JP2009257110A - パッケージ型空冷式スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】
両端駆動軸を持つ電動機と両吸込み多翼ファンを有すパッケージ型空冷式スクリュー圧縮機の機内雰囲気温度が高い為、様々な熱害の原因となっている。
【解決手段】
上記目的を達成するために、本発明のパッケージ型空冷式スクリュー圧縮機は両吸込み多翼ファンの電動機側からの吸込みにより前記電動機を冷却し、反対側からの吸込みによりユニット内部の換気を行うことで機内雰囲気温度を下げ、電動機冷却効果を増加させる。
【選択図】 図１

Description

本発明はパッケージ型空冷式スクリュー圧縮機に関するものである。

運転時に高温となる発熱体がパッケージ内に収められるパッケージ型の圧縮機においては、内部の冷却が重要となるため、従来より種々の構成が提案されている。具体的には、圧縮機本体、電動機、圧縮空気を冷却するファン等の冷却対象となる構成の配置、あるいは、パッケージ内を冷却するための空気の取込口、ファン等の配置が重要となる。この種の空気圧縮機として、特許文献１や特許文献２に開示がある。

特開平9-126175号公報 特開2005-30227号公報

圧縮機の駆動源である電動機や動力伝達用のベルトなどは温度の上昇により様々な熱害が生じるため、冷却の必要がある。特許文献１では、電動機の冷却用の外扇を一側に備え、これにより外部から空気を取り込んでいる。それとともに、アフタークーラやオイルクーラの冷却用のシロッコファンからの送風の一部を電動機の他側及び動力伝達用のベルトに送る構成としている。この構成では電動機の両側にファンが必要となり、構成の複雑化を招くことになってしまう。

そこで、特許文献２に示すように、両吸込み型のファンを用い、電動機の冷却を両吸込み型のファンの片側で行うことが考えられる。しかし、この特許文献２のパッケージ型圧縮機では機内の雰囲気温度は電動機のジュール熱、圧縮流体の圧縮熱、機械摩擦等の廃熱により外気温度に対し大きく上昇するため、外気温度と同じ温度の冷却風を同流量通過させた場合と比較して冷却効果は低い。そこで積極的に機内の雰囲気温度を下げる工夫が必要となっている。しかしながら、冷却効果を高めるとファンの大径化を招くことになり、消費動力や騒音の増大化が問題となってしまう。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、パッケージ内部に発熱部位が存在するパッケージ型スクリュー圧縮機において、消費動力や騒音の増大化を招くことなく、冷却風を取り入れて積極的な換気を図ることを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明は、第一に、圧縮用のスクリューロータを有する圧縮機本体と、前記スクリューロータを回転駆動する電動機と、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却する空冷式冷却器と、前記電動機の前記スクリューロータ駆動側出力軸の反対側の出力軸に配設されて前記電動機側の吸込部及び反電動機側の吸込部を有するファンとをパッケージ内に備えたスクリュー圧縮機において、
前記パッケージに開口して外気と連通する外気吸気口と、前記圧縮機本体で圧縮される空気を前記パッケージ内で吸い込む吸込口とを備え、
前記電動機は、前記ファンの前記電動機側の吸込部と対向するとともに、前記圧縮機本体を挟んで前記外気吸気口の反対側に配設され、
前記パッケージ内で、前記ファンの電動機側の空間と前記ファンの反電動機側の空間とを連通する連通路を有するものとした。

また、第二に、圧縮用のスクリューロータを有する圧縮機本体と、前記スクリューロータを回転駆動する電動機と、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却する空冷式冷却器と、前記電動機の前記スクリューロータ駆動側出力軸の反対側の出力軸に配設され複数の吸込部を有するファンとをパッケージ内に備えたスクリュー圧縮機において、
前記パッケージに開口して外気と連通する外気吸気口と、前記圧縮機本体で圧縮される空気を前記パッケージ内で吸い込む吸込口とを備え、
前記外気吸気口、前記圧縮機本体、前記電動機の外周部、の順に空気が流れ、前記ファンの第一の吸込部に至る第一の空気流路と、
前記外気吸気口、前記圧縮機本体の順に空気が流れ、前記ファンの第二の吸込部に至る第二の空気流路と、
前記ファンの吐出空気を前記空冷式冷却器へと導く第三の空気流路と、を前記パッケージ内に有するものとした。

