WO2020245932A1

WO2020245932A1 - スクリュー圧縮機及び冷凍サイクル装置

Info

Publication number: WO2020245932A1
Application number: PCT/JP2019/022282
Authority: WO
Inventors: 優木庭
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2019-06-05
Filing date: 2019-06-05
Publication date: 2020-12-10
Also published as: EP3981987A4; EP3981987A1

Abstract

スクリュー圧縮機は、ケーシングと、スクリューロータと、ゲートロータと、スライドバルブと、を備え、スクリューロータに吸入前の低圧冷媒を流通させる低圧流路と、吐出口から吐出された高圧冷媒を流通させる高圧流路と、低圧流路と高圧流路とを合流させる合流流路と、が設けられ、低圧流路、高圧流路又は合流流路の少なくとも１つには、冷媒の圧力を切り替える圧力切替機構が配置され、合流流路は、下流側端部から圧力切替機構で圧力が切り替えられた圧力付与冷媒をスライドバルブの一方の端部に付与する。

Description

スクリュー圧縮機及び冷凍サイクル装置

　本発明は、スライドバルブとスライドバルブを圧力で移動させる圧力駆動機構とを備えるスクリュー圧縮機及び冷凍サイクル装置に関する。

　従来、容積型圧縮機の１つの形式としてスクリュー圧縮機が知られている。スクリュー圧縮機は、たとえば冷凍機などに内蔵された冷媒回路の構成部材として使用されている。

　スクリュー圧縮機としては、たとえば螺旋状の歯溝を有する１つのスクリューロータと、スクリューロータの歯溝に嵌り合う複数のゲートロータ歯部を有する２つのゲートロータと、がケーシングの内部に収納されたシングルスクリュー圧縮機が知られている。

　シングルスクリュー圧縮機は、スクリューロータの歯溝とゲートロータのゲートロータ歯部とが相互に噛み合い係合されて複数の圧縮室が形成されている。スクリューロータは、回転軸方向における一端が冷媒の吸入側であり、回転軸方向における他端が冷媒の吐出側である。ケーシングの内部は、圧縮室の吸入側に設けられた低圧冷媒の空間と、圧縮室の吐出側に設けられた高圧冷媒の空間と、に区画されている。

　スクリューロータは、ケーシングの内部に設けられた駆動部によって回転するスクリュー軸に固定されている。スクリュー軸の一方の軸端部は、内部に軸受を有する軸受ハウジングによって回転自在に支持されている。スクリュー軸の他方の軸端部は、駆動部に連結されている。

　スクリュー圧縮機は、駆動部によって回転するスクリュー軸を介してスクリューロータが回転駆動すると、低圧空間内の冷媒が圧縮室へ吸入されて圧縮され、圧縮室で圧縮された冷媒が高圧空間に吐出される。

　スクリュー圧縮機において、ケーシングの内筒面に形成されたスライド溝内に配置され、スクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に設けられた１対のスライドバルブが設けられている場合がある。スライドバルブは、スクリューロータの回転軸方向に移動し、圧縮室への冷媒の吸入タイミングと圧縮室で圧縮された高圧冷媒の吐出タイミングと高圧冷媒を吐出する吐出口の開度とを調整し、吸入容積と吐出容積との比である内部容積比（Ｖｉ）を調整させる。

　スライドバルブは、ケーシング内に設けられたシリンダ部と、シリンダ部内を前後２つの空間に仕切り、前後２つの空間の圧力差の変化に応じて移動するピストンと、ピストンとスライドバルブを連結する連結部材と、を有する。これらの構成によってスライドバルブの位置が調整される。

　特許文献１には、低圧冷媒の空間及び高圧冷媒の空間の圧力が圧力検出センサによって検出され、高低圧力比に応じた内部容積比になるように、ピストンによって区切られた空間の圧力が調整され、スライドバルブが移動する構造が提案されている。

　特許文献２には、スクリューロータの一端を保持する軸受ホルダにシリンダ部を構成し、軸受ホルダとシリンダ部とを一体化することにより、スクリュー圧縮機の小型軽量化を達成する構造が提案されている。

特開２０１３－３６４０３号公報特許第５９４３１０１号公報

　しかし、特許文献２の技術では、ピストン前後の空間の圧力差による駆動力をスライドバルブに伝達するために、ピストン端部に連結された１つの連結部材と、連結部材とスライドバルブを連結する２つの連結棒と、が必要である。このような構成による駆動部品は、特許文献１の技術と同等の構成部品数及び部品配置のための設置空間が必要である。このため、更なる小型軽量に加えて部品点数及び設置空間の削減が望まれている。

　本発明は、上記課題を解決するためのものであり、簡素な構成で部品点数及び設置空間を削減して小型軽量化が図られるスクリュー圧縮機及び冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本発明に係るスクリュー圧縮機は、筒状の内筒面部を有するケーシングと、前記ケーシングの内筒面部内に回転可能に収容され、外周に複数の螺旋溝を有するスクリューロータと、前記スクリューロータの螺旋溝に噛み合う歯を有するゲートロータと、前記スクリューロータで圧縮された高圧冷媒の吐出口の開度とを調整するスライドバルブと、を備え、前記スクリューロータに吸入前の低圧冷媒を流通させる低圧流路と、前記吐出口から吐出された高圧冷媒を流通させる高圧流路と、前記低圧流路と前記高圧流路とを合流させる合流流路と、が設けられ、前記低圧流路、前記高圧流路又は前記合流流路の少なくとも１つには、冷媒の圧力を切り替える圧力切替機構が配置され、前記合流流路は、下流側端部から前記圧力切替機構で圧力が切り替えられた圧力付与冷媒を前記スライドバルブの一方の端部に付与するものである。

