(57)【要約】幾つかの実施形態に係るスクリュー圧縮機は、スクリューロータと、前記スクリューロータを収容するロータケーシングと、内部容積比を変更可能な内部容積比可変弁と、を備え、前記内部容積比可変弁は、前記スクリューロータの軸方向に沿って移動可能であり被圧縮気体が吐出する吐出位置を規定する弁体と、少なくとも１個の加圧室を内蔵し、前記スクリューロータの軸方向に沿って配置され前記弁体に結合されたシリンダロッドを有するシリンダと、前記加圧室の内部で前記シリンダロッドに固定され、前記加圧室を前記スクリューロータの軸方向に沿って２個の加圧空間に仕切るピストンと、を有し、さらに、吐出ガス通路と前記２個の加圧空間の一方とに連通する第１連通路と、前記スクリューロータ及び前記ロータケーシングの間に形成される歯溝空間であって、前記吐出ポートに連通する歯溝空間より１歯溝手前の吐出直前歯溝空間と前記２個の加圧空間の他方とを連通する第２連通路と、を備える。
2018100911.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の雄ロータ及び雌ロータを含むスクリューロータと、
前記スクリューロータを収容すると共に、被圧縮気体が吸入される吸入ガス通路，吸入ポート及び被圧縮気体が吐出する吐出ポート、吐出ガス通路が形成されるロータケーシングと、
内部容積比を変更可能な内部容積比可変弁と、
を備えるスクリュー圧縮機であって、
前記内部容積比可変弁は、
前記ロータケーシングの内部に設けられ、前記スクリューロータの軸方向に沿って移動可能であり、前記被圧縮気体が前記スクリューロータと前記ロータケーシングとの間に形成される歯溝空間から前記吐出ポートに吐出する吐出位置を規定する弁体と、
少なくとも１個の加圧室を内蔵し、前記弁体に結合され前記スクリューロータの軸方向に沿って配置されたシリンダロッド、及び前記加圧室の内部で前記シリンダロッドに固定され、前記加圧室を前記スクリューロータの軸方向に沿って２個の加圧空間に仕切るピストンを有するシリンダと、
を備え、
さらに、前記吐出ガス通路と前記２個の加圧空間の一方とに連通する第１連通路と、
前記吐出ポートに連通する歯溝空間より１歯溝手前の吐出直前歯溝空間と前記２個の加圧空間の他方とを連通する第２連通路と、
を備えることを特徴とするスクリュー圧縮機。
【請求項２】
前記２個の加圧空間の一方は前記ピストンに対して前記吸入ポート側に位置し、
前記２個の加圧空間の他方は前記ピストンに対して前記吐出ポート側に位置することを特徴とする請求項１に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項３】
前記弁体は、前記吸入ガス通路に連通した吸入ガス空間に面した第１端面及び前記吐出ガス通路に面した第２端面を有し、
前記シリンダは、前記スクリューロータの軸方向に沿って配置された第１加圧室及び第２加圧室を内蔵し、
前記第１加圧室において、前記ピストンによって仕切られた前記２個の加圧空間の一方が前記第１連通路に連通すると共に、前記２個の加圧空間の他方が前記第２連通路に連通し、
前記第２加圧室において、前記ピストンによって仕切られた前記２個の加圧空間のうち、前記ピストンを前記吐出ポート側から前記吸入ポート側へ加圧する正方向加圧空間と前記吸入ガス通路とを連通する第３連通路と、
前記第２加圧室に形成される前記２個の加圧空間のうち、前記ピストンを前記吸入ポート側から前記吐出ポート側へ加圧する逆方向加圧空間と前記吐出ガス通路とを連通する第４連通路と、
を備え、
前記第１端面が前記吸入ガス空間の前記被圧縮気体から加圧される受圧面と前記正方向加圧空間における前記ピストンの受圧面の面積が等しく、かつ前記第２端面が前記吐出ガス通路の前記被圧縮気体から加圧される受圧面と前記逆方向加圧空間における前記ピストンの受圧面の面積が等しいことを特徴とする請求項１又は２に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項４】
前記第２連通路は、
前記弁体及び前記シリンダロッドに形成された中空部と、
前記弁体に形成され前記吐出直前歯溝空間と前記中空部とを連通する第１連通孔と、
前記シリンダロッドに形成され前記中空部と前記２個の加圧空間の他方とを連通する第２連通孔と、
で構成されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項５】
