JPWO2020178895A1 - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

スクリュー圧縮機は、内部容積比であるＶｉ値を可変にする可変Ｖｉ弁を含む内部容積比可変機構を備えている。スクリュー圧縮機は、可変Ｖｉ弁の位置を２段階で制御するものであり、Ｖｉ値を大とするときの可変Ｖｉ弁の位置は、予め決められた高負荷条件または高圧縮比条件での運転時における圧縮機効率が予め設定された設定効率以上となるＶｉ値となるように設定されている。

Description

本発明は、例えば冷凍機または空調機等の冷媒圧縮に用いられるスクリュー圧縮機に関するものである。

スクリュー圧縮機において、吐出開始のタイミングを調整して内部容積比Ｖｉを可変にするスライド弁である可変内部容積比弁（以下、可変Ｖｉ弁という）を備え、運転圧縮比に応じて駆動装置からの駆動力により可変Ｖｉ弁の開度を調整するものがある（例えば、特許文献１参照）。スクリュー圧縮機における内部容積比は、吸込み時の歯溝空間容積と吐出寸前の歯溝空間容積との比であり、吸込みが完了したときの容積と吐出ポートが開くときの容積との比を表している。

特許文献１の可変Ｖｉ弁は、特許文献１の図１および図２に示されるように、吐出圧力ＨＰと吸込圧力ＬＰとから演算される最適Ｖｉ値と、位置検出手段から求められる現Ｖｉ値との差が小さくなるように制御される。さらに、実運転時の最適Ｖｉ値に近づけるために、モーター駆動電力が最小となるように可変Ｖｉ弁の開度調整を行っている。

スクリュー圧縮機は、内部容積比に見合う適正な圧縮比を有しており、実運転時の圧縮比が適正圧縮比となる運転条件では、不適正な圧縮損失は生じない。しかし、適正圧縮比よりも低い低圧縮比で運転を行うと、吐出ポートが開く前にガスが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、適正圧縮比よりも高圧縮比で運転を行うと、吐出圧力に到達する前に吐出ポートが開くため、ガスの逆流が生じる不足圧縮の状態となる。これらはいずれも動力のロスを生じ、効率の低下を招く。

そこで、特許文献１のように、運転負荷に応じた圧縮比（吐出圧力／吸込圧力）に対して、高い圧縮機効率が得られる内部容積比となるように、可変Ｖｉ弁の位置を無段階に調整して内部容積比を可変とした技術が提案されている。

特許第４１４７８９１号公報

特許文献１では、可変Ｖｉ弁の位置制御を無段階で実施しており、吐出圧力、吸込圧力および回転周波数の検出結果から可変Ｖｉ弁の制御量を算出している。つまり、特許文献１では可変Ｖｉ弁の位置制御を無段階制御とすることで、構成および制御が複雑化していた。

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あり、内部容積比を可変としながらも、構成および制御を簡単化することが可能なスクリュー圧縮機を得ることを目的とする。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、内部容積比であるＶｉ値を可変にする可変Ｖｉ弁を含む内部容積比可変機構を備えたスクリュー圧縮機であって、可変Ｖｉ弁の位置を２段階で制御するものであり、Ｖｉ値を大とするときの可変Ｖｉ弁の位置は、予め決められた高負荷条件または高圧縮比条件での運転時における圧縮機効率が予め設定された設定効率以上となるＶｉ値となるように設定されているものである。

本発明によれば、可変Ｖｉ弁の位置制御を２段階としたので、内部容積比を可変としながらも、構成および制御を簡単化することができる。

本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の駆動装置を含む内部容積比可変機構の概要図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機においてＶｉ値が大のときの動作概要図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機においてＶｉ値が小のときの動作概要図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機においてＶｉ値が大のときの動作概要図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機においてＶｉ値が小のときの動作概要図である。 本発明の実施の形態１および実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の変形例を示す図である。

