JP6699685B2 - 冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

冷凍サイクル装置

冷凍サイクル装置は、使用環境によっては、低騒音性能が求められている。低騒音性能を実現するためには、冷媒回路を構成する圧縮機が振動したとき、振動の機器全体への伝達を抑制する必要がある。このような目的のために、特許文献１（特開２００５−２４１１９７号公報）は、二重防振構造を開示している。すなわち、筐体に第２の防振材を介して支持部材を配置し、さらに、支持部材上に第１の防振材を介して圧縮機を取り付けている。特許文献１においては、冷凍サイクル構成部品である空気熱交換器、水熱交換器なども、適宜、支持部材上に配置されている。

特許文献１には、電装品の配置について記載は無い。一般的には、冷凍サイクル装置の全体的な制御を行う電装品は、筐体に固定するのが一般的である。特に二重防振構造を採用した場合には、筐体内のスペースが狭くなるため、比較的スペースに余裕のある筐体上部に固定する場合が多い。

電装品は、多くの素子を含んでおり、素子によっては、発熱の大きいものもあり、冷却するのが望ましいものも存在する。電装品の冷却には、冷媒冷却の技術も知られている（たとえば、特開２０１０−１４５０５４号公報参照）。

冷媒冷却で電装品を冷却する場合に、電装品が筐体に固定されており、冷媒配管の元の冷凍サイクル構成部品が支持部材に固定されていると、支持部材の振動によって、冷凍サイクル構成部品と、電装品との間に変位が生じる。これによって、冷凍サイクル構成部品と、電装品を冷却する部材とを連絡する配管に応力が生じるという課題がある。

第１観点の冷凍サイクル装置は、筐体と、第２弾性部材と、台と、第１弾性部材と、圧縮機と、電装品と、伝熱板と、冷却用冷媒配管と、冷凍サイクル構成部品と、連絡配管とを備えている。筐体は、底部材を有している。第２弾性部材は、底部材上に配置されている。台は、底部材上に、第２弾性部材を介して、配置されている。第１弾性部材は、台上に配置されている。圧縮機は冷媒を圧縮する。圧縮機は、台上に、第１弾性部材を介して配置されている。電装品は、圧縮機用モータを駆動する。電装品は、筐体に固定されている。伝熱板は電装品に固定されている。冷却用冷媒配管は、内部に冷媒を流通させる。冷却用冷媒配管は、伝熱板に固定されている。冷凍サイクル構成部品は、冷媒を流通させる。冷却用冷媒配管は、伝熱板に固定されている。連絡配管は、冷媒を流通させる。連絡配管は、冷凍サイクル構成部品または圧縮機と、冷却用冷媒配管とを結んでいる。連結配管は、振動伝達抑制部を有する。振動伝達抑制部は、台に固定された冷凍サイクル構成部品もしくは圧縮機の振動を、冷却用冷媒配管に伝達することを抑制する。

第１観点の冷凍サイクル装置は、振動伝達抑制部があるので、冷却用冷媒配管の振動が抑制され、配管の応力にかかる応力が抑制される。

第２観点の冷凍サイクル装置は、第１観点の冷凍サイクル装置であって、冷凍サイクル構成部品は、エコノマイザー熱交換器、膨張弁、逆止弁、空気熱交換器、水熱交換器、四方切換弁、アキュムレーター、および、レシーバーから構成される群の中の一つ、または、これらの組み合わせである。

