(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の騒音を抑制する。【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、及び、吐出配管を有する冷凍サイクルと、配管１２に設けられた音響装置１３と、を備え、音響装置１３は、内側に空間Ｓを形成し、開口する第一端１４ａが配管１２に連通状態で接続された空間形成部１４と、空間形成部１４における開口する第二端に接続されて伸縮可能なベローズ管２１と、ベローズ管２１における空間形成部１４とは反対側の端部側に設けられた封止部２０と、を有す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、及び、吐出配管を有する冷凍サイクルと、
前記配管に設けられた音響装置と、を備え、
前記音響装置は、
内側に空間を形成し、開口する第一端が前記配管に連通状態で接続された空間形成部と、
前記空間形成部における開口する第二端に接続されて伸縮可能なベローズ管と、
前記ベローズ管における前記空間形成部とは反対側の端部側に設けられた封止部と、を有する冷凍機。
【請求項２】
前記空間形成部は、筒状をなす第一筒部と、筒状をなす第二筒部と、前記第一筒部と前記第二筒部とを接続する第二ベローズ管と、を有し、
前記第一端は、前記第一筒部における前記第二ベローズ管とは反対側の端部であり、
前記第二端は、前記第二筒部における前記第二ベローズ管とは反対側の端部である請求項１に記載の冷凍機。
【請求項３】
前記空間形成部は、
一方の端部が前記配管に連通状態で接続された筒部と、
開口する第一開口が前記筒部の他方の端部に連通状態で接続され、前記筒部の内側の空間の体積よりも大きな体積である容器部と、を有し、
前記ベローズ管は、前記容器部の開口する第二開口に接続されている請求項１に記載の冷凍機。
【請求項４】
前記音響装置は、前記空間形成部と前記配管の流路との境界に配置された多孔板を有する請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の冷凍機。
【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】
機械的な誘因による騒音は、遠心圧縮機やポンプが作動する時に発生する、ブレードの動きやディフューザの羽枚数などによる周期的な流量変動によるものである。この周期的な流量変動により圧力脈動が生じ、これによりＮＺ音と呼ばれる騒音が発生する。
機械的な誘因により発生する騒音は、特徴的かつ単一の周波数特性となる性質が有り、冷凍機内部の配管等の音響固有値と共鳴し、音が増幅されることが知られている。
【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、及び、吐出配管を有する冷凍サイクルと、前記配管に設けられた音響装置と、を備え、前記音響装置は、内側に空間を形成し、開口する第一端が前記配管に連通状態で接続された空間形成部と、前記空間形成部における開口する第二端に接続されて伸縮可能なベローズ管と、前記ベローズ管における前記空間形成部とは反対側の端部側に設けられた封止部と、を有する。
【０００８】
このような構成によれば、音響装置を配管に取り付けることによって、冷凍機を構成する圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器及び、配管のうち少なくとも一つの構成要素のＮＺ音が配管内の空間の音響固有値と共鳴することによって生じる騒音を低減することができる。また、音響装置を構成するベローズ管が伸縮して、音響エネルギーを構造振動エネルギーに変換させることによって、音響装置の小型化を図ることができる。
【０００９】
上記冷凍機において、前記空間形成部は、筒状をなす第一筒部と、筒状をなす第二筒部と、前記第一筒部と前記第二筒部とを接続する第二ベローズ管と、を有し、前記第一端は、前記第一筒部における前記第二ベローズ管とは反対側の端部であり、前記第二端は、前記第二筒部における前記第二ベローズ管とは反対側の端部であってよい。
【００１０】
このような構成によれば、ベローズ管を分割することにより、ベローズ管を長くすることなく騒音を低減することができる。
【００１１】
上記冷凍機において、前記空間形成部は、一方の端部が前記配管に連通状態で接続された筒部と、開口する第一開口が前記筒部の他方の端部に連通状態で接続され、前記筒部の内側の空間の体積よりも大きな体積である容器部と、を有し、前記ベローズ管は、前記容器部の開口する第二開口に接続されてよい。
【００１２】
