JP2013036403A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】比較的簡単な構成で、高低圧力比に応じた内部容積比となる位置にスライドバルブを移動できるようにする。
【解決手段】スライドバルブ（60）は、ピストン（63）に連結されており、前面室（62a）と背面室（62b）との圧力差の変化に応じて移動する。ピストン（63）は、圧縮バネ（66）によって前面室（62a）側に付勢される。背面室（62b）内の圧力は、背面圧調整装置（70）の減圧弁（73）で調整される。背面室（62b）内の圧力が調整されると、スライドバルブ（60）を低圧空間（S1）側へ押す荷重と圧縮バネ（66）の付勢力とに抗してピストン（63）が背面室（62b）側に移動する。これにより、低圧検出センサ（13）及び高圧検出センサ（14）で検出された高低圧力比に応じた内部容積比となる位置にスライドバルブ（60）が移動する。
【選択図】図３

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、吸入容積と吐出容積との比である内部容積比を調整するスライドバルブを備えたスクリュー圧縮機が知られている（例えば、特許文献１，２参照）。このスクリュー圧縮機では、スライドバルブをスクリューロータの軸方向へスライドさせ、スクリューロータの螺旋溝内に形成される圧縮室の高圧ガスの吐出開始位置（圧縮完了位置）を変えることによって吐出容積が変化し、その結果、内部容積比が調整される。

特許文献１には、シリンダのピストンストローク途中に並設された複数組の油通路を有し、この油通路に電磁弁を取り付けた構成が開示されている。そして、複数の電磁弁の開閉状態を組み合わせることで、最小ロード、５０％ロード、７５％ロード、１００％ロードの４段階からなる段階制御を行い、スライドバルブの位置を段階的に調整するようにしている。

特許文献２には、容量制御弁を貫通するロッドにオスネジを設け、Ｖi可変弁にメスネジを設けてＶi可変弁の駆動をロッドの回転により行うとともに、ケーシングの外部のロッドにステッピングモータを取り付け、外部信号によりモータを駆動してＶiを自動的に変更できるようにした構成が開示されている。

特開２００６−１４４６８７号公報 特許第３１５９７６２号公報

しかしながら、特許文献１に記載のスクリュー圧縮機では、スライドバルブの位置を調整するために複数の電磁弁が必要となり、コストがかかってしまうという問題があった。また、スライドバルブを段階的にしか移動させることができず、最適な位置にスライドバルブを位置付けることが困難であった。

また、特許文献２に記載のスクリュー圧縮機では、ステッピングモータを駆動してスライドバルブを所望の位置に移動させるためには、スライドバルブの現在位置を正確に検出するための手段が別途必要となり、コストがかかってしまうという問題があった。

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、比較的簡単な構成で、高低圧力比に応じた内部容積比となる位置にスライドバルブを移動できるようにすることにある。

本発明は、内部に低圧空間（S1）及び高圧空間（S2）が形成されたケーシング（30）と、該ケーシング（30）内の該低圧空間（S1）と該高圧空間（S2）とに跨るように設けられ且つ外周面に圧縮室（23）を形成する複数の螺旋溝（41）を有するスクリューロータ（40）と、該スクリューロータ（40）の外周面に沿って配置され、該圧縮室（23）の吐出容積に対する吸入容積の比である内部容積比が小さくなる前進方向と該内部容積比が大きくなる後退方向とに移動可能なスライドバルブ（60）とを備えたスクリュー圧縮機を対象とし、次のような解決手段を講じた。

すなわち、第１の発明は、前記ケーシング（30）内に設けられたシリンダ（62）と、
前記シリンダ（62）内を前面室（62a）と背面室（62b）とに仕切るとともに前記スライドバルブ（60）に連結され、該前面室（62a）と該背面室（62b）との圧力差の変化に応じて該スライドバルブ（60）を移動させるピストン（63）と、
前記ピストン（63）を前記前面室（62a）側に付勢する圧縮バネ（66）と、
前記低圧空間（S1）及び前記高圧空間（S2）の圧力を検出する圧力検出手段（13,14）と、
前記背面室（62b）内の圧力を調整することで、前記スライドバルブ（60）を前記低圧空間（S1）側へ押す荷重と前記圧縮バネ（66）の付勢力とに抗して前記ピストン（63）を該背面室（62b）側に移動させ、前記圧力検出手段（13,14）で検出された前記高圧空間（S2）の圧力に対する前記低圧空間（S1）の圧力の比である高低圧力比に応じた内部容積比となる位置に該スライドバルブ（60）を移動させる背面圧調整手段（70）とを備えたことを特徴とするものである。

