JP3712355B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、空気調和機などの冷凍サイクル装置に関し、特に、二相冷媒の冷媒流動音を低減し、騒音に対する快適性を向上させることができる冷凍サイクル装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、空気調和機などの冷凍サイクル装置では、空気調和機の負荷変動に対応するために、インバーターなどの容量可変型圧縮機が用いられ、負荷の大小に応じて圧縮機の回転周波数が制御される。ところで、冷房運転時に圧縮機回転数が小さくなると、蒸発温度が上昇し、蒸発器での除湿能力が低下し、あるいは蒸発温度が室内の露点温度以上に上昇し、除湿できない場合が生ずるという問題点があった。
【０００３】
この冷房低容量運転時における除湿能力の低下を改善するため、たとえば、図１３に示す空気調和機が提案されている（特開平１１−５１５１４号公報参照）。図１３は、従来の空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。図１３において、この空気調和機は、圧縮機１、四方弁２、室外熱交換器３、第１流量制御装置４、第１室内熱交換器５、第２流量制御装置３６、および第２室内熱交換器７を有し、各構成部分は、順次配管によって接続された冷凍サイクルを形成する。
【０００４】
この空気調和機が冷房運転を行う場合、圧縮機１を出た冷媒は、四方弁２を通過して、室外熱交換器３によって凝縮液化される。ここで、第１流量制御装置４の二方向弁３８は閉じられているため、室外熱交換器３から出力された冷媒は、絞り装置３２によって減圧され、第１室内熱交換器５において蒸発気化され、再び、四方弁２を介して圧縮機１に戻る。なお、第２流量制御装置３６は開けられている。
【０００５】
これに対し、この空気調和機が暖房運転を行う場合、圧縮機１を出た冷媒は、冷房運転とは逆に、四方弁２を通過して第１室内熱交換器５によって凝縮液化する。ここで、第１流量制御装置４の二方向弁３８は閉じられているため、第１室内熱交換器５から出力された冷媒は、絞り装置３２によって減圧され、室外熱交換器３において蒸発気化され、再び、四方弁２を介して圧縮機１に戻る。なお、第２流量制御装置３６は開けられている。
【０００６】
一方、除湿運転を行う場合、第１流量制御装置４の二方向弁３８は開けられ、第２流量制御装置３６によって冷媒流量が制御される。この第２流量制御装置３６による冷媒流量の制御によって、第１室内熱交換器５が凝縮器、すなわち再熱器として動作し、第２室内熱交換器７が蒸発器として動作する。この結果、室内空気は、第１室内熱交換器５で加熱されるため、室温の低下が小さい除湿運転が可能となる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の空気調和機では、室内ユニット側に設置される第２流量制御装置３６として、通常、オリフィスを有した流量制御弁を用いているため、冷媒がこのオリフィスを通過する時に発生する冷媒流動音が大きく、室内環境を悪化させる要因となっていた。特に、除湿運転時では、第２流量制御装置３６の入口が気液二相冷媒となり、冷媒流動音が大きくなるという問題点があった。
【０００８】
そこで、この除湿運転時の第２流量制御装置３６の冷媒流動音低減策として、流量制御弁内に複数の切り込み溝と弁体からなるオリフィス状の絞り流路とを設けた空気調和機が提案されている（特開平１１−５１５１４号公報参照）。この冷媒流動音低減策では、絞り部が複数のオリフィス形状の流路によって気液二相冷媒を連続的に流す工夫をしているが、加工上、配置し得る流路数が有限であるため効果的でなく、冷媒流動音が大きくなるといった問題点があった。この結果、第２流量制御装置６の周囲に遮音材や制振材を設けるなどの追加の対策を施す必要があり、コスト増加や設置性の悪化、さらにはリサイクル性の悪化などの問題点が依然として残っていた。
【０００９】
また、特開平７−１４６０３２号公報に記載された空気調和機で用いる流量制御装置では、冷媒流動音を低減するために、絞りの上流側および下流側にフィルタとして多孔体を設けている。しかしながら、この多孔体と絞り部との距離が離れているため、気液二相冷媒を連続的に絞り部に効果的に供給することができず、結果として冷媒流動音が大きくなるといった問題点があった。
【００１０】
この発明は上記に鑑みてなされたもので、冷媒流動音を大幅に低減でき、冷凍サイクル内の異物によって閉塞しない絞り装置を有した冷凍サイクル装置を得ることを目的とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、この発明にかかる冷凍サイクル装置は、毛細管と、前記毛細管に直列接続され、冷媒の流れに対して入口側および出口側に設けられた多孔体によって挟まれたオリフィスを有した絞り機構部と、直列接続された前記毛細管と前記絞り機構部とに並列接続された二方向弁とを備えた流量制御部が第１の室内熱交換器と第２の室内熱交換器との間に配置されたことを特徴とする。
【００１２】
この発明によれば、毛細管によって気液二相冷媒が混合された状態で絞り機構部に流れ込み、微細で無数の通気孔を有する多孔体を通過することによって、冷媒蒸気スラグや冷媒気泡が小さな気泡となって冷媒の流動状態が均質な気液二相状態となり、冷媒蒸気スラグや冷媒気泡の崩壊を防止し、また、蒸気冷媒と液冷媒とがオリフィスを同時通過することによる冷媒速度の変動が生じず、圧力変動もなくし、さらに、多孔体内部の複雑な流路によって該多孔体内部において冷媒の圧力変動が繰り返され一部が熱エネルギーに変換され、圧力変動を一定にするようにしている。
【００１３】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記毛細管および前記絞り機構部は、冷媒の流れ方向に沿って略鉛直に配置され、前記毛細管に流れる冷媒は、鉛直下方から上方に流れ、前記絞り機構部に流れる冷媒は、鉛直上方から下方に流れることを特徴とする。
