JP2010024984A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、又はその冷媒を含む混合冷媒を圧縮するためのスクリュー圧縮機のコンパクト化を実現することにある。
【解決手段】ゲートロータ（50）は、ゲート（51）の幅が先端側ほど広くなるように形成する。また、スクリューロータ（40）は、ゲート（51）に噛み合う範囲の螺旋溝（41）の幅がゲート（51）に対応して底側ほど広くなるように形成する。
【選択図】図４

Description

本発明は、スクリュー圧縮機に関するものである。

従来より、冷媒を圧縮する圧縮機として、スクリュー圧縮機が用いられている。例えば、特許文献１には、１つのスクリューロータと２つのゲートロータとを備えたスクリュー圧縮機が開示されている。

このスクリュー圧縮機について、図９を参照しながら説明する。同図に示すように、スクリューロータ（200）は、概ね円柱状に形成されており、その外周部に複数の螺旋溝（201）が刻まれている。ゲートロータ（210）は、概ね平板状に形成されており、スクリューロータ（200）の側方に配置されている。このゲートロータ（210）には、複数の長方形板状のゲート（211）が放射状に設けられている。ゲートロータ（210）は、その回転軸がスクリューロータ（200）の回転軸と直交する姿勢で設置され、ゲート（211）がスクリューロータ（200）の螺旋溝（201）と噛み合わされる。

図９には図示しないが、スクリュー圧縮機では、スクリューロータ（200）とゲートロータ（210）がケーシングに収容されており、スクリューロータ（200）の螺旋溝（201）と、ゲートロータ（210）のゲート（211）と、ケーシングの内壁面とによって圧縮室（220）が形成される。スクリューロータ（200）を電動機等で回転駆動すると、スクリューロータ（200）の回転に伴ってゲートロータ（210）が回転する。そして、ゲートロータ（210）のゲート（211）が、噛み合った螺旋溝（201）の始端（同図における左端）から終端（同図における右端）へ向かって相対的に移動し、閉じきり状態となった圧縮室（220）の容積が次第に縮小する。その結果、圧縮室（220）内の流体が圧縮される。

また、特許文献２には、冷媒の１種として、分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒（以下、「Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒」という。）が開示されている。このＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒は、塩素原子や臭素原子を含まず、オゾン層の破壊への影響が小さいことが知られている。また、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒は、いわゆる低圧冷媒である。このため、上記Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒が充填された冷媒回路では、冷凍サイクルの圧力比（冷凍サイクルにおける高圧圧力と冷凍サイクルにおける低圧圧力との比率）の変動幅が比較的大きくなる。
特開２００２−２０２０８０号公報 特開平４−１１０３８８号公報

ところで、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒が充填された冷媒回路にスクリュー圧縮機を適用することが考えられる。しかし、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒は、いわゆる低圧冷媒であり、高圧冷媒に比べて、圧縮機に吸入される冷媒の密度が低くなり、質量流量が少なくなる。従って、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒は、高圧冷媒に比べて、体積流量当たりの冷凍能力が小さくなる。このため、高圧冷媒を圧縮する場合に比べて、圧縮室の吸入容積（吸入行程の終了時点の圧縮室の容積）を大きくする必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒の圧縮に用いるコンパクトなスクリュー圧縮機を実現することにある。

第１の発明は、外周部に複数の螺旋溝（41）が形成されたスクリューロータ（40）と、該螺旋溝（41）と噛み合わされる複数のゲート（51）が放射状に形成されたゲートロータ（50）とを有し、該螺旋溝（41）を上記ゲート（51）で区画することによって形成される圧縮室（23）で冷媒を圧縮する圧縮機構（20）を備えているスクリュー圧縮機（1）を対象とする。このスクリュー圧縮機（1）は、上記圧縮機構（20）において、分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、又は該冷媒を含む混合冷媒が圧縮される一方、上記ゲートロータ（50）は、上記ゲート（51）の幅が先端側ほど広くなるように形成され、上記スクリューロータ（40）は、上記螺旋溝（41）の幅が上記ゲート（51）に対応して底側ほど広くなるように形成されている。

第１の発明では、ゲートロータ（50）のゲート（51）の幅が先端側ほど広くなり、スクリューロータ（40）の螺旋溝（41）の幅がゲート（51）に対応して底側ほど広くなっている。このため、ゲート（51）が矩形状の場合に比べて、ゲート（51）の面積は大きくなり、螺旋溝（41）の幅方向断面における断面積つまり、螺旋溝（41）の幅方向断面における圧縮室（23）の断面積も大きくなる。従って、ゲート（51）が矩形状の場合に比べて、圧縮室（23）の吸入容積が大きくなる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記圧縮機構（20）には、圧力が吸入行程の圧縮室（23）の内圧よりも高く吐出行程の圧縮室（23）の内圧と同等若しくは内圧よりも低い中間圧の冷媒を圧縮室（23）へ注入するための中間ポート（15）が設けられている。

