JPWO2017094057A1 - Single screw compressor and refrigeration cycle equipment - Google Patents
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- F04C28/10—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber
- F04C28/12—Control of, monitoring of, or safety arrangements for, pumps or pumping installations specially adapted for elastic fluids characterised by changing the positions of the inlet or outlet openings with respect to the working chamber using sliding valves
Abstract
必要冷凍能力が小さくなった低速運転時の消費電力を低減する。インバータで回転速度を変更可能に駆動されるシングルスクリュー圧縮機であって、運転可能な最低回転速度で運転され、必要冷凍能力が小さくなった場合に、小さくなった必要冷凍能力に応じて第1スライドバルブの開弁位置を調整させて圧縮室と低圧空間との間の面積を大きくするように構成された。Reduces power consumption during low-speed operation when the required refrigeration capacity is reduced. A single screw compressor that is driven by an inverter so that the rotational speed can be changed. When the compressor is operated at the minimum operable rotational speed and the required refrigeration capacity is reduced, the first is selected according to the reduced required refrigeration capacity. The opening position of the slide valve is adjusted to increase the area between the compression chamber and the low pressure space.
Description
本発明は、必要冷凍能力が小さくなった場合のシングルスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置の技術に関する。 The present invention relates to a technology of a single screw compressor and a refrigeration cycle apparatus when a necessary refrigeration capacity is reduced.
シングルスクリュー圧縮機は、圧縮速度が速いために吐出圧力損失が大きいことが一般的に知られている。吐出圧力損失を低減する方法の一つに吐出流路抵抗を低減することが挙げられる。 It is generally known that a single screw compressor has a large discharge pressure loss due to its high compression speed. One method for reducing the discharge pressure loss is to reduce the discharge flow path resistance.
シングルスクリュー圧縮機の吐出流路の一部を形成する部品の一つにスライドバルブがある。スライドバルブは、吸入容量を調整する機能を持たせた部材と、吐出口の一部を形成する部材と、の間に棒状の連結部を設けて一体化させている。このような形状のスライドバルブが多用されている。このような形状のスライドバルブでは、棒状の連結部が吐出流路内に配置されてしまうため、吐出流路抵抗の増加の要因の一つであった。 One part that forms part of the discharge flow path of a single screw compressor is a slide valve. The slide valve is integrated by providing a rod-shaped connecting portion between a member having a function of adjusting the suction capacity and a member forming a part of the discharge port. A slide valve having such a shape is frequently used. In the slide valve having such a shape, the rod-shaped connecting portion is disposed in the discharge flow path, which is one of the factors for increasing the discharge flow path resistance.
吸入容量を調整する機能を持たせた部材と、吐出口の一部を形成する部材と、を各々別体に設けることで、それらを一体化するための棒状の連結部を不要化し、吐出流路抵抗を低減させる技術がある(たとえば、特許文献1参照)。
特許文献1の技術では、吸入容量を調整する機能を持たせた部材は、専用の駆動装置でスクリュー軸方向に対して並行な位置に調整される。一方、吐出口の一部を形成する部材は、駆動装置に連結されず、ケーシングに加工されて形成される。このような構成であると、圧縮されたガスの吐出が開始される圧縮室の容積は一定であり、吐出タイミングは不変である。このため、吸入容量を調整する機能と吐出口の一部を形成する機能とを持たせた従来のスライドバルブを使用したシングルスクリュー圧縮機に比べ、吐出圧力損失を低減し、エネルギー効率の向上が図れている。By separately providing a member having a function of adjusting the suction volume and a member forming a part of the discharge port, a rod-like connecting portion for integrating them is unnecessary, and the discharge flow There is a technique for reducing road resistance (see, for example, Patent Document 1).
In the technique of
特許文献1の技術では、高速運転時に影響が顕著となる吐出流路抵抗を低減でき、従来のスライドバルブを使用したシングルスクリュー圧縮機に比べると消費電力の低下を図れる。しかしながら、特許文献1には、低速運転時におけるエネルギー効率向上を図る吸入容量の調整専用のスライドバルブの制御方法またはインバータによる回転速度の制御方法が開示されていない。
With the technique of
インバータ駆動の二段シングルスクリュー圧縮機において、内部容積比を変更可能にする可変Vi弁を低段もしくは高段に備える技術がある(たとえば、特許文献2参照)。
特許文献2の技術では、低段もしくは高段に設けた可変Vi弁に吐出開始前後のスクリュー歯溝の内圧を取り出すための穴を有する。そして、この穴から取り出されたスクリュー歯溝の内圧を参照して、低段もしくは高段の内部容積比の可変機構を駆動し、低段もしくは高段の可変Vi弁の位置制御を行う。
特許文献2には、不足圧縮運転時または過圧縮運転時の可変Vi弁の動作が開示されている。しかし、低速運転時の可変Vi弁の制御方法が開示されていない。In an inverter-driven two-stage single screw compressor, there is a technique that includes a variable Vi valve that can change the internal volume ratio at a low stage or a high stage (see, for example, Patent Document 2).
In the technique of
上記従来技術では、高速運転時の吐出圧力損失を低減できる。しかしながら、吸入容量の調整専用のスライドバルブとインバータとを備えた構成におけるシングルスクリュー圧縮機において、必要冷凍能力が小さくなった低速運転時の消費電力を低減する運転方法が開示されていない。 With the above-described conventional technology, it is possible to reduce the discharge pressure loss during high-speed operation. However, in a single screw compressor having a configuration including a slide valve dedicated to adjusting the suction capacity and an inverter, there is no disclosure of an operation method for reducing power consumption during low speed operation with a reduced required refrigeration capacity.
