JP2012211520A - スクリュー圧縮機及びこれを用いたチラーユニット - 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】スクリュー圧縮機は、吐出ケーシング１６の吐出側端面で圧縮作動室に開口する位置に形成された弁孔２８と、この弁孔と吐出室を連通するバイパス流路２９と、弁孔内に配置された弁体３１を備える。更に、前記弁体の背面側に設けられたシリンダ室３５，７０と、該シリンダ室内を往復動するピストン５１と、該ピストンと弁体を接続するロッド５３と、ピストンの反弁体側及び弁体側のシリンダ室内に吐出側の流体を導く連通路８３〜８６と、シリンダ室内に導かれた流体を吸込側に排出する圧力排出路８０と、前記圧力排出路または連通路に設けられ、各シリンダ室内の圧力を変化させる複数の弁手段４２，４３と、過圧縮が検知された場合に前記弁体を開き、過圧縮が検知されない場合には弁体を閉じるように、前記複数の弁手段を制御する制御装置を備える。
【選択図】図３

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及びこれを用いたチラーユニットに関する。

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（圧縮作動室の圧力）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及びこれを用いたチラーユニットを得ることにある。

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、このメインケーシングのロータ軸方向吐出側端面に当接して前記ボアの開口を覆う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、前記弁体の背面側に設けられたシリンダ室と、該シリンダ室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、前記ピストンの反弁体側及び弁体側のシリンダ室内に圧縮機の吐出側の流体を導くための連通路と、前記ピストンの反弁体側及び弁体側のシリンダ室内に導かれた流体を圧縮機の吸込側に排出するための圧力排出路と、前記圧力排出路または前記連通路に設けられ、前記ピストンの反弁体側及び弁体側のシリンダ室内の圧力を変化させるための複数の弁手段と、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、過圧縮が検知された場合に前記弁体を開き、過圧縮が検知されない場合には前記弁体を閉じるように、前記複数の弁手段を制御する制御装置を備えることを特徴とする。

本発明の他の特徴は、圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を冷媒配管で接続して構成されたチラーユニットにおいて、前記圧縮機として上記のスクリュー圧縮機を用いると共に、前記圧縮機への吸入圧力を検出するための吸入圧力センサと、前記圧縮機からの吐出圧力を検知するための吐出圧力センサを備え、前記スクリュー圧縮機に設けられている前記複数の弁手段はそれぞれ電磁弁で構成され、前記スクリュー圧縮機の制御装置は前記吸入圧力センサ及び前記吐出圧力センサからの検出値に基づいて、前記電磁弁をを開閉制御するようにしたスクリュー圧縮機を用いたチラーユニットにある。

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及びこれを用いたチラーユニット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II−II線矢視断面図。 本発明の実施例１における弁体駆動装置部の要部断面図で、弁体が閉の状態を示す図。 本発明の実施例１における弁体駆動装置部の要部断面図で、弁体が開の状態を示す図。 本発明の実施例１における弁体駆動装置の全体構成を説明する系統図。 本発明の実施例１における弁体駆動装置の他の例を示す全体構成を説明する系統図。 本発明の実施例１に示したスクリュー圧縮機を用いたチラーユニットの一例を示す冷凍サイクル構成図。 スクリュー圧縮機における回転速度と吐出配管などの圧力損失を説明する線図。 スクリュー圧縮機における回転速度と各部の圧力との関係を説明する線図。 スクリュー圧縮機における回転速度と弁体の駆動力を説明する線図。

本発明のスクリュー圧縮機及びこれを用いたチラーユニットの実施例１を図１〜図１０を用いて説明する。各図において、同一符号を付した部分は同一或いは相当する部分を示している。

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II−II線矢視断面図である。

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１２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２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から構成されており、前記雄ロータ１４Ａ及び雌ロータ１４Ｂの歯溝との間には圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂが形成されている。この圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂ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（図１参照）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、軸方向の吐出ポート２５（雄ロータ側の吐出ポート２５Ａ、雌ロータ側の吐出ポート２５Ｂ）及び前記径方向の吐出ポート２３（図１参照）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。

