JP3780813B2 - スクリュー圧縮機の容量制御機構 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、スクリュー圧縮機の容量制御機構に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スクリュー圧縮機の容量制御機構としては、スライドバルブと駆動シリンダのピストンとを連結部材で連結し、この駆動シリンダに供給する冷凍機油を開閉弁によって制御して、駆動シリンダの位置を定めて、スライドバルブの位置を定めて、容量を制御するようにしたものがある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来のスクリュー圧縮機の容量制御機構では、駆動シリンダに供給する冷凍機油の量を開閉弁で制御して、スライドバルブの位置を定めているため、次のような問題があった。すなわち、スクリュー圧縮機の運転状態によって、油上がり（冷凍機油が回路に運ばれて、スクリュー圧縮機に少なくなる状態）、冷媒の湿り運転、冷媒ひいては冷凍機油の急激な圧力の変動等によって、駆動シリンダのピストンの位置が保持できないとか、ロードアップ、ロードダウンができないとか、スライドバルブを迅速に動かす迅速な制御ができないとかいった問題があった。すなわち、従来のスクリュー圧縮機の容量制御機構は、制御の信頼性が低いという問題があった。
【０００４】
これに対して、スクリュー圧縮機のスライドバルブを外部の駆動モータで直接駆動して、容量を制御することが考えられるが、大型で高出力の駆動モータが必要になるという問題がある。
【０００５】
そこで、この発明の課題は、小さな出力の駆動モータであっても、スライドバルブを確実に保持でき、かつ、運転状態にあまり影響を受けることなく、信頼性の高い迅速な制御ができるスクリュー圧縮機の容量制御機構を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、請求項１の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構は、一方の端面は吸い込み口に面して低圧を受ける一方、他方の端面は吐出口に通じる吐出側空間に面して高圧を受けるスライドバルブと、
このスライドバルブを移動させるピストンを有すると共に、このピストンの両側に位置して高圧流体が導かれる室を有し、さらに、上記ピストンに上記室に連通するように設けられた制御通路を有する駆動シリンダと、
外周に開口する一方低圧側に通じる排出通路を有すると共に、上記ピストンに摺動自在に嵌合されたパイロット弁体と、
上記パイロット弁体を移動させる駆動手段とを備えて、
上記パイロット弁体の位置に応じて、上記ピストンが上記制御通路と排出通路との連通が遮断されるように軸方向に倣い移動するようにしたことを特徴している。
【０００７】
上記構成において、駆動手段によってパイロット弁体を移動させて、制御通路と排出通路を連通させると、制御通路の連通している室の流体は、制御通路、排出通路を通して、低圧側に排出されて、上記室内の流体の圧力は低下する。そのため、上記ピストンは、上記制御通路と排出通路との連通を遮断する方向に移動して、スライドバルブに作用する力と、ピストンの両側室の圧力差から成る力とがバランスしたところで停止する。このように、パイロット弁体の位置に従ってピストンが軸方向に移動するのである。
【０００８】
このように、ピストンひいてはスライドバルブの位置はパイロット弁体の位置に倣って定まるので、スライドバルブを確実に保持でき、かつ、連続的に容量制御でき、さらに、油上がりや湿り運転などの冷凍機油や冷媒の状態等の運転状態に影響されなくて信頼性が高く、また、パイロット弁体を移動させるだけで、スライドバルブを軸方向に移動できるので、迅速な容量制御ができる。
【０００９】
また、上記駆動手段はパイロット弁体を移動させればよいので、小さな力を出力する小さなものでよい。
【００１０】
請求項２の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構は、請求項１に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記駆動手段は、上記パイロット弁体をピストンの軸方向に進退移動させることを特徴としている。
【００１１】
上記構成において、駆動手段がパイロット弁体を軸方向移動させると、そのパイロット弁体の位置に倣って、上記制御通路と排出通路との連通を遮断するまで、ピストンが軸方向に移動して、スライドバルブが軸方向に移動する。このように、単に、パイロット弁体を軸方向に移動させるだけで、スライドバルブの軸方向の位置を制御できるので、構造が簡単、安価になる。
【００１２】
請求項３の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構は、請求項２に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記駆動手段は、電動モータとリンク機構からなることを特徴としている。
【００１３】
