(57)【要約】  ケーシング１と、ケーシング１内で回転するように配置されたスクリューロータ３と、ケーシング１とスクリューロータ３との間に形成され、冷媒ガスを圧縮する圧縮室５と、ケーシング１の内筒面に形成され、スクリューロータ３の回転軸方向に延びるスライド溝１ａと、ケーシング１に形成され、ケーシング１の外部とスライド溝１ａとを連通する冷媒液流路１ｂと、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、内部容積比調節用のスライドバルブ８とを備え、スライドバルブ８は、スライドバルブ８の位置に応じて冷媒液流路１ｂを圧縮室５に連通させるインジェクションポート８ａを備え、インジェクションポート８ａが冷媒液流路１ｂに連通する第１位置と、インジェクションポート８ａが冷媒液流路１ｂに連通せず、且つ第１位置よりも吸込側の第２位置とに移動するものである。
2016084176.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項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冷媒液流路と、
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、内部容積比調節用のスライドバルブとを備え、
前記スライドバルブは、前記スライドバルブの位置に応じて前記冷媒液流路を前記圧縮室に連通させるインジェクションポートを備え、前記インジェクションポートが前記冷媒液流路に連通する第１位置と、前記インジェクションポートが前記冷媒液流路に連通せず、且つ前記第１位置よりも吸込側の第２位置とに移動するスクリュー圧縮機。
【請求項２】
当該スクリュー圧縮機が備えられる冷凍サイクルの高低差圧が所定差圧より大きい高差圧運転条件では前記スライドバルブは前記第１位置に位置し、前記高低差圧が前記所定差圧以下の低差圧運転条件では前記スライドバルブは前記第２位置に位置する請求項１記載のスクリュー圧縮機。
【請求項３】
インバータで駆動され、前記スクリューロータを回転させる電動機を備えた請求項１または請求項２記載のスクリュー圧縮機。
【請求項４】
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、凝縮器、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、前記凝縮器と前記減圧装置との間から分岐し、膨張弁を介して前記スクリュー圧縮機の前記冷媒液流路に接続された冷媒液配管とを備えた冷凍サイクル装置。
【請求項５】
前記凝縮器と前記減圧装置との間から分岐し、電磁弁または膨張機構もしくはその両方を介して前記蒸発器と前記スクリュー圧縮機の間に接続された冷媒液配管をさらに備えた請求項４記載の冷凍サイクル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
従来、スクリュー圧縮機として、一端が流体の吸込側となり他端が吐出側となるスクリューロータの外周に、スクリューロータの回転軸方向へスライド移動する柱状のスライドバルブを設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。スライドバルブは、スクリューロータの軸方向にスライドして圧縮室で圧縮された高圧ガスの吐出開始（圧縮完了）位置を変更することで吐出開口タイミングを変化させ、内部容積比を変更するものである。ここで内部容積比とは、吸込完了（圧縮開始）時の圧縮室の容積と吐出寸前の圧縮室の容積との比である。【０００３】
特許文献１では、運転負荷に応じた圧縮比（吐出圧力／吸込圧力）に対して、高い圧縮機効率が得られる内部容積比になるようにスライドバルブのスライド停止位置を制御している。つまり、運転状態が全負荷運転なのか部分負荷運転なのかに応じてスライドバルブの位置を変化させている。具体的には、スライドバルブは、部分負荷運転時は吸込側に位置して吐出ポートの開口タイミングを早くし、全負荷運転時は吐出側に位置して吐出ポートの開口タイミングを遅くするように、位置が変化する。【０００４】
また、従来より、スクリュー圧縮機を備えた冷凍サイクル装置において、スクリュー圧縮機のインジェクションポートから圧縮室に冷媒液を注入することで、吐出温度の過剰な温度上昇を回避し、適正な吐出温度および吐出過熱度に制御する技術が一般的に知られている（例えば、特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１１−１３２８３４号公報（第１１頁、図６）
【特許文献２】特開平５−１０６１３号公報（第５頁、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
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ーの指標として、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。【０００７】
