JP6655521B2 - 液冷式ガス圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は液冷式ガス圧縮機に係り、防振構造を有する液冷式ガス圧縮機に関する。

圧縮作動室に油や水といった液体を供給し、空気を始め気体を圧縮する液冷式ガス圧縮機が知られている。回転式の液冷式ガス圧縮機の場合、圧縮機構（ロータ等）の回転による振動、圧力脈動による振動を始め、当該回転機構に動力を駆動する駆動源の振動等が発生し、支持体としてのベース、フレーム、パッケージパネル及びクーラや制御基板といった補機類への振動の伝搬に起因する騒音等の課題がある。

特許文献１は、モータの回転軸が鉛直方向に沿うように縦置きに設置される回転型圧縮機であって、一端が回転型圧縮機を収容する密閉容器と弾性部材を介して接続する錘を備え、これら弾性体及び錘からなる振動低減装置を回転型圧縮機の重心より上方に配置する構成を開示する。そして、特許文献１の構成は、密閉容器に接続する冷媒配管、圧縮機の重量及び密閉容器の構造等により生ずる共振に対し、振動低減装置が振動を吸収し、共振の発生を抑制するようになっている。つまり、特許文献１の構成は、圧縮機とモータが縦型一体構造において、低振動化を図る技術である。特に、装置寸法が鉛直方向大となる場合、水平方向の揺れが増加する傾向にあることから、その改善が必要になる。これに対して特許文献１では、装置の重心より上部に低振動装置を設置し、冷凍圧縮機の振動を低減する構成を開示する。

特開２０１５-２０３３０６号公報

特許文献１の低振動装置は、冷凍圧縮機で有る点及びその振動吸収機能を発揮する上で、圧縮機を収容する密閉容器の外側の何れかの場所に配置する必要がある。即ち装置全体の構成としては低振動装置の配置スペースを確保しなければならないという課題がある。

また、特許文献１の低振動装置を、比較的大型で質量も大となる大型の圧縮機に適用する場合、機能を実現するためにはより大型且つ質量も大としなければならず、好適な構成であるとは言えない。特に、質量が大の錘を弾性体のみで支持する構成は、耐久面でも課題が残るとも言える。

更に、特許文献１の低振動装置は、圧縮機の振動吸収（又は相殺）に作用するのみで、圧縮機自体の支持機能を有するものではない。

上記種々の課題に拘束されず、より好適に水平方向振動を始めとした圧縮機の振動を抑制する技術が望まれる。

上記課題を解決するために、例えば、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。即ち気体を圧縮する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体から液体と気体を分離する気液分離器と有し、上方から前記電動機、前記圧縮機本体及び前記気液分離器が一体的且つ鉛直方向に配置する圧縮機ユニットを備える液冷式ガス圧縮機であって、前記電動機が、前記圧縮機ユニットの水平方向振動成分に対する剛性を有する第１弾性体を上面に有し、該第１弾性体を介して、前記圧縮機ユニットを支持する支持体と接続する構成である。

他の構成としては、気体を圧縮する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体から液体と気体を分離する気液分離器と有し、前記気液分離器の上方に前記圧縮機本体及び電動機が一体的に配置する圧縮機ユニットを備える液冷式ガス圧縮機であって、前記圧縮機本体又は電動機が、前記圧縮機ユニットの水平方向振動成分に対する剛性を有する第１弾性体を上面に有し、該第１弾性体を介して、前記圧縮機ユニットを支持する支持体と接続する構成である。

本発明によれば、一体的構造体としての圧縮機ユニットを有する液冷式圧縮機において、水平方向振動成分を十分に抑制しつつ圧縮機ユニットを省スペース化する効果がある。また、本発明によれば、一体的構造体としての圧縮機ユニットの設置安定化効果を得ることができる。
本発明の他の課題・構成・作用・効果は、以下の記載から更に明らかになる。

