(57)【要約】【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、配管１２の外周面との間に内部空間Ｓを画成する筒状をなす筒体１４と、筒体１４内に設けられて、内部空間Ｓを、周方向及び径方向に互いに隣接する複数のキャビティ１６に区画する区画板１５と、配管１２の外周面に接するキャビティ１６と配管１２内とを連通させる配管側連通部２３と、径方向に隣接するキャビティ１６同士を連通させるキャビティ側連通部２４と、を備える冷凍機を提供する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項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、前記配管の外周面との間に内部空間を画成する筒状をなす筒体と、
前記筒体内に設けられて、前記内部空間を、周方向及び径方向に互いに隣接する複数のキャビティに区画する区画板と、
前記配管の外周面に接する前記キャビティと前記配管内とを連通させる配管側連通部と、
前記径方向に隣接するキャビティ同士を連通させるキャビティ側連通部と、を備える冷凍機。
【請求項２】
互いに隣接する前記キャビティは、体積が異なっている請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記筒体は、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又は請求項２に記載の冷凍機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機に関する。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３２７７００号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
また、遠心圧縮機、凝縮器、蒸発器等の構成機器を近傍に配置して一体とした冷凍機は、ユニットの小型化が要求されているため、騒音対策に用いられる音響デバイスの大きさが限られるという課題がある。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、前記配管の外周面との間に内部空間を画成する筒状をなす筒体と、前記筒体内に設けられて、前記内部空間を、周方向及び径方向に互いに隣接する複数のキャビティに区画する区画板と、前記配管の外周面に接する前記キャビティと前記配管内とを連通させる配管側連通部と、前記径方向に隣接するキャビティ同士を連通させるキャビティ側連通部と、を備える。
【０００８】
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。
また、配管の外周に筒状の筒体を設けて、筒体の内部空間に形成された複数のキャビティ（共鳴空間）で騒音を低減する構成としたため、各々のキャビティの大きさを調整して広い周波数帯域の騒音を低減することができる。
【０００９】
上記冷凍機において、互いに隣接する前記キャビティは、体積が異なっていてよい。
【００１０】
このような構成によれば、大きな体積のキャビティで中周波数帯域の騒音を低減し、小さな体積のキャビティ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。
【００１１】
上記冷凍機において、前記筒体は、前記配管の軸線方向に隣接するように複数設けられてよい。
【００１２】
このような構成によれば、筒体の径方向の大きさを大きくすることなく、更に幅の広い周波数帯域で吸音特性を確保することができる。
【発明の効果】
【００１３】
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。
また、配管の外周に筒状の筒体を設けて、筒体の内部空間に形成された複数のキャビティ（共鳴空間）で騒音を低減する構成としたため、各々のキャビティの大きさを調整して広い周波数帯域の騒音を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態の冷凍機の概略構成図である。
【図２】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。
【図３】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。
【図４】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。
【図５】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。
【図６】本発明の実施形態の変形例の音響デバイスの一部断面斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。音響デバイス１３は、配管１２ａの凝縮器３近傍に取り付けられている。
【００２３】
図３に示すように、音響デバイス１３は、筒体１４と、筒体１４の内部空間Ｓを区画する区画板１５とを有している。区画板１５によって筒体１４の内部空間Ｓは、複数のキャビティ１６に区画される。
筒体１４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筒状の部材である。筒体１４は、配管１２ａの外周面との間に内部空間Ｓを画成している。筒体１４は、配管の軸線Ａｄと直交し、配管１２ａの周方向の全周にわたって設けられている一対の側壁部１８と、配管１２ａの外周面と同軸となる円筒部１９と、を有している。
【００２４】
筒体１４の内部には、内部空間Ｓを周方向及び径方向に互いに隣接する複数のキャビティ１６を形成する区画板１５が設けられている。区画板１５は、配管１２ａの外周面及び円筒部と平行をなす径方向区画板１５ａと、側壁部１８と直交する周方向区画板１５ｂと、を有している。
【００２５】
換言すれば、径方向区画板１５ａの主面は径方向を向いている。径方向区画板１５ａは、略直方体形状のキャビティ１６の径方向内側の壁面及び径方向外側の壁面である。
周方向区画板１５ｂの主面は周方向を向いている。周方向区画板１５ｂは、略直方体形状のキャビティ１６の周方向一方側の壁面及び周方向他方側の壁面である。