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。【０００８】
全負荷運転などの高低差圧が大きい運転条件では、圧縮機から吐出される吐出ガスの吐出温度が上昇しやすい。よって、吐出温度を低下させるために、圧縮室に冷媒液を注入するインジェクション運転が有効である。しかし、部分負荷（低負荷）運転など高低差圧が小さい運転条件では、高低差圧が小さくなればなるほど、吐出温度は上昇しにくいため、冷媒液の注入を必要としない。よって、部分負荷運転でインジェクション運転を行った場合、不要な冷媒液を注入していることとなり、入力が上昇して性能が低下してしまう。このため、低差圧運転条件時にはインジェクション運転は停止される。【０００９】
特許文献１には、スライドバルブによって内部容積比を可変し、運転容量を制御する点について記載されているものの、インジェクション運転によって吐出温度の過剰な上昇を抑える点について検討されていない。吐出温度が過剰に上昇すると、圧縮機のスクリューロータとケーシングとの隙間消失による焼き付き、冷凍機油や冷媒の劣化、を招き、信頼性の低下に繋がることから、吐出温度の過剰な上昇を抑えることは重要である。【００１０】
特許文献２では、この点について検討されているものの、インジェクションポートの位置によってはインジェクション運転停止時に以下の問題が生じる。特許文献２では、インジェクションポートの位置は明らかとされていないが、一般的にインジェクションポートはスクリューロータを収納するケーシングに圧縮室と連通して設けられており、その位置は固定である。そして、インジェクションポートの位置は通常、インジェクション運転の効果を十分に発揮できることを考慮して決定されていると考えられる。このため、インジェクション運転停止中、インジェクションポートは低圧から高圧まで無駄に圧縮される容積部（デッドボリューム）となる。よって、低差圧運転条件でのインジェクション運転停止時には、冷媒液が注入されない状態でインジェクションポートが圧縮室上を通過するときに再膨張損失が発生し、インジェクションポートが圧縮機の性能を低下させる要因となっているという問題があった。【００１１】
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、内部容積比を調節可能で、また、インジェクションポートの位置を改善して広い運転範囲で高い成績係数を実現し、安価な構造で信頼性を確保しつつ、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。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
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冷媒液流路と、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、内部容積比調節用のスライドバルブとを備え、スライドバルブは、スライドバルブの位置に応じて冷媒液流路を圧縮室に連通させるインジェクションポートを備え、インジェクションポートが冷媒液流路に連通する第１位置と、インジェクションポートが冷媒液流路に連通せず、且つ第１位置よりも吸込側の第２位置とに移動するものである。【００１３】
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、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、凝縮器と減圧装置との間から分岐し、膨張弁を介してスクリュー圧縮機の冷媒液流路に接続された冷媒液配管を備えたものである。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、吐出のタイミングを変更するのと同時にインジェクションポートの位置を改善して、広い運転範囲で高い成績係数を実現し、安価な構造で信頼性を確保しつつ、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。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】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。
【図２】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３】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４】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などの高差圧運転条件におけるインジェクションポート位置を示す断面概略図である。