第１の発明では、シリンダ（62）内は、ピストン（63）によって前面室（62a）と背面室（62b）とに仕切られる。スライドバルブ（60）は、ピストン（63）に連結されており、前面室（62a）と背面室（62b）との圧力差の変化に応じて移動する。ピストン（63）は、圧縮バネ（66）によって前面室（62a）側に付勢される。低圧空間（S1）及び高圧空間（S2）の圧力は、圧力検出手段（13,14）で検出される。背面室（62b）内の圧力は、背面圧調整手段（70）で調整される。背面室（62b）内の圧力が調整されると、スライドバルブ（60）を低圧空間（S1）側へ押す荷重と圧縮バネ（66）の付勢力とに抗してピストン（63）が背面室（62b）側に移動する。これにより、圧力検出手段（13,14）で検出された高低圧力比に応じた内部容積比となる位置にスライドバルブ（60）が移動される。ここで、高低圧力比とは、高圧空間（S2）の圧力に対する低圧空間（S1）の圧力の比である。

このような構成とすれば、背面室（62b）内の圧力を調整するだけで、スライドバルブ（60）の位置検出を行うことなく、高低圧力比に応じた内部容積比となる最適な位置にスライドバルブ（60）を移動させることができ、過圧縮又は圧縮不足による損失を低減することができる。

ここで、従来のスクリュー圧縮機では、ステッピングモータ等を用いてスライドバルブ（60）を移動させるようにしていた。しかしながら、ステッピングモータを駆動してスライドバルブ（60）を所望の位置に移動させるためには、スライドバルブ（60）の現在位置を正確に検出するための手段が別途必要となり、コストがかかってしまうという問題があった。

これに対し、本発明では、背面室（62b）の圧力を調整するだけという比較的簡単な構成で、高低圧力比に応じた最適な吐出タイミングが得られる位置にスライドバルブを移動できるようにしている。

具体的に、スライドバルブ（60）は、スライドバルブ（60）を低圧空間（S1）側へ押す荷重と、圧縮バネ（66）のバネ荷重と、前面室（62a）及び背面室（62b）の差圧による推進荷重との合計荷重によって進退する。つまり、この合計荷重を得るための背面室（62b）の圧力を予め算出しておけば、背面室（62b）内の圧力がこの算出した圧力となるように調整するだけで、スライドバルブ（60）を最適な位置に移動させることができる。そのため、スライドバルブ（60）の位置を検出するためのセンサや、スライドバルブ（60）の位置を調整するために複数の電磁弁を別途設ける必要が無く、コストを低減することができる。

第２の発明は、第１の発明において、
前記スクリューロータ（40）の回転数を検出する回転数検出手段（15a）を備え、
前記背面圧調整手段（70）は、前記回転数検出手段（15a）の検出結果に基づいて前記背面室（62b）内の圧力を調整して、前記スクリューロータ（40）の回転数に応じた内部容積比となる位置に前記スライドバルブ（60）を移動させるように構成されていることを特徴とするものである。

第２の発明では、スクリューロータ（40）の回転数が回転数検出手段（15a）で検出され、この検出結果に基づいて背面圧調整手段（70）により背面室（62b）内の圧力が調整される。つまり、スライドバルブ（60）は、スクリューロータ（40）の回転数に応じた内部容積比となる位置に移動する。

このような構成とすれば、背面室（62b）内の圧力を調整するだけという比較的簡単な構成で、スクリューロータ（40）の回転数に応じた最適な吐出タイミングが得られる位置にスライドバルブ（60）を移動させることができる。そのため、スライドバルブ（60）の位置を検出するためのセンサ等を別途設ける必要が無く、コストを低減することができる。

第３の発明は、第１又は第２の発明において、
前記背面圧調整手段（70）は、前記背面室（62b）内の圧力を減圧する減圧弁（73）で構成されていることを特徴とするものである。

第３の発明では、背面圧調整手段（70）は減圧弁（73）で構成され、減圧弁（73）によって背面室（62b）内の圧力が減圧される。

このような構成とすれば、背面室（62b）内の圧力を減圧弁（73）で減圧するだけで、高低圧力比に応じた最適な吐出タイミングが得られる位置にスライドバルブを移動することができる。

第４の発明は、第１又は第２の発明において、
前記背面圧調整手段（70）は、前記背面室（62b）内からの冷媒の流出を許可又は遮断する電磁開閉弁（74）で構成されていることを特徴とするものである。

