WO2022065291A1

WO2022065291A1 - パッケージ形圧縮機

Info

Publication number: WO2022065291A1
Application number: PCT/JP2021/034542
Authority: WO
Inventors: 健太郎山本; 知之角
Original assignee: 株式会社日立産機システム
Priority date: 2020-09-23
Filing date: 2021-09-21
Publication date: 2022-03-31
Also published as: US20230332589A1; JPWO2022065291A1

Abstract

電動機の冷却性を高めることができるパッケージ形圧縮機を提供する。　パッケージ形圧縮機は、軸方向が水平方向である電動機１３と、電動機１３によって駆動され、空気を圧縮する圧縮機本体１４と、電動機１３及び圧縮機本体１４を収納する筐体１と、筐体１の側面に形成された冷却風入口８と、筐体１の上面に形成された冷却風出口９と、軸方向が水平方向で且つ電動機１３の軸方向と交差するように、電動機１３の側方に配置された冷却ファン１９とを備える。冷却ファン１９は、その直径が電動機１３の高さ寸法より大きくなるように構成されている。また、冷却ファン１９は、その軸方向投影面が、電動機１３に重なる部分、電動機１３より上側に位置して電動機１３に重ならない部分、及び電動機１３より下側に位置して電動機１３に重ならない部分を含むように配置される。

Description

パッケージ形圧縮機

　本発明は、パッケージ形圧縮機に関する。

　特許文献１のパッケージ形圧縮機は、軸方向が水平方向である電動機と、電動機によって駆動され、気体を圧縮する圧縮機本体と、電動機及び圧縮機本体を収納する筐体と、筐体の側面に形成された冷却風入口と、筐体の上面に形成された冷却風出口と、軸方向が水平方向で且つ電動機の軸方向と交差するように、電動機の側方に配置された冷却ファンとを備える。冷却ファンは、筐体の外側から冷却風入口を介し流入し、その後、電動機の周囲に流れ、その後、冷却風出口を介し筐体の外側へ流出する冷却風の流れを誘起する。

特開２００６－１１２３５３号公報

　特許文献１の冷却ファンは、その直径が電動機の高さ寸法より小さくなるように構成されている。また、特許文献１の冷却ファンは、その軸方向投影面が、電動機に重なる部分、及び電動機より上側に位置して電動機に重ならない部分を含むものの、電動機より下側に位置して電動機に重ならない部分を含まないように配置されている。そのため、電動機の上側部分に沿って流れる冷却風の流量が多くなるものの、電動機の下側部分に沿って流れる冷却風の流量が少なくなる。したがって、電動機の冷却性の点で改善の余地がある。

　本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、電動機の冷却性を高めることを課題の一つとするものである。

　上記課題を解決するために、請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、軸方向が水平方向である電動機と、前記電動機によって駆動され、気体を圧縮する圧縮機本体と、前記電動機及び前記圧縮機本体を収納する筐体と、前記筐体の側面に形成された冷却風入口と、前記筐体の上面に形成された冷却風出口と、軸方向が水平方向で且つ前記電動機の軸方向と交差するように、前記電動機の側方に配置された冷却ファンとを備え、前記冷却ファンは、前記筐体の外側から前記冷却風入口を介し流入し、その後、前記電動機の周囲に流れ、その後、前記冷却風出口を介し前記筐体の外側へ流出する冷却風の流れを誘起する、パッケージ形圧縮機において、前記冷却ファンは、その直径が前記電動機の高さ寸法より大きくなるように構成され、且つ、その軸方向投影面が、前記電動機に重なる部分、前記電動機より上側に位置して前記電動機に重ならない部分、及び前記電動機より下側に位置して前記電動機に重ならない部分を含むように配置される。

　本発明によれば、電動機の冷却性を高めることができる。

　なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施形態におけるパッケージ形圧縮機の要部構造を表す前側面透視図である。本発明の第１の実施形態におけるパッケージ形圧縮機の要部構造を表す左側面透視図である。図１の矢視III－IIIによる断面図である。本発明の第１の実施形態における電動機及び圧縮機本体の内部構造を表す断面図である。本発明の第２の実施形態におけるパッケージ形圧縮機の要部構造を表す前側面透視図である。本発明の第２の実施形態におけるパッケージ形圧縮機の要部構造を表す左側面透視図である。図５の矢視VII－VIIによる断面図である。本発明の一変形例におけるパッケージ形圧縮機の要部構造を表す左側面透視図である。

