(57)【要約】【課題】小型で軽量のマフラを備えた空気調和機を提供すること。【解決手段】圧縮機の吐出側に設けられたマフラを、上下方向に配設されるマフラ本体２，４，６と、マフラ本体２，４，６の入口側に設けられた入口側小径部８と、マフラ本体２，４，６の出口側に設けられた出口側小径部１０と、入口側小径部８に接続される入口側接続配管１２と、出口側小径部１０に接続される出口側接続配管１４とで構成し、入口側接続配管１２の出口側を、入口側小径部８を介してマフラ本体２，４，６の内部まで挿入された内管１２ａとし、内管１２ａの下端部をマフラ本体２，４，６の上下方向の中心面の近傍に位置させるようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の吐出側にマフラを設けた空気調和機であって、
前記マフラは、マフラ本体と、該マフラ本体の入口側に設けられた入口側小径部と、前記マフラ本体の出口側に設けられた出口側小径部と、前記入口側小径部に接続される入口側接続配管と、前記出口側小径部に接続される出口側接続配管とを備え、前記入口側接続配管は、前記入口側小径部を介して前記マフラ本体の内部まで挿入された入口側内管を有し、該内管の先端部が前記マフラ本体の長手方向の中心面の近傍に位置していることを特徴とする空気調和機。
【請求項２】
前記マフラ本体と前記入口側小径部との間には、前記入口側小径部の内径より小さい内径を有するくびれ部を形成するとともに、前記内管は前記入口側接続配管を縮径して形成されていることを特徴とする請求項１に記載の空気調和機。
【請求項３】
前記出口側接続配管は、前記出口側小径部を介して前記マフラ本体の内部まで挿入された出口側内管を有していることを特徴とする請求項１あるいは２に記載の空気調和機。
【請求項４】
前記出口側内管に、少なくとも一つの潤滑油逃がし孔あるいはスリットを形成したことを特徴とする請求項３に記載の空気調和機。
【請求項５】
前記マフラ本体の外径Ｄ２と前記入口側内管の外径Ｄ１との比をＤ２／Ｄ１＞２．５に設定したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の空気調和機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、圧縮機の吐出側にマフラを設けた空気調和機に関する。
【背景技術】
【０００２】
空気調和機の基本的な冷凍サイクルは、圧縮機、凝縮器（コンデンサ）、減圧器、蒸発器（エバポレータ）から構成されている。
【０００３】
冷凍サイクルの作動時には、圧縮機を動作させ、圧縮機により冷媒ガスを吸入／圧縮して、圧縮された冷媒ガスを吐出する。圧縮機の吐出工程において圧縮された冷媒ガスは急激に圧縮機内の空間に吐出されるために、低い周波数から高い周波数まで広範囲にわたりガス圧力脈動が励起され、高レベルの騒音を生ずる。ここで特に問題となるのは、圧縮機から発生する音の周波数が０〜５００Ｈｚ、１ｋＨｚ〜５ｋＨｚのレンジのガス圧力脈動によるものである。
【０００４】
また、このガス圧力脈動は、圧縮機からの吐出配管を経由して凝縮器に伝搬し、配管内部や凝縮器内部から部材を励振するため、大きな騒音を外部へ放射する。
【０００５】
このため、通常圧縮機の冷媒吐出側近傍の配管にはマフラが設けられており、配管を介して圧縮機の下流側へ伝搬するガス圧力脈動を軽減している。（例えば、特許文献１あるいは２参照。）。
【０００６】
さらに、特許文献２に記載の空気調和機にあっては、冷房時及び暖房時の両方において、圧縮機で発生するすべての圧力脈動を低減するために、四方弁と室内熱交換器との間にマフラとしての圧力脈動低減部品を配設している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開昭６２−９１５４号公報
