JP4265577B2 - 二段スクリュー圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、スクリュー冷凍機等に使用される二段スクリュー圧縮機に関する。

スクリュー圧縮機から発生する騒音スペクトルは、雄ロータの歯数に回転周波数を掛けたものを基本周波数として、基本周波数とその高調波成分が卓越したピークになることが知られている。この騒音を低減させる手段として、ケーシングに吸音材料を貼付する、ケーシングを二重構造にして遮音性能を向上させる、或はケーシングにリブを付加してケーシングの剛性を向上させるなどの対策が行われてきた。単段のシングルスクリュー圧縮機においては、特許文献１に示すように、騒音低減のために、スライドバルブの内部に共鳴空間を設け、この共鳴空間を圧縮空間に連通させて騒音を低減させるようにしたものがある。

特開２００５−３０３６２号公報

上記従来技術において、ケーシングへの吸音材料の貼付、ケーシングの二重化、ケーシングへのリブ付加等の手段によるものでは一定の騒音低減効果がある。しかし、上記手段を採用した場合、吸音材料を貼付する場合には鋳物ケーシング全体を吸音材料で覆わなければならず、複雑な鋳物形状を有するスクリュー圧縮機では困難な場合が多い。また、ケーシングの二重化やリブ付加によるものについては、鋳物形状の複雑化や鋳物重量の増加といった問題がある。

また、上記何れの従来技術のものでも、低圧段圧縮機構部を備えた低圧段側ケーシング、この低圧段側ケーシングの吐出側に設けられた吐出ケーシング、高圧段圧縮機構部を備えた高圧段側ケーシング、及び前記吐出ケーシングと高圧段側ケーシングとを連結し電動機を収納する中間段ケーシングを備えた二段スクリュー圧縮機においては、前記吐出ケーシングでの内部共鳴により騒音が増大することに関して考慮されていなかった。

本発明の目的は、上記のような二段スクリュー圧縮機において、簡便な構造で吐出ケーシング内で発生する内部共鳴を防止し、それによって低騒音化を実現することにある。

上記目的を達成するために、本発明は、低圧段圧縮機構部と軸受部材とを納め且つスライド弁とロッドとピストンで構成される容量制御部を備えた低圧段側ケーシングと、前記低圧段側ケーシングの吐出側に設けられ前記低圧段圧縮機構部を支持する軸受部材を納めた吐出ケーシングと、高圧段圧縮機構部と軸受部材とを納めた高圧段側ケーシングと、前記吐出ケーシングと前記高圧段側ケーシングとを連結し電動機を収納する中間段ケーシングとを備えた二段スクリュー圧縮機において、前記吐出ケーシング内に形成される吐出空間の容積を拡大するように、前記スライド弁の前記吐出ケーシング側に空洞部を形成し、これによって前記吐出ケーシング内で発生する内部共鳴を防止することを特徴とする。

ここで、スライド弁に形成した前記空洞部の軸方向長さを、スライド弁の軸方向長さの半分以上とすることで、より確実に内部共鳴を防止することが可能になる。

また、スライド弁に形成した前記空洞部に多孔質材料を設けると更に効果的であり、この多孔質材料としては、複数の金属製ワイヤーを網目状にして構成したデミスタを用いると良い。或いは前記多孔質材料はグラスウールで構成しても良い。

本発明の他の特徴は、上記の二段スクリュー圧縮機において、前記低圧段圧縮機構部から発生する騒音の波長と一致させないように、前記吐出ケーシング内に形成される吐出空間の軸方向長さを、スライド弁の吐出ケーシング側に空洞部を形成することで拡大したことにある。ここで、好ましくは、前記低圧段圧縮機構部から発生する騒音の波長は、ロータの噛合い周波数に基づくものとし、この噛合い周波数は、雄ロータの歯数に回転周波数を掛けたものを基本周波数として、その基本周波数とその高調波成分も含む周波数であり、これらの周波数に基づく波長の何れとも一致させないように、前記吐出ケーシングに形成される吐出空間の軸方向長さを、スライド弁の吐出ケーシング側に空洞部を形成することで拡大すると良い。

