JP6964526B2 - 熱源装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、空気調和機の室外機等の熱源装置に関する。

冷凍サイクル部品を収納する熱源装置の一例である空気調和機の室外機では、四方弁の切り替えによって冷房運転と暖房運転とが可能であって、冷房運転時は凝縮器、暖房運転時は蒸発器として動作する室外熱交換器と、室外熱交換器を収容する室外機筐体と、を備える空気調和機が知られている。このような室外機内の冷媒配管などに、安価なステンレス（ＳＵＳ３０４など）を用いることが考えられている。このような冷媒配管では、材料が硬いため応力が集中しやすく、圧縮機から発生する振動により配管に加わる応力が生じ、冷媒配管に割れ等が発生するおそれがあった。

特開２０１０−１５１３２７号公報

本発明が解決しようとする課題は、圧縮機の振動に強く、信頼性の高い熱源装置を提供することにある。

上記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る熱源装置は、
圧縮機と、該圧縮機に接続される吐出配管と、該吐出配管の先に消音器と、四方弁と、を備えた熱源装置であって、
前記吐出配管は前記圧縮機から略直線状に延出した先に曲げ部を有し、かつ銅材によって構成され、前記吐出配管の曲げ部と前記消音器を接続する配管、消音器、および前記消音器から前記四方弁に至るまでの配管は、ステンレス鋼材によって構成される。

本実施形態に係る熱源装置のブロック図である。 同実施形態に係る熱源装置の一例を示す概略図である。 同実施形態に係る熱源装置において、天板と機械室に面する側板とを外した状態を示す斜視図である。 同実施形態に係る熱源装置の吐出配管と消音器部分を示す正面図である。 同実施形態に係る吐出配管の一部拡大図である。 同実施形態に係る接続管の一部拡大図である。

図１は本発明の実施形態に係る熱源装置である空気調和機の室外機１１を用いた空気調和機１０のブロック図である。室外機１１は、液側連絡配管１３及びガス側連絡配管１４を介して熱の利用側となる室内機１２と接続されている。そして、室外機１１、室内機１２、液側連絡配管１３及びガス側連絡配管１４によって冷凍サイクル２０が形成されている。

室外機１１は、冷凍サイクル２０として、その内部に圧縮機２１、四方弁２２、室外熱交換器２３、膨張弁２４、室内熱交換器２５、アキュムレータ２６、及び消音器(マフラー)２９を備えている。さらに、室外機１１には、室外熱交換器２３へ室外空気を供給する室外ファン１５（送風ファン）が設けられる。一方、室内熱交換器２５は、室内機１２に収容されている。室内機１２には、室内熱交換器２５へ室内空気を供給する室内ファン１６が設けられる。

圧縮機２１は、その吐出側が吐出配管２７を介して四方弁２２のＡポートに、その吸入側が吸入配管２８を介して四方弁２２のＢポートに、それぞれ接続されている。吐出配管２７には上記消音器２９が接続され、圧縮機２１から吐出される高圧冷媒による騒音を低減する。圧縮機２１の吸入配管２８には、アキュムレータ２６が接続される。また、冷凍サイクル２０において、四方弁２２のＣポートからＤポートへ向かって順に、上記室外熱交換器２３、上記膨張弁２４、及び上記室内熱交換器２５が配管によって接続されている。

圧縮機２１は、ロータリ型の密閉型圧縮機である。四方弁２２は、ＡポートがＣポートと連通し且つＢポートがＤポートと連通する第１状態（図１に実線で示す状態）と、ＡポートがＤポートと連通し且つＢポートがＣポートと連通する第２状態（図１に破線で示す状態）とに切り換わる。この切り替えによって冷房運転と暖房運転お切り替えが可能である。膨張弁２４は、制御器（図示しない）から入力される駆動パルス信号のパルス数に応じて開度が変化するいわゆるパルスモータバルブである。制御器が、膨張弁２４の開度を冷凍サイクルの状態に応じて制御することで効率的な冷凍サイクル運転が可能となる。

室外熱交換器２３は、フィンアンドチューブ形の熱交換器で、室外ファン１５によって通風される室外空気をその内部の冷媒と熱交換させる。アキュムレータ２６は、冷媒をガス冷媒と液冷媒とに分離し、液冷媒を内部に貯留し、ガス冷媒を流出させる気液分離器である。これにより圧縮機２１には、ガス冷媒が吸い込まれる。

次に、室外機１１について、図２及び図３を参照して説明する。なお、ここでの説明で用いる「前」「後」「左」「右」は、特に断わらない限り、図３に示す方向を意味する。

室外機１１は、筐体４０を備えている。この筐体４０は、横長で略直方体状に形成された鋼板製の箱体である。この筐体４０は、底となる底板４１と、その底板上に立設された４つの側板４２と、各側板の上端に取り付けられ、上から全体を覆う天板４３とを有している。

