(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
インバータを介して電源に接続されたモータにより駆動され、互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータを備えたスクリュ圧縮機であって、
上記スクリュロータの吐出側端面に対向するケーシングの部分に形成され、吸込口および吐出口のいずれにも連通しないスクリュロータの歯溝と上記吸込口に連通する帰還路とに開口し、上記歯溝を上記帰還路に連通させる柱状空間部と、この柱状空間部内に摺動可能に嵌挿され、上記吐出側端面に向かって前進して上記歯溝と上記帰還路とを非連通状態とする一方、逆方向に後退することにより上記歯溝と上記帰還路とを連通状態とするピストンとからなるピストン弁を設けるとともに、
上記インバータからの信号に基づき、上記ピストンの背面側空間部を、起動時には上記歯溝より圧力が低い低圧部に連通させ、起動完了後は上記歯溝よりも圧力が高い高圧部に連通させる圧力切換え流路を設けたことを特徴とするスクリュ圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、スクリュ圧縮機、特にインバータにより回転数制御されるスクリュ圧縮機に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、スクリュ圧縮機において、その起動トルクを軽減するために、種々の構造のスクリュ圧縮機や制御方法が提案されている。例えば、インバータにより回転数制御されるスクリュ圧縮機は公知であり、通常、その起動に際しては、過大な起動トルクを回避するためにインバータにより徐々に圧縮機のモータの回転数を上げて行く制御が行われる。しかしながら、冷凍機に用いられるインバータ制御によるスクリュ圧縮機の場合、起動時に、徐々に回転数を上げてゆくようにしても、必ずしも起動トルクは軽減されない。即ち、この冷凍機では、一般に圧縮機とその吐出側に逆止弁が設けられており、この逆止弁が正常に作動せず、圧縮機の吐出側の圧力が異常に高くなり、上記モータに過大な負荷を掛けることになる。
【０００３】
また、スクリュ圧縮機の起動トルクを軽減するためにスライド弁が用いられる場合（特開平6-173872号公報）、吸込み絞り弁が用いられる場合（特開平10-220383号公報）がある。スライド弁は、周知のように、互いに噛合う雌雄のスクリュロータの外周部に対向して設けられ、かつ、駆動シリンダにより上記外周部に沿って前後に移動可能に設けられる。そして、スライド弁が吐出側に向かって後退することによりスクリュロータの歯溝部を吸込口に連通させる流路が開かれ、一旦吸込んだガスの一部を吸込口に戻され、逆にスライド弁が吸込み側に向かって、前進し、ストッパに当接することにより、上記流路が閉られ、一旦吸込まれたガスは吸込口に戻されることなく、その全てが圧縮され、吐出口から吐出される。換言すれば、スクリュ圧縮機は、スライド弁が吐出側に移動しているときに部分負荷運転状態となり、スライド弁が吸込み側に移動してゆくにつれて全負荷運転状態に移行してゆくこととなり、この部分負荷運転状態にすることにより、上記起動トルクが軽減される。
【０００４】
一方、吸込み絞り弁は、吸込流路を開閉するもので、スクリュ圧縮機の起動時に、吸込み絞り弁を閉じることにより、吸気が制限され、スクリュ圧縮機は無負荷運転状態となり、起動トルクが軽減される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、スクリュ圧縮機をインバータにより回転数制御しても、起動トルクが必ずしも軽減されず、モータに過大な負荷を掛ける場合がある。これに対して、スライド弁を用いて起動トルクを軽減しようとすると、このスライド弁およびその摺動部に高精度の加工が要求され、かつ、その駆動部も必要となり、構造が非常に複雑になるという問題がある。また、吸込み絞り弁を用いる場合、吸込み絞り弁自体が複雑な構造を有するもので、非常にコスト高になるという問題がある。
本発明は、斯る従来の問題をなくすことを課題としてなされたもので、簡単な構造で、起動トルクの軽減を可能としたスクリュ圧縮機を提供しようとするものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、インバータを介して電源に接続されたモータにより駆動され、互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータを備えたスクリュ圧縮機であって、上記スクリュロータの吐出側端面に対向するケーシングの部分に形成され、吸込口および吐出口のいずれにも連通しないスクリュロータの歯溝と上記吸込口に連通する帰還路とに開口し、上記歯溝を上記帰還路に連通させる柱状空間部と、この柱状空間部内に摺動可能に嵌挿され、上記吐出側端面に向かって前進して上記歯溝と上記帰還路とを非連通状態とする一方、逆方向に後退することにより上記歯溝と上記帰還路とを連通状態とするピストンとからなるピストン弁を設けるとともに、上記インバータからの信号に基づき、上記ピストンの背面側空間部を、起動時には上記歯溝より圧力が低い低圧部に連通させ、起動完了後は上記歯溝よりも圧力が高い高圧部に連通させる圧力切換え流路を設けた構成とした。