本発明を適用した実施例１による圧縮機ユニットの構成を示す上面図及び側面図である。 実施例１及び実施例２による第１防振ユニットの構成を模式的に示す上面図、側面図及び縦断面図である。 実施例１及び実施例２による第２防振ユニットの構成を模式的に示す上面図、側面図及び縦断面図である。 実施例１による油冷式空気圧縮機の概要構成を模式的に示す側面図である。 本発明を適用した実施例２による圧縮機ユニットの構成を示す上面図及び側面図である。

以下、本発明実施するための形態について、図面を用いて説明する。

図１に、本発明を適用した実施例１による油冷式空気圧縮機２００に格納される圧縮機ユニット１００の構成を示す。図１（ａ）は、圧縮機ユニット１００の正面図であり、図１（ｂ）は、圧縮機ユニット１００の上面図（モータ３の反出力側ブラケット側の図）である。

圧縮機ユニット１００は、圧縮機本体１、気液分離器２及びモータ３を備える。圧縮機本体１は、圧縮機構としてスクリューロータ（例えば、雄雌のツインスクリューロータ）を備え、これらロータの噛み合いと、圧縮機本体ケーシングとによって形成される圧縮作動室に潤滑油が供給され、外部から吸込んだ空気とともに圧縮空気を生成する。

圧縮機本体から吐き出された圧縮空気は、下部の気液分離器２で油と、空気とが旋回分離され、分離された圧縮空気は、気液分離器２内部の排気流路を介してユーザ側に供給される。分離された油は、気液分離器２の下部に貯留され、図示しない油回収流路を介して、オイルクーラ（不図示）を介して圧縮機本体１に還流されるようになっている。

モータ３はラジアル型又はアキシャル型の誘導電動機乃至磁石電動機からなり、電動機シャフトを鉛直方向に向けて配置し、同じく軸を鉛直方向として配置するスクリューロータ（例えば、雄ロータ）と直結し、駆動力を供給するようになっている。なお、本発明は、電動機とロータのシャフトが直結構成であることに限定するものではない。

圧縮機ユニット１００は、上から電動機３、圧縮機本体１、気液分離器２の順で一体的に構成され、本実施例では水平方向の幅よりも鉛直方向の高さが大となる縦長の構成を取ることを特徴の一つとする。ここで一体的とは、それぞれの部位の外郭を構成するケーシングの一部又は全部が、一体成型によって構成される場合或いは各部位のケーシングが分割構成であり、これらをボルトや溶接によって接続する構成の両方を含むものとする。かかる構成により、圧縮機ユニット１００は、構造部として１つの構造体を構成するとも言える。

なお、本実施例では、油冷式のスクリュー圧縮機を適用するものとするが、本発明はこれに限定するものではなく、油に代えて水等の他の液体を利用するものであってもよい。また、ロータ形式もスクリューに限定するものではなく、他の回転型圧縮機本体でもよく、スクリューロータの数も２つに限定するものではない。

圧縮機ユニット１００は、気液分離器２の底面、モータ３の上面の上下２箇所で、第１防振ユニット７及び第２防振ユニット６を介して、ベース４、上部支持体５に夫々支持されるようになっている。第２防振ユニット６は、気液分離器２の底面に複数配置する。本実施例では、概略円形からなる底面の外周側に等間隔で第２防振材を配置するものとするが、これに限定するものではない。

図１（ｂ）に示す様に、モータ３の上面（例えば、反出力側ブラケット表面）は、その中央の１箇所が、第１防振ユニット７を介して上部支持体５と接続するようになっている。より詳細には、第１防振材７の一方端がモータ３の上面と接続し、他方端が上部支持体５と接続するようになっている。なお、本実施例では第１防振ユニット７の設置位置は、モータ３上面の中央とするが、これに限定するものではなく、圧縮機ユニット１００の重心から鉛直方向延長線との交点の位置であってもよい。