【００１４】
この発明によれば、気液分離を生じさせない毛細管を絞り機構部の入口側に接続することによって、絞り機構部の配置形態に関わらず、冷媒流動音の発生を防止するようにしている。
【００１５】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、二方向弁と、前記二方向弁に並列接続され、冷媒の入口側および出口側に設けられた多孔体によって挟まれたオリフィスを有した絞り機構部とを備えた流量制御部が第１の室内熱交換器と第２の室内熱交換器との間に配置され、前記絞り機構部は、冷媒の流れ方向に沿って略水平に配置されたことを特徴とする。
【００１６】
この発明によれば、冷媒の流れが水平方向となったオリフィスを冷媒が通過する場合、絞り機構部内の入口側多孔体の前面空間上部には二相冷媒の蒸気スラグが浮き上がり、下部には液相が溜まって分離するが、多孔体を通過することによって蒸気スラグは微細な気泡となってオリフィスを通過し、圧力変動が抑制される。
【００１７】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記絞り機構部は、前記オリフィスを形成するオリフィス保持体の周縁部に設けられたカシメ部によって前記多孔体を固定することを特徴とする。
【００１８】
この発明によれば、多孔体がカシメ部による全周カシメによってオリフィス保持体に固定されるため、多孔体の外周部にバリがついている場合であっても、この全周カシメによって、このバリが冷媒回路上に流出するのを防止することができる。
【００１９】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記オリフィスと前記多孔体との間に空間を形成したことを特徴とする。
【００２０】
この発明によれば、オリフィスと多孔体との間に空間を設けることによって、多孔体とオリフィスとの間の流路が広く取れ、多孔体のメッシュの一部に異物が積層する場合であっても、複数の流路を有効にし、冷媒の詰まりを回避するようにしている。
【００２１】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記オリフィスと冷媒の入口側の多孔体との間に形成した前記空間の冷媒流れ方向の距離は、前記オリフィスの直径以下であることを特徴とする。
【００２２】
この発明によれば、オリフィスと冷媒の入口側の多孔体との間に設けられた空間の距離を、オリフィスの直径に比して小さくしているので、多孔体で微細化された気泡が再集結し、オリフィスの直径を超えた大きな気泡が形成されることを防止するようにし、詰まりの危険性を回避しつつ、圧力変動の発生を抑制するようにしている。
【００２３】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記オリフィスと冷媒の出口側の多孔体との間に形成した前記空間の冷媒流れ方向の距離は、前記オリフィスの直径以上であることを特徴とする。
【００２４】
この発明によれば、出口側の多孔体とオリフィスとの間に形成した空間の距離を、オリフィスの直径以上とし、オリフィスを通過した冷媒が多孔体に到達した際の流速を低くするようにしている。
【００２５】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、冷媒の入口側の前記多孔体および冷媒の出口側の前記多孔体の形状あるいは大きさを異ならせたことを特徴とする。
【００２６】
この発明によれば、入口側の多孔体および出口側の多孔体の形状あるいは大きさ、たとえば直径を変え、冷媒の出入口を容易に判別することができるようにしている。
【００２７】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記多孔体がはめ込まれる前記オリフィス保持体の外周部に、溝を設けたことを特徴とする。
【００２８】
この発明によれば、多孔体を固定するオリフィス保持体における多孔体をはめ込む部分の外周部に溝を設け、この溝が、多孔体外周部のダレを収容し、多孔体が浮き上がることを防止するとともに、多孔体外周部のバリが脱落した場合でも、脱落したバリは溝内に捕捉されたままにし、冷媒回路への流出を防止するようにしている。
【００２９】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記オリフィスの入口側に、冷媒の上流側が開口したテーパー部を形成したことを特徴とする。
【００３０】
この発明によれば、冷媒の流れに対してオリフィスの入口側にテーパー部を設け、冷媒がオリフィスを通過する際、このテーパー部によって冷媒の流線を滑らかにするようにしている。
【００３１】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記オリフィスの入口側に、冷媒の上流側が開口した曲面部を形成したことを特徴とする。
【００３２】
この発明によれば、冷媒の流れに対してオリフィスの入口側に曲線部を設け、冷媒がオリフィスを通過する際、この曲線部によって冷媒の流線を一層滑らかにするようにしている。
【００３３】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記オリフィスの出口側に、冷媒の下流側が開口したテーパー部を形成したことを特徴とする。
【００３４】
この発明によれば、冷媒の流れに対してオリフィスの出口側に、たとえば頂角１２０度程度のテーパー部を設け、冷媒がオリフィスを通過する際、冷媒の流線を滑らかにするとともに、オリフィス通過後の冷媒の広がり角を大きくし、多孔体に到達した際の冷媒の流速を低くするとともに、冷媒が出口側の多孔体に均質に流入するようにしている。