第４の発明では、背面圧調整手段（70）は電磁開閉弁（74）で構成され、電磁開閉弁（74）によって背面室（62b）内からの冷媒の流出が許可又は遮断される。

このような構成とすれば、電磁開閉弁（74）を開閉することで背面室（62b）内の圧力を調整して、高低圧力比に応じた最適な吐出タイミングが得られる位置にスライドバルブを移動することができる。

第５の発明は、第１乃至第４の発明のうち何れか１つにおいて、
前記スクリューロータ（40）を回転駆動させる電動機（16）と、
前記電動機（16）の消費電力を検出する電力検出手段（15b）とを備え、
前記背面圧調整手段（70）は、前記高低圧力比に応じた内部容積比となる位置に前記スライドバルブ（60）を移動させた後で、前記電力検出手段（15b）の検出結果に基づいて前記背面室（62b）内の圧力を再調整して、前記電動機（16）の消費電力が小さくなる方向に前記スライドバルブ（60）を移動させるように構成されていることを特徴とするものである。

第５の発明では、スクリューロータ（40）を回転駆動させる電動機（16）の消費電力は、電力検出手段（15b）により検出される。スライドバルブ（60）は、背面圧調整手段（70）により、高低圧力比に応じた内部容積比となる位置に移動する。その後、背面圧調整手段（70）により背面室（62b）内の圧力を再調整させ、電動機（16）の消費電力が小さくなる方向にスライドバルブ（60）を移動させる。

このような構成とすれば、スライドバルブ（60）を高低圧力比に応じた内部容積比となる位置に移動させた後で、背面室（62b）内の圧力を再調整して、電動機（16）の消費電力が小さくなる方向にスライドバルブ（60）を移動させるようにしたから、電動機（16）の消費電力が最も小さくなる位置にスライドバルブ（60）の位置を微調整することができる。

本発明によれば、背面室（62b）内の圧力を調整するだけで、スライドバルブ（60）の位置検出を行うことなく、高低圧力比に応じた内部容積比となる最適な位置にスライドバルブ（60）を移動させることができ、過圧縮又は圧縮不足による損失を低減することができる。その結果、スライドバルブ（60）の位置を検出するためのセンサ等を別途設ける必要が無く、コストを低減することができる。

本発明の実施形態１に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。 スライドバルブを前進させたときの圧縮機構の構成を示す側面断面図である。 スライドバルブを後退させたときの圧縮機構の構成を示す側面断面図である。 スクリュー圧縮機の構成を示す横断面図である。 圧縮機構の動作を示す平面図であって、（ａ）は吸入工程を示し、（ｂ）は圧縮行程を示し、（ｃ）は吐出行程を示す。 本実施形態２に係る圧縮機構の構成を示す側面断面図である。 本実施形態３に係る圧縮機構の構成を示す側面断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

《実施形態１》
本実施形態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。

図１に示すように、スクリュー圧縮機（1）は、圧縮機構（20）と、圧縮機構（20）を駆動する電動機（16）とが１つのケーシング（30）に収容されている。

ケーシング（30）は、横長の円筒状に形成されている。ケーシング（30）内には、ケーシング（30）の一端側に位置する低圧空間（S1）と、ケーシング（30）の他端側に位置する高圧空間（S2）とが形成されている。ケーシング（30）には、低圧空間（S1）に連通する吸入管接続部（11）と、高圧空間（S2）に連通する吐出管接続部（12）とが設けられている。冷媒回路の蒸発器から流れてきた低圧ガス冷媒（すなわち、低圧流体）は、吸入管接続部（11）を通って低圧空間（S1）へ流入する。また、圧縮機構（20）から高圧空間（S2）へ吐出された圧縮後の高圧ガス冷媒は、吐出管接続部（12）を通って冷媒回路の凝縮器へ供給される。

スクリュー圧縮機（1）には、低圧空間（S1）の圧力を検出する低圧検出センサ（13）と、高圧空間（S2）の圧力を検出する高圧検出センサ（14）とが設けられている。低圧検出センサ（13）及び高圧検出センサ（14）で検出された低圧及び高圧を示す信号は、後述する制御装置（15）に入力される。