第２の発明では、圧縮機構（20）に中間ポート（15）が設けられている。このため、冷凍サイクルにおける中間圧の冷媒を中間ポート（15）を通じて圧縮室（23）へ導入することができるので、蒸発器へ供給する冷媒の単位流量当たりの冷却能力を中間圧の冷媒を利用して高めることができるエコノマイザ回路を備える冷媒回路に、このスクリュー圧縮機（1）を接続することが可能である。

なお、エコノマイザ回路（120）を備える冷媒回路（110）の一例を、図６に示す。このエコノマイザ回路（120）では、凝縮器（121）で凝縮して蒸発器（123）へ向かう高圧冷媒の一部が流入し、中間圧に減圧されて、蒸発器（123）へ向かう冷媒を冷却して蒸発する。そして、蒸発した冷媒が、中間ポート（15）を通じてスクリュー圧縮機（1）の圧縮室（23）へ導入される。つまり、スクリュー圧縮機（1）に対してガスインジェクションが行われる。エコノマイザ回路（120）によれば、蒸発器（123）へ向かう冷媒の温度が低下する。つまり、蒸発器（123）へ向かう冷媒の単位流量当たりの冷却能力が高められる。

第３の発明は、上記第１又は第２の発明において、上記分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒は、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペンである。

第３の発明では、圧縮機構（20）で圧縮される冷媒が、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペンからなる単一冷媒、又は２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペンを含む混合冷媒である。

第４の発明は、上記第１乃至第３の何れか１つの発明において、上記圧縮機構（20）で圧縮される冷媒は、上記分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒と、ジフルオロメタンとを含む混合冷媒である。

第４の発明では、圧縮機構（20）で圧縮される冷媒が、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒とジフルオロメタンとを含む混合冷媒である。この第４の発明では、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒に、いわゆる高圧冷媒であるジフルオロメタンが加えられている。

第５の発明は、上記第１乃至第３の何れか１つの発明において、上記圧縮機構（20）で圧縮される冷媒は、上記分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒と、ペンタフルオロエタンとを含む混合冷媒である。

第５の発明では、圧縮機構（20）で圧縮される冷媒が、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒とペンタフルオロエタンとを含む混合冷媒が用いられている。ここで、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒は、微燃性の冷媒である。従って、この第５の発明では、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒に、難燃性の冷媒であるペンタフルオロエタンが加えられている。

本発明では、ゲートロータ（50）のゲート（51）の幅が先端側ほど広くなり、スクリューロータ（40）の螺旋溝（41）の幅がゲート（51）に対応して底側ほど広くなっているので、ゲート（51）が矩形状の場合に比べて、圧縮室（23）の吸入容積が大きくなる。このため、体積流量当たりの冷凍能力が比較的小さいＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒を圧縮する場合であっても、ゲート（51）が矩形状の場合は圧縮室（23）の吸入容積を確保するために圧縮機構（20）の大型化を招くが、本発明によれば圧縮機構（20）の大型化を招くことがない。従って、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒を圧縮するスクリュー圧縮機（1）として、コンパクトな圧縮機を実現することができる。

また、上記第２の発明では、蒸発器へ供給する冷媒の単位流量当たりの冷却能力を中間圧の冷媒を利用して高めるエコノマイザ回路を備える冷媒回路に接続することができるように、スクリュー圧縮機（1）の圧縮機構（20）に中間ポート（15）が設けられている。エコノマイザ回路を利用して蒸発器へ供給する冷媒の単位流量当たりの冷却能力を高める動作を行うと、その動作を行わない場合に比べて、少ない循環量で蒸発器において同じ冷却能力を得ることができる。従って、エコノマイザ回路を備える冷媒回路に接続するスクリュー圧縮機（1）は、エコノマイザ回路を備える冷媒回路に接続できないスクリュー圧縮機（1）に比べて、吸入容積を小さくすることができる。従って、スクリュー圧縮機（1）のさらなるコンパクト化を図ることができる。

また、上記第５の発明では、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒に、難燃性の冷媒であるペンタフルオロエタンが加えられている。従って、圧縮機構（20）で圧縮される冷媒が燃えにくくなるので、運転中のスクリュー圧縮機（1）の信頼性を向上させることができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態は、本発明に係るスクリュー圧縮機（1）である。このスクリュー圧縮機（1）は、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒を圧縮するための圧縮機として構成されている。つまり、このスクリュー圧縮機（1）は、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒が充填されて冷凍サイクルを行う冷媒回路に設けられる。