　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るものである。

　本発明に係るスクリュー圧縮機及び冷凍サイクル装置によれば、合流流路は、下流側端部から圧力切替機構で圧力が切り替えられた圧力付与冷媒をスライドバルブの一方の端面に付与する。これにより、スライドバルブを圧力差に基づくピストンによって回転軸方向から駆動する駆動部品が廃止でき、駆動部品及び駆動部品に関連する部品群が削減でき、かつ、駆動部品を搭載していた設置空間を削減して圧縮機長さが短くなる。したがって、簡素な構成で部品点数及び設置空間を削減して小型軽量化が図られる。

実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を縦断面にて示す説明図である。実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の圧縮部の吸込行程を示す説明図である。実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の圧縮部の圧縮行程を示す説明図である。実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の圧縮部の吐出行程を示す説明図である。実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の圧縮部をスライドバルブが高Ｖｉ側に位置した状態で縦断面にて示す説明図である。実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の圧縮部をスライドバルブが低Ｖｉ側に位置した状態で縦断面にて示す説明図である。実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の圧縮部をスライドバルブが高Ｖｉ側に位置した状態で縦断面にて示す説明図である。実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の圧縮部をスライドバルブが低Ｖｉ側に位置した状態で縦断面にて示す説明図である。従来構造のスクリュー圧縮機の圧縮部を縦断面にて示す説明図である。実施の形態３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。

　以下には、図面に基づいて実施の形態が説明されている。なお、各図において、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。また、断面図の図面においては、視認性に鑑みて適宜ハッチングが省略されている。さらに、明細書全文に示す構成要素の形態は、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．
＜スクリュー圧縮機１００の構成＞
　図１は、実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００を縦断面にて示す説明図である。実施の形態１では、スクリュー圧縮機１００は、単段シングルスクリュー圧縮機である。

　図１に示すように、スクリュー圧縮機１００は、外郭を構成する円筒状の内筒面部を有するケーシング１と、ケーシング１の内部に設けられた圧縮部２及び駆動部３と、で構成されている。ケーシング１の内部は、低圧冷媒の存在する低圧空間４０と、高圧冷媒の存在する高圧空間４１と、に区画されている。

　圧縮部２は、スクリュー軸４と、スクリュー軸４に固定されたスクリューロータ５と、一対のゲートロータ６と、一対のスライドバルブ７と、スクリュー軸４の端部を回転自在に支持する軸受８を内部に有する軸受ハウジング９と、を備える。

　スクリュー軸４は、ケーシング１の管軸方向に延びている。スクリュー軸４の一方の軸端部は、スクリューロータ５の吐出側に対向して配置された軸受８によって回転自在に支持されている。スクリュー軸４の他方の軸端部は、駆動部３に連結されている。スクリュー軸４は、駆動部３によって回転させられる。

　スクリューロータ５は、ケーシング１の内筒面部に回転可能に収容されている。スクリューロータ５は、円柱体の外周に複数の螺旋溝として螺旋状の歯溝５ａを有する。スクリューロータ５は、スクリュー軸４に固定されている。スクリューロータ５は、駆動部３によって回転するスクリュー軸４と共に回転する。スクリューロータ５の回転軸方向における低圧空間４０側が冷媒の吸入側である。スクリューロータ５の回転軸方向における高圧空間４１側が吐出側である。

　ゲートロータ６は、外周にスクリューロータ５の歯溝５ａに噛み合う複数のゲートロータ歯部６ａ（図２参照）を有する。一対のゲートロータ６は、スクリューロータ５を径方向に挟むように配置されている。圧縮部２では、スクリューロータ５の歯溝５ａと、ゲートロータ６のゲートロータ歯部６ａが相互に噛み合い係合されて圧縮室２０（図２参照）が形成されている。スクリュー圧縮機１００は、１つのスクリューロータ５に対し、２つのゲートロータ６をスクリュー軸４の軸周りに１８０度ずらして対向させて配置した構成である。そのため、圧縮室２０は、図１上ではスクリュー軸４の上側とスクリュー軸４の下側とで２つ示されている。

　スライドバルブ７は、ケーシング１の内筒面に形成されたスライド溝内に設けられている。スライドバルブ７は、スクリューロータ５の回転軸方向にスライド移動自在に構成されている。スライドバルブ７は、たとえば内部容積比調整弁である。スライドバルブ７は、スクリューロータ５に対向する弁体部７０と、軸受ハウジング９の外周面に対向する摺動面を有するガイド部７１と、を備える。弁体部７０とガイド部７１とは、連結部７２によって連結されている。スライドバルブ７では、弁体部７０とガイド部７１との間が圧縮室２０で圧縮された冷媒の吐出口７ａになっている。吐出口７ａから吐出された冷媒は、ガイド部７１の背面側に形成された吐出ガス通路を通じて高圧空間４１に吐出される。