【００２６】
区画板１５は、複数のキャビティ１６の体積が異なるように配置されている。例えば、図４に示す第一のキャビティ１６ａと、第二のキャビティ１６ｂと、第三のキャビティ１６ｃと、第四のキャビティ１６ｄとは、全て体積が異なっている。
なお、全てのキャビティ１６の体積が異なっている必要はなく、体積が異なっている例えば６つのキャビティ１６が周方向に連続して配置されていてもよい。
【００２７】
キャビティ１６は、配管１２の径方向に複数段積層されている。音響デバイス１３は、配管１２ａの径方向に、二段構成のキャビティ１６を有している。なお、キャビティ１６の段数はこれに限ることはなく、三段以上であってよい。
【００２８】
配管１２ａに接するキャビティ１６は、それぞれ配管１２内の流路に連通している。即ち、径方向に複数段積層されているキャビティ１６のうち、最も径方向内側のキャビティ１６の径方向内側の壁部である配管１２には、第一貫通孔２３（配管側連通部）が形成されている。第一貫通孔２３は、配管１２の外周面に接するキャビティ１６と配管１２内とを連通させる配管側連通部である。
【００２９】
第一貫通孔２３は、キャビティ１６の中央に形成されている。第一貫通孔２３は円形である。第一貫通孔２３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。
【００３０】
第二段目のキャビティ１６（キャビティよりも径方向外側のキャビティ１６）は、径方向内側の一段前のキャビティ１６に連通している。第二段目のキャビティ１６の径方向内側の壁部には第二貫通孔２４（キャビティ側連通部）が形成されている。
【００３１】
各々のキャビティ１６の体積及び貫通孔２３，２４の直径は、所望の吸音特性に応じて適宜調整することができる。換言すれば、各々のキャビティ１６の体積及び貫通孔２３，２４の直径を調整することによって、音響デバイス１３の吸音特性を調整することができる。
【００３２】
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。本実施形態の音響デバイス１３は、異なる大きさのキャビティ１６を有していることにより、吸音特性を幅の広い周波数帯域で確保することができる。例えば、中周波数帯域のＮＺ音は、大きなキャビティ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、小さなキャビティ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２３，２４の孔径、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。
【００３３】
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、キャビティの体積が同一である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、キャビティの体積が同一である音響デバイスと比較して、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。
【００３４】
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。
また、配管１２の外周に筒体１４を設けて、筒体１４の内部空間Ｓに形成された複数のキャビティ１６でＮＺ音を低減する構成としたため、各々のキャビティ１６の大きさを調整して広い周波数帯域の騒音を低減することができる。
【００３５】
具体的には、大きな体積のキャビティ１６で中周波数帯域のＮＺ音を低減し、小さな体積のキャビティ１６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。
特に、圧縮機２、凝縮器３、膨張弁４，５、蒸発器７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１１を有する冷凍機１の場合、配管１２に取り付けることができる音響デバイス１３の大きさは限られる。本実施形態の音響デバイス１３は、配管１２の外周側に設けられた筒状をなす形状であるため、配管１２の周囲の狭隘部にも取り付けることができる。
【００３６】
また、音響デバイス１３のキャビティ１６の体積、貫通孔２３，２４の孔径を調整して、音響デバイス１３の吸音性能を調整することができる。
【００３７】
次に、本発明の実施形態の変形例の音響デバイスについて説明する。
図６に示すように、本発明の実施形態の変形例の音響デバイス１３Ｂは、筒体１４が、配管１２ａの軸線方向に隣接するように複数設けられている。即ち、一の筒体１４の軸線方向一方側に他の筒体１４が設けられている。一の筒体１４の軸線方向一方側の側壁部１８と他の筒体１４の軸線方向他方側の側壁部１８とは、共通であってよい。また、一の筒体１４の円筒部１９と他の筒体１４の円筒部１９とは、共通であってよい。
【００３８】
この変形例によれば、筒体１４の径方向の大きさを大きくすることなく、更に幅の広い周波数帯域で吸音特性を確保することができる。
また、筒体１４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、筒体１４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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。
【符号の説明】
【００４１】
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
１４  筒体
１５  区画板
１５ａ  径方向区画板
１５ｂ  周方向区画板
１６  キャビティ
１８  側壁部
１９  円筒部
２３  第一貫通孔（配管側連通部）
２４  第二貫通孔（キャビティ側連通部）
Ｓ  内部空間
Ｗ  冷媒
【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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