図２に、第１防振ユニット７の構成を示す。図２（ａ）は、第１防振ユニット７の上面図であり、図２（ｂ）は、側面図である。図２（ｃ）は、図２（ａ）のＰ‐Ｐ´線による縦断面を示す。
第１防振ユニット７は、第１弾性体７ａ、カップ型ステー７ｂ及びベースステー７ｃを備える。第１弾性体７aは、ゴムや高分子等からなる。また、第１弾性体７ａは、上下方向からはリング状、鉛直方向縦断面が概略「ハ」の字や裾野形状となる環状形状を有する。

カップ型ステー７ｂは、金属等であり、第１弾性体７ａの硬度より高い硬度の材料であればこれに限定するものではない。カップ型ステー７ｂは、第１弾性体７ａの上側斜面７ｄに沿ったカップ形状の内周を有し、これと接続する。また、カップ型ステー７ｂは、ボルト等によって支持体５と接続する接続穴７ｇを有する。
ベースステー７ｃは、中央部が環状に鉛直方向上方に傾斜しながら突出する凸部７ｆを有する。凸部７ｆは、第１弾性体の下側斜面７ｅに沿った形状を有し、これと接続する。また、ベースステー７ｃは、ボルト等によって、モータ３の上面と固定するようになっている。

第１弾性体７ａは、その形状からＸ‐Ｙ方向（水平方向）及びＺ方向（鉛直方向）に対する有効な剛性を有する。即ち第１弾性体７ａが単なる円筒形状であった場合に鉛直方向に特に有効な剛性を有するとすれば、本実施例のように概略４５度剛性方向が傾くことで、水平方向に有効な剛性も得ることができる。例えば、第１弾性体７ａの傾きを鉛直方向乃至水平方向から４５度とすれば、ＸＹＺ方向にバネ定数（剛性）が、ほぼ同じというという特性を有するものとなる。第１弾性体７ａは、傾きに応じてＸＹＺ方向のバネ定数が可変となる。

ついで、図３に第２防振ユニット６の構成を示す。図３（ａ）は、第２防振ユニット６の上面図であり、図３（ｂ）は、側面図である。図３（ｃ）は、図２（ａ）のＱ‐Ｑ´線による縦断面を示す。第２防振ユニット６は、第２弾性体６ａと、上下夫々の支持ステー６ｂとからなる。

第２弾性体６ａは、柱体形状（円柱等）を有し、ゴム、高分子、バネ（つる巻バネ）等からなる。第２弾性体６ａは、主に、鉛直方向への剛性を有する。第２弾性体６ａは、圧縮機ユニット１００の振動をコモンベース４に伝達させないのが主な役割であり、圧縮機ユニット１００の重量と、第２弾性体６ａの数量から決まる固有値算出結果が、モータ３等の回転周波数より充分に低くなるように設定されている。

最後に、図４に、油冷式空気圧縮機２００の全体構成を示す。油冷式空気圧縮機２００は、ベース４、その四隅から鉛直方向に延伸する支持柱としてのフレーム１０、ベース４及びフレーム４に跨って筺体外郭を形成するパネル１１を備える所謂パッケージ型圧縮機として構成する。このパッケージ内に圧縮機ユニット１００が格納されるようになっている。上部支持体５は、フレーム１１に支持され、圧縮機ユニット１００の上方支持機能とともに内部区画パネルとしても機能するようになっている。本実施例では、パネル下方に配置された吸気開口１２からの冷却風が、圧縮機ユニット１００の側周面を通過して上方に配置するファン装置１３に向けて案内するための偏向パネルとしても機能する。このため、上部支持体５には、冷却風流通用の穴１４を有する。なお、上部支持体５を偏向パネルとして利用しない場合には、４つのフレーム４等から延伸する板乃至棒状のアームとして構成してもよい。以上が実施例１である。

このように、実施例１によれば、圧縮機ユニットの上部は、ＸＹＺ方向に剛性を有する第１防振ユニット７を配置し、下部は、特にＺ方向に剛性を有する第２防振ユニット６を配置することで、鉛直方向上方で増加する水平方向振動成分の防振、下方で増加する鉛直方向振動成分の防振を、余計な配置スペースを確保することなく十分に抑制することができる。

