JP6942265B2 - 熱源装置および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Description

この発明は、スクリュー圧縮機を有する熱源装置および冷凍サイクル装置に関するものである。

従来から、スクリュー圧縮機を有する熱源装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、熱源装置の起動時に、電子膨張弁の開度の制御を行っている。

特開２００７−８５６１５号公報

特許文献１では、電子膨張弁の開度を制御して、熱源装置の起動時から安定運転に到達させている。特許文献１では、多量の冷媒を循環させながら、熱源装置を安定化させているため、熱源装置を起動してから熱源装置が安定化するまでに長時間を必要とする場合がある。

この発明は、上記のような課題を鑑みてなされたもので、熱源装置を起動してから熱源装置が安定化するまでの時間を短時間化することができる熱源装置を得ることを目的とする。

この発明に係る熱源装置は、スクリューロータと、スクリューロータを収容しスクリューロータとともに圧縮室を形成するケーシングと、ケーシングに形成され、圧縮室の第１の圧力部と第１の圧力部よりも低い圧力の第２の圧力部とを接続するバイパス部と、バイパス部に設けられ、圧縮室の圧縮比を調整する調整部と、を備えたスクリュー圧縮機と、スクリュー圧縮機が吸入する冷媒の温度または過熱度を検出する吸入センサと、スクリュー圧縮機が起動してから設定時間が経過する前、且つ吸入センサの検出結果が第１の設定値よりも高いときに、バイパス部を連通させる制御を実行する制御装置と、を備え、バイパス部は、調整部がスクリューロータの回転軸方向に沿ってスライド移動することで、開口面積が調整されるものである。

この発明の熱源装置は、スクリュー圧縮機が起動してから設定時間が経過する前、且つ吸入センサの検出結果が第１の設定値よりも高いときに、圧縮室の中圧部と低圧部とを接続して圧縮比を小さくすることで、熱源装置の動作を安定させている。したがって、この発明の熱源装置によれば、熱源装置を起動してから熱源装置が安定化するまでの時間を短時間化することができる。

この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。 図１に記載のスクリュー圧縮機の一例を示す図である。 図２に記載のスクリュー圧縮機の圧縮室の吸入工程の一例を示す図である。 図２に記載のスクリュー圧縮機の圧縮室の圧縮工程の一例を示す図である。 図２に記載のスクリュー圧縮機の圧縮室の吐出工程の一例を示す図である。 図２に記載のスクリュー圧縮機のスライドバルブが第１の位置にあるときの一例を示す図である。 図６に記載のスライドバルブが第２の位置にあるときの一例を示す図である。 図６に記載のスライドバルブが第３の位置にあるときの一例を示す図である。 図６に記載のスライドバルブが第１の位置にあるときの、スライドバルブとバイパス開口部との関係を示す図である。 図６に記載のスライドバルブが第２の位置にあるときの、スライドバルブとバイパス開口部との関係を示す図である。 図６に記載のスライドバルブが第３の位置にあるときの、スライドバルブとバイパス開口部との関係を示す図である。 図６に記載のスライドバルブが第１の位置にあるときの、冷凍サイクル装置の動作を説明する図である。 図６に記載のスライドバルブが第２の位置にあるときの、冷凍サイクル装置の動作を説明する図である。 図６に記載のスライドバルブが第３の位置にあるときの、冷凍サイクル装置の動作を説明する図である。 図１に記載の冷凍サイクル装置の起動時の制御の一例を示す図である。 実施の形態１の変形例１を示す図である。 実施の形態１の変形例１の冷凍サイクル装置の起動時の制御の一例を示す図である。 この発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の一例を示す図である。 実施の形態２の冷凍サイクル装置の起動時の制御の一例を示す図である。 この発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機の一例を示す図である。

以下、図面を参照して、この発明の実施の形態について説明する。なお、各図中、同一または相当する部分には、同一符号を付して、その説明を適宜省略または簡略化する。また、各図に記載の構成について、その形状、大きさおよび配置等は、この発明の範囲内で適宜変更することができる。

実施の形態１．
［冷凍サイクル装置］
図１は、この発明の実施の形態１に係る冷凍サイクル装置の一例を示す図である。この実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、倉庫等の冷却空間を冷却する冷凍装置に適用されるものである。なお、冷凍サイクル装置１００は、ビル等の空調を行う空気調和装置に適用することができる。冷凍サイクル装置１００は、熱源装置２００と負荷装置４００とを有している。熱源装置２００は、冷却空間の外部に設けられ、負荷装置４００に熱を供給するものである。熱源装置２００は、例えば屋外に設けられるが、機械室等に設けられてもよい。負荷装置４００は、冷却空間の内部に設けられ、冷却空間を冷却するものである。負荷装置４００は、膨張弁１０５と負荷側熱交換器１０６と負荷側送風機（図示を省略）を有している。膨張弁１０５は、冷媒を膨張させるものである。膨張弁１０５は、例えば開度を調整することができる電子式膨張弁であるが、開度を調整することができない毛細管であってもよい。なお、膨張弁１０５は、負荷装置４００の外部に設けられてもよい。負荷側熱交換器１０６は、空気を冷媒と熱交換させるものである。負荷側熱交換器１０６は、フィンおよびチューブで形成されたフィンチューブ式の熱交換器である。負荷側熱交換器１０６は、冷媒と水等の熱媒体を熱交換させるプレート式の熱交換器等であってもよい。この実施の形態の負荷側熱交換器１０６は、冷媒を蒸発させる蒸発器として機能する。負荷側送風機（図示を省略）は、負荷側熱交換器１０６に空気を送風するものである。負荷側送風機（図示を省略）が送風を行うことで、負荷側熱交換器１０６と熱交換した空気が、冷却空間に吹き出される。

