JPWO2016189648A1 - スクリュー圧縮機、及びそのスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

本発明のスクリュー圧縮機は、ガスを圧縮する低段圧縮部と、低段圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する高段圧縮部と、を有するケーシングと、低段圧縮部と高段圧縮部とを貫通し、ケーシング内で回転可能に配置された回転軸と、低段圧縮部内の回転軸に取り付けられ、複数のスクリュー溝が外周面に形成された低段スクリューロータと、低段スクリューロータのスクリュー溝に噛み合う歯部が形成され、低段スクリューロータのスクリュー溝と前記ケーシングとの間で一対の低段圧縮室を形成する一対の低段ゲートロータと、一対の低段圧縮室に配置され、回転軸の軸方向に移動することで低段圧縮室からガスが吐出するタイミングを調整する一対の低段スライドバルブと、を有し、一対の低段スライドバルブは、回転軸の軸方向においてそれぞれ異なる位置に配置されるものである。

Description

本発明は、スクリュー圧縮機に係り、より詳しくは、運転圧縮比を調整するスライドバルブを備えたスクリュー圧縮機、及びそのスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置に関するものである。

従来、スクリュー圧縮機（より詳しくはシングルスクリュー圧縮機）は、螺旋状のスクリュー溝を有したスクリューロータを回転軸に備え、外周に歯溝を有する少なくとも１枚のゲートロータをスクリューロータに嵌め合わせ、それらをケーシング内に収容し、圧縮室を形成する。回転軸の回転にともない、圧縮室は、その容積を減じられ、ガスを圧縮する（特許文献１、２を参照）。

シングルスクリュー圧縮機の圧縮機構には大きく２種類があり、スクリューロータに２枚のゲートロータを嵌め合わせるツインゲートロータ方式と、スクリューロータに１枚のゲートロータを嵌め合わせるモノゲートロータ方式とが存在する。
ツインゲートロータ方式は、スクリューロータの回転軸を中心に対向して２つの圧縮室がそれぞれ形成される。ガス圧が作用する圧縮室がスクリューロータの回転軸に対して対向する位置にあるため、回転軸に作用するガス荷重が互いに相殺される。
これに対し、モノゲートロータ方式は、スクリューロータの回転軸の一方側に圧縮室が形成される。本方式では、ツインゲートロータ方式のよう圧縮室がスクリューの回転軸に対して対向して配置されていないため、圧縮室のガス圧が圧縮室側から回転軸に対して作用する。

特開２０１３−９２０９１号公報 特許第４１４７８９１号公報

圧縮工程を低段圧縮部と高段圧縮部とで二分した二段スクリュー圧縮機において、低段圧縮部にツインゲートロータ方式、高段圧縮部にモノゲートロータ方式を採用した圧縮機が公知である。
このような二段スクリュー圧縮機では、低段圧縮部において上記のようにガス圧が作用する圧縮室がスクリューの回転軸に対して対向する位置にあるため、回転軸に作用するガス荷重が互いに相殺され、スクリューの回転軸の撓みは小さい。

しかし、高段圧縮部では、上記のように圧縮室のガス圧が回転軸に対して圧縮室側から作用する。すなわち、高段圧縮部では、圧縮室が回転軸の一方側に配置され圧縮室内のガス圧が吐出圧力まで高められるのに対し、圧縮室の反対側のガス圧は中間圧力の雰囲気のため、これらの差圧が回転軸に作用する。よって、高段圧縮部では、この差圧によるガス荷重によって、回転軸が圧縮室の反対側へたわみ、撓み量は大きくなる。

また、二段スクリュー圧縮機の回転軸の長さは、スクリューロータを直列に配置するため、単段機の回転軸の長さより長くなり、ガス荷重に対する撓み量は、単段機より大きくなる。このため、回転軸の撓み量はさらに拡大する。
高段圧縮部で回転軸がたわむと、低段圧縮部においても回転軸にたわみが発生し、低段圧縮部の一方の圧縮室（高段圧縮部の圧縮室側）では、スクリューロータとケーシングとの間の内部隙間が拡大する。また、低段圧縮部の他方の圧縮室（高段側の圧縮室に対向する側）ではスクリューロータとケーシングとの間の内部隙間が縮小する。
すると、低段圧縮部の一対の圧縮室では内部隙間が不均一になるため、各圧縮室の内圧の推移は異なることとなる。すなわち、スクリューロータとケーシングとの間の内部隙間が拡大した一方の圧縮室は、圧縮工程中の内部漏洩量が増加するため、他方の圧縮室よりも内圧が上昇する。
したがって、低段圧縮部の一対の圧縮室の内圧が不均一となるため、スクリュー圧縮機の運転効率が低下するという課題があった。

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、各圧縮室内の内部隙間の不均一化が発生しても、高効率な運転が可能なスクリュー圧縮機、及びそのスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を提供することを目的としたものである。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、ガスを圧縮する低段圧縮部と、低段圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する高段圧縮部と、を有するケーシングと、低段圧縮部と高段圧縮部とを貫通し、ケーシング内で回転可能に配置された回転軸と、低段圧縮部内の回転軸に取り付けられ、複数のスクリュー溝が外周面に形成された低段スクリューロータと、低段スクリューロータのスクリュー溝に噛み合う歯部が形成され、低段スクリューロータのスクリュー溝とケーシングとの間で一対の低段圧縮室を形成する一対の低段ゲートロータと、一対の低段圧縮室に配置され、回転軸の軸方向に移動することで低段圧縮室からガスが吐出するタイミングを調整する一対の低段スライドバルブと、を有し、一対の低段スライドバルブは、回転軸の軸方向においてそれぞれ異なる位置に配置されるものである。

