JP2016539275A - 遠心式圧縮機及びそれを備えたウォーターチリングユニット - Google Patents

Abstract

遠心式圧縮機及びそれを備えたウォーターチリングユニットであって、該遠心式圧縮機は、インペラー（２）と、インペラー（２）を流れる気体が入口に入る増圧通路（３１）、を含むディフューザー（３）と、ディフューザー（３）で増圧された気体を集めるためのボリュート（８）と、ボリュート（８）に連通し、延出方向が水平面に対して下向き傾斜する排気ディフューザーダクト（９）と、を備える。ボリュート（８）に連通する排気ディフューザーダクト（９）の延出方向が水平面に対して下向き傾斜するようにすることにより、遠心式圧縮機から排出された高温高圧気体が排気ディフューザーダクト（９）においてダクトの屈曲によって雑音や気流損失を発生させるのを抑制することができ、雑音を効果的に低減する。

Description

本発明は圧縮機分野に関し、より具体的には、遠心式圧縮機及びそれを備えたウォーターチリングユニットに関する。

セントラル空調機は、特に、現在冷却能力が最大の遠心式ウォーターチリングユニットとしては、作動中に大きな雑音の発生を免れず、こうした雑音が周辺環境にとって深刻な汚染になり、設備の使用者や保守者に有害である。いつもこのような高デシベル環境にいる人は、いらいらしたり怒りっぽくなったりする傾向にある。人々の心身健康および生存環境を守るために、雑音低減が絶対に必要である。

遠心式ウォーターチリングユニットの作動中に発生する雑音は、大体、ユニットにおける遠心式圧縮機の伝動部材の噛み合い中に発生する機械的雑音と、ユニットを運転させるモータの作動中に発生する電磁的雑音および圧縮機の軸受へ給油する油ポンプによる雑音と、気流によって圧縮機の吸気ダクト、内部流路および排気ディフューザーダクトで発生する気流雑音という３つの部分から構成される。

遠心式圧縮機の内部伝動部材の噛み合いで発生する機械的雑音については、一般、単にギアボックスの壁厚の増大やギアの加工精度の向上等の方法のみによって雑音低減を図るが、雑音低減方法が単一であり、その効果にも限りがある。

本発明は、雑音を低減する遠心式圧縮機及びそれを備えたウォーターチリングユニットを提供することをその目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明において、インペラーと、インペラーを流れる気体が入口に入る増圧通路、を含むディフューザーと、ディフューザーで増圧された気体を集めるためのボリュートと、ボリュートに連通し、延出方向が水平面に対して下向き傾斜する排気ディフューザーダクトと、を備える遠心式圧縮機が提供される。

さらに、排気ディフューザーダクトの延出方向と水平面との間の角度をＡとすると、１５°≦Ａ≦９０°である。

さらに、遠心式圧縮機は、外部から冷媒を取り入れるための冷媒通路であって、増圧通路の入口端に設けられる液体噴出孔を含む冷媒通路、をさらに備える。

さらに、液体噴出孔の液体噴出方向が増圧通路における気体の流動方向に直交する。

さらに、遠心式圧縮機は、駆動モータと、ギアボックスと、ギアボックスに取り付けられ、一端がインペラーに連結される主軸と、主軸に取り付けられる第１ギアと、ギアボックスに取り付けられながら、駆動モータに連結される駆動軸と、駆動軸に取り付けられながら、第１ギアと噛み合って設けられる第２ギアと、潤滑油がギアボックスの下部キャビティ内に収容される潤滑システムと、をさらに備える。

さらに、遠心式圧縮機は、主軸及び／又は駆動軸をギアボックスに取り付けるための３円弧軸受をさらに備える。

さらに、冷媒通路は、ギアボックスの側壁内に開設され、液体噴出孔に連通する第１導流孔を含む。

さらに、ディフューザーは、第１仕切り板と、第１仕切り板と平行に設けられる第２仕切り板と、をさらに含み、第１仕切り板は、ギアボックスの側壁の外側に当接する円環形状の基板と、基板におけるギアボックスの側壁に背く面の上に垂直に設けられる複数の導流板と、を含み、複数の導流板が基板の周方向に沿って均一に設けられ、隣り合う２つの導流板により増圧通路を形成し、冷媒通路は複数の増圧通路に対応して設けられる複数の液体噴出孔を含み、増圧通路のそれぞれに少なくとも１つの液体噴出孔が対応する。