図１，図２に示すように、スクリュー圧縮機（1）は、密閉型に構成されている。このスクリュー圧縮機（1）では、圧縮機構（20）と、それを駆動する電動機とが１つのケーシング（10）に収容されている。圧縮機構（20）は、駆動軸（21）を介して電動機と連結されている。なお、図１では、電動機を省略しているが、巻線が集中巻や分布巻された固定子と磁石埋め込み型の回転子とにより構成されたブラシレスＤＣ電動機が用いられている。電動機は、運転周波数を調節するインバータによって駆動される。

また、ケーシング（10）内には、冷媒回路の蒸発器から低圧のガス冷媒が導入されると共に該低圧ガスを圧縮機構（20）へ案内する低圧空間（S1）と、圧縮機構（20）から吐出された高圧のガス冷媒が導入される高圧空間（S2）とが区画形成されている。低圧空間（S1）には、蒸発器に連通する吸入管が開口し、高圧空間（S2）には、凝縮器（放熱器）に連通する吐出管が開口している（図示省略）。

圧縮機構（20）は、ケーシング（10）内に形成された円筒壁（30）と、該円筒壁（30）の中に配置された１つのスクリューロータ（40）と、該スクリューロータ（40）に噛み合う２つのゲートロータ（50）とを備えている。スクリューロータ（40）には、駆動軸（21）が挿通されている。スクリューロータ（40）と駆動軸（21）は、キー（22）によって連結されている。駆動軸（21）は、スクリューロータ（40）と同軸上に配置されている。駆動軸（21）の先端部は、圧縮機構（20）の高圧側（図１の右側）に位置する軸受ホルダ（60）に回転自在に支持されている。この軸受ホルダ（60）は、玉軸受（61）を介して駆動軸（21）を支持している。なお、駆動軸（21）を支持する軸受は玉軸受に限られない。

図３に示すように、スクリューロータ（40）は、概ね円柱状に形成された金属製の部材である。スクリューロータ（40）は、シリンダとなる円筒壁（30）に回転可能に嵌合しており、その外周面が円筒壁（30）の内周面と摺接する。スクリューロータ（40）の外周部には、スクリューロータ（40）の一端から他端へ向かって螺旋状に延びる螺旋溝（41）が複数（本実施形態では、６本）形成されている。

スクリューロータ（40）の各螺旋溝（41）は、図３における下側端が始端となり、同図における上側端が終端となっている。本実施形態では、後述するように、ゲートロータ（50）の各ゲート（51）の幅が先端側ほど広くなっているので、スクリューロータ（40）は、圧縮室（23）を形成する範囲（つまり、螺旋溝（41）の両側面にゲート（51）の側縁（51a）が当接する範囲）の螺旋溝（41）の幅が、ゲート（51）に対応して底側ほど広くなるように形成されている。また、スクリューロータ（40）では、同図における下端部（吸入側の端部）は、ゲート（51）が噛み合い始める部分であり、圧縮室（23）を形成する範囲にはならない。このため、スクリューロータ（40）の下端部は、螺旋溝（41）が外周側へ向かって広がるテーパー状に形成されている。図３に示すスクリューロータ（40）では、外周側へ向かって広がるテーパー面状の下端面に螺旋溝（41）の始端が開口する一方、その上端面に螺旋溝（41）の終端は開口していない。なお、スクリューロータ（40）は、少なくとも圧縮室（23）を形成する範囲の螺旋溝（41）の幅が、ゲート（51）に対応して底側ほど広くなっていればよいが、始端から終端までの全範囲で螺旋溝（41）の幅が、ゲート（51）に対応して底側ほど広くなっていてもよい。

各ゲートロータ（50）は、複数（本実施形態では、１０枚）のゲート（51）が放射状に設けられた樹脂製の部材である。各ゲートロータ（50）は、円筒壁（30）の外側にスクリューロータ（40）を挟んで対称に配置され、軸心がスクリューロータ（40）の軸心と直交している。各ゲートロータ（50）は、ゲート（51）が円筒壁（30）の一部を貫通してスクリューロータ（40）の螺旋溝（41）に噛み合うように配置されている。

本実施形態では、図４に示すように、ゲートロータ（50）は、各ゲート（51）の幅が先端側ほど広くなるように形成されている。すなわち、ゲートロータ（50）では、各ゲート（51）が略扇形に形成されている。各ゲート（51）は、側縁（51a）がゲートの中心線となす角度（α）が略１０°に形成されている。なお、この角度（α）は１０°以下であることが望ましい。

ゲートロータ（50）は、金属製のロータ支持部材（55）に取り付けられている（図３を参照）。ロータ支持部材（55）は、基部（56）とアーム部（57）と軸部（58）とを備えている。基部（56）は、やや肉厚の円板状に形成されている。アーム部（57）は、ゲートロータ（50）のゲート（51）と同数だけ設けられており、基部（56）の外周面から外側へ向かって放射状に延びている。軸部（58）は、棒状に形成されて基部（56）に立設されている。軸部（58）の中心軸は、基部（56）の中心軸と一致している。ゲートロータ（50）は、基部（56）及びアーム部（57）における軸部（58）とは反対側の面に取り付けられている。各アーム部（57）は、ゲート（51）の背面に当接している。

