JPWO2016046907A1 - スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

ケーシング１と、ケーシング１内で回転するように配置されたスクリューロータ３と、ケーシング１とスクリューロータ３との間に形成され、冷媒ガスを圧縮する圧縮室５と、ケーシング１の内筒面に形成され、スクリューロータ３の回転軸方向に延びるスライド溝１ａと、ケーシング１に形成され、ケーシング１の外部とスライド溝１ａとを連通するエコノマイザガス流路１ｂと、スライド溝１ａ内にスクリューロータ３の回転軸方向にスライド移動自在に設けられたスライドバルブ８と、スライドバルブ８に形成され、スライドバルブ８の位置に応じてエコノマイザガス流路１ｂを圧縮室５に連通させるエコノマイザポート８ａとを備え、スライドバルブ８は、エコノマイザガス流路１ｂを圧縮室５に連通させる第１位置と、エコノマイザポート８ａを圧縮室５に連通させない第２位置とに移動するものである。

Description

本発明は、スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、冷凍サイクル装置において能力増大、冷凍サイクルの性能および成績係数（圧縮機入力に対する冷凍能力の比）の向上を目的として冷凍サイクルに中間冷却器を設け、中間冷却器で主流液を冷却した後の冷媒ガス（以下、エコノマイザガス）を圧縮機中間部へ導くエコノマイザ運転を行う冷凍サイクル装置がある（例えば、特許文献１参照）。この冷凍サイクル装置では、冷凍サイクルの凝縮器と蒸発器との間に中間冷却器が配置され、凝縮器から蒸発器に至る途中で分岐するエコノマイザ配管と、エコノマイザ配管に設けられた中間冷却用膨張弁と、エコノマイザ配管が接続されるエコノマイザポートを有するスクリュー圧縮機とを備えている。

また、従来のスクリュー圧縮機として、スクリューロータとこのスクリューロータを収納するケーシングとを備え、このケーシングが、スクリューロータとケーシングの内面との間に形成される圧縮室に冷媒を噴出するためのエコノマイザポートを有するスクリュー圧縮機がある（例えば、特許文献２参照）。

特開平１１−２４８２６４号公報（第４頁、図１） 特許第４１４０４８８号公報（第５頁、図１）

スクリュー圧縮機が搭載される冷凍サイクル装置の省エネルギの指標として、従来は定格条件（全負荷条件：１００％負荷）での成績係数（能力／消費電力）を用いることが主流であった。しかし、最近では実運転条件に近い指標、例えば米国で定められている期間成績係数ＩＰＬＶ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｐａｒｔ Ｌｏａｄ Ｖａｌｕｅ）が注目されてきている。

一般的な冷凍サイクル装置では、年間を通じて定格条件で運転される時間は非常に短く、年間を通した運転時間のうち９割以上が部分負荷運転で運転されている。そして、部分負荷は全負荷のうち、特に７５〜５０％負荷での運転がその大半を占める。全負荷運転と部分負荷運転では冷媒循環流量、運転圧縮比が異なり、成績係数も変化する。このような実運転の状況を考慮し、期間成績係数が注目されている。つまり、期間成績係数は部分負荷条件での成績係数を重視した指標となっている。

全負荷運転では、冷凍サイクルの高低差圧が大きく、大容量運転となり、部分負荷運転では冷凍サイクルの高低差圧が小さく、小容量運転となる。全負荷運転では高低差圧も大きく、エコノマイザ運転をすることで成績係数を向上できる。しかし、部分負荷運転では高低差圧が小さくなり、高低差圧が小さくなればなるほど、エコノマイザ運転の効果は小さくなる。このため、部分負荷運転では、条件によっては能力増大の効果が小さく、それ以上に消費電力が増大することにより、成績係数が悪化してしまう。そのため、全負荷運転と部分負荷運転など、運転条件に応じてエコノマイザ運転の駆動／停止を切り替えることで期間成績係数の向上を図ることができる。

しかし、特許文献１および特許文献２の技術においてエコノマイザポートは常時、圧縮室に連通している。このため、エコノマイザポートは低圧から高圧まで無駄に圧縮される容積部（デッドボリューム）となる。よって、エコノマイザ運転を停止した状態でエコノマイザポートが圧縮室上を通過するときに再膨張損失が発生し、性能を低下させる要因となっている。