さらに、冷媒通路は、液体噴出孔と第１導流孔とを連通するための第２導流孔であって、基板の内部よりギアボックスの側壁へ延びる第１孔部と、液体噴出孔と第１孔部とを連通するための第２孔部とを含む第２導流孔、をさらに含み、冷媒通路は、ギアボックスの側壁の外側に開設されるか、第１仕切り板におけるギアボックスの側壁の外側に当接する面の上に開設される長溝であって、複数の第２孔部を連通するための長溝をさらに含み、長溝が第１導流孔に連通する。

さらに、ギアボックスを形成する箱壁のうち少なくとも一部の箱壁が２層壁である。

さらに、２層壁は、内層防音壁と、内層防音壁の外側に対して間隔を置いて設けられる外層防音壁とを含み、外層防音壁の厚みをＤとし、内層防音壁の厚みをＨとすると、Ｄ＞Ｈである。

さらに、Ｄ＞Ｈ＋５ｍｍである。

さらに、２０ｍｍ＞Ｄ＞３０ｍｍで、１５ｍｍ＞Ｈ＞２５ｍｍである。

本発明の他の一態様によれば、上述した遠心式圧縮機を備えるウォーターチリングユニットが提供される。

本発明の技術案によると、ボリュートに連通する排気ディフューザーダクトの延出方向が水平面に対して下向き傾斜するようにすることにより、遠心式圧縮機から排出された高温高圧気体が排気ディフューザーダクトにおいてダクトの屈曲によって雑音や気流損失を発生させるのを抑制することができ、雑音を効果的に低減する。

本願の一部を構成する図面は、本発明をさらに理解させるためのものであり、また、本発明における模式的実施例及びその説明は本発明を説明するもので、本発明を不当に限定するものではない。図面において、
本発明の実施例に係わる遠心式圧縮機の構造を示す図である。 本発明の実施例に係わる遠心式圧縮機の断面構造を示す図である。

なお、衝突しない限り、本願の実施例及び実施例中の構成要件を組み合わせることができる。以下、図面を参照しつつ実施例を結合して本発明を詳しく説明する。

図１と図２に示すように、本実施例に係わる遠心式圧縮機は、吸気室１と、インペラー２と、ディフューザー３と、ボリュート８と、排気ディフューザーダクト９と、を備える。吸気室１は被圧縮気体を取り入れるためのものである。インペラー２が被圧縮気体の加速に用いられ、インペラー２における隣り合う２つのベーン間の空間が気体通路２１となる。気体通路２１の給気端が吸気室１に連通する。ディフューザー３は、加速済みの被圧縮気体を圧縮させるための増圧通路３１を含む。増圧通路３１がインペラー２における気体通路２１の排気端に連通する。インペラー２を流れる気体が増圧通路３１の入口に入る。ボリュート８はディフューザー３で増圧された気体を集めるためのものである。排気ディフューザーダクト９がボリュート８に連通し、遠心式圧縮機で圧縮された気体を導き出すことに用いられる。また、排気ディフューザーダクト９の延出方向が水平面に対して下向き傾斜している。

吸気室１で取り入れられた被圧縮気体がまずインペラー２の気体通路２１に流れ込み、高速回転するインペラー２によって気体通路２１内の被圧縮気体が加速される。その後、加速された気体がディフューザー３の増圧通路３１に流れ込む。最後に、ディフューザー３の増圧通路３１で増圧された高温高圧気体がボリュート８によって集められて、排気ディフューザーダクト９から排出される。

遠心式圧縮機の排気ディフューザーダクト９が水平面に対して斜め下を向くように配置されることで、遠心式圧縮機から排出された高温高圧気体が排気ディフューザーダクトにおいて、ダクトの屈曲によって雑音や気流損失を発生させるのを抑制することができる。

下の表に冷却量が１４００ＫＷの遠心圧縮機の排気ディフューザーダクトが同一作動状況で、水平に配置される場合と、４５°で傾斜して配置される場合との雑音データを対比するものを示し、データから分かるように、排気ディフューザーダクトを、斜め下を向かせるように配置する場合の雑音が水平に配置する場合の排気雑音よりも１ｄＢ（Ａ）程度小さくなる。

