JP2004069166A - 二相冷媒流用整流装置及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

【課題】二相冷媒流が膨張機構を通過するときの冷媒通過音を十分に低下させることを可能とした新規な二相冷媒流用整流装置及びこの整流装置を用いた冷凍装置を提供すること。
【解決手段】二相冷媒流用整流装置は、一端に入口を、他端に出口を備えた管状ケースと、入口側に設けられた絞りと、絞りの後流側に設けられた、冷媒流を旋回させる固定羽根とからなるものとする。なお、このように構成された二相冷媒流用整流装置を冷凍装置に適用するときには、膨張機構の入口側に設ける。
【選択図】　　　　図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷凍装置、特に空気調和機の室内ユニットの膨張機構の流入側に設置される二相冷媒流用整流装置及びこれを用いた冷凍装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の空気調和機において室内ユニット内に膨張機構を有するものがある。例えば、多室型空気調和機であって、冷媒往復用の２本の連絡配管を各室内ユニットに共用するようにしたものにあっては、室内ユニット内に膨張機構が配置されている。
【０００３】
このような空気調和機においては、膨張機構の入口側の冷媒流れは、設計基準の下で液冷媒のみの単相流となるように設計されている。ところが、このように設計された空気調和機であっても、据え付け条件や運転条件によって、冷媒中に気泡が発生して膨張機構の入口側の冷媒流れが気液２相流になることがある。前者の据付条件による場合としては、膨張機構に至る液管の冷媒流通抵抗が大きい場合、凝縮器出口の過冷却度制御における過冷却度センサの位置が不充分である場合などがある。また、後者の膨張機構に至る液管の冷媒流通抵抗が大きい場合としては、膨張機構に至る液管の周囲空気温度が標準設計条件より高い場合、多室型空気調和機における室内ユニットの冷房運転台数が多いなどのように凝縮器負荷が多い場合などがある。
【０００４】
このような理由により膨張機構の入口側冷媒流れ中に気泡が発生すると、膨張機構に入る手前の流路で気泡が大きく成長し、冷媒流れ中に大きな気泡が断続的に存在するスラグ流やプラグ流となる。そして、スラグ流やプラグ流が膨張機構に流入すると、圧力変動が大きくなり、「ジュルジュル」或いは「チュルチュル」といった擬音で表現される冷媒流動音が発生する。また、このような冷媒流動音は耳障りであるため、使用者に不快感を与えるという問題があった。
【０００５】
上記問題を解決するために、膨張機構の入口側配管に気泡を微細化、均一化する二相冷媒流用整流装置を設けて、膨張機構における冷媒流れの圧力変動を緩和し冷媒流動音を低減するという方法が提案されている。
このような例としては、特開２００１−１５３３８４号公報に記載されたものがある。この従来技術においては、マフラーの内部にフィルタを配置したストレーナが二相流冷媒整流装置として提案されている。このストレーナは、膨張機構に入る冷媒流れ中の気泡を微細化、均一化することにより、大きな気泡が断続的に膨張機構を通過することを防止して、冷媒通過音を低下しようとしたものである。
【０００６】
また、他の例としては、特開平７−１２４２９号公報に記載されたものがある。この従来技術においては、軸流の固定翼を用いた旋回器が二相冷媒流用整流装置として提案されている。この旋回器は、冷媒の流れを固定翼に当てて旋回流とし、遠心力により比重の大きい液相を管内壁近傍に集めて環状流とし、比重の軽い気相を管内中心部に集め、液相と気相とを分離した冷媒流とすることにより、膨張機構において気泡が断続的に流れることを防止して冷媒通過音を低下させようとしたものである。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来技術のうち前者のものは、フィルタ面積をできるだけ大きくするために、フィルタ設置部の管断面積を大きくしているが、フィルタ面積を十分に取ることが困難であるため、微細化、均一化効果が十分ではなく、また、フィルタ下流側での冷媒流速が遅くなるため、細かく砕かれた気泡が合体しやすいといった問題があった。