熱源装置２００は、スクリュー圧縮機１０２と熱源側熱交換器１０４とを有している。スクリュー圧縮機１０２は、冷媒を圧縮するものである。この実施の形態の例のスクリュー圧縮機１０２は、二段シングルスクリュー圧縮機であり、スクリューロータ３ａと高圧スクリューロータ３ｂとモータ１０３と有している。電力供給源（図示せず）からインバータ１０１を介してモータ１０３へ電力供給されることによって、モータ１０３が動作する。モータ１０３が動作することで、モータ１０３と接続されたスクリューロータ３ａおよび高圧スクリューロータ３ｂが回転し、冷媒が圧縮される。熱源側熱交換器１０４は、フィンおよびチューブで形成されたフィンチューブ式の熱交換器である。熱源側熱交換器１０４は、冷媒と水等の熱媒体を熱交換させるプレート式の熱交換器等であってもよい。この実施の形態の熱源側熱交換器１０４は、冷媒を凝縮させる凝縮器として機能する。熱源側送風機（図示を省略）は、熱源側熱交換器１０４に空気を送風するものである。熱源側送風機（図示を省略）が送風を行うことで、熱源側熱交換器１０４での熱交換が促進される。また、熱源装置２００は、制御装置１１０およびセンサ類を有している。制御装置１１０は、熱源装置２００の外部に設けられていてもよく、例えば負荷装置４００の内部等に設けることができる。制御装置１１０は、ＣＰＵと、各種データを記憶するＲＡＭと、運転制御を行うためのプログラム等を記憶するＲＯＭ（何れも図示せず）とを備えたマイクロコンピュータなどで形成されている。制御装置１１０は、冷凍サイクル装置１００の全体の制御を行うものである。制御装置１１０は、例えば、膨張弁１０５、スクリュー圧縮機１０２等の制御を行う。熱源装置２００が備えるセンサ類は、スクリュー圧縮機１０２に吸入される冷媒の温度を検出する吸入温度センサ、スクリュー圧縮機１０２に吸入される冷媒の圧力を検出する吸入圧力センサ、スクリュー圧縮機１０２が吐出する冷媒の温度を検出する吐出温度センサ、スクリュー圧縮機１０２が吐出する冷媒の圧力を検出する吐出圧力センサ等を有している。なお、吸入温度センサまたは吸入圧力センサは、この実施の形態の「吸入センサ」に相当するものである。スクリュー圧縮機１０２が吸入する冷媒の過熱度は、例えば、吸入温度センサが検出した温度と吸入圧力センサが検出した圧力から算出される飽和ガス温度とから算出される。

［冷媒回路］
熱源装置２００と負荷装置４００とが冷媒配管で接続されることで、冷媒回路１０９が形成される。冷媒回路１０９は、スクリュー圧縮機１０２と熱源側熱交換器１０４と膨張弁１０５と負荷側熱交換器１０６とが冷媒配管で接続されることで形成され、冷媒が循環するものである。スクリュー圧縮機１０２で圧縮された高温高圧の冷媒は、熱源側熱交換器１０４で凝縮しながら放熱する。熱源側熱交換器１０４で凝縮した冷媒は、膨張弁１０５で膨張する。膨張弁１０５で膨張した冷媒は、負荷側熱交換器１０６で蒸発しながら空気から吸熱し、空気を冷却する。負荷側熱交換器１０６で蒸発した冷媒は、スクリュー圧縮機１０２に吸入され、再び圧縮される。

［スクリュー圧縮機］
図２は、図１に記載のスクリュー圧縮機の一例を示す図である。図２に示すように、スクリュー圧縮機１０２を形成する筒状のケーシング１０の内部に、モータ１０３とスクリューロータ３ａと高圧スクリューロータ３ｂとスクリュー軸４とゲートロータ６ａと高圧ゲートロータ６ｂと備えている。また、ケーシング１の内部には、低圧側と高圧側とを仕切る隔壁（図示せず）が設けられている。スクリューロータ３ａを有する低圧圧縮部で圧縮された冷媒は、中間室１１に吐出される。中間室１１の冷媒は、高圧スクリューロータ３ｂを有する高圧圧縮部で圧縮され、ケーシング１０に設けられた吐出口（図示を省略）から吐出される。モータ１０３は、ケーシング１の内部に固定されたステータ２ａとステータ２ａの内側に設けられたモータロータ２ｂとを有している。スクリューロータ３ａおよび高圧スクリューロータ３ｂとモータロータ２ｂとは、互いに同一軸線上に設けられている。スクリューロータ３ａおよび高圧スクリューロータ３ｂとモータロータ２ｂとは、スクリュー軸４で接続されている。スクリューロータ３ａの外周面には、圧縮室５ａを形成する複数の螺旋状の圧縮溝が形成されており、高圧スクリューロータ３ｂの外周面には、高圧圧縮室５ｂを形成する複数の螺旋状の圧縮溝が形成されている。ゲートロータ６ａは、スクリューロータ３ａの外周面に形成された圧縮溝と噛み合わされる複数の歯を有している。高圧ゲートロータ６ｂは、高圧スクリューロータ３ｂの外周面に形成された圧縮溝と噛み合わされる複数の歯を有している。圧縮室５ａは、ケーシング１０の内周面、スクリューロータ３ａ、およびゲートロータ６ａなどで形成される。高圧圧縮室５ｂは、ケーシング１０の内周面、高圧スクリューロータ３ｂ、および高圧ゲートロータ６ｂなどで形成される。スクリューロータ３ａおよび高圧スクリューロータ３ｂは、モータロータ２ｂが回転することで、回転駆動される。スクリューロータ３ａが回転することで、ゲートロータ６ａの歯がスクリューロータ３ａの圧縮溝の内側を相対的に移動する。高圧スクリューロータ３ｂが回転することで、高圧ゲートロータ６ｂの歯が高圧スクリューロータ３ｂの圧縮溝の内側を相対的に移動する。上記の動作によって、圧縮室５ａおよび高圧圧縮室５ｂのそれぞれは、吸入行程、圧縮行程および吐出行程を一サイクルとして、このサイクルを繰り返す。

