JPWO2019082300A1 - 冷凍サイクル装置用ユニット、冷凍サイクル装置及び電気機器 - Google Patents

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Abstract

冷凍サイクル装置用ユニットは、音波を反射する面で囲まれた音場空間が内部に形成されている筐体と、音場空間に設置され、冷媒流量を調整する膨張装置と、音場空間に設置され、膨張装置に接続している冷媒配管と、音場空間を形成している面の少なくとも一部に設置された吸音材と、を備えたものである。

Description

本発明は、膨張装置及び膨張装置に接続されている冷媒配管が収容される空間を備えた冷凍サイクル装置用ユニット、この冷凍サイクル装置用ユニットを備えた冷凍サイクル装置、及び、この冷凍サイクル装置を備えた電気機器に関するものである。
一般的に、冷凍サイクル装置の一構成要素である膨張装置は、自身に接続されている冷媒配管とともに、熱源側ユニット又は利用側ユニットなどの冷凍サイクル装置用ユニットに搭載される。そのため、冷凍サイクル装置用ユニットには、膨張装置及び膨張装置に接続されている冷媒配管が収容される空間が形成されている。この空間は、密閉状態にはなっておらず、開空間となっている。
冷凍サイクル装置では、運転状態によって冷媒配管内の冷媒が、気相、液相、又は、気液二相の3状態に遷移する。そして、冷媒の各相状態で、異なる冷媒音が発生する。いずれの相状態であっても、特に膨張装置である電子膨張弁を通過する際に冷媒音が発生する。以下、電子膨張弁をLEVと称するものとする。
具体的には、LEVの内部の壁面に冷媒が衝突したり、LEVの構成部材の一部である弁体の角部分によって冷媒の流れが乱れたりすることによって、冷媒流れとは別の流体振動現象及びこの流体振動現象に伴う音が発生する。また、LEVの内部の構造空間及び冷媒配管の内部の構造空間で発生する定在波と、冷媒の流れそのもの、冷媒流の乱れによる乱流成分、並びに、LEV及び冷媒配管内での衝突による加振音などが原因の音波と、が連成して、大きな音を発生させる。
そこで、例えば、特許文献1では、LEVの近傍に共鳴空間を設けて、冷媒配管内の冷媒音を低減するようにしている。特許文献1によれば、共鳴モードの腹の位置を調整することができ、共鳴音の振幅レベルを低減して、騒音を低減することができる。つまり、特許文献1では、LEVを通過する際のLEVの内部空間の共鳴によって冷媒音が増幅され、それを対策するための共鳴空間を備えた共鳴調整器をLEVに付随させていた。
また、従来技術の中には、LEVに接続されている冷媒配管に対して、ゴム製の防振材を装着することによって振動対策を行っていた。
また、特許文献2では、LEVの内部の冷媒が流れる開口部分の形状を工夫することで、冷媒の流れを効果的に分散させるようにし、流体エネルギーを低減し、冷媒音を低減するようにしている。
さらに、特許文献3では、LEV、ストレーナー、又は、サイレンサなどの膨張機構からの音を製品外部に放射させないために、それらを制音板で覆うようにしている。
特許第4079177号公報 特許第5881845号公報 特開平9−280597号公報
特許文献1の技術では、冷媒音は、冷媒配管のコインシデンス現象に基づいた冷媒配管の内部からの透過音現象による音響放射を伴うため、振動対策で冷媒音を低減することはできなかった。なお、コインシデンス現象とは、剛性材料に、ある周波数の音波が入射すると、その剛性材料の屈曲振動と入射音波の振動とが一致し、共振状態を起こす現象をいう。
特許文献2又は特許文献3のような構造による冷媒音対策では、構造に寄与する振動音及び冷媒音には低減効果をもたらすが、時々刻々変化する冷媒流量に応じて発生する全ての冷媒音に対して、音圧レベルの低減効果を得られない。
また、冷媒音の種類は、冷媒配管の内部の冷媒の流れに伴う音以外に、冷媒配管の内部を伝搬する振動音、及び、一定周期で音の疎密波を有する空間共鳴による音がある。そして、これらの音が増幅してしまう箇所の存在もあり、全ての冷媒音現象を、冷媒配管の構造又はLEVに接続する共鳴配管だけで低減することは困難であった。また、振動以外に、冷媒配管から外部に透過してしまう透過音に対応することも難しい。
本発明は、上述の課題を背景になされたもので、冷媒配管から放射される振動音及び冷媒配管の内部から外部へと透過する透過音などが騒音として外部に漏れてしまうことを抑制することを可能にした冷凍サイクル装置用ユニット、冷凍サイクル装置、及び、電気機器に関するものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットは、音波を反射する面で囲まれた音場空間が内部に形成されている筐体と、前記音場空間に設置され、冷媒流量を調整する膨張装置と、前記音場空間に設置され、前記膨張装置に接続している冷媒配管と、前記音場空間を形成している面の少なくとも一部に設置された吸音材と、を備えたものである。
本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットによれば、前記音場空間を形成している面の少なくとも一部に吸音材を設置したので、音場空間の定在波成分が抑制され、騒音が音場空間の外部に漏れることを抑制できる。
冷凍サイクル装置から発生する冷媒音の周波数特性を説明するための説明図である。 本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る負荷側ユニットの内部の構成例を正面から見た状態を概略的に示す概略構成図である。 図3のA−A断面を概略的に示す概略断面図である。 音響空間に存在する「定在波」を説明する説明図である。 一般的な負荷側ユニットの筐体に形成される音響空間に存在する「上下方向の定在波」を説明する説明図である。 一般的な負荷側ユニットの筐体に形成される音響空間に存在する「前後方向の定在波」を説明する説明図である。 一般的な負荷側ユニットの筐体に形成される音響空間に存在する「左右方向の定在波」を説明する説明図である。 第1空間部の上部に吸音材を設置した負荷側ユニットの構成例を側面から見た状態を概略的に示す概略断面図である。 第1空間部の背面部に吸音材を設置した負荷側ユニットの構成例を側面から見た状態を概略的に示す概略断面図である。 第1空間部の側面部に吸音材を設置した負荷側ユニットの構成例を正面から見た状態を概略的に示す概略構成図である。 図9〜図12の構成例をまとめた状態を概略的に示す概略構成図である。 本発明の実施の形態に係る負荷側ユニットの筐体の内部における冷媒配管のレイアウト例を概略的に示す概略レイアウト図である。 本発明の実施の形態に係る負荷側ユニットの変形例を概略的に示す概略構成図である。 吸音材に遮音材を積層させて冷媒配管に設置した場合の作用を説明するための説明図である。 吸音材に遮音材を積層させて冷媒配管に設置した場合の断面構成を概略的に示す概略断面図である。
