JP5706827B2 - ねじ圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、ねじ圧縮機に関する。本発明は特に、メインロータおよび２つ以上の噛み合いゲートロータを有する１軸ねじ圧縮機に適用される。

近年、ねじ圧縮機は、冷凍用途および空調用途においてますます普及している。これらの圧縮機は信頼性が高く、所与の容量に対してサイズおよび重量が小さいため、パッケージ型冷却ユニットの用途において理想的である。環境問題がますます重要視されており、そのため、これらの冷却器の動作の効率化も重要となっている。

１軸ねじ圧縮機は公知であり、１軸メインロータ１００と、２つの噛み合いゲートロータ１１０および１１５とを含む。これらのロータの一例を図１中に示す。１軸メインロータ１００は、複数の螺旋状ねじ山１０５（「フルート」とも呼ばれる）を有する。これらの螺旋状ねじ山１０５は、これらのねじ山の根本まで球形状（または砂時計形状）に切り込まれている。ねじ山１０５は、入力端１２０において比較的大きな断面を有し、吐出端１２５においてかなり小さな断面を有する。

入力端１２０の大きな開口部において、メインロータ１００に対して概して軸方向において、サクションガスがフルート１０５に入る。ロータアセンブリ１００、１１０および１１５の回転と共に、このガスは、ゲートロータ１１０および１１５およびケーシング（図示せず）によってフルート１０５内に封入される。そのとき、フルート１０５の吐出端１２５は通常、ケーシングによって閉められている。回転が継続すると、ゲートロータ１１０および１１５の歯がフルート１０５に沿って前進し、そのため容積が低下し、圧力が増加する。この圧縮機の設計は、所望の圧力増加に達したとき、フルートがケーシング内の吐出ポートまで開き、その後回転が継続すると、冷媒ガスが吐出ポートから排出されるような設計である。この設計により、メインロータ１００の両側において２つのゲートロータ１１０および１１５の使用により、この圧縮プロセスを正確に再現することが可能になる。

図１は、３つの異なる回転位置における圧縮プロセスを示す。第１の位置（図１中、左側に図示）において、ガス充填されたフルート１０５の容積は比較的大きい（点付き領域によって図示）。入力端１２０がゲートロータ１１５の歯によって密閉され、ロータアセンブリ１００、１１０および１１５の回転時にゲートロータ１１５の歯がガス充填されたフルート１０５に沿って移動し始めると、図１の中央部によって示すように、ガス充填されたフルート１０５の容積が低下する。その吐出端１２５がケーシング内の吐出ポート（図示せず）と同一高さになっただけで、ガス充填されたフルート１０５の容積が最小に達する。この最終回転位置を図１中右側に示す。ガスは、吐出ポートから放出されるにつれ、膨張する。各連続するフルート１０５に対して、このプロセスを繰り返す。

圧縮機をその最大容積で運転することは、必ずしも必要でないかまたは望ましくない。従来、ユニットの作動を全負荷で効率的に行えば十分であったが、平均的な冷却器はほとんどの期間において最大容積のうち２５％〜７５％で用いられていることが周知である。これらの動作帯域における高効率の重要性については、冷凍空調工業会および欧州冷凍空調工業会のどちらにおいても認められている。欧州冷凍空調工業会による指標であるＥＳＥＥＲは、冷凍空調工業会によるＩＰＬＶと極めて類似した評価法であり。ＥＳＥＥＲでは、多様な部分負荷における効率に対して重み付け係数を適用することにより、現実的な全体的な効率図が得られる。以下の表は、１組のＥＳＥＥＲパラメータに対するこれらの重み付け係数を示す。

部分負荷比が２５％〜７５％であるときにこれらの重み付け係数が大幅に高くなることが分かる。

圧縮を低速で行うために、多様なアンロード機構が開発されている。ねじ圧縮機において、今日実質的に汎用されている一体構成として、一定形態の軸スライドがある。これらを用いて、最大容積および容積比の２つの要素を調節する。最大容積の制御は、フルート１０５に沿ったガス取り込み位置を決定することにより、行われる。この容積比は、フルート１０５内における圧縮プロセスの開始時の閉じ込められたガスの容積と、閉じ込められたガスが最初にフルート１０５から放出されたときの前記ガスの体積との間の関係である。多くの種類の１軸ねじ圧縮機において用いられている構成では、２つの軸方向に動くスライドが用いられる。これら２つのスライドは、圧縮機ロータに部分的に隣接しかつ圧縮機ロータを部分的に密閉するように、ケーシング内の凹部内に配置される。標準的な構成では、スライドが軸方向に移動すると、圧縮機ケーシング内のポートが開くかまたは閉まって、最大容積および容積比に変化が発生する。実際、ケーシング内のバイパスポートにより、圧縮開始が効果的に遅延させられ、このが段階的に開くかまたは閉まることで、最大容積を制御する。ケーシングの他端の吐出ポートも同時に修正されて、容積比を制御する。

図２を参照して、スライド２００内に切り込まれているポート２０５は、通常は最大容積制御のために設けられるものであるが、ポート２０５によっても、ケーシング内の吐出ポートの開口部を制御することができる。このように、スライド２００は、２つの異なる機能を行う。すなわち、第１の機能は最大容積の調節であり、第２の機能は、適切な容積比の維持である。スライド２００を入念に設計することで、動作範囲の大部分において一定の容積比を維持するかまたは部分負荷における動作圧力の想定される変化に適合する容積比の変化を可能にするような構成を得ることができる。

