特許 6234906 パッケージ型流体機械

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6234906

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】パッケージ型流体機械

(51)【国際特許分類】

   H02K 9/06 20060101AFI20171113BHJP

   F04B 39/00 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   H02K9/06 E

   F04B39/00 102Z

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-194204(P2014-194204)

(22)【出願日】2014年9月24日

(65)【公開番号】特開2016-67108(P2016-67108A)

(43)【公開日】2016年4月28日

【審査請求日】2016年9月1日

(73)【特許権者】

【識別番号】000001199

【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所

(74)【代理人】

【識別番号】110001841

【氏名又は名称】特許業務法人梶・須原特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】次橋 一樹

(72)【発明者】

【氏名】福島 洋輔

【審査官】 島倉 理

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０３−２９３９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−０１７１９０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２００６−２６２６９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５４−００５７１３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０２Ｋ ９／０６

Ｆ０４Ｂ ３９／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

流体を圧縮、膨張または圧送する流体機械本体と、
前記流体機械本体を駆動する電動機と、
前記流体機械本体および前記電動機を内部に収容する筐体と、
前記電動機の出力軸の前記流体機械本体とは反対側に設けられ、冷却用空気を前記電動機へ向けて送る外扇ファンと、
前記外扇ファンの周囲を覆い、前記冷却用空気を前記電動機へ導くファンカバーと、
前記電動機の周囲を覆うように配置され、前記外扇ファンにより前記電動機へ向けて送られた前記冷却用空気を前記電動機の外面に沿って流通させる冷却ダクトと、
を備え、
前記流体機械本体は、前記冷却ダクトを出た前記冷却用空気が前記流体機械本体の周囲に沿って流れるように、前記冷却用空気の送風方向において前記電動機の下流側に、前記筐体の内面とは間隔を開けて配置されており、
前記ファンカバー及び前記冷却ダクトは、前記電動機ではなく、前記筐体に対して前記筐体の内面とは間隔を開けて固定されていることを特徴とするパッケージ型流体機械。

【請求項2】

前記筐体に、前記冷却用空気を装置外部から導入するための吸気口、および前記電動機の冷却に使用された前記冷却用空気を装置外部に排出するための排気口が形成され、
さらに、前記筐体は、前記吸気口と接続された吸気室と、前記排気口と接続され、前記流体機械本体および前記電動機を収容する搭載室とに、前記筐体の内部空間を区画する仕切壁を有しており、
前記吸気室から前記外扇ファンに前記冷却用空気を供給するための導風口が設けられている請求項１に記載のパッケージ型流体機械。

【請求項3】

前記ファンカバーは、前記仕切壁に対して固定されている請求項２に記載のパッケージ型流体機械。

【請求項4】

前記吸気口と前記導風口とが互いに見通せないようになっている請求項２または３に記載のパッケージ型流体機械。

【請求項5】

前記吸気口と前記導風口との間に遮音板が配設されることで、前記吸気口と前記導風口とが互いに見通せないようになっている請求項４に記載のパッケージ型流体機械。

【請求項6】

前記外扇ファンによる前記冷却用空気の送風方向において、前記電動機と前記排気口との間に前記流体機械本体が配置されており、前記電動機の冷却に使用された前記冷却用空気が、前記排気口に至るまでに前記流体機械本体の周囲を流れる請求項２ないし５のいずれか１項に記載のパッケージ型流体機械。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流体を圧縮、膨張または圧送する流体機械本体とこれを駆動する電動機が、筐体内に収容されたパッケージ型流体機械に関し、より詳しくは、電動機を冷却させるための外扇ファンが設けられたパッケージ型流体機械に関する。

【背景技術】

【0002】

流体機械本体および流体機械本体を駆動する電動機が筐体内に収められたパッケージ型流体機械においては、電動機を安定的に作動させるため、電動機を冷却させる外扇ファンが設けられることが多い。外扇ファンが設けられた場合、外扇ファンによって取り込まれた冷却用空気を電動機に導くファンカバーが併せて設けられるのが一般的である。こういったファンカバーは、従来、例えば特許文献１、２に記載されているように、電動機にボルト等を用いて直接固定されていた。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００−５０５７４号公報