また、上記の構成を備えたスクリュー圧縮機において、より好ましい具体的態様は下記の通りである。
（１）前記ファンは、一側に第一の吸込部を有し、他側に第二の吸込部を有する両吸込み型のファンであり、前記第一の吸込部は電動機側に開口し、前記第二の吸込部は反電動機側に開口すること。
（２）前記ファンの前記電動機側からの吸込みにより前記電動機が冷却され、前記ファンの反電動機側は、前記第一の空気流路、及び前記外気吸気口とは別に設けられる第二の外気吸気口から前記ファンに至る第四の空気流路を流れる空気を吸い込むこと。
（３）前記外気吸気口は前記パッケージの上部に設けられ、前記ファンは前記圧縮機本体よりも下部に位置すること。
（４）前記吸込口を前記圧縮機本体よりも流れの上流に配置したこと。

本発明によれば、消費動力や騒音の増大化を招くことなく、冷却風を取り入れて積極的な換気を図ることが可能なパッケージ型スクリュー圧縮機を提供することができる。

本発明形態では一方を電動機の冷却、他方を機内換気用として使用可能なファンを用いることを特徴の一つとしている。電動機のケーシングの周囲はファンの吸込み口までカバーで覆い、冷却風がケーシングに沿って流れるようにして電動機の冷却を行う。また、ファンの２箇所の吸込み側と吐出し側とを仕切るように構成する。

さらに、ファンの反電動機側の吸込口からは、ファンからの吐出空気を吸い込まないようにしつつも、ファンの両側の吸込空間を連通し、反電動機側の吸込口に、電動機や圧縮機本体といった熱源が設置された空間を通過した空気が吸い込まれるようにするものとする。

この実施形態によれば、同容量の従来構成を用いて比較した結果、同じ冷却風流量で機内の雰囲気温度をおよそ７℃、電動機の表面温度でおよそ７℃、電動機のコイル温度でおよそ６℃冷却することが可能となった。このような冷却効果の増加によって、電動機の保護、動力伝達用のベルトの長寿命化、圧縮前の流体の熱膨張による動力アップの抑制など様々な熱害を防ぐことができる。また、同等の電動機冷却効果を得ようとした場合、従来技術に比べてファンの大径化を防げるため、動力増大、騒音増大の抑制も可能となる。

以下、本実施形態の更なる具体例を図面を用いながら説明する。図１は第１実施例のパッケージ型の空冷式スクリュー圧縮機の構成図である。

この図１に示すように、本実施例のパッケージ型の空冷式スクリュー圧縮機は、圧縮用のスクリューロータを有する圧縮機本体３と、前記スクリューロータを回転駆動する電動機１と、圧縮機本体３で圧縮された圧縮空気を冷却する空冷式冷却器８と、電動機１のスクリューロータ駆動側出力軸の反対側の出力軸に配設されているファン２とをパッケージ７内に備えている。

ファン２は、電動機１のスクリューロータ駆動側出力軸の反対側の出力軸に配設され、複数の吸込部を有する両吸込み型のファンとしている。本実施例では、電動機１側に第一の吸込部として電動機側の吸込部を有し、第二の吸込部として反電動機側の吸込部を有する両吸込み多翼ファン２を用いることとした。具体的には、電動機１の駆動軸に両吸込み多翼ファン２が接合され、電動機１の運転に合わせて回転するものとなっている。

この実施例において冷却が必要な主な対象として、電動機１、圧縮機本体３によって圧縮される圧縮空気、及び潤滑油がある。これらは製品の安全上、所定の温度まで冷却が絶対不可欠であり、従来もその水準が守られてきた。また、高温になると性能が悪化する対象として、圧縮機本体３に取り込まれる直前の空気と動力伝達用ベルト５がある。前者は高温になると熱膨張して体積のみ増えるため、容積式の圧縮機では１サイクル当りに圧縮する質量は減ってしまうからであり、後者は温度が高いと交換サイクルが短くなるためである。

