JP5881403B2 - スクリュー圧縮機 - Google Patents
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Description
図1は、本発明の実施の形態1に係るスクリュー圧縮機の概略構成図である。
この実施の形態1に係るスクリュー圧縮機は、シングルスクリュー圧縮機であり、図1に概略の構成を示すように、筒状のケーシング本体1と、このケーシング本体1内に収容されたスクリューローター3と、この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。このモーター2は、ケーシング本体1に内接して固定されたステーター2aと、ステーター2aの内側に配置されたモーターローター2bとから構成され、インバーター方式で回転数が制御されるようになっている。スクリューローター3とモーターローター2bとは互いに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。また、スクリューローター3は、複数の螺旋状の溝(スクリュー溝)が形成されており、スクリュー軸4に固定されたモーターローター2bに連結されて回転駆動される。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の空間は、ケーシング本体1の内筒面およびこの溝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を形成する。また、ケーシング本体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に開口する吐出口7が形成されている。さらに、ケーシング本体1には一対のロッド9および駆動装置10に連結され軸方向に移動可能な一対の可変Vi弁8が設けられており、吐出口7の一部を形成している。なお、もう一方の可変Vi弁8に連結する駆動装置10については図示を省略している。図1において、16は吸込室を示す。
駆動装置10は、内部容積比可変機構(以下、可変Vi機構という)の一部を構成するものであり、シリンダー11内に設けられたピストン12と可変Vi弁8をロッド9にて連結する構成となっている。また、ピストン12の面積は可変Vi弁8の吐出圧力を受ける面積に比べて大きくなっている。
可変Vi弁8は、弁本体8aと、ガイド部8bと、連結部8cとから構成されており、ガイド部8bの吐出口側端部8eには連結部8cが設けられ、駆動装置10側の端面には上記ロッド9が連結されている。また、弁本体8aの吐出口側端部8dとガイド部8bの吐出口側端部8eとの間は連結部8cによって連結されるとともに、上記吐出口7に連通する吐出空隙8fを形成している。
可変Vi弁8に対して近い方にあるシリンダー室13aには圧力導入孔113aが、可変Vi弁8に対して遠い方にあるシリンダー室13bについては圧力導入孔113bが設けられている。シリンダー室13aの圧力導入孔113aは、常時吐出圧力を導入するように流路15aで図1の吐出室6に接続されている。シリンダー室13bの圧力導入孔113bは、吐出圧力を導入するように止め弁14bを介して流路15bで吐出室6に接続されており、さらに流路15bには止め弁14aを介して吸込圧力を導入するように流路(分岐流路)15cで図1の吸込室16に接続されている。また、上記の止め弁14a、14bは一例であり、流路の開閉または切り替えができる弁手段であればよく、例えば電磁弁や三方弁でもよい。流路の切り替えが可能な三方弁の場合、流路の分岐部に1つ設ければよく、したがって止め弁14a、14bを省略することができる。また、流路15a、15b、15cはケーシング本体1およびシリンダー11の壁内部に形成してもよく、配管を用いて接続するようにしてもよい。
(i)Vi値大のときの動作
図3に、Vi値大のときの可変Vi機構内の各部の圧力と可変Vi機構の移動方向を示す。
Vi値大のときは、駆動装置10が可変Vi弁8を図中矢印で示す左方向に位置させることで、吐出口7が開くタイミングを遅くしている。
一方、ピストン12に連結されている可変Vi弁8については、弁本体8aの吸込側端部8gには吸込圧力が作用し、吐出口側端部8dには吐出直後の吐出圧力が作用している。また、ガイド部8bの吐出口側端部8eには吐出口側端部8dに作用する圧力と同じ圧力が互いに逆向きに作用し、駆動装置側端部8hには吐出圧力が作用している。
したがって、可変Vi弁8内部の吐出口側端部8dと8eに作用する荷重は相殺されるので、可変Vi弁8は駆動装置側端部8hと吸込側端部8gに作用する圧力差により図中右方向へ移動しようとするが、可変Vi弁8の駆動装置側端部8hの面積よりピストン12の面積の方が大きく設定されているため、両面積が受ける圧力差によりピストン12および可変Vi弁8は図中左方向へ移動する。よって、可変Vi弁8はピストン12がシリンダー室13の壁面と当たる位置で停止するため、Vi値大の位置に正確に位置決めすることができる。
図4に、Vi値小のときの可変Vi機構内の各部の圧力と可変Vi機構の移動方向を示す。
Vi値小のときは、駆動装置10が可変Vi弁8を図中矢印で示す右方向に位置させることで、吐出口7が開くタイミングを早めている。
一方、ピストン12に連結されている可変Vi弁8については、弁本体8aの吸込側端部8gには吸込圧力が作用し、吐出口側端部8dには吐出直後の吐出圧力が作用している。また、ガイド部8bの吐出口側端部8eには吐出口側端部8dに作用する圧力と同じ圧力が互いに逆向きに作用し、駆動装置側端部8hには吐出圧力が作用している。
