JP2020153648A - 冷凍機 - Google Patents
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Abstract
【課題】簡易な構成で冷凍機における騒音を良好に減衰させる。【解決手段】冷凍機100は、冷媒を圧縮する圧縮機101と、圧縮機101により圧縮された冷媒を凝縮させる凝縮器102と、凝縮器102により凝縮された冷媒を蒸発させる蒸発器103と、圧縮機101、凝縮器102および蒸発器103を接続する複数の配管(冷媒配管106a、106b、106cおよびホットガスバイパス配管109)と、複数の配管のうち、ガス流体が流れるガス流体配管としてのホットガスバイパス配管109及び吐出配管の少なくともいずれか一つに設けられた消音機構1Aとを備える。消音機構1Aは、消音機構が設置される配管に配置される粘性要素と、粘性要素よりもガス流体流れ下流側に配置された剛性要素と、を有する。【選択図】図1
Description
本発明は、消音機構を有する配管を備えた冷凍機に関する。
従来、振動発生源で発生する振動を減衰させる装置に関する技術が知られている。例えば、特許文献1には、ターボ冷凍機における圧縮機から吐出管を介して凝縮器に吐出される吐出流体の消音装置が記載されている。特許文献1に記載の消音装置は、吐出管の凝縮器への開口部対向側に、多孔質焼結材から成り、吐出流体の流通方向と対抗状に延びる吸音板を、吐出管の凝縮器側開口端から間隔をあけて配置している。
ここで、冷凍機では、圧縮機が作動するとき、ブレードの動きやディフューザの羽根の枚数等に応じて周期的な流量変動が生じ、圧力脈動による騒音、いわゆるNZ音が発生する。NZ音の発生は、特定の周波数特性となる性質がある。そして、NZ音が冷凍機の配管における音響場と共鳴し、騒音が増幅されることがある。そのため、NZ音と配管における音響場との共鳴を抑制することが求められる。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、簡易な構成で冷凍機における騒音を良好に減衰させることを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、冷媒を圧縮する圧縮機と、前記圧縮機により圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、前記凝縮器により凝縮された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、前記圧縮機、前記凝縮器および前記蒸発器を接続する複数の配管と、複数の前記配管のうち、ガス流体が流れるガス流体配管及び前記圧縮機の吐出配管の少なくともいずれか一つに設けられた消音機構と、を備え、前記消音機構は、前記消音機構が設置される前記配管に配置される粘性要素と、前記粘性要素よりもガス流体流れ下流側に配置された剛性要素と、を有することを特徴とする。
この構成により、冷凍機のガス流体が流れるガス流体配管における所望の周波数の流体音を消音機構で良好に減衰させることが可能となる。これにより、ガス流体配管における音響場と圧縮機で発生するNZ音との共振を抑制することができる。したがって、本発明によれば、より簡易な構成の消音機構により、冷凍機における騒音を良好に減衰させることができる。
前記消音機構は、所定周波数以上の振動を除去するローパスフィルタとなることが好ましい。
前記剛性要素は、前記消音機構が設置される前記配管の一部であり、前記ガス流体配管と異なる厚さで、振動板となることが好ましい。
前記粘性要素は、ガス流れに渦を発生させることが好ましい。
前記粘性要素は、前記消音機構が設置される前記配管の内部に配置された格子であることが好ましい。
前記粘性要素は、前記消音機構が設置される前記配管の内部に配置された円柱であることが好ましい。
本発明によれば、簡易な構成で冷凍機における騒音を良好に減衰させる。
以下に、本発明にかかる冷凍機の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
