(57)【要約】【課題】圧力脈動が下流側に伝わること、および、構造上の振動が他の部位に伝わることを抑制できる脈動抑制器、圧縮機システムおよび原動機システムを提供する。【解決手段】脈動抑制器２０は、圧縮機３の吐出管２７または原動機５０の排気管Ｌ６に接続された第１室２１と、第１室２１に設けられた第１連通管２５を介して第１室２１に接続され、第１室２１からのガスを下流側に流出させる流出管２８が接続された第２室２２と、第１室２１に設けられた第２連通管２６を介して第１室２１に接続された第３室２３と、を備える。第１室２１、第１連通管２５および第２室２２は、吐出管２７または排気管Ｌ６から出るガスの脈動周波数に対してヘルムホルツの反共振状態を生じさせるように構成され、第１室２１、第２連通管２６および第３室２３は、脈動周波数に対してヘルムホルツ共振を生じさせるように構成されている。【選択図】図２
2016166557.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
圧縮機の吐出管または原動機の排気管に接続された第１室と、
前記第１室に設けられた第１連通管を介して前記第１室に接続されると共に、前記第１室からのガスを下流側に流出させる流出管が接続された第２室と、
前記第１室に設けられた第２連通管を介して前記第１室に接続された第３室と、を備え、
前記第１室、前記第１連通管および前記第２室は、前記吐出管または前記排気管から出るガスの脈動周波数に対してヘルムホルツの反共振状態を生じさせるように構成され、
前記第１室、前記第２連通管および前記第３室は、前記脈動周波数に対してヘルムホルツ共振を生じさせるように構成されている脈動抑制器。
【請求項２】
前記第１室の第１容積、前記第２連通管の断面積と長さ、および前記第３室の第３容積から求められる第２共振周波数は、前記第１容積、前記第１連通管の断面積と長さ、および前記第２室の第２容積から求められる第１共振周波数よりも大きく、かつ前記第１共振周波数の２倍よりも小さい請求項１に記載の脈動抑制器。
【請求項３】
前記第１室の外壁の少なくとも一部を含む円筒状の本体部と、
前記本体部の第１端に接合されて、前記第２室の外壁の少なくとも一部を含む第１端壁部と、
前記本体部の第２端に接合されて、前記第３室の外壁の少なくとも一部を含む第２端壁部と、を備える請求項１または２に記載の脈動抑制器。
【請求項４】
前記本体部と前記第１端壁部、および、前記本体部と前記第２端壁部は、いずれもフランジ接合により一体化されている請求項３に記載の脈動抑制器。
【請求項５】
前記第３室は、容量を変更可能に構成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載の脈動抑制器。
【請求項６】
前記圧縮機と、
前記圧縮機の前記吐出管に接続された請求項１〜５のいずれか一項に記載の脈動抑制器と、を備える圧縮機システム。
【請求項７】
前記原動機と、
前記原動機の前記排気管に接続された請求項１〜５のいずれか一項に記載の脈動抑制器と、を備える原動機システム。
【請求項８】
圧縮機の吐出管または原動機の排気管に接続された第１室と、
前記第１室に設けられた第１連通管を介して前記第１室に接続されると共に、前記第１室からのガスを下流側に流出させる流出管が接続された第２室と、
前記第１室に設けられた第２連通管を介して前記第１室に接続された第３室と、を備え、
前記第１室、前記第１連通管および前記第２室における第１共振周波数は、前記吐出管または前記排気管から出るガスの脈動周波数よりも小さく、
前記第１室、前記第２連通管および前記第３室における第２共振周波数は、前記脈動周波数に略等しい、脈動抑制器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、脈動抑制器、圧縮機システムおよび原動機システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に記載されるように、可変容量圧縮機において吸入脈動を低減させる装置が知られている。この圧縮機は、ピストンがシリンダボア内を往復移動する往復動圧縮機である。ハウジング内には、スプール弁と、スプール弁に対向する背圧弁が設けられている。スプール弁と背圧弁との間にはダンパ室が形成されている。スプール弁の底部には吸入通路に連通する流通孔が形成されている。吸入脈動が発生するとき、流通孔およびダンパ室は、ヘルムホルツ共鳴効果を醸成する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２２３７５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
