WO2017145251A1

WO2017145251A1 - スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置

Info

Publication number: WO2017145251A1
Application number: PCT/JP2016/055145
Authority: WO
Inventors: 雅浩神田; 雅章上川; 英彰永田; 下地　美保子
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2016-02-23
Filing date: 2016-02-23
Publication date: 2017-08-31
Also published as: EP3421800A1; EP3421800B1; EP3421800A4

Abstract

　吐出ポート弁の制御を簡素化する高効率なスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置を得る。中空部を有するケーシング本体と、ケーシング本体の中空部内で回転軸を中心に回転するスクリューロータと、ケーシング本体の中空部の径方向外側に形成され、スクリューロータの回転軸方向に延びる半円筒状溝と、半円筒状溝内に収容された吐出ポート弁と、を備え、吐出ポート弁は、スクリューロータの外周と対向する吐出口が開口した縁部を、吐出流路の流路面積を段階的に変化させる階段形状に形成された。

Description

スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置

　本発明は、複雑な制御を必要としないスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置に関する。

　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を調整可能にするスライド弁である可変Ｖｉ弁を備え、運転圧力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ようにした技術が知られている（たとえば、特許文献１参照）。

　スクリュー圧縮機に使用する従来の可変Ｖｉ弁は、特許文献１の図１、図２に示されるように制御される。具体的には、可変Ｖｉ弁は、吐出圧力ＨＰと吸込圧力ＬＰとから最適Ｖｉ値を演算し、位置検出手段から現Ｖｉ値を求め、現Ｖｉ値と最適Ｖｉ値との差が小さくなるように可変Ｖｉ弁に連結した駆動装置により制御される。さらに、可変Ｖｉ弁は、実運転時の最適Ｖｉ値に近づけるために、モータ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。

　ここで、スクリュー圧縮機における内部容積比Ｖｉというのは、たとえば特許文献２に開示されているように、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。
　従来の吐出ポート弁は、スクリューロータの外周と対向する吐出ポート弁の吐出側縁部を、スクリューロータの回転軸の軸方向面とその直交面とが屈曲した段差の無い角部形状になっている。これにより、吐出口における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積は、スクリューロータのランド部と吐出ポート弁の吐出側縁部との間の大きさになる。そのため、固定タイプの従来の吐出ポート弁で吐出口が開き始めるタイミングを決定すると、吐出口における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積がスクリューロータの回転を伴う時間経過に応じて広がるように自動的に定まる。
　空気調和装置の年間の運転時間の大部分を占める低圧縮比かつ低流量の低負荷運転に内部容積比Ｖｉを合わせると、高圧縮比かつ高流量の高負荷運転では、吐出口が吐出圧力に到達する前に吐出ポートに開口する。さらに、開口後の吐出口における冷媒流通最小面積が大きいために、冷媒ガスが圧縮室内に大量に逆流し、不適正圧縮損失が生じる。
　一方、高負荷運転に内部容積比Ｖｉを合わせると、低負荷運転では、吐出ポートに開口するまでに冷媒ガスは高圧側圧力以上に過圧縮され、過圧縮による不適正圧縮損失が増大し、年間を通じた効率の低下を招く。

特許第４１４７８９１号公報特開昭６２－８７６８７号公報

　そこで、従来から可変Ｖｉ弁を用いたスクリュー圧縮機が提案されている。しかし、可変Ｖｉ弁を制御するためには、複雑な制御部が必要であり、コストが増加してしまう課題があった。

　本発明は、上記課題を解決するためのものであり、吐出ポート弁の制御を簡素化する高効率なスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置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、中空部を有するケーシング本体と、前記ケーシング本体の前記中空部内で回転軸を中心に回転するスクリューロータと、前記ケーシング本体の前記中空部の径方向外側に形成され、前記スクリューロータの回転軸方向に延びる半円筒状溝と、前記半円筒状溝内に収容された吐出ポート弁と、を備え、前記吐出ポート弁は、前記スクリューロータの外周と対向する吐出口が開口した縁部を、吐出流路の流路面積を段階的に変化させる階段形状に形成されたものである。