本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エコノマイザポートの位置を改善して、広い運転範囲で高い成績係数を実現し、性能を向上させることができるスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、ケーシングと、ケーシング内で回転するように配置されたスクリューロータと、ケーシングとスクリューロータとの間に形成され、冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、ケーシングの内筒面に形成され、スクリューロータの回転軸方向に延びるスライド溝と、ケーシングに形成され、ケーシングの外部とスライド溝とを連通するエコノマイザガス流路と、スライド溝内にスクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に設けられた第１スライドバルブと、第１スライドバルブに形成され、第１スライドバルブの位置に応じてエコノマイザガス流路を圧縮室に連通させるエコノマイザポートとを備え、第１スライドバルブは、エコノマイザガス流路を圧縮室に連通させる第１位置と、エコノマイザポートを圧縮室に連通させない第２位置とに移動するものである。

本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記のスクリュー圧縮機、凝縮器、中間冷却器の高圧部、減圧装置および蒸発器を順に冷媒配管で接続した冷媒回路と、中間冷却器と減圧装置との間から分岐し、中間冷却器用の膨張弁および中間冷却器の低圧部を介してスクリュー圧縮機のエコノマイザガス流路に接続されたエコノマイザ配管とを備えたものである。

本発明によれば、エコノマイザポートの位置を改善して、広い運転範囲で高い成績係数を実現し、性能を向上させることができるスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の縦断面概略図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の圧縮原理を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の全負荷運転などの高差圧運転条件におけるエコノマイザポート位置を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の全負荷運転などの高差圧運転条件におけるケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の部分負荷運転などの低差圧運転条件におけるエコノマイザポート位置を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の部分負荷運転などの低差圧運転条件におけるケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の全負荷運転などの高差圧運転条件におけるエコノマイザポート位置を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の部分負荷運転などの低差圧運転条件におけるエコノマイザポート位置を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機のケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。 本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機のケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。ここでは、１つのスクリューロータに２つのゲートロータが係合されたタイプのシングルスクリュー圧縮機の例で本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。なお、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

冷凍サイクル装置１００はインバータ１０１で駆動されるスクリュー圧縮機１０２と、凝縮器１０３と、中間冷却器１０４の高圧部と、減圧装置である膨張弁１０５と、蒸発器１０６とを順に冷媒配管で接続した冷媒回路を備えている。冷凍サイクル装置１００はさらに中間冷却器１０４と膨張弁１０５との間から分岐し、中間冷却器用膨張弁１０７および中間冷却器１０４の低圧部を介してスクリュー圧縮機１０２に接続されたエコノマイザ配管１０８を有している。

凝縮器１０３はスクリュー圧縮機１０２からの吐出ガスを冷却、凝縮させる。膨張弁１０５は中間冷却器１０４を流出した主流冷媒を絞り膨張させる。蒸発器１０６は膨張弁１０５を流出した主流冷媒を蒸発させる。中間冷却器１０４は上述したように高圧部と低圧部とを有しており、高圧部には凝縮器１０３と膨張弁１０５との間の主流冷媒である高圧側冷媒が通過し、低圧部には高圧側冷媒の一部を中間冷却器用膨張弁１０７で減圧した冷媒（冷凍サイクル全体でみたときに中間圧に相当する中間圧冷媒）が通過する。そして中間冷却器１０４は、高圧側冷媒と中間圧冷媒とを熱交換させて高圧側冷媒を冷却する。

冷凍サイクル装置１００にはさらに制御装置１０９を備えている。制御装置１０９は、インバータ１０１、膨張弁１０５、中間冷却器用膨張弁１０７の制御、スクリュー圧縮機１０２の後述のスライドバルブの位置制御、エコノマイザガスを圧縮室にインジェクションするエコノマイザ運転の駆動および停止などの制御を行う。

（スクリュー圧縮機）
以下、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１０２について図２を用いて説明する。
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縦断面概略図である。
図２に示すように、スクリュー圧縮機１０２を構成する筒状のケーシング１内に電動機２が配置されている。この電動機２はケーシング１に内接固定されたステータ２ａとステータ２ａの内側に配置されたモータロータ２ｂとを備えている。