排気ディフューザーダクト９の延出方向と水平面との間の角度をＡとすると、１５°≦Ａ≦９０°であることが好ましい。１５°≦Ａ≦６５°であることがより好ましい。

排気ディフューザーダクト９の延出方向と水平面との間の夾角Ａが大きいほど、気流の流動中におけるダクトのエルボとの間の摩擦が小さくなり、雑音が低くなることが実験により証明された。排気口が鉛直に下を向くと、雑音が最低になるが、ユニットの管路配置、圧縮機全体の実装利便性等、各方面にわたる要素をまとめて考慮したうえで、当該角度Ａが１５°〜６５°であることがより好ましく、６０°であることが最適である。

本実施例において、遠心式圧縮機は、外部から冷媒を取り入れるための冷媒通路４をさらに備え、冷媒通路４は増圧通路３１の入口端に設けられる液体噴出孔４１を含む。

本実施例において、空調ユニットの凝縮器から排出された低温高圧の液相冷媒を、冷媒通路４を用いて、気体通路２１から排出された加速済みの高温気体の方へ噴き出す。低温高圧の液相冷媒が加速された高温気体に接触すると、液相の冷媒が霧状になり、霧状の冷媒と増圧された高温高圧気体とが混合してボリュート８に入り、排気摩擦による高周波数雑音を吸収する。

ディフューザー３の増圧通路３１は、インペラー２で加速された気体を圧縮させるように、その流通面積が入口から次第に増大する。液体噴出孔４１を増圧通路３１の流通面積が最小の入口端に設けることは、冷媒と増圧された高温高圧気体との十分接触に有利となり、雑音をより効果的に低減する。

本実施例に係わる遠心式圧縮機は、駆動モータと、ギアボックス５と、主軸６と、第１ギア７と、駆動軸と、第２ギアと、をさらに備える。主軸６はギアボックス５に取り付けられ、その一端がインペラー２に連結される。第１ギア７が主軸６に取り付けられる。駆動軸がギアボックス５に取り付けられながら、駆動モータに駆動連結される。第１ギアと第２ギアがギアボックス５内に位置する。

本実施例において、遠心式圧縮機は、前記主軸６と前記駆動軸を前記ギアボックス５に取り付けるための３円弧軸受をさらに備える。３円弧軸受により回転軸の高速作動の確実性や安定性を効果的に向上させることで、雑音を低減する。

本実施例に係わる遠心式圧縮機は、潤滑油がギアボックス５の下部箱体内に収容される潤滑システムをさらに備える。

遠心式圧縮機の運転中、潤滑システムの油ポンプの運転によって潤滑油の液面が絶えずわき上がって形成された油霧は、噛合状態にある第１ギア７と第２ギアとの潤滑に使用可能であり、ギアの長寿命化を図るとともに、噛合の安定性向上および雑音の低減を図ることができる。

ギアボックス５における潤滑油の液面が第１ギアと第２ギアに接触しないように、そして２０〜４０ｍｍ、最適値として３０ｍｍのマージンを持つように保証することがより好ましい。第１ギア７又は第２ギアが潤滑油に浸ると、機械的エネルギー損失を招き、ユニット効率に影響するおそれがあることがその理由である。遠心式圧縮機用潤滑油は、ほとんど合成脂質類潤滑油であり、この潤滑油は冷媒とは相互溶解性を有し、潤滑油に大量の冷媒を含有する場合、潤滑油の液位を上昇させるため、第１ギア又は第２ギアと潤滑油の液位との間には一定の距離を置く必要がある。

本実施例のディフューザー３は、第１仕切り板３２と、第１仕切り板３２と平行に設けられる第２仕切り板３３と、をさらに含み、第１仕切り板３２は、ギアボックス５の側壁の外側に当接する円環形状の基板と、基板におけるギアボックス５の側壁に背く面の上に垂直に設けられる複数の導流板と、を含み、複数の導流板が基板の周方向に沿って均一に設けられ、隣り合う２つの導流板により増圧通路３１を形成し、また、冷媒通路４は複数の増圧通路３１に対応して設けられる複数の液体噴出孔４１を含み、増圧通路３１のそれぞれに対応して少なくとも１つの液体噴出孔４１が設けられる。

液体噴出孔４１の液体噴出方向が増圧通路３１内の気体の流動方向に直交することが好ましい。増圧通路３１内の気体が、円環形状の基板の内円に位置する増圧通路３１の入口から、円環形状の基板の外円に位置する増圧通路３１の出口へ流れる。液体噴出孔４１の液体噴出方向が増圧通路３１における気体の流動方向に直交するとともに、第１仕切り板３２の基板にも直交する。それゆえ、本実施例の液体噴出孔４１により加工難度を低下させ、生産効率を向上させる。

