WO2020116166A1

WO2020116166A1 - 配管構造及び空調機

Info

Publication number: WO2020116166A1
Application number: PCT/JP2019/045442
Authority: WO
Inventors: 樹末竹; 智教菊野; 孝行西澤; 数喜島崎; 旭大野
Original assignee: ダイキン工業株式会社
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2019-11-20
Publication date: 2020-06-11
Also published as: JP2020091077A; JP7319510B2

Abstract

圧縮機（30）の吸入管（32）には、吸入側の第１配管（41）の一端部が接続されている。第１配管（41）の他端部には、第２配管（42）が接続されている。第１配管（41）のばね定数ｋ１、第２配管（42）のばね定数ｋ２が、１００≦ｋ２／ｋ１という条件を満たしている。

Description

配管構造及び空調機

　本開示は、配管構造及び空調機に関するものである。

　従来より、圧縮機と他の部品（もしくは他の機器）とが配管で連結された空気調和機において、圧縮機から配管に伝達される振動を低減するための構成が検討されている（例えば、特許文献１参照）。

　特許文献１には、圧縮機とアキュムレータとを連結している配管の外周部に、弾性部材を介して金属製の錘を固定した構成が開示されている。

特開昭６３－２５９３３８号公報

　特許文献１の発明には、金属製の錘や弾性部材を用いた構成以外は記載されていない。

　本開示の目的は、圧縮機から配管に伝達される振動を低減することにある。

　本開示の第１の態様は、圧縮機（30）を有する冷媒回路（12）の一部を構成する配管構造を対象としている。そして、一端側が前記圧縮機（30）に接続された第１配管（41,51）と、前記第１配管（41,51）の他端側に接続された第２配管（42,52）とを有し、前記第１配管（41,51）のばね定数ｋ１、前記第２配管（42,52）のばね定数ｋ２が、１００≦ｋ２／ｋ１という条件を満たしている。

　第１の態様では、第１配管（41,51）の一端側には、圧縮機（30）が接続されている。第１配管（41,51）の他端側には、第２配管（42,52）が接続されている。そして、第１配管（41,51）のばね定数ｋ１と、第２配管（42,52）のばね定数ｋ２とが、上述した条件を満たすように設定される。

　このような構成とすれば、圧縮機（30）で生じた振動を第１配管（41,51）で低減させることができる。これにより、第２配管（42,52）以降で、振動による異音が発生したり、応力が集中するのを抑えることができる。

　本開示の第２の態様は、第１の態様において、前記第２配管（42,52）を、前記圧縮機（30）が収容されたケーシング（21）又は該ケーシング（21）内の部材（24,55）に固定する固定部材（56）を備えている。

　第２の態様では、固定部材（56）によって、第２配管（42,52）をケーシング（21）又はケーシング（21）内の部材（24,55）に固定している。これにより、圧縮機（30）で生じた振動を、第１配管（41,51）で確実に低減させて、ケーシング（21）や第２配管（42,52）以降の配管や機器への振動伝達を防止できる。