このような構成によれば、音響装置の容器部の体積を調整して、配管の音響インピーダンスを調整することができる。
【００１３】
上記冷凍機において、前記音響装置は、前記空間形成部と前記配管の流路との境界に配置された多孔板を有してよい。
【００１４】
このような構成によれば、冷凍機を構成する圧縮機のＮＺ音と共鳴する可能性がある、配管の特定周波数の音響インピーダンスの発生を抑制することができる。これにより、騒音レベルを低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、音響装置を配管に取り付けることによって、冷凍機を構成する圧縮機、凝縮器、膨張器、蒸発器及び、配管のうち少なくとも一つの構成要素のＮＺ音が配管内の空間の音響固有値と共鳴することによって生じる騒音を低減することができる。また、音響装置を構成するベローズ管が伸縮して、音響エネルギーを構造振動エネルギーに変換させることによって、音響装置の小型化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の第一実施形態の冷凍機の概略構成図である。
【図２】本発明の第一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】本発明の第一実施形態の冷凍機の音響装置の断面図である。
【図４】本発明の第二実施形態の冷凍機の音響装置の断面図である。
【図５】本発明の第三実施形態の冷凍機の音響装置の断面図である。
【図６】本発明の第四実施形態の冷凍機の音響装置の断面図である。
【図７】本発明の第五実施形態の冷凍機の音響装置の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
〔第一実施形態〕
以下、本発明の第一実施形態の冷凍機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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。配管１２は、冷媒Ｗが流通する流路である。
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１２ａには、圧縮機２で発生する騒音を低減する音響装置１３が設けられている。
【００２１】
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。
【００２２】
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膨張器である。
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。
【００２３】
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に流入させる流路である。
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。
【００２４】
図２に示すように、音響装置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。音響装置１３は、配管１２に接続されている筒状の空間形成部１４と、空間形成部１４に接続されたベローズ管２１と、ベローズ管２１の端部を封止する封止部２０と、を有している。
【００２５】
圧縮機２が作動する際、インペラの回転や、ディフューザの羽根枚数等により周期的な流動変動が生じる。この周期的な流量変動により圧力脈動が生じ、これによりＮＺ音と呼ばれる騒音が発生する。
この様な機械的な原因により発生するＮＺ音は、特徴的かつ単一の周波数特性となる性質が有り、冷凍機１の配管１２等の音響インピーダンスと共鳴することがある。即ち、ＮＺ音は、図２に二点鎖線で示すような音響モードＭとなり、増幅されることが知られている。
【００２６】
音響モードＭは、腹Ｍ１と節Ｍ２とを有している。腹Ｍ１は、音響エネルギー（振幅）が最大となる位置であり、節Ｍ２は、音響エネルギー（振幅）が略ゼロとなる位置である。
音響装置１３は、音響モードＭの腹Ｍ１の位置に取り付けられている。換言すれば、音響装置１３は、配管１２内に発生する音の音響エネルギーが最大となる位置に取り付けられている。
【００２７】
図３に示すように、空間形成部１４は、内側に空間Ｓを形成している。空間形成部１４の開口する第一端１４ａは、配管１２に連通状態で接続されている。即ち、空間形成部１４の内側の空間Ｓは、配管１２内の空間と連通している。
【００２８】
空間形成部１４は、円筒状の本体部１６と、第一端１４ａに設けられたフランジ部１８と、を有している。本体部１６の形状はこれに限ることはなく、角筒形状としてもよい。音響装置１３の中心軸Ａｓと、配管１２の中心軸Ａｄ（図２参照）とは、略直交している。