ケーシング１内にはスクリューロータ３が配置されており、このスクリューロータ３とモータロータ２ｂとは互いに同一軸線上に配置され、両ロータ３、２ｂはスクリュー軸４に固定されている。スクリューロータ３はその外周面に複数の螺旋状のスクリュー溝５ａが形成され、スクリュー軸４に固定されたモータロータ２ｂに連結され回転駆動される。ゲートロータ６の歯６ａは、スクリュー溝５ａに噛み合わされており、ゲートロータ６の歯６ａ、スクリュー溝５ａおよびケーシング１の内筒面で囲まれた空間が圧縮室５となる。また、ケーシング１内は隔壁（図示せず）により低圧側（吸入側）と高圧側（吐出側）とに区画され、高圧側には吐出室（図示せず）に開口する吐出口７（後述の図３）が形成されている。

また、図２に示すとおり、ケーシング１の内筒面には、スクリューロータ３の回転軸方向に延びるスライド溝１ａが形成されており、このスライド溝１ａ内には第１スライドバルブであるスライドバルブ８がスライド移動自在に収納されている。さらに、このスライドバルブ８は圧縮室５を形成するため、ケーシング１とともに内筒面の一部を形成している。また、スライドバルブ８にはエコノマイザポート８ａが形成されている。エコノマイザポート８ａは、スライドバルブ８においてスライド溝１ａとの摺接面である外周面から、スライドバルブ８においてスクリューロータ３との摺接面である内周面に貫通するように形成されている。図２にはエコノマイザポート８ａを形成したスライドバルブ８をケーシング１内に１つ設けた場合の図を示している。

ケーシング１は、中間冷却器１０４からの冷媒ガスを圧縮室５（圧縮行程にあるスクリュー溝５ａ）に導くためのエコノマイザガス流路１ｂを有しており、エコノマイザガス流路１ｂは、エコノマイザポート８ａを介して圧縮室５に連通する。このエコノマイザガス流路１ｂにはエコノマイザ配管１０８が接続されている。かかる構成により、中間冷却器１０４から流出して分岐し、主流液を冷却した冷媒ガスが、エコノマイザ配管１０８、エコノマイザガス流路１ｂおよびエコノマイザポート８ａを通して圧縮室５に流入するようになっている。ここで、ケーシング１内のこのエコノマイザガス流路１ｂには、ガスが流れる際の脈動を抑制するための空間（図示せず）が設けられ、この空間を経由して圧縮室５へ連通するものもある。

スライドバルブ８は、連結棒９を介してピストンなどの駆動装置１０に接続されており、駆動装置１０を駆動させることにより、スライド溝１ａ内をスクリューロータ３の回転軸方向に移動する。ここで、スライドバルブ８を駆動する駆動装置１０はガス圧で駆動するもの、油圧で駆動するもの、ピストンとは別にモータなどにより駆動するものなど、駆動方法を限定しない。

（冷媒回路の動作説明）
次に、本実施の形態１の動作について説明する。
まず、全負荷運転（１００％負荷運転）などの冷凍サイクルの高低差圧が大きい場合の冷媒回路の動作を図１を参照して説明する。

蒸発器１０６から流出した冷媒ガスはスクリュー圧縮機１０２に吸い込まれて圧縮された後、吐出される。吐出された冷媒ガスは、凝縮器１０３で冷却される。凝縮器１０３で冷却された冷媒は、中間冷却器１０４に流入する。中間冷却器１０４では、凝縮器１０３を流出して高圧部に流入した高圧側冷媒と、中間冷却器１０４を通過後に分岐され、中間冷却器用膨張弁１０７で減圧されて低圧部に流入した中間圧冷媒とが熱交換される。すなわち、凝縮器１０３を出て直接、中間冷却器１０４の高圧部に流入した高圧側冷媒は、中間圧冷媒との熱交換により、過冷却される。この過冷却の増加によって、蒸発器１０６の冷凍効果は増えることになる。

一方、中間冷却器１０４の低圧部に流入した中間圧冷媒は、高圧部側の高圧側冷媒を冷却後、エコノマイザ配管１０８およびエコノマイザガス流路１ｂを経由して、スライドバルブ８に設けたエコノマイザポート８ａから圧縮室５にインジェクションされる。すなわち、高圧およびエコノマイザガスの中間圧力と圧縮室５内の圧力との差圧により、エコノマイザガスがエコノマイザポート８ａから圧縮室５にインジェクションされ、圧縮ガスと混合する。