本発明は、上記課題を解決するためのものであり、必要冷凍能力が小さくなった低速運転時の消費電力を低減するシングル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。 The present invention is for solving the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a single screw compressor and a refrigeration cycle apparatus that reduce power consumption during low-speed operation with a reduced required refrigeration capacity.
本発明に係るシングルスクリュー圧縮機は、螺旋状の歯溝を有するスクリューと、前記スクリューに嵌まり合うゲートローターと、前記スクリューおよび前記ゲートローターを収容し、前記スクリューおよび前記ゲートローターと共に圧縮室を形成するケーシングと、前記圧縮室で圧縮された作動流体の吐出口から離れた位置に配置され、前記圧縮室と前記ケーシング内の低圧空間とを連通させて作動流体を前記圧縮室内に吸い込む量を調整する第1スライドバルブと、圧縮された作動流体の吐出タイミングを変更可能な第2スライドバルブと、を備え、インバータで回転速度を変更可能に駆動されるシングルスクリュー圧縮機であって、運転可能な最低回転速度で運転され、必要冷凍能力が小さくなった場合に、小さくなった前記必要冷凍能力に応じて前記第1スライドバルブの開弁位置を調整して前記圧縮室と前記低圧空間との間の面積を大きくするように構成されたものである。 A single screw compressor according to the present invention includes a screw having a helical tooth gap, a gate rotor that fits into the screw, the screw and the gate rotor, and a compression chamber together with the screw and the gate rotor. An amount of the working fluid sucked into the compression chamber by disposing the casing to be formed and a position away from the discharge port of the working fluid compressed in the compression chamber, and communicating the compression chamber and the low pressure space in the casing. A single screw compressor having a first slide valve to be adjusted and a second slide valve capable of changing the discharge timing of the compressed working fluid and driven by an inverter so that the rotation speed can be changed, and can be operated When the required refrigeration capacity is reduced by operating at a minimum rotational speed, the reduced required refrigeration Those that are configured to increase the area between said compression chamber to adjust the open position of the first slide valve wherein the low-pressure space in response to a force.
本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記のシングルスクリュー圧縮機を備えたものである。 The refrigeration cycle apparatus according to the present invention includes the single screw compressor described above.
本発明に係るシングルスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置によれば、運転可能な最低回転速度で運転され、必要冷凍能力が小さくなった場合に、小さくなった必要冷凍能力に応じて第1スライドバルブの開弁位置を調整して圧縮室と低圧空間と間の面積を大きくする。
これによると、必要冷凍能力が小さくなった低速運転時に、圧縮仕事を低減することができ、その上で第2スライドバルブを適正な吐出タイミングに設定することができる。したがって、必要冷凍能力が小さくなった低速運転時に、エネルギー効率の向上が図れ、消費電力を低減することができる。According to the single screw compressor and the refrigeration cycle apparatus according to the present invention, when the required refrigeration capacity is reduced when the refrigeration cycle is operated at the lowest operable rotational speed, the first slide valve is adjusted according to the reduced required refrigeration capacity. The area between the compression chamber and the low pressure space is increased by adjusting the valve opening position.
According to this, the compression work can be reduced at the time of low speed operation in which the required refrigeration capacity is reduced, and then the second slide valve can be set to an appropriate discharge timing. Therefore, energy efficiency can be improved and power consumption can be reduced during low-speed operation where the required refrigeration capacity is reduced.
以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまた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。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
In addition, in each figure, what attached | subjected the same code | symbol is the same or it corresponds, and this is common in the whole text of a specification.
Furthermore, the forms of the constituent elements shown in the entire specification are merely examples and are not limited to these descriptions.
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の全体構造を示す説明図である。
実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100は、二段シングルスクリュー圧縮機である。シングルスクリュー圧縮機は、低段10と、高段20と、を備えている。
FIG. 1 is an explanatory diagram showing the overall structure of a
The
低段10は、2枚のゲートローター11、12を有するツインゲートローター方式である。高段20は、1枚のゲートローター21を有するモノゲートローター方式である。
低段10は、螺旋状の歯溝を有する低段スクリュー13を備えている。高段20は、螺旋状の歯溝を有する高段スクリュー22を備えている。低段スクリュー13および高段スクリュー22は、軸支された回転軸30に直列に配置されている。低段ゲートローター11、12は、低段スクリュー13に嵌まり合う。高段ゲートローター21は、高段スクリュー22に嵌まり合う。The
