WO2016046908A1 - スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

Abstract

　ケーシング１内にスクリューロータ３の回転軸方向にスライド移動自在に設けられ、スライド移動することによりバイパス口１ｃの開口の大きさを調整して運転容量の調整を行う第１スライドバルブ１１と、ケーシング１に形成されたスライド溝１ａ内にスクリューロータ３の回転軸方向にスライド移動自在に設けられ、エコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８とが、個別に移動可能である。

Description

スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置

　本発明は、スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置に関するものである。

　従来、冷凍サイクル装置において能力増大、冷凍サイクルの性能および成績係数（圧縮機入力に対する冷凍能力の比）の向上を目的として冷凍サイクルに中間冷却器を設け、中間冷却器で主流液を冷却した後の冷媒ガス（以下、エコノマイザガス）を圧縮機中間部へ導くエコノマイザ運転を行う冷凍サイクル装置がある（例えば、特許文献１参照）。この冷凍サイクル装置では、冷凍サイクルの凝縮器と蒸発器との間に中間冷却器が配置され、凝縮器から蒸発器に至る途中で分岐するエコノマイザ配管と、エコノマイザ配管に設けられた中間冷却用膨張弁と、エコノマイザ配管が接続されるエコノマイザポートを有するスクリュー圧縮機とを備えている。

　また、従来のスクリュー圧縮機として、スクリューロータとこのスクリューロータを収納するケーシングとを備え、このケーシングが、スクリューロータとケーシングの内面との間に形成される圧縮室に冷媒を噴出するためのエコノマイザポートを有するスクリュー圧縮機がある（例えば、特許文献２参照）。

　また、従来のスクリュー圧縮機として、低圧室と圧縮室の吸入側とを連通するバイパス口と、スクリューロータの回転軸方向へスライド移動し、バイパス口の開口の大きさを調整することで運転容量を調整するスライドバルブとを備えたスクリュー圧縮機がある。

特開平１１－２４８２６４号公報（第４頁、図１） 特許第４１４０４８８号公報（第５頁、図１）

　スクリュー圧縮機が搭載される冷凍サイクル装置の省エネルギの指標として、従来は定格条件（全負荷条件：１００％負荷）での成績係数（能力／消費電力）を用いることが主流であった。しかし、最近では実運転条件に近い指標、例えば米国で定められている期間成績係数ＩＰＬＶ（Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｐａｒｔ　Ｌｏａｄ　Ｖａｌｕｅ）が注目されてきている。

　一般的な冷凍サイクル装置では、年間を通じて定格条件で運転される時間は非常に短く、年間を通した運転時間のうち９割以上が部分負荷運転で運転されている。そして、部分負荷は全負荷のうち、特に７５～５０％負荷での運転がその大半を占める。全負荷運転と部分負荷運転では冷媒循環流量、運転圧縮比が異なり、成績係数も変化する。このような実運転の状況を考慮し、期間成績係数が注目されている。つまり、期間成績係数は部分負荷条件での成績係数を重視した指標となっている。

　上記従来のスライドバルブの移動で運転容量を調整するスクリュー圧縮機では、全負荷運転時、バイパス口を閉じて圧縮ガスをバイパスさせないようにすることで、運転容量が１００％の大容量運転となる。一方、部分負荷運転時、バイパス口を開いて圧縮ガスをバイパスさせることで、運転容量（負荷）を小さくする小容量運転となる。全負荷運転では上述したように圧縮ガスをバイパスさせないので、ケーシングにエコノマイザポートを設けて全負荷運転時にエコノマイザ運転をすることで、成績係数を向上できる。しかし、部分負荷運転では、エコノマイザポートを設けてエコノマイザ運転を行う場合に、以下の問題がある。

　特許文献１および特許文献２の技術では、エコノマイザポートの位置は運転容量に関係無く固定である。このため、部分負荷運転を行うにあたりバイパス口が開いた場合、エコノマイザポートとバイパス口との位置関係によっては、エコノマイザポートからインジェクションされた冷媒ガスがバイパス口から低圧室へ流出することになる。この場合、吸入ガスがスクリュー溝に流入するのを大きく阻害し、その結果、成績係数が低下する。

　本発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、エコノマイザポートとバイパス口との位置関係を調節可能として、広い運転範囲で高い成績係数を実現し、性能を向上させることができるスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置を提供することを目的とする。