　本発明の第１の実施形態を、図１～図４を用いて説明する。図１は、本実施形態におけるパッケージ形圧縮機の要部構造を表す前側面透視図である。図２は、本実施形態におけるパッケージ形圧縮機の要部構造を表す左側面透視図である。図３は、図１の矢視III－IIIによる断面図である。図４は、本実施形態における電動機及び圧縮機本体の内部構造を表す断面図である。

　本実施形態のパッケージ形圧縮機は、後述する機器及び部品を収納する筐体１を備える。筐体１は、底板２、前側面板３、左側面板４、右側面板５、後側面板６、及び上面板７で構成されている。左側面板４には冷却風入口８が形成され、上面板７には冷却風出口９が形成されている。なお、筐体１内の機器の点検作業などが行えるように、前側面板３が着脱可能となっている。

　筐体１の内部には、仕切板１０で隔てられた機械室１１とファンダクト１２が形成されている。機械室１１は、電動機１３、圧縮機本体１４、吸込み絞り弁１５、吸入フィルタ１６、分離器１７、及び分離フィルタ１８を収納する。

　ファンダクト１２は、仕切板１０、底板２の一部、前側面板３の一部、右側面板５、後側面板６の一部、及び上面板７の一部で構成されている。ファンダクト１２は、冷却ファン１９、オイルクーラ２０（熱交換器）、及びアフタークーラ２１（熱交換器）を収納する。仕切板１０において冷却ファン１９が対向する位置には、通気口２２が形成されている。

　電動機１３は、水平方向（図２の左右方向、図３及び図４の上下方向）に延在する回転軸２３と、回転軸２３に取付けられた回転子２４と、回転子２４の外周側に離間して配置された固定子２５と、固定子２５が取付けられたケーシング２６と、ケーシング２６の外側に形成され、軸方向に延在する複数のフィン３１とを備える。回転子２４と固定子２５で回転磁界を発生させることにより、回転軸２３が回転する。

　圧縮機本体１４は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリューロータ２７Ａ，２７Ｂと、それらを収納するケーシング２８とを備える。圧縮機本体１４は、電動機１３の軸方向一方側（図２の右側、図３及び図４の下側）に連結され、電動機１３と共に圧縮機ユニットを構成する。詳しく説明すると、圧縮機本体１４のケーシング２８は、電動機１３のケーシング２６と連結されている。また、圧縮機本体１４のスクリューロータ２７Ａは、電動機１３の回転軸２３と連結されている。これにより、スクリューロータ２７Ａ，２７Ｂが回転する。

　スクリューロータ２７Ａ，２７Ｂの歯溝には複数の圧縮室が形成されている。各圧縮室は、スクリューロータ２７Ａ，２７Ｂの回転に伴ってスクリューロータ２７Ａ，２７Ｂの軸方向（本実施形態では、電動機１３から離れる方向であって、図２の右方向、図３及び図４の下方向）に移動すると共に、空気（気体）を吸入する吸入過程と、空気を圧縮する圧縮過程と、圧縮空気（圧縮気体）を吐出する吐出過程とを順次行う。圧縮機本体１４は、圧縮室のシール、圧縮熱の冷却、及びロータの潤滑などを目的として、圧縮室に油（液体）を注入するようになっている。

　吸込み絞り弁１５は、圧縮機本体１４の吸入側（上側）に連結され、吸入フィルタ１６は、配管を介し吸込み絞り弁１５の上流側に接続されている。分離器１７は、圧縮機本体１４の吐出側（下側）に連結されると共に、底板２に設置されている。分離器１７は、圧縮機本体１４から吐出された圧縮空気から油を一次分離して貯留する。