前記軸方向の吐出ポート２５（２５Ａ，２５Ｂ）は、前記吐出行程の圧縮作動室に対して雄ロータ１４Ａまたは雌ロータ１４Ｂの軸方向側（図２の正面側）の吐出ケーシング１６の端面２４（メインケーシングの端面２１側）に形成されている。また、前記径方向の吐出ポート２３は、前記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。

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。

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。

なお、６０は前記ころ軸受１８及び玉軸受１９を収容している軸受室の外方側端部を覆うエンドカバー、１１０は前記吸込口６に設けられ吸入圧力を検出するための吸入圧力センサ、１１１は前記吐出配管９４に設けられ圧縮機からの吐出圧力を検出するための吐出圧力センサである。

前記雄ロータ１４Ａの前記吸込側軸部は前記モータ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も雄ロータ１４Ａと噛み合いながら回転する。

前記スクリューロータ１４（１４Ａ，１４Ｂ）で圧縮されたガスは、前記吐出ポート２３，２５から、前記吐出ケーシング１６の吐出側端面２４に形成された吐出室２６或いは前記吐出流路９０内に流出し、この吐出流路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（冷媒配管）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、ここに溜められた油４１は、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（冷媒配管）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。圧縮作動室で圧縮されたガスは、吐出ポート２３，２５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２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２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は、雌ロータ１４Ｂとボア２０Ｂとで形成されている前記圧縮作動室３６Ｂに開口するように構成されている。また、前記弁孔２８には該弁孔２８を開閉するための弁体３１が設けられている。

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、前記弁孔２８と前記吐出室２６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。

次に、前記弁体３１を駆動するための弁体駆動装置部３０の構成を、図３〜図６により説明する。図３及び図４は弁体駆動装置部３０の要部断面図で、図３は弁体３１が閉状態を示す図、図４は弁体３１が開状態を示す図、図５は弁体駆動装置の全体構成を説明する系統図、図６は図５と同じ系統図で図５の一部変形例である。

図３及び図４において、弁体駆動装置部３０は、前記弁孔２８内を摺動して往復動可能に設けられている前記弁体３１の背面に一端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室３５，７０を備えている。前記シリンダ室３５，７０は前記吐出ケーシング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。また、前記ロッド穴１０１にはシールリング５０が設けられており、シリンダ室３５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。

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、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１参照）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３５，７０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。

前記シリンダ室７０（反弁体側のシリンダ室）における前記ピストン５１の移動範囲の外側の部分には、第１の連通路（給排路）８５の一端が開口している。即ち、シリンダ室７０の外方側端部は前記エンドカバー６０により塞がれており、このエンドカバー６０には連通孔１１２が形成されていて、この連通孔１１２に前記連通路８５の一端が接続されている。この連通路８５の他端側は、キャピラリチューブ１２１を有する第１の連通路（圧力供給路）８３に接続され、該連通路８３の他端側は、図１に示す油タンク９５に連通している。

また、前記第１の連通路８３の前記キャピラリチューブ１２１より下流側の部分（分岐部８８）は、第１の圧力排出路８０（８０ａ）を介して吸込ポート２２（図１参照）などの低圧空間にも連通するように構成されている。前記圧力排出路８０ａの途中には、該圧力排出路８０ａを開閉するための電磁弁（第１の弁手段）４２が設けられており、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７０に導入したり、シリンダ室７０の油を、連通路８５、第１の圧力排出路８０（８０ａ）及び前記電磁弁４２を介して吸入ポート２２側に排出できるようにして、シリンダ室７０の圧力を変化させることができるようになっている。

前記シリンダ室３５（弁体側のシリンダ室）における前記ピストン５１の移動範囲外の部分（シリンダ室３５の左端側）には、第２の連通路（給排路）８６の一端が開口しており、この連通路８６の他端側はキャピラリチューブ１２０を有する第１の連通路（圧力供給路）８４に接続され、該連通路８４の他端側は、前記油タンク９５に連通している。

