JP5167299B2 - 低騒音型液冷式圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有する液冷式スクリュ圧縮機において、主に圧縮機の吸込流路を通じて外部に出る騒音の振幅、特に圧縮機本体の吸込側の脈動振幅を低減して騒音値を抑制する低騒音型液冷式圧縮機に関する。

スクリュ圧縮機のスクリュロータ（以下、ロータとも言う）の温度は流体が圧縮されるのに伴って上昇する。従って、スクリュロータを冷却する冷却機構が必須である。このような冷却機構として、一般的に外部の冷却装置による冷却空気や冷却液の供給等が従来より用いられてきた。

そこで先ず、上記冷却液として冷却油（以下、単に油ともいう）を用いた油冷式スクリュ圧縮機の一般的な冷却機構につき、以下図７を参照しながら説明する。図７は従来の一般的な油冷式スクリュ圧縮機の本体断面図である。

この油冷式スクリュ圧縮機３１は、ロータケーシング３０内に互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータ３２を備えている。このスクリュロータ３２は、吸込側の軸受部３３及び吐出側の軸受部３４によって回転可能に支持されており、これらの軸受部３３，３４とスクリュロータ３２との間に、軸封部３５，３６が夫々設けてある。また、軸受部３３，３４、軸封部３５，３６及びスクリュ圧縮機３１内のガス圧縮空間部であるロータ室３７等の注油箇所に注油するための注油孔３８，３９及び４０が設けられている。

そして、スクリュ圧縮機３１の吸込口４１から吸い込まれた気体は、前記注油孔３８，３９及び４０から油注入を受けつつ圧縮され、油と共に圧縮気体として吐出口４２より吐出されている。吐出された圧縮気体及び油は図示しない油分離回収器において互いに分離され、圧縮気体は吐出流路４３に送り出される。ここで、前記ロータ室３７に注入された油は、気体圧縮部の冷却、スクリュロータ３２同士の間、及びスクリュロータ３２とロータケーシング３０の内壁部との間のシール及び潤滑の働きをしている。

次に、圧縮機の従来例に係る騒音対策技術につき、以下添付図８，９を参照しながら説明する。図８は従来例に係る二段オイルフリー圧縮機の一実施例を示す系統図、図９は従来例に係る圧縮機の消音器の一実施例を示す断面図である。

従来例に係る圧縮機の騒音対策としては、図示はしないが、重量があり、加振源である圧縮機本体と電動機を架台及び支柱により床面と剛に支持することによって、振動振幅を小さく抑えてパッケージの台板やカバーへの振動伝播を防止するパッケージ付スクリュー圧縮機がある（特許文献１参照）。しかしながら、この従来例は、圧縮機本体及び電動機の加振振動の伝播を抑えるものであり、圧縮機本体が発生する騒音そのものを抑制することは考慮されていない。特に、圧縮機が外気を吸込まねばならないため、吸込口からの脈動音を外部に漏れ難くすることが困難である。

次に、従来例に係る二段オイルフリー圧縮機は、図８に示す如く、吐出管のその主要な長さに亘って複数化、例えば、低段圧縮機５０の吐出管を２本の吐出管５１，５２とすることにより透過損失を大きくし、圧縮機の吐出圧力の脈動に起因する騒音値を低減させるものである（特許文献２参照）。この圧縮機は、吐出圧力の脈動に起因する騒音を、２ｋＨｚ以上の決まった周波数成分に効果を発揮するが、スクリュー回転数を変化させると発生騒音の周波数が変わり、全ての運転状態において低騒音効果を得ることは不可能である。

また、他の従来例に係る圧縮機の消音器は、図９に示す如く、圧縮機の吐出穴と連通する第１消音器５４と、第１消音器５４と接続配管５３を介して連通する第２消音器５５とを備え、前記接続配管５３にチャンバー５６を設けることにより、圧縮機の吐出圧力の脈動を、多段消音器構造における消音器間に発生する気柱共鳴周波数を圧力動脈の基本周波数から回避させることにより、消音効果の低下を防止しようとするものである（特許文献３参照）。本従来例においても、上記従来例と同様、決まった周波数帯の吐出圧力の脈動の騒音低減に効果を発揮するが、圧縮機の回転数を変化させると発生騒音の周波数が変わり、全ての運転状態において低騒音効果を得ることは出来ない。

