JP4799548B2

JP4799548B2 - 圧縮機

Info

Publication number: JP4799548B2
Application number: JP2007507461A
Authority: JP
Inventors: リフソン，アレキサンダー
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2004-04-08
Filing date: 2005-04-07
Publication date: 2011-10-26
Anticipated expiration: 2025-04-07
Also published as: HK1107588A1; US7178352B2; EP1756487B1; JP2007532819A; CN100510578C; ES2524599T3; WO2005100882A3; EP1756487A4; EP1756487A2; CN1985134A; WO2005100882A2; US20050223726A1

Description

本発明は、圧縮機に関し、より詳細にはスクリュー圧縮機に関する。

スクリュー圧縮機は一般に、空気調和および冷却の用途に使用される。このような圧縮機において、互いに噛み合ったローブ付き雄および雌ロータまたはスクリューがそれぞれの軸を中心に回転して、作動流体（冷媒）を低圧の入口端部から高圧の出口端部まで送る。回転中に、雄ロータの連続するローブは、冷媒を下流へ送り、隣接する１対の雌ロータのローブとハウジングの間の空間（圧縮ポケット）内でそれを圧縮するピストンとして働く。同様に、雌ロータの連続するローブは、冷媒を、隣接する１対の雄ロータのローブとハウジングの間の雄ロータ圧縮ポケット内で圧縮する。一実施形態では、雄ロータは、電気駆動モータと同軸であり、ローブ付きの作用部分の入口側および出口側にある軸受けによって支持されている。所与の雄ロータに複数の雌ロータを係合させることができ、またはその逆も可能である。このような圧縮機では、雄および雌圧縮ポケットは、複数の入口ポートおよび出口ポートを有することもできる。

圧縮ポケットが入口ポートに露出しているとき、冷媒は基本的に吸込み圧力でポケット内に入る。ポケットが回転し続けるとき、回転中のある時点で、ポケットはもはや入口ポートと連通しなくなり、ポケットへの冷媒の流れが遮断される。一般的に入口ポートの形状は、サイクル中でポケットの容積が最大値に達したとき、冷媒の流れが遮断されるように構成される。入口ポートの形状は、一般的に、雄圧縮ポケットと雌圧縮ポケットの両方が同時に遮断されるようになっている。入口ポートは、一般的に、軸方向ポートと径方向ポートの組合せである。入口ポートが閉じた後、ポケットが回転し続け、その体積が減少するにつれて、冷媒が圧縮される。回転中のある時点で、各圧縮ポケットは、関連する出口ポートと交差し、閉じた圧縮プロセスが終了する。一般的に、出口ポートの形状は、雄ポケットと雌ポケットの両方が同時に出口ポートに露出されるようになっている。入口ポートと同様に、出口ポートも、通常、軸方向ポートと径方向ポートの組合せである。軸方向ポートと径方向ポートを組み合わせて１つの設計構成にすることによって、組み合わさったポートの全体の面積が増大し、それにより、有限のポート開口面積による圧力降下に伴うスロットリングロスが最小限に抑えられる。例示的な３つのロータを含む構成においては、入口ポートおよび出口ポートは、共通の入口プレナムおよび出口プレナムにそれぞれ形成される。

圧縮機は、（例えば、所与の圧縮指数または容積指数を提供し、所与の流量および所与の速度でまたはそれらの組合せで動作するように）使用目的に応じて設計し寸法設定することができる。使用目的が異なると、異なる圧縮機または少なくとも異なる構成要素（ロータ、モータなど）が必要となることがある。

本発明の一態様は、第２のロータと噛み合った第１のロータを備える装置に関する。ロータは、それぞれ第１軸、第２軸、および第３軸を中心に回転するように、ハウジング内に保持されている。ハウジングは、第１のロータおよび第２のロータと協働して第１の入口ポートを画定する第１の表面と、第１のロータおよび第２のロータと協働して第１の出口ポートを画定する第２の表面と、第１のロータおよび第３のロータと協働して第２の入口ポートを画定する第３の表面と、第１のロータおよび第３のロータと協働して第２の出口ポートを画定する第３の表面とを有する。第１の入口ポートと第２の入口ポートの圧力が異なるか、または第１の出口ポートと第２の出口ポートの圧力が異なる。

