JP2011132886A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷が低い運転状態で、スクリュー圧縮機の効率の向上を図る。
【解決手段】第１及び第２圧縮室（23a,23b）を有し、インバータ制御されるスクリュー圧縮機において、第１圧縮室（23a）を、流体が実質的に一定圧力に保持される休止状態、又は流体が圧縮されて圧力上昇する作動状態の２段階に切り替える切替機構（60,70）を設ける。また、インバータ周波数を制御する制御回路（90）を設ける。そして、該制御回路（90）によって、第１及び第２圧縮室（23a,23b）を作動状態にするとインバータ周波数が所定の閾値周波数よりも低下する条件で、第１圧縮室（23a）を休止状態にするとともに、インバータ周波数を増大させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、インバータ制御されるスクリュー圧縮機に関するものである。

冷媒や空気を圧縮する圧縮機として、スクリューロータを電動機で駆動して流体を圧縮するスクリュー圧縮機が用いられることがある。このようなスクリュー圧縮機のなかには、インバータによる電動機の回転数制御（インバータ制御）と、容量制御弁による機械的容量制御とを、単独で用いたり或いは併用して、効率の向上を図ったものがある（例えば、特許文献１を参照）。

特開２００８−３８８７７号公報

ところで、上記のようにインバータ制御が行われるスクリュー圧縮機では、電動機が低速回転になるほど、他の種類の圧縮機（例えばスクロール圧縮機等）と比べ、流体の漏れ量が多くなることを本願発明者は見出した。すなわち、負荷が小さい場合などに、電動機が比較的低い回転数に制御されると、スクリュー圧縮機の吐出量に対する漏れ量の比率が増加し、スクリュー圧縮機の効率が低下するのである。これは、スクリュー圧縮機が、他の種類の圧縮機と比べ、圧縮室において流体をシールする部分が多いのに反して、その多くのシール部分で十分なシール性を確保しにくいためであると考えられる。

本発明は上記の問題に着目してなされたものであり、負荷が低い運転状態で、スクリュー圧縮機の効率の向上を図ることを目的としている。

上記の課題を解決するため、第１の発明は、
インバータ制御によって回転数が制御される電動機（80）と、
外周に螺旋溝（41）が形成され、前記電動機（80）で駆動されるスクリューロータ（40）と、
前記スクリューロータ（40）が収容されるシリンダ（30）と、
前記螺旋溝（41）に噛み合わせられる複数のゲート（51）が放射状に形成され、前記シリンダ（30）の内面壁と前記螺旋溝（41）で囲まれた空間を、第１圧縮室（23a）と第２圧縮室（23b）とにそれぞれ区画する２つのゲートロータ（50）と、
前記第１圧縮室（23a）を、流体が実質的に一定圧力に保持される休止状態、又は流体が圧縮されて圧力上昇する作動状態の２段階に切り替える切替機構（60,70）と、
前記第１及び第２圧縮室（23a,23b）を作動状態にすると前記インバータ制御におけるインバータ周波数が所定の閾値周波数よりも低下する条件で、前記第１圧縮室（23a）を前記休止状態にするとともに、前記インバータ周波数を増大させる制御回路（90）と、
を備えていることを特徴とする。

この構成では、スクリュー圧縮機を所定値よりも小さな値に容量制御する場合には、２つある圧縮室のうち第２圧縮室（23b）のみを作動させて、電動機（80）の回転数、すなわちスクリューロータ（40）の回転数を高めるようにした。それゆえ、本実施形態によれば、小さな値に容量制御する場合において、スクリュー圧縮機の吐出量に対する流体の漏れ量の比率を低減させることが可能になる。

また、第２の発明は、
第１の発明のスクリュー圧縮機において、
前記制御回路（90）は、前記閾値周波数を圧縮比に応じて設定することを特徴とする。

一般的に、スクリュー圧縮機では圧縮比が高くなるほど、低能力域での圧縮機効率の低下が大きくなる傾向にある。これは、圧縮比が高いほど洩れ損失の影響を受けやすいと考えられるからである。したがって、この構成のように、閾値周波数を圧縮比に応じて調整すると、洩れ損失を効果的に低減することが可能になる。

また、第３の発明は、
第１又は第２の発明のスクリュー圧縮機において、
前記切替機構（60,70）は、前記第１圧縮室（23a）を前記作動状態にする第１位置と、前記休止状態にする第２位置とに設定可能な開閉制御弁（60）を備えていることを特徴とする。

