JP2008528869A

JP2008528869A - 排気マフラー

Info

Publication number: JP2008528869A
Application number: JP2007553268A
Authority: JP
Inventors: フォックス，ウィリアム・ジェイ; スレイター，ロバート・シー，ジュニア; ミラー，ロバート・エス; ベンダー，ジェイムズ・イー
Original assignee: York International Corp
Current assignee: York International Corp
Priority date: 2005-01-31
Filing date: 2006-01-25
Publication date: 2008-07-31
Anticipated expiration: 2026-01-25
Also published as: EP1844238A1; EP1844238B1; JP4796078B2; CN101133252A; TW200632218A; US20060171819A1; WO2006083712A1; KR20070099053A; US7578659B2

Abstract

ＨＶＡＣ及びＲシステム（１００）における排気マフラー（２０）はプレート（３０）により実質的に相互に軸方向で整合した状態で所定の間隔で位置する所定の長さの複数のチューブ（３４、３８、４２）を有する。チューブ（３４、３８、４２）は、圧力減少を最小にし、流れ特性を改善し、ＨＶＡＣ及びＲシステム（１００）の効率を改善するように、コンプレッサの排出部（２４）に隣接して固定される。
【選択図】
図１

Description

本発明は加熱、通気、エアコンディショニング及び冷却システムに使用するコンプレッサのための排気マフラーに関し、特に、最小排出圧力降下で音響の減衰を提供する排気マフラーに関する。

加熱及び冷却システムは、典型的には、コイル状チューブ内で一方の流体を循環させ、コイル状チューブ上で他方の流体を通過させて、２つの流体間で熱エネルギの伝達を行うことにより、構造体内で温度制御を維持する。このようなシステムにおける主要な素子は冷えた低圧のガスを受け取り、圧縮装置のおかげで、暖かい高温ガスを排出するコンプレッサである。１つの形式のコンプレッサはスクリューコンプレッサであり、このコンプレッサは一般に中空の二重バレルケーシング内で別個のシャフト上に装着された２つの円筒状のロータを有する。コンプレッサケーシングの側壁は典型的にはロータを並置した状態で収容する２つの平行な重なったシリンダを形成し、そのシャフトは地面に平行に位置する。スクリューコンプレッサのロータは典型的にはその外表面上に螺旋状に延びるローブ及び溝を有し、ロータの周辺部に大きなネジ部を形成する。作動中、ロータのネジ部は互いに噛み合い、この場合、一方のロータのローブは他方のロータの対応する溝と噛み合って、ロータ間に一連のギャップを形成する。このようなギャップは連続的な圧縮室を形成し、この圧縮室はケーシングの一端でコンプレッサの入口開口即ち「ポート」に連通し、ロータの旋回時に容積を連続的に減少させ、システムでの使用のためにケーシングの他端における排出ポートに向かってガスを圧縮する。

これらのロータは高速で回転し、複数組のロータ（コンプレッサ）はシステム内で循環することのできるガスの量を更に増大させるように形状づけることができ、それにより、システムの作動能力を増大させる。ロータは連続的なポンピング作動を提供するが、加圧流体が排出ポートで排出されるときに、各組のロータ（コンプレッサ）は圧力パルスを発生させる。このような排出圧力の脈動はシステム内での可聴の音響の大きな原因となる。

望ましくない音響を最少化するため、ノイズ減衰装置又はシステムを使用することができる。ノイズ減衰システムの例は、蛇行経路において冷却剤を受ける、発散性又は吸収性のマフラーシステム及び制限性のマフラーシステムであり、典型的には、各々コンプレッサの排出部に位置する。マフラーは典型的にはコンプレッサの排出部の下流側でかなりの圧力降下を生じさせ、システムの効率を減少させてしまう。