【特許文献2】特開２０１２−１８４７４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

上述のように、ファンカバーを電動機に直接固定すると、流体機械本体や電動機で発生した振動がファンカバーに伝搬しやすくなる。ファンカバーは、軽量化のために厚さが１〜３ｍｍ程度の鋼板等で製作されることが多く、流体機械本体や電動機の振動がファンカバーに伝搬すると、その薄さゆえに共振等によって振動が増大しやすく、大きな騒音源となっていた。

【0005】

そこで、本発明にかかるパッケージ型流体機械では、ファンカバーに起因する騒音を低減することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明にかかるパッケージ型流体機械は、流体を圧縮、膨張または圧送する流体機械本体と、前記流体機械本体を駆動する電動機と、前記流体機械本体および前記電動機を内部に収容する筐体と、前記電動機の出力軸の反出力側に設けられ、冷却用空気を前記電動機へ向けて送る外扇ファンと、前記外扇ファンの周囲を覆い、前記冷却用空気を前記電動機へ導くファンカバーと、を備え、前記ファンカバーは、前記電動機ではなく、前記筐体に対して固定されていることを特徴とする。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、ファンカバーは電動機には固定されず、筐体に対して固定される。したがって、流体機械本体や電動機で発生した振動が直接ファンカバーに伝搬することがないため、ファンカバーの振動が抑制され、その結果、ファンカバーに起因する騒音を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明にかかるパッケージ型圧縮機の実施形態の一例を示す断面図である。

【図2】実施例と比較例における騒音レベルを示すグラフである。

【図3】パッケージ型圧縮機の他の実施形態を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

本発明にかかるパッケージ型流体機械としてのパッケージ型圧縮機の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、以下の実施形態においては、パッケージ型流体機械に設けられる流体機械本体として、圧縮機が搭載されたものについて説明するが、流体機械本体は圧縮機に限定されるものではない。すなわち、本発明のパッケージ型流体機械に設けられる流体機械本体は、流体を圧縮、膨張または圧送する機器であれば、送風機やポンプ、あるいはエキスパンダ（膨張機）等の他の機器でもよい。

【0010】

（全体構成）
図１は、本発明にかかるパッケージ型圧縮機の実施形態の一例を示す断面図である。パッケージ型圧縮機１は、主に、直方体状の筐体１０と、筐体１０内に収容される圧縮機２０と、同じく筐体１０内に収容され、圧縮機２０を駆動する電動機３０とを具備して構成される。そして、電動機３０によって圧縮機２０が駆動されることで、装置外部から取り込まれた空気が圧縮機２０によって圧縮され、圧縮空気を供給できるようになっている。

【0011】

（筐体）
筐体１０は、側面および天井面を構成する筐体本体１１と、底面を構成する台板１２とを有し、全体としては直方体状となっている。本実施形態では、筐体１０は、台板１２から筐体本体１１の天井面にまでわたる仕切壁１３を有しており、この仕切壁１３によって、筐体１０の内部空間が搭載室１４と吸気室１５とに区画されている。

【0012】

搭載室１４は、圧縮機２０や電動機３０をはじめとする各機器を収容するための空間である。搭載室１４に搭載された各機器は、台板１２に載置されたり、適当な支持部材（不図示）により筐体１０の適宜の箇所に固定される。吸気室１５は、装置外部から空気を取り込み、搭載室１４へ供給するための空間であり、装置外部から吸気室１５へ空気を導入するための吸気口１１ａが筐体本体１１に形成されている。また、筐体本体１１には、吸気口１１ａの他に、電動機３０の冷却に使用された冷却用空気を、搭載室１４から装置外部へ排出するための排気口１１ｂが形成されている。