　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を備えたものである。

　本発明に係るスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置によれば、吐出ポート弁は、スクリューロータの外周と対向する吐出口が開口した縁部を、吐出流路の流路面積を段階的に変化させる階段形状に形成された。このため、吐出口における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積は、スクリューロータの回転を伴う時間経過に対して、スクリューロータのランド部と吐出ポート弁の階段形状に形成された縁部との間で調整できる。すなわち、吐出ポート弁の階段形状に形成された縁部では、スクリューロータの回転を伴う時間経過に対して、スクリューロータのランド部と対向する最小幅に設定される位置が階段形状に応じてずれていく。これにより、吐出ポート弁に複雑な制御を必要とせずに、低圧縮比から高圧縮比までの幅広い運転条件で不適正圧縮損失の影響を低減できる。このため、簡素で安価な構成を達成でき、年間の運転効率を高めることができる。

本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の圧縮原理のうち吸入行程を示す図である。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のうち圧縮行程を示す図である。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のうち吐出行程を示す図である。本発明の実施の形態１に係る不適正圧縮のうち不足圧縮の場合を示すＰＶ線図である。従来の不適正圧縮のうち不足圧縮の場合を示すＰＶ線図である。本発明の実施の形態１に係る不適正圧縮のうち過圧縮の場合を示すＰＶ線図である。従来の不適正圧縮のうち過圧縮の場合を示すＰＶ線図である。本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の開き始めの吐出口における冷媒流通最小面積を示す図である。本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の開き途中の吐出口における冷媒流通最小面積を示す図である。本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の最大近くに開くときの吐出口における冷媒流通最小面積を示す図である。本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機のスクリュー回転角度と冷媒流通最小面積との関係を示す図である。従来のスクリュー圧縮機の開き始めの吐出口における冷媒流通最小面積を示す図である。従来のスクリュー圧縮機の開き途中の吐出口における冷媒流通最小面積を示す図である。従来のスクリュー圧縮機の最大近くに開くときの吐出口における冷媒流通最小面積を示す図である。従来のスクリュー圧縮機のスクリュー回転角度と冷媒流通最小面積との関係を示す図である。本発明の実施の形態２に係る吐出ポート弁を示す模式図である。本発明の実施の形態２に係る吐出ポート弁の図９のＡ－Ａ断面を示す説明図である。本発明の実施の形態３に係る吐出ポート弁を示す模式図である。本発明の実施の形態３に係る吐出ポート弁の図１１のＢ－Ｂ断面を示す説明図である。本発明の実施の形態４に係る吐出ポート弁を示す模式図である。本発明の実施の形態４に係る吐出ポート弁の図１３のＣ－Ｃ断面を示す説明図である。本発明の実施の形態５に係るスクリュー圧縮機を適用した冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。

　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。

実施の形態１．
　（構成）
　図１は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００を示す概略構成図である。図１を用いてスクリュー圧縮機１００の概略構成を説明する。
　実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００は、シングルスクリュー圧縮機である。スクリュー圧縮機１００は、たとえば空気調和機、冷凍装置および給湯器などの幅広い圧縮比での運転が想定される冷凍サイクル装置に用いられている。

　図１に示すように、内部に中空部１ａを有する筒状のケーシング本体１と、ケーシング本体１内の中空部１ａに収容されたスクリューロータ２と、を備えている。

　スクリューロータ２の回転軸の軸線方向には、スクリューロータ２を回転駆動するモータ３を備えている。モータ３は、ケーシング本体１に固定されたステータ３ａと、ステータ３ａの内側に隙間を空けて配置されたモータロータ３ｂと、から構成される。モータ３は、図示しないインバータ方式で回転数が制御される。

　スクリューロータ２とモータロータ３ｂとは互いに回転軸の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。スクリューロータ２は、スクリュー軸４に固定されたモータロータ３ｂに連結されて回転駆動される。

