WO2001021958A1

WO2001021958A1 - Compresseur a vis et refrigerateur

Info

Publication number: WO2001021958A1
Application number: PCT/JP2000/005687
Authority: WO
Inventors: Kaname Otsuka; Hiroyuki Yoneda
Original assignee: Daikin Industries, Ltd.
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 2000-08-24
Publication date: 2001-03-29
Also published as: EP1132621A1; CN1336987A; JP2001090684A; EP1132621A4

Description

明細書スクリユー圧縮機および冷凍装置技術分野

この発明は、冷媒ガス等を圧縮するスクリユー圧縮機およびそのスクリユー圧縮機を使用する冷凍装置に関する。背景技術

従来、スクリュー圧縮機は、シリンダ内にスクリューロータを回転自在に嵌合してなる圧縮部と、このスクリユーロータを一定速度で回転駆動するモータを備えている。そして、このスクリュー圧縮機は、図 3に示すように、スクリュー口ータ 1によって圧縮を開始する位置を、ピストン 2によってバルブアーム 3、連結棒 4， 4を介して進退駆動されるスライドバルブ 5 , 5によって制御して、容量制御をするようにしている。すなわち、部分負荷時には、上記モータの回転速度を全負荷時と同じにした状態で、スライドバルブ 5， 5を後退させて、スクリユーロータ 1の圧縮開始を遅らせて、吐出容量を減ずるようにしている。

しかしながら、上記従来のスクリュー圧縮機では、部分負荷時に、スライドバルブ 5， 5で容量制御しており、一度圧縮したガスを吸入側にバイパスさせる方式であったため、部分負荷効率が悪いという問題があった。

また、図示しないが、このようなスライドバルブを有するスクリュー圧縮機を有する冷凍装置において、ェコノマイザ一回路を設ける場合がある。このェコノマイザ一回路は、シリンダとスクリューロータとの間に形成される圧縮室に、膨張弁の上流側から冷媒を噴出し、蒸発器への液冷媒の温度を下げて液冷媒のェンタルピーを下げることにより、冷凍能力を増加させるとともに冷凍サイクルの効率向上するものである。しかし、このェコノマイザ一回路は、全負荷時には効果があるが、スライドバルブを後退させた部分負荷時には、圧縮室が密閉される前に、その圧縮室に冷媒ガスを噴出することになるから、スクリュー圧縮機の蒸発器側からの冷媒ガスの吸入量が少なくなつて、効率が悪くなる。すなわち、スクリュー圧縮機をスライドバルブで容量制御する場合には、ェコノマイザ一回路を設けても、部分負荷時には効率を上げることができないという問題がある。発明の開示

そこで、この発明の課題は、部分負荷時の効率を高めることができるスクリュ一圧縮機および部分負荷領域でもェコノマイザ一回路の効果を発揮できる冷凍装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のスクリュー圧縮機は、

シリンダとそのシリンダに回転自在に嵌合したスクリユーロータとを有する圧縮部と、上記スクリューロータを駆動するモータと、上記圧縮部のシリンダとスクリユーロータとの間の圧縮室に冷媒ガスを噴出するェコノマイザ一通路とを備えて、スライドバルブを備えていないスクリュー圧縮機本体と、

上記モータの回転数を制御して圧縮部からの吐出容量を制御するィンバータとを備えることを特徴としている。

上記構成によれば、インバータによるモーターの回転制御により、スクリュー圧縮機本体の容量制御を広い範囲に渡って、連続的に制御できる。つまり、従来のバイパス方式の容量制御と比べ、圧縮機の押しのけ量を変化させる容量制御方式となるため、部分負荷時の効率は向上する。

しかも、上記スクリュー圧縮機本体には、スライドバルブがないから、部分負荷時でも、圧縮室が密閉された状態で、その圧縮室にェコノマイザ一通路から冷媒ガスあるいは 2相状態の冷媒が噴出される。したがって、ェコノマイザ一通路から圧縮室に冷媒を噴出しても、スクリュー圧縮機本体の吸い込み冷媒ガスの容量が少なくなることがない。したがって、部分負荷時に、モータ、スクリユー口ータの回転数が少ないことと、圧縮室への吸い込み冷媒ガスの容量を減らさないで、ェコノマイザ一通路から噴出された冷媒による冷却効果が発揮できることとによって、部分負荷時の効率を極めて向上できる。

このように効率を向上できることと、インバータでモ一タを高速で回転できることとによって、スクリュー圧縮機本体を小型化でき、また、ひいては、スクリユー圧縮機の製造コストを低減できる。この発明の冷凍装置は、

