WO2017119075A1 - スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置 - Google Patents

スクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置 Download PDF

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WO2017119075A1
WO2017119075A1 PCT/JP2016/050211 JP2016050211W WO2017119075A1 WO 2017119075 A1 WO2017119075 A1 WO 2017119075A1 JP 2016050211 W JP2016050211 W JP 2016050211W WO 2017119075 A1 WO2017119075 A1 WO 2017119075A1
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WO
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refrigerant flow
refrigerant
flow path
compression mechanism
motor
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PCT/JP2016/050211
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English (en)
French (fr)
Inventor
伊藤　健
下地　美保子
英彰 永田
Original Assignee
三菱電機株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/08—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing
    • F04C18/12—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type
    • F04C18/14—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons
    • F04C18/16—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids of intermeshing-engagement type, i.e. with engagement of co-operating members similar to that of toothed gearing of other than internal-axis type with toothed rotary pistons with helical teeth, e.g. chevron-shaped, screw type
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00

Definitions

  • the present invention relates to a screw compressor and a refrigeration cycle apparatus, and more particularly to cooling of a motor that drives a screw rotor.
  • a screw compressor including a casing in which a refrigerant circulates, a screw rotor that is accommodated in the casing and compresses the refrigerant, and a motor that rotationally drives the screw rotor.
  • the motor can be arranged on either the low pressure side or the high pressure side.
  • the generated motor can be cooled with a low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant, so that the motor is often arranged on the low-pressure side.
  • a gap portion between the outer peripheral surface of the stator of the motor and the inner peripheral surface of the casing has an equal angular interval over the entire periphery.
  • a plurality of refrigerant flow paths are provided so as to have equal cross-sectional areas. The refrigerant passing through the plurality of refrigerant flow paths cools the motor, so that an increase in the coil temperature of the motor is suppressed and the motor is prevented from being burned (for example, see Patent Document 1).
  • a refrigerant suction passage through which refrigerant gas flows from the motor chamber to the compression mechanism is formed uniformly around the entire circumference between the centering guide and the main shaft (for example, see Patent Document 2).
  • Another single screw compressor is called a twin gate rotor system in which two gate rotors are arranged for one screw rotor (see, for example, Patent Document 3).
  • a double-sided operation is performed in which the same compression operation is performed on each half circumferential surface of the front and back of the screw rotor in a full load operation.
  • the compression operation on the half circumferential surface on one side is invalidated, and the one side operation is performed in which the compression operation is performed only on the half circumferential surface on one side. That is, in the one-side operation, an operation is performed in which the refrigerant gas is sucked only from the half circumferential surface of the screw rotor and the suction volume is reduced.
  • Another single screw compressor is called a mono gate rotor system in which one gate rotor is arranged for one screw rotor for common parts (see, for example, Patent Document 4).
  • the monogate rotor system constitutes a compressor with a small capacity.
  • the range of the screw rotor into which the refrigerant gas is sucked is generally determined by the rotation angle range from the start of compression of one groove formed in the screw rotor to the completion of discharge.
  • a plurality of refrigerant flow paths for passing the suction gas provided in the partition walls of the motor chamber and the compression mechanism section are arranged from the coil end of the motor in accordance with the full load operation of the twin gate rotor system.
  • the cross-sectional area in a cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the rotating shaft is provided with an equal size around the rotating shaft of the screw rotor so that the flow resistance to the suction portion of the compression mechanism is substantially equal.
  • Japanese Patent No. 3684071 Japanese Patent No. 3622587 Japanese Patent Publication No. 1-35197 Japanese Patent No. 5178612
  • the suction gas is likely to flow from the refrigerant flow path on the screw rotor side performing the compression operation among the plurality of refrigerant flow paths provided around the rotation axis of the screw rotor. Further, the suction gas hardly flows in from the refrigerant flow path on the screw rotor side that is not performing compression operation among the plurality of refrigerant flow paths. For this reason, the refrigerant
  • the amount of refrigerant flowing in the refrigerant flow path between the outer peripheral surface of the stator of the motor and the inner peripheral surface of the casing decreases.
  • the temperature of the coil end of the stator on the screw rotor side where the compression operation is not performed around the rotation axis of the screw rotor tends to be high.
  • the cooling capacity by the refrigerant gas is lowered and the temperature of the coil end of the stator is likely to be high.
  • the present invention is for solving the above-described problems, and the cooling of the motor is made uniform, the local temperature rise of the motor is suppressed, and the operating range when the rotational speed is increased or decreased by the inverter drive is expanded.
  • An object of the present invention is to provide a screw compressor and a refrigeration cycle apparatus.
  • a screw compressor includes a casing in which a refrigerant circulates, a screw rotor that is housed in the casing, rotates around a rotating shaft, and compresses the refrigerant in a screw groove formed on an outer peripheral surface.
  • a compression mechanism composed of a gate rotor that meshes with the screw groove of the screw rotor, and a motor that is provided on the low-pressure side in the axial direction of the rotary shaft of the screw rotor, and that rotates the screw rotor.
  • a low-pressure refrigerant sucked from a suction port of a casing passes through a motor chamber that houses the motor and is compressed by the compression mechanism, and is around the rotation shaft of the screw rotor.
  • a refrigerant flow path for allowing the refrigerant to flow in a direction along the axial direction of the rotation shaft is provided between the motor chamber and the compression mechanism.
  • the provided refrigerant flow path includes a near refrigerant flow path that is closer to the compression mechanism, and a far refrigerant flow path that is farther from the compression mechanism than the near refrigerant flow path, and the rotation axis of the vicinity refrigerant flow path
  • a cross-sectional area in a cross-sectional view orthogonal to the axial direction is smaller than the cross-sectional area of the far refrigerant channel.
  • the refrigeration cycle apparatus includes the above screw compressor.
  • the cross-sectional area in a cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the rotation axis of the near refrigerant flow path among the plurality of refrigerant flow paths is more small.
  • the amount of refrigerant flowing on the side closer to the compression mechanism around the rotating shaft of the screw rotor decreases, while the amount of refrigerant flowing on the side far from the compression mechanism increases. Therefore, the cooling of the motor is made uniform, insufficient cooling of the motor is suppressed, the local temperature rise of the motor is suppressed, and the operating range when the number of rotations by the inverter drive is increased or decreased can be expanded.
  • FIG. 1 It is a figure which shows schematic structure of the screw compressor which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is explanatory drawing which shows the AA line cross section of FIG. 1 of the screw compressor which concerns on Embodiment 1 of this invention. It is explanatory drawing which shows the AA sectional view of FIG. 1 of the screw compressor which concerns on Embodiment 2 of this invention. It is explanatory drawing which shows the AA line cross section of FIG. 1 of the screw compressor which concerns on Embodiment 3 of this invention. It is a refrigerant circuit figure which shows the refrigerating-cycle apparatus to which the screw compressor which concerns on Embodiment 4 of this invention is applied.
  • FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of a screw compressor 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • a monogate rotor type single screw compressor will be described as an example of the screw compressor 100.
  • the screw compressor 100 is used in a refrigeration cycle apparatus that is assumed to be operated in a wide range of compression ratios, such as an air conditioner, a refrigeration apparatus, and a water heater.
  • the screw compressor 100 includes a casing 1 in which a refrigerant flows.
  • the screw compressor 100 is housed in the casing 1, rotates around the rotary shaft 10, and compresses the refrigerant in the screw groove 2 a formed on the outer peripheral surface, and the screw groove 2 a of the screw rotor 2.
