JP4318904B2 - フィルタ - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は冷媒回路等の流体回路の中に設置されるフィルタに関する。
【０００２】
【従来の技術】
冷媒回路中の残渣や施工時に混入したごみ等を捕獲するために、メッシュを用いたフィルタを冷媒回路中に設置することが従来より知られている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
このようなフィルタの一例としては、小径の２つの口部と上記２つの口部の間の大径の中央部とを有する金属製容器と、端部がリング状の金属製保持具によって保持され、この保持具によって上記容器の中央部の内側に固定されたメッシュ（金網）とを備えたものがある。容器の２つの口部には、それぞれ冷媒用の配管が接続される。
【０００４】
リング状の保持具は二重に折り曲げられており、その間にメッシュの端部をはさみ込むことによって、メッシュを保持している。そして、このようにしてメッシュを保持したリング状保持具は、圧入により、保持具の外周面が容器中央部の内周面に沿った形で固定される。
【０００５】
なお、中央部の径を大きくした容器は消音効果があるため、流体による異音の発生を低減するために、従来より流体回路に多用されている（例えば、特許文献２）。
【０００６】
【特許文献１】
特開平１１−２３０４７７号公報
【特許文献２】
特開２００２−１０７００５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、冷媒回路が設けられる空調機等の製品自体のコンパクト化のために、フィルタの容器中央部の長さ、径の拡大にも限界があり、消音効果のある形状の容器を使用しているにも拘わらず、騒音が発生する不具合があった。騒音発生は、特に、暖房中に室外機についた霜を溶かすデフロスト運転時に生じがちであった。
【０００８】
そこで、本願発明の課題は、流体回路中に設置されるフィルタにおいて、騒音を低減することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決すべく種々の条件のもとで実験を行なった結果、音の発生は、従来のリング状の保持具と容器との相互関係に起因していることがわかった。
【００１０】
リング状保持具はメッシュを挟み込むために二重になっており、その二重になった状態での保持具の肉厚（容器内周面から容器中心側への突出量）が従来は１．６ｍｍ強あったため、保持具の箇所で内部流体に乱れが生じて渦（カルマン渦）が発生する。この渦（音源）の発生周波数ｆｖと、フィルタの容器自身の共鳴周波数ｆｒとを次の式（１）、（２）により求めた。
【００１１】
ｆｖ＝（Ｓｔ×Ｖ）／ｄ ．．．（１）
ここで、Ｓｔ：ストローハル数（＝０．５）（障害物が平板の場合）
Ｖ：流体速度[ｍ／ｓ]
ｄ：平板の厚み[ｍ]
である。流体速度Ｖは、流体の循環量／（容器の断面積×比容積）によって求めることができる。
【００１２】
ｆｒ＝ｎｃ／２Ｌ．．．（２）
ここで、ｎ：自然数（倍音を表す）
ｃ：流体内音速[ｍ／ｓ]
Ｌ：容器長[ｍ]
である。
【００１３】
図３は、２つの口部１１とその間の中央部１２とを有するフィルタの容器１と、容器の径方向内側に向けて張り出したメッシュ用の保持具３を模式的に描いたものである。この場合、上記式（１）における平板の厚みｄは、図３に示すように、保持具３の厚みであり、上記式（２）における容器長Ｌとは、図３に示すように、径が口部よりも大きい容器中央部１２の長さである。
【００１４】
肉厚ｄ＝１．６５ｍｍの保持具に起因する渦の算出発生周波数ｆｖは、ストローハル数Ｓｔ＝０．５、流体速度Ｖ＝６．９４ｍ／ｓとしたとき、ｆｖ≒２．１ｋＨｚであった。
【００１５】