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。なお、図1を含め、以下の図面では各構成部材の大きさの関係が実際のものとは異なる場合がある。また、図1を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一又はこれに相当するものであり、このことは明細書の全文において共通することとする。さらに、明細書全文に表わされている構成要素の形態は、あくまでも例示であって、これらの記載に限定されるものではない。
まず、冷凍サイクル装置から発生する冷媒音の周波数特性について説明する。図1は、冷凍サイクル装置から発生する冷媒音の周波数特性を説明するための説明図である。図1に基づいて、冷凍サイクル装置から発生する冷媒流動音について説明する。
なお、図1では、一般的に普及している冷凍サイクル装置から発生する冷媒音の周波数特性の一例をグラフとして示している。また、図1では、縦軸が音圧レベル(dB)を示し、横軸が周波数(kHz)を示している。
冷凍サイクル装置では、冷凍サイクル装置の運転条件に応じて、冷媒回路内の冷媒が、気相、気液二相、及び、液相の3つの状態を遷移する。これら相条件では、異なる冷媒音が発生する。特に、LEVを冷媒が通過する際に、LEVの内部の壁面に冷媒が衝突したり、LEVの構成部材の一部である弁体の角部分によって冷媒の流れが乱れたりするなどによって、冷媒流れとは別の流体振動現象及びこの流体振動現象に伴う音が発生する。
更には、LEVの内部の構造空間及び冷媒配管の内部の構造空間で発生する定在波と、冷媒の流れそのもの、冷媒流の乱れによる乱流成分、及び、LEV及び冷媒配管内での衝突による加振音などが原因の音派と、が連成して、大きな音を発生させる。
図1の線Aに示すように、例えば、冷媒が液相状態の場合は、1kHz〜3kHz付近の帯域に複数のピーク成分を発生させる。また、図1の線Bに示すように、冷媒が気相の場合は、5kHz〜7kHzの帯域で複数のピーク成分を発生させる。更に、図1の線Cに示すように、冷媒が気液二相の場合は、3kHz〜5kHz、10kHz以上の超音波帯域に複数のピーク成分を発生させる。なお、冷媒が気相又は液相の場合は、上記ピーク成分が単一で発生する場合もある。
複数のピーク成分が発生する場合は、ゆらぎ現象による差分音、及び、複数のピーク成分が影響する「和音」的な音質となった冷媒音も発生する。このような現象による冷媒音は、冷凍サイクル装置の運転時に発生するため、夜間の就寝時などにおいても、空調対象空間に設置された室内機から発生する。そのため、空調対象空間で就眠している人間に不快感を与えることになる。特に不快感をもたらす変動的な冷媒音の発生条件の原因となるのは、冷媒が気液二相状態の場合である。
気液二相状態の気相部分は、様々な寸法径で構成された「泡」状態の集合体とも表現できる。そして、泡径が非常に細かい泡は、マイクロクラスであり、いわゆるマイクロバブルと言われる状態となっている。また、冷媒回路を形成している冷媒配管の内部は、冷媒を循環させるために高圧力状態となっており、冷媒には加速度が発生している。高速で流れる気液二相状態の冷媒で、マイクロクラスの泡が発生しているとき、圧力がかかった加速度状態で泡が冷媒配管を進行していることになる。このとき、泡内は空気が押しつぶされた状態になっている。
このような高圧状態の泡が、LEVに流入し、LEVの弁体などの構成部材に衝突し、破裂することになる。このときに、キャビテーション現象が起こり、泡破裂によるバブルパルスと呼ばれる「音=騒音」が発生する。この音、つまりキャビテーションノイズは、図1に示すように、周波数が10kHz以上の高周波帯域から超音波帯域にピーク成分を複数発生させる音響特性になっている。
泡の径、泡の衝突、及び、泡の通過状態によって、超音波帯域の音は、変動を繰り返し、様々な周波数が発生することになる。この周波数は配管振動として発生し、その振動は透過音として冷媒配管の外部に伝搬する。冷媒配管の外部に伝搬した透過音は、音として聴感的に聞こえる帯域として人間に不快な音として届くことになる。つまり、複数のピーク状態の超音波の近接した周波数が発生することになる。ピーク性の超音波帯域の成分は非線形領域の音波であり、近接した周波数間で公知であるパラメトリック現象による差分と和分の周波数成分として発生する。
また、複数の超音波帯域のピーク成分は、ゆらぎ現象を発生し、差分音を発生させている。差分の周波数成分は、可聴周波数帯域に発生するので、LEV及びLEVに接続する冷媒配管から、差分音が発生することになる。これが音(騒音)として放射され、例えば就眠している人間への不快音として提供されることになる。
図2は、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置100の冷媒回路構成の一例を示す概略構成図である。
なお、図2では、冷凍サイクル装置100が電気機器の一例である空気調和装置に備えられた場合を例に示している。また、図2では、冷房運転時の冷媒の流れを実線矢印で示し、暖房運転時の冷媒の流れを破線矢印で示している。
<冷凍サイクル装置100の構成>
図2に示すように、冷凍サイクル装置100は、圧縮機1、流路切替装置2、第1熱交換器3、LEV50、及び、第2熱交換器5が冷媒配管15で接続された冷媒回路を備えている。
図2では、流路切替装置2を設け、流路切替装置2により冷房運転と暖房運転とを切り換えることができる冷凍サイクル装置100を例に図示しているが、流路切替装置2を設けずに冷媒の流れを一定としてもよい。