  • a housing groove 9 for a semi-cylindrical discharge port valve 8 that protrudes radially outward and extends in the axial direction of the rotary shaft 10 of the screw rotor 2 is formed on the inner cylinder surface of the casing 1 where the compression mechanism 4 is disposed.
  • a discharge port valve 8 forming a part of the discharge port 12 and the discharge flow path 13 is provided in the housing groove 9 so as to be slidable along the axial direction of the rotary shaft 10 of the screw rotor 2.
  • the discharge port valve 8 is driven by the drive mechanism 11 to adjust the discharge amount of the refrigerant compressed by the compression mechanism 4.
  • the screw compressor 100 includes a motor 5 that is provided on the low-pressure side that is upstream of the axial direction of the rotary shaft 10 of the screw rotor 2 in the refrigerant flow direction and that rotates the screw rotor 2.
  • the motor 5 is housed in a motor chamber 6 that is upstream of the compression mechanism 4 formed in the casing 1 in the direction of refrigerant flow in the axial direction of the rotary shaft 10.
  • the motor 5 is arranged on the upstream side in the refrigerant flow direction in the axial direction of the rotary shaft 10 of the screw rotor 2, so that the generated motor 5 is cooled by the low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant.
  • the motor 5 includes a rotating rotor 5a connected to the screw rotor 2, and a stator 5b fixed to the casing 1 with an interval on the radially outer side of the rotor 5a.
  • the screw compressor 100 is formed with an inlet 7 for sucking low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant upstream of the refrigerant flow direction in the axial direction of the rotary shaft 10 in the motor chamber 6.
  • the low-temperature and low-pressure gaseous refrigerant sucked from the suction port 7 of the casing 1 passes through the motor chamber 6 that houses the motor 5 and is compressed by the compression mechanism 4.
  • FIG. 2 is an explanatory diagram showing a cross section taken along line AA of FIG. 1 of the screw compressor 100 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the screw compressor 100 includes a plurality of refrigerant flow paths 21, 22 that circulate refrigerant in a direction along the axial direction of the rotary shaft 10 as shown by an arrow in FIG. 1 around the rotary shaft 10 of the screw rotor 2. 23a and 23b.
  • the plurality of refrigerant flow paths 21, 22, 23 a and 23 b are provided between the motor chamber 6 and the compression mechanism 4.
  • the eight refrigerant flow paths 21 are provided in the circumferential direction between the outer peripheral surface of the stator 5 b of the motor 5 and the inner peripheral surface of the casing 1, and supply refrigerant in a direction along the axial direction of the rotary shaft 10. Circulate.
  • the refrigerant flow path 22 is provided over the entire circumference between the outer peripheral surface of the rotor 5 a of the motor 5 and the inner peripheral surface of the stator 5 b of the motor 5, and distributes the refrigerant in a direction along the axial direction of the rotary shaft 10.
  • the refrigerant flow path 22 is a gap between the rotor 5 a that rotates the rotating shaft 10 of the motor 5 and the stator 5 b that is fixed to the casing 1.
  • the four refrigerant flow paths 23 a and 23 b are provided in a partition wall 14 that partitions the motor chamber 6 and the compression mechanism 4 in a direction orthogonal to the axial direction of the rotary shaft 10, and the motor chamber 6 and the compression mechanism 4 are separated from each other.
  • the refrigerant is circulated in a direction along the axial direction of the rotary shaft 10.
  • the four refrigerant flow paths 23 a and 23 b supply the refrigerant flowing through the eight refrigerant flow paths 21 and the refrigerant flow paths 22 to the compression mechanism 4.
  • the four refrigerant channels 23a and 23b include a near refrigerant channel 23a near the compression mechanism 4 and a far refrigerant channel 23b farther from the compression mechanism 4 than the near refrigerant channel 23a.
  • the number of refrigerant flow paths 23a and 23b is not limited to four, and a plurality of refrigerant flow paths 23a and 23b may be provided.
  • the four refrigerant channels 23a and 23b correspond to a plurality of first refrigerant channels of the present invention.
  • the cross-sectional area in a cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 10 of the two neighboring refrigerant flow paths 23 a close to the compression mechanism 4 is from the compression mechanism 4. It is smaller than the cross-sectional area in the cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 of the two distant refrigerant flow paths 23b.
  • sectional areas of the eight refrigerant channels 21 in the sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 are all the same.
  • the four refrigerant flow paths 23a and 23b are divided into the sizes of the cross-sectional areas in the cross-sectional view orthogonal to the axial directions of the two types of the rotary shafts 10.
  • the present invention is not limited to this, and the cross-sectional area in a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 of the near refrigerant flow path near the compression mechanism 4 among the plurality of refrigerant flow paths is that of the far refrigerant flow path far from the compression mechanism 4. It is only necessary to satisfy the relationship that it is smaller than the sectional area in the sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10. For this reason, each cross-sectional area may differ so that said relationship of the four refrigerant flow paths 23a and 23b may be satisfy
  • the flow resistance in the remote refrigerant flow path 23b far from the compression mechanism 4 out of the four refrigerant flow paths 23a and 23b is small, and the amount of refrigerant flowing through the compression mechanism 4 increases.
  • the flow path resistance in the vicinity refrigerant flow path 23a close to the compression mechanism 4 is large, and the amount of refrigerant flowing through the compression mechanism 4 decreases.
  • the screw compressor 100 can easily flow in the refrigerant that is the suction gas from the refrigerant flow path 23a near the compression mechanism 4 out of the four refrigerant flow paths 23a and 23b, and the refrigerant is far from the compression mechanism 4.
  • the amount of refrigerant flowing around the rotary shaft 10 of the screw rotor 2 can be increased or decreased.
  • circulates the motor chamber 6 flows uniformly over the perimeter around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2.
  • the motor 5 will be in a uniform cooling state over the perimeter around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2, and the temperature difference in the coil end of the stator 5b of the motor 5 can be suppressed.
  • the motor 5 is in a uniform cooling state over the entire circumference around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2, and the temperature of the coil end of the stator 5 b can be locally suppressed from becoming high. Therefore, the operating range of the screw compressor 100 can be expanded.
  • the screw compressor 100 does not have a variable mechanism such as a variable flow rate mechanism in the motor chamber 6, the structure can be simplified, the manufacturing cost can be reduced, and the assembly workability can be improved.
  • FIG. 3 is an explanatory view showing a cross section along line AA of FIG. 1 of the screw compressor 100 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • the screw compressor 100 includes a plurality of refrigerant flow paths 21 a, 21 b, 22, and 23 that circulate refrigerant in a direction along the axial direction of the rotary shaft 10 around the rotary shaft 10 of the screw rotor 2.
  • the eight refrigerant flow paths 21 a and 21 b are provided in the circumferential direction between the outer peripheral surface of the stator 5 b of the motor 5 and the inner peripheral surface of the casing 1, and extend in the direction along the axial direction of the rotary shaft 10. Circulate the refrigerant.
  • the eight refrigerant flow paths 21 a and 21 b include a near refrigerant flow path 21 a near the compression mechanism 4 and a far refrigerant flow path 21 b farther from the compression mechanism 4 than the near refrigerant flow path 21 a.
  • the number of the refrigerant flow paths 21a and 21b is not limited to eight, and a plurality of refrigerant flow paths may be provided.
  • the eight refrigerant flow paths 21a and 21b correspond to a plurality of second refrigerant flow paths of the present invention.