上記構成によれば、駆動手段を簡単、安価に構成できる。
【００１４】
請求項４の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構は、請求項２に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記駆動手段は、電動モータとラックアンドピニオン機構からなることを特徴としている。
【００１５】
上記構成によれば、駆動手段を簡単、安価に構成できる。
【００１６】
請求項５の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構は、請求項１に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記駆動手段は、上記パイロット弁体を回転移動させ、上記パイロット弁体の回転位置に応じて、上記制御通路と排出通路との連通が遮断されるピストンの軸方向の位置が変化して、上記ピストンが軸方向に移動することを特徴としている。
【００１７】
上記構成において、駆動手段がパイロット弁体を回転させると、上記パイロット弁体の回転位置に応じて、上記制御通路と排出通路との連通が遮断されるピストンの軸方向の位置が変化して、上記ピストンが軸方向に移動する。つまり、ピストンの軸方向の位置が、パイロット弁体の回転角に応じて、変化して、スライドバルブの軸方向の位置を制御できる。したがって、単に、パイロット弁体を回転させるだけで、スライドバルブの軸方向の位置を制御できるので、駆動手段の構造が簡単、安価になる。
【００１８】
請求項６の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構は、請求項５に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記パイロット弁体の外周に開口する排出通路の開口部は、略三角形をしていることを特徴としている。
【００１９】
上記構成において、駆動手段がパイロット弁体を回転させると、上記排出通路の開口部が略三角形をしているから、上記パイロット弁体の回転位置に応じて、上記制御通路と連通すべき排出通路の開口部の軸方向の長さが変化する。したがって、上記ピストンが、上記制御通路と排出通路との連通を遮断するまで軸方向に移動する距離、つまり、つまり、ピストンの軸方向の位置が、パイロット弁体の回転角に応じて、変化して、スライドバルブの軸方向の位置を制御できる。
【００２０】
請求項７の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構は、請求項５に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記パイロット弁体の外周に開口する排出通路の開口部は、略螺旋形状をしていることを特徴としている。
【００２１】
上記構成において、駆動手段がパイロット弁体を回転させると、上記排出通路の開口部が略螺旋形状をしているから、上記パイロット弁体の回転位置に応じて、上記制御通路と排出通路との連通が遮断されるピストンの軸方向の位置が変化する。したがって、上記ピストンが、上記制御通路と排出通路との連通を遮断するまで軸方向に移動する距離、つまり、つまり、ピストンの軸方向の位置が、パイロット弁体の回転角に応じて、変化して、スライドバルブの軸方向の位置を制御できる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。
【００２３】
図１に示すように、スクリューロータ１の外周側に、そのスクリューロータ１の圧縮開始位置を制御して容量を制御するスライドバルブ２を設けている。このスライドバルブ２は、図２に示すように、スクリューロータ１側以外の三方をケーシング５８（一部のみを示す）に囲まれていて、軸方向の両端面に、冷媒および冷凍機油からなる流体の低圧ＬＰと高圧ＨＰとを受けて、矢印Ｘに示すように、左方に付勢されている。すなわち、上記スライドバルブ２の一部はスクリュー圧縮機の吸い込み口に面していて、そのスライドにより、スクリューの噛み合いによる圧縮性流体の閉じ込め開始位置を変化させるものであって、上記スライドバルブ２の一方の端面は上記吸い込み口に面して上記低圧ＬＰを受ける一方、上記スライドバルブ２の他方の端面は吐出口に通じる吐出側空間に面して上記高圧ＨＰを受ける。上記スライドバルブ２と駆動シリンダ３のピストン５とを連結部材６で連結して、スライドバルブ２を駆動シリンダ３で駆動するようにしている。上記ピストン5は、ピストン本体７とロッド部８とからなる。上記ピストン本体７の両側に室１１、１２を形成し、各室１１，１２を夫々絞り１５，１６を介して、高圧ＨＰの領域に連通させている。
【００２４】
