JP2013238135A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

【課題】可変Ｖｉ弁を備えたスクリュー圧縮機において、起動時の負荷を低減することができるスクリュー圧縮機を得る。
【解決手段】可変Ｖｉ弁８に、スクリューローター３に対向するシール面８ａに開口した弁バイパス孔１１ａおよびケーシング１に摺動するシール面８ｂに開口した弁バイパス孔１１ｂが形成され、ケーシング１に、可変Ｖｉ弁８が摺動するシール面１ｃに開口し低圧空間１２に連通したケーシングバイパス孔１１ｃが形成され、起動時または停止時、可変Ｖｉ弁８は弁バイパス孔１１ｂとケーシングバイパス孔１１ｃとが連通する位置にあり、圧縮室５と低圧空間１２とをバイパス流路によって連通することによって、負荷を低減する。起動または停止時以外の時は、可変Ｖｉ弁８は弁バイパス孔１１ｂとケーシングバイパス孔１１ｃとが連通しない位置にある。
【選択図】図２

Description

本発明はスクリュー圧縮機に係わり、例えば、冷凍機の冷媒圧縮等に用いられるスクリュー圧縮機に関するものである。

従来のスクリュー圧縮機においては、圧縮機起動時の起動電流や起動トルクなどの負荷を低減させるために、高圧側を低圧側に連通して冷媒ガスをバイパスさせることで容量制御を行う容量制御通路と、容量制御通路の開度を調整するスライド弁を容量制御弁として備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

また、起動時の負荷を低減する他の機構としては、圧縮機本体に設けられたエコノマイザーポートや液インジェクションポートを起動時のみ低圧空間と連結させてバイパス流路を形成することで起動電流を抑制させるものがある（例えば、特許文献２、３参照）。

さらに、スクリュー圧縮機における「内部容積比Ｖｉ」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。そして、内部容積比Ｖｉが一定な固定Ｖｉ弁を具備するスクリュー圧縮機において、例えば、中圧縮比で適正圧縮を行うように内部容積比を設定した場合、低圧縮比の運転を行うと、吐出ポートが開く前にガスは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り、反対に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、効率の低下を招くことになる。
そのため、前記の容量制御通路の開度を調整するスライド弁を吐出開始のタイミングの調整に用いて、スライド弁が内部容積比Ｖｉを可変にする可変Ｖｉ弁となることで、運転圧力比に応じて可変Ｖｉ弁の開度を調整するようにしたものがある（例えば、特許文献４参照）。

さらに、従来のスクリュー圧縮機においては可変Ｖｉ弁と容量制御弁の両方を備え、容量制御時は容量制御弁を駆動して可変Ｖｉ弁との間に隙間を生じさせることでバイパス流路を形成するものがある（例えば、特許文献５参照）。

特公平２−１１７５０８号公報（第４−５頁、第１図） 特開２００９−５２５６６号公報（第４−５頁、図１） 特開２００９−２４５３４号公報（第６−７頁、図１） 特許第４１４７８９１号公報（第４−５頁、図１） 特許第３１５９７６２号公報（第３−４頁、図１）

特許文献１〜３に記載のように可変Ｖｉ弁は動力ロスを低減するものの、スライド弁が内部容積比Ｖｉを調整する可変Ｖｉ弁として使用されるスクリュー圧縮機では、起動時の負荷を低減する機構を新たに設ける必要があった。
また、特許文献４に記載されたスクリュー圧縮機は、エコノマイザーポートや液インジェクションポートを低圧空間に連結させてバイパス流路を形成する構成であるため、起動時のみバイパス流路を形成するように流路を切り替えるためのバルブを新たに設置する必要があり、部品点数が増して構造が複雑になって、価格が高くなるという問題があった。
また、特許文献５に記載されたスクリュー圧縮機は、可変Ｖｉ弁機構に加えて新たに容量制御弁と容量制御弁制御機構とが必要になる構成であるため、部品点数が増して構造が複雑になって、価格が高くなるという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされたものであり、部品点数を抑えた簡易な構成でありながら、起動時の負荷を低減することができるスクリュー圧縮機を得ることを目的とする。

本発明に係わるスクリュー圧縮機は、ケーシングと、該ケーシングの内部に回転自在に配置されたスクリューローターと、該スクリューローターを回転させるモーターと、前記ケーシングに摺動して内部容積比Ｖｉを変更するための可変Ｖｉ弁と、該可変Ｖｉ弁を駆動する駆動手段と、を備えたスクリュー圧縮機において、
前記可変Ｖｉ弁に、前記スクリューローターに対向する面および前記ケーシングに摺動する面に開口した弁バイパス孔が形成され、前記ケーシングに、前記可変Ｖｉ弁が摺動する面に開口し低圧空間に連通したケーシングバイパス孔が形成され、
起動停止時には、前記可変Ｖｉ弁は前記弁バイパス孔と前記ケーシングバイパス孔とが連通する位置にあり、起動停止時以外の時には、前記可変Ｖｉ弁は前記弁バイパス孔と前記ケーシングバイパス孔とが連通しない位置にあることを特徴とする。