前記第２連通路は、前記スクリューロータの吐出側端に対面する前記ロータケーシングに形成された通路を有し、前記通路は前記ロータケーシングの壁面から前記吐出直前歯溝空間に開口する開口を有することを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項６】
前記シリンダは、前記スクリューロータの軸方向に沿って配置された第１加圧室及び第２加圧室を内蔵し、
前記第１加圧室は前記第２加圧室より前記スクリューロータの吐出ポート側に位置し、
前記第１加圧室に形成される前記２個の加圧空間のうち、前記第２連通路が連通する前記２個の加圧空間の他方は前記２個の加圧空間の一方より前記吐出ポート側に位置す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ー圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、内部容積比可変弁を備えるスクリュー圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００２】
スクリュー圧縮機は、一対の雄ロータ及び雌ロータからなるスクリューロータと、スクリューロータを収容するロータケーシングとを備える。ロータケーシングには、被圧縮気体が吸入される吸入ガス通路、吸入ポートと、被圧縮気体が吐出する吐出ポート、吐出ガス通路とが形成される。
スクリューロータとロータケーシングとの間に歯溝空間が形成され、雄ロータ及び雌ロータが互いに逆方向に回転することで、吸入ポートから歯溝空間に被圧縮気体が吸入される。歯溝空間に閉じ込められた被圧縮気体は、スクリューロータの回転に伴い歯溝空間が次第に狭くなることで圧縮され、圧縮された気体が吐出ポートから吐出される。
スクリュー圧縮機は、吐出ポートに連通する直前の歯溝空間に閉じ込められた被圧縮気体の圧力が吐出ガス通路における被圧縮気体の圧力（圧縮機の吐出圧力にほぼ等しい。）と等しい場合に最も効率が良いとされる。
（圧力損失を無視し，圧縮機の吐出圧力＝吐出ガス通路における被圧縮気体の圧力＝吐出ポートから吐出される被圧縮気体の圧力として取り扱う。）【０００３】
歯溝空間はスクリューロータの回転に従って吐出側へ移動し、歯溝空間の容積が最大になったとき歯溝空間は吸入ポートと遮断される。この最大容積と吐出ポートに連通する直前の歯溝空間容積との比が内部容積比（最大容積／吐出直前歯溝空間容積）であり、この内部容積比を調整して最大効率を得るために内部容積比可変弁が用いられる。
内部容積比可変弁として、例えば、ロータケーシングの内部で弁体をスクリューロータの軸方向へ移動させ、被圧縮気体の吐出位置を規定するスライド弁が用いられる。スライド弁の操作方法として、弁体を手動で操作する方式や、外部の制御器からの指令により油圧回路等を使用して弁体を油圧駆動する方式が行われている。【０００４】
特許文献１には、油圧駆動のシリンダを設け、弁体をピストンロッドを介して前記シリンダの内部で摺動自在なピストンに連結し、ピストンを油圧駆動でスクリューロータの軸方向へ移動させる構成が開示されている。
特許文献２には、油圧駆動等を用いた駆動機構を不要とするため、弁体と連結したピストンを内蔵したシリンダの内部空間を３つの加圧室に区画し、これら加圧室に選択的に吐出気体又は吸入気体を導入し、吐出気体と吸入気体との差圧又は合計圧によりピストンに３段階の異なる圧力差を付与し、これによって、ピストンを３か所の位置に移動可能にした構成が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平１０−２２８８号公報
【特許文献２】特開２０１４−２０６０９８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
内部容積比可変弁の弁体の位置を手動で操作する方式は、弁体の頻繁な操作は困難であり、従って、スクリュー圧縮機を常に高効率な状態を保つことは困難である。
油圧駆動により弁体を操作する方式は、弁体を移動させるための油圧機器や電磁弁などの補器類、及び各種センサを含む制御用機器を必要とし高コストとなる。