必要なものは、コンプレッサの作動効率に悪影響を及ぼすことなく、コンプレッサの作動により発生する圧力脈動を十分に減衰するマフラーである。

本発明はＨＶＡＣ及びＲシステムにおけるコンプレッサのための排気マフラーに関する。排気マフラーはプレートと；プレートに実質上垂直にプレートを通って延びるように形状づけされかつ位置する複数のチューブと；を有し、複数のチューブは複数のプレートの実質的な相互の軸方向の整合を提供するように所定の間隔で配置される。

本発明は更にＨＶＡＣ及びＲシステムにおけるコンプレッサシステムに関する。コンプレッサシステムはハウジングを有するコンプレッサを含み、ハウジングはコンプレッサにより圧縮すべき冷却剤を受け取るための入口と、加圧された圧縮冷却剤を排出するための出口とを有する。出口に位置するマフラーはプレートと、プレートに実質上垂直にプレートを通って延びるように形状づけされかつ位置する複数のチューブとを有する。複数のチューブは複数のプレートの実質的な相互の軸方向の整合を提供するように所定の間隔で配置される。

本発明は更にまた、閉冷却剤ループにおいて接続された、コンプレッサ、コンデンサ構成及び蒸発器構成を有する冷却システムに関する。マフラーは、プレートと、プレートに実質上垂直にプレートを通って延びるように形状づけされかつ位置する複数のチューブとを有し、複数のチューブは複数のプレートの実質的な相互の軸方向の整合を提供するように所定の間隔で配置される。マフラーはコンプレッサとコンデンサとの間で閉冷却剤ループ内に位置する。

本発明の利点は、最小の排出圧力減少で、音響の減衰を提供できることである。
本発明の別の利点は、コンプレッサからの改善された排出流れ特性を提供するマフラーである。

本発明の更に別の利点は、改善されたＨＶＡＣ及びＲシステムの効率である。
本発明の他の特徴及び利点は、例として本発明の原理を示す添付図面に関連して行う好ましい実施の形態の以下の一層詳細な説明から明らかとなろう。

可能な限り、図面を通して、同一又は類似の部品を示すために同じ符号を使用する。
排気マフラー２０の１つの実施の形態を図１−４に示す。スクリューコンプレッサのようなコンプレッサ１０はコンプレッサの入口で受け取った冷却蒸気を圧縮し、圧縮された蒸気冷却剤を出口即ち排出部２４で排出する噛合するロータ２２を有する。コンプレッサ１０は、冷却蒸気が加熱、通気、エアコンディショニング及び冷却（ＨＶＡＣ及びＲ）システム内の他の素子の方へ流れる前に、蒸気冷却剤と連通するように、排出部２４内に設置される。プレート即ち反射板３０はチューブ３４、３８、４２のようなチューブを受け入れるためにその中に形成された複数の孔３２を有し、好ましくは、周辺に位置する孔５２を通して挿入された複数のファスナー（図示せず）により排出部２４内で固定される。好ましくは、複数の羽根４６は反射板３０の両側に取り付けられる。チューブ３４、３８、４２及び羽根４６は、後に一層詳細に説明するコンプレッサの効率を改善しながら、コンプレッサ１０の作動により発生するある圧力脈動周波数を減衰させる。

プレート即ち反射板３０はコンプレッサ１０により排出された脈動する加圧冷却蒸気に耐えることのできる金属のような金属で構成される。さらに、排出部２４内に設置したときに、反射板３０は、反射板３０の対応する孔３２内に受け入れられた複数のチューブ３４、３８、４２を固定した状態で、排出部２４に沿って伝達される音響波の一部を反射する。１つの実施の形態では、反射板３０は円形であるが、好ましくは実質上流体密の適合構成で排出部２４内に受け入れられる任意の周辺形状を有することができ、好ましくは、反射板３０は冷却剤の流れ方向に対して実質上垂直に位置する。孔３２の表面積を差し引いた後に残った、排出部２４内において連通状態で位置する反射板３０の表面積の比率は約１／３であることが好ましい。例えば、排出部２４の横断面積が２０平方インチの場合は、反射板３０は排出部２４のほぼ７平方インチをカバーする。しかし、この比率の値は単なる目安であり、この比率は１／３よりも大きく又は小さくすることができることを理解すべきである。