また、上記従来技術のうち後者のものは、固定翼のみで旋回流を形成しようとしているため、液相、気相の分離が十分でなく、一方、気泡の破壊も十分でなく膨張機構通過時の冷媒通過音を十分に低下させることができないという問題があった。
【０００８】
本発明は、このような従来技術に存在する問題点に着目して成されたものである。その目的とするところは、二相冷媒流が膨張機構を通過するときの冷媒通過音を十分に低下させることを可能とした新規な二相冷媒流用整流装置及びこの整流装置を用いた冷凍装置を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明は、一端に入口を、他端に出口を備えた管状ケースと、入口側に設けられた絞りと、絞りの後流側に設けられた、冷媒流を旋回させる固定羽根とからなるものである。
【００１０】
このように構成した本発明によれば、整流装置に流入した冷媒は、絞りで高速冷媒流として噴出されて固定羽根に衝突する。二相冷媒流用整流装置に流入する冷媒量が多いときは、絞りから噴出された冷媒が固定羽根に衝突して強い旋回流に変換される。この結果、従来の固定翼のみのものと比較すると気相、液相の分離がより効果的に行われることになる。この結果、膨張機構における冷媒圧力変動が防止されて冷媒通過音が小さくなる。また、二相冷媒流用整流装置に流入する冷媒量が少ないときは、絞りから噴出される冷媒の流速が遅く、この冷媒が固定羽根に衝突しても強い旋回流を形成することが困難になる。しかしながら、絞りから噴出された冷媒の固定羽根への衝突と弱いながらも発生する旋回流とにより、気泡が微細化されて液相冷媒中へ均一に混合された状態となり、膨張機構における冷媒の圧力変動が防止され、膨張機構を通過する冷媒音が小さくなる。
【００１１】
このように形成された二相冷媒流用整流装置において、前記固定羽根は、軸部材に対し円周方向に均等間隔に複数の翼部材が設けられ、この軸部材は、冷媒流れに晒される部分が冷媒の流れ方向に拡大する円錐状に形成されているものとしてもよい。
このように構成すると、絞りから噴出される冷媒を円錐状軸部材に衝突させることにより、固定羽根と協働して強い旋回流が効率よく形成されるため、旋回流による気液分離効果が向上し、膨張機構における冷媒通過音をより小さくすることができる。
【００１２】
また、前記管状ケースは、固定羽根収納部を径大にし、固定羽根の後流側を縮小テーパ状に形成したものとすることができる。
このように構成すると、固定羽根に必要なスペースを確保することが容易になるとともに、旋回流を阻害することなく、膨張機構の入口側の冷媒を移送することができる。したがって、膨張機構に対し気液分離された冷媒流の状態で、又は、気泡を微細化して液冷媒中に均等に分散させた状態で冷媒を流すことができ、膨張機構における冷媒通過音の低下に好適な構成とすることができる。
【００１３】
また、上記のように構成された二相冷媒流用整流装置を用いて冷凍装置を形成すると、膨張機構における冷媒通過音を小さくすることができ、静粛な冷凍運転を行うことができる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明を冷凍装置の一つであるヒートポンプ式多室型空気調和機に具体化した実施の形態を図１乃至図３に基づき詳細に説明する。なお、図１は本発明の実施の形態１に係る多室型空気調和機の冷媒回路図であり、図２は同空気調和機に用いられている二相冷媒流用整流装置の分解斜視図であり、図３は同二相冷媒流用整流装置における旋回冷媒流の説明図である。
【００１５】
本実施の形態に係るヒートポンプ式多室型空気調和機は、図１に示すように室外ユニット１に対し連絡配管３、４を使用して複数台の室内ユニット２が接続されている。
【００１６】
また、図１に示されるように、室外ユニット１には、圧縮機５、室外コイル６、室外ファン７、電動膨張弁からなる暖房専用膨張機構８、四路切換弁９などが収納され冷媒配管により接続されている。また、室内ユニット２には、室内コイル１０、室内ファン１１、電動膨張弁からなる冷暖房用膨張機構１２、二つの整流装置２０などが収納されている。
【００１７】
二つの整流装置２０は、同一構造のものであり、向きを逆にして、冷暖房用膨張機構１２に連通する配管１７、１８に設けられている。
整流装置２０の構造は、図２の分解斜視図に示されている。整流装置２０は、一端に入口を、他端に出口を備えた管状ケース２１の中に固定羽根３０を収納したものである。