本発明によれば、低圧段圧縮機構部を備えた低圧段側ケーシング、この低圧段側ケーシングの吐出側に設けられた吐出ケーシング、高圧段圧縮機構部を備えた高圧段側ケーシング、及び前記吐出ケーシングと高圧段側ケーシングとを連結し電動機を収納する中間段ケーシングを備えた二段スクリュー圧縮機において、吐出ケーシングに形成される吐出空間の容積を拡大するように、スライド弁の吐出ケーシング側に空洞部を形成し、これによって前記吐出ケーシング内で発生する内部共鳴を防止するようにしたので、簡便な構造で吐出ケーシング内で発生する内部共鳴を防止して、大幅な低騒音化を実現することができる。

以下、本発明の実施例を、図面に基づいて説明する。
図１に本発明の二段スクリュー圧縮機の一実施例を示す。スクリュー圧縮機は、吸入口２６を有する低圧段ケーシング１、この低圧段ケーシング１の吐出側に接続されガス通路３８を有する吐出ケーシング２、この吐出ケーシング２の下流側に接続されガス通路３９を有すると共に電動機７のコイルエンド８を収納するモータカバ（中間段ケーシング）３、電動機７を収納するモータケーシング（中間段ケーシング）４、及び吐出口４０を有する高圧段ケーシング５を有し、これらの部材はボルトなどで一体となるように結合されている。

低圧段ケーシング１には、円筒状ボア３１、冷媒ガスを円筒状ボア３１に導入する吸入ポート２９、及びスライド弁２３を駆動するためのピストン２１を収容するピストン室３３等が形成されている。円筒状ボア３１には、ころ軸受１１、１２及び玉軸受１７で回転可能に支持された低圧段側雄ロータ６と低圧段側雌ロータ（図示せず）とが互いに噛み合って収納されている。低圧段側雄ロータ６の軸はギヤカップリング４５により高圧段側雄ロータ９の軸と連結されている。前記ピストン室３３に収納されたピストン２１はロッド２２を介してスライド弁２３に連結されている。

低圧段側ロータの軸を支持するころ軸受１２及び玉軸受１７を収納している吐出ケーシング２には、円筒状ボア３１と前記モータカバ３とを連通するガス通路３８が形成されている。高圧段側の回転体を支持する玉軸受１８を収納するモータカバ３には、吐出ケーシング２とモータケーシング４を連通するガス通路３９が形成されている。電動機７及び高圧段側雄ロータ９の軸部を収納するモータケーシング４には、高圧段ケーシング５に冷媒ガスを導入する吸入室２８が形成されている。高圧段ケーシング５には、円筒状ボア３２が形成され、円筒状ボア３２にはころ軸受１３、１４及び玉軸受１９で回転自在に支持された高圧段側雄ロータ９と高圧段側雌ロータ（図示せず）とが互いに噛み合って収納されている。高圧段側雄ロータ９の軸は電動機７に直結されている。

次に、冷媒ガス及び油の流れを説明する。低圧段ケーシング１に設けられた吸入口２６から吸入された低温、低圧の冷媒ガスは、低圧段ケーシング１に形成された吸入ポート２９から、低圧段側の雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面と低圧段ケーシング１により形成される圧縮室に吸入される。その後、冷媒ガスは、電動機７に連結する低圧段側雄ロータ６の回転と共に、低圧段側の雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面と、低圧段ケーシング１により形成される圧縮室に密閉され、圧縮室の縮小により徐々に圧縮されて高温、高圧のガスとなり、吐出ポート３４から吐出ケーシング２のガス通路３８に吐出され、更にモータカバ３に形成されたガス通路３９を通ってモータケーシング４に流入される。

モータケーシング４へ流入した冷媒ガスは、モータロータ間エアギャップを通過し、モータケーシング４に形成された吸入室２８から、高圧段側の雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面とモータケーシング４と高圧段ケーシング５により形成される圧縮室に吸入される。その後、冷媒ガスは、電動機７に直結する高圧段側雄ロータ９の回転と共に、高圧段側の雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面とモータケーシング４と高圧段ケーシング５により形成される圧縮室に密閉され、圧縮室の縮小により徐々に圧縮されて、圧縮前より高温、高圧のガスとなって、高圧段ケーシング５の吐出通路４０へ吐出される。

