JP2018128153A - 冷凍機 - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器及び、これらを順次接続する配管を有する冷凍サイクルを備える冷凍機において、騒音を抑制する。【解決手段】圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器及び、これらを順次接続する配管１２を有する冷凍サイクルと、配管１２の外周側に設けられて、周方向に隣接する複数のキャビティ１６からなるキャビティ群１５を配管１２の径方向に複数段積層してなり、配管１２に接する第一段目のキャビティ群１５ａのキャビティ１６は、それぞれ配管１２内の流路に連通しており、第二段目以降のキャビティ群１５ｂのキャビティ１６は、一段前のキャビティ群１５ａのキャビティ１６に連通している音響デバイス１３と、を備える冷凍機を提供する。【選択図】図３

Description

本発明は、冷凍機に関する。

冷凍機は、電気電子関連工場のようなクリーンルームを有する工場空調や、地域冷暖房などの用途に幅広く使用されている熱源機器である。冷凍機は、遠心圧縮機、凝縮器、蒸発器といった構成機器を近傍に配置して一体とし、ユニット化されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３２７７００号公報

冷凍機の高効率化に伴い、冷凍機から発生する騒音の増大が課題となっている。冷凍機から発生する騒音の原因は、機械的な誘因による騒音と、流体的な誘因による騒音の２種類に大別される。

流体的な原因による騒音は、各種の弁類、配管のエルボ、整流板等が存在する箇所に、圧力低下（圧力変化）又は流れの不安定化が原因で発生することが知られている。上述のような流体的な原因により発生する騒音は、幅の広い周波数帯域の騒音（中周波数帯域及び高周波数帯域）となる性質が有り、冷凍機内部の配管等の音響インピーダンスと共鳴し、音が増幅されることが知られている。配管等の音響インピーダンスと、騒音とが共鳴する前に加振力を低減させることが有効であり、音源付近での騒音対策が効果的である。

この発明は、圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器及び、これらを順次接続する配管を有する冷凍サイクルを備える冷凍機において、騒音を抑制することができる冷凍機を提供することを目的とする。

本発明の第一の態様によれば、冷凍機は、圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器及び、これらを順次接続する配管を有する冷凍サイクルと、前記配管の外周側に設けられて、周方向に隣接する複数のキャビティからなるキャビティ群を前記配管の径方向に複数段積層してなり、前記配管に接する第一段目の前記キャビティ群のキャビティは、それぞれ前記配管内の流路に連通しており、第二段目以降の前記キャビティ群のキャビティは、一段前の前記キャビティ群のキャビティに連通している音響デバイスと、を備える。

このような構成によれば、冷凍機を構成する圧縮機、凝縮器、膨張器、及び蒸発器のうち少なくとも一つの構成要素から発生する騒音が配管を介して他の構成要素の共鳴空間と共鳴する前に、騒音を低減することができる。具体的には、第一段目のキャビティ群で中周波数帯域の騒音を低減し、二段目のキャビティ群で高周波数帯域の騒音を低減することができる。これにより、騒音の低減に関して、小さなスペースで大きな効果を得ることができる。

上記冷凍機において、各々の前記キャビティは、直方体形状をなし、径方向を向く一対の壁部の少なくとも一方に貫通孔が形成されてよい。

このような構成によれば、貫通孔の孔径を調整することによって、音響デバイスの吸音性能を調整することができる。

上記冷凍機において、各々の前記キャビティは、同一形状をなしていてよい。
このような構成によれば、音響デバイスを容易に製造することができる。

上記冷凍機において、前記キャビティ群は、前記配管の軸線方向に隣接するように複数設けられていてよい。
このような構成によれば、キャビティ群の数の増減によって、音響デバイスの吸音性能を調整することができる。

本発明によれば、冷凍機を構成する圧縮機、凝縮器、膨張器、及び蒸発器のうち少なくとも一つの構成要素から発生する騒音が配管を介して他の構成要素の共鳴空間と共鳴する前に、騒音を低減することができる。具体的には、第一段目のキャビティ群で中周波数帯域の騒音を低減し、二段目のキャビティ群で高周波数帯域の騒音を低減することができる。これにより、騒音の低減に関して、小さなスペースで大きな効果を得ることができる。

本発明の実施形態の冷凍機の概略構成図である。 本発明の実施形態の冷凍機の圧縮機と、凝縮器と、これらを接続する配管の概略構成図である。 本発明の実施形態の冷凍機の音響デバイスの一部断面斜視図である。 本発明の実施形態の冷凍機の音響デバイスのキャビティの拡大斜視図である。 本発明の実施形態の冷凍機の音響デバイスの吸音性能を説明するグラフである。

以下、本発明の実施形態の冷凍機１について図面を参照して詳細に説明する。
図１に示すように、本実施形態の冷凍機１は、冷媒Ｗを圧縮する圧縮機２と、圧縮機２によって圧縮された冷媒Ｗを冷却水によって凝縮する凝縮器３と、凝縮器３からの冷媒Ｗを減圧する膨張器である第一膨張弁４と、第一膨張弁４からの冷媒Ｗを気液二相に分離するエコノマイザ６（気液分離器）と、を備えている。