この構成により、開閉制御弁（60）の開閉により、第１圧縮室（23a）を休止状態又は作動状態に切り替えることができる。

また、第４の発明は、
第３の発明のスクリュー圧縮機において、
前記開閉制御弁（60）は、前記スクリューロータ（40）の軸方向にスライドすることによって前記第１及び第２の位置の何れかに移動し、前記第２位置において、前記スクリューロータ（40）の外周に面する空間を前記シリンダ（30）の内周側に形成することを特徴とする。

この構成では、スクリューロータ（40）が駆動しても第１圧縮室（23a）では容積変化が起こらない。これにより、第１圧縮室（23a）を休止させることができる。

また、第５の発明は、
第３の発明のスクリュー圧縮機において、
圧縮途中の前記第１圧縮室（23a）と該第１圧縮室（23a）の吸入側とを連通する連通路（130）をさらに備え、
前記開閉制御弁（140）は、前記第２位置において、前記連通路（130）を開状態にすることを特徴とする。

この構成では、開閉制御弁（140）が前記第２位置に制御されると、第１圧縮室（23a）と吸入側が連通路（130）によって均圧させられる。これにより、第１圧縮室（23a）を休止させることができる。

第１の発明によれば、小さな値に容量制御する場合において、吐出量に対する漏れ量の比率を低減することが可能になるので、負荷が低い運転状態で、スクリュー圧縮機の効率の向上を図ることが可能になる。

また、第２の発明によれば、洩れ損失を効果的に低減することが可能になるので、より大きなスクリュー圧縮機の効率の向上を期待できる。

また、第３の発明によれば、弁の開閉により、圧縮室の状態（休止状態又は作動状態）を容易に切り替えることが可能になる。

また、第４の発明によれば、従来からあるスライドバルブと同様の構造を採用できるので、容易にスクリュー圧縮機を構成することができる。

また、第５の発明によれば、簡単な構造で圧縮室の状態（休止状態又は作動状態）を切り替えることが可能になる。

発明の実施形態１に係るスクリュー圧縮機の要部の構成を示す縦断面図である。 スクリュー圧縮機の要部を抜き出して示す斜視図である。 開閉制御弁が右端にスライドさせられた状態を示す図である。 冷凍能力比と圧縮機効率との関係を示す図である。 スクリュー圧縮機の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）は吐出行程を示している。 制御部による運転モードの制御動作を示すフローチャートである。 実施形態１の変形例に係るスクリュー圧縮機の構成を示す断面図である。 実施形態１の変形例に係るスクリュー圧縮機の運転を開始する際の各開閉制御弁の状態を示す図である。 発明の実施形態２に係るスクリュー圧縮機の要部の構成を示す縦断面図である。 発明の実施形態２に係るスクリュー圧縮機において、両方のＶＩ制御バルブが左端にスライドさせられた状態を示す図である。 発明の実施形態２に係るスクリュー圧縮機の片側運転モード時におけるＶＩ制御バルブの状態を示す図である 第２圧縮室を低ＶＩ運転状態に制御した状態を示す図である。 発明の実施形態３に係るスクリュー圧縮機の構成を模式的に表した図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の実施形態は、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。

《発明の実施形態１》
《実施形態の概要》
図１は、本発明の実施形態１に係るシングルスクリュー圧縮機（1）（以下、単にスクリュー圧縮機と言う。）の要部の構成を示す縦断面図である。このスクリュー圧縮機（1）は、冷凍サイクルを行う冷媒回路に設けられて冷媒を圧縮するためのものである。この例では、スクリュー圧縮機（1）は、圧縮機構（20）とそれを駆動する電動機（80）とが、図１に示す金属製のケーシング（10）に収容されている。電動機（80）は、インバータ回路（100）を介して電力が供給され、回転数がインバータ制御されるようになっている。なお、図１等における白抜きの矢印は、冷媒の流れを示している。

圧縮機構（20）は、駆動軸（21）を介して電動機（80）と連結されている。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流入する高圧空間（S2）とが区画形成されている。以下ではスクリュー圧縮機（1）の各部の構成について詳述する。

なお、以下の説明において、スクリュー圧縮機（1）の圧縮室が作動状態であるとは、スクリューロータが駆動すると、圧縮室で流体が圧縮されて圧力上昇しうる状態であることを意味している。

また、圧縮室が休止状態であるとは、圧縮室が実質的に一定圧力に保持される状態を意味している。ここで、実質的に一定とは、圧力変動がゼロの状態の他に、圧縮室内の圧力が変動していても、平均的にはその変動をゼロとみなせる場合も含んでいる。

