JP5352713B2 - アキュームレータ付回転式圧縮機 - Google Patents

Description

冷凍空調機器、すなわち冷凍サイクル装置の一要素である圧縮機に関する。

一般に冷凍空調機器に組み込まれる圧縮機においては、信頼性の確保や騒音増加を抑制するために、ポンプ内への液体吸入を回避する目的でアキュームレータを設けている。アキュームレータは、薄板を加工して形成されることが多く、略円筒形状であることが一般的である。さらに、アキュームレータの騒音対策としては、内部パイプの固定や前記略円筒形状の側面部に対して、溝形状を加える。または、凹部を設ける方法がある。

特許文献１に開示の技術は、銅製のアキュームレータに関しての騒音対策として、アキュームレータ本体にビード形状を設けたことを特徴とするものである。これは、製法上薄肉の銅管を用意し、その両端を縮管することにより成形する。このため、図からも読み取れるように両端部は、肉厚が増加し騒音を生じにくくなる。ここで、側面部は、薄肉となるため音を生じやすいことから、開示されている対策は有効である。

特許文献２に開示の技術は、上記と同様に銅製アキュームレータの側面に対する騒音対策についての例となる。

特開平９−１５１８７９号公報 特開２００１−２９５７６３号公報

近年、銅の価格高騰により、使用されることが多くなった銅以外、例えば鉄系薄板をプレスなどにより加工したカップ状の部材やパイプ状の部材と冷凍サイクルおよび圧縮機構部との接続のためのパイプおよび液の吸い込みを抑止する仕切り部材などを組み合わせて本体を構成している。

銅製の場合、上下端が肉厚であり、側面が薄く騒音対策が必要であったが、鉄系材料を使用した場合には、従来の銅に比べて肉厚の材料を用いているため、プレスによる多少の差は生じるものの上下端部と側面の厚さは大きく異なることは無い。このため、従来に対して厚みの増加した側面への対策よりも、相対的に厚みの減少した上端部および下端部への対策が重要となった。また、鉄系材料は、強度的に優れているが、銅に比べて内部損失が少なく、条件により振動で騒音を発生しやすい一面を持ち合わせていることも挙げられる。

ここで、１ピストンロータリ圧縮機を用いた冷凍空調装置の例を挙げると、略円筒形状の金属容器内の上部に電動機部を、下部には圧縮機構部を備え、且つアキュームレータをポンプ部との接合部および金属容器に設けた支持手段により固定する構造の圧縮機を想定する。

この場合、圧縮機からの振動伝播経路は、圧縮機構部と連結される下端部のパイプと、本体の側面と接する支持手段との２つとなる。なお、その支持手段は、本体上部に位置している。

このため、アキュームレータは、圧縮機の運転中に生じる回転トルクの変動による回転振動を受けるため、上記２箇所を支持点として、アキュームレータ下端が回転方向に揺すられることになり、騒音の発生を抑制しにくい構成であったと言える。

本発明の目的は、アキュームレータ付回転式圧縮機において、運転時に生じる騒音を低減することにある。

本発明の目的は、容器内に、電動機部と、前記電動機部と連結された圧縮機構部と、を備えた回転式圧縮機と、鉄系金属を用いて複数の円筒あるいはカップ形状の部材を組み合わせて本体を構成し、冷凍サイクルとの接続パイプである第１接続パイプと、前記回転式圧縮機の圧縮機構部との接続パイプである第２接続パイプと、を有するアキュームレータと、を備えたアキュームレータ付回転式圧縮機において、前記第１接続パイプと前記第２接続パイプとの間に配設された仕切り手段と、前記第２接続パイプと前記仕切り手段との間であって、前記仕切り手段の表面に吸音手段を配設したアキュームレータ付回転式圧縮機によって達成される。

本発明によれば、運転時に生じる騒音を低減することができる。

本発明の実施例１。 本発明の実施例２。 本発明の実施例３。 本発明の実施例４。 本発明の実施例５。 本発明の実施例６。

銅以外の例えば鉄系の金属である薄板を用いて円筒あるいはカップ状の部品を製作し、それらを組み合わせて接合することでアキュームレータ本体を形成し、さらに上端部には、冷凍サイクルとの接続用のパイプを接合し、下端部には、先端が曲がった形状を持った圧縮機への接続パイプを配して、さらに、パイプからの直接吸い込みを回避する仕切り手段を設けたアキュームレータを設け、ロータリ圧縮機と組み合わせて、アキュームレータ付回転式圧縮機とする。

騒音を低減する手段としては、次の３つを考慮する。（１）アキュームレータの固有値を変更する。（２）内部の反響を抑制する。（３）圧縮機からアキュームレータへの加振力を低減する。

以下、実施例について説明する。

まず、（１）を実現する手段について図１を用いて説明する。

図には、容器１０内に電動機部１２と、電動機部１２により駆動される圧縮機構部１１を備え、圧縮機機構部への液吸い込みを抑止するアキュームレータを備えたアキュームレータ付回転式圧縮機が示されている。圧縮機構部１１は、図示しないシリンダやローラーなどで構成される。

