JPWO2020075220A1 - スクリュ圧縮機及び冷凍装置 - Google Patents

Abstract

一実施形態に係るスクリュ圧縮機は、ロータケーシングと、該ロータケーシング内に設けられ互いに噛み合う一対のスクリュロータと、前記一対のスクリュロータのロータ軸方向に沿って移動可能に設けられた可動部と、を備え、該可動部は、前記一対のスクリュロータによって形成される歯溝空間に向けて被圧縮ガスの液化液を供給可能な液化液供給口を有する。

Description

本開示は、スクリュ圧縮機及び該スクリュ圧縮機を備える冷凍装置に関する。

スクリュ圧縮機を備え、冷凍サイクルを構成する冷凍装置においては、凝縮器で液化された冷媒液をケーシングにもうけた孔から圧縮空間に噴射し、スクリュ圧縮機から吐出される冷媒ガスの温度を制御する液インジェクション機構が知られている。特許文献１及び２にはかかる液インジェクション機構を備えたスクリュ圧縮機が開示されている。

特公昭６３−０２５２５５号公報 特開平０３−０７９９５９号公報

液インジェクション機構は吐出温度を下げるために用いられるが、冷媒液は圧縮途中の圧縮ガスの熱を奪って蒸発するので、その蒸発したガスを吐出圧力まで圧縮する仕事が余分に必要となるデメリットがある。このデメリットを小さくするためには吐出圧力に近い位置に液インジェクションすればよいが、従来の液インジェクション機構では、スクリュ圧縮機における冷媒液の噴射位置が固定されている。従って、従来の固定式の液噴射口で液インジェクションする場合、内部容積比（Ｖｉ）調整弁が低い内部容積比側（吸入側）に動くと、液噴射口が吐出部と繋がってしまい、液が噴射できなくなったり、或いは吸入圧力が下がった場合に対応し内部容積比（Ｖｉ）調整弁が高い内部容積比側（吐出側）に動くと、噴射口に隣接する圧縮空間の圧力が低下するため、冷媒液が過剰に噴射される場合がある。これによって、吐出ガスの温度が不安定になり、スクリュ圧縮機の性能低下や信頼性低下を招くおそれがある。

また、アンローダスライド弁を内蔵して容量制御を行うスクリュ圧縮機の場合、固定式の液噴射口ではアンロードすると必要液噴射量が少なくなるのに逆行して、液噴射口に隣接する圧縮空間の圧力が下がることで流量調整弁の給液量が瞬時に増加するため、過給液となるおそれがある。また、アンローダスライド弁が吸入側へ動くと、液噴射口が吐出部と繋がってしまい、これらの動作で、圧縮動力の増大、内部圧力の上昇、軸受荷重の増大、圧縮機振動の増大などの不都合な現象につながるおそれがある。これによって、吐出温度の不安定や圧縮機の性能低下及び寿命低下などの不具合を招く問題がある。
また、このような運転をくりかえすことで、液インジェクションラインに設けられた給液制御弁の耐久性が損なわれるおそれもある。

一実施形態は、液噴射機能を有するスクリュ圧縮機において、運転条件が変化する場合でも、スクリュ圧縮機から吐出される冷媒ガス温度の安定制御を可能にすることによって、成績係数（ＣＯＰ）の向上と圧縮機の信頼性向上を図ることを目的とする。

（１）一実施形態に係るスクリュ圧縮機は、
ロータケーシングと、
該ロータケーシング内に設けられ互いに噛み合う一対のスクリュロータと、
前記一対のスクリュロータのロータ軸方向に沿って移動可能に設けられた可動部と、
を備え、
該可動部は、前記一対のスクリュロータによって形成される歯溝空間に向けて被圧縮ガスの液化液を供給可能な液化液供給口を有する。
なお、歯溝空間とは、ロータケーシングの内部で互いに噛み合う一対の雄雌スクリュロータ間に形成される複数の密閉空間であり、吐出側へ移動するにつれて徐々に容積が減少することで、歯溝空間内の冷媒ガスは高圧となって吐出口から吐出される。

上記（１）の構成によれば、上記液化液供給口は可動部と共にロータ軸方向に移動できるため、運転条件が変化しても液化液供給口のロータ軸方向位置を調整することで、スクリュ圧縮機から吐出される冷媒ガスの温度（以下「吐出ガス温度」とも言う。）を安定制御できる。また、可動部に液化液供給口をもうけることで、液化液供給口が吐出口に近く高圧側の歯溝空間に連通するように配置できる。これによって、吸入口に近い側で液噴射する場合より吐出ガス温度を効率良く低減でき、かつ圧縮機の仕事量を低減できる。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記可動部は内部にキャビティが形成され、
前記液化液供給口は前記キャビティに連通し、かつ、前記液化液供給口は前記可動部の外周面に開口した貫通孔で構成されている。
上記（２）の構成によれば、液化液供給口に供給する冷媒液の供給路が可動部の内部に形成されるので、冷媒液供給路の構成をコンパクト化できる。また、液化液供給口が可動部の外周面に開口した貫通孔で構成されるので、液化液供給口の構成を簡素化できる。

