JP2014145334A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数を抑えた簡易な構成でありながら、起動時の負荷を低減することができるスクリュー圧縮機を得る。
【解決手段】スクリュー圧縮機１００は、ケーシング１に吐出口７と低圧空間１２とを連通するバイパス流路１１が形成され、起動時または停止時には、可変Ｖｉ弁８が一方に向かって移動され、可変Ｖｉ弁８に形成されている吐出口７がバイパス流路１１の始端側バイパス開口部１１ａに重なった際、バイパス流路１１は開通し、起動時以外または停止時以外には、可変Ｖｉ弁８が他方に向かって移動され、吐出口７が始端側バイパス開口部１１ａから離れた際、可変Ｖｉ弁８のシール面８ａが始端側バイパス開口部１１ａを覆い、バイパス流路１１は閉塞される。
【選択図】図２ｂ

Description

本発明はスクリュー圧縮機に係わり、例えば、冷凍機の冷媒圧縮等に用いられる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おいては、圧縮機起動時の起動電流や起動トルクなどの負荷を低減させるために、高圧側を低圧側に連通して冷媒ガスをバイパスさせることで容量制御を行う容量制御通路と、容量制御通路の開度を調整するスライド弁を容量制御弁として備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、起動時の負荷を低減する他の機構としては、圧縮機本体に設けられたエコノマイザーポートや液インジェクションポートを起動時のみ低圧空間と連結させてバイパス流路を形成することで起動電流を抑制させるものがある（例えば、特許文献２、３参照）。

さらに、スクリュー圧縮機における「内部容積比Ｖｉ」は、吸込み時の歯溝空間容積と吐出寸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ポートが開くときの容積との比を表している。そして、内部容積比Ｖｉが一定の固定Ｖｉ弁を具備するスクリュー圧縮機において、例えば、中圧縮比で適正圧縮を行うように内部容積比を設定した場合、低圧縮比の運転を行うと、吐出ポートが開く前にガスは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り、反対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ポートが開くため、ガスの逆流が生じる不足圧縮の状態となる。これらはいずれも動力のロスを生じ、効率の低下を招くことになる。
そのため、前記の容量制御通路の開度を調整するスライド弁を吐出開始のタイミングの調整に用いて、スライド弁が内部容積比Ｖｉを可変にする可変Ｖｉ弁となることで、運転圧力比に応じて可変Ｖｉ弁の開度を調整するようにしたものがある（例えば、特許文献４参照）。

さらに、従来のスクリュー圧縮機においては可変Ｖｉ弁と容量制御弁の両方を備え、容量制御時は容量制御弁を駆動して可変Ｖｉ弁との間に隙間を生じさせることでバイパス流路を形成するものがある（例えば、特許文献５参照）。

特公平２−１１７５０号公報（第４−５頁、第１図） 特開２００９−５２５６６号公報（第４−５頁、図１） 特開２００９−２４５３４号公報（第６−７頁、図１） 特許第４１４７８９１号公報（第４−５頁、図１） 特許第３１５９７６２号公報（第３−４頁、図１）

特許文献１〜３に記載のように可変Ｖｉ弁は動力ロスを低減するものの、スライド弁が内部容積比Ｖｉを調整する可変Ｖｉ弁として使用されるスクリュー圧縮機では、起動時の負荷を低減する機構を新たに設ける必要があった。
また、特許文献４に記載されたスクリュー圧縮機は、エコノマイザーポートや液インジェクションポートを低圧空間に連結させてバイパス流路を形成する構成であるため、起動時のみバイパス流路を形成するように流路を切り替えるためのバルブを新たに設置する必要があり、部品点数が増して構造が複雑になって、価格が高くなるという問題があった。
また、特許文献５に記載されたスクリュー圧縮機は、可変Ｖｉ弁機構に加えて新たに容量制御弁と容量制御弁制御機構とが必要になる構成であるため、部品点数が増して構造が複雑になって、価格が高くなるという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、部品点数を抑えた簡易な構成でありながら、起動時の負荷を低減することができるスクリュー圧縮機を得ることを目的とする。

