JP2012047157A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】過圧縮を軽減する弁体の打撃音や振動を低減する。
【解決手段】吐出ケーシング１６には、メインケーシング１５の端面２１に当接してボアの開口を覆う吐出側端面２４と、吐出側端面２４に形成された吐出ポートと、圧縮作動室３６Ｂから吐出ポートを介して圧縮ガスが吐出される吐出室と、前記吐出側端面における雌ロータ１４Ｂ側の吐出ポートの近傍で雌ロータの回転方向とは反対側の位置で開口する弁孔２８と、弁孔と吐出流路とを連通するバイパス溝２９と、前記弁孔に設けられた弁体３１が設けられている。また、前記弁体を開閉させるための弁体駆動装置３０と、前記圧縮作動室に過圧縮が発生しているか否かを検知し、過圧縮の発生が検知された場合に前記弁体を開くように前記弁体駆動装置を制御する制御装置とを備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、空気調和機、チラーユニット、冷凍機などの冷凍サイクルを構成する装置に用いるのに好適なスクリュー圧縮機に関する。

空気調和機やチラーユニットなどにスクリュー圧縮機を用いた場合、広範囲の吸入圧力や吐出圧力で使用するため、運転条件によっては吐出圧力よりもスクリューロータ歯溝内の圧力が高くなる（以下、過圧縮という）可能性がある。そこで、過圧縮を軽減するためのスクリュー圧縮機が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のスクリュー圧縮機は、回転軸が略平行で互いに噛み合いながら回転する雄ロータ（主ロータ）及び雌ロータ（副ロータ）と、これら雄ロータ及び雌ロータの歯部を収納するボア、並びにこのボアのロータ軸方向吐出側が開口した端面を有するメインケーシング（ハウジング）と、このメインケーシングのロータ軸方向吐出側に接続された吐出ケーシング（ハウジング壁）とを備えている。吐出ケーシングは、メインケーシングの端面に当接してボアの開口を覆う吐出側端面と、この吐出側端面に形成された吐出ポート（排出窓）と、雄ロータ及び雌ロータの歯溝に形成された圧縮作動室から吐出ポートを介して圧縮ガスが吐出される吐出室と、吐出側端面における吐出ポートの近傍で雄ロータ側及び雌ロータ側のうちの少なくとも一方にロータ回転方向とは反対側の位置で開口する弁孔（孔）と、この弁孔と吐出室とを連通するバイパス流路とを有しており、弁孔を開閉する弁装置（あふれ弁）が設けられている。

前記弁装置は、弁孔内に配置された弁体と、この弁体をメインケーシング側に付勢するばね（押圧ばね）とを有している。そして、例えば弁体をメインケーシング側に移動させて弁孔を閉じた場合は、圧縮作動室から吐出ポートを介して吐出室に圧縮ガスが吐出される。一方、弁体をメインケーシング側とは反対側に移動させて弁孔を開いた場合は、吐出ポートのみならず、弁孔及びバイパス流路を介して吐出室に圧縮ガスが吐出される。これにより、過圧縮を軽減するようにしている。

また、弁体のストッパとして、弁体及び弁孔には段差部が形成されている。これにより、例えば弁体がメインケーシング側に移動した場合に、弁体の先端面が吐出ケーシングの端面に対して同一面となり、弁体がロータの歯部端面に接触するのを防止するようになっている。

特開昭６１−７９８８６号公報

しかしながら、上記従来技術のものでは、次のような改善すべき課題があることがわかった。
即ち、上記従来技術において、前記弁体には圧縮作動室からの圧力が作用しているので、圧縮作動室が過圧縮の状態（圧縮作動室の圧力＞吐出室の圧力(吐出圧力)）になり、前記ばねの押圧力に打ち勝つと前記弁体は開く。しかし、弁体が開くと、弁体の圧縮作動室側の圧力は吐出室側の圧力とすぐに同じになる。一方、前記弁体の背圧は常に吐出室の圧力になっているため、弁体に作用する圧力はすぐにバランスする。このため、弁体をメインケーシング側に付勢する前記ばねの作用により、前記弁体はすぐに閉じられる。従って、圧縮作動室が過圧縮状態になった場合、ロータの回転に伴って圧縮作動室が弁体を通過する度に弁体は開閉を繰り返すことになり、弁体がストッパを叩く打撃音や振動が発生するという課題がある。