　スライドバルブ７は、低圧空間４０と高圧空間４１との間にわたって配置されている。スライドバルブ７の弁体部７０は、高圧空間４１よりも低圧空間４０に近い吸込側端部７０ａを有する。スライドバルブ７のガイド部７１は、低圧空間４０よりも高圧空間４１に近い吐出側端部７１ａを有する。

　スクリュー圧縮機１００は、スライドバルブ７の弁体部７０がスクリュー軸４と並行に移動する。これにより、スクリューロータ５の圧縮室２０から吐出される冷媒の吐出タイミングが調整される。

　具体的な吐出タイミングの調整として、スライドバルブ７は、吸込側に移動させて吐出口７ａの開口面積が広がると、吐出タイミングが早められる。一方、スライドバルブ７は、吐出側に移動させて吐出口７ａの開口面積が狭まると、吐出タイミングが遅らせられる。つまり、スクリュー圧縮機１００は、吐出タイミングを早めると低内部容積比（低Ｖｉ）の運転になり、吐出タイミングを遅らせると高内部容積比（高Ｖｉ）の運転になる。

　駆動部３は、電動機３０によって構成されている。電動機３０は、ケーシング１の内部に内接して固定されたステータ３１と、ステータ３１の内側に回転自在に配置されたモータロータ３２と、で構成されている。モータロータ３２は、スクリュー軸４の軸端部に接続されている。モータロータ３２は、スクリューロータ５と同一軸線上に配置されている。

　スクリュー圧縮機１００は、電動機３０が駆動されてスクリュー軸４が回転すると、スクリューロータ５を回転させる。なお、電動機３０は、図示しないインバータによって回転速度を変更可能に駆動され、スクリュー軸４の回転速度が加減速されて運転される。

＜スクリュー圧縮機１００の圧縮原理及び動作＞
　図２は、実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮部２の吸込行程を示す説明図である。図３は、実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮部２の圧縮行程を示す説明図である。図４は、実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮部２の吐出行程を示す説明図である。以下では、図２、図３及び図４に示すドットのハッチングで示した圧縮室２０に着目して各行程が説明されている。

　スクリュー圧縮機１００は、電動機３０が駆動すると、スクリュー軸４を介してスクリューロータ５が回転する。スクリューロータ５が回転すると、ゲートロータ６のゲートロータ歯部６ａが圧縮室２０内を相対的に回転する。これにより、圧縮室２０内では、図２に示す吸込行程、図３に示す圧縮行程及び図４に示す吐出行程がこの順に１つのサイクルとして繰り返される。

　先ず、図２に示す吸込行程では、ドットを付した圧縮室２０は、低圧空間４０に連通している。また、螺旋状の歯溝５ａは、図中の下側に位置するゲートロータ６のゲートロータ歯部６ａと噛み合わされている。スクリューロータ５が回転すると、ゲートロータ歯部６ａが歯溝５ａの終端へ向かって相対的に移動し、それに伴って圧縮室２０の容積が拡大する。その結果、低圧空間４０の低圧冷媒ガスが吸入口を通じて圧縮室２０へ吸い込まれる。スクリューロータ５が更に回転すると、図３に示す圧縮行程に移行する。

　次に、図３に示す圧縮行程では、ドットを付した圧縮室２０は、閉じ切り状態になっている。螺旋状の歯溝５ａは、図中の下側に位置するゲートロータ６のゲートロータ歯部６ａと噛み合わされ、ゲートロータ歯部６ａによって低圧空間４０から仕切られている。そして、圧縮室２０は、スクリューロータ５の回転に伴ってゲートロータ歯部６ａが歯溝５ａの終端へ向かって移動すると圧縮室２０の容積が次第に縮小する。その結果、圧縮室２０の冷媒ガスは、圧縮される。そして、スクリューロータ５が更に回転すると、図４に示す吐出行程に移行する。

　最後に、図４に示す吐出行程では、ドットを付した圧縮室２０は、吐出口７ａを介して高圧空間４１に連通している。そして、スクリューロータ５の回転に伴ってゲートロータ歯部６ａが歯溝５ａの終端へ向かって移動すると、圧縮された冷媒ガスが圧縮室２０から高圧空間４１に押し出されて行く。

＜実施の形態１の特徴＞
　図１に示すように、スクリュー圧縮機１００は、低圧流路５１と、高圧流路５２と、合流流路５３と、圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂと、を有する圧力駆動機構５０を備える。圧力駆動機構５０は、合流流路５３の下流側端部から圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂで圧力が切り替えられた低圧冷媒又は高圧冷媒のいずれか一方の圧力付与冷媒をスライドバルブ７の一方の端部であるガイド部７１の吐出側端部７１ａの受圧面に付与する。

　低圧流路５１は、スクリューロータ５に吸入前の低圧空間４０の低圧冷媒を流通させる。高圧流路５２は、吐出口７ａから吐出された高圧空間４１の高圧冷媒を流通させる。合流流路５３は、低圧流路５１と高圧流路５２とを合流させる。圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂは、合流流路５３を流れる冷媒の圧力を切り替える。

　合流流路５３は、下流側に流れる途中で分岐し、流通している圧力付与冷媒を一対のスライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面それぞれに付与する。