次に、部分負荷運転（１００％より小さい負荷運転）などの冷凍サイクルの高低差圧が小さい場合の冷媒回路の動作を説明する。
高低差圧が小さい場合は、中間冷却器出口と圧縮室５との間の差圧が小さく、エコノマイザガスが圧縮室５に流入しにくい。このように、エコノマイザ運転時に差圧が小さくなって動作が不安定となる。その上、冷凍能力の拡大効果が小さく、エコノマイザガスが圧縮途中に流入することによる動力増加の方が大きくなって成績係数が低下する。そのため、高低差圧が小さい条件では、中間冷却器用膨張弁１０７を閉止し、エコノマイザ運転を行わない。

（スクリュー圧縮機の動作説明）
次に、本実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１０２の動作について説明する。
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圧縮原理を示した図である。
図３に示すようにスクリューロータ３が電動機２（図２参照）によりスクリュー軸４（図２参照）を介して回転させられることで、ゲートロータ６の歯６ａが圧縮室５（スクリュー溝５ａ）内を相対的に移動する。これにより、圧縮室５内では吸入行程、圧縮行程および吐出行程を一サイクルとして、このサイクルを繰り返すようになっている。ここでは、図３においてドットのハッチングで示した圧縮室５に着目して各行程について説明する。

図３（ａ）は吸入行程における圧縮室５の状態を示している。スクリューロータ３が電動機２により駆動されて実線矢印の方向に回転する。これにより図３（ｂ）のように圧縮室５の容積が縮小する。

引き続きスクリューロータ３が回転すると、図３（ｃ）に示すように、圧縮室５が吐出口７に連通する。これにより、圧縮室５内で圧縮された高圧の冷媒ガスが吐出口７より外部へ吐出される。そして、再びスクリューロータ３の背面で同様の圧縮が行われる。

なお、図３ではエコノマイザポート８ａおよびそれを備えたスライドバルブ８、スライド溝１ａについては図示を省略しているが、エコノマイザ運転時には、圧縮行程においてエコノマイザポート８ａよりエコノマイザガスが圧縮室５に流入する。そして、圧縮室５に流入したエコノマイザガスは吸入ガスと一緒に圧縮され、吐出行程において外部に吐出される。

（高差圧運転条件：エコノマイザ運転を行う）
次に、全負荷運転などの高差圧運転条件におけるエコノマイザポート８ａとエコノマイザガス流路１ｂおよび圧縮室５（スクリュー溝５ａ）との位置関係について説明する。
図４は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の全負荷運転などの高差圧運転条件におけるエコノマイザポート位置を示す断面概略図である。図５は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の全負荷運転などの高差圧運転条件におけるケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。

エコノマイザ運転を行う場合、制御装置１０９は、エコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８を図４および図５の白抜き矢印で示すように吐出側（図４および図５の左側）に移動し、エコノマイザポート８ａをエコノマイザガス流路１ｂおよび圧縮室５に連通する位置（第１位置）に位置させる。これにより、ケーシング１に設けられたエコノマイザガス流路１ｂがエコノマイザポート８ａを介して圧縮室５に連通する。

圧縮行程中、圧縮室５がエコノマイザポート８ａに連通している間、エコノマイザガスがエコノマイザガス流路１ｂを経由してエコノマイザポート８ａから圧縮室５にインジェクションされる。この際、エコノマイザポート８ａが圧縮室５に連通している際の圧力（中間圧）が上昇するとエコノマイザ運転による能力拡大効果が小さくなる。また、圧縮室５の閉じ込みが完了していない状態でエコノマイザガスを圧縮室５にインジェクションすると、エコノマイザガスが圧縮室５から吸込側に流出して吸込ガスがスクリュー溝５ａに流入するのを阻害する。よって、吸込ガスが圧縮室５に流入するのを阻害しない範囲でできるだけ、低圧の圧縮室５にエコノマイザガスがインジェクションされるように、スライドバルブ８を移動してエコノマイザポート８ａを図５に示す位置に位置させるようにしている。この点について以下に説明する。