このアキュームレータは、鉄などの板金により、単数、あるいは複数の部材から構成されるアキュームレータ本体２０に冷凍サイクルとの接続手段である２０ａと圧縮機構部１１との接続に用いられる接続パイプ２３を備え、必要に応じて液吸い込みを抑止する仕切り部材２１を備える。ここで、アキュームレータ下端部２０ｂからの騒音を低減するために、凹形状を設けることで当該部分の共振周波数を高くすると同時に剛性向上による共振抑制の効果が得られる。

ここで凹形状および寸法については、本実施例においては、アキュームレータの下端部に、接続パイプ２３を中心とした環状の凹形状を設けている。その他の形態としては、アキュームレータの上端部，下端部の少なくとも一方に環状の凹または凸形状を設ける、環状ではなく当該仮想環の上に３点から１２点の凹または凸形状を設けるなど、多種多様に決定することができる。例えば、ルームエアコンでは、圧縮機の周囲に吸音材を巻きつける方法が一般に採用されている。この場合、吸音材により１０００Ｈｚ以上の成分を減衰させる効果を利用するため、凹形状を設けることで１０００Ｈｚ以上の周波数となるように設計すると良い。

一般に聴感評価において、ある周波数帯域で目立ったピーク音が存在すると聴感が良くないと感じることが知られている。このため、現状のシステムに対してレベルの低い帯域に騒音が生じるように、周波数を設定する。あるいは騒音がピーク音とならないように複数の固有値となるように設定してもよい。

図では、外観上凹形状の例を示しているが、内容積の変化を考慮して、凸形状でも、あるいは、凹凸を組み合わせても良い。また、凹凸部は、独立して設けても良いし、連続的に例えば環状に凹凸を設けてもよく（このとき接続パイプ２３を中心にするか否かは問わない）、同心円状や放射状等でも良い。

このように、薄い金属板（但し銅以外）をプレスにて成形した上カップと下カップを組み合わせて、あるいは３つ以上のカップを組み合わせてなる略円筒形状のアキュームレータにおいて、固有値を高くする方法として、アキュームレータ下端に凹凸を設け、強度アップを図れると同時に、振動板の面積を細かく区切ることで固有値を、略平板あるいは略球面のものに対して、より高くすることが可能である。また、このような形状を採用することで、アキュームレータ内部での圧力波の繰り返し反射を抑制することもできる。

図２および図３を用いて他の実施例を説明する。

アキュームレータ下端部２０ｂ部の固有振動数低減として、下端部２０ｂでの重量を増加させることが有効である。一般的に言われているように、
物体の固有値の２倍＜加振周波数
とすることで、共振を抑制できることが分かっている。重量を増すことで振動させること自体の必要なエネルギが増加することからも、騒音低減効果を得るものである。

ここで、重量の増加方法として、図２に示すように、部分的に錘となるものを追加する方法がある。また、図３のように、下端部２０ｂの厚さを全体的に増す方法でも良い。図示しないが、適宜厚みを変化させてもよい。また、一様強さの部材として考えるならば、中心側で厚く、外周側で薄くすることが望ましい。また、厚みを変化させることで、特定の固有値を持ちにくくなるという効果もある。

図３では下端の厚さを増しているが、アキュームレータの上端または下端の少なくとも一方に面の材料厚さを、側面部に対して厚くすれば良い。ただし溶接等のために２重にした部分の厚さではなく、側面の板厚に対して、ということである。

実施例１に加え、さらに固有値を低くする方法として、アキュームレータ下端部の板厚を、円筒面に対して厚く設定する。この場合、下端部全体を厚くしても良いし、必要に応じて部分的に厚くしても良い。

次に（２）を実現する手段について図４および図５を用いて説明する。

アキュームレータ本体２０は略円筒形状であることから、また、図示しない実験結果から、音響的に内部の反射が見られる。特に円筒の上下端において、反射することによる共鳴があることが分かっている。実験の結果、略円筒形状のアキュームレータにおいて、縦方向の長さに応じた波長により、共鳴の周波数が変化することが分かっている。このため、
周波数ｆ＝音速ｖ／流路から算出される波長λ
の関係より、長さを変化させることで周波数が変化させられることになる。

このため、この円筒の長さをコントロールすることで共鳴の周波数を変えることも考えられるが、アキュームレータには本来の目的である液が貯留されることもあり、液面の高さ、換言するとアキュームレータ内部ガス空間での距離変化により状況が変化してしまう。

よって、アキュームレータ内部に吸音材を設けることで、アキュームレータ内部での反射を抑制するものである。図４では、上下端に対して、吸音材を配置する例および内部のパイプに吸音材を配設する例である。

さらに図５にて積極的な吸音効果を得る方法として、略円錐形状の反射板２７を組み合わせた例を示す。アキュームレータの上下方向に反射する音のエネルギを頂角に相当する角度θが９０°より小さい円錐形状とすることにより、上下方向の波動の方向を略径方向へと導き、且つ吸音材部を通過させることで騒音エネルギの減衰を図るものである。図５の例では、上向きに凸のテーパー、上面のみに吸音材の構成としているが、下向きに凸形状のテーパーや下面での吸音材を適用することもできる。