　本開示の第３の態様は、第１又は第２の態様において、前記第１配管（41,51）は、蛇腹管である。

　第３の態様では、第１配管（41,51）を蛇腹管で構成することで、圧縮機（30）で生じた振動を第１配管（41,51）で低減させることができる。

　本開示の第４の態様は、第１乃至第３の態様のうち何れか１つにおいて、１０００≦ｋ２／ｋ１という条件を満たしている。

　第４の態様では、上述した条件を満たすようにばね定数ｋ１、ｋ２を設定している。

　本開示の第５の態様は、第１乃至第３の態様のうち何れか１つにおいて、４０００≦ｋ２／ｋ１という条件を満たしている。

　第５の態様では、上述した条件を満たすようにばね定数ｋ１、ｋ２を設定している。

　本開示の第６の態様は、第１乃至第５の態様のうち何れか１つに記載の配管構造を備えた空調機である。

　第６の態様では、上述した配管構造を空調機に適用している。

図１は、本実施形態に係る空調機の冷媒回路図である。図２は、室外機の構成を示す平面図である。図３は、室外機の構成を示す正面図である。図４は、圧縮機の吸入側の第１配管のばね定数を算出する方法を説明する図である。図５は、圧縮機の吸入側の第２配管のばね定数を算出する方法を説明する図である。図６は、圧縮機の吐出側の第１配管のばね定数を算出する方法を説明する図である。図７は、圧縮機の吐出側の第２配管のばね定数を算出する方法を説明する図である。図８は、圧縮機の振動により発生する音の周波数が０～３００Ｈｚの場合のばね定数比と低減デシベルとの関係を示すグラフ図である。図９は、圧縮機の振動により発生する音の周波数が３００～１０００Ｈｚの場合のばね定数比と低減デシベルとの関係を示すグラフ図である。図１０は、圧縮機の振動により発生する音の周波数が１０００～３０００Ｈｚの場合のばね定数比と低減デシベルとの関係を示すグラフ図である。図１１は、本変形例に係る室外機の構成を示す正面図である。

　図１に示すように、空調機（10）は、室内機（15）と、室外機（20）とを備えている。室内機（15）と室外機（20）とは、一対の連絡配管（11）を介して互いに接続されている。空調機（10）では、室内機（15）と、室外機（20）と、連絡配管（11）とによって、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路（12）を構成している。

　室内機（15）は、空気調和の対象空間である室内に設置されるものであって、室内熱交換器（16）と、室内ファン（17）とを有する。

　室内熱交換器（16）は、内部を流れる冷媒と、室内ファン（17）によって供給される室内空気とを熱交換させるものである。室内熱交換器（16）は、例えば、フィンアンドチューブ熱交換器によって構成されている。室内ファン（17）は、空気を室内機（15）へ吸い込み、空気を室内機（15）から吹き出す。

　室外機（20）は、室外に設置されるものであって、圧縮機（30）と、アキュムレータ（45）と、四方切換弁（23）と、室外熱交換器（24）と、室外ファン（25）と、膨張弁（26）と、液側閉鎖弁（27）と、ガス側閉鎖弁（28）とを有する。

　圧縮機（30）は、室内熱交換器（16）及び室外熱交換器（24）のうち蒸発器として機能するものから流出した低圧ガス冷媒を吸入し、低圧ガス冷媒を圧縮することで高温の高圧ガス冷媒を吐出するものである。圧縮機（30）が吐出した高圧ガス冷媒は、室内熱交換器（16）及び室外熱交換器（24）のうち凝縮器として機能するものに流入する。

　アキュムレータ（45）は、圧縮機（30）に吸入される前の冷媒を一時的に貯留するとともに、冷媒ガスに含まれる液冷媒や冷凍機油を気液分離するものである。

　四方切換弁（23）は、冷媒回路（12）における冷媒の流れを可逆的に切り換えるためのものである。具体的に、四方切換弁（23）は、第１状態（図１に実線で示す状態）と、第２状態（図１に破線で示す状態）とに切換可能である。

　第１状態では、室内熱交換器（16）が蒸発器となって空調機（10）が冷房運転を行う。第２状態では、室内熱交換器（16）が凝縮器となって空調機（10）が暖房運転を行う。

　室外熱交換器（24）は、内部を流れる冷媒と、室外ファン（25）によって供給される室外空気とを熱交換させるものである。室外熱交換器（24）は、例えば、フィンアンドチューブ熱交換器によって構成されている。室外ファン（25）は、室外熱交換器（24）に室外空気を供給する。

　膨張弁（26）は、室内熱交換器（16）及び室外熱交換器（24）のうち凝縮器として機能するものから流出した冷媒を減圧する。膨張弁（26）は、例えば、開度調節可能な電動弁によって構成されている。

　〈室外機の構成〉
　図２及び図３に示すように、室外機（20）は、箱状の室外ケーシング（21）を備えている。室外熱交換器（24）は、室外ケーシング（21）の底板（22）の周縁部に沿って延びている。室外ケーシング（21）の底板（22）には、圧縮機（30）と、アキュムレータ（45）とが載置されている。四方切換弁（23）は、圧縮機（30）よりも上方に配置されている。

　圧縮機（30）は、両端が閉塞された縦長円筒状の密閉容器（31）を備えている。密閉容器（31）の上部には、吸入管（32）が取り付けられている。吸入管（32）には、吸入側の第１配管（41）の一端部が接続されている。第１配管（41）の他端部には、第２配管（42）の一端部が接続されている。第２配管（42）の他端部には、アキュムレータ（45）が接続されている。