（３）一実施形態では、前記（２）の構成において、
前記可動部は前記ロータ軸方向に沿って前記ロータケーシングの外側へ延在する延在部を有し、
前記可動部を前記延在部を介して前記ロータ軸方向に沿って駆動する駆動部を備え、
前記延在部の内部に前記キャビティに連通し、前記ロータ軸方向に沿って直線状に延在する液化液導入空間が形成されている。
上記（３）の構成によれば、液化液を上記延在部に形成された液化液導入空間を介して上記キャビティに導入できるので、液化液導入経路の構成を簡素化できる。

（４）一実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記ロータケーシングに吸入された前記被圧縮ガスの内部容積比を制御可能な内部容積比可変制御弁を備え、
前記可動部は前記内部容積比可変制御弁の弁体で構成されている。
上記（４）の構成によれば、可動部として既存の内部容積比可変制御弁を利用できるので、別途可動部の設置を要しない。また、内部容積比可変制御弁の弁体に液化液供給口をもうけることで、運転条件に対して該弁体を最適な内部容積比に配置した状態で、液化液供給口のロータ軸方向位置を圧縮機性能への影響が少ない比較的高い内部容積比の位置に配置できる。これによって、圧縮機性能の低下を抑制しつつ吐出ガス温度を安定制御し、かつ被圧縮ガスの冷却効果を向上できる。

（５）一実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
容量制御用スライド弁を備え、
前記可動部は前記容量制御用スライド弁の弁体で構成されている。
上記（５）の構成によれば、可動部として既存の容量制御用スライド弁を利用できるので、別途可動部の設置を要しない。また、内部容積比可変制御弁の弁体に液化液供給口を形成することで、運転条件に対して該弁体を容量制御に最適な位置に配置した状態で、液化液供給口のロータ軸方向位置を圧縮機性能への影響が少ない吐出側の位置に配置できる。これによって、圧縮機性能の低下を抑制しつつ吐出ガス温度を安定制御し、かつ被圧縮ガスの冷却効果を向上できる。

（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
複数の前記液化液供給口が前記ロータ軸方向に沿って配置されている。
上記（６）の構成によれば、ロータ軸方向に沿って離散した複数箇所から液化液を噴射するので、必要な給液量を確保できると共に、ロータ軸方向で被圧縮ガスを均一に冷却できる。また、液化液の噴射によって発生する液ハンマなどの衝撃波は分散されるので、その衝撃力を緩和できる。また、万一一部の液化液供給口が閉塞したときでも液噴射機能を維持できる。

（７）一実施形態では、前記（６）の構成において、
前記複数の前記液化液供給口は、前記一対のスクリュロータによって形成される複数の前記歯溝空間のうち、少なくとも吐出直前歯溝空間及び該吐出直前歯溝空間に隣り合う歯溝空間に向けて配置される。
上記（７）の構成によれば、吐出口に最も近い複数の歯溝空間の夫々に液化液を噴射できるので、吐出ガス温度をさらに安定制御できると共に、被圧縮ガスの冷却効果を向上できる。

（８）一実施形態に係る冷凍装置は、
冷媒循環ラインと、
前記冷媒循環ラインに設けられた前記（１）〜（７）の何れかの構成を有するスクリュ圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクル構成機器と、
前記凝縮器で液化した冷媒液を前記可動部に供給する冷媒液供給ラインと、
を備える。
上記（８）の構成によれば、上記構成のスクリュ圧縮機を備えるため、運転条件が変化したときでも、吐出ガス温度を安定制御できると共に、液化液供給口が吐出口に近く高圧側の歯溝空間に配置できるため、吸入口に近い側で液噴射する場合より吐出ガス温度を効率良く低減でき、かつ圧縮機の仕事量を低減できる。

（９）一実施形態では、前記（８）の構成において、
前記可動部は、前記ロータケーシングに吸入された冷媒ガスの内部容積比を制御可能な内部容積比可変制御弁の弁体で構成され、
前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスの温度を検出する温度センサと、
前記冷媒液供給ラインに設けられた流量調整弁と、
前記温度センサの検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を制御し、前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスの温度を制御する第１コントローラと、
を備える。
上記（９）の構成によれば、第１コントローラによって、温度センサの検出値に基づいて冷媒液供給ラインに設けられた流量調整弁の開度を制御することで、吐出ガス温度を制御できる。これによって、吐出ガス温度の制御精度を向上できる。