The
回転軸30の一端には、電動機40のモーターローター41が備えられている。モーターローター41の外周側には、隙間を空けてステーター42が備えられている。電動機40が駆動されることにより、回転軸30が回転する。
電動機40は、図示しないインバータを用い、回転軸30の回転速度を加減速させて運転される。すなわち、低段スクリュー13および高段スクリュー22の配置されている回転軸30は、インバータで回転速度を変更可能に駆動される。A
The
ケーシング1は、低段スクリュー13および高段スクリュー22の配置されている回転軸30と、2枚の低段ゲートローター11、12と、1枚の高段ゲートローター21と、電動機40と、を内部に収容している。
The
図2は、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の低段10の縦断面を示す説明図である。
低段10には、2枚の低段ゲートローター11、12がケーシング1内に収容されている。図2に示すように、低段のケーシング1の内部には、圧縮室14が回転軸30の図示上側に形成される。また、圧縮室15が回転軸30の図示下側に形成される。2つの圧縮室14、15は、回転軸30の軸心に対して180°対向した位置関係になっている。2つの圧縮室14、15は、低段ゲートローター11、12および低段スクリュー13と共に低段10のケーシング1によって形成される。
圧縮室14は、吸入容量の調整専用のスライドバルブ16を備えている。また、圧縮室15は、吸入容量の調整専用のスライドバルブ17を備えている。FIG. 2 is an explanatory diagram showing a longitudinal section of the
In the
The
図3Aは、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の低段10における吸入容量100%時の状態を示す斜視図である。図3Bは、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の低段10における吸入容量調整時の状態を示す斜視図である。
スライドバルブ16、17は、断面形状が三日月形の棒状であり、ケーシング1の一部を部分的に半径方向に突出させた空間内に摺動自在に収容されている。スライドバルブ16の端面には、ロッド56が固定され、スライドバルブ16は、回転軸30と並行に移動可能である。スライドバルブ17の端面には、ロッド57が固定され、スライドバルブ17は、回転軸30と並行に移動可能である。
スライドバルブ16、17は、回転軸30と並行に移動することにより、圧縮室14、15とケーシング1内の低圧空間とを連通させて作動冷媒を圧縮室14、15内に吸い込む量を調整する。
なお、スライドバルブ16、17は、本発明の第1スライドバルブに相当する。FIG. 3A is a perspective view showing a state when the suction capacity is 100% in the
The
The
The
ここで、図3A、図3Bに示すスライドバルブ16は、低段10側の吐出室に開口するようケーシング1に設けられた吐出口18から低段スクリュー13の周方向に離れた位置に配置されている。スライドバルブ17も同様である。このため、スライドバルブ16、17およびスライドバルブ16、17の駆動系は、吐出流路抵抗にならない位置に配置されている。
Here, the
図4は、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の低段10におけるスライドバルブ16、17の駆動系を示す模式図である。
スライドバルブ16、17の駆動装置50は、シリンダ51と、アーム52と、バネ53a、53bと、を有している。
シリンダ51は、高段20側である高圧側の蓋体2に設けられている。
アーム52は、シリンダ51内に配置された可動部のピストン54にロッド55を連結させて構成されている。アーム52の両端には、回転軸30と並行に延びるロッド56、57が固定されている。ロッド56、57は、スライドバルブ16、17に連結されている。
バネ53a、53bは、ロッド56、57の高圧側端部に配置され、ロッド56、57の外周に組み合わされ、ロッド56、57に力を作用させている。バネ53a、53bは、常時、スライドバルブ16、17が圧縮室14、15と低圧空間とを連通させる方向に力を作用させている。具体的には、図4に示すように、バネ53a、53bは、スライドバルブ16、17が図示左側に移動するような方向に力を作用させている。FIG. 4 is a schematic diagram showing a drive system of the
The
The
The
The
図5は、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の高段20の縦断面を示す説明図である。
高段20は、ケーシング1内に高段ゲートローター21および高段スクリュー22を収容している。高段20のケーシング1の内部には、1つの圧縮室23が形成される。1つの圧縮室23は、高段ゲートローター21および高段スクリュー22と共に高段20のケーシング1によって形成される。
高段20には、吐出タイミングを変更可能なVi弁24を1つ備えている。
なお、Vi弁24は、本発明の第2スライドバルブに相当する。FIG. 5 is an explanatory view showing a longitudinal section of the
The
The
The
図6は、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の高段20におけるVi弁24を示す斜視図である。
Vi弁24は、高段側の吸入容量を調整する機能を持たせたガイド部25と、吐出口の一部を形成するバルブ本体26と、の間に棒状の連結部27を設けて一体化させた形状である。Vi弁24は、低段10側のスライドバルブ16、17と機能並びに形状が異なっている。FIG. 6 is a perspective view showing the
The
図7は、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の高段20におけるVi弁24の駆動系を示す模式図である。
Vi弁24の駆動装置60は、シリンダ61と、ピストン62と、ロッド63と、バネ64と、を有している。
シリンダ61は、高段20側である高圧側の蓋体2に設けられている。
ピストン62は、シリンダ61内に配置されている。
ロッド63は、一端がピストン62に連結され、他端がVi弁24に連結されている。ロッド63は、回転軸30と並行に延びている。
バネ64は、ピストン62の端面と固定部65との間に配置され、ロッド63の外周に組み合わされている。図7に示すように、バネ64は、ピストン62を図示左側に動かし、Vi弁24が図示左側に移動するような方向に力を作用させている。FIG. 7 is a schematic diagram showing a drive system of the
The
The
The
The
The
次に実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の動作を説明する。
インバータで駆動される2段のシングルスクリュー圧縮機100は、凝縮器および蒸発器並びにそれらの間に膨張弁を備え、閉ループで配管接続した冷媒回路で用いられる。
シングルスクリュー圧縮機100を駆動する電動機40は、インバータから信号を受けて起動する。スライドバルブ16、17は、起動前に圧縮室14、15と低圧空間が連通する開口面積が最大になる位置に開弁位置が調整されている。Next, the operation of the
The two-stage
The
電動機40が起動すると、作動冷媒が一対の圧縮室14、15内に吸入され、各々の圧縮室14、15で同一のタイミングで吸入完了し、各圧縮室14、15にほぼ同一質量の冷媒が吸入される。
吸入完了後は、圧縮室14、15の容積が減じられ、圧縮室14、15の内圧が高められて行く。
圧縮室14、15内の作動冷媒を吐出させるタイミングは、一対の圧縮室14、15で同一に設定されており、設定された圧縮室容積まで減じられた後に圧縮室14、15が吐出口に連通し、吐出ガスが吐出室内に吐出される。When the
After the completion of the suction, the volume of the
The timing at which the working refrigerant in the
ここで、実施の形態1では、スライドバルブ16、17は、専用の駆動装置50によって、複数段階の位置に調整される。
なお、無断階に連続的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。Here, in the first embodiment, the
In addition, the drive apparatus which can adjust a position continuously without a floor may be sufficient, and it is not limited to several steps.
