JP7295496B2

JP7295496B2 - 空気調和装置

Info

Publication number: JP7295496B2
Application number: JP2019098203A
Authority: JP
Inventors: 吉隆杉田; 義美渡邊
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd; Aisin Corp
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2019-05-27
Filing date: 2019-05-27
Publication date: 2023-06-21
Anticipated expiration: 2039-05-27
Also published as: JP2020193735A

Description

本発明は、空気調和装置に関する。

例えば、下記特許文献１に記載されているように、室外機及び室内機に冷媒を循環させて室内空気の温度を調整する空気調和装置は知られている。この空気調和装置は、圧縮機、室外熱交換器及び室内熱交換器、並びに冷媒の流路としての冷媒管を備える。圧縮機は、冷媒を吸入し、前記冷媒を圧縮して吐出する。冷房運転において、圧縮機の吐出口から吐出された冷媒は、室外熱交換器及び室内熱交換器をこの順に経由し、圧縮機の吸入口に戻る。一方、暖房運転において、圧縮機の吐出口から吐出された冷媒は、室内熱交換器及び室外熱交換器をこの順に経由し、圧縮機の吸入口に戻る。

さらに、この空気調和装置は、圧縮機の吐出口から吐出された冷媒（高圧のガス状の冷媒（ホットガス））の一部を、室外熱交換器及び室内熱交換器を経由させることなく（バイパスさせて）、圧縮器の吸入口側へ直接的に戻すためのホットガスバイパス管を備える。

特開２０１８‐１６９０６４号公報

上記のホットガスバイパス管の一端（圧縮機とは反対側の端部）は、室外熱交換器及び室内熱交換器から圧縮機の吸入口に至る冷媒管の中間部に接続されている。この接続点にて、圧縮機の吐出口から吐出された冷媒（ホットガス）と、室外熱交換器又は室内熱交換器から吐出された冷媒とが合流する。一般に、この合流点において、前者の冷媒の流速が、後者の冷媒の流速より大きい。このように、流速が異なる流体が合流すると、当該部位にて、異音が生じる。

本発明は、冷媒が合流することにより生ずる異音を低減できる空気調和装置を提供することを目的とする。なお、下記本発明の各構成要件の記載においては、本発明の理解を容易にするために、実施形態の対応箇所の符号を括弧内に記載しているが、本発明の各構成要件は、実施形態の符号によって示された対応箇所の構成に限定解釈されるべきものではない。

上記目的を達成するために、本発明に係る空気調和装置（１）は、室外機（１０）及び室内機（２０）に冷媒を循環させて室内空気の温度を調整する空気調和装置であって、前記冷媒を吸入し、前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機（１１）と、前記冷媒と室外空気との間に熱伝達を生じさせる室外熱交換器（１４）と、前記冷媒と前記室内空気との間に熱伝達を生じさせる室内熱交換器（２１）と、前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器から吐出された、ガス状の冷媒と液状の冷媒との混合冷媒を、前記ガス状の冷媒と前記液状の冷媒とに分離し、前記分離した液状の冷媒を貯留するアキュムレーター（１７）と、前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器から吐出された前記混合冷媒を前記アキュムレーターに導入する第１冷媒管（３１）と、前記圧縮機から吐出されたガス状の冷媒を前記アキュムレーターに導入する第２冷媒管（３３）と、前記第１冷媒管の一端部であって、前記アキュムレーター側の端部における前記混合冷媒の流速を、前記第１冷媒管の他端部における前記混合冷媒の流速よりも増大させる加速構造、及び前記第２冷媒管の一端部であって、前記アキュムレーター側の端部における前記ガス状の冷媒の流速を、前記第２冷媒管の他端部における前記ガス状の冷媒の流速よりも低減させる減速構造のいずれか一方の構造又は両方の構造を備え、前記加速構造は、前記第１冷媒管の一端部に設けられたノズル（ＮＺ）である。

本発明の他の態様に係る空気調和装置において、前記減速構造は、前記第２冷媒管の一端部に設けられたディフューザー（ＤＦ）である。

本発明の他の態様に係る空気調和装置において、前記減速構造は、前記第２冷媒管の一端部が、前記アキュムレーター内において分離されて貯留された液状の冷媒中にて開口された構造を含む。