上記スクリュー圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器とをループ状に接続した主冷媒回路と、

上記凝縮器の下流側、かつ、蒸発器の上流側の主冷媒回路と上記ェコノマイザ —通路とを接続するェコノマイザ一回路と

を備えることを特徴としている。

上記構成によれば、上記スクリュー圧縮機を備えるので、上記スクリュー圧縮機の作用効果を奏することができる。さらに、上記ェコノマイザ一回路は、凝縮器で冷やされた冷媒をェコノマイザ一通路を通して圧縮室に噴出するので、圧縮室内の加圧された冷媒ガスを確実に冷却できる。

1実施の形態の発明の冷凍装置は、上記膨張手段は第 1膨張手段と第 2膨張手段とからなり、上記ェコノマイザ一回路は上記第 1膨張手段と第 2膨張手段との間の主冷媒回路とェコノマイザ一通路とを接続する。

上記構成によれば、ェコノマイザ一回路は、凝縮器で液化された液冷媒を第 1 膨張手段で断熱膨張させ、そのガス相のみをェコノマイザ一通路を介して圧縮室に噴出する。このとき、蒸発器に導かれる液冷媒のェンタルピーは、第 2膨張手段上流での飽和圧力相当値まで低下し、結果、冷凍能力が増加し、さらには、冷凍サイクルの効率が向上するのである。

1実施の形態では、上記凝縮器と蒸発器との間の主冷媒回路に気液分離器を設け、この気液分離器からェコノマイザ一回路及びェコノマイザ一通路を通して、冷媒ガスを圧縮室に噴出する。

上記構成によれば、主冷媒回路の冷媒が気液分離器で液冷媒とガス冷媒とに分離された後、この冷媒ガスがェコノマイザ一回路、ェコノマイザ一通路を介して、圧縮室に噴出される。こうすることによって、圧縮室にガス冷媒のみを噴出できて液圧縮の恐れがなくなる一方、蒸発器に送られる冷媒における液冷媒の割合が高くなつて、冷凍サイクルの効率が高くなる。

1実施の形態では、上記インバータによって、モータの回転数を制御してスクリユー圧縮機を部分負荷運転する容量制御時に、上記気液分離器で分離されたガス冷媒をェコノマイザ一回路及びェコノマイザ一通路を介して圧縮室に噴出する。上記構成によれば、全負荷時と圧縮開始位置が同じで、スクリューロータの回転速度で容量制御をする部分負荷運転をする容量制御時に、シリンダとスクリュ —ロータとの間の圧縮室が密閉された後に、その圧縮室に、気液分離器で分離されたガス冷媒がェコノマイザ一回路及びェコノマイザ一通路を介して噴出される。したがって、ェコノマイザ一通路から圧縮室に冷媒ガスを噴出しても、スクリュ一圧縮機本体の蒸発器側からの吸、込みガス冷媒の容量が少なくなることがな!/ヽ。したがって、部分負荷時に、モータ、スクリューロータの回転数が少ないことと、圧縮室への吸レ、込みガス冷媒の容量を減らさな、で、ェコノマイザ一通路から噴出されたガス冷媒による冷却効果が発揮できることとによって、部分負荷時の効率を極めて向上できる。

1実施の形態では、上記シリンダとスクリユーロータとの間に形成した第 1圧縮室と第 2圧縮室とにェコノマイザ一通路を介してェコノマイザ一回路を連通させる。

上記構成によれば、第 1、第 2圧縮室の両方にェコノマイザ一通路を介してェコノマイザ一回路を連通させるので、確実に、ェコノマイザ一効果を発揮できる。図面の簡単な説明

図 1はこの発明の実施の形態のスクリユー圧縮機の要部の縦断面図である。図 2はこの発明の実施の形態の冷凍装置の回路図である。

図 3はこの発明の実施の形態の冷凍装置の回路図である。発明を実施するための最良の形態

以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。

図 1に示すように、このスクリュー圧縮機 2 0は、スクリュー圧縮機本体 2 1 とインバータ 2 2とからなる。上記スクリュー圧縮機本体 2 1は、ケーシング 2