図1は、本実施形態の冷凍機を示す概略構成図である。本実施形態にかかる冷凍機100は、例えばビルや工場等の温度、湿度などを調整する空調設備、あるいは、冷凍室を冷却する空調設備の一部である。冷凍機100は、設置されているビルや工場、冷凍室に冷たい水または空気を供給し、設置されているビルや工場、冷凍室を冷却する装置である。冷凍機100は、圧縮機101と、凝縮器102と、蒸発器103と、中間冷却器104とを有する。
圧縮機101と凝縮器102とは、冷媒が流通される冷媒配管106aにより連通されている。また、凝縮器102と蒸発器103とは、冷媒が流通される冷媒配管106bにより連通されている。中間冷却器104は、冷媒配管106bに介在されている。また、蒸発器103と圧縮機101とは、冷媒が流通される冷媒配管106cにより連通されている。すなわち、圧縮機101、凝縮器102、蒸発器103、および中間冷却器104は、冷媒配管106a、106b、106cを介して冷媒を循環させる循環経路106に設けられている。また、冷媒配管106bの経路中には、中間冷却器104の上流側にホットガスバイパス弁(高段膨張弁)107が設けられ、下流側にホットガスバイパス弁(低段膨張弁)108が設けられている。さらに、凝縮器102と蒸発器103とは、循環経路106を介さず蒸発器103から凝縮器102へと高温の冷媒ガスをバイパスして供給するホットガスバイパス配管109が設けられている。また、ホットガスバイパス配管109には、冷媒ガスの流量を調整するための調整弁110が設けられている。
圧縮機101は、羽根車の回転運動によって冷媒を圧縮するターボ圧縮機として構成されている。すなわち、冷凍機100は、いわゆるターボ冷凍機である。ターボ圧縮機としての圧縮機101は、電動機111によって駆動される圧縮部112を有している。圧縮部112には、電動機111により回転駆動される羽根車を同軸上に2つ備えた2段圧縮や、電動機111により回転駆動される羽根車を1つ備えた単段圧縮の方式がある。圧縮部112が2段圧縮の場合、蒸発器103から圧縮機101へ送られる気相の冷媒は、1段目の圧縮部で圧縮された後、2段目の圧縮部でさらに圧縮され、圧力と温度とが上昇しつつ冷媒配管106aを介して凝縮器102へ送られる。一方、圧縮部112が単段圧縮の場合、蒸発器103から圧縮機101へ送られる気相の冷媒は、圧縮部112にて圧縮され、圧力と温度とが上昇しつつ冷媒配管106aを介して凝縮器102へ送られる。
凝縮器102は、冷媒冷却流体(例えば、水)が供給される冷却水配管121が接続されている。圧縮機101から凝縮器102に送られる気相の冷媒は、冷却水配管121により供給される冷媒冷却流体と熱交換して凝縮し、すなわち、冷媒冷却流体に熱を捨てて液化し、冷媒配管106bを介して蒸発器103へ送られる。冷却水配管121には、ポンプ122と冷却水供給部123が設けられている。ポンプ122は、冷却水配管121内の冷却水を循環させる。冷却水供給部123は、冷却水配管121に冷却水を供給し、冷媒と熱交換した冷却水を回収する。
蒸発器103は、冷却媒体(本実施形態では水)が供給される冷水配管131が接続されている。凝縮器102から蒸発器103に送られる液相の冷媒は、冷水配管131により供給される冷却媒体と熱交換して蒸発する。この過程で、水は、液相の冷媒に熱を捨てて温度が低下する。これにより水は、冷水となる。そして、水と熱交換した液相の冷媒は、蒸発して気相の冷媒となり、冷媒配管106cを介して圧縮機101へ送られる。冷水配管131には、ポンプ132と冷水消費部134が設けられている。ポンプ132は、冷水配管131内の水(冷水)を循環させる。冷水消費部134は、冷水配管131に冷水を供給し、冷媒と熱交換し冷却された冷水を回収する。冷水消費部134は、回収した冷水を利用し、図示しない空調設備が設置されている設備の空気を冷却する。なお、冷却媒体には、水以外の流体も用いることができる。
中間冷却器104は、凝縮器102において液化された後、膨張弁107を通過した冷媒を液相とガス相とに分離するものである。さらに、中間冷却器104は、凝縮器102と蒸発器103との間に一定の圧力差を保持すると共に、液相の冷媒の一部を蒸発させて蒸発器103での潜熱の増大を図るものである。また、中間冷却器104は、凝縮器102にて凝縮し切れなかった気相の冷媒と、液相の冷媒とが気液二相流流体として導入され、この気相の冷媒と液相の冷媒とを分離する気液分離器として機能するものであり、分離された気相の冷媒は圧縮機101へ送られ、液相の冷媒はホットガスバイパス弁108へ送られる。膨張弁108を通過した冷媒は蒸発器103に送られる。