第３観点の冷凍サイクル装置は、第１観点又は第２観点の冷凍サイクル装置であって、振動伝達抑制部は、筐体に固定されている。

第４観点の冷凍サイクル装置は、第３観点の冷凍サイクル装置であって、振動伝達抑制部は、底部材に固定されている。

第５観点の冷凍サイクル装置は、第１観点〜第４観点いずれかの冷凍サイクル装置であって、さらに、振動伝達抑制部と筐体との間に配置される第３弾性部材を有する。

第５観点の冷凍サイクル装置は、第３弾性部材が振動を減衰するため、筐体に伝わる振動エネルギーを低減することができる。

第６観点の冷凍サイクル装置は、第５観点の冷凍サイクル装置であって、第３弾性部材のばね定数は、第２弾性部材のばね定数以上である。

第６観点の冷凍サイクル装置は、筐体に伝わる振動をより確実に、低減することができる。

第７観点の冷凍サイクル装置は、第１観点又は第２観点の冷凍サイクル装置であって、振動伝達抑制部は、曲部を含むトラップである。

第７観点の冷凍サイクル装置は、トラップが台の振動に由来する変位を吸収し、冷媒冷却配管の振動を抑制することができる。

第８観点の冷凍サイクル装置は、第１観点又は第２観点の冷凍サイクル装置であって、振動伝達抑制部は、可撓性を有する配管である。

第８観点の冷凍サイクル装置は、可撓性を有する配管が台の振動に由来する変位を吸収し、冷媒冷却配管の振動を抑制することができる。

第１実施形態の冷凍サイクル装置の外観の斜視図。 第１実施形態の冷凍サイクル装置の冷媒回路を示す図。 第１実施形態の冷凍サイクル装置を前面から見た模式図。 第１実施形態の冷凍サイクル装置を上面から見た図。

＜第１実施形態＞
（１）冷凍サイクル装置の冷媒回路の構成
第１実施形態の冷凍サイクル装置１００の外観の斜視図を図１に、冷媒回路を図２に示す。本実施形態の冷凍サイクル装置は、ヒートポンプを用いた、水の加熱、および／または、冷却装置である。加熱または冷却された水を用いて、給湯器や、冷水器として利用できる。また、加熱または冷却された水を媒体として用いて、暖房、冷房を行う空気調和装置を構成してもよい。

本実施形態の冷凍サイクル装置１００の冷媒回路は、図２に示すように、圧縮機１、アキュムレーター２、四方切換弁３、空気熱交換器４、逆止弁９、第１膨張弁７、第２膨張弁８、エコノマイザー熱交換器１０、水熱交換器１１を備えている。各機器および分岐１２は、配管４１〜５４で接続され、冷媒は各機器を循環して、蒸気圧縮式の冷凍サイクルが行われる。配管４１〜５４は、銅、アルミなどの熱伝導性のよい部材で構成されている。冷凍サイクル装置は、さらに、空気熱交換器４に空気を送るファン５、ファンを駆動するファンモータ６を備えている。

水を加熱する場合は、次のように冷凍サイクル装置１００は動作する。冷媒は、圧縮機１で圧縮され、凝縮器としての水熱交換器１１に送られる。冷媒は主に、第１膨張弁７で減圧され、蒸発器として作用する空気熱交換器４で気化して、再び、圧縮機１へ送られる。水は、水入側配管６１より水熱交換器１１に入り、冷媒に加熱されて、水出口側配管６２より、排出される。水の加熱と冷却は、四方切換弁３の切換により冷媒の流れを変更することにより、行われる。水を冷却する場合は、水熱交換器１１は、冷媒の蒸発器として作用する。

（２）冷凍サイクル装置内の各機器の配置
冷凍サイクル装置内の各機器の配置を、図３の正面図、図４の上面図を用いて説明する。なお、判りやすさのため、図３、図４、では、冷媒配管、信号線、電力線などの電気配線など詳細な記述は適宜、省略されている。

筐体２０は、図１、３、４に示すように、底部材２０ａ、天部材２０ｂ、前部材２０ｃ、右側部材２０ｄ、後部材２０ｅ、左側部材２０ｆより、構成されている。筐体２０は、冷凍サイクルを構成する機器の外側を覆っている。

筐体２０内部の空間は、図３、４に示すように、仕切板２５によって、概略、左側の空気熱交換器４、ファン５を配置した熱交換室と、右側の圧縮機１などの機器を配置した機械室に分けられている。