一方、容器の共鳴周波数ｆｒについては、冷媒の種類と冷媒圧力を種々変えながら、容器長Ｌが２０ｍｍ〜５０ｍｍである実用的な容器の共鳴周波数ｆｒを計算した。冷媒ガス内の音速（以下、「冷媒音速」）に関しては、圧力の相当飽和温度の値を用いたが、冷媒音速は、冷媒圧力が変化しても、ほぼ一定の範囲内の値をとることがわかった。たとえば、冷媒圧力が１００ｋＰａ〜２０００ｋＰａのとき、冷媒がＲ２２の場合には冷媒音速は約１５２〜１６３ｍ／ｓであり、Ｒ４０７Ｃの場合には約１４４〜１６０ｍ／ｓであり、Ｒ４１０Ａの場合には約１５８〜１７２ｍ／ｓである。計算の結果、容器の共鳴周波数ｆｒは、冷媒の種類および冷媒圧力に殆ど影響を受けず、容器長Ｌが３０ｍｍ〜５０ｍｍのときに２ｋＨｚ近傍の値を取ることがわかった。
【００１６】
つまり、計算で求めた渦周波数ｆｖと容器の共鳴周波数ｆｒはどちらも２ｋＨＺ近傍であった。また、実機運転中に発生した異音を計測したところ、その音の周波数は２ｋＨｚ帯のものであった。このことから、本願発明者らは、大きな音が発生するのは、渦の発生周波数ｆｖと、容器の共鳴周波数ｆｒとが一致しているか近似しているために、共鳴現象が生じて、渦の音が大きく増幅されて、外に出てきているとの結論に至った。
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【００２１】
図４は、メッシュの保持具の肉厚と渦の発生周波数（以下、「渦周波数」とも言う）との関係を示したグラフである。このグラフにおける渦周波数は、上記式（１）における流体速度Ｖを６．９４ｍ／ｓに固定して求めたものである。従来のメッシュ保持具の肉厚は上述したように１．６ｍｍ強もあり、この肉厚に対する渦周波数は２ｋＨｚ強である。従来は、この渦周波数が容器長３０〜５０ｍｍ程度の容器の共鳴周波数とほぼ一致していたために、共鳴して大きな音が発生していたのである。
【００２２】
【００２３】
【００２４】
請求項１に係る発明のフィルタは、上記目的を達成するため、大径開口端と小径開口端を有する第１容器部分と、大径開口端と小径開口端を有する第２容器部分と、メッシュとを備え、
上記第２容器部分は、上記大径開口端に隣接して設けられ上記小径開口端側へと先細になるテーパ部と、このテーパ部に連なり内径が上記第１容器部分の大径開口端の外径よりも小さい直管部とをさらに有し、
上記第１容器部分の大径開口端に上記メッシュを外嵌すると共に、上記第１容器部分の大径開口端に外嵌された上記メッシュの上に上記第２容器部分の大径開口端部を外嵌し、上記第１容器部分の上記大径開口端と上記第２容器部分の大径開口端とを流体密に接合していることを特徴としている。
【００２５】
請求項１のフィルタでは、上記第１容器部分の大径開口端と上記第２容器部分の大径開口端は流体密に接合されて１つの容器を形成している。そして、重なり合って接合された第１容器部分と第２容器部分の大径開口端の間にメッシュが挟み込まれて、容器に内蔵される構成となっており、メッシュのための保持具が不要である。したがって、このフィルタでは、内部流体に対する抵抗を極めて小さくできるため、渦の発生ならびに渦に起因する騒音の発生が回避でき、容器形状の消音効果と相俟って、従来より大幅に騒音を低減できる。
【００２６】
さらに、請求項１のフィルタは、保持具を不要とできる上、発明の実施の形態の欄で詳述するように、上述した従来のフィルタおよび請求項１、２に記載のフィルタよりも製造工程が簡略化できるため、コストの削減を図ることができる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を詳細に説明する。
【００２８】
（参考例）
図１は本発明の参考例に係るフィルタの断面構造を示したものである。このフィルタは、金属製（例えば銅やステンレス鋼）の容器１と、金属製（例えば銅やステンレス鋼）のメッシュ２と、メッシュ２のための金属製（例えば銅やステンレス鋼）の保持具３とを備えている。容器１は、図示しない配管がそれぞれ接続される２つの小径の口部１１，１１と、これら２つの口部１１，１１の間の大径の中央部１２とを有する。中央部１２は各口部１１，１１に連なるテーパ部１２ａ，１２ａと、これらテーパ部１２ａ，１２ａ間の一定径（１８ｍｍ）の直管部１２ｂとからなる。容器長Ｌは、実用的な長さである３０〜５０ｍｍの範囲内に設定される。容器長Ｌは、図３に示すように、小径の口部１１、１１の内端間の距離として、つまり、容器中央部１２の長さとして定義される。