  • the four refrigerant channels 23 are provided in a partition wall 14 that partitions the motor chamber 6 and the compression mechanism 4 in a direction orthogonal to the axial direction of the rotary shaft 10, and communicates the motor chamber 6 and the compression mechanism 4.
  • the refrigerant is circulated in the direction along the axial direction of the rotating shaft 10.
  • the four refrigerant channels 23 supply the refrigerant flowing through the eight refrigerant channels 21 a and 21 b and the refrigerant channel 22 to the compression mechanism 4.
  • the cross-sectional area in the cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 10 of the four neighboring refrigerant flow paths 21 a close to the compression mechanism 4 is from the compression mechanism 4. It is smaller than the cross-sectional area in the cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 of the four distant refrigerant flow paths 21b.
  • the cross-sectional areas of the four refrigerant flow paths 23 in the cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 are all the same.
  • the eight refrigerant flow paths 21a and 21b are divided into cross-sectional area sizes in a cross-sectional view orthogonal to the axial directions of the two types of rotary shafts 10.
  • the present invention is not limited to this, and the cross-sectional area in a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 of the near refrigerant flow path near the compression mechanism 4 among the plurality of refrigerant flow paths is that of the far refrigerant flow path far from the compression mechanism 4. It is only necessary to satisfy the relationship that it is smaller than the sectional area in the sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10. For this reason, each cross-sectional area may differ so that said relationship of the eight refrigerant flow paths 21a and 21b may be satisfy
  • the flow resistance in the far refrigerant flow path 21b far from the compression mechanism 4 out of the eight refrigerant flow paths 21a and 21b is small, and the amount of refrigerant flowing through the compression mechanism 4 is increased.
  • the channel resistance in the vicinity refrigerant channel 21a close to the compression mechanism 4 is large, and the amount of refrigerant flowing through the compression mechanism 4 decreases.
  • the refrigerant that is the suction gas by the screw compressor 100 can easily flow from the refrigerant flow path 21a in the vicinity of the compression mechanism 4 out of the eight refrigerant flow paths 21a and 21b, and the remote refrigerant flow path far from the compression mechanism 4 Contrary to having the property of not easily flowing in from 21b, the amount of refrigerant flowing around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2 can be increased or decreased.
  • circulates the motor chamber 6 flows uniformly over the perimeter around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2.
  • FIG. And the motor 5 will be in a uniform cooling state over the perimeter around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2, and the temperature difference in the coil end of the stator 5b of the motor 5 can be suppressed.
  • the motor 5 is in a uniform cooling state over the entire circumference around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2, and the temperature of the coil end of the stator 5 b can be locally suppressed from becoming high. Therefore, the operating range of the screw compressor 100 can be expanded.
  • the screw compressor 100 does not have a variable mechanism such as a variable flow rate mechanism in the motor chamber 6, the structure can be simplified, the manufacturing cost can be reduced, and the assembly workability can be improved.
  • FIG. 3 is a combination of the first embodiment and the second embodiment.
  • FIG. 4 is an explanatory view showing a cross section along line AA of FIG. 1 of the screw compressor 100 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the screw compressor 100 includes a plurality of refrigerant flow paths 21 a, 21 b, 22, 23 a, and 23 b that circulate refrigerant in a direction along the axial direction of the rotary shaft 10 around the rotary shaft 10 of the screw rotor 2. Yes.
  • the eight refrigerant flow paths 21 a and 21 b are provided in the circumferential direction between the outer peripheral surface of the stator 5 b of the motor 5 and the inner peripheral surface of the casing 1, and extend in the direction along the axial direction of the rotary shaft 10. Circulate the refrigerant.
  • the eight refrigerant flow paths 21 a and 21 b include a near refrigerant flow path 21 a near the compression mechanism 4 and a far refrigerant flow path 21 b farther from the compression mechanism 4 than the near refrigerant flow path 21 a.
  • the number of the refrigerant flow paths 21a and 21b is not limited to eight, and a plurality of refrigerant flow paths may be provided.
  • the eight refrigerant flow paths 21a and 21b correspond to a plurality of second refrigerant flow paths of the present invention.
  • the four refrigerant flow paths 23 a and 23 b are provided in a partition wall 14 that partitions the motor chamber 6 and the compression mechanism 4 in a direction orthogonal to the axial direction of the rotary shaft 10, and the motor chamber 6 and the compression mechanism 4 are separated from each other.
  • the refrigerant is circulated in a direction along the axial direction of the rotary shaft 10.
  • the four refrigerant flow paths 23 a and 23 b supply the refrigerant flowing through the eight refrigerant flow paths 21 and the refrigerant flow paths 22 to the compression mechanism 4.
  • the four refrigerant channels 23a and 23b include a near refrigerant channel 23a near the compression mechanism 4 and a far refrigerant channel 23b farther from the compression mechanism 4 than the near refrigerant channel 23a.
  • the number of refrigerant flow paths 23a and 23b is not limited to four, and a plurality of refrigerant flow paths 23a and 23b may be provided.
  • the four refrigerant channels 23a and 23b correspond to a plurality of first refrigerant channels of the present invention.
  • the cross-sectional area in the cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 10 of the four neighboring refrigerant flow paths 21 a close to the compression mechanism 4 is from the compression mechanism 4. It is smaller than the cross-sectional area in the cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 of the four distant refrigerant flow paths 21b.
  • the cross-sectional area of the four refrigerant flow paths 23a, 23b in the cross-sectional view perpendicular to the axial direction of the rotating shaft 10 of the two neighboring refrigerant flow paths 23a close to the compression mechanism 4 is two far-distance refrigerants far from the compression mechanism 4. It is smaller than the cross-sectional area in the cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 of the flow path 23b.
  • the eight refrigerant flow paths 21a and 21b are divided into the sizes of the cross-sectional areas in the cross-sectional view orthogonal to the axial directions of the two types of rotary shafts 10.
  • the present invention is not limited to this, and the cross-sectional area in a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 of the near refrigerant flow path near the compression mechanism 4 among the plurality of refrigerant flow paths is that of the far refrigerant flow path far from the compression mechanism 4. It is only necessary to satisfy the relationship that it is smaller than the sectional area in the sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10.
  • each cross-sectional area may differ so that said relationship of the eight refrigerant flow paths 21a and 21b may be satisfy
  • the four refrigerant flow paths 23 a and 23 b are divided into the sizes of the cross-sectional areas in a cross-sectional view orthogonal to the axial directions of the two types of rotating shafts 10.
  • the present invention is not limited to this, and the cross-sectional area in a cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 of the near refrigerant flow path near the compression mechanism 4 among the plurality of refrigerant flow paths is that of the far refrigerant flow path far from the compression mechanism 4. It is only necessary to satisfy the relationship that it is smaller than the sectional area in the sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10. For this reason, each cross-sectional area may differ so that said relationship of the four refrigerant flow paths 23a and 23b may be satisfy
  • the flow resistance in the remote refrigerant flow path 23b far from the compression mechanism 4 out of the four refrigerant flow paths 23a and 23b is small, and the amount of refrigerant flowing through the compression mechanism 4 increases.
  • the flow path resistance in the vicinity refrigerant flow path 23a close to the compression mechanism 4 is large, and the amount of refrigerant flowing through the compression mechanism 4 decreases.
  • the flow resistance in the far refrigerant flow path 21b far from the compression mechanism 4 is small, and the amount of refrigerant flowing through the compression mechanism 4 increases.