【０００７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態を図面にしたがって説明する。
図１〜４は、本発明の第一実施形態に係るインバータ制御による油冷式スクリュ圧縮機１を示し、圧縮機本体１１のケーシング１２内には、互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータ１３、即ち雌ロータ１３Ｆと雄ロータ１３Ｍとが回転可能に収容されている。スクリュロータ１３の内の一方、例えば雄ロータ１３Ｍはインバータ１４を介して電源１５に接続されたモータ１６により駆動される。圧縮機本体１１の一方には、吸込口１７に通じる吸込流路１８が接続され、他方には、吐出口１９から延びる吐出流路２１が接続されている。
【０００８】
吐出流路２１には油分離回収器２２が介在しており、ここでガスと油が分離され、ガスは油分離回収器２２の上方から延びる吐出流路１９の部分に送り出され、分離された油は油分離回収器２２の下部の油溜まり部２３に一旦溜められた後、この油溜まり部２３から延びる油流路２４へと出て行く。この油流路２４には、図示しない油クーラが設けられており、油流路２４の油はこの油クーラで冷却された後、圧縮機本体１１内のガス圧縮空間部、軸受・軸封部等の注油箇所に導かれる。さらに、この注油箇所に導かれた油は、吐出口１９から圧縮ガスに随伴して油分離回収器２２に向けて吐出され、ここでガスから分離されて回収され、繰返し使用される。
【０００９】
圧縮機本体１１のケーシング１２における雌ロータ１３Ｆの吐出側端面に対向する部分には、ピストン弁３１が設けられている。即ち、ケーシング１２の上記部分には、柱状空間部３２が形成され、この柱状空間部３２内には摺動可能にピストン３３が嵌挿され、柱状空間部３２とピストン３３とによりピストン弁３１が形成されている。一方、ケーシング１２の上記部分から延び、スクリュロータ１３が収容されたロータ室とは別空間を形成するように、かつ吸込口１７に連通するように帰還路３４が形成されている。
そして、この柱状空間部３２は、吸込口１７および吐出口１９のいずれにも連通しない雌ロータ１３Ｆの歯溝３５と帰還路３４とに開口し、ピストン３３が上記吐出側端面に向かって前進し、柱状空間部３２の開口部を閉じることにより、歯溝３５と帰還路３４とを非連通状態とし、ピストン３３が逆方向に後退し、上記開口部を開くことにより歯溝３５と帰還路３４とを連通状態とするようになっている。
【００１０】
また、ピストン３３の背面側空間部３２Ａに連通するように圧力切換え流路３６が設けられており、この圧力切換え流路３６は低圧側流路３６Ａと高圧側流路３６Ｂとに分岐し、一方の低圧側流路３６Ａは歯溝３５よりも圧力が低い低圧部、例えば吸込口１７に連通し、他方の高圧側流路３６Ｂは歯溝３５よりも圧力が高い高圧部、例えば吐出口１９に連通している。なお、図２および３において、Ｘは吐出口１９に至ることを示している。さらに、圧力切換え流路３６は背面側空間部３２Ａに低圧側流路３６Ａ或いは高圧側流路３６Ｂのいずれかを連通させるように切換え可能に設けられており、この第一実施形態では、低圧側流路３６Ａに低圧側開閉弁３７Ａを介在させ、高圧側流路３６Ｂに高圧側開閉弁３７Ｂを介在させてある。低圧側開閉弁３７Ａおよび高圧側開閉弁３７Ｂに代えて、分岐点に流路切換弁を設けてもよい。
【００１１】
斯かる構成からなる油冷式スクリュ圧縮機１において、起動時には、図２に示すように、インバータ１４からの信号により低圧側開閉弁３７Ａが開状態（図中白抜き状態で示す。）、高圧側開閉弁３７Ｂが閉状態（図中黒塗り状態で示す。）にされる。これにより、ピストン３３の前面側の圧力に比して、背面側の圧力が低くなり、ピストン３３は後退して柱状空間部３２の開口部を開き、歯溝３５と帰還路３４とを連通状態とし、歯溝３５内のガスを吸込口１７に逃がし、部分負荷運転状態にする。即ち、油冷式スクリュ圧縮機１の負荷が軽減され、起動トルクが小さくなり、インバータ１４により円滑にモータ１６の回転数を上昇させてゆくことができる。
【００１２】