（１０）一実施形態では、前記（８）の構成において、
前記可動部は、前記ロータケーシングに吸入された冷媒ガスの内部容積比を制御可能な内部容積比可変制御弁の弁体で構成され、
前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスの温度を検出する温度センサと、
前記スクリュ圧縮機から吐出した前記冷媒ガスの圧力を検出する圧力センサと、
前記冷媒液供給ラインに設けられた流量調整弁と、
前記温度センサ及び前記圧力センサの検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を制御し、前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスの過熱度を制御する第２コントローラと、
を備える。
上記（１０）の構成によれば、第２コントローラによって、温度センサ及び圧力センサの検出値に基づいて冷媒液供給ラインに設けられた流量調整弁の開度を制御することで、吐出ガスの過熱度を精度良く制御できる。

（１１）一実施形態では、前記（８）〜（１０）の何れかの構成において、
前記可動部の前記ロータ軸方向位置を検出する位置センサと、
前記冷媒液供給ラインに設けられた流量調整弁と、
前記位置センサの検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する第３コントローラと、
を備える。
上記（１１）の構成によれば、第３コントローラにおいて、上記位置センサで検出される可動部のロータ軸方向位置によって内部容積比や容量制御位置を検出できる。そして、上記流量調整弁の開度を制御し、検出された内部容積比や容量に最適な液噴射量とすることで、吐出ガス温度及び過熱度を精度良く制御できる。

（１２）一実施形態では、前記（８）〜（１１）の何れかの構成において、
前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスから油分を分離する油分離器を備える。
上記（１２）の構成によれば、可動部に冷媒液供給口をもうけることで、上述のように、吐出口に近い側で液噴射が可能になるため、吐出ガス温度を効率良く低めに安定させることができる。これによって、油分離器の分離性能を向上できるため、油分離器を小型化できる。

（１３）一実施形態では、前記（８）〜（１２）の何れかの構成において、
前記スクリュ圧縮機を駆動するハーメチックモータを備え、
前記冷媒液供給ラインは、前記ハーメチックモータを介して前記可動部に導設されている。
上記（１３）の構成によれば、液噴射に用いる冷媒液でハーメチックモータの冷却を兼用できる。

幾つかの実施形態によれば、液化液供給口のロータ軸方向位置を調整することで、運転条件が変化したときでも、吐出ガス温度を安定制御でき、スクリュ圧縮機の信頼性を向上できる。また、液化液供給口を吐出側に配置できるため、吸入口に近い側で液噴射する場合より吐出ガス温度を効率良く低減でき、かつ圧縮機の仕事量を低減できてＣＯＰを向上できる。

一実施形態に係るスクリュ圧縮機の縦断面図である。 一実施形態に係るスクリュ圧縮機の縦断面図である。 図１に示すスクリュ圧縮機のロータケーシングを半割りした斜視図である。 一実施形態に係る冷凍装置の系統図である。 一実施形態に係る冷凍装置のモリエル線図である。 一実施形態に係る冷凍装置のＴ−ｓ線図である。 一実施形態に係る冷凍装置の系統図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載され又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１及び図２は幾つかの実施形態に係るスクリュ圧縮機１０（１０Ａ、１０Ｂ）を示す縦断面図である。スクリュ圧縮機１０は、ロータケーシング１２の内部に互いに噛み合う一対のスクリュロータ１４が収容されている。図３に示すように、一対のスクリュロータ１４は、雄ロータ１４（１４ａ）及び雌ロータ１４（１４ｂ）で構成されている。一対のスクリュロータ１４は、例えば吐出側で雄ロータに駆動軸１５が一体形成され、駆動軸１５が駆動部（不図示）によって回転されることで、互いに逆方向へ回転する。ロータケーシング１２と一対のスクリュロータ１４との間にロータ軸方向に沿って複数の歯溝空間Ｓｔが形成される。歯溝空間Ｓｔは入口側で吸入口１６に連通し、出口側で吐出口１８に連通する。歯溝空間Ｓｔは、スクリュロータ１４の回転に従って吐出側へ移動し、歯溝空間Ｓｔの容積が最大になったとき、歯溝空間Ｓｔは吸入口１６と遮断される。この最大吸入容積と吐出口１８に連通する直前の歯溝空間容積との比が内部容積比（最大吸入容積／吐出直前歯溝空間容積）Ｖｉと称される。

一対のスクリュロータ１４に隣接した位置にロータ軸方向に沿って移動可能に設けられた可動部２０を備える。可動部２０は、歯溝空間Ｓｔに向けて被圧縮ガスの液化液を供給可能な液化液供給口２１を有する。

上記構成によれば、液化液供給口２１は可動部２０と共にロータ軸方向に移動できるため、運転条件が変化しても液化液供給口２１のロータ軸方向位置を調整することで、吐出口１８から吐出される冷媒ガスの温度を安定制御でき、スクリュ圧縮機１０の信頼性を向上できる。また、可動部２０に液化液供給口２１をもうけることで、液化液供給口２１が吐出口１８に近く高圧側の歯溝空間Ｓｔに連通するように配置できる。これによって、吸入口１６に近い側で液噴射する場合より吐出ガス温度を効率良く低減でき、かつ圧縮機１０の仕事量を低減できてＣＯＰを向上できる。
従来のように、固定式の液化液供給口を採用する場合、運転条件の変化に応じて液化液の噴射位置を変えようとすれば、ロータ軸方向に複数の液化液供給口をもうける必要がある。この場合、圧縮機１０の性能低下とロータケーシング１２の強度低下をきたすおそれがある。

