JP5871578B2

JP5871578B2 - スクリュー圧縮機

Info

Publication number: JP5871578B2
Application number: JP2011251257A
Authority: JP
Inventors: 和幸塚本
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2011-11-17
Filing date: 2011-11-17
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2031-11-17
Also published as: JP2013104419A

Description

この発明は、スクリュー圧縮機に関するものである。

従来、吐出圧力損失を低減させるスクリュー圧縮機として、シリンダに吐出口と連通する固定ポートを設け、部分負荷の場合に、圧縮室の吐出口への開口面積を大きくすることで、圧縮流体の吐出圧力損失を低減させるスクリュー圧縮機が提案されている。（例えば、特許文献１）

特開２０１１−３２９５７号公報

しかしながら、従来のスクリュー圧縮機の固定ポートの形状は、曲線形状のスクリューロータ溝に対し、スクリューロータ溝縁が始めに重なる側の縁が直線形状をしていた。したがって、圧縮室内の圧縮流体が直角三角形状の固定ポートに吐出する場合、圧縮室の開口面積よりも固定ポートの開口面積のほうが小さく、通路抵抗が発生するために、吐出圧力損失が増大するという課題があった。

本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、部分負荷における吐出圧力損失の低減および圧縮効率の改善を行なう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。

本発明のスクリュー圧縮機は、吐出ポートを有するシリンダと、このシリンダ内に設けられ、外周面に螺旋状のスクリューロータ溝が形成されたスクリューロータと、前記シリンダの径方向外側に膨出し形成されたスライド溝と、このスライド溝に摺動可能に設けられたスライドバルブと、このスライドバルブの位置により前記スクリューロータ溝間の圧縮流体を前記吐出ポートに吐出する固定ポートと、を備え、前記固定ポートの、前記スクリューロータ溝と連通を開始する側の縁形状は、前記スクリューロータ溝の縁形状に沿って階段状に形成されるとともに、階段状外側の各頂点をスクリューロータ溝の縁形状に沿うよう形成されたものである。

本発明によれば、固定ポートの、スクリューロータ溝と連通を開始する側の縁形状は、スクリューロータ溝の縁形状に沿って階段状に形成するとともに、階段状外側の各頂点をスクリューロータ溝の縁形状に沿うよう形成したので、スクリューロータ溝とゲートロータの歯部とシリンダとで囲まれた圧縮室が固定ポートへ連通するときの通路抵抗が少なく、吐出圧力損失を低減させることができる。また、圧縮室が固定ポートへ連通した場合の、圧縮室の固定ポートへの開口面積が最も大きく取れるため、部分負荷における吐出圧力損失の低減および圧縮効率の改善を行えるスクリュー圧縮機を提供することができる。

この発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を示す簡略構成図である。この発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機のスクリューロータおよびゲートロータを示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の固定ポートの曲線形状を示す簡略平面図である。この発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の固定ポートの階段形状を示す簡略平面図である。この発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の固定ポートの多段階段形状を示す簡略平面図である。

以下、本発明に係るスクリュー圧縮機の好適な実施の形態について添付図面を参照して説明する。なお、これらの実施の形態によって本発明が限定されることはない。

実施の形態１
本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機について図１〜３を用いて説明する。図１は本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の要部の構成を示す縦断面図、図２は本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機のスクリューロータおよびゲートロータを示す斜視図、図３は本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の固定ポートの形状を示す簡略平面図である。

図１〜２において、スクリュー圧縮機は、ケーシング１に形成されたシリンダ２内に回転可能に配置されたスクリューロータ３と、スクリューロータ３の回転軸に対して軸対象となるように配置された２つのゲートロータ４と、シリンダ２に形成されたスライド溝５内に軸方向に進退自在に配置されたスライドバルブ６と、を備えている。

シリンダ２はケーシング１内に形成された円筒壁であり、スクリューロータ３の回転方向前側に対向する側面には、シリンダ２およびスライド溝５に開口する、吐出ポート７および固定ポート８が形成されている。吐出ポート７は高圧空間（図示せず）と連通している。

スクリューロータ３は円柱状であり、外周面には、スクリューロータ３の一端から他端に向かって螺旋状に延びるスクリューロータ溝３ａが複数本形成されている。また、スクリューロータ３は、モータ９に連結され、軸心廻りに回転駆動される。また、モータ９にはインバータが接続されている場合もあり、その場合、インバータは、モータ９の回転周波数を負荷に応じて変化するよう制御する。

