JP2010127234A - 無給油式スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】低騒音で据付面積低減可能な無給油式スクリュー圧縮機を提供する。
【解決手段】非接触かつ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータを有し、空冷式熱交換器を有する無給油式スクリュー圧縮機において、空冷式熱交換器を圧縮機本体駆動用モータの上部に配置し、且つ空冷式熱交換器用冷却風に対し上流側に空冷式熱交換器を傾斜させた配置とし、空冷式熱交換器冷却風用ユニット吸気口最上部が最上部に配置される空冷式熱交換器最上部より下に位置し、空冷式熱交換器冷却風用ユニット吸気口最下部が最下部に配置される空冷式熱交換器最下部より下に位置した構造とし、空冷式熱交換器冷却風が圧縮機ユニット天井部より排気される構造とした。この構造により、低騒音且つ据付面積が低減可能でコンパクトな無給油式スクリュー圧縮機を提供することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、無給油式スクリュー圧縮機に係り、特に圧縮機の稼動に伴う騒音を低減した無給油式スクリュー圧縮機に関する。

非接触かつ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータを有して空気を圧縮するオイルフリー、即ち無給油式スクリュー圧縮機が知られている。無給油式スクリュー圧縮機は、空気を圧縮する圧縮機本体を有し、圧縮機本体から吐出される圧縮空気は高温であるため、この圧縮空気を冷却する冷却装置（熱交換器）が設けられている。圧縮機本体から、吐出される圧縮空気は、これらの冷却装置及び圧縮機ユニット内の接続配管を通過し、圧縮機ユニット外へと吐出される。この種従来技術として、特許文献１には単段式の無給油式スクリュー圧縮機の構成が開示され、特許文献２には２基の圧縮機本体を有する二段式の無給油式スクリュー圧縮機が開示されている。

特開平１−１１６２９７号公報 特開平１１−１４１４８８号公報

無給油式スクリュー圧縮機は、その圧縮機本体の雄雌一対のロータ間にシールのための潤滑油を噴射しないため、ロータ間のギャップや、歯溝即ち圧縮室の周囲に形成されるギャップからの漏洩が、この種の圧縮機の効率に大きな影響を与える。一般に、無給油式スクリュー圧縮機では、これらの漏洩に打ち勝って一定の効率を得るために、ロータは毎分１００００〜２００００回転程度の高速で駆動される。

また、圧縮機本体から吐出される圧縮空気は、吐出口から間欠的に吐出され、ロータの歯数にロータ回転数を乗じた噛合い周期で、吐出流量が変動するため、この吐出口の圧力が脈動する。この吐出時の圧力脈動は、圧縮機本体自身、また圧縮機本体に接続される配管から圧縮機空気冷却のための冷却器（熱交換器）へと伝播し、振動騒音の原因となる。特にロータが毎分３０００〜４０００回転程度である給油式スクリュー圧縮機に比べ、無給油式スクリュー圧縮機は、高速でロータが回転する為、数千ヘルツの高周波騒音を発生する。

上記特許文献１では、ケースの冷却風の吹出し口に近接して冷却器が配置されているため、熱交換器の振動騒音が直接ケース外に漏れやすく、また特許文献２では、熱交換器（クーラー）の上流側の真横にダクトの吸込み口が対向して位置しているため、熱交換器の振動騒音がダクトを直進してケース外に漏れる恐れがあった。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、特に圧縮機ユニット内で最も音の放射面積の大きい部品である空冷式熱交換器を有する無給油式スクリュー圧縮器において、空冷式熱交換器をユニット内中央部に配置することで騒音低減をおこない、また熱交換器の冷却能力を妨げることなくコンパクトで据付面積を低減可能な無給油式スクリュー圧縮機を提供することを目的としている。

上記目的を達成するため本発明は、非接触かつ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータを有する圧縮機本体と、圧縮機の潤滑油を冷却する空冷式熱交換器、圧縮機から吐出される圧縮空気を冷却する空冷式熱交換器、および上記各部を収納するケースを有する無給油式スクリュー圧縮機において、
上記ケースの底部に配置した圧縮機駆動用のモータと、上記ケースの下方から吸気して天井部から排気しその中央部が上記モータの上部を通過するダクトを備え、上記ダクトの中央部に上記空冷式熱交換器を傾斜させて配置し、上記ダクトの中央部より吸気側に上記空冷式熱交換器の騒音を抑える吸気ダクトを設けたことを特徴とする。

