JPWO2018198321A1 - 冷凍サイクル装置及びこの冷凍サイクル装置を備えた電気機器 - Google Patents
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Abstract
Description
しかしながら、キャビテーションノイズを低減させても、冷凍サイクル装置の冷媒回路から発生する冷媒流動音が消滅しなかった。
図1に示すように、冷凍サイクル装置100は、圧縮機1、流路切替装置2、第1熱交換器(熱源側熱交換器)3、電子膨張弁50、及び、第2熱交換器(負荷側熱交換器)5が冷媒配管15で接続された冷媒回路を備えている。
図1では、流路切替装置2を設け、流路切替装置2により冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる冷凍サイクル装置100を例に図示しているが、流路切替装置2を設けずに冷媒の流れを一定としてもよい。
第1熱交換器3には、第1送風機6が付設されている。第1送風機6は、第1熱交換器3に熱交換流体である空気を供給するものである。第1送風機6は、例えば複数の翼を有するプロペラファンで構成することができる。
第2熱交換器5には、第2送風機7が付設されている。第2送風機7は、第2熱交換器5に熱交換流体である空気を供給するものである。第2送風機7は、例えば複数の翼を有するプロペラファンで構成することができる。
次に、冷凍サイクル装置100の動作について、冷媒の流れとともに説明する。ここでは、熱交換流体が空気であり、被熱交換流体が冷媒である場合を例に、冷凍サイクル装置100の動作について説明する。
圧縮機1を駆動させることによって、圧縮機1から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、実線矢印にしたがって冷媒が流れる。圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒(単相)は、流路切替装置2を介して凝縮器として機能する第1熱交換器3に流れ込む。第1熱交換器3では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、第1送風機6によって供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒(単相)になる。
圧縮機1を駆動させることによって、圧縮機1から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、破線矢印にしたがって冷媒が流れる。圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒(単相)は、流路切替装置2を介して凝縮器として機能する第2熱交換器5に流れ込む。第2熱交換器5では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、第2送風機7によって供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒(単相)になる。この熱交換によって、空調対象空間が暖房されることになる。
図2は、冷凍サイクル装置100が備える電子膨張弁50の構成例を模式的に示す概略断面図である。図2に基づいて、電子膨張弁50の構成について説明する。なお、図2では、電子膨張弁50に接続されている冷媒配管15のうち、電子膨張弁50の弁体52の冷媒流量を調整する際の移動方向の延長上に接続された冷媒配管15を第1配管15Aとして図示し、電子膨張弁50の弁体52の移動方向と直交するように接続された冷媒配管15を第2配管15Bとして図示している。
本体51は、例えば真鍮製の鋳造品を切削加工して形成される。本体51の内部には、弁体52が進退自在に設けられている弁室55が形成されている。弁室55には、冷媒が流入する。本体51の側面(弁体52の移動方向と直交する位置にある壁部)には、第2配管15Bが接続される。第2配管15Bは、本体51の側面に形成されている貫通穴57によって弁室55と連通する。つまり、貫通穴57は冷媒の流出入口として機能する。
電子膨張弁50の本体51に、第1配管15Aから気液二相冷媒が流入する。第1配管15Aから本体51に流入した気液二相冷媒は、弁体52に衝突する。気液二相冷媒が衝突した弁体52は、振動し、振動音が発生することになる。
一般的に、気液二相冷媒が第2配管15Bより電子膨張弁50に流入する場合、弁室55内に流入して絞り部54に至るまでには距離があり、冷媒流れが乱れる。
電子膨張弁50の本体51に、第1配管15Aから液冷媒が流入する。弁室55内は、液冷媒のみであるので、絞り部54で冷媒流動音が発生しにくい。しかしながら、絞り部54を通過した後に、キャビテーション等により非平衡状態でガス冷媒(気泡)が発生する場合がある。つまり、液冷媒ではなく気液二相冷媒となることで、キャビテーションノイズが発生してしまうことになる。その後、弁室55内で流れ方向を変化させ、第2配管15Bから冷媒が排出される。
なお、第2配管15Bから液冷媒が流入した場合も同様である。
図3は、冷凍サイクル装置100の冷媒回路から発生する冷媒流動音を説明するための説明図である。図4は、冷凍サイクル装置100が備える電子膨張弁50及び第1配管15Aに気液二相冷媒が流れている状態を模式的に示す概略部分断面図である。図5は、冷凍サイクル装置100が備える電子膨張弁50及び第1配管15Aに液冷媒が流れている状態を模式的に示す概略部分断面図である。図6は、冷凍サイクル装置100が備える電子膨張弁50及び第1配管15Aにガス冷媒が流れている状態を模式的に示す概略部分断面図である。図3〜図6に基づいて、冷凍サイクル装置100の冷媒回路から発生する冷媒流動音について説明する。
これらの音の中には、冷媒配管15又は構成部品そのものを振動させることで放射する振動音もあれば、冷媒配管15の内部から外部へ透過して放射する透過音もある。
15kHz以上の帯域では、上記数値より波長が短くなる(C=335+0.6t(m/S2))。
4kHzの波長は、波長λ=0.087mとなる。
図7は、冷凍サイクル装置100が備える透過音抑制部材60の設置例を模式的に示す概略断面図である。図8は、冷凍サイクル装置100において透過音抑制部材60を設置した場合の電子膨張弁50から50mm以内の配管振動を測定した結果の一例を示すグラフである。図7及び図8に基づいて、冷凍サイクル装置100における冷媒流動音の対策ついて説明する。なお、図7では、図2に図示した内容を基本として、冷媒配管15の内部の冷媒の状態と、透過音抑制部材60の設置例と、を併せて図示している。また、図8では、縦軸が振動加速度特性(G)を示し、横軸が周波数(Hz)を示している。