また、前記第２の連通路８４の前記キャピラリチューブ１２０より下流側の部分（分岐部８９）は、第２の圧力排出路８０（８０ｂ）を介して前記吸込ポート２２などの低圧空間に連通するように構成されている。前記第２の圧力排出路８０ｂの途中には、該連通路８０ｂを開閉するための電磁弁４３が設けられており、前記電磁弁４３の開閉により、油タンク９５の高圧油をシリンダ室３５に導入したり、シリンダ室３５の油を、連通路８６、第２の圧力排出路８０（８０ｂ）及び前記電磁弁４３を介して吸入ポート２２側に排出できるようにして、シリンダ室３５の圧力を変化させることができるようになっている。

図５及び図６は、それぞれ本実施例における弁体駆動装置の全体構成を説明する系統図である。図５、図６において、図１〜図４と同一符号を付した部分は同一または相当する部分を示している。
まず、図５の系統図で説明する。油分離器９２で分離された油は油戻し管９３を通って、圧縮機のメインケーシング１５（図１参照）に形成された油タンク９５に入る。この油タンク９５の油はほぼ吐出圧力となっており、別の油戻し管８１から取り出され、分岐部８７で、各軸受への給油路８２と、前記弁体駆動装置部３０のシリンダ室７０に圧油を供給するための第１の連通路８３と、前記弁体駆動装置部３０のシリンダ室３５に圧油を供給するための第２の連通路８４とに分岐されている。前記各連通路（圧力供給路）８３，８４にはそれぞれキャピラリチューブ１２１，１２０が設けられ、また第１の連通路８３の下流側は分岐部８８で、シリンダ室７０に接続される第１の連通路（給排路）８５と、吸入ポート２２に接続される第１の圧力排出路８０ａとに分岐され、この第１の圧力排出路８０ａには電磁弁４２が設けられている。

前記連通路８４の下流側も同様に、分岐部８９で、シリンダ室３５に接続される第２の連通路（給排路）８６と、吸入ポート２２に接続される第２の圧力排出路８０ｂとに分岐され、この第２の圧力排出路８０ｂにも電磁弁４３が設けられている。
前記第１、第２の圧力排出路８０ａと８０ｂの下流側は合流されて１本の圧力排出路８０とされて吸入ポート２２に接続されている。

なお、前記軸受への給油路８２では軸受への給油のため、常時油が流れている。従って、前記油戻し管８１には圧力損失が生じてしまうため、その圧力損失分だけシリンダ室３５，７０の圧力も低下してしまう。前記油戻し管８１に圧力損失が生じないようにするためには、前記給油路８２と前記第１、第２の連通路８３，８４とで前記油戻し管８１を共有せず、図６に示すように、前記給油路８２については独立して前記油タンク９５から圧油を取り出すようにすると良い。このようにすれば、各連通路８３，８４へは少量の油が流れるようにすることができるから、前記油戻し管８１での圧力損失はほぼ０にすることができる。なお、図６において、他の構成は図５と同一である。

上記図１〜図６に示した実施例では、前記油タンク９５はメインケーシング１５に一体に形成しているが、前記圧力排出路８０，８０ａ，８０ｂ、前記連通路８３〜８６、及び前記給油路８２についても、前記メインケーシング１５に一体に内蔵するように形成すると、圧縮機周りの配管を減少できる。なお、前記キャピラリチューブ１２０，１２１や電磁弁４２，４３についてはケーシングの外周に設置すると良い。

次に、前記弁体３１の制御について、上記図３、図４及び図５を用いて説明する。
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、過圧縮が生じている場合には開くように制御される。
弁体３１を閉じるように制御する場合には、前記電磁弁４２を閉状態にし、前記電磁弁４３を開状態にする。これにより、シリンダ室３５の油は、前記第２の連通路（給排路）８６、及び圧力排出路８０ｂ，８０を介して吸入ポート２２側に排出され、シリンダ室３５は低圧となる。一方、シリンダ室７０には、油タンク９５の高圧油が、前記キャピラリチューブ１２１及び前記第１の連通路８３，８５を介して導入され、シリンダ室７０の圧力は高圧（≒Ｐｄ）の油で満たされるので、図３に示すように、前記弁体３１は弁孔２８に押し付けられて該弁孔２８を閉じる。