【００３５】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記絞り機構部は、銅管内に、前記多孔体と前記オリフィス保持体とからなるオリフィス構造体が圧入され、当該絞り機構部が接続される冷媒配管に対応して、該銅管の両端開口部を絞った構造であることを特徴とする。
【００３６】
この発明によれば、多孔体を含むオリフィス構造体を銅管に圧入することによって該オリフィス構造体を固定し、銅管の両端を絞って細くすることによって、冷媒配管を接続する形状とするようにしている。
【００３７】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記オリフィス構造体は、その外周の円周方向に溝が形成されたことを特徴とする。
【００３８】
この発明によれば、オリフィス構造体の外周部の全周に渡って、溝２１を設け、多孔体を構造体にカシメで固定する際に、この溝に固定治具を固定し、カシメ治具でプレスすることによって，入口側および出口側をそれぞれ個別にカシメを施すことができる。
【００３９】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記絞り機構部は、前記オリフィス構造体の溝に対応させて前記銅管の外殻から全周カシメが施されることを特徴とする。
【００４０】
この発明によれば、オリフィス構造体の溝に対応させて銅管の外殻から全周カシメを行うことによって、オリフィス構造体を隙間無く外殻の銅管に固定するようにしている。
【００４１】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記絞り機構部の外殻を形成する銅管は、前記オリフィス構造体から出口側方向に向けてテーパー状に絞った構造であることを特徴とする。
【００４２】
この発明によれば、オリフィス構造体の外殻を形成する銅管の出口側部分を、テーパー形状にし、この外殻を形成する銅管内部空間における気注共鳴を防止するようにしている。
【００４３】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記多孔体は、金属多孔体であることを特徴とする。
【００４４】
この発明によれば、多孔体として金属多孔体を使用し、外殻の銅管を配管と接続する際のロウ付けによる熱の伝達を防止する必要をなくすようにしている。
【００４５】
つぎの発明にかかる冷凍サイクル装置は、上記の発明において、前記金属多孔体は、ニッケル材によって形成されたことを特徴とする。
【００４６】
この発明によれば、金属多孔体として、ニッケル材を用い、たとえば、バリ等が冷媒回路に流出して圧縮機に流れ込んだ場合であっても、圧縮機のローリングピストンがロックすること無く運転を継続できるようにしている。
【００４７】
【発明の実施の形態】
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる冷凍サイクル装置の好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００４８】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１である空気調和機の概要を示す冷媒回路図である。ここで、図１３に示した空気調和機の第２流量制御装置３６に代えて、第２流量制御装置６を設けている。なお、図１３に示した空気調和機と同じ構成部分には同一符号を付している。すなわち、図１に示した空気調和機は、圧縮機１、冷房運転時と暖房運転とにおける冷媒の流れを切り替える切替手段としての四方弁２、室外熱交換器３、第１流量制御装置４、第１室内熱交換器５、第２流量制御装置６、第２室内熱交換器７を有し、各構成部分は、配管によって順次接続された冷凍サイクルを構成している。この冷凍サイクルの冷媒には、Ｒ３２とＲ１２５との混合冷媒であるＲ４１０Ａが用いられ、冷凍機油としてはアルキルベンゼン系油が用いられる。
【００４９】
また、図２は、第２流量制御装置６の詳細構成を冷凍回路図である。第２流量制御装置６は、毛細管９と絞り機構部１０とが直列接続され、この直列接続された毛細管９および絞り機構部１０は、二方向弁８に並列接続される。
【００５０】
さらに、図３は、絞り機構部１０に用いられるオリフィス構造体１０ａの詳細構成を示す図であり、図３（ａ）は、オリフィス構造体１０ａの正面図を示し、図３（ｂ）は、オリフィス構造体１０ａの左側面断面図である。図３において、オリフィス構造体１０ａは、オリフィス１２の前後に入口側多孔体１３と出口側多孔体１４とが配置される。入口側多孔体１３および出口側多孔体１４の多孔体は、全体が多孔質透過材で形成され、通気孔、すなわち流体が透過できる多孔体表面および内部の気孔、の平均直径が約５００μｍであり、空隙率が９２±６％である。この多孔体は、ウレタンフォームに金属粉末を塗布後、熱処理してウレタンフォームを焼失させ、金属を３次元の格子状に成形したものであり、材料は、Ｎｉ（ニッケル）である。なお、多孔体の強度を上げるために、Ｃｒ（クロム）をメッキ処理または浸透処理してもよい。
【００５１】
ここで、図４に示した圧力−エンタルピー線図をも参照して、図１に示した空気調和機の除湿運転時における冷凍サイクル動作について説明する。なお、除湿運転時では、第２流量制御装置６の二方向弁８は閉状態となっている。
【００５２】
まず除湿運転時では、空気調和機の負荷に応じた回転数で運転されている圧縮機１を出た高温高圧の蒸気冷媒（Ａ点）は、四方弁２を通過して、室外熱交換器３で外気と熱交換し、凝縮し、気液二相冷媒となる（Ｂ点）。この高圧二相冷媒は、第１流量制御装置４で若干減圧され、中間圧の気液二相冷媒となって第１室内熱交換器５に流入する（Ｃ点）。第１室内熱交換器に流入した中間圧の気液二相冷媒は、室内空気と熱交換を行い、さらに凝縮する（Ｄ点）。第１室内熱交換器を流出した気液二相冷媒は、第２流量制御装置６に流入する。
