JP7208064B2 - パッケージ型圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、パッケージ型圧縮機に関する。

特許文献１には、排気ダクト内で排気口に対して傾斜してガスクーラを配置し、排気口を１枚の遮音板で仕切るようにしたパッケージ型圧縮機が開示されている。

しかしながら、特許文献１に開示のパッケージ型圧縮機では、ガスクーラに供給する冷却用の空気の流速のばらつきが、ガスクーラ内を流動する圧縮空気の冷却にどのように影響するのかまでは十分に検討されていない。

特開２０１７－２２３１７７号公報

本発明は、ガスクーラに供給する空気の流速のばらつきを抑制して、内部を流動する圧縮空気を効果的に冷却できるようにしたパッケージ型圧縮機を提供することを課題とする。

本発明は、前記課題を解決するための手段として、吸気口及び排気口を有するパッケージ内に、前記吸気口から流入した空気の一部を圧縮する圧縮機本体と、前記圧縮機本体で圧縮された空気が流動するガスクーラと、前記吸気口から流入した空気の残部を旋回流として、前記ガスクーラに供給した後、前記排気口から排出させる空冷ファンと、前記空冷ファンにより旋回流となり上昇する空気を、該空気が前記ガスクーラに至る前に、前記旋回流の中心側に導くように、前記旋回流の中心を中心とする円の法線方向に対し、前記旋回流との衝突面が傾斜しているフィンと、を備える、パッケージ型圧縮機を提供する。

この構成により、ガスクーラの外部に供給する空気の流速のばらつきを抑制できる。これにより、ガスクーラの内部を流動する圧縮空気を効果的に冷却することが可能となる。また、この構成により、フィンに衝突する旋回流の流動抵抗を抑えて、スムーズな空気流れを得ることができる。この結果、さらに圧縮空気を効果的に冷却可能となる。

前記フィンは、前記旋回流の流れ方向に所定間隔で配置される複数枚で構成されているのが好ましい。

この構成により、さらに旋回流の中心側に空気を導きやすくなり、より一層、ガスクーラの内部を流動する圧縮空気を効果的に冷却できる。

前記フィンは、表面に吸音材を有するのが好ましい。

この構成により、フィンによって旋回流の流れを強制的に方向変換する場合であっても騒音を低減できる。

本発明によれば、ガスクーラに供給する空気の流速のばらつきを抑制して、内部を流動する圧縮空気を効果的に冷却できる。

本実施形態に係るパッケージ型圧縮機の概略断面図である。 図１のI－I線断面図である。 図１のII－II線断面図である。 図１に示すパッケージの開口部の模式的な正面壁図である。 図２に示すようにフィンを設けない場合のガスクーラを通過する常圧空気の速度分布を示す図である。 図２に示すフィンを設けた場合のガスクーラを通過する常圧空気の速度分布を示す図である。 他の実施形態に係るパッケージ型圧縮機の概略断面図である。

以下、本発明に係る実施形態を添付図面に従って説明する。なお、以下の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物、あるいは、その用途を制限することを意図するものではない。

図１から図３に示すように、本実施形態に係るパッケージ型圧縮機（以下、単に圧縮機１と記載する。）は、パッケージ１０内に、圧縮機本体２０、油回収器３０、ガスクーラ４０、及び空冷ファン４１を備える。なお、ガスクーラ４０には、圧縮機本体２０に供給する油を冷却するためのオイルクーラ（図示せず）が併設されている。

パッケージ１０は、金属製の板（例えば、鋼板）を箱状に形成したものである。以下、図１中、上方に位置する壁を上面壁１０ａ、下方に位置する面を下面壁１０ｂ、左側に位置する側面を正面壁１０ｃ、右側に位置する側面を背面壁１０ｄ、図２中、上方側に位置する側面を左側面壁１０ｅ、下方側に位置する側面を右側面壁１０ｆと記載する。

パッケージ１０の正面壁１０ｃの上方側右半部には吸気口１１が形成されている。本実施形態では、吸気口１１は、長円形に形成した複数の穴１１ａを有するパネル１１ｂで覆われている（図４参照）。各穴１１ａは、円形、四角形等、種々の形態に形成できる。また、パネル１１ｂを設けることなく、開口のままとしたり、パネル１１ｂ自体を網目状としたりすることもできる。なお、吸気口１１には図示しないフィルタが取り付けられ、ゴミ等の異物が通過できないようになっている。