　ケーシング１内には、合流流路５３の下流側端部から圧力付与冷媒をスライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面に付与する圧力付与空間１３が設けられている。圧力付与空間１３は、一対のスライドバルブ７それぞれに対して設けられている。圧力付与空間１３は、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面と、ケーシング１と、を少なくとも含んで囲まれた閉塞空間である。具体的には、圧力付与空間１３は、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面と、軸受ハウジング９の外周面と、接続フランジ１０の端面と、ケーシング１の内筒面に形成されたスライド溝１ａの円筒内壁面と、で囲まれて構成されている。

　圧力付与空間１３の壁面部である接続フランジ１０の端面には、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面との対向接触を防止するストッパ１０ａが設けられている。ストッパ１０ａは、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面との対向接触する圧力付与空間１３の壁面部である接続フランジ１０の端面のうち一部にスライドバルブ７側に突出して形成されている。ストッパ１０ａにより、スライドバルブ７が高Ｖｉ側に位置した場合でも、圧力付与空間１３が確保できる。

　スクリュー圧縮機１００は、圧力付与冷媒によるスライドバルブ７の移動を補助する反発部材１１を備える。反発部材１１は、圧力付与冷媒を付与するスライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面とは反対側のスライドバルブ７の吸込側端部７０ａに設けられている。反発部材１１は、スライドバルブ７を高Ｖｉ側に位置させるための力を付与する。反発部材１１は、付勢バネなどで構成され、反力を発生させる。スライドバルブ７の吸込側端部７０ａには、軸状のガイド構造１９が形成されている。ガイド構造１９は、スライドバルブ７に一体化されている。反発部材１１は、ガイド構造１９に挿入され、位置固定されている。

　圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂは、低圧流路５１と高圧流路５２とにそれぞれ設けられた開閉弁である。圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂである開閉弁のそれぞれは、電磁弁である。

　図５は、実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮部２をスライドバルブ７が高Ｖｉ側に位置した状態で縦断面にて示す説明図である。図５に示すように、スライドバルブ７を高Ｖｉ側に位置するためには、圧力付与空間１３と高圧空間４１とを連通する高圧流路５２が圧力切替機構１２ｂによって遮断され、圧力付与空間１３と低圧空間４０とを連通する低圧流路５１のみが圧力切替機構１２ａの開弁によって連通されている。このため、合流流路５３には、圧力付与冷媒として低圧空間４０の低圧冷媒が流通する。このとき、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面と吸込側端部７０ａの受圧面とには一様に低圧（ＬＰ）が作用する。このため、スライドバルブ７の位置は、一意に決まらない。ここで、反発部材１１の反力により、スライドバルブ７の高Ｖｉ方向への移動が補助される。これにより、スライドバルブ７は、高Ｖｉ側へ移動する。

　図６は、実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮部２をスライドバルブ７が低Ｖｉ側に位置した状態で縦断面にて示す説明図である。図６に示すように、スライドバルブ７を低Ｖｉ側に位置するためには、圧力付与空間１３と低圧空間４０とを連通する低圧流路５１が圧力切替機構１２ａによって遮断され、圧力付与空間１３と高圧空間４１とを連通する高圧流路５２のみが圧力切替機構１２ｂの開弁によって連通されている。このため、合流流路５３には、圧力付与冷媒として高圧空間４１の高圧冷媒が流通する。このとき、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面には高圧（ＨＰ）が作用し、吸込側端部７０ａの受圧面には低圧（ＬＰ）が作用する。このため、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面に作用する高圧（ＨＰ）の圧力が反発部材１１の反力及び低圧（ＬＰ）の圧力との合力よりも大きくなると、スライドバルブ７が低Ｖｉ側へ移動する。

　上記のように、反発部材１１は、スライドバルブ７を高Ｖｉ側に移動させる方向に反力を常に発生させる。このため、スライドバルブ７を低Ｖｉ側に位置するためには、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面に作用する圧力がスライドバルブ７の吸込側端部７０ａの受圧面に作用する低圧の圧力と反発部材１１の反力との合力よりも大きくなるように、反発部材１１の反力が設定される必要がある。

＜その他＞
　上記実施の形態１では、スライドバルブ７を高Ｖｉ側に位置させるための力を付勢する反発部材１１がスライドバルブ７の吸込側端部７０ａに設けられている。この場合には、反発部材１１は、圧縮された状態から自然長に戻ろうとする反力を利用している。しかし、反発部材１１が付与する補助力はこれに限られない。反発部材１１は、圧力付与冷媒を付与する端部であるスライドバルブ７のガイド部７１の吐出側端部７１ａに設けられても良い。この場合には、反発部材１１は、伸ばされた状態から自然長に戻ろうとする力を利用する。また、反発部材１１に用いる部材は、バネに類する作用を生じるものであれば部材の限定はない。

　上記実施の形態１では、反発部材１１の位置固定には、スライドバルブ７の吸込側端部７０ａに形成された軸状のガイド構造１９が用いられている。ここで、ガイド構造１９は、スライドバルブ７に一体化されても良いし、別部品としてスライドバルブ７又はケーシング１の壁面に組み付けても良い。また、ガイド構造１９は、軸形状に限定されるものではない。たとえば、ガイド構造１９は、スライドバルブ７の端部及びケーシング１の壁面部に反発部材１１が収まる大きさの凹みを設け、反発部材１１が凹みに収められても良い。また、これに限られず、反発部材１１が位置固定できる種々の構造が適用できる。