　分離器１７で貯留された油は、油系統（液体系統）を介し圧縮機本体１４の圧縮室などへ供給される。油系統は、配管（図示せず）を介し分離器１７に接続され、油を冷却するオイルクーラ２０と、油中の不純物を除去するオイルフィルタ（図示せず）とを有する。

　分離器１７で分離された圧縮空気は、圧縮空気系統（圧縮気体系統）を介し圧縮機の外部へ供給される。圧縮空気系統は、分離器１７に接続され、圧縮空気から油を二次分離する分離フィルタ１８と、配管（図示せず）を介し分離フィルタ１８に接続され、圧縮空気を冷却するアフタークーラ２１とを有する。

　冷却ファン１９は、例えばターボ型であり、その軸方向が水平方向（図１及び図３の左右方向）で且つ電動機１３の軸方向と交差するように（本実施形態では、直交するように）、電動機１３の側方に配置されている。そして、筐体１内の冷却風の流れを誘起する。詳しく説明すると、冷却風は、筐体１の外側から冷却風入口８を介し機械室１１に流入し、その後、図１の矢印Ａ，Ｂ，Ｃで示すように電動機１３の周囲に流れ、その後、仕切板１０の通気口２２を介しファンダクト１２に流入し、その後、オイルクーラ２０及びアフタークーラ２１に流れ、その後、冷却風出口９を介し筐体１の外部へ流出する。

　ここで、本実施形態の大きな特徴として、冷却ファン１９は、その直径が電動機１３の高さ寸法より大きくなるように構成されている。また、冷却ファン１９は、その軸方向投影面が、電動機１３に重なる部分、電動機１３より上側に位置して電動機１３に重ならない部分、及び電動機１３より下側に位置して電動機１３に重ならない部分を含むように配置されている（図２参照）。

　上述した冷却ファン１９の構成及び配置により、図１の矢印Ａで示すように電動機１３の上側部分に沿って流れる冷却風の流量と、図１の矢印Ｂで示すように電動機１３の下側部分に沿って流れる冷却風の流量を両方とも多くすることができる。したがって、電動機１３の冷却性を高めることができる。また、冷却ファン１９の大型化により、所望の風量を確保するための冷却ファン１９の回転数を下げることができる。したがって、冷却ファン１９の騒音を低減することができる。

　また、本実施形態では、冷却風入口８は、その垂直方向投影面が電動機１３に重なるように、かつ、その下縁が電動機１３の最下点より下側に位置するように配置されている。そのため、図１の矢印Ｃで示すように電動機１３の下側部分から離れて流れる冷却風の流量も多くすることができる。したがって、オイルクーラ２０及びアフタークーラ２１に供給される冷却風の温度を低減して、オイルクーラ２０及びアフタークーラ２１の冷却性を高めることができる。

　また、本実施形態では、電動機１３は、回転子２４のコア２４ａ（又は固定子２５のコア２５ａ）の負荷側端面とフィン３１の負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ１と回転子２４のコア２４ａ（又は固定子２５のコア２５ａ）の反負荷側端面とフィン３１の反負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ２との総和（Ｌ１＋Ｌ２）が、回転子２４のコア２４ａ（又は固定子２５のコア２５ａ）の軸方向寸法Ｌ３より長くなるように構成されている。これにより、フィン３１の軸方向寸法Ｌを増大し、ひいては、冷却風によって冷却される電動機１３の表面積を増大して、電動機１３の冷却性を高めることができる。更に、電動機１３の軸方向における電動機１３の温度のばらつきを抑えることができる。そのため、電動機１３の周囲に流れてオイルクーラ２０及びアフタークーラ２１に供給される冷却風の温度のばらつきを抑えることができ、オイルクーラ２０及びアフタークーラ２１の冷却効率を高めることができる。

　なお、第１の実施形態において、電動機１３は、回転子２４のコア２４ａ（又は固定子２５のコア２５ａ）の負荷側端面とフィン３１の負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ１が、回転子２４のコア２４ａ（又は固定子２５のコア２５ａ）の反負荷側端面とフィン３１の反負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ２と同じであるように構成された場合を例にとって図示したが、これに限られない。