［スクリュー圧縮機の動作］
図３は、図２に記載のスクリュー圧縮機の圧縮室の吸入工程の一例を示す図である。図４は、図２に記載のスクリュー圧縮機の圧縮室の圧縮工程の一例を示す図である。図５は、図２に記載のスクリュー圧縮機の圧縮室の吐出工程の一例を示す図である。図３〜図５では、ドットのハッチングで示した圧縮室５ａに着目して、圧縮工程を説明する。図３は、吸入行程における圧縮室５ａの状態を示している。スクリューロータ３ａが実線矢印の方向に回転すると、図４に示すように圧縮室５ａの容積が縮小する。さらに、スクリューロータ３ａが回転すると、図５に示すように、圧縮室５ａが吐出部１２と連通する。圧縮室５ａで圧縮された高圧の冷媒は、吐出部１２から吐出される。吐出部１２から吐出された冷媒は、高圧圧縮室５ｂに吸入されて、更に圧縮される。なお、高圧圧縮室５ｂは、圧縮室５ａと同様に冷媒を圧縮するため、説明を省略する。

図６は、図２に記載のスクリュー圧縮機のスライドバルブが第１の位置にあるときの一例を示す図である。図７は、図６に記載のスライドバルブが第２の位置にあるときの一例を示す図である。図８は、図６に記載のスライドバルブが第３の位置にあるときの一例を示す図である。図９は、図６に記載のスライドバルブが第１の位置にあるときの、スライドバルブとバイパス開口部との関係を示す図である。図１０は、図６に記載のスライドバルブが第２の位置にあるときの、スライドバルブとバイパス開口部との関係を示す図である。図１１は、図６に記載のスライドバルブが第３の位置にあるときの、スライドバルブとバイパス開口部との関係を示す図である。図１２は、図６に記載のスライドバルブが第１の位置にあるときの、冷凍サイクル装置の動作を説明する図である。図１３は、図６に記載のスライドバルブが第２の位置にあるときの、冷凍サイクル装置の動作を説明する図である。図１４は、図６に記載のスライドバルブが第３の位置にあるときの、冷凍サイクル装置の動作を説明する図である。図６〜図８に示すように、スクリュー圧縮機１０２は、スライドバルブ７を有している。スライドバルブ７は、過渡運転時等に動作するものである。スライドバルブ７は、ケーシング１０の内部にスライド自在に設けられている。スライドバルブ７は、連結棒８を介してピストンなどの駆動装置９に接続されている。駆動装置９は、例えば、ガス圧または油圧で駆動するピストンを利用したものであるが、モータ等で駆動するものであってもよい。駆動装置９を駆動することにより、スライドバルブ７は、スクリューロータ３ａの回転軸方向にスライド移動する。スライドバルブ７は、ケーシング１０の内周面とともに、圧縮室５ａの一部分を形成している。すなわち、図９〜図１１に示すように、ケーシング１０には、バイパス開口部７０が形成されている。バイパス開口部７０は、圧縮室５ａの中圧となる中圧部と、圧縮室５ａの低圧となる低圧部と、を繋ぐように、ケーシング１０に形成された穴である。低圧部は、圧縮室５ａが冷媒を吸入する吸入部と連通しており、中圧部と低圧部とが連通することで、吸入容積が小さくなる。スライドバルブ７が、軸方向に沿って移動することで、バイパス開口部７０の開口面積が調整される。バイパス開口部７０の開口面積を調整することで、圧縮室５ａが冷媒を吸入する吸入容積が調整される。なお、この実施の形態のスライドバルブ７は、２個のスライドバルブ７が同時にスライド移動するようになっているが、スライドバルブ７は１個であってもよい。スライドバルブ７は３個以上であってもよい。バイパス開口部７０は、この実施の形態の「バイパス部」に相当するものであり、スライドバルブ７は、この実施の形態の「調整部」に相当するものである。なお、バイパス開口部７０は、第１の圧力部と第１の圧力部よりも低い圧力の第２の圧力部とを繋ぐように形成されたものであればよい。圧力が高い部分と圧力が低い部分とを連通することで圧力比を小さくすることができる。

この実施の形態のスライドバルブ７は、図６に示す第１の位置、図７に示す第２の位置、図８に示す第３の位置の３つの位置に移動する。スライドバルブ７は、図６に示す第１の位置では、図９に示すように、バイパス開口部７０の大部分を覆い、理想的にはバイパス開口部７０を完全に塞ぐ。スライドバルブ７が第１の位置に設けられることで、圧縮室５ａの吸入容積が最大となる。圧縮室５ａの吸入容積が最大となることで、図１２に示すように、圧縮室５ａによる圧縮比が最大となる。

スライドバルブ７は、図７に示す第２の位置では、図１０に示すように、バイパス開口部７０の大部分を開口させる。スライドバルブ７が第２の位置に設けられることで、スライドバルブ７が第１の位置に設けられたときと比較して、圧縮室５ａの吸入容積が小さくなる。圧縮室５ａの吸入容積が小さくなることで、図１３に示すように、圧縮室５ａによる圧縮比が小さくなる。

スライドバルブ７は、図８に示す第３の位置では、図１１に示すように、バイパス開口部７０の中程度を開口させる。スライドバルブ７が第２の位置に設けられることで、スライドバルブ７が第１の位置に設けられたときと比較して圧縮室５ａの吸入容積が小さくなり、且つスライドバルブ７が第３の位置に設けられたときと比較して圧縮室５ａの吸入容積が大きくなる。すなわち、この実施の形態の例では、スライドバルブ７が第２の位置に設けられることで、圧縮室５ａの吸入容積が中程度となる。圧縮室５ａの吸入容積が中程度となることで、図１４に示すように、圧縮室５ａによる圧縮比が中程度となる。なお、スライドバルブ７は、３つの位置に移動するものに限定されず、２つの位置を移動するものであってもよい。スライドバルブ７は、４つ以上の位置を移動するものであってもよい。つまり、スライドバルブ７を移動させることで、吸入容積を変化させることができるようになっていればよい。なお、スライドバルブ７は、定常運転時には、通常、吸入容積が最大になる第１の位置となる。

