WO2019207717A1

WO2019207717A1 - 空気調和機

Info

Publication number: WO2019207717A1
Application number: PCT/JP2018/017022
Authority: WO
Inventors: 雅之渡邊; 祥之多田
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2018-04-26
Filing date: 2018-04-26
Publication date: 2019-10-31

Abstract

空気調和機は、圧縮機と、流路切替部と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器が配管で接続され、冷媒回路が形成されている。空気調和機は、冷媒が配管を流れるとき膨張弁で発生する圧力脈動の伝搬を抑制する圧力脈動抑制機構を備えている。圧力脈動抑制機構は、膨張弁の弁体の軸線の延長上において膨張弁に接続されている第１配管と、弁体の軸線と交差する線上において膨張弁に接続されている第２配管のうち、第１配管にのみ接続されている部材である。圧力脈動抑制機構と第１配管との接続部分は、膨張弁から離れる方向へ向かって、冷媒の流路の内径が小から大へ変化するよう構成されている。

Description

空気調和機

　本発明は、膨張弁から発生する冷媒音を抑制する空気調和機に関するものである。

　従来、空気調和機には、圧縮機と、四方弁と、室外熱交換器と、膨張弁を有する室外側ユニットと、室内熱交換器を有する室内側ユニットとで構成されたものがある。圧縮機、四方弁、室外熱交換器、膨張弁、及び室内熱交換器が配管で接続され、冷凍サイクルが構成されている。

　冷房運転時、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁を通過し、室外熱交換器へ導かれる。ガス冷媒は室外熱交換器で凝縮されて液冷媒となる。液冷媒は膨張弁で減圧され、室内熱交換器へ導かれる。液冷媒は室内熱交換器で蒸発して気化し、四方弁を通過して、圧縮機に吸入される。暖房運転時、圧縮機から吐出された高温高圧のガス冷媒は四方弁を通過し、室内熱交換器へ導かれる。ガス冷媒は室内熱交換器で凝縮されて液冷媒となる。液冷媒は膨張弁で減圧され、室外熱交換器へ導かれる。液冷媒は室外熱交換器で蒸発して気化し、四方弁を通過して圧縮機に吸入される。

　このような冷凍サイクルにおいて、環境条件、及び運転条件等の変化により、膨張弁に流入する冷媒が気液二相の状態になることがある。気液二相の状態とは、液冷媒とガス冷媒が混在した状態であり、すなわち液相の冷媒と気相の冷媒が混在した状態である。そして、気液二相の状態の冷媒が冷凍サイクルを構成する配管内を流れると、スラグ流となる場合がある。そうすると、膨張弁には液相の冷媒と気相の冷媒が交互に流入することになり、膨張弁の絞り部で冷媒の圧力が変動し、圧力脈動が発生する。その結果、冷媒音が発生する。

　このような冷媒音を低減するために、特許文献１に記載の膨張弁は、膨張弁の主弁体若しくは膨張弁の弁室の壁面に凹凸部を設ける構成、これらの凹凸部を螺旋状溝、又は螺子状溝で形成する構成を有している。この膨張弁は、冷媒の流れを凹凸部により乱し、気液二相冷媒中の気泡を細分化することにより、絞り部における冷媒の圧力の変動を抑制し、圧力脈動の発生を抑え、冷媒音の発生を低減する、というものである。

特開２００５－２２６８４６号公報

　しかしながら、特許文献１に記載の膨張弁の使用を続けると、主弁体若しくは弁室の壁面の凹凸部の溝にスラッジが付着する。スラッジが付着すると凹凸部の形状が変化し、気泡の細分化の精度が低下してしまう。それに伴い、絞り部における冷媒の圧力の変動の抑制の精度が低下し、その結果、圧力脈動の発生が抑制されず、冷媒音の抑制の精度が低下するという問題がある。すなわち、特許文献１に記載の膨張弁は、冷媒音の抑制に関して経年劣化するという問題がある。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、冷媒音の抑制の精度が効果的に維持される空気調和機を提供することを目的とする。