【特許文献２】特開２００８−４５７７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、前記従来の構成では、マフラの入口側および出口側に接続される配管よりも内径が大きい空洞を有するマフラ本体は、単に空洞部を有するマフラ本体の前後に配管を接続した構成であり、圧力脈動を軽減し、高い消音効果を得るためには大きいサイズのものが必要であった。
【０００９】
特許文献１あるいは２には、マフラの小型、高性能化についての一切の言及がないが、近年では、空気調和機の小型・軽量化の観点から、マフラの小型・軽量化、高性能化が望まれていた。
【００１０】
本発明は、従来技術の有するこのような問題点に鑑みてなされたものであり、小型・軽量で高性能なマフラを備えた空気調和機を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
前記従来の課題を解決するために、本発明の空気調和機は、圧縮機の吐出側にマフラを設けた空気調和機であって、前記マフラは、マフラ本体と、該マフラ本体の入口側に設けられた入口側小径部と、前記マフラ本体の出口側に設けられた出口側小径部と、前記入口側小径部に接続される入口側接続配管と、前記出口側小径部に接続される出口側接続配管とを備え、前記入口側接続配管は、前記入口側小径部を介して前記マフラ本体の内部まで挿入された入口側内管を有し、該内管の先端部が前記マフラ本体の長手方向の中心面の近傍に位置しているもので、この構成をなすことにより、本発明の空気調和機は圧力脈動の消音効果を増大させ、従来と同等の消音効果を得るにあたっては、より軽量・小型の空気調和機を得ることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、入口側接続配管が、マフラの入口側小径部を介してマフラ本体の内部まで挿入され、入口側接続配管の先端部がマフラ本体の長手方向の中心面近傍に位置するような構成とすることにより、圧縮機のガス圧力脈動を軽減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施の形態におけるマフラの縦断面図
【図２】本発明の実施の形態におけるマフラの縦断面図
【図３】本発明の実施の形態におけるマフラの縦断面図
【図４】従来型マフラの斜視図
【図５】マフラ長を変えた場合の消音特性を示すグラフ
【図６】マフラに内管を設けた場合の消音特性を示すグラフ
【図７】マフラ径および長さを変えた場合の消音特性を示すグラフ
【図８】上部内管のマフラ中央部からの変位量を変えた場合の消音特性を示すグラフ
【図９】下部内管の有無による消音特性を示すグラフ
【図１０Ａ】本発明のマフラ単体の実使用時における騒音測定値を示すグラフ
【図１０Ｂ】マフラの外径を変化させた場合のマフラ単体の実使用時における騒音測定値を示すグラフ
【図１０Ｃ】マフラの外径を変化させた場合のマフラ単体の実使用時における騒音測定値を示すグラフ
【発明を実施するための形態】
【００１４】
第１の発明は、圧縮機の吐出側にマフラを設けた空気調和機であって、前記マフラは、マフラ本体と、該マフラ本体の入口側に設けられた入口側小径部と、前記マフラ本体の出口側に設けられた出口側小径部と、前記入口側小径部に接続される入口側接続配管と、前記出口側小径部に接続される出口側接続配管とを備え、前記入口側接続配管は、前記入口側小径部を介して前記マフラ本体の内部まで挿入された入口側内管を有し、該内管の先端部が前記マフラ本体の長手方向の中心面の近傍に位置したものである。
【００１５】