本発明に係わるスクリュー圧縮機は、ケーシングと、該ケーシングの内部に回転自在に配置されたスクリューローターと、該スクリューローターを回転させるモーターと、前記ケーシングに摺動して内部容積比Ｖｉを変更するための可変Ｖｉ弁と、該可変Ｖｉ弁を駆動する駆動手段と、前記ケーシングに設けられた吐出圧力側空間と吸込圧力側空間とを隔てる隔壁と、前記ケーシングと前記スクリューローターとによって形成される圧縮室と、前記圧縮室と前記吐出圧力側空間とを連通した吐出口と、を備えたスクリュー圧縮機において、前記可変Ｖｉ弁が前記駆動手段によって一方に向かって移動された際、前記吐出口と、前記吸込圧力側空間に連通した低圧空間とが連通し、前記可変Ｖｉ弁が前記駆動手段によって他方に向かって移動された際、前記吐出口と前記低圧空間との連通が遮断されることを特徴とする。

本発明によれば、既存の可変Ｖｉ弁の駆動装置を利用することにより、安価で簡易な構成で起動停止時の負荷を低減することができる。

本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を説明する概略構成を示す側面視の断面図。 図１に示すスクリュー圧縮機の起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図。 図１に示すスクリュー圧縮機の起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す平面視（図２ａにおけるＡ矢視）の拡大断面図。 図１に示すスクリュー圧縮機の起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図。 図１に示すスクリュー圧縮機の起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す平面視（図３ａにおけるＡ矢視）の拡大断面図。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す平面視（図４ａにおけるＡ矢視）の拡大断面図。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す平面視（図５ａにおけるＡ矢視）の拡大断面図。 本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機の起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図。 本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機の起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図。 本発明の実施の形態４に係るスクリュー圧縮機の概略構成を示す側面視の断面図。

［実施の形態１］
図１〜図３ｂは、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を説明するものであり、図１は概略構成を示す側面視の断面図、図２ａは起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図、図２ｂは起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す平面視（図２ａにおけるＡ矢視）の拡大断面図、図３ａは起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図、図３ｂは起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す平面視（図３ａにおけるＡ矢視）の拡大断面図である。
なお、各図は、模式的に描かれたものであって、本発明はかかる形態に限定されるものではない。

（スクリュー圧縮機）
図１において、実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００は、シングルスクリュー圧縮機であり、筒状のケーシング１と、ケーシング１内に収容されたスクリューローター３と、スクリューローター３を回転駆動するモーター２とを備えている。
モーター２は、ケーシング１に内接して固定されたステーター２ａと、ステーター２ａの内側に回転自在に配置されたローター２ｂとから構成されている。

（圧縮室）
スクリューローター３の円筒面（外周）には、複数の螺旋状の溝（スクリュー溝）が形成され、スクリューローター３の回転中心とローター２ｂの回転中心とは互いに同一軸線上に配置され、いずれもスクリュー軸４に固定されている（以下、スクリュー軸４の軸心の方向を「軸方向」と称す）。すなわち、スクリューローター３はスクリュー軸４を介してローター２ｂによって回転駆動される。
また、スクリューローター３の円筒面に形成された隣接する溝同士の間の空間は、ケーシング１の内筒面と前記溝とに噛み合い係合する一対のゲートローター（図示せず）によって囲まれて圧縮室５を形成している。

（ケーシング、可変Ｖｉ弁）
ケーシング１は隔壁１３によって隔てられた吐出圧力側空間１３ａ（以下「吐出室６」と称す）と吸込圧力側空間１３ｂとを具備している。
そして、圧縮室５と吐出室６との間に、ケーシング１に摺動しながら軸方向に移動可能で、吐出室６と圧縮室５とを連通する吐出口７が形成された一対の可変Ｖｉ弁８が設けられている。一対の可変Ｖｉ弁８には、それぞれケーシング１に設置された駆動装置１０によって進退されるロッド９が連結されている。
なお、互いに摺動するケーシング１側の面を「ケーシング摺動面１ａ」と称し、ケーシング摺動面１ａに摺動する可変Ｖｉ弁８側の面を「シール面８ａ」と称す。また、隔壁１３の先端面（以下「隔壁摺動面」と称す）１３ｃは、可変Ｖｉ弁８に気密的に摺動する（隔壁摺動面１３ｃに摺動する可変Ｖｉ弁８側の面を「シール面８ｂ」と称す。実施の形態３参照）。