一実施形態では、少なくとも１個の液化液供給口２１を吐出直前歯溝空間Ｓｔ_１（図３参照）に位置するように配置することで、圧縮機性能の低下を抑制しつつ吐出ガス温度の低減効果を高めることができ、かつスクリュ圧縮機１０の仕事量の低減効果を高めることができる。

一実施形態では、図１及び図２に示すように、一対のスクリュロータ１４のロータ軸２２は、ロータケーシング１２に隣接して吐出側に設けられたベアリングヘッド１３に収容されたラジアル軸受２４及びスラスト軸受２６で回転自在に支持される。吸入側のロータ軸２２には、吸入側と吐出側とでスクリュロータ１４に加わる反対方向の力のアンバランスを是正するバランスピストン２８が設けられる。駆動軸１５は軸封装置３０で支持され、ケーシング３２の外側へ導出される。

一実施形態では、可動部２０は内部にキャビティ３４が形成される。液化液供給口２１は、キャビティ３４に連通し、かつ可動部２０の外周面に開口した貫通孔で構成されている。この実施形態によれば、液化液供給口に供給される液化液の供給路が可動部２０の内部に形成されるので、冷媒液供給路の構成をコンパクト化できる。また、液化液供給口２１が可動部２０の外周面に開口した貫通孔で構成されるので、液化液供給口２１の形成が容易になる。

図１に示すスクリュ圧縮機１０（１０Ａ）は、ロータケーシング１２に吸入された被圧縮ガスの内部容積比を制御可能な内部容積比可変制御弁１９（１９ａ）を備える。可変制御弁１９（１９ａ）は、ロータ軸方向位置を変えることで、内部容積比Ｖｉを可変にできる。可動部２０は可変制御弁１９（１９ａ）の弁体で構成される。図３に示すように、ベアリングヘッド１３にアキシャル吐出ポート３６ａが形成され、可変制御弁１９（１９ａ）の吐出側端にラジアル吐出ポート３６ｂが形成されている。ラジアル吐出ポート３６ｂが被圧縮ガスの吐出位置を規制する。
この実施形態によれば、可動部２０として既存の可変制御弁１９を利用するので、別途可動部の設置を要しない。また、可変制御弁１９の弁体に液化液供給口２１をもうけることで、運転条件に対して可変制御弁１９の弁体を最適な内部容積比Ｖｉに配置した状態で、液化液供給口２１のロータ軸方向位置を圧縮機性能への影響が少ない比較的高い内部容積比の位置に配置できる。これによって、圧縮機性能の低下を抑制しつつ吐出ガス温度を安定制御し、かつ被圧縮ガスの冷却効果を向上できる。

一実施形態では、図２に示すように、スクリュ圧縮機１０（１０Ｂ）は、スクリュ圧縮機１０（１０Ｂ）の負荷に応じて容量を制御可能な容量制御用スライド弁１９（１９ｂ）を備える。可動部２０はスライド弁１９（１９ｂ）の弁体で構成されている。
この実施形態によれば、可動部２０として既存の容量制御用スライド弁の弁体を利用できるので、別途可動部の設置を要しない。また、スライド弁１９（１９ｂ）の弁体に液化液供給口２１を形成することで、運転条件に対して該弁体を容量制御に最適な位置に配置した状態で、液化液供給口２１のロータ軸方向位置を圧縮機性能への影響が少ない吐出側の位置に配置できる。これによって、圧縮機性能の低下を抑制しつつ吐出ガス温度を安定制御し、かつ被圧縮ガスの冷却効果を向上できる。

一実施形態では、図１及び図２に示すように、可動部２０は、ロータ軸方向に沿ってロータケーシング１２及び吸入口１６等を形成するケーシング４２の外側へ延在する延在部３８を有する。可動部２０は延在部３８を介し駆動部４４によってロータ軸方向に沿って駆動され、これによって、可動部２０及び液化液供給口２１はロータ軸方向位置を調整できる。
図１に示す実施形態では、可動部２０と延在部３８とは一体形成され、延在部３８の内部にキャビティ３４に連通し、ロータ軸方向に沿って直線状に延在する液化液導入空間４０が形成されている。この実施形態によれば、液化液を液化液導入空間４０を介して可動部２０に形成されたキャビティ３４に導入できるので、液化液導入経路の構成を簡素化できる。