冷媒通路４は、液体噴出孔４１と第１導流孔４２とを連通するための第２導流孔４３をさらに含み、第２導流孔４３は、基板の内部よりギアボックス５の側壁へ延びる第１孔部４３１と、液体噴出孔４１と第１孔部４３１とを連通するための第２孔部４３２とを含み、冷媒通路４は、ギアボックス５の側壁の外側に開設されるか、第１仕切り板３２におけるギアボックス５の側壁の外側に当接する面の上に開設される長溝であって、複数の第２孔部４３２を連通するための長溝をさらに含み、長溝が第１導流孔４２に連通する。以上のように設けると、冷媒通路４の複雑度を効果的に下げる。さらに、加工難度を低下させ、生産効率を向上させる。さらに、ディフューザー３における増圧通路３１ごとに全面的な雑音低減を図る。

本実施例において、冷媒通路４は、第１導流孔４２に連通してギアボックス５に設けられる冷媒入口４４をさらに含む。

本実施例において、冷媒通路４は、複数の増圧通路３１に対応して設けられる複数の液体噴出孔４１を含む。増圧通路３１のそれぞれに対応して少なくとも１つの液体噴出孔４１が設けられる。

増圧通路３１のそれぞれに対応して複数の液体噴出孔４１が設けられてもよいことが好ましい。また、少なくとも１つの液体噴出孔４１が増圧通路３１の入口に設けられる。

本実施例において、ギアボックスを形成する箱壁のうち少なくとも一部の箱壁が２層壁である。第１仕切り板３２に当接する側壁は、第１導流孔４２が開設されるように、単層であることが好ましい。

２層壁は、内層防音壁５１と、内層防音壁５１の外側に対して間隔を置いて設けられる外層防音壁５２とを含み、外層防音壁５２の厚みをＤとし、内層防音壁５１の厚みをＨとすると、Ｄ＞Ｈである。

２０ｍｍ＞Ｄ＞３０ｍｍで、１５ｍｍ＞Ｈ＞２５ｍｍであることが好ましい。

上述した条件を満たしながら、Ｄ＞Ｈ＋５ｍｍであることが好ましい。

本実施例において、ギアボックス５における内層防音壁５１と外層防音壁５２とは厚みが異なり、より広い波長の雑音を吸収することができる。

本実施例におけるギアボックス５の材質がねずみ鋳鉄である。内層防音壁５１の厚みが２０ｍｍである。薄すぎると、その雑音吸収能力が大いに低下するとともに、鋳造時の品質を保証しにくくなり、また、厚すぎると、材料のコストとユニットの重量が増加される。本実施例における外層防音壁５２の厚みが２５ｍｍである。外層防音壁は防音の働きを果す必要があるだけでなく、圧縮機全体からの圧力を受ける必要もあるため、外層防音壁５２の厚みを内層防音壁５１の厚みよりも大きくする。

本発明の他の一態様によれば、上述した遠心式圧縮機を備えるウォーターチリングユニットがさらに提供される。

以上は、本発明の好適な実施例に過ぎず、本発明を限定することは意図していない。当業者であれば、本発明に様々な変更や変形が可能である。本発明の思想や原則内の如何なる修正、均等の置き換え、改良なども、本発明の保護範囲内に含まれるべきである。

１…吸気室、２…インペラー、２１…気体通路、３…ディフューザー、３１…増圧通路、３２…第１仕切り板、３３…第２仕切り板、４…冷媒通路、４１…液体噴出孔、４２…第１導流孔、４３…第２導流孔、４３１…第１孔部、４３２…第２孔部、４４…冷媒入口、５…ギアボックス、５１…内層防音壁、５２…外層防音壁、６…主軸、７…第１ギア、８…ボリュート、９…排気ディフューザーダクト。

Claims (14)