　スクリューロータ２の外周面には、複数の螺旋状のスクリュー溝５が形成されている。
　スクリュー圧縮機１００の圧縮室６は、複数の螺旋状のスクリュー溝５、ケーシング本体１の中空部１ａを形成する内筒面、スクリューロータ２およびスクリューロータ２に噛み合わされる複数の歯を有する一対のゲートロータ７によって形成されている。

　ケーシング本体１は、図示しない隔壁によって吐出圧力側と吸込圧力側とが隔てられている。
　ケーシング本体１の吐出圧力側には、吐出流路８に開口する吐出口９が形成されている。

　ケーシング本体１の内筒面には、径方向外側に突出してスクリューロータ２の回転軸方向に延びる半円筒状の吐出ポート弁１０の収容溝１１が形成されている。収容溝１１が本発明の半円筒状溝に相当する。
　収容溝１１内には、吐出口９と吐出流路８の一部を形成している吐出ポート弁１０が設けられている。
　吐出ポート弁１０は、収容溝１１内で固定されている。収容溝１１は、スクリュー圧縮機１００の図示左端部の蓋材１２で塞がれるように図示左側に開口している。収容溝１１の開口は、吐出ポート弁１０を収容溝１１内に挿入するための開口になっている。

　吐出ポート弁１０は、吐出ポート弁１０の回転を抑制する機能を持たせた部材１０ａと、吐出口９の一部を形成する部材１０ｂと、の間に棒状の連結部１０ｃを設けて一体化させている。吐出ポート弁１０の形状は、後述する実施の形態における図９～図１４に示す通りである。
　吐出ポート弁１０は、スクリューロータ２の外周と対向する吐出口９が開口した縁部を、吐出流路８の流路面積を段階的に変化させる階段形状１３に形成されている。言い換えると、階段形状１３は、回転軸方向で吸込圧力側の吐出口９の一部を形成する部材１０ｂの吐出口９が開口した縁部に形成されている。

　階段形状１３は、１段または複数段であり、ここではＮ段とする。階段形状１３は、吐出口９の一部を形成する部材１０ｂの吐出口９が開口した縁部のみに形成されている。階段形状１３は、吐出ポート弁１０の吐出口９の一部を形成する部材１０ｂの端部にて、吐出口９から吐出流路８の下流側の径方向外側に向けて吐出流路８の回転軸方向の流路幅を段階的に狭くする。また、階段形状１３は、吐出ポート弁１０の吐出口９の一部を形成する部材１０ｂの端部にて、吐出ポート弁１０の回転を抑制する機能を持たせた部材１０ａから吐出流路８の上流側の回転軸側に向けて吐出流路８の流路面積を段階的に狭くする。

　吐出ポート弁１０は、吐出流路８の流路面積を段階的に狭くした階段形状１３の吐出流路８の下流側の径方向外側を一つの連結部側の端面１０ｄに形成し、かつ吐出ポート弁１０の回転を抑制する機能を持たせた部材１０ａの肉厚を減らし、吐出流路８の流路面積を拡大している。すなわち、吐出ポート弁１０は、吐出口９からの吐出流路８の流路面積を一旦小さく絞った後に拡大する。

　（動作）
　次に、実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の動作について説明する。
　図２Ａは、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮原理のうち吸入行程を示す図である。図２Ｂは、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮原理のうち圧縮行程を示す図である。図２Ｃは、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮原理のうち吐出行程を示す図である。

　図２Ａ～図２Ｃに示すように、スクリューロータ２がモータ３によりスクリュー軸４を介して回転させられることで、ゲートロータ７の歯が圧縮室６を形成するスクリュー溝５内を相対的に移動する。これにより、圧縮室６内では吸入行程、圧縮行程および吐出行程を１サイクルとして、この１サイクルを繰り返すようになっている。ここでは、図２Ａ～図２Ｃにおいて太線で囲った圧縮室６に着目して各行程について説明する。

　図２Ａでは、吸入行程における圧縮室６の状態を示している。スクリューロータ２がモータ３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２Ｂのように圧縮室６の容積が縮小して圧縮行程が実行される。