　電動機１３は、回転子２４のコア２４ａ（又は固定子２５のコア２５ａ）の負荷側端面とフィン３１の負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ１が、回転子２４のコア２４ａ（又は固定子２５のコアａ）の反負荷側端面とフィン３１の反負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ２より長くなるように構成されてもよい。これにより、圧縮機本体１４から電動機１３への熱影響を低減してもよい。特に、圧縮機本体１４の圧縮室が電動機１３に近づく方向（図２の左方向、図３及び図４の上方向）に移動するように構成されていれば、圧縮機本体１４の吐出側（高温側）が電動機１３に近づくため、前述した効果が顕著となる。

　あるいは、電動機１３は、回転子２４のコア２４ａ（又は固定子２５のコア２５ａ）の負荷側端面とフィン３１の負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ１が、回転子２４のコア２４ａ（又は固定子２５のコアａ）の反負荷側端面とフィン３１の反負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ２より短くなるように構成されてもよい。これにより、回転軸２３の機械損失を低減してもよい。

　本発明の第２の実施形態を、図５～図７を用いて説明する。図５は、本実施形態におけるパッケージ形圧縮機の要部構造を表す前側面透視図である。図６は、本実施形態におけるパッケージ形圧縮機の要部構造を表す左側面透視図である。図７は、図１の矢視VII－VIIによる断面図である。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

　本実施形態では、左側面板４の冷却風入口８に代えて、後側面板６の冷却風入口８Ａが形成されている。後側面板６の冷却風入口８Ａは、左側面板４の冷却風入口８と比べ、電動機１３に近づいている。そのため、冷却風入口８Ａを介して電動機１３の騒音が筐体１の外側へ漏れる可能性がある。

　本実施形態では、冷却風入口８Ａを覆うように配置され、冷却風入口８Ａから電動機１３（詳細には、冷却ファン１９とは反対側である電動機１３の側方）へ冷却風を案内する入口ダクト２９が設けられている。これにより、電動機１３の騒音が筐体１の外側へ漏れるのを抑えることができる。

　本実施形態においても、第１の実施形態と同様の冷却ファン１９の構成及び配置により、電動機１３の冷却性を高めることができる。また、冷却ファン１９の騒音を低減することができる。また、第１の実施形態の同様の冷却風入口８Ａの配置により、オイルクーラ２０及びアフタークーラ２１の冷却性を高めることができる。

　なお、第１及び第２の実施形態において、筐体１の側面は、その垂直方向から見て電動機１３と重なるように配置された冷却風入口８又は８Ａのみを有する場合を例にとって説明したが、これに限られない。例えば図８で示す変形例のように、筐体１の側面は、その垂直方向から見て電動機１３と重ならないように配置された冷却風入口８Ｂを有してもよい。そして、冷却風入口８Ｂから電動機１３へ冷却風を案内する案内ダクト３０を設けてもよい。

　また、第１及び第２の実施形態において、パッケージ形圧縮機は、給油式である場合（すなわち、圧縮機本体１４が圧縮室に油を注入し、分離器１７が圧縮気体から油を分離する場合）を例にとって説明したが、これに限られず、他の給液式であってもよい。すなわち、圧縮機本体１４が圧縮室に水などの液体を注入し、分離器１７が圧縮気体から水などの液体を分離してもよい。

　また、第１及び第２の実施形態において、圧縮機本体１４は、スクリュー式であって、雌雄一対のスクリューロータを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られない。圧縮機本体は、例えば、１つのスクリューロータと複数のゲートロータを備えてもよい。また、圧縮機本体は、スクリュー式以外の他の方式であってもよい。