　本発明に係るスクリュー圧縮機は、ケーシングと、ケーシング内で回転するように配置されたスクリューロータと、ケーシングとスクリューロータとの間に形成され、冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、ケーシングに形成され、低圧室と圧縮室の吸入側とを連通するバイパス口と、ケーシング内にスクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に設けられ、スライド移動することによりバイパス口の開口の大きさを調整して運転容量の調整を行う第１スライドバルブとケーシングの内筒面に形成され、スクリューロータの回転軸方向に延びるスライド溝と、ケーシングに形成され、ケーシングの外部とスライド溝とを連通するエコノマイザガス流路と、スライド溝内にスクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に設けられた第２スライドバルブと、第２スライドバルブに形成され、エコノマイザガス流路を圧縮室に連通させるエコノマイザポートと、を備え、第１スライドバルブと第２スライドバルブとが個別に移動可能であるものである。

　本発明に係る冷凍サイクル装置は、上記のスクリュー圧縮機、凝縮器、中間冷却器の高圧部、減圧装置および蒸発器を順に冷媒配管で接続した冷媒回路と、中間冷却器と減圧装置との間から分岐し、中間冷却器用の膨張弁および中間冷却器の低圧部を介してスクリュー圧縮機のエコノマイザガス流路に接続されたエコノマイザ配管とを備えたものである。

　本発明によれば、広い運転範囲で高い成績係数を実現し、性能を向上させることができるスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の縦断面概略図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の圧縮原理を示した図である。 本発明の実施の形態１に係る全負荷運転など容量制御１００％負荷運転時のエコノマイザポート位置を示す断面概略図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機おいて全負荷（１００％負荷）の場合の機械式容量制御におけるケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機において部分負荷（１００％よりも小さい）の場合の機械式容量制御におけるケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。 図５のＡ－Ａ断面図である。 図６のＢ－Ｂ断面図である。 全負荷運転時に設定した圧縮行程におけるエコノマイザポート、圧縮室、バイパス口の位置関係について、（ａ）全負荷運転時の閉じ込み完了状態、（ｂ）エコノマイザポートが開き始めた状態、（ｃ）バイパス口を通り過ぎて完全に閉じ込み完了した状態、を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の部分負荷運転時に設定した圧縮行程におけるエコノマイザポート、圧縮室、バイパス口の位置関係について、（ａ）全負荷運転時の閉じ込み完了状態、（ｂ）エコノマイザポートが開き始めた状態、（ｃ）バイパス口を通り過ぎて完全に閉じ込み完了した状態、を示した図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機における部分負荷運転時のエコノマイザポートの位置（第２位置）と全負荷運転時のエコノマイザポートの位置（第１位置）との違いに応じた圧縮室への開口タイミングの違いの説明図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機のケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。

　以下、本発明の実施の形態について図面を参照しつつ説明する。ここでは、１つのスクリューロータに２つのゲートロータが係合されたタイプのシングルスクリュー圧縮機の例で本発明の実施の形態を説明する。

実施の形態１．
　図１は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置の冷媒回路図である。ここで、図１を含め、以下の図面において、同一の符号を付したものは、同一またはこれに相当するものであり、以下に記載する実施の形態の全文において共通することとする。なお、明細書全文に示されている構成要素の形態は、あくまで例示であってこれらの記載に限定されるものではない。特に構成要素の組み合わせは、各実施の形態における組み合わせのみに限定するものではなく、他の実施の形態に記載した構成要素を別の実施の形態に適宜、適用することができる。そして、圧力の高低については、特に絶対的な値との関係で高低が定まっているものではなく、システム、装置等における状態、動作等において相対的に定まるものとする。

　冷凍サイクル装置１００はスクリュー圧縮機１０２と、凝縮器１０３と、中間冷却器１０４の高圧部と、減圧装置である膨張弁１０５と、蒸発器１０６とを順に冷媒配管で接続した冷媒回路を備えている。冷凍サイクル装置１００はさらに中間冷却器１０４と膨張弁１０５との間から分岐し、中間冷却器用膨張弁１０７および中間冷却器１０４の低圧部を介してスクリュー圧縮機１０２に接続されたエコノマイザ配管１０８を有している。

　凝縮器１０３はスクリュー圧縮機１０２からの吐出ガスを冷却、凝縮させる。膨張弁１０５は中間冷却器１０４を流出した主流冷媒を絞り膨張させる。蒸発器１０６は膨張弁１０５を流出した主流冷媒を蒸発させる。中間冷却器１０４は上述したように高圧部と低圧部とを有しており、高圧部には凝縮器１０３と膨張弁１０５との間の主流冷媒である高圧側冷媒が通過し、低圧部には高圧側冷媒の一部を中間冷却器用膨張弁１０７で減圧した冷媒（冷凍サイクル全体でみたときに中間圧に相当する中間圧冷媒）が通過する。そして中間冷却器１０４は、高圧側冷媒と中間圧冷媒とを熱交換させて高圧側冷媒を冷却する。

