(57)【要約】    【課題】  二段スクリュー圧縮機から発生するロータの噛合いによる騒音の周波数のピークを低減して、効果的に低騒音化を図る。    【解決手段】  ２段スクリュー圧縮機は、低圧段側圧縮機構部、高圧段側圧縮機構部、電動機７、及びこれら低圧段側圧縮機構部、高圧段側圧縮機構部、電動機を一体に収納するケーシング１〜４を備えている。このケーシングは、低圧段側圧縮機構部と高圧段側圧縮機構部との間に、低圧段側圧縮機構部からの圧縮ガスの通路３８，３９となる空間部を形成するための中間ケーシング２〜４を有する。この中間ケーシングの外周部側には空間部３８，３９に開口部４９ａを介して連通される閉空間部４９を備えている。    【選択図】  図１
2007170318.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の雄ロータと雌ロータ、及びこれらのロータを支持する軸受部材を有する低圧段側圧縮機構部と、
一対の雄ロータと雌ロータ、及びこれらのロータを支持する軸受部材で構成される高圧段側圧縮機構部と、
前記低圧段側圧縮機構部と高圧段側圧縮機構部を駆動する電動機と、
これら低圧段側圧縮機構部、高圧段側圧縮機構部及び電動機とを一体に収納するケーシングと
を備えた二段スクリュー圧縮機において、
前記ケーシングは、前記低圧段側圧縮機構部と高圧段側圧縮機構部との間に、低圧段側圧縮機構部からの圧縮流体の通路となる空間部を形成するための中間ケーシング部分を有し、この中間ケーシング部分の内面よりも外周部側に形成され前記空間部と開口部を介して連通される閉空間部を備えている
ことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
【請求項２】
請求項１において、前記閉空間部は、低段側圧縮機構部の吐出側に配置された吐出ケーシングに設置したことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
【請求項３】
請求項１または２において、前記閉空間部は、前記中間ケーシング部分の肉厚部に内蔵されるように形成されていることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
【請求項４】
請求項１または２において、前記閉空間部は、前記中間ケーシング部分の外周部よりも更に外側に設置されていることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
【請求項５】
請求項１〜４の何れかにおいて、前記閉空間部は、複数個設けられていることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
【請求項６】
請求項１〜５の何れかにおいて、前記閉空間部は、その閉空間部の容積を変化させることができるように構成されていることを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
【請求項７】
請求項６において、前記閉空間部は、シリンダ部とこのシリンダ部内を往復動するピストンで構成され、該ピストンを往復動させることでシリンダ部の容積を変化させるように構成したことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
【請求項８】
請求項１〜７の何れかにおいて、前記閉空間部は前記中間ケーシング部分の上部側に配置され、該閉空間部の最下部を前記中間ケーシング部分内面の圧縮流体の通路となる空間部に開口させたことを特徴とする二段スクリュー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、冷凍機に使用される二段スクリュー圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリュー圧縮機から発生する騒音スペクトルは、雄ロータの歯数に回転周波数を掛けたものを基本周波数として、基本周波数とその高調波成分（以下、これを噛合い周波数と呼ぶ）のピークが大きくなる。この騒音を低減させる手段として、ケーシングに吸音材料を貼付する、ケーシングを二重構造にして遮音性能を向上させる、ケーシングにリブを付加してケーシングの剛性を向上させる、などの対策が行なわれてきた。更に、別の対策として、特開2002-235525号公報に記載されているように、スクリュー圧縮機に接続される配管に共鳴型消音器を設置するなどの対策も考えられている。
【０００３】
【特許文献１】特開2002-235525号公報（図６）
【特許文献２】特開平11-117879号公報（図３）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のケーシングへの吸音材料の貼付、ケーシングの二重化、ケーシングへのリブ付加、配管への共鳴型消音器の設置等の手段を設けることで一定の騒音低減効果は得られる。しかし、これらの従来技術において、吸音材料を貼付するものでは鋳物ケーシング全体を吸音材料で覆わなければならず、複雑な鋳物形状を有するスクリュー圧縮機では困難な場合が多い。また、ケーシングを二重化する、或いはリブ付加するものについては、鋳物形状の複雑化及び鋳物重量の増加という問題があった。更に、配管に共鳴型消音器を設置する対策は、例えば特開平11-117879号公報の図３に記載されているような二段スクリュー圧縮機に適用しても圧縮機ケーシングから外部に伝播する騒音を低減することまではできず、二段スクリュー圧縮機の騒音を効果的に低減することはできなかった。