本発明によれば、各圧縮室内の内部隙間の不均一化が発生しても、高効率な運転が可能なスクリュー圧縮機、及びそのスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置を実現することができる。

実施の形態１に係る二段シングルスクリュー圧縮機１００の概略断面図である。 実施の形態１に係る低段圧縮部１０の図１におけるＡ−Ａ断面図である。 実施の形態１に係る高段圧縮部２０の図１におけるＢ−Ｂ断面図である。 実施の形態１に係る低段スライドバルブ１３の斜視図である。 従来の二段シングルスクリュー圧縮機に係る低段圧縮部の第１圧縮室と第２圧縮室の圧力推移を示す説明図である。 実施の形態１に係る二段シングルスクリュー圧縮機１００の低段圧縮部１０における第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂの圧力推移を示す説明図である。 実施の形態２に係る低段スライドバルブ２１３の斜視図である。

以下、本発明の実施の形態に係るスクリュー圧縮機について図面等を参照しながら説明する。ここで、全図において、同一の符号を付したものは、同一の又はこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。さらに、明細書全文に表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。

以下、低段圧縮部１０と高段圧縮部２０とこれら各圧縮部を駆動する電動機部２とを備えたスクリュー圧縮機の一例である二段シングルスクリュー圧縮機１００の構成を説明する。

実施の形態１．
はじめに、実施の形態１に係る二段シングルスクリュー圧縮機１００の構成を説明する。
図１は、実施の形態１に係る二段シングルスクリュー圧縮機１００の概略断面図である。
二段シングルスクリュー圧縮機１００は、圧縮部１と、電動機部２とに大別される。

＜圧縮部１＞
圧縮部１は、円筒形状のケーシング１００ａ内に収納された低段圧縮部１０と高段圧縮部２０とに仕切られて構成されている。円筒形状のケーシング１００ａの中心軸部分には、低段圧縮部１０と高段圧縮部２０とを挿通する回転軸３が配置されている。ケーシング１００ａの外部から供給される低圧のガスは低段圧縮部１０に第１吸入口１０ａ及び第２吸入口１０ｂを通って流入し、１次圧縮された後、高段圧縮部２０に流入し２次圧縮され、高圧のガスとなってケーシング１００ａ外に送り出される。

（低段圧縮部１０）
図２は、実施の形態１に係る低段圧縮部１０の図１におけるＡ−Ａ断面図である。
低段圧縮部１０は、低段スクリューロータ１１に２枚の第１低段ゲートロータ１２ａと、第２低段ゲートロータ１２ｂを嵌め合わせるツインゲートロータ方式を採用している。低段スクリューロータ１１は、外周面に複数の螺旋状のスクリュー溝１１ａが形成されている。
低段スクリューロータ１１は、その外周面がケーシング１００ａの円柱状の内壁１００ｂに接するようにケーシング１００ａ内に収納されている。

低段圧縮部１０の第１低段ゲートロータ１２ａと、第２低段ゲートロータ１２ｂは、低段スクリューロータ１１の径方向に低段スクリューロータ１１を挟むように対向して２つ配置されている。第１低段ゲートロータ１２ａと、第２低段ゲートロータ１２ｂの外周部には複数の歯部が形成されている。
これらの第１低段ゲートロータ１２ａと、第２低段ゲートロータ１２ｂの歯部が低段スクリューロータ１１のスクリュー溝１１ａと噛み合い、ケーシング１００ａの内壁１００ｂとの間の空間に低段圧縮室１５を形成する。
低段圧縮室１５は、図２に示すように低段スクリューロータ１１を中心として対向して配置され、第１低段ゲートロータ１２ａと、第２低段ゲートロータ１２ｂとに対応して形成された第１圧縮室１５ａと、第２圧縮室１５ｂとを含んでいる。ケーシング１００ａには、第１圧縮室１５ａと、第２圧縮室１５ｂとに低圧ガスを供給する第１吸入口１０ａ及び第２吸入口１０ｂがそれぞれ開口している。第１吸入口１０ａ及び第２吸入口１０ｂは、回転軸３に対向して回転軸３の軸方向において同一位置に開口している。

第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂの外周側には、各圧縮室内で圧縮されたガスを吐出するタイミングを調整する低段スライドバルブ１３が配置されている。低段スライドバルブ１３は、第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂとにそれぞれに対応して配置された第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂとを含んでいる。
この第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂは、図２に示すようにケーシング１００ａの内壁１００ｂに形成された凹部１００ｃ内に収納されている。凹部１００ｃは、回転軸３の軸方向と平行に形成された円弧形状の長溝部である。
第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂの内周面４０は、低段スクリューロータ１１を収容するケーシング１００ａの内壁１００ｂと同一円弧面を形成している。また、低段スライドバルブ１３の外周面４１は、ケーシング１００ａの凹部１００ｃと同一円弧面を有している。