　引き続きスクリューロータ２が回転すると、図２Ｃに示すように、圧縮室６がケーシング本体１の内筒面と吐出ポート弁１０から形成される吐出口９に連通して吐出行程が実行される。これにより、圧縮室６内で圧縮された高圧の冷媒ガスが吐出口９より吐出流路８を通過してスクリュー圧縮機１００の外部へ吐出される。そして、再びスクリューロータ２の背面で同様の圧縮が行われる。

　（効果）
　次に、実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の効果について説明する。
　図３Ａは、本発明の実施の形態１に係る不適正圧縮のうち不足圧縮の場合を示すＰＶ線図である。図３Ｂは、従来の不適正圧縮のうち不足圧縮の場合を示すＰＶ線図である。図４Ａは、本発明の実施の形態１に係る不適正圧縮のうち過圧縮の場合を示すＰＶ線図である。図４Ｂは、従来の不適正圧縮のうち過圧縮の場合を示すＰＶ線図である。図５Ａは、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の開き始めの吐出口９における冷媒流通最小面積Ｓを示す図である。図５Ｂは、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の開き途中の吐出口９における冷媒流通最小面積Ｓを示す図である。図５Ｃは、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の最大近くに開くときの吐出口９における冷媒流通最小面積Ｓを示す図である。図６は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００のスクリュー回転角度と冷媒流通最小面積Ｓとの関係を示す図である。図７Ａは、従来のスクリュー圧縮機の開き始めの吐出口における冷媒流通最小面積Ｓを示す図である。図７Ｂは、従来のスクリュー圧縮機の開き途中の吐出口における冷媒流通最小面積Ｓを示す図である。図７Ｃは、従来のスクリュー圧縮機の最大近くに開くときの吐出口における冷媒流通最小面積Ｓを示す図である。図８は、従来のスクリュー圧縮機のスクリュー回転角度と冷媒流通最小面積Ｓとの関係を示す図である。

　図３Ｂに示す不足圧縮の場合には、圧縮室内の冷媒ガス圧力が高圧Ｐｄに達する前に圧縮室が吐出口と連通する。すなわち、図７Ａ～図７Ｃに示すように、従来のスクリュー圧縮機では、吐出口における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積Ｓがスクリューロータの回転を伴う時間経過に応じて広がるように自動的に定まる。図８に示すように、冷媒流通最小面積Ｓは、開き始めからスクリュー回転角度に対応して広がる。このため、図７Ａに示すように、吐出口が吐出圧力に到達する前に吐出ポートに開口する。さらに、図７Ｂに示すように、開口後の吐出口における冷媒流通最小面積Ｓが大きい。これにより、吐出流路の冷媒ガスが吐出口から圧縮室内へ逆流し、理想圧縮Ｐｉｄのパターンよりも急激に昇圧する従来圧縮Ｐ２のパターンになる。したがって、斜線部の面積分の動力増加が不足圧縮損失として損失となる。
　一方、図５Ａ～図５Ｃに示すように、実施の形態１では、高圧縮比でかつ高周波数の運転負荷率が大きい運転条件において、吐出口９における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積Ｓは、スクリューロータ２の回転を伴う時間経過に対して、スクリューロータ２のランド部２ａと吐出ポート弁１０の階段形状１３に形成された縁部との間で開き始めに広がらずに絞られるように調整される。冷媒流通最小面積Ｓが開き始めに広がらないように調整される調整部は、図６に示す１段のこぶ状になったＡ部である。このように、吐出ポート弁１０の階段形状１３に形成された縁部では、スクリューロータ２の回転を伴う時間経過に対して、スクリューロータ２のランド部２ａと対向する最小幅に設定される位置が階段形状１３に応じてずれていく。このため、図５Ｂに示すように、吐出口９に連通した直後に圧縮室６内へ不足圧縮による冷媒ガスの逆流が生じるタイミングでは、冷媒流通最小面積Ｓが小さい状態に維持される。よって、図３Ａに示す実施圧縮Ｐ１のパターンになり、斜線部の面積分の動力損失が改善され、冷媒ガスの逆流による動力増加の影響を小さく抑えることができる。