本発明の目的は、過圧縮を軽減する弁体の打撃音や振動を低減できるスクリュー圧縮機を得ることにある。

上記目的を達成するため、本発明は、回転軸が略平行で互いに噛み合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータと、前記雄ロータ及び雌ロータを収納するボアを有するメインケーシングと、前記メインケーシングのロータ軸方向吐出側に接続され前記メインケーシングの端面に当接して前記ボアの開口を覆う吐出側端面を有する吐出ケーシングとを有し、前記雄ロータ及び雌ロータにより形成された圧縮作動室から、前記メインケーシングまたは前記吐出ケーシングの少なくとも何れかに形成された吐出ポートを介して圧縮ガスが吐出される吐出室または吐出流路と、前記吐出ポート近傍で前記雄ロータまたは雌ロータの少なくとも一方側の前記吐出ケーシングの吐出側端面であって前記圧縮作動室に開口する位置に形成された弁孔と、この弁孔と前記吐出室または吐出流路とを連通するバイパス流路と、前記弁孔内に配置された弁体とを備えているスクリュー圧縮機において、前記弁体を開閉させるための弁体駆動装置と、前記圧縮作動室に過圧縮が発生しているか否かを検知し、過圧縮の発生が検知された場合に前記弁体を開くように前記弁体駆動装置を制御する制御装置とを備えていることを特徴とする。

本発明によれば、過圧縮を軽減する弁体の打撃音や振動を低減できるスクリュー圧縮機を得ることができる。

本発明のスクリュー圧縮機の実施例１を示す縦断面図。 図１の右側面図。 図１のIII−III線矢視断面図。 図１のIV−IV線矢視断面図。 本発明の実施例１における圧縮作動室、吐出ポート、弁孔及びバイパス流路の位置関係を説明する図。 図２のVI−VI線矢視断面図で、弁体の閉状態を示す図。 図２のVI−VI線矢視断面図で、弁装置の開状態を示す図。 図６のVIII−VIII線矢視断面図。 実施例１の変形例１を説明する図で、吐出ケーシングの吐出側端面を示す図。 実施例１の変形例２を説明する図で、図９に相当する図。 実施例１の変形例３を説明する図で、図９に相当する図。 実施例１に示したスクリュー圧縮機を組み込んだチラーユニットの例を説明する冷凍サイクル構成図。

以下、本発明の実施例を図面に基づき説明する。

本発明のスクリュー圧縮機の実施例１を図１〜図８を用いて説明する。
図１は本発明のスクリュー圧縮機の実施例１を示す縦断面図、図２は図１の右側面図、図３は図１のIII−III矢視断面図（吐出ケーシングの吐出側端面を示す図で、メインケーシングの端面におけるボアの位置を二点鎖線で示している）、図４は図１のIV−IV矢視断面図（メインケーシングの端面を示す図で、吐出ケーシングの吐出側端面における弁孔の位置を二点鎖線で示している）、図５は本発明の実施例１における圧縮作動室、吐出ポート、弁孔及びバイパス流路の位置関係を説明する図である。

図１において、スクリュー圧縮機は、圧縮機本体１と、この圧縮機本体１を駆動するモータ（電動機）２と、このモータ２を収納するモータケーシング１３とを備えている。モータケーシング１３は、モータ２の反圧縮機本体側に吸込室（低圧室）５を形成しており、吸込口６からストレーナ７を介して前記吸込室５内にガスが流入するようになっている。前記モータ２は、回転軸１０に取り付けられた回転子１１と、この回転子１１の外周側に配設された固定子１２とで構成され、前記固定子は前記モータケーシング１３の内面に固定されている。

前記圧縮機本体１は、前記モータケーシング１３に接続され、スクリューロータ１４を内蔵するメインケーシング１５と、このメインケーシング１５の吐出側に接続された吐出ケーシング１６とを備えている。

前記メインケーシング１５には前記スクリューロータ１４の歯部を収容する円筒状のボア２０が形成され、このボア２０のロータ軸方向吐出側は開口されている。この開口を形成している前記メインケーシング１５の端面２１側には径方向の吐出ポート２３が形成され、またこの吐出ポート２３に接続される吐出流路９０も形成されている。

図４に示すように、前記スクリューロータ１４は、回転軸が平行で互いに噛み合いながら回転する雄ロータ１４Ａ及び雌ロータ１４Ｂから構成されている。また、前記ボア２０は、雄ロータを収容するボア２０Ａと雌ロータを収容するボア２０Ｂから構成され、前記吐出ポート２３も雄ロータ側の吐出ポート２３Ａと雌ロータ側の吐出ポート２３Ｂから構成されている。

前記メインケーシング１５のロータ軸方向吸込側（図１の左側）は前記モータケーシング１３と接続され、該モータケーシング１３内部の前記回転子１１と固定子１２との間の隙間等は、前記吸込室５と前記圧縮機本体１とを連通させる吸込通路となっている。

前記雄ロータ１４Ａ及び雌ロータ１４Ｂの歯溝には図４に示すように圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂが形成され、この圧縮作動室は、メインケーシング１５の吸込側（モータケーシング１３側）に形成した吸込ポート２２に連通する吸気行程の圧縮作動室、吸気されたガスを圧縮する圧縮行程の圧縮作動室、及び前記吐出ポート２３，２５に連通して圧縮したガスを吐出する吐出行程の圧縮作動室に、スクリューロータの回転と共に順次変化する。前記吐出ポート２３Ａ，２３Ｂは、吐出行程の圧縮作動室に対して雄ロータまたは雌ロータの径方向外側（図１の上側）に形成されている。