さらなる改良において、スライドを２つの別個の部分に分割することにより、これら２つの機能を分離することが可能である。

図１に示すように２つのゲートロータ１１０および１１５を備えた１軸ねじ圧縮機では、２組の圧縮プロセスが同時に発生する。１つの圧縮プロセスは、各ゲートロータ１１５がメインロータ１００の片側においてフルート１０５内を掃過する際に行われる。そのため、各圧縮プロセス組は、アンロードスライド２００と共に提供される。これらのスライドを非対称に用いることで、その各圧縮プロセスにおいて同時に異なるローディングが得られるようにすることが公知である。少なくとも２つの圧縮プロセスそれぞれにおいて異なるローディングを得る能力により、部分負荷時の圧縮機の動作をより高効率にすることが可能になる。

好適には、これら少なくとも２つのスライドのうち第１のスライドは、全負荷位置と完全無負荷位置との間で動作可能であり、これら少なくとも２つのスライドのうち第２のスライドは、一定範囲の部分負荷位置のうちいずれかへと移動するように動作可能である。このような構成により、圧縮機は、極めて低いローディングから全負荷にわたって、広範囲のローディング範囲にわたって動作することができる。

本発明の実施形態の第１の局面によれば、１軸ねじ圧縮機において用いられるスライドが提供される。前記圧縮機は、軸方向において前記メインロータに対して間隔を空けて配置された吐出ポートおよびバイパスポートを有するケーシングを含む。前記スライドは、第１の封止面と第２の封止面との間に配置された出口ポートと、前記出口ポートへと送達されるべきガスを前記メインロータのフルートから受け取るための少なくとも１つの入口ポートとを含む。前記スライドは、ｉ）負荷位置と、ｉｉ）無負荷位置との間で動作可能である。このｉ）負荷位置において、出口ポートはケーシング内の吐出ポートに対して開き、第１の封止面によってバイパスポートが封止される。このｉｉ）無負荷位置において、出口ポートはケーシング内のバイパスポートに対して開き、第２の封止面によって吐出ポートが封止される。

好適には、圧縮機ケーシングはさらなる出口ポートを有し、これにより、スライドと、関連付けられたゲートロータとの間において、スライドの外側の位置においてフルートの吐出端に対して開口部を提供する。前記スライドは、前記出口ポートへ送達されるべきガスを前記ケーシング内の前記さらなる出口ポートから受け取るための少なくとも１つのさらなる入口ポートを含む。

公知の圧縮機において、フルートの最終部分内に閉じ込められたガスに起因して、圧縮プロセスの終わりにおいて問題が発生する場合がある。公知の解決方法として、スライド全体を通過して吐出ポートへと直接繋がる出口経路を前記ガスに対して提供する方法がある。この方法の場合、圧縮プロセスの他の段階におけるフルートへの逆戻りを防ぐために、逆止弁またはチェックバルブを吐出ポート内に設ける必要がある。

本発明の実施形態において、スライドの出口ポートへの送達のために、フルートの最終部分から前記ケーシング内の前記さらなる出口ポートを介してスライド内へと続く出口経路を設ける。圧縮プロセスにおける段階に応じて、前記ガスは、吐出ポートまたはバイパスポートのいずれかに送達され得る。前記スライドを通過せずにフルートから吐出ポートへと到達できる経路は無い。

この方法には２つの利点がある。第１に、吐出ポート内に逆止弁またはチェックバルブを設ける必要が無くなり、第２に、負荷位置と無負荷位置との間でのスライドの移動を促進することができる。圧縮プロセス全体において、完全に連通状態を維持することができる。

スライドの移動先となる全ての位置において圧縮プロセスの完全連通状態を維持するために、スライド内に設けられたさらなる入口ポートは好適には、メインロータに対して軸方向に延び、これにより、前記ケーシング内の前記さらなる出口ポートは、前記さらなる入口ポートと常に連通する。頑健性を得るために、前記スライド内に設けられた前記さらなる入口ポートは好適には、１軸開口部としてではなく一連の２つ以上の開口部として設けるとよい。この場合、これらの開口部間の距離は、前記開口部と前記さらなる出口ポートとの間の接合部において、前記軸方向における前記ケーシング内の前記さらなる出口ポートの寸法よりも小さくする必要がある。

入口ポートと、出口ポートと、前記さらなる入口ポートとを収容できるスライドの形態は、棒状ボディを含む。この棒状ボディは、メインロータの外面に嵌めこまれる面を持つように切り出されている。この面により、入口ポートが得られる。前記面内の凹部により、入口ポートから出口ポートへの経路が得られ、この経路は通常はスライドの「後側」表面内にあり、使用時において、ケーシング内の排出ポートおよびバイパスポートに対向する。前記凹部内へのアクセスを得るために、さらなる入口ポートが棒状ボディの概して円周方向において前記面内の入口ポートと出口ポートとの間に設けられる。例えば、棒状ボディは概して円筒状であり得る。

スライド内の出口ポートは、出口ポートがバイパスポートおよび吐出ポートそれぞれに対して開口する位置間において移動するため、ケーシング内のバイパスポートおよび吐出ポートは好適には、スライドが移動する方向において、少なくとも部分的に整列される。上述したようなスライドは通常は一次ロータに対して軸方向に動くため、ケーシング内のバイパスポートおよび吐出ポートを少なくとも部分的に軸方向において整列させることでコンパクト性を得る。

