JP2002070779A - スクリュー式流体機械 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 冷凍装置又は空調装置等に用いられるスクリ
ュー圧縮機、又はポンプ等のスクリュー式流体機械にお
いて、スライドバルブ等により区画した圧縮室の容量制
御を、より簡便な構造で適切に実行可能とし、コスト低
減を達成した好適なスクリュー式流体機械を提供するこ
とを課題とする。 【解決手段】 スライドバルブの摺動移動を行う駆動用
ピストンに供給する圧力を、冷媒ガス圧等における高
圧、又は低圧の何れかに選択的に切換える電磁弁をＰＷ
Ｍ制御装置により制御する様にしてスクリュー式流体機
械を構成し、ＰＷＭ制御による電磁弁のＯＮ /ＯＦＦで
スクリュー圧縮機の容量を任意に制御することを可能と
することにより、電磁弁の数、制御圧通路に接続する配
管等を削減して、簡易で、安価な容量制御機構を得た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、冷凍装置又は空調
装置等に用いられるスクリュー圧縮機の様に、オスメス
一対のスクリュー状のロータと、同ロータの噛合い部に
配置したスライドバルブ等により圧縮室を区画し、その
容量を制御可能としたスクリュー圧縮機、ポンプ等のス
クリュー式流体機械に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のスクリュー式流体機械の一例とし
て、スクリュー圧縮機を例にして、図４乃至図７に基づ
いて説明する。図４は従来のスクリュー圧縮機の縦断面
図、図５は図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図、図６及び図７
は容量制御機構の作動説明図である。

【０００３】図４、５に示す様に、１１はオスロータ、
１２は同オスロータと同一平面内に並行して配置された
メスロータ、１はオス、メス一対のロータ１１、１２の
噛合い部で同ロータ１１、１２の軸方向に摺動可能に設
けられたスライドバルブ、２は同スライドバルブ１の駆
動用ピストン、３は同駆動用ピストン２に駆動力を作用
するピストンチャンバ、１３は前記オスロータ１１、メ
スロータ１２等を収納するロータケースである。

【０００４】スクリュー圧縮機の基本形態は、オスロー
タ１１とメスロータ１２の噛合い部、及びロータケース
１３とにより区画形成される圧縮室１４が、オスロータ
１１及びメスロータ１２の回転に伴ない容積変化して圧
縮作用を行うように構成されている。

【０００５】すなわち、冷媒ガスは吸入口２１から吸入
され、吸入室２３に入った後、オスロータ１１及びメス
ロータ１２の回転により、オスロータ１１、メスロータ
１２、ロータケース１３で形成される圧縮室１４によっ
て圧縮されて高圧となり、この高圧化された冷媒ガスは
図示省略の吐出ポートを経て吐出室２４へ吐出され、吐
出口２２から圧縮機外へ排出されるものである。

【０００６】ここで前記オスロータ１１、メスロータ１
２、及びロータケース１３で形成される圧縮室１４に吸
入された被圧縮冷媒ガスは、スライドバルブ１が図６に
示すように図中の左方にある時は、圧縮室１４の容積を
最大とするようにスライドバルブ１の左端で吸入室２３
と区画されてそのまま圧縮され、吐出ポートより吐出室
２４へと吐出され、これがフルロード時の形態となる。

【０００７】他方、スライドバルブ１が図７に示すよう
に図中の右方に動いている時には、スライドバルブ１の
左端が移動した分圧縮室１４の容積が減少し、同スライ
ドバルブ１の左端位置までの間は被圧縮冷媒ガスは吸入
側へ開放されて戻され、同スライドバルブ１の左端で区
画される位置から圧縮が開始されることになり、これが
アンロード時の形態となる。

【０００８】この様に圧縮室１４の容積は、オスロータ
１１及びメスロータ１２の軸方向に摺動移動するスライ
ドバルブ１の移動位置により任意に制御され、これによ
り圧縮機の最大能力から最小能力まで可変に制御され
る。

【０００９】そして前記スライドバルブ１の摺動位置の
制御は、同スライドバルブ１に直結した駆動用ピストン
２に付加されるピストンチャンバ３内の圧力を制御して
行われることになる。

【００１０】すなわち、ピストンチャンバ３には制御圧
通路９が接続され、この制御圧通路９は、圧縮機潤滑系
統油圧、又は冷媒ガス圧等の高圧側に接続する高圧側制
御圧通路７に対して圧力調整用のキャピラリ４ａを経由
した電磁弁４を備えた制御圧通路８ａ、及び電磁弁５を
備えた制御圧通路８ｂ介して連通すると共に、前記冷媒
ガス圧等の低圧側に接続する低圧側制御圧通路１０とは
電磁弁６を介して連通している。