　上記実施の形態１では、スライドバルブ７が高Ｖｉ側に位置した場合に圧力付与空間１３を確保するためのストッパ１０ａが圧力付与空間１３の内壁面に一体化して構成されている。しかし、これに限られない。ストッパ１０ａは、別部品に設けられ、接続フランジ１０又はスライドバルブ７の吐出側端部７１ａに組み付けても良い。また、ストッパ１０ａは、スライドバルブ７と一体化して構成しても良い。

　上記実施の形態１では、圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂは、低圧流路５１と高圧流路５２とにそれぞれ設けられた開閉弁である。しかし、これに限られない。圧力切替機構としては、低圧流路５１と高圧流路５２と合流流路５３とが合流する箇所に１つ設けられた三方弁でも良い。三方弁は、低圧流路５１と高圧流路５２とを切り替えても良い。

　なお、図１、図５及び図６では、低圧流路５１と高圧流路５２と合流流路５３とが黒線で概念的に記載されている。ここで、低圧流路５１と高圧流路５２と合流流路５３とは、ケーシング１の外部に設けられた配管で構成されても良い。また、低圧流路５１と高圧流路５２と合流流路５３とは、ケーシング１の内部の構成部品で構成されても良い。構成部品で流路を構成する場合には、部品を加工して通路が形成されている。

＜実施の形態１の効果＞
　実施の形態１によれば、スクリュー圧縮機１００は、円筒状の内筒面部を有するケーシング１を備える。スクリュー圧縮機１００は、ケーシング１の内筒面部内に回転可能に収容され、外周に複数の螺旋溝として螺旋状の歯溝５ａを有するスクリューロータ５を備える。スクリュー圧縮機１００は、スクリューロータ５の歯溝５ａに噛み合う歯としてのゲートロータ歯部６ａを有するゲートロータ６を備える。スクリュー圧縮機１００は、スクリューロータ５からの吐出タイミングとスクリューロータ５で圧縮された高圧冷媒の吐出口７ａの開度とを調整するスライドバルブ７を備える。スクリュー圧縮機１００には、スクリューロータ５に吸入前の低圧冷媒を流通させる低圧流路５１が設けられている。スクリュー圧縮機１００には、吐出口７ａから吐出された高圧冷媒を流通させる高圧流路５２が設けられている。スクリュー圧縮機１００には、低圧流路５１と高圧流路５２とを合流させる合流流路５３が設けられている。低圧流路５１、高圧流路５２又は合流流路５３の少なくとも１つには、冷媒の圧力を切り替える圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂが配置されている。合流流路５３は、下流側端部から圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂで圧力が切り替えられた低圧冷媒又は高圧冷媒のいずれか一方の圧力付与冷媒をスライドバルブ７の一方の端部であるスライドバルブ７のガイド部７１の吐出側端部７１ａの受圧面に付与する。

　この構成によれば、スライドバルブ７を圧力差に基づくピストンによって回転軸方向から駆動する駆動部品が廃止でき、駆動部品及び駆動部品に関連する部品群が削減でき、かつ、駆動部品を搭載していた設置空間を削減して圧縮機長さが短くなる。したがって、簡素な構成で部品点数及び設置空間を削減して小型軽量化及びコスト低減が図られる。ここで、駆動部品とは、接続フランジ１０に設けられたシリンダ部、ピストン及び連結部材などである。また、駆動部品に関連する部品群とは、ボルト及びナットなどである。

　実施の形態１によれば、スライドバルブ７は、２つ設けられている。合流流路５３は、途中で分岐し、圧力付与冷媒を２つのスライドバルブ７の一方の端部であるガイド部７１の吐出側端部７１ａの受圧面それぞれに付与する。

　この構成によれば、合流流路５３は、途中まで１つで構成され、簡素な構成で部品点数及び設置空間が削減できる。

　実施の形態１によれば、スライドバルブ７の一方の端部である吐出側端部７１ａの受圧面側には、合流流路５３の下流側端部から圧力付与冷媒を付与する圧力付与空間１３が設けられている。

　この構成によれば、圧力付与冷媒が圧力付与空間１３にてスライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面全体に均等に付与でき、スライドバルブ７が圧力付与冷媒によって容易に作動し易い。

　実施の形態１によれば、スライドバルブ７は、２つ設けられている。圧力付与空間１３は、２つのスライドバルブ７それぞれに対して設けられている。

　この構成によれば、圧力付与冷媒が２つの圧力付与空間１３にて２つのスライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面全体にそれぞれ均等に付与でき、２つのスライドバルブ７が圧力付与冷媒によって容易に作動し易い。

　実施の形態１によれば、圧力付与空間１３の壁面部である接続フランジ１０の端面には、スライドバルブ７の一方の端部である吐出側端部７１ａの受圧面との対向接触を防止するストッパ１０ａが設けられている。

　この構成によれば、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面は、圧力付与空間１３における接続フランジ１０の端面に対向接触しての張り付きが防止できる。

　実施の形態１によれば、スライドバルブ７は、低圧空間４０と高圧空間４１との間にわたって配置されている。スライドバルブ７は、低圧空間４０よりも高圧空間４１に近い吐出側端部７１ａを有する。合流流路５３の下流側端部から圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂで圧力が切り替えられた圧力付与冷媒を付与するスライドバルブ７の端部は、吐出側端部７１ａである。