図５において点線で囲った圧縮室５は、吸入ガスの吸入（吸入ガスの閉じ込み）を完了した位置にある。よって、図５に示す位置、すなわち吸込ガスの閉じこみ完了（圧縮開始）時に圧縮室５に連通し始める位置にエコノマイザポート８ａを位置させることによって、吸込ガスが圧縮室５に流入するのを阻害しない範囲でできるだけ、低圧の圧縮室５にエコノマイザガスをインジェクションすることが可能となる。

なお、部分負荷運転でも比較的高低差圧が大きく、エコノマイザ効果が得られる条件では、制御装置１０９はエコノマイザ運転を行う。すなわち、制御装置１０９は、ケーシング１に設けられたエコノマイザガス流路１ｂ、エコノマイザポート８ａおよび圧縮室５を連通させるようにスライドバルブ８を図５に示す位置に移動させ、エコノマイザガスが圧縮室５にインジェクションされるようにする。

（低差圧運転条件：エコノマイザ運転を停止）
次に、部分負荷運転などの低差圧運転条件におけるエコノマイザポート８ａとエコノマイザガス流路１ｂおよび圧縮室５（スクリュー溝５ａ）との位置関係について説明する。
図６は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の部分負荷運転などの低差圧運転条件におけるエコノマイザポート位置を示す断面概略図である。図７は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の部分負荷運転などの低差圧運転条件におけるケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。

エコノマイザ運転を停止する場合、制御装置１０９は、エコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８を図６および図７の白抜き矢印で示すように吸込側（図６および図７の右側）に移動させる。具体的には、圧縮室５（スクリュー溝５ａ）に連通しない軸方向位置（以下、第２位置という）までエコノマイザポート８ａを移動させる。これにより、ケーシング１に設けられたエコノマイザガス流路１ｂとエコノマイザポート８ａとは連通せず、さらに圧縮室５とエコノマイザポート８ａとも連通しない。すなわち、エコノマイザ運転停止中、圧縮室５とエコノマイザポート８ａとは全く連通しない。

このように、エコノマイザ運転停止中、エコノマイザポート８ａは圧縮室５（スクリュー溝５ａ）に連通しない軸方向位置まで移動し、圧縮室５（スクリュー溝５ａ）から切り離される。よって、エコノマイザ運転停止時には、吸入行程から吐出行程までエコノマイザポート８ａおよびエコノマイザガス流路１ｂが圧縮室５に関与しない状態で運転が行われることとなる。したがって、エコノマイザポート８ａおよびエコノマイザガス流路１ｂ部分が無駄に圧縮される容積部（デッドボリューム）となることはない。すなわち、本実施の形態１のスクリュー圧縮機１０２ではデッドボリュームが存在しないこととなる。

なお、全負荷運転でも比較的高低差圧が小さく、エコノマイザ効果が小さい条件では、制御装置１０９はエコノマイザ運転を停止する。すなわち、制御装置１０９は、ケーシング１に設けられたエコノマイザガス流路１ｂ、エコノマイザポート８ａおよび圧縮室５が連通しないようにスライドバルブ８を第２位置に移動させる。

以上のように、実施の形態１ではエコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８をスクリューロータ３の回転軸方向にスライド可能にケーシング１内に収納した。そして、スライドバルブ８を、エコノマイザガス流路１ｂ、エコノマイザポート８ａおよび圧縮室５が連通する第１位置と、エコノマイザガス流路１ｂ、エコノマイザポート８ａおよび圧縮室５が連通しない第２位置とに移動可能に構成した。

以上の構成により、高差圧運転条件（冷凍サイクルの高低差圧が所定差圧より大きい運転条件）においてはエコノマイザ運転を行うことでエコノマイザ効果が得られ、成績係数は向上する。さらに、低差圧運転条件（冷凍サイクルの高低差圧が所定差圧以下の運転条件）においてはエコノマイザ運転を停止し、この停止時には上述したようにデッドボリュームが存在しないため、再膨張損失を発生させず、成績係数を向上させることができる。つまり、実施の形態１によれば、広い運転範囲で高い成績係数を実現できるスクリュー圧縮機１０２および冷凍サイクル装置１００を得ることができる。