【００１８】
管状ケース２１は、固定羽根３０を収納する部分を径大部２２とし、その出口側を縮小テーパ部２３とし、膨張機構１２に連通する配管１７又は１８に接続されている。また、管状ケース２１は、入口側に蓋部材２４を取り付け、その中央部にオリフィスからなる絞り２５を形成した入口側配管が接続されている。
【００１９】
固定羽根３０は、冷媒の流れ方向に拡大する円錐状の軸部材３１と、この軸部材３１に対し円周方向に均等間隔に取り付けられた複数の翼部材３２が設けられたものである。
【００２０】
上記のように構成されたヒートポンプ式多室型空気調和機は次のように運転される。
冷房運転時には、四路切換弁９は図示実線の切換位置とされ、暖房専用膨張機構８は全開とされ、冷暖房用膨張機構１２は室内コイル１０出口の過熱度が所定値となるように開度調整される。
この冷房運転時においては、圧縮機５から吐出された冷媒は、四路切換弁９、室外コイル６、暖房専用膨張機構８、連絡配管３、整流装置２０、配管１７、冷暖房用膨張機構１２、配管１８、整流装置２０、室内コイル１０、連絡配管４、四路切換弁９、圧縮機５と循環する。このとき室外コイル６が凝縮器として作用し、室内コイル１０が蒸発器として作用するので、室内空気は室内コイル１０で冷却減湿され冷房が行われる。
【００２１】
一方、暖房運転時には、四路切換弁９は図示点線の切換位置とされ、冷暖房用膨張機構１２は、冷媒が少し減圧される程度の開度とされ、暖房専用膨張機構８は、室外コイル６出口の過熱度が所定値となるように開度調整される。
この暖房運転時においては、圧縮機５から吐出された冷媒は、四路切換弁９、連絡配管４、室内コイル１０、配管１８、整流装置２０、冷暖房用膨張機構１２、整流装置２０、配管１７、連絡配管３、暖房専用膨張機構８、室外コイル６、四路切換弁９、圧縮機５と循環する。このとき室内コイル１０が凝縮器として作用し、室外コイル６が蒸発器として作用するので、室内空気は室内コイル１０で加熱され暖房が行われる。
【００２２】
上記冷房又は暖房運転において、冷暖房用膨張機構１２に流入する気泡を含む冷媒は、冷房運転時は配管１７に設けられた整流装置２０により、また、暖房運転時は配管１８に設けられた整流装置２０により、それぞれ整流される。すなわち、整流装置２０に流入した冷媒は、整流装置２０の絞り２５により高速流となって噴出され、固定羽根３０の軸部材３１に衝突する。この衝突により、冷媒に含まれて運ばれてくる大きな気泡は砕かれ、砕かれた気泡が液冷媒中に均一に分散された状態で翼部材３２により旋回されながら管状ケース２１の管壁の方に方に流される。このようにして冷媒の旋回流が形成されて縮小テーパ部から冷暖房用膨張機構１２の入口側配管１７（１８）へ流れる。
【００２３】
この場合において、室内ユニット２が全室運転されており、圧縮機５が全負荷運転されているような場合は、冷媒循環量が多く、絞りから噴出される冷媒の流速が大きい。したがって、この場合には、固定羽根３０から冷暖房用膨張機構１２の入口側へ流れる間に、旋回流による遠心力分離作用により、液相冷媒は管壁近傍に集められ、気相冷媒が管の中央部に集められた冷媒流となる。したがって、液相、気相それぞれの冷媒流れは、気泡が混合しない連続した状態となって冷暖房用膨張機構１２に流れ込むため、冷暖房用膨張機構における冷媒の圧力変動がなく、冷媒通過音が小さくなる。
【００２４】
また、室内ユニット２が一部のみ運転されており、圧縮機５が部分負荷運転されているような場合には、冷媒循環量が少なく制御されており、絞りから噴出される冷媒の流速が小さくなっている。したがって、このような場合には、固定羽根３０の軸部材に衝突する冷媒の流速が遅いため、固定羽根３０による旋回作用が弱くなる。このため、旋回流の遠心力作用による前述の液相、気相の分離作用が低下し、完全に気相、液相に分離された冷媒流が形成されない。しかしながら、絞り２５から噴出された冷媒の固定羽根３０への衝突や、固定羽根３０による弱いながらも生ずる旋回作用により、冷媒中の気泡が微細化され液相中に均等に分散される。この結果、冷暖房用膨張機構１２に対し大きな気泡が断続的に流れてくるようなことがなくなり、冷暖房用膨張機構１２における圧力変動が小さくなって、冷媒通過音が小さくなる。
【００２５】
