JP2008309374A - 空気調和機 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒とともに冷凍サイクルを循環して圧縮機に流入し、圧縮機の信頼性を損なう、鉄分や銅粉などの固形物を捕捉するフィルタにおいて、冷媒流体力による破損を抑制する濾過装置を提供する。
【解決手段】圧縮機、四方弁、室外熱交換器、及び室外膨張弁を備える室外ユニットと、室内熱交換器及び室内膨張弁を備える室内ユニットとを、液冷媒配管及びガス冷媒配管で連結して空気調和機を構成する。冷媒配管，と室外ユニットとのそれぞれの接続口に濾過装置４３を設け、各濾過装置４３を、冷媒配管と両端で連通する本体容器４８と、本体容器４８の内部に設けられ冷媒とともに循環する固形物を捕捉するフィルタ４９とで構成する。そして、フィルタ４９の冷媒通流方向の両端部を、それぞれ固定板５５，６０を介して本体容器４８に固定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、空気調和機に係り、具体的には、冷凍サイクルを循環して圧縮機に流入する固形物を捕捉する濾過装置を有する空気調和機に関する。

空気調和機は、圧縮機と、四方弁と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器と、凝縮された冷媒を減圧する膨張弁と、減圧された冷媒を蒸発する蒸発器などを、冷媒配管で連結して冷凍サイクルを形成している。

このような空気調和機において、冷凍サイクル中に混入した鉄分や銅粉などの固形物が、冷媒とともに冷凍サイクルを循環して圧縮機に流入し、圧縮機の信頼性を損なう場合がある。

そこで、従来から、冷媒配管に固形物を捕捉する濾過装置を設けることが知られている。濾過装置は、例えば特許文献１に記載されているように、両端が開口して冷媒配管にそれぞれ連通する円筒状の外筒と、外筒の内部に冷媒通流方向に延在し、一端が開口、他端が閉口の円筒状の濾過網（フィルタ）などを備えており、フィルタの開口側から流入する固形物を捕捉するものである。

ところで、特許文献１には、このフィルタの開口側の端部と外筒とを、支持板を介して固定することが記載されており、この支持構造によれば、フィルタを確実に支持することができるとされている。

特開２００３−２７９２００号公報

しかしながら、上記特許文献１のフィルタ支持構造では、冷媒の流体力によりフィルタ自体の変形などによる破損を招くおそれがある。

すなわち、空気調和機は、四方弁によって冷媒の流れ方向を切り替えることで冷房、暖房を切り替えるものであるので、濾過装置への冷媒の流入方向も運転切り替えに伴って切り替わることとなる。したがって、いずれか一方の運転モードの際は、濾過装置の円筒フィルタの閉口側から冷媒が流入し、閉口側から開口側に向かって冷媒の流体力が作用することとなる。すると、この流体力によって、例えばフィルタが延在方向に沿ってつぶれるように変形するなどの破損が生じる場合がある。

なお、特許文献１には、フィルタの底部（閉口側）をコイルバネで受けて、フィルタを開口側に付勢して押さえ込む構造も記載されているが、この場合も同様に閉口側から作用する流体力に対しては、フィルタの変形破損を有効に抑制できるとはいえない。

そこで、本発明は、冷凍サイクルを循環する固形物を捕捉するフィルタの冷媒流体力による破損を抑制することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明の空気調和機は、圧縮機と、四方弁と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを、冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成してなり、圧縮機の吸入側及び吐出側の冷媒配管のそれぞれに、四方弁の切り替えに伴って、冷凍サイクルを異なる方向に循環する固形物を捕捉する濾過装置が設けられる。そして、各濾過装置は、冷媒の上流側及び下流側の配管とそれぞれ連通する開口部が設けられた容器と、この容器の両開口部を隔てて固形物を捕捉するフィルタとを有しており、フィルタが袋状に形成されるとともに、開口側と底部側とがそれぞれ容器に固定される。

これによれば、フィルタの開口側及び底部側の両方がそれぞれ容器に固定されるので、底部側（閉口側）から冷媒が流入して流体力が作用しても、フィルタの胴体部分のつぶれ変形などの破損を抑制することができる。

この場合において、フィルタの開口側の端部と容器とを、この端部から冷媒通流方向に対して放射方向外側の全周にわたって延在する鍔部を有する固定板を介して固定するとともに、フィルタの底部側の端部と容器とを、この端部から冷媒通流方向に対して放射方向外側の周の一部に延在する鍔部を有する固定板を介して固定することができる。