  • the screw compressor 100 can easily flow in the refrigerant as the suction gas from the refrigerant flow paths 23a and 21a near the compression mechanism 4 out of the four refrigerant flow paths 23a and 23b and the eight refrigerant flow paths 21a and 21b.
  • the motor 5 is in a uniform cooling state over the entire circumference around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2, and the temperature of the coil end of the stator 5 b can be locally suppressed from becoming high. Therefore, the operating range of the screw compressor 100 can be expanded.
  • the screw compressor 100 does not have a variable mechanism such as a variable flow rate mechanism in the motor chamber 6, the structure can be simplified, the manufacturing cost can be reduced, and the assembly workability can be improved.
  • FIG. 5 is a refrigerant circuit diagram showing a refrigeration cycle apparatus 200 to which the screw compressor 100 according to Embodiment 5 of the present invention is applied.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 includes a screw compressor 100, a condenser 80, an expansion valve 81, and an evaporator 82. These screw compressor 100, condenser 80, expansion valve 81 and evaporator 82 are connected by refrigerant piping to form a refrigeration cycle circuit. Then, the refrigerant flowing out of the evaporator 82 is sucked into the screw compressor 100 and becomes high temperature and pressure. The high-temperature and high-pressure refrigerant is condensed in the condenser 80 to become a liquid.
  • the refrigerant that has become liquid is decompressed and expanded by the expansion valve 81 to become a low-temperature and low-pressure gas-liquid two-phase, and the gas-liquid two-phase refrigerant is heat-exchanged in the evaporator 82.
  • the screw compressor 100 according to the first to third embodiments can be applied to such a refrigeration cycle apparatus 200.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 include an air conditioner, a refrigeration apparatus, and a water heater.
  • the screw compressor 100 includes the casing 1 in which the refrigerant flows.
  • the screw rotor 2 is housed in the casing 1 and rotates around the rotary shaft 10 to compress the refrigerant in the screw groove 2a formed on the outer peripheral surface.
  • the gate rotor 3 is engaged with the screw groove 2a of the screw rotor 2.
  • the compression mechanism 4 is provided.
  • a motor 5 is provided on the low-pressure side in the axial direction of the rotary shaft 10 of the screw rotor 2 and drives the screw rotor 2 to rotate.
  • the low-pressure refrigerant sucked from the suction port 7 of the casing 1 passes through the motor chamber 6 that houses the motor 5 and is compressed by the compression mechanism 4.
  • a plurality of refrigerant flow paths 21 a, 21 b, 23 a, and 23 b that circulate the refrigerant in the direction along the axial direction of the rotating shaft 10 are provided.
  • the plurality of refrigerant channels 21 a, 21 b, 23 a, 23 b provided between the motor chamber 6 and the compression mechanism 4 are based on the vicinity refrigerant channels 21 a, 23 a close to the compression mechanism 4 and the vicinity refrigerant channels 21 a, 23 a. Includes remote refrigerant channels 21b and 23b far from the compression mechanism 4.
  • the cross-sectional area in the cross-sectional view orthogonal to the axial direction of the rotating shaft 10 of the near refrigerant flow paths 21a and 23a is smaller than the cross-sectional area of the distant refrigerant flow paths 21b and 23b. According to this configuration, the amount of refrigerant flowing on the side closer to the compression mechanism 4 around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2 decreases, while the amount of refrigerant flowing on the side farther from the compression mechanism 4 increases. Therefore, the cooling of the motor 5 is made uniform, insufficient cooling of the motor 5 is suppressed, the local temperature rise of the motor 5 is suppressed, and the operating range when the rotational speed by the inverter drive is increased or decreased can be expanded.
  • the cross-sectional area of the near refrigerant flow path 23a is smaller than the cross-sectional area of the distant refrigerant flow path 23b.
  • the motor 5 has a rotating rotor 5a connected to the screw rotor 2, and a stator 5b fixed at an interval on the radially outer side of the rotor 5a.
  • the plurality of refrigerant flow paths 21 a and 21 b provided between the motor chamber 6 and the compression mechanism 4 are provided between the outer peripheral surface of the stator 5 b of the motor 5 and the inner peripheral surface of the casing 1.
  • the cross-sectional area of the near refrigerant flow path 21a among the plurality of refrigerant flow paths 21a and 21b is smaller than the cross-sectional area of the distant refrigerant flow path 21b.
  • the amount of refrigerant flowing on the side closer to the compression mechanism 4 around the rotating shaft 10 of the screw rotor 2 decreases, while the amount of refrigerant flowing on the side farther from the compression mechanism 4 increases. Therefore, the cooling of the motor 5 is made uniform, insufficient cooling of the motor 5 is suppressed, the local temperature rise of the motor 5 is suppressed, and the operating range when the rotational speed by the inverter drive is increased or decreased can be expanded.
  • the refrigeration cycle apparatus 200 includes a screw compressor 100. According to this configuration, the cooling of the motor 5 is made uniform, the insufficient cooling of the motor 5 is suppressed, the local temperature rise of the motor 5 is suppressed, and the operating range when the rotational speed by the inverter drive is increased or decreased is reduced. Can be expanded.
  • the monogate rotor system has been described as the screw compressor.
  • the present invention is not limited to the mono-gate rotor system, and may be a twin-gate rotor system that has a structure in which the compression operation on one side is suspended and can perform one-side operation.
  • the twin gate rotor type screw compressor of the present invention the amount of refrigerant flowing on the side near the compression mechanism is reduced around the rotation axis of the screw rotor, even in partial load operation where the refrigerant circulation amount becomes very small.