特開平７−２０８３６１号公報 特開平７−１３３７７４号公報 特開平６−１０８７５号公報

従って、本発明の目的は、圧縮機の回転数が変化し発生騒音の周波数が変わっても、種々の運転状態において低騒音効果を得ることが可能で、主に圧縮機の吸込流路を通じて外部に出る騒音の振幅、特に圧縮機本体の吸込側の脈動振幅を低減して騒音値を抑制する低騒音型液冷式圧縮機を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の請求項１に係る低騒音型液冷式圧縮機が採用した手段は、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有する液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータに供給される気体を吸込む吸込流路に注液孔が設けられ、この注液孔から前記吸込流路に、重量物として作用し、騒音を低減するための液を注入する様に構成され、前記液がスクリュロータを収納するロータ室に注液可能に構成されると共に、圧縮された圧縮気体を吐出する吐出流路に、前記圧縮気体と液とを分離し、分離された液を回収するための液分離回収手段が設けられる一方、吸込流路に設けられた前記注液孔に、前記液分離回収手段によって分離回収された液を注入するための注液ラインが接続され、前記スクリュロータを駆動する駆動モータにインバータが、前記注液ラインに液流量を調節するための流量調整手段が夫々設けられると共に、前記インバータにより前記駆動モータに指令された周波数信号を受信し、この周波数信号に基づいて、前記流量調整手段を制御する制御手段が設けられたことを特徴とするものである。

本発明の請求項１に係る低騒音型液冷式圧縮機によれば、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有する液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータに供給される気体を吸込む吸込流路に注液孔が設けられ、この注液孔から前記吸込流路に液を注入して、前記注液孔に注入された液が、圧縮機の吸込流路において重量物として作用することにより、主に圧縮機の吸込流路を通じて外部に出る騒音の振幅、特に圧縮機の吸込側の脈動音の振動振幅を低下させて騒音値を低減し得る。

また、前記液がスクリュロータを収納するロータ室に注液可能に構成されると共に、圧縮された圧縮気体を吐出する吐出流路に、前記圧縮気体と液とを分離し、分離された液を回収するための液分離回収手段が設けられる一方、吸込流路に設けられた前記注液孔に、前記液分離回収手段によって分離回収された液を注入するための注液ラインが接続されたので、別個の液供給手段を必要とすることなく、スクリュロータの冷却、潤滑及び前記ロータ間のシールに用いられる冷却液を、騒音値低減のための液として活用できる。

更に、前記スクリュロータを駆動する駆動モータにインバータが、前記注液ラインに液流量を調節するための流量調整手段が夫々設けられると共に、前記インバータにより前記駆動モータに指令された周波数信号を受信し、この周波数信号に基づいて、前記流量調整手段を制御する制御手段が設けられたので、吸込流路における脈動音ごと、ひいては圧縮機の回転数ごとに適量の液を供給することが出来、最も効果的な低騒音効果を実現可能である。

本発明の実施の形態に係る低騒音型液冷式圧縮機を説明するための系統図である。 本発明の比較例に係り、音圧センサによって検出された脈動音の一例である。 本発明の実施例に係り、スクリュ回転数１０００ｒ／ｍｉｎにおける音圧レベ ルの比較データである。 本発明の実施例に係り、スクリュ回転数２５００ｒ／ｍｉｎにおける音圧レベ ルの比較データである。 本発明の実施例に係り、スクリュ回転数４０００ｒ／ｍｉｎにおける音圧レベ ルの比較データである。 本発明の実施例に係り、スクリュ回転数５４１０ｒ／ｍｉｎにおける音圧レベルの比較データである。 従来の一般的な油冷式スクリュ圧縮機の本体断面図である。 従来例に係る二段オイルフリー圧縮機の一実施例を示す系統図である。 従来例に係る圧縮機の消音器の一実施例を示す断面図である。