【００２９】
一方、メッシュ２はバスケット状に成形されており、その開口端部が、二重に折り曲げたリング状の保持具３によって挟まれて保持されている。そして、保持具３は容器の中央部１２の直管部１２ｂの内周面に圧入により固定されている。 上記保持具は折り曲げたときの肉厚ｄが１ｍｍ以下となるように形成されている。本参考例では、保持具３の肉厚ｄは、０．９ｍｍとした。
【００３０】
上記フィルタは次の工程により製造される。
（１） 先ず、容器１となる所定の長さの直管を用意し、先端を絞って、一方の口部１１およびテーパ部１２ａを形成する。
（２） 続いて、上記直管に保持具の位置決め用のポンチ打ちを行なう。
（３） 次に、メッシュを保持具に挟みこんだメッシュアセンブリを上記ポンチ打ち位置まで直管内に圧入する。
（４） 直管の挿入側端部を絞って、もう一方の口部１１とテーパ部１２ａを形成する。
（５） 形成された容器の外面の適切な位置に、フィルタ取付方向を示すマークを刻印する。（刻印をするのは、容器を外側から見ただけでは、メッシュの向きがわからないからである。）
【００３１】
上記構成のフィルタは、たとえば、空気調和機の冷媒回路中に設けられる。冷媒としては、Ｒ２２、Ｒ４０７Ｃ、Ｒ４１０Ａ等が用いられる。容器長３０〜５０ｍｍの容器１の共鳴周波数ｆｒは、上述したように、冷媒の種類および冷媒の圧力に殆ど無関係に、２ｋＨｚ程度である。これに対して、保持具３に起因する渦周波数ｆｖは、保持具３の肉厚ｄが０．９ｍｍであるため、図４から、略３．８５ｋＨｚである。したがって、容器１からの共鳴音の発生は回避される。
【００３２】
なお、上記参考例では、容器長Ｌを４０ｍｍ、保持具の厚みｄを０．９ｍｍとしたが、容器長Ｌが３０〜５０ｍｍの範囲内ならば、保持具の厚みｄは１ｍｍ以下のいずれかの値と適宜組み合わせてもよい。さらに、これ以外の寸法（保持具の厚みｄ、容器長Ｌ、容器の直径）の組み合わせであっても構わない。たとえば、容器長Ｌは２０ｍｍであってもよいし、６０ｍｍであってもよい。また、保持具の厚みｄは１ｍｍを超えていてもよい。重要なことは、上記式（２）によって求まる容器の共鳴周波数ｆｒと、上記式（１）によって求まる渦の発生周波数ｆｖとが、共鳴音の発生を回避できる程度に異なるように、製品内における容器自身の収納スペースや配管系統の取り回し等の制約を考慮しながら、保持具の厚みｄ、容器長Ｌ、容器の直径等を決定することである。
【００３３】
（実施形態）
図２は本発明の一実施形態に係るフィルタの一部断面概略図である。このフィルタは、大径開口端と小径開口端を有する第１容器部分５と、大径開口端と小径開口端を有する第２容器部分６とからなる金属（例えば銅やステンレス鋼）製容器Ｃと、容器Ｃ内の金属（例えば銅やステンレス鋼）製メッシュ７とを備えている。
【００３４】
第１容器部分５は、配管を接続するために一端側に設けられた小径の口部５１と、その反対側の大径の直管部５３と、これら口部５１と直管部５３との間のテーパ部５２とを有する。そして、直管部５３の開口端に、この開口端を覆ってメッシュ７が外嵌されている。
【００３５】
他方、第２容器部分６は、配管を接続するために一端側に設けられた小径の口部６１と、大径の直管部６３と、他端側に設けられ上記直管部６３よりもさらに大径の接合部６５とを有し、さらに、口部６１と直管部６３との間の第１テーパ部６２と、直管部６３と接合部６５との間の第２テーパ部６４とを有する。
【００３６】
第２容器部分６の接合部６５は、第１容器部分５の直管部５３よりも大径になるように加工されており、メッシュ７を外嵌した第１容器部分５の直管部５３に外嵌されると共に、この直管部５３にロー材８で流体密に接合されている。また、第２容器部分６の直管部６３の内径は第１容器部分５の直管部５３の外径よりも小さいため、第１容器部分５の直管部５３の端面はメッシュ７を介して第２容器部分６の第２テーパ部６４に当接し、これにより、メッシュ７が第１容器部分と第２容器部分の間に堅固に固定される。つまり、第２テーパ部６４が容器メッシュ７の設置箇所となるのである。
【００３７】