図１、図３に示すように、前記吐出ケーシング１６の吐出側端面２４には、軸方向の吐出ポート２５と吐出室２６が形成されている。即ち、吐出ケーシング１６は、メインケーシング１５の端面２１に当接して前記ボア２０Ａ，２０Ｂの開口を覆う吐出側端面２４と、この吐出側端面２４に形成された雄ロータ側の吐出ポート２５Ａ及び雌ロータ側の吐出ポート２５Ｂと、前記圧縮作動室から前記吐出ポート２３Ａ，２３Ｂ，２５Ａ，２５Ｂを介して吐出された圧縮ガスが流入する吐出室２６とを有している。

図１に示すように、前記雄ロータ１４Ａの吸込側軸部は、前記メインケーシング１５に配設されたころ軸受１７及びモータケーシング１３に配設された玉軸受９１で支持され、前記雄ロータ１４Ａの吐出側軸部は、吐出ケーシング１６に配設されたころ軸受１８及び玉軸受１９で支持されている。また、前記雌ロータ１４Ｂの吸込側軸部は、前記メインケーシング１５に配設されたころ軸受（図示せず）で支持され、前記雌ロータ１４Ｂの吐出側軸部は、吐出ケーシング１６に配設されたころ軸受及び玉軸受（図示せず）で支持されている。雄ロータ１４Ａの前記吸込側軸部はモータ２の回転軸１０と直結され、モータ２の駆動によって雄ロータ１４Ａが回転し、これに伴い前記雌ロータ１４Ｂが雄ロータ１４Ａと噛み合いながら回転する。

前記スクリューロータ１４で圧縮されたガスは、前記吐出ポート２３，２５から前記吐出室２６或いは前記吐出流路９０内に流出し、この吐出通路９０からメインケーシング１５に設けた吐出口９に流れ、この吐出口９に接続された吐出配管９４を介して油分離器９２に送られる。この油分離機９２では、圧縮機本体１内で圧縮されたガスとこのガスに混入された油とを分離する。油分離機９２で分離された油は、油戻し管９３を介して前記圧縮機本体１下部に設けられた油タンク９５に戻され、ここに溜められた後、スクリューロータ１４の軸部やモータ２の回転軸１０を支持している前記軸受１７、１８、１９、９１を潤滑するため、これらの軸受に再び供給される。一方、油分離機９２で油を分離された高圧ガスは配管９６を介して外部（例えば冷凍サイクルを構成する凝縮器）へ供給される。

吸込口６から吸込室５に吸入されたガスは、モータケーシング１３の内部を通過する際、回転子１１及び固定子１２を冷却し、その後圧縮機本体１の吸込ポート２２を介して前記スクリューロータ１４により形成された圧縮作動室に流入し、雄ロータ１４Ａ及び雌ロータ１４Ｂの回転に伴い、圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂがロータ軸方向に移動しつつ容積が縮小され、ガスは圧縮される。圧縮機作動室で圧縮されたガスは、吐出ポート２３Ａ，２３Ｂ，２５Ａ，２５Ｂ、及び吐出室２６を介して吐出流路９０に流入し、吐出口９から吐出配管９４へ送り出される構成となっている。

図３に示すように、前記吐出ケーシング１６には、その吐出側端面２４における雌ロータ１４Ｂ側の吐出ポート２５Ｂの近傍で、該雌ロータ１４Ｂの回転方向とは反対側（図３の右側）の位置で開口する弁孔（シリンダ）２８が形成されており、この弁孔２８の略中心は、前記メインケーシング１５の端面２１における雌ロータ１４Ｂ側のボア２０Ｂの開口縁に位置している。また、前記吐出ケーシング１６には、メインケーシング１５の端面２１における雌ロータ１４Ｂ側のボア２０Ｂの開口縁よりロータ径方向外側に位置し、弁孔２８と吐出室２６とを連通するバイパス溝２９が形成されており、該バイパス溝２９とこれを覆うメインケーシング１５の端面２１とでバイパス流路が形成されている。前記弁孔２８には該弁孔２８を開閉する弁体３１が設けられている。

次に、前記弁体３１を駆動するための弁体駆動装置について、図６〜図８により説明する。
図６及び図７は、図２のVI−VI線矢視断面図で、前記弁体３１を駆動する弁体駆動装置の構造を説明する図であって、図６は弁体３１の閉状態を示す図、図７は弁体３１の開状態を示す図である。図８は図６のVIII−VIII線矢視断面図である。