スクリューロータ３の一端側は流体の吸入側となり、低圧流体にて満たされた低圧ＬＰ側と連通し、スクリューロータ３の他端側は流体の吐出側となり、高圧流体にて満たされた高圧ＨＰ側と連通している。

ゲートロータ４は円板状であり、外周面には周方向に沿って複数の歯部４ａが設けられている。図２に示すように、ゲートロータ４は、歯部４ａがスクリューロータ３のスクリューロータ溝３ａに噛み合うように配置されている。スクリューロータ溝３ａと歯部４ａとシリンダ２とで囲まれた空間は、圧縮される流体が満たされ、圧縮室１０として形成されている。

スライド溝５は、シリンダ２の径方向外側に膨出した壁であって、スクリューロータ３の一端側から他端側へ向かって延び、その断面は半円筒形状に形成されている。

スライドバルブ６は、スライド溝５に摺動自在に嵌合するよう収容されており、内面をシリンダ２の内周面として構成している。また、スライドバルブ６には、スクリューロータ溝３ａと吐出ポート７とを連通するバルブ開口部１１が形成されている。

さらに、スライドバルブ６は駆動部１２に連結され、低圧ＬＰ側と高圧ＨＰ側とに摺動される。駆動部１２の駆動は、制御部１３により負荷に応じて制御される。

吐出口１４は、スクリューロータ３に対向し、スライドバルブ６の側面とシリンダ２の内周面との境界面にバルブ開口部１１によって開口された開口部であり、圧縮室１０と吐出ポート７を連通させ、圧縮された圧縮室１０内の圧縮流体を吐出ポート７へ導出している。

吐出口１４の開口面積は、スライドバルブ６の位置によって変化する。スライドバルブ６を低圧ＬＰ側へ移動させるほど吐出口１４の開口面積は広がり、スライドバルブ６を高圧ＨＰ側へ移動させるほど吐出口１４の開口面積は狭まる。

よって、スライドバルブ６を低圧ＬＰ側へ移動させた場合、圧縮室１０の形成領域が少なく、圧縮室１０にて圧縮された圧縮流体の吐出タイミングが早くなるため、圧縮比を小さくすることができ、低い部分負荷状態での運転に適している。

また、スライドバルブ６を高圧ＨＰ側へ移動させた場合、圧縮室１０の形成領域が多く、圧縮室１０にて圧縮された圧縮流体の吐出タイミングが遅くなるため、圧縮比を大きくすることができ、高い部分負荷状態での運転に適している。

固定ポート８は、スライドバルブ６によりスライド溝５側の開口部を開放されている、部分負荷５０〜７５％の場合、吐出口１４と連通され、スライドバルブ６によりスライド溝５側の開口部を閉塞されている場合、吐出口１４と連通されない。また、固定ポート８の低圧ＬＰ側の縁はスクリューロータ溝縁３ｂに沿うように曲線状に形成されている。

次に、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の動作について図３を用いて説明する。

スクリューロータ３がモータ９により回転駆動されると、ゲートロータ４は、スクリューロータ３の軸心に垂直な軸心廻りに回転し、スクリューロータ溝３ａと歯部４ａの噛み合いにより、圧縮室１０が形成される。

スクリューロータ３の一端側から吸込まれた低圧の流体は、圧縮室１０にて圧縮されつつ、スクリューロータ３の他端側へ送られ高圧流体となる。このとき、スクリューロータ３の一端側は、低圧流体にて満たされた低圧ＬＰ側となり、スクリューロータ３の他端側は、高圧流体にて満たされた高圧ＨＰ側となる。

そして、回転駆動されたスクリューロータ３のスクリューロータ溝３ａが吐出口１４と重なり始める。このとき、固定ポート８のスライド溝５側の開口部が閉塞されている場合、圧縮室１０内の圧縮流体は吐出口１４を介して、吐出ポート７へ導出される。

また、図３に示すように、固定ポート８のスライド溝５側の開口部が開放されている場合、固定ポート８は吐出口１４と連通しているので、スクリューロータ３の他端側へ送られた圧縮室１０内の圧縮流体は、固定ポート８および吐出口１４を介して、吐出ポート７へ導出される。

このとき、圧縮室１０内の圧縮流体は、固定ポート８および吐出口１４に同時に吐出する。また、固定ポート８の低圧ＬＰ側の縁は、スクリューロータ溝縁３ｂに沿うように曲線状に形成されているため、スクリューロータ溝３ａが固定ポート８へ連通するときの通路抵抗が最も少なくなり、吐出圧力損失を低減させることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、固定ポート８の形状をスクリューロータ溝縁３ｂに沿う形で形成することにより、圧縮室１０が固定ポート８へ連通を開始した時の開口面積を最も大きくとることができるので、通路抵抗を小さくすることができ、吐出圧力損失を低減させた、圧縮効率の改善を確実なものとするスクリュー圧縮機を提供することができる。

