JP7381975B2 - 圧縮機及び空調装置 - Google Patents

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Description

本開示は、圧縮機及び空調装置に関するものである。
従来、圧縮機には、ケーシング内の圧縮機構が有する流体流出口（吐出ポート）とケーシング内の高圧空間との間にマフラが設けられたものがある（例えば特許文献１参照）。
特許文献１の圧縮機では、マフラ内の共鳴周波数と、マフラとケーシングの間の空間における共鳴周波数を一致させる構成を採用し、騒音を抑えようとしている。
実開昭５５－１７９１４号公報
圧縮機では、一般に、ケーシング内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードの共鳴周波数が存在する。そして、これらの２つの共鳴モードの共鳴周波数が潤滑油の油面変動により一致すると騒音が大きくなる。しかしながら、特許文献１の圧縮機ではこの騒音への対応は考慮されていない。
本開示の目的は、第１共鳴モードの共鳴周波数と第２共鳴モードの共鳴周波数がケーシング内の油面変動により一致して発生する騒音を抑えることである。
本開示の第１の態様は、
圧縮機であって、
両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、
前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、
前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）と、
を備え、
前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードの全域で、該第１共鳴モードの共鳴周波数が、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードの共鳴周波数と異なるように、前記ケーシング（20）または前記マフラ（38）の寸法が設定されている。
この第１の態様では、第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数と異なるため、圧縮機（10）の運転中に２つの共鳴モードの重なりが生じない。よって、騒音の増大を抑制できる。
本開示の第２の態様は、
第１の態様の圧縮機において、
前記圧縮機構（30）の上側に配置されるとともに該圧縮機構（30）を駆動する電動機（40）を備え、
前記第１共鳴モードの共鳴周波数は、前記マフラ（38）の容積と、前記電動機（40）の下端と前記ケーシング（20）の底面との間に形成されるとともに油面に応じて変化する一次空間（60）の容積とをパラメータとする共鳴周波数であり、
前記第２共鳴モードの共鳴周波数は、前記ケーシング（20）のうち前記一次空間（60）を形成する部分の内径をパラメータとする共鳴周波数である。
この第２の態様では、特に騒音の増大に影響する２つの共鳴モードの重なりを抑制することで、騒音の増大を抑制できる。
本開示の第３の態様は、
第１または第２の態様の圧縮機において、
前記ケーシング（20）内への初期充填油量の油面高さで、前記第１共鳴モードの共鳴周波数が前記第２共鳴モードの共鳴周波数より低い。
この第３の態様では、圧縮機（10）の運転中は常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より低い状態となり、圧縮機（10）の運転中に２つの共鳴モードの重なりが生じないので騒音の増大を抑制できる。
本開示の第４の態様は、
第１または第２の態様の圧縮機において、
前記ケーシング（20）内に潤滑油が貯留されない状態で、前記第１共鳴モードの共鳴周波数が前記第２共鳴モードの共鳴周波数より高い。
この第４の態様では、圧縮機（10）の運転中は常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの周波数より高い状態となり、圧縮機（10）の運転中に２つの共鳴モードの重なりが生じないので騒音の増大を抑制できる。
本開示の第５の態様は、
第１または第２の態様の圧縮機において、
前記圧縮機構（30）が１シリンダの圧縮機構である。
この第５の態様では、１シリンダの圧縮機構を有する圧縮機において、２つの共鳴モードの重なりが生じないので騒音の増大を抑制できる。
本開示の第６の態様は、
蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路を備えた空調装置であって、
前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）が、第１または第２の圧縮機である。
この第６の態様では、第１から第４の何れかの態様の圧縮機（10）を備えた冷凍装置において、２つの共鳴モードの重なりに起因する圧縮機（10）の騒音を抑制できる。
本開示の第７の態様は、
蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（1）を備えた空調装置であって、
前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）は、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）とを備え、前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードを有する圧縮機（10）であり、