　本発明に係る空気調和機は、圧縮機と、流路切替部と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器が配管で接続され、冷媒回路が形成されている空気調和機であって、冷媒が前記配管を流れるとき前記膨張弁で発生する圧力脈動の伝搬を抑制する圧力脈動抑制機構を備え、前記圧力脈動抑制機構は、前記膨張弁の弁体の軸線の延長上において前記膨張弁に接続されている第１配管と、前記弁体の前記軸線と交差する線上において前記膨張弁に接続されている第２配管のうち、前記第１配管にのみ接続されている部材であり、前記圧力脈動抑制機構と前記第１配管との接続部分は、前記膨張弁から離れる方向へ向かって、前記冷媒の流路の内径が小から大へ変化するよう構成されている。

　本発明に係る空気調和機によると、圧力脈動抑制機構と第１配管との接続部分における冷媒の流路の内径の小から大への変化により、冷媒の圧力の変動が緩和され、圧力脈動の伝搬が抑制され、冷媒音の発生が抑制される。従って、長年の使用に伴い、膨張弁内においてスラッジ等の付着により冷媒流路の形状に変化が生じても、圧力脈動伝搬の抑制に与える影響は低く、冷媒音の抑制の精度が著しく低下することはない。すなわち、本発明によれば、冷媒音の抑制の精度を維持することができる。

本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷媒回路図である。本発明の実施の形態１における膨張弁の内部を拡大して模式的に示す図である。本発明の実施の形態１における膨張弁と圧力脈動抑制機構の周辺を模式的に示す図である。本発明の実施の形態１の変形例の空気調和機の冷媒回路図である。本発明の実施の形態１の変形例における膨張弁の内部を拡大して模式的に示す図である。本発明の実施の形態１の変形例における膨張弁と圧力脈動抑制機構の周辺を模式的に示す図である。本発明の実施の形態２に係る空気調和機の冷媒回路図である。本発明の実施の形態２の変形例の空気調和機の冷媒回路図である。

　以下に、本発明における空気調和機の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。尚、以下に説明する実施の形態によって本発明が限定されるものではない。また、以下の図面においては各構成部材の大きさ及び形状は実際の装置とは異なる場合がある。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係る空気調和機の冷媒回路図である。空気調和機１は、室外ユニット１０と室内ユニット２０とを有している。室外ユニット１０は、圧縮機１１と、流路切替部１２と、室外熱交換器１３と、マフラ１４と、膨張弁１５と、を有している。室内ユニット２０は、室内熱交換器２１を有している。圧縮機１１、流路切替部１２、室外熱交換器１３、マフラ１４、膨張弁１５、及び室内熱交換器２１は、配管で接続され、冷媒回路３０が構成されている。室外ユニット１０と室内ユニット２０は、ガス延長配管３１と液延長配管３２で接続されている。

　圧縮機１１は、冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して高温高圧の状態にするものである。

　流路切替部１２は、冷媒回路３０内の冷媒の流れを切り替えるものであり、例えば四方弁である。

　室外熱交換器１３は、冷媒と室外空気との間で熱交換を行うものであり、冷房運転時は凝縮器として機能し、暖房運転時は蒸発器として機能する。室外熱交換器１３には、不図示のファンにより室外空気が供給される。

　膨張弁１５は、冷媒回路３０内を流れる冷媒の流量の調整等を行うものであり、冷媒を減圧して膨張させる。

　マフラ１４は、膨張弁１５で発生する圧力脈動の伝搬を抑制するための圧力脈動抑制機構である。マフラ１４は、室外熱交換器１３と膨張弁とを接続する配管３３に設けられている。

　室内熱交換器２１は、冷媒と室内空気との間で熱交換を行うものであり、冷房運転時は蒸発器として機能し、暖房運転時は凝縮器として機能する。室内熱交換器２１には、不図示のファンにより室内空気が供給される。