排出部２４内で好ましくは実質上流体密の適合構成で位置することに加えて、反射板３０はまた排出部２４から実質上振動的に隔離することができる。ガスケット５４は反射板３０と排出部２４との間に位置することができ、ガスケット材料は好ましくは、さもなければ反射板３０からコンプレッサ１０へ伝播するものと思われる振動を緩和するために、ネオプレン又は他のポリマーのような粘弾性材料である。好ましくは、また、反射板１０は、圧縮されたときに、排出部２４と反射板３０との間に実質上流体密のシールを提供するのに十分なほどの弾力性を有する。代わりの実施の形態では、ガスケット５４は、一対のフランジ５８と、フランジ５８間に位置し、反射板３０の周辺部に固定できる相互接続ウエブ５６とを有するＵ字状の横断面（図４参照）を有することができる。代わりに、ガスケットのフランジ５８及びウエブ５６は互いに独立とすることができ（図５参照）、環状のシムのような取り付け部６０は、排出部２４からマフラー２０を振動的に隔離した状態で、排出部２４の内部の適所にマフラー２０を固定するのに十分な圧縮力を提供するために使用される。更に別の実施の形態においては、ガスケット５４は図６に示すように弾力性クッション又はバネとすることができるが、クッション又はバネは反射板３０のいずれかの側又は両側に位置することができる。

図２に示すようなマフラー２０の１つの実施の形態においては、チューブ３４、３８、４２は反射板３０を通って延び、チューブ３４の中心は中心線３６と整合し、チューブ３８は中心線４０と整合し、チューブ４２は中心線４４と整合する。好ましくは、プレート３０から反射する音響波はチューブ３４、３８、４２に入る音響波に突き当たり、これを減衰し、音響波は好ましくは、三次元波が平面波とは異なって振舞うときに、適正に機能させるようなマフラー２０のための平面波である。チューブは、チューブの直径とチューブ内で維持することのできる平面波周波数との間に存在する関係を利用することにより、コンプレッサ１０の作動に関連する音響周波数を減衰するように寸法決め（調整）される。この関係においては、チューブの直径が増大すると、維持し減衰することのできる平面波の周波数を増大させ、一方、チューブの直径が減少すると、維持し減衰することのできる平面波の周波数を減少させる。例えば、（Ｒ−１２４ａの冷却剤を伴った）６インチ（約１５２．４ｍｍ）の直径のチューブ内では、平面波はほんの５４０Ｈｚ以下で存在することができる。３インチ（約７６．２ｍｍ）の直径を有するチューブは６インチの直径の周波数の２倍即ち１０８０Ｈｚまでの平面波を維持する。７２０Ｈｚの音響周波数はあるコンプレッサの構造において問題を起こす周波数なので、その周波数で平面波を維持できる約４．５インチ（１１４．３ｍｍ）のチューブ直径が望ましいことがある。それ故、マフラーの性能を向上させることができるように、一層小さな直径の複数のチューブを使用するのが好ましい。

チューブを特定の周波数に調整するためにチューブ長さを使用する場合は、チューブの横断面積（丸いチューブの直径）を寸法決めすることに加えて、チューブ長さを制御することも好ましい。例えば、１つの実施の形態においては、（０．５０インチ（約１２．７ｍｍ）の厚さの）プレート３０の表面からチューブの端部までを測定した値として１．７５インチ（約４４．４５ｍｍ）の長さを有するチューブは７１４Ｈｚに調整される。好ましくは、このチューブは４．００インチ（約１０１．６ｍｍ）の長さを有し、そのため、チューブの残りの部分は同じ長さだけプレートの他側を通過して延びる。換言すれば、プレート３０はチューブ３４、３８、４２を実質上二等分することが好ましい。更に、チューブ３４、３８、４２は相互に軸方向で実質上整合し、プレート３０に対して実質上垂直に延びることが好ましい。チューブ３４、３８、４２を適所で固定するため、溶接を含む当業界で既知の化学的又は機械的な接着技術を使用することができる。代わりに、チューブ３４、３８、４２及びプレート３０は単一の構造体とすることができる。