次に、本発明の実施の形態に係る液冷式スクリュ圧縮機について、以下添付図１を参照しながら説明する。図１は、本発明の実施の形態に係る低騒音型液冷式圧縮機を説明するための系統図である。

本発明の実施の形態に係る低騒音型液冷式圧縮機につき、冷却液として冷却油を用いた低騒音型油冷式スクリュ圧縮機を態様例として説明する。この低騒音型油冷式スクリュ圧縮機は、雌雄一対のスクリュロータ２ａ，２ｂが噛み合って、ロータケーシング３の内部に形成されたロータ室４に回転可能に収容されてなる圧縮機本体1を備えている。圧縮機本体１の吸込口１ａには吸込流路５が接続される一方、その吐出口１ｂには吐出流路６の一端側が接続されている。そして、圧縮機本体１を構成する前記雌雄一対のスクリュロータ２ａ，２ｂのうちの一方、雄ロータ２ａのみが、駆動モータＭの駆動軸７に接続されている。

この駆動モータＭにより、スクリュロータ２ａ，２ｂを回転させることによって、吸込流路５から供給される気体を、圧縮機本体１の吸込口１ａから吸い込み、圧縮して吐出口１ｂから高圧流体として吐出流路６に吐出する。駆動モータＭは、モータケーシング８内部のモータハウジングに収納され、このモータケーシング８は、ロータケーシング３と一体的に結合されている。

そして、前記駆動モータＭは、前記モータケーシング８内面に固定された図示しない固定子と、駆動軸７を中心に回転する回転子７ａからなり、制御器２１に内蔵された制御手段２１ａからインバータ２２へ送信された所定の周波数信号により回転制御されている。この駆動モータＭは、吸込側軸受９ａと吐出側軸受９ｂとによって軸支された前記駆動軸７の回転力を、圧縮機本体１のスクリュロータ２ａ，２ｂへ伝達している。

一方、前記吸込流路５には、その吸込流路５を通過する気体の流量を調整する吸込調整弁５ａが備えられており、制御器２１内の制御手段２１ａによってその弁開度が制御される。また、吐出流路６には油分離回収器（液分離回収手段）１０が介装され、油分離回収器１０内部には油分離エレメント１０ａが備えられている。この油分離回収器１０に流入した高圧気体には僅かに油が混入しているので、この油を油分離回収器１０の内部に備えられた油分離エレメント１０ａにて捕捉する。油分離エレメント１０ａにて捕捉された油は自重により滴下し、油分離回収器１０内部の下方に油溜り１０ｂが形成される。

このようにして油溜り１０ｂに回収された油は、前記油分離回収器１０から前記圧縮機本体１に連通する油循環流路１１を通して、図示しないオイルポンプによって循環される。この油循環流路１１にはオイルクーラ１２が介装され、制御器２１内の制御手段２１ａによって温度制御することによって通過する油が冷却される。そして、オイルクーラ１２によって冷却された油は、油の供給の必要な部位にロータケーシング３に設けられた注油流路を介して供給される。このような注油流路は、吸込側軸受（及び軸封部）９ａへの注油流路，吐出側軸受（及び軸封部）９ｂへの注油流路及びスクリュロータ２ａ，２ｂとロータケーシング３が形成する圧縮空間への注油流路から構成される。

そして更に、ロータ室４に供給される気体を吸込む吸込流路５に注油孔２０が設けられ、この注油孔２０に冷却油を注入可能に構成されている。即ち、前記吸込流路５に設けられた注油孔２０には、前記油分離回収器１０によって分離回収され、油循環流路１１に介装されたオイルクーラ１２により冷却された油を注油するための注油ライン１１ａが接続され、前記吸込流路５内に冷却油を注入可能な様に構成されている。前記注入孔２０は、吸込流路５の吸込部に設けられた吸込調整弁５ａから圧縮機本体１の吸込口１ａまでの間の吸込流路５に配設されている。