吸気口１１には吸気ダクト１２が取り付けられている。吸気ダクト１２は板材を筒状に形成したものである。吸気ダクト１２は、吸気口１１に連通する一端１２ａから、パッケージ１０内で終端する他端１２ｂに向かって流路断面積が徐々に小さくなっている。本実施形態では、吸気ダクト１２は断面矩形状で、その上面が一端１２ａから他端１２ｂに向かって下方側に傾斜することにより、流路断面積が徐々に小さくなっている。これにより、吸気ダクト１２の上方に空間が形成される。そして、吸気ダクト１２の上方に形成された空間には、後述する移送配管１３が配置されている。このように、パッケージ１０内の限られた空間を有効利用することにより圧縮機１を小型化している。なお、吸気口１１及び吸気ダクト１２は、円形、多角形等、任意の断面形状とすることができる。

パッケージ１０の上面壁１０ａの右半部の前後方向中間領域には排気口１４が形成されている。排気口１４には、後述するファンダクト４５が取り付けられている。

圧縮機本体２０はスクリュ式であり、パッケージ１０内の右側面壁１０ｆ側の下方部に配置されている。圧縮機本体２０は、吸込口２１、フィルタ部２２、吸気調整弁２３、吐出口２４、モータ２５、及び圧縮部２６を備える。圧縮部２６には、モータ２５の駆動により回転するスクリュロータ（図示せず）が収容されている。スクリュロータが回転すると、吸気ダクト１２の下方側に位置する吸込口２１から空気が吸い込まれる。吸い込まれた空気は、フィルタ部２２で異物を除去され、吸気調整弁２３で吸気量を調整され、圧縮部２６で圧縮空気とされた後、吐出口２４から吐出される。また、圧縮機本体２０は油冷式であり、スクリュロータに潤滑油が供給される。供給された油は、スクリュロータの冷却、潤滑及びシールを行い、圧縮空気と共に吐出口２４から吐出される。

油回収器３０は、鉛直方向に延びる概略円柱状であり、パッケージ１０の左側面壁１０ｅ側の前方部に配置されている。油回収器３０は、吐出配管２７を介して圧縮機本体２０の吐出口２４に流体的に接続され、圧縮機本体２０から吐出された圧縮空気から油分を分離回収する。回収された油分は、油回収器３０に溜められ、オイルクーラ通過後に圧縮機本体２０に再度供給される。油分を分離された圧縮空気は移送配管１３を流動する。

ガスクーラ４０は、移送配管１３の途中に接続され、パッケージ１０の上面壁１０ａに形成された排気口１４に取り付けられている。ガスクーラ４０は、詳細については図示しないが、蛇行する配管と、これらに一体化された放熱フィンとを有する熱交換器である。ガスクーラ４０では、配管内を流動する圧縮空気と、配管の外部を流動する空気（常圧空気）との間で熱交換が行われ、圧縮空気が冷却される。圧縮空気から吸熱して昇温した常圧空気は、排気口１４からパッケージ１０の外部へと排出される。