ホットガスバイパス弁107は、凝縮器102で液化された冷媒を膨張させる機構である。具体的には、冷媒を凝縮圧から中間圧まで減圧させる。膨張弁107で減圧された冷媒は、中間冷却器104に供給される。
ホットガスバイパス弁108は、中間冷却器104を通過した液体の冷媒(飽和液冷媒)を膨張させる機構である。具体的には、冷媒を中間圧から蒸発圧まで減圧させる。膨張弁107で減圧された冷媒は、中間冷却器104に供給される。
冷凍機100は、以上のような構成である。なお、冷凍機100は、上記構成に限定されない。冷凍機100は、圧縮機101と、凝縮器102と、蒸発器103とを備えていればよく、その配管構成、ポンプの配置、ホットガスバイパス弁の配置等は、種々の配置とすることができる。
次に、本実施形態にかかる冷凍機100の要部について説明する。冷凍機100では、圧縮機101が作動するとき、ブレードの動きやディフューザの羽根の枚数等に応じて、周期的な流量変動が生じ、圧力脈動による騒音、いわゆるNZ音が発生する。NZ音の発生は、特定の周波数特性となる性質がある。そして、NZ音が冷凍機100の循環経路106に含まれる各配管における音響場と共鳴し、騒音が増幅されることがある。そのため、NZ音と各配管における音響場との共鳴を抑制することが求められる。
そこで、冷凍機100は、上記構成に加えて、循環経路106に含まれる各配管のうち、冷媒ガス(ガス流体)が流れるものに設けられた消音機構1Aを備えている。消音機構1Aは、ホットガスバイパス配管109に内蔵されている。
図2は、消音機構を模式的に示す説明図である。図3は、消音機能の機能を模式的に示す説明図である。図4は、消音機構のローパスフィルタの周波数特性の説明図である。本実施形態において、消音機構1Aは、図2に示すように、ホットガスバイパス配管109の内部に取り付けられている。
消音機構1Aは、粘性要素50と剛性要素52とを有する。消音機構1Aは、冷媒ガス(ガス流体)の流れ方向において、粘性要素50の下流側に剛性要素52が配置されている。消音機構1Aは、所定周波数以上のノイズを除去するローパスフィルタとなる。ここで、消音機構1Aは、NZ音が所定周波数以上となるように、所定周波数を設定する。
粘性要素50は、ホットガスバイパス配管109の内部に配置されている。粘性要素50は、冷媒ガスに渦を発生させる。これにより、電気回路の抵抗と同様の機能となる。
剛性要素52は、ホットガスバイパス配管109の一部に設けられている。剛性要素52は、音響メタマテリアルで形成されている。つまり、ホットガスバイパス配管109の一部に配置され、ホットガスバイパス配管109とは異なる構造の部分となる。具体的には、剛性要素52は、ホットガスバイパス配管109と板厚が異なる筒状構造物である。剛性要素52は、冷媒ガスが流通することで、振動する振動板となる。これにより、電気回路のコンデンサと同様の機能となる。
本実施形態において、消音機構1Aは、冷媒ガスが粘性要素50を通過して、流れに乱れが発生した後、剛性要素52を通過して、図4に示すように、振動板で所定周波数以上の成分が減衰される。これにより、共鳴周波数における音圧レベルを低減させることができ、NZ音を低減することができる。また、消音機構1Aは、ホットガスバイパス配管109の内部及び、ホットガスバイパス配管109の一部に配置することができる。これにより、配管の周囲に設置スペースがない場合も設置することができる。
以下、図5及び図6を用いて、粘性要素の一例を説明する。図5及び図6は粘性要素の一例を示す説明図である。図5に示す粘性要素50aは、ホットガスバイパス配管109の内部に配置された格子である。粘性要素50aは、一方の方向に延びた線状の部材70が複数並び、他方の方向に延びた線状の部70が複数並んで、格子構造(網目構造)となる。冷媒ガスは、粘性要素50aの格子構造を通過することで、流れに渦を発生させる。
図6に示す粘性要素50bは、円柱状のパイプ72が、列状に配置されている。パイプ72は、両端がホットガスバイパス配管109に固定されている。冷媒ガスは、粘性要素50bの格子構造を通過することで、流れに渦を発生させる。なお、粘性要素50a、50bの構造に限定されない。