また、第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂは、ロッド３３を介して低段駆動機構１４に接続されている。低段駆動機構１４は、例えば、シリンダーとピストンで構成された駆動機構であり、作動流体がシリンダー内に流入、流出することでピストンがシリンダー内を摺動し、ロッド３３を介して低段スライドバルブ１３を回転軸３と平行に移動させる。
なお、低段駆動機構１４は、シリンダーとピストンで構成された例を示したが、低段スライドバルブ１３を回転軸３と平行に移動させることができればその他の駆動機構を採用することができる。

（高段圧縮部２０）
図３は、実施の形態１に係る高段圧縮部２０の図１におけるＢ−Ｂ断面図である。
高段圧縮部２０は、高段スクリューロータ２１に１枚の高段ゲートロータ２２を嵌め合わせるモノゲートロータ方式を採用している。高段スクリューロータ２１は、外周部に複数の螺旋状のスクリュー溝２１ａが形成されている。
高段スクリューロータ２１は、その外周面がケーシング１００ａの円柱状の内壁１００ｂに接するようにケーシング１００ａ内に収納されている。

高段圧縮部２０の高段ゲートロータ２２は、高段スクリューロータ２１の径方向の一方側に１つ配置されている。高段ゲートロータ２２の外周部には複数の歯部が形成されている。
この高段ゲートロータ２２の歯部が高段スクリューロータ２１のスクリュー溝２１ａと噛み合い、ケーシング１００ａの円柱状の内壁１００ｂとの間の空間に高段圧縮室２５を形成する。高段圧縮室２５は、回転軸３の軸方向に垂直な径方向において、低段圧縮部１０の第１圧縮室１５ａと同一方向に配置されている。ここでの同一方向とは、少なくとも回転軸３を通る仮想面の一方側に高段圧縮室２５と第１圧縮室１５ａとが配置されている状態をいう。

高段圧縮室２５には、対応した高段スライドバルブ２３が配置されている。
この高段スライドバルブ２３は、低段スライドバルブ１３と同様に図３に示すようにケーシング１００ａの内壁１００ｂに形成された凹部１００ｃ内に収納されている。凹部１００ｃは、回転軸３の軸方向と平行に形成された円弧形状の長溝部である。
高段スライドバルブ２３の内周面４０は、高段スクリューロータ２１の外周面（高段スクリューロータ２１を収容するケーシング１００ａの内壁１００ｂ）と同一円弧面を形成している。また、高段スライドバルブ２３の外周面４１は、ケーシング１００ａの凹部１００ｃと同一円弧面を有している。

また、高段スライドバルブ２３はロッド３３を介して高段駆動機構２４に接続されている。高段駆動機構２４の構成は、低段駆動機構１４と同様に例えば、シリンダーとピストンで構成された駆動機構であり、作動流体がシリンダー内に流入、流出することでピストンがシリンダー内を摺動し、ロッドを介して高段スライドバルブ２３を回転軸３と平行に移動させる。

＜スライドバルブ１３、２３の構成＞
ここで、低段スライドバルブ１３と高段スライドバルブ２３の形状を詳述する。
図４は、実施の形態１に係る低段スライドバルブ１３の斜視図である。
低段スライドバルブ１３は、図４に示すようにバルブ本体３０と、ガイド部３１と、連結部３２と、ロッド３３とにより構成される。バルブ本体３０とガイド部３１との間の空間は、開口部３４となっており、低段圧縮室１５からの中圧ガス冷媒が流出する流路となる。バルブ本体３０とガイド部３１の内周面４０は、上述のように低段スクリューロータ１１を収容するケーシング１００ａの内壁１００ｂと同一円弧面になる断面形状を有している。また、バルブ本体３０とガイド部３１の外周面４１は、ケーシング１００ａの凹部１００ｃと同一円弧面となる断面形状を有している。連結部３２は、バルブ本体３０とガイド部３１に比べて小さい断面形状の例えば円柱形状となっている。

高段スライドバルブ２３は、基本構成において低段スライドバルブ１３と同様である。しかし、高段圧縮部２０は、低段圧縮部１０と運転圧力比が異なるため、高段スライドバルブ２３のバルブ本体３０の最適形状は低段スライドバルブ１３と異なる設計とすることができる。
低段スライドバルブ１３と高段スライドバルブ２３は、ケーシング１００ａの凹部１００ｃ内で回転軸３と平行な軸方向に摺動自在となるように構成されている。

（スライドバルブ１３、２３の機能）
シングルスクリュー圧縮機における省エネルギー化の手段の一つにこのスライドバルブ１３、２３を使用し、内部容積比を可変にする技術開示がある。内部容積比とは、吸入完了時の圧縮室容積（以下、Ｖｓと記す）と吐出工程が開始される直前の圧縮室容積（以下、Ｖｄと記す）の比（＝Ｖｓ÷Ｖｄ）で定義される。低圧と高圧から求まる運転圧力比において、エネルギー効率が最大化するよう内部容積比を調整する。
内部容積比は、スクリューロータの回転軸方向におけるスライドバルブの位置を制御することでガスの圧縮工程からの吐出タイミングを変更し調整する。なお、圧縮工程とは、圧縮室に吸入口からガスが流入を完了した時点（位置）からスライドバルブの開口部３４から圧縮されたガスが圧縮室の外部へと吐出された時点（位置）までの時間、又は、回転軸３の軸方向における長さと定義される。