室外機１１の筐体４０内部は、仕切板４４によって、送風機室（Ｓ１）と機械室（Ｓ２）とに区画されている。送風機室（Ｓ１）には、室外熱交換器２３と、室外ファン１５とが収容される。室外熱交換器２３は、平面視略Ｌ字状に形成され、２つの面が筐体４０の左側の側板４２と後側の側板４２とに形成された吸込口に対向するように設置されている。室外ファン１５は、プロペラファンであり、筐体４０の前側の側板に形成された吹出口４６と室外熱交換器２３との間に設けられる。なお、吹出口には、使用者が指を挿入して怪我をしないようにファングリルが嵌め込まれている。

一方、機械室（Ｓ２）には、圧縮機２１と、消音器２９と、四方弁２２と、膨張弁２４と、アキュムレータ２６とが収容される。圧縮機２１は、機械室（Ｓ２）の前側部分であって筐体４０の底板４１上に設置されている。消音器２９は、機械室（Ｓ２）の中層部に配置されている。四方弁２２は、機械室（Ｓ２）の上層部、具体的には、圧縮機２１の右後方に設けられている。膨張弁２４は、機械室（Ｓ２）の下層部、具体的には、圧縮機２１の右後方に設けられている。

空気調和機１０は、四方弁２２を切換えることで、冷房運転と暖房運転を選択的に行う。なお、四方弁２２は、膨張弁２４と同様に制御器により切換え制御される。

冷房運転中の冷凍サイクル２０では、四方弁２２を第１状態に切り換えた状態で、圧縮機２１を動作させる。具体的には、圧縮機２１から吐出された冷媒は、吐出配管２７を介して消音器２９に流入し、該消音器２９において冷媒の流通による脈動が低減される。消音器２９から流出した冷媒は、吐出配管２７を介して四方弁２２に流入し、室外熱交換器２３、膨張弁２４、室内熱交換器２５、アキュムレータ２６の順に通過して再び四方弁２２に流入し、吸入配管２８を介して圧縮機２１に吸入される。このように冷凍サイクル２０において冷媒が循環することで、室外熱交換器２３が凝縮器として機能し、室内熱交換器２５が蒸発器として機能する。そして、蒸発器として機能する室内熱交換器２５において冷媒に吸熱されて冷却された空気が、室内ファン１６によって室内へ供給され、室内が冷房される。

一方、暖房運転中の冷凍サイクルでは、四方弁２２を第２状態に切り換えた状態で、圧縮機２１を動作させる。具体的には、圧縮機２１から吐出された冷媒は、吐出配管２７を介して消音器２９に流入し、消音器２９から流出した冷媒は、吐出配管２７を介して四方弁２２に流入し、室内熱交換器２５、膨張弁２４、室外熱交換器２３、アキュムレータ２６の順に通過して再び四方弁２２に戻り、吸入配管２８を介して圧縮機２１に吸入される。このように冷凍サイクル２０において冷媒が循環し、室内熱交換器２５が凝縮器として機能し、室外熱交換器２３が蒸発器として機能する。そして、凝縮器として機能する室内熱交換器２５において冷媒によって加熱された空気が、室内ファン１６によって室内へ供給され、室内が暖房される。

このような空気調和機１０の運転が開始すると、室外機１１内の圧縮機２１が駆動される。この圧縮機２１の冷媒の吸込み、圧縮、吐出過程におけるトルク変動に起因して圧縮機２１が振動し、この振動は吐出配管２７及び吸込配管２８に伝わる。したがって、吐出配管２７及び吸込配管２８には大きな応力がかかることとなる。

図４は本発明の実施形態にかかる吐出配管２７、吸込み配管２８、消音器２９、四方弁２２の一部拡大図である。吐出配管２７は圧縮機２１の頂部から上方向に向かって直線状に延出し、その後下方向に向けて略１２０度ほど曲げられている。この部分を屈曲部２７ａと呼ぶ。屈曲部２７ａを含む吐出配管２７は銅材で構成されている。吐出配管２７は、屈曲部２７ａの先でステンレス鋼の配管と接続され、その先で消音器２９に接続される。この消音器２９もステンレス鋼で構成されている。この消音器２９から先の四方弁２２に至るまでの配管も吐出配管２７及び消音器２９と同様にステンレス鋼で構成されている。吸込み配管２８はアキュムレータ２９の頂部から上方向に向って直線状に延出し、その後下方向に向けて略１２０度ほど曲げられている。この部分を屈曲部２８ａと呼ぶ。吸込み配管２８及び屈曲部２８ａは銅で構成されている。屈曲部２８ａの先から先の四方弁２２に至るまでの配管はステンレス鋼で構成されている。