（バイパス流路）
図２ａ〜図３ｂにおいて、ケーシング１には、吐出口７と低圧空間１２とを連通する（正確には、閉塞される場合がある）Ｌ字状のバイパス流路１１が形成されている。
すなわち、バイパス流路１１の始端側を構成する始端側バイパス流路部分１１ｃは、ケーシング摺動面１ａに開口する始端側バイパス開口部１１ａを具備している。このとき、始端側バイパス流路部分１１ｃはケーシング摺動面１ａに対して垂直（軸方向に対して垂直）に形成されている。
一方、バイパス流路１１の終端側を構成する終端側バイパス流路部分１１ｄは、始端側バイパス流路部分１１ｃに連通し、低圧空間１２に開口する終端側バイパス開口部１１ｂを具備している。このとき、終端側バイパス流路部分１１ｄはケーシング摺動面１ａに対して平行（軸方向に対して平行）に形成されている。

（バイパス流路形成機構：起動停止時）
図２ａおよび図２ｂにおいて、可変Ｖｉ弁８の動作による吐出口７と低圧空間１２との連通の変化を、まず、スクリュー圧縮機１００の起動時または停止時（以下「起動停止時」と称す。負荷低減動作時に同じ）の場合について説明する。
起動停止時において、可変Ｖｉ弁８を図中右端の位置（ケーシング１の可変Ｖｉ弁８の移動を停止させる面（以下「ケーシング停止面」と称す）１ｂ）まで移動すると、可変Ｖｉ弁８のシール面８ａは始端側バイパス開口部１１ａから離れ、吐出口７が始端側バイパス開口部１１ａに重なる。このため、始端側バイパス流路部分１１ｃと吐出口７とが連通するから、圧縮室５と低圧空間１２とを連通するバイパス流路１１は開通する。
このように起動停止時においては、駆動装置１０を起動して、可変Ｖｉ弁８を移動することによって、バイパス流路１１を開通させることができるから、冷媒ガスをバイパス流路１１を経由して低圧空間１２へ逃がすことが可能になる。

そうすると、起動時において、冷媒ガスの一部をバイパス流路１１を経由して低圧空間１２へ逃がすことによって、負荷を低減することができるから、起動電流や起動トルクを低減することが可能になる。
また、停止時においても同様の動作により、冷媒ガスの一部をバイパス流路１１を経由して低圧空間１２へ逃がすことによって、負荷を低減することができるから、高圧と低圧との差圧が小さな状態においてスクリュー圧縮機１００を停止することができる。このため、スクリューローター３の逆回転による負荷を低減することができる。

（バイパス流路形成機構：起動停止時以外の時）
図３ａおよび図３ｂにおいて、起動停止時以外のときの運転（定常運転時に同じ）においては、可変Ｖｉ弁８は各運転状態により位置が設定されるため図中右端（ケーシング停止面１ｂ）から離れ、吐出口７は始端側バイパス開口部１１ａから離れ、可変Ｖｉ弁８のシール面８ａが始端側バイパス開口部１１ａを塞いでいる。
このため、バイパス流路１１は閉塞されるから、冷媒ガスの吐出口７から低圧空間１２への流出は無くなる。よって、起動停止時以外のとき、すなわち、定常運転時は、冷媒ガスは、その全量が吐出室６に供給される。

（効果）
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、ケーシング１に、吐出口７と低圧空間１２とを連通または隔離するバイパス流路１１を設けることによって、既存の可変Ｖｉ弁８の駆動装置１０を利用した、安価で簡易な構成で、起動停止時の負荷を低減することができる機構を具備するスクリュー圧縮機１００を得ることができる。
さらに、モーター２をインバーター駆動により回転数制御し、起動停止時に低速運転を行うことで始動停止時の負荷を更に低減することができる。

［実施の形態２］
図４ａ〜図５ｂは、本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機を説明するものであり、図４ａは起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図、図４ｂは起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す平面視（図４ａにおけるＡ矢視）の拡大断面図、図５ａは起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図、図５ｂは起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す平面視（図５ａにおけるＡ矢視）の拡大断面図である。
なお、図４ａ〜図５ｂはそれぞれ実施の形態１において説明した図２ａ〜図３ｂに対応するものであるから、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。

（バイパス流路）
図４ａ〜図５ｂにおいて、本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機２００におけるバイパス流路１１は、始端側バイパス開口部１１ａと終端側バイパス開口部１１ｂとの間が、直線状のバイパス流路直線部分１１ｅになっている。