好ましくは、隣接するチューブ３４、３８、４２と羽根４６との間でプレート３０の各側から延び、羽根４６は更に好ましくは中央のチューブ３４から半径方向外方に延びる。羽根４６はチューブ３４、３８、４２よりも一層高い音響周波数を減衰し、これは、少なくとも部分的に、チューブよりも一層小さな横断面積の付加的な調整された空洞を形成する羽根４６から由来するものと思われる。隣接するチューブ間を延びる羽根４６を更に固定するため、ジョイント５０を羽根４６の少なくとも片側又は反対側に形成することができる。羽根４６は任意の閉じた幾何学形状を有するプロフィールを画定することができるが、図２に示す実施の形態は向上した構造上のこわさ及び強度を提供する傾斜部４８を有する。更に、音響減衰に影響を与えることのできる孔を羽根４６及びチューブ３４、３８、４２の一方又は双方に形成することができる。また、上述したような音響波を反射させるのに十分な比率的な表面積が存在する限り、付加的な孔をプレート３０内に形成することができる。

１つの実施の形態においては、チューブ３４、３８、４２及び羽根４６は中心軸線６２（図２参照）のまわりで対称的であり、各チューブは実質上同じ長さ及び直径であり、各羽根４６は実質上同一であるが、このような対称性は必ずしも必要ではなく、プレート３０上で中心に位置するチューブさえも必ずしも必要ではなく、また、チューブ又は羽根は同一の構成である必要がないことを理解すべきである。更に、チューブは任意の閉じた幾何学形状を画定することができ、異なる長さを有することができ、必要なら、一層小さなチューブを一層大きなチューブ内に収容することができる。チューブ３４、３８、４２、プレート３０及び羽根４６は好ましくは溶接のような一体的な金属構造又は代わりに鋳造のような単一の機械加工構造のものであるが、モールド成形構造を許容できる、十分な強度、音響挙動及び耐久性の他の矛盾のない材料も使用できる。

上述のようなほぼ１／３の反射表面積比率を有する反射板３０を備えた普通のスクリューコンプレッサにおいて、図２に示すようなマフラー２０の実施の形態を使用して試験を行った。マフラーによる排出された冷却蒸気の結果としての圧力降下はほんの約１／２ｐｓｉであった。しかし、本発明のマフラーを通って流れた後の排出された蒸気の改善された流れ経路のため、従来のマフラーにより達成されるものに匹敵する音響減衰量を同時に提供しながら、約０．５％のＨＶＡＣシステムの性能の改善が観察された。当業者なら、プレートの反射比率、チューブの幾何学形状、チューブの長さ及びコンプレッサ構造のバリエーションの他の組み合わせが、約０．１ｐｓｉないし約１．０ｐｓｉの、マフラーを通って流れる冷却剤の圧力降下を提供するというような、更に一層好ましい結果を提供できることを認識できよう。

図７は冷却システムに組み込んだ本発明の１つの実施の形態を全体的に示す。図示のように、ＨＶＡＣ冷却即ち液体冷蔵システム１００は上述のようなマフラー２０を備えたコンプレッサ１０と、コンデンサ構成体７０と、膨張装置と、水冷蔵器又は蒸発器構成体７２と、制御パネル７４とを有する。制御パネル７４は冷却システム１００の作動を制御する。制御パネル７４はまた可変速度駆動子即ちＶＳＤ１０４のような駆動装置、モータ７８及びコンプレッサ１０の作動を制御するために使用することができる。普通のＨＶＡＣ冷却即ち液体冷蔵システム１００は図７には示さない多くの他の特徴を含む。このような特徴は図示を簡単にする目的で図面を簡素化するために意図的に図示省略した。