どちらもスクリュー圧縮機を、製品の観点からを見た上では重要なアピールポイントであり、これらが悪化すると製品競争力が落ちてしまう。したがって、本実施例におけるスクリュー圧縮機において、電動機１や圧縮機本体３のような熱源のほか、圧縮空気、潤滑流体（潤滑油）、圧縮機本体で圧縮される前の空気、動力伝達用ベルト５、の順で冷却が必要となっている。そして、これらの冷却が必要な順位に応じて、以下に示すような配置を採用して冷却の効率化を図っている。

図１を参照しながら、本実施例の冷却空気流路を説明する。まず、両吸込み多翼ファン（電動機側）２ａによって外気吸気口６を起点に、圧縮機本体３、電動機１の外周部、を経由し順に空気が流れ、ファン２ａの第一の吸込部を終点にした第一の空気流路を生み出す。

電動機１の外周部と第一の吸込部との間は、ファン２の吐出側にあたる第三の空気流路（後述）の領域と吸込み側にあたる第一の空気流路及び第二の空気流路（後述）の領域とを仕切るためにダクトが設けられており、このダクトに開口部を設け、この開口部にファン２が取り付けられる。したがって、ファンを通じて第一の空気流路及び第二の空気流路と第三の空気流路とが連通することになる。

なお、本実施例では、ファン２のケーシングの固定などに必要であるためにダクトに開口部を設けているが、何らかの方法でその機能を代替させることができれば、ファン２の吐出側（第三の空気流路の起点）より下側の部分はなくしても良い。

一方、両吸込み多翼ファン（反電動機側）２ｂは、第一の空気流路と同じく、外気吸気口６を起点に圧縮機本体３、電動機１が配設されている同一の空間を経由し、ファン２の第二の吸込部を終点にした第二の空気流路を生み出す。

この流路は両吸込み多翼ファン２の反電動機側２ｂの空間と圧縮機本体３、電動機１が配設されている空間が連通されていなければならない。したがって、上述したダクトに孔を設けるなどして、電動機１が配設される空間とファン２の反電動機側２ｂとを連通する連通路を確保する必要がある。

第一の空気流路と第二の空気流路は、ともに外気吸気口６を始点、両吸込み多翼ファン２の各吸込み部を終点にした空気流路であるが、電動機１の外周部を経由するのか、しないかの違いがある。冷却対象の一つである動力伝達用ベルト５は、電動機１と圧縮機本体３との間に位置しており、電動機１においては、ファン２の反対側の出力軸に張架される。このように動力伝達用ベルト５も第一の空気流路又は第二の空気流路によって圧縮機本体３とともに冷却される位置に配置される。

これらの第一の空気流路及び第二の空気流路からの空気は、ファン２の位置で混ざり合い、ファン２の吐出側を起点とし、空冷式冷却器８を経由した後にパッケージ７の排気口を終点にした第三の空気流路を流れることになる。したがって、上述した冷却対象の全体がパッケージ内で効果的に冷却される。

本実施例では、以上の三つの空気流路が少なくとも形成されて、これによってパッケージ７内の冷却を行う。

第一の空気流路では電動機１のハウジング表面に沿った流路を確保するため、電動機１の外周部に、これを覆うカバー４を配設し、電動機１のハウジングとの間に狭い空間を形成する。この空間は、第二の空気流路において設けられる前述の連通路よりも狭く形成するものとし、結果として、第一の空気流路は第二の空気流路に比べて大きな流路抵抗を持つ。したがって、空気流量の対比において、第二の空気流路が第一の空気流路に対して空気流量が多いものとなる。

パッケージ７内では、圧縮機本体３、電動機１、冷却器８の順で温度が高くなっている。第二の空気流路は、圧縮機本体３及び電動機１が配設される空間を流路に有し、さらに、下流側の第三の空気通路において冷却器８の冷却を行うことになる。また、前述した連通路の大きさと相俟って、大きな流量の空気が両吸込み多翼ファンの反電動機側２ｂに流れることなる。したがって、第二の空気流路は機内の熱的な淀みを均すことができる。換言すると、第一の空気流路では、主に電動機１の直接冷却を可能とし、第二の空気流路では機内換気による雰囲気温度の低下を行うことができる。