なお、このとき、前記キャピラリチューブ１２０が設けられている前記第２の連通孔８４と、前記圧力排出路８０ｂ，８０側は前記吸入ポート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ているため、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る。従って、圧縮機へ吸入されるガス（例えば冷媒ガス）が前記油で加熱されるのを十分少なく抑えて体積効率の低下を抑制するようにしている。

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加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を開状態にし、前記電磁弁４３は閉状態にする。このようにすることで、油タンク９５の高圧油は、前記キャピラリチューブ１２０、前記第２の連通路８４，８６を介してシリンダ室３５に導入され、シリンダ室３５の圧力は高圧（≒Ｐｄ）となる。一方、シリンダ室７０の油は第１の連通路（給排路）８５、及び圧力排出路８０ａ，８０を介して前記吸入ポート２２に排出される。従って、図４に示すように、ピストン５１はエンドカバー６０側に移動し、前記弁体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。

なお、上記実施例では、図３〜６に示すように、前記第１、第２の連通路８３，８４にキャピラリチューブ１２０，１２１を設けた例について説明したが、前記キャピラリチューブ１２０，１２１の代わりに絞りを設ける、或いは電磁弁を設けて前記電磁弁４２，４３の開閉に対して逆に連動するようにしても良い。キャピラリチューブ１２０，１２１の代わりに電磁弁を設けることで吸入ポート２２側に流れる油量を無くすことができる。
更に、前記電磁弁４２と前記キャピラリチューブ１２１の設置位置、或いは前記電磁弁４３と前記キャピラリチューブ１２０の設置位置を逆にしても前記弁体３１の開閉制御は可能である。

図７は上述したスクリュー圧縮機を用いたチラーユニットの一例を示す冷凍サイクル構成図である。弁体３１を開閉駆動するための前記弁体駆動装置の構造については図３〜図６で説明したが、弁体駆動装置を構成する前記電磁弁４２，４３を制御する制御装置については、この図７により説明する。

まず、図７に示すチラーユニットの構成を説明する。チラーユニットは、順次冷媒配管９６で接続されたスクリュー圧縮機（圧縮機）１３０（図１に示すスクリュー圧縮機１に相当）、油分離器９２、凝縮器１４０、電子膨張弁（膨張弁）１４２、蒸発器１４１などで構成されている。前記スクリュー圧縮機１３０の吐出口は吐出配管９４を介して前記油分離器９２と接続され、前記吐出配管には圧縮機の吐出側圧力を検出するための吐出圧力センサ１１１が設けられ、また前記圧縮機の吸込口側には吸入圧力センサ１１０が設けられている。４２，４３は前記弁体駆動装置を構成する電磁弁であり、上記図３〜図６に示す電磁弁４２，４３と同じものである。１１３は前記吸入圧力センサ１１０及び吐出圧力センサ１１１での検出値に基づいて運転中の圧力比を求め、過圧縮が発生しているかどうかを判断して、前記電磁弁４２，４３を制御する制御装置である。

この制御装置１１３での制御について詳しく説明する。
前記各圧力センサ１１０，１１１からの信号は制御装置１１３に送られる。制御装置１１３では、前記各圧力センサ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１１３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、前記電磁弁４２を閉状態とし、前記電磁弁４３を開状態とするように制御する。これにより、図３に示すように、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は閉じられる。

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、前記電磁弁４２を開状態とし、前記電磁弁４３を閉状態とするように制御する。これにより、図４に示すように、弁体３１をメインケーシング１５とは反対側（図４の右側）に移動させて、弁孔２８を開けるように制御する。このため、圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂの圧縮ガスは、弁孔２８からバイパス流路（バイパス溝）２９（図４、図５参照）を介して吐出室２６（図２参照）に吐出されるので、圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂの圧力は、ほぼ吐出室２６の圧力となるまで低減される。従って、圧縮作動室３６Ａ，３６Ｂでの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。