【００５３】
第２流量制御装置６の二方向弁８は、閉状態であるため、冷媒は、毛細管９を経て、絞り機構部１０に流れ込む。絞り機構部１０に流れ込んだ冷媒は、オリフィス１２によって減圧され、低圧気液二相冷媒となり、第２室内熱交換器７に流入する（Ｅ点）。オリフィス１２の出入口に設置された入口側多孔体１３および出口側多孔体１４の厚さはそれぞれ３ｍｍ程度である。また、オリフィス１２の内径は１ｍｍであり、厚さ（長さ）は３ｍｍ程度である。第２室内熱交換器７に流入した冷媒は、室内空気の顕熱および潜熱を奪って蒸発する。第２室内熱交換器７を出た低圧蒸気冷媒は、再び四方弁２を介して圧縮機１に戻る。室内空気は、第１室内熱交換器５で加熱され、第２室内熱交換器７で冷却除湿されるため、部屋の室温低下を防ぎながら除湿されることになる。
【００５４】
ここで、通常のオリフィスタイプの流量制御装置では、気液二相冷媒が通過する際、大きな冷媒流動音が絞り部前後で発生する。特に、気液二相冷媒の流動様式がスラグ流となる場合に大きな冷媒流動音が絞り部上流で発生する。この原因は、気液二相冷媒の流動様式がスラグ流の場合、流れ方向に対して蒸気冷媒が断続的に流れ、絞り部流路よって大きな蒸気スラグもしくは蒸気気泡が絞り部流路を通過する際に、絞り部流路上流の蒸気スラグもしくは蒸気気泡が崩壊することによって、それらが振動するからであり、また、絞り部を蒸気冷媒と液冷媒が交互に通過するため、冷媒の速度は蒸気冷媒が通過する際は速く、液冷媒が通過する際は遅くなるため、それに伴って絞り部上流の圧力も変動するからである。また、従来の第２流量制御装置３６出口では、出口流路が１ヶ所〜４ヵ所であるため、冷媒流速が速く、出口部分では高速気液二相流となり、壁面に冷媒が衝突するため、絞り部本体や出口流路が常に振動し騒音が発生する。さらに、出口部分の高速気液二相噴流による乱れや渦の発生によって、噴流騒音も大きくなっている。
【００５５】
これに対し、図５に示すように、この実施の形態１における第２流量制御装置６では、第１室内熱交換器５から流出した冷媒が、入口部６ａから入力され、二方向弁８が開状態になっている場合、この二方向弁８を介して出口部６ｂに流れ、第２室内熱交換器７に流出し、二方向弁８が閉状態になっている場合、毛細管９を通って絞り機構部１０に流入し、その後出口部６ｂに流れ、第２室内熱交換器７に流出する。
【００５６】
この第２流量制御装置６では、毛細管９によって気液二相冷媒が混合され、この混合された状態の気液二相冷媒が絞り機構部１０に流れ込み、さらに、入口側多孔体１３の微細で無数の通気孔を通過することによって、蒸気スラグ（大気泡）は小さな気泡になり、冷媒の流動状態が均質気液二相流（蒸気冷媒と液冷媒とが、良く混合された状態）となるため、蒸気冷媒と液冷媒とが同時にオリフィス１２を通過し、冷媒の速度変動が生じず、圧力も変動しない。また、入口側多孔体１３のような多孔質透過材は、内部の流路が複雑に構成され、この内部では圧力変動が繰り返され、一部、熱エネルギに変換しながら圧力変動を一定にする効果があるため、オリフィス１２で圧力変動が発生してもこれを吸収する効果があり、これによって上流にその影響が伝えにくくなる。また、オリフィス１２の下流の高速気液二相噴流は、出口側多孔体１４によって、その内部で冷媒の流速が十分に減速され、速度分布も一様化されるため、高速気液二相噴流が壁面に衝突することもなく、流れに大きな渦が発生することもないので、噴流騒音も小さくなる。
【００５７】
ここで、オリフィス構造体１０ａの詳細構成について説明する。図３に示したように、オリフィス構造体１０ａは、オリフィス保持体１１の中央部にオリフィス１２を形成し、略円盤状のオリフィス保持体１１の両端面から入口側多孔体１３および出口側多孔体１４によって挟み込むサンドイッチ構造を形成する。このサンドイッチ構造は、オリフィス保持体１１のカシメ部１５によって、オリフィス保持体１１と、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４との周辺部分にカシメが施され、固定される。
【００５８】
さらに、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４と、オリフィス１２との間に空間１６，１７を設けている。この空間１６，１７を設けることによって、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４と、オリフィス１２との間の流路を広く取ることができるため、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４のメッシュの一部に異物が積層した場合であっても、他の多孔体部分に複数の流路が存在するために、詰りの危険性が回避される。
【００５９】
そして、入口側多孔体１３とオリフィス１２との間の空間１６の距離１６ａを、オリフィス１２の直径と同じ１ｍｍとすることによって、入口側多孔体１３で微細化された気泡が再集結してオリフィス１２の直径φ１ｍｍに比して大きな気泡となることを防止するため、詰りの危険性を回避しつつ、圧力の変動が抑制される。
【００６０】
また、オリフィス１２を通過した冷媒は円錐状に拡散するため、出口側多孔体１４とオリフィス１２との間の空間１７の距離１７ａを、オリフィス１２の直径１ｍｍ以上の２ｍｍとすることによって、オリフィス１２を通過した冷媒が出口側多孔体１４に到達した際、この冷媒の流速が低下することになる。この流速の低下によって、冷媒に金属の微粉末などが含まれる場合に生ずる多孔体のメッシュのサンドエロージョンが抑制される。
【００６１】