【０００５】
本発明の目的は、二段スクリュー圧縮機から発生するロータの噛合いによる騒音周波数のピークを低減して、効果的に低騒音化を図ることができるようにした二段スクリュー圧縮機を得ることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、一対の雄ロータと雌ロータ、及びこれらのロータを支持する軸受部材を有する低圧段側圧縮機構部と、一対の雄ロータと雌ロータ、及びこれらのロータを支持する軸受部材で構成される高圧段側圧縮機構部と、前記低圧段側圧縮機構部と高圧段側圧縮機構部を駆動する電動機と、これら低圧段側圧縮機構部、高圧段側圧縮機構部及び電動機とを一体に収納するケーシングとを備えた二段スクリュー圧縮機において、前記ケーシングは、前記低圧段側圧縮機構部と高圧段側圧縮機構部との間に、低圧段側圧縮機構部からの圧縮流体の通路となる空間部を形成するための中間ケーシング部分を有し、この中間ケーシング部分の内面よりも外周部側に形成され前記空間部と開口部を介して連通される閉空間部を備えていることを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、前記閉空間部は、前記中間ケーシング部分の肉厚部に内蔵されるように形成するとコンパクトに構成できる。また、前記閉空間部を前記中間ケーシング部分の外周部よりも更に外側に設置することもでき、このようにすれば、既存の圧縮機にも適用できる。
【０００８】
なお、前記閉空間部を複数設けるようにすれば、複数の噛合い周波数における騒音ピークを低減させることが可能となる。前記閉空間部は、その空間部容積を可変に構成すれば、適宜に狙った噛合い周波数の騒音ピークを低減可能となる。この場合、例えば、前記閉空間部を、シリンダ部とこのシリンダ部内を往復動するピストンで構成すれば、該ピストンを往復動させることでシリンダ部容積を可変できる。
【０００９】
更に、前記閉空間部を前記中間ケーシング部分の上部側に配置し、該閉空間部の最下部を前記中間ケーシング部分内面の圧縮流体の通路となる空間部に開口させるようにすれば、閉空間部に油や液冷媒が溜まるのを防止でき、安定した騒音低減効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、低圧段側圧縮機構部と高圧段側圧縮機構部との間に、低圧段側圧縮機構部からの圧縮流体の通路となる空間部を形成するための中間ケーシング部分を有し、この中間ケーシング部分の内面よりも外周部側に形成され前記空間部と開口部を介して連通される閉空間部を備えているので、二段スクリュー圧縮機から発生するロータの噛合いによる騒音の周波数のピークを低減して、効果的に低騒音化を図ることができる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
スクリュー圧縮機内部にはガス通路として形成される空間があり、この空間の距離と噛合い周波数の波長が一致した場合、噛合い周波数のピークが内部共鳴によって励起され、騒音レベルが更に増大する。この騒音を低減させる手段として、スライド弁に空洞部を設け、ガス通路として形成される空間を拡大することで内部共鳴を回避することが検討されている。このようにすれば、簡便な構造で一定の騒音低減効果が期待できる。
【００１２】
しかし、スライド弁に空洞部を設けた場合、内部共鳴によって励起される特定の噛合い周波数のピークを低減することはできても、他の噛合い周波数のピークを低減させることはできない。また、圧縮機に搭載する電動機の出力周波数が50Hz/60Hz共用の場合、50Hz運転で生じる噛合い周波数のピークが内部共鳴によって励起されるのを回避するように設計しても、60Hz運転では噛合い周波数が高周波側にシフトするため内部共鳴周波数に一致してしまう可能性があった。
【００１３】
以下、本発明の具体的実施例を、図面に基づき説明する。図１は本発明の二段スクリュー圧縮機の一実施例を示す縦断面図である。
【００１４】
二段スクリュー圧縮機は、吸入口２６を有する低段側主ケーシング１、この低段側主ケーシングの吐出側に設けられた吐出ケーシング２、電動機７のコイルエンド８を収納するモータカバ３、電動機７を収納するモータケーシング４及び吐出口４０を有する高段側主ケーシング５を有し、これらのケーシングはボルト等の手段により互いに密封関係に接続されている。
【００１５】