図３に示すように、機械室には、底部材２０ａ上に、４つの第２弾性部材２４が配置され、その上に、台２１が配置されている。第２弾性部材２４は、図４では、台２１の隅に配置されているが、大きな一片から構成されていてもよいし、２以上に分割されていてもよい。第２弾性部材２４の材料は、ゴム、または、ウレタンである。

圧縮機１は、弾性部材取付部２２を含んでいる。弾性部材取付部２２には、第１弾性部材２３が取り付けられる。圧縮機１は、台２１の上に、３つの第１弾性部材２３、および、ボルト（図示せず）によって、支持されている。第１弾性部材２３は、防振ゴムである。

圧縮機１は、第１弾性部材とボルトで、台２１に支持されていてもよいし、第１弾性部材のみで、台２１に支持されていてもよい。

第１弾性部材２３は、圧縮機１を支持できれば、１片から構成されていてもよいし、複数であってもよい。第１弾性部材２３の材料は、ゴムのほかに、ウレタンであってもよい。第１弾性部材２３と第２弾性部材２４の、材料およびばね定数は、異なっていても同一であってもよい。

つまり、圧縮機１は、第１弾性部材２３と、台２１と、第２弾性部材２４を介した、２重防振構造の上に配置されている。したがって、冷凍サイクル装置１００の運転によって、圧縮機１が振動しても、その振動の伝達や、騒音の発生は、二重防振構造によって、抑制されている。

図２、図３、図４に示すように、台２１の上に、圧縮機１の他に、エコノマイザー熱交換器１０、水熱交換器１１、アキュムレーター２、レシーバー（図示せず）、その他の冷凍サイクル構成部品１５も配置され、固定されている。ここで、その他の冷凍サイクル構成部品１５とは、第１膨張弁７、第２膨張弁８、逆止弁９、四方切換弁３等を示している。冷凍サイクル構成部品１５は、配管やその他の支持部材（図示せず）によって、台２１に固定されている。

電装品３１は、電装品ユニット３０に固定されている。電装品３１は、圧縮機用モータを駆動する。圧縮機用モータは、圧縮機１の一部である。電装品ユニットは、電装品３１以外の電装品も含んでいる。電装品３１は、発熱部品である。電装品ユニット３０は、筐体２０に固定されている。電装品ユニット３０は、機械室の上部に配置されている。

なお、第１実施形態では、図２の台２１のエリアで囲われた部分以外の機器、すなわち、空気熱交換器４、ファン５、ファンモータ６は、筐体２０に固定されている。空気熱交換器４、ファン５、ファンモータ６は、台２１上に固定してもよい。ファンで発生する風を整流する整流部材（ベルマウス）を台２１上に固定してもよい。台２１の荷重を増やすほど、台２１の振動は抑制される。また、ファン５と空気熱交換器４、または／および、ファン５と整流部材を同時に、台２１に載せることによって、風の偏流を抑制できる。

（３）冷却用冷媒配管７４と冷媒配管の接続
図２〜図４を用いて、冷却用冷媒配管７４と冷媒配管の接続について説明する。

冷却用冷媒配管は、図２の冷媒回路図に示す冷媒配管４１〜５４のうち、どれか１配管の中途に配置する。冷媒配管４１〜５４のいずれの箇所でもよい。冷媒が冷却に適した温度で、配管を接続しやすい場所から選択すればよい。冷媒の温度から考慮して適当な場所は、たとえば、電装品の耐熱温度帯よりも低く、結露などを生じる温度帯よりも高い温度となる配管４７、４６、４５などである。ここでは、配管４７を選択した場合について、さらに詳細に説明する。