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の概略構成図である。
この実施の形態１に係るスクリュー圧縮機は、シングルスクリュー圧縮機であり、図１に概略の構成を示すように、筒状のケーシング本体１と、このケーシング本体１内に収容されたスクリューローター３と、このスクリューローター３を回転駆動するモーター２とを備えている。このモーター２は、ケーシング本体１に内接して固定されたステーター２ａと、ステーター２ａの内側に配置されたモーターローター２ｂとから構成され、インバーター方式で回転数が制御されるようになっている。スクリュー圧縮機を所望の運転圧縮比で運転するための容量制御は、モーター２のインバーター駆動による回転数制御とすることで実現できる。

スクリューローター３とモーターローター２ｂとは互いに同一軸線上に配置されており、いずれもスクリュー軸４に固定されている。また、スクリューローター３の外周面には、複数の螺旋状の溝（以下、スクリュー溝という）３ａが形成されている。スクリューローター３は、スクリュー軸４に固定されたモーターローター２ｂに連結されて回転駆動される。また、スクリューローター３に形成されたスクリュー溝３ａ内の空間は、ケーシング本体１の内筒面およびこの溝に噛み合い係合する一対のゲートローター（図示せず）によって囲まれて圧縮室５を形成する。

ケーシング本体１の内部は、隔壁（図示せず）により吐出圧力側と吸込圧力側とが隔てられ、吐出圧力側には、吐出室６と、吐出室６に開口する吐出口７とが形成されている。ケーシング本体１の内部において、吸込圧力側には吸込室１６が形成されている。さらに、ケーシング本体１には、一対のロッド９および駆動装置１０に連結され、軸方向に移動可能な一対の可変Ｖｉ弁８が設けられている。可変Ｖｉ弁８は、吐出口７の一部を形成している。なお、もう一方の可変Ｖｉ弁８に連結する駆動装置１０については図示を省略している。

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駆動装置を含む内部容積比可変機構の概要図である。
駆動装置１０は、内部容積比可変機構（以下、可変Ｖｉ機構という）の一部を構成するものであり、シリンダー１１内に設けられたピストン１２と可変Ｖｉ弁８とを、ロッド９にて連結する構成となっている。

可変Ｖｉ弁８は、弁本体８ａと、ガイド部８ｂと、連結部８ｃとから構成されている。ガイド部８ｂの吐出口側端部８ｅには連結部８ｃが設けられ、駆動装置１０側の端面には上記ロッド９が連結されている。また、弁本体８ａの吐出口側端部８ｄとガイド部８ｂの吐出口側端部８ｅとの間は連結部８ｃによって連結されるとともに、上記吐出口７に連通する吐出空隙８ｆを形成している。

シリンダー１１内はピストン１２により２つの空間室に区画され、ピストン１２の前側（可変Ｖｉ弁方向）および後ろ側（反可変Ｖｉ弁方向）には、シリンダー室１３ａおよびシリンダー室１３ｂが形成されている。シリンダー１１には、可変Ｖｉ弁８に対して近い方にあるシリンダー室１３ａ側に、圧力導入孔１１３ａが設けられている。また、シリンダー１１には、可変Ｖｉ弁８に対して遠い方にあるシリンダー室１３ｂ側に、圧力導入孔１１３ｂが設けられている。

シリンダー室１３ａは、圧力導入孔１１３ａおよび流路１５ａを介して図１の吐出室６に連通しており、常時、吐出圧力が導入されている。シリンダー室１３ｂは、圧力導入孔１１３ｂおよび流路１５ｂを介して図１の吐出室６に連通しているとともに、流路１５ｂの途中から分岐した流路１５ｃを介して図１の吸込室１６に連通している。流路１５ｂには、流路１５ｂを開閉する電磁弁１４ｂが設けられ、流路１５ｃには流路１５ｃを開閉する電磁弁１４ａが設けられている。電磁弁１４ａおよび電磁弁１４ｂの開閉により、シリンダー室１３ｂには吐出圧力または吸込圧力が選択的に導入される。