この構成をなすことにより、従来型マフラより小型化しても低周波数の消音効果を維持しながら、高周波数域の消音特性を改善することができ、小型、軽量化を達成することができる。
【００１６】
第２の発明は、前記マフラ本体と前記入口側小径部との間には、前記入口側小径部の内径より小さい内径を有するくびれ部を形成するとともに、前記内管は前記入口側接続配管を縮径して形成したものである。
【００１７】
この構成をなすことにより、前記マフラに対する前記接続配管の挿入しろが確実に決まり、生産の配管挿入のバラツキによる騒音バラツキを安定化させることができ、また溶接による組立てが容易になるとともに、溶接のロー材がくびれ部に溜まるので、ガス漏れに対する信頼性を高めることができる。
【００１８】
第３の発明は、前記出口側接続配管が、前記出口側小径部を介して前記マフラ本体の内部まで挿入された出口側内管を有しているものである。
【００１９】
この構成をなすことにより、高周波数の消音特性をさらに高めることができる。
【００２０】
第４の発明は、下部接続配管の内管に、少なくとも一つの潤滑油逃がし孔あるいはスリットを形成したことにより、前記マフラ内部に潤滑油が溜まることがない構成としたものである。
【００２１】
この構成をなすことにより、潤滑油が前記逃がし孔あるいはスリットから流出することができ、マフラ内に潤滑油が停留することがない。
【００２２】
第５の発明は、前記マフラ本体の外径Ｄ２と前記入口側内管の外径Ｄ１との比をＤ２／Ｄ１＞２．５に設定したものである。
【００２３】
この構成をなすことにより、より消音特性を確実に高めることができる。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態により本発明が限定されるものではない。
【００２５】
（実施の形態１）
空気調和機等の冷凍サイクルは、室外機に設けられた圧縮機と四方弁と減圧器と熱交換器と、室内機に設けられた熱交換器を冷媒配管で接続して構成されている。また、圧縮機の冷媒吸入側には、冷凍サイクルの作動中に低圧側に流れる冷媒のガスと液体を分離してガスのみを圧縮機に送出するとともに冷凍サイクルの作動が停止した場合に大量に流れ込む液冷媒を貯留するためのアキュムレータが設けられ、冷媒吐出側には、圧縮機から吐出される冷媒の圧力脈動を抑制して消音するためのマフラが設けられている。
【００２６】
音が管の中を伝搬するとき、途中に断面変化などのインピーダンス変化があると、音の一部は反射され、結果的に特定の周波数の音の伝搬を減少させることができる。
【００２７】
図１は本発明に係るマフラＭを、冷媒が上方から下方に流れるように配した場合を示しており、マフラＭは、例えば銅管あるいは銅合金管等で作製され、上下方向に配設される大径部（胴部）２と、大径部２の上部に形成された半球状の上部絞り部（胴部）４と、大径部２の下部に形成された半球状の下部絞り部（胴部）６と、上部及び下部絞り部４，６にそれぞれ連なる小径部８，１０とを有する形状に加工され、小径部８，１０は接続配管１２，１４にそれぞれ接続される。
【００２８】
上部接続配管１２は、上部小径部８を介して大径部２の内部まで挿入されており、上部接続配管１２の下端部は、大径部２の上下方向のほぼ中央部に位置している。一方、下部接続配管１４は、下部小径部１０に挿入されており、下部接続配管１４の上端は、下部小径部１０の上端と略同じ位置に設定されている。
【００２９】
図２は図１に示されるマフラＭの変形例を示しており、図２に示されるマフラＭ１は、図１に示されるマフラＭにおいて、上部絞り部４と上部小径部８との間に、上部小径部８の内径より小さい内径を有するくびれ部１６を形成したものである。
【００３０】