吐出配管２７及び屈曲部２７ａを銅製とすることで、吐出配管２７及び消音器２９の両方をステンレスで構成した場合と比較して、圧縮機２１から発生する応力を分散させることができる。熱源装置１０は一度設置されると１０年から２０年と長期に渡って使用されるため、圧縮機２１から発生する微弱な振動による金属疲労により、吐出配管２７及び吸込配管２８が割れやすい。しかし、本実施形態のように構成することで、吐出配管２７が割れにくくなり、長期間に渡って信頼性の高い熱源装置１０を提供することができる。そして、消音器２９及び消音器２９に接続される配管を銅製ではなく、ステンレス鋼製とすることでコスト安を実現することができる。銅よりもステンレス鋼は安価であり、本実施形態では、吐出配管２７から消音器２９の間の配管及び消音器２９から四方弁２２までの間の配管すべてをステンレス鋼としたため、最大限のコスト低減効果が得られる。また、資源的にも、銅よりもステンレス鋼（鉄）が豊富であるため、地球環境への貢献も大きい。
また、本実施形態では、圧縮機２１の吐出側だけでなく、吸込側においても、吸込み配管２８から四方弁２２に至るまでの配管もステンレス鋼で構成したため、吐出側と同様に効果を得ることができる。

また、本発明の実施形態では図５に示すように、吐出配管２７は屈曲部２７ａの曲げRを、吐出配管２７の直径D１の２倍以上としている。屈曲部２７ａの曲げRが、あまり小さいと、圧縮機２１からの振動が十分に吸収できず、応力集中の原因となる。屈曲部２７ａの曲げRを、吐出配管２７の直径D１の２倍以上とすることで、応力集中が起こりにくく、疲労破壊強度の向上が図られる。同様に、吸込み配管２８の屈曲部２８ａの曲げRも、吸込み出配管２８の直径の２倍以上とし、同じ効果を得ている。

図６は四方弁２２から吐出された冷媒が室外熱交換器２３に至るまでの配管を表した一部拡大図である。四方弁２２から延出した接続管３０は四方弁から上方に延出し、その後略１８０度ほど曲げられ下方に向かい、その先で略直角に２度曲げられ室外熱交換器２３に接続される。この接続管３０は四方弁２２と室外熱交換器室外機２３とで固定されている部分であるため、圧縮機２１の振動や、室外機１１の輸送時の振動で応力がかかりやすい部分である。したがって本実施形態では接続管３０を銅製とすることで応力が集中することを防いでいる。また四方弁２２に接続される他の配管はステンレス鋼で構成されている。このように構成することコスト安を実現することができる。

また、図４及び図５で示す吐出配管２７及び吸込配管２８は外径がφ５からφ１５の間で構成されている。これは配管の外径が大きいほど母材を多く使用するため固くなり、結果として応力集中しやすくなる。したがって圧縮機２１から発生する振動により割れが生じる可能性が高まるので各配管の外径はφ５〜φ１５の間が好ましい。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１１…室外機、２１…圧縮機、２２…四方弁、２７…吐出配管、２７ａ…曲げ部、２８…吸込配管、２９…消音器、３０…接続管

Claims (6)

1. 圧縮機と、該圧縮機に接続される吐出配管と、該吐出配管の先に消音器と、四方弁と、を備えた熱源装置であって、
   前記吐出配管は前記圧縮機から略直線状に延出した先に曲げ部を有し、かつ銅材によって構成され、前記吐出配管の曲げ部と前記消音器を接続する配管、消音器、および前記消音器から前記四方弁に至るまでの配管は、ステンレス鋼材によって構成されたことを特徴とする熱源装置。
2. 前記熱源装置は、吸込配管と、アキュムレータを備え、
   前記吸込配管は前記アキュムレータから略直線状に延出した先に曲げ部を有し、かつ銅材によって構成され、前記吸込配管の曲げ部と前記四方弁を接続する配管は、ステンレス鋼材によって構成されたことを特徴とする請求項１に記載の熱源装置。
3. 前記吐出配管の曲げ部のRは該吐出配管の直径の２倍以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の熱源装置。
4. 前記吸込配管の曲げ部のRは該吸込配管の直径の２倍以上であることを特徴とする請求項２に記載の熱源装置。
5. 前記四方弁に接続される配管は、該四方弁から延出し、熱交換器と接続する接続管は銅製であり、それ以外の前記四方弁に接続される配管はステンレス鋼材であることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか1項に記載の熱源装置。
6. 吐出配管及び吸込配管の外径はφ５〜φ１５までである請求項１ないし５のいずれか1項に記載の熱源装置。

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