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