ここで、オリフィス１２に対する距離１６ａと距離１７ａとを異ならせる場合、オリフィス構造体１０ａを冷媒回路に組み込む際に、取り付け方向を間違えないようにする必要がある．このため、図３に示すように、入口側多孔体１３と出口側多孔体１４との直径を変えることによって、出入口の方向を判別することができる。具体的に、入口側多孔体１３を直径２０ｍｍとし、出口側多孔体１４を直径２１ｍｍとすることによって、作業者は、組み付ける多孔体が、入口側多孔体１３であるのか、出口側多孔体１４であるのかを容易に判別することができる。さらに、入口側多孔体１３と出口側多孔体１４との直径を変えることによって、入口側多孔体１３と出口側多孔体１４の多孔体材料として異なる材料を使用した場合に、取り付けるべき多孔体の誤使用を防止することができる。
【００６２】
さらに、図３に示すように、オリフィス保持体１１のカシメ部１５の内周部であって、カシメ部１５によって入口側多孔体１３および出口側多孔体１４がはめ込まれる多孔体外周部が当接する部分に溝２１を設ける。入口側多孔体１３および出口側多孔体１４を円形に打ち抜く際、外周部にダレが生じるため、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４をそのままオリフィス保持体１１の外周部平面に載せると、ダレの分だけ平面から浮き上がってしまう。この結果、カシメ部１５と、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４の周縁部との距離を安定的に得られない可能性がある。ここで、溝２１が、このバリを収容し、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４の浮き上がりを防止する。溝２１の深さは、０．１ｍｍから０．３ｍｍ程度である。また、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４の周縁部から、バリが脱落した場合であっても、脱落したバリは、溝２１内に捕捉されたままとなるため、冷媒回路上への流出が防止され、脱落したバリの流出による冷媒回路部品への詰りが防止される。
【００６３】
また、図３に示すように、オリフィス１２の入口側に、オリフィス１２の直径１ｍｍに対応させた０．３Ｒの曲面１８を形成する。この曲面１８を形成することによって、オリフィス１２を通過する冷媒の流線が滑らかに曲げられる。この結果、オリフィス１２の入口通過後の渦の発生が抑制され、オリフィス１２の内壁に対する異物の付着が抑制されるとともに、流体雑音の発生も抑制される。
【００６４】
なお、図６に示すように、オリフィス１２の入口側に、オリフィス１２の直径１ｍｍに対応させた０．３Ｃのテーパー２０を形成するようにしてもよい。このテーパー２０を形成することによっても、オリフィス１２を通過する冷媒の流線が滑らかに曲げられ、オリフィス１２の入口通過後の渦の発生が抑制され、オリフィス１２の内壁に対する異物の付着が抑制される。このテーパー２０は、切削加工によってＲ形状が形成される曲面１８に比して形状が簡単であるため、加工コストを低減することができる。
【００６５】
また、オリフィス１２の出口側に頂角１２０度程度のテーパー１９を形成することによって、冷媒の流線を滑らかにするとともに、オリフィス１２通過後の冷媒の広がり角を大きくすることができる。これによって、出口側多孔体１４に到達した際の冷媒の流速を低くすることができるとともに、出口側多孔体１４に冷媒が均質に流入するため、出口側多孔体１４による流れの整流効果を一層高めることができる。また、頂角を１２０度程度とすることで、テーパー加工の際にドリルを用い、その先端によって簡単に加工することができるため、加工コストを抑制することができる。
【００６６】
ここで、オリフィス構造体１０ａを含む絞り機構部１０の詳細構成について説明する。図３に示したように、入口側多孔体１３と出口側多孔体１４とはそれぞれカシメ部１５による全周カシメによってオリフィス保持体１１に固定される。図６に示すように、この全周カシメによる固定は、まず、カシメ前のオリフィス保持体１１の両端部における内周平面に、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４を挿入し、カシメ治具２４，２５を両端から、矢印の方向に圧縮することで、カシメ部１５が全周カシメを行い、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４がオリフィス保持体１１に全周隙間無く固定され、オリフィス構造体１０ａが形成される。この結果、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４の多孔体を打ちぬく際にバリが発生し、多孔体の外周部に付着したまま組み立てられても、冷媒回路にバリが流れ出すことが防止される。また、プレスのみによって入口側多孔体１３および出口側多孔体１４をオリフィス保持体１１に固定してオリフィス構造体１０ａを生成することができるため、製造コストの低減を図ることができる。
【００６７】
このようにして形成されたオリフィス構造体１０ａは、図８に示すように、銅管２６における冷媒の流れの入口側から圧入することで銅管２６内に固定され、その後、銅管２６の端部２７，２８を絞って細くし、冷媒配管を接続する形状に成形する。これによって、絞り機構部１０が形成されることになる。絞り機構部１０に圧入されるオリフィス構造体１０ａの外径と銅管の内径との圧入代は、約２５μｍであり、冷媒の圧力の加わる側からオリフィス構造体１０ａを圧入することによって、冷媒の圧力が加わってもオリフィス構造体１０ａが出口側に向かって移動しないようにしている。また、外殻を銅管で構成することによって、絞り機構部１０の外殻を低コストで構成することができる。
【００６８】