以上のように構成された本実施の形態によれば次のような効果を奏することができる。
本実施の形態に係る二相冷媒流用整流装置２０は、一端に入口を、他端に出口を備えた管状ケース２１と、入口側に設けられた絞り２５と、絞り２５の後流側に設けられた、冷媒流を旋回させる固定羽根３０とからなるので、二相冷媒流用整流装置２０に流入する冷媒量が多いときは、絞り２５から噴出された冷媒が固定羽根３０に衝突して強い旋回流に変換される。この結果、従来の固定翼のみのものと比較すると気相、液相の分離がより効果的に行われることになり、冷暖房用膨張機構１２における冷媒通過音が小さくなる。また、この二相冷媒流用整流装置２０は、流入する冷媒量が少ないときは、絞り２５から噴出される冷媒の流速が遅く、この冷媒が固定羽根３０に衝突しても強い旋回流を形成することが困難になる。しかしながら、絞り２５から噴出された冷媒の固定羽根３０への衝突と弱いながらも発生する旋回流とにより、気泡が微細化されて液相冷媒中へ均一に混合され、膨張機構における冷媒通過音が小さくなる。
【００２６】
また、このように形成された二相冷媒流用整流装置２０において、固定羽根３０は、軸部材３１に対し円周方向に均等間隔に複数の翼部材３２が設けられ、この軸部材３１は、冷媒流れに晒される部分が冷媒の流れ方向に拡大する円錐状に形成されているので、絞り２５から噴出される冷媒を円錐状軸部材３１に衝突させることにより、固定羽根３０と協働して旋回流が効率よく形成されるため、旋回流による気液分離効果が向上し、冷暖房用膨張機構１２における冷媒通過音をより小さくすることができる。
【００２７】
また、管状ケース２１は、固定羽根３０の収納部２２を径大にし、固定羽根３０の後流側を縮小テーパ状に形成したので、固定羽根３０に必要なスペースを確保することが容易になるとともに、旋回流を阻害することなく、冷暖房用膨張機構１２の入口側に対し、気相、液相に分離された冷媒流の状態で、又は気泡を細分化して液冷媒中に微細化された気泡を均等に分散させた状態で冷媒を流すことができ、冷暖房用膨張機構１２における冷媒通過音の低下に好適な構成とすることができる。
【００２８】
また、本実施の形態においては、上記のように構成された二相冷媒流用整流装置２０を用いた冷凍装置としてのヒートポンプ式多室型空気調和機を形成しているので、静粛な空気調和装置を提供することができる。
【００２９】
実施の形態２．
本発明は、上記実施の形態１では冷凍装置の一つであるヒートポンプ式多室型空気調和機に具体化されていたが、このような冷凍装置ばかりではなく、他の冷凍装置にも適用可能である。実施の形態２はその一例を示す。なお、図４は本発明の実施の形態２に係る冷房、暖房及び除湿運転可能な空気調和機の冷媒回路図である。
【００３０】
本実施の形態２に係る冷房、暖房及び除湿運転可能な空気調和機は、図４に示すように室外ユニット４０に対し連絡配管４３、４４を使用して１台の室内ユニット５０が接続されている。
【００３１】
また、図４に示されるように、室外ユニット４０には、圧縮機４５、室外コイル４６、室外ファン４７、電動膨張弁からなる冷暖房用膨張機構４８、四路切換弁４９などが収納され、冷媒配管により接続されている。また、室内ユニット５０には、第１室内コイル５１、第２室内コイル５２、室内ファン５３、電動膨張弁からなる除湿用膨張機構５４、１個の整流装置２０などが収納されている。
【００３２】
なお、整流装置２０は、上記実施の形態１において説明したものであり、実施の形態１のものと同様に作用する。また、この整流装置２０は、除湿用膨張機構５４が冷暖房時に開放され、除湿時にのみ開度調整して使用されるので、除湿時に作用するように、除湿運転時における除湿用膨張機構５４の上流側のみに配置されている。
【００３３】
上記のように構成されたこの空気調和機は、次のように運転される。
冷房運転時には、四路切換弁４９は図示実線の切換位置とされ、冷暖房用膨張機構４８は圧縮機吸入ガスの過熱度が所定値となるように開度調整され，除湿用膨張機構５４は全開とされる。
この冷房運転時においては、圧縮機４５から吐出された冷媒は、四路切換弁４９、室外コイル４６、冷暖房用膨張機構４８、連絡配管４３、第１室内コイル５１．整流装置２０、除湿用膨張機構５４、第２室内コイル５２、連絡配管４４、四路切換弁４９、圧縮機４５と循環する。このとき室外コイル４６が凝縮器として作用し、第１及び第２室内コイル５１，５２が蒸発器として作用するので、室内空気は室内コイル５１，５２で冷却減湿され冷房が行われる。