《スクリュー圧縮機（1）の各部の構成》
〈圧縮機構（20）〉
圧縮機構（20）は、シリンダ（30）、駆動軸（21）、１つのスクリューロータ（40）、２つのゲートロータ（50）、及び開閉制御弁（60）を備えている。シリンダ（30）は、ケーシング（10）内に形成された円筒壁である。このシリンダ（30）の中には、スクリューロータ（40）が配置されている。また、このスクリューロータ（40）には、駆動軸（21）が挿通されている。

この駆動軸（21）は、スクリューロータ（40）と同軸上に配置されている。また、駆動軸（21）の先端部は、圧縮機構（20）の高圧側（図１における駆動軸（21）の軸方向を左右方向とした場合の右側）に位置する軸受（36）に支持されている。

〈スクリューロータ（40）〉
上記スクリューロータ（40）は、図２に示すように、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（30）に回転可能に嵌合しており、その外周面がシリンダ（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２における手前側の端部が始端となり、同図における奥側の端部が終端となっている。また、スクリューロータ（40）は、同図における手前側の端部（吸入側の端部）がテーパー状に形成されている。図２に示すスクリューロータ（40）では、テーパー面状に形成されたその手前側の端面に螺旋溝（41）の始端が開口する一方、その奥側の端面には螺旋溝（41）の終端は開口していない。このスクリュー圧縮機（1）では、螺旋溝（41）の開口側（吸入側の端部）が低圧空間（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。

〈ゲートロータ（50）〉
各ゲートロータ（50）は、樹脂製の部材である。各ゲートロータ（50）には、長方形板状に形成された複数（本実施形態では、１１枚）のゲート（51）が放射状に設けられている。各ゲートロータ（50）は、シリンダ（30）の外側に、スクリューロータ（40）の回転軸に対して軸対称となるように配置されている。つまり、本実施形態のスクリュー圧縮機（1）では、二つのゲートロータ（50）が、スクリューロータ（40）の回転中心軸周りに等角度間隔（本実施形態では１８０°間隔）で配置されている。各ゲートロータ（50）の軸心は、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）がシリンダ（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。

各ゲートロータ（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２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。

〈圧縮室（23）〉
この圧縮機構（20）では、シリンダ（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。この例では、ゲートロータ（50）が２つ設けられているので、２つの圧縮室（23）が形成される。これを図２で見ると、各ゲート（51）で形成された面よりも上方側と下方側にそれぞれ圧縮室（23）が形成されている。以下では、２つの圧縮室（23）を区別するため、各ゲート（51）で形成された面よりも上方側（ここでの上下は図２における方向）の圧縮室（23）を第１圧縮室（23a）と呼び、下方側の圧縮室（23）を第２圧縮室（23b）と呼ぶ。なお、シリンダ（30）は、第２圧縮室（23b）に面し、且つ螺旋溝（41）の終端付近となる位置に第２圧縮室（23b）用の吐出口（26）が形成されている。

〈開閉制御弁（60）〉
開閉制御弁（60）は、第１圧縮室（23a）を前記作動状態にする第１位置と、前記休止状態にする第２位置とに設定可能な開閉制御弁である。すなわち、この開閉制御弁（60）は、本発明の開閉制御弁の一例である。

より具体的には、本実施形態の開閉制御弁（60）は、シリンダ（30）に形成された開閉制御弁収納部（31）内に設けられている。開閉制御弁収納部（31）は、シリンダ（30）において第１圧縮室（23a）に面した部分の一部においてが該シリンダ（30）の径方向外側に膨出した部分であって、吐出側の端部（図１における右端部）から吸入側の端部（同図における左端部）へ向かって延び、その断面は概ね半円筒形状に形成されている。

そして、この開閉制御弁（60）は、開閉制御弁収納部（31）へ挿入されて左右（図１における駆動軸（21）の軸方向を左右方向とする）にスライドできるようになっている。例えば、左端にスライドした状態では、開閉制御弁（60）はスクリューロータ（40）の外周面と摺接し、第１圧縮室（23a）において流体の圧縮が可能になる。すなわち、開閉制御弁（60）が左端にスライドした位置が、本発明の第１位置に該当する。なお、開閉制御弁（60）には、第１圧縮室（23a）の流体を高圧空間（S2）に導出するための吐出口（25）が形成されている。この吐出口（25）は、開閉制御弁（60）が第１位置にある状態で、第１圧縮室（23a）と高圧空間（S2）の両方に開口し、第１圧縮室（23a）と高圧空間（S2）とを連通させるようになっている（図１を参照）。