空冷ファン４１は、多翼ファン、ターボファン、ラジアルファン等の遠心ファンであり、支持台４２に支持されたファン支持部４３に取り付けられている。本実施形態では、空冷ファン４１は、モータ４１ａと、その回転軸に取り付けられて、モータ４１ａの駆動により回転する多翼ファンとを備える。支持台４２は、平面視矩形状の支持台本体４２ａと、この支持台本体４２ａの４隅から延びる脚部４２ｂとを備える。支持台本体４２ａには、冷却空気が通過できるように、中央部分が開放され、ベルマウス４８が取り付けられている。脚部４２ｂは、支持台４２の下方側に配置される圧縮機本体２０と干渉しないようにパッケージ１０の下面壁１０ｂ（詳しくは、下面壁１０ｂ上に固定した支持プレート）に固定されている。ファン支持部４３は、天板４３ａと、この天板４３ａから延び、支持台本体４２ａに固定される脚部４３ｂとを備える。空冷ファン４１は、ファン支持部４３の天板４３ａに取り付けられている。詳細には、空冷ファン４１のモータ４１ａが、ファン支持部４３の天板４３ａに取り付けられている。この取付状態では、空冷ファン４１は天板４３ａの下面側に位置し、モータ４１ａは天板４３ａの上面側に位置する。空冷ファン４１は、モータ４１ａの駆動により、下方側のベルマウス４８から吸い込んだ空気を旋回流として上方側へと流動させる。なお、天板４３ａは、上方に向かう常圧空気が通過できるように複数の通気口を有する構成でもよいし、後述するフィン４４を固定できる領域にのみ形成される構成でもよい。要は、空冷ファン４１を支持可能な強度を有し、かつ、常圧空気の流動抵抗を小さくできる構成であればよい。本実施例では、天板４３ａは平面視矩形状に形成されている。すなわち、天板４３ａは、モータ４１ａの外径より大きく空冷ファン４１の外径よりも小さな幅を有する短辺と、モータ４１ａの外径と空冷ファン４１の外径の両方よりも大きな幅の長辺とを有する。また天板４３ａは、モータ４１ａの取付位置以外の部位に、通気口として開口部４３ｃ、４３ｄとを有する。

ファン支持部４３の天板４３ａの上面壁には複数のフィン４４が固定されている。本実施形態では、フィン４４は３枚（第１フィン４４ａ、第２フィン４４ｂ及び第３フィン４４ｃ）で構成されている。各フィン４４は平板状で、空冷ファン４１によって旋回流となる空気の流動方向に対して交差するように配置されている。詳しくは、各フィン４４の平面（旋回流が衝突する側の面：衝突面））が、空冷ファン４１の回転中心を中心とする円（又は旋回流が描く曲線）の径（法線）方向に対し、旋回流の中心側に向かって旋回流の流れ方向に傾斜している。各フィン４４は、その下端を天板４３ａの上面壁に固定され、上端をガスクーラ４０の近傍まで延長されている。また各フィン４４は、平面視で、外側端が後述するファンダクト４５の近傍に位置し、内側端が空冷ファン４１のモータ４１ａの近傍に位置している。径（法線）方向に対する衝突面の傾斜角度は、中心側まで空気を導くことができるように、空気の流速に応じて自由に設定できる。本実施形態では、径（法線）方向に対する衝突面の傾斜角度を４５度としている。これにより、旋回流となった空気流れがフィン４４に直角に衝突しないため、流動抵抗を増大させることなく、スムーズに旋回中心へと向かわせることができる。また、第１フィン４４ａと第２フィン４４ｂの間と、第２フィン４４ｂと第３フィン４４ｃとの間は等間隔（空冷ファン４１の回転中心を中心として約９０度ずつ回転させた位置関係）に配置されている。但し、配置する全てのフィン４４は周方向に等間隔で配置するのが好ましい。

空冷ファン４１の周囲にはファンダクト４５が配置されている。ファンダクト４５は平面視矩形の筒状で、その上端開口部がガスクーラ４０を囲うようにパッケージ１０の上面壁１０ａに固定されている。また、ファンダクト４５の下端開口部は、支持台本体４２ａの上面壁に固定されている。これにより、支持台４２から排気口１４へと向かう空気流路（後述する第２流路の一部）が形成される。また、ファンダクト４５の１つの側面は、吸気ダクト１２の空気流路に対向する仕切パネル４５Ａとなっている。すなわち、仕切パネル４５Ａは、吸気ダクト１２から吸い込まれた常圧空気を下方側へと案内する役割を果たす。

前記構成の圧縮機１は、パッケージ１０内に、圧縮空気を生成して流動させるための第１流路と、冷却空気を流動させるための第２流路とを有する。

第１流路は、吸気口１１、吸気ダクト１２、圧縮機本体２０の吸込口２１、フィルタ部２２、吸気調整弁２３、圧縮部２６、吐出口２４、油回収器３０、及びガスクーラ４０を接続した移送配管１３によって構成されている。