コンプレッサ１０は、冷却蒸気を圧縮し、冷却蒸気の流れが上述のようにマフラー２０により改善されてしまった後に、その蒸気をコンデンサ７０へ送給する。コンデンサ７０へ送給された冷却蒸気は例えば空気又は水のような流体と熱交換関係となり、流体との熱交換関係の結果として、冷却液体への位相変化を受ける。コンデンサ７０からの凝縮された液体冷却剤は対応する膨張装置を通って蒸発器７２へ流れる。

蒸発器７２は冷却負荷８０に対する供給ライン及び帰還ラインのための接続部を有することができる。好ましくは水であるが、例えばエチレン、塩化カルシウムブライン又は塩化ナトリウムブラインのような任意の他の適当な補助の液体とすることのできる補助の液体は帰還ラインを介して蒸発器７２内へ入り、供給ラインを介して蒸発器７２から出る。蒸発器７２内の液体冷却剤は補助の液体と熱交換関係となり、補助の液体の温度を低下させる。蒸発器７２内の冷却液体は補助の液体との熱交換関係の結果として冷却蒸気への位相変化を受ける。次いで、蒸発器７２内の蒸気冷却剤はコンプレッサ１０へ戻り、サイクルを完了させる。コンデンサ７０及び蒸発器７２内での冷却剤の適当な位相変化が得られる場合は、コンデンサ７０及び蒸発器７２の任意の適当な形状をシステム１００において使用できることを理解すべきである。

好ましい実施の形態に関連して本発明を説明したが、当業者なら、本発明の要旨から逸脱することなく、種々の変更を行うことができ、その素子に対して等価物と交換できることを理解されたい。更に、本発明の本質的な要旨から逸脱することなく、特定の状況又は材料を本発明の教示に適合させるように、多くの修正を行うことができる。それ故、本発明は、本発明を実施するためのものと考えられる最良の形態として開示された特定の実施の形態に限定されず、本発明は特許請求の範囲内に入るすべての実施の形態を含むことを意図するものである。

本発明の排気マフラーを受け入れるための排出部を備えたコンプレッサの部分断面図である。本発明の排気マフラーの斜視図である。図2の３−３線に沿って見た立面図である。本発明のガスケットの実施の形態を伴った反射板の拡大部分断面図である。本発明の振動的に隔離されたマフラー構成体の断面図である。本発明の振動的に隔離されたマフラー構成体の断面図である。本発明のマフラーと一緒に使用できる冷却システムの概略図である。