ケーシング（30）内では、低圧空間（S1）に電動機（16）が配置され、低圧空間（S1）と高圧空間（S2）とに跨るように圧縮機構（20）が配置されている。圧縮機構（20）の駆動軸（21）は、電動機（16）に連結されている。また、ケーシング（30）内では、高圧空間（S2）に油分離器（17）が配置されている。油分離器（17）は、圧縮機構（20）から吐出された冷媒から冷凍機油を分離する。高圧空間（S2）における油分離器（17）の下方には、潤滑油である冷凍機油を貯留するための油貯留室（18）が形成されている。油分離器（17）において冷媒から分離された冷凍機油は、下方へ流れ落ちて油貯留室（18）に溜められる。

スクリュー圧縮機（1）には、インバータ（111）が設けられている。インバータ（111）は、その入力側が商用電源（112）に接続され、その出力側が電動機（16）に接続されている。インバータ（111）は、商用電源（112）から入力された交流の周波数を調整し、所定の周波数に変換された交流を電動機（16）へ供給する。インバータ（111）には、制御装置（15）が接続されている。インバータ（111）の出力周波数は、制御装置（15）からの制御指令に基づいて変更される。また、制御装置（15）は、スクリューロータ（40）の回転数を検出する回転数検出部（15a）を有する。

インバータ（111）の出力周波数を変更すると、電動機（16）の回転速度が変化し、電動機（16）によって駆動されるスクリューロータ（40）の回転速度も変化する。そして、スクリューロータ（40）の回転速度が変化すると、スクリュー圧縮機（1）へ吸入されて圧縮後に吐出される冷媒の質量流量が変化する。すなわち、スクリューロータ（40）の回転速度が変化すると、スクリュー圧縮機（1）の運転容量が変化する。

図２〜図４に示すように、圧縮機構（20）は、ケーシング（30）に形成された円筒部（31）と、円筒部（31）の中に配置された１つのスクリューロータ（40）と、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。また、スクリュー圧縮機（1）には、内部容積比（吸入容積と吐出容積の比）を変更するためのスライドバルブ（60）が設けられている。

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。なお、以下の説明では、図２において左右方向の左側を前側、右側を後側として説明する。

円筒部（31）の高圧空間（S2）側の端部には、軸受ホルダ（35）が挿入されている。軸受ホルダ（35）は、やや厚肉の概ね円筒状に形成されている。軸受ホルダ（35）の外径は、円筒部（31）の内周面（すなわち、スクリューロータ（40）の外周面と摺接する面）の直径と実質的に等しくなっている。軸受ホルダ（35）の内側には、玉軸受（36）が設けられている。

スクリュー圧縮機（1）の運転容量（単位時間当たりに圧縮機構（20）から吐出される冷媒の吐出量）は、冷媒回路の利用側の負荷に応じて制御される。その際、スライドバルブ（60）は、利用側の負荷に応じて制御される運転容量に対して、最適の圧縮効率が得られる容積比（圧縮比）になるように制御される。具体的には、運転状態が定格負荷（１００％負荷）状態であるか部分負荷状態であるかによって変化する運転容量に応じて、スライドバルブ（60）は、スクリューロータ（40）の軸方向へ位置が変化する。

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）の外周面には、スクリューロータ（40）の一端（冷媒の吸入側の端部）から他端（吐出側の端部）へ向かって螺旋状に延びる螺旋溝（41）が複数本形成されている。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）に開放されており、この開放部分が圧縮機構（20）の吸入口（24）になっている。

各ゲートロータ（50）には、長方形板状に形成された複数枚のゲート（51）が放射状に設けられている。各ゲートロータ（50）は、円筒部（31）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、２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）が円筒部（31）の一部（図示せず）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。

図４に示すように、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。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、円筒部（31）に隣接してケーシング（30）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４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）が下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）が上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）にボールベアリング（92）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、円筒部（31）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。

スクリュー圧縮機（1）は、圧縮機構（20）の内部容積比Ｖiを調整するためのスライドバルブ（60）を備えている。この内部容積比Ｖiは、圧縮機構（20）における吐出容積Ｖdに対する吸入容積Ｖsの比（Ｖs／Ｖd）を意味し、換言すると、圧縮機構（20）の圧縮比を意味する。

スライドバルブ（60）は、スライドバルブ収納部（33）に摺動自在に嵌合している。スライドバルブ（60）は、スライドバルブ駆動機構（61）によってその位置が変更される（図２及び図３を参照）。