また、上部接続配管１２の下部は縮径された内管１２ａとなっており、内管１２ａの外径は、くびれ部１６の内径より僅かに小さく設定されている。
【００３１】
この構成は、内管（縮管部）１２ａの下端部が大径部２の上下方向のほぼ中央部に位置するように内管（縮管部）１２ａの長さを設定することができ、くびれ部１６が上部接続配管１２の上下方向の位置決め手段として作用する。
【００３２】
図３は、図１に示されるマフラＭの別の変形例を示しており、図３に示されるマフラＭ２は、図１あるいは図２に示されるマフラＭ，Ｍ１において、下部接続配管１２を、下部小径部１０を介して大径部２の内部まで挿入し、内管あるいは尾管（大径部２及び下部絞り部６に挿入されている管）１４ａの長さを約１／４Ｌに設定したものである。
【００３３】
なお、この構成では、圧縮機より吐出された冷媒に含まれる潤滑油が内管１４ａの周囲に溜まる可能性があることから、内管１４ａの下部に、一つあるいは複数の潤滑油逃がし孔１４ｂが形成されている。あるいは、潤滑油逃がし孔１４ｂに代えて、内管１４ａの下部から上端部まで上下方向に延びるスリットを形成してもよい。
【００３４】
＜マフラの消音原理＞
図１乃至図３は、いずれも内部が空洞のマフラを示しており、当該マフラの消音原理を以下に説明する。
【００３５】
図４は、内管あるいは尾管のない基本型マフラ（従来のマフラ）の簡略図である。当該マフラについてのＦＥＭ音響解析を行った結果により、基本型（膨張型）マフラの特徴を以下説明する。
【００３６】
図５は、マフラ長を変えた場合の消音特性をＦＥＭ音響解析により得たものを示しており、（ａ）のマフラ長を基準（Ｌ＝１００ｍｍ、φ３２）として、（ｂ）はマフラ長が短い場合（Ｌ＝６２ｍｍ、φ３２）を示している。
【００３７】
図５（ａ）及び（ｂ）に示されるように、マフラ径が同じでマフラ長を短くしていくと、最大消音量は変化せず、１ローブの消音周波数域が伸びて凹凸数が少なくなるが、周波数曲線の傾斜は緩やかになる。すなわち、マフラ長Ｌを短くすると特に０〜５００Ｈｚレンジの消音効果が低下する。また約１．５ｋＨｚと約３．０ｋＨｚ付近の消音効果が低下することから、消音に有効な周波数域に影響する。
【００３８】
図６は、図４の従来型のマフラに入口側接続配管をマフラ内部まで挿入した場合とそうでない場合の結果である。図６（ａ）は上部接続配管をマフラ内部まで挿入しない場合、（ｂ）は上部接続配管をマフラの中央近傍まで配設した場合の結果を示している。
【００３９】
図６（ｂ）に示されるように、入口側接続配管をマフラ内部まで配設すると、０から５００Ｈｚまでの消音曲線が急に立ち上がることにより、消音効果を高めている。また図６（ａ）では約１．５ｋＨｚに消音効果の落ちる凹部が発生しているが、図６（ｂ）では極端に小さくなっている。さらに約１．５ｋＨｚ〜４ｋＨｚの間で最大の消音レベルも上昇していることから、高周波数域での消音効果もあることが分かる。
【００４０】
また、図７は、マフラ本体の径および長さの変化による消音特性を示すグラフである。（ａ）はマフラ径が小、（ｂ）はマフラ径が大のものである。（ｃ）は（ｂ）と同じマフラ径で長さを短くしたものである。
【００４１】
同図に示されるように、マフラ長Ｌが同じＬ６２の場合で、マフラ本体の外径Ｄ２と入口側内管の外径Ｄ１との比（断面積拡大比）を増大すると、１ローブの周波数域は変わらず、最大消音量が増加するため、全周波数帯で消音効果が上昇する。すなわち、断面積拡大比は最大消音量に影響する。
【００４２】
図８は、上部内管のマフラ中央部からの変位量を変えた場合のマフラの周波数域における消音特性を示すグラフである。
【００４３】