前記冷媒回路（1）内の潤滑油を前記圧縮機（10）内に回収した状態の油面で、前記第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より低い。
この第７の態様では、運転中は常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの周波数より低くなる。よって、２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
本開示の第８の態様は、
蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（1）を備えた空調装置であって、
前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）は、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）とを備え、前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードを有する圧縮機（10）であり、
全運転領域における定常運転時に、常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より低くなるように前記圧縮機（10）の油面高さを制御する運転を行う。
この第８の態様では、圧縮機（10）の油面高さを制御する運転を行うことにより、常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より低くなる。よって、２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
本開示の第９の態様は、
蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（1）を備えた空調装置であって、
前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）は、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）とを備え、前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードを有する圧縮機（10）であり、
全運転領域における定常運転時に、常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より高くなるように前記圧縮機（10）の油面高さを制御する運転を行う。
この第９の態様では、圧縮機（10）の油面高さを制御する運転を行うことにより、常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より高くなる。よって、２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
本開示の第１０の態様は、
蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（1）を備えた空調装置であって、
前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）は、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）とを備え、前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードを有する圧縮機（10）であり、
第１共鳴モードと第２共鳴モードの共鳴周波数が合致するポイントで前記圧縮機（10）の運転を回避し、定常運転を行わない。
この第１０の態様では、運転中に２つの共鳴モードの共鳴周波数が合致するポイントが生じない。よって、２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
本開示の第１１の態様は、
第７から第１０の何れかの態様の空調装置において、
前記圧縮機（10）は、前記圧縮機構（30）の上側に配置されるとともに該圧縮機構（30）を駆動する電動機（40）を備え、
前記第１共鳴モードの共鳴周波数は、前記マフラ（38）の容積と、前記電動機（40）の下端と前記ケーシング（20）の底面との間に形成されるとともに油面に応じて変化する一次空間（60）の容積とをパラメータとする共鳴周波数であり、
前記第２共鳴モードの共鳴周波数は、前記ケーシング（20）のうち前記一次空間（60）を形成する部分の内径をパラメータとする共鳴周波数である。
この第１１の態様では、特に騒音の増大に影響する２つの共鳴モードの重なりを抑制することで、騒音の増大を抑制できる。
本開示の第１２の態様は、
第１１の態様の空調装置において、
第１共鳴モードと第２共鳴モードの共鳴周波数が合致するポイントを避けるように圧縮機（10）の回転速度を制御して第１共鳴モードの共鳴周波数を制御する運転を行う。
この第１２の態様では、第９の態様と同様に、運転中に２つの共鳴モードの共鳴周波数が合致するポイントが生じない。よって、２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
本開示の第１３の態様は、
第１１の態様の空調装置において、
前記圧縮機（10）の吐出側に接続された油分離器（7）を有する油戻し回路（6）から前記圧縮機（10）への油戻し量を調整することにより油面高さを制御して第１共鳴モードの共鳴周波数を制御する運転を行う。