したがって、シリンダー室13内は圧力差がない状態となっているので、可変Vi弁8は、駆動装置側端部8hに作用する吐出圧力と吸込側端部8gに作用する吸込圧力との差圧により図中右方向へ移動する。よって、可変Vi弁8はピストン12がシリンダー室13の壁面と当たる位置で停止するため、Vi値小の位置に正確に位置決めすることができる。
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75%負荷時と50%負荷時における重みが大きい。
実施の形態1においては、シリンダー室13aの圧力導入孔113aを吐出室6と連結し、シリンダー室13bの圧力導入孔113bについてはケーシング本体1内の吐出室6と吸込室16とにそれぞれ止め弁14a、14bを介して流路15b、15cで連結した構成を示したが、この実施の形態2では、圧力導入孔113aをケーシング1内の吐出室6と吸込室16とにそれぞれ止め弁14a、14bを介して流路15b、15cで連結し、圧力導入孔113bについてはケーシング1内の吸込室16と連結した構成とするものである。
(i)Vi値大のときの動作
図5に、Vi値大のときの可変Vi機構内の各部の圧力と可変Vi機構の移動方向を示す。
Vi値大のときは、駆動装置10が可変Vi弁8を図中矢印で示す左方向に位置させることで、吐出口7が開くタイミングを遅くしている。
一方、ピストン12に連結されている可変Vi弁8については、弁本体8aの吸込側端部8gには吸込圧力が作用し、吐出口側端部8dには吐出直後の吐出圧力が作用している。また、ガイド部8bの吐出口側端部8eには吐出口側端部8dに作用する圧力と同じ圧力が互いに逆向きに作用し、駆動装置側端部8hには吐出圧力が作用している。
したがって、可変Vi弁8内部の吐出口側端部8dと8eに作用する荷重は相殺されるので、可変Vi弁8は駆動装置側端部8hと吸込側端部8gに作用する圧力差により図中右方向へ移動しようとするが、可変Vi弁8の駆動装置側端部8hの面積よりピストン12の面積の方が大きく設定されているため、両面積が受ける圧力差によりピストン12および可変Vi弁8は図中左方向へ移動する。よって、可変Vi弁8はピストン12がシリンダー室13の壁面と当たる位置で停止するため、Vi値大の位置に正確に位置決めすることができる。
図6に、Vi値小のときの可変Vi機構内の各部の圧力と可変Vi機構の移動方向を示す。
Vi値小のときは、駆動装置10が可変Vi弁8を図中矢印で示す右方向に位置させることで、吐出口7が開くタイミングを早めている。
一方、ピストン12に連結されている可変Vi弁8については、弁本体8aの吸込側端部8gには吸込圧力が作用し、吐出口側端部8dには吐出直後の吐出圧力が作用している。また、ガイド部8bの吐出口側端部8eには吐出口側端部8dに作用する圧力と同じ圧力が互いに逆向きに作用し、駆動装置側端部8hには吐出圧力が作用している。
したがって、シリンダー室13内は圧力差がない状態となっているので、可変Vi弁8は、駆動装置側端部8hに作用する吐出圧力と吸込側端部8gに作用する吸込圧力との差圧により図中右方向へ移動する。よって、可変Vi弁8はピストン12がシリンダー室13の壁面と当たる位置で停止するため、Vi値小の位置に正確に位置決めすることができる。
また、ピストン12と可変Vi弁8にかかる吐出圧力と吸込圧力との圧力差を調整することにより、可変Vi弁8の位置を段階的に制御することができる。
以上に説明した実施の形態1、2において、可変Vi弁8に連結されているピストン12は、図7に示すように、ピストンロッド17を共通の取付板18を介して2個の可変Vi弁8のロッド9に連結することで、可変Vi弁2個に対して1個であってもよく、図1に示すような可変Vi弁1個に対して1個のピストンであってもよく、可変Vi弁8に対するピストン12の個数は限定しないものとする。
Claims (4)
- 内部容積比Viを可変にするための可変Vi弁を含む内部容積比可変機構を備えたスクリュー圧縮機において、
前記可変Vi弁の位置を2段階で制御するものであり、
前記可変Vi弁の位置は、
4つの運転負荷毎に重みを付けて算出される期間成績係数において、重みが大きい上位2つの運転負荷に基づいて設定されている
ことを特徴とするスクリュー圧縮機。 - 前記内部容積比可変機構は、シリンダーと、1つのピストンとを有し、
前記可変Vi弁は、ロッドを介して前記ピストンに連結されており、
前記シリンダーの内部は、前記ピストンにより2つの空間室に区間され、
前記2つの空間室は、前記可変Vi弁に近い順に、常時吐出圧力を導入するシリンダー室と、弁手段を介して吸込圧力または吐出圧力を導入するシリンダー室として配置されていることを特徴とする請求項1記載のスクリュー圧縮機。 - 前記内部容積比可変機構は、シリンダーと、1つのピストンとを有し、
前記可変Vi弁は、ロッドを介して前記ピストンに連結されており、
前記シリンダーの内部は、前記ピストンにより2つの空間室に区間され、
前記2つの空間室は、前記可変Vi弁に近い順に、弁手段を介して吸込圧力または吐出圧力を導入するシリンダー室と、常時吸込圧力を導入するシリンダー室として配置されていることを特徴とする請求項1記載のスクリュー圧縮機。 - インバーター回転数制御により容量制御を行う請求項1から3のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
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