圧縮機1、流路切替装置2、及び、第1熱交換器3は、熱源側ユニット100Bに搭載される。熱源側ユニット100Bは、冷凍サイクル装置用ユニットの1つであり、空調対象空間とは別空間、例えば屋外に設置され、負荷側ユニット100Aに冷熱又は温熱を供給する機能を有するものである。なお、熱源側ユニット100Bは、室外ユニットと称される場合もある。
第2熱交換器5及びLEV50は、負荷側ユニット100Aに搭載される。負荷側ユニット100Aは、冷凍サイクル装置用ユニットの1つであり、居住空間などの空調対象空間に冷熱又は温熱を供給する空間に設置され、熱源側ユニット100Bから供給される冷熱又は温熱により空調対象空間を冷却又は加温する機能を有する。なお、負荷側ユニット100Aは、利用側ユニットあるいは室内ユニットと称される場合もある。
圧縮機1は、冷媒を圧縮して吐出するものである。圧縮機1は、例えば、ロータリ圧縮機、スクロール圧縮機、スクリュー圧縮機、又は、往復圧縮機等で構成することができる。第1熱交換器3が凝縮器として機能する場合、圧縮機1から吐出された冷媒は、冷媒配管15を通り、第1熱交換器3へ送られる。第1熱交換器3が蒸発器として機能する場合、圧縮機1から吐出された冷媒は、冷媒配管15を通り、第2熱交換器5へ送られる。
流路切替装置2は、圧縮機1の吐出側に設けられ、暖房運転と冷房運転とにおいて冷媒の流れを切り替えるものである。流路切替装置2は、例えば四方弁、三方弁、又は、二方弁の組み合わせにより構成することができる。
第1熱交換器3は、暖房運転時には蒸発器として機能し、冷房運転時には凝縮器として機能するものである。第1熱交換器3は、例えば、フィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成することができる。
第1熱交換器3には、第1送風機6が付設されている。第1送風機6は、第1熱交換器3に熱交換流体である空気を供給するものである。第1送風機6は、例えば複数の翼を有するプロペラファンで構成することができる。
LEV50は、膨張装置の一例である電子膨張弁であって、第2熱交換器5又は第1熱交換器3を経由した冷媒を減圧するものである。なお、ここでは、LEV50が負荷側ユニット100Aに搭載されている場合を例に示しているが、LEV50を熱源側ユニット100Bに搭載するようにしてもよい。また、膨張装置の一例としてLEV50を挙げて説明するが、膨張装置をLEV50に限定するものではなく、冷媒流量を調整する弁体を有する膨張装置であればよく、特に種類を問わない。
第2熱交換器5は、暖房運転時には凝縮器として機能し、冷房運転時には蒸発器として機能するものである。第2熱交換器5は、例えば、フィン・アンド・チューブ型熱交換器で構成することができる。
第2熱交換器5には、第2送風機7が付設されている。第2送風機7は、第2熱交換器5に熱交換流体である空気を供給するものである。第2送風機7は、例えば複数の翼を有するプロペラファンで構成することができる。
<冷凍サイクル装置100の動作>
次に、冷凍サイクル装置100の動作について、冷媒の流れとともに説明する。ここでは、熱交換流体が空気であり、被熱交換流体が冷媒である場合を例に、冷凍サイクル装置100の動作について説明する。
まず、冷凍サイクル装置100が実行する冷房運転について説明する。
圧縮機1を駆動させることによって、圧縮機1から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、実線矢印にしたがって冷媒が流れる。圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置2を介して凝縮器として機能する第1熱交換器3に流れ込む。第1熱交換器3では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、第1送風機6によって供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。
第1熱交換器3から送り出された高圧の液冷媒は、LEV50によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との気液二相状態の冷媒になる。気液二相冷媒は、蒸発器として機能する第2熱交換器5に流れ込む。第2熱交換器5では、流れ込んだ気液二相冷媒と、第2送風機7によって供給される空気との間で熱交換が行われて、気液二相冷媒のうち液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒になる。この熱交換によって、空調対象空間が冷却されることになる。第2熱交換器5から送り出された低圧のガス冷媒は、流路切替装置2を介して圧縮機1に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機1から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。
次に、冷凍サイクル装置100が実行する暖房運転について説明する。
圧縮機1を駆動させることによって、圧縮機1から高温高圧のガス状態の冷媒が吐出する。以下、破線矢印にしたがって冷媒が流れる。圧縮機1から吐出した高温高圧のガス冷媒は、流路切替装置2を介して凝縮器として機能する第2熱交換器5に流れ込む。第2熱交換器5では、流れ込んだ高温高圧のガス冷媒と、第2送風機7によって供給される空気との間で熱交換が行われて、高温高圧のガス冷媒は、凝縮して高圧の液冷媒になる。この熱交換によって、空調対象空間が暖房されることになる。
第2熱交換器5から送り出された高圧の液冷媒は、LEV50によって、低圧のガス冷媒と液冷媒との気液二相状態の冷媒になる。気液二相冷媒は、蒸発器として機能する第1熱交換器3に流れ込む。第1熱交換器3では、流れ込んだ気液二相冷媒と、第1送風機6によって供給される空気との間で熱交換が行われて、気液二相冷媒のうち液冷媒が蒸発して低圧のガス冷媒になる。第1熱交換器3から送り出された低圧のガス冷媒は、流路切替装置2を介して圧縮機1に流れ込み、圧縮されて高温高圧のガス冷媒となって、再び圧縮機1から吐出する。以下、このサイクルが繰り返される。