また、冷凍機１は、エコノマイザ６からの気相Ｗ１を、圧縮機２内へ流入可能とする流入路８と、エコノマイザ６からの液相を再度減圧する第二膨張弁５と、第二膨張弁５からの冷媒Ｗを蒸発させる蒸発器７とを備えている。

凝縮器３の気相部と蒸発器７の気相部との間には、ホットガスバイパス管９が設けられている。ホットガスバイパス管９には、ホットガスバイパス管９内を流れる高温冷媒ガスの流量を制御するためのホットガスバイパス弁１０が設けられている。

冷凍機１は、圧縮機２と凝縮器３と第一膨張弁４と第二膨張弁５と蒸発器７を順次接続する配管１２を有する冷凍サイクル１１を有している。具体的には、圧縮機２と凝縮器３とを接続する配管１２ａと、凝縮器３とエコノマイザ６とを接続する配管１２ｂと、エコノマイザ６と蒸発器７とを接続する配管１２ｃと、蒸発器７と圧縮機２とを接続する配管１２ｄとを有している。
冷媒Ｗは、例えば、代替フロンのＲ１３４ａ（ハイドロフルオロカーボン）等が用いられる。
圧縮機２と凝縮器３とを接続する配管１２には、圧縮機２で発生する騒音を低減する音響デバイス１３が設けられている。

圧縮機２は、遠心式の二段圧縮機であり、電源からの入力周波数を変更するインバータにより回転数制御された電動モータ（図示せず）によって駆動されている。
凝縮器３は、圧縮機２で圧縮された冷媒Ｗを冷却水等によって熱交換させることで冷却し、液体の状態とする装置である。例えば、凝縮器３は、シェルアンドチューブ式の熱交換器である。

第一膨張弁４は、凝縮器３からの液体の冷媒Ｗを断熱膨張して減圧し、液体の一部を蒸発させることによって、冷媒Ｗを気液二相の状態とする。
エコノマイザ６は、第一膨張弁４において気液二相の状態とされた冷媒Ｗを気相Ｗ１と液相とに分離する装置である。

流入路８は、エコノマイザ６によって気液二相の冷媒Ｗから分離された気相Ｗ１を、圧縮機２に流入させる装置である。
第二膨張弁５は、第一膨張弁４と同様に、エコノマイザ６で気相Ｗ１が分離されて、液相のみとなった冷媒Ｗを断熱膨張して減圧するものである。なお、本実施形態の冷凍機１では、膨張弁を用いて冷媒Ｗを減圧する構成としているがこれに限ることはなく、他の手段を用いて冷媒Ｗを減圧してもよい。
蒸発器７は、第二膨張弁５からの冷媒Ｗを水等との間で熱交換して蒸発させ、飽和蒸気の状態とするものである。

図２に示すように、音響デバイス１３は、圧縮機２と凝縮器３とを接続する配管１２ａに設けられている消音器である。音響デバイス１３は、配管１２ａの外周側に周方向の全周にわたって設けられている。

図３に示すように、音響デバイス１３は、周方向に隣接する複数のキャビティ１６からなるキャビティ群１５を有している。各々のキャビディは、共鳴器として機能する。換言すれば、音響デバイス１３は、配管１２の外周面に取り付けられ、配管１２の周方向に延在する閉空間であって、複数の壁（側壁部１９）によって、複数のキャビティ１６を有するように区画された閉空間を有している。

キャビティ群１５は、配管１２の径方向に複数段積層されている。換言すれば、音響デバイス１３は、配管１２の径方向に、二段構成のキャビティ群１５を有している。
本実施形態の音響デバイス１３は、二段のキャビティ群１５を有している。即ち、径方向内側の第一キャビティ群１５ａと、第一キャビティ群１５ａの径方向外側に隣接して配置されている第二キャビティ群１５ｂと、を有している。
また、キャビティ群１５は、配管１２の中心軸Ａｄに沿う軸線方向に隣接するように、複数が配置されている。

図４は、キャビティ群１５の拡大斜視図である。なお、図４では、キャビティ群１５を外側から覆う壁部１８ａ（図３参照）は省略している。
図４に示すように、各々のキャビティ１６は直方体形状（箱形状）をなしている。即ち、各々のキャビティ１６は、径方向を向く一対の四角形の壁部１８と、一対の壁部１８の四つの縁部同士を接続する四つの側壁部１９と、を有している。各々のキャビティ１６は、略同一形状をなしている。

配管１２に接する第一キャビティ群１５ａ（第一段目のキャビティ群１５）のキャビティ１６は、それぞれ配管１２内の流路に連通している。第一キャビティ群１５ａのキャビティ１６の径方向内側の壁部１８は、配管１２の外周面であってよい。
第一キャビティ群１５ａのキャビティ１６の径方向内側の壁部１８には貫通孔２０が形成されている。貫通孔２０は、壁部１８の中央に形成されている。貫通孔２０は円形である。貫通孔２０の形状は、円形に限ることはなく、矩形状でもよいし、スリット状でもよい。