一方、上記ピストン５の中心には貫通穴２０を設け、この貫通孔２０にパイロット弁体２１を軸方向に摺動自在に嵌合している。上記ピストン５には、上記室１２に連通するポート３２と、このポート３２に連通するように貫通孔２０の内周に設けた広幅の環状溝３３とからなる制御通路３１を形成している。一方、上記パイロット弁体２１には、断面Ｔ字状の排出通路４１を形成し、この排出通路４１は、スクリューロータ１の軸部３９の中心にある貫通孔４２を通して、低圧ＬＰの領域に連通している。したがって、駆動シリンダ３の室１２の冷媒ガスからなる高圧の流体は、制御通路３１、排出通路４１および貫通孔４２を通して、低圧ＬＰの領域に排出できるようになっている。なお、パイロット弁体２１の一端は、スクリューロータ１の軸部３９の端部に設けた拡大穴４０に入っている。
【００２５】
また、上記パイロット弁体２１の他端は、ピン結合したリンク５１、５２からなるリンク機構５５を介してサーボモータ等の電動モータ５０に結合している。この電動モータ５０とリンク機構５５とで、駆動手段の一例を構成する。
【００２６】
上記構成において、今、図1に示すように、全負荷状態にあって、スライドバルブ２およびピストン５は左端の位置にあるとする。このとき、制御通路３１と排出通路４１との間は閉鎖されていて、駆動シリンダ３の室１１，１２の冷媒ガスからなる流体の圧力は共に同じ高圧ＨＰで、ピストン本体７の両端面の受圧面積差による右方へ押圧する力と、スライドバルブ２の両端面に働く圧力の差による左方へ押圧する力との和によって、ピストン５を左方に付勢している。
【００２７】
この状態で、パイロット弁体２１を電動モータ５０によってリンク機構５５を介して右方に移動させると、制御通路３１の環状溝３３と排出通路４１とが連通して、図２において矢印Ｄに示すように流体が室１２から排出されて、室１２の流体圧力が低下するため、ピストン５が図２に示すように右方に移動する。そして、制御通路３１と排出通路４１との連通が遮断されると、室１１と室１２の圧力が同じになって、ピストン５を右方に押圧する力がなくなって、ピストン５は停止する。もし、ピストン５が右方に行き過ぎた場合には、ピストン５は全負荷のときと同様に、左方に押圧されるから、制御通路３１と排出通路４１を連通させて、室１２の圧力を低下させて、そして、また、ピストン５を右方に移動させて、制御通路３１と排出通路４１との連通を遮断した瞬間の状態で停止して、スライドバルブ２を所望に部分負荷状態またはアンロード状態で停止させる。
【００２８】
このように、ピストン５ひいてはスライドバルブ２はパイロット弁体２１に追従して倣うので、スライドバルブ２の軸方向の位置はパイロット弁体２１の軸方向位置で定まる。したがって、パイロット弁体２１の軸方向の位置を定めることによって、スライドバルブ２を確実に保持でき、また、パイロット弁体２１を連続的に軸方向に移動させることによって、連続的に容量制御できる。さらに、パイロット弁体２１を軸方向に移動させるだけで、ピストン５およびスライドバルブ２を軸方向に移動させることができるので、油上がりや湿り運転などの冷凍機油や冷媒の状態等の運転状態に影響されなくて、信頼性が高く、また、迅速な容量制御ができる。
【００２９】
また、上記電動モータ５０は、リンク機構５５を介して、あまり力のかからないパイロット弁体２１を移動させればよいので、小さな力を出力する小さなものでよい。
【００３０】
図３は他の実施の形態を示す。この実施の形態では、電動モータ６０が図1、２の実施の形態の電動モータ５０よりも駆動シリンダ３に近い位置に配置している。この点のみが、図1、２の実施の形態と異なる。したがって、図1、２の構成部と同一構成要素には、同一参照番号を付して説明を省略する。
【００３１】
この電動モータ６０がリンク機構６５を介してパイロット弁体２１を駆動し、ピストン５がパイロット弁体２１の軸方向の移動に追従して軸方向に移動する
点は図1、２の実施の形態と同様である。
【００３２】
図４に示す実施の形態は、駆動手段を、電動モータ７０と、ラック７２とピニオン７５からなるラックアンドピニオン機構とから構成した点が、図1、２に示す実施の形態と異なる。したがって、図1、２に示す実施の形態の構成要素と同一構成要素には同一参照番号を付して説明を省略する。
【００３３】
上記ラック７２は、パイロット弁体７１の端部に形成し、このラック７２に噛合するピニオン７５を電動モータ７０の出力軸に固定している。
【００３４】
上記電動モータ７０の回転により、ピニオン７５、ラック７２を介してパイロット弁体７１が軸方向に進退して、このパイロット弁体７１の位置にピストン５が追従して、スライドバルブ２を軸方向に移動させる。
【００３５】
上記パイロット弁体７１は、ラック７２が形成されている点のみが、図1、２に示すパイロット弁体２１と異なる。
【００３６】
図５、６に示す実施の形態は、パイロット弁体１２１の図６において矢印Ｒに示すような回転により、ピストン１０５の制御通路８１とパイロット弁体１２１の排出通路９１との連通が遮断する位置が変化して、ピストン１０５が軸方向に移動するものである。
【００３７】
上記パイロット弁体１２１の排出通路９１は、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、外周に開口する略直角三角形状の開口部９２と、中心孔９３と、この中心孔９３と開口部９２とを接続する半径方向の孔９４からなる。また、上記ピストン１０５の制御通路８1は、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、上記略直角三角形状の開口部９２の斜辺と同じ方向に傾いた斜め方向の孔８１からなる。