ゲートロータ（50）が取り付けられたロータ支持部材（55）は、円筒壁（30）に隣接してケーシング（10）内に区画形成されたゲートロータ室（90）に収容されている（図２を参照）。図２におけるスクリューロータ（40）の右側に配置されたロータ支持部材（55）は、ゲートロータ（50）が上端側となる姿勢で設置されている。一方、同図におけるスクリューロータ（40）の左側に配置されたロータ支持部材（55）は、ゲートロータ（50）が下端側となる姿勢で設置されている。各ロータ支持部材（55）の軸部（58）は、ゲートロータ室（90）内の軸受ハウジング（91）に玉軸受（92,93）を介して回転自在に支持され
ている。なお、各ゲートロータ室（90）は、低圧空間（S1）に連通している。

圧縮機構（20）では、円筒壁（30）の内周面と、スクリューロータ（40）の螺旋溝（41）と、ゲートロータ（50）のゲート（51）とによって囲まれた空間が圧縮室（23）になる。スクリューロータ（40）の螺旋溝（41）は、吸入側端部において低圧空間（S1）に開放しており、この開放部分が圧縮機構（20）の吸入口（24）になっている（図３を参照）。

なお、図３では、下端側が開放されている圧縮室（23a,23b）が、吸入行程中の圧縮室になっている。また、下端側が左側のゲートロータ（50）のゲート（51）によって仕切られている圧縮室（23）のうち、その圧縮室（23）を形成する螺旋溝（41）の終端が両ゲートロータ（50）の真ん中付近に位置している圧縮室（23c）が、圧縮行程の途中の圧縮室になっている。また、下端側が左側のゲートロータ（50）のゲート（51）によって仕切られている圧縮室（23）のうち、その螺旋溝（41）の終端が左側のゲートロータ（50）寄りに位置している圧縮室（23d）が、吐出行程中の圧縮室になっている。

スクリュー圧縮機（1）には、その運転容量を調節するための容量制御機構として、スライドバルブ（70）が設けられている。このスライドバルブ（70）は、円筒壁（30）がその周方向の２カ所において径方向外側に膨出したスライドバルブ収納部（31）内に設けられている。スライドバルブ収納部（31）は、駆動軸（21）の回転方向において、ゲートロータ（50）の手前に配置されている。スライドバルブ（70）は、内面が円筒壁（30）の内周面の一部を構成すると共に、軸方向にスライド可能に構成されている。

スライドバルブ（70）が図１における右方向へスライドすると、スライドバルブ収納部（31）の端面（P1）とスライドバルブ（70）の端面（P2）との間に軸方向隙間が形成される。この軸方向隙間は、圧縮室（23）から低圧空間（S1）へ冷媒を戻すためのバイパス通路となっている。スライドバルブ（70）を移動させてバイパス通路の開度を変更すると、圧縮機構（20）の容量が変化する。

スクリュー圧縮機（1）には、スライドバルブ（70）をスライド駆動させるためのスライドバルブ駆動機構（80）が設けられている。このスライドバルブ駆動機構（80）は、軸受ホルダ（60）に固定されたシリンダ（81）と、該シリンダ（81）内に装填されたピストン（82）と、該ピストン（82）のピストンロッド（83）に連結されたアーム（84）と、該アーム（84）とスライドバルブ（70）とを連結する連結ロッド（85）と、アーム（84）を図１の右方向に付勢するスプリング（86）とを備えている。

図１に示すスライドバルブ駆動機構（80）において、ピストン（82）の左側空間には高圧圧力が作用し、ピストン（82）の右側空間には低圧圧力が作用する。スライドバルブ駆動機構（80）は、ピストン（82）の左右の端面に作用するガス圧を調節することによって該ピストン（82）の動きを制御し、スライドバルブ（70）の位置を調整するように構成されている。なお、スライドバルブ駆動機構（80）が、油圧によってスライドバルブ（70）を駆動するように構成されていてもよい。

また、スライドバルブ（70）には、吐出口（25）を形成するための切り欠き部（70a）が形成されている。切り欠き部（70a）は、圧縮室（23）側と連結ロッド（85）側とが開放するように形成されている。切り欠き部（70a）が圧縮室（23）に対面すると、切り欠き部（70a）内の空間と圧縮室（23）との間に吐出口（25）が形成される。切り欠き部（70a）が対面する圧縮室（23）は、吐出行程中の圧縮室（23d）になる。