様々な実施形態において、この装置はさらに、第１の凝縮装置と、第１の蒸発装置と、第１の凝縮装置および第１の蒸発装置をハウジングに連結して、第１の出口ポートから第１の蒸発装置および第１の凝縮装置を通って第１の入口ポートに至る第１の流路を画定する、１つまたは複数の第１の導管とを含むことができる。この装置はさらに、第２の凝縮装置と、第２の蒸発装置と、第２の凝縮装置および第２の蒸発装置をハウジングに連結して、第２の出口ポートから第２の蒸発装置および第２の凝縮装置を通って第２の入口ポートに至る第２の流路を画定する、１つまたは複数の第２の導管とを含むことができる。

第１の出口ポートは、第２の入口ポートと同じ圧力とすることができる。この装置は、第１の凝縮装置、第１の膨張装置、および第１の蒸発装置をさらに含むことができる。１つまたは複数の第１の導管で、第１の凝縮装置、第１の膨張装置および第１の蒸発装置をハウジングに連結して、第２の出口ポートから第１の入口ポートに至る第１の流路を画定することができる。第１の流路からのエコノマイザの分岐は存在し得ない。第１の流路に沿った第１のレッグと、第１のレッグと熱交換関係にある第２のレッグとを有するエコノマイザ熱交換器が存在し得る。第２のレッグは、第１の凝縮装置と第１のレッグの間の第１の流路に沿った位置から分流流路に沿って設けられるとともに、第１の出口ポートから第２の入口ポートまでの間の第２の流路に接続することができる。

第１の入口ポートと第２の入口ポートが共通の入口ポートを形成してもよく、あるいは第１の出口ポートと第２の出口ポートが共通の出口ポートを形成してもよい。第１の入口ポートと第２の入口ポートが同様の圧力でもよく、あるいは第１の出口ポートと第２の出口ポートが同様の圧力でもよい。第１のロータは雄ロータでよく、第２のロータおよび第３のロータは雌ロータでよい。

本発明の他の態様は、第２のロータおよび第３のロータと噛み合った第１のロータを備える装置に関する。ロータは、第１軸、第２軸、および第３軸を中心にそれぞれ回転するように、ハウジング内に保持されている。第１のロータが第１の方向に駆動される場合に、第１のロータと第２のロータの相互作用に関連する第１の容積指数を提供し、第１のロータが第１の方向に駆動される場合に、第１のロータと第３のロータの相互作用に関連する第２の容積指数を提供する手段が、第１、第２、および第３のロータと協働する。第２の容積指数は、第１の容積指数とは異なる。

様々な実施形態において、この装置を、装置中を通り互いに交差しない第１の流路および第２の流路に沿った、第１の冷媒流および第２の冷媒流と組み合わせることができる。この装置を、装置中を通り装置の吸込側で互いに交差する第１の流路および第２の流路に沿った、第１の冷媒流および第２の冷媒流と組み合わせることができる。この装置を、装置中を通り装置の吐出側で互いに交差する第１の流路および第２の流路に沿った、第１の冷媒流および第２の冷媒流と組み合わせることができる。

本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細が、添付の図面および以下の説明に記載されている。本発明の他の特徴、目的および利点は、説明および図面から、また特許請求の範囲から明らかになるであろう。

同様の参照番号および名称は、様々な図面において同様の要素を指す。

図１には、モータ２４を含むハウジングアセンブリ２２を有する圧縮機２０が示されており、このモータは、中央長手方向軸５００、５０１および５０２をそれぞれ有するロータ２６、２７および２８を駆動する。この例示的な実施形態において、雄ロータ２６は、圧縮機内の中心に配置され、各雌ロータ２７、２８の雌ローブ付き本体または作用部分３４、３５と噛み合った、雄ローブ付き本体または作用部分３０を有する。各ロータはそれぞれ、関連する作用部分の第１端部および第２端部から延びるシャフト部分（例えば、関連する作用部分と一体に形成されたスタブ３９、４０、４１、および４２、４３、４４）を含む。これらのシャフトスタブはそれぞれ、関連するロータ軸を中心に回転するように、１つまたは複数の軸受けアセンブリ５０によってハウジングに取り付けられている。