【００３８】
なお、上記ピストン１０５には、図示しないが、回りとめを施している。また、駆動シリンダ３の室１２の高圧の流体は、パイロット弁体１２１の排出通路９１とスクリューロータ１の軸部３９の通路４２を通って低圧ＬＰの領域に排出できるようになっている。
【００３９】
上記構成において、駆動手段としての図示しないサーボモータやステッピングモータ等の電動モータによってパイロット弁体１２１を回転させると、上記排出通路９１の開口部９２が略直角三角形状をしているから、図９から分かるように、上記パイロット弁体１２１の回転位置に応じて、上記制御通路８１と連通すべき排出通路９１の開口部９２の軸方向の長さが変化する。したがって、上記ピストン１０５が、上記制御通路８２と排出通路９１の直角三角形状の開口部９２との連通を遮断するまで軸方向に移動する距離、つまり、つまり、ピストン１０５の軸方向の位置が、パイロット弁体１２１の回転角に応じて、変化して、スライドバルブ２の軸方向の位置を制御できる。
【００４０】
このように、パイロット弁体１２１を回転させるだけで、スライドバルブ２の軸方向の位置を制御できるので、駆動手段の構造が簡単、安価になる。
【００４１】
図１０は他の実施の形態のパイロット弁体２２１を示している。このパイロット弁体２２１は排出通路１０１を有し、この排出通路１０１は、外周に開口する螺旋形状の一部をなす斜めの開口部１０２と、半径方向の孔１０３と、中心孔１０４とからなっている。
【００４２】
上記パイロット弁体２２１を回転させると、上記排出通路１０１の開口部１０２が略螺旋形状をしているから、上記パイロット弁体２２１の回転位置に応じて、図８に示す制御通路８１と排出通路１０１との連通が遮断されるピストン１０５の軸方向の位置が変化する。したがって、上記ピストン１０５が、上記制御通路８１と排出通路１０１との連通を遮断するまで移動する距離、つまり、つまり、ピストン１０５の軸方向の位置が、パイロット弁体２２１の回転角に応じて、変化して、スライドバルブ２（図５，６参照）の軸方向の位置を制御できる。
【００４３】
上記実施の形態では、回転するパイロット弁体１２１，２２１の排出通路９１，１０１の開口部は、直角三角形状あるいは螺旋形状であったが、パイロット弁体の回転位置に応じて、上記制御通路と排出通路との連通が遮断されるピストンの軸方向の位置が変化するものであれば、排出通路の開口部の形状はどのようなものであってもよい。
【００４４】
【発明の効果】
以上より明らかなように、請求項１の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構によれば、駆動手段によってパイロット弁体を移動させて、ピストンの制御通路とパイロット弁体の排出通路との連通を遮断するまで、パイロット弁体の位置に従ってピストンを軸方向に倣い移動させるので、スライドバルブを確実に保持でき、かつ、連続的に容量制御でき、さらに、油上がりや湿り運転などの冷凍機油や冷媒の状態等の運転状態に影響されなくて信頼性が高い制御ができる。また、パイロット弁体を移動させるだけなので、迅速な制御ができ、かつ、駆動手段は小さな力を出力する小さなものでよくなる。
【００４５】
請求項２の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構によれば、駆動手段がパイロット弁体を軸方向移動させると、そのパイロット弁体の位置に倣って、上記制御通路と排出通路との連通を遮断するまで、ピストンが軸方向に移動して、単に、パイロット弁体を軸方向に移動させるだけで、スライドバルブの軸方向の位置を制御できるので、構造が簡単、安価になる。
【００４６】
請求項３の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構によれば、駆動手段が、電動モータとリンク機構からなるので、駆動手段を簡単、安価に構成できる。
【００４７】
請求項４の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構は、駆動手段が、電動モータとラックアンドピニオン機構からなるので、駆動手段を簡単、安価に構成できる。
【００４８】
請求項５の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構によれば、駆動手段がパイロット弁体を回転させると、上記パイロット弁体の回転位置に応じて、上記制御通路と排出通路との連通が遮断されるピストンの軸方向の位置が変化して、上記ピストンの軸方向の位置が、パイロット弁体の回転角に応じて、変化して、スライドバルブの位置を制御できるので、駆動手段の構造が簡単、安価になる。
【００４９】
請求項６の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構によれば、パイロット弁体の排出通路の開口部が略三角形をしているので、パイロット弁体の回転位置に応じて、上記制御通路と連通すべき排出通路の開口部の軸方向の長さが変化して、ピストンの軸方向の位置が変化して、スライドバルブの軸方向の位置を制御できる。
