JPWO2017158716A1 - 絞り機構及び空気調和機 - Google Patents

Abstract

本発明に係る絞り機構は、電子膨張弁と、該電子膨張弁の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた毛細管と、前記電子膨張弁と前記毛細管とを接続する冷媒配管とを備え、前記冷媒配管は、前記電子膨張弁と接続された第１配管と、該第１配管と前記毛細管との間に設けられ、内径が前記第１配管の内径よりも大きい第２配管と、を備えたものである。

Description

本発明は、冷媒が流れる際に発生する音の抑制を図った絞り機構、及び、該絞り機構を備えた空気調和機に関するものである。

図６は、従来の空気調和機を示す冷媒回路図である。空気調和機２００は、圧縮機２０１、室外側熱交換器２０２、絞り機構２０３及び室内側熱交換器２０４が冷媒配管で直列に接続されて構成されている。また、図６に示す従来の空気調和機２００は、冷媒の流れ方向に沿って電子膨張弁２０５及び毛細管２０６（キャピラリーチューブ）を直列に接続し、絞り機構２０３を構成している。つまり、空気調和機２００は、電子膨張弁２０５の開度を調節することにより、毛細管２０６の減圧効果を調節している。

空気調和機の絞り機構では、冷媒を減圧する際、冷媒の流れに起因する音が発生することがしばしばある。上述のように電子膨張弁２０５及び毛細管２０６を直列接続して絞り機構２０３を構成することにより、電子膨張弁２０５及び毛細管２０６のうちの一方のみで絞り機構２０３を構成する場合に比べ、冷媒の流れに起因する音を抑制することができるが、依然として大きな音が発生する場合がある。その様な大きな音は、冷媒配管を通じて室内側熱交換器へ伝搬し、使用者に不快感を与える。

そこで、電子膨張弁及び毛細管を直列接続して絞り機構を構成した従来の空気調和機には、電子膨張弁の絞り量を調節し、電子膨張弁と毛細管の減圧効果を等分するようにしたものが提案されている（例えば特許文献１参照）。このように電子膨張弁の開度を調節することにより、毛細管出口の冷媒の流速を低減し、冷媒の流れに起因する音が室内側熱交換器に伝搬することの抑制を図っている。

特開平８−２１９５９１号公報

電子膨張弁及び毛細管を直列接続して絞り機構を構成した従来の空気調和機においては、使用環境温度及び圧縮機回転数の変化等によって、電子膨張弁の開度が変化する。このため、特許文献１のように、電子膨張弁と毛細管の減圧効果を等分するように電子膨張弁の開度を設定することは、実際には極めて困難である。また、絞り機構において冷媒が流れる際に発生する音の特性（周波数、音圧レベル等）も電子膨張弁の開度に伴って変化するため、全ての音の発生を抑制することは困難である。したがって、従来の空気調和機は、依然として、絞り機構において冷媒が流れる際に発生する音が室内側熱交換器へ伝搬し、使用者に不快感を与えてしまうという課題があった。

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、冷媒が流れる際に発生する音が室内側熱交換器へ伝搬することを従来よりも抑制できる絞り機構、及び該絞り機構を備えた空気調和機を得ることを目的とする。

本発明に係る絞り機構は、電子膨張弁と、該電子膨張弁の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた毛細管と、前記電子膨張弁と前記毛細管とを接続する冷媒配管とを備え、前記冷媒配管は、前記電子膨張弁と接続された第１配管と、該第１配管と前記毛細管との間に設けられ、内径が前記第１配管の内径よりも大きい第２配管と、を備えたものである。

また、本発明に係る空気調和機は、本発明に係る前記絞り機構と、前記絞り機構の前記毛細管と接続された室内側熱交換器と、を備えたものである。

本発明に係る絞り機構においては、電子膨張弁で冷媒が流れる際に発生した音は、第１配管を介して第２配管に進入した際、第１配管よりも内径が大きい第２配管内で当該音の伝搬エネルギーが分散し、音圧レベルが低下する。また、本発明に係る絞り機構においては、第２配管から毛細管にかけて内径が急激に縮小する急縮部を構成する。このため、この急縮部において、毛細管に侵入できる音波が限定され、侵入できなかった音波は第２配管内に留まって打ち消しあうことにより、伝搬エネルギーが減衰する。したがって、本発明に係る絞り機構を空気調和機に採用することにより、電子膨張弁にて発生する多様な特性の音が冷媒配管を通じて室内側熱交換器まで伝搬することを抑制できる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機を示す冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係る空気調和機の絞り機構の毛細管近傍を示す拡大図である。 本発明の実施の形態１に係る絞り機構の消音効果を示す図である。 本発明の実施の形態２に係る空気調和機の絞り機構の毛細管近傍を示す拡大図である。 本発明の実施の形態２に係る絞り機構の消音効果を示す図である。 従来の空気調和機を示す冷媒回路図である。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機を示す冷媒回路図である。また、図２は、この空気調和機の絞り機構の毛細管近傍を示す拡大図である。なお、図１及び図２に示す白抜き矢印は、冷媒の流れ方向を示している。