　実施の形態１によれば、圧力付与空間１３は、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面と、ケーシング１と、を少なくとも含んで囲まれた閉塞空間である。

　この構成によれば、圧力付与冷媒が閉塞空間に構成された圧力付与空間１３に流入し、圧力付与冷媒の圧力がスライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面に完全に付与できる。

　実施の形態１によれば、スクリュー圧縮機１００は、圧力付与冷媒によるスライドバルブ７の移動を補助する反発部材１１を備える。

　この構成によれば、反発部材１１の反力が圧力付与冷媒によるスライドバルブ７の移動を補助でき、圧力付与冷媒と反発部材１１の反力とによってスライドバルブ７が駆動できる。

　実施の形態１によれば、反発部材１１は、圧力付与冷媒を付与する吐出側端部７１ａとは反対側の吸込側端部７０ａ側に設けられている。

　実施の形態１によれば、反発部材１１は、圧力付与冷媒を付与する吐出側端部７１ａ側に設けられている。

　実施の形態１によれば、低圧流路５１と高圧流路５２と合流流路５３とは、ケーシング１の外部に設けられた配管で構成されている。

　この構成によれば、低圧流路５１と高圧流路５２と合流流路５３とがケーシング１の外部にて配管で構成でき、圧縮機本体での流路構成のレイアウトの単純化が図られる。

　実施の形態１によれば、低圧流路５１と高圧流路５２と合流流路５３とは、ケーシング１の内部の構成部品で構成されている。

　この構成によれば、駆動部品群が圧縮機本体の内部に予め加工して構成でき、圧縮機本体の組み立てが容易になり、部品点数が削減できる。

　実施の形態１によれば、圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂは、低圧流路５１と高圧流路５２とにそれぞれ設けられた開閉弁である。

　この構成によれば、低圧流路５１では、低圧冷媒の流通が圧力切替機構１２ａによって開閉制御でき、高圧流路５２では、高圧冷媒の流通が圧力切替機構１２ｂによって開閉制御でき、低圧冷媒又は高圧冷媒に切り替えられた一方の圧力である圧力付与冷媒が合流流路５３にて流通できる。

　実施の形態１によれば、圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂは、電磁弁である。

　この構成によれば、電磁弁を用いて各種冷媒の流通が高精度に開閉制御できる。

実施の形態２．
＜実施の形態２の特徴＞
　図７は、実施の形態２に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮部２をスライドバルブ７が高Ｖｉ側に位置した状態で縦断面にて示す説明図である。図８は、実施の形態２に係るスクリュー圧縮機１００の圧縮部２をスライドバルブ７が低Ｖｉ側に位置した状態で縦断面にて示す説明図である。実施の形態２では、実施の形態１と同事項の説明が省略され、その特徴部分のみが説明されている。

　図７及び図８に示すように、合流流路５３の下流側端部から圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂで圧力が切り替えられた低圧冷媒又は高圧冷媒のいずれか一方の圧力付与冷媒を付与するスライドバルブ７の端部は、弁体部７０の吸込側端部７０ａである。

　圧力付与空間１３は、スライドバルブ７の吸込側端部７０ａの受圧面と、ケーシング１と、を少なくとも含んで囲まれた閉塞空間である。具体的には、圧力付与空間１３は、スライドバルブ７の吸込側端部７０ａの一部と、ケーシング１の内筒面に形成されたスライド溝１ａの円筒内壁面と、で構成されている。圧力付与空間１３には、合流流路５３の下流側端部が連通されている。圧力付与空間１３には、スライドバルブ７の吸込側端部７０ａ側に配置された反発部材１１が設けられている。

　実施の形態１での圧力付与空間１３の位置に相当する高圧空間１４は、接続フランジ１０に設けられた孔１０ｂを介して高圧空間４１と常に連通している。このため、スライドバルブ７のガイド部７１の吐出側端部７１ａの受圧面には、高圧（ＨＰ）が常に作用している。高圧空間１４には、ストッパ１０ａが設けられている。

　図７に示すように、スライドバルブ７を高Ｖｉ側に位置するためには、圧力付与空間１３と低圧空間４０とを連通する低圧流路５１が圧力切替機構１２ａで遮断され、圧力付与空間１３と高圧空間４１とを連通する高圧流路５２のみが圧力切替機構１２ｂの開弁によって連通されている。このため、合流流路５３には、圧力付与冷媒として高圧空間４１の高圧冷媒が流通する。このとき、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面には高圧（ＨＰ）が一様に作用する。一方、スライドバルブ７の吸込側端部７０ａでは、圧力付与空間１３を構成している吸込側端部７０ａの受圧面にのみ高圧（ＨＰ）が作用し、圧力付与空間１３を構成していない吸込側端部７０ａには、低圧（ＬＰ）が作用する。そこで、スライドバルブ７の吸込側端部７０ａには、高Ｖｉ方向への移動を補助する反発部材１１が設けられている。反発部材１１の反力により、スライドバルブ７は、高Ｖｉ側へ移動する。