また、上記の電磁弁１４ａおよび電磁弁１４ｂは一例であり、流路の開閉または切り替えができる弁手段であればよく、例えば止め弁または三方弁でもよい。流路の切り替えが可能な三方弁の場合、流路の分岐部に１つ設ければよく、したがって電磁弁１４ａおよび電磁弁１４ｂを省略することができる。また、流路１５ａ、流路１５ｂおよび流路１５ｃは、ケーシング本体１およびシリンダー１１の壁内部に形成してもよく、配管を用いて接続するようにしてもよい。

次に可変Ｖｉ弁８の動作について説明する。この可変Ｖｉ機構によればＶｉ値を大と小の２通りに設定できる。

（ｉ）Ｖｉ値大のときの動作
図３は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機においてＶｉ値が大のときの動作概要図である。
Ｖｉ値大のときは、駆動装置１０が可変Ｖｉ弁８を図中矢印で示す左方向に位置させることで、吐出口７が開くタイミングを遅くしている。

すなわち、Ｖｉ値大のときは、電磁弁１４ａを開、電磁弁１４ｂを閉とすることでシリンダー室１３ｂ内を吸込圧力とする。一方、シリンダー室１３ａは吐出室６と連結しており、常時吐出圧力が導入されている。よって、シリンダー１１内の圧力差によりピストン１２は図中左方向へ移動しようとする。

一方、ピストン１２に連結されている可変Ｖｉ弁８については、弁本体８ａの吸込側端部８ｇには吸込圧力が作用し、吐出口側端部８ｄには吐出直後の吐出圧力が作用する。また、ガイド部８ｂの吐出口側端部８ｅには吐出口側端部８ｄに作用する圧力と同じ圧力が互いに逆向きに作用する。また、ガイド部８ｂの駆動装置側端部８ｈには吐出圧力が作用する。したがって、可変Ｖｉ弁８内部の吐出口側端部８ｄと吐出口側端部８ｅとに作用する荷重は相殺される。よって、可変Ｖｉ弁８は、駆動装置側端部８ｈと吸込側端部８ｇに作用する圧力差により図中右方向へ移動しようとする。

ここで、ピストン１２の移動方向の両端面の面積は、可変Ｖｉ弁８の駆動装置側端部８ｈの面積より大きく設定されている。このため、両面積が受ける圧力差によりピストン１２および可変Ｖｉ弁８は図中左方向へ移動する。そして、可変Ｖｉ弁８は、ピストン１２がシリンダー室１３の壁面と当たる位置で停止するため、Ｖｉ値大の位置に、正確に位置決めされる。

（ｉｉ）Ｖｉ値小のときの動作
図４は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機においてＶｉ値が小のときの動作概要図である。
Ｖｉ値小のときは、駆動装置１０が可変Ｖｉ弁８を図中矢印で示す右方向に位置させることで、吐出口７が開くタイミングを早めている。

すなわち、Ｖｉ値小のときは、電磁弁１４ａを閉、電磁弁１４ｂを開とすることでシリンダー室１３ｂ内を吐出圧力とする。一方、シリンダー室１３ａは吐出室６と連結しており、常時吐出圧力が導入されているので、シリンダー室１３内の圧力差はない状態となっている。

一方、ピストン１２に連結されている可変Ｖｉ弁８については、弁本体８ａの吸込側端部８ｇには吸込圧力が作用し、吐出口側端部８ｄには吐出直後の吐出圧力が作用する。また、ガイド部８ｂの吐出口側端部８ｅには吐出口側端部８ｄに作用する圧力と同じ圧力が互いに逆向きに作用する。また、ガイド部８ｂの駆動装置側端部８ｈには吐出圧力が作用する。

したがって、可変Ｖｉ弁８は、駆動装置側端部８ｈに作用する吐出圧力と吸込側端部８ｇに作用する吸込圧力との差圧により図中右方向へ移動する。そして、可変Ｖｉ弁８は、ピストン１２がシリンダー室１３の壁面と当たる位置で停止するため、Ｖｉ値小の位置に、正確に位置決めされる。なお、可変Ｖｉ弁８は図１に示すように、可変Ｖｉ弁８の吸込側端部８ｇをケーシング本体１の壁面に当たる位置で位置決めしても良い。