この場合、図9に示すように、吸音材61を内側(冷媒配管15側)に設け、制振材62を吸音材61の外側に設けるようにする。こうすれば、第1領域R1及び第2領域R2において冷媒配管15の外部に透過した音響エネルギ成分を確実に減衰させることができる。そして、第1領域R1及び第2領域R2において発生する全ての冷媒流動音の対策となり、不快音による生活者の不快感を低減できる。
図11は、冷凍サイクル装置100が備える透過音抑制部材60の特性を説明するためのグラフである。図11では、左側縦軸が吸音率(%)を示し、右側縦軸が遮音量(dB)を示し、横軸が周波数(Hz)を示している。
吸音材61及び制振材62のいずれも、低減したい周波数帯域の波長と出力レベル(圧力=音圧レベル)に関係する。
吸音材61は、10kHz以下の可聴帯域に対応する。
制振材62は、10kHz以上の超音波帯域に対応する。
一波長λ=C/f(Cは音速(空気中では340m/S(大気温15度の場合))、fは周波数(Hz))。
例えば中心周波数5kHzとして、その周波数を低減することを想定すると、その時の波長は、略0.068m(約7cm)となる。吸音材61が、吸音したい周波数の波長の1/4波長以上の厚みを有することが望ましいということは公知である。つまり、上記の計算から、5kHz前後の周波数を低減したい場合、吸音材61の厚みを少なくとも1.75cmとする必要があることになる。
周波数が超音波帯域に近づき、かつ、その超音波帯域の音圧レベルが可聴周波数帯域と同等又は同等以上の音圧レベルを有する場合、複数の狭い指向角度を有する(指向)特性を有することは公知である。そのために、超音波帯域の音は直線性の鋭い(強い)音となっていることは周知の事実である。
冷凍サイクル装置100は、弁体52を有する電子膨張弁50と、電子膨張弁50の弁体52の移動方向の延長上に接続された第1配管15Aと、少なくとも電子膨張弁50の弁体52の先端を含んだ第1配管15A側の外側である第1領域R1、及び、第1領域R1に連続し、第1配管15Aの電子膨張弁50との接続部分を含んだ第1配管15Aの外側である第2領域R2に配置された透過音抑制部材60と、を備えるものである。
そのため、冷凍サイクル装置100によれば、冷媒配管15の全部を覆う必要がなく、手間及び費用をかけずに、透過音の対策ができる。
そのため、冷凍サイクル装置100によれば、第1領域R1及び第2領域R2の全周から外部に放射的に伝搬してしまう音放射を抑制することができる。
そのため、冷凍サイクル装置100によれば、吸音材61によって、可聴帯域の透過音及び超音波帯域の透過音の双方の対策ができる。
そのため、冷凍サイクル装置100によれば、指向性の鋭い高周波帯域の音響エネルギを、材料での熱変換効果によって、音圧レベルの低減を更に行うことができる。
そのため、冷凍サイクル装置100によれば、従来厚みよりも薄い厚み条件で、吸音及び遮音を図ることができる。
そのため、冷凍サイクル装置100によれば、従来のガラス繊維などによるものに比べ、材料から飛散した繊維による中皮腫問題などを起こす心配がない。
そのため、冷凍サイクル装置100によれば、制振材62を特殊な材料で形成する必要がなく、安価及び簡易に制振材62を形成することが可能になる。
そのため、冷凍サイクル装置100によれば、吸音材61が水分を吸収しても、カビ等の発生を抑制できる。
そのため、冷凍サイクル装置100によれば、摩擦熱による熱変換も可能になる。
なお、電気機器としては、例えば、空気調和装置、給湯装置、冷凍装置、除湿装置、又は、冷蔵庫等が挙げられる。
Claims (13)
- 冷媒流量を調整する弁体を有する膨張装置と、
前記膨張装置の前記弁体の冷媒流量を調整する際の移動方向の延長上に接続され、冷媒が流通する配管と、
少なくとも前記膨張装置の前記弁体の先端を含んだ前記配管側の外側である第1領域、及び、前記第1領域に連続し、前記配管の前記膨張装置との接続部分を含んだ前記配管の外側である第2領域に配置された透過音抑制部材と、を備える
冷凍サイクル装置。 - 前記透過音抑制部材は、
可聴帯域音及び超音波帯域音を吸音する
請求項1に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記膨張装置が電子膨張弁である
請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記第2領域は、
前記配管の前記膨張装置との接続部分から5cm以内の範囲である
請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記透過音抑制部材は、
前記第1領域及び前記第2領域の全周を覆っている
請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記透過音抑制部材は、
空気室を含んだ吸音材で構成されている
請求項1〜5のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記透過音抑制部材は、
振動を熱変換する誘電性材料を含んだ制振材で構成されている
請求項1〜5のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記透過音抑制部材は、
空気室を含んだ吸音材と、
誘電性材料を含んだ制振材と、の2層で構成されており、
前記制振材による層が前記透過音抑制部材の最も外側を構成している
請求項1〜5のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記吸音材は、
パルプ系繊維で形成されている
請求項6又は8に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制振材は、
前記誘電性材料をポリエステル系樹脂に混錬して形成されている
請求項7又は8に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記吸音材は、
抗カビ材を含んで形成されている
請求項9に記載の冷凍サイクル装置。 - 前記制振材は、
圧電性材料を含んで形成されている
請求項10に記載の冷凍サイクル装置。 - 請求項1〜12のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置を備えた
電気機器。
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