実施の形態１に係る二段シングルスクリュー圧縮機１００においても、同様に内部容積比を調整して運転圧力比を最適化し、省エネルギーを実現することが可能である。
二段シングルスクリュー圧縮機１００は、低段圧縮部１０と高段圧縮部２０の各々の圧縮過程において、エネルギー効率を最大化するための最適な内部容積比が異なるため、低段圧縮部１０、高段圧縮部２０の各々において位置の調整が可能なスライドバルブ１３、２３を配置する。

＜第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂの配置＞
低段スライドバルブ１３は、一対のバルブとして第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂとにより構成されている。第１低段スライドバルブ１３ａは、第１ロッド３３ａに支持され、第１圧縮室１５ａに対応して低段スクリューロータ１１の外周面に配置されている。また、第２低段スライドバルブ１３ｂは、第２ロッド３３ｂに支持され、第２圧縮室１５ｂに対応して低段スクリューロータ１１の外周面に配置されている。

第１ロッド３３ａと第２ロッド３３ｂとは、ケーシング１００ａの一端側に配置された連結板１７に接続されている。連結板１７は低段駆動機構１４に接続され、低段駆動機構１４の動きに連動して回転軸３と平行に移動する。すると、第１ロッド３３ａと第２ロッド３３ｂとに取り付けられた第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂとが同時に摺動する。

ここで、第１ロッド３３ａと第２ロッド３３ｂの長さを比較すると、第１ロッド３３ａは、第２ロッド３３ｂより長い長さで構成されている。すると、第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂとは、回転軸３と平行な方向の位置関係において異なる位置に配置される。すなわち、第１低段スライドバルブ１３ａは、第２低段スライドバルブ１３ｂよりも低段圧縮部１０における圧縮工程（時間、又は、回転軸３の軸方向の長さ）が短くなるように、第１圧縮室１５ａの低圧ガスの第１吸入口１０ａと第１低段スライドバルブ１３ａとの距離が、第２圧縮室１５ｂの低圧ガスの第２吸入口１０ｂと第２低段スライドバルブ１３ｂとの距離よりも短くなる位置に配置される。より詳しくは、第１低段スライドバルブ１３ａの第１開口３４ａと第１吸入口１０ａとの距離が第２低段スライドバルブ１３ｂの第２開口３４ｂと第２吸入口１０ｂとの距離よりも短くなるように配置されている。
低段圧縮部１０の第１圧縮室１５ａは、回転軸３の軸方向と垂直な径方向において、高段圧縮部２０の高段圧縮室２５と同一方向に配置されているので、高段圧縮室２５側の第１圧縮室１５ａの圧縮工程が、対向する第２圧縮室１５ｂの圧縮工程よりも短くなるように構成されている。

＜二段シングルスクリュー圧縮機１００の動作＞
次に実施の形態１に係る二段シングルスクリュー圧縮機１００の動作について説明する。
二段シングルスクリュー圧縮機１００は、熱交換器としての凝縮器と蒸発器と、それらの熱交換器の間に配置した膨張弁とを閉ループで配管接続した冷媒回路に用いられる。
二段シングルスクリュー圧縮機１００を駆動する電動機部２は、インバータ回路から起動信号を受けて起動する。

すると、蒸発器を介してケーシング１００ａの外部から供給される低圧のガス冷媒は、図１に示すように低段圧縮部１０の一対の圧縮室である第１圧縮室１５ａと、第２圧縮室１５ｂとに第１吸入口１０ａと第２吸入口１０ｂとからそれぞれ供給される。
第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂへの低圧ガス冷媒の吸入は、同一のタイミングで完了し、各々の圧縮室には、ほぼ同一質量のガス冷媒が吸入される。吸入完了後は、低段スクリューロータ１１の回転とともに各圧縮室の容積が減じられ、内圧が高められてゆく。

第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂのガス冷媒を各圧縮室から吐出させるタイミングは、各々の圧縮室に設けた低段スライドバルブ１３を回転軸３の軸方向の位置を変化させることで調整する。低段スライドバルブ１３は、専用の低段駆動機構１４によって、複数段階の位置に調整される。なお、無断階に位置調整できる駆動装置でも良く、複数段階に限定されるものではない。

実施の形態１に係る第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂとは、回転軸３の軸方向において位置が異なり、第１圧縮室１５ａの圧縮工程が、対向する第２圧縮室１５ｂの圧縮工程よりも短くなるように構成されている。
すなわち、圧縮室内のガス冷媒は、第２圧縮室１５ｂよりも第１圧縮室１５ａの方が先に圧縮室から吐出される構成となっている。
圧縮室からガス冷媒が吐出する際には、ガス冷媒が低段スライドバルブの開口部３４を通って流出する。

低段圧縮部１０の一対の第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂから吐出された中間圧力のガス冷媒は、図１に示すように高段圧縮部２０内に吸い込まれ、集約される。高段圧縮部２０はモノゲートロータ方式であり、一つの高段圧縮室２５内に吸入圧力より高い圧力の中間圧力のガス冷媒が吸入される。
高段圧縮室２５内の冷媒は、高段スクリューロータ２１の回転とともに容積を減じられて圧縮され、内圧がする。そして、高圧のガス冷媒となって高段スライドバルブ２３の開口部３４から吐出する。
吐出した高圧のガス冷媒は凝縮器に流入する。