　冷凍サイクル装置１００にはさらに制御装置１０１を備えている。制御装置１０１は、膨張弁１０５、中間冷却器用膨張弁１０７の制御、スクリュー圧縮機１０２の後述のスライドバルブ８、１１の位置制御、エコノマイザガスを圧縮室にインジェクションするエコノマイザ運転の駆動および停止などの制御を行う。

（スクリュー圧縮機）
　以下、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１０２について図２を用いて説明する。
　図２は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の縦断面概略図である。
　図２に示すように、スクリュー圧縮機１０２を構成する筒状のケーシング１内に電動機２が配置されている。この電動機２はケーシング１に内接固定されたステータ２ａとステータ２ａの内側に配置されたモータロータ２ｂとを備えている。

　ケーシング１内にはスクリューロータ３が配置されており、このスクリューロータ３とモータロータ２ｂとは互いに同一軸線上に配置され、両ロータ３、２ｂはスクリュー軸４に固定されている。スクリューロータ３はその外周面に複数の螺旋状のスクリュー溝５ａが形成され、スクリュー軸４に固定されたモータロータ２ｂに連結され回転駆動される。ゲートロータ６の歯６ａは、スクリュー溝５ａに噛み合わされており、ゲートロータ６の歯６ａ、スクリュー溝５ａおよびケーシング１の内筒面で囲まれた空間が圧縮室５となる。また、ケーシング１内は隔壁１ｄ（後述の図７参照）により低圧側（吸入側）と高圧側（吐出側）とに区画され、高圧側には高圧室（後述の図７参照）に開口する吐出口７（後述の図３、図７参照）が形成されている。

　また、スクリュー圧縮機１０２は、運転容量の調整を行う第１のスライドバルブであるスライドバルブ１１（後述の図５参照）と、エコノマイザ運転で用いられる第２のスライドバルブであるスライドバルブ８（図２、後述の図５参照）とを備えている。以下、スライドバルブ１１、スライドバルブ８について説明する。

　ケーシング１の内筒面には、スクリューロータ３の回転軸方向に延びる第１スライド溝であるスライド溝１ｅ（後述の図７参照）が形成されている。このスライド溝１ｅ内に、第１スライドバルブである機械（バイパス）式容量制御用のスライドバルブ１１（後述の図５および図７参照）がスライド移動自在に収納されている。さらに、このスライドバルブ１１は圧縮室５を形成するため、ケーシング１とともに内筒面の一部を形成している。

　また、ケーシング１には、圧縮室５と圧縮室５の吸入側（低圧室１ｆ）（後述の図８参照）とを連通し、スライドバルブ１１により開閉されるバイパス口１ｃ（後述の図６、図８参照）が貫通形成されている。バイパス口１ｃは、スライドバルブ１１の移動により、開放時の開口の大きさが調整される。このように、バイパス口１ｃの大きさを調整することで、圧縮機運転容量（負荷）を調整する。具体的には、スライドバルブ１１が後述の図５および図７に示すように吸入側に移動した場合にバイパス口１ｃが閉じられ、後述の図６および図８に示すように吐出側に移動した場合にバイパス口１ｃが開かれ、圧縮室５内のガスが低圧室１ｆにバイパスされるようになっている。

　また、図２に示すとおり、ケーシング１の内筒面には、スクリューロータ３の回転軸方向に延びる第２スライド溝であるスライド溝１ａが形成されている。このスライド溝１ａ内に、第２スライドバルブであるエコノマイザポート移動用のスライドバルブ８がスライド移動自在に収納されている。さらに、このスライドバルブ８は圧縮室５を形成するため、ケーシング１とともに内筒面の一部を形成している。また、スライドバルブ８にはエコノマイザポート８ａが形成されている。エコノマイザポート８ａは、スライドバルブ８においてスライド溝１ａとの摺接面である外周面から、スライドバルブ８においてスクリューロータ３との摺接面である内周面に貫通するように形成されている。図２にはエコノマイザポート８ａを形成したスライドバルブ８をケーシング１内に１つ設けた場合の図を示している。