ここで、Ｖｉ値の設定について説明する。Ｖｉ値の設定は、広い運転範囲を確保することを課題として設定する方針と、「定格性能」または省エネルギーの指標１つである「期間成績係数」の向上を課題として設定する方針とがある。以下、それぞれの方針に応じた設定方法について説明する。

（広い運転範囲の確保）
広い運転範囲を確保するには、大側のＶｉ値を以下のように設定すればよい。運転範囲は、圧縮機保護のために、たとえば吐出冷媒ガスの温度またはモーターステーターの巻き線の温度などに上限温度を設けることで設定される。蒸発温度一定の場合、上限温度未満の範囲で凝縮温度をできるだけ高くできることが、広い運転範囲の確保に繋がる。一方、凝縮温度一定の場合は、蒸発温度をできるだけ、低く、または高くできることが、広い運転範囲の確保に繋がる。

吐出冷媒ガスの温度は、高圧縮比条件の運転時に高くなりやすく、巻き線温度は高負荷条件または高圧縮比条件時に高くなりやすい。ここで、高圧縮比条件とは高凝縮温度かつ低蒸発温度条件のことであり、高負荷条件とは高凝縮温度かつ高蒸発温度条件のことである。よって、高負荷条件または高圧縮比条件の運転時において、吐出冷媒ガスの温度および巻き線温度が上限温度に達しそうになった場合、吐出冷媒ガスの温度および巻き線温度が上限温度に達しないように運転を変更する必要が生じる。運転の変更とはたとえば、圧縮機の回転数を減らして凝縮温度を下げるなどの対応を実施し、運転温度条件を運転範囲内とする必要がある。つまり、凝縮温度を高くしたまま運転を継続したいところ、高負荷条件または高圧縮比条件の運転時は吐出冷媒ガスの温度および巻き線温度が高くなることから、凝縮温度を下げるなどの対応が必要となり、運転範囲が狭まる。

ある運転条件での吐出冷媒ガスの温度および巻き線温度は、その運転条件での圧縮機効率が上昇するにつれ、下がる傾向がある。したがって、高負荷条件または高圧縮比条件の運転時における圧縮機効率を高くすることで、凝縮温度を下げるなどの対応を実施しなくても吐出冷媒ガス温度および巻き線温度の上昇を抑えることができ、結果として、広い運転範囲の確保につながる。なお、圧縮機効率とは、圧縮機内部の構造およびモーターの巻き数等の構造的要素によって決まるものである。

そこで、大側のＶｉ値は、予め決められた高負荷条件または高圧縮比条件での運転時に圧縮機効率が予め設定された設定効率以上となるＶｉ値となるように設定されている。圧縮機効率はＶｉ値に応じて変化する値であり、横軸にＶｉ、縦軸に圧縮機効率を取ったときに上に凸となるグラフで表現される。つまり、圧縮機効率が最大となるＶｉ値が存在する。これを踏まえ、大側のＶｉ値は、圧縮機効率が最大となるときのＶｉ値としてもよいし、要するに設定効率以上となる値に設定されればよい。設定効率は、スクリュー圧縮機に求められる性能等に応じて適宜設定されればよい。例えば、最大効率を１００％とした時に設定効率を９５％以上とすることなどが考えられる。

広い運転範囲を確保するスクリュー圧縮機を構成する場合、以上のようにしてＶｉ値が設定される。よって、可変Ｖｉ弁８がＶｉ値大側に移動した際の位置は、設定されたＶｉ値となるように設定される。

（定格性能または期間成績係数の向上）
［定格性能の向上：Ｖｉ値大側］
大側のＶｉ値を定格性能が高くなるように設定する。定格性能とは、工業規格などで定められている条件における性能であり、圧縮機の性能を代表するものである。定格性能はＶｉ値に応じて変化する値であり、横軸にＶｉ、縦軸に定格性能を取ったときに上に凸となるグラフで表現される。つまり、定格性能が最大となるＶｉ値が存在する。これを踏まえ、大側のＶｉ値は、定格性能が最大となるときのＶｉ値としてもよいし、要するに予め設定された設定性能以上となるＶｉ値に設定されればよい。設定性能は、スクリュー圧縮機に求められる性能等に応じて適宜設定されればよい。例えば、最大性能を１００％とした時に設定性能を９５％以上とすることなどが考えられる。