第２流路は、吸気口１１、吸気ダクト１２、空冷ファン４１が配置されるファンダクト４５、及び排気口１４によって構成されている。

次に、前記圧縮機１の動作について説明する。

モータ４１ａを駆動して空冷ファン４１を回転させると、吸気口１１からパッケージ１０の周囲の常圧空気が流入する（図１の矢印Ｆ１参照）。流入した常圧空気は吸気ダクト１２を流動し、仕切パネル４５Ａに衝突して下方に向かう。

また、モータ２５を駆動してスクリュロータを回転させると、流入した常圧空気が吸込口２１から圧縮機本体２０内に吸い込まれる（図１の矢印Ｆ２参照）。吸い込まれた常圧空気は、圧縮機本体２０で圧縮され、高温高圧の圧縮空気として吐出口２４（図３参照）から吐出される。吐出された圧縮空気は、吐出配管２７を流動して油回収器３０に供給され、油回収器３０にて油を分離される。油回収器３０にて油を分離された圧縮空気は、移送配管１３を流動してガスクーラ４０に供給される。

圧縮機本体２０に吸い込まれずにそのまま通過する常圧空気は、空冷ファン４１へと引き込まれ（図１の矢印Ｆ４参照）、旋回流となって上昇し（図１の矢印Ｆ５参照）、ファンダクト４５を流動してガスクーラ４０へと向かう。

空冷ファン４１が取り付けられるファン支持部４３の天板４３ａの上面には複数のフィン４４が固定されている。このため、旋回流となった常圧空気は、フィン４４に衝突してその一部が強制的に旋回流の中心側へと流動方向を変換される。フィン４４の傾斜角度は、空冷ファン４１の回転中心を中心とする円の径方向に対し、旋回流の中心側に向かって旋回流の流れ方向に４５度傾斜している。このため、旋回流となった常圧空気の流れを流動抵抗を増大させることなく、スムーズに旋回中心側へと向かわせることができる。

図５に示すようにフィン４４を設けない場合と、図６に示すように３枚のフィン４４を設けた場合とで、ファンダクト４５を平面視したときの紙面に直交する方向に向かう常圧空気の速度分布を示す。図中、ハッチングの線間隔によって流速の違いを示しており、間隔が広い方が流速が遅くなっている。図５では、旋回流の中心部分で極端に速度の遅い第１速度領域５１が広い範囲に形成されている。これに対し、図６では、旋回流の中心部分には第１速度領域５１はなく、第１速度領域５１よりも速度の速い第２速度領域５２が広い範囲を占めている。これらの図面から明らかなように、３枚のフィン４４を設けることにより、全く設けない場合に比べて常圧空気の速度分布のばらつきを抑制できることが分かる。

このようにして速度分布のばらつきを抑制された常圧空気はガスクーラ４０の外部を通過する。ガスクーラ４０の内部では、高温の圧縮空気が蛇行しながら流動しており、外部を通過する常圧空気との間で熱交換が行われる。このとき、ガスクーラ４０の外部を通過する常圧空気の流速が場所によって大きく相違すると、次の問題が発生する。すなわち、流速の遅いところでは、常圧空気によるガスクーラ４０の内部の圧縮空気の冷却は不十分となる。このため、圧縮空気の冷却状態にばらつきが生じる。前述のように常圧空気の速度分布のばらつきを抑制することにより、このような圧縮空気の冷却状態にばらつきが生じることを抑えることができる。この結果、ガスクーラ４０内を流動する圧縮空気を、無駄なく効果的に冷却することが可能となる。

冷却された圧縮空気は、移送配管１３を介してパッケージ１０の外部の供給先（例えば、図示しない蓄圧タンク）へと供給される（図１の矢印Ｆ３参照）。圧縮空気から吸熱して昇温した常圧空気は、排気口１４を介してパッケージ１０の外部へと排出される（図１の矢印Ｆ６参照）。

前記構成の圧縮機１は、次のような特徴を有する。

空冷ファン４１による常圧空気の流れ方向の下流側に複数のフィン４４を配置しているので、空冷ファン４１によって得られた旋回流の一部を内径側へと導くことができる。このため、ガスクーラ４０を通過する常圧空気の流動速度にばらつきが少なくなり、ガスクーラ４０での熱交換効率を高めることができる。つまり、ガスクーラ４０での圧縮空気の冷却能力を向上させることが可能となる。