1. インペラー（２）と、
   前記インペラー（２）を流れる気体が入口に入る増圧通路（３１）、を含むディフューザー（３）と、
   前記ディフューザー（３）で増圧された気体を集めるためのボリュート（８）と、
   前記ボリュート（８）に連通し、延出方向が水平面に対して下向き傾斜する排気ディフューザーダクト（９）と、を備える
   ことを特徴とする遠心式圧縮機。
2. 前記排気ディフューザーダクト（９）の延出方向と水平面との間の角度をＡとすると、１５°≦Ａ≦９０°である
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心式圧縮機。
3. 外部から冷媒を取り入れるための冷媒通路（４）であって、前記増圧通路（３１）の入口端に設けられる液体噴出孔（４１）を含む冷媒通路（４）、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１に記載の遠心式圧縮機。
4. 前記液体噴出孔（４１）の液体噴出方向が前記増圧通路（３１）における気体の流動方向に直交する
   ことを特徴とする請求項３に記載の遠心式圧縮機。
5. 駆動モータと、
   ギアボックス（５）と、
   前記ギアボックス（５）に取り付けられ、一端が前記インペラー（２）に連結される主軸（６）と、
   前記主軸（６）に取り付けられる第１ギア（７）と、
   前記ギアボックス（５）に取り付けられながら、前記駆動モータに連結される駆動軸と、
   前記駆動軸に取り付けられながら、前記第１ギア（７）と噛み合って設けられる第２ギアと、
   潤滑油が前記ギアボックス（５）の下部キャビティ内に収容される潤滑システムと、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項１乃至４のうち何れか一項に記載の遠心式圧縮機。
6. 前記主軸（６）及び／又は前記駆動軸を前記ギアボックス（５）に取り付けるための３円弧軸受、をさらに備える
   ことを特徴とする請求項５に記載の遠心式圧縮機。
7. 前記冷媒通路（４）は、前記ギアボックス（５）の側壁内に開設され、前記液体噴出孔（４１）に連通する第１導流孔（４２）を含む
   ことを特徴とする請求項５に記載の遠心式圧縮機。
8. 前記ディフューザー（３）は、
   前記ギアボックス（５）の側壁の外側に当接する円環形状の基板と、前記基板における前記ギアボックス（５）の側壁に背く面の上に垂直に設けられる複数の導流板と、を含む第１仕切り板（３２）と、
   前記第１仕切り板（３２）と平行に設けられる第２仕切り板（３３）と、をさらに含み、
   前記複数の導流板が前記基板の周方向に沿って均一に設けられ、隣り合う２つの前記導流板により前記増圧通路（３１）を形成し、
   前記冷媒通路（４）は、複数の前記増圧通路（３１）に対応して設けられる複数の液体噴出孔（４１）を含み、前記増圧通路（３１）のそれぞれに少なくとも１つの前記液体噴出孔（４１）が対応する
   ことを特徴とする請求項７に記載の遠心式圧縮機。
9. 前記冷媒通路（４）は、前記液体噴出孔（４１）と前記第１導流孔（４２）とを連通するための第２導流孔（４３）であって、前記基板の内部より前記ギアボックス（５）の側壁へ延びる第１孔部（４３１）と、前記液体噴出孔（４１）と前記第１孔部（４３１）とを連通するための第２孔部（４３２）とを含む第２導流孔（４３）、をさらに含み、
   前記冷媒通路（４）は、前記ギアボックス（５）の側壁の外側に開設されるか、前記第１仕切り板（３２）における前記ギアボックス（５）の側壁の外側に当接する面の上に開設される長溝であって、複数の前記第２孔部（４３２）を連通するための長溝をさらに含み、前記長溝が前記第１導流孔（４２）に連通する
   ことを特徴とする請求項８に記載の遠心式圧縮機。
10. 前記ギアボックス（５）を形成する箱壁のうち少なくとも一部の箱壁が２層壁である
    ことを特徴とする請求項５に記載の遠心式圧縮機。
11. 前記２層壁は、内層防音壁（５１）と、前記内層防音壁（５１）の外側に対して間隔を置いて設けられる外層防音壁（５２）とを含み、
    前記外層防音壁（５２）の厚みをＤとし、前記内層防音壁（５１）の厚みをＨとすると、Ｄ＞Ｈである
    ことを特徴とする請求項１０に記載の遠心式圧縮機。
12. Ｄ＞Ｈ＋５ｍｍである
    ことを特徴とする請求項１１に記載の遠心式圧縮機。
13. ２０ｍｍ＞Ｄ＞３０ｍｍで、１５ｍｍ＞Ｈ＞２５ｍｍである
    ことを特徴とする請求項１１に記載の遠心式圧縮機。
14. 請求項１乃至１３のうち何れか一項に記載の遠心式圧縮機を備える
    ことを特徴とするウォーターチリングユニット。