　ケーシング１は、中間冷却器１０４からの冷媒ガスを圧縮室５（圧縮行程にあるスクリュー溝５ａ）に導くためのエコノマイザガス流路１ｂを有しており、エコノマイザガス流路１ｂは、エコノマイザポート８ａを介して圧縮室５に連通する。そして、エコノマイザガス流路１ｂにはエコノマイザ配管１０８が接続されている。かかる構成により、中間冷却器１０４から流出して分岐し、主流液を冷却した冷媒ガスが、エコノマイザ配管１０８、エコノマイザガス流路１ｂおよびエコノマイザポート８ａを通して圧縮室５に流入するようになっている。ここで、ケーシング１内のこのエコノマイザガス流路１ｂには、ガスが流れる際の脈動を抑制するための空間（図示せず）が設けられ、この空間を経由して圧縮室５へ連通するものもある。

　スライドバルブ８は、連結棒９を介してピストンなどの駆動装置１０に接続されており、駆動装置１０を駆動させることにより、スライド溝１ａ内をスクリューロータ３の回転軸方向に移動する。また、スライドバルブ１１も同様に、駆動装置（図示せず）を駆動させることにより、スライド溝１ｅ内をスクリューロータ３の回転軸方向に移動する。この説明から明らかなように、スライドバルブ８とスライドバルブ１１とは個別に移動可能である。ここで、スライドバルブ８を駆動する駆動装置１０およびスライドバルブ１１を駆動する駆動装置はガス圧で駆動するもの、油圧で駆動するもの、ピストンとは別にモータなどにより駆動するものなど、駆動方法を限定しない。

（冷媒回路の動作説明）
　次に、本実施の形態１の冷媒回路動作を図１を参照して説明する。ここでは、スライドバルブ８が図２に示す位置にあり、エコノマイザガス流路１ｂと圧縮室５とがエコノマイザポート８ａを介して連通し、エコノマイザ運転を行う場合の冷媒回路動作について説明する。

　蒸発器１０６から流出した冷媒ガスはスクリュー圧縮機１０２に吸い込まれて圧縮された後、吐出される。吐出された冷媒ガスは、凝縮器１０３で冷却される。凝縮器１０３で冷却された冷媒は、中間冷却器１０４に流入する。中間冷却器１０４では、凝縮器１０３を流出して高圧部に流入した高圧側冷媒と、中間冷却器１０４を通過後に分岐され、中間冷却器用膨張弁１０７で減圧されて低圧部に流入した中間圧冷媒とが熱交換される。すなわち、凝縮器１０３を出て直接、中間冷却器１０４の高圧部に流入した高圧側冷媒は、中間圧冷媒との熱交換により、過冷却される。この過冷却の増加によって、蒸発器１０６の冷凍効果は増えることになる。

　一方、中間冷却器１０４の低圧部に流入した中間圧冷媒は、高圧部側の高圧側冷媒を冷却後、エコノマイザ配管１０８およびエコノマイザガス流路１ｂを経由して、スライドバルブ８に設けたエコノマイザポート８ａから圧縮室５にインジェクションされる。すなわち、高圧およびエコノマイザガスの中間圧力と圧縮室５内の圧力との差圧により、エコノマイザガスがエコノマイザポート８ａから圧縮室５にインジェクションされ、圧縮ガスと混合する。

（スクリュー圧縮機の動作説明）
　次に、本実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１０２の動作について説明する。
　図３は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の圧縮原理を示した図である。
　図３に示すようにスクリューロータ３が電動機２（図２参照）によりスクリュー軸４（図２参照）を介して回転させられることで、ゲートロータ６の歯６ａが圧縮室５（スクリュー溝５ａ）内を相対的に移動する。これにより、圧縮室５内では吸入行程、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ようになっている。ここでは、図３においてドットのハッチングで示した圧縮室５に着目して各行程について説明する。

　図３（ａ）は吸入行程における圧縮室５の状態を示している。スクリューロータ３が電動機２により駆動されて実線矢印の方向に回転する。これにより図３（ｂ）のように圧縮室５の容積が縮小する。

　引き続きスクリューロータ３が回転すると、図３（ｃ）に示すように、圧縮室５が吐出口７に連通する。これにより、圧縮室５内で圧縮された高圧の冷媒ガスが吐出口７より外部へ吐出される。そして、再びスクリューロータ３の背面で同様の圧縮が行われる。

　なお、図３ではエコノマイザポート８ａおよびそれを備えたスライドバルブ８、スライド溝１ａについては図示を省略しているが、エコノマイザ運転時には、圧縮行程においてエコノマイザポート８ａよりエコノマイザガスが圧縮室５に流入する。そして、圧縮室５に流入したエコノマイザガスは吸入ガスと一緒に圧縮され、吐出行程において外部に吐出される。