冷媒配管４７は、逆止弁９と、エコノマイザー熱交換器１０を結ぶ配管である。逆止弁９は、図３、図４においては、冷凍サイクル構成部品１５の一部であって、台２１に固定されている。エコノマイザー熱交換器１０は、図３、図４に示すように、台２１に固定されている。冷媒配管４７は、図３、４では、配管７１〜７７に相当する。配管７１は中空にあり（他の部材で支持されておらず）、振動伝達抑制部７２は、留め具８２で筐体２０に固定され、配管７３は中空である。冷却用冷媒配管７４は、伝熱板８１に固定され、配管７５は中空、振動伝達抑制部７６は、留め具８３で筐体２０に固定されている。配管７７は、中空であり、図４にあるように、エコノマイザー熱交換器１０に連結されている。

冷却用冷媒配管７４は、伝熱板８１に固定され、伝熱板８１は、電装品３１の素子に接着されている。したがって、電装品が発熱した場合には、冷媒で冷却することができる。本実施形態においては、配管７１〜７７は、１本の冷媒配管を折り曲げて構成されている。冷却用冷媒配管７４は、配管７１〜７７の一部を伝熱板８１にロウ付け、または、溶接などの方法で固着させて形成されている。

冷却用冷媒配管７４としては、冷媒ジャケットを用いてもよい（たとえば、特開２０１０−１４５０５４号公報参照）。冷媒ジャケットとは、アルミ等の金属製の板であって、内部に冷媒を流通させるための流路が形成されている。この流路と、配管７３、７５を接続してもよい。冷媒ジャケットを用いた場合は、伝熱板８１と冷却用冷媒配管７４とを一体としてもよい。

また、連絡配管４７の一部は、振動伝達抑制部７２、７６として、筐体２０に、留め具８２，８３を用いて固定されている。固定されているのは、筐体２０のうち、底部材２０ａである。留め具８２、８３は、金属製、たとえば、鉄製である。したがって、台２１が振動しても、振動伝達抑制部７２、７６で振動は抑制され、冷却用冷媒配管７４の振動を抑制することができる。

（４）特徴
（４−１）
本実施形態の冷凍サイクル装置１００においては、圧縮機１は、底部材２０ａ上に第１弾性部材２３、台２１、第２弾性部材２４を介して、配置されている。つまり、二重防振構造が採用されることによって、圧縮機１の振動の伝達の抑制、静穏化が図られている。そして、このような二重防振構造において、台２１上に、アキュムレーター２や、水熱交換器１１などの冷凍サイクル部品が固定されているため、さらに、振動の伝達の抑制、静穏化作用が強化されている。

また、本実施形態の冷凍サイクル装置１００においては、発熱素子を含む電装品３１が冷却用冷媒配管７４によって冷却されているため、電装品３１の効率を向上させるとともに、温度上昇による電装品３１の故障や劣化を防いでいる。

本実施形態の冷凍サイクル装置１００は、このような二重防振構造、かつ、冷媒冷却構造を有する装置において、さらに、冷凍サイクル構成部品（たとえばエコノマイザー熱交換器１０）と、冷却用冷媒配管７４とを結ぶ連結配管７１〜７３に、振動伝達抑制部７２を有している。

本実施形態の冷凍サイクル装置１００は、冷却用冷媒配管７４（電装品３１）が筐体２０に固定されており、冷凍サイクル構成部品（たとえばエコノマイザー熱交換器１０）が台２１に固定されているので、台２１の振動によって、冷凍サイクル構成部品と、冷却用冷媒配管７４との間に変位が生じる。これによって、冷却用冷媒配管７４に過大な集中応力が生じる恐れがあった。振動によって、配管に繰返し応力が加わると、疲労破壊が起こり、配管が損傷し冷媒の漏れ等につながる恐れがあった。しかし、本実施形態の冷凍サイクル装置は、振動伝達抑制部７２、７６を備えているので、台２１の振動は、冷却用冷媒配管７４に伝わる前に、抑制されている。したがって、冷却用冷媒配管７４の応力は、低減され、疲労破壊を起こすリスクも低減されている。