　図８に示すように、スライドバルブ７を低Ｖｉ側に位置するためには、圧力付与空間１３と高圧空間４１とを連通する高圧流路５２が圧力切替機構１２ｂで遮断され、圧力付与空間１３と低圧空間４０とを連通する低圧流路５１のみが圧力切替機構１２ａの開弁によって連通されている。このため、合流流路５３には、圧力付与冷媒として低圧空間４０の低圧冷媒が流通する。このとき、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面には高圧（ＨＰ）が一様に作用し、圧力付与空間１３における吸込側端部７０ａの受圧面には低圧（ＬＰ）が一様に作用する。反発部材１１は、スライドバルブ７が高Ｖｉ側に移動する方向に常に付勢する。このため、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面に作用する高圧（ＨＰ）の圧力が反発部材１１の反力及び低圧（ＬＰ）の圧力との合力よりも大きくなると、スライドバルブ７が低Ｖｉ側へ移動する。

　上記のように、反発部材１１は、スライドバルブ７を高Ｖｉ側に移動させる方向に反力を常に発生させる。このため、スライドバルブ７を低Ｖｉ側に位置するためには、スライドバルブ７の吐出側端部７１ａの受圧面に作用する圧力がスライドバルブ７の吸込側端部７０ａの全体に作用する低圧の圧力と反発部材１１の反力との合力よりも大きくなるように、反発部材１１の反力が設計される必要がある。

＜実施の形態２の効果＞
　実施の形態２によれば、スライドバルブ７は、低圧空間４０と高圧空間４１との間にわたって配置されている。スライドバルブ７は、高圧空間４１よりも低圧空間４０に近い吸込側端部７０ａを有する。合流流路５３の下流側端部から圧力切替機構１２ａ及び圧力切替機構１２ｂで圧力が切り替えられた圧力付与冷媒を付与するスライドバルブ７の端部は、スライドバルブ７の弁体部７０の吸込側端部７０ａである。

　実施の形態２によれば、圧力付与空間１３は、スライドバルブ７の吸込側端部７０ａの受圧面と、ケーシング１と、を少なくとも含んで囲まれた閉塞空間である。

　この構成によれば、圧力付与冷媒が閉塞空間に構成された圧力付与空間１３に流入し、圧力付与冷媒の圧力がスライドバルブ７の弁体部７０の吸込側端部７０ａの受圧面に完全に付与できる。

＜実施の形態１及び実施の形態２の従来構造に対しての効果＞
　図９は、従来構造のスクリュー圧縮機２００の圧縮部２を縦断面にて示す説明図である。図９に示す従来のスライドバルブ駆動方法では、シリンダ空間２１３に設置されたピストン２１５の前後の空間の圧力差による駆動力をスライドバルブ７に伝達するためには、ピストン２１５、ピストン２１５の端部に連結された１つの連結部材２１６、連結部材２１６とスライドバルブ７とを連結する２つの連結棒２１７、並びに、それらを連結するボルト及びナットなどの締結部品が必要である。また、接続フランジ１０に設けられたシリンダ空間２１３を構成するための円筒部を密閉するためのシリンダ蓋２１８も必要である。

　これに対し、実施の形態１及び実施の形態２の構造では、ピストン２１５、連結部材２１６、連結棒２１７、シリンダ蓋２１８、並びに、それらを連結するボルト及びナットなどの締結部品が不要になる。さらに、実施の形態１では、これらの部品を廃止し、シリンダ空間２１３に相当する圧力付与空間１３は、ケーシング１内のスライドバルブ７のガイド部７１の吐出側端部７１ａの受圧面の隣接空間に構成している。また、実施の形態２では、シリンダ空間２１３に相当する圧力付与空間１３は、ケーシング１内のスライドバルブ７の弁体部７０の吸込側端部７０ａの受圧面の隣接空間に構成している。これにより、スクリュー圧縮機１００の全長が大幅に短縮できる。

　以上説明したように、実施の形態１及び実施の形態２は、比較的簡単かつ少ない構成部品を用い、高低圧力比に応じた内部容積比になる位置にスライドバルブ７が移動でき、スクリュー圧縮機１００の小型軽量化及びコスト低減が図られる。

実施の形態３．
＜冷凍サイクル装置１０１＞
　図１０は、実施の形態３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１０１を示す冷媒回路図である。

　図１０に示すように、冷凍サイクル装置１０１は、スクリュー圧縮機１００、凝縮器１０２、膨張弁１０３及び蒸発器１０４を備える。これらスクリュー圧縮機１００、凝縮器１０２、膨張弁１０３及び蒸発器１０４が冷媒配管で接続されて冷媒回路を形成している。そして、蒸発器１０４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になる。高温高圧になった冷媒は、凝縮器１０２において凝縮されて液体になる。液体になった冷媒は、膨張弁１０３で減圧膨張されて低温低圧の気液二相になり、気液二相の冷媒が蒸発器１０４において熱交換される。

　実施の形態１及び実施の形態２のスクリュー圧縮機１００は、このような冷凍サイクル装置１０１に適用できる。なお、冷凍サイクル装置１０１としては、たとえば空気調和装置、冷凍装置又は給湯器などが挙げられる。

＜実施の形態３の効果＞
　実施の形態３によれば、冷凍サイクル装置１０１は、上記のスクリュー圧縮機１００を備える。

　この構成によれば、冷凍サイクル装置１０１が上記のスクリュー圧縮機１００を備えるので、簡素な構成で部品点数及び設置空間を削減して小型軽量化及びコスト低減が図られる。