往復動圧縮機では、吐出管における排気脈動を抑制するために、たとえば図７に示されるような振動抑制器が設けられ得る。往復動圧縮機では、シリンダ１０１内をピストン１０２が往復移動することにより、吐出弁１０３を介して、圧縮された吐出ガスが吐出管１０４から吐出される。吐出管１０４には、前室１０６と後室１０７とからなる脈動抑制器１１０が設けられ得る。前室１０６と後室１０７との間には、前室１０６と後室１０７とを連通する連通管１０８が設けられ得る。この脈動抑制器１１０では、ヘルムホルツの共振（正確には共振点を超えた周波数域の反共振）特性を利用して、後室１０７に接続された流出管１０９に排気脈動が伝わることを抑制し得る。
【０００５】
しかしながら、脈動抑制器１１０では、抑制しきれなかった脈動が流出管１０９側に伝わってしまう傾向があった。その結果、構造上の振動が流出管１０９側に伝わるという問題が生じ得る。また、前室１０６内の圧力が増大し、脈動抑制器１１０を構成する圧力容器が励振される傾向があった。そこで、本発明は、構造上の振動が下流側に伝わることをより抑制できる脈動抑制器、圧力容器の励振をより緩和できる脈動抑制器、圧縮機システムおよび原動機システムを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の一態様に係る脈動抑制器は、圧縮機の吐出管または原動機の排気管に接続された第１室と、第１室に設けられた第１連通管を介して第１室に接続されると共に、第１室からのガスを下流側に流出させる流出管が接続された第２室と、第１室に設けられた第２連通管を介して第１室に接続された第３室と、を備え、第１室、第１連通管および第２室は、吐出管または排気管から出るガスの脈動周波数に対してヘルムホルツの反共振状態を生じさせるように構成され、第１室、第２連通管および第３室は、脈動周波数に対してヘルムホルツ共振を生じさせるように構成されている。
【０００７】
圧縮機の吐出管または原動機の排気管から出てくるガスは、脈動しており、所定の脈動周波数を有している。ガスは第１室に流入し、第１連通管を通って第２室に流入する。第１室、第１連通管および第２室では、ガスの脈動周波数に対してヘルムホルツの反共振状態が生じる。よって、脈動に起因する振動が、第２室および下流側の流出管に伝わることを抑制できる。さらに、第１室は、第２連通管を介して第３室に接続されている。第１室、第２連通管および第３室では、ガスの脈動周波数に対してヘルムホルツ共振が生じる。このヘルムホルツ共振により、第３室とのガスの出入りは促進され、第１室における圧力脈動が緩和される。したがって、上記の脈動抑制器によれば、構造上の振動が下流側（たとえば流出管等）に伝わることを抑制できる。また、脈動抑制器を構成する圧力容器の励振をより緩和できる。
【０００８】
いくつかの態様において、第１室の第１容積、第２連通管の断面積と長さ、および第３室の第３容積から求められる第２共振周波数は、第１容積、第１連通管の断面積と長さ、および第２室の第２容積から求められる第１共振周波数よりも大きく、かつ第１共振周波数の２倍よりも小さい。このような共振周波数となるように諸元を設定すれば、第１室、第１連通管および第２室におけるヘルムホルツの反共振状態と、第１室、第２連通管および第３室におけるヘルムホルツ共振とを両立させやすい。
【０００９】
いくつかの態様において、第１室の外壁の少なくとも一部を含む円筒状の本体部と、本体部の第１端に接合されて、第２室の外壁の少なくとも一部を含む第１端壁部と、本体部の第２端に接合されて、第３室の外壁の少なくとも一部を含む第２端壁部と、を備える。この場合、本体部の第１端に第１端壁部を接合し、本体部の第２端に第２端壁部を接合することで脈動抑制器の外壁を形成できるため、製造性に優れる。
【００１０】
いくつかの態様において、本体部と第１端壁部、および、本体部と第２端壁部は、いずれもフランジ接合により一体化されている。この場合、製造性に優れ、さらには圧力容器を容易に実現できる。
【００１１】
いくつかの態様において、第３室は、容量を変更可能に構成されている。この場合、ガスの脈動周波数が変化する場合でも、その脈動周波数に応じて第３室の容量を変更することにより、構造上の振動が下流側に伝わることを抑制できる。
【００１２】
本発明の一態様に係る圧縮機システムは、圧縮機と、圧縮機の吐出管に接続された上記の脈動抑制器と、を備える。この圧縮機システムによれば、圧縮機の吐出ガスの脈動に起因して構造上の振動が下流側に伝わる、という事象を防止し得る。