ここで、フィルタに固定物が捕捉されて堆積すると、フィルタの流体抵抗が大きくなるので、フィルタの底部側（閉口側）の端部と容器とを固定する固定板の鍔部は、流体抵抗を最小限とすべく、冷媒流れ方向に対する面積が必要最小限となるよう形成されることが望ましい。

また、各固定板と各端部との接合、及び各固定板の鍔部と容器との接合は、ろう付け、かしめ、溶接、及びリベットの少なくとも１つにより行うことができる。

また、このような濾過装置は、圧縮機、四方弁、室外熱交換器、及び室外膨張弁を備えた室外機と、室内膨張弁、室内熱交換器を備えた室内機とを、液冷媒配管及びガス冷媒配管で接続して形成される空気調和機の、室外機と液冷媒配管及びガス冷媒配管とのそれぞれの接続口に設けることができる。

これによれば、例えば、室外機と室内機とを接続する既設の液冷媒配管及びガス冷媒配管を再利用して、室外機と室内機をリニューアルするような場合に、配管洗浄などの手間を省き、かつ圧縮機の固形物による信頼性低下を抑制することができる。

本発明によれば、冷凍サイクルを循環する固形物を捕捉するフィルタの冷媒流体力による破損を抑制することができる。

以下、本発明を適用してなる空気調和機の実施形態を図１〜５を用いて説明する。図１は、空気調和機の全体構成を示す図である。空気調和機１０は、室外ユニット２０と、室内ユニット３０とが、液冷媒配管４０及びガス冷媒配管４１によって接続されて構成されている。

室外ユニット２０は、冷媒を圧縮する圧縮機２１と、冷暖房切り替えに対応して冷媒流路を切り替える四方弁２２と、冷媒と室外空気などとの熱交換を行う室外熱交換器２３と、冷媒を減圧する室外膨張弁２４と、余剰液冷媒を溜める受液器２５と、液冷媒配管４０及びガス冷媒配管４１のそれぞれとの接続口近傍に設けられる室外液阻止弁２６，室外ガス阻止弁２７などを備えて構成されている。そしてこれらの構成部品は冷媒配管２８で連結されている。

室内ユニット３０は、冷媒を減圧する室内膨張弁３１と、冷媒と室内空気などとを熱交換する室内熱交換器３２などを備えて構成されており、これらの構成部品は冷媒配管３３で連結されている。

ここで、本実施形態の空気調和機の運転動作について説明する。まず、冷房運転モードでは、圧縮機２１で圧縮されたガス冷媒は、供給先を切り替える四方弁２２を介して室外熱交換器２３に送られ、ここで室外空気などの外部熱源と熱交換されて凝縮、液化する。この液冷媒は、室外膨張弁２４を通過して受液器２５に余剰冷媒を溜めた後、室外液阻止弁２６，液冷媒配管４０を介して室内ユニット３０に送られる。

室内ユニット３０に送られた液冷媒は、室内膨張弁３１により減圧され低圧の二相冷媒となり、その後室内熱交換器３２で室内空気と熱交換して室内を冷房するとともに蒸発され低圧ガス冷媒となる。低圧ガス冷媒は、ガス冷媒配管４１を通流して室外ユニット２０へ送られ、室外ガス阻止弁２７，四方弁２２を介して圧縮機２１に戻る。

一方、暖房運転モードでは、四方弁２２が切り替えられ、圧縮機２１で圧縮されたガス冷媒は、四方弁２２を介して室外ガス阻止弁２７に送られ、ガス冷媒配管４０を通って室内ユニット３０に流入する。ガス冷媒は、室内熱交換器３２で室内空気と熱交換して室内を暖房するとともに凝縮して液冷媒となり、その後室内膨張弁３１，液冷媒配管４０を通流して室外ユニット２０へ送られる。

室外ユニット２０に送られた液冷媒は、室外液阻止弁２６を通り、余剰冷媒を受液器２５に余剰冷媒を溜めた後、室外膨張弁２４により減圧され低圧の二相冷媒となる。その後、室外熱交換器２３で室外空気などの外部熱源と熱交換して蒸発し、低圧ガス冷媒となる。低圧ガス冷媒は、四方弁２２を介して圧縮機２１に戻る。

このような空気調和機では、冷凍サイクル中に混入した鉄分や銅粉等の固形物が、冷媒とともに冷凍サイクルを循環し、圧縮機に流入することによって、例えば圧縮機の摺動部の摩耗を促進するなどして圧縮機の信頼性、寿命を損なう場合がある。