二段シングルスクリュー圧縮機１００の運転中は、スライドバルブ１３、２３の位置の調整を行う。スライドバルブ１３、２３の位置の調整は、例えば、制御装置（図示しない）が低段圧縮部１０と高段圧縮部２０の各吸入圧力と各吐出圧力ならびに電動機部２の回転周波数を検出し、その検出値から最適な内部容積比を演算する。このとき、位置検出手段によって現在のスライドバルブ１３、２３の位置を求め、演算した最適な内部容積比との差分を縮小するようスライドバルブ１３、２３の位置を駆動機構によって調整し、エネルギー効率を高めるものである。

＜低段圧縮部１０の第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂの圧力の推移＞
図５は、従来の二段シングルスクリュー圧縮機に係る低段圧縮部の第１圧縮室と第２圧縮室の圧力推移を示す説明図である。
図６は、実施の形態１に係る二段シングルスクリュー圧縮機１００の低段圧縮部１０における第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂの圧力推移を示す説明図である。
図５及び図６において縦軸は、第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂの内圧を示し、横軸は、圧縮工程の時間、又は、圧縮工程を行う回転軸３の軸方向長さを示している。

二段シングルスクリュー圧縮機１００の高段圧縮室２５は、上記のように回転軸３の軸方向と垂直な径方向において、低段圧縮部１０の第１圧縮室１５ａと同一方向に配置されている。
低段圧縮部１０にツインゲートロータ方式、高段圧縮部２０にモノゲートロータ方式を採用した二段シングルスクリュー圧縮機１００では、高段圧縮部２０で、高段圧縮室２５のガス圧が回転軸３に対して一方向側から作用する。すなわち、高段圧縮部２０では、高段圧縮室２５が回転軸３の一方側に配置され高段圧縮室２５内のガス圧が吐出圧力まで高められるのに対し、回転軸３に対して高段圧縮室２５の反対側はガス圧が中間圧力の雰囲気のため、これらの差圧が回転軸３に作用する。すると、高段圧縮部２０では、この差圧によるガス荷重によって、回転軸３が高段圧縮室２５の反対側へたわみ、撓み量が大きくなる。

また、二段シングルスクリュー圧縮機１００の回転軸長は、スクリューロータを直列に配置するため、単段機の回転軸長より長くなる。すると、ガス荷重に対する撓み量は、単段機より大きくなる。このため、回転軸３の撓み量はさらに拡大する。さらに、Ｒ４１０Ａのよう飽和圧力の高い冷媒を使用する場合にはガス荷重は大きく、回転軸３のたわみ変形を拡大させる。

高段圧縮部２０で回転軸３がたわむと、低段圧縮部１０においても回転軸３にたわみが発生し、低段圧縮部１０の一方の第１圧縮室１５ａ（回転軸３の円周方向で高段圧縮室２５側）では、低段スクリューロータ１１とケーシング１００ａとの間の内部隙間が拡大する。また、低段圧縮部１０の他方の第２圧縮室１５ｂ（回転軸３の円周方向で高段圧縮室２５に対向する側）では低段スクリューロータ１１とケーシング１００ａとの間の内部隙間が縮小する。

すると、低段圧縮部１０の一対の圧縮室(第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂ)では内部隙間が不均一になるため、各圧縮室の内圧の推移は異なることとなる。すなわち、低段スクリューロータ１１とケーシング１００ａとの間の内部隙間が拡大した第１圧縮室１５ａは、第１圧縮室１５ａの圧縮工程中の内部漏洩量が増加するため、低段スクリューロータ１１とケーシング１００ａとの間の隙間が縮小した第２圧縮室１５ｂよりも内圧が上昇する。

従来は、第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂに設けられた一対の第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂが開くタイミングは同一である。したがって、図５に示すように圧縮室内圧力Ｐの圧縮過程における推移が第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂとで不均一となり、二段シングルスクリュー圧縮機１００の運転効率が低下する。
また、第１圧縮室１５ａでは内圧が上昇しやすいため、図５に示すように設定吐出圧力を超える過圧縮領域が発生し、無駄なエネルギーを消費することとなる。

実施の形態１に係る二段シングルスクリュー圧縮機１００では、第１低段スライドバルブ１３ａの第１ロッド３３ａは、第２低段スライドバルブ１３ｂの第２ロッド３３ｂより長い長さで構成されている。すなわち、第１低段スライドバルブ１３ａは、第２低段スライドバルブ１３ｂよりも低段圧縮部１０における圧縮工程（時間、又は、軸方向の長さ）が短くなるように、第１圧縮室１５ａの低圧ガスの第１吸入口１０ａと第１低段スライドバルブ１３ａとの距離が、第２圧縮室１５ｂの低圧ガスの第２吸入口１０ｂと第２低段スライドバルブ１３ｂとの距離よりも短くなる位置に配置される。より詳しくは、第１低段スライドバルブ１３ａの第１開口３４ａと第１吸入口１０ａとの距離が第２低段スライドバルブ１３ｂの第２開口３４ｂと第２吸入口１０ｂとの距離よりも短くなるように配置されている。

よって、図６に示すように第１圧縮室１５ａの方が第２圧縮室１５ｂよりも早く低段スライドバルブ１３が開くため圧縮室内圧力Ｐが過度に上昇することがなくなり、設定吐出圧力に対して均等にガス冷媒を圧縮することが可能となる。
すなわち、各圧縮室内の内部隙間の不均一化が発生しても、高効率な運転が可能な二段シングルスクリュー圧縮機１００を実現することができる。
また、実施の形態１では、第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂとで同一形状のものを使用するため、同一の型や加工方法で製造することが可能で製造コストを削減することができる。