（効果）
これにより、実施の形態１と同様の作用効果が得られると共に、バイパス流路１１を形成するための加工回数を２回から１回に減らすことができるため、加工コストの低減を図ることが可能になる。

［実施の形態３］
図６および図７は、本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機を説明するものであり、図６は起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図、図７は起動停止時以外のときにおけるバイパス流路形成機構を示す側面視の拡大断面図である。
なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。

（バイパス流路）
図６および図７において、本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機３００は、ケーシング１の一部を吐出圧力側空間１３ａと吸込圧力側空間１３ｂとを隔てる隔壁１３を利用して、吐出口７と吸込圧力側空間１３ｂとを連通するバイパス流路を形成するものである。
すなわち、スクリュー圧縮機３００において、可変Ｖｉ弁８のシール面８ｂと隔壁１３の隔壁摺動面１３ｃとは、可変Ｖｉ弁８が軸方向に移動した際、所定の範囲において摺動（当接または近接して対向）する（図７参照）。
一方、前記所定の範囲を外れた位置において、隔壁１３の隔壁摺動面１３ｃは可変Ｖｉ弁８のシール面８ｂから離れ、隔壁摺動面１３ｃは吐出口７に重なって、隔壁摺動面１３ｃとシール面８ｂとの間に隙間が形成される。すなわち、吐出口７と吸込圧力側空間１３ｂ（低圧空間１２に連通している）とが連通するバイパス流路１４が形成される（図６参照）。

（バイパス流路形成機構：起動停止時）
図６に示す起動停止時において、可変Ｖｉ弁８を図中右方向に移動すると（図２ｂ参照）、隔壁摺動面１３ｃとシール面８ｂとは重ならないから、吐出口７と低圧空間１２とを連通するバイパス流路１４が形成される。
このように起動停止時においては、駆動装置１０を駆動して、バイパス流路１４を形成するように可変Ｖｉ弁８を移動することで、冷媒ガスをバイパス流路１４を経由して低圧空間１２へ逃がすことができる。

（バイパス流路形成機構：起動停止時以外の時）
図７において、起動停止時以外のときの運転（定常運転時に同じ）では、可変Ｖｉ弁８は各運転状態により位置が設定されるため、左方向に移動させることで（図３ｂ参照）、隔壁摺動面１３ｃとシール面８ｂとは重なるため、バイパス流路１４は形成されない。すなわち、吐出口７と吸込圧力側空間１３ｂとは隔離される。よって、起動停止時以外のとき、すなわち、定常運転時は、冷媒ガスは、その一部が低圧空間１２にバイパスすることがなく、その全量が吐出室６に供給される。

（効果）
以上のように、本発明の実施の形態３によれば、実施の形態１、２のようにバイパス孔の加工を行わなくても、可変Ｖｉ弁８を移動して、隔壁摺動面１３ｃとシール面８ｂとの相対位置を調整するだけで、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。
すなわち、既存の可変Ｖｉ弁８の駆動装置１０を利用した安価で簡易な構成で、起動停止時の負荷を低減する機構を有するスクリュー圧縮機３００を得ることができる。

［実施の形態４］
図８は、本発明の実施の形態４に係るスクリュー圧縮機の概略構成を示す側面視の断面図である。なお、実施の形態１と同じ部分または相当する部分には同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図８において、本発明の実施の形態４に係るスクリュー圧縮機４００は、スクリュー圧縮機１００における１つの圧縮部を、２つ配置したものであって、スクリュー軸４に一対のスクリューローター３が固定され、一対のスクリューローター３のそれぞれに対して可変Ｖｉ弁８等が配置されている。

したがって、２つの圧縮部のそれぞれにおいて、実施の形態１と同様の作用効果を得ることができるから、既存の可変Ｖｉ弁８の駆動装置１０を利用することで、安価で簡易な構成で起動停止時の負荷を低減する機構を具備するスクリュー圧縮機４００を得ることができる。
なお、本発明は、圧縮部（スクリューローター３等）が２つであるものに限定するものではなく、３つ以上であってもよく、さらに、スクリュー圧縮機１００に代えて、スクリュー圧縮機２００またはスクリュー圧縮機３００における１つの圧縮部（スクリューローター３等）を複数配置してもよい。