また、第三の空気流路の起点であるファン２の吐出口からの空気は、圧縮機本体３から流れ込む所定の圧力まで昇圧された圧縮空気と潤滑流体を冷却するための空冷式冷却器８を冷却するための冷媒として作用する。

このように、機内全体の換気が積極的に行われるため、パッケージ７内の雰囲気温度は下がる。特に、本実施例では、外気吸気口６をパッケージ７の上部に設け、圧縮機本体３よりも下部に電動機１及びファン２が配置されるように構成している。このように、外気吸気口６を圧縮機本体３の上流に設けることで外気吸気口６、圧縮空気取込み口、圧縮機本体３、前記連通路及び電動機１の外周部、両吸込み多翼ファン２の各吸込み口、の順に空気が流れる。

また、圧縮機本体３に取り込まれる空気の吸込口は、第一の空気流路あるいは第二の空気流路において、圧縮機本体３の上流側に配置するか、あるいは、これらの空気流路から離れた位置に配置する。

これらの流れの中において、外気吸気口６から圧縮機本体３への空気の吸込口に至る経路には熱源となるものあるいはその他の発熱体が存在しないため、従来技術に対し圧縮空気の吸込口からは機内で熱された空気を吸い込まない。したがって、外気を直接圧縮機本体３に取り込む必要がなく、パッケージ７の内部に吸気ダクトを省くことができる。しかし、より外気と近い温度状態の空気を吸い込む必要がある場合や、圧縮機本体からの機械音を遮蔽する必要がある場合には吸気ダクト６ｄを用いても構わない（図３参照。後述。）。

なお、各空気流路の全体を、圧力発生装置となるファン２を基準として見ると、両吸込み多翼ファン２を境として、その吸込口までの経路（低圧側領域）が第一の空気流路及び第二の空気流路であり、ファン２の吐出口からパッケージ７外までの経路（高圧側領域）が第三の空気流路となる。

次に、低圧側領域の経路のバリエーションとして、第四の空気流路を持つ例を図面を用いて説明する。図２は、第２実施例のパッケージ型の空冷式スクリュー圧縮機の構成図である。なお、第１実施例と同様の構成については、同符号を付して説明は省略する。

第２実施例では、ファン２の反電動機側の第二の吸込部に流入する空気の流路として第四の空気流路を設ける。図２に示すように、ファン２の反電動機側２ｂとの間に何ら発熱体を持たない位置に、第一の吸気口６ａとは異なる第二の吸気口６ｂを設ける。この第二の吸気口６ｂを起点とし、ファン２の第二の吸込部に至る第四の空気流路が形成される。熱源を含む発熱体が第四の空気流路に存在しない位置であれば、第二の吸気口６ｂはどこでも差し支えないが、ファンの反電動機側２ｂと対向する位置にパッケージ７の開口を設けて、これを吸気口とするのが好適である。

これは、圧縮機本体３や動力伝達用ベルト５付近を通過してきた外気は、廃熱を受けて温度が上がっているために、空冷式冷却器８の冷却効果が下がってしまったときに対応するものである。例えば、設置スペースの都合やコスト高を許容できない都合などで空冷式冷却器８を所望の冷却効果が得られるまで大型化できない場合に第四の空気流路の効果が高い。

第四の空気流路から外気温度に近い温度の空気を第一、第二の空気流路からの空気に混ぜることによって、ファン２から吐出される空気の温度を下げ、空冷式冷却器８の冷却効果を上げることができる。なお、第四の空気流路の流量は吸気口６ｂの大きさに比例するが、増やしすぎるとパッケージ内の換気能力が落ちるため、トレードオフの関係にある。したがって、通常は第二の空気流路に設けられる前記連通路よりも小さい吸気口としている。