　密閉容器（31）の胴部には、吐出管（33）が取り付けられている。吐出管（33）には、吐出側の第１配管（51）の一端部が接続されている。第１配管（51）の他端部には、第２配管（52）の一端部が接続されている。第２配管（52）の他端部には、四方切換弁（23）が接続されている。

　密閉容器（31）の下部には、支持ブラケット（34）が設けられている。支持ブラケット（34）は、複数の防振部材（35）を介して室外ケーシング（21）の底板（22）に固定されている。

　アキュムレータ（45）は、両端が閉塞された縦長円筒状のアキュムレータ本体（46）を備えている。アキュムレータ本体（46）の下部には、複数の支持脚（47）が設けられている。支持脚（47）は、室外機（20）の底板（22）に固定されている。

　アキュムレータ本体（46）の底部には、吸入側の第２配管（42）の他端部が接続されている。アキュムレータ本体（46）の上部には、入口管（48）の一端部が接続されている。入口管（48）の他端部には、四方切換弁（23）が接続されている。

　〈第１配管及び第２配管のばね定数について〉
　圧縮機（30）の駆動中に生じた振動は、吸入管（32）及び吐出管（33）に伝達される。吸入管（32）に伝達された振動は、吸入側の第１配管（41）及び第２配管（42）に伝達される。吐出管（33）に伝達された振動は、吐出側の第１配管（51）及び第２配管（52）に伝達される。

　本実施形態では、第１配管（41,51）のばね定数ｋ１と、第２配管（42,52）のばね定数ｋ２とを適切に設定することで、振動減衰性の高い配管構造を採用するようにした。

　具体的に、第１配管（41,51）は、ステンレス製の蛇腹管で構成されている。第２配管（42,52）は、銅管で構成されている。第１配管（41,51）と第２配管（42,52）とは、ろう付けされている。

　なお、第１配管（41,51）は、銅、アルミ、鉄、樹脂等で構成されていてもよい。第２配管（42,52）は、ステンレス、アルミ、鉄等で構成されていてもよい。第１配管（41,51）と第２配管（42,52）とは、溶接、はんだ付け、接着、かしめ、溶着等によって接合されていてもよい。

　以下、第１配管（41,51）のばね定数ｋ１と、第２配管（42,52）のばね定数ｋ２とを算出する方法について、図４～図７を用いて説明する。

　図４に示すように、吸入側の第１配管（41）では、圧縮機（30）側の端部を自由端とし、第２配管（42）側の端部を固定端とする。そして、第１配管（41）の自由端に、第１配管（41）の軸方向に対して垂直な平面上（図４のＸＹ平面上）で荷重（F）を与え、そのときの第１配管（41）の変位量を計測して、ばね定数ｋ１を算出する。

　図５に示すように、吸入側の第２配管（42）では、第１配管（41）側の端部を自由端とし、アキュムレータ（45）側の端部を固定端とする。そして、第２配管（42）の自由端に、図５のＸＹ平面上で荷重（F）を与え、そのときの第２配管（42）の変位量を計測して、ばね定数ｋ２を算出する。

　図６に示すように、吐出側の第１配管（51）では、圧縮機（30）側の端部を自由端とし、第２配管（52）側の端部を固定端とする。そして、第１配管（51）の自由端に、図６のＸＹ平面上で荷重（F）を与え、そのときの第１配管（51）の変位量を計測して、ばね定数ｋ１を算出する。

　図７に示すように、吐出側の第２配管（52）では、第１配管（51）側の端部を自由端とし、四方切換弁（23）側の端部を固定端とする。そして、第２配管（52）の自由端に、図７のＸＹ平面上で荷重（F）を与え、そのときの第２配管（52）の変位量を計測して、ばね定数ｋ２を算出する。

　本実施形態では、第１配管（41,51）が直線状に延びる単純な形状であるため、第１配管（41,51）の変位量を実測することで、ばね定数ｋ１を算出するようにしている。一方、第２配管（42,52）は、複数の屈曲部分を有する複雑な形状であるため、第２配管（42,52）の変位量を有限要素法で構造解析することで、ばね定数ｋ２を算出するようにしている。