容器Ｃの長さおよび直径は、製品内における容器自身の収納スペースや配管系統の取り回し等の制約を考慮しながら、適宜決定すればよい。
【００３８】
この実施形態におけるフィルタは、上述した従来のフィルタおよび参考例のフィルタと異なり、メッシュ７を保持するための保持具が不要である。したがって、内部流体に対する抵抗が極めて小さくなるため、渦の発生およびそれに起因する騒音の発生が回避できる。したがって、容器Ｃの中間部分を大径にした形状による消音効果と相俟って、従来に比して、大幅な騒音低減効果が得られる。
【００３９】
上記フィルタは次の工程で製造される。
（１） 直管（内管）の先端を絞り、口部５１およびテーパ部５２を形成して、第１容器部分５を完成させる。
（２） 別の直管（外管）の先端を絞り、口部６１および第１テーパ部６２を形成する。
（３） さらに、外管の絞っていない側の端部を広げる加工（拡管）を行ない、接合部６５と第２テーパ部６４とを形成して、第２容器部分６を完成させる。
（４） メッシュ７を第１容器部分５の直管部５３の先端に被せた状態で、第２容器部分６の第２テーパ部６４が直管部５３とメッシュ７とを押圧する状態になるまで第２容器部分６を第１容器部分５に対して押しこみ、接合部６５をロー材８で直管部５３に接合する。
【００４０】
この製造工程の説明からわかるように、本実施形態のフィルタは上記参考例のフィルタよりも少ない工程数で製造できる。さらに、外管の加工（先端の絞り加工、拡管加工）が型押し等により一発で加工できれば、工程数をさらに少なくできる。したがって、製造コストを上記参考例よりも低減することが可能となる。保持具を使用していない点においても、コストが低減される。
【００４１】
上記構成のフィルタを空調機等の冷媒回路中に設置したとき、フィルタには内部流体（冷媒）の抵抗となる保持具がないので、渦の発生、したがって、それによる騒音発生の問題が回避できる。
【００４２】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明によれば、騒音を低減できる上に、保持具を不要にしているので、コストを低減できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の参考例に係るフィルタの概略断面図である。
【図２】 本発明の一実施形態に係るフィルタの一部断面概略図である。
【図３】 容器長Ｌとメッシュ用保持具の肉厚ｄを説明する図である。
【図４】 メッシュ用保持具の肉厚と、この保持具に起因する渦の発生周波数との関係を示したグラフである。
【符号の説明】
１ 容器
１１ 口部
１２ 中央部
１２ａ テーパ部
１２ｂ 直管部
２ メッシュ
３ 保持具
５ 第１容器部分
５１ 口部
５２ テーパ部
５３ 直管部
６ 第２容器部分
６１ 口部
６２ 第１テーパ部
６３ 直管部
６４ 第２テーパ部
６５ 接合部
７ メッシュ
８ ロー材
Ｃ 容器

Claims (1)

1. 大径開口端（５３）と小径開口端（５１）を有する第１容器部分（５）と、大径開口端（６５）と小径開口端（６１）を有する第２容器部分（６）と、メッシュ（７）とを備え、
   上記第２容器部分（６）は、上記大径開口端（６５）に隣接して設けられ上記小径開口端（６１）側へと先細になるテーパ部（６４）と、このテーパ部（６４）に連なり内径が上記第１容器部分（５）の大径開口端（５３）の外径よりも小さい直管部（６３）とをさらに有し、
   上記第１容器部分（５）の大径開口端（５３）に上記メッシュ（７）を外嵌すると共に、上記第１容器部分（５）の大径開口端（５３）に外嵌された上記メッシュ（７）の上に上記第２容器部分（６）の大径開口端部（６５）を外嵌し、上記第１容器部分（５）の大径開口端（５３）の端面が上記メッシュ（７）を介して上記第２容器部分（６）のテーパ部（６４）に当接した状態で、上記第１容器部分（５）の上記大径開口端（５３）と上記第２容器部分（６）の大径開口端（６５）とを流体密に接合していることを特徴とするフィルタ。

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