この例示的な実施形態において、モータ２４は、ロータおよびステータを有する電気モータである。雄ロータ２６の第１のシャフトスタブ３９の一部分は、モータ２４が雄ロータ２６を軸５００中心に駆動することを可能にするように、ステータ内に延びそこに固定されている。軸５００を中心に第１の動作方向に駆動するとき、雄ロータは、雌ロータを軸５０１および軸５０２を中心に反対方向に駆動する。

ハウジングの表面は、噛み合っているロータ本体と一緒になって、ハウジング、雄ロータおよび第１の雌ロータによって形成される第１対の雄および雌圧縮ポケットと、ハウジング、雄ロータおよび第２の雌ロータによって形成される第２対の雄および雌圧縮ポケットの２対の圧縮ポケットに開口する、入口ポートおよび出口ポートを画定する。各対において、関連するロータの各ロータの１対の隣接するローブ間に、このようなポケットが１つずつ位置する。実施形態によっては、ポートは、径方向ポート、軸方向ポートまたはそれらの複合体でもよい。図１は、第１および第２の径方向入口ポート４６および４７と、第１および第２の径方向出口ポート４８および４９を示す。ロータ作用部分が噛み合って回転することにより、第１の（入口／吸込）端部から第２の（出口／吐出）端部へ、流体を圧縮しながら送ることになる。これにより、下流方向が決まる。

本発明によれば、入口端部および出口端部の一方または両方において、２つの圧縮ポケットに関連する圧縮通路が互いに合流することはない。この例示的な実施形態では、独立した第１および第２の入口プレナム６１および６２は、それぞれ第１対および第２対の圧縮ポケットと関連し、第１および第２の出口プレナム６３および６４も同様である。これは、従来の圧縮機のハウジングに単純な改変（例えば、現在のハウジングの改変、またはその機能設計の改変）を加えることによって、最初は共通の吸込みポートと最初は共通の吐出ポートの一方または両方を二股に分けることによって達成することができる。こうした改変では、他の構成要素（例えば、ロータ、モータなど）を元のままにしておくこともできる。より抜本的な改変および設計のやり直しも可能である。既存の設計を様々な適用例に再利用すれば、様々な効率（例えば、規模の経済）を高めることが可能である。

図２は、圧縮機２０が、第１および第２の回路／流路１０２および１０４に沿って、互いに独立した第１および第２の冷媒流を送るシステム１００を示す。第１および第２の流路はそれぞれ、関連する吐出プレナムから吐出導管１０６、１０８を通って凝縮装置１１０、１１２まで下流に向かって進む。この流路は、凝縮装置から、温度自動膨張弁（ＴＸＶ）１１８、１２０が位置する中間導管１１４、１１６を通って蒸発装置１２２、１２４へと進む。蒸発装置から、流路は、吸込／戻り導管１２６、１２８を通って関連する入口プレナムまで進む。通常の動作中は、第１および第２の流路は、（偶発的な漏出を除き）独立している。このような構成により、２つの圧縮機および関連するハードウェアの代わりに１つの圧縮機および関連するハードウェアを使用することが可能になる。これにより、直接的な効率および間接的な効率（例えば、所与の圧縮機の基本構成と非常に多くの使用形態を関連づけること）が得られる。

代替の実施形態は、１つまたは複数の独立した地点で互いに交差するまたは部分的に重なる流路に関してもよい。図３に示すシステム１５０においては、圧縮機２０が、共通の上流区間および別々の下流区間を有する第１および第２の回路／流路１５２および１５４に沿って第１および第２の冷媒流を送る。出口プレナムは、（例えば、単一の共通出口プレナムとして）ハウジング内で一体に設けてもよく、またはＴ継手／Ｙ継手によって吐出導管１５６内で互いに連結してもよい。組みあわさった第１および第２流路は、吐出導管を通って単一の共通凝縮装置１５８まで下流へ進む。組みあわさった流路は、凝縮装置から、流路を分けるために第１および第２の分岐に分かれるＴ継手／Ｙ継手を有する中間導管１６０の本流部分を通って前進する。ＴＸＶ１６２、１６４は各通路に１つずつ位置し、関連する流路は、そこから下流へ蒸発装置１６６、１６８まで進む。蒸発装置から、これらの流路は、吸込／戻り導管１７０、１７２を通って関連する入口プレナムへと進む。