<負荷側ユニット100Aの構成>
図3は、負荷側ユニット100Aの内部の構成例を正面から見た状態を概略的に示す概略構成図である。図4は、図3のA−A断面を概略的に示す概略断面図である。図3及び図4に基づいて、本発明の実施の形態に係る冷凍サイクル装置用ユニットの1つである負荷側ユニット100Aの内部構成について説明する。なお、図3では、負荷側ユニット100Aから、前面パネル77を取り外して内部を見た状態を図示している。また、図3では、LEV50及び冷媒配管15が視認可能なようにドレンカバー33を透視した状態を図示している。
負荷側ユニット100Aは、外郭を構成する筐体70を有している。筐体70の前面は、着脱自在に取り付けられる前面パネル77で構成される。前面パネル77は、負荷側ユニット100Aの意匠カバーとして機能する。筐体70の天面は、吸込口となる開口部71aが貫通形成された天面パネル71で構成される。天面パネル71は、前面パネル77とともに負荷側ユニット100Aの意匠カバーとして機能する。筐体70の背面は、例えば空調対象空間の壁に取り付けられる基台76で構成される。筐体70の側面は、側面パネルで構成される。筐体70の底面は、吹出口80が貫通形成された底面パネル78で構成される。
なお、ここでは、負荷側ユニット100Aが壁掛け型である場合を例に示しているが、これに限定するものではなく、負荷側ユニット100Aが天井埋め込み型、天吊り型、あるいは、床置き型であってもよい。負荷側ユニット100Aが、壁掛け型でない場合には、筐体70の背面を背面パネルで構成すればよい。
また、側面パネルは、着脱自在として天面パネル71及び底面パネル78と別体としてもよいが、天面パネル71及び底面パネル78と一体としてもよい。
さらに、吹出口80には、吹出口80から吹き出す空気の風向を上下及び右風に調整する風向調整部81が設置されている。
図3及び図4に示すように、筐体70の内部は、第1仕切り板30及び第2仕切り板31によって区画されている。第1仕切り板30及び第2仕切り板31で区画された筐体70の内部空間のうち、第2熱交換器5、LEV50及び冷媒配管15が収容される空間を第1空間部35と称する。また、第1仕切り板30及び第2仕切り板31で区画された筐体70の内部空間のうち、制御装置60が収容される空間を第2空間部36と称する。
第1仕切り板30は、図3の紙面上下方向に向かって延びるように設けられている。つまり、第1仕切り板30は、筐体70の内部空間を紙面左右に区画している。第1仕切り板30の図3における紙面上端部は天面パネル71に当接し、第1仕切り板30の図3における紙面下端部は第2仕切り板31に当接している。
第2仕切り板31は、図3の紙面左右方向に向かって延びるように設けられている。つまり、第2仕切り板31は、筐体70の内部空間を紙面上下に区画している。第2仕切り板31の紙面右側端部は第1仕切り板30に当接し、第2仕切り板31の紙面左側端部は図示省略の側面パネルに当接している。なお、第2仕切り板31は、第2熱交換器5の下方に設けられるドレンパンに兼用させてもよく、ドレンパンとは別に設けてもよい。
第2仕切り板31で区画された図3の下側空間には、第2送風機7が設置されている。また、第2送風機7を駆動させるモーター7aと、モーター7aの回転を第2送風機7に伝達するシャフト7bも併せて設置されている。
また、第2熱交換器5の側面部5aは、第2熱交換器5の側面を覆うように金属部材によって構成されている。
さらに、冷媒配管15の前面側には、ドレンカバー33が設置されている。ドレンカバー33は、冷媒配管15及び第2熱交換器5で発生する熱交換後の水分を第2熱交換器5の下方に設置されているドレンパンに導く流路部材となるものである。
冷媒配管15には冷媒が流れている。運転条件によって、冷媒は、液相、気相、又は、気液二相状態になっている。図3に示すように、筐体70に収容される冷媒配管15は、第2熱交換器5と制御装置60との間に位置するように配置されることが多い。冷媒配管15と制御装置60との間には、第1仕切り板30が設置されている。第1仕切り板30は、制御装置60が万が一発火などした場合に、第1空間部35側に延焼させないという機能を有している。そのため、第1仕切り板30により、冷媒配管15の制御装置60側は、面状態となっている。
また、第2熱交換器5の側面部5aは、金属部材によって面状態となっている。さらに、冷媒配管15の前面側は、ドレンカバー33によって面状態となっている。そして、冷媒配管15の背面側は、筐体70の背面を構成する基台76又は背面パネルで構成されているため、やはり面状態となっている。加えて、冷媒配管15の上面側は、天面パネル71で構成されているため、やはり面状態となっている。
すなわち、筐体70に収容される冷媒配管15は、前後左右上下を必然的に面で覆われていることになる。そのため、冷媒配管15の周囲である第1空間部35は、一種の「室」状態となる。ただし、第1空間部35は、密閉状態にはなっておらず、開空間となっている。したがって、第1空間部35を、「音場空間」又は「音場空間」として定義することができる。以下、第1空間部35を「音響空間」と称する場合があるものとする。音響空間は、上下方向、左右方向、及び、前後方向で公知である「定在波」が存在する空間と想定できる。
音響空間には「定在波」が存在するため、第1空間部35では、音場空間に存在する「定在波」で計算できる特定周波数で増幅及び減衰による疎密波の強弱が連成される。つまり、第1空間部35では、いわゆる共鳴現象が発生することになる。
また、場合によっては、冷媒配管15の内部における気柱共鳴現象により第1空間部35の寸法に応じた共鳴が起こることによって、特徴的な周波数成分の音圧レベルが高くなった共鳴音が第1空間部35で発生する。
第1空間部35にもともと存在する音、及び、場合によっては気柱共鳴現象によって冷媒配管15の外部に透過した音の音圧レベルが、第1空間部35での共鳴現象によって増幅されることになる。そして、音圧レベルが増幅された音が、第1空間部35から筐体70の外部に放射される。この音が騒音となって、人間に対して暴露される。つまり、冷媒配管15からの透過音及び第1空間部35から直接外部に放射される音は、本来、非常に小さいものであるが、第1空間部35の共鳴周波数と一致することで音圧レベルの増幅が行われる。