バイパスポートおよび吐出ポート双方に対して１軸スライドを用いることにより、前記スライドが１つのアイテム内において多機能を発揮することが可能になる。前記スライドは、当該圧縮機の必要な動作条件に適合するように容積比を制御できるような従来の様態で動作可能であり、また、いくつかの新機能も提供可能である。例えば、以下を支援することができる。

・スライドをより良く支持するための、オフセット吐出ポート。
・圧縮プロセスが完全無負荷である際の吐出ポートの絶縁。これにより、（上述したように）チェックバルブを不要とする。
・前記プロセスの負荷時の可変容積比。

スライドのより良い支持は、スライドがメインロータに向かって押圧されずかつベアリングハウジングに対して保持されるように、ケーシング内の吐出ポートをスライドの後面上の圧力分布によって位置決めすることにより、可能である。スライドの設計において、従来技術のスライドよりもボディをより肉厚にすることにより、このオフセット吐出ポートを少なくとも部分的に促進することができる。このボディは、スライドの入口ポートと出口ポートとの間において、ガイド凹部またはチャンネルを収容する。ケーシング内の吐出ポートへのスライドを通じて直接ガスを連通する代わりに、ガスをスライドに沿ってケーシング内の吐出ポートへとガイドする。このスライドは、メインロータに対向するのではなく、ベアリングハウジングに対向する。そのため、スライドは好適には、上記のような棒状の（好適には概して円筒形の）ボディを有するとよく、これにより、ガスを排出してオフセット吐出ポートへと到達させる方向を決定することが可能な十分な厚みのボディを提供しつつ、スライドをメインロータに対して軸方向において駆動およびガイドすることが可能になり、これにより、上記のスライドの支持を達成する。

他の種類のねじ圧縮機と同様に、漏れ経路を密封するために、１軸ねじ圧縮機における圧縮プロセス時において油が注入される。本発明の好適な実施形態において、スライドは、油注入のための油経路を有する。この油経路は、圧縮プロセスが全負荷状態にある際に、油送達チャンネルと一致する。スライドが移動すると、前記油経路は一致状態から外れ、この油供給が妨害される。その後、スライド内の油経路を介した圧縮プロセスへの油注入が停止し、その結果、圧縮機の全体的効率が部分負荷において最大化される。この効率向上は、無負荷時の圧縮プロセスにおいて攪拌損失が低減し、また、前記注入された油から得られた溶液からの冷媒が低減したためである。典型的には、冷媒油中には２０％以上の冷媒が溶解しており、この冷媒は、低圧力において溶液から得ることができ、これにより、効率が低下する。

本発明の実施形態を１軸ねじ圧縮機において用いて、非対称アンロードを得ることができる。例えば２つのゲートロータによって上述したように２組の圧縮プロセスが同時に発生する場合、一次ロータの各片側上のゲートロータ、各１組の圧縮プロセスに対し、異なる位置に配置されたスライドを設けることができる。例えば、これらのスライドのうち１つを完全無負荷状態または全負荷状態にし、これらのスライドのうち他方を最大容積の１２％〜５０％となるような位置において動作するように設定することができる。この組み合わせにより、動作範囲を最大容積の１２％〜５０％と、６２％〜１００％との間にすることが可能となる。このように最大容積を非対称に制御することは、大型ねじ圧縮機の利点と、多重圧縮機据付の利点との組み合わせとみなすことができる。１軸ねじ圧縮機内では非常に大型のポートを用いることが可能であるため、無負荷側において実質的に圧縮は無く、そのためポート損失も実質的に無い。従って、この考え方は、従来のねじによるアンロードに類似するというよりも、圧縮機をオフにすることによってアンロードを達成する多重圧縮機構成に類似する。

本発明の実施形態の第２の局面によれば、第１の局面によるスライドと共に用いられる１軸ねじ圧縮機が提供される。この圧縮機は、前記スライドに関連して上述した機能のうち１つ以上を有する。

上述したように、前記スライドを収容するために、前記圧縮機は、例えば、メインロータのためのケーシングを提供し得る。前記ケーシングは、吐出ポートおよびバイパスポートを有する。前記吐出ポートおよびバイパスポートは、前記ロータに対して軸方向において、少なくとも部分的に相互に整列される。好適には、前記吐出ポートは、前記メインロータに隣接するのではなく、例えば前記圧縮機のベアリングハウジングによって得られたメインロータからの表面オフセットに対向するように配置され、これにより、前記圧縮機の使用時において前記吐出ポート内に作用する圧力に起因して、前記スライドは、前記メインロータに向かってではなく、前記表面に対して押圧される。

前記スライドがさらなる入口ポートを有する場合、前記圧縮機は、例えば、前記メインロータのためのケーシングを提供し得る。前記ケーシングは、バイパスポートと、吐出ポートと、さらなる出口ポートとを有し、これにより、前記フルートの吐出端から前記スライド内のさらなる入口ポートへの経路を提供する。

前記さらなる出口ポートは、前記圧縮機の使用時において、前記スライドの外側において、前記スライドと、関連付けられたゲートロータとの間に配置され得る。前記さらなる出口ポートは、前記ケーシング内の成形チャンネルによって得られ得る。このチャンネルは、前記フルートの吐出端からのガスを前記スライド内のさらなる入口ポートへと方向付ける。