実施の形態２
本実施の形態１では、固定ポート８の低圧ＬＰ側の縁形状を、スクリューロータ溝縁３ｂに沿う曲線状に形成させたが、本実施の形態２では、曲線以外の形状により部分負荷における吐出圧力損失を低減させ、圧縮効率の改善を確実なものとするスクリュー圧縮機を提供する。

本実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の一例について図４を用いて説明する。図４は、実施の形態２に係る固定ポートの形状を示す展開図である。この実施の形態２が実施の形態１と異なるのは、固定ポートの低圧ＬＰ側の縁形状を階段状にした点である。その他の構成、動作については実施の形態１と同一または同等である。なお、実施の形態１と同一または同等な構成部分については同一符号を付し、その説明は省略する。

固定ポート１５の低圧ＬＰ側の縁は、直線により階段状に形成されるとともに、階段状に形成された辺の内側の各頂点を繋いだ線および、階段状に形成された辺の外側の各頂点を繋いだ線が、スクリューロータ溝縁３ｂに沿うように形成されている。直線により加工するには、工具を２方向に変化させればよく、簡便に加工することができる。

次に、本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の動作について図４を用いて説明する。

図４に示すように、固定ポート１５のスライド溝５側の開口部が開放されている場合、スクリューロータ３がモータ９により回転駆動されると、スクリューロータ３の他端側へ送られた圧縮室１０内の圧縮流体は、固定ポート１５および吐出口１４に同時に吐出し、吐出ポート７へ導出される。

このとき、固定ポート１５の低圧ＬＰ側の縁形状は、スクリューロータ溝縁３ｂに沿うよう形成されているため、圧縮室１０内の圧縮流体が固定ポート１５へ吐出する際、圧縮室１０と固定ポート１５の複数の頂点が一斉に連通を開始する。よって、圧縮室１０の固定ポート１５への開口面積を大きくとることができ、スクリューロータ溝３ａが固定ポート１５へ連通するときの通路抵抗が少なく、吐出圧力損失を低減させることができる。

以上のように、本実施の形態によれば、固定ポート１５の低圧ＬＰ側の縁を階段状に形成したことにより、容易に加工することができる。また、階段状に形成された辺の外側の各頂点を繋いだ線がスクリューロータ溝縁３ｂに沿うよう形成したことにより、圧縮室１０の固定ポート１５への開口面積を大きくとることができるので、通路抵抗を小さくすることができる。よって、吐出圧力損失を低減させたスクリュー圧縮機を容易に提供することができる。

さらに、図５は、実施の形態２に係る別の固定ポートの形状を示す展開図であり、図５に示すように、固定ポート１６の低圧ＬＰ側の縁に形成された階段形状の段数が多ければ多いほど、圧縮室の固定ポートへの連通開始時に開口する頂点の数を増やすことができ、より通路抵抗を小さくすることができ、吐出圧力損失を低減させることができる。

なお、本実施の形態２では、固定ポート１６の低圧ＬＰ側の縁に形成する階段形状の段数が多ければより吐出圧力損失を低減させられる例を示したが、段数を多くすればするほど手間や加工時間が増加し工賃が増えるため、製造コストに合わせて段数を選択すると使用者にあった効果を得ることができる。

１ケーシング、２シリンダ、３スクリューロータ、３ａスクリューロータ溝、３ｂスクリューロータ溝縁、４ゲートロータ、５スライド溝、６スライドバルブ、７吐出ポート、８，１５，１６固定ポート、９モータ、１０圧縮室、１１バルブ開口部、１２駆動部、１３制御部、１４吐出口。

Claims

吐出ポートを有するシリンダと、
このシリンダ内に設けられ、外周面に螺旋状のスクリューロータ溝が形成されたスクリューロータと、
前記シリンダの径方向外側に膨出し形成されたスライド溝と、
このスライド溝に摺動可能に設けられたスライドバルブと、
このスライドバルブの位置により前記スクリューロータ溝間の圧縮流体を前記吐出ポートに吐出する固定ポートと、を備え、
前記固定ポートの、前記スクリューロータ溝と連通を開始する側の縁形状は、前記スクリューロータ溝の縁形状に沿って階段状に形成されるとともに、階段状外側の各頂点をスクリューロータ溝の縁形状に沿うよう形成されていることを特徴とするスクリュー圧縮機。