図４に示すシステム２００は、システム１５０と同様の構成にすることもできるが、共通の蒸発装置２０６を備えた共通の下流区間と、別々の凝縮装置２０８、２１０および別々のＴＸＶ２１２、２１４を備えた別々の上流区間とを有する、第１および第２の回路／流路２０２および２０４を備えている。

図５には、２つの圧縮通路が直列に設けられている、単一の流路２５２を有するシステム２５０が示されている。この流路は、第１の出口プレナムから導管２５４を通って第２の入口プレナムまで下流へ進む。第２の出口プレナムから、流路は、吐出導管２５６を通って凝縮装置２５８まで進む。凝縮装置から、流路は、ＴＸＶ２６２が位置する中間導管２６０を通って蒸発装置２６４へと進む。蒸発装置から、流路は、吸込／戻り導管２６６を通って第１の入口プレナムまで進む。

図５の基本的な２段システムの変形形態において、図６は、エコノマイザ熱交換器（ＨＥ）３０６内を通る分流通路３０４に沿って選択的な分流を可能とする流路３０２を有するシステム３００を示す。吐出導管３０８、凝縮装置３１０、ＴＸＶ３１２、蒸発装置３１４、および吸込／戻り導管３１６は、システム２５０の対応する要素と同様のものでよい。中間導管３１８は、ＨＥ内にその一部分３２０を含む。分流導管３２２は、凝縮装置とＨＥの間の中間導管から分岐して、分流通路３０４を画定する。この分流導管は、ＨＥ内に、部分３２０と熱交換関係（例えば、並流、向流、または直交流）にある部分３２４を含む。分流を制御するための分流ＴＸＶ３２６が、分流導管内に位置する。この分流導管は、第１の出口プレナムから第２の入口プレナムに戻る導管３３４に接続される。

本発明の１つまたは複数の実施形態を説明してきた。しかし、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく、様々な変更を加えることができることが理解されよう。例えば、当該技術で知られている、または今後開発される、追加の特徴を含めることができる。したがって、他の実施形態も、特許請求の範囲の範囲内にある。

圧縮機のやや概略的な長手方向切欠断面図である。本発明の原理による圧縮機を含む第１のシステムを示す概略図である。本発明の原理による圧縮機を含む第２のシステムを示す概略図である。本発明の原理による圧縮機を含む第３のシステムを示す概略図である。本発明の原理による圧縮機を含む第４のシステムを示す概略図である。本発明の原理による圧縮機を含む第５のシステムを示す概略図である。