  • the amount of refrigerant flowing on the side far from the mechanism increases. Therefore, it can suppress that the oil which flows with a refrigerant

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Abstract

　モータの冷却が均一化され、モータの局所的な温度上昇が抑制され、インバータ駆動による回転数を増減速した際の運転範囲が拡大される。スクリューロータの回転軸の周囲にて、回転軸の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる冷媒流路を備え、モータ室と圧縮機構との間に設ける冷媒流路は、圧縮機構から近い近辺冷媒流路と、近辺冷媒流路よりも圧縮機構から遠い遠方冷媒流路と、を含み、近辺冷媒流路の回転軸の軸方向に直交する断面視における断面積は、遠方冷媒流路の断面積より小さい。

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し、特にスクリューロータを駆動するモータの冷却に関するものである。
　従来、内部を冷媒が流通するケーシングと、ケーシング内に収容されて冷媒を圧縮するスクリューロータと、スクリューロータを回転駆動させるモータと、を備えたスクリュー圧縮機が知られている。モータは、低圧側と高圧側のいずれにも配置可能である。モータは、低圧側に配置されると、発熱したモータを低温低圧のガス状の冷媒で冷却できるため、低圧側に配置されるケースが多い。
　また、低圧側に配置されたモータを効果的に冷却するための構成としてスクリュー圧縮機では、モータのステータの外周面とケーシングの内周面との間に空隙部が全周にわたり等しい角度間隔かつ等しい断面積を有するように複数の冷媒流路が設けられている。この複数の冷媒流路を通過する冷媒がモータを冷却することで、モータのコイル温度の上昇が抑えられてモータの焼損が防止される（たとえば、特許文献１参照）。
　別のスクリュー圧縮機では、モータ室から圧縮機構へ冷媒ガスを流入させる冷媒吸入通路を芯だしガイドと主軸との間に全周にわたりに均等に形成している（たとえば、特許文献２参照）。
　また、別のシングルスクリュー圧縮機では、１つのスクリューロータに対して２枚のゲートロータを配置したツインゲートロータ方式と呼ばれるものがある（たとえば、特許文献３参照）。このシングルスクリュー圧縮機では、全負荷運転においてスクリューロータの表裏の各半周面で同じ圧縮動作を行う両側運転を行う。冷媒循環量を減らしたい部分負荷運転おいて片側半周面の圧縮動作を無効にして、片側半周面でのみ圧縮動作を行う片側運転を行う。すなわち、片側運転では、スクリューロータの半周面からのみ冷媒ガスを吸入し、吸入容積を小さくした運転が行われる。
　また、別のシングルスクリュー圧縮機では、部品共通化のために１つのスクリューロータに対して１枚のゲートロータを配置したモノゲートロータ方式と呼ばれるものがある（たとえば、特許文献４参照）。モノゲートロータ方式では、容量の小さい圧縮機を構成している。なお、モノゲートロータ方式では、冷媒ガスが吸入されるスクリューロータの範囲は、スクリューロータに形成される１溝の圧縮開始から吐出完了までの回転角範囲によって概ね決まる。
　従来のシングルスクリュー圧縮機では、モータ室と圧縮機構部の仕切壁に設けられた吸入ガスを通過させる複数の冷媒流路は、ツインゲートロータ方式の全負荷運転に合わせて、モータのコイルエンドから圧縮機構の吸入部までの流路抵抗がほぼ均等になるように、スクリューロータの回転軸の周囲に回転軸の軸方向に直交する断面視の断面積が均等な大きさで設けられていた。
特許第３６８４０７１号公報 特許第３６２２５８７号公報 特公平１－３５１９７号公報 特許第５１７８６１２号公報
　従来のモノゲートロータ方式やツインゲートロータ方式の片側運転では、スクリューロータの一部の範囲から冷媒ガスが吸入されるので、従来のようにスクリューロータの回転軸の周囲に複数の冷媒流路が回転軸の軸方向に直交する断面視の断面積が均等な大きさで設けられている場合には、下記の問題が生じる。
　すなわち、吸入ガスは、スクリューロータの回転軸の周囲に設けられる複数の冷媒流路のうち圧縮動作を行っているスクリューロータ側の冷媒流路から流入し易い。また、吸入ガスは、複数の冷媒流路のうち圧縮動作を行っていないスクリューロータ側の冷媒流路から流入し難い。このため、モータ室を流通する冷媒がスクリューロータの回転軸の周囲において偏って流れる。つまり、圧縮動作を行っていないスクリューロータ側の冷媒流路であるモータのステータの外周面とケーシングの内周面との間の冷媒流路を流れる冷媒量は、減少する。そして、スクリューロータの回転軸の周囲において圧縮動作を行っていないスクリューロータ側のステータのコイルエンドの温度は、高温になり易い。
　特に、バイパス運転や片側運転あるいはインバータによって運転回転数を小さくして冷媒循環量を減少させる部分負荷運転では、冷媒ガスによる冷却能力が低下して、さらにステータのコイルエンドの温度が高温になり易い。
　また、従来のツインゲートロータ方式であっても、冷媒循環量が非常に小さくなる部分負荷運転では、モータが収納されるケーシング内に油が滞留してしまうことがある。
　滞留する油によってモータ下側に設けたステータ外周とケーシングとの間のガス流路が閉塞されると、モータの上下でコイルエンドから圧縮機構の吸入部までの流路抵抗が不均一になり、上記と同様の問題が発生する。
　本発明は、上記課題を解決するためのものであり、モータの冷却が均一化され、モータの局所的な温度上昇が抑制され、インバータ駆動による回転数を増減速した際の運転範囲が拡大され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、内部を冷媒が流通するケーシングと、前記ケーシング内に収容され、回転軸を中心に回転して外周面に形成されたスクリュー溝にて冷媒を圧縮するスクリューロータおよび前記スクリューロータの前記スクリュー溝に噛み合うゲートロータから構成される圧縮機構と、前記スクリューロータの前記回転軸の軸方向の低圧側に設けられ、前記スクリューロータを回転駆動させるモータと、を備え、前記ケーシングの吸入口から吸入された低圧の冷媒が前記モータを収納するモータ室内を通過して前記圧縮機構で圧縮されるスクリュー圧縮機であって、前記スクリューロータの前記回転軸の周囲にて、前記回転軸の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる冷媒流路を備え、前記モータ室と前記圧縮機構との間に設けられた冷媒流路は、前記圧縮機構から近い近辺冷媒流路と、前記近辺冷媒流路よりも前記圧縮機構から遠い遠方冷媒流路と、を含み、前記近辺冷媒流路の前記回転軸の軸方向に直交する断面視における断面積は、前記遠方冷媒流路の前記断面積より小さいものである。
　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を備えたものである。
　本発明に係るスクリュー圧縮機および冷凍サイクル装置によれば、複数の冷媒流路のうち近辺冷媒流路の回転軸の軸方向に直交する断面視における断面積は、遠方冷媒流路の断面積より小さい。これにより、スクリューロータの回転軸の周囲において、圧縮機構に近い側を流れる冷媒量が減少する一方、圧縮機構に遠い側を流れる冷媒量が増加する。したがって、モータの冷却が均一化され、モータの冷却不足が抑制されてモータの局所的な温度上昇が抑制され、インバータ駆動による回転数を増減速した際の運転範囲が拡大できる。
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を示す図である。 本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の図１のＡ－Ａ線断面を示す説明図である。 本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機の図１のＡ－Ａ線断面を示す説明図である。 本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機の図１のＡ－Ａ線断面を示す説明図である。 本発明の実施の形態４に係るスクリュー圧縮機を適用した冷凍サイクル装置を示す冷媒回路図である。
　以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。
　なお、各図において、同一の符号を付したものは、同一のまたはこれに相当するものであり、これは明細書の全文において共通している。
　さらに、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。
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１００の概略構成を示す図である。
　ここでは、スクリュー圧縮機１００としてモノゲートロータ方式のシングルスクリュー圧縮機を例に説明する。スクリュー圧縮機１００は、たとえば空気調和機、冷凍装置および給湯器などの幅広い圧縮比での運転が想定される冷凍サイクル装置に用いられている。
　図１に示すように、スクリュー圧縮機１００は、内部を冷媒が流通するケーシング１を備えている。
　また、スクリュー圧縮機１００は、ケーシング１内に収容され、回転軸１０を中心に回転して外周面に形成されたスクリュー溝２ａにて冷媒を圧縮するスクリューロータ２およびスクリューロータ２のスクリュー溝２ａに噛み合う１枚のゲートロータ３から構成される圧縮機構４を備えている。
　ケーシング１の圧縮機構４か配置された内筒面には、径方向外側に突出してスクリューロータ２の回転軸１０の軸方向に延びる半円筒状の吐出ポート弁８の収容溝９が形成されている。
　収容溝９内には、吐出口１２と吐出流路１３の一部を形成している吐出ポート弁８がスクリューロータ２の回転軸１０の軸方向に沿ってスライド可能に設けられている。
　吐出ポート弁８は、駆動機構１１に駆動されることで、圧縮機構４で圧縮された冷媒の吐出量を調整する。
　スクリュー圧縮機１００は、スクリューロータ２の回転軸１０の軸方向の冷媒流通方向の上流側である低圧側に設けられ、スクリューロータ２を回転駆動させるモータ５を備えている。
　モータ５は、ケーシング１内に形成された圧縮機構４よりも回転軸１０の軸方向での冷媒流通方向の上流側であるモータ室６に収納される。モータ５は、スクリューロータ２の回転軸１０の軸方向での冷媒流通方向の上流側に配置されることで、発熱したモータ５が低温低圧のガス状の冷媒で冷却される。