【0013】

（電動機）
電動機３０は、不図示の固定子に対して可動子が相対回転することで、可動子と一体回転可能に設けられた出力軸３１が回転する構成となっている。出力軸３１は、複数のギア５１、５２を有する接続箱５０の入力側に連結されており、出力軸３１からの回転出力が接続箱５０にて増速される。すなわち、本実施形態では、接続箱５０の内部に電動機３０の動力を伝達する伝達手段として増速機が設けられているが、このような伝達手段としては変速機能を有するものに限定されず、カップリングであってもよい。接続箱５０の出力側は、圧縮機２０の回転軸２１に連結されている。電動機３０は、稼働中に熱が発生し温度が上昇するため、安定的な稼働を実現するため、後述する外扇ファン４１により冷却される。

【0014】

（圧縮機）
圧縮機２０は、回転軸２１と、回転軸２１に取り付けられた羽根車２２とを有する。上述のように、圧縮機２０の回転軸２１は、接続箱５０を介して、電動機３０の出力軸３１に連結されているため、出力軸３１からの回転出力が増速されて回転軸２１に伝達される。その結果、羽根車２２が高速回転し、吸気室１５から供給される空気が圧縮機２０にて圧縮され、圧縮空気が生成される。

【0015】

圧縮機２０は、配管７１を介して吸気室１５と連通するとともに、圧縮空気を冷却する冷却器６０と配管７２によって接続される。また、冷却器６０には、筐体１０の外部まで延びる配管７３が接続されている。つまり、図１にて実線の矢印で示すように、上流側から順番に、装置外部→吸気口１１ａ→吸気室１５→配管７１→圧縮機２０→配管７２→冷却器６０→配管７３→装置外部へと空気が流れる。その結果、吸気室１５から供給された空気は、圧縮機２０で圧縮された後、冷却器６０で冷却され、最終的に、冷却された圧縮空気を配管７３から供給できるようになっている。

【0016】

（外扇ファン）
外扇ファン４１は、電動機３０の出力軸３１のうち反出力側（圧縮機２０の反対側）の端部に設けられており、出力軸３１と一体的に回転する。出力軸３１とともに外扇ファン４１が回転すると、吸気室１５から空気が吸い込まれ、吸い込まれた空気が電動機３０へ向けて送られる。なお、この空気は、電動機３０を空冷するための空気であり、以下では「冷却用空気」と称する。

【0017】

（ファンカバー）
ファンカバー４２は、外扇ファン４１の周囲を覆うように配設されており、外扇ファン４１によって吸気室１５から吸い込まれた冷却用空気を電動機３０へ導く役割を有する。ファンカバー４２は例えば円錐台状であり、吸気室１５側の面（図１の右面）に貫通孔が複数形成されることで導風口４２ａが構成されるとともに、反対側の面（図１の左面）は開口面４２ｂとなっている。外扇ファン４１が回転すると、吸気室１５の冷却用空気が導風口４２ａを介して搭載室１４側に吸い込まれ、開口面４２ｂを通って電動機３０側へと流れる。このとき、ファンカバー４２の周面は電動機３０側に向かうほど拡径するテーパー形状となっているため、ファンカバー４２の内壁に冷却用空気が衝突することで、その流れが電動機３０に向かう軸線方向に変換され、確実に、電動機３０に冷却用空気を供給することができる。

【0018】

ファンカバー４２は、電動機３０には固定されず、仕切壁１３に対して固定されている。詳細には、開口面４２ｂが仕切壁１３にほぼ面一となる形態で、ファンカバー４２の端部（開口面４２ｂの周縁部）が、ボルト固定や溶接等の公知の方法により仕切壁１３に直接固定されている。ただし、ファンカバー４２を仕切壁１３に直接固定することは必須ではなく、他の部材を介して仕切壁１３に固定するようにしてもよい。なお、本実施形態のように、外扇ファン４１が仕切壁１３よりも吸気室１５側に位置している場合であっても、外扇ファン４１は搭載室１４内の電動機３０と一体的に構成されるものであるから、外扇ファン４１は搭載室１４に配置されているとみなす。