これによれば、加速構造及び減速構造の一方又は両方により、合流する２つの冷媒の流速の差（相対速度）を比較的小さく設定できる。これにより、冷媒が合流することにより生ずる異音を低減できる。

本発明の第１実施形態及び第２実施形態に係る空気調和装置の概略構成を示す冷媒回路図である。本発明の第１実施形態に罹るアキュムレーターの概観を示す斜視図である。図２のアキュムレーターの軸方向（鉛直方向）に垂直な断面図である。図２のアキュムレーターの軸方向に平行な断面図である。本発明の第２実施形態に係るアキュムレーターの軸方向（鉛直方向）に垂直な断面図である。本発明の変形例に係るアキュムレーターの軸方向（鉛直方向）に垂直な断面図である。

（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態に係る空気調和装置１について説明する。空気調和装置１は、図１に示すように、室外機１０と室内機２０とを備える。また、空気調和装置１は、室外機１０及び室内機２０の間を循環する冷媒の流路としての冷媒管３０を備える。つまり、室外機１０及び室内機２０の各構成部品が、冷媒管３０を構成する複数の管で接続されている。また、空気調和装置１は、室外機１０及び室内機２０を制御する制御装置ＣＴを備える。室外機１０及び室内機２０内の装置の構成は周知の空気調和装置と略同一である。以下、室外機１０及び室内機２０の概略構成について説明する。

室外機１０は、圧縮機１１、オイルセパレーター１２、四方切替弁１３、室外熱交換器１４、流量調整弁１５、レシーバー１６及びアキュムレーター１７を備える。圧縮機１１は、図示しないガスエンジンを含み、ガスエンジンの回転駆動力によって駆動される。圧縮機１１（ガスエンジンを含む）の摺動部が潤滑油を用いて潤滑される。圧縮機１１は吸入口及び吐出口を有する。圧縮機１１は、吸入口から低圧ガス状の冷媒を吸入し、吸入した冷媒を圧縮して吐出口から吐出する。オイルセパレーター１２は、圧縮機１１から吐出された冷媒に含まれる潤滑油を分離して貯留する。

四方切替弁１３は４個のポートＰ１～Ｐ４を有する。四方切替弁１３は、ポートＰ１とポートＰ４とが連通し、且つポートＰ２とポートＰ３とが連通した第１の状態と、ポートＰ１とポートＰ２とが連通し、且つポートＰ３とポートＰ４とが連通した第２の状態とを切り替え可能である。

室外熱交換器１４は、放熱フィンを備えた複数のパイプを備える。室外熱交換器１４は、２つのポートを備える。一方のポートに導入された冷媒が前記複数のパイプを通って他方のポートから吐出される。

室外熱交換器１４は、図示しないファン（送風機）を含む。このファンにより、外気が室外熱交換器１４に吹き付けられる。これにより、室外熱交換器１４の内部を流通する冷媒と外気との間で熱交換が生じる。

流量調整弁１５は、冷媒管３０を流れる冷媒の流量を調整する。レシーバー１６は、液化した冷媒を一時的に貯留する。

アキュムレーター１７は、鉛直方向に延びる円筒状の側壁部を有する容器である。後述するように、アキュムレーター１７は、ガス状の冷媒と液状の冷媒とが混合した混合冷媒を、ガス状の冷媒と液状の冷媒とに分離して、液状の冷媒を貯留し、ガス状の冷媒のみを圧縮機１１に帰還させる。

つぎに、室内機２０は、室内熱交換器２１及び膨張弁２２を備える。室内熱交換器２１の構成は、室外熱交換器１４の構成と略同一である。室内熱交換器２１は、冷媒を導入するとともに、導入した冷媒と周囲空気との間に熱交換（熱伝達）を生じさせる。膨張弁２２は、冷媒を減圧させる。