【００１３】
本発明の一態様に係る原動機システムは、原動機と、原動機の排気管に接続された上記の脈動抑制器と、を備える。この原動機システムによれば、原動機の排気ガスの脈動に起因して構造上の振動が下流側に伝わる、という事象を防止し得る。
【００１４】
本発明の他の態様に係る脈動抑制器は、圧縮機の吐出管または原動機の排気管に接続された第１室と、第１室に設けられた第１連通管を介して第１室に接続されると共に、第１室からのガスを下流側に流出させる流出管が接続された第２室と、第１室に設けられた第２連通管を介して第１室に接続された第３室と、を備え、第１室、第１連通管および第２室における第１共振周波数は、吐出管または排気管から出るガスの脈動周波数よりも小さく、第１室、第２連通管および第３室における第２共振周波数は、脈動周波数に略等しい。この脈動抑制器によれば、上記した脈動抑制器と同様に、構造上の振動が下流側に伝わることを抑制でき、圧力容器の励振をより緩和できる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明のいくつかの態様によれば、構造上の振動が下流側に伝わることを抑制でき、圧力容器の励振をより緩和できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の一実施形態に係る圧縮機システムの概略構成を示す図である。
【図２】図１中の脈動抑制器を模式的に示す断面図である。
【図３】ヘルムホルツの共振周波数を説明するための概念図である。
【図４】（ａ）は第１室、第２室および第３室を示す断面図、（ｂ）はヘルムホルツ共振の概念図、（ｃ）は第１室および第２室における共振応答と、第１室および第３室における共振応答とを示す図である。
【図５】（ａ）は脈動抑制器の概略構造の一例を示す断面図、（ｂ）は脈動抑制器の概略構造の他の例を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る原動機システムの概略構成を示す図である。
【図７】比較例に係る脈動抑制器を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図面の説明において同一要素には同一符号を付し、重複する説明は省略する。以下の実施形態では、脈動抑制器が往復動圧縮機および往復動原動機に適用される場合について説明する。なお、脈動抑制器は、容積式の圧縮機または原動機に広く適用可能である。たとえば、脈動抑制器は、スクリュー式の圧縮機またはロータリー式の原動機にも適用可能である。脈動が生じ得る圧縮機または原動機であれば、本発明を適用可能である。また、圧縮機または原動機で用いられるガス（気体）は、空気であってもよいし、空気以外のガスであってもよい。
【００１８】
図１に示されるように、圧縮機システム１は、２段の往復動圧縮機（レシプロ圧縮機）を用いた多段式の圧縮機システムである。圧縮機システム１は、産業用であり、たとえばプラントまたは発電機等に用いられ得る。圧縮機システム１は、１段目の低圧圧縮機２と、２段目の高圧圧縮機３とを備えている。低圧圧縮機２では、低圧シリンダ４内にピストン５が配置されている。ピストン５は、ピストンロッド６およびクロスヘッド７を介して、低圧圧縮機２と高圧圧縮機３との間に設けられたクランク１２に接続されている。高圧圧縮機３では、高圧シリンダ８内にピストン９が配置されている。ピストン９は、ピストンロッド１０およびクロスヘッド１１を介して、上記のクランク１２に接続されている。高圧圧縮機３の高圧シリンダ８の内径は、低圧圧縮機２の低圧シリンダ４の内径よりも小さくなっている。圧縮機システム１では、クランク１２に伝達された回転駆動力によって、ピストン５が低圧シリンダ４内を往復移動するとともに、ピストン９が高圧シリンダ８内を往復移動する。
【００１９】
低圧圧縮機２には、吸入ラインＬ１が接続されている。吸入ラインＬ１には、サージタンク１３が設けられる。低圧圧縮機２は、ピストン５の軸線方向の両側に配置された吸気弁１６ａおよび吸気弁１６ｂを備えている。吸入ラインＬ１は、吸気弁１６ａおよび吸気弁１６ｂに接続されている。低圧圧縮機２は、ピストン５の軸線方向の両側に配置された吐出弁１７ａおよび吐出弁１７ｂを備えている。吐出弁１７ａおよび吐出弁１７ｂには、吐出ラインＬ２が接続されている。吐出ラインＬ２には、冷媒を用いて吐出ガスを冷却するガス冷却器１４が設けられている。低圧段の吐出ラインＬ２は、ガス冷却器１４を介して、高圧段の吸入ラインＬ３に接続されている。なお、「ライン」との語は、気体が通る配管を意味する。