具体的に、スライドバルブ収納部（33）内において、スライドバルブ（60）は、スクリューロータ（40）の吸入側（吸入口（24））に最も近づく位置（第１位置）と、吸入口（24）から最も離れる位置（第２位置）との間を進退自在に構成されている。なお、スライドバルブ（60）が第１位置にあると、スライドバルブ収納部（33）の軸方向一端側（吸入側）の内壁と、スライドバルブ（60）の軸方向一端側の端部とが接触する。つまり、円筒部（31）には、スライドバルブ（60）を第１位置で保持するように、スライドバルブ（60）と当接する当接部（31a）が形成されている。

また、スライドバルブ（60）の軸方向の他端部には、軸方向に対して斜めに傾斜する傾斜面（図示省略）が形成されている。この傾斜面は、スクリューロータ（40）の回転方向に進むにつれて、吐出口（25）の開口幅を拡大させるように形成されている。

圧縮機構（20）では、スライドバルブ（60）の位置に応じて、吐出口（25）の開口面積が変化する。これにより、圧縮室（23）と吐出口（25）との連通位置が変更される。その結果、圧縮室（23）から冷媒が吐出される吐出行程のタイミングが調整され、容積比Ｖiが調整される。

スライドバルブ（60）が第２位置にあると、吸入口（24）から最も離れた位置（高圧空間（S2）に最も近い位置）において、圧縮室（23）と吐出口（25）とが連通する。これにより、圧縮室（23）の吐出行程の開始のタイミング（圧縮行程の終了のタイミング）が最も遅くなり、容積比Ｖiが最大の容積比Ｖimax（すなわち、最大の圧縮比）となる。一方、スライドバルブ（60）が第１位置にあると、吸入口（24）から最も近い位置において、圧縮室（23）と吐出口（25）とが連通する。これにより、圧縮室（23）の吐出行程の開始のタイミング（圧縮行程の終了のタイミング）が最も早くなり、容積比Ｖiが最低の容積比Ｖimin（すなわち、最低の圧縮比）となる。

スライドバルブ駆動機構（61）は、シリンダ（62）と、シリンダ（62）内に装填されてシリンダ（62）内を前面室（62a）（図２の左側）と背面室（62b）（図２の右側）とに仕切るピストン（63）と、ピストン（63）のピストンロッド（63a）に連結されたアーム（64）と、アーム（64）とスライドバルブ（60）とを連結する連結ロッド（65）と、シリンダ（62）内に収容されてピストン（63）を前面室（62a）側（図２の左方向）に付勢する圧縮バネ（66）とを備えている。

前面室（62a）及び背面室（62b）には、それぞれ小径の流入孔（図示省略）が形成され、前面室（62a）及び背面室（62b）の内部には、流入孔を介して冷媒が流入している。背面室（62b）には、背面室（62b）内の冷媒を低圧空間（S1）側に流出させる流出通路（71）が接続されている。流出通路（71）の通路途中には、背面圧調整装置（70）が設けられている。

背面圧調整装置（70）は、背面室（62b）内の圧力を検出する背面圧検出センサ（72）と、流出通路（71）の通路径を絞って減圧させることで背面室（62b）からの冷媒の流出量を調整する減圧弁（73）とで構成されている。減圧弁（73）の開度は、制御装置（15）からの制御指令に基づいて調整される。

ここで、スクリュー圧縮機（1）の運転中において、スライドバルブ（60）では、その軸方向の端面の一方に圧縮機構（20）の吸入圧が、他方に圧縮機構（20）の吐出圧がそれぞれ作用する。このため、スクリュー圧縮機（1）の運転中において、スライドバルブ（60）には、常にスライドバルブ（60）を低圧空間（S1）側へ押す方向の力が作用する。また、圧縮バネ（66）の付勢力によってもスライドバルブ（60）を低圧空間（S1）側へ押す方向の力が作用する。

従って、ピストン（63）の背面室（62b）内の圧力を変更すると、スライドバルブ（60）を圧縮バネ（66）の付勢力に抗して高圧空間（S2）側へ引き戻す方向の力の大きさが変化し、その結果、スライドバルブ（60）の位置が変化する。

なお、本実施形態では、圧縮バネ（66）を背面室（62b）内に配置した構成について説明したが、連結ロッド（65）に挿通させた圧縮バネ（66）を、シリンダ（62）の固定板とアーム（64）との間に配置した構成としてもよい。

−運転動作−
スクリュー圧縮機（1）の運転動作について、図５を参照しながら説明する。

運転中のスクリュー圧縮機（1）の圧縮機構（20）では、図５（ａ）に示す吸入行程、図５（ｂ）に示す圧縮行程、及び図５（ｃ）に示す吐出行程が、順に繰り返し行われる。以下の説明では、図５においてドットを付した圧縮室（23）に着目する。