上記の空気調和装置１の各構成部品は、つぎのように接続されている。圧縮機１１の吐出口と四方切替弁１３のポートＰ１とがオイルセパレーター１２を介して接続されている。四方切替弁１３のポートＰ４と室外熱交換器１４の一方のポートとが接続されている。四方切替弁１３のポートＰ３と逆止弁１８の導入口とが接続されている。逆止弁１８の吐出口とアキュムレーター１７の導入口が、冷媒管３１を介して接続されている。具体的には、図４に示すように、冷媒管３１の一端部が、アキュムレーター１７の上面に設けられた導入口から内部に挿入されていて、アキュムレーター１７内の上部にて開口されている。さらに、アキュムレーター１７の平面視において、冷媒管３１の一端部の延設方向が、側面部の接線方向に平行である。なお、冷媒管３１は、本発明の第１冷媒管に相当する。また、アキュムレーター１７の排出口と圧縮機１１の吸入口とが冷媒管３２を介して接続されている。

また、室外熱交換器１４の他方のポート（四方切替弁１３とは反対側）と流量調整弁１５とが接続されている。流量調整弁１５と膨張弁２２とが、レシーバー１６を介して接続されている。また、室内熱交換器２１の一方のポートが、膨張弁２２に接続されている。また、室内熱交換器２１の他方のポートが、四方切替弁１３のポートＰ２に接続されている。

また、ホットガスバイパス管３３により、室外熱交換器１４及び室内熱交換器２１がバイパスされている。具体的には、ホットガスバイパス管３３の一端が、アキュムレーター１７の側面部における下部から内部へ挿入され、アキュムレーター１７内に貯留された液状の冷媒内にて開口されている（図４参照）。なお、ホットガスバイパス管３３は、本発明の第２冷媒管に相当する。ホットガスバイパス管３３にはホットガスバイパス開閉弁３３ａが介装されている。ホットガスバイパス管３３の他端が、四方切替弁１３とオイルセパレーター１２との中間点（分岐点３０ａ）に接続されている（図１参照）。

また、空気調和装置１は、各部の温度、圧力などをそれぞれ検出する複数のセンサを備える。

制御装置ＣＴは、演算装置、メモリ、タイマーなどからなるマイクロコンピュータを備える。制御装置ＣＴは、ユーザーが、空調モード（冷房モード又は暖房モード）、目標の室温、風量などを設定する際に用いるスイッチ、表示装置などを備えた操作パネルを含む。これらの設定情報は、制御装置ＣＴのマイクロコンピュータに入力される。制御装置ＣＴは、上記の設定情報、各種センサから取得した温度情報及び圧力情報に基づいて、室外機１０及び室内機２０を制御する。例えば、空気調和装置１の空調モードが冷房モードであるとき、四方切替弁１３の切換状態を第１の状態に設定する。一方、空気調和装置１の空調モードが暖房モードであるとき、四方切替弁１３の切換状態を第２の状態に設定する。

上記のように構成された空気調和装置１の室内機２０を冷房装置として動作させる場合、四方切替弁１３が第１の状態に設定される。この状態で圧縮機１１から吐出された高圧ガス状の冷媒は、オイルセパレーター１２に導入される。

オイルセパレーター１２から吐出された冷媒が、四方切替弁１３を経由して、室外熱交換器１４に導入される。室外熱交換器１４に導入された高圧のガス状の冷媒は室外熱交換器１４内を流通する間に外気に熱を放出して凝縮する。

外気に熱を放出して凝縮した冷媒は一部液化して室外熱交換器１４から排出される。そして、膨張弁２２で膨張することにより低圧化され、室内機２０の室内熱交換器２１に導入される。室内熱交換器２１に導入された冷媒は室内熱交換器２１内を流通する間に室内空気の熱を奪って一部蒸発する。このとき冷媒が室内空気の熱を奪うことによって室内空気が冷やされる。

室内空気の熱を奪って一部蒸発した冷媒は室内熱交換器２１から排出され、アキュムレーター１７に導入される。室内熱交換器２１から吐出された冷媒は、上記の混合冷媒である。この混合冷媒が冷媒管３１を流通してアキュムレーター１７に至る。上記のように、アキュムレーター１７の平面視において、冷媒管３１の一端部の延設方向が、アキュムレーター１７の側壁部の接線方向に平行である。したがって、冷媒管３１からアキュムレーター１７に混合冷媒が噴出されると、前記混合冷媒が、アキュムレーター１７の側壁部の内面に沿って旋回する旋回流を構成する。このようにして、アキュムレーター１７において、混合冷媒がガス状の冷媒と液状の冷媒とに遠心分離され、ガス状の冷媒のみが圧縮機１１に吸い込まれる。一方、前記分離された液状の冷媒は、アキュムレーター１７の底部に貯留される。