【００１１】従って圧縮機のフルロード時は電磁弁４及
び５を閉、電磁弁６を開とすることにより、駆動用ピス
トン２の前面が前記低圧側に開放され、駆動用ピストン
２の背面にはピストンチャンバ３に設置した連通穴３ａ
から圧縮機の低圧が作用してバランスするが、スライド
バルブ１の端面１ａには高圧が加わっているため、これ
に対応してスライドバルブ１が図６に示すように左方一
杯まで移動する。

【００１２】他方、圧縮機の容量低減時は電磁弁５及び
６を閉、電磁弁４を開とすることにより、駆動用ピスト
ン２の前面側には制御圧通路８ａを経てキャピラリ４ａ
により調圧された高圧圧力が作用するので、駆動用ピス
トン２の前面及び背面の圧力差によって駆動用ピストン
２が図７に示すように右方に移動し、これに対応してス
ライドバルブ１が右方に移動する。

【００１３】そして、電磁弁４を閉とすることにより、
スライドバルブ１は任意の位置に保持され、また、停止
時は駆動用ピストン２の前面側に組込まれたスプリング
３０によって、駆動用ピストン２は右方一杯まで押し付
けられた状態となる。

【００１４】なお、前記圧縮機の容量低減時において、
電磁弁４及び電磁弁５の開閉を前記説明と逆にし、即
ち、電磁弁４及び６を閉、電磁弁５を開とすれば、前記
高圧圧力はキャピラリ４ａにより調圧されることなく制
御圧通路８ｂを経て直接的に駆動用ピストン２に作用す
ることとなるので、急速移動の切換えに対応することが
できる。

【００１５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た従来の装置にあっては、圧縮機の容量をスライドバル
ブ１の位置により任意に制御するために複数の電磁弁
４、５、及び６、かつ、高圧圧力の調整用キャピラリ４
ａを配設し、そして、これらを制御圧通路８ａ及び制御
圧通路８ｂを構成する各接続配管を装備する必要がある
等複雑な構造となり、コストが高くなると言う問題があ
った。

【００１６】本発明は、このような従来の装置における
問題点を解消し、より簡便な構造で適切に作動し、コス
ト低減を達成した好適なスクリュー式流体機械を提供す
ることを課題とするものである。

【００１７】

【課題を解決するための手段】本発明は前記した課題を
解決すべくなされたもので、オスメス一対のスクリュー
状のロータの噛合い部に、同ロータの軸方向に摺動可能
なスライドバルブを設けて圧縮室を区画し、前記スライ
ドバルブを駆動用ピストンで摺動移動して前記圧縮室の
容量制御を行うスクリュー式流体機械において、前記ス
ライドバルブを摺動移動する前記駆動用ピストンに供給
する圧力を、冷媒ガス圧等における高圧、又は低圧の何
れかに選択的に切換える電磁弁を設けると共に、同電磁
弁の切換え制御を行うＰＷＭ制御装置を設けたスクリュ
ー式流体機械を提供するものである。

【００１８】すなわち本発明によれば、スライドバルブ
の摺動移動を行う駆動用ピストンに供給する圧力を、冷
媒ガス圧等における高圧、又は低圧の何れかに選択的に
切換える電磁弁をＰＷＭ制御装置により制御する様にし
てスクリュー式流体機械を構成しているので、ＰＷＭ制
御による電磁弁のＯＮ /ＯＦＦでスクリュー圧縮機の容
量を任意に制御することを可能とし、電磁弁の数、制御
圧通路に接続する配管等を削減して、簡易で、安価な容
量制御機構を得る様にしたものでる。

【００１９】

【発明の実施の形態】本発明の実施の一形態について図
１乃至図３に基づいて説明する。図１は本実施の形態に
おけるスクリュー式流体機械の要部に当たる容量制御機
構のフルロード時における作動説明図、図２は同様にア
ンロード時における作動説明図、図３は本実施の形態に
係わる容量制御用の電磁弁の制御図である。

【００２０】なお、本実施の形態における圧縮室を形成
するオスロータ、メスロータ、及びスライドバルブ等の
構成、機能は前記従来の装置と共通であるので、説明が
冗長とならない様にこれら共通部位については、前記従
来の装置の説明を援用し、重複する説明は極力省略し
て、本実施の形態に特有の点を重点的に説明する。

【００２１】すなわち、本実施の形態において、１０１
は容量制御用のスライドバルブで、同スライドバルブ１
０１は圧縮機のオスロータ１１１と図示省略のメスロー
タの噛合い部で、同オスロータ１１１の軸方向に摺動可
能に設けられている。