スライドバルブ収納部（31）には、切り欠き部（70a）内の空間を含めて、吐出口（25）からスライドバルブ（70）の連結ロッド（85）側へ延びる第１高圧通路（11）が形成されている。第１高圧通路（11）の入口側は、吐出行程中の圧縮室（23d）に臨んでいる。第１高圧通路（11）は、駆動軸（21）の軸方向において、シリンダ（81）における軸受ホルダ（60）との接触面の位置まで延びている。

また、ケーシング（10）内では、スライドバルブ収納部（31）の外側に、駆動軸（21）の軸方向に延びる第２高圧通路（12）が形成されている。第２高圧通路（12）は、図１における第１高圧通路（11）の右側に接続されている。第２高圧通路（12）は、第１高圧通路（11）よりも流路面積が大きくなっている。

また、ケーシング（10）内では、第２高圧通路（12）とゲートロータ室（90）の間に、駆動軸（21）の軸方向に延びる第３高圧通路（13）が形成されている。第３高圧通路（13）は、図１における第２高圧通路（12）の左側に接続されている。第３高圧通路（13）は、第２高圧通路（12）よりも流路面積が大きくなっている。なお、第１〜第３高圧通路（11〜13）の各通路は、駆動軸（21）の軸心に対称に２つずつ形成されている。

このスクリュー圧縮機（1）では、圧縮室（23）で圧縮された冷媒が、吐出口（25）を通じて第１高圧通路（11）に流入する。第１高圧通路（11）では、流入した冷媒が図１における右側へ流れて、第２高圧通路（12）に流入する。第２高圧通路（12）では、流入した冷媒が図１における左側へ流れて、第３高圧通路（13）に流入する。第３高圧通路（13）では、流入した冷媒が図１における右側へ流れて、図示しない連通孔を通じて、高圧空間（S2）に流入する。つまり、このスクリュー圧縮機（1）では、圧縮室（23）から吐出された冷媒が、駆動軸（21）の軸方向に１往復半した後に、高圧空間（S2）に流入する。本実施形態では、圧縮室（23）から吐出された冷媒をケーシング（10）外へ導くための高圧通路（11,12,13）が、第１〜第３高圧通路（11〜13）によって構成されている。

また、本実施形態では、図５に示すように、圧力が吸入行程の圧縮室（23）の内圧よりも高く吐出行程の圧縮室（23）の内圧よりも低い中間圧の冷媒を圧縮室（23）へ注入するための中間ポート（15）が、圧縮機構（20）に設けられている。中間ポート（15）は円筒壁（30）に形成されている。中間ポート（15）には、冷媒回路（110）のエコノマイザ回路（120）を接続するための接続管（16）が接続されている。

図６に示すようなエコノマイザ回路（120）が設けられた冷媒回路（110）に、本実施形態のスクリュー圧縮機（1）を接続する場合は、エコノマイザ回路（120）の出口端が接続管（16）に接続される。なお、この冷媒回路（110）では、スクリュー圧縮機（1）から吐出された冷媒が、凝縮器（121）で凝縮して膨張弁（122）で減圧された後に、蒸発器（123）で蒸発してスクリュー圧縮機（1）に吸入される。エコノマイザ回路（120）では、蒸発器（123）へ向かう冷媒の一部が流入する。エコノマイザ回路（120）に流入した冷媒は、エコノマイザ回路（120）の膨張弁（124）で中間圧に減圧された後に、中間熱交換器（125）で蒸発器（123）へ向かう冷媒を冷却して蒸発する。その結果、蒸発器（123）へ向かう冷媒の温度が低下し、蒸発器（123）へ向かう冷媒の単位流量当たりの冷却能力が高められる。中間熱交換器（125）で蒸発した冷媒は、中間ポート（15）を通じてスクリュー圧縮機（1）に導入される。

なお、エコノマイザ回路（120）の他の例としては、蒸発器へ向かう高圧冷媒を中間圧に減圧させ、その中間圧の冷媒を気液分離器で液冷媒とガス冷媒とに分離し、気液分離器内の中間圧のガス冷媒を中間ポート（15）を通じてスクリュー圧縮機の圧縮室へ導入すると共に、気液分離器内の中間圧の液冷媒を蒸発器へ供給する回路もある。

中間ポート（15）は、吸入行程の終盤から圧縮行程の序盤に亘って圧縮室（23）に臨むように形成されている。すなわち、中間ポート（15）は、ゲート（51）によって閉じきられる直前から圧縮室（23）に連通し、圧縮行程が開始するとすぐに圧縮室（23）と非連通状態になる。なお、中間ポート（15）が圧縮室（23）に連通し始めるタイミングは、中間ポート（15）を通じて注入される冷媒がスクリューロータ（40）の低圧側へ漏れないような限界のタイミングになっている。つまり、圧縮室（23）は、中間ポート（15）を通じて注入される冷媒がスクリューロータ（40）の低圧側へ漏れる前に、ゲート（51）によって閉じきられる。