基準となる寸法のマフラ（Ｌ＝６２ｍｍ、φ３２、上部内管の先端部がマフラ本体の中央部と一致）の場合（ａ）に対して、（ｂ）（ｃ）（ｄ）は上部内管がより長い場合（それぞれ＋２ｍｍ、＋４ｍｍ、＋１０ｍｍ）、（ｅ）（ｆ）（ｇ）は上部内管がより短い場合であり（それぞれ−２ｍｍ、−４ｍｍ、−１０ｍｍ）、騒音レベルとして好ましくないのは（ｄ）および（ｇ）であった。
【００４４】
これらの結果により、上部内管の先端部はマフラ中央部からマフラ長Ｌの±１６％（１０／Ｌ×１００）未満にとどめるようにすると消音効果を維持できることがわかる。
【００４５】
図９は、上部内管を設けたマフラにおいて、下部内管の有無による消音特性を示すグラフであり、（ａ）は下部内管が無いもの、（ｂ）は下部内管があるものをそれぞれ示している。
【００４６】
図９（ｂ）に示すように、特に約５００Ｈｚ付近の消音効果が低下する凹部がなくなり、約１．０ｋＨｚ付近の凹部が小さくなることから、これらの結果より、上部内管に加え、下部内管を付加することで、より高い消音効果が得られることがわかる。
【００４７】
図１０Ａ、図１０Ｂ、図１０Ｃは、マフラの外径を変化させた場合のマフラ単体の実使用時における騒音測定値である。内管外径Ｄ１＝φ７．５のときに、図１０Ａはマフラ外径Ｄ２＝φ３２、すなわちＤ２／Ｄ１＝４．３の場合、図１０Ｂはマフラ外径Ｄ２＝φ１８．８、すなわちＤ２／Ｄ１＝２．５の場合、図１０Ｃはマフラ外径Ｄ２＝φ１５．０、すなわちＤ２／Ｄ１＝２．０の場合である。
【００４８】
Ｄ２／Ｄ１＝４．３の場合（図１０Ａ）は突出したスペクトルが現れず良好な結果が得られたが、Ｄ２／Ｄ１＝２．５（図１０Ｂ）、Ｄ２／Ｄ１＝２．０の場合（図１０Ｃ）は、圧縮機の運転周波数近傍約８０Ｈｚに突出するスペクトルが現れ、また約１．０ｋＨｚ〜約５．０ｋＨｚ付近に冷媒音が発生した。なおＤ２／Ｄ１＝２．５（図１０Ｂ）より、Ｄ２の径を少しでも大きくすると、図１０Ａに近い結果が得られた。またＤ２／Ｄ１＝２．０の場合（図１０Ｃ）は、圧縮機の運転周波数近傍約８０Ｈｚの音がさらに上昇する結果となった。
【００４９】
これらの結果より、マフラ本体の外径Ｄ２と内管外径Ｄ１との比をＤ２／Ｄ１＞２．５より高くすることにより、より高い消音効果を維持できる。
【００５０】
なお、圧力脈動伝搬音は冷媒ガス中で発生するので、図５乃至図９のグラフは、次のとおりの冷媒ガス中の音速、物性で解析を行って得られたものである。
・冷媒ガス：Ｒ４１０Ａ
・温度：６３℃
・密度：ρ＝６９.８ｋｇ／ｍ3
・圧力：Ｐ＝２.１４ＭＰａ
・断熱指数（比熱比）：γ＝１.００
・音速：ｃ＝√（γ×Ｐ／ρ）＝１７５ｍ／ｓ
【００５１】
また、さらに詳述すると、従来のマフラでは、マフラ長Ｌが音の半波長の整数倍に一致する場合は、マフラ内で入射波と反射波は同位相で干渉して共鳴するため、音は増幅されて消音効果は極小となる。また、１／４波長の奇数倍に一致する場合は増幅されず、断面積拡大分だけ単位面積を通過する音響エネルギーが薄められるため、下流側の配管に伝搬する音は消音効果が最大となる特性となり、上図に示すように、音の周波数により、消音効果が最大になる周波数域、最小となる周波数域が交互に現れる。
【００５２】
一方、上部接続配管をマフラ内部の中央まで配設した場合の消音特性は、図６（ｂ）に示すように、従来型のマフラで消音効果が最小となる周波数域が、圧縮機の通常運転条件では支障とならない高周波領域まで移動し、特性が改善されている。
【００５３】
また、上部接続配管をマフラの中央まで配設すると共に、下部接続配管をマフラ空洞部全長の１／４までマフラ内部に挿入して設けた場合は、さらに残りのディップが無くなり、消音効果が期待できるフラットな領域が拡大している。
【００５４】
＜空気調和機搭載実験＞