【００２０】
高圧圧縮機３には、吸入ラインＬ３が接続されている。高圧圧縮機３は、ピストン９の軸線方向の両側に配置された吸気弁１８ａおよび吸気弁１８ｂを備えている。吸入ラインＬ３は、吸気弁１８ａおよび吸気弁１８ｂに接続されている。高圧圧縮機３は、ピストン９の軸線方向の両側に配置された吐出弁１９ａおよび吐出弁１９ｂを備えている。吐出弁１９ａおよび吐出弁１９ｂには、吐出ラインＬ４が接続されている。吐出ラインＬ４には、冷媒を用いて吐出ガスを冷却するガス冷却器１５が設けられている。吐出ラインＬ４には、放気弁等が設けられている。吐出ラインＬ４は、後段に設置された高圧ガス利用設備（図示せず）に接続される。
【００２１】
往復動圧縮機を採用した圧縮機システム１では、吐出ラインＬ２を通って低圧圧縮機２から吐出される吐出ガス、吸入ラインＬ３を通って高圧圧縮機３に吸入される吸入ガス、および吐出ラインＬ４を通って高圧圧縮機３から吐出される吐出ガスに、ピストン５，９の往復移動に応じた脈動が発生する。一般的に、このような脈動は、騒音や配管の振動、疲労を引き起こし得る。圧縮機システム１では、これらの脈動を抑制するため、複数の脈動抑制器２０が設けられている。
【００２２】
圧縮機システム１は、低圧圧縮機２の吐出側すなわち吐出ラインＬ２に設けられた脈動抑制器２０Ａを備えている。脈動抑制器２０Ａは、低圧圧縮機２とガス冷却器１４との間に設けられている。圧縮機システム１は、高圧圧縮機３の吸入側すなわち吸入ラインＬ３に設けられた脈動抑制器２０Ｂを備えている。脈動抑制器２０Ｂは、ガス冷却器１４と高圧圧縮機３との間に設けられている。圧縮機システム１は、高圧圧縮機３の吐出側すなわち吐出ラインＬ４に設けられた脈動抑制器２０Ｃを備えている。脈動抑制器２０Ｃは、高圧圧縮機３とガス冷却器１５との間に設けられている。これらの脈動抑制器２０Ａ、脈動抑制器２０Ｂ、および脈動抑制器２０Ｃは、たとえば容量等が異なり得るが、いずれも同様の構成を有している。以下、脈動抑制器２０Ａ、脈動抑制器２０Ｂ、および脈動抑制器２０Ｃを総称して、脈動抑制器２０という。
【００２３】
図２を参照して、本実施形態の脈動抑制器２０について説明する。図２は、脈動抑制器を模式的に示す断面図である。脈動抑制器２０は、たとえば高圧圧縮機３の吐出管２７に接続されている。脈動抑制器２０は、吐出弁１９を介して吐出管２７に接続された前室（第１室）２１と、前室２１の吐出側に隣接して設けられた後室（第２室）２２とを含んでいる。前室２１の一方の壁部には、第１連通管２５が設けられている。後室２２は、第１連通管２５を介して前室２１に接続されている。言い換えれば、第１連通管２５は、前室２１と後室２２とを連通させている。第１連通管２５は、たとえば、前室２１と後室２２との間に設けられた仕切壁（上記した一方の壁部）を貫通し、その仕切壁に固定されている。後室２２には、前室２１からの吐出ガスを下流側に流出させる流出管２８が接続されている。
【００２４】
さらに、脈動抑制器２０は、前室２１に隣接して設けられたダンパ室（第３室）２３を含んでいる。前室２１の他方の壁部には、第２連通管２６が設けられている。ダンパ室２３は、第２連通管２６を介して前室２１に接続されている。言い換えれば、第２連通管２６は、前室２１とダンパ室２３とを連通させている。第２連通管２６は、たとえば、前室２１とダンパ室２３との間に設けられた仕切壁（上記した他方の壁部）を貫通し、その仕切壁に固定されている。ダンパ室２３には、前室２１のみが連通している。ダンパ室２３は、第２連通管２６を除き、閉じた空間を有している。すなわち、ダンパ室２３は、袋小路をなしている。
【００２５】
３つの空間と、これらを接続する２本の管状の流路とによって、脈動抑制器２０が構成されている。脈動抑制器２０において、前室２１、後室２２およびダンパ室２３の容積と、第１連通管２５および第２連通管２６の長さおよび断面積は、吐出ガスの脈動を抑制できるように設定されている。より具体的には、前室２１、第１連通管２５および後室２２は、吐出管２７から吐出される吐出ガスの脈動周波数に対して、ヘルムホルツの反共振状態を生じさせるように構成されている。さらに、前室２１、第２連通管２６およびダンパ室２３は、その脈動周波数に対して、ヘルムホルツ共振を生じさせるように構成されている。
【００２６】
図３を参照して、ヘルムホルツの共振周波数について説明する。図３に示されるように、両端が開口された連通管４３（いわゆるチョークチューブ）の両側に、第１容器４１と第２容器４２とが接続されている。以下、この場合の共振について考える。
第１容器４１の容積：Ｖ１