　モータ５は、スクリューロータ２に接続された回転するロータ５ａと、ロータ５ａの径方向外側に間隔を空けてケーシング１に固定されたステータ５ｂと、を有している。
　スクリュー圧縮機１００は、モータ室６内の回転軸１０の軸方向での冷媒流通方向の上流側に低温低圧のガス状の冷媒を吸入する吸入口７が形成されている。ケーシング１の吸入口７から吸入された低温低圧のガス状の冷媒は、モータ５を収納するモータ室６内を通過して圧縮機構４で圧縮される。
　図２は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機１００の図１のＡ－Ａ線断面を示す説明図である。
　スクリュー圧縮機１００は、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲にて、図１の図示矢印のように回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる複数の冷媒流路２１、２２、２３ａ、２３ｂを備えている。複数の冷媒流路２１、２２、２３ａ、２３ｂは、モータ室６と圧縮機構４との間に設けられている。
　８つの冷媒流路２１は、モータ５のステータ５ｂの外周面とケーシング１の内周面との間に周方向に点在して設けられ、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる。
　冷媒流路２２は、モータ５のロータ５ａの外周面とモータ５のステータ５ｂの内周面との間に全周にわたって設けられ、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる。冷媒流路２２は、モータ５の回転軸１０を回転させるロータ５ａとケーシング１に固定されたステータ５ｂとの間の隙間である。
　４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂは、モータ室６と圧縮機構４とを回転軸１０の軸方向に対して直交方向に仕切っている仕切壁１４に設けられ、モータ室６と圧縮機構４とを連通し、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる。
　４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂは、８つの冷媒流路２１と冷媒流路２２とを流通した冷媒を圧縮機構４に供給する。
　４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂは、圧縮機構４から近い近辺冷媒流路２３ａと、近辺冷媒流路２３ａよりも圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２３ｂと、を含む。
　なお、冷媒流路２３ａ、２３ｂの数は、４つに限られず、複数設けられるとよい。
　４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂは、本発明の複数の第１の冷媒流路に相当する。
　図２に示すように、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂのうち圧縮機構４から近い２つの近辺冷媒流路２３ａの回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、圧縮機構４から遠い２つの遠方冷媒流路２３ｂの回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積より小さい。
　また、８つの冷媒流路２１の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、全て同じである。
　なお、実施の形態１では、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂを２種類の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積の大きさに分けた。しかし、これに限られず、複数の冷媒流路のうち圧縮機構４から近い近辺冷媒流路の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積より小さいものであるとの関係が満たされればよい。このため、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂの上記の関係を満たすように各断面積が異なるものであってもよい。つまり、回転軸１０の周りで流路断面が不均一であればよい。
　このような構成とすれば、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂのうち圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２３ｂでの流路抵抗が小さく、圧縮機構４に流通する冷媒量が増加する。一方、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂのうち圧縮機構４から近い近辺冷媒流路２３ａでの流路抵抗が大きく、圧縮機構４に流通する冷媒量が減少する。これにより、スクリュー圧縮機１００が吸入ガスである冷媒を４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂのうち圧縮機構４に近い近辺冷媒流路２３ａから流入し易く、冷媒を圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２３ｂから流入し難い性質を有することと相反し、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において流通する冷媒量が増減できる。このため、モータ室６を流通する冷媒がスクリューロータ２の回転軸１０の周囲において全周にわたって均一に流れる。そして、モータ５は、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において全周にわたって均一な冷却状態となり、モータ５のステータ５ｂのコイルエンドにおける温度差が抑制できる。
　特に、モータ５の回転数を増減速して使用するインバータ駆動の場合には、増速時に４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂを通過する冷媒の圧力損失が大きくなることを抑制でき、スクリュー圧縮機１００の性能低下を抑制できる。一方、部分負荷運転を含む減速時に冷媒の流量が少なくても、冷媒がスクリューロータ２の回転軸１０の周囲において圧縮機構４に近い近辺冷媒流路２３ａを通過し易くなることを抑制する。このため、減速時にも、モータ５は、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において全周にわたって均一な冷却状態となり、局所的にステータ５ｂのコイルエンドの温度が高温になることを抑制できる。したがって、スクリュー圧縮機１００の運転範囲が拡大できる。
　また、スクリュー圧縮機１００は、モータ室６内に流速可変機構といった可変機構が無いため、構造を簡素化でき、製造コストが低減できると共に組立作業性が改善される。
実施の形態２．
　実施の形態２では、実施の形態１と同一の構成の説明を省略し、実施の形態１と異なる部分を説明する。
　図３は、本発明の実施の形態２に係るスクリュー圧縮機１００の図１のＡ－Ａ線断面を示す説明図である。
　スクリュー圧縮機１００は、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲にて、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる複数の冷媒流路２１ａ、２１ｂ、２２、２３を備えている。
　８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂは、モータ５のステータ５ｂの外周面とケーシング１の内周面との間に周方向に点在して設けられ、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる。
　８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂは、圧縮機構４から近い近辺冷媒流路２１ａと、近辺冷媒流路２１ａよりも圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２１ｂと、を含む。
　なお、冷媒流路２１ａ、２１ｂの数は、８つに限られず、複数設けられるとよい。
　８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂは、本発明の複数の第２の冷媒流路に相当する。
　４つの冷媒流路２３は、モータ室６と圧縮機構４とを回転軸１０の軸方向に対して直交方向に仕切っている仕切壁１４に設けられ、モータ室６と圧縮機構４とを連通し、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる。
　４つの冷媒流路２３は、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂと冷媒流路２２とを流通した冷媒を圧縮機構４に供給する。
　図３に示すように、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂのうち圧縮機構４から近い４つの近辺冷媒流路２１ａの回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、圧縮機構４から遠い４つの遠方冷媒流路２１ｂの回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積より小さい。
　また、４つの冷媒流路２３の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、全て同じである。
　なお、実施の形態２では、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂを２種類の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積の大きさに分けた。しかし、これに限られず、複数の冷媒流路のうち圧縮機構４から近い近辺冷媒流路の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積より小さいものであるとの関係が満たされればよい。このため、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂの上記の関係を満たすように各断面積が異なるものであってもよい。つまり、回転軸１０の周りで流路断面が不均一であればよい。