図６及び図７において、弁体駆動装置３０は、前記弁孔２８内に摺動可能に設けられた弁体３１の背面側（図６の右側）に一端側が接続されたロッド５３、該ロッド５３の他端側にボルト５２を介して接続されたピストン５１、該ピストン５１を摺動可能に収納するシリンダ３５を備えている。前記シリンダ３５は吐出ケーシング１６に形成され、この吐出ケーシング１６には前記ロッド５３を摺動自在に支持するロッド穴１０１も設けられている。前記ロッド穴１０１にはシールリング５０が設けられシリンダ３５のシリンダ室内と弁体３１の背圧室２８ａとの間をシールするようにしている。また、前記背圧室２８ａには、圧縮機吐出側の圧力が吐出ケーシング１６に形成された連通孔１０２を介して導入される。即ち、図６及び図８に示すように、前記連通孔１０２の一端側は前記背圧室２８ａに開口し、前記連通孔１０２の他端側は前記吐出室２６（図３参照）に連通している。

前記ピストン５１の外周には、該ピストン５１の両側に形成されたシリンダ室３５Ａ，３５Ｂ間の漏れを防止するためのシールリング５４が装着されている。また、前記シリンダ室３５Ａ（反弁体側のシリンダ３５内）には、前記ピストン５１の移動範囲外の部分（シリンダ室３５Ａの右端側）に、連通孔３２の一端側が開口し、この連通孔３２の他端側は図８に示すように前記吐出室２６に開口している。即ち、シリンダ室３５Ａは前記連通孔３２を介して前記吐出室２６（図３参照）に連通しており、圧縮機吐出側の圧力が常に前記シリンダ室３５Ａに導入されるように構成されている。

前記シリンダ室３５Ｂ（弁体側のシリンダ内）には、図６及び図７に示すように、ピストン５１の移動範囲外の部分（シリンダ室３５Ｂの左端側）に連通孔３４の一端が開口しており、この連通孔３４の他端側はキャピラリチューブ１２０を介して、図２に示すように油タンク９５に連通しており、油圧供給路を形成している。また、前記連通孔３４は連通路（油圧排出路）８０を介して低圧空間（図６では吸込ポート２２）にも連通するように構成され、その連通路８０の途中には該連通路８０を開閉するための電磁弁４２が設けられている。このように構成することにより、前記電磁弁４２の開閉により、油タンク９５の高圧油をシリンダ室３５Ｂに導入したり、シリンダ室３５Ｂの油を連通路８０及び電磁弁４２を介して吸入ポート２２側に排出できるようになっている。また、前記シリンダ室３５Ｂには、前記ピストン５１をエンドカバー６０側（反弁体３１側で図６では右側）に付勢するばね３３を設けている。

前記弁体３１は前記圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂに過圧縮が生じていない場合には閉じられるように制御されるが、弁体３１を閉じる場合には、前記電磁弁４２を開状態にする。これにより、シリンダ室３５Ｂは連通孔３４及び連通路８０を介して吸入ポート２２側に連通されて低圧となる。一方、シリンダ室３５Ａには圧縮機吐出側のガス圧が常時作用している。このため、図６に示すように、ピストン５１はばね３３の押圧力に打ち勝ってメインケーシング１５側に移動し、弁体３１は前記メインケーシング１５の端面２１に押し付けられて、弁孔２８は閉じられる。

なお、前記キャピラリチューブ１２０の前記連通孔３４側も前記吸入ポート２２に連通されるが、前記キャピラリチューブ１２０により油の流れが絞られるため、油タンク９５から吸入ポート２２に排出される油の量は十分に少ない量にすることができ、圧縮機への吸入ガス（例えば冷媒ガス）を前記油で過熱するのを少なく抑えて体積効率の低下を抑えるようにしている。また、本実施例では前記油を吸入ポート２２に排出するようにしているから、圧縮機に吸入される冷媒ガスが前記油で過熱される時間も極小にでき、この点からも冷媒ガスが前記油で加熱されるのを少なくできるから、体積効率の低下を抑えることができる。

前記圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂに過圧縮が生じた場合、前記弁体３１は開くように制御される。この場合には前記電磁弁４２を閉状態にすることで、油タンク９５の高圧油がシリンダ室３５Ｂに導入される。即ち、電磁弁４２を閉じることにより、油タンク９５の高圧油はキャピラリチューブ１２０を介してシリンダ室３５Ｂに導入され、シリンダ室３５Ｂの圧力はほぼ吐出圧力となる。従って、ピストン５１に作用する圧力はシリンダ室３５Ａ側もシリンダ室３５Ｂ側もほぼ同じとなるから、シリンダ室３５Ｂ内に設けられたばね３３による押圧力分だけ前記ピストン５１を反弁体側（エンドカバー６０側）へ押し付ける力が大きくなる。従って、図７に示すように、ピストン５１はエンドカバー６０側に移動し、弁体３１は前記メインケーシング１５から離れて、前記弁孔２８は開かれる。