さらに、円錐面ではなく、円錐の稜線にあたる部分が凹形状または凸形状をもったような形状でもよい。

具体的な吸音の例を、音の伝播２６にて示す。図中、左側の部分からは吸音材を図示せず伝播のための矢印を見やすくしているが、実際には、ここにも吸音材を配する。鉛直下方に入射した音が反射板２７により、外径側に反射されつつ次第に吸音材の奥側に向かって減衰しながら進行する。この形状により効果的に騒音エネルギが消費されるものと考える。

このように、アキュームレータ内部に反射手段を配設して且つ当該反射手段には、アキュームレータ円筒の軸方向への反射を抑制するための吸音手段を設ける。具体的には、反射手段表面にスチールウールなど多孔質の材料を設け、あるいは細かな凹凸，切り起こし部を設けることで、共鳴を抑制する。

最後に（３）を実現する手段について図６を用いて説明する。

圧縮機運転中にアキュームレータ本体２０の下端部２０ｂに対して、圧縮機構部との接続パイプ２３から加振されることにより騒音が発生することから、加振力の低減のために、図６に示すように接続パイプ２３の剛性を部分的に増加・低減させ、振動の伝達を抑制する。

例えば、材料として内部減衰効果の大きな材料、例えば銅パイプを使用するとよく、Ｈ材のほかに、必要によって焼鈍したＯ材を用いてもよい。一般に接続パイプ２３の形状は、９０°屈曲したいわゆるエルボー形となっているが、アキュームレータ下端部２０ｂ近傍でのパイプ径の縮小および肉厚の低減、曲げ加工をしない直線部分長さの延長などを施す。つまり、圧縮機後部に接続する接続パイプ２３は、アキュームレータの本体下端近傍に略直線部分と、略直線部に連接した曲げ部分とを有しているので、略直線部分の剛性を曲げ部分の剛性より低くすることにより、圧縮機本体からの振動伝播を抑制する構造とすることができる。

圧縮機からのアキュームレータへの加振抑制については、特に１ピストンロータリでは、圧縮機構１回転中の負荷変動が大きく、圧縮機の回転軸周りのいわゆる回転振動が大きい。この振動が、アキュームレータ下端のパイプを通じて伝播することにより騒音を発生することから、パイプ経由での伝播抑制のため、アキュームレータ下端に配設した接続パイプが、アキュームレータ下端近傍で、圧縮機接続部よりも剛性が低くなるように設定する。

以上、各実施例で説明したように、アキュームレータから発生する騒音を抑制することができ、安価で騒音の低い冷凍空調装置を提供することができる。また、これらの各特徴を任意に組み合わせれば、その各特徴に応じたそれぞれの効果を奏するアキュームレータ付回転式圧縮機を得ることができる。

なお、以上の実施例においては、縦型ロータリ圧縮機を例に説明したが、横形あるいはロータリ以外の回転式圧縮機、例えばスクロール圧縮機等との組み合わせにおいても同様の効果を期待できる。また、アキュームレータの上端部と冷凍サイクルの間に同様な課題を生じた場合には、同様の騒音低減策を実施しても良い。

１０ 圧縮機
２０ アキュームレータ本体
２０ａ アキュームレータ上端部
２０ｂ アキュームレータ下端部
２２ パイプ
２３ 圧縮機構部への接続パイプ
２４ 錘
２５ 吸音手段
２７ 反射板

Claims (2)

1. 容器内に、電動機部と、前記電動機部と連結された圧縮機構部と、を備えた回転式圧縮機と、
   鉄系金属を用いて複数の円筒あるいはカップ形状の部材を組み合わせて本体を構成し、冷凍サイクルとの接続パイプである第１接続パイプと、前記回転式圧縮機の圧縮機構部との接続パイプである第２接続パイプと、を有するアキュームレータと、
   を備えたアキュームレータ付回転式圧縮機において、
   前記第１接続パイプと前記第２接続パイプとの間に配設された仕切り手段と、
   前記第２接続パイプと前記仕切り手段との間であって、前記仕切り手段の表面に吸音手段を配設したアキュームレータ付回転式圧縮機。
2. 容器内に、電動機部と、前記電動機部と連結された圧縮機構部と、を備えた回転式圧縮機と、
   鉄系金属を用いて複数の円筒あるいはカップ形状の部材を組み合わせて本体を構成し、冷凍サイクルとの接続パイプである第１接続パイプと、前記回転式圧縮機の圧縮機構部との接続パイプである第２接続パイプと、を有するアキュームレータと、
   を備えたアキュームレータ付回転式圧縮機において、
   前記容器と前記アキュームレータが支持部材により固定され、
   前記第２接続パイプは、前記アキュームレータの本体下端に接続した第１の略直線部分と、前記第１の略直線部に連接した曲げ部分と、前記曲げ部分に連接するとともに前記容器に接続した第２の略直線部と、を有し、
   前記第１の略直線部分の剛性を前記曲げ部分及び前記第２の略直線部の剛性より低くしたアキュームレータ付回転式圧縮機。