（４−２）
本実施形態の冷凍サイクル装置１００においては、振動伝達抑制部７２，７６は、筐体２０の中でも底部材２０ａに固定されている。

一方、本実施形態の電装品３１（冷却用冷媒配管７４）は、筐体２０内部の上部に配置されている。したがって、冷却用冷媒配管７４と、振動伝達抑制部７２、７６を接続する連絡配管７３，７５は長くなり、振動の低減効果は得られやすい。

また、底部材２０ａは、筐体２０を構成する６つの部材の中でも、もっとも、剛性が高い。したがって、振動抑制効果が高い。

さらに、冷凍サイクル装置１００のメインテナンスのときには、天部材２０ｂ、前部材２０ｃ、右側部材２０ｄ、後部材２０ｅ、左側部材２０ｆは、取り外す場合があるが、底部材２０ａは、取り外すことはほとんどない。そこで、振動伝達抑制部７２、７６を底部材２０ａに固定すると、メインテナンスに取り外す必要が無く、メインテナンス性が向上する。

（５）変形例
（５−１）変形例１Ａ
第１実施形態では、冷却用冷媒配管７４を、逆止弁９と、エコノマイザー熱交換器１０を結ぶ配管４７に、配置していた。変形例１Ａでは、冷却用冷媒配管７４を、図２の配管４６に配置している。配管４６は、エコノマイザー熱交換器１０と、インジェクション用分岐１２と、を結ぶ配管である。配管４６の冷媒は、配管４７の冷媒に比べて、若干温度が低いので、やや冷却能力が高い。どちらを選択するかは、冷却能力と、配管の配置による接続のしやすさなどで決まる。

変形例１の作用効果は、第１実施形態とほとんど同じである。

また、配管４６、配管４７だけでなく、図２の配管４１〜配管５１を冷却用冷媒配管７４を配置する連絡配管として用いることができる。ただし、配管４１、５１、５４は一方が圧縮機１に接続されているので、振動が大きくなる。一方、第１実施形態では、空気熱交換器４は、筐体２０に固定されているので、空気熱交換器４に一方が接続されている配管４２、４３は、振動抑制観点からは、好ましい。

（５−２）変形例１Ｂ
第１実施形態では、配管である振動伝達抑制部７２，７６が直接底部材２０ａに接して固定されている場合について、説明した。変形例１Ｂでは、振動伝達抑制部７２，７６は、第３弾性部材を挟んで、底部材２０ａに固定している。留め具８２、８３で留めている点は同様である。また、留め具８２，８３と振動伝達抑制部７２，７６の間に、第３弾性部材を挟んでもよい。

変形例１Ｂの冷凍サイクル装置は、第３弾性部材が振動を減衰するため、筐体に伝わる振動エネルギーを低減することができる。

変形例１Ｂにおいて、第３弾性部材のばね定数は、第２弾性部材の単ばね定数以上としてもよい。このような構成によって、冷媒冷却配管７４に伝わる振動による変位を、台２１の振動による変位に比べて確実に抑制することができ、かつ、振動伝達抑制部７２、７６から筐体２０に伝わる振動を減衰させることが可能になる。

（５−３）変形例１Ｃ
実施形態１では、連絡配管の一部である振動伝達抑制部７２、７６を、筐体２０に固定する場合について、説明した。変形例１Ｃは、可撓性のある金属で、連絡配管の一部を筐体２０に縛り付けている。可撓性のある金属とは、たとえば、針金である。このような場合も、台２１の振動が冷媒冷却配管７４に伝わるのを抑制することができる。ただし、第１実施形態に比べると、その効果は限定される。

（５−４）変形例１Ｄ
実施形態１では、連絡配管の一部である振動伝達抑制部７２、７６を、筐体２０に固定する場合について、説明した。変形例１Ｄでは、振動伝達抑制部７２、７６は、トラップ部である。例としては、Ｕ字型に曲げられた配管である。