弁体３１を開閉する弁体駆動装置３０は以上説明した構成となっているが、本実施例では更に、前記圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂに過圧縮が発生しているか否かを検知し、過圧縮の発生が検知された場合には前記弁体３１を開くように前記弁体駆動装置３０を制御する制御装置を備えており、以下これを図１により説明する。
図１において、１１０は吸込口６から吸入されるガスの圧力を検出する吸入圧力センサ、１１１は圧縮機本体１から吐出された圧縮ガスの圧力を検出する吐出圧力センサであり、これらの圧力センサ１１０，１１１からの信号は制御装置１１２に送られる。制御装置１１２では、前記圧力センサ１１０，１１１からの信号に基づき、その時点での運転中の圧力比（吐出圧／吸入圧）を計算する。また、前記制御装置１１２には予め設定された圧力比が記憶されており、前記計算された運転中の圧力比と比較する。

この比較の結果、予め設定された圧力比に対して、計算された運転中の圧力比が同じか高い場合には、圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂに過圧縮は発生していないと判断し、電磁弁４２を開状態とすることにより、弁体３１はメインケーシング１５側に移動して押圧され弁孔２８を閉じるように制御される。

一方、予め設定された圧力比に対して計算された運転中の圧力比が低い場合には、圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂに過圧縮が発生していると判断し、電磁弁４２を閉状態とすることにより、弁体３１をメインケーシング１５とは反対側（図６の右側）に移動させ、弁孔２８を開けるように制御する。これにより、圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂから弁孔２８及びバイパス流路（バイパス溝２９）を介して吐出室２６に圧縮ガスが吐出されるので、圧縮作動室の圧力はほぼ吐出室２６の圧力となるまで低減する。したがって、過圧縮を軽減することができ、無駄な動力の消費を抑えることができる。

なお、本実施例では、吸入閉じ込み時の圧縮作動室の容積Ｖｓと弁孔２８による吐出開始時の圧縮作動室の容積Ｖｄとの比である設定容積比Ｖｓ／Ｖｄは、１．５〜３．０の範囲に構成されている。

また、本実施例では、吐出ケーシング１６の吐出側端面２４における前記弁孔２８は、その略中心がメインケーシング１５の端面２１におけるボア２０Ｂの開口縁に位置するように構成されている。即ち、前記弁孔２８は、図３に示すように、ボア２０Ｂの開口縁よりロータ径方向内側に位置する内側領域が圧縮作動室３６Ｂに開口するのでその開口面積を大きくとれる一方で、ボア２０Ｂの開口縁よりロータ径方向外側に位置する外側領域がメインケーシング１５の端面２１で覆われている。これにより、弁孔２８の外側領域を覆うメインケーシング１５の端面２１を弁体３１のストッパとして機能させることができる。（即ち、弁体３１が前記端面２１に当たって傾くのを防止できる。）従って、従来のように、弁体を位置決めするためのストッパを、弁体及び弁孔に段差部を形成して構成するような場合と比べ、本実施例のものでは弁体を位置決めするためのストッパを簡素化することができ、従来のように高精度の加工を必要としないので生産性を高めることもできる。

また、例えば弁孔２８の略中心がボア２０Ｂの開口縁よりロータ径方向内側に位置するような場合と比べ、弁体駆動装置３０をロータ径方向外側に配置することができ、雌ロータ１４Ｂの吐出側軸部を支持するため吐出ケーシング１６に設けられたころ軸受１８及び玉軸受１９との干渉を避けることもできる。従って、スクリューロータ１４の吐出側軸部を長くする必要がなくなるから、圧縮機の大型化も抑制することができる。

更に、本実施例においては、前記バイパス流路は、吐出ケーシング１６の吐出側端面２４に形成されたバイパス溝２９とこれを覆うメインケーシング１５の端面２１とで構成しているので、バイパス溝２９を鋳造の段階で成形することが可能となり、例えばバイパス流路としてバイパス孔を加工形成する場合と比べ、加工工数を低減することもできる。

次に、上述した実施例１の変形例を説明する。上記実施例１においては、図３に示すように、吐出ケーシング１６の吐出側端面２４における雌ロータ１４Ｂ側に弁孔２８を１個設けた例について説明したが、上記弁孔を設ける個数や位置はこれに限られるものではなく、例えば、以下説明する図９〜図１１に示す変形例１〜３のように構成しても良い。

図９は変形例１を示し、この例は、吐出ケーシング１６の吐出側端面２４における雄ロータ１４Ａ側にのみ弁孔３７を１個設けたものである。即ち、吐出ケーシング１６の吐出側端面２４における雄ロータ１４Ａ側の吐出ポート２５Ａの近傍で、雄ロータ１４Ａの回転方向とは反対側で開口する位置に弁孔３７を設けたものである。３８は前記弁孔３７と吐出室２６とを連通するバイパス溝である。前記弁孔３７には、図６〜図８に示すものと同様に、弁体３１やこの弁体３１を開閉するための弁体駆動装置３０も設けられている。また、吸入閉じ込み時の圧縮作動室の容積Ｖｓと弁孔３７による吐出開始時の圧縮作動室の容積Ｖｄとの比である設定容積比Ｖｓ／Ｖｄについても、上述した実施例１と同様に、１．５〜３．０の範囲内となっている。更に、吐出ケーシング１６の吐出側端面２４における弁孔３７の中心も、上述した実施例１と同様に、メインケーシング１５の端面２１におけるボア２０Ａの開口縁にほぼ位置するように構成されている。
従って、図９に示す変形例１においても上記実施例１とほぼ同様の効果を得ることができる。