また、上記に記載した無給油式スクリュー圧縮機において、上記空冷式熱交換器の上流側の上記ダクトに冷却ファンを設けたことを特徴とする。

また、前記に記載した無給油式スクリュー圧縮機において、空冷式熱交換器の下流側の上記ダクトに冷却ファンを設けたことを特徴とする。

また、上記に記載した無給油式スクリュー圧縮機のいずれかにおいて、上記吸気ダクトは、ダクトの吸気口の上部が上記空冷式熱交換器の最上部より下に位置し、ダクトの吸気口の下部が上記空冷式熱交換器の最下部より下に位置するように、ルーバー構造に形成されたことを特徴とする。

また、上記に記載した無給油式スクリュー圧縮機のいずれかにおいて、上記吸気ダクトは、流路が複数の角度を持つルーバー構造に形成されたことを特徴とする。

また、上記に記載した無給油式スクリュー圧縮機のいずれかにおいて、上記吸気ダクトは、複数の流路をもつルーバー構造に形成されたことを特徴とする。

また、上記に記載した無給油式スクリュー圧縮機において、上記複数の流路が、上記空冷式熱交換器の手前で合流する構造に形成されたことを特徴とする。

また、上記に記載した無給油式スクリュー圧縮機のいずれかにおいて、上記吸気ダクトの下部に、上記モータを冷却する冷却流路を備えたことを特徴とする。

また、上記に記載した無給油式スクリュー圧縮機のいずれかにおいて、上記ダクトの中央部からケースの天井部にかけて、排気方向に対し複数の角度を持つ、または円弧形状の排気ダクトを設けたことを特徴とする。

また、上記に記載した無給油式スクリュー圧縮機において、上記排気ダクトに、上記冷却ファンモータの冷却とケース内の廃熱換気のための廃熱用吸気口を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、無給油式スクリュー圧縮機の騒音を低減するとともに、据付面積を小さくして圧縮機のコンパクト化を図ることができる。

以下では、本発明の実施形態として、非接触かつ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータを有する圧縮機本体を有する無給油式スクリュー圧縮機を説明する。

図１は無給油式スクリュー圧縮機の全体機器構成及び圧縮空気と潤滑油のフロー図である。

この図において、圧縮機ユニットケース１に収納される無給油式スクリュー圧縮機は二段圧縮機であり、低圧段圧縮機本体２ａと高圧段圧縮機本体２ｂを備えている。この低圧段圧縮機本体２ａの吸込みガス通路の上流側に吸込み絞り弁６が設けられている。また、上記圧縮機本体は、圧縮室内に一対のスクリューロータである雄ロータ３及び雌ロータ４を収納している。雄雌ロータ３、４は、無給油及び非接触状態で回転自在に配設されており、その外周部には容積が変化するガス通路としての溝が形成されている。

上記両圧縮機本体２ａ、２ｂは圧縮機本体駆動用モータ８により、駆動ギア７を介して回転駆動される。圧縮に使用されるガスは、吸込みフィルタ５より外部から常温で取り込まれ、低圧段圧縮機本体２ａに供給され、ここで圧縮された空気は、配管を通じて低圧段空冷式熱交換器９を通過して冷却された後、配管を通じて高圧段圧縮機本体２ｂに供給される。高圧段圧縮機本体２ｂにより、さらに圧縮された空気は、高圧段空冷式熱交換器１１の上流側に必要に応じて設置される高圧段空冷式熱交換器１１用の前段熱交換器１０（プレクーラ）を通過した後、高圧段空冷式熱交換器１１へ供給され冷却の後、圧縮機ユニット外部へ吐出される。

また、ギヤケース１２に充填されている潤滑油は、圧縮機潤滑油用空冷式熱交換器１３によって適正温度まで冷却された後、圧縮機本体内を含む圧縮機用軸受及び駆動ギヤ７へ、冷却及び回転潤滑のために供給され、再びギヤケース１２へと回収される。