本実施の形態１に係る空気調和機１００は、圧縮機１、室外側熱交換器２、絞り機構３及び室内側熱交換器４が冷媒配管で直列に接続されて構成されている。圧縮機１は、低温低圧のガス冷媒を高温高圧のガス冷媒に圧縮するものである。室外側熱交換器２は、例えば屋外に設けられ、圧縮機１から吐出された高温高圧のガス冷媒から外気に熱を放出させ、高圧の液冷媒に凝縮するものである。絞り機構３は、室外側熱交換器２から流出した高圧の液冷媒を減圧して膨張させ、低温低圧の気液二相冷媒にするものである。室内側熱交換器４は、例えば部屋等の空調対象空間に設けられ、絞り機構３から流出した低温低圧の気液二相冷媒に空調対象空間の空気の熱を吸収させ、低温低圧のガス冷媒に蒸発させるものである。

また、本実施の形態１に係る絞り機構３は、電子膨張弁５と、該電子膨張弁５の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた毛細管２０（キャピラリーチューブ）と、電子膨張弁５と前記毛細管２０とを直列に接続する冷媒配管とを備えている。また、毛細管２０は、より詳しくは毛細管２０の出口２２は、冷媒配管７で室内側熱交換器４と接続されている。ここで、電子膨張弁と毛細管とを冷媒配管で直列接続して構成された絞り機構は、従来より提案されている。詳しくは、図６に示すように、このような従来の絞り機構２０３は、電子膨張弁２０５と毛細管２０６とが冷媒配管２０７で直列に接続されている。

一方、本実施の形態１に係る絞り機構３においては、従来の冷媒配管２０７に相当する第１配管６と毛細管２０との間に、第２配管１０を備えている。つまり、本実施の形態１においては、電子膨張弁５と毛細管２０とを接続する冷媒配管は、電子膨張弁５に接続された第１配管６と、該第１配管６と毛細管２０との間に設けられた第２配管１０とを備えている。この第２配管１０の内径は、第１配管６の内径よりも大きくなっている。換言すると、毛細管２０は冷媒が流れる流路の中で最も内径が小さい箇所となるため、第２配管１０の内径は毛細管２０の内径よりも大きいものとなる。このため、第２配管１０の下流側端部１１から毛細管２０の入口側端部（本実施の形態１では、入口２１が形成されている側の端部）にかけて、冷媒が流れる流路の内径が急激に縮小する急縮部を構成する。この急縮部は、冷媒が流れる流路の内径の縮小率を任意に設定することが可能である。

なお、本実施の形態１では、第１配管６よりも短い第３配管２３によって、第２配管１０の下流側端部１１と毛細管２０とを接続している。しかしながら、当該構成に限らず、第２配管１０の下流側端部１１と毛細管２０とを直接接続してもよい。後述のように、第２配管１０の下流側端部１１から毛細管２０にかけて構成される急縮部は、音の伝搬エネルギーを減衰させる箇所となる。第２配管１０の下流側端部１１と毛細管２０とを直接接続した方が、冷媒が流れる流路の内径の縮小度合いを大きくできるため、つまり内径の縮小率の設定の任意度が大きくなるため、音の伝搬エネルギーの減衰効果を向上でき好ましい。

上述のように構成された本実施の形態１に係る絞り機構３においては、電子膨張弁５を冷媒が流れる際に発生した音等、第２配管１０に進入した音の音圧レベルを以下のように低減できる。
詳しくは、第２配管１０に進入する音は、冷媒と同様に、第１配管６側（図２の上側）から進入する。第１配管６を介して第２配管１０に音が進入した際、第１配管６よりも内径が大きい第２配管１０内で当該音の伝搬エネルギーが分散し、音圧レベルが低下する。また、第２配管１０の下流側端部１１から毛細管２０にかけて構成される急縮部において、毛細管２０に侵入できる音波が限定され、侵入できなかった音波は第２配管１０内に留まって打ち消しあうことにより、伝搬エネルギーが減衰する。上記の作用により、毛細管２０の出口２２での音の伝搬エネルギーは小さくなり、結果として室内側熱交換器４から使用者に伝わる音圧レベルも下げることができる。