図１０は変形例２を示す図で、この例は、吐出ケーシング１６の吐出側端面２４における雄ロータ１４Ａ側及び雌ロータ１４Ｂ側の両方にそれぞれ弁孔２８または３７を１個づつ設けたものである。即ち、前記吐出ケーシング１６の雌ロータ１４Ｂ側には、図３に示したものと同様に、弁孔２８、バイパス溝２９及び弁体駆動装置３０などが設けられ、前記吐出ケーシング１６の雄ロータ１４Ａ側にも、図９に示したものと同様に、弁孔３７、バイパス溝３８及び弁体駆動装置などが設けられているものである。なお、この例では、弁孔２８側と弁孔３７側とでは、吸入閉じ込み時の圧縮作動室の容積Ｖｓと各弁孔による吐出開始時の圧縮作動室の容積Ｖｄとの比である設定容積比Ｖｓ／Ｖｄが、互いに同じであってもよいし、異なるように構成しても良い。

この変形例２においても、上記実施例と同様の効果を得ることができると共に、雄ロータ１４Ａ側及び雌ロータ１４Ｂ側の両方にそれぞれ弁孔２８または３７を設けているから、過圧縮時に圧縮作動室から過圧縮されたガスをより速やかに吐出側に排出することができ、過圧縮を防止して無駄な動力の消費を更に抑えることが可能になる。

図１１は変形例３を示す図である。上述した各例においては、雌ロータ１４Ｂ側または雄ロータ１４Ａ側に１個の弁孔２８または３８を設けるか、或いは雌ロータ１４Ｂ側及び雄ロータ１４Ａ側の両方にそれぞれ１個の弁孔２８または３８を設けたものを説明した。これに対し、この変形例３は、雌ロータ１４Ｂ側または雄ロータ１４Ａ側の何れか一方に複数個の弁孔を設ける、或いは両方のそれぞれに複数個の弁孔を設けるようにしたものである。例えば図１１に示すように、吐出ケーシング１６には、雌ロータ１４Ｂ側に２つの弁孔２８Ａ，２８Ｂを設け、更にこれら弁孔２８Ａ，２８Ｂと吐出室２６とを連通するバイパス溝２９Ａを形成したものである。前記実施例と同様に、前記各弁孔２８Ａ，２８Ｂにはそれぞれ弁体が設けられ、またこれらの弁体をそれぞれ開閉する弁体駆動装置も設けられている。

なおこの例では、吸入閉じ込み時の圧縮作動室の容積Ｖｓと各弁孔２８Ａ，２８Ｂによる吐出開始時の圧縮作動室の容積Ｖｄとの比である設定容積比Ｖｓ／Ｖｄは、弁孔２８Ａ側及び２８Ｂ側の両方共１．５〜３．０の範囲内となるようにしている。しかし、弁孔２８Ａ側と２８Ｂ側は雌ロータの回転方向に互いにずれて配置されているため、それぞれの設定容積比Ｖｓ／Ｖｄは互いに異なっている。また、この例においても、吐出ケーシング１６の吐出側端面２４における弁孔２８Ａ，２８Ｂのそれぞれの中心はメインケーシング１５の端面２１におけるボア２０Ｂの開口縁にそれぞれほぼ位置している。

この変形例３においても、上記実施例と同様の効果を得ることができると共に、弁孔はロータの回転方向に互いにずれて複数配置されているため、複数の弁孔合計の通路面積をロータと干渉させずに効率良く大きく形成することが可能となる。

図１２は、本発明の実施例１に示したスクリュー圧縮機をチラーユニットに組み込んだ例を説明する冷凍サイクル構成図である。
図１２において、１３０は実施例１に示したスクリュー圧縮機で、この圧縮機１３０から吐出された冷媒ガスは吐出配管９４を介して油分離器９２に入り、ここで油を分離され、冷媒ガスは配管（冷媒配管）９６を介して凝縮器１４０に送られる。凝縮器では冷媒ガスは外気で冷却されて凝縮し、液冷媒となり、電子膨張弁１４２に送られて膨張する。電子膨張弁１４２の下流には蒸発器１４１が設けられており、前記膨張された冷媒は蒸発器１４１で外部の冷却水などから熱を奪って蒸発し、再び前記圧縮機１３０に吸入される。前記蒸発器１４１で冷却された冷却水は冷房用途などに使用される。