本実施形態では、中間ポート（15）が吸入行程の終盤から圧縮室（23）に臨むので、中間ポート（15）が圧縮行程中の圧縮室（23）にだけ臨む場合に比べて、中間ポート（15）の平均圧力が低くなる。従って、中間ポート（15）を通じて圧縮室（23）に注入される冷媒の流量が多くなる。つまり、中間熱交換器（125）で蒸発器（123）へ向かう冷媒を冷却する冷媒の流量が多くなる。このため、中間熱交換器（125）で蒸発器（123）へ向かう冷媒を比較的低い温度に冷却することができる。つまり、蒸発器（123）へ向かう冷媒の単位流量当たりの冷却能力を大きく高めることができる。

また、中間ポート（15）は、図７に示すように、２つ開口部（18a,18b）から構成されている。２つの開口部（18a,18b）は、螺旋溝（41）のねじ山（42）に対面するときに、そのねじ山（42）の延伸方向に沿う状態になるように、並んで配置されている。このような配置にすることで、中間ポート（15）の流路面積を確保しつつ、２つの開口部（18a,18b）の開閉のタイミングを概ね同じにすることができる。

なお、中間ポート（15）は、１つまたは３つ以上の開口部（18）により構成してもいい。また、中間ポート（15）は、螺旋溝（41）のねじ山（42）の延伸方向に沿う長穴状の開口部（18）により構成してもいい。また、螺旋溝（41）のねじ山（42）は、スクリューロータ（40）の終端（図７における右端）から中央部へ近づくに従って細くなっているので、中間ポート（15）は、スクリューロータ（40）の中央部側の開口部（18a）の方が終端側の開口部（18b）よりも小径にしてもよい。同様に、ねじ山（42）の延伸方向に沿う長穴状の開口部（18）により中間ポート（15）を構成する場合には、スクリューロータ（40）の中央部側ほど開口部（18）の幅が狭くなるようにしてもよい。

本実施形態では、上述のように、スクリュー圧縮機（1）が、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒を圧縮するための圧縮機として構成されている。なお、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒としては、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（「ＨＦＯ−１２３４ｙｆ」といい、化学式はＣＦ_３−ＣＦ＝ＣＨ_２で表される。）、１，２，３，３，３−ペンタフルオロ−１−プロペン（「ＨＦＯ−１２２５ｙｅ」といい、化学式はＣＦ_３−ＣＦ＝ＣＨＦで表される。）、１，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（「ＨＦＯ−１２３４ｚｅ」といい、化学式はＣＦ_３−ＣＨ＝ＣＨＦで表される。）、１，２，３，３−テトラフルオロ−１−プロペン（「ＨＦＯ−１２３４ｙｅ」といい、化学式はＣＨＦ_２−ＣＦ＝ＣＨＦで表される。）、３，３，３−トリフルオロ−１−プロペン（「ＨＦＯ−１２４３ｚｆ」といい、化学式はＣＦ_３−ＣＨ＝ＣＨ_２で表される。）、１，２，２−トリフルオロ−１−プロペン（化学式はＣＨ_３−ＣＦ＝ＣＦ_２で表される。）、２−フルオロ−１−プロペン（化学式はＣＨ_３−ＣＦ＝ＣＨ_２で表される。）等がある。

また、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒としては、ＨＦＣ−３２（ジフルオロメタン）、ＨＦＣ−１２５（ペンタフルオロエタン）、ＨＦＣ−１３４（１，１，２，２―テトラフルオロエタン）、ＨＦＣ−１３４ａ（１，１，１，２―テトラフルオロエタン）、ＨＦＣ−１４３ａ（１，１，１−トリフルオロエタン）、ＨＦＣ−１５２ａ（１，１−ジフルオロエタン）、ＨＦＣ−１６１（フルオロエタン）、ＨＦＣ−２２７ｅａ（１，１，１，２，３，３，３−ヘプタフルオロプロパン）、ＨＦＣ−２３６ｅａ（１，１，１，２，３，３−ヘキサフルオロプロパン）、ＨＦＣ−２３６ｆａ（１，１，１，３，３，３−ヘキサフルオロプロパン）、ＨＦＣ−３６５ｍｆｃ（１，１，１，３，３−ペンタフルオロブタン）、メタン、エタン、プロパン、プロペン、ブタン、イソブタン、ペンタン、２−メチルブタン、シクロペンタン、ジメチルエーテル、ビス−トリフルオロメチル−サルファイド、二酸化炭素、ヘリウムのうち少なくとも１つを、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒に加えた混合冷媒がある。