このような構造を有するスクリュー圧縮機では、雌雄一対のロータとケーシングによって形成される圧縮室の容積が減少することにより空気を圧縮する。圧縮過程の終了時にこの圧縮室が吐出室とつながって空気は吐出室側に吐出されるが、ロータの噛合い周期で吐出流量が変動するため、圧力脈動を生じる。この脈動により圧縮機本体自体に力が作用してケーシング振動および騒音を発生させるとともに、圧力脈動は圧縮空気を介して下流にも伝播される。空冷式熱交換器を有する無給油式スクリュー圧縮機においては、圧縮空気の通過経路において、空冷式熱交換器が最も音の放射面積が大きく、圧縮機ユニット内の最も大きな騒音源の一つとなっている。

上記の課題を解決するために、本実施例の実際の位置関係をもつ空冷式熱交換器を有する無給油式スクリュー圧縮機のユニット構造を説明する。

図２において、ユニットケース１の底部に圧縮機駆動用のモータ８を配置し、上記ケース１の側壁の下方の吸気口１５から吸気し、上記ケース１の天井部から排気し、その中央部が上記モータ８の上部を通過するダクトを備える。このダクトは、互いに連通して接続された吸気ダクト１６、中央ダクト２０（ダクトの中央部）、および排気ダクト１７から構成され、中央ダクト２０がモータ８の上部、もしくはモータ高さより上に位置するように配置される。上記中央ダクト２０内には、上記空冷式熱交換器９、１０、１１を傾斜させて配置し、吸気口１５に接続された吸気ダクト１６には、上記空冷式熱交換器からの発生騒音を抑える構造を設けている。また、上記排気ダクト１７内には排気ファン１４が設けられ、冷却風を吸気口１５から吸込んで上記熱交換器を通過させ、天井からケース１外に排気する。なお、上記空冷式熱交換器には熱交換器１３を含めても良い。

図２に示すとおり、騒音源である熱交換器９、１０、１１をユニットケース１の中央部に配置することで、熱交換器をダクトの吸気口１５及び天井の排気口から距離を置くことができるので、熱交換器から発生する騒音が上記吸気口１５と排気口通じてケース外に出るのを低減させることができる。

また、省スペース化として、圧縮機本体駆動用モータ８の上部、もしくはモータ最上部高さより上に積上げて空冷式熱交換器を配置することで、圧縮機ユニットケースの据付面積を低減させることができる。同時に、各空冷式熱交換器を冷却風に対して、上流側へ傾斜させることで圧縮機ユニッケース高さを低減することができる。

ここで、上記空冷式熱交換器での発生騒音を抑える吸気ダクト１６の構造として、空冷式熱交換器とダクトの吸気口１５の位置関係を説明する。すなわち図３に示す通り、ダクトの吸気口１５の最上部１５ａが熱交換器の最上部１６ａより下に位置し、ダクトの吸気口１５の最下部１５ｂが熱交換器の最下部１６ｂより下に位置するように、吸気ダクト１６を複数の角度を持つルーバー構造（鎧戸構造）とする。このルーバー構造は、吸気口１５側に向いて下向き傾斜したの角度を持つように形成される。また、吸気ダクト１６の流路をほぼ平行な複数流路で構成して、吸気される冷却風が熱交換器の手前で合流する構造としてもよい。さらに、吸気ダクト１６内に吸音材を貼り付けて吸音構造としてもよい。

このように、吸気ダクト１６を吸気口１５側に向いて下向きの複数の角度を持つルーバー構造とすることで、空冷式熱交換器より放射される音がダクト１６の内壁により減衰されるとともに、吸気口１５から直接抜けるのを防止して吸気口１５からの音漏れを低減することができる。なお、ダクト１６の内壁に衝突した騒音が吸気口１５から抜けるときは、下向きのルーバー構造により吸気口から下向きに抜けるため、現場作業者に対し、遮音による騒音低減効果が得られる。また、吸気ダクト１６内に吸音材を貼り付ければ消音効果を向上させることができ、さらに、吸気ダクト１６の流路を複数とすることで、吸気ダクト１６の内壁面積を増加させて騒音との衝突機会、および吸音面積（吸音材を貼っている場合）を増加させることが可能となり、吸気口１５からの音漏れによる騒音を低減することができる。