　次に、運転容量調整用のスライドバルブ１１とエコノマイザポート８ａの位置変更用のスライドバルブ８との位置関係について説明する。本実施の形態１は、運転容量調整用のスライドバルブ１１を備えたスクリュー圧縮機においてエコノマイザ運転を効果的に行うことを目的としたものである。本実施の形態１では、その目的を達成するにあたり、スライドバルブ１１とエコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８とのそれぞれの位置を個別に移動可能とした点を特徴としており、バイパス口１ｃの開口の大きさに応じてエコノマイザポート８ａの位置を変更可能としている。以下、特徴部分について詳細に説明する。

　まず、スライドバルブ８は、全負荷運転時と部分負荷運転時とで異なる位置に位置し、エコノマイザポート８ａの位置を変更している。以下ではまず、全負荷運転時など、バイパス口１ｃが開かない（閉じている）場合のエコノマイザポート８ａの位置について、エコノマイザ運転とともに説明する。その後、部分負荷運転時など、バイパス口１ｃが開く場合のエコノマイザポート８ａの位置について、エコノマイザ運転とともに説明する。

（バイパス口１ｃが開かない場合）
　図４は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機において、全負荷運転時など、バイパス口が開かない場合におけるエコノマイザポート位置を示す断面概略図である。図５は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の全負荷運転時など、バイパス口が開かない場合におけるケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。

　バイパス口１ｃが開かない場合（全負荷（運転容量１００％））の機械式容量制御では、図５および図７に示すように容量制御用のスライドバルブ１１が吸入側に移動してバイパス口１ｃが閉じられる。バイパス口１ｃを閉じた状態でのエコノマイザ運転では、上述したように通常のエコノマイザ効果が得られる。ここで、本実施の形態１では、エコノマイザ運転を効率的に行うことのできる位置にエコノマイザポート８ａを設けるようにしており、その位置について以下に説明する。

　エコノマイザ運転を行う場合、制御装置１０９は、エコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８を図４および図５の白抜き矢印で示すように吸込側（図４および図５の右側）に移動し、圧縮行程中にエコノマイザポート８ａと圧縮室５とが連通する位置に位置させる。これにより、ケーシング１に設けられたエコノマイザガス流路１ｂがエコノマイザポート８ａを介して圧縮室５に連通する。

　圧縮行程中、圧縮室５がエコノマイザポート８ａに連通している間、エコノマイザガスがエコノマイザガス流路１ｂを経由してエコノマイザポート８ａから圧縮室５にインジェクションされる。この際、エコノマイザポート８ａが圧縮室５に連通している際の圧力（中間圧）が上昇するとエコノマイザ運転による能力拡大効果が小さくなる。また、圧縮室５の閉じ込みが完了していない状態でエコノマイザガスを圧縮室５にインジェクションすると、エコノマイザガスが圧縮室５から吸込側に流出して吸込ガスがスクリュー溝５ａに流入するのを阻害する。よって、吸込ガスが圧縮室５に流入するのを阻害しない範囲でできるだけ、低圧の圧縮室５にエコノマイザガスがインジェクションされるように、スライドバルブ８を移動してエコノマイザポート８ａを図５に示す位置に位置させるようにしている。

　図５において点線で囲った圧縮室５は、吸入ガスの吸入（吸入ガスの閉じ込み）を完了した位置にある。よって、図５に示すエコノマイザポート８ａの位置は、吸込ガスの閉じこみ完了（圧縮開始）時に圧縮室５に連通し始める位置（第１位置）に相当する。この位置にエコノマイザポート８ａを位置させることで、吸込ガスが圧縮室５に流入するのを阻害しない範囲でできるだけ、低圧の圧縮室５にエコノマイザガスをインジェクションすることが可能となる。

（バイパス口１ｃが開く場合）
　図６は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機において部分負荷（１００％よりも小さい）の場合の機械式容量制御におけるケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。図７は、図５のＡ－Ａ断面図である。図８は、図６のＢ－Ｂ断面図である。

　部分負荷（運転容量が１００％よりも小さい）の場合の機械式容量制御では、図６および図８に示すように容量制御用のスライドバルブ１１が吐出側に移動してバイパス口１ｃが開かれ、ガスを圧縮室５から低圧室１ｆに逃がしながら圧縮行程が進んでいく。このように、圧縮が開始されるときのスクリュー溝５ａの容積が小さくなる、あるいは圧縮したガスが低圧室１ｆに流出されるので、運転容量が減少することになる。