定格性能の向上を図るスクリュー圧縮機を構成する場合、以上のようにしてＶｉ値が設定される。よって、可変Ｖｉ弁８がＶｉ値大側に移動した際の位置は、設定されたＶｉ値となるように設定される。

［期間成績係数の向上：Ｖｉ値小側］
小側のＶｉ値は、以下のようにして設定される。冷凍空調機器においては、ＣＯＰというエネルギー消費効率を示す成績係数の他に、ＩＰＬＶまたはＥＳＥＥＲという、期間を通じた冷凍機の成績係数がある。

米国冷凍空調工業会において、期間成績係数であるＩＰＬＶは下記の計算式により算出される。
ＩＰＬＶ＝０．０１×Ａ＋０．４２×Ｂ＋０．４５×Ｃ＋０．１２×Ｄ
Ａ＝１００％負荷時のＣＯＰ、Ｂ＝７５％負荷時のＣＯＰ、
Ｃ＝５０％負荷時のＣＯＰ、Ｄ＝２５％負荷時のＣＯＰ
この計算式によれば、運転時の負荷に応じて、乗算される重みが異なっている。冷凍空調機器の年間の運転時間のうち、７５％負荷での運転は４２％を占め、５０％負荷での運転は４５％を占める。よって、ＩＰＬＶの算出式では、この２条件における重みが大きくなっている。

また、日本冷凍空調工業会および欧州冷凍空調工業会においても同様の指標が定められている。
日本冷凍空調工業会の場合以下の式のように定められている。
ＩＰＬＶ＝０．０１×Ａ＋０．４７×Ｂ＋０．３７×Ｃ＋０．１５×Ｄ
Ａ＝１００％負荷時のＣＯＰ、Ｂ＝７５％負荷時のＣＯＰ、
Ｃ＝５０％負荷時のＣＯＰ、Ｄ＝２５％負荷時のＣＯＰ

欧州冷凍空調工業会の場合、欧州季節エネルギー効率比としてＥＳＥＥＲが定められている。ＥＳＥＥＲはＩＰＬＶ同様に４つの運転負荷条件のエネルギー効率比に加重係数を乗算することで求められる値であり、以下の計算式により算出される。なお、ＥＳＥＥＲの算出にはＣＯＰと同様にエネルギー消費効率を示す値であるＥＥＲが用いられる。
ＥＳＥＥＲ＝０．０３×Ａ＋０．３３×Ｂ＋０．４１×Ｃ＋０．２３×Ｄ
Ａ＝１００％負荷時のＥＥＲ、Ｂ＝７５％負荷時のＥＥＲ、
Ｃ＝５０％負荷時のＥＥＲ、Ｄ＝２５％負荷時のＥＥＲ
このように冷凍空調機器の期間を通じた成績係数を表す様々な指標において７５％負荷時と５０％負荷時における重みが大きい。

ここで、日本冷凍空調工業会の算出式の例で説明すると、「０．０１×Ａ」は１００％負荷運転による成績係数、「０．４７×Ｂ＋０．３７×Ｃ＋０．１５×Ｄ」は部分負荷運転による成績係数であると言える。

小側のＶｉ値は、部分負荷運転で効率の良い運転を行うことを目的として設定され、「０．４７×Ｂ＋０．３７×Ｃ＋０．１５×Ｄ」の値が予め設定された設定値以上となるＶｉ値に設定される。言い換えれば、小側のＶｉ値は、期間成績係数において重みが大きい上位３つの運転負荷に基づいて設定される。