【図５】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などの高差圧運転条件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６】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などの低差圧運転条件におけるインジェクションポート位置を示す断面概略図である。
【図７】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などの低差圧運転条件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８】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インジェクションポートが第１位置に位置する場合と第２位置に位置する場合における、圧縮室への開口タイミングの違いの説明図である。
【図９】本発明の実施の形態２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。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
冷凍サイクル装置１００はインバータ１０１で駆動されるスクリュー圧縮機１０２と、凝縮器１０３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はさらに凝縮器１０３と膨張弁１０５との間から分岐し、膨張弁１０７を介してスクリュー圧縮機１０２に接続されたインジェクション配管１０４を有している。
【００１９】
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は凝縮器１０３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。
【００２０】
スクリュー圧縮機１０２の吐出側には、圧縮機１０２から吐出された吐出ガスの温度を検知する吐出温度センサ１０２ａを備えている。吐出温度センサ１０２ａで検知された吐出温度は後述の制御装置１０９に出力される。
【００２１】
冷凍サイクル装置１００にはさらに制御装置１０９を備えている。制御装置１０９は、例えば、マイクロコンピュータ等で構成され、ＣＰＵ、ＲＡＭおよびＲＯＭ等を備えており、ＲＯＭ内に記憶された制御プログラムにしたがって冷凍サイクル装置１００全体を制御する。制御装置１０９は、インバータ１０１、膨張弁１０５、スクリュー圧縮機１０２の後述のスライドバルブ８の位置制御、インジェクション運転（圧縮機１０２に膨張弁１０７で減圧した冷媒液を注入する運転）の駆動または停止の制御、インジェクション運転時の圧縮室５への冷媒液のインジェクション量の調整などの制御を行う。
【００２２】
（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。
【００２３】
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（図示せず）により低圧側（吸込側）と高圧側（吐出側）とに区画され、高圧側には吐出室（図示せず）に開口する吐出口７（後述の図３）が形成されている。
【００２４】
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スライド溝１ａが形成されており、このスライド溝１ａ内には内部容積比調整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。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はインジェクションポート８ａを有しており、内部容積比の調整とインジェクションポート８ａの位置変更との両方の機能を備えている。インジェクションポート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にはインジェクションポート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。
【００２５】
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。ここで、スライドバルブ８を駆動する駆動装置１０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。
【００２６】
また、スライドバルブ８は吐出口７の一部を形成しており、軸方向に移動させることで吐出タイミング、すなわち内部容積比を変更することができる。つまり、スライドバルブ８を吸込側に位置させて吐出口７の開口を早くすることで吐出タイミングを早め、スライドバルブ８を吐出側に移動させて吐出口７の開口を遅くすることで吐出タイミングを遅くする。すなわち、吐出タイミングを早めると低内部容積比の運転となり、吐出タイミングを遅らせると高内部容積比の運転となる。
【００２７】