図8は、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の低段10におけるスライドバルブ16、17の動作を示す図である。
図8に示すように、スライドバルブ16、17は、動作A、動作Bおよび動作Cの3段階に移動可能としている。
動作Aの時には、最大吸入容量の20%を圧縮室14、15に吸入できる。
動作Bの時には、最大吸入容量の60%を圧縮室14、15に吸入できる。
動作Cの時には、最大吸入容量の100%を圧縮室14、15に吸入できる。
ここで、吐出されるタイミングは、動作A、動作Bおよび動作Cにおいて同一に設定されている。FIG. 8 is a diagram illustrating operations of the
As shown in FIG. 8, the
During the operation A, 20% of the maximum suction capacity can be sucked into the
In the operation B, 60% of the maximum suction capacity can be sucked into the
During the operation C, 100% of the maximum suction capacity can be sucked into the
Here, the ejection timing is set to be the same in the operations A, B and C.
動作Aの時には、吸入容量が動作Bの時より少なく、吐出されるタイミングが動作Aおよび動作Bにおいて同一に設定されている。このため、動作Bの時には、内部容積比が動作Aの時より高く設定できる。
また、同様に、動作Bの時には、吸入容量が動作Cの時より少なく、吐出されるタイミングが動作Bおよび動作Cにおいて同一に設定されている。このため、動作Cの時には、内部容積比が動作Bの時より高く設定できる。In the operation A, the suction volume is smaller than that in the operation B, and the ejection timing is set to be the same in the operation A and the operation B. For this reason, the internal volume ratio can be set higher during operation B than during operation A.
Similarly, in the operation B, the suction volume is smaller than that in the operation C, and the ejection timing is set to be the same in the operation B and the operation C. For this reason, the internal volume ratio can be set higher during operation C than during operation B.
スライドバルブ16、17の動作について説明する。
図4に示す駆動装置50では、ピストン54の背面空間に圧力を導入することにより、スライドバルブ16、17は、図示右側に移動して圧縮室14、15と低圧空間が連通しないように作用する。
一方、駆動装置50では、ピストン54の背面空間の圧力を減じることにより、圧力およびバネ53a、53bの作用力のバランスによって、スライドバルブ16、17は、反対方向のバイパス口を開いて行く方向に移動し、圧縮室14、15と低圧空間とが連通するように作用する。
このように、ピストン54の前後の空間の圧力からスライドバルブ16、17に作用する圧力と、バネ53a、53bの作用力と、のバランスを調整することにより、スライドバルブ16、17が移動する。このスライドバルブ16、17の移動により、バイパス口の開口度合い、すなわち圧縮室14、15と低圧空間の開口面積が調整され、作動冷媒を圧縮室14、15内に吸い込む量を調整することができる。これにより、スライドバルブ16、17は、動作A、動作Bおよび動作Cに調整可能となる。The operation of the
In the driving
On the other hand, in the driving
Thus, the
高段20のVi弁24についても、スライドバルブ16、17の動作方法と同様に、シリンダ61内のピストン62の背面空間の圧力の作用により、ピストン62を移動させてVi弁24の開弁位置を調整する。
高段20のVi弁24も連続的にまたは複数段階的に開度調整が可能である。
図9は、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の高段20におけるVi弁24の動作を示す図である。
図9に示すように、Vi弁24は、動作Dおよび動作Eの2段階に移動可能としている。
動作Dの時には、高段20の最大吸入容量の20%を圧縮室23に吸入できる。
動作Eの時には、高段20の最大吸入容量の100%を圧縮室23に吸入できる。Similarly to the operation method of the
The opening degree of the
FIG. 9 is a diagram illustrating the operation of the
As shown in FIG. 9, the
During the operation D, 20% of the maximum suction capacity of the
During the operation E, 100% of the maximum suction capacity of the
動作Dの時には、動作Eの時より吸入完了のタイミングが遅くなる。このため、動作Dの時には、内部容積比が動作Eの時より小さく設定できる。 In operation D, the timing of completion of inhalation is later than in operation E. For this reason, the internal volume ratio can be set smaller during operation D than during operation E.
Vi弁24の動作について説明する。
図7に示す駆動装置60では、ピストン62の前後の空間に圧力差がない場合には、バネ64は、ピストン62を図示左側に動かす力を作用させている。ピストン62の背面空間に高圧を作用させた場合には、Vi弁24は、作用圧力と作用面積の関係から、図示右側に動く。
ピストン62の背面空間に低圧を作用させた場合には、Vi弁24は、作用圧力と作用面積の関係から、図示左側に動く。The operation of the
In the driving
When a low pressure is applied to the back space of the
電動機40が起動する時には、起動トルクを小さくするため、動作Aによって、圧縮室14、15とケーシング1内の吸入空間が連通する位置であって、開口面積が最大になる位置にスライドバルブ16、17を移動させた上で起動させる。
起動後に所定の回転速度もしくは所定の運転時間に到達した時点で、低段10のスライドバルブ16、17が圧縮室14、15と吸入空間とが連通しない位置に順次移動する制御が実施される。すなわち、動作Bおよび動作Cが実施される。When the
When a predetermined rotational speed or a predetermined operation time is reached after activation, control is performed in which the
上記で説明した冷媒回路でブラインを冷却し、冷却されたブラインを利用して別の冷却対象を冷却するシステムを例に挙げる。
本システムでは、冷媒回路内を循環する冷媒と別の閉ループ回路を循環するブラインを熱交換させる蒸発器のブライン出口温度を利用し、冷凍能力の過不足を判定する。An example is a system in which brine is cooled by the refrigerant circuit described above, and another cooling target is cooled using the cooled brine.