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）がさらに回転すると、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していく。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）がさらに回転すると、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、圧縮された高圧ガス冷媒が圧縮室（23）から高圧空間（S2）へ押し出されていく。

−内部容積比を変更する動作−
次に、スライドバルブ（60）によって圧縮機構（20）の内部容積比を変更する動作について説明する。なお、圧縮機構（20）の内部容積比Ｖiは、吸入行程の終了直後における圧縮室（23）の容積（吸入容積Ｖs）を吐出行程の開始直前における圧縮室（23）の容積（吐出容積Ｖd）で除した値（すなわち、Ｖi＝Ｖs／Ｖd）である。

スライドバルブ（60）が移動すると、それに伴って吐出口（25）の位置が変化する。すなわち、圧縮室（23）内から冷媒が吐出されるその開始位置が変更される。一方、図５（ａ）〜図５（ｃ）に示すように、同図においてドットを付した圧縮室（23）に着目すると、この圧縮室（23）が高圧空間（S2）側（同図における右側）へ移動するに従って、この圧縮室（23）の容積が次第に減少し、この圧縮室（23）内の冷媒の圧力が次第に上昇してゆく。このため、スライドバルブ（60）が最も高圧空間（S2）側（すなわち、同図における右側）に位置する状態では、吐出口（25）に連通し始める直前（すなわち、吐出行程の開始直前）における圧縮室（23）の容積が最小となり、圧縮機構（20）の内部容積比が最大となる。一方、スライドバルブ（60）が最も低圧空間（S1）側（すなわち、同図における左側）に位置する状態では、吐出口（25）に連通し始める直前（すなわち、吐出行程の開始直前）における圧縮室（23）の容積が最大となり、圧縮機構（20）の内部容積比が最小となる。言い換えると、圧縮機構（20）の内部容積比は、スライドバルブ（60）の後退に伴って増大する一方、スライドバルブ（60）の前進に伴って減少する。

ここで、冷媒回路の高低圧力が変動すると、高圧空間（S2）の圧力に対する低圧空間（S1）の圧力の比である高低圧力比とスクリュー圧縮機（1）の内部容積比とがずれて過圧縮や圧縮不足を生じてしまう。これに対し、本実施形態のスクリュー圧縮機（1）では、高低圧力比の変化に伴ってシリンダ（62）の背面室（62b）内の圧力を調整してスライドバルブ（60）の位置を調整することによって、内部容積比が高低圧力比に応じた値に調整される。

具体的に、スライドバルブ（60）は、スライドバルブ（60）を低圧空間（S1）側へ押す荷重と、圧縮バネ（66）のバネ荷重と、前面室（62a）及び背面室（62b）の差圧による推進荷重との合計荷重によって進退する。つまり、この合計荷重を得るための背面室（62b）の圧力を予め算出しておけば、背面室（62b）内の圧力がこの算出した圧力となるように調整するだけで、スライドバルブ（60）を最適な位置に移動させることができる。

つまり、高低圧力比が大きい場合には、制御装置（15）からの制御指令に基づいて減圧弁（73）の開度を大きくし、背面室（62b）内の圧力を減圧させる。これにより、前面室（62a）及び背面室（62b）の差圧によってピストン（63）が圧縮バネ（66）の付勢力に抗して後退する。その結果、スライドバルブ（60）が後退して圧縮機構（20）の内部容積比が増大し、圧縮不足を防止することができる。

一方、高低圧力比が小さい場合には、制御装置（15）からの制御指令に基づいて減圧弁（73）の開度を小さくし、圧縮バネ（66）の付勢力によってピストン（63）を前進させる。その結果、スライドバルブ（60）が前進して圧縮機構（20）の内部容積比が減少し、過圧縮を防止することができる。

ここで、スクリュー圧縮機（1）は、スクリューロータ（40）の回転数が所定の回転数に至る定常運転時にも、内部容積比を適宜変更するように構成されている。具体的に、スクリュー圧縮機（1）の定常運転時には、冷媒回路の利用側の負荷に応じて圧縮機構（20）の運転容量が変更されるが、この運転容量の変化に対応するように容積比Ｖiが変更される。