特許文献２に開示された手段では、弁体を駆動する油圧機器類が不要になる利点があるが、スライド弁の弁体の位置が３か所に限られ、連続的な位置制御ができないという問題がある。また、吐出ポートに連通する直前の歯溝空間に閉じ込められた被圧縮気体の圧力が吐出ガス通路における被圧縮気体の圧力と等しくなるように弁体の位置を調整することはできない。【０００７】
幾つかの実施形態は、高コストとなる駆動用機器及び制御用機器を必要とせずに、吐出直前の歯溝空間における被圧縮気体の圧力を圧縮機の吐出圧力と等しくすることで、スクリュー圧縮機の効率を向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）幾つかの実施形態に係るスクリュー圧縮機は、
一対の雄ロータ及び雌ロータを含むスクリューロータと、
前記スクリューロータを収容すると共に、被圧縮気体が吸入される吸入ガス通路、吸入ポート及び被圧縮気体が吐出する吐出ポート、吐出ガス通路が形成されるロータケーシングと、
内部容積比を変更可能な内部容積比可変弁と、
を備えるスクリュー圧縮機であって、
前記内部容積比可変弁は、
前記ロータケーシングの内部に設けられ、前記スクリューロータの軸方向に沿って移動可能であり、前記被圧縮気体が前記スクリューロータと前記ロータケーシングとの間に形成される歯溝空間から前記吐出ポートに吐出する吐出位置を規定する弁体と、
少なくとも１個の加圧室を内蔵し、前記弁体に結合され前記スクリューロータの軸方向に沿って配置されたシリンダロッド、及び前記加圧室の内部で前記シリンダロッドに固定され、前記加圧室を前記スクリューロータの軸方向に沿って２個の加圧空間に仕切るピストンを有するシリンダと、
を備え、
さらに、前記吐出ガス通路と前記２個の加圧空間の一方とに連通する第１連通路と、
前記吐出ポートに連通する歯溝空間より１歯溝手前の吐出直前歯溝空間と前記２個の加圧空間の他方とを連通する第２連通路と、
を備える。【０００９】
上記内部容積比可変弁を構成する上記ピストンには、上記２つの加圧空間に供給される気体の圧力が付加されるため、スクリューロータの軸方向（以下「ロータ軸方向」とも言う。）に沿う互いに逆方向の力が加わる。
上記２つの加圧空間の一方には上記第１連通路を介して吐出ガス通路の気体が導入されるため、ピストンに吐出気体の圧力が加わる。上記２つの加圧空間の他方には、上記第２連通路を介して上記吐出直前歯溝空間から被圧縮気体が導入され、この被圧縮気体の圧力がピストンに加わる。
弁体はピストンに両側から加わる上記圧力の差によってロータ軸方向に移動する。ピストンに両側から加わる圧力が等しくなったとき、内部容積比可変弁の弁体のスクリューロータ軸方向の動きは停止する。【００１０】
このように、弁体は、吐出ガス通路の吐出圧力と吐出直前歯溝空間の圧力が等しくなる位置に自動的に移動するため、吐出ガス通路の被圧縮気体の圧力と吐出直前歯溝空間の被圧縮気体の圧力とは常に等しくなる。このように、弁体を自動的かつ連続的に移動させて常に最適位置に設定できるため、常に、スクリュー圧縮機を最も効率良く稼働させることができる。他方、弁体は、ピストンの両側に加わる圧力の差によって作動するため、弁体を駆動し制御するための駆動用機器及び制御用機器を必要としない。【００１１】
（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記２個の加圧空間の一方は前記ピストンに対して前記吸入ポート側に位置し、
前記２個の加圧空間の他方は前記ピストンに対して前記吐出ポート側に位置する。
上記（２）の構成によれば、上記２個の加圧空間の一方に圧縮機の吐出圧が伝わり、上記２個の加圧空間の他方に吐出直前歯溝空間の圧力が伝わる。
これによって、例えば、圧縮機の吐出圧が高ければ、内部容積比可変弁の弁体は吐出ポート側へ押し出され、吐出直前歯溝空間の圧力が高ければ、内部容積比可変弁の弁体は吸入ポート側へ押し出される。こうして、被圧縮気体の吐出直前歯溝空間の圧力が、吐出ガス通路の圧力と同じになるように、自動的に調整される。【００１２】
（３）一実施形態では、前記（１）又は（２）の構成において、
前記弁体は、前記吸入ガス通路に連通した、吸入圧力のガスで満たされた空間（以下、「吸入ガス空間」とも言う。）に面した第１端面及び前記吐出ガス通路に面した第２端面を有し、
前記シリンダは、前記スクリューロータの軸方向に沿って配置された第１加圧室及び第２加圧室を内蔵し、
前記第１加圧室において、前記ピストンによって仕切られた前記２個の加圧空間の一方が前記第１連通路に連通すると共に、前記２個の加圧空間の他方が前記第２連通路に連通し、