トラップが台の振動に由来する変位を吸収し、冷媒冷却配管の振動を抑制することができる。そのために、冷媒冷却配管７４に過大な集中応力がかかるのを防ぐことができる。

（５−５）変形例１Ｅ
実施形態１では、連絡配管の一部である振動伝達抑制部７２、７６を、筐体２０に固定する場合について、説明した。変形例１Ｅでは、振動伝達抑制部７２、７６は、可撓性を有する配管である。言い換えれば、フレキシブル配管である。可撓性を有する配管が台の振動に由来する変位を吸収し、冷媒冷却配管の振動を抑制することができる。そのために、冷媒冷却配管７４に過大な集中応力がかかるのを防ぐことができる。

以上、本開示の実施形態を説明したが、特許請求の範囲に記載された本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。

１ 圧縮機
２ アキュムレーター
３ 四方切換弁
４ 空気熱交換器
５ ファン
６ ファンモータ
７ 第１膨張弁
８ 第２膨張弁
９ 逆止弁
１０ エコノマイザー熱交換器
１１ 水熱交換器
２０ 筐体
２０ａ 底部材
２１ 台
２３ 第１弾性部材
２４ 第２弾性部材
３０ 電装品ユニット
３１ 電装品
７１〜７７ 連絡配管
７２、７６ 振動伝達抑制部
８１ 伝熱板
１００ 冷凍サイクル装置

特開２００５−２４１１９７号公報

Claims (8)

1. 底部材（２０ａ）を有する筐体（２０）と、
   前記底部材上に配置された第２弾性部材（２４）と、
   前記底部材上に、前記第２弾性部材を介して配置された台（２１）と、
   前記台上に配置された第１弾性部材（２３）と、
   前記台上に、前記第１弾性部材を介して配置された、冷媒を圧縮する圧縮機（１）と、
   前記筐体に固定され、圧縮機用モータを駆動する電装品（３１）と、
   前記電装品に固定された伝熱板（８１）と、
   内部に前記冷媒を流通させる冷却用冷媒配管（７４）と、
   前記台に固定され、前記冷媒を流通させる冷凍サイクル構成部品（１５）と、
   前記冷凍サイクル構成部品または前記圧縮機と、前記冷却用冷媒配管とを結び、前記冷媒を流通させる連結配管（７１〜７７）と、
   を備え、
   前記冷却用冷媒配管は、前記伝熱板に固定され、前記伝熱板を介して前記電装品を冷却可能であり、
   前記連結配管は、
   前記台に固定された前記冷凍サイクル構成部品または前記圧縮機の振動を、前記冷却用冷媒配管に伝達することを抑制する振動伝達抑制部（７２、７６）、
   を有する、
   冷凍サイクル装置（１００）。
2. 前記冷凍サイクル構成部品は、
   エコノマイザー熱交換器（１０）、膨張弁（７、８）、逆止弁（９）、空気熱交換器（４）、水熱交換器（１１）、四方切換弁（３）、アキュムレーター（２）、および、レシーバーから構成される群の中の一つ、または、これらの組み合わせである、
   請求項１に記載の冷凍サイクル装置。
3. 前記振動伝達抑制部は、
   前記筐体に固定されている、
   請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
4. 前記振動伝達抑制部は、
   前記底部材に固定されている、
   請求項３に記載の冷凍サイクル装置。
5. 前記冷凍サイクル装置は、さらに、
   前記振動伝達抑制部と前記筐体との間に配置される第３弾性部材を
   有する、
   請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷凍サイクル装置。
6. 前記第３弾性部材のばね定数は、前記第２弾性部材のばね定数以上である、
   請求項５に記載の冷凍サイクル装置。
7. 前記振動伝達抑制部は、
   曲部を含むトラップである、
   請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。
8. 前記振動伝達抑制部は、
   可撓性を有する配管である、
   請求項１または２に記載の冷凍サイクル装置。

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