　図４Ｂに示す過圧縮の場合には、圧縮室６内の冷媒ガス圧力が高圧Ｐｄに達した後も、容積Ｖｄになるまで圧縮が継続されるため、従来圧縮Ｐ４のパターンになる。したがって、斜線部の面積分の動力増加が過圧縮損失として損失となる。
　一方、実施の形態１では、低圧縮比でかつ低周波数の運転負荷率が小さい運転条件においては、冷媒循環量が少ないため、図４Ａに示す実施圧縮Ｐ３のパターンになり、斜線部の面積分の動力損失が改善され、吐出圧力損失の影響を小さく抑え、動力増加の影響を小さく抑えることができる。

　以上のように、実施の形態１では、吐出ポート弁１０の吐出口９が開口した縁部をＮ段の階段形状１３に形成されている。
　この構成により、スクリュー溝５が吐出口９に連通した直後の吐出口９における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積Ｓが階段形状１３によって広がり難い。そしてその後に、スクリュー溝５が吐出側へ進むに伴い冷媒流通最小面積Ｓを拡大する。
　これにより、低圧縮比でかつ低周波数の運転負荷率が小さい運転条件において、冷媒循環量が少ないため、吐出圧力損失の影響を小さく抑え、動力増加の影響を小さく抑えることができる。
　一方、高圧縮比でかつ高周波数の運転負荷率が大きい運転条件において、吐出口９へ連通した直後に圧縮室６内へ不足圧縮による冷媒ガスの逆流が生じ易いタイミングがある。このとき、スクリューロータ２のランド部２ａと対向する最小幅に設定される位置が階段形状１３に応じてずれ、吐出口９における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積Ｓが小さく絞られている。そのため、冷媒ガスの逆流による動力増加の影響を小さく抑えることができる。

　すなわち、実施の形態１によれば、吐出ポート弁１０をスライドさせずに広い運転圧力比に対応した、吐出口９における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積Ｓを形成でき、広い運転範囲で高性能なスクリュー圧縮機１００を得ることができる。
　また、吐出ポート弁１０を可変Ｖｉ弁とするための可変Ｖｉ機構および制御が必要ないことから、小型で安価なスクリュー圧縮機１００を得ることができる。

実施の形態２．
　実施の形態１では階段形状１３の段数を１段および複数段を含むＮ段とした。実施の形態２では段数をＮ＝１の１段とした場合の構成について説明する。なお、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、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。

　図９は、本発明の実施の形態２に係る吐出ポート弁１０を示す模式図である。図１０は、本発明の実施の形態２に係る吐出ポート弁１０の図９のＡ－Ａ断面を示す説明図である。
　吐出ポート弁１０は、吐出ポート弁１０の回転を抑制する機能を持たせた部材１０ａと、吐出口９の一部を形成する部材１０ｂと、の間に棒状の連結部１０ｃを設けて一体化させたものである。
　吐出ポート弁１０は、ケーシング本体１の中空部１ａの径方向外側に形成され、スクリューロータ２の回転軸方向に延びる半円筒状の収容溝１１内に収容されて固定されている。
　吐出ポート弁１０は、スクリューロータ２の外周と対向する吐出口９が開口した縁部を、吐出流路８の下流側の径方向外側に位置をずらしていく１段の階段形状１３に形成されている。
　１段の階段形状１３とは、１段の段部端面１０ｅを有し、スクリューロータ２の外周に沿った面１０ｆを並んで２面有する形状である。

　ここで、冷凍サイクル装置においては、エネルギー消費効率を示す成績係数ＣＯＰの他に期間を通じた冷凍サイクル装置の成績係数である期間成績係数ＩＰＬＶがある。米国冷凍空調工業会において、期間成績係数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、運転時の負荷により成績係数が異なり、また７５％負荷時は年間の運転時間の４２％、５０％負荷時は年間の運転時間の４５％を占め、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においても同様の指標が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
　このように米国冷凍空調工業会と同様に、各運転負荷率によって重みが異なっている。すなわち、７５％負荷時は年間の運転時間の４７％、５０％負荷時は年間の運転時間の３７％を占め、この２条件における重みが大きくなっている。