一般的にスクリュー圧縮機は、内部容積比に見合う適正圧縮比を有しており、実際の圧縮比が適正圧縮比となる運転条件では、不適正圧縮損失は生じない。しかし、適正圧縮比よりも低い低圧縮比で運転を行うと、吐出口が開くまで圧縮されたガスは吐出圧力以上に過圧縮され、余分な圧縮仕事を行うことになる。また逆に適正圧縮比よりも高い高圧縮比で運転を行うと、吐出圧力に到達する前に吐出口が開き、ガスの逆流を生じる圧縮不足の状態となる。そこで、吐出のタイミングが最適となるようにスライドバルブ８の位置が調整される。
【００２８】
ケーシング１は、凝縮器１０３と膨張弁１０５との間から分岐した冷媒液を圧縮室５であるスクリュー溝５ａに導くための冷媒液流路１ｂを有しており、冷媒液流路１ｂは、インジェクションポート８ａを介して圧縮室５に連通する。この冷媒液流路１ｂにはインジェクション配管１０４が接続されている。かかる構成により、凝縮器１０３から流出して分岐した冷媒液が、インジェクション配管１０４、冷媒液流路１ｂおよびインジェクションポート８ａを通して圧縮室５に流入するようになっている。
【００２９】
（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および冷凍サイクル装置の動作について説明する。
【００３０】
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内では吸込行程、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。
【００３１】
図３（ａ）は吸込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。
【００３２】
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。
【００３３】
なお、図３ではインジェクションポート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、冷媒液注入時には、圧縮行程においてインジェクションポート８ａより冷媒液が圧縮室５に流入する。そして、圧縮室５に流入した冷媒液は吸込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。
【００３４】
（高差圧運転条件）
次に、１００％負荷（全負荷）運転または例えば７５％負荷運転などの高差圧運転条件に設定した運転条件におけるインジェクションポート８ａと冷媒液流路１ｂおよび圧縮室５（スクリュー溝５ａ）との位置関係について説明する。
【００３５】
図４は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の１００％負荷（全負荷）運転または７５％負荷運転などの高差圧運転条件におけるスライドバルブおよびインジェクション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１００％負荷（全負荷）運転または７５％負荷運転などの高差圧運転条件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。
【００３６】
高差圧運転条件の場合、内部容積比を大きくするために吐出タイミングを遅らせる。すなわち、制御装置１０９は、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吐出側（図４および図５の左側）に移動させて吐出タイミングを遅らせる。この移動に伴ってスライドバルブ８に設けられたインジェクションポート８ａも移動し、冷媒液流路１ｂおよび圧縮室５に連通する位置（第１位置）に位置する。このようにインジェクションポート８ａが第１位置に位置することで、ケーシング１に設けられた冷媒液流路１ｂがインジェクションポート８ａを介して圧縮室５に連通することとなる。
【００３７】
ここで、圧縮行程中、制御装置１０９は、吐出温度センサ１０２ａで検知された吐出温度がある一定の吐出温度となるように膨張弁１０７を制御し、スクリュー圧縮機１０２にインジェクションする冷媒注入量を調整する。よって、調節された量の冷媒液が冷媒液流路１ｂを経由してインジェクションポート８ａから圧縮室５に注入される。このように、内部容積比が高差圧条件に適切な比となるようにスライドバルブ８の位置を調整しつつ、冷媒液をスクリュー圧縮機１０２に注入するインジェクション運転を行うことで、一定の吐出温度に制御することができる。
【００３８】
なお、冷媒液のインジェクションはできるだけ圧縮室５内の圧力が上昇していない段階で行うことが重要であるため、第１位置は、圧縮室５において吸込ガスの吸込（吸込ガスの閉じ込み）完了時に圧縮室５に連通し始める位置とすることが望ましい。この場合、吸込ガスを閉じ込んだ直後に圧縮行程の初期段階でインジェクションを行うことができるため、主流冷媒の低圧室への流出もなく、吸込ガスの吸込みを阻害しない状態で効果的にインジェクションをすることができる。
【００３９】
（低差圧運転条件）
次に、例えば５０％負荷運転または２５％負荷運転といった部分負荷運転などの低差圧運転条件に設定した運転条件におけるインジェクションポート８ａと冷媒液流路１ｂおよび圧縮室５（スクリュー溝５ａ）との位置関係について説明する。
【００４０】