この第１３の態様では、油戻し運転をすることにより油面高さを調整することで、２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
本開示の第１４の態様は、
第１１の態様の空調装置において、
前記圧縮機（10）が１シリンダの圧縮機構（30）を有する圧縮機である。
この第１４の態様では、１シリンダの圧縮機構（30）を有する圧縮機を備えた冷媒回路を有する空調装置において、２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
本開示の第１５の態様は、
第６または第１４の態様の空調装置において、
前記圧縮機構（30）の回転速度N(rps)が、120≦Nである。
この第１５の態様では、比較的高速回転で運転される圧縮機（10）において、２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
図１は、実施形態１に係る圧縮機の断面図である。 図２は、第１共鳴モードの共鳴周波数を求める数式である。 図３は、第２共鳴モードの共鳴周波数を求める数式である。 電動機の下部の一次空間容積と第１共鳴モード及び第２共鳴モードの共鳴周波数の関係を示すグラフである。 実施形態における一次空間容積と第１共鳴モード及び第２共鳴モードの共鳴周波数の関係を示すグラフである。 実施形態１の変形例１における一次空間容積と第１共鳴モード及び第２共鳴モードの共鳴周波数の関係を示すグラフである。 一次空間容積と第１共鳴モード及び第２共鳴モードの共鳴周波数が合致する状態を示すグラフである。 実施形態２の変形例１における圧縮機への油戻し運転の動作を示す説明図である。
以下、実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
この実施形態に係る圧縮機（10）は、揺動ピストン式の圧縮機（10）であり、図１に示すように冷媒回路（1）に接続されている。冷媒回路（1）は、この圧縮機（10）と、放熱器（2）、膨張機構（3）、及び蒸発器（4）とが順に冷媒配管（5）で接続され、冷媒が循環することにより蒸気圧縮式の冷凍サイクルを行う。膨張機構（3）は、一般に開度調整が可能な膨張弁が用いられるが、開度が固定のキャピラリチューブなど、別の要素部品でもよい。
圧縮機（10）はケーシング（20）を備える。ケーシング（20）は、円筒状の胴体部（21）の軸方向の一端（上端）に第１端板（22）を備え、他端（下端）に第２端板（23）を備える縦長円筒状の密閉容器である。ケーシング（20）の内部には、冷媒回路（1）の冷媒を圧縮する圧縮機構（30）と、圧縮機構（30）を駆動する可変速の電動機（40）とが収容され、それぞれ、胴体部（21）の内周面に固定されている。電動機（40）はケーシング（20）内で第１端板（22）との間に第１空間（S1）を介して配置され、圧縮機構（30）は電動機（40）との間に第２空間（S2）を介して配置されている。
電動機（40）は、共に円筒状に形成されたステータ（41）及びロータ（42）を備える。ステータ（41）は、ケーシング（20）の胴体部（21）に固定される。ステータ（41）の中空部にはロータ（42）が配置される。ロータ（42）の中空部には、ロータ（42）を貫通するように駆動軸（45）が固定され、ロータ（42）と駆動軸（45）とが一体で回転する。
駆動軸（45）は、上下に延びる主軸部（46）を有する。駆動軸（45）には、主軸部（46）の下端寄りに偏心部（47）が一体に形成される。偏心部（47）は、主軸部（46）よりも大径に形成される。偏心部（47）の軸心は、主軸部（46）の軸心に対して所定距離だけ偏心している。
主軸部（46）の下端部には給油ポンプ（48）が設けられている。給油ポンプ（48）は、ケーシング（20）の底部に形成される油溜め部の潤滑油に浸漬する。給油ポンプ（48）は、駆動軸（45）の回転に伴って潤滑油を駆動軸（45）内の給油路（図示せず）へ汲み上げた後で、圧縮機構（30）の各摺動部へ供給する。
圧縮機構（30）は、環状に形成されたシリンダ（31）を有する。シリンダ（31）の軸方向一方端（上端）にはフロントヘッド（32）が固定され、シリンダ（31）の軸方向他方端（下端）にはリアヘッド（33）が固定される。シリンダ（31）、フロントヘッド（32）及びリアヘッド（33）は、上側から下側に向かってフロントヘッド（32）、シリンダ（31）及びリアヘッド（33）の順に積層され、例えば複数のボルトによって締結されて互いに固定される。この圧縮機構（30）は、１つのシリンダと１つのピストンを有する、いわゆる１シリンダの圧縮機構である。
駆動軸（45）は、圧縮機構（30）を上下に貫通する。フロントヘッド（32）とリアヘッド（33）には、駆動軸（45）を偏心部（47）の上下両側で支持する軸受部（32a，33a）が形成される。
シリンダ（31）の上端がフロントヘッド（32）によって閉塞される一方、下端がリアヘッド（33）に閉塞され、シリンダ（31）の内部の空間がシリンダ室（35）を構成する。シリンダ（31）（シリンダ室（35））には、駆動軸（45）の偏心部（47）に摺動自在に嵌合する筒状のピストン（34）が収容される。ピストン（34）は、駆動軸（45）が回転すると、シリンダ室（35）の中で偏心回転運動をする。詳細は図示していないが、ピストン（34）の外周面には、該外周面から径方向外側へ延びるブレードが一体に形成される。ブレードは、ピストン（34）に設けられたブッシュ（図示せず）に保持されて、駆動軸（45）の回転に伴って揺動し、ピストン（34）の自転が規制される。