次に、前記シリンダ室３５，７０内に導入される油圧の大きさと弁体駆動装置部３０における駆動力との関係について、上記図５を参照しながら、図８〜図１０により説明する。

前記電磁弁４２，４３を閉止した場合、シリンダ室３５，７０内の油圧（圧力）は、圧縮機から吐出された直後の吐出冷媒ガスの吐出圧力Ｐｄとほぼ等しい値になる。
しかし、ロータの回転速度が増え、吐出量が多くなると、図８に示すように、圧縮機吐出直後から油分離器９２までの間の圧力損失Ｃ、及び油分離器９２から分岐点８７までの間の圧力損失Ｂが生じ、これらの圧力損失Ｂ，Ｃを合わせた圧力損失Ｄが生じる。この圧力損失Ｄは圧縮機の回転数の増加と共に増加する。

このため、図９に示すように、シリンダ室３５，７０内の圧力は、前記電磁弁４２，４３を閉止した場合でも、吐出圧力Ｐｄに対して、図８に示した圧力損失Ｄ分だけ降下する。なお、図９において、Ｐｓは圧縮機に吸入される冷媒ガスの吸入圧力である。

更に詳しく説明する。
図３に示すように、弁体３１を閉じる場合、前記電磁弁４２を閉状態にし、前記電磁弁４３を開状態にする。これによりシリンダ室３５は、第２の連通路（給排路）８６及び第２の圧力排出路８０ｂ，８０を介して吸入ポート２２側に連通され、低圧（図９に示す吸入圧力Ｐｓ）となる。一方、シリンダ室７０は、油タンク９５の高圧の油が、キャピラリチューブ１２１を有する第１の連通路（圧力供給路）８３及び第１の連通路８５を介してシリンダ室７０に導入され、シリンダ室７０の圧力は、吐出圧力Ｐｄから圧力損失Ｄ（図７参照）分を減じた圧力（Ｐｄ−Ｄ）となる。従って、ピストン５１には、「（Ｐｄ−Ｄ）−ＰＳ」の差圧が作用するので、図３に示すように、弁孔２８は閉じられる。

図４に示すように、弁体３１を開く場合には、前記電磁弁４２を開状態にし、前記電磁弁４３を閉状態にする。これによりシリンダ室３５には、油タンク９５の高圧の油が、キャピラリチューブ１２０を有する第２の連通路（圧力供給路）８４及び第２の連通路８６を介して導入され、シリンダ室３５の圧力は、吐出圧力Ｐｄから圧力損失Ｄ（図７参照）分を減じた圧力（Ｐｄ−Ｄ）となる。一方、シリンダ室７０は、第２の連通路（給排路）８５及び第１の圧力排出路８０ａ，８０を介して吸入ポート２２側に連通され、低圧（図９に示す吸入圧力Ｐｓ）となる。従って、ピストン５１には、「（Ｐｄ−Ｄ）−ＰＳ」の差圧が、上記弁体３１を閉じる場合とは逆方向に作用するので、図４に示すように、弁体３１は弁孔２８を開くように移動する。

図１０は、上記弁体（過圧縮防止弁）３１を駆動する力を示す線図である。弁体３１の駆動力は、シリンダ室３５内とシリンダ室７０内との差圧により発生するが、シリンダ室に供給される高圧油の圧力は、回転速度が増加するほど低下する。このため、図１０に示すように、前記弁体３１の駆動力は回転速度の増加に伴い減少するが、本実施例の構成とすることにより、回転速度が上昇しても十分な弁体駆動力を得ることができ、確実に弁体を駆動することができる。

また、図５に示す例では、キャピラリチューブを設けた圧力供給路（第１、第２の連通路）８３と８４を、分岐部８７で給油路８２と分岐しているが、前記圧力供給路８３，８４を、図６にし示すように直接油タンク９５に接続することで、シリンダ室３５，７０に供給される圧油の圧力損失を低減することができるから、弁体３１の駆動力を増すことができ、弁体３１を更に確実に駆動することが可能となる。

前記特許文献１に記載されたような従来のスクリュー圧縮機では、弁体の背圧側にばねを設け、このばねの伸縮作用により弁体の開閉を行うようにしているため、ばねが必要であると共に、ばねの強さの調整も難しい。更に、ばねの耐久性、弁体の振動や打撃音も問題になる。