その後、モータ１６の回転数が定格回転数に達し、起動完了すると、図３に示すように、インバータ１４からの信号により低圧側開閉弁３７Ａが閉状態、高圧側開閉弁３７Ｂが開状態にされる。これにより、ピストン３３の前面側の圧力に比して、背面側の圧力が高くなり、ピストン３３は前進して柱状空間部３２の開口部を閉じ、歯溝３５と帰還路３４とを非連通状態とし、全負荷運転状態に移行させる。
【００１３】
このように、この油冷式スクリュ圧縮機１では、部分負荷運転状態或いは全負荷運転状態に切換えるピストン３３を、流体圧、ばね等を利用した伸縮シリンダのような駆動装置によらず、弁による圧力切換えのみで作動させるようになっており、構造が単純になっている。また、雌ロータ１３Ｆと雄ロータ１３Ｍの噛合い部における両ロータの外周形状に合わせて形成され、この両ロータの外周に沿って進退可能に設けられる上述した従来のスライド弁を用いた構造に比して、本実施形態では、スクリュロータ１３の端面側におけるケーシング１２の部分にピストン弁３１を設けているため、加工は非常に簡単となる。
【００１４】
なお、低圧側流路３６Ａが連通する上記低圧部は吸込口１７に限定するものでなく、歯溝３５よりも低圧の部分であればよく、高圧側流路３６Ｂが連通する上記高圧部についても、吐出口１９に限定するものでなく、歯溝３５よりも高圧の部分であればよく、例えば油溜まり部２３や油流路２４であってもよい。
また、上述した第一実施形態では、雌ロータ１３Ｆ側にピストン弁３１が設けられているが、本発明はこれに限定するものでなく、ピストン弁３１を雄ロータ１３Ｍ側に設けてもよく、雌ロータ１３Ｆ側および雄ロータ１３Ｍ側の両者に設けてもよく、いずれも本発明に含まれる。
【００１５】
さらに、本発明は上記第一実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機１を複数段、直列に配置した圧縮機をも含み、図５は、その一例として、本発明の第二実施形態に係る二段形の油冷式スクリュ圧縮機２を示したものである。なお、図５において、上述した第一実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機１と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
この油冷式スクリュ圧縮機２では、圧縮機本体１１は、駆動側の各ロータが同軸上に配置され、それぞれモータ１６により駆動される第一段スクリュロータ１３１と第二段スクリュロータ１３２とを有している。そして、第一段スクリュロータ１３１の吸込み部は吸込口１７に連通し、第一段スクリュロータ１３１の吐出部と第二段スクリュロータ１３２の吸込み部とは中間流路４１により連通し、第二段スクリュロータ１３２の吐出部は吐出口１９に連通している。
【００１６】
第一段スクリュロータ１３１と第二段スクリュロータ１３２のそれぞれの吐出側端面には、上記同様、ピストン３３１を有するピストン弁３１１およびピストン３３２を有するピストン弁３１２が設けられ、ピストン３３１および３３２のそれぞれの背面側空間部に連通するように、圧力切換え流路３６１および３６２が接続されている。これらの圧力切換え流路３６１および３６２のそれぞれは、低圧側流路３６Ａ１或いは３６Ａ２と高圧側流路３６Ｂ１或いは３６Ｂ２とに分岐し、低圧側流路３６Ａ１或いは３６Ａ２には、低圧側開閉弁３７Ａ１或いは３７Ａ２が設けられ、高圧側流路３６Ｂ１或いは３６Ｂ２には、高圧側開閉弁３７Ｂ１或いは３７Ｂ２が設けられている。
【００１７】
図５において、低圧側流路３６Ａ１が連通する接続先をａ、低圧側流路３６Ａ２が連通する接続先をｂ、高圧側流路３６Ｂ１が連通する接続先をｃ、高圧側流路３６Ｂ２が連通する接続先をｄで表してあり、例えばａおよびｂは吸込口１７に連通する部分で、ｃおよびｄは吐出口１９に連通する部分である。なお、本発明はこれに限定するものでなく、ａはピストン３３１が嵌挿された柱状空間部が連通するスクリュロータ１３１の歯溝よりも低圧の部分であればよく、ｃについてもこの歯溝よりも高圧の部分であればよく、例えば中間流路４１であってもよく、油流路２４であってもよい。また、ｂはピストン３３２が嵌挿された柱状空間部が連通するスクリュロータ１３２の歯溝よりも低圧の部分であればよく、中間流路４１およびこの上流側の部分であればよく、ｄについてもこの歯溝よりも高圧の部分であればよく、例えば吐出流路２１であってもよく、油流路２４であってもよい。
【００１８】
そして、斯かる構成からなる油冷式スクリュ圧縮機２において、起動時には、インバータ１４からの信号により低圧側開閉弁３７Ａ１および３７Ａ２が開状態、高圧側開閉弁３７Ｂ１および３７Ｂ２が閉状態にされ、起動完了すると、インバータ１４からの信号により低圧側開閉弁３７Ａ１および３７Ａ２が閉状態、高圧側開閉弁３７Ｂ１および３７Ｂ２が開状態にされる。これにより、上記同様に、油冷式スクリュ圧縮機２は、起動時には、部分負荷運転状態で、起動トルクが軽減され、徐々にモータ１６の回転数を上げ、起動が完了してから全負荷運転に移行し、モータ１６に過大な負荷を描けないようになっている。