前記圧縮機１３０の吸入側には吸入圧力センサ１１０が設けられ、また圧縮機１３０の吐出側には吐出圧力センサ１１１が設けられていて、冷媒ガスの吸入圧力及び吐出圧力を検知する。４２は、図６，図７に示した電磁弁４２と同じ電磁弁であり、この電磁弁４２は制御装置１１２からの指令で開閉される。前記制御装置１１２は、圧縮機１３０への吸入圧力と圧縮機１３０の吐出圧力に基づいて運転中の圧力比を求め、この圧力比と予め記憶されている設定された圧力比とを比較し、運転中の圧力比が前記設定された圧力比よりも小さくなった場合に過圧縮が発生したと判断し、図７に示す如く、弁体駆動装置３０が弁体３１を開くように、前記電磁弁４２を制御する。

チラーユニットにおいては、通常、冷却水の温度が目標値になるように制御されるので、冷却水温度に影響される吸入圧力の変動はあまりないが、凝縮器での凝縮圧力は外気が低温になると低下するため、吐出圧力センサ１１１で検出される圧縮機の吐出側の圧力は変動する。このため、圧縮機１３０には過圧縮が発生し易いが、本実施例に示したスクリュー圧縮機を採用することで、過圧縮の発生を低減し、動力損失の少ないチラーユニットを得ることができる。

以上説明した本実施例によれば、予め設定された圧力比（吐出圧／吸入圧）に対して測定した吸入圧力と吐出圧力から計算される圧力比が高い場合は、ピストンの弁体側のシリンダ内の油圧を圧縮機の吸入側に排出することで前記弁体を閉じ、予め設定された圧力比に対して測定した吸入圧力と吐出圧力から計算される圧力比が低い場合は、前記シリンダ内の油圧を閉じ込めて前記弁体を開くように構成しているので、弁体を確実に開閉可能として過圧縮を軽減することができる。この結果、無駄な動力の消費を抑えて性能向上を図ることができる。従来のように、弁体に作用する圧縮作動室の圧力と吐出側の圧力とばね力とのバランスで弁を開閉する場合に比べ、弁体を確実に開閉できるだけでなく、圧縮作動室の圧力変動によって弁体がばたつくのも防止できるから、弁体の打撃音や振動を低減できるスクリュー圧縮機を得ることができる。

特に、ピストンの弁体側のシリンダ内にはピストンを反弁体側に押圧するばねを設けているので、圧縮作動室に圧力変動が生じても前記ばねにより弁体をストッパに叩きつけることはなくなるので、弁体がストッパを叩く打撃音及び弁体の振動をなくすることができ、またシリンダ内に設けた前記ばねも激しく伸縮を繰り返すことはなくなるので、その信頼性も向上できる。

更に、特許文献１に記載されたような従来のものでは、弁体の開閉時にガスが弁部を通過する際、流れが絞られるため流体摩擦が大きくなり、過圧縮を十分に軽減できなかった。これに対し、本実施例によれば、制御装置により弁体は全開か全閉に制御されるから、従来のように弁体の開度が変動することによって弁体部分から流出するガスを絞り、流体摩擦が大きくなることも防止できるから、過圧縮を十分に軽減することもできる。

１：圧縮機本体
２：モータ
５：吸込室
６：吸込口
９：吐出口
１０：回転軸
１３：モータケーシング
１４：スクリューロータ（１４Ａ：雄ロータ、１４Ｂ：雌ロータ）
１５：メインケーシング（２１：端面）
１６：吐出ケーシング（２４：吐出側端面）
１７，１８：ころ軸受、１９，９１：玉軸受
２０：ボア（２０Ａ：雄ロータ側ボア、２０Ｂ：雌ロータ側ボア）
２２：吸入ポート（低圧空間）
２３，２３Ａ，２３Ｂ：径方向の吐出ポート
２５，２５Ａ，２５Ｂ：軸方向の吐出ポート
２６：吐出室
２８，２８Ａ，２８Ｂ，３７：弁孔（２８ａ：背圧室）
２９，２９Ａ，３８：バイパス溝（バイパス流路）
３０：弁体駆動装置
３１：弁体
３２：連通孔（ガス圧供給路）
３４，１２０：油圧供給路（３４：連通孔、１２０：キャピラリチューブ）
３５：シリンダ（３５Ａ，３５Ｂ：シリンダ室）
３６Ａ，３６Ｂ：圧縮作動室
４２：電磁弁
５０，５４：シールリング
５１：ピストン、５２：ボルト、５３：ロッド、
６０：エンドカバー
８０：連通路（油圧排出路）
９０：吐出流路
９２：油分離器
９３：油戻し配管、９４：吐出配管、９６：配管（冷媒配管）
９５：油タンク
１０２：連通孔
１１０：吸入圧力センサ、１１１：吐出圧力センサ
１１２：制御装置
１３０：スクリュー圧縮機
１４０：凝縮器、１４１：蒸発器、１４２：電子膨張弁。

Claims (14)