図３は上記の実施例とは異なる第３実施例のパッケージ型の空冷式スクリュー圧縮機の構成図である。上述のように、圧縮機本体３によって冷却される前の空気が機内で温められると圧縮作用に影響を与えるため、より外気と近い温度状態（低い温度状態）の空気を吸い込むことに着目した例である。この第３実施例では、パッケージ７の外部と圧縮機本体３の空気吸込み口とを連通するために圧縮空気取込み口６ｃを設けている。圧縮空気取込み口６ｃから取り込まれた空気は、吸気ダクト６ｄを流れ、上述の第一〜第四の空気流路を流れる空気と混ざり合うことはない。

この第３実施例によれば、圧縮効率の低下を抑制し、さらに、吸気ダクト６ｄによって圧縮機本体３からの機械音を遮蔽できるため、低騒音化も可能となる。

第１実施例のパッケージ型の空冷式スクリュー圧縮機の構成図。 第２実施例のパッケージ型の空冷式スクリュー圧縮機の構成図。 第３実施例のパッケージ型の空冷式スクリュー圧縮機の構成図。

符号の説明

１…電動機、２…両吸込み多翼ファン、２ａ…両吸込み多翼ファンの電動機側、２ｂ…両吸込み多翼ファンの反電動機側、３…圧縮機本体、４…カバー、５…動力伝達用のベルト、６…外気吸気口（６ａ…外気吸気口、６ｂ…吸気口、６ｃ…圧縮空気取込み口、６ｄ…吸気ダクト）、７…パッケージ、８…空冷式冷却器。

Claims (6)

1. 圧縮用のスクリューロータを有する圧縮機本体と、前記スクリューロータを回転駆動する電動機と、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却する空冷式冷却器と、前記電動機の前記スクリューロータ駆動側出力軸の反対側の出力軸に配設されて前記電動機側の吸込部及び反電動機側の吸込部を有するファンとをパッケージ内に備えたスクリュー圧縮機において、
   前記パッケージに開口して外気と連通する外気吸気口と、前記圧縮機本体で圧縮される空気を前記パッケージ内で吸い込む吸込口とを備え、
   前記電動機は、前記ファンの前記電動機側の吸込部と対向するとともに、前記圧縮機本体を挟んで前記外気吸気口の反対側に配設され、
   前記パッケージ内で、前記ファンの電動機側の空間と前記ファンの反電動機側の空間とを連通する連通路を有するスクリュー圧縮機。
2. 圧縮用のスクリューロータを有する圧縮機本体と、前記スクリューロータを回転駆動する電動機と、前記圧縮機本体で圧縮された圧縮空気を冷却する空冷式冷却器と、前記電動機の前記スクリューロータ駆動側出力軸の反対側の出力軸に配設され複数の吸込部を有するファンとをパッケージ内に備えたスクリュー圧縮機において、
   前記パッケージに開口して外気と連通する外気吸気口と、前記圧縮機本体で圧縮される空気を前記パッケージ内で吸い込む吸込口とを備え、
   前記外気吸気口、前記圧縮機本体、前記電動機の外周部、の順に空気が流れ、前記ファンの第一の吸込部に至る第一の空気流路と、
   前記外気吸気口、前記圧縮機本体の順に空気が流れ、前記ファンの第二の吸込部に至る第二の空気流路と、
   前記ファンの吐出空気を前記空冷式冷却器へと導く第三の空気流路と、を前記パッケージ内に有するスクリュー圧縮機。
3. 前記ファンは、一側に第一の吸込部を有し、他側に第二の吸込部を有する両吸込み型のファンであり、前記第一の吸込部は電動機側に開口し、前記第二の吸込部は反電動機側に開口することを特徴とする請求項２記載のスクリュー圧縮機。
4. 前記ファンの前記電動機側からの吸込みにより前記電動機が冷却され、
   前記ファンの反電動機側は、前記第一の空気流路、及び前記外気吸気口とは別に設けられる第二の外気吸気口から前記ファンに至る第四の空気流路を流れる空気を吸い込むことを有する請求項３記載のスクリュー圧縮機。
5. 前記外気吸気口は前記パッケージの上部に設けられ、前記ファンは前記圧縮機本体よりも下部に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のスクリュー圧縮機。
6. 前記吸込口を前記圧縮機本体よりも流れの上流に配置したことを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のスクリュー圧縮機。

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