本実施形態において、消音機構1Aが設けられるガス流体配管は、蒸発器103から凝縮器102へと冷媒をバイパスさせるホットガスバイパス配管109とした。この構成により、蒸発器103と凝縮器102との間のホットガスバイパス配管109における流体音を、良好に減衰させることができる。ただし、消音機構1A、1Bは、ホットガスバイパス配管109のみならず、冷凍機100に含まれる複数の配管のうち、ガス流体が流れる配管および圧縮機101の吐出配管(冷媒配管106a)の少なくともいずれか1つに設けられてもよい。
1A 消音機構
2 ハウジング
3 通路
5 空洞
50、50a、50b 粘性要素
52 剛性要素
60 領域
100 冷凍機
101 圧縮機
102 凝縮器
103 蒸発器
106 循環経路
106a,106b,106c 冷媒配管
109 ホットガスバイパス配管
2 ハウジング
3 通路
5 空洞
50、50a、50b 粘性要素
52 剛性要素
60 領域
100 冷凍機
101 圧縮機
102 凝縮器
103 蒸発器
106 循環経路
106a,106b,106c 冷媒配管
109 ホットガスバイパス配管
Claims (6)
- 冷媒を圧縮する圧縮機と、
前記圧縮機により圧縮された前記冷媒を凝縮させる凝縮器と、
前記凝縮器により凝縮された前記冷媒を蒸発させる蒸発器と、
前記圧縮機、前記凝縮器および前記蒸発器を接続する複数の配管と、
複数の前記配管のうち、ガス流体が流れるガス流体配管及び前記圧縮機の吐出配管の少なくともいずれか一つに設けられた消音機構と、
を備え、
前記消音機構は、
前記消音機構が設置される前記配管に配置される粘性要素と、
前記粘性要素よりもガス流体流れ下流側に配置された剛性要素と、を有することを特徴とする冷凍機。 - 前記消音機構は、所定周波数以上の振動を除去するローパスフィルタとなることを特徴とする請求項1に記載の冷凍機。
- 前記剛性要素は、前記消音機構が設置される前記配管の一部であり、前記消音機構が設置される前記配管と異なる厚さで、振動板となることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の冷凍機。
- 前記粘性要素は、ガス流れに渦を発生させることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の冷凍機。
- 前記粘性要素は、前記消音機構が設置される前記配管の内部に配置された格子であることを特徴とする請求項4に記載の冷凍機。
- 前記粘性要素は、前記消音機構が設置される前記配管の内部に配置された円柱であることを特徴とする請求項4に記載の冷凍機。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019055641A JP2020153648A (ja) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 冷凍機 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2019055641A JP2020153648A (ja) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 冷凍機 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2020153648A true JP2020153648A (ja) | 2020-09-24 |
Family
ID=72558519
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2019055641A Pending JP2020153648A (ja) | 2019-03-22 | 2019-03-22 | 冷凍機 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2020153648A (ja) |
-
2019
- 2019-03-22 JP JP2019055641A patent/JP2020153648A/ja active Pending
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