　図１において、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、破線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。冷房運転時、圧縮機１１から高温高圧のガス冷媒が吐出されると、ガス冷媒は流路切替部１２を通過し、室外熱交換器１３へ導かれる。室外熱交換器１３で、ガス冷媒は室外空気と熱交換し凝縮され、液冷媒となる。室外熱交換器１３から流出した液冷媒はマフラ１４を通過し、膨張弁１５へ導かれる。膨張弁１５で減圧された液冷媒は、液延長配管３２を介して室内熱交換器２１へ導かれる。室内熱交換器２１において、液冷媒は室内空気と熱交換し、蒸発しガス冷媒となる。室内熱交換器２１から流出したガス冷媒は、ガス延長配管３１を介して、流路切替部１２に導かれる。ガス冷媒は流路切替部１２を経て、圧縮機１１に吸入される。

　暖房運転時、圧縮機１１から高温高圧のガス冷媒が吐出されると、ガス冷媒は流路切替部１２を通過し、ガス延長配管３１を介して室内熱交換器２１へ導かれる。室内熱交換器２１で、ガス冷媒は室内空気と熱交換し凝縮され、液冷媒となる。室内熱交換器２１から流出した液冷媒は、液延長配管３２を介して膨張弁１５へ導かれる。膨張弁１５で減圧された液冷媒は、マフラ１４を通過し、室外熱交換器１３へ導かれる。室外熱交換器１３において、液冷媒は室外空気と熱交換し、蒸発しガス冷媒となる。室外熱交換器１３から流出したガス冷媒は、流路切替部１２を経て、圧縮機１１に吸入される。

　図２は、本発明の実施の形態１における膨張弁の内部を拡大して模式的に示す図である。図２においても、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、破線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。膨張弁１５は、円筒状の弁本体４０と柱状の弁体４１を有している。弁本体４０の内部に弁室４２が形成されており、弁体４１は弁室４２内に配置されている。弁体４１は、不図示のコイルにより、軸線ＡＸ周りに回転しながら、軸線ＡＸに沿って移動するよう構成されている。弁本体４０には、第１接続口４３と第２接続口４４が形成されている。第１接続口４３は、弁体４１の軸線ＡＸ上に位置する、弁本体４０の底面４０Ａに形成されている。第２接続口４４は、弁体４１の軸線ＡＸとの直交線上に位置する弁本体４０の側面４０Ｂに形成されている。底面４０Ａにおいて、第１接続口４３には弁座４５が形成されている。

　弁体４１を軸線ＡＸに沿って移動させることにより、弁室４２において弁体４１と弁座４５の開口部との間に形成されている隙間である絞り部４６の開度が調節され、膨張弁１５を通過する冷媒の減圧量が調節される。

　第１接続口４３には、配管３３が接続されている。配管３３は、膨張弁１５の弁体４１の軸線ＡＸの延長上において、膨張弁１５に接続されている。第２接続口４４には、液延長配管３２が接続されている。液延長配管３２は、弁体４１の軸線ＡＸと交差する線上において、膨張弁１５に接続されている。上述のように、配管３３にはマフラ１４が接続されている。一方、液延長配管３２にはマフラ１４は接続されていない。すなわち、本実施の形態１では、膨張弁１５に接続されている配管のうち、膨張弁１５の弁体４１の軸線ＡＸの延長上において膨張弁１５に接続されている配管３３にのみ、マフラ１４が設けられている。

　冷房運転時、配管３３から膨張弁１５の内部に流入した液冷媒は、弁体４１と弁座４５とで構成された絞り部４６で絞られ減圧された後、液延長配管３２から膨張弁１５の外部へ流出する。暖房運転時、液延長配管３２から膨張弁１５の内部に流入した液冷媒は、絞り部４６で絞られ減圧された後、配管３３から膨張弁１５の外部へ流出する。

