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

スクリュー圧縮機 Download PDF

Info

Publication number
JP2011132886A
JP2011132886A JP2009292899A JP2009292899A JP2011132886A JP 2011132886 A JP2011132886 A JP 2011132886A JP 2009292899 A JP2009292899 A JP 2009292899A JP 2009292899 A JP2009292899 A JP 2009292899A JP 2011132886 A JP2011132886 A JP 2011132886A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
compression chamber
screw compressor
control valve
compression
state
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2009292899A
Other languages
English (en)
Other versions
JP5445118B2 (ja
Inventor
Nozomi Goto
望 後藤
Shigeharu Shikano
茂治 鹿野
Norio Matsumoto
典生 松本
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daikin Industries Ltd
Original Assignee
Daikin Industries Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daikin Industries Ltd filed Critical Daikin Industries Ltd
Priority to JP2009292899A priority Critical patent/JP5445118B2/ja
Publication of JP2011132886A publication Critical patent/JP2011132886A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP5445118B2 publication Critical patent/JP5445118B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Landscapes

  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

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。
JP2009292899A 2009-12-24 2009-12-24 スクリュー圧縮機 Active JP5445118B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009292899A JP5445118B2 (ja) 2009-12-24 2009-12-24 スクリュー圧縮機

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2009292899A JP5445118B2 (ja) 2009-12-24 2009-12-24 スクリュー圧縮機

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2011132886A true JP2011132886A (ja) 2011-07-07
JP5445118B2 JP5445118B2 (ja) 2014-03-19

Family

ID=44345887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2009292899A Active JP5445118B2 (ja) 2009-12-24 2009-12-24 スクリュー圧縮機

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP5445118B2 (ja)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014047708A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Mitsubishi Electric Corp スクリュー圧縮機
WO2014103520A1 (ja) * 2012-12-28 2014-07-03 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
WO2016199292A1 (ja) * 2015-06-12 2016-12-15 三菱電機株式会社 スクリュー圧縮機および冷凍装置
WO2017175298A1 (ja) * 2016-04-05 2017-10-12 三菱電機株式会社 スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置
KR20180000642A (ko) * 2016-06-23 2018-01-03 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
JPWO2017149659A1 (ja) * 2016-03-01 2018-09-20 三菱電機株式会社 スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置
WO2020026333A1 (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 三菱電機株式会社 スクリュー圧縮機及び冷凍サイクル装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54158711A (en) * 1978-03-21 1979-12-14 Omphal Sa Rotary fluid machine and method of reducing capacity
JPH03185293A (ja) * 1989-12-15 1991-08-13 Hitachi Ltd スクリュー等回転容積機械
JPH046349A (ja) * 1990-04-24 1992-01-10 Toshiba Corp 冷凍サイクル装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54158711A (en) * 1978-03-21 1979-12-14 Omphal Sa Rotary fluid machine and method of reducing capacity
JPH03185293A (ja) * 1989-12-15 1991-08-13 Hitachi Ltd スクリュー等回転容積機械
JPH046349A (ja) * 1990-04-24 1992-01-10 Toshiba Corp 冷凍サイクル装置

Cited By (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014047708A (ja) * 2012-08-31 2014-03-17 Mitsubishi Electric Corp スクリュー圧縮機
WO2014103520A1 (ja) * 2012-12-28 2014-07-03 ダイキン工業株式会社 冷凍装置
JP2014129986A (ja) * 2012-12-28 2014-07-10 Daikin Ind Ltd 冷凍装置
WO2016199292A1 (ja) * 2015-06-12 2016-12-15 三菱電機株式会社 スクリュー圧縮機および冷凍装置
JPWO2017149659A1 (ja) * 2016-03-01 2018-09-20 三菱電機株式会社 スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置
WO2017175298A1 (ja) * 2016-04-05 2017-10-12 三菱電機株式会社 スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置
KR20180000642A (ko) * 2016-06-23 2018-01-03 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
KR20180000645A (ko) * 2016-06-23 2018-01-03 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
KR20180000646A (ko) * 2016-06-23 2018-01-03 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
KR101909240B1 (ko) 2016-06-23 2018-10-17 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
KR101985003B1 (ko) 2016-06-23 2019-06-03 현대중공업 주식회사 증발가스 재액화 시스템 및 선박
WO2020026333A1 (ja) * 2018-07-31 2020-02-06 三菱電機株式会社 スクリュー圧縮機及び冷凍サイクル装置

Also Published As

Publication number Publication date
JP5445118B2 (ja) 2014-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5445118B2 (ja) スクリュー圧縮機
US7976287B2 (en) Capacity variable type twin rotary compressor and driving method thereof
JP4614009B1 (ja) スクロール圧縮機
EP1953388B1 (en) Multistage compressor
US20080307809A1 (en) Capacity Variable Type Rotary Compressor and Driving Method Thereof
JP2001165073A (ja) スクロール圧縮機および空気調和機
EP2679930A1 (en) Refrigeration cycle apparatus
JPWO2012114455A1 (ja) スクロール圧縮機
JP6291533B2 (ja) 高圧圧縮機及びそれを備えた冷凍サイクル装置
JP2012137207A (ja) 冷凍サイクル装置
JP5228905B2 (ja) 冷凍装置
JP2009209928A (ja) 圧縮機及び冷凍装置
JP2007138919A (ja) 2段スクリュ圧縮機及びそれを用いた2段圧縮冷凍機
WO2011040039A1 (ja) スクリュー圧縮機
KR20050012633A (ko) 용량 조절식 스크롤 압축기
WO2011114636A1 (ja) シングルスクリュー圧縮機
JP2011196224A (ja) シングルスクリュー圧縮機
WO2020011126A1 (zh) 螺杆压缩机系统以及包含该螺杆压缩机系统的换热系统
WO2011104879A1 (ja) スクロール圧縮機
JP2013053579A (ja) ロータリ圧縮機
JP2013104368A (ja) ロータリ圧縮機
JP2013177868A (ja) スクリュー圧縮機
JP2016020651A (ja) スクリュー圧縮機
JP2011132830A (ja) シングルスクリュー圧縮機
JP5330776B2 (ja) 多段圧縮機

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20121005

RD02 Notification of acceptance of power of attorney

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422

Effective date: 20121011

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20130716

A977 Report on retrieval

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007

Effective date: 20130718

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20130902

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20131126

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20131209

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5445118

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151