１ ケーシング、１ａ ケーシング摺動面、１ｂ ケーシング停止面、２ モーター、２ａ ステーター、２ｂ ローター、３ スクリューローター、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 シール面、８ｂ シール面、９ ロッド、１０ 駆動装置、１１ バイパス流路、１１ａ 始端側バイパス開口部、１１ｂ 終端側バイパス開口部、１１ｃ 始端側バイパス流路部分、１１ｄ 終端側バイパス流路部分、１１ｅ バイパス流路直線部分、１２ 低圧空間、１３ 隔壁、１３ａ 吐出圧力側空間、１３ｂ 吸込圧力側空間、１３ｃ 隔壁摺動面、１４ バイパス流路、１００ スクリュー圧縮機（実施の形態１）、２００ スクリュー圧縮機（実施の形態２）、３００ スクリュー圧縮機（実施の形態３）、４００ スクリュー圧縮機（実施の形態４）。

Claims (7)

1. ケーシングと、該ケーシングの内部に回転自在に配置されたスクリューローターと、該スクリューローターを回転させるモーターと、前記ケーシングに摺動して内部容積比Ｖｉを変更するための可変Ｖｉ弁と、該可変Ｖｉ弁を駆動する駆動手段と、前記ケーシングに設けられた吐出圧力側空間と吸込圧力側空間とを隔てる隔壁と、前記ケーシングと前記スクリューローターとによって形成される圧縮室と、前記圧縮室と前記吐出圧力側空間とを連通した吐出口と、を備えたスクリュー圧縮機において、
   前記可変Ｖｉ弁が前記駆動手段によって一方に向かって移動された際、前記吐出口と、前記吸込圧力側空間に連通した低圧空間とが連通し、
   前記可変Ｖｉ弁が前記駆動手段によって他方に向かって移動された際、前記吐出口と前記低圧空間との連通が遮断されることを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 前記可変Ｖｉ弁に、前記圧縮室と前記吐出圧力側空間とを連通する吐出口が形成され、
   前記ケーシングに、前記可変Ｖｉ弁が摺動するケーシング摺動面に開口した始端側バイパス開口部を具備し、前記吐出口と前記低圧空間とを連通するバイパス流路が形成され、
   起動時または停止時には、前記可変Ｖｉ弁が前記駆動手段によって一方に向かって移動され、前記吐出口が前記始端側バイパス開口部に重なることによって、前記バイパス流路が開通され、
   起動時以外のときまたは停止時以外のときには、前記可変Ｖｉ弁が前記駆動手段によって他方に向かって移動され、前記吐出口が前記始端側バイパス開口部から離れることによって、前記可変Ｖｉ弁の前記ケーシングに摺動するシール面が前記始端側バイパス開口部に重なり、前記バイパス流路が閉塞されることを特徴とする請求項１記載のスクリュー圧縮機。
3. 前記バイパス流路は、前記ケーシング摺動面に対して垂直に形成された始端側バイパス流路部分と、該始端側バイパス流路部分に連通し、前記ケーシング摺動面に対して平行に形成された終端側バイパス流路部分と、によって形成されていることを特徴とする請求項２記載のスクリュー圧縮機。
4. 前記バイパス流路は、前記可変Ｖｉ弁が摺動する前記ケーシング摺動面に対して傾斜し、直線状に形成されたバイパス流路直線部分によって形成されていることを特徴とする請求項２記載のスクリュー圧縮機。
5. 起動時または停止時には、前記可変Ｖｉ弁が前記駆動手段によって前記低圧空間側に向かって移動され、前記吐出圧力側空間および吸込圧力側空間の両方と前記吐出口とを連通するバイパス流路が形成され、
   起動時以外のときまたは停止時以外のときには、前記可変Ｖｉ弁が前記吐出圧力側空間の方向に移動され、前記吐出圧力側空間と前記吐出口とが隔離されることを特徴とする請求項１記載のスクリュー圧縮機。
6. 前記モーターはインバーター回転数制御により回転されることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のスクリュー圧縮機。
7. 前記スクリューローター、前記可変Ｖｉ弁、前記駆動手段、前記圧縮室および前記吐出口を具備するバイパス流路形成機構を複数備えた多段式であることを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のスクリュー圧縮機。

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