より詳細には、利用側の負荷が定格の負荷（１００％負荷）である場合、回転数検出部（15a）で検出されたスクリューロータ（40）の回転数が比較的大きくなって運転容量も比較的大きくなる。この場合、容積比Ｖiが最大容積比Ｖimaxとなるように、スライドバルブ（60）の位置が調整される。また、利用側の負荷が部分負荷である場合、スクリューロータ（40）の回転数が比較的小さくなって運転容量も比較的小さくなる。この場合、容積比Ｖiは、最大容積比Ｖimaxよりも小さい所定の容積比となるように、スライドバルブ（60）の位置が調整される。以上のように、スクリュー圧縮機（1）の定常運転時には、圧縮機構（20）の容積比Ｖiが所定の制御範囲で調整される。

−実施形態１の効果−
以上のように、本実施形態に係るスクリュー圧縮機（1）によれば、背面圧調整装置（70）の減圧弁（73）によって背面室（62b）内の圧力を調整するだけで、スライドバルブ（60）の位置検出を行うことなく、高低圧力比に応じた内部容積比となる最適な位置にスライドバルブ（60）を移動させることができ、過圧縮又は圧縮不足による損失を低減することができる。そのため、スライドバルブ（60）の位置を検出するためのセンサ等を別途設ける必要が無く、コストを低減することができる。

《実施形態２》
図６は、本実施形態２に係る圧縮機構の構成を示す側面断面図である。前記実施形態１との違いは、減圧弁（73）の代わりに電磁開閉弁（74）を設けた点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図６に示すように、背面圧調整装置（70）は、背面圧検出センサ（72）と、電磁開閉弁（74）とを備えている。電磁開閉弁（74）は、流出通路（71）の通路途中に設けられ、開閉動作によって背面室（62b）内からの冷媒の流出を許可又は遮断するものである。

そして、高低圧力比が大きい場合には、制御装置（15）からの制御指令に基づいて電磁開閉弁（74）を開き、背面室（62b）内の冷媒を流出通路（71）から流出させる。これにより、背面室（62b）内の圧力を低下させ、スライドバルブ（60）を後退させる。その際、背面圧検出センサ（72）によって背面室（62b）内の圧力を監視しておき、背面室（62b）内の圧力が目標圧力まで低下したときに電磁開閉弁（74）を閉じ、スライドバルブ（60）の移動を停止する。

ここで、目標圧力とは、スライドバルブ（60）を低圧空間（S1）側へ押す荷重と、圧縮バネ（66）のバネ荷重と、前面室（62a）及び背面室（62b）の差圧による推進荷重との合計荷重に基づいて予め算出された圧力であり、高低圧力比に応じた内部容積比となる最適な位置にスライドバルブ（60）を位置付けるために必要となる背面室（62b）の圧力である。

なお、前面室（62a）及び背面室（62b）の内部には、小径の流入孔（図示省略）を介して冷媒が常に流入しているので、時間の経過とともに背面室（62b）内の圧力が再び上昇する。そのため、上述した電磁開閉弁（74）の開閉動作は、背面圧検出センサ（72）の検出結果に基づいて連続的に行われることとなる。

《実施形態３》
図７は、本実施形態３に係る圧縮機構の構成を示す側面断面図である。前記実施形態１との違いは、電力検出部（15b）を設けた点であるため、以下、実施形態１と同じ部分については同じ符号を付し、相違点についてのみ説明する。

図７に示すように、制御装置（15）には、電動機（16）の消費電力を検出する電力検出部（15b）が接続されている。電力検出部（15b）の検出結果は、制御装置（15）に入力される。制御装置（15）は、電力検出部（15b）の検出結果に基づいて、減圧弁（73）に対して開度調整の指令を出力する。

具体的に、高低圧力比が大きい場合には、制御装置（15）からの制御指令に基づいて減圧弁（73）の開度を大きくし、背面室（62b）内の圧力を減圧させる。これにより、前面室（62a）及び背面室（62b）の差圧によってピストン（63）が圧縮バネ（66）の付勢力に抗して後退し、高低圧力比に応じた内部容積比となる位置にスライドバルブ（60）が移動する。なお、高低圧力比が小さい場合の制御については、実施形態１と同様であるため、説明を省略する。

その後、制御装置（15）は、電力検出部（15b）の検出結果に基づいて、電動機（16）の消費電力が小さくなる方向にスライドバルブ（60）を移動させるように、減圧弁（73）の開度調整を行い、背面室（62b）内の圧力を再調整する。