第２容器４２の容積：Ｖ２
連通管４３の断面積：Ｓ
連通管４３の長さ：Ｌ
気体密度：ρ
気体圧力：Ｐ
気体比熱比：γ
とする。
【００２７】
連通管４３の中の気体を塊とみなすと、その質量ｍは、ｍ＝ρＬＳで表される。連通管４３の中の気体の塊が座標軸ｘの正方向に移動すると、第１容器４１の内圧は減少し（ΔＰ１＜０）、第２容器４２の内圧は上昇し（ΔＰ２＞０）、気体の塊の変位と反対方向の力（＝Ｓ（ΔＰ１−ΔＰ２））が発生する。これを運動方程式で表現すると、下記式（１）となる。
【数１】
2016166557.tif 000003
【００２８】
ここで、ΔＰ１，ΔＰ２を断熱膨張／圧縮と考えると、たとえばΔＰ１の場合、下記式（２）より、下記式（３）および（４）が導かれる。なお、式（２）の右辺を定数ｋ１としている。
【数２】
2016166557.tif 000004
【数３】
2016166557.tif 000005
【数４】
2016166557.tif 000006
【００２９】
式（４）／式（３）より、下記式（５）および（６）が導かれる。同様のことが、第２容器４２についても言える。
【数５】
2016166557.tif 000007
【数６】
2016166557.tif 000008
これらの式と質量ｍとを運動方程式（上記式（１））に代入すると、下記式（７）が得られる。
【数７】
2016166557.tif 000009
【００３０】
ここで、下記式（８）および（９）を代入すると、下記式（１０）が得られる。この式（１０）は、単振動の式である。ここで、Ｐ１とＰ２の圧力差が僅少であることから、下記式(８)の様に近似する。
【数８】
2016166557.tif 000010
【数９】
2016166557.tif 000011
【数１０】
2016166557.tif 000012
【００３１】
式（１０）の共振周波数ω０は、下記式（１１）で表される。ここで、ｃは音速であり、下記式（１２）で表される。
【数１１】
2016166557.tif 000013
【数１２】
2016166557.tif 000014
【００３２】
このように、図３に示される単振動モデルの共振周波数ω０は、第１容器４１の容積Ｖ１、第２容器４２の容積Ｖ２、連通管４３の断面積Ｓおよび長さＬと、ガスの物性及び状態量で表すことができる。
【００３３】
なお、実際の振動現象では、連通管４３の開口部周辺の気体も付随して振動するので、その補正をするのが一般的である。以下、開口端補正について説明する。波長が十分長く、気体の粘性が無視できる程度に小さい場合、連通管４３の長さ（補正後の長さＬ´とする）の理論値は、下記式（１３）で表される。なお、式（１３）は両端開放の場合の理論値である。
【数１３】
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【００３４】
ここで、Ｒは連通管の半径である。連通管４３の直径をＤとすると、下記式（１４）が導かれる。このようにして、開後端補正後の長さＬ´が求められる。
【数１４】
2016166557.tif 000016
【００３５】
脈動抑制器２０においても、上記と同じ手法で、前室２１、第１連通管２５および後室２２における共振周波数と、前室２１、第２連通管２６およびダンパ室２３における共振周波数とをそれぞれ所望の値に調整することができる。具体的には、前室２１、後室２２およびダンパ室２３の容積と、第１連通管２５および第２連通管２６の長さおよび断面積が適宜に設定される。
【００３６】
図４（ａ）に示されるように、前室２１の容積（第１容積）Ｖａ、後室２２の容積（第２容積）Ｖｂおよびダンパ室２３の容積（第３容積）Ｖｃと、第１連通管２５の長さおよび断面積と、第２連通管２６の長さおよび断面積とが、適宜に設定される。図３に示した例と同様に、第１連通管２５の中の気体および第２連通管２６の中の気体を塊とみなし、それらの質量をｍ１，ｍ２とする。図４（ｂ）に示されるように、前室２１内の気体および後室２２内の気体は、それぞればね定数ｋ１，ｋ２を有するばねとして機能する。すなわち、第１連通管２５内の気柱は、ばね定数ｋ１，ｋ２を有するばねの間に質量ｍ１の物体が付いている単振動（厳密には２質点３ばね要素の連成ばね）とみなせる（上記式（１０）参照）。さらに、ダンパ室２３内の気体は、ばね定数ｋ３を有するばねとして機能する。すなわち、第２連通管２６内の気柱は、ばね定数ｋ１，ｋ３を有するばねの間に質量ｍ２の物体が付いている単振動（厳密には２質点３ばね要素の連成ばね）とみなせる（上記式（１０）参照）。
【００３７】