そして、空冷式熱交換器をケース１内の他の部材からダクト内に隔離してこの中を流れる冷却風で冷却することにより、ケース１内の圧縮機本体やモータ等から発生する廃熱がダクト内の冷却風に入り込むことがなく、温度上昇を防ぐことができる。

次に、空冷式熱交換器冷却風に対し、空冷式熱交換器下流側の構造について説明する。まず、低圧段圧縮機本体２ａもしくは高圧段圧縮機本体２ｂの圧縮比により、吐出圧縮空気温度が空冷式熱交換器９、１１の耐熱温度もしくは寿命を短縮させるような温度を超える場合は、熱疲労保護の為、低圧段空冷式熱交換器９もしくは高圧段空冷式熱交換器１１もしくはその両方の熱交換器に対し、前段空冷式熱交換器（プレクーラ）を設置する必要がある。このような場合は、この前段空冷式熱交換器を空冷式熱交換器冷却風に対し、空冷式熱交換器下流側に設置する。

図１では、前段空冷式熱交換器１０を高圧段空冷式熱交換器１１側に設置し、図２では、前段空冷式熱交換器１０を空冷式熱交換器９、１０の下流側に配置されている。これは、前段空冷式熱交換器１０に供給される圧縮空気温度が、圧縮空気用空冷式熱交換器９、１１よりも高いため、熱交換器９，１１を通過した冷却風（排風）でも十分に熱交換が可能であるためである。

上述の前段空冷式熱交換器を必要に応じて設置し、空冷式熱交換器の下流側と圧縮機ユニットケース１の天井部までを排気ダクト１７で接続し、排気ダクト１７内に冷却ファン１４を設置する構造とする（図２）。上記排気ダクト１７は、中央ダクト２０からケースの天井部にかけて、排気方向に対し複数の角度を持つ、または円弧形状に形成される。この排気ダクト１７の装着により、空冷式熱交換器の廃熱による圧縮機ユニットケース１内の温度上昇を防ぐことができるとともに、吸気ダクト１６と空冷式熱交換器と排気ダクト１７によって生じる冷却風圧力損失に打ち勝つだけの静圧を持つ冷却ファンの設置をするだけでよく、冷却ファンの小型化が可能になり、ダクト設計におけるＣＡＥ計算もし易くなる。なお、冷却ファンは中央ダクト２０の空冷式熱交換器の上流側に設けても良い（図２、図３に１４´で示す。）。

本発明実施例によれば、圧縮機ユニットケース１の据付面積を低減すると同時に、空冷式熱交換器から放射される音を低減でき、且つダクト構造により、空冷式熱交換器冷却風の流れを妨げない流れを形成できる（図２−（１））。また、圧縮機ユニットケース１の室内設置の際に、空冷式熱交換器冷却風は、室内温度のより低い下部から取り込まれることとなり空冷式熱交換器の冷却に対し優位性がある。同時に、空冷式熱交換器冷却風用吸気口も現場作業者の耳元より下に配置することができ、上述の圧縮機ユニットケース１内の騒音低減に加えて吸気口下部配置によって、人の聴感に対しても優位性がある構造となる。

次に、圧縮機ユニットケース１内で生じる廃熱の排気方法について図１、図２で説明する。吸気ダクト１６の下部空間に冷却流路１９を設置するか、もしくは、吸気ダクト１６の下部空間そのものを冷却流路とする構造とし、排気ダクト１７に、モータ及びユニットケース内の廃熱用吸気口１８を設けておく。冷却ファン１４の駆動により、廃熱用吸気口１８からケース１内の廃熱が吸気され、これに伴って圧縮機本体駆動用モータ８用冷却風は、冷却流路１９を通過してモータ８を冷却後、圧縮機本体等の廃熱を運び、排気ダクトを介して圧縮機ユニットケースの天井から外へ排気される。