図１５は、図１に記載の冷凍サイクル装置の起動時の制御の一例を示す図である。すなわち、この実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、起動後、設定時間が経過までは、図１５の制御を実行し、設定時間が経過した後は、通常制御に移行する。なお、冷凍サイクル装置１００が冷凍装置に適用されるときは、配管の長さによるが、数十分程度、図１５の制御を実行する。冷凍サイクル装置１００に封入された冷媒の量が多いときは、冷媒回路の冷媒の状態が安定するまでに長時間を必要とする場合があるためである。例えば、気温が高い地域または気温が高い時期等に、冷凍サイクル装置１００の動作を長時間停止したときは、低圧の冷媒の状態が安定するまでに長時間を必要とする。低圧の配管に封入され、温められた冷媒の量が多くなるためである。この実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、起動時に、スクリュー圧縮機１０２が吸入する冷媒の過熱度である吸込ＳＨを利用して、スライドバルブ７の制御を実行する。この実施の形態の例の冷凍サイクル装置１００は、閾値Ａ、閾値Ｂ、閾値Ｃの３つの閾値を有している。閾値Ａ、閾値Ｂ、閾値Ｃは、予め設定されており、例えば、制御装置１１０に記憶されている。３つの閾値の関係性は、閾値Ａ＞閾値Ｂ＞閾値Ｃとなっている。閾値Ａ＞閾値Ｂ＞閾値Ｃとすることで、ハンチングを抑制することができる。

図１５のステップＳ１にて、吸込ＳＨが閾値Ａよりも高いか否かを比較する。ステップＳ１にて吸込ＳＨが閾値Ａ以下であるときは、ステップＳ４に進む。ステップＳ１にて吸込ＳＨが閾値Ａよりも高いときは、過渡運転と判断し、ステップＳ２に進む。ステップＳ２にて、スライドバルブ７は図１０に示す第２の位置となる。ステップＳ３にて吸込ＳＨが閾値Ａよりも高いときは、ステップＳ２に戻る。ステップＳ３にて吸込ＳＨが閾値Ａ以下となると、ステップＳ４に進む。

ステップＳ４にて、吸込ＳＨが閾値Ｂよりも高いか否かを比較する。ステップＳ４にて吸込ＳＨが閾値Ｂ以下であるときは、ステップＳ７に進む。ステップＳ４にて吸込ＳＨが閾値Ｂよりも高いときは、ステップＳ５に進む。ステップＳ５にて、スライドバルブ７は図１１に示す第３の位置となる。ステップＳ６にて、吸込ＳＨが閾値Ｃよりも高いか否かを比較する。ステップＳ６にて吸込ＳＨが閾値Ｃよりも高いときは、ステップＳ５に戻る。ステップＳ６にて吸込ＳＨが閾値Ｃ以下となると、ステップＳ７に進む。ステップＳ７にて、スライドバルブ７は図９に示す第１の位置となり、ステップＳ１に戻る。

上記のように、この実施の形態の冷凍サイクル装置１００は、起動時に吸入ガス温度が高いときは、スライドバルブ７の位置を調整して、スクリュー圧縮機１０２の圧縮容積を小さくする。起動時の吸入ガス温度が高いときに、スクリュー圧縮機１０２の圧縮容積を小さくすることで、スクリュー圧縮機１０２から吐出される冷媒の温度を低下させることができる。スクリュー圧縮機１０２から吐出される冷媒の温度を低下させることで、スクリューロータ３ａ、高圧スクリューロータ３ｂの焼き付き等を抑制することができる。さらに、この実施の形態によれば、熱源装置２００の起動後、短時間で、冷却対象を目標温度に到達させることができる。

また、この実施の形態では、定常運転時はスライドバルブ７が第１の位置に位置しており、過渡運転時は吸入容積が小さくなる第２の位置、もしくは第２の位置よりも吸入容積が大きく且つ第１の位置よりも吸入容積が小さい第３の位置にスライドバルブが移動にする。吸入容積を段階的に調整することで、冷却能力を段階的に向上させることができるため、プルダウンの運転時間を短時間化することができる。

例えば、この実施の形態の例のスクリュー圧縮機１０２は、二段スクリュー圧縮機であり、起動時の吸入ガス温度が高いときに、スライドバルブ７の位置を調整して圧縮室５ａの圧縮容積を小さくし、高圧圧縮室５ｂの圧縮容積は変更しない。高圧圧縮室５ｂの圧縮容積を変更せずに、圧縮室５ａの圧縮容積を小さくすることで、図２に示す中間室１１の圧力である中間圧は、図１３に示すように、低下する。すなわち、スクリューロータ３ａを有する低圧圧縮部の圧縮比が低くなり、高圧スクリューロータ３ｂを有する高圧圧縮部の圧縮比が高くなる。低圧圧縮部の圧縮比が低くなることで、低圧圧縮部の吐出温度は低下する。これにより高圧圧縮部の吸入ガス温度は低下し、高圧圧縮部の吐出温度が低下する。なお、中間室１１にインジェクションを行う構成を有する場合は、低圧圧縮部の吐出温度の低下が小さい場合、高圧圧縮部の吐出温度が予め設定された設定範囲内に収まるよう、中間室１１に液インジェクションを行うとよい。中間室１１への液インジェクションを行うことで、高圧圧縮部の吸入過熱度の上昇を抑制し、かつ高圧圧縮部の吐出温度を設定範囲内とすることができる。なお、中間室１１へのインジェクションは、例えば、エコノマイザでの過冷却に用いた冷媒、油分離器で分離して冷却した油等、高圧圧縮部の吐出温度を低下させることができるものであればよい。