Claims

ハウジングと、
第１軸を中心に回転するようにハウジングによって保持される第１のロータと、
第２軸を中心に回転するようにハウジングによって保持される第２のロータと、
第３軸を中心に回転するようにハウジングによって保持される第３のロータと、
吸込端部および吐出端部を有する第１の圧縮通路と、
前記第１の圧縮通路から独立しており、吸込端部および吐出端部を有する第２の圧縮通路と、を有する圧縮機と、
少なくとも１つの凝縮装置と、
少なくとも１つの膨張装置と、
少なくとも１つの蒸発装置と、
前記の第１の圧縮通路および第２の圧縮通路とそれぞれ関連する、少なくとも部分的に独立した第１の回路および第２の回路を画定するように、前記圧縮機、前記少なくとも１つの凝縮装置、前記少なくとも１つの膨張装置、および前記少なくとも１つの蒸発装置を連結する複数の導管と、を備え、
少なくとも、前記第１の圧縮通路の前記吐出端部の圧力が前記第２の圧縮通路の前記吐出端部とは異なるか、または前記第１の圧縮通路の前記吸込端部の圧力が前記第２の圧縮通路の前記吸込端部とは異なり、
前記第１の圧縮通路の前記吐出端部が、前記第２の圧縮通路の前記吸込端部と同じ圧力である、システム。
前記第１の圧縮通路が、前記第１のロータおよび前記第２のロータと関連し、
前記第２の圧縮通路が、前記第１のロータおよび前記第３のロータと関連する、請求項１に記載のシステム。
前記少なくとも１つの凝縮装置は、第１の凝縮装置を含み、
前記少なくとも１つの膨張装置は、第１の膨張装置を含み、
前記少なくとも１つの蒸発装置は、第１の蒸発装置を含み、
前記複数の導管は、前記第１の凝縮装置、前記第１の膨張装置、および前記第１の蒸発装置を前記ハウジングに連結して、前記第２の圧縮通路の前記吐出端部から前記第１の圧縮通路の前記吸込端部に至る第１の流路を画定する、１つまたは複数の第１の導管を含む、請求項１に記載のシステム。
前記第１の回路および前記第２の回路は交わらない、請求項１に記載のシステム。
ハウジングと、
第１軸を中心に回転するように前記ハウジング内に保持される第１のロータと、
前記第１のロータと噛み合い、第２軸を中心に回転するように前記ハウジング内に保持される第２のロータと、
前記第１のロータと噛み合い、第３軸を中心に回転するように前記ハウジング内に保持される第３のロータと、
第１の凝縮装置と、
第１の蒸発装置と、
前記第１の凝縮装置および前記第１の蒸発装置を前記ハウジングに連結する１つまたは複数の第１の導管と、
第２の凝縮装置と、
第２の蒸発装置と、
前記第２の凝縮装置および前記第２の蒸発装置を前記ハウジングに連結する１つまたは複数の第２の導管と、を備え、
前記ハウジングが、
前記第１のロータおよび前記第２のロータと協働して第１の入口ポートを画定する第１の表面と、
前記第１のロータおよび前記第２のロータと協働して第１の出口ポートを画定する第２の表面と、
前記第１のロータおよび前記第３のロータと協働して第２の入口ポートを画定する第３の表面と、
前記第１のロータおよび前記第３のロータと協働して第２の出口ポートを画定する第４の表面とを備え、
前記１つまたは複数の第１の導管は、前記第１の出口ポートから前記第１の蒸発装置および前記第１の凝縮装置を通って前記第１の入口ポートに至る第１の流路を画定し、
前記１つまたは複数の第２の導管は、前記第２の出口ポートから前記第２の蒸発装置および前記第２の凝縮装置を通って前記第２の入口ポートに至る第２の流路を画定し、
少なくとも、前記第１の入口ポートと前記第２の入口ポートが互いに異なる圧力であるか、または前記第１の出口ポートと前記第２の出口ポートが互いに異なる圧力であり、
前記第１の出口ポートが前記第２の入口ポートと同じ圧力である、装置。
前記第１の流路からのエコノマイザの分岐が存在しない、請求項５に記載の装置。
前記第１のロータが雄ロータであり、
前記第２のロータおよび前記第３のロータが雌ロータである、請求項５に記載の装置。
第１の流路に沿って設けられた第１の膨張装置と、第２の流路に沿って設けられた第２の膨張装置と、をさらに含む、請求項５に記載の装置。
第１軸を中心に少なくとも第１の方向に回転するように保持される第１のロータと、
前記第１のロータと噛み合い、第２軸を中心に回転するように保持される第２のロータと、
前記第１のロータと噛み合い、第３軸を中心に回転するように保持される第３のロータと、
前記第１、第２、および第３のロータと協働し、
前記第１のロータが第１の方向に駆動される場合に、前記第１のロータと前記第２のロータの相互作用に関連する第１の容積指数を提供する第１の圧縮通路と、
前記第１のロータが第１の方向に駆動される場合に、前記第１のロータと前記第３のロータの相互作用に関連し、前記第１の容積指数とは異なる、第２の容積指数を提供する第２の圧縮通路と、を画定する手段と、
装置を通るとともに交わらない第１の流路および第２の流路に沿って流れる第１の冷媒流れと第２の冷媒流れと、を備え、
前記第１の圧縮通路の吐出端部が、前記第２の圧縮通路の吸込端部と同じ圧力である、装置。
前記第１の流路に沿って設けられた第１の蒸発装置をさらに備える、請求項９に記載の装置。
前記第１の流路に沿って設けられた第１の凝縮装置をさらに備える、請求項９に記載の装置。
前記第１の流路に沿って設けられた第１の蒸発装置をさらに備える、請求項１１に記載の装置。