また、第１防振ユニット７が、環状体からなることで、水平方向３６０°に生じえる振動の全てについて防振作用を発揮するとともに、第１防振ユニット７を１つ設置することでこれらの効果を得ることができ、効率的な防振機構であると言える。

更に、第１防振ユニット７は、圧縮機ユニット１００の最上部に配置するようになっている。換言すれば、第１防振ユニット７が配置する位置は、圧縮機ユニット１００の水平方向振動成分に対して、最も小の応力で対抗し得る位置となる。この為、１つの第１防振ユニット７で最も効果的に水平方向振動への剛性を発揮でき、圧縮機ユニット１００が大型化（質量が増加）しても十分に効果を期待することができる。また、部品点数面でも有利である。

以上、実施例１について述べたが、本発明は、上記種々の例に限定されるものではない。例えば、第１防振ユニット７は、カップ型ステー７ｂと、ベースステー７ｃとで第１弾性体７ａを挟む構成としたが、カップ型ステー７ｂやベースステー７ｃを、それぞれ上部支持体５や電動機３のブラケットの一部として構成し、これらに第１弾性体７ａを挟む構成としてもよい。

また、第１弾性体７ａを環状体としたが、当該環状体を分割構成として、等間隔で各ピースが離間する分割環状体の構成であっても効果を期待できる。同様に、第１弾性体７ａを分割とする場合には、ゴムや高分子に代えてバネ（つる巻バネ等）を適用することでも効果を期待できる。

実施例１は、特に、圧縮機ユニット１００が高さ寸法が幅寸法よりも大となる縦型の構成例について説明したが、実施例２では、特に、幅高さ寸法比に拘束されずに、第１防振ユニットを適用する例について説明する。なお、実施例１と同一部材には同一符号を用いるものとし、詳細な説明は省略する場合がある。

図５に、実施例２による圧縮機ユニット３００の構成を示す。図５（ａ）は、上面図であり、図５（ｂ）は側面図である。

圧縮機ユニット３００は、圧縮機本体１、電動機３及び気液分離器２を備え、これらが一体的に構成された「Ｔ」字或いは逆「Ｌ」字型の形状を有する。より詳細には、気液分離器２の上方に、圧縮機本体１と電動機３が配置し、圧縮機本体１と電動機３が軸を水平方向とし、この軸方向に並んで一体的に接続する構成である。圧縮機本体１と電動機３との軸は直結構成として説明するが、これに限定するものではなく、ギヤ及びギヤケースを介して接続する構成であってもよい。

かかる構成において、圧縮機ユニット３００は、下方の気液分離器２に比して、電動機３及び圧縮機本体１が配置する上方の質量が大となる。圧縮機ユニット３００と、ベース４との接続は、第２防振ユニット６を適用する。実施例１と同様の理由による。

ここで、電動機３は、気液分離器２より水平方向にオ―バハングした構成であり、電動機３側に水平方向重心８が偏る構成である（図中の黒丸印）。実施例２では、この水平方向重心８の鉛直方向上面に、第１防振ユニット７を配置することを特徴の一つとする。即ち圧縮機本体１、電動機３又は両者の間の上面に第１防振ユニット７を配置する。
なお、第１防振ユニット７は、実施例１と同様に、上部支持体５等と接続するものとする。

このように、実施例２のように、幅・高さの寸法比が必ずしも高さ方向に偏重しない構成であっても、第１防振ユニット７が、ＸＹＺ方向の振動成分を十分に吸収するとともに、圧縮機ユニット３００を安定支持することができる。

１…圧縮機本体、２…気液分離器、３…モータ、４…ベース、５…上部支持体、６…第２防振ユニット、６ａ…第２弾性体、６ｂ…支持ステー、７…第１防振ユニット、７ａ…第１弾性体、７ｂ…カップ型ステー、７ｃ…ベースステー、７ｄ…上側斜面、７ｅ…下側斜面、７ｆ…凸部、８…（水平方向）重心、１０…フレーム、１１…パネル、１２吸気開口、１３…ファン装置、１４…穴