【００２２】１０２はスライドバルブ１０１を駆動する
ピストン、１３０はピストン１０２の調整スプリング、
１０３はピストン１０２の背面圧力を保持するためのピ
ストンチャンバである。

【００２３】ピストン１０２はその背面に付加されるピ
ストンチャンバ１０３内の圧力による図面上で左方の作
動力と、調整スプリング１３０による図面上で右方の作
動力に支配され、両作動力の大小によって左方又は右方
に移動する。

【００２４】１２３は制御圧通路で、同制御圧通路１２
３の一端はピストンチャンバ１０３に接続され、その他
端には三方向の接続口を有する容量制御用の電磁弁１２
０が接続されている。

【００２５】電磁弁１２０の残り二つの接続口のうち、
一方の接続口には、圧縮機潤滑系油圧又は冷媒ガス圧の
高圧側に連通する制御圧通路１２１が接続され、また、
他方の接続口には、前記冷媒ガス圧等の低圧側に連通す
る制御圧通路１２２が接続されている。

【００２６】そして、前記容量制御用の電磁弁１２０は
図３に例示するように、スクリュー圧縮機が装備された
冷凍機の冷水温度又は空調機の吹出し空気温度等の外部
信号を受けて作動する図示されていない容量制御演算手
段によってＯＦＦ（電磁弁１２０を低圧側に連通した制
御圧通路１２２に接続）、又はＯＮ（電磁弁１２０を高
圧側に連通した制御圧通路１２１に接続）の保持時間が
パルス状に切換えられるＰＷＭ（Pulse-width Modulati
on）制御が行われる様に構成されている。

【００２７】前記の様に構成された本実施の形態におい
て、スクリュー圧縮機が装備された冷凍機の冷水温度又
は空調機の吹出し空気温度等の外部信号を受けると、図
示省略の容量制御演算手段は容量制御用の電磁弁１２０
に対して、前記外部信号に対応したスクリュー圧縮機の
出力に設定するためのＰＷＭ制御値を出力し、図３に示
すような電磁弁１２０のＯＮ /ＯＦＦの保持時間を任意
に制御するＰＷＭ制御を行う。

【００２８】ここで電磁弁１２０がＯＦＦの場合におい
ては、電磁弁１２０は低圧側に連通した制御圧通路１２
２に接続してピストンチャンバ１０３には低圧圧力が付
加されるので、ピストン１０２は図２に示すように右方
に動き、これに連動したスライドバルブ１０１が右方に
移動してスクリュー圧縮機はアンロード状態を維持す
る。

【００２９】他方、電磁弁１２０がＯＮの場合において
は、電磁弁１２０は高圧側に連通した制御圧通路１２１
に接続してピストンチャンバ１０３には高圧圧力が付加
されるので、ピストン１０２は調整スピリング１３０の
ばね力に抗して図１に示すように左方に動き、これに連
動したスライドバルブ１０１が左方に移動してスクリュ
圧縮機はフルロード状態を維持する。

【００３０】前記図１のフルロード状態及び図２のアン
ロード状態を両端とし、この中間位置において、前記容
量制御用電磁弁１２０のＯＮ /ＯＦＦを所定の設定に従
ってＰＷＭ制御することによって、スクリュー圧縮機の
容量は任意に制御される。

【００３１】以上の通り本実施の形態によれば、スライ
ドバルブ１０１駆動用のピストン１０２に圧力を供給す
るピストンチャンバ１０３に、制御圧通路１２１を介し
て圧縮機潤滑系油圧又は冷媒ガス圧の高圧側に連通し、
そして制御圧通路１２２を介してその低圧側に連通する
容量制御用の電磁弁１２０を制御圧通路１２３によって
接続した構成とし、この電磁弁１２０のＯＮ /ＯＦＦを
ＰＷＭ制御してスクリュー圧縮機の容量を任意に制御す
ることを可能とした容量制御機構により、従来に対比し
て電磁弁の数を低減することが出来、それぞれの制御圧
通路に接続する配管も削減されて、簡易で、安価な容量
制御機構を提供することが出来る。

【００３２】以上、本発明を図示の実施の形態について
説明したが、本発明はかかる実施の形態に限定されず、
本発明の範囲内でその具体的構造に種々の変更を加えて
よいことはいうまでもない。

【００３３】例えば、前記実施の形態では、制御圧通路
１２３の一端をピストンチャンバ１０３のピストン１０
２の背面側に接続した例で説明したが、制御圧通路１２
３の接続位置はこの位置に限定されるものではなく、要
するに調整スプリング１３０と調和し、スライドバルブ
１０１を左右に摺動移動させるものであれば、ピストン
１０２の前面側に開口するものであってもよい。