＜実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の効果＞
実施の形態１に係るスクリュー圧縮機は、ガスを圧縮する低段圧縮部１０と、低段圧縮部１０で圧縮されたガスをさらに圧縮する高段圧縮部２０と、を有するケーシング１００ａと、低段圧縮部１０と高段圧縮部２０とを貫通し、ケーシング１００ａ内で回転可能に配置された回転軸３と、低段圧縮部１０内の回転軸３に取り付けられ、複数のスクリュー溝１１ａが外周面に形成された低段スクリューロータ１１と、低段スクリューロータ１１のスクリュー溝１１ａに噛み合う歯部が形成され、低段スクリューロータ１１のスクリュー溝１１ａとケーシング１００ａとの間で一対の低段圧縮室１５を形成する一対の低段ゲートロータ１２と、一対の低段圧縮室１５に配置され、回転軸３の軸方向に移動することで低段圧縮部１０からガスが吐出するタイミングを調整する一対の低段スライドバルブ１３と、を有し、一対の低段スライドバルブ１３は、回転軸３の軸方向においてそれぞれ異なる位置に配置されるため、各低段圧縮室１５内に内部隙間の不均一化が発生しても、高効率な運転が可能な二段シングルスクリュー圧縮機１００を実現することができる。

また、上記スクリュー圧縮機は、高段圧縮室２５内の回転軸３に取り付けられ、複数のスクリュー溝２１ａが外周面に形成された高段スクリューロータ２１と、高段スクリューロータ２１のスクリュー溝２１ａに噛み合う歯部が形成され、高段スクリューロータ２１のスクリュー溝２１ａとケーシング１００ａとの間で１つの高段圧縮室２５を形成する１つの高段ゲートロータ２２と、を有し、高段圧縮室２５は、回転軸３の軸方向に垂直な径方向において、一対の低段圧縮室１５の一方の第１圧縮室１５ａと同一方向に配置された構成のため、高段圧縮室２５によるガス圧により各低段圧縮室１５内に内部隙間の不均一化が発生しても、高効率な運転が可能な二段シングルスクリュー圧縮機１００を実現することができる。

また、上記スクリュー圧縮機において、低段圧縮室１５は、第１圧縮室１５ａと、第１圧縮室１５ａに対して回転軸３を中心に対向して配置された第２圧縮室１５ｂと、を有し、一対の低段スライドバルブ１３は、第１圧縮室１５ａに配置された第１低段スライドバルブ１３ａと第２圧縮室１５ｂに配置された第２低段スライドバルブ１３ｂとにより構成され、第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂの各圧縮工程において、第１低段スライドバルブ１３ａは、第２低段スライドバルブ１３ｂよりも早いタイミングで第１圧縮室１５ａ内のガスを吐出させ、第１圧縮室１５ａの圧縮工程を第２圧縮室１５ｂの圧縮工程よりも短縮させる構成のため、第１圧縮室１５ａ内の圧縮室内圧力Ｐが過度に上昇することがなくなり、設定吐出圧力に対して均等にガス冷媒を圧縮することが可能となる。

また、上記スクリュー圧縮機は、第１圧縮室１５ａにガスが供給される第１吸入口１０ａが開口し、第２圧縮室１５ｂにはガスが供給される第２吸入口１０ｂが開口し、第１低段スライドバルブ１３ａは、第１圧縮室１５ａ内のガスを吐出させる第１開口３４ａを有し、第２低段スライドバルブ１３ｂは、第２圧縮室１５ｂ内のガスを吐出させる第２開口３４ｂを有し、第１吸入口１０ａと第１開口３４ａとの距離は、第２吸入口１０ｂと第２開口３４ｂとの距離よりも短く構成されたので、第１圧縮室１５ａ内の圧縮室内圧力Ｐが過度に上昇することがなくなり、設定吐出圧力に対して均等にガス冷媒を圧縮することが可能となる。

また、上記スクリュー圧縮機は、第１低段スライドバルブ１３ａと第２低段スライドバルブ１３ｂとを駆動する低段駆動機構１４を備え、第１低段スライドバルブ１３ａは、低段駆動機構１４に第１ロッド３３ａを介して接続され、第２低段スライドバルブ１３ｂは、低段駆動機構１４に第２ロッド３３ｂを介して接続され、第１ロッド３３ａの軸方向の長さは、第２ロッド３３ｂの軸方向の長さよりも長く構成されているため、第１圧縮室１５ａ内の圧縮室内圧力Ｐが過度に上昇することがなくなり、設定吐出圧力に対して均等にガス冷媒を圧縮することが可能となる。

実施の形態２．
実施の形態２に係る二段シングルスクリュー圧縮機１００では、低段スライドバルブ１３の構造、及び、各ロッド３３の長さが実施の形態１と異なるため、この点を主に説明する。
図７は、実施の形態２に係る低段スライドバルブ２１３の斜視図である。
実施の形態２では、低段圧縮部１０の第１圧縮室１５ａと第２圧縮室１５ｂに配置された第１低段スライドバルブ２１３ａ及び第２低段スライドバルブ２１３ｂの形状が実施の形態１に係る低段スライドバルブ１３と異なる。