パッケージ１０内では、吸気ダクト１２（一端１２ａから他端１２ｂまでの全領域）の側方空間（以下、好適設置空間Ｓと記載する。）に、吸込口２１、吐出口２４、及び油回収器３０が配置されている。本実施形態では、吸込口２１、フィルタ部２２及び吐出口２４が吸気ダクト１２の直下に配置され（図１，３参照）、油回収器３０が吸気ダクト１２の側方に配置されている。吸込口２１、吐出口２４、及び油回収器３０からは騒音が出やすいが、その音波が吸気口１１を介してパッケージ１０の外部に伝わるまでに、吸気ダクト１２の側方から他端１２ｂまで回り込み、吸気ダクト１２内を通り、吸気ダクト１２の一端１２ａに至るまでの長い経路を伝わる必要がある。したがって、音波を十分に弱めることができ、静音性を高めることが可能となる。

吸気ダクト１２は、板材を筒状としただけのシンプルな構成であるので、重量はそれほど増大しない。このため、組立時やメンテナンス時に、吸気ダクト１２が接続されたままであっても、パッケージ１０の取付及び取外作業を容易に行うことができる。

なお、本発明は、前記実施形態に記載された構成に限定されるものではなく、種々の変更が可能である。

前記実施形態では、フィン４４を３枚設ける場合について説明したが、１枚、２枚、あるいは、４枚以上設けることも可能である。２枚、あるいは、４枚以上設ける場合でも、フィン４４は空冷ファン４１の回転中心を中心として周方向に等角度で配置するのが好ましい。これにより、常圧空気の速度分布のばらつきを抑制してガスクーラ４０での熱交換効率を高めやすくなる。

前記実施形態では、フィン４４の形状を平板にしたが、これに限らず、旋回流が衝突する部分を湾曲面で構成して流動抵抗を抑制するようにしてもよい。また、フィン４４の表面には、吸音材４６を貼り付けるようにしてもよい。吸音材４６には、例えば、複数の繊維で網目状に形成された不織布や多孔質のウレタンスポンジ等を使用できる。空冷ファン４１等から発生した騒音は、その音波が何度も吸音材４６で反射することにより低減される。

前記実施形態では、吐出配管２７を吸気ダクト１２の下方に配置したが、好適設置空間Ｓに配置してもよい。これにより、吸気ダクト１２から流入した常圧空気が直接、吐出配管２７の近傍を流動することがなくなる。つまり、常圧空気が圧縮空気によって加熱されにくくなり、圧縮機本体２０の圧縮効率の低下を抑制できる。また、ガスクーラ４０での冷却効率の低下も抑制できる。

前記実施形態では、仕切パネル４５Ａの上下端の位置については特に言及しなかったが、上端４５ａはパッケージ１０の上面壁１０ａに取り付けられ、下端４５ｂは吸気ダクト１２の他端１２ｂより低い位置まで延びているのが好ましい。特に、下端４５ｂは、パッケージ１０の吸気口１１の上端１１ｃと吸気ダクト１２の他端１２ｂの下端１２ｃを結ぶ直線Ｌよりも低い位置にあることが好ましい。すなわち、パッケージ１０の吸気口１１から吸気ダクト１２を介してパッケージ１０の内部を見たとき、ガスクーラ４０及び空冷ファン４１が見えないのが好ましい。

この構成によれば、ガスクーラ４０及び空冷ファン４１から騒音が発生しても、その音波は仕切パネル４５Ａの下方を通ってから、吸気ダクト１２を介してパッケージ１０の外部に伝わる。特に、仕切パネル４５Ａの下端４５ｂは、パッケージ１０の吸気口１１の上端１１ｃと吸気ダクト１２の他端１２ｂの下端１２ｃとを結ぶ直線Ｌよりも下方側に配置されている。このため、音波は仕切パネル４５Ａの下端４５ｂを回り込むことになり、吸気口１１側からは外部に伝達しにくい。

仕切パネル４５Ａは、吸気ダクト１２と、ガスクーラ４０及び空冷ファン４１との間に配置されている。このため、騒音源となるガスクーラ４０及び空冷ファン４１からの音波が直接、吸気口１１から外部に伝わるのを防止できる。