「０．４７×Ｂ＋０．３７×Ｃ＋０．１５×Ｄ」の値はＶｉ値に応じて変化する値であり、横軸にＶｉ、縦軸に「０．４７×Ｂ＋０．３７×Ｃ＋０．１５×Ｄ」を取ったときに上に凸となるグラフで表現される。つまり、「０．４７×Ｂ＋０．３７×Ｃ＋０．１５×Ｄ」が最大となるＶｉ値が存在する。これを踏まえ、小側のＶｉ値は、「０．４７×Ｂ＋０．３７×Ｃ＋０．１５×Ｄ」が最大となるときのＶｉ値としてもよいし、要するに設定値以上となる値であればよい。設定値は、スクリュー圧縮機に求められる性能等に応じて適宜設定されればよい。例えば、最大設定値を１００％とした時に設定値を９５％以上とすることなどが考えられる。

部分負荷運転で効率の良い運転を行うスクリュー圧縮機を構成する場合、以上のようにしてＶｉ値が設定される。よって、可変Ｖｉ弁８がＶｉ値小側に移動した際の位置は、設定されたＶｉ値となるように設定される。

Ｖｉ値小側を上記のように設定し、Ｖｉ値大側を、高負荷条件または高圧縮比条件での運転時に圧縮機効率が設定効率以上となるＶｉ値に設定した場合、広い運転範囲の確保とＩＰＬＶの向上を図ることができる。

Ｖｉ値小側を上記のように設定し、Ｖｉ値大側を、定格条件での運転時に定格性能が設定性能以上となるＶｉ値に設定した場合、定格性能とＩＰＬＶをともに向上できる。

なお、ここでは、小側のＶｉ値は、期間成績係数において重みが大きい上位３つの運転負荷に基づいて設定されるとした。しかし、上述したように年間の運転時間のうち７５％負荷での運転と５０％負荷での運転が大部分を占める。このため、小側のＶｉ値は、期間成績係数において重みが大きい上位１つまたは上位２つの運転負荷に基づいて設定されてもよい。

以上説明したように、本実施の形態１は、可変Ｖｉ弁を、吐出圧力と吸込圧力のみに基づいたシンプルな２段階制御とした。これにより、特別な装置を必要とせずに、内部容積比を可変としながらも、構成および制御を簡単化することができる。

また、Ｖｉ値を大とするときの可変Ｖｉ弁の位置は、高負荷条件または高圧縮比条件での運転時に圧縮機効率が設定効率以上となるＶｉ値となるように設定されている。これにより、広い運転範囲を確保することができる。

また、Ｖｉ値を大とするときの可変Ｖｉ弁の位置は、定格性能が設定性能以上となるＶｉ値となるように設定されている。これにより、定格性能を向上することができる。

また、Ｖｉ値を小とするときの可変Ｖｉ弁の位置は、上位１つ〜３つの運転負荷における成績係数のそれぞれと、運転負荷に対応する重みとを乗算した値が設定値以上となるＶｉ値となるように設定されている。これにより、部分負荷性能を向上して、圧縮機効率を向上できる。

実施の形態２．
実施の形態１においては、シリンダー室１３ａの圧力導入孔１１３ａを吐出室６と連結した構成を示した。また、シリンダー室１３ｂの圧力導入孔１１３ｂについてはケーシング本体１内の吐出室６と吸込室１６とにそれぞれ電磁弁１４ａおよび電磁弁１４ｂを介して流路１５ｂおよび流路１５ｃで連結した構成を示した。この実施の形態２では、圧力導入孔１１３ａをケーシング本体１内の吐出室６と吸込室１６とにそれぞれ電磁弁１４ａおよび電磁弁１４ｂを介して流路１５ｂおよび流路１５ｃで連結した構成とする。また、圧力導入孔１１３ｂについてはケーシング本体１内の吸込室１６と連結した構成とする。

次に、この実施の形態２における可変Ｖｉ弁８の動作について説明する。実施の形態１と同様にＶｉ値を大と小の２通りに設定できる。

（ｉ）Ｖｉ値大のときの動作
図５は、本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機においてＶｉ値が大のときの動作概要図である。
Ｖｉ値大のときは、駆動装置１０が可変Ｖｉ弁８を図中矢印で示す左方向に位置させることで、吐出口７が開くタイミングを遅くしている。