5内に圧縮部 2 6とモータ 2 7とを設けている。

上記圧縮部 2 6は、ケーシング 2 5と一体に形成したシリンダ 3 1内に、主軸

3 2の一端に一体に形成したスクリユーロータ 3 3を回転自在に嵌合している。この圧縮部 2 6には、スライドバルブを設けていなくて、インバータ 2 2でモータ 2 7の回転数を制御して、容量制御をするようにしている。さらに、図示しないが、図 1において、矢印 E 1に示す箇所よりも少し紙面の裏側で、シリンダー 3 1とスクリユーロータ 3 3との間の圧縮室 C 1に連通するェコノマイザ一通路を設けると共に、矢印 E 2に示す箇所よりも少し紙面の表側で、シリンダ一 3 1 とスクリユーロータ 3 3との間の圧縮室 C 2に連通するェコノマイザ一通路を設けている。上記ェコノマイザ一通路は、図 2に示すェコノマイザ一回路 7 0に連通している。

一方、上記主軸 3 2の他端には、モータ 2 7のロータ 3 5を固定し、モータ 2 7のステータ 3 6はケーシング 2 5に固定している。このモータ 2 7はインバータ 2 2に接続してレヽる。

図 2は、上記スクリュー圧縮機 2 0を有する冷凍装置の回路図である。この冷凍装置は、スクリュー圧縮機 2 0と、凝縮器 4 0と、第 1膨張手段の一例としての第 1膨張弁 4 5と、気液分離タンク 5 0と、第 2膨張手段の一例としての第 2 膨張弁 5 5と、蒸発器 6 0とを順次ループ状に接続して、主冷媒回路 6 5を形成している。上記気液分離タンク 5 0の気相の部分と上記スクリュー圧縮機 2 0のェコノマイザ一通路とをェコノマイザ一回路 7 0で接続している。

上記構成のスクリユー圧縮機 2 0では、インバータ 2 2によって負荷に応じてモータ 2 7の回転速度を制御して、スクリユー圧縮機本体 2 1の容量制御を広い範囲にわたって行う。スクリュー圧縮機本体 2 1の部分負荷時には、インバータ 2 2によってモータ 2 7の回転速度を全負荷時の回転速度よりも小さくして、モータ 2 7、スクリューロータ 3 3は必要な数しか回転させないので、部分負荷時の効率が向上する。

また、上記スクリュー圧縮機本体 2 1は、スライドバルブが設けられていなくて、部分負荷時でも全負荷時と圧縮開始^ Ϊ置が同じで、スクリューロータ 3 3の回転速度で容量制御をする。したがって、部分負荷時でも、シリンダ 3 1とスクリューロータ 3 3との間の圧縮室 C 1， C 2が密閉された後に、その圧縮室 C 1 , C 2にェコノマイザ一通路から冷媒ガスが噴出される。したがって、ェコノマイザ一通路から圧縮室 C l， C 2に冷媒を噴出しても、スクリュー圧縮機本体 2 1 の蒸発器 6 0側からの吸い込み冷媒ガスの容量が少なくなることがない。したがつて、部分負荷時に、モータ 2 7、スクリューロータ 3 3の回転数が少ないことと、圧縮室 C l， C 2への吸い込み冷媒ガスの容量を減らさないで、ェコノマイザ一通路から噴出された冷媒による冷却効果が発揮できることとによって、部分負荷時の効率を極めて向上できる。

さらに、上記凝縮器 4 0で冷却され、さらに、第 1膨張弁 4 5で断熱膨張して温度が低下した冷媒が気液分離タンク 5 0で液冷媒とガス冷媒に分離され、このガス冷媒がェコノマイザ一回路 7 0、ェコノマイザ一通路を介して、圧縮室 C l， C 2に噴出される。このとき、蒸発器に導かれる液冷媒のェンタルピーは、第 2 膨張手段上流での飽和圧力相当値まで低下し、結果、冷凍能力が増加し、さらには、冷凍サイクルの効率が向上するのである。

このように、スクリュー圧縮機本体 2 1にスライドバルブを設けないで、モータ 2 7の回転速度をインバータ 2 2で制御することによって、スクリユー圧縮機本体 2 1の容量制御をすることと、凝縮器 4 0および第 1膨張弁 4 5の下流側の気液分離タンク 5 0から、ェコノマイザ一回路 7 0、ェコノマイザ一通路を通して低温の冷媒ガスを部分負荷時でも密閉した状態の圧縮室 C 1 , C 2に噴出して、蒸発器 6 0側からの吸い込み冷媒ガスの量を減らすことなくェコノマイザ一効果を発揮できることとが相俟って、全運^ S域、特に、部分負荷領域において効率を極めて向上できる。

また、上記スクリユー圧縮機 2 0は、スライドバルブおよびそのための駆動シリンダ等を有しないことと、スクリューロータ 3 3をインバータ 2 2によってモータ 2 7で高速回転できることと、上述のようにェコノマイザ一効果で効率が高いこととが相俟って、スクリユー圧縮機 2 0および冷凍装置を小型化でき、かつ、それらの製造コストを低減できる。