前記実施形態では特に言及しなかったが、吸気ダクト１２の内面と、仕切パネル４５Ａの吸気ダクト１２に対向する側の面とに、前記フィン４４に設けたのと同様な吸音材１５，４７をそれぞれ貼り付けるようにしてもよい。この場合、図３に示すように、吸気ダクト１２の４つの内面の全てに薄い吸音材１５が貼り付けるのが好ましい。また、仕切パネル４５Ａの吸気ダクト１２に対向する側の面には、概ね全面に吸音材４７を貼り付けるのが好ましい。

この構成によれば、吸気ダクト１２の内面と、仕切パネル４５Ａの吸気ダクト１２に対向する側の面とは、騒音の音波が伝わる経路となっている。このため、音波の経路に吸音材１５，４７を貼り付けることで、効率的に低騒音化することが可能となる。

前記実施形態では特に言及しなかったが、パッケージ１０の吸気口１１の複数の穴１１ａの開口面積の合計よりも、吸気ダクト１２の他端１２ｂの流路面積の方が大きいのが好ましい。

この構成によれば、吸気ダクト１２を通ってパッケージ１０の吸気口１１から漏出する空気（音）の流路面積が、小、大、および小の順に変化する。具体的には、吸気ダクト１２の他端１２ｂは吸気ダクト１２内で最も流路面積が小さい部分であり、吸気ダクト１２内を他端１２ｂから一端１２ａに進むにつれて流路面積が大きくなる。そして、パッケージ１０の吸気口１１では、複数の穴１１ａによって流路面積が再び小さくなる。この流路面積の変化によって、吸気ダクト１２内に拡張空間が形成され、当該拡張空間が消音室の役割を果たす。従って、消音効果が得られ、一層低騒音化できる。また、パッケージ１０の吸気口１１の複数の穴１１ａの開口面積の合計よりも吸気ダクト１２の他端１２ｂの流路面積の方が大きいため、吸気される空気の流路において大きな圧力損失が生じず、効率よく吸気できる。

前記実施形態では、フィン支持部４３の天板４３ａを図２に示す構成としたが、図７に示すように、天板４３ａを格子状に形成し、フィン４４が固定される領域のみを板状に形成してもよい。

１ パッケージ型圧縮機
１０ パッケージ
１０ａ 上面壁
１０ｂ 下面壁
１０ｃ 正面壁
１０ｄ 背面壁
１０ｅ 左側面壁
１０ｆ 右側面壁
１１ 吸気口
１１ａ 穴
１１ｂ パネル
１１ｃ 上端
１２ 吸気ダクト
１２ａ 一端
１２ｂ 他端
１２ｃ 下端
１３ 移送配管
１４ 排気口
１５ 吸音材
２０ 圧縮機本体
２１ 吸込口
２２ フィルタ部
２３ 吸気調整弁
２４ 吐出口
２５ モータ
２６ 圧縮部
２７ 吐出配管
３０ 油回収器
４０ ガスクーラ
４１ 空冷ファン
４２ 支持台
４２ａ 支持台本体
４２ｂ 脚部
４３ ファン支持部
４３ａ 天板
４３ｂ 脚部
４４ フィン
４５ ファンダクト
４５Ａ 仕切パネル
４５ａ 上端
４５ｂ 下端
４６，４７ 吸音材
４８ ベルマウス
Ｓ 好適設置空間

Claims (3)

1. 吸気口及び排気口を有するパッケージ内に、
   前記吸気口から流入した空気の一部を圧縮する圧縮機本体と、
   前記圧縮機本体で圧縮された空気が流動するガスクーラと、
   前記吸気口から流入した空気の残部を旋回流として、前記ガスクーラに供給した後、前記排気口から排出させる空冷ファンと、
   前記空冷ファンにより旋回流となり上昇する空気を、該空気が前記ガスクーラに至る前に、前記旋回流の中心側に導くように、前記旋回流の中心を中心とする円の法線方向に対し、前記旋回流との衝突面が傾斜しているフィンと、
   を備える、パッケージ型圧縮機。
2. 前記フィンは、前記旋回流の流れ方向に所定間隔で配置される複数枚で構成されている、請求項１に記載のパッケージ型圧縮機。
3. 前記フィンは、表面に吸音材を有する、請求項１又は２に記載のパッケージ型圧縮機。

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