図４（ｃ）に示されるように、脈動抑制器２０では、前室２１、第１連通管２５および後室２２における共振周波数（第１共振周波数）ｆＨ１と、前室２１、第２連通管２６およびダンパ室２３における共振周波数（第２共振周波数）ｆＨ２とが、高圧シリンダ８の脈動周波数ｆｃｏに基づいて設定されている。より詳細には、共振周波数ｆＨ１は、脈動周波数ｆｃｏよりも小さい値に設定されている（実線で示される共振周波数ｆＨ１参照）。たとえば、ｆｃｏ＝√２ｆＨ１の関係が成り立っている。共振周波数ｆＨ１と脈動周波数ｆｃｏの比は、√２に限られず、他の値（ただし整数を除く値）であってもよい。このようにして、前室２１、第１連通管２５および後室２２は、高圧シリンダ８の脈動周波数ｆｃｏに対して、ヘルムホルツの反共振状態を生じさせるように構成されている。ここで、「反共振状態」とは、励振源(ここでは排気脈動)の周波数が系(ここでは脈動抑制器)の共振周波数を超えていて、振動(ここでは気体圧力の振動)が成長しない状態をいう。
【００３８】
一方で、共振周波数ｆＨ２は、脈動周波数ｆｃｏに略一致する値に設定されている（太い破線で示される共振周波数ｆＨ２参照）。このようにして、前室２１、第２連通管２６およびダンパ室２３は、高圧シリンダ８の脈動周波数ｆｃｏに対して、ヘルムホルツ共振を生じさせるように構成されている。すなわち、前室２１とダンパ室２３とによって、ヘルムホルツの共振箱が構成されている。共振周波数ｆＨ２は、共振周波数ｆＨ１よりも大きく、かつ共振周波数ｆＨ１の２倍（２ｆＨ１）よりも小さくなっている。
【００３９】
上記の説明では、前室２１、第１連通管２５および後室２２における共振周波数と、前室２１、第２連通管２６およびダンパ室２３における共振周波数とを、ヘルムホルツ共振の観点から特定したが、別の観点で脈動抑制器２０の構造を特定することができる。すなわち、前室２１、第１連通管２５および後室２２における共振周波数ｆＨ１は、脈動周波数ｆｃｏよりも小さくなっている。前室２１、第２連通管２６およびダンパ室２３における共振周波数ｆＨ２は、脈動周波数ｆｃｏに略等しくなっている。ここで、「共振周波数ｆＨ２が脈動周波数ｆｃｏに略等しい」とは、共振周波数ｆＨ２が脈動周波数ｆｃｏに完全に等しい場合と、共振周波数ｆＨ２が脈動周波数ｆｃｏとは僅かに異なる場合とを含んでいる。言い換えれば、共振周波数ｆＨ２は、脈動周波数ｆｃｏに有意に等しくなっている。なお、脈動周波数ｆｃｏは吐出ガスの温度等によっても変化するため、上記の「略等しい」は、そのような変化をも許容する意味である。
【００４０】
２つの部屋とこれらを連通する連通管とを備えた構造体がある場合、たとえば発振周波数が可変とされた発振器を用いれば、当該構造体の共振周波数は容易に測定可能である。すなわち、室内に向けてある周波数で発振し、発振周波数を徐々に大きくした場合に、共鳴現象を生じさせる周波数が、その構造体の共振周波数である。このように、脈動抑制器２０が上記の脈動周波数ｆｃｏに対する関係を満たすか否かは、たとえば発振器を用いて容易に特定することができる。
【００４１】
次に、図５（ａ）および（ｂ）を参照して、脈動抑制器２０の容器構造について説明する。脈動抑制器２０は、たとえば鋼製の圧力容器である。脈動抑制器２０の使用耐圧は、用途によって様々であるが、たとえば大気圧〜１０ＭＰａの範囲である。脈動抑制器２０は、たとえば、円筒状の本体部３１と、本体部３１の流出管２８側の端部（第１端）に接合された第１端壁部３２と、本体部３１の流出管２８とは反対側の端部（第２端）に接合された第２端壁部３３とを含む。第１端壁部３２および第２端壁部３３は、本体部３１と同じ直径を有する半球状（すなわちドーム状）をなしている。本体部３１と第１端壁部３２、および、本体部３１と第２端壁部３３は、いずれもフランジ接合により一体化されている。言い換えれば、脈動抑制器２０は、本体部３１と第１端壁部３２との間に、円環状のフランジ接合部４０を含み、本体部３１と第２端壁部３３との間に、円環状のフランジ接合部４０を含む。
【００４２】
本体部３１は、前室２１の外壁の少なくとも一部を含んでいる。第１端壁部３２は、後室２２の外壁の少なくとも一部を含んでいる。第２端壁部３３は、ダンパ室２３の外壁の少なくとも一部を含んでいる。このように、脈動抑制器２０は、所定の軸線周りに配置された複数の部材が互いに接合された構造を有している。
【００４３】