図６は、本発明の実施の形態１に係るスクリュー圧縮機の５０％負荷運転または２５％負荷運転といった部分負荷運転などの低差圧運転条件におけるインジェクションポート位置を示す断面概略図である。図７は、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などの低差圧運転条件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。
【００４１】
部分負荷運転時など低差圧運転条件では、制御装置１０９は、スライドバルブ８を図６および図７の白抜き矢印で示すように吸込側（図６および図７の右側）に移動させる。具体的には、低差圧運転条件に合わせた内部容積比すなわち、吐出タイミングを、低差圧運転条件に応じた適正なタイミングにすることが可能な適正位置までスライドバルブ８を移動させる。
【００４２】
また、部分負荷運転時など低差圧運転条件では、吐出温度が低くなるため、上述したように吐出温度を低下させるための冷媒液の注入を必要としない。つまり、インジェクション運転を行わない。このため、冷媒液流路１ｂが無駄に圧縮される容積部（デッドボリューム）とならないようにするための構成が必要である。そこで、本実施の形態１では、以下に詳述するが、インジェクション運転停止中は、インジェクションポート８ａを、冷媒液流路１ｂに連通せず、且つ第１位置よりも吸込側の軸方向位置（以下、第２位置という）に位置させるようにする。
【００４３】
よって、低差圧運転条件では、スライドバルブ８に対し、内部容積比を調整することと、インジェクションポート８ａを第２位置に位置させることとの両方が求められ、スライドバルブ８はその要求に応える構成となっている。このため、内部容積比を調整するためにスライドバルブ８を移動させることで、インジェクションポート８ａを第２位置に位置させることができる。
【００４４】
このように低差圧運転条件では、インジェクションポート８ａをケーシング１の冷媒液流路１ｂに連通しない軸方向位置まで移動し、冷媒液流路１ｂから切り離す。これにより低差圧運転時には、吸込行程から吐出行程まで冷媒液流路１ｂが圧縮室５に関与しない状態で運転が行われることとなる。したがって、冷媒液流路１ｂより上流部分がデッドボリュームとなることはない。すなわち、本実施の形態１のスクリュー圧縮機１０２では従来構造よりもデッドボリュームが小さくなる。
【００４５】
なお、図６および図７には、インジェクションポート８ａが第２位置にあるとき、インジェクションポート８ａは冷媒液流路１ｂには連通しないものの圧縮室５に連通している。デッドボリュームを小さくして再膨張損失を抑制する観点からすると、インジェクションポート８ａは第２位置に位置したときに圧縮室５にも連通しないことが好ましい。この例では、スライドバルブ８の移動ストローク、スライドバルブ８の移動に伴う吐出口７の開口タイミング等の関係から、インジェクションポート８ａが第２位置に位置したときに圧縮室５に連通している。しかし、インジェクションポート８ａが第２位置に位置したときに圧縮室５に連通しない構成とできれば、その構成が好ましい。ただし、インジェクションポート８ａが圧縮室５に連通していても、第２位置は第１位置よりも吸込側にあるため、以下に詳述するがインジェクション運転停止時における再膨張損失の抑制効果を得ることは可能である。
【００４６】
次に、インジェクションポート８ａの位置に応じた圧縮室５への開口タイミングの違いについて説明する。
【００４７】
図８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インジェクションポートが第１位置に位置する場合と第２位置に位置する場合における、圧縮室への開口タイミングの違いの説明図である。図８にはさらに、第１位置のときと第２位置のとき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。
【００４８】
図８からわかるように、インジェクションポート８ａが圧縮室５に開口する開口タイミングは、インジェクションポート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早い。このため、図８において圧縮行程となる領域と重なるスクリュー回転角度範囲（図８のＸ）は僅かである。つまり、インジェクションポート８ａ内が圧縮され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、インジェクションポート８ａを第２位置に位置させることで、再膨張損失を低減することができる。
【００４９】
以上のように、実施の形態１では、スライドバルブ８に内部容積比の調整と、インジェクションポート８ａの位置変更との両方の機能を持たせた構成とした。また、スライドバルブ８の移動によってインジェクションポート８ａを第１位置と第２位置とに移動可能とし、運転条件に応じて冷媒液流路１ｂがインジェクションポート８ａを介して圧縮室５に連通する状態と、冷媒液流路１ｂが圧縮室５から切り離される状態とを切り替えられるようにした。
【００５０】