図３は、本発明の実施の形態１に係る絞り機構の消音効果を示す図である。ここで、図３の横軸は、絞り機構３の第２配管１０に進入する音の周波数を示している。また、図３に示す実線が、本実施の形態１に係る絞り機構３の消音効果を示している。なお、図３に示す破線は、比較例の消音効果を示すものである。この比較例は、本実施の形態１に係る絞り機構３から第２配管１０を取り外し、第１配管６と毛細管２０とを接続したものである。換言すると、比較例は、図６に示した従来の絞り機構２０３の消音効果を示しているともいえる。

比較例においても、第１配管６と毛細管２０との接続箇所において、冷媒が流れる流路の内径が縮小する。このため、図３に示すように、わずかながら消音効果がある。一方、本実施の形態１のように、第１配管６よりも内径が大きな第２配管１０を毛細管２０の上流側に設け、冷媒が流れる流路の内径の縮小率を大きくすることにより、３５０［Ｈｚ］以上のほぼ全ての領域において、比較例よりも音圧レベルを低減させる効果が得られる。

以上、本実施の形態１に係る絞り機構３を備えた空気調和機１００においては、多様な特性の音が室内側熱交換器４まで伝搬することを抑制できる。

実施の形態２．
図４は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の絞り機構の毛細管近傍を示す拡大図である。以下、図４を用いて、本実施の形態２に係る空気調和機１００について説明する。なお、本実施の形態２において、特に記述しない項目については実施の形態１と同様とし、同一の機能や構成については同一の符号を用いて述べることとする。

本実施の形態２に係る空気調和機１００が実施の形態１と異なる点は、絞り機構３の構成である。詳しくは、本実施の形態２に係る絞り機構３においては、毛細管２０への冷媒の入口２１が、第２配管１０の内部空間に配置されている。なお、本実施の形態２では、第３配管２３における第２配管１０側の端部を第２配管１０の内部に挿入することにより、毛細管２０への冷媒の入口２１を第２配管１０の内部空間に配置している。毛細管２０における第２配管１０側の端部を第２配管１０の内部に挿入することにより、毛細管２０への冷媒の入口２１を第２配管１０の内部空間に配置しても勿論よい。

このように構成された絞り機構３においても、実施の形態１と同様に、第１配管６を介して第２配管１０に音が進入した際、第１配管６よりも内径が大きい第２配管１０内で当該音の伝搬エネルギーが分散し、音圧レベルが低下する。また、第２配管１０の下流側端部１１から毛細管２０にかけて構成される急縮部において、毛細管２０に侵入できる音波が限定され、侵入できなかった音波は第２配管１０内に留まって打ち消しあうことにより、伝搬エネルギーが減衰する。上記の作用により、毛細管２０の出口２２での音の伝搬エネルギーは小さくなり、結果として室内側熱交換器４から使用者に伝わる音圧レベルも下げることができる。

さらに、本実施の形態２に係る絞り機構３においては、毛細管２０への冷媒の入口２１が第２配管１０の内部空間に配置されているので、第２配管１０の下流側端部１１近傍にぶつかり跳ね返った音のエネルギーが入口２１に侵入することを抑制できる。つまり、入口２１から侵入する音が毛細管２０を通って室内側熱交換器４側へ伝わることをより抑制できる。

また、毛細管２０への冷媒の入口２１を第２配管１０の内部空間に配置することによって、冷媒が流れる流路の内径の縮小率をさらに小さくすることができる。詳しくは、実施形態１では、緩やかに内径が狭くなっていくように第２配管１０の下流側端部１１に傾斜部を形成し、該下流側端部１１に毛細管２０の入口２１を接続していた。一方、本実施形態２では、上記の傾斜部を挟むことなく、冷媒が流れる流路の内径を縮小することができる。このため、冷媒が流れる流路の内径が縮小する急縮部による音の伝搬エネルギーを減衰させる効果は、より大きくなる。

図５は、本発明の実施の形態２に係る絞り機構の消音効果を示す図である。ここで、図５の横軸は、絞り機構３の第２配管１０に進入する音の周波数を示している。また、図５に示す一点鎖線が、本実施の形態２に係る絞り機構３の消音効果を示している。この本実施の形態２に係る絞り機構３の消音効果は、第２配管１０における冷媒流れ方向の１／２の長さの位置に、毛細管２０への冷媒の入口２１を配置したものである。なお、図５には、実施の形態１で示した絞り機構３の消音効果も実線で示している。