　ここで、本実施の形態１におけるエコノマイザポート８ａの位置の特徴を明確にするため、本実施の形態１におけるエコノマイザポート８ａの位置と、この位置よりも吸入側にズレた位置にエコノマイザポートを設けた場合とを比較して圧縮行程時の動作を説明する。なお、「本実施の形態１におけるエコノマイザポート８ａの位置よりも吸入側にズレた位置」の一例として、ここでは、図５に示した全負荷運転の場合のエコノマイザポート８ａの位置（第１位置）を例に挙げ、この第１位置にエコノマイザポート８ａを位置させた場合と比較して部分負荷運転時の動作を説明する。

　図９は、エコノマイザポートの位置を第１位置とした場合の、部分負荷運転時の動作説明図で、圧縮室の移動に伴う、エコノマイザポート、圧縮室、バイパス口の位置関係の変化を３つまとめて示した図である。図１０は、本発明の本実施の形態１に係るスクリュー圧縮機におけるエコノマイザポートの位置とした場合の、部分負荷運転時の動作説明図で、圧縮室の移動に伴う、エコノマイザポート、圧縮室、バイパス口の位置関係の変化を３つまとめて示した図である。

　なお、図９（ａ）および図１０（ａ）は、全負荷運転であれば（つまりバイパス口１ｃが閉じられていれば）閉じ込みが完了する位置に圧縮室５が位置した状態を示している。ただし、ここでは部分負荷運転時の動作を説明しているため、図９（ａ）および図１０（ａ）においてバイパス口１ｃは開いた状態を示している。また、図９（ｂ）および図１０（ｂ）は、圧縮室５にエコノマイザポート８ａが開き始めた状態を示している。また、図９（ｃ）は、圧縮室５がバイパス口１ｃを通り過ぎて完全に閉じ込み完了した状態、を示している。

　図９（ａ）および図１０（ａ）に示した圧縮室５の位置では、圧縮室５に対してバイパス口１ｃの少なくとも一部が連通している。このため、全負荷運転の場合には閉じ込みが完了する位置に圧縮室５が位置する時点において、部分負荷運転の場合には閉じ込みはまだ完了していない状態にある。

　そして、部分負荷運転では、第１位置よりもスライドバルブ８を吐出側に移動させ、エコノマイザポート８ａの位置を第１位置よりも吐出側（図１０の左側）に位置させている。言い換えれば、実施の形態１では、第１位置に比べて圧縮室５の閉じ込みが進んで、バイパス口１ｃと圧縮室５との連通終了が近づいた時点で圧縮室５に連通し始める位置（以下、第２位置）にエコノマイザポート８ａを位置させるようにしている。バイパス口１ｃの開口の大きさは負荷によって変わるため、部分負荷運転におけるスライドバルブ８の位置は一意に決められるものではなく、スライドバルブ１１のスライド位置に応じたバイパス口１ｃの開口の大きさに応じて異なった位置となる。具体的には、バイパス口１ｃの開口が大きい程、エコノマイザポート８ａの圧縮室５への連通開始タイミングが圧縮行程の後半方向に移動するようにスライドバルブ１１の位置が制御される。

　図９（ｂ）および図１０（ｂ）は、図９（ａ）および図１０（ａ）の状態からスクリューロータ３の回転が進み、エコノマイザポート８ａが開き始めた状態を示している。図９（ｂ）では圧縮室５が完全にバイパス口１ｃにかかっているのに対して図１０（ｂ）ではバイパス口１ｃを５割程度通り過ぎて閉じ込み完了に近づいた状態となっている。このように完全に閉じ込みは完了していないが、図１０（ｂ）の方がより閉じ込み完了に近い状態でのエコノマイザポート８ａの圧縮室５への開き始め（連通始め）となっている。

　そして、図９（ｃ）および図１０（ｃ）は、さらにスクリューロータ３の回転が進み、圧縮室５がバイパス口１ｃを通り過ぎて完全に閉じ込んだ状態を示している。図９（ｃ）ではエコノマイザポート８ａも通り過ぎてしまっている状態となっており、エコノマイザポート８ａおよびバイパス口１ｃは次の閉じ込み完了の圧縮室５に連通した状態となっている。すなわち、エコノマイザポート８ａが第１位置にある場合、圧縮室５がバイパス口１ｃを通り始めてから通り過ぎるまでの間、常にエコノマイザポート８ａとバイパス口１ｃとが圧縮室５を介して連通する状態となる。このようにエコノマイザポート８ａとバイパス口１ｃとが圧縮室５を介して連通することで、エコノマイザポート８ａから圧縮室５にインジェクションされた冷媒がバイパス口１ｃから低圧室１ｆへ流出する。これにより、吸入ガスが阻害されることになる。