圧縮時に低圧段側の雄、雌のスクリューロータに作用する圧縮反力の内、ラジアル荷重はころ軸受１１、１２により支持され、スラスト荷重は玉軸受１７により支持される。圧縮時に高圧段側の雄、雌のスクリューロータに作用する圧縮反力については、ラジアル荷重はころ軸受１３、１４により支持され、スラスト荷重は玉軸受１９により支持される。これら軸受の潤滑油は、低圧段ケーシング１、吐出ケーシング２、モータカバ３、モータケーシング４及び高圧段ケーシング５にそれぞれ設けられた軸受部に連通する油通路を通り給油される。

スクリュー圧縮機から発生する騒音スペクトルは、雄ロータの歯数に回転周波数を掛けたものを基本周波数として、基本周波数とその高調波成分（以下、これを噛合い周波数と呼ぶ）が卓越したピークになる。二段スクリュー圧縮機では、低圧段側の低圧段ケーシング１と高圧段側の高圧段ケーシング５とを連結するために吐出ケーシング２及び中間段ケーシング（モータカバ３、モータケーシング４）が必要となる。吐出ケーシング２にはガス通路３８が、中間段ケーシング（モータカバ３）には、ガス通路３９が空間として形成される。これらの空間３８、３９の距離と噛合い周波数の波長が一致した場合に、内部共鳴により騒音レベルが増大する。

本発明では、前記噛合い周波数の波長と一致しなくなるように、前記ガス通路３８、３９として形成された空間、即ち吐出空間の容積を拡大するように、スライド弁２３の吐出ケーシング側（ガス通路側）に空洞部４８を形成している。この空洞部４８を形成することにより、吐出空間（ガス通路３８、３９）での内部共鳴を回避することが可能になる。すなわち、吐出空間の軸方向距離がロータの噛合い周波数の波長と一致すると内部共鳴が発生し、騒音レベルが増大するが、前記空洞部４８を設けることで吐出空間の軸方向距離を、ロータの噛合い周波数の波長と一致しなくなるように拡大することができる。この結果、スライド弁２３に空洞部４８を形成するという簡便な構造で内部共鳴を回避でき、低騒音化を実現できる。なお、スライド弁２３に形成する空洞部４８の軸方向長さは、スライド弁の軸方向長さの半分以上まで拡大することも可能であり、それによって内部共鳴を確実に防止できる効果が得られる。

図２に本発明の他の実施例を示す。この実施例では、スライド弁２３に形成した空洞部４８に多孔質材料４９を設けたものである。このように多孔質材料４９を設けることにより、空洞部４８により内部共鳴を回避できるだけでなく、多孔質材料４９の内部摩擦により音波のエネルギーを熱エネルギーに変換することが可能となり、騒音低減効果を更に向上できる。多孔質材料４９は耐油性，耐冷媒性を有していれば何でも良いが、デミスタまたはグラスウールを採用すると特に高い騒音低減効果が得られる。デミスタとは複数の金属製ワイヤーを網目状にして纏めることで、多孔質材料としての機能を持たせたものである。

図３は本発明の効果を説明するための騒音スペクトル線図である。スライド弁２３に空洞部が無い場合、この例では、ガス通路３８、３９として形成される空間の軸方向長さと、噛合い周波数の５次成分（５ｆ）の波長とが一致しているので、共鳴現象により５次成分（５ｆ）が卓越したピークとなる。これに対して、本発明では、スライド弁２３に空洞部４８を設けるので、ガス通路３８、３９として形成される空間を拡大することができる。この結果、本発明の適用により、拡大された空間全体の軸方向長さは、噛合い周波数の５次成分（５ｆ）の波長と一致しなくなるため、共鳴現象を回避することができる。従って、５次成分（５ｆ）のピークを著しく減少させることが可能となり、大幅な騒音低減効果が得られる。