　図３は、本発明の実施の形態１における膨張弁と圧力脈動抑制機構の周辺を模式的に示す図である。図３においても、実線の矢印は冷房運転時の冷媒の流れを示し、破線の矢印は暖房運転時の冷媒の流れを示している。本実施の形態１において、マフラ１４の内径は配管３３の内径よりも大きくなっており、配管３３との接続部分において冷媒の流路の内径に大小関係が生じている。換言すると、冷媒回路３０の一部を構成している配管３３において、膨張弁１５から離れる方向へ向かって、冷媒の流路の内径が小から大へ変化する箇所が設定されている。

　冷房運転において、気液二相の冷媒が配管３３から流入し、絞り部４６で絞られたとき、冷媒の圧力の変動による圧力脈動が生じる。この圧力脈動は、絞り部４６から、冷媒運転時の冷媒回路３０における上流側と下流側へ、冷媒を介して伝搬する。このとき、下流側には、絞り部４６により形成されている流路より大きい径を有する弁室４２が位置している。この内径の変化により冷媒の圧力の変動が緩和され、圧力脈動の伝搬が抑制される。その結果、下流側において冷媒音の発生が抑制される。上流側には、配管３３の内径よりも大きい内径を有するマフラ１４が接続されており、配管３３とマフラ１４との接続部分において、冷媒の流路の内径が小から大へ変化する箇所が形成されている。この冷媒の流路の内径の小から大へ変化により冷媒の圧力の変動が緩和され、圧力脈動の伝搬が抑制される。その結果、上流側において冷媒音の発生が抑制される。

　暖房運転において、気液二相の冷媒が液延長配管３２から流入し、絞り部４６で絞られたとき、冷媒の圧力の変動による圧力脈動が生じる。この圧力脈動は、絞り部４６から、暖房運転時の冷媒回路３０における上流側と下流側へ、冷媒を介して伝搬する。このとき、上流側には、絞り部４６により形成されている流路より大きい径を有する弁室４２が位置している。この内径の変化により冷媒の圧力の変動が緩和され、圧力脈動の伝搬が抑制される。その結果、上流側において冷媒音の発生が抑制される。下流側には、配管３３の内径よりも大きい内径を有するマフラ１４が接続されている。配管３３とマフラ１４との接続部分において、内径の小から大へ変化により冷媒の圧力の変動が緩和され、圧力脈動の伝搬が抑制される。その結果、下流側において冷媒音の発生が抑制される。

　本実施の形態１によれば、膨張弁１５が接続されている配管３３の内径より大きい内径を有するマフラ１４を配管３３に設け、冷媒の流路の内径の小から大への変化により冷媒の圧力の変動を緩和し、圧力脈動の伝搬を抑制し、冷媒音の発生を抑制している。従って、長年の使用に伴い、膨張弁１５内において、スラッジ等の付着により絞り部４６近辺の形状に変化が生じたとしても、圧力脈動伝搬の抑制に与える影響は低く、冷媒音の抑制の精度が著しく低下することはない。すなわち、本実施の形態１によれば、冷媒音の抑制の精度を維持することができる。

　本実施の形態１では、膨張弁１５の構成要素である弁体４１及び弁室４２等に複雑な加工を施す必要がない。従って、冷媒音の発生が抑制される空気調和機１の生産性を良好なものとすることができる。

　本実施の形態１では、マフラ１４を配管３３にのみ設け、液延長配管３２には設けていない。すなわち、絞り部４６から弁室４２を経る流路のように、流路の内径が小から大へ変化する部分が存在する側にはマフラ１４を設けていない。従って、空気調和機１の製造コストを低く抑えることができる。