図5は、音響空間に存在する「定在波」を説明する説明図である。図6は、一般的な負荷側ユニットの筐体に形成される音響空間に存在する「上下方向の定在波」を説明する説明図である。図7は、一般的な負荷側ユニットの筐体に形成される音響空間に存在する「前後方向の定在波」を説明する説明図である。図8は、一般的な負荷側ユニットの筐体に形成される音響空間に存在する「左右方向の定在波」を説明する説明図である。図5〜図8に基づいて、「定在波」について説明する。なお、図5に図示した表は、白木万博箸、騒音防止設計とシミュレーション、応用技術出版から引用したものである。また、図6〜図8では、負荷側ユニット100Aの構成と対応する構成の符号の末尾に「X」を付記して、負荷側ユニット100Aの構成と区別している。
負荷側ユニット100AXは、負荷側ユニット100Aと同様に、外郭を構成する筐体70Xを有している。筐体70Xの前面は前面パネル77Xで構成される。筐体70Xの天面は天面パネル71Xで構成される。筐体70Xの背面は基台76Xで構成される。筐体70Xの側面は側面パネルで構成される。筐体70Xの底面は底面パネル78Xで構成される。
なお、吹出口80Xには、吹出口80Xから吹き出す空気の風向を上下及び右風に調整する風向調整部81Xが設置されている。
筐体70Xの内部は、筐体70と同様に、第1仕切り板30X及び第2仕切り板31Xによって区画されている。第1仕切り板30X及び第2仕切り板31Xで区画された筐体70Xの内部空間のうち、第2熱交換器5X、LEV50X及び冷媒配管15Xが収容される空間を第1空間部35Xと称する。また、第1仕切り板30X及び第2仕切り板31Xで区画された筐体70Xの内部空間のうち、制御装置60Xが収容される空間を第2空間部36Xと称する。
第2仕切り板31で区画された下側空間には、第2送風機7Xが設置されている。また、第2送風機7Xを駆動させるモーター7aXと、モーター7aXの回転を第2送風機7Xに伝達するシャフト7bXも併せて設置されている。
また、第2熱交換器5Xの側面部5aXは、第2熱交換器5Xの側面を覆うように金属部材によって構成されている。
さらに、冷媒配管15Xの前面側には、ドレンカバー33Xが設置されている。
「定在波」は、音響空間となる空間に相対する面がある場合に発生する。図5から、両面が閉の時、両面が開の時、一方が閉で他方が開の時の3つの条件のいずれでも定在波が存在し、共鳴現象が発生することがわかる。
この共鳴現象を対策することで、音場空間において共鳴による音圧増幅は抑えられ、製品外部に音放射をさせないようにできる。
負荷側ユニット100AXの筐体70Xの前後は、比較的厚みのある樹脂等の構造面、つまり筐体の前面はドレンカバー33Xで構成され、筐体の背面は基台76X又は背面パネルで構成されているので、筐体70Xの外部への音の透過は抑制することができる。しかしながら、冷媒音以外の過渡的な音、例えば接触する部材間で発生する異音成分であるスティックスリップ的な音が漏れ音となって、筐体70Xの外部に透過してしまう場合が考えられる。
図6に示すように、負荷側ユニット100AXの筐体70Xに形成されている第1空間部35Xには、疎密波となる「上下方向の定在波」が存在する(矢印A1)。「上下方向の定在波」は、天面パネル71X及び第2仕切り板31Xの周辺で密部分となり音圧が増幅する。また、「上下方向の定在波」は、第1空間部35Xの上下方向中間部分で疎部分となり音圧が減衰する。したがって、筐体70Xの天面パネル71X及び第2仕切り板31Xの周辺で冷媒音の音圧が増幅され、筐体70Xの外部に透過してしまう。
また、図7に示すように、負荷側ユニット100AXの筐体70Xに形成されている第1空間部35Xには、疎密波となる「前後方向の定在波」が存在する(矢印A2)。「前後方向の定在波」は、前面パネル77X及び基台76Xの周辺で密部分となり音圧が増幅する。また、「前後方向の定在波」は、第1空間部35Xの前後方向中間部分で疎部分となり音圧が減衰する。ただし、上述したように、筐体70Xの前面及び背面からの筐体70Xの外部への音の透過は抑制できる。しかしながら、前面パネル77Xは開閉可能であるため、筐体70Xの外部に透過してしまう可能性を否定できない。
また、図8に示すように、負荷側ユニット100AXの筐体70Xに形成されている第1空間部35Xには、疎密波となる「左右方向の定在波」が存在する(矢印A3)。「左右上下方向の定在波」は、第2熱交換器5Xの側面部5aX及び第1仕切り板30Xの周辺で密部分となり音圧が増幅する。また、「左右方向の定在波」は、第1空間部35Xの左右方向中間部分で疎部分となり音圧が減衰する。したがって、筐体70Xの第2熱交換器5Xの側面部5aX及び第1仕切り板30Xの周辺で冷媒音の音圧が増幅され、筐体70Xの外部に透過してしまう。
この対策のため、負荷側ユニット100Aでは、音場空間の上下の対向する面の少なくともいずれか一方の面、及び、音響空間の左右の対向する面の少なくともいずれか一方の面に、吸音材を装着するようにしている。また、吸音材を、第1空間部35の共鳴現象を、音の疎密波の増幅する部分である音の「腹」部分に装着することにより、第1空間部35で発生する共鳴現象を減衰させて、冷媒配管15から外部に透過された音の音圧増幅を抑えている。このようにすることで、音響空間である第1空間部35での音の反射状況及び伝搬状態が変化して、音の共鳴現象の発生を抑制できる。
図9は、第1空間部35の上部に吸音材90を設置した負荷側ユニット100Aの構成例を側面から見た状態を概略的に示す概略断面図である。図10は、第1空間部35の背面部に吸音材91を設置した負荷側ユニット100Aの構成例を側面から見た状態を概略的に示す概略断面図である。図11は、第1空間部35の側面部に吸音材92を設置した負荷側ユニット100Aの構成例を正面から見た状態を概略的に示す概略構成図である。図12は、図9〜図12の構成例をまとめた状態を概略的に示す概略構成図である。図9〜図12に基づいて、負荷側ユニット100Aの「定在波」に対する対策について説明する。