　なお、第１配管（41,51）の変位量を有限要素法で構造解析してもよいし、第２配管（42,52）の変位量を実測するようにしてもよい。

　ところで、第１配管（41,51）のばね定数ｋ１と、第２配管（42,52）のばね定数ｋ２とは、配管の材質、配管の内径、配管の肉厚、配管の長さ等によって決定される。第２配管（42,52）の管路途中には、複数の屈曲部分が設けられている（図３参照）。そのため、第２配管（42,52）が直線状に延びている場合に比べて、第２配管（42,52）のばね定数ｋ２が小さくなる傾向にある。

　ここで、ばね定数比ｋ２／ｋ１を大きくするためには、第１配管（41,51）の全長を長くして、第１配管（41,51）のばね定数ｋ１を小さくすることが考えられる。しかしながら、第１配管（41,51）の全長を長くし過ぎると、振動対策として配管に錘を取り付ける場合よりも、全体としてコストアップになるおそれがある。

　そこで、本実施形態では、振動により発生する異音の低減デシベルの目標値と、異音を低減するのに必要なばね定数比ｋ２／ｋ１とを考慮して、第１配管（41,51）及び第２配管（42,52）を選定するようにした。

　具体的に、図８～図１０のグラフ図を見ると、ばね定数比ｋ２／ｋ１が大きくなるほど、低減デシベルが大きくなる、つまり、振動によって発生する異音が小さくなる傾向にあることが分かる。

　図８のグラフ図は、圧縮機（30）の振動の周波数が０～３００Ｈｚの場合のばね定数比ｋ２／ｋ１と低減デシベルとの関係を示している。図８のグラフ図において、ばね定数比ｋ２／ｋ１が１００以上であれば、低減デシベルが５ｄＢ以上であることが分かる。

　図９のグラフ図は、圧縮機（30）の振動の周波数が３００～１０００Ｈｚの場合のばね定数比ｋ２／ｋ１と低減デシベルとの関係を示している。図９のグラフ図において、ばね定数比ｋ２／ｋ１が１００以上であれば、低減デシベルが１０ｄＢ以上であることが分かる。

　図１０のグラフ図は、圧縮機（30）の振動の周波数が１０００～３０００Ｈｚの場合のばね定数比ｋ２／ｋ１と低減デシベルとの関係を示している。図１０のグラフ図において、ばね定数比ｋ２／ｋ１が１００以上であれば、低減デシベルが１０ｄＢ以上であることが分かる。

　そこで、本実施形態では、第１配管（41,51）のばね定数ｋ１、第２配管（42,52）のばね定数ｋ２を、下記の（１）式の条件を満たすように設定するようにした。

　１００≦ｋ２／ｋ１　・・・（１）
　なお、図９及び図１０のグラフ図において、ばね定数比ｋ２／ｋ１が１０００以上であれば、低減デシベルが１５ｄＢ以上となるので、下記の（２）式の条件を満たすように設定してもよい。

　１０００≦ｋ２／ｋ１　・・・（２）
　また、図９のグラフ図において、ばね定数比ｋ２／ｋ１が４０００以上であれば、低減デシベルが２０ｄＢ以上となるので、下記の（３）式の条件を満たすように設定してもよい。

　４０００≦ｋ２／ｋ１　・・・（３）
　　－実施形態の効果－
　本実施形態の配管構造は、圧縮機（30）を有する冷媒回路（12）の一部を構成している。そして、一端側が圧縮機（30）に接続された第１配管（41,51）と、第１配管（41,51）の他端側に接続された第２配管（42,52）とを有し、第１配管（41,51）のばね定数ｋ１、第２配管（42,52）のばね定数ｋ２が、１００≦ｋ２／ｋ１という条件を満たしている。

　本実施形態では、第１配管（41,51）の一端側には、圧縮機（30）が接続されている。第１配管（41,51）の他端側には、第２配管（42,52）が接続されている。そして、第１配管（41,51）のばね定数ｋ１と、第２配管（42,52）のばね定数ｋ２とが、上述した条件を満たすように設定される。