シリンダ（31）には、シリンダ室（35）に通じる吸入ポート（31a）が形成される。吸入ポート（31a）には、胴体部（21）に固定された吸入管（36）が接続される。吸入管（36）には、ケーシング（20）に固定されたアキュムレータ（37）が接続される。
フロントヘッド（32）には、吐出ポート（32b）が、駆動軸（45）の軸心と平行な方向に沿って形成される。吐出ポート（32b）は、吐出弁（図示せず）で開閉される。フロントヘッド（32）の上面には、吐出ポート（32b）及び吐出弁を覆うようにマフラ（38）が取り付けられている。マフラ（38）は、その内部に区画されるマフラ空間（38a）が、上部の吐出開口（38b）を通じてケーシング（20）の内部空間に連通するように形成される。
前記ケーシング（20）には、前述したように、前記吸入ポート（31a）に接続される吸入管（36）が取り付けられ、冷媒がアキュムレータ（37）及び吸入管（36）を通って前記圧縮機構（30）へ吸入される。
ケーシング（20）には、第１端板（22）を貫通して吐出管（39）が取り付けられている。吐出管（39）の下側の端部は、ケーシング（20）の内部に開口する。圧縮機構（30）の流体流出口である吐出ポート（32b）は、マフラ（38）の吐出開口（38b）を通じてケーシング（20）の内部空間に連通している。圧縮機構（30）から吐出された冷媒は、ケーシング（20）の内部空間と吐出管（39）を通じてケーシング（20）の外へ流出する。
ケーシング（20）の第１端板（22）には、電動機（40）へ電力を供給するための電気配線を接続するターミナル（50）が設けられている。
以上のように、この実施形態の圧縮機は、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、圧縮機構（30）が有する吐出ポート（32b）とケーシング（20）内の空間（第２空間（S2））との間に配置されるマフラ（38）とを備えている。
この圧縮機（10）には、ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードとが存在する。この圧縮機（10）は、第１共鳴モードの全域で、その第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１が、第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２と異なるように、ケーシング（20）またはマフラ（38）の寸法や形状が定められている。
第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１は、マフラ容積と一次空間（60）の容積を主なパラメータとした共鳴の周波数であり、図２に示す数式で求められる。ここで、一次空間（60）は、電動機（40）の下端からケーシング（20）の底面までの間に形成されるとともに油面に応じて変化する空間である。一次空間は、ケーシング（20）に溜まった油を除く空間である。したがって、ケーシング（20）内の油面が変化すると、一次空間（60）の容積も変化する。一次空間（60）容積は、電動機（40）の下部空間の容積と、フロントヘッド下部空間の容積を含む。この第１共鳴モードでは、圧縮機（10）ごとに定められるマフラ（38）の吐出開口面積、吐出開口長さ、電動機下部空間（第２空間（S2））の容積等に対して、油面の変化により一次空間（60）の容積が変化すると、共鳴周波数ｆ１が変化する。具体的には、図４のグラフに示すように、油面の低下により一次空間（60）の容積が大きくなると、共鳴周波数ｆ１が小さくなり、油面の上昇により一次空間（60）の容積が小さくなると、共鳴周波数ｆ１が大きくなる。
第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２は、ケーシング（20）の断面において発生する共鳴の周波数であり、図３に示すように、主に電動機下部空間（第２空間（S2））におけるケーシング（20）の内径をパラメータとした数式で求められる。言い換えると、第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２は、ケーシング（20）のうち一次空間（60）を形成する部分の内径をパラメータとする。厳密には、第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２は、フロントヘッド下方の容積の状態（油面変化）に対してわずかに値が変化するが、ケーシング（20）の内径に反比例し、図４のグラフに示すようにほぼ一定の値である。
図２において、Ａｐはマフラ（38）の吐出開口（38b）の面積、Ｌｐはマフラ（38）の吐出開口（38b）の軸方向長さを開口端補正した値、Ｖ１は一次空間（60）の容積、Ｖｍはマフラの容積、βは補正係数である。吐出開口（38）の長さＬｐの開口端補正は、
吐出開口長さ＝マフラの板厚＋(開口端補正係数×マフラの吐出開口の水力直径(１つ分))
で求められる。開口端補正係数は、マフラ（38）の開口端の位置と音波の腹の位置とのずれを補正するのに用いられる。一般にはこの開口端補正係数の値には0.3が用いられ、マフラ（38）の吐出開口（38b）の直径（水力直径）をｄとすると0.3ｄが補正値となる。補正係数βは、ＦＥＭ解析（有限要素法解析）と実測との合わせ込みで決められる値である。