これに対して上述した本発明の実施例によれば、弁体に直結されたピストンの両側のシリンダ室内に、圧縮機高圧側の圧力を導入できる構成とし、吸入側との圧力差を利用して前記ピストン両側のシリンダ室の圧力を変化させるようにし、この圧力差により前記ピストンを移動させる構成としている。従って、前記ピストンに直結された弁体により、前記弁孔を全開または全閉するように制御できるから、従来のようなばねは必要なくなり、また前記弁体が振動することも防止できる。更に、シリンダ室内を流出入する流体（上記実施例では油タンクからの油とした場合について説明したが、吐出側の圧縮ガスを導入するようにしても良い）は、キャピラリチューブが抵抗となり弁体の動きを緩やかにして、弁体の打撃音もなくすことができ、弁体の作動も確実にできる。

以上述べたように、本実施例によれば、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及びこれを用いたチラーユニットを得ることができ、更に、圧縮機の運転圧力条件やロータの回転速度にかかわらず、弁体を確実に開閉可能とすることができるから、過圧縮を軽減して性能向上を図ることもできる。

１：圧縮機本体、２：モータ（１１：回転子、１２：固定子）、
５：吸込室、６：吸込口、７：ストレーナ、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：メインケーシングの端面）、
１６：吐出ケーシング（２４：吐出ケーシングの端面）、
１７，１８：ころ軸受、１９，９１：玉軸受、
２０（２０Ａ，２０Ｂ）：ボア、
２２：吸入ポート（低圧空間）、２３：吐出ポート、
２５（２５Ａ，２５Ｂ）：軸方向の吐出ポート
２６：吐出室、
２８：弁孔、２８ａ：背圧室、
２９：バイパス溝（バイパス流路）、
３０：弁体駆動装置部、３１：弁体、
３５，７０：シリンダ室、
３６Ａ，３６Ｂ：圧縮作動室、
４２，４３：電磁弁（４２：第１の弁手段、４３：第２の弁手段）、
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、
８０，８０ａ，８０ｂ：圧力排出路（８０ａ：第１の圧力排出路、８０ｂ：第２の圧力排出路）、８１，９３：油戻し管、８２：給油路、
８３，８５：第１の連通路（８３：圧力供給路、８５：給排路）、
８４，８６：第２の連通路（８４：圧力供給路、８６：給排路）、
８７，８８，８９：分岐部、
９０：吐出流路、９２：油分離器、９４：吐出配管（冷媒配管）、９５：油タンク、
９６：配管（冷媒配管）、
１０１：ロッド穴、１０２：連通孔、
１１０：吸入圧力センサ、１１１：吐出圧力センサ、
１１２：連通孔、
１１３：制御装置、
１２０，１２１：キャピラリチューブ、
１３０：スクリュー圧縮機（圧縮機）、
１４０：凝縮器、１４１：蒸発器、１４２：電子膨張弁。

Claims (13)