前記第２加圧室において、前記ピストンによって仕切られた前記２個の加圧空間のうち、前記ピストンを前記吐出ポート側から前記吸入ポート側へ加圧する正方向加圧空間と前記吸入ガス通路とを連通する第３連通路と、
前記第２加圧室に形成される前記２個の加圧空間のうち、前記ピストンを前記吸入ポート側から前記吐出ポート側へ加圧する逆方向加圧空間と前記吐出ガス通路とを連通する第４連通路と、
を備え、
前記第１端面が前記吸入ガス空間の前記被圧縮気体から加圧される受圧面と前記正方向加圧空間における前記ピストンの受圧面の面積が等しく、かつ前記第２端面が前記吐出ガス通路の前記被圧縮気体から加圧される受圧面と前記逆方向加圧空間における前記ピストンの受圧面の面積が等しい。【００１３】
上記実施形態は、内部容積比可変弁の弁体が吸入ガス空間に面した第１端面及び吐出ガス通路に面した第２端面を有し、第１端面には吸入ポートからスクリューロータに吸入される被圧縮気体の圧力が加わり、第２端面には吐出ポートから吐出ガス通路に吐出される被圧縮気体の圧力が加わる場合の実施形態である。
この実施形態では、上記第２加圧室において、上記正方向加圧空間に吸入ガス通路の被圧縮気体を導入することで、第１端面が受ける吸入ガス空間の被圧縮気体から受ける圧力と同等でかつ逆向きの圧力をピストンに加える。また、第２加圧室の上記逆方向加圧空間に吐出ガス通路の被圧縮気体を導入することで、第２端面が吐出ガス通路の被圧縮気体から受ける圧力と同等でかつ逆向きの圧力をピストンに加える。
これによって、内部容積比可変弁の弁体が吐出ガス通路及び吸入ガス空間から受ける圧力を相殺できるため、弁体は第１加圧室のピストンに加わる圧力のみによって作動される。
なお、第１加圧室と第２加圧室とは、ロータ軸方向でどちらを吐出ポート側に近い位置に配置してもよい。【００１４】
（４）一実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記第２連通路は、
前記弁体及び前記シリンダロッドに形成された中空部と、
前記弁体に形成され前記吐出直前歯溝空間と前記中空部とを連通する第１連通孔と、
前記シリンダロッドに形成され前記中空部と前記２個の加圧空間の他方とを連通する第２連通孔と、
で構成される。
上記（４）の構成によれば、第２連通路を弁体及びシリンダロッドの内部に形成することで、弁体及びシリンダロッドの外部に第２連通路を形成するためのスペースが不要になり、スクリュー圧縮機をコンパクト化できる。【００１５】
（５）一実施形態では、前記（１）〜（３）の何れかの構成において、
前記第２連通路は、前記スクリューロータの吐出側端に対面する前記ロータケーシングに形成された通路を有し、前記通路は前記ロータケーシングの壁面から前記吐出直前歯溝空間に開口する開口を有する。
上記（５）の構成によれば、吐出直前歯溝空間が吐出ポートに最も接近した位置で、上記開口及び上記通路を介して吐出直前歯溝空間と第２連通路とを連通できる。これによって、吐出直前歯溝空間の被圧縮気体の圧力と吐出ポートから吐出する被圧縮気体の圧力に一致させるための精度を向上できる。【００１６】
（６）一実施形態では、前記（１）〜（５）の何れかの構成において、
前記シリンダは、前記スクリューロータの軸方向に沿って配置された第１加圧室及び第２加圧室を内蔵し、
前記第１加圧室は前記第２加圧室より前記スクリューロータの吐出ポート側に位置し、
前記第１加圧室に形成される前記２個の加圧空間のうち、前記２個の加圧空間の他方は前記２個の加圧空間の一方より前記スクリューロータの吐出ポート側に位置する。
上記（６）の構成によれば、第１加圧室及び第２加圧室が形成する加圧空間のうち、第２連通路が連通する上記２個の加圧空間の他方を吐出ポート側へ最も近接させて配置できる。これによって、弁体及びロッドに形成される中空部の容積を縮小でき、第２連通路の形成が容易になる。
【発明の効果】
【００１７】
幾つかの実施形態によれば、スクリュー圧縮機の稼働中、吐出直前の歯溝空間における被圧縮気体の圧力を吐出ポートから吐出される被圧縮気体の圧力と常に等しくすることができ、これによって、常にスクリュー圧縮機を高効率で運転できる。また、内部容積比可変弁の弁体を操作するために、駆動用機器及び制御用機器を必要としないため低コスト化できる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】一実施形態に係るスクリュー圧縮機の縦断正面図である。