以上の構成により、高差圧運転条件（冷凍サイクルの高低差圧が所定差圧もしくは所定圧縮比より大きい運転条件）などの吐出温度が上昇する条件においてはインジェクション運転を行うことで吐出温度は過度な上昇をせず、圧縮機の信頼性を確保できる。さらに、低差圧運転条件（冷凍サイクルの高低差圧が所定差圧もしくは所定圧縮比以下の運転条件）などの吐出温度が上昇しにくい運転条件においては、冷媒液流路１ｂが圧縮室５から切り離されるため、冷媒液流路１ｂにデッドボリュームが存在しない。また、インジェクションポート８ａ内の圧力上昇も小さく、再膨張損失を抑制し、成績係数を向上させることができる。
【００５１】
つまり、実施の形態１によれば、内部容積比調整用のスライドバルブ８にインジェクションポート８ａを設け、その位置を制御することで、安価な構造でスクリュー圧縮機の信頼性を確保しつつ、広い運転範囲で高い成績係数を実現できるスクリュー圧縮機１０２および冷凍サイクル装置１００を得ることができる。
【００５２】
実施の形態２．
実施の形態２は、実施の形態１と比較して、冷凍サイクル装置１００の配管接続構成が異なったものである。
【００５３】
図９は、本発明の実施の形態２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。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。
【００５４】
実施の形態２では実施の形態１に対してさらに、凝縮器１０３と膨張弁１０５との間から分岐して、蒸発器１０６とスクリュー圧縮機１０２の間に接続した冷媒液配管１０８を備えたものである。この冷媒液配管１０８の途中には電磁弁または膨張機構（固定絞りまたは膨張弁など）１１０もしくはその両方が設けられている。ここでは、膨張機構１１０のみを設けた構成としている。膨張機構１１０はインジェクションポート８ａが第２位置に配置された場合のみ開かれ、吐出温度センサ１０２ａで検知された吐出温度に基づいてインジェクション量を制御する。
【００５５】
通常、冷凍サイクル装置においては、前述のとおり低差圧運転条件では吐出温度は低くなり、冷媒液の注入は不要となるため、冷媒液の注入は行わない。したがって、低差圧運転条件では実施の形態１と同様にインジェクションポート８ａが第２位置に位置するようにスライドバルブ８を移動する。これにより、デッドボリュームを小さくし、圧縮行程となる領域と重なるスクリュー回転角度範囲（図８のＸ）も小さくなるため、再膨張損失も小さくなる。
【００５６】
しかし、低差圧運転条件であっても、過渡運転時または起動時、プルダウン運転時等における運転条件では、吸込温度および吸込過熱度が高くなる場合がある。この際、吸込温度の上昇により、吐出ガスも合わせて上昇してしまう場合がある。よって、実施の形態２では、制御装置１０９は、吐出温度が基準温度以上となり、冷媒液のインジェクションが必要な場合に膨張機構１１０を開いて冷媒液配管１０８から圧縮室５に冷媒液を注入する。
【００５７】
このような構成とすることで、実施の形態１に対して低差圧運転条件時に吐出温度が上昇した場合においても、蒸発器１０６とスクリュー圧縮機１０２の間に冷媒液を注入することで、吐出温度を低下させることができ、スクリュー圧縮機１０２の信頼性を確保できる。なお、冷媒液配管１０８に設けられた膨張機構１１０は吸込温度または吸込過熱度に基づいて制御してもよい。
【００５８】
以上説明したように本実施の形態２によれば、実施の形態１と同様の効果が得られるとともに、低差圧運転時に吸込ガス温度が上昇するなどの運転急変が行った場合でも、スクリュー圧縮機１０２の信頼性を確保することができる。
【符号の説明】
【００５９】
１  ケーシング、１ａ  スライド溝、１ｂ  冷媒液流路、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  歯、７  吐出口、８  スライドバルブ、８ａ  インジェクションポート、９  連結棒、１０  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、１０２ａ  吐出温度センサ、１０３  凝縮器、１０４  インジェクション配管、１０５  膨張弁、１０６  蒸発器、１０７  膨張弁、１０８  冷媒液配管、１０９  制御装置、１１０  膨張機構。
【図１】
2016084176.tif 000003
【図２】
2016084176.tif 000004
【図３】
2016084176.tif 000005
【図４】
2016084176.tif 000006
【図５】
2016084176.tif 000007
【図６】
2016084176.tif 000008
【図７】
2016084176.tif 000009
【図８】
2016084176.tif 000010
【図９】
2016084176.tif 000011
【国際調査報告】
2016084176.tif 000012
2016084176.tif 000013
2016084176.tif 000014
2016084176.tif 000015