具体的に、本実施形態のスクリュー圧縮機（1）が接続された冷媒回路（110）に、例えば、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＣ−３２の２成分からなる混合冷媒を用いてもよい。この場合は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの割合が７８．２質量％でＨＦＣ−３２の割合が２１．８質量％の混合冷媒を用いることができる。また、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの割合が７７．６質量％でＨＦＣ−３２の割合が２２．４質量％の混合冷媒を用いることができる。なお、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＣ−３２の混合冷媒は、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの割合が７０質量％以上９４質量％以下でＨＦＣ−３２の割合が６質量％以上３０質量％以下であればよく、好ましくは、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの割合が７７質量％以上８７質量％以下でＨＦＣ−３２の割合が１３質量％以上２３質量％以下であればよく、更に好ましくは、ＨＦＯ−１２３４ｙｆの割合が７７質量％以上７９質量％以下でＨＦＣ−３２の割合が２１質量％以上２３質量％以下であればよい。なお、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒とＨＦＣ−３２の混合冷媒を用いる場合は、ＨＦＣ−３２が高圧冷媒であるため、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒からなる単一冷媒の場合に比べて、体積流量当たりの冷媒の冷却能力が高くなる。

また、本実施形態のスクリュー圧縮機（1）が接続された冷媒回路（110）に、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＣ−１２５の混合冷媒を用いてもよい。この場合は、ＨＦＣ−１２５の割合が１０質量％以上であるのが好ましく、さらに１０質量％以上２０質量％以下であるのが更に好ましい。なお、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒とＨＦＣ−１２５の混合冷媒を用いる場合は、ＨＦＣ−１２５が難燃性であるため、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒からなる単一冷媒の場合に比べて、冷媒が燃えにくくなる。従って、スクリュー圧縮機（1）の信頼性を向上させることができる。

また、本実施形態のスクリュー圧縮機（1）が接続された冷媒回路（110）に、ＨＦＯ−１２３４ｙｆとＨＦＣ−３２とＨＦＣ−１２５の３成分からなる混合冷媒を用いてもよい。この場合は、５２質量％のＨＦＯ−１２３４ｙｆと、２３質量％のＨＦＣ−３２と、２５質量％のＨＦＣ−１２５とからなる混合冷媒を用いることができる。

−運転動作−
スクリュー圧縮機（1）の運転動作について説明する。

スクリュー圧縮機（1）において電動機を起動すると、駆動軸（21）が回転するのに伴ってスクリューロータ（40）が回転する。このスクリューロータ（40）の回転に伴ってゲートロータ（50）も回転し、圧縮機構（20）が吸入行程、圧縮行程および吐出行程を繰り返す。ここでは、図８において網掛けを付した圧縮室（23）に着目して説明する。

図８(Ａ)において、網掛けを付した圧縮室（23）は、低圧空間（S1）に連通している。また、この圧縮室（23）が形成されている螺旋溝（41）は、同図の下側に位置するゲートロータ（50）のゲート（51）と噛み合わされている。スクリューロータ（40）が回転すると、このゲート（51）が螺旋溝（41）の終端へ向かって相対的に移動し、それに伴って圧縮室（23）の容積が拡大する。その結果、低圧空間（S1）の低圧ガス冷媒が吸入口（24）を通じて圧縮室（23）へ吸い込まれる。

スクリューロータ（40）が更に回転すると、図８(Ｂ)の状態となる。同図において、網掛けを付した圧縮室（23）は、閉じきり状態となっている。つまり、この圧縮室（23）が形成されている螺旋溝（41）は、同図の上側に位置するゲートロータ（50）のゲート（51）と噛み合わされ、このゲート（51）によって低圧空間（S1）から仕切られている。そして、スクリューロータ（40）の回転に伴ってゲート（51）が螺旋溝（41）の終端へ向かって移動すると、圧縮室（23）の容積が次第に縮小する。その結果、圧縮室（23）内のガス冷媒が圧縮される。

スクリューロータ（40）が更に回転すると、図８(Ｃ)の状態となる。同図において、網掛けを付した圧縮室（23）は、高圧通路（11,12,13）に臨む状態となっている。そして、スクリューロータ（40）の回転に伴ってゲート（51）が螺旋溝（41）の終端へ向かって移動すると、圧縮された冷媒ガスが圧縮室（23）から高圧通路（11,12,13）に押し出される。高圧通路（11,12,13）に押し出された冷媒は、高圧空間（S2）へ流入する。そして、高圧空間（S2）に流入した冷媒が、ケーシング（10）に取り付けられた吐出管を通じて、スクリュー圧縮機（1）から吐出される。

なお、圧縮機構（20）では、スクリューロータ（40）の螺旋溝（41）とケーシング（10）の円筒壁（30）とで囲まれた圧縮室（23）が、ゲート（51）によって２つの部分に仕切られている。ゲート（51）によって仕切られた圧縮室（23）は、その一方が低圧空間（S1）に連通し、他方が閉空間となるか或いは高圧空間（S2）と連通している。