【図２】一実施形態に係るスクリュー圧縮機の縦断正面図である。
【図３】一実施形態に係る内部容積比可変弁を一部断面で示す上面図である。
【図４】一実施形態に係る内部容積比可変弁の縦断正面図である。
【図５】一実施形態に係る弁体の端面を示し、図４中のＡ方向から視た正面図である。
【図６】一実施形態に係る内部容積比可変弁及びロータケーシングの斜視図である。
【図７】吐出直前歯溝圧力が最適な場合を示すグラフである。
【図８】吐出直前歯溝圧力が過圧縮である場合を示すグラフである。
【図９】吐出直前歯溝圧力が圧縮不足である場合を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
幾つかの実施形態に係るスクリュー圧縮機１０（１０Ａ、１０Ｂ）は、図１及び図２に示すように、ロータケーシング１２の内部に一対の雄ロータ及び雌ロータからなるスクリューロータ１４が収容される。ロータケーシング１２には、被圧縮気体Ｇが吸入される吸入ガス通路１５、吸入ポート１６、及びスクリューロータ１４で圧縮された被圧縮気体Ｇが吐出される吐出ポート１８、吐出ガス通路１９が形成される。また、内部容積比を変更可能な内部容積比可変弁２０が設けられる。
スクリューロータ１４とロータケーシング１２との間に、ロータ軸方向に沿って複数の歯溝空間Ｓｔ１、Ｓｔ２、・・・が形成される。
【００２１】
内部容積比可変弁２０は、弁体２２と、シリンダロッド２６が弁体２２に結合されたシリンダ２４とを有する。弁体２２は、ロータケーシング１２の内部に設けられ、ロータ軸方向に沿って移動可能であり、吐出ポート１８において被圧縮気体Ｇが吐出する吐出位置を規定する。シリンダ２４は、例えば、ロータケーシング１２の外部に突出して配置され、少なくとも１個の加圧室２８を内蔵する。シリンダロッド２６はロータ軸方向に沿って配置され、一端が弁体２２に連結し、他端側は加圧室２８に導設される。ピストン３０は加圧室２８に配置されシリンダロッド２６に固定される。加圧室２８はピストン３０によってロータ軸方向に沿って２個の加圧空間ｓ１及びｓ２に仕切られる。
【００２２】
さらに、２個の加圧空間ｓ１、ｓ２のうち加圧空間ｓ２と吐出ガス通路１９とに連通する第１連通路３２が設けられる。スクリューロータ１４の軸方向吐出側端に形成され吐出ポート１８に連通する歯溝空間Ｓｔ１より１歯溝手前の歯溝空間Ｓｔ２と、２個の加圧空間ｓ１、ｓ２のうち加圧空間ｓ１とを連通する第２連通路３４が設けられる。
【００２３】
上記構成において、スクリューロータ１４の回転によって吸入ポート１６から歯溝空間に吸入され、歯溝空間に閉じ込められた被圧縮気体Ｇは、吐出ポート１８に向かって歯溝空間が次第に狭くなることで圧縮され、圧縮された気体が吐出ポート１８から設定された吐出圧力Ｐｄとなって吐出される。
加圧空間ｓ２には、第１連通路３２を介して吐出ポート１８から吐出され吐出圧力Ｐｄを有する被圧縮気体Ｇが導入される。加圧空間ｓ１には第２連通路３４を介して中間圧力Ｐｍを有する吐出直前歯溝空間Ｓｔ２の被圧縮気体Ｇが導入される。
図３及び図４に示すように、加圧室２８を２つの加圧空間ｓ１及びｓ２に仕切るピストン３０には、加圧空間ｓ１及びｓ２の各々に供給される被圧縮気体によって、ロータ軸方向に沿う互いに逆方向の力ｆ１及びｆ２が加わる。
【００２４】
図７に示すように、吐出直前歯溝空間Ｓｔ２の圧力Ｐｍが歯溝空間Ｓｔ１の吐出圧力Ｐｄと等しいときに、スクリュー圧縮機１０の運転効率が最も向上する。
図８に示す運転例は、吐出直前歯溝空間Ｓｔ２の圧力Ｐｍが吐出圧力Ｐｄより高くなる場合であり、動力ロスＬｐが生じて運転効率は低下する。
図９に示す運転例は、吐出直前歯溝空間Ｓｔ２の被圧縮気体Ｇの圧力が設定された吐出圧力より低い場合であり、この場合、吐出ポート１８から被圧縮気体Ｇが吐出中の歯溝空間に逆流して歯溝空間の圧力が吐出圧力Ｐｄまで上昇し、逆流した被圧縮気体Ｇを再び吐出ポート１８から吐出ガス通路１９へ押し出す余分な仕事が発生するため、圧縮効率が低下する。
【００２５】
図１及び図２において、内部容積比可変弁２０の弁体２２は、ピストン３０に両側から加わる圧力（力）ｆ１及びｆ２の差圧によってロータ軸方向に移動する。圧力（力）ｆ１及びｆ２が等しくなったとき、即ち、吐出ポート１８から吐出される被圧縮気体Ｇの吐出圧力Ｐｄと、吐出直前歯溝空間Ｓｔ２の被圧縮気体Ｇの圧力（中間圧力Ｐｍ）とが等しくなったとき、弁体２２のロータ軸方向の動きは停止する。