【0019】

（冷却ダクト）
外扇ファン４１により電動機３０へ向けて送られた冷却用空気を、さらに電動機３０の外面に沿って流通させるための冷却ダクト４３が設けられる。冷却ダクト４３は、電動機３０よりも径の大きな円筒形状の部材であり、電動機３０の周囲を覆うように配置される。その結果、電動機３０と冷却ダクト４３との間に環状空間が形成され、この環状空間を電動機３０の外面に沿って冷却用空気が流れることになる。

【0020】

冷却ダクト４３のうち吸気室１５側の端部は、ファンカバー４２の端部とボルト結合等により接合されており、外扇ファン４１によりファンカバー４２内に取り込まれた冷却用空気が、そのまま開口面４２ｂを通過し、電動機３０の外面に沿って流れる。冷却ダクト４３のうち吸気室１５とは反対側の端部は、冷却用空気の流路を閉塞しないように、接続箱５０から離間している。そして、電動機３０の外面に沿って流れた冷却用空気は、冷却ダクト４３から出た後、続いて、接続箱５０、圧縮機２０の外面に沿って流れるよう各機器が配置されている。

【0021】

冷却ダクト４３は、ファンカバー４２と同様に、電動機３０には固定されず、仕切壁１３に対して固定されている。詳細には、冷却ダクト４３のうち吸気室１５側の端部が、ボルト固定や溶接等の公知の方法により仕切壁１３に直接固定される。ただし、冷却ダクト４３を仕切壁１３に直接固定することは必須ではなく、他の部材を介して仕切壁１３に固定するようにしてもよい。

【0022】

（冷却用空気の流れ）
以上のように構成されたパッケージ型圧縮機１では、図１にて破線の矢印で示すように、冷却用空気は、上流側から順番に、装置外部→吸気口１１ａ→吸気室１５→導風口４２ａ→ファンカバー４２の内部空間→開口面４２ｂ→電動機３０と冷却ダクト４３との間の環状空間→接続箱５０の外側→圧縮機２０の外側→排気口１１ｂ→装置外部へと流れる。この流れの形態を換言すると、外扇ファン４１により電動機３０へ向けて送られた冷却用空気が排気口１１ｂに至るまでの流路内に、電動機３０のみならず、接続箱５０や圧縮機２０が配置されていることになる。

【0023】

より具体的には、外扇ファン４１による冷却用空気の送風方向（図１において右から左への方向）において、電動機３０と排気口１１ｂとの間に接続箱５０および圧縮機２０が配置され、電動機３０の冷却に使用された冷却用空気が、排気口１１ｂに至るまでに接続箱５０および圧縮機２０の周囲を流れるようになっている。このため、電動機３０を冷却した冷却用空気が、その後、接続箱５０や圧縮機２０も冷却しつつ、排気口１１ｂに向かうことになる。つまり、電動機３０の冷却に使用された冷却用空気で、接続箱５０や圧縮機２０の冷却を行うこともでき、接続箱５０や圧縮機２０を効率的に冷却することができる。しかも、排気口１１ｂは送風方向において圧縮機２０よりも下流側に位置しているので、冷却用空気の流路が圧縮機２０よりも上流側で分岐してしまうことがなく、冷却用空気を電動機３０のみならず、接続箱５０および圧縮機２０に確実に供給することができる。また、本実施形態では、送風方向に加えて鉛直方向においても、電動機３０、接続箱５０、圧縮機２０、排気口１１ｂの順に配置がなされているので、電動機３０から排気口１１ｂに向かう冷却用空気が接続箱５０および圧縮機２０の周りをより流れやすいものとなっている。