In this system, the excess or deficiency of the refrigerating capacity is determined using the brine outlet temperature of the evaporator that exchanges heat between the refrigerant circulating in the refrigerant circuit and the brine circulating in another closed loop circuit.
蒸発器内で熱を奪われて冷却されたブラインが冷却対象と熱交換した後に蒸発器に戻って来る。その時の蒸発器のブライン入口温度をTbとする。蒸発器では、ブラインは、ブライン入口温度Tbが目標ブライン出口温度Taまで冷却される(Tb>Ta)。 The brine, which has been deprived of heat in the evaporator and cooled, exchanges heat with the object to be cooled, and then returns to the evaporator. At that time, the brine inlet temperature of the evaporator is Tb. In the evaporator, the brine is cooled from the brine inlet temperature Tb to the target brine outlet temperature Ta (Tb> Ta).
この状態から冷却対象を冷却するための必要冷凍能力が小さくなってくると、ブライン入口温度Tbと目標ブライン出口温度Taとの差が小さくなってくる。つまり、ブライン出口温度のブラインは、冷却対象との温度差が小さくなってくると、熱交換量が減少し、ブライン入口温度Tbが低下しないため、ブライン出口温度との差が小さくなる。これにより、蒸発器でブラインを冷却するための必要冷凍能力は小さくなり、冷凍能力を小さくする制御を実施する。
以上から運転中は、冷凍能力の過不足を、ブライン出口温度を検出して判定することができる。When the required refrigeration capacity for cooling the object to be cooled from this state becomes smaller, the difference between the brine inlet temperature Tb and the target brine outlet temperature Ta becomes smaller. That is, when the temperature difference between the brine at the brine outlet temperature and the object to be cooled becomes small, the heat exchange amount decreases and the brine inlet temperature Tb does not decrease, so the difference from the brine outlet temperature becomes small. Thereby, the necessary refrigeration capacity for cooling the brine by the evaporator is reduced, and control for reducing the refrigeration capacity is performed.
From the above, during operation, it is possible to determine whether the refrigeration capacity is excessive or insufficient by detecting the brine outlet temperature.
実施の形態1では、冷媒回路にて冷凍能力が不足と判定した場合には、動作Aから動作B、次に動作Cのように、吸入容量を調整するスライドバルブ16、17が圧縮室14、15と吸入空間を連通させない位置に調整して行く。その上で、目標ブライン出口温度Taに到達させるよう冷凍能力を増大させるためにインバータによって回転軸30の回転速度を増速して行く。
In the first embodiment, when it is determined that the refrigerating capacity is insufficient in the refrigerant circuit, the
次に必要冷凍能力が得られた判定を行った場合の動作を説明する。
運転中の回転軸30の回転速度が運転可能な最大回転速度より低い場合には、運転圧力比と内部容積比が近くなるよう高段20のVi弁24の開弁位置を調整する。すなわち、必要冷凍能力が得られた時には、運転圧力比に合わせて高段20のVi弁24の開弁位置を調整し、内部容積比を変化させる制御を実施する。Next, the operation when the determination that the necessary refrigeration capacity is obtained is performed will be described.
When the rotational speed of the
高段20に設けられたVi弁24では、計測された冷媒回路内の高圧と低圧との数値を用い、高圧を低圧で除算して得られる数値を運転圧力比と表記する。また、圧縮開始直後の容積を圧縮室23が吐出口と連通する時の圧縮容積で除算して得られる数値を内部容積比と表記する。Vi弁24は、内部容積比が運転圧力比に近くなるよう開弁位置が調整される。すなわち、運転圧力比が基準値以上の場合には、動作Eを行う。運転圧力比が基準値未満の場合には、動作Dを行う。基準値は、予め実験や検証などによって設定された運転圧力比を内部容積比に近づけるための区切りとなる閾値である。
In the
次に必要冷凍能力が小さくなり、目標冷凍能力を小さく修正した場合の動作を説明する。
まず、吸入容量を調整するスライドバルブ16、17の制御を実施する前に、インバータにより回転軸30の回転速度を減速させる。すなわち、スライドバルブ16、17は、圧縮室14、15と低圧空間とが連通していない位置に維持された上で、回転軸30の回転速度を減速させる。回転速度の減速は、目標ブライン出口温度Taに到達するまでインバータにより実施して行く。Next, the operation when the required refrigeration capacity is reduced and the target refrigeration capacity is corrected to be small will be described.