第二段目以降のキャビティ群１５（第二キャビティ群１５ｂ及び第二キャビティ群１５ｂよりも径方向外側のキャビティ群１５）のキャビティ１６は、径方向内側の一段前のキャビティ群１５のキャビティ１６に連通している。第二段目以降のキャビティ群１５のキャビティ１６の径方向内側の壁部１８には貫通孔２０が形成されている。

図３に示すように、本実施形態の音響デバイス１３は、三つのキャビティ群１５が配管１２の軸線方向に隣接している。配管１２の軸線方向に隣接するキャビティ群１５の数はこれに限ることはない。キャビティ群１５は、配管１２の軸線方向に複数設ける必要はない。

次に、本実施形態の冷凍機１の音響デバイス１３の作用について説明する。
圧縮機２で発生した騒音は、流体的な要因により発生する幅の広い周波数帯域の騒音（中周波数帯域及び高周波数帯域）である。このうち、中周波数帯域のＮＺ音は、第一段目のキャビティ群１５（第一キャビティ群１５ａ）のキャビティ１６（共鳴空間）によって、低減される。即ち、キャビティ１６内の気体がばねとしての役割を果たし、音の運動エネルギーを吸収することによって、騒音が低減される。
さらに、高周波数帯域のＮＺ音は、二段目のキャビティ群１５（第二キャビティ群１５ｂ）のキャビティ１６によって低減される。
本実施形態の冷凍機１は、音響デバイス１３のキャビティ１６の体積、貫通孔２０の孔径、貫通孔２０の開口率を調整して、音響デバイス１３の吸音性能を調整することができる。

図５は、縦軸を吸音性能、横軸を騒音の周波数（Ｈｚ）として、音響デバイス１３の吸音性能を比較したグラフである。比較対象は、一段構成の音響デバイス（キャビティ群が径方向に積層されていない音響デバイス）である。
図５に示すように、本実施形態の音響デバイス１３の吸音性能は、一段構成の音響デバイス１３と比較して、より広い周波数帯域の騒音に対して吸音性能を発揮することができる。

上記実施形態によれば、冷凍機１を構成する圧縮機２のＮＺ音（幅の広い周波数帯域の騒音）が共鳴空間と共鳴する前に、ＮＺ音を低減することができる。具体的には、第一段目のキャビティ群１５で中周波数帯域のＮＺ音を低減し、二段目のキャビティ群１５で高周波数帯域のＮＺ音を低減することができる。これにより、騒音の低減に関して、小さなスペースで大きな効果を得ることができる。

また、音響デバイス１３のキャビティ１６の体積、貫通孔２０の孔径、貫通孔２０の開口率を調整して、音響デバイス１３の吸音性能を調整することができる。

また、各々のキャビティ１６が同一形状をなしていることによって、音響デバイス１３を容易に製造することができる。
また、キャビティ群１５が配管１２の軸線方向に隣接するように複数設けられていることによって、キャビティ群１５の数の増減によって、音響デバイス１３の吸音性能を調整することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、上記実施形態では、圧縮機２と凝縮器３との間の配管１２ａに音響デバイス１３を設置したがこれに限ることはない。例えば、音響デバイス１３を凝縮器３と蒸発器７との間の配管１２ｂ，１２ｃ、蒸発器７と圧縮機２との間の配管１２ｄ、ホットガスバイパス管９に配置してもよい。さらに、音響デバイス１３の数は一つに限ることはない。例えば、音響デバイス１３を全ての配管１２に取り付けてもよいし、一つの配管１２に二つ取り付けてもよい。
また、上記実施形態の音響デバイス１３は、配管１２の周方向の全周にわたって形成されているがこれに限ることはない。音響デバイス１３は、周方向の一部に形成されていてもよい。

１ 冷凍機
２ 圧縮機
３ 凝縮器
４ 第一膨張弁
５ 第二膨張弁
６ エコノマイザ
７ 蒸発器
８ 流入路
９ ホットガスバイパス管
１０ ホットガスバイパス弁
１１ 冷凍サイクル
１２ 配管
１３ 音響デバイス
１５ キャビティ群
１６ キャビティ
１８ 壁部
１９ 側壁部
２０ 貫通孔
Ｗ 冷媒

Claims (4)

1. 圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器及び、これらを順次接続する配管を有する冷凍サイクルと、
   前記配管の外周側に設けられて、周方向に隣接する複数のキャビティからなるキャビティ群を前記配管の径方向に複数段積層してなり、前記配管に接する第一段目の前記キャビティ群のキャビティは、それぞれ前記配管内の流路に連通しており、第二段目以降の前記キャビティ群のキャビティは、一段前の前記キャビティ群のキャビティに連通している音響デバイスと、を備える冷凍機。
2. 各々の前記キャビティは、直方体形状をなし、径方向を向く一対の壁部の少なくとも一方に貫通孔が形成されている請求項１に記載の冷凍機。
3. 各々の前記キャビティは、同一形状をなしている請求項１又は請求項２に記載の冷凍機。
4. 前記キャビティ群は、前記配管の軸線方向に隣接するように複数設けられている請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍機。

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