一方、室内機２０を暖房装置として動作させる場合、四方切替弁１３が第２の状態に設定される。この状態で圧縮機１１から吐出された高圧ガス状の冷媒は、オイルセパレーター１２に導入される。

オイルセパレーター１２から吐出された冷媒は、室内熱交換器２１に導入される。室内熱交換器２１に導入された高圧ガス状の冷媒は室内熱交換器２１内を流通する間に室内空気に熱を放出して凝縮する。このとき冷媒から放出された熱によって室内空気が暖められる。室内空気に熱を放出して凝縮した冷媒は室内熱交換器２１から排出される。

そして、冷媒はレシーバー１６を経て室外熱交換器１４に導入される。室外熱交換器１４内を流通する間に外気の熱を奪って蒸発し、室外熱交換器１４から排出される。室外熱交換器１４から排出された冷媒（混合冷媒）は、四方切替弁１３を経由して、冷媒管３１を流通し、アキュムレーター１７に導入される。冷房運転時と同様に、アキュムレーター１７にて、混合冷媒がガス状の冷媒と液状の冷媒とに分離される。そして、ガス状の冷媒のみが圧縮機１１に吸い込まれ、液状の冷媒がアキュムレーター１７に貯留される。

ここで、例えば、低温時に圧縮機１１の吸入口側の冷媒の圧力が下限値に近づいた場合に、ホットガスバイパス開閉弁３３ａが開かれる。これにより、圧縮機１１から吐出された高温・高圧のガス状の冷媒（ホットガス）の一部が、ホットガスバイパス管３３を通って、アキュムレーター１７に導入される。上記のように、ホットガスバイパス管３３の一端が、アキュムレーター１７内に貯留された液状の冷媒内にて開口されている（図３及び図４参照）。したがって、液状の冷媒中に噴出されたホットガスは気泡となって液状の冷媒中を上昇していく。一方、上記のように、冷媒管３１からアキュムレーター１７に混合冷媒が噴出されて、前記混合冷媒が、底部に貯留された液状の冷媒の液面より上方の空間において旋回流を構成している。この旋回流により、底部に貯留された液状の冷媒の液面も旋回している。したがって、ホットガスの気泡が液状の冷媒の液面に近づいて行くと、液状の冷媒の旋回流に沿って、ホットガスの気泡も旋回する。よって、液状の冷媒の液面に達して前記混合冷媒に合流したホットガス（気泡）の旋回速度（流速）と、前記混合冷媒（のうちのガス状の冷媒）の旋回速度（流速）の速度の差（相対速度）を比較的小さく設定できる。つまり、ホットガスと混合冷媒の相対速度をほとんど「０」に設定できる。したがって、ホットガスと混合冷媒とが合流することによる異音の発生を低減できる。

混合冷媒中のガス状の冷媒及びその冷媒に合流したホットガスが冷媒管３２を通って圧縮機１１の吸入口に至る。なお、ホットガスがアキュムレーター１７内の液状の冷媒中に噴出されることにより、前記液状の冷媒が加熱されて、その一部が気化する。この気化した冷媒（ガス状の冷媒）も冷媒管３２を通って圧縮機１１の吸入口に至る。

（第２実施形態）
つぎに、本発明の第２実施形態に係る空気調和装置１Ａについて説明する。空気調和装置１Ａの冷媒回路の構成は、第１実施形態と略同一である。第１実施形態では、ホットガスバイパス管３３の一端が、アキュムレーター１７の底部に貯留された液状の冷媒中にて開口されているが、本実施形態では、ホットガスバイパス管３３の一端が、アキュムレーター１７に貯留された冷媒の液面より上方の空間（旋回している混合冷媒中）にて開口している。さらに、図５又は図６に示すように、ホットガスバイパス管３３の一端部にディフューザーＤＦが設けられている。ディフューザーＤＦは、その開口面積が、ホットガスバイパス管３３の他端部の開口面積（又は中間部の断面積）よりも大きく設定された部材である。そして、アキュムレーター１７の平面視において、ディフューザーＤＦの軸線方向が、アキュムレーター１７の側壁部の接線方向に対して平行に配置されている。これにより、ディフューザーＤＦから噴出されたホットガスは、アキュムレーター１７内にて旋回流を構成する。