そこで、本実施形態では、冷房運転モードの際に、圧縮機に固形物が流入するのを防止するために、室外ガス阻止弁２７とガス冷媒配管４１との接続口に濾過装置４３が設けられている。また、暖房運転モードの際に、圧縮機への固形物の流入を防止するために、室外液阻止弁２６と液冷媒配管４０との接続口にも濾過装置４３が設けられている。つまり、冷房運転と暖房運転では、互いに冷媒の循環方向が反対になるため、サイクルの２箇所に濾過装置４３が設けられている。

濾過装置は、図２に示すように、円筒状の銅管である胴体部４５、胴体部４５の両端から連続して漸次縮径しながら延在する絞り部４６、絞り部４６の端部から連続して円筒状に延在し、冷媒配管と連通する開口を有する連通部４７などから構成される本体容器４８と、この本体容器４８の内部の胴体部４５に対応する位置に設けられ、胴体部４５より小径の円筒状のフィルタ４９などを備えている。

フィルタ４９は一端が開口、他端が閉口のコップ形状であり、本体容器４８の両開口を隔てるように袋状に設けられている。図示矢印の方向に冷媒が通流した際に固形物を捕捉するとともに、捕捉空間５０に固形物を堆積させる。

そして、本実施形態では図１に示すように、濾過装置４３は、フィルタ４９の閉口側が室外ユニット２０側になるように設けられる。これにより、液冷媒配管４０、ガス冷媒配管４１、及び室内ユニット３０内に存在する固形物は、冷房運転モードであればガス冷媒配管側のフィルタに、暖房運転モードであれば液冷媒配管４０側のフィルタに捕捉され、室外ユニット２０に流入することがないので、圧縮機の保護を図ることができる。なお、濾過装置４３のフィルタ４９の開口側と閉口側との方向を入れ替えてもよい。

次に、本実施形態の特徴部である濾過装置のフィルタ固定構造について説明する。図２は、本実施形態のフィルタ固定構造を示す断面図である。また、図３は、フィルタ開口側端部と本体容器とを固形する固定板の斜視図、図４は、フィルタ閉口側端部と本体容器とを固定する固定板の平面図である。なお、本体容器４８、フィルタ４９自体の構成については上述した通りである。

フィルタ４９の開口側の端部は、図２に示すように固定板５５を介して本体容器４８に支持固定される。固定板５５は、図３に示すように、冷媒が通流する流体通過穴５６が形成され、フィルタの開口側が嵌まり込むリング状の接合部５７と、接合部５７の端部から冷媒通流方向に対して放射方向外側の全周にわたって延在するリング状の鍔部５８とを有して構成されている。

固定板５５の接合部５７にフィルタの開口側が嵌め込まれ、両者は、ろう付け或いは溶接などで接合される。また、固定板５５の鍔部５８は、かしめ部５９で本体容器４８の胴体部４５にかしめられて固定される。これにより、フィルタ４９の開口側と本体容器４８とが固定板５５を介して固定される。

一方、図２に示すように、フィルタ４９の閉口側（底部側）は、固定板６０を介して本体容器４８に支持固定される。固定板６０は、図４に示すように、本体容器４８の胴部４５の内径の周方向に沿って互いに間隔をあけて３箇所に設けられた鍔部６１と、各鍔部６１から中心方向に延在して合流する接合部６２とを有して構成されている。固定板６０は、言い換えれば、本体容器４８の胴部４５の内径にあわせた円板から、各鍔部６１及び各接合部６２を残し、それ以外の部分をカットした形状である。また、各接合部６２が合流する部位にはフィルタ４９の閉口側との接合穴６３が形成されている。

固定板６０の接合部６２は、ろう付け、溶接、或いは接合穴６３を用いたリベットによりフィルタの閉口側と接合される。また、固定板６０の鍔部６１は、かしめ部５９で本体容器４８の胴体部４５にかしめられて固定される。これにより、フィルタ４９の閉口側と本体容器４８とが固定板６０を介して固定される。なお、固定板５５，６０は、銅や鉄などの金属、或いは樹脂などで形成することができる。また、各固定板５５，６０の鍔部５８，６１と、本体容器４８の胴体部４５との固定は、かしめ以外にも、ろう付け、溶接など適宜選択することができる。

このように、フィルタ４９の延在方向の両端部がそれぞれ本体容器４８に固定されるので、閉口側から冷媒が流入して流体力が作用しても、フィルタ４９の胴体部分のつぶれ変形などの破損を抑制することができる。