このように、弁体２２は吐出圧力Ｐｄと中間圧力Ｐｍとが等しくなるロータ軸方向位置に自動的に停止するため、吐出圧力Ｐｄと中間圧力Ｐｍとは常に等しくなる。このように、吐出ポート１８の吐出位置を自動的かつ連続的に最適位置に調整できるため、スクリュー圧縮機１０を常に最も効率良く稼働させることができる。
他方、弁体２２は、ピストン３０の両側に加わる圧力の差によって作動するため、内部容積比可変弁２０を駆動しかつ制御する駆動用機器及び制御用機器を必要とせず低コスト化できる。
【００２６】
一実施形態では、図１及び図２に示すように、吐出ガス通路１９に第１連通路３２を介して連通する加圧空間ｓ２は、ピストン３０に対して吸入ポート側に位置する。吐出直前歯溝空間Ｓｔ２に連通する加圧空間ｓ１はピストン３０に対して吐出ポート側に位置する。そのため、加圧空間ｓ２に吐出圧が伝わり、加圧空間ｓ１に吐出直前歯溝空間Ｓｔ２の圧力が伝わる。
これによって、例えば、被圧縮気体Ｇの吐出圧が高ければ、内部容積比可変弁２０の弁体２２は吐出ポート側へ押し出され、吐出直前歯溝空間Ｓｔ２の圧力が高ければ、内部容積比可変弁２０の弁体２２は吸入ポート側へ押し出される。こうして、被圧縮気体Ｇの吐出直前歯溝空間Ｓｔ２の圧力が圧縮機の吐出圧力と等しくなるように自動的に調整される。
【００２７】
一実施形態では、図３〜図５に示すように、吐出ガス通路１９に面した弁体２２の第２端面３８に吐出ポート１８の一部（吐出位置を規定するための切欠き４０）が形成される。
また、図３及び図４に示すように、ロータケーシング１２は吸入側端面４２及び吐出側端面４４を有する。
歯溝空間Ｓｔ１が吐出ポート１８に連通したとき、歯溝空間Ｓｔ１に閉じ込められていた被圧縮気体Ｇは吐出ポート１８に吐出する。
図４の一点鎖線４５は、スクリューロータ１４を構成する雄ロータ又は雌ロータの回転中心軸線を示す。
【００２８】
幾つかの実施形態では、図１及び図２に示すように、弁体２２は、吸入ガス通路１５に連通した吸入ガス空間２１に面した第１端面３６及び吐出ガス通路１９に面した第２端面３８を有する。シリンダ２４は、ロータ軸方向に沿って配置された第１加圧室２８及び第２加圧室４６を有する。
第１加圧室２８及び第２加圧室４６にはシリンダロッド２６が導設される。第１加圧室２８にピストン３０が設けられ、第２加圧室４６にピストン４８が設けられる。シリンダロッド２６にピストン３０及び４８が固定される。第１加圧室２８では、ピストン３０によって加圧空間ｓ１及びｓ２がロータ軸方向に仕切られ、第２加圧室４６では、加圧空間ｓ３及びｓ４がロータ軸方向に仕切られる。
【００２９】
図３及び図４に示すように、ピストン４８は、正方向加圧空間ｓ３に供給される気体によってスクリューロータ１４の吐出側から吸入側へ向かう力ｆ３を受け、逆方向加圧空間ｓ４に供給される気体によってロータケーシング１２の吸入側から吐出側へ向かう力ｆ４を受ける。力ｆ３とｆ４とはピストン４８に対して互いに逆向きに加わる。
【００３０】
さらに、図１及び図２に示すように、吸入ガス通路１５と正方向加圧空間ｓ３とを連通する第３連通路５０が設けられ、吐出ガス通路１９と逆方向加圧空間ｓ４とを連通する第４連通路５２が設けられる。また、第１端面３６が吸入気体の圧力Ｐｓを受ける受圧面の面積と、正方向加圧空間ｓ３におけるピストン４８の受圧面ｐ１の面積が等しくなるように構成され、かつ第２端面３８が吐出気体の圧力Ｐｄを受ける受圧面の面積と、逆方向加圧空間ｓ４におけるピストン４８の受圧面ｐ２の面積が等しくなるように構成されている。
なお、受圧面ｐ２はシリンダロッド２６の端面２６ａも含むことで、吐出ガス通路１９の受圧面の面積と等しくしている。
【００３１】
上記構成において、正方向加圧空間ｓ３には第３連通路５０を介して吸入ガス通路１５の被圧縮気体Ｇが導入され、逆方向加圧空間ｓ４には第４連通路５２を介して吐出ガス通路１９から被圧縮気体Ｇが導入される。
弁体２２の第１端面３６の受圧面の面積をＡｓｖ１とし、第２端面３８の受圧面の面積をＡｓｖ２とし、ピストン４８の受圧面ｐ１の面積をＡｐ１として、受圧面ｐ２の面積をＡｐ２とする。また、ピストン３０が加圧空間ｓ１及びｓ２から力ｆ１及びｆ２を受ける受圧面の面積は等しいと仮定し、この面積をＡｐ３とする。