1. 回転軸が略平行で互いに噛み合いながら回転する雄ロータ及び雌ロータと、前記雄ロータ及び雌ロータを収納するボアを有するメインケーシングと、前記メインケーシングのロータ軸方向吐出側に接続され前記メインケーシングの端面に当接して前記ボアの開口を覆う吐出側端面を有する吐出ケーシングとを有し、
   前記雄ロータ及び雌ロータにより形成された圧縮作動室から、前記メインケーシングまたは前記吐出ケーシングの少なくとも何れかに形成された吐出ポートを介して圧縮ガスが吐出される吐出室または吐出流路と、前記吐出ポート近傍で前記雄ロータまたは雌ロータの少なくとも一方側の前記吐出ケーシングの吐出側端面であって前記圧縮作動室に開口する位置に形成された弁孔と、この弁孔と前記吐出室または吐出流路とを連通するバイパス流路と、前記弁孔内に配置された弁体とを備えているスクリュー圧縮機において、
   前記弁体を開閉させるための弁体駆動装置と、
   前記圧縮作動室に過圧縮が発生しているか否かを検知し、過圧縮の発生が検知された場合に前記弁体を開くように前記弁体駆動装置を制御する制御装置と
   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に記載のスクリュー圧縮機において、前記制御装置は、圧縮機への吸入圧力と圧縮機の吐出圧力に基づいて運転中の圧力比を求め、この圧力比と予め記憶されている設定された圧力比とを比較し、運転中の圧力比が前記設定された圧力比よりも小さくなった場合に過圧縮が発生したと判断し、前記弁体を開くように前記弁体駆動装置を制御するものであることを特徴とするスクリュー圧縮機。
3. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、前記弁体駆動装置は、前記弁体の背面側に設けられたシリンダと、該シリンダ内を往復動するピストンと、該ピストンと前記弁体を接続するロッドとを備え、過圧縮が発生した場合前記ピストンに圧力を作用させて前記弁体を開くように構成していることを特徴とするスクリュー圧縮機。
4. 請求項３に記載のスクリュー圧縮機において、前記ピストンの弁体側のシリンダ内には前記ピストンを反弁体側に押圧するばねを設け、前記ピストンの反弁体側のシリンダ内には圧縮機吐出側の圧縮ガスを導くことで、過圧縮が発生していない状態のときは前記弁体を閉じるようにし、過圧縮が発生した場合には前記ピストンの弁体側のシリンダ内に圧縮機吐出側の圧力を付与することにより前記ピストンを反弁体側に移動させて前記弁体を開く構成としたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
5. 請求項４に記載のスクリュー圧縮機において、前記ピストンの弁体側のシリンダ内と圧縮機の吐出側とをキャピラリチューブを有する通路で接続し、更にこの通路のシリンダ側と圧縮機の低圧空間とを連通させる連通路を設け、この連通路の途中には該連通路を開閉する電磁弁を設けて、過圧縮が発生していない場合には前記連通路を開放し、過圧縮が発生した場合には前記連通路を閉鎖することで前記ピストンの弁体側のシリンダ内に圧縮機吐出側の圧力を作用させ、前記弁体を開くように構成したことを特徴とするスクリュー圧縮機。
6. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、前記吐出ケーシングの吐出側端面における前記弁孔は、その略中心が前記メインケーシングの端面における前記ボアの開口縁に位置することを特徴とするスクリュー圧縮機。
7. 請求項５に記載のスクリュー圧縮機において、キャピラリチューブを有する前記通路はピストンの移動範囲外のシリンダ室に開口させ、低圧空間に連通させた前記連通路は圧縮機の吸入ポートに開口する構成としたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
8. 請求項７に記載のスクリュー圧縮機において、キャピラリチューブを有する前記通路は、その上流側が圧縮機吐出側と連通された油タンクに開口する油圧供給路であることを特徴とするスクリュー圧縮機。
9. 請求項４に記載のスクリュー圧縮機において、前記ピストンの反弁体側のシリンダ内端部側と圧縮機の吐出側を接続するガス圧供給路を前記吐出ケーシングに形成したことを特徴とするスクリュー圧縮機。
10. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、前記バイパス流路は、前記吐出ケーシングの吐出側端面に形成されたバイパス溝と、このバイパス溝を覆う前記メインケーシングの端面とで構成されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
11. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、前記弁孔は、吸入閉じ込み時の圧縮作動室の容積Ｖｓと前記弁孔による吐出開始時の圧縮作動室の容積Ｖｄとの比である設定容積比Ｖｓ／Ｖｄが１．５〜３．０の範囲に形成されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
12. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、前記弁孔は複数形成され、且つ吸入閉じ込み時の圧縮作動室の容積Ｖｓと前記各弁孔による吐出開始時の圧縮作動室の容積Ｖｄとの比である設定容積比Ｖｓ／Ｖｄが互いに異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。
13. 請求項２に記載のスクリュー圧縮機において、吸入圧力を検出するための吸入圧力センサと、吐出圧力を検知するための吐出圧力検出センサを備えていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
14. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機において、前記吐出ポートは前記メインケーシングの吐出側端部に形成された径方向の吐出ポートと、前記吐出ケーシングの吐出側端面に形成された軸方向の吐出ポートにより構成されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。

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