具体的には、図７に示す第１低段スライドバルブ２１３ａ及び第２低段スライドバルブ２１３ｂにおいて、バルブ本体３０とガイド部３１との最大距離Ｗ１の寸法が異なって構成されている。バルブ本体３０の各寸法は、実施の形態１に係る低段スライドバルブ１３と変更がない。
また、図７に示す第１低段スライドバルブ２１３ａ及び第２低段スライドバルブ２１３ｂの全長Ｌ、及び、バルブ本体３０の傾斜部３０ａの高さＨと幅Ｗについては同一寸法である。
よって、最大距離Ｗ１を変更するとガイド部３１の幅Ｗ２が変更され、開口部３４の幅寸法が変更される。

実施の形態２に係る低段スライドバルブでは、最大距離Ｗ１について、第１圧縮室１５ａに設けた第１低段スライドバルブ２１３ａを第２圧縮室１５ｂに設けた第２低段スライドバルブ２１３ｂよりも長く設定している。
すると、開口部３４の幅寸法は、第１低段スライドバルブ２１３ａの第１開口３４ａが第２低段スライドバルブ２１３ｂの第２開口３４ｂよりも大きくなる。
なお、実施の形態１に係る低段スライドバルブ１３と同様に低段スライドバルブ２１３の一端には、ロッド３３を備えるが、第１低段スライドバルブ２１３ａ及び第２低段スライドバルブ２１３ｂとで各ロッド３３の長さは同一寸法となっている。

第１低段スライドバルブ２１３ａの第１開口３４ａの幅寸法は、第２低段スライドバルブ２１３ｂの第２開口３４ｂの幅寸法よりも大きくなるため、第１圧縮室１５ａの方が第２圧縮室１５ｂよりも早く低段スライドバルブ２１３が開く構成となる。すなわち、回転軸３の軸方向における第１圧縮室１５ａの圧縮工程の時間、又は、圧縮工程の軸方向の長さが第２圧縮室１５ｂの圧縮工程の時間、又は、圧縮工程の軸方向の長さよりも短くなる。
より詳しくは、第１低段スライドバルブ２１３ａの第１開口３４ａと第１吸入口１０ａとの距離が第２低段スライドバルブ２１３ｂの第２開口３４ｂと第２吸入口１０ｂとの距離よりも短くなるように構成されている。

＜実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の効果＞
実施の形態２に係るスクリュー圧縮機において、第１低段スライドバルブ２１３ａは、第１圧縮室内のガスを吐出させる第１開口３４ａを有し、第２低段スライドバルブ２１３ｂは、第２圧縮室１５ｂ内のガスを吐出させる第２開口３４ｂを有し、第１開口３４ａの回転軸３の軸方向の長さは、第２開口３４ｂの回転軸３の軸方向の長さよりも長く構成されている。すなわち、第１低段スライドバルブ１３ａの第１開口３４ａは、第２低段スライドバルブ１３ｂの第２開口３４ｂよりも低段圧縮部１０における圧縮工程の軸方向の長さが短くなるように、低圧ガスの第１吸入口１０ａとの距離が短くなる位置まで開口している。

すると、第１圧縮室１５ａに配置された第１低段スライドバルブ１３ａは、第２圧縮室１５ｂに配置された第２低段スライドバルブ１３ｂよりも早いタイミングで第１圧縮室１５ａ内のガスを吐出させる。
よって、図６に示すように第１圧縮室１５ａ内の圧縮室内圧力Ｐが過度に上昇することがなくなり、設定吐出圧力に対して均等にガス冷媒を圧縮することが可能となる。
すなわち、各圧縮室内の内部隙間の不均一化が発生しても、高効率な運転が可能な二段シングルスクリュー圧縮機１００を実現することができる。

１ 圧縮部、２ 電動機部、３ 回転軸、１０ 低段圧縮部、１０ａ 第１吸入口、１０ｂ 第２吸入口、１１ 低段スクリューロータ、１１ａ スクリュー溝、１２ 低段ゲートロータ、１２ａ 第１低段ゲートロータ、１２ｂ 第２低段ゲートロータ、１３ 低段スライドバルブ、１３ａ 第１低段スライドバルブ、１３ｂ 第２低段スライドバルブ、１４ 低段駆動機構、１５ 低段圧縮室、１５ａ 第１圧縮室、１５ｂ 第２圧縮室、１７ 連結板、２０ 高段圧縮部、２１ 高段スクリューロータ、２１ａ スクリュー溝、２２ 高段ゲートロータ、２３ 高段スライドバルブ、２４ 高段駆動機構、２５ 高段圧縮室、３０ バルブ本体、３０ａ 傾斜部、３１ ガイド部、３２ 連結部、３３ ロッド、３３ａ 第１ロッド、３３ｂ 第２ロッド、３４ 開口部、３４ａ 第１開口、３４ｂ 第２開口、４０ 内周面、４１ 外周面、１００ 二段シングルスクリュー圧縮機、１００ａ ケーシング、１００ｂ 内壁、１００ｃ 凹部、２１３ 低段スライドバルブ、２１３ａ 第１低段スライドバルブ、２１３ｂ 第２低段スライドバルブ。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、ガスを圧縮する低段圧縮部と、低段圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する高段圧縮部と、を有するケーシングと、低段圧縮部と高段圧縮部とを貫通し、ケーシング内で回転可能に配置された回転軸と、低段圧縮部内の回転軸に取り付けられ、複数のスクリュー溝が外周面に形成された低段スクリューロータと、低段スクリューロータのスクリュー溝に噛み合う歯部が形成され、低段スクリューロータのスクリュー溝とケーシングとの間で一対の低段圧縮室を形成する一対の低段ゲートロータと、一対の低段圧縮室に配置され、回転軸の軸方向に移動することで低段圧縮室からガスが吐出するタイミングを調整する一対の低段スライドバルブと、高段圧縮部内の回転軸に取り付けられ、複数のスクリュー溝が外周面に形成された高段スクリューロータと、高段スクリューロータのスクリュー溝に噛み合う歯部が形成され、高段スクリューロータのスクリュー溝とケーシングとの間で１つの高段圧縮室を形成する１つの高段ゲートロータと、を有し、低段圧縮室は、第１圧縮室と、第１圧縮室に対して回転軸を中心に対向して配置された第２圧縮室と、を有し、高段圧縮室は、第１圧縮室と回転軸の軸方向に垂直な径方向において同一方向に配置されており、一対の低段スライドバルブは、第１圧縮室に配置された第１低段スライドバルブと第２圧縮室に配置された第２低段スライドバルブとにより構成され、第１圧縮室と第２圧縮室の各圧縮工程において、第１低段スライドバルブは、第２低段スライドバルブよりも早いタイミングで第１圧縮室内のガスを吐出させ、第１圧縮室の圧縮工程を第２圧縮室の圧縮工程よりも短縮させるものである。