前記スライドが油注入のための油経路を有する場合、前記圧縮機に油送達チャンネルが設けられ得る。この油送達チャンネルは、圧縮プロセスが全負荷状態のときにのみ、前記油経路と一致する。

本発明の任意の１つの局面または任意の１つの実施形態に関連して説明した特徴は、適切な場合、本発明の同一のまたは他の１つ以上の局面または実施形態と関連して、単独で用いてもよいし、あるいは記載の他の特徴と組み合わせてもよいことが理解されるべきである。

以下、本発明の実施形態による１軸ねじ圧縮機について、添付図面を参照しつつ、ひとえに例示目的のために説明する。

１本の一次ねじと、２つのゲートロータとを有する１軸ねじ圧縮機を異なる圧縮段階において上から見た際の一連の３つの線図である。 従来技術によるスライドの側面図である。 上方において斜め４５度から見た部分切り取り図であり、本発明の実施形態による圧縮機の立体図であり、上側スライドおよび下側スライドの位置を示す。 図３の圧縮機において用いられる上側スライドを上方において斜め４５度から見た立体図であり、使用時において、一次ねじと対向するスライドの凹型内側表面を示す。 図４の上側スライドを下方において斜め４５度から見た図である。 図４の上側スライドを後方から見た図である。 上側スライドを収容する圧縮機のケーシングの一部（特に、圧縮機の使用時においてスライドと連通する１組の３つのポート）を上方において斜め４５度から見た図である。 図４〜図６の上側スライドが負荷位置および無負荷位置において図７中に示すケーシング内のオフセット吐出ポートに対して設けられている様子を示す断面図である。 図４〜図６の上側スライドが負荷位置および無負荷位置において図７中に示すケーシング内のオフセット吐出ポートに対して設けられている様子を示す断面図である。 図３に示すように圧縮機の使用時において通常閉じこめられるガスのための排出経路の断面図である。 本発明による圧縮機の使用時において通常閉じこめられるガスのための排出経路の断面図である。 図７に示すケーシング内において異なるローディング位置に取り付けられた図４〜図６の上側スライドを上方において斜め４５度から見た図立体図である。 図７に示すケーシング内において異なるローディング位置に取り付けられた図４〜図６の上側スライドを上方において斜め４５度から見た図立体図である。 図７に示すケーシング内において異なるローディング位置に取り付けられた図４〜図６の上側スライドを上方において斜め４５度から見た図立体図である。 図７に示すケーシング内において異なるローディング位置に取り付けられた図４〜図６の上側スライドを上方において斜め４５度から見た図立体図である。 図４の圧縮機の使用時におけるベアリング配置構成の水平断面図である。 圧縮機用のＣＯＰに対して非対称および対称ローディングを行い、エコノマイザーを用いた場合と用いない場合との比較図である。

本明細書中記載の圧縮機において、スライド動作は油圧シリンダーによって駆動されるが、ステッピングモーターなどの任意の適切な駆動手段を用いてもよい。

図３および図４を参照して、圧縮機３００は、図１に関連して説明した一般的な種類のものであり、セミハーメチックケーシング（図示せず）の内部にメインロータ１００を有する。２つのゲートロータ１１０および１１５があるが、そのうち１つのみを図３中に示す。図中、第２のゲートロータの位置は、関連付けられたハウジング３０１の位置から見ることができる。各ゲートロータ１１０および１１５は、関連付けられたスライド３０５および３１０を有する。メインロータ１００は、サクションガスによって冷却されたモータ３２０により、駆動される。メインロータおよびゲートロータの構成は公知の種類のものであり、ゲートロータ１１０および１１５は、メインロータに対して直径方向に対向して設けられる。

本発明の実施形態は、独自の１軸ねじ圧縮機ジオメトリを利用したものであり、この１軸ねじ圧縮機ジオメトリでは、圧縮機の片側を全負荷または部分負荷で保持しつつ当該圧縮機の他方側を完全にアンロードする可能性を利用することより、メインロータの対向する両側において発生する２つの同一の圧縮プロセスを行う。

図３は、新規な圧縮機設計におけるスライド配置構成を示す。各スライド３０５および３１０は、ゲートロータ１１０および１１５のうちの１つに隣接するメインロータ１００に対して軸移動できるように、取り付けられる。第１の（下側の）スライド３０５は、下側を延びて第１のゲートロータ１１５を通過するのに対し、第２の（上側の）スライド３１０は、第２のゲートロータを通過する。圧縮機３００の使用時において、前記スライドの一般的な位置決めと、メインロータに対する前記スライドの軸方向移動とは、従来と同様である。

下側スライド３０５は、完全変調制御を提供するように設計され、他方のスライド３１０は、全負荷位置または無負荷位置のいずれかにおいて機能するようになっている。下側スライド３０５は無限に調節可能であり、これにより、必要なシステム容積に圧縮機３００を正確に適合させることが可能になる。このスライド３０５は、自身で動作する際、圧縮機３００の最大容積のうち１２％〜５０％の範囲を網羅することができる。そのため、負荷要求が１２〜５０％の範囲において変動した場合、上側スライド３１０は完全無負荷位置において保持され、下側スライド３０５は、負荷要求に正確に適合するように移動する。負荷が６２〜１００％である場合、上側スライド３１０は全負荷であり、下側スライド３０５は、前記負荷要求に正確に適合するように調節される。