この場合、吐出ポート側から吸入ポート側へ向かう向きを正とすると、弁体２２に加わる力Ｆは、次の（１）式で求められる。
Ｆ＝Ｐｄ×Ａｓｖ２−Ｐｓ×Ａｓｖ１＋Ｐｍ×Ａｐ３−Ｐｄ×Ａｐ３＋Ｐｓ×Ａｐ１−Ｐｄ×Ａｐ２                                    （１）
【００３２】
式（１）において、Ａｓｖ１＝Ａｐ１及びＡｓｖ２＝Ａｐ２であるので、式（１）は式（２）となる。
Ｆ＝Ｐｍ×Ａｐ３−Ｐｄ×Ａｐ３                            （２）
従って、Ｐｍ＝Ｐｄのときに、Ｆ＝０となり、弁体２２は停止する。つまり、弁体２２が停止したとき、スクリュー圧縮機１０の運転効率は最大となる。
【００３３】
このように、第１端面３６の受圧面と力ｆ３が加わるピストン４８の受圧面ｐ１とは面積が等しいため、第１端面３６に加わる被圧縮気体Ｇの圧力と力ｆ３とは相殺される。また、第２端面３８の受圧面と力ｆ４が加わるピストン４８の受圧面ｐ２とは面積が等しいため、第２端面３８に加わる被圧縮気体Ｇの圧力と力ｆ４とは相殺される。こうして、弁体２２には、力ｆ１及びｆ２のみ加わることになり、力ｆ１とｆ２との差によって弁体２２はロータ軸方向へ移動する。
本実施形態によれば、弁体２２の第１端面３６及び第２端面３８に加わる被圧縮気体Ｇの圧力を相殺することで、ピストン３０に加わる力ｆ１とｆ２とが等しくなるように、弁体２２のロータ軸方向位置を自動的かつ連続的に最適位置に調整できる。これによって、スクリュー圧縮機１０を常に最も効率良く稼働させることができる。
【００３４】
図１及び図２に示す実施形態では、第１連通路３２及び第４連通路５２の一部は、吐出ガス通路１９に連通する１個の主連通路３１で兼用されている。
また、単一のシリンダ２４に仕切り壁５４を設けて第１加圧室２８及び第２加圧室４６を形成している。これに対し、２個のシリンダを設け、一方のシリンダに第１加圧室２８を内蔵させ、他方のシリンダに第２加圧室４６を内蔵させるようにしてもよい。この場合、２個のシリンダは１個のシリンダロッド２６に対して直列に配置され、１個のシリンダロッド２６がこれら２個のシリンダロッドに導設されるようにする。
【００３５】
一実施形態では、図１及び図４に示すように、第２連通路３４は、弁体２２に形成された中空部５６及びシリンダロッド２６に形成された中空部５７と、弁体２２に形成され吐出直前歯溝空間Ｓｔ２と中空部５６とを連通する第１連通孔５８と、シリンダロッド２６に形成され中空部５７と第１加圧室２８の加圧空間ｓ１とを連通する第２連通孔６０とで構成される。
上記構成によれば、第２連通路３４を弁体２２及びシリンダロッド２６の内部に形成することで、弁体２２及びシリンダロッド２６の外部に第２連通路３４を形成するためのスペースが不要になり、スクリュー圧縮機１０（１０Ａ、１０Ｂ）をコンパクト化できる。
【００３６】
一実施形態では、図２及び図６に示すように、第２連通路３４は、スクリューロータ１４の吐出側端に対面するロータケーシング１２に形成された通路６２を有し、通路６２は吐出直前歯溝空間Ｓｔ２に開口する開口６４を有する。
上記構成によれば、吐出直前歯溝空間Ｓｔ２が吐出ポート１８に最も接近した位置で、吐出直前歯溝空間Ｓｔ２と第２連通路３４とを連通できる。従って、吐出直前歯溝空間Ｓｔ２の被圧縮気体Ｇの圧力を吐出ガス通路１９の吐出気体の圧力に制御するための精度を向上できる。
【００３７】
図６には、ロータケーシング１２の内部に雄ロータ１４ａ及び雌ロータ１４ｂが図示されている。図６に示す実施形態では、通路６２は雄ロータ１４ａの吐出側端に対面するロータケーシング１２に形成され、開口６４は雄ロータ側のこのロータケーシング１２に開口する。
また、通路６２はロータケーシング１２の外部に設けられた連通管６６に接続される。連通管６６は、図２に示すように、ロータケーシング１２及びシリンダ２４の隔壁に形成された連通孔６８を介して加圧空間ｓ１に連通する。
例示的な実施形態として、通路６２は雌ロータ１４ｂの吐出側端に対面するロータケーシング１２に形成され、開口６４は雌ロータ側のこのロータケーシング１２に開口する。
【００３８】
一実施形態では、図１に示すように、第１加圧室２８は第２加圧室４６よりスクリューロータ１４の吐出ポート側に位置し、第１加圧室２８に形成される２個の加圧空間ｓ１及びｓ２のうち、第２連通路３４が連通する加圧空間ｓ１は加圧空間ｓ２よりスクリューロータ１４の吐出ポート側に位置する。
