JP4947174B2 - シングルスクリュー圧縮機 - Google Patents
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Description
スクリュー圧縮機(1)の運転動作について説明する。
まず、スクリュー圧縮機(1)の基本的な運転動作について、図6を参照しながら説明する。
次に、スクリュー圧縮機(1)の定常運転時において、容積比VIを調整する動作について説明する。スクリュー圧縮機(1)の定常運転時には、最大VI運転と中間VI運転とが少なくとも実行可能となっている。
冷凍装置の負荷が定格負荷である場合、圧縮機構(20)の圧縮室(23)の容積比VIが最大容積比VImax(例えばVImax=3.0)に調整される。具体的に、冷凍装置の負荷が定格負荷であると、コントローラ(80)によって電動機(16)の運転周波数が最大周波数に制御され、駆動軸(21)の回転数が高速となる。その結果、圧縮機構(20)の運転容量も最大容量となる。また、コントローラ(80)によって、また、コントローラ(80)によって、第1開閉弁(74)及び第2開閉弁(75)が閉状態に制御され、第3開閉弁(76)が開状態に制御される。
冷凍装置の負荷が部分負荷である場合、圧縮機構(20)の圧縮室(23)の容積比VIが中間容積比VImid(例えばVImid=1.5)に調整される。具体的に、冷凍装置の負荷が部分負荷であると、コントローラ(80)によって電動機(16)の運転周波数が所定の周波数(上記最大周波数よりも小さい周波数)に制御され、駆動軸(21)の回転数が上記最大VI運転時よりも低速となる。その結果、圧縮機構(20)の運転容量も、最大VI運転より小さくなる。また、コントローラ(80)によって、第2開閉弁(75)が開状態に制御され、第1及び第3開閉弁(74,76)が閉状態に制御される。
スクリュー圧縮機(1)の運転時には、スクリューロータ(40)の吐出側と吸入側との間で、所定の差圧(いわゆる高低差圧)が発生する。つまり、スクリュー圧縮機(1)の運転時には、吐出室(S2)の圧力が冷媒回路の高圧ラインの圧力と同等となり、吸入室(S1)の圧力が冷媒回路の低圧ラインの圧力と同等となる。特に、上記の最大VI運転時には、このような高低差圧が顕著となる。この状態から、スクリュー圧縮機(1)を停止させると、上記の高低差圧によってスクリューロータ(40)が通常運転時とは逆方向に回転し、吐出室(S2)の冷媒が、螺旋溝(41)の内部を通じて、吸入室(S1)へ逆流してしまうことがある。
上記実施形態によれば、スクリューロータ(40)を停止させる直前に、容積比VIを最低容積比VIminに設定している。このため、スクリュー圧縮機(1)の停止時において、螺旋溝(41)の内部の圧力が、吸入室(S1)の圧力よりも低くなる、逆差圧現象を回避できる。従って、ゲートロータ(50)のアーム部(57)からゲート(51)が剥がれたり、ゲート(51)の摩耗が促進されたりする、不具合を回避できる。その結果、ゲートロータ(50)の耐久性を向上でき、スクリュー圧縮機(1)の信頼性を確保できる。特に、上記実施形態では、スクリューロータ(40)の逆回転時において、容積比VIが最低容積比VI=1.0となり、冷媒が全く膨張しない。従って、逆差圧現象を一層確実に回避できる。
上記実施形態については、以下のような変形例の構成としても良い。
逆流抵抗弁(82)として、図14に示すような変形例1の構成を採用しても良い。変形例1では、上記実施形態と弁体(85)の形状が異なっている。具体的に、変形例1の弁体(85)は、略円板状の本体の外周縁部の一部が弓状に切り欠かれて構成されている。つまり、弁体(85)の外周縁部には、平面形状の切り欠き面(85b)が形成されている。図14の例では、切り欠き面(85b)が、弁体(85)の下端に形成されている。これにより、変形例1では、冷媒が逆流して弁体(85)が開口(84a)を閉鎖する位置となっても、開口(84a)の一部(図14(B)でドットを付した領域(84b))は、弁体(85)に閉塞されずに露出されることになる。従って、逆流する冷媒は、この露出口(84b)を通じて吐出口(25)側へ流れることになる。