この様に、前記注油孔２０から前記吸込流路５に冷却液を注入することによって、前記注液孔２０から注入された冷却液が、圧縮機の吸込流路５において重量物として作用し、主に圧縮機の吸込流路５を通じて外部（例えば、圧縮機の各構成品を収容した図示しないパッケージの外部）に出る騒音の振幅、特に圧縮機の吸込側の脈動音の振動振幅を低下させて騒音値を低減し得るのである。また、スクリュロータ２ａ，２ｂの冷却、潤滑、シール等に用いられる冷却油（冷却液）の一部を、騒音値低減のための液として活用できる。

また同時に、前記注油ライン１１ａには冷却油の注油量を調整するための流量調整弁２４が介装されると共に、前記駆動モータＭを駆動するインバータ２２からこの駆動モータＭ、あるいはスクリュロータ２ａ，２ｂの回転数に相当する周波数信号が制御器２１に送信され、この周波数信号に基づいて前記制御器２１に内蔵された制御手段２１ａによって、前記流量調整弁２４の弁開度を制御可能に構成されている。

即ち、上記制御器２１には、制御手段２１ａの他、記憶手段２１ｂ、演算手段２１ｃが内蔵されている。一方、圧縮機の吸込側の脈動音（または、その周波数スペクトル）は、圧縮機本体１の回転数の変化に応じて同様に変化する。前記制御器２１内の記憶手段２１ｂには、圧縮機本体１の回転数の変化に応じたパワースペクトルの、所定の周波数帯域における積算値の基準データが予め収納されると共に、それらのパワースペクトルの積算値レベルに応じた適切な注油量及び前記流量調整弁２４の適正開度の基準データが予め収納されている。

そして、前記制御器２１は、前記インバータ２２からこの駆動モータＭ、あるいはスクリュロータ２ａ，２ｂの回転数に相当する周波数信号を送信され、内部の演算手段２１ｃによってＦＦＴ（高速フーリエ変換）等の演算処理され、周波数スペクトル（横軸：周波数（Ｈｚ）、縦軸：音圧レベル（ｄＢ））のデータを算出する。このデータから前記演算手段２１ｃによって、所定の周波数帯域、例えば１２５Ｈｚ〜４ｋＨｚでのパワースペクトルの積算値を算出し、その算出値と上記記憶手段２１ｂに予め収納されている前記基準データと比較して、前記流量調整弁２４の適正開度を導き出し、制御手段２１ａによって、この流量調整弁２４の弁開度を調整制御する構成をなしている。

上記の通り、互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータ２ａ，２ｂを有する液冷式スクリュ圧縮機において、前記スクリュロータ２ａ，２ｂに供給される気体を吸込む吸込流路５に注液孔２０が設けられ、この注液孔２０から前記吸込流路５に冷却液を注入することによって、前記注液孔２０から注入された冷却液が、圧縮機の吸込流路５において重量物として作用し、主に圧縮機の吸込流路を通じて外部に出る騒音の振幅、特に圧縮機の吸込側の脈動音の振動振幅を低下させて騒音値を低減し得る。

同時にまた、前記スクリュロータ２ａ，２ｂを駆動する駆動モータＭにインバータ２２が、更に、前記注液ライン１１ａに冷却液流量を調節するための流量調整弁（流量調整手段）２４が夫々設けられ、前記インバータ２２により前記駆動モータＭに指令された周波数信号を受信し、この周波数信号に基づいて前記流量調整弁２４を制御可能な制御手段２１ａが設けられたので、圧縮機の回転数ごとに適量の冷却液を供給することが出来、最も効果的な低騒音効果を実現可能である。