【００２９】
フランジ部１８は、本体部１６の第一端１４ａで、本体部１６の中心軸Ａｓの径方向外側に突出して形成されている。音響装置１３は、フランジ部１８を介して配管１２に固定されている。
空間形成部１４は、例えば、ＳＵＳ３１６等のステンレス鋼によって形成されている。空間形成部１４を形成する材料は、ＳＵＳ３１６に限ることはなく、所定の金属を適宜選択することができる。
【００３０】
ベローズ管２１は、筒状をなす蛇腹状の伸縮管である。ベローズ管２１は、空間形成部１４の開口する第二端１４ｂに接続されている。ベローズ管２１は、例えば、ステンレス鋼や、アルミニウムなどの金属によって形成することができる。ベローズ管２１は、円筒状の金属を治具を用いて成形して製造してもよいし、複数のディスク状の金属を互いに溶接することによって製造してもよい。
【００３１】
封止部２０は、ベローズ管２１における空間形成部１４とは反対側の端部側に設けられた板状の部材である。封止部２０は、空間形成部１４と同様の金属によって形成することができる。空間形成部１４を形成する金属と封止部２０を形成する金属とを異ならせてもよい。封止部２０は板状に限ることはなく、例えば、半球状をなす部材でもよい。
【００３２】
空間形成部１４とベローズ管２１とは、例えば、溶接によって接合することができる。同様に、ベローズ管２１と封止部２０とは、例えば、溶接によって接合することができる。
空間形成部１４と、ベローズ管２１と、封止部２０とによって、密閉され、音波の干渉により音を低減する共鳴空間が形成されている。
【００３３】
上記実施形態によれば、音響装置１３を配管１２に取り付けることによって、冷凍機１を構成する圧縮機２のＮＺ音が配管１２内の空間の音響固有値と共鳴することによって生じる騒音を低減することができる。また、音響装置１３の共鳴空間を形成するベローズ管２１が伸縮して、音響エネルギーを構造振動エネルギーに変換させることによって、音響装置１３の小型化を図ることができる。即ち、音響装置１３の配管１２からの突出量Ｌを小さくすることができる。
【００３４】
また、音響装置１３がフランジ部１８を介して配管１２に接続されていることによって、音響装置１３を容易に交換、メンテナンスすることができる。
【００３５】
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に音響装置１３を設置したがこれに限ることはない。例えば、音響装置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。
【００３６】
また、音響装置１３の数は一つに限ることはない。即ち、音響装置１３は、冷凍サイクル１１を構成する構成要素（圧縮機２、凝縮器３、膨張器４，５、蒸発器７及び、配管１２）のうち少なくとも一つに取り付けることができる。例えば、音響装置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、音響装置１３を不要な流体を吐出する吐出配管に配置してもよい。
【００３７】
〔第二実施形態〕
以下、本発明の第二実施形態の冷凍機について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図４に示すように、本実施形態の音響装置１３Ｂの封止部２３は有底円筒状をなしている。
【００３８】
本実施形態の封止部２３は、円筒形状の円筒部２３ａと円筒部２３ａの一端を封止する円板部２３ｂと、を有している。封止部２３とベローズ管２１とは、円筒部２３ａの端部とベローズ管２１の端部とを接合することによって接続されている。
【００３９】
上記実施形態によれば、音響装置１３Ｂの端部から距離を設けた位置にベローズ管２１を配置することができる。
【００４０】
〔第三実施形態〕
以下、本発明の第三実施形態の冷凍機について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、本実施形態の音響装置１３Ｃの空間形成部１４Ｃは、２つの筒部１６ａ，１６ｂと筒部同士を接続する第二ベローズ管２１Ｃと、を有している。
【００４１】
本実施形態の空間形成部１４Ｃは、筒状をなす第一筒部１６ａと、筒状をなす第二筒部１６ｂとを有している。第一筒部１６ａと第二筒部１６ｂとは、ベローズ管２１と同様の構成の第二ベローズ管２１Ｃによって接続されている。
【００４２】
空間形成部１４Ｃの第一端１４ａは、第一筒部１６ａにおける第二ベローズ管２１Ｃとは反対側の端部である。空間形成部１４Ｃの第二端１４ｂは、第二筒部１６ｂにおける第二ベローズ管２１Ｃとは反対側の端部である。