この実施形態では、マフラ（38）の吐出開口（38b）の面積Ａｐが5.84×10－５(m２)、開口端補正をした吐出開口（38b）の長さＬｐが2.83×10－３(m)、マフラの容積Ｖｍが2.32×10－５(m３)、一次空間（60）の容積Ｖ１が1.90×10－４(m３)、補正係数βが0.84である例を１つの実施例とすると、音速ｃが243(m/s)である場合、第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１は約1027Hzとなる。
また、図３において、補正係数αは、ＦＥＭ解析と実測との合わせ込みで決められる値、モード係数λは、第２共鳴モードによって決まる定数、Ｒ１は胴体部内周面の半径である。実施例において、補正係数αが0.73、モード係数λが1.84、半径R1が4.5×10－２(m)であり、音速ｃを243(m/s)とすると、第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２は約1154Hzとなる。
一方、従来の圧縮機（比較例とする）では、例えば、マフラの吐出開口の面積Apが4.75×10－５(m２)、開口端補正をした吐出開口長さＬｐが2.65×10－３(m)、マフラの容積Ｖｍが1.55×10－５(m３)、一次空間（60）の容積Ｖ１が1.56×10－４(m３)、補正係数βが0.84であり、音速ｃを243(m/s)とすると、第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１は約1160Hzとなる。また、この比較例では、補正係数αが0.73、モード係数λが1.84、半径Ｒ１が前期実施例と同様に4.5×10－２(m)であり、音速ｃを243(m/s)とすると、第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２は前記実施例と同様に約1154Hzとなる。
以上のように、本実施形態では第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１と第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２との周波数差が大きいのに対して、従来の圧縮機では第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１と第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２との周波数差が小さい。そのため、従来の圧縮機では第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１が変動すると２つの共鳴モードの共鳴周波数が一致しやすい。
図４に示すように、第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１と第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２とが合致するポイントが存在すると、２つの共鳴モードの重なりにより音が増幅されて騒音が大きくなる。
本実施形態では、前述したように、第１共鳴モードの全域で、その第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１が第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２と異なるように、ケーシング（20）またはマフラ（38）の寸法が設定されているため、２つの共鳴モードの重なりが生じない。
具体的に、実施形態１の圧縮機（10）では、図５に示すように、ケーシング（20）内への初期充填油量の油面高さで、第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１が第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２より小さくなるように、ケーシング（20）またはマフラ（38）の寸法が定められている。具体的には、例えばマフラの吐出開口の直径、マフラの吐出開口の数、マフラの吐出開口の面積、マフラの板厚、マフラ空間（38a）の容積、胴体部（21）の内径、一次空間（60）の容積などが、前記実施例で説明したように、ｆ１＜ｆ２となるように定められている。初期充填油量の油面高さの状態で、図２，図３の数式に示されたパラメータの設定によりｆ１＜ｆ２になるようにすると、圧縮機（10）の運転中は常にｆ１＜ｆ２となる。その結果、第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１と第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２とが合致するポイントが運転中は常に生じず、２つの共鳴モードの重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
高速（例えば定常運転時の回転速度N(rps)が120≦N）で運転する時は、圧縮機の油上りにより初期充填油量の油面高さから油面が大きく変化するため、２つの共鳴モードの重なりが発生しないこの圧縮機（10）がより好ましい。言い換えると、従来の圧縮機では高速運転時の油面低下により２つの共鳴モードの重なりが生じるが、本実施形態では油面が低下してもその重なりが生じないため高速運転が容易になる。
－実施形態１の効果－
高速回転で運転される圧縮機（10）では、ケーシング（20）から吐出される油の量が多くなり、油面が下がる傾向がある。また、ケーシング（20）を小型化することで直径が小さくなると、油量の変化に対する油面の変動が大きくなる。そのため、従来は、第１共鳴モードの共鳴周波数と第２共鳴モードの共鳴周波数が合致しやすくなる。