Claims (12)

1. 気体を圧縮する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体から液体と気体を分離する気液分離器と有し、上方から前記電動機、前記圧縮機本体及び前記気液分離器が一体的且つ鉛直方向に配置する圧縮機ユニットを備える液冷式ガス圧縮機であって、
   前記電動機が、前記圧縮機ユニットの水平方向振動成分に対する剛性を有する第１弾性体を上面に有し、該第１弾性体を介して、前記圧縮機ユニットを支持する支持体と接続するものであり、
   前記第１弾性体が、前記電動機上面で、前記圧縮機ユニットの重心の鉛直方向延長線上に配置され、前記圧縮機ユニットの水平方向振動成分と、鉛直方向振動成分とに対する剛性を均等に有するものであり、
   前記気液分離器が、鉛直方向振動成分に対する剛性を有する第２弾性体を底部に有し、該第２弾性体を介して、前記圧縮機ユニットを配置するベースと接続するものである液冷式ガス圧縮機。
2. 請求項１に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
   前記第１弾性体が、複数のピースが等間隔で離間した分割環状体である液冷式ガス圧縮機。
3. 請求項２に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
   前記複数のピースの夫々が、水平方向振動成分及び鉛直方向振動成分に対する剛性を有するものである液冷式ガス圧縮機。
4. 請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
   前記圧縮機ユニットが、前記第１弾性体を１つのみ備えるものである液冷式ガス圧縮機。
5. 請求項１乃至請求項４の何れか一項に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
   前記第２弾性体が、複数である液冷式ガス圧縮機。
6. 気体を圧縮する圧縮機本体と、該圧縮機本体を駆動する電動機と、前記圧縮機本体から吐出された圧縮気体から液体と気体を分離する気液分離器と有し、前記気液分離器の上方に前記圧縮機本体及び電動機が一体的に配置する圧縮機ユニットを備える液冷式ガス圧縮機であって、
   前記圧縮機本体又は電動機が、
   前記圧縮機ユニットの水平方向振動成分に対する剛性を有する第１弾性体を上面に有し、該第１弾性体を介して、前記圧縮機ユニットを支持する支持体と接続するものであり、
   前記第１弾性体が、前記圧縮機本体又は前記電動機の上面で、前記圧縮機ユニットの重心の鉛直方向延長線上に配置され、前記圧縮機ユニットの水平方向振動成分と、鉛直方向振動成分とに対する剛性を均等に有するものであり、
   前記気液分離器が、鉛直方向振動成分に対する剛性を有する第２弾性体を底部に有し、該第２弾性体を介して、前記圧縮機ユニットを配置するベースと接続するものである液冷式ガス圧縮機。
7. 請求項６に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
   前記第１弾性体が、複数のピースが等間隔で離間した分割環状体である液冷式ガス圧縮機。
8. 請求項７に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
   前記複数のピースの夫々が、水平方向振動成分及び鉛直方向振動成分に対する剛性を有するものである液冷式ガス圧縮機。
9. 請求項６乃至請求項８の何れか一項に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
   前記圧縮機ユニットが、前記第１弾性体を１つのみ備えるものである液冷式ガス圧縮機。
10. 請求項６乃至請求項９の何れか一項に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
    前記第２弾性体が、複数である液冷式ガス圧縮機。
11. 請求項６乃至請求項１０の何れか一項に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
    前記圧縮機本体と、前記電動機とが軸を水平方向として配置するものであり、軸方向に並んで一体的に構成するものである液冷式ガス圧縮機。
12. 請求項１乃至請求項１１の何れか一項に記載の液冷式ガス圧縮機であって、
    前記圧縮機本体が、少なくとも１つのスクリューロータを備えるものである液冷式ガス圧縮機。

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