上記構成によれば、加圧空間ｓ１を４個の加圧空間ｓ１〜ｓ４の中で吐出ポート１８側へ最も近接して配置でき、これによって、弁体２２及びシリンダロッド２６の内部に形成される中空部５６及び５７を縮小できるため、これら中空部の形成が容易になる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
幾つかの実施形態によれば、高コストとなる駆動用機器及び制御用機器を必要とせずに、吐出直前の歯溝空間における被圧縮気体の圧力を圧縮機の吐出圧力と等しくすることで、低コストでスクリュー圧縮機の効率を向上できる。
【符号の説明】
【００４０】
１０（１０Ａ、１０Ｂ）    スクリュー圧縮機
１２        ロータケーシング
１４        スクリューロータ
１４ａ    雄ロータ
１４ｂ    雌ロータ
１５        吸入ガス通路
１６        吸入ポート
１８        吐出ポート
１９        吐出ガス通路
２０        内部容積比可変弁
２１        吸入ガス空間
２２        弁体
２４        シリンダ
２６        シリンダロッド
２８        第１加圧室
３０、４８    ピストン
３１        主連通路
３２        第１連通路
３４        第２連通路
３６        第１端面
３８        第２端面
４０        切り口
４２        吸入側端面
４４        吐出側端面
４６        第２加圧室
５０        第３連通路
５２        第４連通路
５４        仕切り壁
５６、５７    中空部
５８        第１連通孔
６０        第２連通孔
６２        通路
６４        開口
６６        連通管
６８        連通孔
Ｇ          被圧縮気体
Ｐｄ        吐出圧力
Ｐｍ        中間圧力
Ｐｓ        吸入圧力
Ｓｔ１      歯溝空間
Ｓｔ２      吐出直前歯溝空間
ｐ１、ｐ２    受圧面
【図１】
2018100911.tif 000003
【図２】
2018100911.tif 000004
【図３】
2018100911.tif 000005
【図４】
2018100911.tif 000006
【図５】
2018100911.tif 000007
【図６】
2018100911.tif 000008
【図７】
2018100911.tif 000009
【図８】
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【図９】
2018100911.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成31年4月26日(2019.4.26)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３４】
図１及び図２に示す実施形態では、第１連通路３２及び第４連通路５２の一部は、吐出ガス通路１９に連通する１個の主連通路３１で兼用されている。
また、単一のシリンダ２４に仕切り壁５４を設けて第１加圧室２８及び第２加圧室４６を形成している。これに対し、２個のシリンダを設け、一方のシリンダに第１加圧室２８を内蔵させ、他方のシリンダに第２加圧室４６を内蔵させるようにしてもよい。この場合、２個のシリンダは１個のシリンダロッド２６に対して直列に配置され、１個のシリンダロッド２６がこれら２個のシリンダに導設されるようにする。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図７】
2018100911.tif 000012
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図８】
2018100911.tif 000013
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2018100911.tif 000014
【国際調査報告】
2018100911.tif 000015
2018100911.tif 000016
2018100911.tif 000017