＜実施例＞
次に、従来の油冷式スクリュ圧縮機を、本発明の実施の形態に相当する様に改造し、吸込流路に設けられた注油孔から注油した実施例と注油しない比較例について、添付図２及び３〜６を参照しながら説明する。図２は本発明の比較例に係り、吸込流路に設けられた音圧センサによって検出された脈動音の一例、図３は本発明の実施例に係り、スクリュ回転数１０００ｒ／ｍｉｎにおける音圧レベルの比較データ、図４はスクリュ回転数２５００ｒ／ｍｉｎにおける音圧レベルの比較データ、図５はスクリュ回転数４０００ｒ／ｍｉｎにおける音圧レベルの比較データ、図６はスクリュ回転数５４１０ｒ／ｍｉｎにおける音圧レベルの比較データである。

吸込流路５に設けられた注油孔２０から注油しない比較例において、音圧センサ２３により検出された吸込流路５における脈動音の時間波形は、図２に示す様な鋸型の波形となり、容積変化による脈動発生の原因となっている。この様な脈動音の音圧レベルは、図３〜６に示す如く、スクリュ回転数が４０００ｒ／ｍｉｎ〜５４１０ｒ／ｍｉｎにおける１／１オクターブ周波数が２５０〜５００Ｈｚの周波数帯域を除く全ての周波数において、前記注油孔から注油した実施例の方が、注油しない比較例より低い音圧レベルとなっている。

即ち、吸込流路５に設けた注油孔２０から冷却油を注入することによって、前記注油孔２０に注入された冷却油が、圧縮機の吸込流路５において重量物として作用し、圧縮機の吸込側の脈動音の振動振幅を低下させて騒音値を低減させることが分かる。

尚、本発明の実施の形態においては、冷却液としては冷却油を用いた油冷式スクリュ圧縮機の例を述べた。しかしながら、本発明に係る液冷式スクリュ圧縮機の吸込流路への注入に用いる液は、油に限定されない。本発明は、冷媒（ヒートポンプ、冷凍機の場合）や冷却水を用いるスクリュ圧縮機にも適用可能である。

本発明は、例えばヒートポンプや冷凍機にも適用可能である。

Ｍ：駆動モータ，
１：圧縮機本体， １ａ：吸込口， １ｂ：吐出口，
２ａ：雄ロータ， ２ｂ：雌ロータ，
３：ロータハウジング， ４：ロータ室，
５：吸込流路， ５ａ：吸込調整弁，
６：吐出流路，
７：駆動軸， ７ａ：回転子，
８：モータケーシング，
９ａ：吸込側軸受， ９ｂ：吐出側軸受，
１０：油分離回収器（液分離回収手段）， １０ａ：油分離エレメント，
１０ｂ：油溜り，
１１：油循環流路， １１ａ：注油ライン，
１２：オイルクーラ，
２０：注油孔，
２１：制御器， ２１ａ；制御手段， ２１ｂ：記憶手段， ２１ｃ：演算手段，
２２：インバータ， ２３：音圧センサ， ２４：流量調整弁（流量調整手段）

Claims (1)

1. 互いに噛み合う雌雄一対のスクリュロータを有する液冷式スクリュ圧縮機において、
   前記スクリュロータに供給される気体を吸込む吸込流路に注液孔が設けられ、この注液孔から前記吸込流路に、重量物として作用し、騒音を低減するための液を注入する様に構成され、
   前記液がスクリュロータを収納するロータ室に注液可能に構成されると共に、
   圧縮された圧縮気体を吐出する吐出流路に、前記圧縮気体と液とを分離し、分離された液を回収するための液分離回収手段が設けられる一方、
   吸込流路に設けられた前記注液孔に、前記液分離回収手段によって分離回収された液を注入するための注液ラインが接続され、
   前記スクリュロータを駆動する駆動モータにインバータが、前記注液ラインに液流量を調節するための流量調整手段が夫々設けられると共に、
   前記インバータにより前記駆動モータに指令された周波数信号を受信し、この周波数信号に基づいて、前記流量調整手段を制御する制御手段が設けられたことを特徴とする低騒音型液冷式圧縮機。