なお、図11及び図12では、負荷側ユニット100Aから、前面パネル77を取り外して内部を見た状態を図示している。また、図3では、LEV50及び冷媒配管15が視認可能なようにドレンカバー33を透視した状態を図示している。
図9に示すように、吸音材90を第1空間部35の上部、つまり天面パネル71の下面の一部に設置することで、天面パネル71と第2仕切り板31との間で発生する定在波に対して対策できる。すなわち、吸音材90を、音の疎密波の増幅する部分である音の「腹」部分である天面パネル71の下面に設置する。こうすることによって、第1空間部35に放射された冷媒音が上下方向で反射を繰り返す前に吸音材90で吸音できるため、第1空間部35において「上下方向の定在波」の発生を抑制できることになる。
なお、ここでは、吸音材90を天面パネル71に設置した場合を例に示しているが、吸音材90を第2仕切り板31に設置してもよい。あるいは、吸音材90を天面パネル71及び第2仕切り板31の双方に設置してもよい。つまり、第1空間部35の対向する面、つまり天面パネル71及び第2仕切り板31のうち少なくとも一つの面に吸音材90を装着すれば、第1空間部35での共鳴現象を抑えることができる。
また、冷媒条件によっては、冷媒配管15の気柱共鳴によって、音圧増幅が冷媒配管15の内部で行われ、コインシデンス現象も伴って、冷媒配管15の内部で増幅した冷媒音が冷媒配管15の外部に透過してくる場合が存在する。追加の対策として、冷媒配管15の配管長で決まる気柱共鳴発生想定個所に、吸音材を設置して、冷媒音を効果的に減衰させるようにしてもよい。
また、図10に示すように、吸音材91を第1空間部35の背面部、つまり基台76の側面の一部に設置することで、ドレンカバー33と基台76との間で発生する定在波に対して対策できる。すなわち、吸音材91を設置することによって、第1空間部35に放射された冷媒音が前後方向で反射を繰り返す前に吸音材91で吸音できるため、第1空間部35において「前後方向の定在波」の発生を抑制できることになる。また、吸音材91を設置することによって、突発的な音に対しての対策にもなる。
なお、ここでは、吸音材91を基台76に設置した場合を例に示しているが、吸音材90をドレンカバー33に設置してもよい。あるいは、吸音材91を基台76及びドレンカバー33の双方に設置してもよい。つまり、第1空間部35の対向する面、つまり基台76及びドレンカバー33のうち少なくとも一つの面に吸音材91を装着すれば、第1空間部35での共鳴現象を抑えることができる。
また、冷媒配管15の配管長で決まる気柱共鳴発生想定個所に、吸音材を設置して、冷媒音を効果的に減衰させるようにしてもよい。
また、図11に示すように、吸音材92を第1空間部35の側面部、つまり第1仕切り板30の側面の一部に設置することで、第2熱交換器5の側面部5aと第1仕切り板30との間で発生する定在波に対して対策できる。すなわち、吸音材92を設置することによって、第1空間部35に放射された冷媒音が左右方向で反射を繰り返す前に吸音材92で吸音できるため、第1空間部35において「左右方向の定在波」の発生を抑制できることになる。
なお、ここでは、吸音材92を第1仕切り板30に設置した場合を例に示しているが、吸音材92を第2熱交換器5の側面部5aに設置してもよい。あるいは、吸音材92を第1仕切り板30及び第2熱交換器5の側面部5aの双方に設置してもよい。つまり、第1空間部35の対向する面、つまり第2熱交換器5の側面部5a及び第1仕切り板30のうち少なくとも一つの面に吸音材92を装着すれば、第1空間部35での共鳴現象を抑えることができる。
また、冷媒配管15の配管長で決まる気柱共鳴発生想定個所に、吸音材を設置して、冷媒音を効果的に減衰させるようにしてもよい。
さらに、図12に示すように、吸音材90、吸音材91及び吸音材92を設置することで、上下方向、前後方向、及び、左右方向に発生する「定在波」に対しての対策とすることが可能になる。
<吸音材90、吸音材91及び吸音材92>
ここで、吸音材90、吸音材91及び吸音材92について説明する。なお、設置された場所に応じて、吸音材90、吸音材91及び吸音材92として分けて吸音材を説明したが、代表として吸音材90を例に説明するものとする。
吸音材90は、空気室を含んで構成され、可聴帯域の周波数成分を熱エネルギーに変換して、可聴帯域の音成分を消耗する役割を果たす。吸音材90は、例えばパルプ系繊維を基材として形成されている。具体的には、パルプ系繊維を圧縮成形したバイオプラスチック等で吸音材90を構成することができる。そのため、従来のガラス繊維などによる吸音材に比べ、材料から飛散した繊維による中皮腫問題などを起こす心配がない。
パルプ系繊維は、繊維の断面に空気孔が複数形成されており、他の繊維で成形したものよりも空気室を多く含み、高い吸音率を得られる。また、吸音材90の表面に撥水性能を付随させてもよい。こうすれば、冷媒配管15で発生する水分を吸収しにくく、吸音性能の低下を抑制できる。さらに、吸音材90に抗カビ材を含ませてもよい。こうすれば、万が一水分を吸収しても、カビ等の発生を抑制することが可能になる。
吸音材90に、振動を熱変換する誘電性材料を含んだ遮音材を積層してもよい。遮音材としては、冷媒配管15の内部から外部へと透過する音響エネルギーを振動−熱変換することでエネルギー消耗させる機能を果たすものが好ましい。このような遮音材によれば、可聴帯域から、特に超音波帯域の周波数成分を有効に減衰させることが可能になる。遮音材は、例えばカーボンなどの誘電性材料をポリエステル系樹脂等に混錬して形成することができる。
また、遮音材に圧電性を有する材料等を混錬させてもよい。このようにすれば、遮音材によって摩擦熱による熱変換もすることが可能になる。つまり、遮音材は、音響エネルギーを入射したときに、空気の圧力変動を材料中の分子レベルでの振動エネルギーを摩擦による熱エネルギー変換で消耗するものであり、強力な音圧レベルを有する超音波域の音響エネルギーに対して効果を発現する。
なお、吸音材90の大きさ、形状、及び厚みを特に限定するものではなく、設置される第1空間部35の大きさ及び形状に応じて決定すればよい。ただし、吸音材90の厚みは20mm以下が好ましい。
また、遮音材については、吸音材91及び吸音材92に積層してもよく、以下の変形例で説明する吸音材96に積層させてもよい。