First, before controlling the
目標ブライン出口温度Taに到達した時点で、運転圧力比に合わせて、内部容積比が運転圧力比に近くなる位置に高段20のVi弁24の開弁位置を調整する。この場合でも、計測された冷媒回路内の高圧と低圧の数値を用い、高圧を低圧で除算して得られる数値を運転圧力比と表記する。また、圧縮開始直後の容積を圧縮室23が吐出口と連通する時の圧縮容積で除算して得られる数値を内部容積比と表記する。そして、内部容積比が運転圧力比に近くなるよう、Vi弁24の開弁位置を調整する。すなわち、運転圧力比が基準値以上の場合には、動作Eを行う。運転圧力比が基準値未満の場合には、動作Dを行う。
When the target brine outlet temperature Ta is reached, the valve opening position of the
図10は、本発明の実施の形態1に係るシングルスクリュー圧縮機100の必要冷凍能力が小さくなった低速運転時のタイムチャートを示す図である。
図10に示すように、回転軸30の回転速度が運転可能な最低回転速度に到達した運転にて、目標冷凍能力を小さく修正する場合には、計測された運転圧力比によらず、スライドバルブ16、17の開弁位置を動作Cから動作B、次に動作Aと順次調整する。これにより、圧縮室14、15と低圧空間とが連通されて行く。
つまり、最低回転速度の運転では、さらに冷凍能力を小さくするために、計測された運転圧力比によらず、スライドバルブ16、17の開度を順次開けて行く制御を行う。
その上で、動作Aに調整後の所定時間経過後に、運転圧力比と内部容積比が近くなるよう高段20のVi弁24の開弁位置を調整する。すなわち、運転圧力比が基準値以上の場合には、動作Eを行う。運転圧力比が基準値未満の場合には、動作Dを行う。さらに冷凍能力を小さくする場合には、Vi弁24は、動作Eから動作Dに移行する。FIG. 10 is a diagram showing a time chart at the time of low speed operation in which the required refrigeration capacity of the
As shown in FIG. 10, when the target refrigeration capacity is corrected to be small in the operation in which the rotation speed of the
That is, in the operation at the minimum rotational speed, in order to further reduce the refrigerating capacity, the
After that, after a predetermined time after the adjustment to the operation A, the opening position of the
冷凍能力が不足と判定され、高い目標冷凍能力に修正された時の動作は、先に説明したように、まず、スライドバルブ16、17の開弁位置が圧縮室14、15と低圧空間とを連通しないように調整する。すなわち、スライドバルブ16、17は、閉弁位置に調整される。
スライドバルブ16、17が閉弁されても冷凍能力が不足と判定された場合には、目標ブライン出口温度Taになるようにインバータにより回転軸30の回転速度を増速して行く。必要冷凍能力に達し、目標ブライン出口温度Taを得られた後の制御については、前述した通りである。As described above, the operation when the refrigeration capacity is determined to be insufficient and the target refrigeration capacity is corrected is as follows. First, the opening position of the
If it is determined that the refrigerating capacity is insufficient even when the
実施の形態1の効果を説明する。
従来は、低速運転時において、圧縮室と低圧空間とが連通しないように低段のスライドバルブを閉弁していたため、最小の冷凍能力は、インバータによる電動機の最低回転速度で決まっていた。
一方、実施の形態1では、インバータによる電動機40の最低回転速度にて、低段10のスライドバルブ16、17を開けて行き、圧縮室14、15と低圧空間とを連通させて、吸入完了のタイミングを遅くさせる。したがって、従来に対して圧縮仕事を低減させることができる。最小圧縮仕事に調整した後に、運転圧力比に合わせて、高段20のVi弁24の位置を制御するため、シングルスクリュー圧縮機100の消費電力を低減することができる。The effect of the first embodiment will be described.
Conventionally, during low-speed operation, since the low-stage slide valve is closed so that the compression chamber and the low-pressure space do not communicate with each other, the minimum refrigerating capacity is determined by the minimum rotation speed of the electric motor by the inverter.
On the other hand, in the first embodiment, the
大型チラーにおける年間を通した運転を考えた場合には、低負荷時には、低差圧運転になる場合が多い。このため、低負荷時に圧縮仕事を低減させて入力を小さくし、その上で高段20のVi弁24を制御する。よって、高いエネルギー効率を発揮する運転ができる。
Considering year-round operation of large chillers, low pressure operation is often performed at low loads. For this reason, when the load is low, the compression work is reduced to reduce the input, and then the
実施の形態2.
上記実施の形態1では、二段のシングルスクリュー圧縮機100の例を説明した。しかし、本発明は、単段のシングルスクリュー圧縮機にも適用できる。実施の形態2では、単段のシングルスクリュー圧縮機の例を説明する。
実施の形態2では、実施の形態1と異なる点のみ説明する。
In the first embodiment, the example of the two-stage
In the second embodiment, only differences from the first embodiment will be described.
実施の形態2では、実施の形態1における低段または高段の単段のみ用い、インバータにより回転軸の回転速度を制御される電動機によって駆動する。
ここで、単段の圧縮部は、ゲートローターが2枚のツインゲートローター方式若しくはゲートローターが1枚のモノゲートローター方式のいずれかである。In the second embodiment, only the low stage or the high stage in the first embodiment is used, and it is driven by an electric motor whose rotational speed is controlled by an inverter.
Here, the single-stage compression section is either a twin gate rotor system with two gate rotors or a monogate rotor system with one gate rotor.
ケーシングに設けられた圧縮作動流体の吐出口には、吐出タイミングを調整できるVi弁が配置されている。実施の形態1における高段に設けていたVi弁およびVi弁の駆動装置を、実施の形態2では、単段の圧縮部に備えている。
実施の形態2でのスライドバルブおよびVi弁の駆動方法または制御方法については、実施の形態1と同じである。A Vi valve capable of adjusting the discharge timing is disposed at the discharge port of the compressed working fluid provided in the casing. In the second embodiment, the Vi valve and the drive device for the Vi valve provided in the high stage in the first embodiment are provided in a single-stage compression unit.
The method for driving or controlling the slide valve and the Vi valve in the second embodiment is the same as that in the first embodiment.
実施の形態3.
図11は、本発明の実施の形態3に係るシングルスクリュー圧縮機100を適用した冷凍サイクル装置200を示す冷媒回路図である。
図11に示すように、冷凍サイクル装置200は、シングルスクリュー圧縮機100、凝縮器80、膨張弁81および蒸発器82を備えている。これらシングルスクリュー圧縮機100、凝縮器80、膨張弁81および蒸発器82が冷媒配管で接続されて冷凍サイクル回路を形成している。そして、蒸発器82から流出した冷媒は、シングルスクリュー圧縮機100に吸入されて高温高圧となる。高温高圧となった冷媒は、凝縮器80において凝縮されて液体になる。液体となった冷媒は、膨張弁81で減圧膨張されて低温低圧の気液二相となり、気液二相の冷媒が蒸発器82において熱交換される。
実施の形態1、2のシングルスクリュー圧縮機100は、このような冷凍サイクル装置200に適用できる。なお、冷凍サイクル装置200としては、たとえば冷凍空調装置などが挙げられる。Embodiment 3 FIG.