一方、図３は、開閉制御弁（60）が右端にスライドさせられた状態を示す図である。このように開閉制御弁（60）が右端へスライドさせられると、開閉制御弁（60）は、スクリューロータ（40）の外周面から離れた状態になる。この状態では、開閉制御弁収納部（31）によって、スクリューロータ（40）の外周に面した空間が形成される。このような空間が形成されると、第１圧縮室（23a）を形成している螺旋溝（41）同士が繋がることになり、第１圧縮室（23a）では、スクリューロータ（40）が駆動しても、流体の圧縮が行われない。すなわち、第１圧縮室（23a）が休止状態になる。すなわち、開閉制御弁（60）が右端にスライドさせられた位置が、本発明の第２位置に該当する。なお、図３に示すように、このスクリュー圧縮機（1）では、前記休止状態では、吐出口（25）は閉じるようになっている。

以上のように、本実施形態の開閉制御弁（60）は、スクリューロータ（40）の軸方向にスライドすることによって前記第１及び第２の位置の何れかに移動し、第２位置において、スクリューロータ（40）の外周に面する空間をシリンダ（30）の内周側に形成する。

〈開閉制御弁駆動機構（70）〉
このスクリュー圧縮機（1）には、開閉制御弁（60）をスライド駆動させるための開閉制御弁駆動機構（70）が設けられている。開閉制御弁駆動機構（70）は、シリンダ（71）と、該シリンダ（71）内に装填されたピストン（72）と、ピストンロッド（73）とを備えている。

図１に示す開閉制御弁駆動機構（70）では、ピストン（72）の左右の空間の圧力を調整することによって、開閉制御弁（60）の位置を、前記第１及び第２位置の何れかに調整するように構成されている。この開閉制御弁駆動機構（70）と開閉制御弁（60）とは、第１圧縮室（23a）を、流体が実質的に一定圧力に保持される休止状態、又は流体が圧縮されて圧力上昇する作動状態の２段階に切り替える切替機構を構成している。

〈制御回路（90）、インバータ回路（100）〉
インバータ回路（100）は、入力された交流を所定の周波数、及び電圧を有した交流に変換して出力する回路である。インバータ回路（100）は、出力電力を電動機（80）に供給している。

また、制御回路（90）は、マイクロコンピュータと、それを作動させるプログラムとを備えている。この制御回路（90）は、インバータ回路（100）の出力周波数（以下、インバータ周波数と呼ぶ）の制御と、開閉制御弁（60）の開閉制御を行うようになっている。より具体的には、第１及び第２圧縮室（23a,23b）の両方を作動状態にするとインバータ周波数が所定値（閾値周波数）よりも低下する条件で、第１圧縮室（23a）を休止状態にするとともに、インバータ周波数を増大させるようになっている。すなわち、このスクリュー圧縮機（1）では、両方の圧縮室を作動させる運転モード（両側運転モード）と、一方の圧縮室を休止させる運転モード（片側運転モード）の２つの運転モードがある。なお、上記の運転モードを選択するため、制御回路（90）には、電動機（80）の現在の回転数、冷媒回路における高圧圧力、低圧圧力、チラー冷水温度などを示す信号が入力されている。

上記の閾値周波数は、このスクリュー圧縮機（1）の効率がなるべく大きくなるように設定する。例えば図４は、両方の圧縮室（23a,23b）を作動状態にした場合と、第２圧縮室（23b）のみを作動状態にした場合のそれぞれの場合について、冷凍能力比と圧縮機効率との関係をプロットしたものである。図４は、圧縮比が異なる３つのケース（ケース１〜３）を例示している。ここで、冷凍能力比とは、このスクリュー圧縮機（1）が用いられる冷凍回路（冷凍装置）における冷凍能力を、所定の条件下における冷凍能力を基準値とした比で現したものである。この例では、基準値として、インバータ周波数（例えば６０Ｈｚ）で両方の圧縮室（23a,23b）を作動させた場合に得られる冷凍能力を採用している。同図に示すように、両方の圧縮室（23a,23b）を作動状態にした場合の圧縮機効率を示す曲線と、第２圧縮室（23b）のみを作動状態にした場合の圧縮機効率を示す曲線が交差したポイントがある。そこで、上記閾値周波数としては、スクリュー圧縮機（1）の圧縮比に応じた交差ポイントを求め、その交差ポイント付近の冷凍能力比に対応したインバータ周波数を選択することが考えられる。