−実施形態の効果−
本実施形態では、ゲートロータ（50）のゲート（51）の幅が先端側ほど広くなり、スクリューロータ（40）の螺旋溝（41）の幅がゲート（51）に対応して底側ほど広くなっているので、ゲート（51）が矩形状の場合に比べて、圧縮室（23）の吸入容積が大きくなる。このため、体積流量当たりの冷凍能力が比較的小さいＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒を圧縮する場合であっても、ゲート（51）が矩形状の場合は圧縮室（23）の吸入容積を確保するために圧縮機構（20）の大型化を招くが、本実施形態によれば圧縮機構（20）の大型化を招くことがない。従って、Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒、又はＣ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ冷媒を含む混合冷媒を圧縮するスクリュー圧縮機（1）として、コンパクトな圧縮機を実現することができる。

また、本実施形態では、蒸発器（123）へ供給する冷媒の単位流量当たりの冷却能力を中間圧の冷媒を利用して高めることができるエコノマイザ回路（120）を備える冷媒回路（110）に接続することができるように、スクリュー圧縮機（1）の圧縮機構（20）に中間ポート（15）が設けられている。エコノマイザ回路（120）を利用して蒸発器（123）へ供給する冷媒の単位流量当たりの冷却能力を高める動作を行うと、その動作を行わない場合に比べて、少ない循環量で蒸発器（123）において同じ冷却能力を得ることができる。従って、エコノマイザ回路（120）を備える冷媒回路（110）に接続するスクリュー圧縮機（1）は、エコノマイザ回路（120）を備える冷媒回路（110）に接続できないスクリュー圧縮機（1）に比べて、吸入容積を小さくすることができる。従って、スクリュー圧縮機（1）のさらなるコンパクト化を図ることができる。

《その他の実施形態》
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。

上記実施形態について、スクリュー圧縮機（1）が、スクリューロータ（40）に対して１つのゲートロータ（50）が噛み合うタイプのものであってもよい。

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。

以上説明したように、本発明は、スクリュー圧縮機について有用である。

本発明の実施形態に係るスクリュー圧縮機の要部の構成を示す、図２のI−I線における縦断面図である。 図１のII−II線における横断面図である。 実施形態に係るスクリュー圧縮機の要部の構成を示す斜視図である。 実施形態に係るスクリュー圧縮機においてゲートロータがスクリューロータに噛み合う状態を示すゲートロータの平面図である。 図２のＶ−Ｖ線における横断面図である。 実施形態に係るスクリュー圧縮機が接続される冷媒回路の回路図である。 実施形態に係るスクリュー圧縮機のスクリューロータの展開図である。 実施形態に係る圧縮機構の動作を示す平面図であり、（Ａ）は吸込行程を示し、（Ｂ）は圧縮行程を示し、（Ｃ）は吐出行程示す。 従来のスクリュー圧縮機の要部の構成を示す平面図である。

符号の説明

1 スクリュー圧縮機
20 圧縮機構
23 圧縮室
40 スクリューロータ
41 螺旋溝
50 ゲートロータ
51 ゲート

Claims (5)

1. 外周部に複数の螺旋溝（41）が形成されたスクリューロータ（40）と、該螺旋溝（41）と噛み合わされる複数のゲート（51）が放射状に形成されたゲートロータ（50）とを有し、該螺旋溝（41）を上記ゲート（51）で区画することによって形成される圧縮室（23）で冷媒を圧縮する圧縮機構（20）を備えているスクリュー圧縮機であって、
   上記圧縮機構（20）では、分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒、又は該冷媒を含む混合冷媒が圧縮される一方、
   上記ゲートロータ（50）は、上記ゲート（51）の幅が先端側ほど広くなるように形成され、
   上記スクリューロータ（40）は、上記螺旋溝（41）の幅が上記ゲート（51）に対応して底側ほど広くなるように形成されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 請求項１において、
   上記圧縮機構（20）には、圧力が吸入行程の圧縮室（23）の内圧よりも高く吐出行程の圧縮室（23）の内圧と同等若しくは内圧よりも低い中間圧の冷媒を圧縮室（23）へ注入するための中間ポート（15）が設けられていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
3. 請求項１又は２において、
   上記分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒は、２，３，３，３−テトラフルオロ−１−プロペンであることを特徴とするスクリュー圧縮機。
4. 請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
   上記圧縮機構（20）で圧縮される冷媒は、上記分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒と、ジフルオロメタンとを含む混合冷媒であることを特徴とするスクリュー圧縮機。
5. 請求項１乃至３の何れか１つにおいて、
   上記圧縮機構（20）で圧縮される冷媒は、上記分子式１：Ｃ_３Ｈ_ｍＦ_ｎ（但し、ｍ及びｎは１以上５以下の整数で、ｍ＋ｎ＝６の関係が成立する。）で表され且つ分子構造中に二重結合を１個有する冷媒と、ペンタフルオロエタンとを含む混合冷媒であることを特徴とするスクリュー圧縮機。

Images