Claims (7)

1. ガスを圧縮する低段圧縮部と、該低段圧縮部で圧縮されたガスをさらに圧縮する高段圧縮部と、を有するケーシングと、
   前記低段圧縮部と前記高段圧縮部とを貫通し、前記ケーシング内で回転可能に配置された回転軸と、
   前記低段圧縮部内の前記回転軸に取り付けられ、複数のスクリュー溝が外周面に形成された低段スクリューロータと、
   該低段スクリューロータのスクリュー溝に噛み合う歯部が形成され、前記低段スクリューロータのスクリュー溝と前記ケーシングとの間で一対の低段圧縮室を形成する一対の低段ゲートロータと、
   前記一対の低段圧縮室に配置され、前記回転軸の軸方向に移動することで前記低段圧縮室からガスが吐出するタイミングを調整する一対の低段スライドバルブと、
   を有し、
   前記一対の低段スライドバルブは、前記回転軸の軸方向においてそれぞれ異なる位置に配置されるスクリュー圧縮機。
2. 前記高段圧縮部内の前記回転軸に取り付けられ、複数のスクリュー溝が外周面に形成された高段スクリューロータと、
   該高段スクリューロータのスクリュー溝に噛み合う歯部が形成され、前記高段スクリューロータのスクリュー溝と前記ケーシングとの間で１つの高段圧縮室を形成する１つの高段ゲートロータと、
   を有し、
   前記高段圧縮室は、前記一対の低段圧縮室の一方の第１圧縮室と前記回転軸の軸方向に垂直な径方向において同一方向に配置された請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
3. 前記低段圧縮室は、前記第１圧縮室と、該第１圧縮室に対して前記回転軸を中心に対向して配置された第２圧縮室と、を有し、
   前記一対の低段スライドバルブは、前記第１圧縮室に配置された第１低段スライドバルブと前記第２圧縮室に配置された第２低段スライドバルブとにより構成され、
   前記第１圧縮室と前記第２圧縮室の各圧縮工程において、前記第１低段スライドバルブは、前記第２低段スライドバルブよりも早いタイミングで前記第１圧縮室内のガスを吐出させ、前記第１圧縮室の圧縮工程を前記第２圧縮室の圧縮工程よりも短縮させる請求項２に記載のスクリュー圧縮機。
4. 前記第１圧縮室にはガスが供給される第１吸入口が開口し、前記第２圧縮室にはガスが供給される第２吸入口が開口し、
   前記第１低段スライドバルブは、前記第１圧縮室内のガスを吐出させる第１開口を有し、
   前記第２低段スライドバルブは、前記第２圧縮室内のガスを吐出させる第２開口を有し、
   前記第１吸入口と前記第１開口との間の長さは、前記第２吸入口と前記第２開口との間の長さよりも短く構成された請求項３に記載のスクリュー圧縮機。
5. 前記第１低段スライドバルブと前記第２低段スライドバルブとを駆動する駆動機構を備え、
   前記第１低段スライドバルブは、前記駆動機構に第１ロッドを介して接続され、
   前記第２低段スライドバルブは、前記駆動機構に第２ロッドを介して接続され、
   前記第１ロッドの前記軸方向の長さは、前記第２ロッドの前記軸方向の長さよりも長く構成された請求項３または４に記載のスクリュー圧縮機。
6. 前記第１低段スライドバルブと前記第２低段スライドバルブとを駆動する駆動機構を備え、
   前記第１低段スライドバルブは、前記第１圧縮室内のガスを吐出させる第１開口を有し、
   前記第２低段スライドバルブは、前記第２圧縮室内のガスを吐出させる第２開口を有し、
   前記第１開口の前記軸方向の長さは、前記第２開口の前記軸方向の長さよりも長く構成された請求項３に記載のスクリュー圧縮機。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置。

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