ＦＥＭ音響解析の結果を踏まえ、従来型のマフラと、本発明に係るマフラに関して、上部接続配管がマフラの小径部を介してマフラ本体の内部まで挿入された構成において、上下方向のほぼ中央に位置するような構成としたもののガス圧力脈動による騒音の比較を行った。その結果を表１に示す。
【表１】
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【００５５】
前記ガス圧力脈動による騒音は、実聴感での比較がよく分かる室内機側補助配管の至近距離（１０ｃｍ）で測定を行い、判定は実聴感で従来型のマフラと比較して行った。
【００５６】
実聴感が良好な比較基準となるマフラ空洞部の全長が１００ｍｍの従来型のマフラに比べ、マフラ空洞部の全長を従来型のマフラより短くし、上部接続配管がマフラの小径部を介してマフラ本体の内部まで挿入された構成において、前記上部接続配管が、前記マフラ内部に位置する管の出口端部がマフラ本体の上下方向のほぼ中央に位置するような構成とした本発明に係るマフラを設置したものは、マフラ空洞部の全長が６０ｍｍの場合はほとんど騒音が悪化せず、実聴感も良好であった。しかし、マフラ空洞部の全長が５０ｍｍ以下の場合は低い周波数域と高い周波数域で一部悪化する領域があり、実聴感もマフラ空洞部の全長が６０ｍｍのものより悪化した。
【００５７】
以上より、マフラについて、次のことが言える。
・マフラの消音量は、その体積自体では決まらず、概してマフラ径と配管径の断面積比が最も寄与している。
・マフラ長は消音の周波数領域の特性を規定するが、マフラの長さが長い場合はｆ音（圧縮機の運転周波数における音をスペクトル分析したもの）の発生に対して、マフラの消音域の低い周波数域の傾斜が急になるので、圧縮機のｆ音が発生してもマフラ消音域に入るため有利に作用する。
・内管設置形態は高周波数域の消音特性を改善できる。
・内管付きマフラは、従来のマフラとマフラ内径が同じ場合、マフラ全長を６０％程度まで短縮することが可能であり、ｆ音周波数域の音は許容範囲で若干悪化するが、高周波数域は従来のマフラと略同等であり、長さを短縮できる分だけマフラの小型化、軽量化を図ることができる。
【００５８】
なお、上記実施の形態において、マフラを上下方向に配した場合について説明したが、マフラを水平方向に配した場合や、傾斜させて配した場合も同様の効果が得られる。
【００５９】
さらに、上記説明において、圧縮されたガスのマフラへの流入経路が下から入るという逆方向の場合であっても、同様の効果が得られ、本発明の技術範囲に属するものである。
【００６０】
また、室外機と室内機とを冷媒配管を介して接続した空気調和機を例にとり説明したが、本発明はこの構成の空気調和機に限定されるものではなく、室外機と室内機を一体化した屋外設置の空気調和機等、冷凍サイクル装置であれば、どのような装置、場所に限定されることがなく、圧力脈動が大きい箇所に適用することによりその効果が期待できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明に係る空気調和機に設けられたマフラは小型で軽量なので、空気調和機を含む様々な冷凍サイクル装置に適用可能である。
【符号の説明】
【００６２】
２    大径部
４    上部絞り部
６    下部絞り部
８    上部小径部
１０  下部小径部
１２  上部接続配管
１２ａ  内管
１４  下部接続配管
１４ａ  内管
１４ｂ  潤滑油逃がし孔
１６  くびれ部
Ｍ，Ｍ１，Ｍ２  マフラ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１０Ｃ】
2011012869.tif 000015