FIG. 11 is a refrigerant circuit diagram showing a
As shown in FIG. 11, the
The
以上の実施の形態1〜3によると、シングルスクリュー圧縮機100は、螺旋状の歯溝を有するスクリュー13、22と、スクリュー13、22に嵌まり合うゲートローター11、12、21と、スクリュー13、22およびゲートローター11、12、21を収容し、スクリュー13、22およびゲートローター11、12、21と共に圧縮室14、15、23を形成するケーシング1と、圧縮室14、15で圧縮された作動流体の吐出口18から離れた位置に配置され、圧縮室14、15とケーシング1内の低圧空間とを連通させて作動流体を圧縮室14、15内に吸い込む量を調整するスライドバルブ16、17と、吐出タイミングを変更可能なVi弁24と、を備え、インバータで回転速度を変更可能に駆動される。そして、運転可能な最低回転速度で運転され、必要冷凍能力が小さくなった場合に、小さくなった必要冷凍能力に応じてスライドバルブ16、17の開弁位置を調整して圧縮室14、15と低圧空間との間の面積を大きくする。
この構成によると、スライドバルブ16、17を開弁して行き、圧縮室14、15と低圧空間とを連通させて、吸入完了のタイミングを遅くさせる。よって、従来に対して圧縮仕事を低減させ、最小圧縮仕事に調整することができる。また、その上でVi弁24を適正な吐出タイミングに設定することができる。したがって、必要冷凍能力が小さくなった低速運転時に、エネルギー効率の向上が図れ、消費電力を低減することができる。According to the above first to third embodiments, the
According to this configuration, the
小さくなった必要冷凍能力に応じて、スライドバルブ16、17の開弁位置を圧縮室14、15と低圧空間との間の面積が最大となる位置に移動させた後に、Vi弁24の開弁位置を、冷媒回路内の高圧を低圧で除算して得られる運転圧力比に合わせて調整させ、運転圧力比と、圧縮開始直後の容積を圧縮室23が吐出口と連通する時の圧縮容積で除算して得られる内部容積比と、が近くなるようにする。
この構成によると、最小圧縮仕事に調整した後に、Vi弁24を適正な吐出タイミングに設定することができる。したがって、必要冷凍能力が小さくなった低速運転時に、エネルギー効率の向上が図れ、消費電力を低減することができる。After the opening position of the
According to this configuration, after adjusting to the minimum compression work, the
運転圧力比に合わせて調整させるVi弁24の開弁位置は、運転圧力比が基準値以上の場合に、運転圧力比が基準値未満の場合よりも圧縮室23に吸入できる吸入量を多くする位置に調整される。
この構成によると、最小圧縮仕事に調整した後に、Vi弁24を適正な吐出タイミングに設定することができる。したがって、必要冷凍能力が小さくなった低速運転時に、エネルギー効率の向上が図れ、消費電力を低減することができる。The opening position of the
According to this configuration, after adjusting to the minimum compression work, the
スライドバルブ16、17が配置されている低段10と、Vi弁24が配置されている高段20と、を備えている。
この構成によると、必要冷凍能力が小さくなった低速運転時に、エネルギー効率の向上が図れ、消費電力を低減することができるシングルスクリュー圧縮機100が、2段のシングルスクリュー圧縮機に適用することができる。The
According to this configuration, the energy efficiency can be improved and the
スライドバルブおよびVi弁が配置されている圧縮部を備えている。
この構成によると、必要冷凍能力が小さくなった低速運転時に、エネルギー効率の向上が図れ、消費電力を低減することができるシングルスクリュー圧縮機が、単段のシングルスクリュー圧縮機に適用することができる。A compression part in which a slide valve and a Vi valve are arranged is provided.
According to this configuration, a single screw compressor capable of improving energy efficiency and reducing power consumption during low speed operation with a reduced required refrigeration capacity can be applied to a single stage single screw compressor. .
冷凍サイクル装置200は、シングルスクリュー圧縮機100を備えている。
この構成によると、冷凍サイクル装置200は、低負荷時に圧縮仕事を低減させて入力を小さくし、その上で高段20のVi弁24を制御する。よって、高いエネルギー効率を発揮する運転ができる。そして、消費電力を低減することができる。The
According to this configuration, the
1 ケーシング、2 蓋体、10 低段、11 低段ゲートローター、12 低段ゲートローター、13 低段スクリュー、14 圧縮室、15 圧縮室、16 スライドバルブ、17 スライドバルブ、18 吐出口、20 高段、21 高段ゲートローター、22 高段スクリュー、23 圧縮室、24 Vi弁、25 ガイド部、26 バルブ本体、27 連結部、30 回転軸、40 電動機、41 モーターローター、42 ステーター、50 駆動装置、51 シリンダ、52 アーム、53a バネ、53b バネ、54 ピストン、55 ロッド、56 ロッド、57 ロッド、60 駆動装置、61 シリンダ、62 ピストン、63 ロッド、64 バネ、65 固定部、80 凝縮器、81 膨張弁、82 蒸発器、100 シングルスクリュー圧縮機、200 冷凍サイクル装置。 1 casing, 2 lid, 10 low stage, 11 low stage gate rotor, 12 low stage gate rotor, 13 low stage screw, 14 compression chamber, 15 compression chamber, 16 slide valve, 17 slide valve, 18 discharge port, 20 high Stage, 21 High stage gate rotor, 22 High stage screw, 23 Compression chamber, 24 Vi valve, 25 Guide part, 26 Valve body, 27 Connecting part, 30 Rotating shaft, 40 Electric motor, 41 Motor rotor, 42 Stator, 50 Drive device , 51 cylinder, 52 arm, 53a spring, 53b spring, 54 piston, 55 rod, 56 rod, 57 rod, 60 drive device, 61 cylinder, 62 piston, 63 rod, 64 spring, 65 fixing part, 80 condenser, 81 Expansion valve, 82 evaporator, 100 single screw pressure Aircraft, 200 refrigeration cycle apparatus.