　尚、弁室４２において、弁体４１の周囲に吸音材を配置してもよい。吸音材に配置により、第２接続口４４の側における冷媒音の抑制をより効率よく実行することができる。

　図４は、本発明の実施の形態１の変形例の空気調和機の冷媒回路図である。図４において、図１に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。図５は、本発明の実施の形態１の変形例における膨張弁の内部を拡大して模式的に示す図である。図５において、図２に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。図６は、本発明の実施の形態１の変形例における膨張弁と圧力抑制機構の周辺を模式的に示す図である。図６において、図３に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。上述の図１～図３を用いて説明した空気調和機との相違点は、マフラ１４が液延長配管３２に接続されている点である。本変形例においては、第１接続口４３には、液延長配管３２が接続されている。第２接続口４４には、配管３３が接続されている。そして、液延長配管３２には、マフラ１４が接続されている。一方、配管３３には、マフラ１４は接続されていない。すなわち、本変形例においても、冷媒回路３０を構成する配管のうち、膨張弁１５の弁体４１の軸線ＡＸの延長上において膨張弁１５に接続されている液延長配管３２にのみ設けられている。従って、上述の効果と同様の効果が得られる。

実施の形態２．
　図７は、本発明の実施の形態２に係る空気調和機の冷媒回路図である。図７において、図１及び図４に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。本実施の形態２の空気調和機２と実施の形態１の空気調和機１との相違点は、配管３３において、室外熱交換器１３と膨張弁１５との間に、圧力脈動抑制機構として細管５０が接続されている点である。細管５０の内径は、配管３３の内径より小さい。細管５０は、例えば毛細管である。その他の構成は、実施の形態１の空気調和機１と同様である。

　細管５０の内径は配管３３の内径よりも小さくなっており、細管５０の両端部と配管３３との接続部分において冷媒の流路の内径に大小関係が生じている。細管５０の両端部のうち膨張弁１５に近い第１端部５０Ａと配管３３との接続部分では、膨張弁１５から離れる方向へ向かって、冷媒の流路の内径が小さくなる箇所が設定されている。細管５０の両端部のうち膨張弁１５から遠い第２端部５０Ｂと配管３３との接続部分では、膨張弁１５から離れる方向へ向かって、冷媒の流路の内径が大きくなる箇所が設定されている。

　冷房運転において、気液二相の冷媒が配管３３から流入し、図２に示す膨張弁１５の絞り部４６で絞られたとき、冷媒の圧力の変動による圧力脈動が生じる。この圧力脈動は、絞り部４６から、冷媒運転時の冷媒回路３０における上流側と下流側へ、冷媒を介して伝搬する。このとき、下流側には、実施の形態１において説明したように、絞り部４６により形成されている流路より大きい径を有する弁室４２が位置しているため、下流側において冷媒音の発生が抑制される。本実施の形態２では、上流側には、配管３３の内径よりも小さい内径を有する細管５０が接続されている。配管３３と細管５０の第２端部５０Ｂとの接続部分において、冷媒の流路の内径が小から大へ変化する箇所が形成されている。この冷媒の流路の内径の小から大へ変化により冷媒の圧力の変動が緩和され、圧力脈動の伝搬が抑制される。その結果、上流側において冷媒音の発生が抑制される。

　暖房運転において、気液二相の冷媒が液延長配管３２から流入し、図２に示す膨張弁１５の絞り部４６で絞られたとき、冷媒の圧力の変動による圧力脈動が生じる。この圧力脈動は、絞り部４６から、暖房運転時の冷媒回路３０における上流側と下流側へ、冷媒を介して伝搬する。このとき、上流側には、実施の形態１において説明したように、絞り部４６により形成されている流路より大きい径を有する弁室４２が位置しているため、上流側において冷媒音の発生が抑制される。本実施の形態２では、下流側には、配管３３の内径よりも小さい内径を有する細管５０が接続されており、上述のように、配管３３と細管５０の第２端部５０Ｂとの接続部分において、冷媒の流路の内径が小から大へ変化する箇所が形成されている。この冷媒の流路の内径の小から大へ変化により冷媒の圧力の変動が緩和され、圧力脈動の伝搬が抑制される。その結果、下流側において冷媒音の発生が抑制される。