なお、図３に示す騒音データは一例であり、本発明の適用によって減少させることのできるピークは、吐出空間の軸方向距離と噛合い周波数の波長によって定まり、必ず５次成分（５ｆ）で卓越したピークになるという訳ではない。本発明では、何次の成分で卓越したピークとなる場合であっても、スライド弁２３に空洞部４８を形成することで、共鳴する周波数成分の波長と一致しなくなるまで吐出空間の軸方向長さを拡大することが可能となり、騒音を低減できる。

本発明の一実施例を示す二段スクリュー圧縮機の縦断面図である。 本発明の他の実施例を示す二段スクリュー圧縮機の要部の縦断面図である。 本発明の効果を説明するための騒音スペクトル線図である。

符号の説明

１…低圧段ケーシング、２…吐出ケーシング、３…モータカバ（中間段ケーシング）、４…モータケーシング（中間段ケーシング）、５…高圧段ケーシング、６…低圧段側雄ロータ、７…電動機、８…コイルエンド、９…高圧段側雄ロータ、１１，１２，１３，１４…ころ軸受、１７，１８，１９…玉軸受、２１…ピストン、２２…ロッド、２３…スライド弁、２４…端子ベース、２５…電源端子、２６…吸入口、２７，２８…吸入室、２９，３０…吸入ポート、３１，３２…円筒状ボア、３３…ピストン室、３４，３５…吐出ポート、３６，３７…軸受室、３８，３９…ガス通路、４０…吐出通路、４１…バイパス通路、４３…バイパス弁、４５…ギヤカップリング、４７…スプリング、４８…空洞部、４９…多孔質材料（デミスタまたはグラスウール）。

Claims (8)

1. 低圧段圧縮機構部と軸受部材とを納め且つスライド弁とロッドとピストンで構成される容量制御部を備えた低圧段側ケーシングと、
   前記低圧段側ケーシングの吐出側に設けられ前記低圧段圧縮機構部を支持する軸受部材を納めた吐出ケーシングと、
   高圧段圧縮機構部と軸受部材とを納めた高圧段側ケーシングと、
   前記吐出ケーシングと前記高圧段側ケーシングとを連結し電動機を収納する中間段ケーシングとを備えた二段スクリュー圧縮機において、
   前記吐出ケーシング内に形成される吐出空間の容積を拡大するように、前記スライド弁の前記吐出ケーシング側に空洞部を形成したことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
2. 請求項１において、スライド弁に形成した前記空洞部の軸方向長さを、スライド弁の軸方向長さの半分以上としたことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
3. 請求項１において、スライド弁に形成した前記空洞部には多孔質材料が設けられていることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
4. 請求項３において、前記多孔質材料は、複数の金属製ワイヤーを網目状にして構成したデミスタであることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
5. 請求項３において、前記多孔質材料はグラスウールであることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
6. 低圧段圧縮機構部と軸受部材とを納め且つスライド弁とロッドとピストンで構成される容量制御部を備えた低圧段側ケーシングと、
   前記低圧段側ケーシングの吐出側に設けられ前記低圧段圧縮機構部を支持する軸受部材を納めた吐出ケーシングと、
   高圧段圧縮機構部と軸受部材とを納めた高圧段側ケーシングと、
   前記吐出ケーシングと前記高圧段側ケーシングとを連結し電動機を収納する中間段ケーシングとを備えた二段スクリュー圧縮機において、
   前記低圧段圧縮機構部から発生する騒音の波長と一致させないように、前記吐出ケーシング内に形成される吐出空間の軸方向長さを、スライド弁の吐出ケーシング側に空洞部を形成することで拡大したことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
7. 請求項６において、前記低圧段圧縮機構部から発生する騒音の波長は、ロータの噛合い周波数に基づくものであることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
8. 請求項７において、前記噛合い周波数は、雄ロータの歯数に回転周波数を掛けたものを基本周波数として、その基本周波数とその高調波成分も含む周波数であることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
   

Images