JP2013127203A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】内部容積比が小さく設定された場合においても、可変Ｖｉ弁の背面側とケーシング本体の隔壁で形成されるシール面を確保することにより、高効率のスクリュー圧縮機を提供する。
【解決手段】ケーシング本体１と、複数のスクリュー溝が設けられケーシング本体１内に回転可能に収容されたスクリューロータ３と、ケーシング本体１とスクリューロータ３との間に配設されてスクリューロータ３の内部容積比Ｖｉを可変にするための可変Ｖｉ弁８とを備え、可変Ｖｉ弁８は、弁本体８ａ、ガイド部８ｂ及び両者を連結する連結部８ｃからなり、弁本体８ａの背面側８ｅと内面側８ｇとで吸込側端部からの長さが異なるように切り欠きを設け、背面側を長くすることでシール面を確保した。
【選択図】図２

Description

本発明は、スクリュー圧縮機に係り、より詳しくは、運転圧縮比に応じて吐出開始のタイミングを調整する可変Ｖｉ弁を備えたスクリュー圧縮機に関するものである。

従来のスクリュー圧縮機に、圧縮室に吸込んだ冷媒の一部を圧縮工程の途中で低圧空間にバイパスさせるための機構として、スライドバルブがケーシングの円筒壁の一部を構成し、あるいは冷媒ガスが吐出される吐出口の一端を担うように設けたものがあり、このスライドバルブは別体の部品としてスクリューロータの軸方向に可動するようにしたものがある。

そして、このスライドバルブは上記のようにケーシングの円筒壁の一部を構成し、別体としてスクリューロータの軸方向に可動するように設けられているため、スライドバルブの背面側はケーシングが形成している吐出圧力側と吸入圧力側とを隔てる隔壁と接しており、吐出圧力と吸入圧力のシール面を形成している（例えば、特許文献１参照）。

また、スクリュー圧縮機がインバータ駆動される場合においては、運転容量の調整を回転数制御によって行うことができるため、圧縮機に吸込んだ冷媒の一部を圧縮工程の途中で圧縮空間にバイパスできる機構として設けられていたスライドバルブを、吐出開始のタイミングを調整する機構となる可変Ｖｉ弁として用いられるように構成したものもある（例えば、特許文献２参照）。

ここで、スクリュー圧縮機における内部容積比Ｖｉというのは、吸込み時の歯溝空間容積と吐出前の歯溝空間容積との比であり、吸込みが完了したときの容積と吐出口が開くときの容積との比を表している。そして、可変Ｖｉ弁が固定タイプのスクリュー圧縮機の場合、例えば中圧縮比のスクリュー圧縮機で低圧縮比の運転を行うと、吐出口が開く前にガスが吐出圧力以上に過圧縮され、余分な圧縮仕事を行うことになる。また、逆に高圧縮比で運転を行うと、吐出圧力に到達する前に吐出口が開くため、ガスの逆流が生じる不足圧縮の状態となる。これらはいずれの場合も動力のロスを生じ、効率の低下を招く。

特開２００４−３１６５８６号公報（第５−８頁、図１） 特許第４１４７８９１号公報（第４−５頁、図１）

特許文献１又は２のスクリュー圧縮機において、低圧縮比運転の際の動力ロス、すなわち、スクリュー圧縮機の効率の低下を防止するために、吐出タイミングを早めるように内部容積比を小さく設定し、あるいは可変Ｖｉ弁を内部容積比が小さくなる位置へ移動させた場合、この可変Ｖｉ弁が構成する吐出口端部は吸入圧力側へ移動するため、吐出圧力側と吸入圧力側とを隔てる隔壁とのシール面が小さくなり、又はシール面が無くなって、吐出圧力側と吸込圧力側が連通してしまい、スクリュー圧縮機の効率を低下させるという問題点があった。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、内部容積比Ｖｉが小さく設定された場合においても、可変Ｖｉ弁の背面側とケーシング本体の隔壁で形成されるシール面を確保することにより、高効率のスクリュー圧縮機を提供することを目的としたものである。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、ケーシング本体と、複数のスクリュー溝が設けられた前記ケーシング本体内に回転可能に収容されたスクリューロータと、前記ケーシング本体とスクリューロータとの間に配設されて前記スクリューロータの内部容積比Ｖｉを可変にするための可変Ｖｉ弁とを備え、前記可変Ｖｉ弁は、弁本体、ガイド部及び両者を連結する連結部からなり、前記弁本体の吸込側端部からの長さを背面側と内面側とで異なるように切り欠きを設け、背面側長さが長くなるように形成されたものである。