スライド３０５および３１０はどちらとも、スライドの端部上において動作する油圧シリンダーによって制御される。下側スライド３０５の場合、これは、スライドの端部に取り付けられたピストン３２５を介して行われ、上側スライド３１０の場合、スライドの端部内においてピストン３３０が採用され、これにより、設計が簡略化され、部品点数が低減する。しかし、所望であれば、他の形態の制御（例えば、ステッピングモーター）を用いてもよい。

図４〜図６を参照して、上側または上方のスライド３１０は、全負荷状態またはゼロ負荷状態のいずれかにおいて動作するように、設計される。上側スライド３１０は、概して円筒形のボディを有し、ピストン４０５が一端において設けられている。ピストン４０５により、圧縮機３００のメインロータ１００のケーシング内のボア内において上側スライド３１０を負荷位置と無負荷位置との間で駆動することができる。スライド３１０は、メインロータのフルート１０５から出てくるガスのための中央出口ポート４１０を有する。中央出口ポート４１０は、メインロータ１００に対向するスライド３１０の面内の凹部４２５から開口している。

全負荷状態とゼロ負荷状態との間での移動において、圧縮プロセスを常に連通状態にしておくことが重要である。これは、さらなる入口ポートにより、部分的に達成される。このさらなる入口ポートは、スライド３１０の側において一連のスロット４１５を含む。これらのスロットは、メインロータ１００のケーシング内の新規出口ポートと共に、メインロータ１００のフルート１０５の吐出端からスライド３１０内への経路を提供し、これにより、圧縮プロセスが完全連通し、また、従来のアンロード構成において残留している可能性のある圧縮を無くすこともできる。これらのスロット４１５およびその動作について、以下により詳細に説明する。

スライド３１０には、油送達チャンネル４２０も設けられる。油送達チャンネル４２０の動作について、図８および図９に関連してさらに説明する。

図５は、スライド３１０を下方において斜め４５度から見た図であり、特に、スライド３１０の外面内の出口ポート４１０およびスロット４１５を示す。

図６は、スライド３１０を後方において斜め４５度から見た図であり、特に、スライド３１０の外面内の出口ポート４１０と、スライド３１０の内側において凹部４２５内に開口しているスロット４１５とを示す。

図７を参照して、圧縮機３００のメインロータ１００（図７中図示せず）と、スライド３０５および３１０（図７中図示せず）との両方に対して、ケーシング７００が設けられている。このケーシング７００には、吐出ポート７０５と、バイパスポート７１０と、さらなる出口ポート７１５とが設けられ、これらは全て、上側スライド３１０を受け入れるケーシング内のボア７２０内に開口している。吐出ポート７０５およびバイパスポート７１０は、メインロータ１００の軸方向において、少なくとも部分的に整列される。その結果、軸方向に移動可能なスライド３１０の出口ポート４１０は、負荷位置と無負荷位置との間で移動することができる。この出口ポート４１０は、吐出ポート７０５およびバイパスポート７１０と整列される。さらなる出口ポート７１５が、吐出ポート７０５とバイパスポート７１０との間に軸方向に設けられ、概して円筒形のスライド３１０の円周方向においてオフセットする。その結果、出口ポート７１５は、スライド３１０の外側のフルート１０５の吐出端１２５と連通する。さらなる出口ポート７１５は、ケーシング内の成形チャンネルとして形成され、フルート１０５の吐出端１２５からのガスを、スロット４１５によって得られたスライド３１０内のさらなる入口ポートへと方向付ける。さらなる出口ポート７１５の動作について、図１０〜図１５に関連してさらに説明する。

吐出ポート７０５は、圧縮プロセス上での特定の点からガスを受け取り、このガスをスライド３０５および３１０内に通過させ、主要チャンバ内に「方向付けた」後、このガスは油分離器内へと入り、油分離器から冷却システム内へと入り、その後最終的には圧縮機３００の反対端へと戻り、再度圧縮される。バイパスポート７１０により、圧縮プロセスの他の点におけるガスを圧縮目的のための吸引に戻すことができる。

図８および図９を参照して、使用時において、圧縮機のケーシング７００内のボア７２０内に取り付けられたスライド３１０は、メインロータ１００に部分的に隣接し、かつ、ベアリング（図示せず）のハウジング８００に部分的に隣接する。スライド３１０は、そのピストン３３０によって図８に示す負荷位置から図９に示す完全無負荷状態へと移動させることができる。負荷位置において、スライド３１０の出口ポート４１０は、吐出ポート７０５と整列する。完全無負荷状態において、吐出ポート７０５は封鎖され、スライド３１０の出口ポート４１０は、バイパスポート７１０と整列される。

どちらの位置においても、吐出ポート７０５は、メインロータ１００の軸方向においてオフセットしており、メインロータ１００にではなくベアリングハウジング８００に対向していることが分かる。これによる効果として、特に無負荷位置において、メインロータ１００へではなくベアリングハウジング８００への全圧力を方向付ける圧力（図９中矢印９００によって示す）が、やはり吐出ポート７０５を通じて有る点がある。その結果、スライド３１０をより良好に支持することが可能になる。