Claims

ＨＶＡＣ及びＲシステム（１００）における排気マフラー（２０）において、
プレート（３０）と；
上記プレート（３０）に実質上垂直に同プレート（３０）を通って延びるように形状づけされかつ位置する複数のチューブ（３４、３８、４２）であって、同複数のチューブ（３４、３８、４２）の実質的な相互の軸方向の整合を提供するように所定の間隔で配置された複数のチューブ（３４、３８、４２）と；
を有することを特徴とする排気マフラー。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）のうちの少なくとも１つのチューブが同複数のチューブ（３４、３８、４２）の残りのチューブとは異なる横断面積を有することを特徴とする請求項１に記載の排気マフラー（２０）。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）のうちの少なくとも１つのチューブが実質上円形の横断面を有することを特徴とする請求項１に記載の排気マフラー（２０）。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）及び上記プレート（３０）が一体構造のものであることを特徴とする請求項１に記載の排気マフラー（２０）。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）及び上記プレート（３０）が単一構造のものであることを特徴とする請求項１に記載の排気マフラー（２０）。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）の隣接するチューブ間で形状づけられかつ位置する少なくとも１つの羽根（４６）を更に有することを特徴とする請求項１に記載の排気マフラー（２０）。
上記少なくとも１つの羽根（４６）が傾斜部（４８）を有することを特徴とする請求項６に記載の排気マフラー（２０）。
上記プレート（３０）の周辺に沿って位置するガスケット（５４）を更に有することを特徴とする請求項１に記載の排気マフラー（２０）。
上記ガスケット（５４）がＵ字状の横断面を有することを特徴とする請求項８に記載の排気マフラー（２０）。
ＨＶＡＣ及びＲシステム（１００）におけるコンプレッサシステムにおいて、
コンプレッサ（１０）であって、同コンプレッサにより圧縮すべき冷却剤を受け取るための入口と、加圧圧縮された冷却剤を放出するための出口（２４）とを備えたハウジングを有するコンプレッサ；及び
上記出口に位置し、プレート（３０）と、上記プレート（３０）に実質上垂直に同プレート（３０）を通って延びるように形状づけされかつ位置する複数のチューブ（３４、３８、４２）であって、同複数のチューブ（３４、３８、４２）の実質的な相互の軸方向の整合を提供するように所定の間隔で配置された複数のチューブ（３４、３８、４２）と、を有するマフラー（２０）；
を有することを特徴とするコンプレッサシステム。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）のうちの少なくとも１つのチューブが同複数のチューブ（３４、３８、４２）の残りのチューブとは異なる横断面積を有することを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）のうちの少なくとも１つのチューブが実質上円形の横断面を有することを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）及び上記プレート（３０）が一体構造のものであることを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）及び上記プレート（３０）が単一構造のものであることを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記複数のチューブ（３４、３８、４２）の隣接するチューブ間で形状づけられかつ位置する少なくとも１つの羽根（４６）を更に有することを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記少なくとも１つの羽根（４６）が傾斜部（４８）を有することを特徴とする請求項１５に記載のコンプレッサシステム。
上記プレート（３０）の周辺に沿って位置するガスケット（５４）を更に有することを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記ガスケット（５４）がＵ字状の横断面を有することを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記出口に流体連通して位置する上記プレート（３０）の表面積の比率が約１／３であることを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記出口（２４）と上記プレート（３０）との間に位置するガスケット（５４）を更に有することを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記ガスケット（５４）が粘弾性材料で形成されることを特徴とする請求項２０に記載のコンプレッサシステム。
上記ガスケット（５４）が一対のフランジ（５８）間に位置するウエブ（５６）により相互接続された上記一対のフランジ（５８）により画定される横断面を有し、当該ガスケット（５４）が上記プレート（３０）の周辺部に固定され、当該一対のフランジ（５８）のうちの一方のフランジ（５８）が上記出口（２４）と当該プレート（３０）との間に位置することを特徴とする請求項２１に記載のコンプレッサシステム。
少なくとも１つのガスケット（５４）を更に有し、同少なくとも１つのガスケットのうちの第１のガスケットが上記出口（２４）と上記プレート（３０）との間に位置することができ、上記少なくとも１つのガスケット（５４）のうちの第２のガスケット（５４）が上記第１のガスケットとは反対側で当該プレート（３０）に隣接して位置することができることを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサシステム。
上記少なくとも１つのガスケット（５４）がクッション又はバネであることを特徴とする請求項２３に記載のコンプレッサシステム。
冷却システム（１００）において、
コンプレッサ（１０）、コンデンサ構成（７０）、及び、閉冷却剤ループにおいて接続された蒸発器構成（７２）と；
プレート（３０）と、上記プレート（３０）に実質上垂直に同プレート（３０）を通って延びるように形状づけされかつ位置する複数のチューブ（３４、３８、４２）であって、同複数のチューブ（３４、３８、４２）の実質的な相互の軸方向の整合を提供するように所定の間隔で配置された複数のチューブ（３４、３８、４２）と、を有するマフラー（２０）と；
を有し、
上記マフラー（２０）が上記コンプレッサ（１０）と上記コンデンサ（７０）との間で上記閉冷却剤ループ内に位置することを特徴とする冷却システム。
上記マフラー（２０）が同マフラー（２０）を通って流れる冷却剤の最小圧力降下を達成するように形状づけられることを特徴とする請求項２５に記載の冷却システム。
上記圧力降下が約０．１ｐｓｉないし約１．０ｐｓｉであることを特徴とする請求項２６に記載のコンプレッサ冷却システム。