なお、スライドバルブ８の移動可能範囲は特に限定するものではないが、移動可能範囲のうち「最も吐出側」にスライドバルブ８を移動させることでスライドバルブ８が第１位置に位置し、移動可能範囲における「最も吸入側」にスライドバルブ８を移動させることでスライドバルブ８が第２位置に位置するようにスライドバルブ８、連結棒９および駆動装置１０を構成してもよい。

さらに、エコノマイザ運転を行う場合には、図８の白抜き矢印で示すように吸込側（図８の右側）に移動し、エコノマイザポート８ａをエコノマイザガス流路１ｂおよび圧縮室５に連通する軸方向位置に位置させる。これにより、ケーシング１に設けられたエコノマイザガス流路１ｂがエコノマイザポート８ａを介して圧縮室５に連通する。次にエコノマイザ運転を停止する場合、エコノマイザポート８ａを図９の白抜き矢印で示すように吐出側（図９の左側）に移動させる。具体的には、圧縮室５（スクリュー溝５ａ）に連通しない軸方向位置までエコノマイザポート８ａを移動させる。このように圧縮室とエコノマイザ流路とを連通させるための位置および連通させない位置を、前記と反対に構成してもよい。

実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１と比較して、エコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８の吸込側端面形状のみ異なったものである。

図１０は、本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機のケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。なお、本実施の形態２では実施の形態１との差異点を説明するものとし、本実施の形態２で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。

実施の形態２ではエコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８の吸込側端面８ｂがスクリュー溝５ａの傾斜に沿った形状となっている。このような形状としたことにより、実施の形態１のようにスライドバルブ８の吸込側端面８ｂをスクリュー軸４に対して垂直な面とした場合に比べて、以下の効果が得られる。すなわち、スライドバルブ８が駆動するための余分な空間を必要とせず、部品の小型化を達成しながら、実施の形態１と同様の効果が得られる。なお、ここではスライドバルブ８の吸込側端面８ｂをスクリュー溝５ａの傾斜に沿った形状としたが、要するに傾斜面で形成されていればよい。ただし、スライドバルブ８の吸込側端面８ｂをスクリュー溝５ａの傾斜に沿った形状とすることでスクリュー溝５ａの閉じ込みに必要な面を確保できるので、より最適形状（小型化）が可能となる。また、閉じ込みに不要な面を削除することで、スライドバルブ８とスクリューロータ外周部との間に存在する油の粘性抵抗を小さくできる。

実施の形態３．
上記実施の形態１および実施の形態２は、エコノマイザポート８ａの位置変更用のスライドバルブ８を備えた構成であったが、実施の形態３はさらに、内部容積比可変用のスライドバルブを備えた容量制御可能なスクリュー圧縮機１０２に関するものである。

図１１は、本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機のケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。なお、本実施の形態３では実施の形態１との差異点を説明するものとし、本実施の形態３で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。

実施の形態３のスクリュー圧縮機１０２は、スライドバルブ８に加えてさらに、ケーシング１内に第２スライドバルブである内部容積比可変用のスライドバルブ１１がスクリューロータ３の回転軸方向に移動可能に収納されている。スライドバルブ１１は、スライド位置に応じて、圧縮室５で圧縮された高圧ガスの吐出開始（圧縮完了）タイミングを調整するものである。スライドバルブ１１の吐出側端面１１ａは吐出口７の一部を構成しており、スライド位置に応じて吐出口７の吐出面積を変化させることで吐出タイミングを調整し、内部容積比を変更する。すなわち、吐出タイミングを早めると低内部容積比の運転となり、吐出タイミングを遅らせると、高内部容積比の運転となる。

ここで、内部容積比とは吸込完了（圧縮開始）時の圧縮室５の容積と吐出寸前の圧縮室５の容積との比であり、吸込が完了したときの容積と吐出口７が開くときの容積との比を表している。一般的にスクリュー圧縮機は、実際の圧縮比が内部容積比に見合う適正圧縮比の運転条件では、不適正圧縮損失は生じないが、低圧縮比の運転を行うと、吐出口が開くまで圧縮されたガスは吐出圧力以上に過圧縮され、余分な圧縮仕事を行うことになる。また逆に高圧縮比で運転を行うと、吐出圧力に到達する前に吐出口が開き、ガスの逆流を生じる圧縮不足の状態となる。そこで、吐出のタイミングが最適となるようにスライドバルブ１１の位置が調整される。

エコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８が、エコノマイザガス流路１ｂ、エコノマイザポート８ａおよび圧縮室５に連通する場合、連通しない場合というように二段階に移動するのに対して、内部容積比可変用のスライドバルブ１１は自由に移動が可能なため、適正な吐出のタイミングに合った移動が可能である。

以上説明したように本実施の形態３によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、内部容積比可変用のスライドバルブ１１をさらに設けたので、吐出のタイミングが適正となる位置に移動することで過圧縮、不足圧縮を抑制でき、成績係数を向上できる。つまり、実施の形態３によれば、広い運転範囲でさらに高い成績係数を実現できるスクリュー圧縮機１０２および冷凍サイクル装置１００を得ることができる。

なお、本発明のスクリュー圧縮機としてシングルスクリュー圧縮機以外に、一対の雌雄スクリューロータを有し、その噛み合いにて圧縮室５を形成するツインスクリュー圧縮機に適用してもよい。

１ ケーシング、１ａ スライド溝、１ｂ エコノマイザガス流路、２ 電動機、２ａ ステータ、２ｂ モータロータ、３ スクリューロータ、４ スクリュー軸、５ 圧縮室、５ａ スクリュー溝、６ ゲートロータ、６ａ 歯、７ 吐出口、８ スライドバルブ、８ａ エコノマイザポート、８ｂ 吸込側端面、９ 連結棒、１０ 駆動装置、１１ スライドバルブ、１１ａ 吐出側端面、１００ 冷凍サイクル装置、１０１ インバータ、１０２ スクリュー圧縮機、１０３ 凝縮器、１０４ 中間冷却器、１０５ 膨張弁、１０６ 蒸発器、１０７ 中間冷却器用膨張弁、１０８ エコノマイザ配管、１０９ 制御装置。

Claims (8)

1. ケーシングと、
   前記ケーシング内で回転するように配置されたスクリューロータと、
   前記ケーシングと前記スクリューロータとの間に形成され、冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、
   前記ケーシングの内筒面に形成され、前記スクリューロータの回転軸方向に延びるスライド溝と、
   前記ケーシングに形成され、前記ケーシングの外部と前記スライド溝とを連通するエコノマイザガス流路と、
   前記スライド溝内に前記スクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に設けられた第１スライドバルブと、
   前記第１スライドバルブに形成され、前記第１スライドバルブの位置に応じて前記エコノマイザガス流路を前記圧縮室に連通させるエコノマイザポートとを備え、
   前記第１スライドバルブは、前記エコノマイザガス流路を前記圧縮室に連通させる第１位置と、前記エコノマイザポートを前記圧縮室に連通させない第２位置とに移動するスクリュー圧縮機。
2. 前記ケーシング内に前記スクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に設けられ、スライド移動することにより前記圧縮室の吐出のタイミングを調整する第２スライドバルブをさらに備えた請求項１記載のスクリュー圧縮機。
3. 前記第１位置は、前記圧縮室への冷媒ガスの閉じ込み完了時に前記エコノマイザポートが前記圧縮室に連通し始める位置である請求項１または請求項２記載のスクリュー圧縮機。
4. 当該スクリュー圧縮機が備えられる冷凍サイクルの高低差圧が所定差圧より大きい高差圧運転条件では前記第１スライドバルブは前記第１位置に位置し、前記高低差圧が前記所定差圧以下の低差圧運転条件では前記第１スライドバルブは前記第２位置に位置する請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
5. 前記第１スライドバルブの吸入側端面は傾斜面である請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
6. 前記傾斜面は、前記圧縮室を構成するスクリュー溝の傾斜に沿う傾斜面である請求項５記載のスクリュー圧縮機。
7. インバータで駆動され、前記スクリューロータを回転させる電動機を備えた請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
8. 請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機、凝縮器、中間冷却器の高圧部、減圧装置および蒸発器を順に冷媒配管で接続した冷媒回路と、前記中間冷却器と前記減圧装置との間から分岐し、前記中間冷却器用の膨張弁および前記中間冷却器の低圧部を介して前記スクリュー圧縮機の前記エコノマイザガス流路に接続されたエコノマイザ配管とを備えた冷凍サイクル装置。

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