上述したように、スライド３１０の出口ポート４１０は、メインロータ１００に対向するスライド３１０の面内の凹部４２５から得られる。この凹部４２５は、メインロータ１００の軸方向において出口ポート４１０を越えて延び、ガスがフルート１０５から出て吐出ポート７０５およびバイパスポート７１０それぞれへと到達するための経路８０５および９０５を提供する。この延長凹部４２５により、吐出ポート７０５が封鎖されている場合でも、フルート１０５から吐出ポート７０５および／またはバイパスポート７１０への連通を常に得ることが可能となる。これは、スロット４１５の存在に部分的に起因する。

圧縮プロセス内への油注入を用いて、圧縮機中の漏れ経路を封止する。公知の構成においては、油は通常は上の圧縮プロセスおよび下の圧縮プロセス内に注入される。しかし、上の圧縮プロセスが完全無負荷である場合、この油は何ら有用な機能を為さず、そのため、粘性抵抗が発生し、溶解した冷媒が前記油中に混入するため、圧縮機効率において不利である。

図８および図９を参照して、本発明の実施形態において、前記油注入は、スライド３１０内を通過して全負荷時において前記油が圧縮プロセス内に注入されるが、このスライド３１０が無負荷になった後は、前記油注入はスライド３１０によって封鎖されるため、効率低下の可能性が無くなる。これは、スライド３１０内の油送達チャンネル４２０の存在により、達成される。油送達チャンネル４２０は、スライド３１０がその負荷位置（図８に示す）に来た際に、ケーシング７００内の油送達チャンネル８１０のみと一致するように、配置される。

図１０を参照して、従来技術の圧縮機において認識されている問題として、フルート１０５の最終部分１０００にガスが閉じこめられるという問題があった。これに対処するために、圧縮機ケーシング内にチャンネル１００５を設けて、フルート１０５の最終部分１０００に対して開口させることで、スライド３００を通じて吐出ポートへと到達するガス脱出経路１０１０を得る方法が公知である。しかし、この方法の場合、脱出経路１０１０からのガス漏れを回避するために、逆止弁またはチェックバルブを吐出ポート内に設けることが必要であった。

図１１は、図１０に示す点／ダッシュ線で描かれたボックスに対応する領域を示す。図１１に示すような本発明の実施形態において、圧縮機ケーシング７００のさらなる出口ポート７１５により、脱出経路１０１０がスロット４１５を介してスライド３１０内へと得られる。すなわち、残留ガスは、吐出ポート７０５および／またはバイパスポート７１０に常に到達することができる。吐出ポート７０５が閉められると、ガスはバイパスポート７１０を介して逃げるすることができ、その結果、チェックバルブの必要性が全く無くなる。

（一般的に、本発明の実施形態において、無負荷時の状態においてロータ１００内の圧力蓄積に起因して圧縮機効率に影響が出ることが無いよう、スライド３１０の出口ポート４１０は十分大きくすべきであり、ケーシング７００内のバイパスポート７１０を十分大きくすべきであることが、理解されるべきである。）

図１２〜図１５を参照して、スロット４１５の動作と、スライドの移動と共に延長凹部４２５がスライド３１０の出口ポート４１０へと接続されてフルート１０５と連通する様子を以下に説明する。

図１２〜図１５は、無負荷時〜負荷時における上側スライド３１０の一連の位置を示す。

図１２において、スライド３１０の凹部４２５内に３つのスロット４１５が有る様子が分かる。凹部４２５そのものは、出口ポート４１０を介して、ケーシング７００のバイパスポート７１０と連通する。図中に示すようにこれらのスロット４１５に左側から番号を付けた場合、「スロット１」は、ケーシング７００のさらなる出口ポート７１５と連通する。

図１３において、スライド３１０は、負荷位置に向かって一段階だけ移動している。この状態において、出口ポート４１０は、未だケーシング７００のバイパスポート７１０と部分的に連通している。「スロット１およびスロット２」は、この段階において、ケーシング７００のさらなる出口ポート７１５と連通する。

図１４において、スライド３１０は、負荷位置に向かって一段階だけ移動している。この状態において、出口ポート４１０は、ケーシング７００の吐出ポート７０５およびバイパスポート７１０（図１４中図示せず）と部分的に連通している。この段階において、「スロット２およびスロット３」は、ケーシング７００のさらなる出口ポート７１５と連通する。

図１５において、スライド３１０は負荷位置に来ている。この状態において、出口ポート４１０は、ケーシング７００の吐出ポート７０５のみと連通している。この段階において、「スロット３」のみが、ケーシング７００のさらなる出口ポート７１５と連通している。

スライド３１０の全位置においてフルート１０５を継続的に連通させるためには、連続するスロット４１５の対間の距離を、開口部とさらなる出口ポート７１５との間の接合部におけるケーシング７００内のさらなる出口ポート７１５の軸方向における寸法よりも小さくする必要がある点に留意されたい。さらなる出口ポート７１５は、隣接するスロット４１５間の隙間を埋めることが可能である必要があり、そのため、隣接スロット４１５に対して開口した後、先行スロット４１５に対して閉口する。

一連の３つのスロット４１５をスライド３１０に対するさらなる入口ポートとして用いることは必須ではない。延長アパチャを１つまたは延長アパチャを２つ用いてもよいし、あるいは、スロット以外の形状を用いてもよい。しかし、スロットなどの一連の開口部を用いた場合、スライド３１０内の強度が維持される。