上記のように、この実施の形態の例の熱源装置２００は、スクリューロータ３ａと、スクリューロータ３ａを収容しスクリューロータ３ａとともに圧縮室５ａを形成するケーシング１０と、圧縮室５ａの第１の圧力部と第１の圧力部よりも低い圧力の第２の圧力部とを接続するバイパス部とを備えたスクリュー圧縮機１０２と、スクリュー圧縮機１０２が吸入する冷媒の温度または過熱度を検出する吸入センサと、スクリュー圧縮機１０２が起動してから設定時間が経過する前、且つ吸入センサの検出結果が第１の設定値よりも高いときに、バイパス部を連通させる制御を実行する制御装置１１０とを備えたものである。この実施の形態によれば、熱源装置２００を起動後に、バイパス部を連通させて圧縮室５ａの圧縮比を小さくすることで、熱源装置２００の動作を安定化させているため、熱源装置２００を起動後、熱源装置２００の動作が安定化するまでの時間を短時間化することができる。この実施の形態の例では、熱源装置２００の起動後、設定時間が経過までは、通常制御のときと比較して、圧縮室５ａの圧縮比を小さくする。例えば、この実施の形態の例では、熱源装置２００の起動後、設定時間が経過までは、バイパス開口部７０が最も大きくなるようにスライドバルブ７を移動させて、圧縮室５ａの圧縮比を最も小さくする。さらに、この実施の形態によれば、熱源装置２００の起動後の熱源装置２００の動作の安定化を確実化することができる。さらに、この実施の形態によれば、熱源装置２００の起動後、短時間で、冷却対象を目標温度に到達させることができる。

例えば、制御装置１１０は、設定時間が経過する前の第１時刻ｔ１が経過する前は、吸入センサの検出結果にかかわらず、バイパス部を連通させる制御を実行する。熱源装置２００の起動時に、無条件で、圧縮比を小さくしておくことで、熱源装置２００の起動を安定化させることができる。なお、この実施の形態の熱源装置２００は、スクリューロータ３ａと、スクリューロータ３ａを収容し該スクリューロータ３ａとともに圧縮室５ａを形成するケーシング１０と、圧縮室５ａの第１の圧力部と該第１の圧力部よりも低い圧力の第２の圧力部とを接続するバイパス部と、を備えたスクリュー圧縮機１０２と、スクリュー圧縮機１０２が起動してから第１時刻ｔ１が経過する前は、バイパス部を連通させる制御を実行する制御装置１１０と、を備えたものであってもよい。熱源装置２００の起動時に、無条件で、圧縮比を小さくしておくことで、熱源装置２００の起動を安定化させることができる。

また、例えば、熱源装置２００は、バイパス部が複数個設けられたものである。また、例えば、熱源装置２００は、バイパス部が偶数個設けられたものである。また、例えば、熱源装置２００は、一対のバイパス部が、スクリューロータ３ａを挟んで線対称となる位置に設けられたものである。バイパス部が複数個設けられた構成とすることで、圧縮比の調整量を大きくすることができる。また、バイパス部が複数個設けられた構成とすることで、圧縮比の調整量を例えば複数段階等の細やかなものとすることができる。また、一対のバイパス部を同時に制御することによって、圧縮室５ａの挙動が安定化する。

また、例えば、熱源装置２００は、バイパス部に設けられ、圧縮室５ａの圧縮比を調整する調整部をさらに備えたものである。圧縮室５ａの圧縮比を調整できる構成とすることで、熱源装置２００の起動を更に安定化させることができる。また、熱源装置２００の起動後、短時間で、冷却対象を目標温度に到達させることができる。

また、例えば、制御装置１１０は、吸入センサの検出結果が第１の設定値よりも高い第２の設定値のときに、圧縮比を第１の圧縮比とするように調整部を制御し、吸入センサの検出結果が第１の設定値よりも高く且つ第２の設定値よりも低いときに、圧縮比を第１の圧縮比よりも小さい第２の圧縮比とするように調整部を制御する。吸入センサの検出結果に応じて、圧縮比を調整する構成とすることで、熱源装置２００の起動後、短時間で、冷却対象を目標温度に到達させることができる。

また、例えば、バイパス部は、第１の圧力部と第２の圧力部とを繋ぐようにケーシング１０に形成されたバイパス開口部７０を有し、調整部は、バイパス開口部７０を覆って第１の圧力部と第２の圧力部とを連通させない第１の位置と、バイパス開口部７０の少なくとも一部分を覆わずに第１の圧力部と第２の圧力部とを連通させる第２の位置と、をスライド移動するスライドバルブ７を有するものである。スライドバルブ７を利用して、圧縮比を調整する構成とすることで、圧縮比を低下させないで運転を行うときに不要となる死容積を低減することができる。

また、例えば、スクリュー圧縮機１０２は、圧縮室５ａを収容した低圧側と、圧縮室５ａで圧縮された冷媒を圧縮する高圧圧縮室５ｂを収容した高圧側と、を仕切る隔壁を有する二段スクリュー圧縮機である。スクリュー圧縮機１０２が二段スクリュー圧縮機であるときは、低圧側で圧縮比を調整する制御を実行し、高圧側で吐出タイミングを調整する制御を実行することができるため、起動時の制御を安定化させることができる。さらに、熱源装置２００の起動後、短時間で、冷却対象を目標温度に到達させることができる。

また、例えば、第２の圧力部は、圧縮室５ａが冷媒を吸入する吸入部と連通するものである。吸入部と吸入部よりも高い圧力の部分とを連通する構造は、吸入容積を調整する構造となるため、圧縮過程の圧縮室同士を連通する構造と比較して、圧縮工程の挙動を安定化することができる。