一般的に、スクリュー圧縮機では冷媒回路の運転状態下変化して圧縮比が高くなるほど、低能力域での圧縮機効率の低下が大きくなる傾向にある。これは、圧縮比が高いほど洩れ損失の影響を受けやすいと考えられるからである。すなわち、上記の交差ポイントは、圧縮比に応じて変動すると考えられ、スクリュー圧縮機（1）の圧縮比に応じて、閾値周波数を設定するとよい。例えば、図４のＣＡＳＥ２では、交差ポイントにおける冷凍能力比は、およそ６０％である。一般的に圧縮機や冷凍回路には種々のロスがあるので、この交差ポイントのインバータ周波数は、冷凍能力が１００％の時のインバータ周波数（６０Ｈｚ）の６０％（３６Ｈｚ）よりも少し高い周波数となると考えられる。

《スクリュー圧縮機（1）の運転動作》
〈運転動作の概要〉
先ず、スクリュー圧縮機（1）の全体的な運転動作について、図５を参照しながら説明する。この図５は、スクリュー圧縮機（1）の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）は吐出行程を示している。なお、第１及び第２圧縮室（23a,23b）の何れにおいても、各工程における状態は同じであるので、運転動作の概要説明においては、両圧縮室（23a,23b）を区別せずに説明する。

スクリュー圧縮機（1）において電動機（80）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。

図５（Ａ）において、ドットを付した圧縮室（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５（Ｂ）の状態となる。同図において、ドットを付した圧縮室（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５（Ｃ）の状態となる。同図において、ドットを付した圧縮室（23）は、吐出口（25）を介して高圧空間（S2）と連通した状態となっている。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）から高圧空間（S2）へ押し出されてゆく。

〈運転モードの切り替え動作〉
既述のとおり、このスクリュー圧縮機（1）には、両方の圧縮室を作動させる運転モード（両側運転モード）と、一方の圧縮室のみを作動させる運転モード（片側運転モード）の２つの運転モードがある。この運転モードの切り替えは、開閉制御弁（60）の切替とインバータ周波数の制御で実現し、開閉制御弁（60）の切り替えやインバータ周波数の制御は、制御回路（90）が行う。既出の図1は、両側運転モードにおける開閉制御弁（60）の状態を示し、図３は、片側運転モードにおける開閉制御弁（60）の状態をそれぞれ示している。また、図６は、制御回路（90）による運転モードの制御動作を示すフローチャートである。

図６におけるステップ（ST1）では、制御回路（90）が、冷媒回路における高圧圧力、低圧圧力、チラー冷水温度などを示す信号を検知する。次のステップ（ST2）においては、制御回路（90）は、検知したチラー冷水温度等に基づいて、冷媒回路に求められる冷凍能力（目標冷凍能力）を決定する。また、ステップ（ST3）において、制御回路（90）は、現在の電動機（80）（圧縮機構（20））の回転数、冷媒回路の高圧圧力、低圧圧力を検出する。

そして、ステップ（ST4）において、制御回路（90）は、ステップ（ST3）での検出結果に基づいて、前記目標冷凍能力を発揮するには運転モードを片側運転モードとすべきか、両側運転モードとすべきかを判断する。具体的には、制御回路（90）は、前記目標冷凍能力を両側運転モードで発揮させる場合の電動機（80）の回転数、すなわちインバータ周波数（目標インバータ周波数と呼ぶ）を求め、目標インバータ周波数と閾値周波数とを比較する。その結果、目標インバータ周波数が閾値周波数よりも低い場合には、片側運転モードにすべきと判断し、閾値周波数以上の場合には、両側運転モードにすべきと判断する。そして、両側運転モードにすべきと判断した場合には、制御回路（90）はステップ（ST5）の処理に移行し、片側運転モードにすべきと判断した場合にはステップ（ST6）の処理に移行する。

〈ステップ（ST5）：両側運転モード〉
（１）現時点の運転モードが片側運転モードの場合
上記のようにステップＳＴ４において両側運転モードにすべきと判断した場合に、例えば、現時点の運転モードが片側運転モードであれば、制御回路（90）は、開閉制御弁駆動機構（70）を制御して、開閉制御弁（60）を第１位置（図１の左方向）にスライドさせる（図1を参照）。これにより、開閉制御弁（60）はスクリューロータ（40）の外周面と摺接し、第１圧縮室（23a）において流体の圧縮が可能になる。

そして、制御回路（90）は、インバータ回路（100）のインバータ周波数をステップ（ST3）で求めた周波数に制御する。これにより、電動機（80）は、インバータ周波数に応じた回転数に制御され、第１及び第２圧縮室（23a,23b）からは、該回転数に応じた流体（冷媒）が吐出される。その後、制御回路（90）は、再びステップ（ST1）の処理に移行する。