図１に示す実施形態では、可変制御弁１９（１９ａ）は吸入側で容量調整を行わず、内部容積比Ｖｉのみを行う内部容積比可変制御弁で構成される。そのため、スクリュ圧縮機１０の容量調整は、一対のスクリュロータ１４の駆動部（不図示）によってスクリュロータ１４の回転数を制御することで行う。内部容積比Ｖｉの制御は、駆動部４４によって可動部２０（可変制御弁１９（１９ａ）の弁体）をロータ軸方向に移動させて行う。駆動部４４として、ケーシング４２に連設されたケーシング４６の内部にシリンダ部４８が形成され、シリンダ部４８に延在部３８の端部に設けられた油圧ピストン５０が内蔵されている。シリンダ部４８に圧油供給排出路５２によって圧油が給排されて油圧ピストン５０をロータ軸方向に駆動する。圧油の給排制御は電磁弁５４によって行われる。延在部３８の端部にはケーシング４６の外部から接続パイプ５６が接続され、接続パイプ５６を介して液化液導入空間４０に液化液Ｌｒが供給される。

図２に示す実施形態では、スライド弁１９（１９ｂ）は、内部容積比Ｖｉの可変機能を有する容量制御用スライド弁で構成されている。スライド弁１９（１９ｂ）は、可動部２０と延在部３８とが別個に独立して形成されている。スライド弁１９（１９ｂ）による内部容積比Ｖｉの制御は、図１に示す実施形態と同一構成の駆動部４４によって、可動部２０（スライド弁１９（１９ｂ）の弁体）をロータ軸方向に移動させて行う。容量制御は、ケーシング４６に隣設されたケーシング８６に設けられた駆動部９０によって行う。即ち、ケーシング８６の内部にシリンダ部８８が形成され、シリンダ部８８に油圧ピストン９４が内蔵されている。両端が可動部２０及び油圧ピストン９４に接続されたピストンロッド９２が、延在部３８の中心に軸方向に形成された貫通孔に摺動自在に導設される。シリンダ部８８に油供給排出路９６によって圧油が給排されて油圧ピストン９４をロータ軸方向に駆動する。圧油の給排制御は電磁弁９８によって行われる。こうして、可動部２０は延在部３８に対してロータ軸方向に独自に移動し、これによって、可動部２０と延在部３８との間に隙間が形成され、容量制御が行われる。

また、図２に示す実施形態では、ベアリングヘッド１３にロータ軸方向に沿って設けられた接続パイプ４１によってキャビティ３４に液化液Ｌｒが導入される。可動部２０のキャビティ３４と可動部２０の吐出側表面に貫通する貫通孔が形成され、該貫通孔に接続パイプ４１の端部が挿入される。接続パイプ４１の他端側開口はケーシング３２の外側に開口し、該開口から液化液Ｌｒが供給される。可動部２０と接続パイプ４１との間にシール兼ガイド部材４３が設けられる。

図３は、図１に示すスクリュ圧縮機１０（１０Ａ）のロータケーシングの内部を示す。ロータケーシング１２の内部で、一対の雄ロータ１４（１４ａ）及び雌ロータ１４（１４ｂ）が互いに噛み合って配置されている。
一実施形態では、複数の液化液供給口２１（２１ａ）が可動部２０にロータ軸方向に沿って形成されている。この実施形態によれば、ロータ軸方向に沿って離散した複数箇所から液化液を噴射するので、圧縮されて高温となった被圧縮ガスの冷却に必要な給液量を確保できると共に、ロータ軸方向で被圧縮ガスを均一に冷却できる。また、液化液の噴射によって発生する液ハンマなど衝撃波は分散されるので、その衝撃力を緩和できる。また、万一一部の液化液供給口２１が閉塞したときでも液噴射機能を維持できる。なお、スクリュ圧縮機１０が冷凍装置に組み込まれる場合は被圧縮ガスに冷凍機油が含まれる。

一実施形態では、図３に示すように、複数の液化液供給口２１（２１ａ）が一対のスクリュロータ１４によって形成される複数の歯溝空間Ｓｔのうち、少なくとも吐出直前歯溝空間Ｓｔ_１及び吐出直前歯溝空間Ｓｔ_１に隣り合う歯溝空間Ｓｔに向けて配置される。
この実施形態によれば、吐出口に最も近い複数の歯溝空間Ｓｔの夫々に液化液を噴射できるので、吐出ガス温度をさらに安定制御できると共に、吐出側での被圧縮ガスの冷却効果を向上できる。
複数の液化液供給口２１は、例えば、同図に示すように、ロータケーシング１２の隔壁に形成された円形又は楕円形等の横断面を有してロータケーシング１２の内面に開口する貫通孔で構成することができる。これによって、液化液供給口２１の形成が容易になる。

一実施形態では、図３に示すように、液化液供給口２１として、複数の液化液供給口２１（２１ａ）の代わりに、長辺がロータ軸方向に沿って向けられた長孔の横断面を有してロータケーシング１２の内面に開口する貫通孔で構成される。この液化液供給口２１（２１ｂ）は、複数の歯溝空間Ｓｔがロータ軸方向へ移動するとき、隣り合う２つの歯溝空間Ｓｔに跨って開口することができるため、複数の歯溝空間Ｓｔの夫々に貫通孔を形成したときと同じ液噴射を行うことができる。