すなわち、Ｖｉ値大のときは、電磁弁１４ａを閉、電磁弁１４ｂを開とすることでシリンダー室１３ａ内を吐出圧力とする。一方、シリンダー室１３ｂは吸込室１６と連結しており、常時吸込圧力が導入されている。よって、シリンダー室１３内の圧力差によりピストン１２が図中左方向へ移動しようとする。

一方、ピストン１２に連結されている可変Ｖｉ弁８については、弁本体８ａの吸込側端部８ｇには吸込圧力が作用し、吐出口側端部８ｄには吐出直後の吐出圧力が作用する。また、ガイド部８ｂの吐出口側端部８ｅには吐出口側端部８ｄに作用する圧力と同じ圧力が互いに逆向きに作用する。また、ガイド部８ｂの駆動装置側端部８ｈには吐出圧力が作用する。

したがって、可変Ｖｉ弁８内部の吐出口側端部８ｄと８ｅに作用する荷重は相殺される。よって、可変Ｖｉ弁８は、駆動装置側端部８ｈと吸込側端部８ｇに作用する圧力との圧力差により図中右方向へ移動しようとする。しかし、ピストン１２の移動方向の両端面の面積が、可変Ｖｉ弁８の駆動装置側端部８ｈの面積より大きく設定されているため、両面積が受ける圧力差によりピストン１２および可変Ｖｉ弁８は図中左方向へ移動する。そして、可変Ｖｉ弁８は、ピストン１２がシリンダー室１３の壁面と当たる位置で停止するため、Ｖｉ値大の位置に正確に位置決めされる。

（ｉｉ）Ｖｉ値小のときの動作
図６は、本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機においてＶｉ値が小のときの動作概要図である。
Ｖｉ値小のときは、駆動装置１０が可変Ｖｉ弁８を図中矢印で示す右方向に位置させることで、吐出口７が開くタイミングを早めている。

すなわち、Ｖｉ値小のときは、電磁弁１４ａを開、電磁弁１４ｂを閉とすることでシリンダー室１３ａ内を吸込圧力とする。一方、シリンダー室１３ｂは吸込室１６と連結しており、常時吸込圧力が導入されているので、シリンダー室１３内の圧力差はない状態となっている。

一方、ピストン１２に連結されている可変Ｖｉ弁８については、弁本体８ａの吸込側端部８ｇには吸込圧力が作用し、吐出口側端部８ｄには吐出直後の吐出圧力が作用する。また、ガイド部８ｂの吐出口側端部８ｅには吐出口側端部８ｄに作用する圧力と同じ圧力が互いに逆向きに作用する。また、ガイド部８ｂの駆動装置側端部８ｈには吐出圧力が作用する。

したがって、可変Ｖｉ弁８は、駆動装置側端部８ｈに作用する吐出圧力と吸込側端部８ｇに作用する吸込圧力との差圧により図中右方向へ移動する。そして、可変Ｖｉ弁８は、ピストン１２がシリンダー室１３の壁面と当たる位置で停止するため、Ｖｉ値小の位置に正確に位置決めされる。なお、可変Ｖｉ弁８は図１に示すように、可変Ｖｉ弁８の吸込側端部８ｇをケーシング本体１の壁面に当たる位置で位置決めしても良い。

本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

なお、本発明のスクリュー圧縮機は、図１〜図６に示した構造に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で例えば以下のように変形して実施することが可能である。

図７は、本発明の実施の形態１および実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の変形例を示す図である。
この変形例では、図１に示したピストン１２が削除され、ピストンロッド１７が備えられている。図１では、可変Ｖｉ弁１個に対して１個のピストンであった。これに対し、この変形例では、ピストンロッド１７は、共通の取付板１８を介して２個の可変Ｖｉ弁８のロッド９に連結されており、可変Ｖｉ弁２個に対して１個設けられている。このように、可変Ｖｉ弁８に対するピストン１２の個数は限定しないものとする。