（２）現時点の運転モードが両側運転モードの場合
なお、現時点の運転モードがすでに両側運転モードであれば、上記のような開閉制御弁（60）の制御は必要ない。制御回路（90）は、インバータ周波数を上記ステップ（ST4）で求めた周波数に制御する。すなわち、インバータ制御による容量制御が行われるのである。

〈ステップ（ST6）：片側運転モード〉
このステップでは、まず、制御回路（90）は、冷媒回路に求められる冷凍能力を片側運転モードで発揮させる場合の電動機（80）の回転数、すなわちインバータ周波数を求める。

（１）現時点の運転モードが両側運転モードの場合
例えば、現時点の運転モードが両側運転モードであれば、制御回路（90）は、第１圧縮室（23a）を休止状態にし、第２圧縮室（23b）のみを作動状態に制御する。具体的には、制御回路（90）は、開閉制御弁駆動機構（70）を制御して、開閉制御弁（60）を第２位置（図１の右方向）にスライドさせる（図３を参照）。これにより、開閉制御弁（60）は、スクリューロータ（40）の外周面から離れた状態になる。この状態では、開閉制御弁収納部（31）によって、スクリューロータ（40）の外周に面した空間が形成される。このように空間が形成されると、第１圧縮室（23a）を形成している螺旋溝（41）同士が繋がることになり、第１圧縮室（23a）では、スクリューロータ（40）が駆動しても、流体の圧縮が行われない。すなわち、第１圧縮室（23a）が休止状態になる。

さらに、制御回路（90）は、インバータ回路（100）のインバータ周波数をこのステップ（ST6）で求めた周波数に制御する。両側運転モードから片側運転モードに切り替えることにより、スクリュー圧縮機（1）の容量は約１／２になるので、このステップ（ST6）で求めたインバータ周波数は、ステップ（ST4）で求めた目標インバータ周波数よりも大きな値となる。

例えば、閾値周波数が３０Ｈｚ、ステップ（ST4）で求めた目標インバータ周波数が２５Ｈｚであったとすれば、両側運転モードから片側運転モードに移行することにより、理論上は、インバータ周波数を２倍の周波数である５０Ｈｚにすることができる。実際には、圧縮室（23）における漏れなど考慮して、さらに高い周波数に制御することになると考えられる。

このように、運転モードが両側運転モードから片側運転モードに移行すると、電動機（80）の回転数は、現状よりも上昇することになる。これにより、第２圧縮室（23b）からは、該回転数に応じた流体（冷媒）が吐出される。その後、制御回路（90）は、再びステップ（ST1）の処理に移行する。

（２）現時点の運転モードが片側運転モードの場合
現時点の運転モードがすでに片側運転モードであれば、上記のような開閉制御弁（60）の制御は必要ない。制御回路（90）は、インバータ周波数をこのステップ（ST6）で求めた周波数に制御する。すなわち、インバータ制御による容量制御が行われるのである。

《本実施形態における効果》
以上のように、本実施形態では、スクリュー圧縮機（1）を所定値よりも小さな値に容量制御する場合には、２つある圧縮室の一方のみを作動させて、電動機（80）の回転数、すなわちスクリューロータ（40）の回転数を高めるようにした。それゆえ、本実施形態によれば、小さな値に容量制御する場合において、吐出量に対する漏れ量の比率を低減することが可能になる。すなわち、負荷が低い運転状態で、スクリュー圧縮機（1）の効率の向上を図ることが可能になるのである。

《実施形態１の変形例》
図７は、実施形態１の変形例に係るスクリュー圧縮機の構成を示す断面図である。この変形例では、開閉制御弁（60）と同様の機構である第２開閉制御弁（110）を第２圧縮室（23b）の側に設けてある。この第２開閉制御弁（110）は、両側運転モード及び片側運転モードの場合には、左端にスライドした状態に制御される。図７は、（Ａ）が両側運転モードにおける各開閉制御弁（60,110）の状態、（B）が 片側運転モードにおける各開閉制御弁（60,110）の状態を示している。

一方、図８は、本変形例に係るスクリュー圧縮機の運転を開始する際の各開閉制御弁（60,110）の状態を示す図である。図８に示すように、スクリュー圧縮機（1）の運転を開始する際には、第２開閉制御弁（110）は、開閉制御弁（60）とともに、右端にスライドした状態に制御される。このように両開閉制御弁（60,110）が右端にスライドした状態になると、何れの圧縮室（23a,23b）でも圧縮が行われない。すなわち、運転の開始時における電動機（80）の負荷を軽減することが可能になり、スムーズにスクリュー圧縮機の運転を開始することが可能になる。

