板20によって、配管の内断面積を減少させる
ことで冷媒の流速を上げ、管壁に液相が、管中心付近に
気相が存在する環状流の流動形態にすることができ、気
泡の均一化を促進する。このため、流れの中に大きい気
泡が断続的に存在するスラブ流やプラグ流とは異なり、
微細な気泡が均一に連続的に存在するようになって、圧
力変動が少なくなり、膨張弁4を通過するときの間欠的
な冷媒流動音を低減することができる。
【0022】このフィルタ19は、気液二相流の冷媒によ
り冷凍サイクルを形成する空気調和機の冷媒配管内のど
の部分に設置されても冷媒流動音の低減に効果がある。
【0023】特に膨張弁4の上流側に設置したり、また
分岐管9a、9bで室内熱交換器5への接続部に設置す
ることにより、気泡の微細均一化を促進し、圧力変動、
流量変動を小さくすることができ流れの安定化が図れ、
冷媒流動音の低減に効果が大きい。また、冷媒の流れ方
向に対しフィルタ19の設置方向が逆でも、冷媒流動音の
低減に効果がある。
【0024】図2から図4に本発明にかかる各種フィル
タの形状を示す。図2は冷媒の下流側に向く先端に円板
からなる冷媒衝突板20を取り付けた円筒形フィルタ19a
を示し、この衝突板付円筒形フィルタを配管21内に設置
することにより、前記したように気泡の微細均一化がで
き、流れの改善を図ることができる。冷媒衝突板20は円
筒形フィルタ19a先端の中心部にあって冷媒流路を狭く
している。なお、配管21は銅管で、空気調和機の各配管
を代表して示している。
【0025】図3は先端部が下流側に向かって先細りす
るテーパー状で、先端に冷媒衝突板20を取り付けたフィ
ルタ19bを示す。この衝突板付テーパー状フィルタを配
管21に設置することによりフィルタ19bの外周面と配管
21の内周面との間に隙間をつくり、フィルタ19b自体に
よる流れの抵抗を小さくすることで流速を上げ、管壁に
液相が、そして管中心付近に気相が存在する環状流の流
動形態にすることができ、気泡の均一化を促進させる。
【0026】図4は、2個の衝突板付テーパ状フィルタ
を、それらの元端を合わせて、配管21内に互いに逆方向
設置した状態を示す。これにより冷媒をさらに混ぜ、気
泡をミキシングさせ、気泡の微細化、均一化を促進させ
る。
【0027】図5は、フィルタ19b先端の円板からなる
冷媒衝突板20がスポット溶接で取付けられ、フィルタ19
b外周面がパイプ21内面に銅ロー付で固定されているこ
とを示す。テーパー状フィルタ19bは、銅あるいは銅合
金の金網をロール巻きすることにより製作される。円筒
形フィルタ19aも同様に製作される。フィルタを銅パイ
プ内に取り付ける方法としては、ロールカシメによりパ
イプ内径を縮小してフィルタを固定するものもあるが、
銅パイプの径が非常に小さい場合、銅パイプのつぶれや
配管内でのフィルタのガタつき等の問題がある。そのた
め、フィルタの銅パイプへの取り付けには、銅ロー付を
用いる。そしてフィルタのロー付部分は、ローが内部に
浸透するのを防ぐため薄い銅帯22(図1〜4では省
略)を巻きつけている。
【0028】
【発明の効果】本発明によれば、配管内に設置されたフ
ィルタにより、冷媒中の大きな気泡を微細化し、さらに
冷媒衝突板を配管の中心付近に位置させることによって
環状流の流動形態とすることができるので、気泡の均一
化を促進して、冷媒流動音を低減できる。よって、空気
調和機における静音性、快適性を向上できる。
【0029】
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施の形態で、膨張弁出入口の曲が
り配管にフィルタを設けた空気調和機の部分図である。
【図2】配管内に設置した衝突板付円筒形フィルタを示
す図である。
【図3】配管内に設置した衝突板付テーパー状フィルタ
を示す図である。
【図4】配管内に2個一組で設置した衝突板付テーパー
状フィルタを示す図である。
【図5】本発明にかかるフィルタの製作方法を説明する
図である。
【図6】空気調和機の冷凍サイクル系の構成図である。
【符号の説明】
1 圧縮機 2 四方弁 3 室外熱交換器 4 膨張弁 5 室内熱交換器 6,7 配管 8 分流合流管 9a,9b 分岐管 10a,10b ファン 11a,11b,11c,11d 配管 13,14 継ぎ手管 15 モータ 16 弁体 17 弁棒 19a 円筒状フィルタ 19b テーパー状フィルタ 20 冷媒衝突板 21 銅パイプ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小林 敦泰 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 空調システム事業部内 (72)発明者 小国 研作 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 空調システム事業部内 (72)発明者 浦田 和幹 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 空調システム事業部内 (72)発明者 黒柳 和之 静岡県清水市村松390番地 株式会社 日立製作所 空調システム事業部内 (72)発明者 梅田 知巳 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 (56)参考文献 特開 平7−120104(JP,A) 特開 平7−146032(JP,A) 実開 平3−6258(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F25B 41/00 - 41/06

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 圧縮機、凝縮器、膨張弁、蒸発器を配管
    で接続した冷凍サイクルを有する空気調和機において、前記膨張弁の入口側及び出口側のそれぞれの配管内に配
    置され、元端部が円筒形で先端部が先細りのテーパー状
    に形成され、冷媒が通過する際に冷媒中の気泡を微細化
    する網目を有するフィルタと、 前記フィルタの先端部に取り付けられ、前記配管の流路
    断面積を減少させて前記フィルタの外周面と前記配管の
    内周面との間の流速を上げるようにした円板状の冷媒衝
    突板とを備え、 前記配管内の管壁部分に液相の冷媒が流れ、前記配管内
    の中心部分に気相の冷媒が流れる環状流となるように
    たことを特徴とする空気調和機。
  2. 【請求項2】 請求項1に記載の空気調和機において、
    前記フィルタは、前記膨張弁の入口側及び出口側のそれ
    ぞれの配管内に2個づつ配置され、組になる2つのフィ
    ルタは互いに元端部を対向させて配置されていることを
    特徴とする空気調和機。
  3. 【請求項3】 請求項1に記載の空気調和機において、
    前記フィルタは、銅あるいは銅合金の金網を巻いて形成
    され、前記冷媒衝突板は前記フィルタにスポット溶接で
    取り付けられ、前記フィルタに薄い銅帯を巻きつけ、そ
    の外周面が前記配管の内面に銅ロー付けで固定されてい
    ことを特徴とする空気調和機。
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