１ ケーシング本体、２ モーター、２ａ ステーター、２ｂ モーターローター、３ スクリューローター、３ａ スクリュー溝、４ スクリュー軸、５ 圧縮室、６ 吐出室、７ 吐出口、８ 可変Ｖｉ弁、８ａ 弁本体、８ｂ ガイド部、８ｃ 連結部、８ｄ 吐出口側端部、８ｅ 吐出口側端部、８ｆ 吐出空隙、８ｇ 吸込側端部、８ｈ 駆動装置側端部、９ ロッド、１０ 駆動装置、１１ シリンダー、１２ ピストン、１３ シリンダー室、１３ａ シリンダー室、１３ｂ シリンダー室、１４ａ 電磁弁、１４ｂ 電磁弁、１５ａ 流路、１５ｂ 流路、１５ｃ 流路、１６ 吸込室、１７ ピストンロッド、１８ 取付板、１１３ａ 圧力導入孔、１１３ｂ 圧力導入孔。

本発明に係るスクリュー圧縮機は、内部容積比であるＶｉ値を可変にする可変Ｖｉ弁を含む内部容積比可変機構を備えたスクリュー圧縮機であって、可変Ｖｉ弁の位置を２段階で制御するものであり、Ｖｉ値を大とするときの可変Ｖｉ弁の位置は、圧縮機運転範囲において、予め決められた高負荷条件または高圧縮比条件での運転時における圧縮機効率が予め設定された設定効率以上となるＶｉ値となるように設定されているものである。

Claims (6)

1. 内部容積比であるＶｉ値を可変にする可変Ｖｉ弁を含む内部容積比可変機構を備えたスクリュー圧縮機であって、
   前記可変Ｖｉ弁の位置を２段階で制御するものであり、
   前記Ｖｉ値を大とするときの前記可変Ｖｉ弁の位置は、
   予め決められた高負荷条件または高圧縮比条件での運転時における圧縮機効率が予め設定された設定効率以上となるＶｉ値となるように設定されているスクリュー圧縮機。
2. 内部容積比であるＶｉ値を可変にする可変Ｖｉ弁を含む内部容積比可変機構を備えたスクリュー圧縮機であって、
   前記可変Ｖｉ弁の位置を２段階で制御するものであり、
   前記Ｖｉ値を大とするときの前記可変Ｖｉ弁の位置は、
   定格性能が予め設定された設定性能以上となるＶｉ値となるように設定されているスクリュー圧縮機。
3. 前記Ｖｉ値を小とするときの前記可変Ｖｉ弁の位置は、
   ４つの運転負荷毎に重みを付けて算出される期間成績係数において、重みが大きい上位１つ〜３つの運転負荷における成績係数のそれぞれと、前記運転負荷に対応する前記重みとを乗算した値が予め設定された設定値以上となるＶｉ値となるように設定されている請求項１または請求項２記載のスクリュー圧縮機。
4. 前記内部容積比可変機構は、
   前記可変Ｖｉ弁に連結されたピストンと、
   前記ピストンを収容するシリンダーとを備え、
   前記シリンダーの内部は、前記ピストンにより２つの空間室に区間され、
   前記２つの空間室は、前記可変Ｖｉ弁に近い順に、常時吐出圧力を導入するシリンダー室と、弁手段を介して吸込圧力または吐出圧力を導入するシリンダー室として配置されている請求項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. 前記内部容積比可変機構は、
   前記可変Ｖｉ弁に連結されたピストンと、
   前記ピストンを収容するシリンダーとを備え、
   前記シリンダーの内部は、前記ピストンにより２つの空間室に区間され、
   前記２つの空間室は、前記可変Ｖｉ弁に近い順に、弁手段を介して吸込圧力または吐出圧力を導入するシリンダー室と、常時吸込圧力を導入するシリンダー室として配置されている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
6. インバーター回転数制御により容量制御を行う請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。

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