【0024】

（装置外部への騒音漏れの低減）
筐体１０に仕切壁１３を設けて、筐体１０の内部を搭載室１４と吸気室１５とに分割することは必須の要件ではない。しかしながら、筐体１０の内部に配設される各機器が大きな騒音を発する場合、仮に仕切壁１３を設けないとすると、筐体１０に形成された吸気口等から装置外部に漏れる騒音が問題となり得る。そこで、このような場合には、仕切壁１３を設けて搭載室１４と吸気室１５とに区画分けすることで、搭載室１４内の各機器からの騒音が装置外部へ漏れにくくなるので好適である。しかも、本実施形態では、機器が配設されていない吸気室１５から、外扇ファン４１により直接的に冷却用空気が電動機３０に供給される構成となっているため、新鮮な冷却用空気を電動機３０に供給することができ、電動機３０の冷却効果を向上させることが可能となっている。つまり、仕切壁１３で搭載室１４と吸気室１５とに区画し、さらに、装置外部→吸気口１１ａ→吸気室１５→導風口４２ａ→外扇ファン４１という冷却用空気の流れを確保することにより、騒音低減と冷却効果の向上という２つの課題を同時に解決している。

【0025】

さらに、本実施形態では、騒音低減効果をさらに高めるため、筐体１０に形成された吸気口１１ａと、ファンカバー４２に形成された導風口４２ａとを互いに見通せない位置関係としている。こうすることで、搭載室１４から導風口４２ａを介して吸気室１５に漏れた各機器の騒音は、吸気口１１ａまで伝搬する際に大きな回折効果を受けて減衰するため、吸気口１１ａから装置外部に漏れる騒音を一層低減することができる。

【0026】

なお、搭載室１４内で発生した騒音は、排気口１１ｂからも装置外部へ漏れ得る。したがって、例えば排気口１１ｂに屈曲配管を接続し、この屈曲配管を介して冷却用空気を排気口１１ｂから装置外部へ排出するようにしてもよい。こうすることで、搭載室１４内で発生した騒音は、屈曲配管内で減衰し、排気口１１ｂから装置外部へ漏れる騒音を低減することができる。

【0027】

（実施例における騒音低減効果）
図２は、実施例と比較例における騒音レベルを示すグラフである。実施例では、図１に示すように、ファンカバー４２および冷却ダクト４３をともに仕切壁１３に固定（ボルト固定）し、電動機３０には固定していない。一方、比較例では、ファンカバー４２および冷却ダクト４３をともに電動機３０に固定（ボルト固定）した。騒音レベルは、パッケージ型圧縮機１の前方（図１において紙面手前側）１メートルの地点で測定した値である。

【0028】

図２に示す結果によれば、ほぼ全ての周波数領域において、実施例の騒音レベルは比較例よりも低くなっており、特に周波数が概ね１０００Ｈｚ以上の領域においては、１０ｄＢ程度以上の騒音低減効果が見られた。このように、ファンカバー４２および冷却ダクト４３を、電動機３０ではなく仕切壁１３に固定することで、装置外部における騒音を効果的に低減できることが示された。

【0029】

（効果）
以上のように、本実施形態のパッケージ型圧縮機１によれば、ファンカバー４２は電動機３０には固定されず、筐体１０（仕切壁１３）に対して固定される。したがって、圧縮機２０や電動機３０で発生した振動が直接ファンカバー４２に伝搬することがないため、ファンカバー４２の振動が抑制され、その結果、ファンカバー４２に起因する騒音を低減することができる。

【0030】

また、本実施形態では、電動機３０の外面に沿って冷却用空気を流通させるため、冷却用ダクト４３がさらに設けられているが、この冷却用ダクト４３も電動機３０には固定されず、筐体１０（仕切壁１３）に対して固定される。したがって、圧縮機２０や電動機３０で発生した振動が直接冷却用ダクト４３に伝搬することがないため、冷却用ダクト４３の振動が抑制され、その結果、冷却用ダクト４３に起因する騒音を低減することができる。