上記実施形態では、スクリューロータ(40)の逆回転を抑制する逆回転抑制機構として、冷媒の逆流を抑制する逆流抵抗弁(82)を用いている。しかしながら、この逆回転抑制機構として、例えば図1に示す駆動機構(15)を回生ブレーキ機能付きモータで構成するようにしても良い。これにより、スクリュー圧縮機(1)の停止時において、冷媒が逆流してスクリューロータ(40)が逆回転した際には、駆動機構(15)によって、この逆回転に対してブレーキ(回転抵抗)を与えることができる。そして、変形例1の駆動機構(15)では、逆回転するスクリューロータ(40)の運動エネルギー(即ち、逆流する冷媒のエネルギー)を電気エネルギーとして回収することができる。なお、駆動機構(15)に回生ブレーキを付与するための制御方式としては、抵抗制御、サイリスタ位相制御、電機子チョッパ制御、界磁チョッパ制御、界磁添加励磁制御、VVVFインバータ制御等、種々の制御方式を採用することができる。
上記実施形態については、以下のような構成としてもよい。
3 可変VI機構(調整機構)
4 スライドバルブ
10b スプリング(付勢機構、変位部)
15 駆動機構(回生ブレーキ機能付きモータ)
23 圧縮室
25 吐出口
26 吐出管
30 ケーシング
31 シリンダ壁(シリンダ)
31a 当接部(変位部)
33 スライド溝
40 スクリューロータ
41 螺旋溝
50 ゲートロータ
51 ゲート
80 コントローラ(制御部)
82 逆流抵抗弁(逆流抵抗部、逆回転抑制機構)
S1 吸入側の空間(吸入室)
S2 吐出室
Claims (6)
- 外周面に螺旋溝(41)が形成されて軸方向の一端が流体の吸入側となり他端が吐出側となるスクリューロータ(40)と、上記螺旋溝(41)に噛み合わされる複数のゲート(51)が放射状に形成されたゲートロータ(50)と、上記スクリューロータ(40)を回転させる駆動機構(15)と、流体の圧縮室(23)を上記螺旋溝(41)内に区画するように上記スクリューロータ(40)を収容するシリンダ(31)と、上記圧縮室(23)の流体を上記スクリューロータ(40)の吐出側に流出させるための吐出口(25)と、を備えたシングルスクリュー圧縮機であって、
上記ゲートロータ(50)のゲート(51)の背面側には、流体の吸入側の吸入室(S1)の圧力が作用しており、
上記圧縮室(23)の圧縮比を所定の範囲内で調整する調整機構(3)を備え、
上記調整機構(3)は、運転中のスクリューロータ(40)を停止させる直前に、又は停止させる時に、上記ゲート(51)の前面側の螺旋溝(41)内の内圧が該ゲート(51)の背面側の圧力よりも低くならないように上記圧縮室(23)の圧縮比を最低の圧縮比とすることを特徴とするシングルスクリュー圧縮機。 - 請求項1において、
上記スクリューロータ(40)の停止時に、該スクリューロータ(40)の逆回転を抑制するための逆回転抑制機構(15,82)を備えていることを特徴とするシングルスクリュー圧縮機。 - 請求項2において、
上記吐出口(25)からの流体が流出する吐出室(S2)が形成されるケーシング(30)と、
上記吐出室(S2)と連通するように上記ケーシング(30)に接続される吐出管(26)とを備え、
上記逆回転抑制機構(15,82)は、上記吐出室(S2)から上記吐出口(25)へ流れる流体に抵抗を付与する逆流抵抗部(82)であることを特徴とするシングルスクリュー圧縮機。 - 請求項2において、
上記逆回転抑制機構(15,82)は、上記スクリューロータ(40)の逆方向の回転に対して抵抗を与える、上記駆動機構としての回生ブレーキ機能付きモータ(15)であることを特徴とするシングルスクリュー圧縮機。 - 請求項1乃至4のいずれか1つにおいて、
上記調整機構(3)は、上記シリンダ(31)の内壁に該シリンダ(31)の軸方向に沿って形成されるスライド溝(33)と、該スライド溝(33)に摺動自在に嵌合して上記圧縮室(23)と上記吐出口(25)との連通位置を可変とするスライドバルブ(4)と、運転中のスクリューロータ(40)を停止させる直前に、又は停止させる時にスライドバルブ(4)が上記スクリューロータ(40)の吸入側に最も近い第1位置となるようにスライドバルブ(4)を変位させる変位部(10b,31a)と、を有することを特徴とするシングルスクリュー圧縮機。 - 請求項5において、
上記調整機構(3)は、上記スライドバルブ(4)が第1位置にあると、上記スクリューロータ(40)の吸入側の空間(S1)と上記吐出口(25)とが上記螺旋溝(41)を通じて連通するように構成されていることを特徴とするシングルスクリュー圧縮機。
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