このような吸音材90、吸音材91及び吸音材92を第1空間部35に設置することにより、音場空間である第1空間部35の「定在波」に対しての対策となる。すなわち、冷媒配管15からの透過音などがあっても、吸音材90、吸音材91及び吸音材92により透過音が吸収されるため、透過音が第1空間部35を形成している面によって反射せず、第1空間部35で共鳴現象が発生することがない。したがって、筐体70の部に騒音が漏れることはない。
また、吸音材90、吸音材91及び吸音材92を、第1空間部35を形成する面に設置するため、ドレン側及び冷媒配管15からの水などが流れる流路側に設置する必要がない。そのため、水分によって発生するカビの影響が少なく、吸音材の劣化を抑制できる。また、カビの影響が少ないので、第1空間部35を衛生的に維持することが可能になる。
さらに、冷媒配管15の全体を覆うための専用カバーを装着し、専用カバー内に音を閉じ込めたり、又は専用カバーから音を透過させない追加部品による手段を講したりする必要がない。つまり、負荷側ユニット100Aによれば、騒音対策としての部品点数を減少させることができ、且つ、低コストで、筐体70の外部に漏れてしまう音の対策が実現する。
<変形例>
図13は、負荷側ユニット100Aの筐体70の内部における冷媒配管15のレイアウト例を概略的に示す概略レイアウト図である。図14は、負荷側ユニット100Aの変形例を概略的に示す概略構成図である。図15は、吸音材96に遮音材97を積層させて冷媒配管15に設置した場合の作用を説明するための説明図である。図16は、吸音材96に遮音材97を積層させて冷媒配管15に設置した場合の断面構成を概略的に示す概略断面図である。図13〜図16に基づいて、負荷側ユニット100Aの変形例について説明する。
図13に示すように、筐体70の内部には、冷媒配管15が複数曲げられて収容されている。また、図13に示すように、冷媒配管15には、ストレーナーなどの中間部品55が設置されている場合も多い。冷媒配管15の曲がり部、及び、中間部品55などには圧力がかかりやすく、このような部分で圧力増大による音の増幅が起こりやすい。
そこで、図14に示すように、中間部品55及び冷媒配管15の曲がり部の少なくとも一つ以上を吸音材で覆うことで、不必要な音放射を減衰させることができる。なお、図14では、吸音材96a〜吸音材96iによって、中間部品55及び冷媒配管15の曲がり部の全部を覆った場合を例に示している。また、図14では、吸音材90及び吸音材91についても図示している。さらに、特に分けて説明する必要がない場合には、吸音材96a〜吸音材96iをまとめて吸音材96と称するものとする。
冷媒配管15の内部にも気柱共鳴が発生している。冷媒配管15の内部の気柱共鳴による音の「密」の部分と、配管材料による透過現象である「コインシデンス現象」が一緒になり、冷媒配管15の任意で音の音圧レベルが高くなり、透過音が発生する。そこで、図14に示すように、冷媒配管15の配管途中に設置されている中間部品55、及び、冷媒配管の曲がり部分などで音の増幅があり、それらの場所に吸音材96を設置しているのである。
吸音材96に遮音材を積層する場合、吸音材96を設置対象部に設け、遮音材を吸音材96a〜吸音材96iの外側に設けるようにする。つまり、図15及び図16に示すように、吸音材96と、遮音材97と、が積層された2層構造となっている。このようにすれば、冷媒配管15の外部に透過した音響エネルギー成分を確実に減衰させることができ、発生する全ての冷媒流動音の対策となり、不快音による生活者の不快感を低減できる。
また、図16に示すように、吸音材96及び遮音材97は、冷媒配管15の全周を覆うように配置する。こうすることで、冷媒配管15の全周から外部に伝搬してしまう音放射を抑制することが可能になる。なお、吸音材96を冷媒配管15の外周面に貼り付ける必要はなく、吸音材96の配管側の面と冷媒配管15の外周面との間に空隙があってもよい。この空隙によって、更に吸音効果を向上させることが可能になる。また、遮音材97を設けない場合にも、吸音材96は、冷媒配管15の全周を覆うように配置するとよい。
なお、気相状態においては、LEV50などの非常に狭い空間を通過するときの通過音が基本となっている。いずれの相においても超音波帯域はほとんど発生せず、可聴帯域成分が主体的になっている。また、音の発生には、冷媒配管15と冷媒との摺動音も存在する。この摺動には振動成分も含まれるために、冷媒配管15から透過して冷媒配管15の外部に伝搬する周波数成分の抑制は振動対策だけでは不可能である。冷媒配管15の外部へと一度透過して放射された音は、何らかのエネルギー変換処理を行う外部からの処理が必要である。熱変換を効率的に行う手段として、空気室を含む材料で音放射源を覆うことが好ましい。そのため、音放射を効率的に対策するための吸音材と遮音材とを組み合わせたものでLEV50に直結する冷媒配管15の周囲を覆うとよい。
以上のように、本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットは、音波を反射する面で囲まれた音場空間が内部に形成されている筐体70と、音場空間に設置されているLEV50と、音場空間を形成している面の少なくとも一部に設置された吸音材と、を備えている。そのため、負荷側ユニット100Aによれば、吸音材を音場空間である第1空間部35の面に設置するだけで、音場空間で発生する増幅音を効果的に減衰することができる。
なお、吸音材とは、吸音材90、吸音材91及び吸音材92のうちの少なくとも1つである。
したがって、本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットによれば、少ない材料で構成された吸音材の設置位置を特定するだけで、効果的な音場制御による騒音対策が可能となる。また、本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットによれば、冷媒配管15の全部を制振材で覆うような必要がなく、それに要する手間及び費用を削減することが可能になる。さらに、本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットによれば、吸音材を、ドレン側及び冷媒配管15からの水などが流れる流路側に設置する必要がないので、水分によって発生するカビの影響が少なく、吸音材の劣化を抑制できる。