　実施の形態２では、吐出ポート弁１０の階段形状１３の１つの段部端面１０ｅおよび連結部１０ｃ側の１つの端面１０ｄの端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶの重みが大きい２条件にて最適化して形成する。
　すなわち、２つの端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶの重みが大きいＢおよびＣの２条件にて最適化して形成する。
　端面傾斜は、ＢおよびＣの２条件の従来の階段形状でない吐出ポート弁がスライドする位置において対向するスクリューロータのランドの吐出側端に対応した曲面形状に形成される。

　この構成によれば、期間成績係数ＩＰＬＶの高いスクリュー圧縮機１００を得ることができる。また、吐出ポート弁１０は、可変Ｖｉ弁とするための機構および制御が必要ないことから、従来よりも小型で安価なスクリュー圧縮機１００を得ることができる。

実施の形態３．
　実施の形態２では階段形状１３の段数をＮ＝１の１段とした。実施の形態３では、段数をＮ＝２の２段とした場合の構成について説明する。なお、実施の形態３では実施の形態１、２との差異点を説明するものとし、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。

　図１１は、本発明の実施の形態３に係る吐出ポート弁１０を示す模式図である。図１２は、本発明の実施の形態３に係る吐出ポート弁１０の図１１のＢ－Ｂ断面を示す説明図である。
　吐出ポート弁１０は、吐出ポート弁１０の回転を抑制する機能を持たせた部材１０ａと、吐出口９の一部を形成する部材１０ｂと、の間に棒状の連結部１０ｃを設けて一体化させたものである。
　吐出ポート弁１０は、ケーシング本体１の中空部１ａの径方向外側に形成され、スクリューロータ２の回転軸方向に延びる半円筒状の収容溝１１内に収容されて固定されている。
　吐出ポート弁１０は、スクリューロータ２の外周と対向する吐出口９が開口した縁部を、吐出流路８の下流側の径方向外側に位置をずらしていく２段の階段形状１３に形成されている。
　２段の階段形状１３とは、２段の段部端面１０ｅを有し、スクリューロータ２の外周に沿った面１０ｆを並んで３面有する形状である。

　実施の形態３では、吐出ポート弁１０の階段形状１３の２つの段部端面１０ｅおよび連結部１０ｃ側の１つの端面１０ｄの端面傾斜を実施の形態２で示した期間成績係数ＩＰＬＶの重みが大きい３条件にて最適化して形成する。
　すなわち、３つの端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶの重みが大きいＢ、ＣおよびＤの３条件にて最適化して形成する。
　端面傾斜は、Ｂ、ＣおよびＤの３条件の従来の階段形状でない吐出ポート弁がスライドする位置において対向するスクリューロータのランドの吐出側端に対応した曲面形状に形成される。

　この構成によれば、実施の形態２よりも期間成績係数ＩＰＬＶの高いスクリュー圧縮機１００を得ることができる。また、吐出ポート弁１０は、可変Ｖｉ弁とするための機構および制御が必要ないことから、従来よりも小型で安価なスクリュー圧縮機１００を得ることができる。

実施の形態４．
　実施の形態３では階段形状１３の段数をＮ＝２の２段とした。実施の形態４では、段数をＮ＝３の３段とした場合の構成について説明する。なお、実施の形態４では実施の形態１～３との差異点を説明するものとし、実施の形態４で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。