　本実施の形態２によれば、膨張弁１５が接続されている配管３３の内径より小さい内径を有する細管５０を配管３３に設け、冷媒の流路の内径の小から大への変化により冷媒の圧力の変動を緩和し、圧力脈動の伝搬を抑制し、冷媒音の発生を抑制している。従って、実施の形態１と同様、経年劣化による冷媒音の抑制の精度の低下は発生しない。すなわち、本実施の形態２においても、冷媒音の抑制の精度を維持することができる。

　また、本実施の形態２においても、膨張弁１５の構成要素である弁体４１及び弁室４２等に複雑な加工を施す必要がない。従って、冷媒音の発生が抑制される空気調和機２の生産性を良好なものとすることができる。

　本実施の形態２においても、細管５０を配管３３にのみ設け、液延長配管３２には設けていない。すなわち、図２に示す絞り部４６から弁室４２を経る流路のように、流路の内径が小から大へ変化する部分が存在する側には細管５０を設けていない。従って、空気調和機２の製造コストを低く抑えることができる。

　図８は、本発明の実施の形態２の変形例の空気調和機の冷媒回路図である。図８において、図７に示す構成要素と同一の構成要素には同一の符号が付されている。上述の図７を用いて説明した空気調和機との相違点は、細管５０が液延長配管３２に接続されている点である。本変形例においては、図５と同様、第１接続口４３には、液延長配管３２が接続され、第２接続口４４には、配管３３が接続されている。そして、液延長配管３２には、細管５０が接続されている。一方、配管３３には、細管５０は接続されていない。すなわち、本変形例においても、冷媒回路３０を構成する配管のうち、膨張弁１５の弁体４１の軸線ＡＸの延長上において膨張弁１５に接続されている液延長配管３２にのみ、圧力脈動抑制機構として細管５０が設けられている。従って、上述の効果と同様の効果が得られる。

　１　空気調和機、２　空気調和機、１０　室外ユニット、１１　圧縮機、１２　流路切替部、１３　室外熱交換器、１４　マフラ、１５　膨張弁、２０　室内ユニット、２１　室内熱交換器、３０　冷媒回路、３１　ガス延長配管、３２　液延長配管、３３　配管、４０　弁本体、４０Ａ　底面、４０Ｂ　側面、４１　弁体、４２　弁室、４３　第１接続口、４４　第２接続口、４５　弁座、４６　絞り部、５０　細管、５０Ａ　第１端部、５０Ｂ　第２端部、ＡＸ　軸線。

Claims

　圧縮機と、流路切替部と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器が配管で接続され、冷媒回路が形成されている空気調和機であって、
　冷媒が前記配管を流れるとき前記膨張弁で発生する圧力脈動の伝搬を抑制する圧力脈動抑制機構を備え、
　前記圧力脈動抑制機構は、前記膨張弁の弁体の軸線の延長上において前記膨張弁に接続されている第１配管と、前記弁体の前記軸線と交差する線上において前記膨張弁に接続されている第２配管のうち、前記第１配管にのみ接続されている部材であり、前記圧力脈動抑制機構と前記第１配管との接続部分は、前記膨張弁から離れる方向へ向かって、前記冷媒の流路の内径が小から大へ変化するよう構成されている空気調和機。
　前記圧力脈動抑制機構は、前記第１配管の内径より大きい内径を有するマフラである請求項１に記載の空気調和機。
　前記圧力脈動抑制機構は、前記第１配管の内径より小さい内径を有する細管である請求項１に記載の空気調和機。
　前記細管の両端部のうち、前記膨張弁から遠い方の端部と前記第１配管との接続部分において、前記膨張弁で発生する圧力脈動の伝搬が抑制される請求項３に記載の空気調和機。