また、たとえば、冷凍サイクル装置１００は、熱源装置２００と、熱源装置２００と接続された負荷装置４００と、を有するものである。この実施の形態の熱源装置２００は、負荷装置４００と接続する配管長が長くなる冷却倉庫等に適用されたときに効果が顕著となる。冷凍サイクル装置１００に貯留された冷媒の量が多いときは、冷凍サイクル装置１００の起動後に、冷媒の状態を安定化させるのが困難であり且つ長時間を必要とするためである。なお、気温が高い地域または気温が高い記事は、冷凍サイクル装置１００の停止時に、冷媒配管に貯留された冷媒の温度が高くなるため、この実施の形態の熱源装置２００による効果が更に顕著となる。

なお、この実施の形態は、上記で説明したものに限定されない。

例えば、上記では、二段シングルスクリュー圧縮機に関する説明を行ったが、この実施の形態は、二段ツインスクリュー圧縮機、単段シングルスクリュー圧縮機、単段ツインスクリュー圧縮機等に適用することができる。つまり、この実施の形態は、圧縮部の圧縮比を調整できるものに適用することができる。

また、例えば、上記では、起動時に、吸込ＳＨを利用して、スライドバルブ７の制御を実行する例について説明したが、吸込ＳＨに変えて、吸入ガス温度を利用して、スライドバルブ７の制御を行ってもよい。また、吸込ＳＨと吸入ガス温度とを利用して、起動時のスライドバルブ７の制御を行ってもよい。

［変形例１］
また、例えば、図１６は、実施の形態１の変形例１を示す図である。図１７は、実施の形態１の変形例１の冷凍サイクル装置の起動時の制御の一例を示す図である。図１６および図１７に示すように、変形例１は、起動時に、低圧圧力と吸入ガス温度とを利用して、スライドバルブ７の制御を実行する。この実施の形態の例の冷凍サイクル装置１００は、閾値Ｄ、閾値Ｅ、閾値Ｆの３つの閾値を有している。閾値Ｄ、閾値Ｅ、閾値Ｆは、予め設定されており、例えば、制御装置１１０に記憶されている。３つの閾値の関係性は、閾値Ｄ＞閾値Ｅ＞閾値Ｆとなっている。閾値Ｄ＞閾値Ｅ＞閾値Ｆとすることで、ハンチングを抑制することができる。

図１６に示すように、閾値Ｄ、閾値Ｅ、閾値Ｆは、吸入ガス温度と低圧圧力とによって決まる値である。吸込ＳＨが同一の場合、低圧圧力が高いほど吸入ガス温度は高くなる。
したがって、低圧圧力が高くなると吐出ガス温度も高くなり、スクリューロータ３ａ、高圧スクリューロータ３ｂが焼き付くおそれが大きくなる。低圧圧力が高い場合は、吸込ＳＨの上限を下げる必要がある。そこで、吸入ガス温度と低圧圧力との関係を利用して、スライドバルブ７を制御することで、実施の形態１と比較して、低圧が低いときにスライドバルブ７を第１の位置として運転することができる範囲が拡大する。スライドバルブ７を第１の位置として運転することができる範囲が拡大することで、冷凍サイクル装置１００の効率が向上し、冷却対象を効率よく冷却することができる。

次に変形例１の動作について説明する。図１７のステップＳ２１にて、吸入ガス温度が閾値Ｄよりも高いか否かを比較する。ステップＳ２１にて吸入ガス温度が閾値Ｄ以下であるときは、ステップＳ２４に進む。ステップＳ２１にて吸入ガス温度が閾値Ｄよりも高いときは、過渡運転と判断し、ステップＳ２２に進む。ステップＳ２２にて、スライドバルブ７は図１０に示す第２の位置となる。ステップＳ２３にて吸入ガス温度が閾値Ｄよりも高いときは、ステップＳ２２に戻る。ステップＳ２３にて吸入ガス温度が閾値Ｄ以下となると、ステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４にて、吸入ガス温度が閾値Ｅよりも高いか否かを比較する。ステップＳ２４にて吸入ガス温度が閾値Ｅ以下であるときは、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２４にて吸入ガス温度が閾値Ｅよりも高いときは、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２５にて、スライドバルブ７は図１１に示す第３の位置となる。ステップＳ２６にて、吸入ガス温度が閾値Ｆよりも高いか否かを比較する。ステップＳ２６にて吸入ガス温度が閾値Ｆよりも高いときは、ステップＳ２５に戻る。ステップＳ２６にて吸入ガス温度が閾値Ｆ以下となると、ステップＳ２７に進む。ステップＳ２７にて、スライドバルブ７は図９に示す第１の位置となり、ステップＳ２１に戻る。

［変形例２］
また、例えば、変形例２の冷凍サイクル装置１００は、起動後、図１５の制御を実行する前に、圧縮室５ａの吸入容積を小さくしておく。つまり、冷凍サイクル装置１００の起動後の第１時刻ｔ１までの準備時間は、吸込ＳＨの大きさにかかわらず圧縮室５ａの吸入容積を小さくしておく。そして、冷凍サイクル装置１００は、準備時間が経過した後であって設定時間が経過までは、図１５の制御を実行する。変形例２のように、冷凍サイクル装置１００の起動後、準備時間が経過するまでは、無条件で圧縮室５ａの吸入容積を小さくしておくことで、スクリューロータ３ａ、高圧スクリューロータ３ｂの焼き付き等のおそれを更に低減することができる。なお、準備時間は、設定時間と比較して短い時間であり、例えば設定時間が数十分であるときは、準備時間は数分よりも短い時間である。