　図１３は、本発明の実施の形態４に係る吐出ポート弁１０を示す模式図である。図１４は、本発明の実施の形態４に係る吐出ポート弁１０の図１３のＣ－Ｃ断面を示す説明図である。
　吐出ポート弁１０は、吐出ポート弁１０の回転を抑制する機能を持たせた部材１０ａと、吐出口９の一部を形成する部材１０ｂと、の間に棒状の連結部１０ｃを設けて一体化させたものである。
　吐出ポート弁１０は、ケーシング本体１の中空部１ａの径方向外側に形成され、スクリューロータ２の回転軸方向に延びる半円筒状の収容溝１１内に収容されて固定されている。
　吐出ポート弁１０は、スクリューロータ２の外周と対向する吐出口９が開口した縁部を、吐出流路８の下流側の径方向外側に位置をずらしていく３段の階段形状１３に形成されている。
　３段の階段形状１３とは、３段の段部端面１０ｅを有し、スクリューロータ２の外周に沿った面１０ｆを並んで４面有する形状である。

　実施の形態４では、吐出ポート弁１０の階段形状１３の３つの段部端面１０ｅおよび連結部１０ｃ側の１つの端面１０ｄの端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶのＡ、Ｂ、ＣおよびＤの４条件にて最適化して形成する。
　端面傾斜は、Ａ、Ｂ、ＣおよびＤの４条件の従来の階段形状でない吐出ポート弁がスライドする位置において対向するスクリューロータのランドの吐出側端に対応した曲面形状に形成される。

　この構成によれば、実施の形態３よりも期間成績係数ＩＰＬＶの高いスクリュー圧縮機１００を得ることができる。また、吐出ポート弁１０は、可変Ｖｉ弁とするための機構および制御が必要ないことから、従来よりも小型で安価なスクリュー圧縮機１００を得ることができる。

実施の形態５．
　図１５は、本発明の実施の形態５に係るスクリュー圧縮機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１５に示すように、冷凍サイクル装置２００は、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、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１～４のスクリュー圧縮機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、たとえば空気調和機、冷凍装置および給湯器などが挙げられる。

　以上の実施の形態１～５によると、スクリュー圧縮機１００は、中空部１ａを有するケーシング本体１を備えている。ケーシング本体１の中空部１ａ内で回転軸を中心に回転するスクリューロータ２を備えている。ケーシング本体１の中空部１ａの径方向外側に形成され、スクリューロータ２の回転軸方向に延びる半円筒状の収容溝１１を備えている。収容溝１１内に収容された吐出ポート弁１０を備えている。吐出ポート弁１０は、スクリューロータ２の外周と対向する吐出口９が開口した縁部を、吐出流路８の流路面積を段階的に変化させる階段形状１３に形成されている。
　この構成によれば、吐出ポート弁１０は、スクリューロータ２の外周と対向する吐出口９が開口した縁部を、吐出流路８の流路面積を段階的に変化させる階段形状１３に形成されている。このため、吐出口９における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積Ｓは、スクリューロータ２の回転を伴う時間経過に対して、スクリューロータ２のランド部２ａと吐出ポート弁１０の階段形状１３に形成された縁部との間で調整できる。すなわち、吐出ポート弁１０の階段形状１３に形成された縁部では、スクリューロータ２の回転を伴う時間経過に対して、スクリューロータ２のランド部２ａと対向する最小幅に設定される位置が階段形状１３に応じてずれていく。これにより、吐出ポート弁１０に複雑な制御を必要とせずに、低圧縮比から高圧縮比までの幅広い運転条件で不適正圧縮損失の影響を低減できる。このため、簡素で安価な構成を達成でき、年間の運転効率を高めることができる。

　吐出ポート弁１０は、吐出ポート弁１０の回転を抑制する機能を持たせた部材１０ａと、吐出口９の一部を形成する部材１０ｂと、の間に棒状の連結部１０ｃを設けて一体化させている。階段形状１３は、吐出口９の一部を形成する部材１０ｂの吐出口９が開口した縁部に形成されている。
　この構成によれば、吐出ポート弁１０の制御を簡素化して広い運転圧力比に対応した、吐出口９における実際に冷媒が流れる冷媒流通最小面積Ｓを形成でき、広い運転範囲で高性能なスクリュー圧縮機１００を得ることができる。
　また、吐出ポート弁１０を可変Ｖｉ弁とするための制御が簡素化されることから、小型で安価なスクリュー圧縮機１００を得ることができる。