ここで、図３に示すように、オリフィス構造体１０ａには、その外周部の全周にわたって、幅２ｍｍ、深さ１．５ｍｍの溝２２が設けられる。この溝２２は、図７に示したように、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４をオリフィス保持体１１にカシメによって固定する際、この溝２２が固定治具２３に係合し、ストッパーとして機能する。そして、カシメ治具２４，２５によってオリフィス構造体１０ａをプレスすることによって、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４がそれぞれ個別にカシメが施され、安定したカシメ形状を得ることができる。
【００６９】
図９は、第２流量制御装置６と従来の第２流量制御装置３６とが発生する騒音の周波数特性を示す図である。図９に示した騒音の周波数特性は計測結果を示し、横軸は周波数［Ｈｚ］を示し、縦軸は音圧（ＳＰＬ）［ｄＢＡ］を示している。また、図９において、実線は、この実施の形態１に示した第２流量制御装置６の計測結果を示し、破線は、図１３に示した従来の第２流量制御装置３６の計測結果を示している。実線で示した第２流量制御装置６の周波数特性は、全周波数範囲において、従来の第２流量制御装置３６の周波数特性に比して音圧レベルが低減されていることがわかる。特に、人間の耳に良く聞こえる２０００Ｈｚから７０００Ｈｚの範囲において、大幅な騒音低減効果が得られていることがわかる。
【００７０】
なお、空気調和機の配管の取り回しによって、絞り機構部１０の入口側配管を垂直上昇流とする必要がある場合、通常の配管を使用すると上昇管中で冷媒が気液二相に分離して気体と液体が不連続に絞り機構部１０に流れ込み、圧力変動の要因となるが、図５に示すような毛細管９による垂直上昇管では、気液が分離しないため、圧力変動が抑制され冷媒音の発生も抑制されることになる。
【００７１】
実施の形態２．
つぎに、この発明の実施の形態２について説明する。上述した実施の形態１では、図５に示したように絞り機構部１０を、冷媒の流れが鉛直となる縦置きにしていたが、この実施の形態２では、絞り機構部１０を横置きに設置している。この場合、絞り機構部１０の上流側に設けられた毛細管９の構成は削除される。
【００７２】
図１０において、絞り機構部１０は、横置きに配置され、絞り機構部１０では、冷媒の流れが水平となる。絞り機構部１０の入口側の空間３１に、スラグ流で流れ込んだ二相冷媒の蒸気スラグ（気泡）は、空間３１の上部に浮き上がり、液相が空間３１の下部に溜まって分離する。通常の除湿運転時は、オリフィス１２の部分は、液相と成り、入口側多孔体１３を通過して微細になった気泡は、連続的にオリフィス１２を通過することになるため、圧力変動が抑制され、冷媒音の発生も抑制される。
【００７３】
実施の形態３．
つぎに、この発明の実施の形態３について説明する。この実施の形態３では、図１１に示すように、オリフィス構造体１０ａの外周部の全周に設けられた溝２２に沿い、溝２２に対応する外殻の銅管２６の全周に、カシメ部２９を設けるようにしている。オリフィス構造体１０ａを隙間無く外殻の銅管２６に固定することができ、冷媒が、オリフィス１２以外の部分を通過することを防止し、安定した絞り特性を得ることができる。
【００７４】
実施の形態４．
つぎに、この発明の実施の形態４について説明する。この実施の形態４では、図１２に示すように、絞り機構部１０の外殻を形成する銅管２６の出口側部分をテーパー形状としたテーパー部３０を形成している。すなわち、銅管２６内を流れる冷媒の流れに沿って、出口側部分を順次細くしたテーパー部３０を設けている。これによって、外殻の銅管２６の内部空間における気注共鳴が防止され、ピーク音の発生を抑制することができる。
【００７５】
実施の形態５．
つぎに、この発明の実施の形態５について説明する。この実施の形態５では、入口側多孔体１３および出口側多孔体１４の多孔体を、金属多孔体としている。入口側多孔体１３および出口側多孔体１４の多孔体を樹脂で構成した場合、外殻の銅管２６を、配管と接続するロウ付けを行う際に、多孔体部分の冷却が不可欠となるが、多孔体を金属多孔体とすることによって、ロウ付けによる熱の影響を無視することができ、ロウ付け作業が容易となる。
【００７６】
特に、金属多孔体としてニッケル（Ｎｉ）を用いることが好ましい。これは、たとえ多孔体のバリが冷媒回路に流出して圧縮機１に流れ込んだ場合であっても、ニッケルが、圧縮機１のシリンダーを構成する鉄に比べて柔らかいため、圧縮機１のローリングピストンがロックすること無く運転を継続することができるからである。
【００７７】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、毛細管によって気液二相冷媒が混合された状態で絞り機構部に流れ込み、微細で無数の通気孔を有する多孔体を通過することによって、冷媒蒸気スラグや冷媒気泡が小さな気泡となって冷媒の流動状態が均質な気液二相状態となり、冷媒蒸気スラグや冷媒気泡の崩壊を防止し、また、蒸気冷媒と液冷媒とがオリフィスを同時通過することによる冷媒速度の変動が生じず、圧力変動もなくし、さらに、多孔体内部の複雑な流路によって該多孔体内部において冷媒の圧力変動が繰り返され一部が熱エネルギーに変換され、圧力変動を一定にするようにしているので、冷媒流動音の発生を抑え、騒音を大幅に低減することができるという効果を奏する。
【００７８】
つぎの発明によれば、気液分離を生じさせない毛細管を絞り機構部の入口側に接続することによって、絞り機構部の配置形態に関わらず、冷媒流動音の発生を防止するようにしているので、騒音の大幅な低減を可能にするとともに、装置構成の柔軟性を持たせることができるという効果を奏する。
【００７９】
つぎの発明によれば、冷媒の流れが水平方向となったオリフィスを冷媒が通過する場合、絞り機構部内の入口側多孔体の前面空間上部には二相冷媒の蒸気スラグが浮き上がり、下部には液相が溜まって分離するが、多孔体を通過することによって蒸気スラグは微細な気泡となってオリフィスを通過し、圧力変動が抑制されるため、冷媒流動音の発生が抑制され、騒音を低減することができるという効果を奏する。