実施の形態２．
図１８は、この発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の一例を示す図である。図１９は、実施の形態２の冷凍サイクル装置の起動時の制御の一例を示す図である。なお、図１８において、図６と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略しまたは簡略化する。この実施の形態の例のスクリュー圧縮機１０２は、第１の駆動装置９０ａと第１の連結棒８０ａと第１のスライドバルブ７０ａと第２の駆動装置９０ｂと第２の連結棒８０ｂと第２のスライドバルブ７０ｂとを有している。すなわち、実施の形態１は、２個のスライドバルブ７が同時にスライド移動するものであり、実施の形態２は、第１のスライドバルブ７０ａと第２のスライドバルブ７０ｂのそれぞれが独立してスライド移動するものである。

次に、実施の形態２のスクリュー圧縮機１０２の動作について説明する。図１９のステップＳ１１にて、吸込ＳＨが閾値Ａよりも高いか否かを比較する。ステップＳ１１にて吸込ＳＨが閾値Ａ以下であるときは、ステップＳ１４に進む。ステップＳ１１にて吸込ＳＨが閾値Ａよりも高いときは、過渡運転と判断し、ステップＳ１２に進む。ステップＳ１２にて、第１のスライドバルブ７０ａおよび第２のスライドバルブ７０ｂは図１０に示す第２の位置となる。ステップＳ１３にて吸込ＳＨが閾値Ａよりも高いときは、ステップＳ１２に戻る。ステップＳ１３にて吸込ＳＨが閾値Ａ以下となると、ステップＳ１４に進む。

ステップＳ１４にて、吸込ＳＨが閾値Ｂよりも高いか否かを比較する。ステップＳ１４にて吸込ＳＨが閾値Ｂ以下であるときは、ステップＳ１７に進む。ステップＳ１４にて吸込ＳＨが閾値Ｂよりも高いときは、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５にて、第１のスライドバルブ７０ａおよび第２のスライドバルブ７０ｂの一方は図９に示す第１の位置となり、他方は図１０に示す第２の位置から移動しない。ステップＳ１６にて、吸込ＳＨが閾値Ｃよりも高いか否かを比較する。ステップＳ１６にて吸込ＳＨが閾値Ｃよりも高いときは、ステップＳ１５に戻る。ステップＳ１６にて吸込ＳＨが閾値Ｃ以下となると、ステップＳ７に進む。ステップＳ７にて、第１のスライドバルブ７０ａおよび第２のスライドバルブ７０ｂは図９に示す第１の位置となり、ステップＳ１１に戻る。

上記のように、実施の形態２によれば、第１のスライドバルブ７０ａおよび第２のスライドバルブ７０ｂのそれぞれがスライド移動する構成であるため、第１のスライドバルブ７０ａおよび第２のスライドバルブ７０ｂのそれぞれを、第１の位置と第２の位置とに移動することができる構成とすることで、圧縮室５ａの吸入容積を三段階に調整することができる。つまり、実施の形態１は、スライドバルブ７のそれぞれを三段階に位置調整できる複雑な機構としてあるのに対して、実施の形態２は、第１のスライドバルブ７０ａおよび第２のスライドバルブ７０ｂのそれぞれを二段階に位置調整するシンプルな機構とすることができる。

なお、この実施の形態は、上記で説明したものに限定されない。例えば、実施の形態２の第１のスライドバルブ７０ａおよび第２のスライドバルブ７０ｂのそれぞれが複数の段階にスライド移動する構成とすることで、圧縮室５ａの吸入容積を細やかに制御することができる。例えば、第１のスライドバルブ７０ａおよび第２のスライドバルブ７０ｂのそれぞれが、図９に示す第１の位置、図１０に示す第２の位置、図１１に示す第３の位置に位置できるように構成すれば、５段階以上に吸入容積を調整することができる。すなわち、第１のスライドバルブ７０ａと第２のスライドバルブ７０ｂとの組合せが、第２の位置と第２の位置、第２の位置と第３の位置、第３の位置と第３の位置、第３の位置と第１の位置、第１の位置と第１の位置、の５段階である。第１のスライドバルブ７０ａが調整する調整量と第２のスライドバルブ７０ｂが調整する調整量とを異ならせてもよい。圧縮室５ａの吸入容積を細やかに調整することで、冷却能力を細やかに調整することができるため、プルダウンの運転時間を短時間化することができる。

実施の形態３．
図２０は、この発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機の一例を示す図である。なお、図２０において、図１と同一の構成については、同一の符号を付して、説明を省略しまたは簡略化する。この実施の形態のスクリュー圧縮機１０２は、接続配管１７０とバイパス弁１７２とを有している。接続配管１７０は、この実施の形態の「バイパス部」に相当するものであり、バイパス弁１７２は、この実施の形態の「調整部」に相当するものである。

接続配管１７０は、圧縮室５ａの中圧となる中圧部と圧縮室５ａの低圧となる吸入部とを繋ぐものである。なお、接続配管１７０は、圧縮室５ａの第１の圧力部と該第１の圧力部よりも低い圧力の第２の圧力部とを接続するものであればよい。バイパス弁１７２は、接続配管１７０に設けられ、接続配管１７０に流れる冷媒の流量を調整するものである。バイパス弁１７２の開度を調整することで、圧縮室５ａの吸入容積を調整することができる。すなわち、バイパス弁１７２の開度を大きくすると、圧縮室５ａの吸入容積が小さくなる。

上記のように、この実施の形態のスクリュー圧縮機１０２では、バイパス部は、第１の圧力部と第２の圧力部とを繋ぐ接続配管１７０を有し、調整部は、接続配管１７０に設けられて接続配管１７０に流れる冷媒の流れを調整するバイパス弁１７２を有するものである。接続配管１７０とバイパス弁１７２とを有する構成とすることで、圧縮比の調整の自由度が向上する。また、この実施の形態は、吸入容積が固定となる内部容積比可変機構を備えたスクリュー圧縮機に適用することができる。