　それに対して、本実施の形態１の場合、圧縮室５がバイパス口１ｃを通り過ぎ、完全に閉じ込みが完了する状態に近づいた時点で、エコノマイザポート８ａが圧縮室５に連通するようにしている。そして、図１０（ｃ）に示すように圧縮室５がバイパス口１ｃを通り過ぎ、完全に閉じ込みが完了した状態となって以降もエコノマイザポート８ａが圧縮室５に連通するようにしている。言い換えれば、本実施の形態１では、エコノマイザポート８ａが圧縮室５に連通開始するスクリュー回転角度を、第１位置よりも後半にずらし、エコノマイザポート８ａとバイパス口１ｃとの両方が圧縮室５に連通する領域（スクリュー回転角度範囲）を短くしている。このように、バイパス口１ｃが開く運転（部分負荷運転）では、エコノマイザポート８ａを第２位置に位置させることで、吸入ガスの阻害を抑制することが可能となる。

　図１１は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機における部分負荷（１００％負荷より小さい容量）運転時のエコノマイザポートの位置（第２位置）と全負荷運転時のエコノマイザポートの位置（第１位置）との違いに応じた圧縮室への開口タイミングの違いの説明図である。図１１にはさらに、部分負荷運転時と全負荷運転時とのそれぞれについて、スクリュー回転角度と圧縮室５の圧力（スクリュー溝５ａの内圧）との関係を示している。また、図１１において点線で囲った領域（スクリュー回転角度範囲）は、部分負荷運転時にバイパス口１ｃが圧縮室５に連通している領域であって、この領域において、バイパス口１ｃに加えてエコノマイザポート８ａも圧縮室５に連通する場合に、吸入側へエコノマイザガスが流出することになる。

　図１１から明らかなように、エコノマイザポート８ａが圧縮室５に開口する開口タイミングは、エコノマイザポート８ａを第２位置に位置させた方が第１位置に位置させた場合に比べて遅いため、図１１において点線で囲った領域と重なるスクリュー回転角度範囲は僅かである。つまり、エコノマイザガスが吸入側に流出するスクリュー回転角度範囲は僅かである。よって、部分負荷運転時は、エコノマイザポート８ａを第２位置に位置させることで、吸入ガスの阻害を抑制することができる。

　以上説明したように本実施の形態１によれば、バイパス口１ｃの開口の大きさをスライドバルブ１１の位置に応じて調整することで容量制御を行うスクリュー圧縮機１０２において以下の効果が得られる。すなわち、スライドバルブ１１とスライドバルブ８とを個別に移動可能としたため、バイパス口１ｃの開口の大きさに応じてエコノマイザ運転を効果的に行える位置にエコノマイザポート８ａの位置を調整することができる。

　具体的には、バイパス口１ｃが閉じている際は、エコノマイザポート８ａを第１位置に位置させることで、エコノマイザ運転を効率的に行うことができる。また、バイパス口１ｃが開いている際は、エコノマイザポート８ａを第２位置に位置させることで、吸込ガスの阻害を抑制でき、また、エコノマイザ効果を得ることができて成績係数を向上することができる。つまり、実施の形態１によれば、機械式容量制御方式のスクリュー圧縮機１０２および冷凍サイクル装置１００においても高い成績係数を実現することができる。

実施の形態２．
　実施の形態２は、実施の形態１と比較して、エコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８の吸込側端面形状のみ異なったものである。

　図１２は、本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機のケーシング内筒面およびスクリューロータの展開図である。なお、本実施の形態２では実施の形態１との差異点を説明するものとし、本実施の形態２で説明されていない構成は実施の形態１と同様である。

　実施の形態２ではエコノマイザポート８ａを有するスライドバルブ８の吸込側端面８ｂがスクリュー溝５ａの傾斜に沿った形状となっている。このような形状としたことにより、実施の形態１のようにスライドバルブ８の吸込側端面８ｂをスクリュー軸４に対して垂直な面とした場合に比べて、以下の効果が得られる。すなわち、スライドバルブ８が駆動するための余分な空間を必要とせず、部品の小型化を達成しながら、実施の形態１と同様の効果が得られる。なお、ここではスライドバルブ８の吸込側端面８ｂをスクリュー溝５ａの傾斜に沿った形状としたが、要するに傾斜面で形成されていればよい。ただし、スライドバルブ８の吸込側端面８ｂをスクリュー溝５ａの傾斜に沿った形状とすることでスクリュー溝５ａの閉じ込みに必要な面を確保できるので、より最適形状（小型化）が可能となる。