　また、本実施形態の配管構造において、第１配管（41,51）は、蛇腹管である。

　本実施形態では、第１配管（41,51）を蛇腹管で構成することで、圧縮機（30）で生じた振動を第１配管（41,51）で低減させることができる。

　また、本実施形態の配管構造において、１０００≦ｋ２／ｋ１という条件を満たしている。

　本実施形態では、上述した条件を満たすようにばね定数ｋ１、ｋ２を設定している。

　また、本実施形態の配管構造では、４０００≦ｋ２／ｋ１という条件を満たしている。

　また、本実施形態の空調機（10）は、上述した配管構造を備えている。

　本実施形態では、上述した配管構造を空調機（10）に適用している。

　《変形例》
　本変形例では、図１１に示すように、圧縮機（30）の周囲は、防振箱（55）の側壁で囲まれている。防振箱（55）は、室外ケーシング（21）の底板（22）に載置されている。防振箱（55）の側壁には、固定部材（56）が取り付けられている。

　固定部材（56）は、防振箱（55）の側壁から第２配管（42,52）に向かって延びている。固定部材（56）の先端部は、第２配管（42,52）の管路途中にそれぞれ接続されている。これにより、第２配管（42,52）は、固定部材（56）を介して防振箱（55）に固定される。

　このとき、第２配管（42,52）のばね定数ｋ２は、第２配管（42,52）における第１配管（41,51）側の端部から固定部材（56）で固定された位置までの長さで算出すればよい。

　　－変形例の効果－
　本実施形態の配管構造は、第２配管（42,52）を室外ケーシング（21）内の防振箱（55）に固定する固定部材（56）を備えている。

　本実施形態では、固定部材（56）によって、第２配管（42,52）を室外ケーシング（21）内の防振箱（55）に固定している。これにより、圧縮機（30）で生じた振動を、第１配管（41,51）で確実に低減させて、室外ケーシング（21）や第２配管（42,52）以降の配管や機器への振動伝達を防止できる。

　なお、本変形例では、固定部材（56）によって、第２配管（42,52）を防振箱（55）に固定するようにしたが、この形態に限定するものではない。例えば、固定部材（56）によって、第２配管（42,52）を室外熱交換器（24）に固定してもよい。また、固定部材（56）によって、第２配管（42,52）を、室外ケーシング（21）の底板（22）や、室外ケーシング（21）を構成する図示しないフレームや外板などに固定するようにしてもよい。

　《その他の実施形態》
　前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

　本実施形態では、圧縮機（30）の吸入管（32）を介して吸入側の第１配管（41）が接続され、吐出管（33）を介して吐出側の第１配管（51）が接続されているが、この形態に限定するものではない。例えば、第１配管（41,51）を、圧縮機（30）の密閉容器（31）に直接接続した形態であってもよい。

　以上、実施形態及び変形例を説明したが、特許請求の範囲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。また、以上の実施形態及び変形例は、本開示の対象の機能を損なわない限り、適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。

　以上説明したように、本開示は、配管構造及び空調機について有用である。

　10　　空調機
　12　　冷媒回路
　21　　室外ケーシング
　22　　底板
　24　　室外熱交換器
　30　　圧縮機
　41　　第１配管
　42　　第２配管
　51　　第１配管
　52　　第２配管
　55　　防振箱（部材）
　56　　固定部材

Claims

　圧縮機（30）を有する冷媒回路（12）の一部を構成する配管構造であって、
　一端側が前記圧縮機（30）に接続された第１配管（41,51）と、
　前記第１配管（41,51）の他端側に接続された第２配管（42,52）とを有し、
　前記第１配管（41,51）のばね定数ｋ１、前記第２配管（42,52）のばね定数ｋ２が、
　１００≦ｋ２／ｋ１
という条件を満たすことを特徴とする配管構造。
　請求項１において、
　前記第２配管（42,52）を、前記圧縮機（30）が収容されたケーシング（21）又は該ケーシング（21）内の部材（24,55）に固定する固定部材（56）を備えたことを特徴とする配管構造。
　請求項１又は２において、
　前記第１配管（41,51）は、蛇腹管であることを特徴とする配管構造。
　請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
　１０００≦ｋ２／ｋ１
という条件を満たすことを特徴とする配管構造。
　請求項１乃至３のうち何れか１つにおいて、
　４０００≦ｋ２／ｋ１
という条件を満たすことを特徴とする配管構造。
　請求項１乃至５のうち何れか１つに記載の配管構造を備えた空調機。