《発明の実施形態２》
図９は、本発明の実施形態２に係るスクリュー圧縮機（2）の要部の構成を示す縦断面図である。スクリュー圧縮機（2）は、切替機構の構成が実施形態１の構成と異なっている。具体的には、このスクリュー圧縮機（2）は、開閉制御弁（60）の代わりに、ＶＩ制御バルブ（120）を備えている（ＶＩ：容積比）。本実施形態では、ＶＩ制御バルブ（120）は、第１及び第２圧縮室（23a,23b）の両方に設けられている。これらのＶＩ制御バルブ（120）は、圧縮比の制御機能と容量制御機能の両方をあわせ持ったバルブである。

本実施形態のＶＩ制御バルブ（120）は、開閉制御弁（60）と同様に、吐出口（25）を有し、開閉制御弁収納部（31）に収容されている。そして、これらのＶＩ制御バルブ（120）は、開閉制御弁駆動機構（70）でスライドさせられるようになっている。ＶＩ制御バルブ（120）がスライドすると、吐出口（25）の位置が変化し、その結果、吐出口（25）の開度及び圧縮工程の終了位置が変化するようになっている。例えば、図９は、ＶＩ制御バルブ（120）が右寄りにスライドさせられた状態を示し、この状態では吐出口（25）が螺旋溝（41）のほぼ終端付近で開口している（以下、この状態を高ＶＩ運転状態とよぶ）。スクリュー圧縮機（2）では、この状態が最も吐出のタイミングが遅い状態であり、圧縮比が最も大きくなる。また、図１０は、両方のＶＩ制御バルブ（120）が左端にスライドさせられた状態を示し、この状態では、吐出口（25）が螺旋溝（41）の中間付近で開口している（以下、この状態を低ＶＩ運転状態とよぶ）。これにより、前記高ＶＩ運転状態（図９を参照）よりも吐出のタイミングが早くなり、高ＶＩ運転状態よりも圧縮比は小さくなる。

また、図１１では、第１圧縮室（23a）側のＶＩ制御バルブ（120）が最も右にスライドしている。この図１１は、片側運転モード時のＶＩ制御バルブ（120）の状態を示す図である。このスクリュー圧縮機（2）では、このようにＶＩ制御バルブ（120）が右端へスライドすると、該ＶＩ制御バルブ（120）は、スクリューロータ（40）の外周面から離れた状態になる。この状態では、開閉制御弁収納部（31）によって、スクリューロータ（40）の外周に面した空間が形成される。このような空間が形成されると、第１圧縮室（23a）を形成している螺旋溝（41）同士が繋がることになり、スクリューロータ（40）が駆動しても、第１圧縮室（23a）では流体の圧縮が行われない。すなわち、第１圧縮室（23a）が休止状態になる。このようにＶＩ制御バルブ（120）が右端にスライドした位置が、本発明の第２位置に該当する。なお、図１１に示すように、このスクリュー圧縮機（2）では、前記休止状態では、吐出口（25）は閉じるようになっている。

《スクリュー圧縮機（2）の運転動作》
このスクリュー圧縮機（2）でも、実施形態１のスクリュー圧縮機（1）のように、両側運転モード、及び片側運転モードの何れかの運転状態に制御される。この場合、例えば、現在の圧縮比に応じて、前記閾値周波数を設定することが考えられる。

〈両側運転モード〉
例えば、両側運転モードでは、２つのＶＩ制御バルブ（120）を同時にスライドさせて、このスクリュー圧縮機（2）が最も高効率となるように、第１及び第２圧縮室（23a,23b）の圧縮率を制御する。具体的には制御回路（90）が、上記低ＶＩ運転状態となる位置と高ＶＩ運転状態となる位置との間を、ＶＩ制御バルブ（120）をリニアにスライドさせる。このとき、制御回路（90）は、運転状態（スクリュー圧縮機（2）の負荷の状態）に応じて、インバータ回路（100）を制御することによって電動機（80）の回転数を制御し、容量制御も行う。

〈片側運転モード〉
また、片側運転モードでは、制御回路（90）は、第１圧縮室（23a）側のＶＩ制御バルブ（120）を前記第２位置に制御する。これにより、ＶＩ制御バルブ（120）は、スクリューロータ（40）の外周面から離れた状態になる。この状態では、開閉制御弁収納部（31）によって、スクリューロータ（40）の外周に面した空間が形成される。このように空間が形成されると、第１圧縮室（23a）を形成している螺旋溝（41）同士が繋がることになり、第１圧縮室（23a）では、スクリューロータ（40）が駆動しても、流体の圧縮が行われない。すなわち、第１圧縮室（23a）が休止状態になる。