本実施形態では、第１共鳴モードの共鳴周波数と第２共鳴モードの共鳴周波数が異なるように、ケーシング（20）またはマフラ（38）の寸法や形状を設定している。このことにより、油面が変動しても２つの共鳴モードの共鳴周波数が合致しない。よって、２つの共鳴モードの重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。また、圧縮機（10）を小型化し、且つ高速運転することにより油面が変動しやすくなるのに対しても、２つの共鳴モードの重なりが生じないので騒音の増大を抑えられる。なお、本実施形態は、圧縮機を小型化、高速化しない場合であっても騒音の低減に高い効果を有する。
－実施形態１の変形例－
＜変形例１＞
変形例１の圧縮機では、図６に示すように、ケーシング（20）内に潤滑油が貯留されない状態で、第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より大きくなるように、マフラの吐出開口の直径、マフラの吐出開口の数、マフラの吐出開口の面積、マフラの板厚、マフラ空間（38a）の体積、胴体部（21）の内径、一次空間（60）の容積などの各部の寸法や形状が定められる。ケーシング（20）内に油がない状態で、図２，図３の数式に示されたパラメータの設定によりｆ１＞ｆ２になるようにすると、圧縮機（10）の通常運転中に油面が形成されているときは共鳴周波数ｆ１がさらに大きくなるため、常にｆ１＞ｆ２となる。その結果、第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１と第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２とが合致するポイントが運転中に常に生じず、２つの共鳴モードの重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
《実施形態２》
実施形態２について説明する。
実施形態２は、冷媒回路（1）を備えた空調装置に関する。この空調装置の圧縮機（10）は、前述と同様に、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）とケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）とを備えている。この圧縮機（10）では、ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードが存在する。
この空調装置では、冷媒回路（1）内の潤滑油を圧縮機（10）内に回収した状態での油面で、第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より低くなるように、冷媒回路（1）の油量や配管長などが定められる。この実施形態２では、必ずしも圧縮機（10）のケーシング（20）やマフラ（38）の寸法構成自体を、第１共鳴モードの共鳴周波数と第２共鳴モードの共鳴周波数が異なるように設定しなくてもよいが、実施形態１のように構成された圧縮機の使用を除外するものではない。
この実施形態２においても、潤滑油の油面が最も高い状態で第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１が第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２より低くなるため、図５に示した例と同様に、運転中に共鳴周波数ｆ１，ｆ２の合致するポイントが生じない。図７に示すように２つの共鳴モードの共鳴周波数ｆ１，ｆ２が合致するポイントが生じると騒音が大きくなるが、この実施形態２では２つの共鳴モードの共鳴周波数ｆ１，ｆ２の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
－実施形態２の変形例－
＜変形例１＞
変形例１の空調装置は、実施形態２と同様に第１共鳴モードと第２共鳴モードが存在する圧縮機を備えた冷媒回路（1）を有する。
この空調装置では、全運転領域の定常運転時に、常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より低くなるように圧縮機（10）の油面高さを制御する運転が行われる。
具体的には、図８に示すように冷媒回路（1）に設けられた油戻し回路（6）による圧縮機（10）への油戻し量を調整する運転を行う。
この圧縮機（10）には、油面高さを検出する油面計（図示せず）が設けられている。油戻し回路（6）は、圧縮機（10）の吐出側に接続された油分離器（7）と、アキュムレータ（37）と圧縮機（10）との間の吸入管（37a）に接続された油戻し管（7a）とを有する。油戻し管（7a）には油戻し弁（7b）が設けられている。油戻し弁（7b）は、全閉と全開の２つの位置に調整可能な開閉弁を用いてもよいし、任意の開度に調整可能な開度調整弁を用いてもよい。
油戻し運転では、圧縮機（10）の回転速度を速くすることにより冷媒循環量を多くし、油戻し弁（7b）を開くことにより冷媒回路（1）内の油を回収する。なお、圧縮機（10）の回転速度を速くすると油上がり（圧縮機から流出する油）も多くなるため、油上がりを抑えるために回転速度は一般に中程度の速度に設定される。また、冷媒回路の高低差圧が大きくなると油上り量が多くなるため、油戻し運転時は一般に低負荷（低差圧）の運転が実施される。