具体的に、スクリュー圧縮機（1）の運転動作中に、電力検出部（15b）によって電動機（16）の消費電力を監視しておき、消費電力の理想値よりも電力検出部（15b）で検出された消費電力の方が大きい場合、つまり、負荷変動等の要因により、スクリューロータ（40）が効率良く回転していないと判断される場合に、圧縮機性能を維持できる範囲内で、電動機（16）の消費電力が小さくなる方向にスライドバルブ（60）を移動させる。

このような構成とすれば、スライドバルブ（60）を高低圧力比に応じた内部容積比となる位置に移動させた後で、背面室（62b）内の圧力を再調整して、電動機（16）の消費電力が小さくなる方向にスライドバルブ（60）を移動させるようにしたから、電動機（16）の消費電力が最も小さくなる位置にスライドバルブ（60）の位置を微調整することができる。

以上説明したように、本発明は、比較的簡単な構成で、高低圧力比に応じた内部容積比となる位置にスライドバルブを移動させることができるという実用性の高い効果が得られることから、きわめて有用で産業上の利用可能性は高い。

1 スクリュー圧縮機
13 低圧検出センサ（圧力検出手段）
14 高圧検出センサ（圧力検出手段）
15a 回転数検出部（回転数検出手段）
15b 電力検出部（電力検出手段）
16 電動機
23 圧縮室
30 ケーシング
40 スクリューロータ
41 螺旋溝
60 スライドバルブ
62 シリンダ
62a 前面室
62b 背面室
63 ピストン
66 圧縮バネ
70 背面圧調整装置（背面圧調整手段）
73 減圧弁
74 電磁開閉弁
S1 低圧空間
S2 高圧空間

Claims (5)

1. 内部に低圧空間（S1）及び高圧空間（S2）が形成されたケーシング（30）と、該ケーシング（30）内の該低圧空間（S1）と該高圧空間（S2）とに跨るように設けられ且つ外周面に圧縮室（23）を形成する複数の螺旋溝（41）を有するスクリューロータ（40）と、該スクリューロータ（40）の外周面に沿って配置され、該圧縮室（23）の吐出容積に対する吸入容積の比である内部容積比が小さくなる前進方向と該内部容積比が大きくなる後退方向とに移動可能なスライドバルブ（60）とを備えたスクリュー圧縮機であって、
   前記ケーシング（30）内に設けられたシリンダ（62）と、
   前記シリンダ（62）内を前面室（62a）と背面室（62b）とに仕切るとともに前記スライドバルブ（60）に連結され、該前面室（62a）と該背面室（62b）との圧力差の変化に応じて該スライドバルブ（60）を移動させるピストン（63）と、
   前記ピストン（63）を前記前面室（62a）側に付勢する圧縮バネ（66）と、
   前記低圧空間（S1）及び前記高圧空間（S2）の圧力を検出する圧力検出手段（13,14）と、
   前記背面室（62b）内の圧力を調整することで、前記スライドバルブ（60）を前記低圧空間（S1）側へ押す荷重と前記圧縮バネ（66）の付勢力とに抗して前記ピストン（63）を該背面室（62b）側に移動させ、前記圧力検出手段（13,14）で検出された前記高圧空間（S2）の圧力に対する前記低圧空間（S1）の圧力の比である高低圧力比に応じた内部容積比となる位置に該スライドバルブ（60）を移動させる背面圧調整手段（70）とを備えた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、
   前記スクリューロータ（40）の回転数を検出する回転数検出手段（15a）を備え、
   前記背面圧調整手段（70）は、前記回転数検出手段（15a）の検出結果に基づいて前記背面室（62b）内の圧力を調整して、前記スクリューロータ（40）の回転数に応じた内部容積比となる位置に前記スライドバルブ（60）を移動させ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。
3. 請求項１又は２において、
   前記背面圧調整手段（70）は、前記背面室（62b）内の圧力を減圧する減圧弁（73）で構成されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
4. 請求項１又は２において、
   前記背面圧調整手段（70）は、前記背面室（62b）内からの冷媒の流出を許可又は遮断する電磁開閉弁（74）で構成されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。
5. 請求項１乃至４のうち何れか１つにおいて、
   前記スクリューロータ（40）を回転駆動させる電動機（16）と、
   前記電動機（16）の消費電力を検出する電力検出手段（15b）とを備え、
   前記背面圧調整手段（70）は、前記高低圧力比に応じた内部容積比となる位置に前記スライドバルブ（60）を移動させた後で、前記電力検出手段（15b）の検出結果に基づいて前記背面室（62b）内の圧力を再調整して、前記電動機（16）の消費電力が小さくなる方向に前記スライドバルブ（60）を移動させ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。

Images