低段側主ケーシング１には、円筒状ボア３１、冷媒ガスを円筒状ボア３１に導入する吸入ポート２９及びピストン室３３が形成されている。円筒状ボア３１には、ころ軸受１１，１２及び玉軸受１７で回転可能に支えられた低圧段側雄ロータ６及び雌ロータ（図示せず）が互いに噛み合わされて収納されている。低圧段側雄ロータ６の軸はギヤカップリング４５により高圧段側雄ロータ９の軸に連結されている。ピストン室３３には、スライド弁２３を駆動するピストン２１が収納され、ピストン２１はロッド２２によりスライド弁２３に連結されている。
【００１６】
ころ軸受１２及び玉軸受１７を収納する吐出ケーシング２には、円筒状ボア３１とモータカバ３を連通するガス通路３８が形成されている。高段側雄ロータ９を回転可能に支える玉軸受１８を収納するモータカバ３には、吐出ケーシング２とモータケーシング４を連通するガス通路３９が形成されている。電動機７及び高圧段側雄ロータ９の軸部を収納するモータケーシング４には、高段側主ケーシング５に冷媒ガスを導く吸入室２８が形成されている。高段側主ケーシング５には、円筒状ボア３２が形成され、円筒状ボア３２にはころ軸受１３，１４及び玉軸受１９で回転可能に支えられた高圧段側の雄ロータ９及び雌ロータ（図示せず）が互いに噛み合わせて収納されている。高圧段側雄ロータ９の軸は電動機７の軸と一体（直結）に構成されている。
【００１７】
次に、冷媒ガス及び油の流れを説明する。  
低段側の主ケーシング１に設けられた吸入口２６から吸入された低温、低圧の冷媒ガスは、主ケーシング１に形成された吸入ポート２９から低圧段側の雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面と主ケーシング１により形成される圧縮室に吸入される。その後、冷媒ガスは、電動機７に連結する低圧段側雄ロータ６の回転と共に低圧段側の雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面と、主ケーシング１により形成される圧縮室に密閉され、圧縮室の縮小により徐々に圧縮され、高温、高圧のガスとなって、吐出ケーシング２、モータカバ３にそれぞれ形成されるガス通路３８，３９を通りモータケーシング４へ導入される。圧縮時に低圧段側の雄、雌のスクリューロータに作用する圧縮反力の内、ラジアル荷重をころ軸受１１、１２により支持し、スラスト荷重を玉軸受１７により支持する。
【００１８】
モータケーシング４に導入された冷媒ガスは、モータロータ間エアギャップを通過し、モータケーシング４に形成された吸入室２８から高圧段側の雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面とモータケーシング４と高段側の主ケーシング５により形成される圧縮室に吸入される。その後、冷媒ガスは、電動機７に直結された高圧段側雄ロータ９の回転と共に高圧段側の雄、雌のスクリューロータの噛み合い歯面とモータケーシング４と高段側主ケーシング５により形成される圧縮室に密閉され、圧縮室の縮小により徐々に圧縮され、圧縮前よりも高温、高圧のガスとなって、高段側主ケーシングの吐出通路４０へ吐出される。圧縮時に高圧段側の雄、雌のスクリューロータに作用する圧縮反力の内、ラジアル荷重はころ軸受１３，１４により支持され、スラスト荷重は玉軸受１９により支持される。これらの軸受を潤滑する潤滑油は、低段側主ケーシング１、吐出ケーシング２、モータカバ３、モータケーシング４及び高段側主ケーシング５にそれぞれ設けられた軸受部に連通する油通路を通り給油される。
【００１９】
スクリュー圧縮機から発生する騒音スペクトルは、雄ロータの歯数に回転周波数を掛けたものを基本周波数として、基本周波数とその高調波成分のピークが大きくなる。二段スクリュー圧縮機では、低圧段側の主ケーシング１と高圧段側の主ケーシング５とを連結するために中間ケーシング（吐出ケーシング２、モータカバ３、モータケーシング４）部分が必要となる。中間ケーシング部分には、ガス通路３８，３９が空間として形成される。低圧段側の雄、雌のスクリューロータから発生した騒音の音波はガス通路３８，３９から圧縮機全体に伝播する。ここで、ガス通路３８に繋がる閉空間部４９を吐出ケーシング２に内蔵する形で設け、この閉空間部４９はピストン４８を設けることで容積可変な構造とされている。
【００２０】
この閉空間部４９は開口部４９ａを介して吐出ケーシング２で形成されたガス通路３８に連通されている。なお、閉空間部４９はモータカバ３内面のガス通路３９に連通させるように構成しても良く、前記中間ケーシング部分を構成する部材の何れに設置するようにしても良い。
【００２１】
閉空間部４９の共鳴周波数付近では音響インピーダンスが極めて小さくなるので、共鳴周波数付近の音波が圧縮機全体へ伝播していくのを遮断する。一方、共鳴周波数付近を外れた音波については遮断する効果はほとんど無い。そこで、閉空間部４９の容積を変化させて、閉空間部４９の共鳴周波数と、ある特定の噛合い周波数を一致させれば、狙った噛合い周波数のピークを低減させることが可能となり、効果的に低騒音化が実現できる。閉空間部４９を容積可変に構成することにより、圧縮機運転後においても圧縮機を解体することなく、閉空間部４９の共鳴周波数を微調整することが可能となる。
【００２２】