本発明によれば、スクリューローターに対向する面（圧縮室に同じ）に連通する弁バイパス孔を可変Ｖｉ弁に設けると共に、低圧空間に連通するケーシングバイパス孔をケーシングに設けることによって、起動停止時には、圧縮室と低圧空間とを連通するバイパス流路を形成するため、安価で簡易な構成で起動停止時の負荷を低減することができる。

本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を説明する概略構成を示す側面視の断面図。 図１に示すスクリュー圧縮機の起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す拡大断面図。 図１に示すスクリュー圧縮機の起動停止時以外の時におけるバイパス流路形成機構を示す拡大断面図。 本発明を複数段の圧縮部を有したスクリュー圧縮機に適用した際の概略構成を示す側面視の断面図。

［実施の形態１］
図１〜図３は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を説明するものであり、図１は概略構成を示す側面視の断面図、図２は起動停止時におけるバイパス流路形成機構を示す拡大断面図、および図３は起動停止時以外の時におけるバイパス流路形成機構を示す拡大断面図である。このとき、図２および図３における（ａ）は側面視の断面図、図２および図３における（ｂ）は平面視（（ａ）におけるＡ矢視）の断面図である。なお、各図は、模式的に描かれたものであって、本発明はかかる形態に限定されるものではない。

（スクリュー圧縮機）
図１において、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り、筒状のケーシング１と、ケーシング１内に収容されたスクリューローター３と、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。
モーター２は、ケーシング１に内接して固定されたステーター２ａと、ステーター２ａの内側に回転自在に配置されたローター２ｂとから構成されている。

（圧縮室）
スクリューローター３の円筒面（外周）には、複数の螺旋状の溝（スクリュー溝）が形成され、スクリューローター３の回転中心とローター２ｂの回転中心とは互いに同一軸線上に配置され、いずれもスクリュー軸４に固定されている。すなわち、スクリューローター３はスクリュー軸４を介してローター２ｂによって回転駆動される。
また、スクリューローター３の円筒面に形成された隣接する溝同士の間の空間は、ケーシング１の内筒面と前記溝と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を形成している。

（可変Ｖｉ弁）
ケーシング１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が形成されている。
そして、圧縮室５と吐出室６との間に、ケーシング１に摺動しながら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。一対の可変Ｖｉ弁８には、それぞれケーシング１に設置された駆動装置１０によって進退されるロッド９が連結されている。
また、可変Ｖｉ弁８には貫通した吐出口７が形成され、吐出口７を経由して圧縮室５と吐出室６とが連通している。

（バイパス孔）
可変Ｖｉ弁８のスクリューローター３との対向面（以下「シール面」と称す）８ａに開口する（流路の始端となる）弁バイパス孔１１ａが設けられ、可変Ｖｉ弁８のケーシング１との対向面（以下「シール面」と称す）８ｂに開口する（流路の終端となる）弁バイパス孔１１ｂが設けられ、弁バイパス孔１１ａと弁バイパス孔１１ｂは連通している。
また、ケーシング１の可変Ｖｉ弁８との対向面（シール面８ｂに摺動する面）１ｃに開口する（流路の始端となる）ケーシングバイパス孔１１ｃが設けられ、ケーシングバイパス孔１１ｃの終端は低圧空間１２とつながっている。
そして、以下に説明するように、軸方向に移動する可変Ｖｉ弁８が、所定の位置にあるとき、弁バイパス孔１１ｂとケーシングバイパス孔１１ｃとが連通し、圧縮室５と低圧空間１２を連通するバイパス流路が形成されるようになっている。

（バイパス流路形成機構：起動停止時）
図２において、可変Ｖｉ弁８の動作による弁バイパス孔１１ｂとケーシングバイパス孔１１ｃとの連通の変化を、まず、起動時または停止時（以下「起動停止時」と称す、負荷低減動作時に同じ）の場合について説明する。
起動停止時において、可変Ｖｉ弁８を図中右端の位置まで移動して、弁バイパス孔１１ｂとケーシングバイパス孔１１ｃを重ねる。すると、弁バイパス孔１１ａと弁バイパス孔１１ｂとケーシングバイパス孔１１ｃとが連通するから、圧縮室５と低圧空間１２とを連通するバイパス流路が形成される。
このように起動停止時においては、バイパス流路を形成するように可変Ｖｉ弁８を駆動することで、圧縮途中の冷媒ガスをバイパス流路を経由して低圧空間１２へ逃がすことができる。