すなわち、冷暖房運転切り替えなどにより濾過装置への冷媒の流入方向は変わるので、必然的にフィルタの閉口側から冷媒が流入する場合が生じる。例えば、図５に示す従来技術のように、フィルタ４９の開口側のみを本体容器に固定する固定構造だと、閉口側から冷媒が流入して流体力がかかり、フィルタが冷媒通流方向に沿ってつぶれるように破損する場合がある。濾過装置内のフィルタへかかる流体力は断面積×圧力損失という関係であるので、特に濾過装置の外径が大きくなるにつれて、このようなフィルタの破損などの問題は顕著になる。

これに対して、本実施形態では、フィルタ４９の閉口側の端部も本体容器４８に固定されているので、冷媒通流方向が切り替わって開口側、閉口側のどちらから冷媒が通流したとしても、フィルタの破損を抑制することができる。

また、フィルタ４９に固形物が捕捉されて堆積すると、この部位の流体抵抗は大きくなる。そこで、本実施形態では、冷媒の主な流路となるフィルタ４９の外周と本体容器４８との隙間に位置する固定板６０の鍔部６１の冷媒流れ方向に対する面積を、必要最低限の面積としている。これにより、フィルタ変形抑制の固定力を確保しつつ、濾過装置４３の流体抵抗を抑制することができる。なお、固定板６０の板厚はロールカシメのピッチ及び流体力に対する強度を確保できる厚さに適宜設定する。

なお、本実施形態の濾過装置は、室外ガス阻止弁２７とガス冷媒配管４１との接続口に設けられているが、これに限らず、例えば室外ユニット２０内の圧縮機２１の吸入側及び吐出側の冷媒配管に設けてもよい。

また、本実施形態では、円筒の一端を開口、他端を閉口としたコップ状のフィルタを採用しているが、これに限らず、例えば、円錐状、角錐状など冷媒通流方向に延在する胴体部を有する袋状のフィルタを採用することもできる。

本実施形態の空気調和機の全体構成を示す図である。 本実施形態のフィルタ固定構造を示す断面図である。 フィルタの開口側端部と本体容器とを固形する固定板の斜視図である。 フィルタの閉口側端部と本体容器とを固定する固定板の平面図である。 従来技術のフィルタ固定構造でのフィルタ破損状態の例を示す図である。

符号の説明

１０ 空気調和機
２０ 室外ユニット
２１ 圧縮機
２２ 四方弁
２３ 室外熱交換器
２４ 室外膨張弁
３０ 室内ユニット
３１ 室内膨張弁
３２ 室内熱交換器
４０ 液冷媒配管
４１ ガス冷媒配管
４５ 胴体部
４６ 絞り部
４７ 連通部
４８ 本体容器
４９ フィルタ
５５，６０ 固定板
５６ 流体通過穴
５７，６２ 接合部
５８，６１ 鍔部
５９ かしめ部
６３ 接合穴

Claims (4)

1. 圧縮機と、四方弁と、凝縮器と、膨張弁と、蒸発器とを、冷媒を循環する配管で連結して冷凍サイクルを形成してなる空気調和機であって、
   前記圧縮機の吸入側及び吐出側の冷媒配管のそれぞれに、前記四方弁の切り替えに伴って、冷凍サイクルを異なる方向に循環する固形物を捕捉する濾過装置が設けられ、
   前記各濾過装置は、冷媒の上流側及び下流側の配管とそれぞれ連通する開口部が設けられた容器と、該容器の両開口部を隔てて前記固形物を捕捉するフィルタとを有し、前記フィルタは袋状に形成されるとともに、開口側と底部側とがそれぞれ前記容器に固定されてなることを特徴とする空気調和機。
2. 前記フィルタの開口側の端部と前記容器とが、該端部から冷媒通流方向に対して放射方向外側の全周にわたって延在する鍔部を有する固定板を介して固定されるとともに、前記フィルタの底部側の端部と前記容器とが、該端部から冷媒通流方向に対して放射方向外側の周の一部に延在する鍔部を有する固定板を介して固定され、前記各固定板と前記各端部との接合、及び前記各固定板の鍔部と前記容器との接合が、ろう付け、かしめ、溶接、及びリベットの少なくとも１つにより行われてなる請求項１の空気調和機。
3. 前記固定板が、銅、鉄、及び樹脂の少なくとも１つで形成されてなる請求項２の空気調和機。
4. 前記空気調和機が、前記圧縮機、四方弁、凝縮器及び蒸発器のいずれか一方である室外熱交換器、及び室外膨張弁を備えた室外機と、室内膨張弁、前記凝縮器及び蒸発器の他方である室内熱交換器を備えた室内機とを、液冷媒配管及びガス冷媒配管で接続して形成され、
   前記各濾過装置が、前記室外機と前記液冷媒配管及び前記ガス冷媒配管とのそれぞれの接続口に設けられてなる請求項１の空気調和機。

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