【００４３】
上記実施形態によれば、ベローズ管をベローズ管２１と第二ベローズ管２１Ｃとに分割することにより、ベローズ管を長くすることなく騒音を低減することができる。
【００４４】
〔第四実施形態〕
以下、本発明の第四実施形態の冷凍機について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図６に示すように、本実施形態の音響装置１３Ｄは、空間形成部１４の第一端１４ａと配管１２の流路との境界に配置された多孔板１５を有している。
【００４５】
多孔板１５は、空間形成部１４の第一端１４ａにおける気流乱れを抑制するためのものである。
多孔板１５は、空間形成部１４の第一端１４ａに設けられている。多孔板１５の主面は、本体部１６の中心軸Ａｓと略直交している。多孔板１５には、複数の円形の貫通孔１９が規則的に配置されている。貫通孔１９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。
【００４６】
本実施形態の冷凍機１は、音響装置１３Ｄの、長さＬ、多孔板１５の貫通孔１９の孔径φ、多孔板１５の開口率σ（多孔板１５の面積当たりの貫通孔１９の面積の割合）を調整して配管１２から凝縮器３との間の境界を、Ｚ＝ρｃ境界とすることができる。
ここでＺ＝ρｃ境界とは、音響インピーダンスＺを密度ρ、音速ｃで表したパラメータを用いて、境界における音響インピーダンスＺを合致させて音の反射を無反射とする境界である。
【００４７】
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音と共鳴する可能性がある、配管１２の特定周波数の音響インピーダンスの発生を抑制することができる。これにより、騒音レベルを低減することができる。
【００４８】
また、音響装置１３（本体部１６）の長さＬ、多孔板１５の貫通孔１９の孔径φ、多孔板１５の開口率σを調整して、配管１２の音響インピーダンスを調整することができる。
【００４９】
〔第五実施形態〕
以下、本発明の第五実施形態の冷凍機について図面を参照して詳細に説明する。なお、本実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
図５に示すように、第三実施形態の音響装置１３Ｅは、空間形成部１４Ｅの形状が第一実施形態の音響装置１３と異なっている。本実施形態の空間形成部１４Ｅは、筒部２４と、容器部２５と、有している。
【００５０】
筒部２４の一方の端部２４ａは、配管１２に連通状態で接続されている。筒部２４は、円筒状をなしている。筒部２４は円筒状に限らず、角筒状としてもよい。
【００５１】
容器部２５は、球形をなし、開口する第一開口２５ａと開口する第二開口２５ｂと、を有している。容器部２５の第一開口２５ａは、筒部２４の他方の端部２４ｂに連通状態で接続されている。容器部２５の体積（容器部２５の第一開口２５ａ及び第二開口２５ｂが閉じられている場合の容器部２５の容量）は、筒部２４の内側の空間の体積よりも大きい。
容器部２５の形状は球形状に限ることはなく、筒部２４の体積よりも大きければよい。例えば、筒部２４の直径よりも大きな直径を有する樽形状としてよい。
ベローズ管２１は、容器部２５の第二開口２５ｂに接続されている。
【００５２】
本実施形態の音響装置１３Ｅは、容器部２５の内部にある空気がばねとしての役割を果たすヘルムホルツ共鳴器として機能する。
【００５３】
上記実施形態によれば、音響装置１３Ｅの容器部２５の体積Ｖを調整して、配管１２の音響インピーダンスを調整することができる。
【００５４】
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。
【符号の説明】
【００５５】
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
１３，１３Ｂ，１３Ｃ，１３Ｄ，１３Ｅ  音響装置
１４，１４Ｂ，１４Ｃ，１４Ｅ  空間形成部
１５  多孔板
１６  本体部
１７  フタ部
１８  フランジ部
１９  貫通孔
２０  封止部
２１  ベローズ管
２１Ｃ  第二ベローズ管
２３  封止部
２３ａ  円筒部
２３ｂ  円板部
２４  筒部
２５  容器部
Ｓ  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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【図７】
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