図３において、液化液供給口１００は、ベアリングヘッド１３の端面という固定部位に形成された従来の液化液供給口の一例を示す。実施形態に係る液化液供給口２１（２１ａ、２１ｂ）との比較のために図示している。
図３は、可変制御弁１９（１９ａ）を備えるスクリュ圧縮機１０（１０Ａ）に液化液供給口２１（２１ａ、２１ｂ）をもうける実施形態であるが、スライド弁１９（１９ｂ）を備えるスクリュ圧縮機１０（１０Ｂ）に液化液供給口２１（２１ａ、２１ｂ）を設けることもできる。

一実施形態に係る冷凍装置６０（６０Ａ）は、図４に示すように、冷媒循環ライン６２に上記構成を有するスクリュ圧縮機１０及び他の冷凍サイクル構成機器が設けられて構成される。他の主要な冷凍サイクル構成機器として、凝縮器６４、膨張弁６６及び蒸発器６８等が設けられる。スクリュ圧縮機１０の駆動軸１５は駆動部５８で回転駆動される。また、凝縮器６４で液化した冷媒液をスクリュ圧縮機１０の可動部２０に供給するための冷媒液供給ライン７０を備え、冷媒液は可動部２０に形成された液化液供給口２１から歯溝空間Ｓｔに噴射される。

上記構成によれば、スクリュ圧縮機１０を備えるため、運転条件が変化したときでも、吐出ガス温度を安定制御できる。また、液化液供給口２１が吐出口に近く高圧側の歯溝空間Ｓｔに配置できるため、吸入口１６に近い側で冷媒液を噴射する場合より吐出ガス温度を効率良く低減でき、かつ圧縮機の仕事量を低減できＣＯＰを向上できる。

図５は、一実施形態に係る冷凍装置６０が構成する冷凍サイクルのモリエル線図であり、図６は、該冷凍サイクルのＴ−ｓ線図である。図５において、ラインＬ_０がスクリュ圧縮機１０の吸入側に近い位置で行う従来の固定式冷媒液噴射ラインであり、ラインＬが可動部２０から冷媒液を噴射した一実施形態に係る冷媒液噴射ラインである。Δｉが一実施形態による冷媒ガスの冷却効果を示し、Δｉ_０が従来の冷媒ガスの冷却効果を示す。図６において、ａ−ｃ_ｓ−ｄ−ｅ−ｆ−ｈ−ａが基本冷凍サイクルである。従来の冷媒液噴射サイクルは、上記基本冷凍サイクルに冷媒液噴射ライン（ｂ_０−ｃ_０−ｄ−ｅ−ｆ−ｇ_０−ｂ_０）が加えられ、吐出ガス温度はｃ_０となる。この冷媒液噴射サイクルの面積Ａ_０が基本冷凍サイクルに加えられる単位液量当りの仕事量に相当する。一実施形態に係る位置可変式冷媒液噴射サイクルは、上記基本冷凍サイクルに冷媒液噴射ライン（ｂ−ｃ−ｄ−ｅ−ｆ−ｇ−ｂ）が加えられ、吐出ガス温度はｃとなる。この場合、冷媒液噴射サイクルの面積Ａが基本冷凍サイクルに加えられる単位液量当りの仕事量に相当する。図６から、一実施形態により液噴射することによって増加する仕事量は、面積Ａ×液噴射量Ｇ＜面積Ａ_０×液噴射量Ｇ_０の関係にあることがわかる。

一実施形態に係る位置可変式冷媒液噴射サイクルによれば、従来より内部容積比Ｖｉが高い位置から冷媒液を噴射できるので、同じ給液量であれば、従来より低い吐出ガス温度に冷却できると共に、スクリュ圧縮機１０の無駄な仕事量（動力）の低減が可能になる。

一実施形態では、図４に示すように、スクリュ圧縮機１０の吐出側冷媒循環ライン６２に、スクリュ圧縮機１０から吐出した冷媒ガスの温度を検出する温度センサ７４が設けられる。冷媒液供給ライン７０には流量調整弁７２が設けられる。コントローラ７８に温度センサ７４の検出値が入力され、コントローラ７８はこの検出値に基づいて流量調整弁７２の開度を制御する。これによって、吐出ガス温度の制御精度を向上できる。
一実施形態では、凝縮器６４の下流側で冷媒循環ライン６２に冷媒液タンク８０が設けられ、凝縮器６４で液化された冷媒液は冷媒液タンク８０に一旦貯留された後、冷媒循環ライン６２の下流側又は冷媒液供給ライン７０に送られる。