　１　ケーシング、１ａ　スライド溝、２　圧縮部、３　駆動部、４　スクリュー軸、５　スクリューロータ、５ａ　歯溝、６　ゲートロータ、６ａ　ゲートロータ歯部、７　スライドバルブ、７ａ　吐出口、８　軸受、９　軸受ハウジング、１０　接続フランジ、１０ａ　ストッパ、１０ｂ　孔、１１　反発部材、１２ａ　圧力切替機構、１２ｂ　圧力切替機構、１３　圧力付与空間、１４　高圧空間、１９　ガイド構造、２０　圧縮室、３０　電動機、３１　ステータ、３２　モータロータ、４０　低圧空間、４１　高圧空間、５０　圧力駆動機構、５１　低圧流路、５２　高圧流路、５３　合流流路、７０　弁体部、７０ａ　吸込側端部、７１　ガイド部、７１ａ　吐出側端部、７２　連結部、１００　スクリュー圧縮機、１０１　冷凍サイクル装置、１０２　凝縮器、１０３　膨張弁、１０４　蒸発器、２００　スクリュー圧縮機、２１３　シリンダ空間、２１５　ピストン、２１６　連結部材、２１７　連結棒、２１８　シリンダ蓋。

Claims

　筒状の内筒面部を有するケーシングと、
　前記ケーシングの内筒面部内に回転可能に収容され、外周に複数の螺旋溝を有するスクリューロータと、
　前記スクリューロータの螺旋溝に噛み合う歯を有するゲートロータと、
　前記スクリューロータで圧縮された高圧冷媒の吐出口の開度を調整するスライドバルブと、
を備え、
　前記スクリューロータに吸入前の低圧冷媒を流通させる低圧流路と、前記吐出口から吐出された高圧冷媒を流通させる高圧流路と、前記低圧流路と前記高圧流路とを合流させる合流流路と、が設けられ、
　前記低圧流路、前記高圧流路又は前記合流流路の少なくとも１つには、冷媒の圧力を切り替える圧力切替機構が配置され、
　前記合流流路は、下流側端部から前記圧力切替機構で圧力が切り替えられた圧力付与冷媒を前記スライドバルブの一方の端部に付与するスクリュー圧縮機。
　前記スライドバルブは、２つ設けられ、
　前記合流流路は、途中で分岐し、前記圧力付与冷媒を２つの前記スライドバルブの一方の端部それぞれに付与する請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
　前記スライドバルブの一方の端部には、前記合流流路の下流側端部から前記圧力付与冷媒を付与する圧力付与空間が設けられている請求項１又は請求項２に記載のスクリュー圧縮機。
　前記スライドバルブは、２つ設けられ、
　前記圧力付与空間は、２つの前記スライドバルブそれぞれに対して設けられている請求項３に記載のスクリュー圧縮機。
　前記圧力付与空間の壁面部には、前記スライドバルブの一方の端部との対向接触を防止するストッパが設けられている請求項３又は請求項４に記載のスクリュー圧縮機。
　前記スライドバルブは、前記低圧冷媒が存在する低圧空間と前記高圧冷媒が存在する高圧空間との間にわたって配置され、前記低圧空間よりも前記高圧空間に近い吐出側端部を有し、
　前記合流流路の下流側端部から前記圧力切替機構で圧力が切り替えられた圧力付与冷媒を付与する前記スライドバルブの端部は、前記スライドバルブの吐出側端部である請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　前記圧力付与空間は、前記スライドバルブの吐出側端部と、前記ケーシングと、を少なくとも含んで囲まれた閉塞空間である請求項３～請求項５のいずれか１項に従属する請求項６に記載のスクリュー圧縮機。
　前記スライドバルブは、前記低圧冷媒が存在する低圧空間と前記高圧冷媒が存在する高圧空間との間にわたって配置され、前記高圧空間よりも前記低圧空間に近い吸込側端部を有し、
　前記合流流路の下流側端部から前記圧力切替機構で圧力が切り替えられた圧力付与冷媒を付与する前記スライドバルブの端部は、前記スライドバルブの吸込側端部である請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　前記圧力付与空間は、前記スライドバルブの吸込側端部と、前記ケーシングと、を少なくとも含んで囲まれた閉塞空間である請求項３～請求項５のいずれか１項に従属する請求項８に記載のスクリュー圧縮機。
　前記圧力付与冷媒による前記スライドバルブの移動を補助する反発部材を備える請求項１～請求項９のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　前記反発部材は、前記圧力付与冷媒を付与する端部とは反対側の端部側に設けられている請求項１０に記載のスクリュー圧縮機。
　前記反発部材は、前記圧力付与冷媒を付与する端部側に設けられている請求項１０に記載のスクリュー圧縮機。
　前記低圧流路と前記高圧流路と前記合流流路とは、前記ケーシングの外部に設けられた配管で構成されている請求項１～請求項１２のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　前記低圧流路と前記高圧流路と前記合流流路とは、前記ケーシングの内部の構成部品で構成されている請求項１～請求項１２のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　前記圧力切替機構は、前記低圧流路と前記高圧流路とにそれぞれ設けられた開閉弁である請求項１～請求項１４のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　前記圧力切替機構は、電磁弁である請求項１～請求項１５のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
　請求項１～請求項１６のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機を備える冷凍サイクル装置。