圧縮機（10）の油面が下がったことを油面計で検知すると、油面を確保するために中速・低負荷の油戻し運転が実施される。このことにより油面が上昇する。逆に高速・高差圧の条件では油上り量が多くなるため、油面を低く抑えたい場合は高速・高差圧の運転が行われる。
この変形例１では、以上のようにして常に第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１が第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２より低くなるように圧縮機（10）の油面高さを制御する運転が行われる。よって、２つの共鳴モードの共鳴周波数ｆ１，ｆ２が合致するポイントが生じないので、２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
＜変形例２＞
変形例２の空調装置は、実施形態２及びその変形例１と同様に第１共鳴モードと第２共鳴モードが存在する圧縮機を備えた冷媒回路（1）を有する。
この空調装置では、変形例１とは異なり、全運転領域の定常運転時に、常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より高くなるように圧縮機（10）の油面高さを制御する運転が行われる。
この変形例２においても、２つの共鳴モードの共鳴周波数ｆ１，ｆ２が合致するポイントが生じないため、変形例１と同様に２つの共鳴モードの共鳴周波数の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
＜変形例３＞
変形例３の空調装置は、実施形態２及びその変形例１，２と同様に第１共鳴モードと第２共鳴モードが存在する圧縮機を備えた冷媒回路（1）を有する。
この空調装置では、第１共鳴モードと第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ１，ｆ２が合致するポイントを避けるように圧縮機（10）の回転速度を制御して第１共鳴モードの共鳴周波数を制御する運転が行われる。言い換えると、圧縮機（10）の回転速度を調整して第１共鳴モードの共鳴周波数ｆ１が第２共鳴モードの共鳴周波数ｆ２と合致しないように油面高さを調整する運転が行われる。実施形態２で油面高さを調整する運転は、第１共鳴モードと第２共鳴モードの共鳴周波数が合致するポイントで前記圧縮機（10）の運転を回避し、定常運転を行わないようにすることで実施できる。
この変形例３においても、２つの共鳴モードの共鳴周波数ｆ１，ｆ２が合致するポイントが生じないため、変形例１，２と同様に２つの共鳴モードの共鳴周波数ｆ１，ｆ２の重なりに起因する騒音の増大を抑制できる。
《その他の実施形態》
前記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
例えば、前記実施形態では、圧縮機（10）を小型化、高速化する場合について説明したが、本開示の構成は、圧縮機を小型化、高速化する場合に限らず、従来と同様の一般的な大きさの圧縮機を通常の回転速度で運転する場合、通常の大きさの圧縮機を高速回転で運転する場合、さらに小型の圧縮機を通常の回転速度で運転する場合などであっても、騒音を抑制するのに有効である。また、実施形態の数値は、それに限定されるものではない。
以上、実施形態および変形例を説明したが、特許請求の範囲の趣旨および範囲から逸脱することなく、形態や詳細の多様な変更が可能なことが理解されるであろう。また、以上の実施形態、変形例、その他の実施形態に係る要素を適宜組み合わせたり、置換したりしてもよい。
以上説明したように、本開示は、圧縮機及び空調装置について有用である。
1 冷媒回路
6 油戻し回路
7 油分離器
10 圧縮機
20 ケーシング
22 第１端版
23 第２端板
30 圧縮機構
32b 吐出ポート（流体流出口）
38 マフラ
40 電動機
60 一次空間

Claims (15)

  1. 圧縮機であって、
    両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、
    前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、
    前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）と、
    を備え、
    前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードの全域で、該第１共鳴モードの共鳴周波数が、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードの共鳴周波数と異なるように、前記ケーシング（20）または前記マフラ（38）の寸法が設定され、
    前記圧縮機構（30）の上側に配置されるとともに該圧縮機構（30）を駆動する電動機（40）を備え、
    前記第１共鳴モードの共鳴周波数は、前記マフラ（38）の容積と、前記電動機（40）の下端と前記ケーシング（20）の底面との間に形成されるとともに油面に応じて変化する一次空間（60）の容積とをパラメータとする共鳴周波数であり、
    前記第２共鳴モードの共鳴周波数は、前記ケーシング（20）のうち前記一次空間（60）を形成する部分の内径をパラメータとする共鳴周波数である
    圧縮機。
  2. 請求項１の圧縮機において、
    前記ケーシング（20）内への初期充填油量の油面高さで、前記第１共鳴モードの共鳴周波数が前記第２共鳴モードの共鳴周波数より低い圧縮機。
  3. 請求項１の圧縮機（10）において、