一実施形態では、図４に示すように、スクリュ圧縮機１０から吐出した冷媒ガスの圧力を検出する圧力センサ７６が圧縮機吐出側の冷媒循環ライン６２に設けられる。圧力センサ７６の検出値はコントローラ７８に入力される。コントローラ７８は、温度センサ７４及び圧力センサ７６の検出値から圧縮機吐出ガスの過熱度ＳＨを算出する。コントローラ７８は、過熱度ＳＨが適正に制御されるように冷媒液供給ライン７０に設けられた流量調整弁７２の開度を制御する。これによって、圧縮機吐出ガスの過熱度ＳＨを適正な値に精度良く制御できる。

一実施形態では、可動部（弁体）２０のロータ軸方向位置を検出する位置センサ８１をさらに備える。コントローラ７８は、位置センサ８１の検出値に基づいて流量調整弁７２の開度を制御する。
この実施形態によれば、コントローラ７８において、位置センサ８１で検出される可動部２０のロータ軸方向位置によって内部容積比Ｖｉを求めることができる。そして、流量調整弁７２の開度を制御し、求めた内部容積比Ｖｉに最適な冷媒液の噴射量とすることで、吐出ガス温度及び過熱度ＳＨを精度良く制御できる。
一実施形態では、位置センサ８１が設けられる延在部３８の外面はロータ軸方向に対して傾斜したテーパ面を有する内部容積比位置検出部を形成している。位置センサ８１は該テーパ面に接触するように配置され、ロータ軸方向と直交する方向の位置センサ８１の位置で延在部３８のロータ軸方向位置を検出する。

一実施形態では、流量調整弁７２を備える冷媒液供給ライン７０の代わりに、オリフィスを備える第１冷媒液供給ラインと、電磁弁を備える第２冷媒液供給ラインとを設けるようにすることもできる。これによって、冷媒液供給ラインに設けられる流量調整手段を簡素かつ低コスト化できる。

一実施形態では、図４に示すように、スクリュ圧縮機１０の吐出側の冷媒循環ライン６２に油分離器８２が設けられる。油分離器８２でスクリュ圧縮機１０から吐出した冷媒ガスから油分が分離され、分離された油分は冷凍機油として油循環ライン８４からスクリュ圧縮機１０に戻される。
この実施形態によれば、可動部２０に液化液供給口２１をもうけることで、上述のように、吐出口１８に近い側で液噴射が可能になるため、吐出ガス温度を効率良く低めに安定させることができる。これによって、吐出ガスに同伴する油の蒸気圧力を低めにできるため、油分離器８２の分離性能を向上でき、油分離器８２を小型化できる。
なお、スクリュ圧縮機１０が油冷式でない実施形態では、油分離器８２及び油循環ライン８４は設置されない。

一実施形態では、図７に示す冷凍装置６０（６０Ｂ）において、スクリュ圧縮機１０を駆動する駆動部５８としてハーメチックモータを備える。冷媒液供給ライン７０は、このハーメチックモータを介して可動部２０に導設されている。流量調整弁７２を出た冷媒液は、まず、ハーメチックモータに導入されてハーメチックモータを冷却する。この場合、例えば、ハーメチックモータの密閉構造のケーシングの内部に冷媒液の導入路を導設して冷却効果を高めるようにする。ハーメチックモータを冷却した後の冷媒液は可動部２０に送られ、液化液供給口２１から歯溝空間Ｓｔに噴射される。この実施形態によれば、液噴射に用いる冷媒液でハーメチックモータの冷却を兼用できる。

幾つかの実施形態によれば、スクリュ圧縮機において、液化液供給口のロータ軸方向位置を調整することで、運転条件が変化したときでも、吐出ガス温度を安定制御できる。また、吐出ガス温度を効率良く低下できると共に、圧縮機の仕事量を低減でき、スクリュ圧縮機が組み込まれた冷凍装置の成績係数を向上できる。

１０（１０Ａ、１０Ｂ） スクリュ圧縮機
１２ ロータケーシング
１３ ベアリングヘッド
１４ スクリュロータ
１４（１４ａ） 雄ロータ
１４（１４ｂ） 雌ロータ
１５ 駆動軸
１６ 吸入口
１８ 吐出口
１９（１９ａ） 内部容積比可変制御弁
１９（１９ｂ） 容量制御用スライド弁
２０ 可動部（弁体）
２１（２１ａ、２１ｂ）、１００ 液化液供給口
２２ ロータ軸
２４ ラジアル軸受
２６ スラスト軸受
２８ バランスピストン
３０ 軸封装置
３２、４２、４６、８６ ケーシング
３４ キャビティ
３６ａ アキシャル吐出ポート
３６ｂ ラジアル吐出ポート
３８ 延在部
４０ 液化液導入空間
４１、５６ 接続パイプ
４４、５８、９０ 駆動部
４８、８８ シリンダ部
５０、９４ 油圧ピストン
５２、９６ 圧油供給排出路
５４、９８ 電磁弁
５６ 接続パイプ
６０（６０Ａ、６０Ｂ） 冷凍装置
６２ 冷媒循環ライン
６４ 凝縮器
６６ 膨張弁
６８ 蒸発器
７０ 冷媒液供給ライン
７２ 流量調整弁
７４ 温度センサ
７６ 圧力センサ
７８ コントローラ
８０ 冷媒液タンク
８１ 位置センサ
８２ 油分離器
８４ 油循環ライン
９２ ピストンロッド
Ｇ、Ｇ_０ 液噴射量
Ｌ 可変式冷媒循環ライン
Ｌ_０ 固定式冷媒循環ライン（従来）
Ｌｒ 液化液
Ｓｔ 歯溝空間
Ｓｔ_１ 吐出直前歯溝空間