　なお、本発明のスクリュー圧縮機における機械式容量制御用の第１スライドバルブおよびエコノマイザポート移動用の第２スライドバルブの移動に関する制御は、連続的であってもよいし、段階的であってもよい。

　また、本発明のスクリュー圧縮機としてシングルスクリュー圧縮機以外に、一対の雌雄スクリューロータを有し、その噛み合いにて圧縮室５を形成するツインスクリュー圧縮機に適用してもよい。

　１　ケーシング、１ａ　スライド溝、１ｂ　エコノマイザガス流路、１ｃ　バイパス口、１ｄ　隔壁、１ｅ　スライド溝、１ｆ　低圧室、２　電動機、２ａ　ステータ、２ｂ　モータロータ、３　スクリューロータ、４　スクリュー軸、５　圧縮室、５ａ　スクリュー溝、６　ゲートロータ、６ａ　ゲートロータ歯、７　吐出口、８　スライドバルブ、８ａ　エコノマイザポート、８ｂ　吸込側端面、９　連結棒、１０　駆動装置、１１　スライドバルブ、　１００　冷凍サイクル装置、１０１　制御装置、１０２　スクリュー圧縮機、１０３　凝縮器、１０４　中間冷却器、１０５　膨張弁、１０６　蒸発器、１０７　中間冷却器用膨張弁、１０８　エコノマイザ配管。

Claims (8)

1. 　ケーシングと、
   　前記ケーシング内で回転するように配置されたスクリューロータと、
   　前記ケーシングと前記スクリューロータとの間に形成され、冷媒ガスを圧縮する圧縮室と、
   　前記ケーシングに形成され、低圧室と前記圧縮室の吸入側とを連通するバイパス口と、
   　前記ケーシング内に前記スクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に設けられ、スライド移動することにより前記バイパス口の開口の大きさを調整して運転容量の調整を行う第１スライドバルブと
   　前記ケーシングの内筒面に形成され、前記スクリューロータの回転軸方向に延びるスライド溝と、
   　前記ケーシングに形成され、前記ケーシングの外部と前記スライド溝とを連通するエコノマイザガス流路と、
   　前記スライド溝内に前記スクリューロータの回転軸方向にスライド移動自在に設けられた第２スライドバルブと、
   　前記第２スライドバルブに形成され、前記エコノマイザガス流路を前記圧縮室に連通させるエコノマイザポートと、
   を備え、
   　前記第１スライドバルブと前記第２スライドバルブとが個別に移動可能であるスクリュー圧縮機。
2. 　前記第２スライドバルブは、前記第１スライドバルブのスライド位置に基づく前記バイパス口の開口の大きさに応じて前記エコノマイザポートの位置を調整するものである請求項１記載のスクリュー圧縮機。
3. 前記第２スライドバルブは、前記バイパス口が開いている場合に、前記圧縮室における冷媒ガスの閉じ込みが進み、前記圧縮室と前記バイパス口との連通終了が近づいた時点で前記エコノマイザポートが前記圧縮室に連通し始める動作が得られるように前記エコノマイザポートの位置を調整するものである請求項２記載のスクリュー圧縮機。
4. 　前記第２スライドバルブは、前記バイパス口の開口が大きい程、前記エコノマイザポートの前記圧縮室への連通開始タイミングが圧縮行程の後半方向に移動するように前記エコノマイザポートの位置を調整するものである請求項１～請求項３のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
5. 　前記第２スライドバルブは、前記バイパス口が閉じている場合に、前記圧縮室への冷媒ガスの閉じ込み完了時に前記エコノマイザポートが前記圧縮室に連通し始める位置で、前記エコノマイザガス流路を前記圧縮室に連通させるものである請求項１～請求項４のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
6. 　前記第２スライドバルブの吸入側端面は傾斜面である請求項１～請求項５のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機。
7. 　前記傾斜面は、前記圧縮室を構成するスクリュー溝の傾斜に沿う傾斜面である請求項６記載のスクリュー圧縮機。
8. 　請求項１～請求項７のいずれか一項に記載のスクリュー圧縮機、凝縮器、中間冷却器の高圧部、減圧装置および蒸発器を順に冷媒配管で接続した冷媒回路と、前記中間冷却器と前記減圧装置との間から分岐し、前記中間冷却器用の膨張弁および前記中間冷却器の低圧部を介して前記スクリュー圧縮機の前記エコノマイザガス流路に接続されたエコノマイザ配管とを備えた冷凍サイクル装置。

Images