１…筐体、８，８Ａ，８Ｂ…冷却風入口、９…冷却風出口、１３…電動機、１４…圧縮機本体、１７…分離器、１９…冷却ファン、２９…入口ダクト、３１…フィン

Claims

　軸方向が水平方向である電動機と、
　前記電動機によって駆動され、気体を圧縮する圧縮機本体と、
　前記電動機及び前記圧縮機本体を収納する筐体と、
　前記筐体の側面に形成された冷却風入口と、
　前記筐体の上面に形成された冷却風出口と、
　軸方向が水平方向で且つ前記電動機の軸方向と交差するように、前記電動機の側方に配置された冷却ファンとを備え、
　前記冷却ファンは、前記筐体の外側から前記冷却風入口を介し流入し、その後、前記電動機の周囲に流れ、その後、前記冷却風出口を介し前記筐体の外側へ流出する冷却風の流れを誘起する、パッケージ形圧縮機において、
　前記冷却ファンは、
　その直径が前記電動機の高さ寸法より大きくなるように構成され、且つ、
　その軸方向投影面が、前記電動機に重なる部分、前記電動機より上側に位置して前記電動機に重ならない部分、及び前記電動機より下側に位置して前記電動機に重ならない部分を含むように配置されたことを特徴とするパッケージ形圧縮機。
　請求項１に記載のパッケージ形圧縮機において、
　前記冷却風入口は、その垂直方向投影面が前記電動機に重なるように配置されたことを特徴とするパッケージ形圧縮機。
　請求項２に記載のパッケージ形圧縮機において、
　前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体から液体を分離する分離器を備え、
　前記圧縮機本体は、前記電動機の軸方向一方側に連結され、
　前記分離器は、前記圧縮機本体の下側に連結され、
　前記冷却風入口は、その垂直方向投影面が前記電動機に重なるように、かつ、その下縁が前記電動機の最下点より下側に位置するように配置されたことを特徴とするパッケージ形圧縮機。
　請求項２に記載のパッケージ形圧縮機において、
　前記冷却風入口を覆うように配置され、前記冷却風入口から前記電動機へ冷却風を案内する入口ダクトを備えたことを特徴とするパッケージ形圧縮機。
　請求項１に記載のパッケージ形圧縮機において、
　前記電動機は、
　回転軸と、前記回転軸に取付けられた回転子と、前記回転子の外周側に離間して配置された固定子と、前記固定子が取付けられたケーシングと、前記ケーシングの外側に形成され、軸方向に延在する複数のフィンとを備え、且つ、
　前記回転子のコア又は前記固定子のコアの負荷側端面と前記フィンの負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ１と前記回転子の前記コア又は前記固定子の前記コアの反負荷側端面と前記フィンの反負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ２との総和（Ｌ１＋Ｌ２）が、前記回転子の前記コア又は前記固定子の前記コアの軸方向寸法Ｌ３より長くなるように構成されたことを特徴とするパッケージ形圧縮機。
　請求項５に記載のパッケージ形圧縮機において、
　前記電動機は、
　前記回転子の前記コア又は前記固定子の前記コアの負荷側端面と前記フィンの負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ１が、前記回転子の前記コア又は前記固定子の前記コアの反負荷側端面と前記フィンの反負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ２より長くなるように構成されたことを特徴とするパッケージ形圧縮機。
　請求項５に記載のパッケージ形圧縮機において、
　前記電動機は、
　前記回転子の前記コア又は前記固定子の前記コアの負荷側端面と前記フィンの負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ１が、前記回転子の前記コア又は前記固定子の前記コアの反負荷側端面と前記フィンの反負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ２より短くなるように構成されたことを特徴とするパッケージ形圧縮機。
　電動機と、前記電動機の軸方向一方側に連結され、前記電動機によって駆動されて気体を圧縮する圧縮機本体とを備えた圧縮機ユニットにおいて、
　前記電動機は、
　前記圧縮機本体のロータに連結された回転軸と、前記回転軸に取付けられた回転子と、前記回転子の外周側に離間して配置された固定子と、前記固定子が取付けられたケーシングと、前記ケーシングの外側に形成され、軸方向に延在する複数のフィンとを備え、且つ、
　前記回転子のコア又は前記固定子のコアの負荷側端面と前記フィンの負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ１と前記回転子の前記コア又は前記固定子の前記コアの反負荷側端面と前記フィンの反負荷側端部の間の軸方向寸法Ｌ２との総和（Ｌ１＋Ｌ２）が、前記回転子の前記コア又は前記固定子の前記コアの軸方向寸法Ｌ３より長くなるように構成されたことを特徴とする圧縮機ユニット。