図６に示すように、本実施の形態２に係る絞り機構３は、実施の形態１で示した絞り機構３と同様に音圧レベルを低減させる効果が得られることがわかる。特に、本実施の形態２に係る絞り機構３は、実施の形態１で示した絞り機構３に比べ、周波数が高い音に対しての消音効果がより向上している。

以上、本実施の形態２に係る絞り機構３を備えた空気調和機１００においては、実施の形態１よりもさらに消音効果を向上させることができ、多様な特性の音が室内側熱交換器４まで伝搬することをより抑制できる。また、本実施の形態２に係る絞り機構３は、部品の小さな形状変更（つまり小さなコスト変動）で当該効果が得られるという利点もある。

ここで、第２配管１０の入口から毛細管２０への冷媒の入口２１までの距離によって、消音効果の大きな音の周波数帯が決まる。本実施の形態２に係る絞り機構３は、第３配管２３又は毛細管２０の第２配管１０への挿入長さによって、第２配管１０の入口から毛細管２０への冷媒の入口２１までの距離を設定することができる。このため、本実施の形態２に係る絞り機構３は、消音効果の大きな音の周波数帯を容易に変更することもできる。

なお、第１配管６の端部を第２配管１０の内部に挿入することにより、第２配管１０へ進入する音の入口位置を変更することも可能である。このため、第１配管６の端部を第２配管１０の内部に挿入することによっても、消音効果の大きな音の周波数帯を容易に変更することができる。この際、第３配管２３又は毛細管２０の端部を第２配管１０内に挿入していても、勿論よい。

１ 圧縮機、２ 室外側熱交換器、３ 絞り機構、４ 室内側熱交換器、５ 電子膨張弁、６ 第１配管、７ 冷媒配管、１０ 第２配管、１１ 下流側端部、２０ 毛細管、２１ 入口、２２ 出口、２３ 第３配管、１００ 空気調和機、２００ 空気調和機（従来）、２０１ 圧縮機（従来）、２０２ 室外側熱交換器（従来）、２０３ 絞り機構（従来）、２０４ 室内側熱交換器（従来）、２０５ 電子膨張弁（従来）、２０６ 毛細管（従来）、２０７ 冷媒配管（従来）。

本発明に係る絞り機構は、電子膨張弁と、該電子膨張弁の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた毛細管と、前記電子膨張弁と前記毛細管とを接続する冷媒配管とを備え、前記冷媒配管は、前記電子膨張弁と接続された第１配管と、該第１配管と前記毛細管との間に設けられ、内径が前記第１配管の内径よりも大きい第２配管と、前記第２配管と前記毛細管とを接続する第３配管と、を備え、前記毛細管の端部が、前記第３配管の内部に挿入されており、前記毛細管への冷媒の入口である前記第３配管における前記第２配管の側の端部が、前記第２配管の内部に挿入されて、前記第２配管の内部空間に配置されている。
また、本発明に係る絞り機構は、電子膨張弁と、該電子膨張弁の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた毛細管と、前記電子膨張弁と前記毛細管とを接続する冷媒配管とを備え、前記冷媒配管は、前記電子膨張弁と接続された第１配管と、該第１配管と前記毛細管との間に設けられ、内径が前記第１配管の内径よりも大きい第２配管と、を備え、前記毛細管への冷媒の入口である前記毛細管の端部が、前記第２配管の内部に挿入されて、前記第２配管の内部空間において、冷媒流れ方向の１／２の長さの位置に配置されている。

Claims (6)

1. 電子膨張弁と、該電子膨張弁の冷媒の流れ方向の下流側に設けられた毛細管と、前記電子膨張弁と前記毛細管とを接続する冷媒配管とを備え、
   前記冷媒配管は、
   前記電子膨張弁と接続された第１配管と、
   該第１配管と前記毛細管との間に設けられ、内径が前記第１配管の内径よりも大きい第２配管と、
   を備えたことを特徴とする絞り機構。
2. 前記毛細管への冷媒の入口が、前記第２配管の内部空間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の絞り機構。
3. 前記第２配管と前記毛細管とを接続する第３配管を備え、
   前記第３配管における前記第２配管側の端部が、前記第２配管の内部に挿入されていることを特徴とする請求項２に記載の絞り機構。
4. 前記毛細管の端部が、前記第２配管の内部に挿入されていることを特徴とする請求項２に記載の絞り機構。
5. 前記第１配管の端部が、前記第２配管の内部に挿入されていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の絞り機構。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の絞り機構と、
   前記絞り機構の前記毛細管と接続された室内側熱交換器と、
   を備えたことを特徴とする空気調和機。

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