　このような構成とすれば、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂのうち圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２１ｂでの流路抵抗が小さく、圧縮機構４に流通する冷媒量が増加する。一方、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂのうち圧縮機構４から近い近辺冷媒流路２１ａでの流路抵抗が大きく、圧縮機構４に流通する冷媒量が減少する。これにより、スクリュー圧縮機１００が吸入ガスである冷媒を８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂのうち圧縮機構４に近い近辺冷媒流路２１ａから流入し易く、冷媒を圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２１ｂから流入し難い性質を有することと相反し、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において流通する冷媒量が増減できる。このため、モータ室６を流通する冷媒がスクリューロータ２の回転軸１０の周囲において全周にわたって均一に流れる。そして、モータ５は、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において全周にわたって均一な冷却状態となり、モータ５のステータ５ｂのコイルエンドにおける温度差が抑制できる。
　特に、モータ５の回転数を増減速して使用するインバータ駆動の場合には、増速時に８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂを通過する冷媒の圧力損失が大きくなることを抑制でき、スクリュー圧縮機１００の性能低下を抑制できる。一方、部分負荷運転を含む減速時に冷媒の流量が少なくても、冷媒がスクリューロータ２の回転軸１０の周囲において圧縮機構４に近い近辺冷媒流路２１ａを通過し易くなることを抑制する。このため、減速時にも、モータ５は、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において全周にわたって均一な冷却状態となり、局所的にステータ５ｂのコイルエンドの温度が高温になることを抑制できる。したがって、スクリュー圧縮機１００の運転範囲が拡大できる。
　また、スクリュー圧縮機１００は、モータ室６内に流速可変機構といった可変機構が無いため、構造を簡素化でき、製造コストが低減できると共に組立作業性が改善される。
実施の形態３．
　実施の形態３は、実施の形態１と実施の形態２とを組み合わせたものである。
　図４は、本発明の実施の形態３に係るスクリュー圧縮機１００の図１のＡ－Ａ線断面を示す説明図である。
　スクリュー圧縮機１００は、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲にて、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる複数の冷媒流路２１ａ、２１ｂ、２２、２３ａ、２３ｂを備えている。
　８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂは、モータ５のステータ５ｂの外周面とケーシング１の内周面との間に周方向に点在して設けられ、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる。
　８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂは、圧縮機構４から近い近辺冷媒流路２１ａと、近辺冷媒流路２１ａよりも圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２１ｂと、を含む。
　なお、冷媒流路２１ａ、２１ｂの数は、８つに限られず、複数設けられるとよい。
　８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂは、本発明の複数の第２の冷媒流路に相当する。
　４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂは、モータ室６と圧縮機構４とを回転軸１０の軸方向に対して直交方向に仕切っている仕切壁１４に設けられ、モータ室６と圧縮機構４とを連通し、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる。
　４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂは、８つの冷媒流路２１と冷媒流路２２とを流通した冷媒を圧縮機構４に供給する。
　４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂは、圧縮機構４から近い近辺冷媒流路２３ａと、近辺冷媒流路２３ａよりも圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２３ｂと、を含む。
　なお、冷媒流路２３ａ、２３ｂの数は、４つに限られず、複数設けられるとよい。
　４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂは、本発明の複数の第１の冷媒流路に相当する。
　図４に示すように、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂのうち圧縮機構４から近い４つの近辺冷媒流路２１ａの回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、圧縮機構４から遠い４つの遠方冷媒流路２１ｂの回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積より小さい。
　また、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂのうち圧縮機構４から近い２つの近辺冷媒流路２３ａの回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、圧縮機構４から遠い２つの遠方冷媒流路２３ｂの回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積より小さい。
　なお、実施の形態３では、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂを２種類の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積の大きさに分けた。しかし、これに限られず、複数の冷媒流路のうち圧縮機構４から近い近辺冷媒流路の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積より小さいものであるとの関係が満たされればよい。このため、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂの上記の関係を満たすように各断面積が異なるものであってもよい。つまり、回転軸１０の周りで流路断面が不均一であればよい。
　また、実施の形態３では、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂを２種類の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積の大きさに分けた。しかし、これに限られず、複数の冷媒流路のうち圧縮機構４から近い近辺冷媒流路の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路の回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積より小さいものであるとの関係が満たされればよい。このため、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂの上記の関係を満たすように各断面積が異なるものであってもよい。つまり、回転軸１０の周りで流路断面が不均一であればよい。
　このような構成とすれば、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂのうち圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２３ｂでの流路抵抗が小さく、圧縮機構４に流通する冷媒量が増加する。一方、４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂのうち圧縮機構４から近い近辺冷媒流路２３ａでの流路抵抗が大きく、圧縮機構４に流通する冷媒量が減少する。また、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂのうち圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２１ｂでの流路抵抗が小さく、圧縮機構４に流通する冷媒量が増加する。一方、８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂのうち圧縮機構４から近い近辺冷媒流路２１ａでの流路抵抗が大きく、圧縮機構４に流通する冷媒量が減少する。これにより、スクリュー圧縮機１００が吸入ガスである冷媒を４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂおよび８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂのうち圧縮機構４に近い近辺冷媒流路２３ａ、２１ａから流入し易く、冷媒を圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２３ｂ、２１ｂから流入し難い性質を有することと相反し、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において流通する冷媒量が増減できる。このため、モータ室６を流通する冷媒がスクリューロータ２の回転軸１０の周囲において全周にわたって均一に流れる。そして、モータ５は、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において全周にわたって均一な冷却状態となり、モータ５のステータ５ｂのコイルエンドにおける温度差が抑制できる。なお、この効果は、実施の形態１および実施の形態２を組み合わせたことにより、これらの形態よりもより向上される。