この発明は、上記の実施の形態に限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々に改変することができる。すなわち、上記の実施の形態の構成を適宜改良してもよく、また、少なくとも一部を他の構成に代替させてもよい。さらに、その配置について特に限定のない構成要件は、実施の形態で開示した配置に限らず、その機能を達成できる位置に配置することができる。

例えば、実施の形態１または実施の形態２と、実施の形態３とを組み合わせることができる。すなわち、スクリュー圧縮機は、スライドバルブ７によって圧縮室５ａの吸入容積を調整する構成と、接続配管１７０とバイパス弁１７２とによって圧縮室５ａの吸入容積を調整する構成と、を有するものであってもよい。

１ ケーシング、２ａ ステータ、２ｂ モータロータ、３ａ スクリューロータ、３ｂ 高圧スクリューロータ、４ スクリュー軸、５ａ 圧縮室、５ｂ 高圧圧縮室、６ａ ゲートロータ、６ｂ 高圧ゲートロータ、７ スライドバルブ、８ 連結棒、９ 駆動装置、１０ ケーシング、１１ 中間室、１２ 吐出部、７０ バイパス開口部、７０ａ 第１のスライドバルブ、７０ｂ 第２のスライドバルブ、８０ａ 第１の連結棒、８０ｂ 第２の連結棒、９０ａ 第１の駆動装置、９０ｂ 第２の駆動装置、１００ 冷凍サイクル装置、１０１ インバータ、１０２ スクリュー圧縮機、１０３ モータ、１０４ 熱源側熱交換器、１０５ 膨張弁、１０６ 負荷側熱交換器、１０９ 冷媒回路、１１０ 制御装置、１７０ 接続配管、１７２ バイパス弁、２００ 熱源装置、４００ 負荷装置。

Claims (12)

1. スクリューロータと、前記スクリューロータを収容し該スクリューロータとともに圧縮室を形成するケーシングと、前記ケーシングに形成され、前記圧縮室の第１の圧力部と該第１の圧力部よりも低い圧力の第２の圧力部とを接続するバイパス部と、前記バイパス部に設けられ、前記圧縮室の圧縮比を調整する調整部と、を備えたスクリュー圧縮機と、
   前記スクリュー圧縮機が吸入する冷媒の温度または過熱度を検出する吸入センサと、
   前記スクリュー圧縮機が起動してから設定時間が経過する前、且つ前記吸入センサの検出結果が第１の設定値よりも高いときに、前記バイパス部を連通させる制御を実行する制御装置と、を備え、
   前記バイパス部は、前記調整部が前記スクリューロータの回転軸方向に沿ってスライド移動することで、開口面積が調整される
   熱源装置。
2. 前記制御装置は、前記設定時間が経過する前の第１時刻が経過する前は、前記吸入センサの検出結果にかかわらず、前記バイパス部を連通させる制御を実行する、
   請求項１に記載の熱源装置。
3. 前記バイパス部が複数個設けられた、
   請求項１または請求項２に記載の熱源装置。
4. 前記バイパス部が偶数個設けられた、
   請求項３に記載の熱源装置。
5. 一対の前記バイパス部が、前記スクリューロータを挟んで線対称となる位置に設けられた、
   請求項３または請求項４に記載の熱源装置。
6. 前記制御装置は、前記吸入センサの検出結果が前記第１の設定値よりも高い第２の設定値のときに、前記圧縮比を第１の圧縮比とするように前記調整部を制御し、前記吸入センサの検出結果が前記第１の設定値よりも高く且つ前記第２の設定値よりも低いときに、前記圧縮比を第１の圧縮比よりも小さい第２の圧縮比とするように前記調整部を制御する、
   請求項１〜請求項５の何れか一項に記載の熱源装置。
7. 前記バイパス部は、前記第１の圧力部と前記第２の圧力部とを繋ぐように前記ケーシングに形成されたバイパス開口部を有し、
   前記調整部は、前記バイパス開口部を覆って前記第１の圧力部と前記第２の圧力部とを連通させない第１の位置と、前記バイパス開口部の少なくとも一部分を覆わずに前記第１の圧力部と前記第２の圧力部とを連通させる第２の位置と、をスライド移動するスライドバルブを有する、
   請求項１〜請求項６の何れか一項に記載の熱源装置。
8. 前記バイパス部は、前記第１の圧力部と前記第２の圧力部とを繋ぐ接続配管を有し、
   前記調整部は、前記接続配管に設けられて該接続配管に流れる冷媒の流れを調整するバイパス弁を有する、
   請求項１〜請求項７の何れか一項に記載の熱源装置。
9. 前記スクリュー圧縮機は、前記圧縮室を収容した低圧側と、前記圧縮室で圧縮された冷媒を圧縮する高圧圧縮室を収容した高圧側と、を仕切る隔壁を有する、
   請求項１〜請求項８の何れか一項に記載の熱源装置。
10. 前記第２の圧力部は、前記圧縮室が冷媒を吸入する吸入部と連通する、
    請求項１〜請求項９の何れか一項に記載の熱源装置。
11. スクリューロータと、前記スクリューロータを収容し該スクリューロータとともに圧縮室を形成するケーシングと、前記ケーシングに形成され、前記圧縮室の第１の圧力部と該第１の圧力部よりも低い圧力の第２の圧力部とを接続するバイパス部と、前記バイパス部に設けられ、前記圧縮室の圧縮比を調整する調整部と、を備えたスクリュー圧縮機と、
    前記スクリュー圧縮機が起動してから第１時刻が経過する前は、前記バイパス部を連通させる制御を実行する制御装置と、を備え、
    前記バイパス部は、前記調整部が前記スクリューロータの回転軸方向に沿ってスライド移動することで、開口面積が調整される
    熱源装置。
12. 請求項１〜請求項１１の何れか一項に記載の熱源装置と、
    前記熱源装置と接続された負荷装置と、を有する、
    冷凍サイクル装置。

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