【００５０】
請求項７の発明のスクリュー圧縮機の容量制御機構によれば、パイロット弁体の排出通路の開口部が略螺旋形状をしているので、パイロット弁体の回転位置に応じて、上記制御通路と排出通路との連通が遮断されるピストンの軸方向の位置が変化して、スライドバルブの軸方向の位置を制御できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 この発明の実施の形態のスクリュー圧縮機の容量制御機構の全負荷時の断面図である。
【図２】 上記実施の形態のスクリュー圧縮機の容量制御機構の部分負荷またはアンロード時の断面図である。
【図３】 他の実施の形態のスクリュー圧縮機の容量制御機構の断面図である。
【図４】 他の実施の形態のスクリュー圧縮機の容量制御機構の断面図である。
【図５】 他の実施の形態のスクリュー圧縮機の容量制御機構の全負荷時の断面図である。
【図６】 他の実施の形態のスクリュー圧縮機の容量制御機構の部分負荷またはアンロード時の断面図である。
【図７】 図７（Ａ）は上記実施の形態のパイロット弁体の正面図、図７（Ｂ）は上記パイロット弁体の断面図である。
【図８】 図８（Ａ）は上記実施の形態のピストンの正面図、図８（Ｂ）は上記実施の形態のピストンの断面図である。
【図９】 上記実施の形態のピストンの制御通路とパイロット弁体の排出通路との関係を示す図である。
【図１０】 他の実施の形態のパイロット弁体の要部を示す図である。
【符号の説明】
１ スクリューロータ
２ スライドバルブ
３ 駆動シリンダ
５，１０５ ピストン
６ 連結部材
１１，１２ 室
２１，１２１，２２１ パイロット弁体
３１，８１ 制御通路
４１，９１，１０１ 排出通路

Claims (7)

1. 一方の端面は吸い込み口に面して低圧（ＬＰ）を受ける一方、他方の端面は吐出口に通じる吐出側空間に面して高圧（ＨＰ）を受けるスライドバルブ（２）と、
   このスライドバルブ（２）を移動させるピストン（５，１０５）を有すると共に、このピストン（５，１０５）の両側に位置して高圧流体が導かれる室（１１，１２）を有し、さらに、上記ピストン（５，１０５）に上記室（１２）に連通するように設けられた制御通路（３１，８１）を有する駆動シリンダ（３）と、
   外周に開口する一方低圧側に通じる排出通路（４１，９１，１０１）を有すると共に、上記ピストン（５，１０５）に摺動自在に嵌合されたパイロット弁体（２１，７１，１２１，２２１）と、
   上記パイロット弁体（２１，７１，１２１，２２１）を移動させる駆動手段（５０，５５，６０，６５，７０，７２，７５）とを備えて、
   上記パイロット弁体（２１，７１，１２１，２２１）の位置に応じて、上記ピストン（５，１０５）が上記制御通路（３１，８１）と排出通路（４１，９１，１０１）との連通が遮断されるように軸方向に倣い移動するようにしたことを特徴とするスクリュー圧縮機の容量制御機構。
2. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記駆動手段（５０，５５，６０，６５，７０，７２，７５）は、上記パイロット弁体（２１，７１，１２１，２２１）をピストン（５，１０５）の軸方向に進退移動させることを特徴とするスクリュー圧縮機の容量制御機構。
3. 請求項２に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、
   上記駆動手段（５０，５５，６０，６５）は、電動モータ（５０，６０）とリンク機構（５５，６５）からなることを特徴とするスクリュー圧縮機の容量制御機構。
4. 請求項２に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、
   上記駆動手段（７０，７２，７５）は、電動モータ（７０）とラックアンドピニオン機構（７２，７５）からなることを特徴とするスクリュー圧縮機の容量制御機構。
5. 請求項１に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記駆動手段は、上記パイロット弁体（１２１，２２１）を回転移動させ、上記パイロット弁体（１２１，２２１）の回転位置に応じて、上記制御通路（８１）と排出通路（９１，１０１）との連通が遮断されるピストン（１０５）の軸方向の位置が変化して、上記ピストン（１０５）が軸方向に移動することを特徴とするスクリュー圧縮機の容量制御機構。
6. 請求項５に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記パイロット弁体（１２１）の外周に開口する排出通路（９１）の開口部（９２）は、略三角形をしていることを特徴とするスクリュー圧縮機の容量制御機構。
7. 請求項５に記載のスクリュー圧縮機の容量制御機構において、上記パイロット弁体（２２１）の外周に開口する排出通路（１０１）の開口部（１０２）は、略螺旋形状をしていることを特徴とするスクリュー圧縮機の容量制御機構。

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