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、このメインケーシングのロータ軸方向吐出側端面に当接して前記ボアの開口を覆う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、
   前記弁体の背面側に設けられたシリンダ室と、
   該シリンダ室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、
   前記ピストンの反弁体側及び弁体側のシリンダ室内に圧縮機の吐出側の流体を導くための連通路と、
   前記ピストンの反弁体側及び弁体側のシリンダ室内に導かれた流体を圧縮機の吸込側に排出するための圧力排出路と、
   前記圧力排出路または前記連通路に設けられ、前記ピストンの反弁体側及び弁体側のシリンダ室内の圧力を変化させるための複数の弁手段と、
   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、過圧縮が検知された場合に前記弁体を開き、過圧縮が検知されない場合には前記弁体を閉じるように、前記複数の弁手段を制御する制御装置を備える
   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、
   前記ピストンの反弁体側のシリンダ室内と圧縮機の吐出側とを接続する第１の連通路と、前記ピストンの反弁体側のシリンダ室内と圧縮機の低圧空間とを接続する第１の圧力排出路と、この第１の圧力排出路に設けられ該圧力排出路を開閉するための第１の弁手段と、
   前記ピストンの弁体側のシリンダ室内と圧縮機の吐出側とを接続する第２の連通路と、前記ピストンの弁体側のシリンダ室内と圧縮機の低圧空間とを接続する第２の圧力排出路と、この第２の圧力排出路に設けられ該圧力排出路を開閉するための第２の弁手段とを備え、
   前記制御装置は、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は前記弁体を開き、過圧縮の発生が検知されない場合には前記弁体を閉じるように前記第１及び第２の弁手段を制御することを特徴とするスクリュー圧縮機。
3. 請求項２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、前記第１及び第２の弁手段を制御す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、前記制御装置は、過圧縮が発生したと判断した場合には、前記第１の弁手段を開き、前記第２の弁手段を閉じるように制御し、過圧縮が発生していないと判断した場合には、前記第１の弁手段を閉じ、前記第２の弁手段を開くように制御する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、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。
6. 請求項５に記載のスクリュー圧縮機において、前記圧縮機の吐出側と前記シリンダ内とを接続している前記第１、第２の連通路は、それぞれ、吐出側の圧力をシリンダ室に供給するための圧力供給路と、前記シリンダ室へ圧力を給排するための給排路で構成され、前記第１、第２の連通路における前記圧力供給路のそれぞれにキャピラリチューブが備えられていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
7. 請求項６に記載のスクリュー圧縮機において、前記シリンダ室内に接続されている前記第１、第２の連通路は、それらの上流側が、圧縮機吐出側と連通された油タンクに接続されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
8. 請求項２に記載のスクリュー圧縮機において、前記第１及び第２の圧力排出路に設けられている前記第１及び第２の弁手段は電磁弁であることを特徴とするスクリュー圧縮機。
9. 請求項２に記載のスクリュー圧縮機において、シリンダ室内に接続する前記第１及び第２の連通路は、それぞれ前記ピストンの移動範囲外のシリンダ室内に開口させ、低圧空間に接続される前記圧力排出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。
10. 請求項２において、前記第１の圧力排出路は、前記第１の連通路の途中と圧縮機の低圧空間とを接続し、前記第２の圧力排出路は、前記第２の連通路の途中と圧縮機の低圧空間とを接続するように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、
    前記ピストンの反弁体側のシリンダ室内と圧縮機の吐出側とを接続する第１の連通路と、前記ピストンの反弁体側のシリンダ室内と圧縮機の低圧空間とを接続する第１の圧力排出路と、前記第１の連通路に設けられ該連通路を開閉するための第１の弁手段と、前記第１の圧力排出路に設けられたキャピラリチューブまたは絞りと、
    前記ピストンの弁体側のシリンダ室内と圧縮機の吐出側とを接続する第２の連通路と、前記ピストンの弁体側のシリンダ室内と圧縮機の低圧空間とを接続する第２の圧力排出路と、前記第２の連通路に設けられ該連通路を開閉するための第２の弁手段と、前記第２の圧力排出路に設けられたキャピラリチューブまたは絞りとを備え、
    前記制御装置は、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は前記弁体を開き、過圧縮の発生が検知されない場合には前記弁体を閉じるように前記第１及び第２の弁手段を制御することを特徴とするスクリュー圧縮機。
12. 圧縮機、油分離器、凝縮器、膨張弁及び蒸発器を冷媒配管で接続して構成されたチラーユニットにおいて、
    前記圧縮機として請求項１に記載のスクリュー圧縮機を用いると共に、前記圧縮機への吸入圧力を検出するための吸入圧力センサと、前記圧縮機からの吐出圧力を検知するための吐出圧力センサを備え、
    前記スクリュー圧縮機に設けられている前記複数の弁手段はそれぞれ電磁弁で構成され、
    前記スクリュー圧縮機の制御装置は前記吸入圧力センサ及び前記吐出圧力センサからの検出値に基づいて、前記電磁弁を開閉制御する
    ことを特徴とするスクリュー圧縮機を用いたチラーユニット。
13. 請求項１２に記載のスクリュー圧縮機を用いたチラーユニットにおいて、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前記スクリュー圧縮機に設けられている前記弁体を開くように、スクリュー圧縮機に設けられている前記複数の電磁弁を開閉制御することを特徴とするスクリュー圧縮機を用いたチラーユニット。

Images