　特に、モータ５の回転数を増減速して使用するインバータ駆動の場合には、増速時に４つの冷媒流路２３ａ、２３ｂおよび８つの冷媒流路２１ａ、２１ｂを通過する冷媒の圧力損失が大きくなることを抑制でき、スクリュー圧縮機１００の性能低下を抑制できる。一方、部分負荷運転を含む減速時に冷媒の流量が少なくても、冷媒がスクリューロータ２の回転軸１０の周囲において圧縮機構４に近い近辺冷媒流路２３ａ、２１ａを通過し易くなることを抑制する。このため、減速時にも、モータ５は、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において全周にわたって均一な冷却状態となり、局所的にステータ５ｂのコイルエンドの温度が高温になることを抑制できる。したがって、スクリュー圧縮機１００の運転範囲が拡大できる。
　また、スクリュー圧縮機１００は、モータ室６内に流速可変機構といった可変機構が無いため、構造を簡素化でき、製造コストが低減できると共に組立作業性が改善される。
実施の形態４．
　図５は、本発明の実施の形態５に係るスクリュー圧縮機１００を適用した冷凍サイクル装置２００を示す冷媒回路図である。
　図５に示すように、冷凍サイクル装置２００は、スクリュー圧縮機１００、凝縮器８０、膨張弁８１および蒸発器８２を備えている。これらスクリュー圧縮機１００、凝縮器８０、膨張弁８１および蒸発器８２が冷媒配管で接続されて冷凍サイクル回路を形成している。そして、蒸発器８２から流出した冷媒は、スクリュー圧縮機１００に吸入されて高温高圧となる。高温高圧となった冷媒は、凝縮器８０において凝縮されて液体になる。液体となった冷媒は、膨張弁８１で減圧膨張されて低温低圧の気液二相となり、気液二相の冷媒が蒸発器８２において熱交換される。
　実施の形態１～３のスクリュー圧縮機１００は、このような冷凍サイクル装置２００に適用できる。なお、冷凍サイクル装置２００としては、たとえば空気調和機、冷凍装置および給湯器などが挙げられる。
　以上の実施の形態１～４によると、スクリュー圧縮機１００は、内部を冷媒が流通するケーシング１を備えている。ケーシング１内に収容され、回転軸１０を中心に回転して外周面に形成されたスクリュー溝２ａにて冷媒を圧縮するスクリューロータ２およびスクリューロータ２のスクリュー溝２ａに噛み合うゲートロータ３から構成される圧縮機構４を備えている。スクリューロータ２の回転軸１０の軸方向の低圧側に設けられ、スクリューロータ２を回転駆動させるモータ５を備えている。ケーシング１の吸入口７から吸入された低圧の冷媒がモータ５を収納するモータ室６内を通過して圧縮機構４で圧縮される。スクリューロータ２の回転軸１０の周囲にて、回転軸１０の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる複数の冷媒流路２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂを備えている。モータ室６と圧縮機構４との間に設けられた複数の冷媒流路２１ａ、２１ｂ、２３ａ、２３ｂは、圧縮機構４から近い近辺冷媒流路２１ａ、２３ａと、近辺冷媒流路２１ａ、２３ａよりも圧縮機構４から遠い遠方冷媒流路２１ｂ、２３ｂと、を含んでいる。近辺冷媒流路２１ａ、２３ａの回転軸１０の軸方向に直交する断面視における断面積は、遠方冷媒流路２１ｂ、２３ｂの断面積より小さい。
　この構成によれば、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において、圧縮機構４に近い側を流れる冷媒量が減少する一方、圧縮機構４に遠い側を流れる冷媒量が増加する。したがって、モータ５の冷却が均一化され、モータ５の冷却不足が抑制されてモータ５の局所的な温度上昇が抑制され、インバータ駆動による回転数を増減速した際の運転範囲が拡大できる。
　モータ室６と圧縮機構４との間に設けられた複数の冷媒流路２３ａ、２３ｂは、モータ室６と圧縮機構４とを回転軸１０の軸方向に対して直交方向に仕切っている仕切壁１４に設けられ、モータ室６と圧縮機構４とを連通するものである。複数の冷媒流路２３ａ、２３ｂのうち近辺冷媒流路２３ａの断面積は、遠方冷媒流路２３ｂの断面積より小さい。
　この構成によれば、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において、圧縮機構４に近い側を流れる冷媒量が減少する一方、圧縮機構４に遠い側を流れる冷媒量が増加する。したがって、モータ５の冷却が均一化され、モータ５の冷却不足が抑制されてモータ５の局所的な温度上昇が抑制され、インバータ駆動による回転数を増減速した際の運転範囲が拡大できる。
　モータ５は、スクリューロータ２に接続された回転するロータ５ａと、ロータ５ａの径方向外側に間隔を空けて固定されたステータ５ｂと、を有している。モータ室６と圧縮機構４との間に設けられた複数の冷媒流路２１ａ、２１ｂは、モータ５のステータ５ｂの外周面とケーシング１の内周面との間に設けられたものである。複数の冷媒流路２１ａ、２１ｂのうち近辺冷媒流路２１ａの断面積は、遠方冷媒流路２１ｂの断面積より小さい。
　この構成によれば、スクリューロータ２の回転軸１０の周囲において、圧縮機構４に近い側を流れる冷媒量が減少する一方、圧縮機構４に遠い側を流れる冷媒量が増加する。したがって、モータ５の冷却が均一化され、モータ５の冷却不足が抑制されてモータ５の局所的な温度上昇が抑制され、インバータ駆動による回転数を増減速した際の運転範囲が拡大できる。
　冷凍サイクル装置２００は、スクリュー圧縮機１００を備えている。
　この構成によれば、モータ５の冷却が均一化され、モータ５の冷却不足が抑制されてモータ５の局所的な温度上昇が抑制され、インバータ駆動による回転数を増減速した際の運転範囲が拡大できる。
　なお、上記実施の形態では、スクリュー圧縮機としてモノゲートロータ方式について説明した。しかし、本発明は、モノゲートロータ方式に限定されるものではなく、片側の圧縮動作を休止する構造を有し、片側運転を実施できるツインゲートロータ方式であってもよい。
　本発明のツインゲートロータ方式のスクリュー圧縮機では、冷媒循環量が非常に小さくなる部分負荷運転でも、スクリューロータの回転軸の周囲において、圧縮機構に近い側を流れる冷媒量が減少する一方、圧縮機構に遠い側を流れる冷媒量が増加する。したがって、モータが収納されるケーシング内に冷媒と共に流れる油が滞留してしまうことを抑制できる。このため、滞留する油によってモータ下側に設けたステータ外周とケーシングとの間のガス流路が閉塞されず、モータの上下でコイルエンドから圧縮機構の吸入部までの流路抵抗が不均一になり難い。
　１　ケーシング、２　スクリューロータ、２ａ　スクリュー溝、３　ゲートロータ、４　圧縮機構、５　モータ、５ａ　ロータ、５ｂ　ステータ、６　モータ室、７　吸入口、８　吐出ポート弁、９　収容溝、１０　回転軸、１１　駆動機構、１２　吐出口、１３　吐出流路、１４　仕切壁、２１　冷媒流路、２１ａ　近辺冷媒流路、２１ｂ　遠方冷媒流路、２２　冷媒流路、２３　冷媒流路、２３ａ　近辺冷媒流路、２３ｂ　遠方冷媒流路、８０　凝縮器、８１　膨張弁、８２　蒸発器、１００　スクリュー圧縮機、２００　冷凍サイクル装置。

Claims (6)

  1. 　内部を冷媒が流通するケーシングと、
    　前記ケーシング内に収容され、回転軸を中心に回転して外周面に形成されたスクリュー溝にて冷媒を圧縮するスクリューロータおよび前記スクリューロータの前記スクリュー溝に噛み合うゲートロータから構成される圧縮機構と、
    　前記スクリューロータの前記回転軸の軸方向の低圧側に設けられ、前記スクリューロータを回転駆動させるモータと、
    を備え、
    　前記ケーシングの吸入口から吸入された低圧の冷媒が前記モータを収納するモータ室内を通過して前記圧縮機構で圧縮されるスクリュー圧縮機であって、
    　前記スクリューロータの前記回転軸の周囲にて、前記回転軸の軸方向に沿った方向に冷媒を流通させる冷媒流路を備え、
    　前記モータ室と前記圧縮機構との間に設けられた冷媒流路は、前記圧縮機構から近い近辺冷媒流路と、前記近辺冷媒流路よりも前記圧縮機構から遠い遠方冷媒流路と、を含み、
    　前記近辺冷媒流路の前記回転軸の軸方向に直交する断面視における断面積は、前記遠方冷媒流路の前記断面積より小さいスクリュー圧縮機。
  2. 　前記モータ室と前記圧縮機構との間に設けられた冷媒流路は、前記モータ室と前記圧縮機構とを前記回転軸の軸方向に対して直交方向に仕切っている仕切壁に設けられ、前記モータ室と前記圧縮機構とを連通する複数の第１の冷媒流路であり、
    　前記複数の第１の冷媒流路のうち前記近辺冷媒流路の前記断面積は、前記遠方冷媒流路の前記断面積より小さい請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
  3. 　前記モータは、前記スクリューロータに接続された回転するロータと、前記ロータの径方向外側に間隔を空けて固定されたステータと、を有し、
    　前記モータ室と前記圧縮機構との間に設けられた冷媒流路は、前記モータの前記ステータの外周面と前記ケーシングの内周面との間に設けられた複数の第２の冷媒流路であり、
    　前記複数の第２の冷媒流路のうち前記近辺冷媒流路の前記断面積は、前記遠方冷媒流路の前記断面積より小さい請求項１または２に記載のスクリュー圧縮機。
  4. 　前記スクリューロータと噛み合う前記ゲートロータは１枚で構成されるモノゲートロータ方式である請求項１～３のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
  5. 　前記スクリューロータと噛み合う前記ゲートロータは２枚で構成され、片側の圧縮動作を休止する構造を有するツインゲートロータ方式である請求項１～３のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機。
  6. 　請求項１～５のいずれか１項に記載のスクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置。
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