【００８０】
つぎの発明によれば、多孔体がカシメ部による全周カシメによってオリフィス保持体に固定されるため、多孔体の外周部にバリがついている場合であっても、この全周カシメによって、このバリが冷媒回路上に流出するのを防止することができるため、冷媒回路内の部品における詰まりを防止することができるという効果を奏する。
【００８１】
つぎの発明によれば、オリフィスと多孔体との間に空間を設けることによって、多孔体とオリフィスとの間の流路が広く取れ、多孔体のメッシュの一部に異物が積層する場合であっても、複数の流路を有効にし、冷媒の詰まりを回避するようにしているので、冷媒の詰まりの危険性を回避することができるという効果を奏する。
【００８２】
つぎの発明によれば、オリフィスと冷媒の入口側の多孔体との間に設けられた空間の距離を、オリフィスの直径に比して小さくしているので、多孔体で微細化された気泡が再集結し、オリフィスの直径を超えた大きな気泡が形成されることを防止するようにし、詰まりの危険性を回避しつつ、圧力変動の発生を抑制するようにしているので、騒音を大幅に低減することができるという効果を奏する。
【００８３】
つぎの発明によれば、出口側の多孔体とオリフィスとの間に形成した空間の距離を、オリフィスの直径以上とし、オリフィスを通過した冷媒が多孔体に到達した際の流速を低くするようにしているので、冷媒に金属の微粉末などが含まれる場合に生ずる多孔体の骨格のエロージョンを防止することができるという効果を奏する。
【００８４】
つぎの発明によれば、入口側の多孔体および出口側の多孔体の形状あるいは大きさ、たとえば直径を変え、冷媒の出入口を容易に判別することができるようにしているので、入口側の多孔体と出口側の多孔体とを異なる材質で形成した場合における多孔体の組み付けの誤りや、多孔体が組み付けられたオリフィスの構造体の向きの誤りなどの誤使用を防止することができるという効果を奏する。
【００８５】
つぎの発明によれば、多孔体を固定するオリフィス保持体における多孔体をはめ込む部分の外周部に溝を設け、この溝が、多孔体外周部のダレを収容し、多孔体が浮き上がることを防止するとともに、多孔体外周部のバリが脱落した場合でも、脱落したバリは溝内に捕捉されたままにし、冷媒回路への流出を防止するようにしているので、多孔体をオリフィス保持体に確実に固定することができるとともに、脱落したバリの流出による冷媒回路部品の詰りを防止することができるという効果を奏する。
【００８６】
つぎの発明によれば、冷媒の流れに対してオリフィスの入口側にテーパー部を設け、冷媒がオリフィスを通過する際、このテーパー部によって冷媒の流線を滑らかにするようにしているので、オリフィスの内壁への異物の付着を抑制することができるという効果を奏する。
【００８７】
つぎの発明によれば、冷媒の流れに対してオリフィスの入口側に曲線部を設け、冷媒がオリフィスを通過する際、この曲線部によって冷媒の流線を一層滑らかにするようにしているので、オリフィス内壁への異物の付着を抑制することができるとともに、流体騒音の発生も抑制することができるという効果を奏する。
【００８８】
つぎの発明によれば、冷媒の流れに対してオリフィスの出口側に、たとえば頂角１２０度程度のテーパー部を設け、冷媒がオリフィスを通過する際、冷媒の流線を滑らかにするとともに、オリフィス通過後の冷媒の広がり角を大きくし、多孔体に到達した際の冷媒の流速を低くするとともに、冷媒が出口側の多孔体に均質に流入するようにしているので、出口側の多孔体による流れの整流効果を一層高めることができ、冷媒流動音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００８９】
つぎの発明によれば、多孔体を含むオリフィス構造体を銅管に圧入することによって該オリフィス構造体を固定し、銅管の両端を絞って細くすることによって、冷媒配管を接続する形状とするようにしているので、簡易な加工によって容易に絞り機構部を形成することができ、結果として低コスト化を実現することができるという効果を奏する。
【００９０】
つぎの発明によれば、オリフィス構造体の外周部の全周に渡って、溝２１を設け、多孔体を構造体にカシメで固定する際に、この溝に固定治具を固定し、カシメ治具でプレスすることによって，入口側および出口側をそれぞれ個別にカシメを施すことができるので、安定したカシメ形状を得ることができるとともに、オリフィス構造体の搬送時に、この溝をレールに嵌めることによって、多孔体を他の物体に接触させることなく搬送することができるという効果を奏する。
【００９１】
つぎの発明によれば、オリフィス構造体の溝に対応させて銅管の外殻から全周カシメを行うことによって、オリフィス構造体を隙間無く外殻の銅管に固定するようにしているので、絞り機構部においてオリフィス以外の部分を冷媒が通過することを確実に防止することができ、安定した絞り特性を得ることができるという効果を奏する。
【００９２】
つぎの発明によれば、オリフィス構造体の外殻を形成する銅管の出口側部分を、テーパー形状にし、この外殻を形成する銅管内部空間における気注共鳴を防止するようにしているので、ピーク音の発生を抑制することができるという効果を奏する。
【００９３】
つぎの発明によれば、多孔体として金属多孔体を使用し、外殻の銅管を配管と接続する際のロウ付けによる熱の伝達を防止する必要をなくすようにしているので、ロウ付け作業が容易になるという効果を奏する。
【００９４】
つぎの発明によれば、金属多孔体として、ニッケル材を用い、たとえば、バリ等が冷媒回路に流出して圧縮機に流れ込んだ場合であっても、圧縮機のローリングピストンがロックすること無く運転を継続できるようにしているので、高い信頼性をもった冷凍サイクル装置を得ることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態１である空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。