【0031】

（その他の実施形態）
本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない限りにおいて上記実施形態の要素を適宜組み合わせまたは種々の変更を加えることが可能である。

【0032】

ここで、他の実施形態の具体例について、図３を参照しつつ説明する。図１に示した構成要素と同じ構成要素については、同じ符号を付すことで説明を省略し、図１の形態と異なる点を中心に説明する。

【0033】

図３に示す形態では、ファンカバー４２が仕切壁１３に対して固定される一方、冷却ダクト４３は支持部材４４を介して筐体本体１１の天井面に対して固定されている。詳細には、ファンカバー４２は、導風口４２ａが形成されている面が、仕切壁１３にほぼ面一となる形態で、ボルト固定や溶接等の公知の方法により仕切壁１３に直接固定されており、ファンカバー４２内の外扇ファン４１は搭載室１４に位置している。また、冷却ダクト４３は、筐体本体１１の天井面から吊り下げられた２本の支持部材４４によって支持されている。

【0034】

このように、ファンカバー４２や冷却ダクト４３を筐体１０のどこにどのように固定するかは、適宜変更が可能である。なお、本発明において「筐体に対して固定されている」とは、筐体１０の各部位（筐体本体１１、台板１２、仕切壁１３）に直接固定する形態のみならず、他の部材を介して間接的に固定する形態も含むものである。

【0035】

また、図３に示す形態では、吸気室１５に遮音板１６を設けている。ここでは、吸気口１１ａと導風口４２ａとの間、より詳しくは、仕切壁１３の高さ方向において吸気口１１ａと導風口４２ａとの間の位置から吸気室１５内へ突出するように遮音板１６を設けることで、筐体１０に形成された吸気口１１ａと、ファンカバー４２に形成された導風口４２ａとが互いに見通せないようになっている。このように、吸気口１１ａと導風口４２ａとの間に、互いを見通せなくする遮音板１６を設けることで、搭載室１４から導風口４２ａを介して吸気室１５に漏れた各機器の騒音が、吸気口１１ａから装置外部に漏れることを抑制することもできる。また、吸気口１１ａと導風口４２ａとを互いに見通せなくするために、遮音板１６を利用しているため、吸気口１１ａおよび導風口４２ａの配置自体に関しては騒音低減の観点からの制約が緩和され、配置の自由度が向上する。このため、例えば新鮮な冷却用空気の供給効率を向上させるといった観点から、吸気口１１ａおよび導風口４２ａの配置を最適化することができるので好適である。なお、図３では、ファンカバー４２に導風口４２ａが形成される構成としているが、ファンカバー４２ではなく、仕切壁１３に導風口を形成することも可能である。

【0036】

また、上記実施形態では、圧縮機２０により空気を圧縮するものとしたが、圧縮対象とする流体は空気に限定されない。

【0037】

また、上記実施形態では、圧縮機２０で圧縮される空気の吸気口と冷却用空気の吸気口とを共通の吸気口１１ａとしたが、各吸気口を別々に設け、圧縮用空気の流れと冷却用空気の流れとを完全に分けるようにしてもよい。

【0038】

また、上記実施形態では、冷却ダクト４３を設けるものとしたが、冷却ダクト４３を省略することも可能である。また、ファンカバー４２や冷却ダクト４３の具体的な形状を変更してもよいことは言うまでもない。

【0039】

また、筐体１０内の各機器からの騒音がそれほど問題とならないのであれば、仕切壁１３をなくして、ファンカバー４２を例えば筐体本体１１の側面に対して固定するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0040】

１ パッケージ型圧縮機（パッケージ型流体機械）
１０ 筐体
１１ａ 吸気口
１１ｂ 排気口
１３ 仕切壁
１４ 搭載室
１５ 吸気室
２０ 圧縮機（流体機械本体）
３０ 電動機
３１ 出力軸
４１ 外扇ファン
４２ ファンカバー
４２ａ 導風口
４３ 冷却ダクト

【図1】

【図2】

【図3】