【００１９】
図６は、冷凍機に適用された本発明の第三実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機３を示し、圧縮機の構造自体は油冷式スクリュ圧縮機２と実質的に同一であり、この油冷式スクリュ圧縮機２と互いに共通する部分については、同一番号を付して説明を省略する。
図示するように、圧縮機本体１１から油分離回収器２２に至り、この上部から延びた油冷式スクリュ圧縮機２の吐出流路２１に対応する流路は凝縮器５１、膨張弁５２および蒸発器５３を経て、油冷式スクリュ圧縮機２の吸込流路１８に対応する流路となって圧縮機本体１１に戻り、周知の冷媒の循環流路Ｉを形成している。
【００２０】
そして、この冷凍機において、その起動時には、上記同様に、インバータ１４からの信号により低圧側開閉弁３７Ａ１および３７Ａ２が開状態、高圧側開閉弁３７Ｂ１および３７Ｂ２が閉状態にされ、起動完了すると、インバータ１４からの信号により低圧側開閉弁３７Ａ１および３７Ａ２が閉状態、高圧側開閉弁３７Ｂ１および３７Ｂ２が開状態にされ、これによりモータ１６の過負荷を生じることなく、円滑な起動がなされるようになっている。
なお、上述した各実施形態では、油冷式スクリュ圧縮機について説明したが、本発明はこれに限定するものでなく、オイルフリースクリュ圧縮機をも含み、この場合には、油分離回収器２２および油流路２４は省かれる。
【００２１】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、インバータを介して電源に接続されたモータにより駆動され、互いに噛合う雌雄一対のスクリュロータを備えたスクリュ圧縮機であって、上記スクリュロータの吐出側端面に対向するケーシングの部分に形成され、吸込口および吐出口のいずれにも連通しないスクリュロータの歯溝と上記吸込口に連通する帰還路とに開口し、上記歯溝を上記帰還路に連通させる柱状空間部と、この柱状空間部内に摺動可能に嵌挿され、上記吐出側端面に向かって前進して上記歯溝と上記帰還路とを非連通状態とする一方、逆方向に後退することにより上記歯溝と上記帰還路とを連通状態とするピストンとからなるピストン弁を設けるとともに、上記インバータからの信号に基づき、上記ピストンの背面側空間部を、起動時には上記歯溝より圧力が低い低圧部に連通させ、起動完了後は上記歯溝よりも圧力が高い高圧部に連通させる圧力切換え流路を設けた構成としてある。
【００２２】
このため、簡単な構造で、起動トルクの軽減が可能となり、モータの過負荷を生じることなく円滑に起動することが可能になるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第一実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機の全体構成を示す図である。
【図２】  図１に示す油冷式スクリュ圧縮機における圧縮機本体の起動時における断面図である。
【図３】  図１に示す油冷式スクリュ圧縮機における圧縮機本体の起動完了後の断面図である。
【図４】  図２のIV−IV線断面図である。
【図５】  本発明の第二実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機の全体構成を示す図である。
【図６】  本発明の第三実施形態に係る油冷式スクリュ圧縮機を適用した冷凍機の全体構成を示す図である。
【符号の説明】
１，２，３  油冷式スクリュ圧縮機    １１  圧縮機本体
１２  ケーシング                    １３  スクリュロータ
１４  インバータ                    １６  モータ
１７  吸込口                        １９  吐出口
３１  ピストン弁                    ３２  柱状空間部
３２Ａ  背面側空間部                ３３  ピストン
３４  帰還路                        ３５  歯溝
３６  圧力切換え流路                ３６Ａ  低圧側流路
３６Ｂ  高圧側流路                  ３７Ａ  低圧側開閉弁
３７Ｂ  高圧側開閉弁
【図１】
0003904852.tif 000002
【図２】
0003904852.tif 000003
【図３】
0003904852.tif 000004
【図４】
0003904852.tif 000005
【図５】
0003904852.tif 000006
【図６】
0003904852.tif 000007