本発明によれば、内部容積比Ｖｉを小さく設定した場合でも、可変Ｖｉ弁がケーシング本体に設けられた吐出圧力側と吸込圧力側とを隔てる隔壁のシール面を確保し、かつ内部容積比Ｖｉを適正に設定することができ、これにより動力ロスの低減と吐出圧力側から吸込圧力側への冷媒ガスの漏れを防止することができて、スクリュー圧縮機の性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。 図１の可変Ｖｉ弁の、スクリューロータが内挿されている内面側からみた斜視図、及びその正面図である。 内部容積比Ｖｉが大きい場合と小さい場合のケーシング本体の内筒面及びスクリューロータの展開図である。 実施の形態１に係る可変Ｖｉ弁の作用説明図である。 従来の可変Ｖｉ弁の作用説明図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁の正面図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁の斜視図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁の正面側からみた斜視図である。 本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁の側面図である。

［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。
本実施の形態に係るスクリュー圧縮機は、シングルスクリュー圧縮機であり、図１に概略構成を示すように、筒状のケーシング本体１と、このケーシング本体１内に収容されたスクリューロータ３と、このスクリューロータ３を回転駆動するモータ２とを備えている。

このモータ２は、ケーシング本体１に内接して固定されたステータ２ａと、ステータ２ａの内側に配設されたモータロータ２ｂとから構成され、インバータ方式で回転数が制御されるようになっている。スクリューロータ３とモータロータ２ｂとは互いに同一軸線上に配置されており、いずれもスクリュー軸４に固定されている。また、スクリューロータ３は円筒面に複数の螺旋状の溝（スクリュー溝）が形成されており、スクリュー軸４に固定されたモータロータ２ｂによって回転駆動される。

また、スクリューロータ３の円筒面に形成された隣接するスクリュー溝間の空間は、ケーシング本体１の内筒面及びスクリュー溝に噛み合い係合する一対のゲートロータ（図示せず）に囲まれて圧縮室５を形成する。また、ケーシング本体１は隔壁１１により吐出圧力側と吸入圧力側とが隔てられ、吐出圧力側には吐出室６に開口する一対の吐出口７が形成されている。
さらに、ケーシング本体１内には、ロッド９及び駆動装置１０に連結され、スクリューロータ３に沿って軸方向に移動可能な一対の可変Ｖｉ弁８が設けられており、吐出口７の一部を形成している。なお、図には、一対の可変Ｖｉ弁８のうち一方の可変Ｖｉ弁８についてのみ記載されており、他方の可変Ｖｉ弁８は省略してある。

図２は図１の可変Ｖｉ弁８を示すもので、（ａ）はスクリューロータ３が内挿されている内面側からみた斜視図、（ｂ）はその正面図である。
可変Ｖｉ弁８は、弁本体８ａ、ガイド部８ｂ及び両者を連結する連結部８ｃからなり、弁本体８ａとガイド部８ｂとの間には吐出口７に連通する空隙８ｄが形成されて吐出口７の一部を構成している。なお、ガイド部８ｂの端部にはロッド９が連結されている。

可変Ｖｉ弁８はケーシング本体１とスクリューロータ３との間に介装されるので、弁本体８ａ及びガイド部８ｂの背面側８ｅ，８ｆはほぼ半円周状に形成されており、吐出圧力側と吸入圧力側とのシール面を形成している。
また、弁本体８ａ及びガイド部８ｂの内面側８ｇ，８ｈは、スクリューロータ３の外周面に対応して円弧状に形成されており、８ｇは冷媒ガスの吐出タイミングを決定する。