一方、冷媒管３１の一端部にノズルＮＺが設けられている。ノズルＮＺは、その開口面積が、冷媒管３１の他端部の開口面積（又は中間部の断面積）よりも小さく設定された部材である。そして、アキュムレーター１７の平面視において、ノズルＮＺの軸線方向が、アキュムレーター１７の側壁部の接線方向に対して平行に配置されている。これにより、ノズルＮＺから噴出された混合冷媒は、アキュムレーター１７内にて旋回流を構成する。

さらに、上記のホットガスの旋回流と、混合冷媒の旋回流の旋回方向が同一になるように、ディフューザーＤＦの開口端の方向とノズルＮＺの開口端の方向が同一に設定されている。

上記のディフューザーＤＦにより、ホットガスバイパス管３３を流通するホットガスの流速が、ホットガスバイパス管３３の一端にて減速される。また、上記のノズルＮＺにより、冷媒管３１を流通する混合冷媒の流速が、冷媒管３１の一端にて加速される。さらに、ホットガスの旋回方向と混合冷媒の旋回方向とが同一である。これにより、ホットガスの流速と混合冷媒の流速との差（相対速度）を比較的小さく設定できる。したがって、ホットガスと混合冷媒とが合流することによる異音の発生を低減できる。

さらに、本発明の実施にあたっては、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能である。

例えば、上記第２実施形態において、ディフューザーＤＦ及びノズルＮＺのうちのいずれか一方を廃止して、ホットガスバイパス管３３又は冷媒管３１の一端を直管にしてもよい。

１…空気調和装置、１Ａ…空気調和装置、１０…室外機、１…圧縮機、１３…四方切替弁、１４…室外熱交換器、１７…アキュムレーター、２０…室内機、２１…室内熱交換、３１…冷媒管、３３…ホットガスバイパス管、３３ａ…ホットガスバイパス開閉弁、ＤＦ…ディフューザー、ＮＺ…ノズル

Claims

室外機及び室内機に冷媒を循環させて室内空気の温度を調整する空気調和装置であって、
前記冷媒を吸入し、前記冷媒を圧縮して吐出する圧縮機と、
前記冷媒と室外空気との間に熱伝達を生じさせる室外熱交換器と、
前記冷媒と前記室内空気との間に熱伝達を生じさせる室内熱交換器と、
前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器から吐出された、ガス状の冷媒と液状の冷媒との混合冷媒を、前記ガス状の冷媒と前記液状の冷媒とに分離し、前記分離した液状の冷媒を貯留するアキュムレーターと、
前記室外熱交換器又は前記室内熱交換器から吐出された前記混合冷媒を前記アキュムレーターに導入する第１冷媒管と、
前記圧縮機から吐出されたガス状の冷媒を前記アキュムレーターに導入する第２冷媒管と、
前記第１冷媒管の一端部であって、前記アキュムレーター側の端部における前記混合冷媒の流速を、前記第１冷媒管の他端部における前記混合冷媒の流速よりも増大させる加速構造、及び前記第２冷媒管の一端部であって、前記アキュムレーター側の端部における前記ガス状の冷媒の流速を、前記第２冷媒管の他端部における前記ガス状の冷媒の流速よりも低減させる減速構造のいずれか一方の構造又は両方の構造を備え、
前記加速構造は、前記第１冷媒管の一端部に設けられたノズルである、空気調和装置。
請求項１に記載の空気調和装置において、
前記減速構造は、前記第２冷媒管の一端部に設けられたディフューザーである、空気調和装置。
請求項１に記載の空気調和装置において、
前記減速構造は、前記第２冷媒管の一端部が、前記アキュムレーター内において分離されて貯留された液状の冷媒中にて開口された構造を含む、空気調和装置。