    前記ケーシング（20）内に潤滑油が貯留されない状態で、前記第１共鳴モードの共鳴周波数が前記第２共鳴モードの共鳴周波数より高い圧縮機。
  4. 請求項１の圧縮機（10）において、
    前記圧縮機構（30）が１シリンダの圧縮機構である圧縮機。
  5. 蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（1）を備えた空調装置であって、
    前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）が、請求項１の圧縮機である空調装置。
  6. 請求項５の空調装置において、
    前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）は、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）とを備え、前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードを有する圧縮機（10）であり、
    前記冷媒回路（1）内の潤滑油を前記圧縮機（10）内に回収した状態の油面で、前記第１共鳴モードの共鳴周波数が前記第２共鳴モードの共鳴周波数より低い空調装置。
  7. 蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（1）を備えた空調装置であって、
    前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）は、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）とを備え、前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードを有する圧縮機（10）であり、
    全運転領域における定常運転時に、常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より低くなるように前記圧縮機（10）の油面高さを制御する運転を行う空調装置。
  8. 蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（1）を備えた空調装置であって、
    前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）は、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）とを備え、前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードを有する圧縮機（10）であり、
    全運転領域における定常運転時に、常に第１共鳴モードの共鳴周波数が第２共鳴モードの共鳴周波数より高くなるように前記圧縮機（10）の油面高さを制御する運転を行う空調装置。
  9. 蒸気圧縮式冷凍サイクルの冷媒回路（1）を備えた空調装置であって、
    前記冷媒回路（1）の圧縮機（10）は、両端に端板（22，23）を備えた円筒状のケーシング（20）と、前記ケーシング（20）内に収容された圧縮機構（30）と、前記圧縮機構（30）が有する流体流出口（32b）と前記ケーシング（20）内の空間との間に配置されるマフラ（38）とを備え、前記ケーシング（20）内に貯留される潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化する第１共鳴モードと、潤滑油の油面変化によって共鳴周波数が変化しない第２共鳴モードを有する圧縮機（10）であり、
    第１共鳴モードと第２共鳴モードの共鳴周波数が合致するポイントで前記圧縮機（10）の運転を回避し、定常運転を行わない空調装置。
  10. 請求項６から９の何れかの空調和装置において、
    前記圧縮機（10）は、前記圧縮機構（30）の上側に配置されるとともに該圧縮機構（30）を駆動する電動機（40）を備え、
    前記第１共鳴モードの共鳴周波数は、前記マフラ（38）の容積と、前記電動機（40）の下端と前記ケーシング（20）の底面との間に形成されるとともに油面に応じて変化する一次空間（60）の容積とをパラメータとする共鳴周波数であり、
    前記第２共鳴モードの共鳴周波数は、前記ケーシング（20）のうち前記一次空間（60）を形成する部分の内径をパラメータとする共鳴周波数である空調装置。
  11. 請求項１０の空調装置において、
    第１共鳴モードと第２共鳴モードの共鳴周波数が合致するポイントを避けるように圧縮機（10）の回転速度を制御して第１共鳴モードの共鳴周波数を制御する運転を行う空調装置。
  12. 請求項１０の空調装置において、
    前記圧縮機（10）の吐出側に接続された油分離器（7）を有する油戻し回路（6）から前記圧縮機（10）への油戻し量を調整することにより油面高さを制御して第１共鳴モードの共鳴周波数を制御する運転を行う空調装置。
  13. 請求項１０の空調装置において、
    前記圧縮機（10）が１シリンダの圧縮機である空調装置。
  14. 請求項５の空調装置において、
    前記圧縮機構（30）の回転速度N(rps)が、120≦Nである空調装置。
  15. 請求項１３の空調装置において、
    前記圧縮機構（30）の回転速度N(rps)が、120≦Nである空調装置。
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