また、モータ及びユニット廃熱用吸気口１８の位置を冷却ファン１４のファンモータ位置に合わせることで、冷却ファンモータを冷却する流れを形成できる（図２−（２））。圧縮機駆動用モータ８の廃熱を含む圧縮機ユニットケース１内の廃熱温度は、空冷式熱交換器の廃熱温度に対し低い為、冷却ファンモータの冷却風として十分に使用可能である。

以上説明したように、圧縮機ユニットケース内空間の有効利用により省スペース化が可能となり、低騒音で据付面積のちいさなコンパクトな無給油式スクリュー圧縮機を提供することができる。

無給油式スクリュー圧縮機の構造及び圧縮空気、潤滑油フロー図。 無給油式スクリュー圧縮機のユニット構造図で、（Ａ）は上面図、（Ｂ）は左側面図、（Ｃ）は正面の断面図。（Ｄ）は右側面図である。 無給油式スクリュー圧縮機の空冷式熱交換器と吸気口の位置関係を示す図で、（Ａ）は正面の断面図、（Ｂ）は右側面図である。

符号の説明

１…ケース、２ａ…低圧段圧縮機本体、２ｂ…高圧段圧縮機本体、３…雄ロータ、４…雌ロータ、５…吸込みフィルタ、６…吸込み絞り弁、７…駆動ギヤ、８…圧縮機駆動用モータ、９…低圧段空冷式熱交換器、１０…熱交換器（プレクーラ）、１１…高圧段空冷式熱交換器用、１２…ギヤケース、１３…潤滑油用空冷式熱交換器、１４…冷却ファン、１５…空冷式熱交換器冷却風吸気口、１５ａ…吸気口の最上部、１５ｂ…吸気口の最下部、１６…吸気ダクト、１６ａ…熱交換器の最上部、１６ｂ…熱交換器の最下部、１７…排気ダクト、１８…モータ及びユニットケースの廃熱用吸気口、１９…冷却流路、２０…ダクトの中央部（中央ダクト）、１６、１７、２０…ダクト。

Claims (10)

1. 非接触かつ無給油で回転可能な雄雌一対のスクリューロータを有する圧縮機本体と、圧縮機の潤滑油を冷却する空冷式熱交換器、圧縮機から吐出される圧縮空気を冷却する空冷式熱交換器、および上記各部を収納するケースを有する無給油式スクリュー圧縮機において、
   上記ケースの底部に配置した圧縮機駆動用のモータと、上記ケースの下方から吸気して天井部から排気しその中央部が上記モータの上部を通過するダクトを備え、上記ダクトの中央部に上記空冷式熱交換器を傾斜させて配置し、上記ダクトの中央部より吸気側に上記空冷式熱交換器の騒音を抑える吸気ダクトを設けたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
2. 請求項１に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、上記空冷式熱交換器の上流側の上記ダクトに冷却ファンを設けたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
3. 請求項１に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、空冷式熱交換器の下流側の上記ダクトに冷却ファンを設けたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の無給油式スクリュー圧縮機において、上記吸気ダクトは、ダクトの吸気口の上部が上記空冷式熱交換器の最上部より下に位置し、ダクトの吸気口の下部が上記空冷式熱交換器の最下部より下に位置するように、ルーバー構造に形成されたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の無給油式スクリュー圧縮機において、上記吸気ダクトは、流路が複数の角度を持つルーバー構造に形成されたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
6. 請求項１から５のいずれかに記載の無給油式スクリュー圧縮機において、上記吸気ダクトは、複数の流路をもつルーバー構造に形成されたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
7. 請求項６に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、上記複数の流路が、上記空冷式熱交換器の手前で合流する構造に形成されたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
8. 請求項１から７のいずれかに記載の無給油式スクリュー圧縮機において、上記吸気ダクトの下部に、上記モータを冷却する冷却流路を備えたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
9. 請求項１から８のいずれかに記載の無給油式スクリュー圧縮機において、上記ダクトの中央部からケースの天井部にかけて、排気方向に対し複数の角度を持つ、または円弧形状の排気ダクトを設けたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。
10. 請求項９に記載の無給油式スクリュー圧縮機において、上記排気ダクトに、上記冷却ファンモータの冷却とケース内の廃熱換気のための廃熱用吸気口を設けたことを特徴とする無給油式スクリュー圧縮機。

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