本体部３１、第１端壁部３２および第２端壁部３３を仕切る内壁の設け方や、第１連通管２５および第２連通管２６の設け方についても、種々の態様を採用し得る。たとえば、図５（ａ）に示される容器構造３０Ａのように、本体部３１の内壁面に接合された一対の円環状のブラケット３４に、第１連通管２５が貫通し固定された円板状の第１仕切壁３５と、第２連通管２６が貫通し固定された円板状の第２仕切壁３６とを接合してもよい。ブラケット３４に対する第１仕切壁３５および第２仕切壁３６の接合は、ボルト締結であってもよいし、溶接等であってもよい。この場合、第１仕切壁３５および第２仕切壁３６は、フランジ接合部４０よりも軸線方向の中央寄りに配置される。このように仕切壁を本体部３１の内壁面に対して固定する構造は、気密性の観点で有利である。
【００４４】
また、図５（ｂ）に示される容器構造３０Ｂのように、本体部３１のフランジ部と第１端壁部３２のフランジ部との間に、第１連通管２５が貫通し固定された円板状の第１仕切壁３７を挟み込み、本体部３１のフランジ部と第２端壁部３３のフランジ部との間に、第２連通管２６が貫通し固定された円板状の第２仕切壁３８を挟み込んでもよい。この場合、第１仕切壁３７および第２仕切壁３８は、フランジ接合部４０と同じ位置に配置される。本体部３１、第１端壁部３２および第２端壁部３３のそれぞれが、前室２１の容積Ｖａ、後室２２の容積Ｖｂおよびダンパ室２３の容積Ｖｃに対応している。このように仕切壁をフランジ部に挟み込む構造は、製造性の観点で有利である。
【００４５】
上記構造を有する容器構造３０Ａ，３０Ｂにおいて、前室２１とダンパ室２３とによって構成されたヘルムホルツの共振箱の特性（具体的には共振周波数ｆＨ２）を変更可能とにしてもよい。具体的には、ダンパ室２３の容量を変更可能としてもよい。たとえば、フランジ接合部４０に適合するフランジ部を有する、異なる容積の第２端壁部３３を複数用意してもよい。この場合、圧縮機の脈動周波数ｆｃｏに応じて、ヘルムホルツ共振を生じさせるような第２端壁部３３を選択して本体部３１に接合すればよい。なお、第１端壁部３２を変更することで、共振周波数ｆＨ１を変更してもよい。
【００４６】
また、ヘルムホルツの共振箱の特性（具体的には共振周波数ｆＨ２）を変更する手法として、第２連通管２６の長さ、断面積を変更可能としてもよい。たとえば、第２連通管２６や第２仕切壁３８に固定され得る、異なる長さの第２連通管２６を複数用意してもよい。この場合、圧縮機の脈動周波数ｆｃｏに応じて、ヘルムホルツ共振を生じさせるような第２連通管２６を選択すればよい。なお、第１連通管２５を変更することで、共振周波数ｆＨ１を変更してもよい。
【００４７】
以上説明した圧縮機システム１および脈動抑制器２０によれば、低圧圧縮機２または高圧圧縮機３からの吐出ガスは前室２１に流入し、第１連通管２５を通って後室２２に流入する。前室２１、第１連通管２５および後室２２では、吐出ガスの脈動周波数ｆｃｏに対してヘルムホルツの反共振状態が生じる。よって、脈動に起因する振動が、後室２２および下流側の流出管２８に伝わることを抑制できる。さらに、前室２１は、第２連通管２６を介してダンパ室２３に接続されている。前室２１、第２連通管２６およびダンパ室２３では、吐出ガスの脈動周波数ｆｃｏに対してヘルムホルツ共振が生じる。このヘルムホルツ共振により、ダンパ室２３との吐出ガスの出入りは促進され、前室２１における圧力脈動が緩和される。したがって、脈動抑制器２０によれば、構造上の振動が下流側（たとえば流出管等）に伝わることを抑制できる。しかも、コンパクトな構造で、脈動の抑制を実現できる。また、脈動抑制器２０を構成する圧力容器の励振をより緩和できる。
【００４８】
圧縮機システム１によれば、低圧圧縮機２および高圧圧縮機３の吐出ガスの脈動に起因する構造上の振動が他の部位を励振する、という事象を抑制し得る。
【００４９】
図７に示される比較例に係る脈動抑制器１１０では、前室１０６および後室１０７を直列に接続することで下流側における脈動を抑制しようとしていたが、上流側である前室１０６の容積により当該前室１０６の圧力脈動が大きくなり、配管振動の励振源となっていた。これに対し、脈動抑制器２０では、吐出管２７に前室２１および後室２２を直列に接続し、さらにヘルムホルツの共振を利用したダンパ室２３を、前室２１から分岐するように接続している。反共振を利用した前室２１の圧力脈動を、共振を利用したダンパ室２３により緩和することで、配管振動の励振の抑制と、排気脈動の抑制とを両立させている。
【００５０】
より詳細には、ダンパ室２３と前室２１で生ずるヘルムホルツの共振については、排気脈動で共振するように共振周波数ｆＨ２を設計することでダンパ室２３への吐出ガスの出入りを促進し、ダンパ室２３のダンパ効果と第２連通管２６内での圧損による脈動低減効果とをそれぞれ促進させることができる。前室２１と後室２２とで生ずるヘルムホルツの共振については、排気脈動で共振しないように共振周波数ｆＨ１を設計することで後室２２への流量の脈動成分の通過を抑制し、以って下流への圧力脈動の伝達を抑制することができる。