Claims (13)

1. ロータケーシングと、
   該ロータケーシング内に設けられ互いに噛み合う一対のスクリュロータと、
   前記一対のスクリュロータのロータ軸方向に沿って移動可能に設けられた可動部と、
   を備え、
   該可動部は、前記一対のスクリュロータによって形成される歯溝空間に向けて被圧縮ガスの液化液を供給可能な液化液供給口を有することを特徴とするスクリュ圧縮機。
2. 前記可動部は内部にキャビティが形成され、
   前記液化液供給口は前記キャビティに連通し、かつ、前記液化液供給口は前記可動部の外周面に開口した貫通孔で構成されていることを特徴とする請求項１に記載のスクリュ圧縮機。
3. 前記可動部は前記ロータ軸方向に沿って前記ロータケーシングの外側へ延在する延在部を有し、
   前記可動部を前記延在部を介して前記ロータ軸方向に沿って駆動する駆動部を備え、
   前記延在部の内部に前記キャビティに連通し、前記ロータ軸方向に沿って直線状に延在する液化液導入空間が形成されていることを特徴とする請求項２に記載のスクリュ圧縮機。
4. 前記ロータケーシングに吸入された被圧縮ガスの内部容積比を制御可能な内部容積比可変制御弁を備え、
   前記可動部は前記内部容積比可変制御弁の弁体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のスクリュ圧縮機。
5. 容量制御用スライド弁を備え、
   前記可動部は前記容量制御用スライド弁の弁体で構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のスクリュ圧縮機。
6. 複数の前記液化液供給口が前記ロータ軸方向に沿って配置されていることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のスクリュ圧縮機。
7. 前記複数の前記液化液供給口は、前記一対のスクリュロータによって形成される複数の前記歯溝空間のうち、少なくとも吐出直前歯溝空間及び該吐出直前歯溝空間に隣り合う歯溝空間に向けて配置されることを特徴とする請求項６に記載のスクリュ圧縮機。
8. 冷媒循環ラインと、
   前記冷媒循環ラインに設けられた請求項１乃至７の何れか一項に記載のスクリュ圧縮機及び凝縮器を含む冷凍サイクル構成機器と、
   前記凝縮器で液化した冷媒液を前記可動部に供給する冷媒液供給ラインと、
   を備えることを特徴とする冷凍装置。
9. 前記可動部は、前記ロータケーシングに吸入された冷媒ガスの内部容積比を制御可能な内部容積比可変制御弁又は容量制御用スライド弁の弁体で構成され、
   前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスの温度を検出する温度センサと、
   前記冷媒液供給ラインに設けられた流量調整弁と、
   前記温度センサの検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を制御し、前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスの温度を制御する第１コントローラと、
   を備えることを特徴とする請求項８に記載の冷凍装置。
10. 前記可動部は、前記ロータケーシングに吸入された冷媒ガスの内部容積比を制御可能な内部容積比可変制御弁又は容量制御用スライド弁の弁体で構成され、
    前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスの温度を検出する温度センサと、
    前記スクリュ圧縮機から吐出した前記冷媒ガスの圧力を検出する圧力センサと、
    前記冷媒液供給ラインに設けられた流量調整弁と、
    前記温度センサ及び前記圧力センサの検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を制御し、前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスの過熱度を制御する第２コントローラと、
    を備えることを特徴とする請求項８に記載の冷凍装置。
11. 前記可動部の前記ロータ軸方向位置を検出する位置センサと、
    前記冷媒液供給ラインに設けられた流量調整弁と、
    前記位置センサの検出値に基づいて前記流量調整弁の開度を制御する第３コントローラと、
    を備えることを特徴とする請求項８乃至１０の何れか一項に記載の冷凍装置。
12. 前記スクリュ圧縮機から吐出した冷媒ガスから油分を分離する油分離器を備えることを特徴とする請求項８乃至１１の何れか一項に記載の冷凍装置。
13. 前記スクリュ圧縮機を駆動するハーメチックモータを備え、
    前記冷媒液供給ラインは、前記ハーメチックモータを介して前記可動部に導設されていることを特徴とする請求項８乃至１２の何れか一項に記載の冷凍装置。

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