さらに、弁本体８ａの吐出口端部８ｉは下方に向ってガイド部８ｂ側に傾斜した傾斜面に形成されており、その吐出口端部８ｉと内面側８ｇとの境界は、吐出口端部８ｉに沿って断面ほぼＬ字状に切除され、段差部８ｊが形成されている。このように、弁本体８ａは段差部８ｊが形成されることで吸込側端部８ｌからの長さが背面側８ｅと内面側８ｇとで異なり、背面側８ｅの長さが長く、内面側８gの長さが短く形成されている。

図３は内部容積比Ｖｉが大きい場合と小さい場合の可変Ｖｉ弁８の内面側８ｇを含むケーシング本体１の内筒面及びスクリューロータ３の展開図で、（ａ）は内部容積比を大きく設定した状態における可変Ｖｉ弁８の位置、（ｂ）は内部容積比を小さく設定した状態における可変Ｖｉ弁８の位置を示す。なお、破線はスクリューロータ３のスクリュー溝を示す。

内部容積比Ｖｉは、前述のように、吸込み時の歯溝空間容積と吐出前の歯溝空間容積との比であり、吸込みが完了したときの容積と吐出口７が開くときの容積との比を表していることから、吐出口７が開くタイミング、すなわち、可変Ｖｉ弁８の吐出口端部８ｉの位置によって決定される。また、吐出口端部８ｉの内面側８ｇはスクリュー溝のプロフィールに沿うものである。

ここで、内部容積比Ｖｉを大きく設定する場合は、吐出のタイミングを遅らせるために、図３（ａ）に示すように、可変Ｖｉ弁８を内面側８ｇで形成される吐出口端部８ｉの位置を、矢印ａで示すように、より吐出側に設定する。また、内部容積比Ｖｉを小さく設定する場合は、吐出のタイミングを早めるために、図３（ｂ）に示すように、可変Ｖｉ弁８の内面側８ｇで形成される吐出口端部８ｉの位置を、矢印ｂで示すように、より吸込側に設定する。

図４、図５は本実施の形態に係るスクリュー圧縮機と従来のスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁の作用説明図で、図４（ａ）及び図５（ａ）は内部容積比Ｖｉが大きく設定された状態を、図４（ｂ）及び図５（ｂ）は内部容積比Ｖｉが小さく設定された状態を示す。
従来のスクリュー圧縮機において、内部容積比Ｖｉが大きい場合は、図５（ａ）に示すように、可変Ｖｉ弁８０の吐出口端部８０ｉがより吐出側に設定されているため、ケーシング本体１の吐出圧力側と吸入圧力側とを隔てる隔壁１１のシール面を確保することができる。

しかし、図５（ｂ）に示すように、内部容積比Ｖｉが小さい場合は、可変Ｖｉ弁８０の吐出口端部８０ｉがより吸込側に設定されるため、ケーシング本体１の吐出圧力側と吸込圧力側とを隔てる隔壁１１とのシール面が短くなり、又はシール面を確保することができなくなって、吐出圧力側と吸込圧力側が連通してしまうことがある。

これに対して、本実施の形態に係るスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁８は、図４（ａ）に示すように、内部容積比Ｖｉが大きい場合は従来の可変Ｖｉ弁８０の場合と同様に、ケーシング本体１の吐出圧力側と吸込圧力側とを隔てる隔壁１１とのシール面を確保することができるのに加えて、図４（ｂ）に示すように、可変Ｖｉ弁８に段差部８ｊを設けているため内部容積比Ｖｉが小さい場合においても、ケーシング本体１の吐出圧力側と吸込圧力側とを隔てる隔壁１１とのシール面を確保することができる。