図１６を参照して、他の種類のねじ圧縮機と比較したときの１軸ねじ圧縮機の利点の１つとして、メインロータ上へのラジアル負荷が無い点がある。１軸ねじ圧縮機の分野の当業者であれば、部分負荷動作をより高効率にするために、本発明の実施形態において有限の範囲においてこの利点が犠牲になっていることを理解する。

１つのゲートロータのみと共に動作する１軸ねじ圧縮機は既に存在している。１軸ゲート圧縮機は、さらなる主要ベアリングにより、ラジアル負荷に対処する。本発明の実施形態による非対称型１軸ねじ圧縮機において、２つの側部間のラジアル負荷の差は、圧縮機がアンロードされるにつれて増加し、負荷が５０％のときに最大に達する。しかし、それと同時に、圧縮機がアンロードされるにつれて圧縮機負荷の合計が低下し、入力電力も低下する。全てのローディング要求に適切に適合するベアリング構成が可能である。

図１６は、適切なベアリング構成を示す。主要ベアリングの数を、第３の外側ベアリング１６０５を受け入れる吊り下げ型モータ１６００と共に増加させることで、頑健かつ振動フリーの圧縮機が得られる。ベアリング１６０５は、最初は大型の圧縮機を収容できるが、モータ３２０をベアリング支持部上に突き出すことは不可能になるため、第３のベアリング位置が導入される。他端上の２つのアンギュラコンタクトベアリングは、非対称負荷に起因して、非対称圧縮機において必要となるものよりも大型である。しかし、寿命全体において高ラジアル負荷と共に作動するため、適切なベアリング寿命を得るためには前記アンギュラコンタクトベアリングに隣接して円筒形ローラーベアリングをさらに設ける必要がある１軸スター圧縮機と対照的に、本発明の実施形態における非対称アンロードでは、同一ローディングは５０％の負荷ポイントにおいてのみ発生する。負荷がより高くなると、非対称ラジアル負荷が変動し、負荷低下と共に、低負荷条件において想定されるより低い圧力に起因して、非対称負荷は低下する。

図１７は、１軸ねじ圧縮機が標準的なアンロードおよび非対称アンロード時において動作したときの性能係数（「ＣＯＰ」）を理論的に比較した結果を示す。非対称アンロード１７００および１７０５は、本発明の実施形態によって意図されるように、標準的なローディング１７１０および１７１５（特に、４０％〜６０％のローディング範囲）において、大幅に高いＣＯＰを可能にすることが期待できることが分かる。実際、部分負荷動作効率は、可変速駆動の圧縮機の部分負荷動作効率に近付いていると考えられる。

非対称設計の１軸ねじ圧縮機の場合、別の利点がある。すなわち、２つの別個の圧縮プロセスに２つのエコノマイザーが接続されている。これらのポートを用いて、従来のねじ圧縮機と同様に効率および最大容積を向上させることができるだけでなく、これらのポートを非対称設計において用いて、利用可能なエコノマイザー動作を下側の部分負荷状態にまで有利に利用することが可能である。従来のスライドの場合、典型的には、負荷が７０％未満であるときに少ししか利得が無いのに対し、非対称動作の場合、負荷が３５％のときにこれらの利得を得ることができる。

エコノマイザーの使用により、非対称配置構成によって導入される、５０％の負荷位置と６２％の負荷位置との間の工程を低減または不要にすることができる。負荷要求が上昇している状態で、変調スライドが部分負荷において動作している場合において、このスライドが高負荷状態にある際、エコノマイザーシステムに対し、このスライドのエコノマイザーポートを開くことができ、これにより、前記スライドを継続的にローディングすることにより、最大容積を、（エコノマイザーがオフであるときに得られる５０％ではなく）エコノマイザーを使用しない場合の最大容積の６２％にすることができる。

次のローディングステップは、全負荷におけるステップスライドへの変更であり、最小負荷においてスライドを変調し、その際、双方のエコノマイザーポートは閉められている。これは、エコノマイザーを使用しない場合の最大容積の６２％にも対応し、前回の負荷状態に適合する。このスライドの経済的使用を再導入することにより、負荷の継続的上昇と共に、最大効率を維持することができる。

エコノマイザーの使用に関する結果を図１７中にも曲線１７００および１７０５によって示す。２つの段階的な経済的使用を前記設計において容易に採用することができ、その結果、効率がさらに上昇するはずである。

この圧縮プロセスのスライドに対して可変容積比が得られるように、ステップスライドの機能をさらに向上させることができ、これにより、負荷が５０％以上であるときの圧縮機効率を向上させる。

可変スライドおよび関連付けられたポートの設計は、特定の冷却器用途においてＶＲが必要なだけ変化するような、圧縮機を用いた冷却器の動作状態の変化に適合するように開発することができる。

上述した構成などの構成において、多様な改変が本発明の範囲からの逸脱無く可能であることが理解される。簡単な例でいえば、例えば、スライド３０５および３１０の位置を交換することで、上方または上側のスライドの代わりに、下側スライドを本発明の実施形態によるスライドとしてもよい。

Claims (17)