なお、上記実施の形態では、スクリュー圧縮機本体 2 1において圧縮室にオイルインジェクションをしていないから、増速時の摺動部の粘性によるロスが削減でき、効率がさらに、高くなつている。

上記実施の形態では、第 1、第 2膨張弁 4 5， 5 5を用いたが、第 1膨張弁 4 5は取り除いてもよい。また、気液分離タンク 5 0も削除してもよレ、。また、膨張手段としてキヤビラリを用いてもよい。以上より明らかなように、この発明スクリュー圧縮機によれば、インバータによってモータの回転速度を制御して、容量制御して、モータ、スクリューロータは必要な数しか回転しなようにしているので、部分負荷時の効率が向上し、しかも、スライドバルブがないから、部分負荷時でも、圧縮室が密閉された状態で、その圧縮室にェコノマイザ一通路から冷媒を噴出するから、ェコノマイザ一通路から圧縮室に冷媒を噴出しても、吸い込み冷媒ガスの容量が少なくなることがなレ、。したがって、この発明によれば、部分負荷時に、モータ、スクリューロータの回転数が少ないことと、圧縮室への吸い込み冷媒ガスの容量を減らさないで、ェコノマイザ一通路から噴出された冷媒による冷却効果が発揮できることとによつて、部分負荷時の効率を極めて向上できる。また、このように効率を向上できることと、インバータでモータを高速で回転できることと、スライドバルブおよびその駆動シリンダがないこととによって、スクリュー圧縮機を小型化でき、かつ、スクリユー圧縮機の製造コストを低減できる。

また、この発明の冷凍装置によれば、上記スクリュー圧縮機を備えるので、上記スクリュー圧縮機の作用効果を奏することができ、さらに、凝縮器で冷やされた冷媒をェコノマイザ一回路およびェコノマイザ一通路を通して圧縮室に噴出するので、圧縮室内の加圧された冷媒ガスを確実に冷却できる。

Claims

請求の範囲

1. シリンダ（31) とそのシリンダ（3 1) に回転自在に嵌合したスクリュ —ロータ（33) とを有する圧縮部（26) と、上記スクリューロータ（33) を駆動するモータ（27) と、上記圧縮部（26) のシリンダ（31) とスクリユーロータ（33) との間の圧縮室（C I, C 2) に冷媒ガスを噴出するェコノマイザ一通路とを備えて、スライドバルブを備えていないスクリユー圧縮機本体 (21) と、

上記モータ（27) の回転数を制御して圧縮部（26) 力らの吐出容量を制御するインバータ（22) とを備えることを特徴とするスクリュー圧縮機。

2. 請求項 1のスクリュー圧縮機 (20) と、凝縮器（40) と、膨張手段 (45， 55) と、蒸発器（60) とをループ状に接続した主冷媒回路（65) と、

上記凝縮器（40) の下流側、かつ、蒸発器（60) の上流側の主冷媒回路 (65) と上記ェコノマイザ一通路とを接続するェコノマイザ一回路（70) とを備えることを特徴とする冷凍装置。

3. 請求項 2に記載の冷凍装置において、上記膨張手段は第 1膨張手段（4 5) と第 2膨張手段（55) とからなり、上記ェコノマイザ一回路（70) は上記第 1膨張手段（45) と第 2膨張手段（55) との間の主冷媒回路（65) とェコノマイザ一通路とを接続することを特徴とする冷凍装置。

4. 請求項 2に記載の冷凍装置において、上記凝縮器（40) と蒸発器（6 0) との間の主冷媒回路（65) に気液分離器（50) を設け、この気液分離器

(50) からェコノマイザ一回路（70) 及びェコノマイザ一通路を通して、冷媒ガスを圧縮室（C l， C 2) に噴出することを特徴とする冷凍装置。

5. 請求項 2に記載の冷凍装置において、上記インバータ（22) によって、モータ（27) の回転数を制御してスクリュー圧縮機（20) を部分負荷運転する容量制御時に、上記気液分離器（50) で分離されたガス冷媒をェコノマイザ一回路（70) 及びェコノマイザ一通路を介して圧縮室（C l， C 2) に噴出することを特徴とする冷凍装置。

6. 請求項 2に記載の冷凍装置において、上記シリンダとスクリューロータとの間に形成した第 1圧縮室（C 1) と第 2圧縮室（C2) とにェコノマイザ一通路を介してェコノマイザ一回路（70) を連通させたことを特徴とする冷凍装置。