本発明に係るシングルスクリュー圧縮機は、螺旋状の歯溝を有するスクリューと、前記スクリューに嵌まり合うゲートローターと、前記スクリューおよび前記ゲートローターを収容し、前記スクリューおよび前記ゲートローターと共に圧縮室を形成するケーシングと、前記圧縮室で圧縮された作動流体の吐出口から離れた位置に配置され、前記圧縮室と前記ケーシング内の低圧空間とを連通させて作動流体を前記圧縮室内に吸い込む量を調整する第1スライドバルブと、圧縮された作動流体の吐出タイミングを変更可能な第2スライドバルブと、を備え、インバータで回転速度を変更可能に駆動されるシングルスクリュー圧縮機であって、前記第1スライドバルブが配置されている低段と、前記第2スライドバルブが配置されている高段と、を備え、運転可能な最低回転速度で運転され、必要冷凍能力が小さくなった場合に、小さくなった前記必要冷凍能力に応じて前記第1スライドバルブの開弁位置を調整して前記圧縮室と前記低圧空間との間の面積を大きくし、小さくなった前記必要冷凍能力に応じて、前記第1スライドバルブの開弁位置を前記圧縮室と前記低圧空間との間の面積が最大となる位置に移動させるとともに、前記第2スライドバルブの開弁位置を、冷媒回路内の高圧を低圧で除算して得られる運転圧力比に合わせて調整させ、前記運転圧力比と、圧縮開始直後の容積を前記圧縮室が吐出口と連通する時の圧縮容積で除算して得られる内部容積比と、が近くなるように構成されたものである。 A single screw compressor according to the present invention includes a screw having a helical tooth gap, a gate rotor that fits into the screw, the screw and the gate rotor, and a compression chamber together with the screw and the gate rotor. An amount of the working fluid sucked into the compression chamber by disposing the casing to be formed and a position away from the discharge port of the working fluid compressed in the compression chamber, and communicating the compression chamber and the low pressure space in the casing. A single screw compressor comprising a first slide valve to be adjusted and a second slide valve capable of changing a discharge timing of the compressed working fluid, and driven by an inverter so that the rotation speed can be changed . A lower stage in which one slide valve is disposed, and a higher stage in which the second slide valve is disposed; Provided, is driven at a driving lowest possible rotational speed, when the required refrigerating capacity is reduced, and the compression chamber by adjusting the opening position of the first slide valve according to the required refrigerating capacity becomes smaller the The opening position of the first slide valve is set to a position where the area between the compression chamber and the low-pressure space is maximized in accordance with the required refrigeration capacity that is increased and reduced in area between the low-pressure space. The opening position of the second slide valve is adjusted according to the operating pressure ratio obtained by dividing the high pressure in the refrigerant circuit by the low pressure, and the operating pressure ratio and the volume immediately after the start of compression are The internal volume ratio obtained by dividing by the compression volume when the compression chamber communicates with the discharge port is configured to be close .
Claims (6)
前記スクリューに嵌まり合うゲートローターと、
前記スクリューおよび前記ゲートローターを収容し、前記スクリューおよび前記ゲートローターと共に圧縮室を形成するケーシングと、
前記圧縮室で圧縮された作動流体の吐出口から離れた位置に配置され、前記圧縮室と前記ケーシング内の低圧空間とを連通させて作動流体を前記圧縮室内に吸い込む量を調整する第1スライドバルブと、
圧縮された作動流体の吐出タイミングを変更可能な第2スライドバルブと、
を備え、インバータで回転速度を変更可能に駆動されるシングルスクリュー圧縮機であって、
運転可能な最低回転速度で運転され、必要冷凍能力が小さくなった場合に、小さくなった前記必要冷凍能力に応じて前記第1スライドバルブの開弁位置を調整して前記圧縮室と前記低圧空間との間の面積を大きくするように構成されたシングルスクリュー圧縮機。A screw having a helical tooth space;
A gate rotor that fits into the screw;
A casing for accommodating the screw and the gate rotor, and forming a compression chamber together with the screw and the gate rotor;
A first slide which is disposed at a position away from the discharge port of the working fluid compressed in the compression chamber and adjusts the amount of the working fluid sucked into the compression chamber by communicating the compression chamber and the low pressure space in the casing. A valve,
A second slide valve capable of changing the discharge timing of the compressed working fluid;
A single screw compressor driven by an inverter so that the rotation speed can be changed,
When the required refrigerating capacity is reduced by operating at the minimum operable rotation speed, the opening position of the first slide valve is adjusted according to the reduced required refrigerating capacity, and the compression chamber and the low pressure space are adjusted. Single screw compressor configured to increase the area between.
前記第2スライドバルブが配置されている高段と、
を備えた請求項1〜3のいずれか1項に記載のシングルスクリュー圧縮機。A lower stage in which the first slide valve is disposed;
A high stage in which the second slide valve is disposed;
The single screw compressor according to any one of claims 1 to 3.
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