　吐出ポート弁１０は、固定されている。
　この構成によれば、吐出ポート弁１０をスライドさせずに広い運転圧力比に対応した吐出流路８を形成でき、広い運転範囲で高性能なスクリュー圧縮機１００を得ることができる。
　また、吐出ポート弁１０を可変Ｖｉ弁とするための可変Ｖｉ機構および制御が必要ないことから、小型で安価なスクリュー圧縮機１００を得ることができる。

　階段形状１３は、１段であり、階段形状１３の端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶの重みが大きい２条件にて最適化して形成されている。
　この構成によれば、期間成績係数ＩＰＬＶの高いスクリュー圧縮機１００を得ることができる。

　階段形状１３は、２段であり、階段形状１３の端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶの重みが大きい３条件にて最適化して形成されている。
　この構成によれば、期間成績係数ＩＰＬＶの高いスクリュー圧縮機１００を得ることができる。

　階段形状１３は、３段であり、階段形状１３の端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶが算出される４条件にて最適化して形成されている。
　この構成によれば、期間成績係数ＩＰＬＶの高いスクリュー圧縮機１００を得ることができる。

　冷凍サイクル装置２００は、スクリュー圧縮機１００を備えている。
　この構成によれば、簡素で安価な構成を達成でき、年間の運転効率を高めることができる。

　なお、上記実施の形態では、吐出ポート弁１０は、収容溝１１内に固定されていた。しかし、吐出ポート弁１０は、たとえば駆動パターンを２パターンのみなどに簡素化した制御で駆動されるものでもよい。このような場合であっても、制御を簡素化して不適正圧縮損失を改善することができる。また、上記階段形状１３は、圧縮容量を調整可能なスライド弁へ適用してもよい。

　また、上記実施の形態では、スクリュー圧縮機としてシングルスクリュー圧縮機を用いて説明した。しかし、その他にスクリュー圧縮機としてツインスクリュー圧縮機を用いてもよい。

　１　ケーシング本体、１ａ　中空部、２　スクリューロータ、２ａ　ランド部、３　モータ、３ａ　ステータ、３ｂ　モータロータ、４　スクリュー軸、５　スクリュー溝、６　圧縮室、７　ゲートロータ、８　吐出流路、９　吐出口、１０　吐出ポート弁、１０ａ　吐出ポート弁の回転を抑制する機能を持たせた部材、１０ｂ　吐出口の一部を形成する部材、１０ｃ　連結部、１０ｄ　連結部側端面、１０ｅ　段部端面、１０ｆ　スクリューロータの外周に沿った面、１１　収容溝、１２　蓋材、１３　階段形状、８０　凝縮器、８１　膨張弁、８２　蒸発器、１００　スクリュー圧縮機、２００　冷凍サイクル装置。

Claims

　中空部を有するケーシング本体と、
　前記ケーシング本体の前記中空部内で回転軸を中心に回転するスクリューロータと、
　前記ケーシング本体の前記中空部の径方向外側に形成され、前記スクリューロータの回転軸方向に延びる半円筒状溝と、
　前記半円筒状溝内に収容された吐出ポート弁と、
を備え、
　前記吐出ポート弁は、前記スクリューロータの外周と対向する吐出口が開口した縁部を、吐出流路の流路面積を段階的に変化させる階段形状に形成されたスクリュー圧縮機。
　前記吐出ポート弁は、前記吐出ポート弁の回転を抑制する機能を持たせた部材と、前記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おり、
　前記階段形状は、前記吐出口の一部を形成する部材の前記吐出口が開口した縁部に形成された請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
　前記吐出ポート弁は、固定された請求項１または２に記載のスクリュー圧縮機。
　前記階段形状は、１段であり、前記階段形状の端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶの重みが大きい２条件にて最適化して形成された請求項１～３のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　前記階段形状は、２段であり、前記階段形状の端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶの重みが大きい３条件にて最適化して形成された請求項１～３のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　前記階段形状は、３段であり、前記階段形状の端面傾斜を期間成績係数ＩＰＬＶが算出される４条件にて最適化して形成された請求項１～３のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　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。