【００３４】又、前記実施の形態では、ピストンチャン
バ１０３に供給するピストン１０２の制御圧力を、いわ
ゆる三方弁である電磁弁１２０の切換えにより行うこと
で説明したが、高圧側の制御圧通路１２１及び低圧側の
制御圧通路１２２に個々に電磁弁を設け、それぞれのＯ
Ｎ /ＯＦＦをＰＷＭ制御することにより、本実施の形態
と同様の制御が可能である。

【００３５】更に、制御圧通路１２１、１２２が制御圧
通路１２３を介してピストンチャンバ１０３に連絡する
形態から、制御圧通路１２３を廃して制御圧通路１２
１、１２２を並列して直接ピストンチャンバ１０３に連
絡し、各制御圧通路１２１、１２２に個々に電磁弁を設
け、それぞれのＯＮ /ＯＦＦをＰＷＭ制御することによ
り、本実施の形態と同様の制御が可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上、本発明によれば、オスメス一対の
スクリュー状のロータの噛合い部に、同ロータの軸方向
に摺動可能なスライドバルブを設けて圧縮室を区画し、
前記スライドバルブを駆動用ピストンで摺動移動して前
記圧縮室の容量制御を行うスクリュー式流体機械におい
て、前記スライドバルブを摺動移動する前記駆動用ピス
トンに供給する圧力を、冷媒ガス圧等における高圧、又
は低圧の何れかに選択的に切換える電磁弁を設けると共
に、同電磁弁の切換え制御を行うＰＷＭ制御装置を設け
てスクリュー式流体機械を構成しているので、前記した
様にスライドバルブの摺動移動を行う駆動用ピストンに
供給する圧力を、冷媒ガス圧等における高圧、又は低圧
の何れかに選択的に切換える電磁弁をＰＷＭ制御装置に
より制御する様にしてスクリュー式流体機械を構成した
ことにより、ＰＷＭ制御による電磁弁のＯＮ /ＯＦＦで
スクリュー圧縮機の容量を任意に制御することを可能と
し、電磁弁の数、制御圧通路に接続する配管等を削減し
て、簡易で、安価な容量制御機構を備えた好適なスクリ
ュー式流体機械を得ることが出来たものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係るスクリュー式流体
機械の要部に当たる容量制御機構のフルロード時におけ
る作動説明図である。

【図２】図１のフルロード時に対比して示す容量制御機
構のアンロード時における作動説明図である。

【図３】本実施の形態に係わる容量制御用の電磁弁の制
御図である。

【図４】従来のスクリュー圧縮機の縦断面図である。

【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。

【図６】図４のスクリュー圧縮機における容量制御機構
の作動説明図である。

【図７】図４のスクリュー圧縮機における容量制御機構
の他の作動説明図である。

【符号の説明】

１ スライドバルブ １ａ 端面 ２ 駆動用ピストン ３ ピストンチャンバ ３ａ 連通穴 ４ 電磁弁 ４ａ キャピラリ ５ 電磁弁 ６ 電磁弁 ７ 高圧側制御圧通路 ８ａ 制御圧通路 ８ｂ 制御圧通路 ９ 制御圧通路 １０ 低圧側制御圧通路 １１ オスロータ １２ メスロータ １３ ロータケース １４ 圧縮室 ２１ 吸入口 ２２ 吐出口 ２３ 吸入室 ２４ 吐出室 ３０ スプリング １０１ スライドバルブ １０２ ピストン １０３ ピストンチャンバ １１１ オスロータ １２０ 電磁弁 １２１ 制御圧通路 １２２ 制御圧通路 １２３ 制御圧通路 １３０ 調整スプリング

フロントページの続き (72)発明者 柴田 一矢 兵庫県高砂市荒井町新浜２丁目１番１号 三菱重工業株式会社高砂製作所内 (72)発明者 佐藤 創 名古屋市中村区岩塚町字高道１番地 三菱 重工業株式会社名古屋研究所内 Ｆターム(参考） 3H029 AA03 AB03 BB52 CC13 CC66

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 オスメス一対のスクリュー状のロータの
   噛合い部に、同ロータの軸方向に摺動可能なスライドバ
   ルブを設けて圧縮室を区画し、前記スライドバルブを駆
   動用ピストンで摺動移動して前記圧縮室の容量制御を行
   うスクリュー式流体機械において、前記スライドバルブ
   を摺動移動する前記駆動用ピストンに供給する圧力を、
   冷媒ガス圧等における高圧、又は低圧の何れかに選択的
   に切換える電磁弁を設けると共に、同電磁弁の切換え制
   御を行うＰＷＭ制御装置を設けたことを特徴とするスク
   リュー式流体機械。