そうすると、圧縮機の起動時に冷媒ガスの一部は、バイパスして低圧空間１２へ逃がされるから、負荷が低減することによって、起動電流や起動トルクを低減することができる。
また、停止時においても同様の動作により、圧縮途中の冷媒ガスをバイパスさせて低圧空間に逃がすから、負荷が低減され、高圧と低圧との差圧が小さな状態において圧縮機を停止することができる。このため、スクリューローター３の逆回転などによる負荷を低減することができる。

（バイパス流路形成機構：起動停止時以外の時）
図３において、起動停止時以外の時の運転（定常運転時に同じ）においては、可変Ｖｉ弁８は各運転状態により位置が設定されるため図中右端から離れ、弁バイパス孔１１ｂとケーシングバイパス孔１１ｃとが重ならない位置となる。
すなわち、弁バイパス孔１１ｂはケーシング１の可変Ｖｉ弁８とのシール面１ｃによって塞がれるため、前記のようなバイパス流路は形成されない。よって、起動停止時以外の時、すなわち、定常運転時は、圧縮室５における冷媒ガスは、その一部が低圧空間１２に逃げる（リークする）ことがなく、全量が圧縮されて吐出室６に供給される。

（効果）
以上のように、本発明の実施の形態１によれば、可変Ｖｉ弁８に圧縮室５に連通する弁バイパス孔１１ａ、１１ｂと、ケーシング１に低圧空間１２に連通するケーシングバイパス孔１１ｃを設けることによって、既存の可変Ｖｉ弁８の駆動装置１０を利用した安価で簡易な構成で起動停止時の負荷を低減する機構を得ることができる。
さらに、モーター２をインバーター駆動により回転数制御し、起動停止時に低速運転を行うことで始動停止時の負荷を更に低減することができる。

以上に説明したバイパス流路形成機構は図４に示すように複数段の圧縮部を有した圧縮機においても、既存の可変Ｖｉ弁と該可変Ｖｉ弁の駆動装置を利用することで、安価で簡易な構成で起動停止時の負荷を低減する機構を得ることができる。

１ ケーシング、１ｃ シール面、２ モーター、２ａ ステーター、２ｂ ローター、３ スクリューローター、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 シール面、８ｂ シール面、９ ロッド、１０ 駆動装置、１１ａ 弁バイパス孔、１１ｂ 弁バイパス孔、１１ｃ ケーシングバイパス孔、１２ 低圧空間、１００ スクリュー圧縮機。

Claims (3)

1. ケーシングと、該ケーシングの内部に回転自在に配置されたスクリューローターと、該スクリューローターを回転させるモーターと、前記ケーシングに摺動して内部容積比Ｖｉを変更するための可変Ｖｉ弁と、該可変Ｖｉ弁を駆動する駆動手段と、を備えたスクリュー圧縮機において、
   前記可変Ｖｉ弁に、前記スクリューローターに対向する面および前記ケーシングに摺動する面に開口した弁バイパス孔が形成され、前記ケーシングに、前記可変Ｖｉ弁が摺動する面に開口し低圧空間に連通したケーシングバイパス孔が形成され、
   起動時または停止時には、前記可変Ｖｉ弁は前記弁バイパス孔と前記ケーシングバイパス孔とが連通する位置にあり、起動時または停止時以外の時には、前記可変Ｖｉ弁は前記弁バイパス孔と前記ケーシングバイパス孔とが連通しない位置にあることを特徴とするスクリュー圧縮機。
2. 複数段の圧縮部を有し、
   ケーシングと、該ケーシングの内部に回転自在に配置されたスクリューローターと、該スクリューローターを回転させるモーターと、前記ケーシングに摺動して内部容積比Ｖｉを変更するための可変Ｖｉ弁と、該可変Ｖｉ弁を駆動する駆動手段と、を備え、
   前記可変Ｖｉ弁に、前記スクリューローターに対向する面および前記ケーシングに摺動する面に開口した弁バイパス孔が形成され、前記ケーシングに、前記可変Ｖｉ弁が摺動する面に開口し低圧空間または中間圧空間に連通したケーシングバイパス孔が形成され、
   起動時または停止時には、前記可変Ｖｉ弁は前記弁バイパス孔と前記ケーシングバイパス孔とが連通する位置にあり、運転開始時および運転終了時以外の時、前記可変Ｖｉ弁は前記弁バイパス孔と前記ケーシングバイパス孔とが連通しない位置にあることを特徴とするスクリュー圧縮機。
3. 前記モーターはインバーター回転数制御により回転されることを特徴とする請求項１または２記載のスクリュー圧縮機。

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