【００５１】
共振周波数ｆＨ２は、共振周波数ｆＨ１よりも大きく、かつ共振周波数ｆＨ１の２倍よりも小さいため、前室２１、第１連通管２５および後室２２におけるヘルムホルツの反共振状態と、前室２１、第２連通管２６およびダンパ室２３におけるヘルムホルツ共振とを両立させやすくなっている。
【００５２】
本体部３１の第１端に第１端壁部３２を接合し、本体部３１の第２端に第２端壁部３３を接合することで脈動抑制器２０の外壁を形成できるため、製造性に優れている。
【００５３】
本体部３１と第１端壁部３２、および、本体部３１と第２端壁部３３が、いずれもフランジ接合により一体化されているため、製造性に優れ、さらには圧力容器を容易に実現できる。
【００５４】
ダンパ室２３の容量が変更可能であると、吐出ガスの脈動周波数ｆｃｏが変化する場合でも、その脈動周波数ｆｃｏに応じてダンパ室２３の容量を変更することで、構造上の振動が下流側に伝わることを抑制できる。
【００５５】
前室２１、後室２２およびダンパ室２３が一直線状に配列されているため、前室２１を共用しやすくなっており、省スペースおよび部材の節約の観点でメリットがある。
【００５６】
続いて、図６を参照して、一実施形態に係る原動機システム１Ａについて説明する。原動機システム１Ａは、往復動原動機５０と、往復動原動機５０の排気ラインＬ６上に設けられた脈動抑制器２０Ｄとを備えている。往復動原動機５０は、吸気ラインＬ５および吸気弁５６を介して、予混合気或いは空気を吸気する。シリンダ５１内をピストン５２が往復動することにより、コネクティングロッド５３を介して直線運動がクランク５４に伝達され、その直線運動が、クランク５４によって回転運動に変換される。排気ガスは、排気弁５７および排気ラインＬ６を介して排出され、脈動抑制器２０Ｄに流入する。すなわち、排気ラインＬ６は排気管であり、この排気ラインＬ６が、脈動抑制器２０Ｄの前室２１に接続される。脈動抑制器２０Ｄの構成としては、上述した脈動抑制器２０の構成が採用され得る。
【００５７】
原動機システム１Ａによっても、圧縮機システム１と同様の作用効果が奏される。そして、原動機システム１Ａによれば、往復動原動機５０の排気ガスの脈動に起因して構造上の振動が下流側に伝わる、という事象を抑制し得る。従来の往復動原動機では，原動機の出口配管にヘルムホルツの共振を利用した振動抑制器を分岐させて接続することで抑制器下流の排気脈動を抑制する場合もあったが、排気経路上に直列に抑制器が無かったため、排気脈動の抑制効果が限定的だった。原動機システム１Ａによれば、このような問題が解決される。
【００５８】
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限られない。脈動抑制器２０の容器構造は、フランジ接合部４０を有さない構造であってもよい。脈動抑制器２０の容器構造は、円筒状に限られず、直方体状であってもよい。圧縮機システム１において、高圧圧縮機３の吸入側の脈動抑制器２０Ｂを省略してもよいし、脈動抑制器２０Ｂおよび脈動抑制器２０Ａを省略して、脈動抑制器２０Ｃのみを設けてもよい。脈動抑制器とガス冷却器を一体化して設けてもよい。前室２１、後室２２およびダンパ室２３が一直線状に配列される場合に限られず、全体としてＬ字状に折り曲げられてもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１  圧縮機システム
１Ａ  原動機システム
２  低圧圧縮機（圧縮機）
３  高圧圧縮機（圧縮機）
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ、２０Ｄ  脈動抑制器
２１  前室（第１室）
２２  後室（第２室）
２３  ダンパ室（第３室）
２５  第１連通管
２６  第２連通管
２７  吐出管
２８  流出管
３０Ａ、３０Ｂ  容器構造
３１  本体部
３２  第１端壁部
３３  第２端壁部
４０  フランジ接合部
５０  往復動原動機（原動機）
ｆｃｏ  脈動周波数
ｆＨ１  共振周波数（第１共振周波数）
ｆＨ２  共振周波数（第２共振周波数）
【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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