なお、閉空間部４９の共鳴周波数と噛合い周波数が一致すれば騒音低減効果があるため、必ずしも閉空間部４９を容積可変な構造にしなければならないわけではなく、容積を固定した構造とすることもできる。
【００２３】
雄、雌のスクリューロータが騒音源となるので、スクリューロータに最も近い吐出ケーシング２に容積可変な空間４９を設けることで特に高い騒音低減効果を得ることができる。雄、雌スクリューロータから発生した騒音の音波は圧縮機全体に伝播していくので、この容積可変な閉空間部４９は二段スクリュー圧縮機を構成する中間ケーシング、即ち吐出ケーシング２、モータカバ３、モータケーシング４の何れに設けるようにしても、効果的に騒音低減を図ることができる。
【００２４】
なお、中間ケーシング部分だけでなく低段側主ケーシング１や高段側主ケーシング５にも閉空間部を設けるようにすれば、より一層の騒音低減効果を図ることができる。
【００２５】
図２に本発明の他の例を示す。  
この実施例は、容積可変な閉空間部４９を低段側主ケーシング１の下流側に配置した吐出ケーシング２の外部に接続配管４９ｂを介して連通配置したものである。閉空間部４９の共鳴周波数と噛合い周波数が一致すれば騒音低減効果があるため、予め閉空間部４９の共鳴周波数を噛合い周波数と一致するように構成しておけば、閉空間部４９を必ずしも容積可変な構造にする必要はなく、容積を固定した構造としても良い。主な騒音源は、雄、雌のスクリューロータの噛合いによるものなので、スクリューロータに最も近い前記吐出ケーシング２に容積可変な空間４９を設けることで、高い騒音低減効果を得ることができる。しかし、雄、雌スクリューロータの噛合いで発生した音波は圧縮機全体にも伝播していくので、二段スクリュー圧縮機を構成する低段側主ケーシング１、モータカバ３、モータケーシング４、高段側主ケーシング５の何れに前記閉空間部を設けても一定の騒音低減効果を得ることはできる。
【００２６】
本実施例のように、容積可変な閉空間部４９を圧縮機ケーシングの外部に設置するようにしたものでは、既存の圧縮機に前記閉空間部を設けることで、既存圧縮機の騒音を低減することも容易に可能となる。
【００２７】
図３に本発明の更に他の例を示す。  
本実施例は、容積可変な閉空間部４９を吐出ケーシング２に複数個設けたものである。容積可変な閉空間部４９の設置方法は、図１に示したような内蔵式、図２に示したような外部設置式の何れも可能である。本実施例のように、容積可変な閉空間部４９を複数個設けるようにすれば、噛合い周波数の複数のピークを低減させることが可能となり、騒音の大幅低減が可能となる。また、図２と同様、閉空間部４９の容積を固定した構造とすることもできる。
【００２８】
図４に示す騒音スペクトル線図により、本発明の効果を説明する。  
本発明の開口部を備えた閉空間部４９を有していない場合、雄、雌スクリューロータの噛合いにより発生する騒音は、雄ロータの歯数に回転周波数を掛けたものを基本周波数（ｆ）とすると、基本周波数（ｆ）とその高調波成分（２ｆ、３ｆ、４ｆ、５ｆ）の周波数がピークとなり、騒音が大となる。図４では、噛合い周波数の５次成分（５ｆ）までを示し、開口部を備えた閉空間部４９を２個設けて、一つは基本周波数（ｆ）、もう一つは４次成分の周波数（４ｆ）を狙って閉空間部４９の容積を設定した例を示している。このような実施例の場合、閉空間部４９において基本周波数（ｆ）と４次成分の周波数（４ｆ）付近の音響インピーダンスが極めて小さくなり、基本周波数（ｆ）と４次成分（４ｆ）の騒音を著しく減少させて大幅な騒音低減効果を得ることができる。
【００２９】
なお、図４に示す騒音データは一例であり、騒音の減少させる周波数成分（ピーク）は閉空間部４９の容積と数により制御することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の二段スクリュー圧縮機の一実施例を示す縦断面図。
【図２】本発明の他の例を示す要部縦断面図。
【図３】本発明の更に他の例を示す要部縦断面図。
【図４】本発明の効果を説明する騒音スペクトル線図である。
【符号の説明】
【００３１】
１…低段側主ケーシング、２，３，４…中間ケーシング（２…吐出ケーシング、３…モータカバ、４…モータケーシング）、５…高段側主ケーシング、６…低圧段側雄ロータ、７…電動機、８…コイルエンド、９…高圧段側雄ロータ、１１，１２，１３，１４…ころ軸受、１７，１８，１９…玉軸受、２１…ピストン、２２…ロッド、２３…スライド弁、２４…端子ベース、２５…電源端子、２６…吸入口、２７，２８…吸入室、２９，３０…吸入ポート、３１，３２…円筒状ボア、３３…ピストン室、３４，３５…吐出ポート、３６，３７…軸受室、３８，３９…ガス通路（空間部）、４０…吐出通路、４１…バイパス通路、４３…バイパス弁、４５…ギヤカップリング、４７…スプリング、４８…ピストン、４９…閉空間部、４９ａ…開口部、４９ｂ…接続配管。
【図１】
2007170318.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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