そして、制御回路（90）は第２圧縮室（23b）側のＶＩ制御バルブ（120）をスライドさせて、このスクリュー圧縮機（2）が最も高効率となるように、第２圧縮室（23b）の圧縮率を制御する。例えば、図１２は、第２圧縮室（23b）側のＶＩ制御バルブ（120）を低ＶＩ運転状態に制御した状態を示している。なお、この片側運転モードでも、制御回路（90）は、運転状態（スクリュー圧縮機（2）の負荷の状態）に応じて、インバータ回路（100）を制御することによって電動機（80）の回転数を制御し、スクリュー圧縮機（2）の容量制御も行う。

《発明の実施形態３》
図１３は、本発明の実施形態３に係るスクリュー圧縮機（3）の構成を模式的に表した図である。このスクリュー圧縮機（3）は、圧縮途中の第１圧縮室（23a）と該第１圧縮室（23a）の吸入側（すなわち低圧空間（S1））とを連通することによって第１圧縮室（23a）を休止状態にするようになっている。

具体的には、このスクリュー圧縮機（3）では、シリンダ（30）の内面壁と第１圧縮室（23a）の吸入側にそれぞれ開口する連通路（130）を、ケーシング（10）に形成している。そして、連通路（130）の途中には、電磁弁（140）（本発明の開閉制御弁に対応する）を設けてあり、この電磁弁（140）の開閉は、制御回路（90）で制御するようになっている。これにより、電磁弁（140）を開状態（本発明の第２位置に対応する）にすると、第１圧縮室（23a）と該第１圧縮室（23a）の吸入側が均圧状態となる。すなわち、第１圧縮室（23a）が休止状態になる。そして、本実施形態においても、制御回路（90）は、スクリュー圧縮機（3）の運状態を、両側運転モード、及び片側運転モードの何れかの運転状態に制御する。

本発明は、インバータ制御されるスクリュー圧縮機として有用である。

１，２，３ スクリュー圧縮機
２３ａ 第１圧縮室
２３ｂ 第２圧縮室
３０ シリンダ
４０ スクリューロータ
４１ 螺旋溝
５０ ゲートロータ
５１ ゲート
６０ 開閉制御弁
７０ 開閉制御弁駆動機構（切替機構）
８０ 電動機
９０ 制御回路
１３０ 連通路
１４０ 電磁弁（開閉制御弁）

Claims (5)

1. インバータ制御によって回転数が制御される電動機（80）と、
   外周に螺旋溝（41）が形成され、前記電動機（80）で駆動されるスクリューロータ（40）と、
   前記スクリューロータ（40）が収容されるシリンダ（30）と、
   前記螺旋溝（41）に噛み合わせられる複数のゲート（51）が放射状に形成され、前記シリンダ（30）の内面壁と前記螺旋溝（41）で囲まれた空間を、第１圧縮室（23a）と第２圧縮室（23b）とにそれぞれ区画する２つのゲートロータ（50）と、
   前記第１圧縮室（23a）を、流体が実質的に一定圧力に保持される休止状態、又は流体が圧縮されて圧力上昇する作動状態の２段階に切り替える切替機構（60,70）と、
   前記第１及び第２圧縮室（23a,23b）を作動状態にすると前記インバータ制御におけるインバータ周波数が所定の閾値周波数よりも低下する条件で、前記第１圧縮室（23a）を前記休止状態にするとともに、前記インバータ周波数を増大させる制御回路（90）と、
   を備えていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 請求項１のスクリュー圧縮機において、
   前記制御回路（90）は、前記閾値周波数を圧縮比に応じて設定することを特徴とするスクリュー圧縮機。
3. 請求項１又は請求項２のスクリュー圧縮機において、
   前記切替機構（60,70）は、前記第１圧縮室（23a）を前記作動状態にする第１位置と、前記休止状態にする第２位置とに設定可能な開閉制御弁（60）を備えていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
4. 請求項３のスクリュー圧縮機において、
   前記開閉制御弁（60）は、前記スクリューロータ（40）の軸方向にスライドすることによって前記第１及び第２の位置の何れかに移動し、前記第２位置において、前記スクリューロータ（40）の外周に面する空間を前記シリンダ（30）の内周側に形成することを特徴とするスクリュー圧縮機。
5. 請求項３のスクリュー圧縮機において、
   圧縮途中の前記第１圧縮室（23a）と該第１圧縮室（23a）の吸入側とを連通する連通路（130）をさらに備え、
   前記開閉制御弁（140）は、前記第２位置において、前記連通路（130）を開状態にすることを特徴とするスクリュー圧縮機。

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