本実施の形態によれば、内部容積比Ｖｉを決定する機能を持つ可変Ｖｉ弁８の吐出口端部８ｉの内面側８ｇと、ケーシング本体１の吐出圧力側と吸込圧力側を隔てる隔壁１１とをシールする機能を持つ背面側８ｅとで吸込側端部からの長さを異なる長さとし、可変Ｖｉ弁８の吐出口端部８ｉと内面側８ｇとの境界に段差部８ｊを設けることにより、適正な内部容積比Ｖｉに設定することができ、これにより動力ロスを低減させ、かつケーシング本体１の吐出圧力側と吸込圧力側を隔てる隔壁１１とのシール面を確保することができるので、冷媒ガスの漏れを防止し、スクリュー圧縮機の効率を向上させることができる。

［実施の形態２］
図６は本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁の正面図、図７は本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁の斜視図である。なお、実施の形態１に係る可変Ｖｉ弁と同一又は同じ機能の部分には、これと同じ符号を付してある。
本実施の形態に係る可変Ｖｉ弁は、実施の形態１の場合と同様に、弁本体８ａには内面側８ｇと吐出口端部８ｉとが設けられており、吐出口端部８ｉに段差部８ｊを設け、ケーシング本体１の吐出圧力側と吸込圧力側とを隔てる隔壁１１の位置に合わせて、シール面を形成する部分のみに背面側８ｅ（図２（ａ）参照）を設けたものである。

本実施の形態に係る可変Ｖｉ弁８の作用、効果は実施の形態１の場合とほぼ同様であるが、シール面を形成する部分のみに背面側８ｅを設けたため、吐出ガス流路を阻害する抵抗を減少させ、吐出ガスが流れる際の抵抗を小さくすることができる。
また、図８は本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁の正面側からみた斜視図を示す。図８に示すように、段差部８ｊを背面側８ｅの円周形状部分のみに形成し、内側の流路を確保することで吐出ガスが流れる際の抵抗をより小さくすることができる。

［実施の形態３］
図９は本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機の可変Ｖｉ弁の側面図である。なお、実施の形態１に係る可変Ｖｉ弁と同一又は同じ機能の部分には、これと同じ符号を付してある。
本実施の形態は、実施の形態１又は２に係る可変Ｖｉ弁８の段差部８ｊの角にＲ形状部８ｋを設け、又は破線で示すように傾斜面を設けたものである。

本実施の形態に係る可変Ｖｉ弁８の作用、効果は実施の形態１又は２の場合とほぼ同様であるが、さらに、段差部８ｊの下端部にＲ形状部８ｋを設け又は傾斜面を設けたので、吐出口７から吐出する冷媒ガスの流路抵抗がより減少し、動力ロスが低減してスクリュー圧縮機の効率をより向上することができる。

１ ケーシング本体、２ モータ、３ スクリューロータ、４ スクリュー軸、５ 圧縮室、６ 吐出室、７ 吐出口、８ 可変Ｖｉ弁、８ａ 弁本体、８ｂ ガイド部、８ｃ 連結部、８ｄ 空隙、８ｅ，８ｆ 背面側、８ｇ，８ｈ 内面側、８ｉ 吐出口端部、８ｊ 段差部、８ｋ Ｒ形状部、８ｌ 吸込側端部、９ ロッド、１０ 駆動装置、１１ 隔壁。

Claims (5)

1. ケーシング本体と、複数のスクリュー溝が設けられた前記ケーシング本体内に回転可能に収容されたスクリューロータと、前記ケーシング本体とスクリューロータとの間に配設されて前記スクリューロータの内部容積比Ｖｉを可変にするための可変Ｖｉ弁とを備え、
   前記可変Ｖｉ弁は、弁本体、ガイド部及び両者を連結する連結部からなり、前記弁本体の吸込側端部からの長さを背面側と内面側とで異なるように切り欠きを設け、背面側長さが長くなるよう形成されたことを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 前記可変Ｖｉ弁本体の設けた切り欠きが段差形状となることを特徴とする請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
3. 前記可変Ｖｉ弁本体の設けた切り欠きが段差形状であり、ケーシング本体の吐出圧力側と吸込圧力側とを隔てる隔壁に沿った部分のみに背面部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
4. 前記可変Ｖｉ弁に設けた段差部角にＲ形状部又は傾斜面を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
5. インバータ回転数制御により容量制御を行う請求項１〜４のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。

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