【００３４】
また、暖房運転時には、四路切換弁４９は図示点線の切換位置とされ、冷暖房用膨張機構４８は、室外コイル４６出口の過熱度が所定値となるように開度調整され，除湿用膨張機構５４は全開とされる。
この暖房運転時においては、圧縮機４５から吐出された冷媒は、四路切換弁４９、連絡配管４４、第２室内コイル５２、除湿用膨張機構５４、整流装置２０、第１室内コイル５１、連絡配管４３、冷暖房用膨張機構４８、室外コイル４６、四路切換弁４９、圧縮機４５と循環する。このとき室内コイル５１，５２が凝縮器として作用し、室外コイル４６が蒸発器として作用するので、室内空気は第１室内コイル５１及び第２室内コイル５２で加熱され暖房が行われる。
【００３５】
また、除湿運転時には、四路切換弁４９は図示実線の切換位置とされ、冷暖房用膨張機構４８は全開とされ、除湿用膨張機構５４は室内コイル５２出口の過熱度が所定値となるように開度調整される。
この除湿運転時においては、圧縮機４５から吐出された冷媒は、四路切換弁４９、室外コイル４６、冷暖房用膨張機構４８、連絡配管４３、第１室内コイル５１．整流装置２０、除湿用膨張機構５４、第２室内コイル５２、連絡配管４４、四路切換弁４９、圧縮機４５と循環する。このとき室外コイル４６及び第１室内コイル５１が凝縮器として作用し、第２室内コイル５２が蒸発器として作用するので、室内空気は第２室内コイル５２で冷却減湿され、第１室内コイルで再熱されて、室内空気の除湿が行われる。
【００３６】
以上のごとく構成された実施の形態２の冷房、暖房及び除湿運転可能な空気調和機では、室内ユニット５０に収納されている膨張機構５４は除湿運転時のみ膨張機構として作用するので、除湿運転時の冷媒通過音が問題となるが、前述のように除湿用膨張機構５４の入口側に整流装置２０が設けられているので、この整流装置の整流作用により除湿用膨張機構５４を通過する冷媒音が小さくなる。
【００３７】
【発明の効果】
本発明に係る二相冷媒流用整流装置によれば、一端に入口を、他端に出口を備えた管状ケースと、入口側に設けられた絞りと、絞りの後流側に設けられた、冷媒流を旋回させる固定羽根とからなるので、膨張機構に流入する冷媒は気相、液相に分離した冷媒流となり、膨張機構を通過する冷媒音が小さくなる。また、二相冷媒流用整流装置に流入する冷媒量が少ないときは、膨張機構に流入する冷媒は気泡が微細化されて液相冷媒中に均一に混合した状態となり、冷媒が膨張機構を通過するときの圧力変動が防止され、膨張機構を通過する冷媒音が小さくなる。
また、このように構成された二相冷媒流用整流装置を使用して構成された冷凍装置では、冷媒通過音が小さくなり、静粛な運転が行える。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１に係る多室型空気調和機の冷媒回路図である。
【図２】同空気調和機に用いられている二相冷媒流用整流装置の分解斜視図である。
【図３】同二相冷媒流用整流装置における旋回冷媒流の説明図である。
【図４】本発明の実施の形態２に係る冷房、暖房及び除湿運転可能な空気調和機の冷媒回路図である。
【符号の説明】
２０　　　二相冷媒流用整流装置
２１　　　管状ケース
２２　　　径大部
２３　　　縮小テーパ部
２４　　　蓋部材
３０　　　固定羽根
３１　　　円錐状の軸部材
３２　　　翼部材

Claims (4)

1. 一端に入口を、他端に出口を備えた管状ケースと、入口側に設けられた絞りと、絞りの後流側に設けられた、冷媒流を旋回させる固定羽根とからなる二相冷媒流用整流装置。
2. 前記固定羽根は、軸部材に対し円周方向に均等間隔に複数の翼部材が設けられ、この軸部材は、冷媒流れに晒される部分が冷媒の流れ方向に拡大する円錐状に形成されている請求項１記載の二相冷媒流用整流装置。
3. 前記管状ケースは、固定羽根収納部を径大にし、固定部の後流側を縮小テーパ状に形成したものである請求項１又は２記載の二相冷媒流用整流装置。
4. 請求項１〜３の何れか１項に記載の二相冷媒流用整流装置を膨張弁の上流側に設けた冷凍装置。

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