本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットによれば、膨張装置がLEV50であるので、LEV50に接続している冷媒配管15の内部から外部に透過してしまう透過音に対しての対策が可能になる。
本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットによれば、吸音材は、空気室を含んだパルプ系繊維で構成されているので、可聴帯域の透過音及び超音波帯域の透過音の双方の対策ができ、材料から飛散した繊維による中皮腫問題などを起こす心配がない。
なお、吸音材とは、吸音材90、吸音材91及び吸音材92のうちの少なくとも1つである。
本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットによれば、吸音材96は、冷媒配管15の曲がり部、及び、中間部品55にも設置されているので、圧力増大による音の増幅が起こりやすい位置で、不必要な音放射を減衰させることができる。
本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットによれば、吸音材に、誘電性材料を含んだ遮音材97を積層させたので、冷媒配管15の外部に透過した音響エネルギー成分を確実に減衰させることができる。したがって、本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットでは、発生する全ての冷媒流動音の対策となり、不快音による生活者の不快感を低減できる。
なお、吸音材とは、吸音材90、吸音材91、吸音材92及び吸音材96のうちの少なくとも1つである。
本発明に係る冷凍サイクル装置によれば、上記の冷凍サイクル装置用ユニットを備えているので、冷凍サイクル装置用ユニットの音場空間で発生する増幅音を効果的に減衰することができる。
なお、本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットの1つとして負荷側ユニット100Aを代表例として説明したが、説明した内容は熱源側ユニット100Bにも同様に該当する。そのため、本発明に係る冷凍サイクル装置が、負荷側ユニット100Aで説明した騒音対策が施されている熱源側ユニット100Bを備えていれば、熱源側ユニット100Bの音場空間で発生する増幅音を効果的に減衰することができる。
本発明に係る電気機器によれば、上記の冷凍サイクル装置を備えているので、生活者の身近な電気機器から発生する不快音に対しての対策ができ、生活者の不快感を低減できる。
なお、電気機器としては、例えば、空気調和装置、給湯装置、冷凍装置、除湿装置、又は、冷蔵庫等が挙げられる。
1 圧縮機、2 流路切替装置、3 第1熱交換器、5 第2熱交換器、5X 第2熱交換器、5a 側面部、5aX 側面部、6 第1送風機、7 第2送風機、7X 第2送風機、7a モーター、7aX モーター、7b シャフト、7bX シャフト、15 冷媒配管、15X 冷媒配管、30 第1仕切り板、30X 第1仕切り板、31 第2仕切り板、31X 第2仕切り板、33 ドレンカバー、33X ドレンカバー、35 第1空間部、35X 第1空間部、36 第2空間部、36X 第2空間部、55 中間部品、60 制御装置、60X 制御装置、70 筐体、70X 筐体、71 天面パネル、71X 天面パネル、71a 開口部、76 基台、76X 基台、77 前面パネル、77X 前面パネル、78 底面パネル、78X 底面パネル、80 吹出口、80X 吹出口、81 風向調整部、81X 風向調整部、90 吸音材、91 吸音材、92 吸音材、96 吸音材、96a 吸音材、96b 吸音材、96c 吸音材、96d 吸音材、96e 吸音材、96f 吸音材、96g 吸音材、96h 吸音材、96i 吸音材、97 遮音材、100 冷凍サイクル装置、100A 負荷側ユニット、100AX 負荷側ユニット、100B 熱源側ユニット。
本発明に係る冷凍サイクル装置用ユニットは、音波を反射する複数の面を有し、前記複数の面で囲まれた音場空間が内部に形成されている筐体と、前記音場空間に設置され、冷媒流量を調整する膨張装置と、前記音場空間に設置され、前記膨張装置に接続している冷媒配管と、前記複数の面のうち、前記音場空間において対向する2つの面の一方又は双方に設置された吸音材と、を備えたものである。

Claims (7)

  1. 音波を反射する面で囲まれた音場空間が内部に形成されている筐体と、
    前記音場空間に設置され、冷媒流量を調整する膨張装置と、
    前記音場空間に設置され、前記膨張装置に接続している冷媒配管と、
    前記音場空間を形成している面の少なくとも一部に設置された吸音材と、を備えた
    冷凍サイクル装置用ユニット。
  2. 前記膨張装置が電子膨張弁である
    請求項1に記載の冷凍サイクル装置用ユニット。
  3. 前記吸音材は、
    空気室を含んだパルプ系繊維で構成されている
    請求項1又は2に記載の冷凍サイクル装置用ユニット。
  4. 前記吸音材は、
    前記冷媒配管の曲がり部、及び、前記冷媒配管に設置されている中間部品にも設置されている
    請求項1〜3のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置用ユニット。
  5. 前記吸音材に、誘電性材料を含んだ遮音材を積層させた
    請求項1〜4のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置用ユニット。
  6. 請求項1〜5のいずれか一項に記載の冷凍サイクル装置用ユニットを、熱源側ユニット及び負荷側ユニットの少なくとも1つとして備えている
    冷凍サイクル装置。
  7. 請求項6に記載の冷凍サイクル装置を備えた
    電気機器。
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