1. １軸ねじ圧縮機において用いられるスライドであって、前記圧縮機は、メインロータおよび少なくとも１つのゲートロータと、軸方向において前記メインロータに対して間隔を空けて配置された吐出ポートおよびバイパスポートを有する、前記メインロータのためのケーシングとを含み、前記スライドは、第１の封止面と第２の封止面との間に配置された出口ポートと、および前記出口ポートへと送達されるべきガスを前記メインロータのフルートから受け取るための少なくとも１つの入口ポートとを含み、前記スライドは、使用時において、以下の２つの位置：
   ｉ）負荷位置であって、前記負荷位置において、前記出口ポートは、前記ケーシング内の前記吐出ポートに対して開口し、前記第１の封止面により前記バイパスポートを封止する、負荷位置と、
   ｉｉ）無負荷位置であって、前記無負荷位置において、前記出口ポートは、前記ケーシング内のバイパスポートに対して開口し、前記第２の封止面により前記吐出ポートを封止する、無負荷位置と
   の間で動作可能である、スライド。
2. 前記圧縮機ケーシングはさらなる出口ポートを有し、前記出口ポートにより、前記スライドの外部の位置において、前記スライドと、関連付けられたゲートロータとの間において、前記フルートの吐出端に対する開口部が得られ、前記スライドは、前記出口ポートへ送達されるべきガスを前記ケーシング内の前記さらなる出口ポートから受け取るための、少なくとも１つのさらなる入口ポートを含む、請求項１に記載のスライド。
3. 前記スライド内に設けられた前記さらなる入口ポートは、使用時において、前記メインロータに対して軸方向に延び、これにより、前記ケーシング内の前記さらなる出口ポートは、前記さらなる入口ポートと常に連通する、請求項２に記載のスライド。
4. 前記さらなる入口ポートは、前記軸方向において間隔を空けて配置された一連の２つ以上の開口部として設けられ、連続する開口部である前記２つ以上の開口部の間の距離は、前記開口部と前記さらなる出口ポートとの間の接合部において、前記ケーシング内の前記さらなる出口ポートの前記軸方向における寸法よりも小さい、請求項３に記載のスライド。
5. 棒状ボディを含み、前記棒状ボディは、メインロータの外面に嵌めこまれる面を持つように切り出されており、前記棒状ボディは、前記圧縮機の使用時において前記メインロータの外面に適合するような形状にされた面を有し、前記面は、前記入口ポートを有する、請求項１〜４のうち任意の１つに記載のスライド。
6. 前記スライドの前記入口ポートは、前記スライドの前記面内の凹部へと接続し、これにより、前記出口ポートへの経路が得られる、請求項５に記載のスライド。
7. 前記面内の前記入口ポートと、前記出口ポートとの間において、さらなる入口ポートとしての開口部が前記凹部内に設けられる、請求項６に記載のスライド。
8. 前記さらなる入口ポートは、前記スライドの軸方向において、前記出口ポートを越えてさらに延びる、請求項２〜７のうち任意の１つに記載のスライド。
9. 前記スライドは、使用時における前記圧縮機への油注入のための油経路を有し、前記経路は、圧縮プロセスが全負荷状態にある際、油送達チャンネルと一致して開口し、前記圧縮プロセスが前記全負荷状態ではない際、前記油送達チャンネルと一致しない、請求項１〜８のうち任意の１つに記載のスライド。
10. 請求項２〜９のうち任意の１つに記載のスライドと共に用いられる１軸ねじ圧縮機であって、前記圧縮機は、軸方向において前記メインロータに対して間隔を空けて配置された吐出ポートおよびバイパスポートを有するケーシングと、さらなる出口ポートとを含み、前記さらなる出口ポートは、前記フルートの吐出端からのガスを前記スライドの外側の位置において受け取り、前記ガスを前記スライドの前記さらなる入口ポートへと送達するための開口部を使用時に提供する、１軸ねじ圧縮機。
11. 前記吐出ポートおよび前記バイパスポートは、前記ロータに対して前記軸方向において、少なくとも部分的に相互に整列され、前記吐出ポートおよび前記バイパスポートの双方に対して１軸スライドが用いられる、請求項１０に記載の１軸ねじ圧縮機。
12. 前記吐出ポートは、前記メインロータから軸方向にオフセットした表面に対向するように配置される、請求項１０または１１のうちいずれか１つに記載の１軸ねじ圧縮機。
13. 前記表面は、前記圧縮機のベアリングハウジングによって得られる、請求項１２に記載の１軸ねじ圧縮機。
14. 前記さらなる出口ポートは、前記圧縮機ケーシング内に成形されたチャンネルにより得られる、請求項１０〜１３のうち任意の１つに記載の１軸ねじ圧縮機。
15. 請求項９に記載のスライドと共に用いられる、請求項１０〜１４のうち任意の１つに記載の１軸ねじ圧縮機であって、前記圧縮機には油送達チャンネルが設けられ、前記油送達チャンネルは、前記圧縮プロセスが前記全負荷状態にあるときにのみ、前記スライド内の前記油経路と一致する、請求項１０〜１４のうち任意の１つに記載の１軸ねじ圧縮機。
16. 請求項１〜９のうち任意の１つに記載のスライドと共に用いられる１軸ねじ圧縮機であって、前記圧縮機は、軸方向において前記メインロータに対して間隔を空けて配置された吐出ポートおよびバイパスポートを有するケーシングを含み、前記吐出ポートは、前記メインロータから軸方向にオフセットした表面に対向するように、配置される、１軸ねじ圧縮機。
17. 前記表面は、前記圧縮機のベアリングハウジングによって提供される、請求項１６に記載の１軸ねじ圧縮機。
    

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