【図２】 図１に示した第２流量制御装置の構成を示す冷媒回路図である。
【図３】 図２に示した絞り機構部内のオリフィス構造体の構成を示す図である。
【図４】 図１に示した空気調和機の除湿運転時の冷凍サイクルを説明する圧力−エンタルピー線図である。
【図５】 図１に示した第２流量制御装置の構成を示す図である。
【図６】 図３に示したオリフィス構造体の他の一例の構成を示す図である。
【図７】 図３に示したオリフィス構造体のプレス加工を説明する説明図である。
【図８】 図２に示した絞り機構部の詳細構成を示す図である。
【図９】 図１に示した第２流量制御装置および従来の第２流量制御装置の騒音の周波数特性を示す図である。
【図１０】 この発明の実施の形態２である空気調和機の第２流量制御装置の構成を示す図である。
【図１１】 この発明の実施の形態３である空気調和機の絞り機構部の構成を示す図である。
【図１２】 この発明の実施の形態４である空気調和機の絞り機構部の構成を示す図である。
【図１３】 従来の空気調和機の構成を示す冷媒回路図である。
【符号の説明】
１ 圧縮機、２ 四方弁、３ 室外熱交換器、４ 第１流量制御装置、５ 第１室内熱交換器、６ 第２流量制御装置、６ａ 入口部、６ｂ 出口部、７ 第２室内熱交換器、８ 二方向弁、９ 毛細管、１０ 絞り機構部、１０ａ オリフィス構造体、１１ オリフィス保持体、１２ オリフィス、１３ 入口側多孔体、１４ 出口側多孔体、１５，２９ カシメ部、１６，１７，３１ 空間、１６ａ，１７ａ 距離、１８ 曲面、１９，２０ テーパー、２１，２２ 溝、２３ 固定治具、２４，２５ カシメ治具、２６ 銅管、２７，２８ 端部、３０テーパー部。

Claims (16)

1. 毛細管と、
   前記毛細管に直列接続され、冷媒の流れに対して入口側および出口側に設けられた多孔体によって挟まれたオリフィスを有した絞り機構部と、
   直列接続された前記毛細管と前記絞り機構部とに並列接続された二方向弁と、
   を備えた流量制御部が第１の室内熱交換器と第２の室内熱交換器との間に配置され、
   前記毛細管および前記絞り機構部は、冷媒の流れ方向に沿って略鉛直に配置され、
   前記毛細管に流れる冷媒は、鉛直下方から上方に流れ、前記絞り機構部に流れる冷媒は、鉛直上方から下方に流れることを特徴とする冷凍サイクル装置。
2. 前記絞り機構部は、
   前記オリフィスを形成するオリフィス保持体の周縁部に設けられたカシメ部によって前記多孔体を固定することを特徴とする請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記オリフィスと前記多孔体との間に空間を形成したことを特徴とする請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記オリフィスと冷媒の入口側の多孔体との間に形成した前記空間の冷媒流れ方向の距離は、前記オリフィスの直径以下であることを特徴とする請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記オリフィスと冷媒の出口側の多孔体との間に形成した前記空間の冷媒流れ方向の距離は、前記オリフィスの直径以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の冷凍サイクル装置。
6. 冷媒の入口側の前記多孔体および冷媒の出口側の前記多孔体の形状あるいは大きさを異ならせたことを特徴とする請求項１〜５のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記多孔体がはめ込まれる前記オリフィス保持体の外周部に、溝を設けたことを特徴とする請求項２〜６のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記オリフィスの入口側に、冷媒の上流側が開口したテーパー部を形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
9. 前記オリフィスの入口側に、冷媒の上流側が開口した曲面部を形成したことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
10. 前記オリフィスの出口側に、冷媒の下流側が開口したテーパー部を形成したことを特徴とする請求項１〜９のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
11. 前記絞り機構部は、
    銅管内に、前記多孔体と前記オリフィス保持体とからなるオリフィス構造体が圧入され、当該絞り機構部が接続される冷媒配管に対応して、該銅管の両端開口部を絞った構造であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
12. 前記オリフィス構造体は、その外周の円周方向に溝が形成されたことを特徴とする請求項１１に記載の冷凍サイクル装置。
13. 前記絞り機構部は、前記オリフィス構造体の溝に対応させて前記銅管の外殻から全周カシメが施されることを特徴とする請求項１２に記載の冷凍サイクル装置。
14. 前記絞り機構部の外殻を形成する銅管は、前記オリフィス構造体から出口側方向に向けてテーパー状に絞った構造であることを特徴とする請求項１１〜１３のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
15. 前記多孔体は、金属多孔体であることを特徴とする請求項１〜１４のいずれか一つに記載の冷凍サイクル装置。
16. 前記金属多孔体は、ニッケル材によって形成されたことを特徴とする請求項１５に記載の冷凍サイクル装置。

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