JPH04228893A - スクリュー圧縮機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧縮機の容量を制御する
ための摺動子を有するスクリュー圧縮機に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば米国特許第　３，１８０，５６５
号に記載されている型の単一スクリュー圧縮機を作るこ
とが知られている。このような圧縮機において、スクリ
ュー回転子がピニオン状のゲート回転子と噛み合う。ピ
ニオンの歯がスクリューのねじ溝と噛み合い始めるやい
なや、この歯がねじ溝を圧縮機の入口から隔離しこの溝
の中に閉じ込められたガスが、溝が圧縮機のケーシング
の放出ポートと整合するまでこの溝の中を進むピニオン
の歯によって次第に圧縮され、それにより圧縮され閉じ
込められたガスが圧縮機の高圧出口で放出されるように
する。このような機械の容量は、入口から隔離された時
の各溝の容積と、スクリュー回転子の溝の数と、ゲート
ピニオンの数と、スクリューの回転速度との関数である
。

【０００３】米国特許第　４，０７４，９５４号は、ケ
ーシングの漏出孔を閉じ又は変動自在に開口するようケ
ーシング内を移動可能な摺動子を用いることにより圧縮
機の容量を制御し、前記漏出孔を通って、ピニオンの歯
と噛み合っている各溝がスクリューの連続回転により漏
出孔と整合しなくなるまで、このピニオンの歯と噛み合
っている各溝が選択的に入口との連通状態を保持するこ
とを教示している。したがって、この漏出孔が開いた時
、各溝はその容積が減少してしまった時に入口との連通
を停止し、それにより圧縮機の容量が減少するようにな
る。この圧縮機が２つのゲート回転子と噛み合う１つの
スクリューを有していたならば、２つの対称摺動子が設
けられ、この各摺動子がゲート回転子の一方と関連する
ようにする。

【０００４】これら摺動弁は広く用いられており、特に
冷凍圧縮機のために用いられる。これら摺動子は一緒に
動き、それにより常に相互に同じ位置となり圧縮機の効
率が損われないようにする。典型的には、この２つの摺
動子は、１つのピストンによって押され又は引かれこれ
ら摺動子が一緒に動くようにするヨークによって連結さ
れている。

【０００５】これは高価なものとなるが、それはこの圧
縮機においてヨークを移動させるのに十分な長い空間を
必要とするからであり、冷凍機械においては、１つの共
通のハウジングの内部に全てのものを収容し漏れを生じ
るのに対し信頼性のあるシールをなくすようにすること
が実際上好ましい。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は容量制
御摺動子がコンパクトかつ効率的な手段によって、一緒
に作動される単一スクリュー圧縮機を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上記圧
縮機は、ケーシングの内部に回転するよう取付けられた
１つのスクリューと、このスクリューと噛み合う２つの
ピニオンと、ケーシング内でスクリューに近接し圧縮機
の低圧領域に連通する２つの漏出孔を選択的に開放する
２つの摺動子と、各々が摺動子の対応する１つに連結さ
れている２つのピストンと、各々がピストンの対応する
１つの一方の面に近接している２つの圧力室に連結され
た油圧力付与手段と、２つのピストンを同一方向に付勢
するよう取付けられ摺動子が同一の軸方向位置にある時
実質的に等しい推力をもたらす２つのスプリングと、２
つの圧力室を油圧的に相互に連結する手段とを具備して
いる。

【０００８】前記スプリングは実際上位置の線型表示器
として作用し、前記スプリングは同じ強さを有し、一方
が他方よりも多く圧縮されたならば、これらスプリング
による両ピストン上の力が等しくなくなりこれに対しピ
ストン上の他の全ての力が等しくなるようにする。これ
は、ピストンの少なくとも一方が機械的平衡状態になく
、そのためこれが他のピストンと同じ平衡状態に達する
まで、すなわち両ピストンが相互に同一の位置となるま
で、動かなければならなくなることを意味する。圧力室
は、充たされ又は空にされた後は外部から油圧的に隔離
されまた相互に連結された状態を保ち、平衡状態に向う
一方向の一方のピストンの運動は、他方のピストン上の
油圧力を変化させることになり、両ピストンが相互に同
一の、安定した平衡位置に達するまで、他方のピストン
が平衡状態に向って反対方向に動くようになる。

【０００９】本発明の装置は、スプリングが実際上ピス
トンのストロークの範囲に配置することができまたヨー
クのように実質的な余分の空間を必要としないので、非
常にコンパクトとなる。

【００１０】しかも本発明はある種の他の予期しない結
果をもたらす。

【００１１】多くの場合に、種々の構造上の理由で、こ
の種の圧縮機の駆動シャフトが圧縮機の低圧端部に取付
けられ、この結果、ヨークをこの端部に取付けるのが非
常に困難となり、そのため圧縮機の高圧端部に取付けら
れる。本発明はピストンとスプリングとを圧縮機の低圧
端部に配置することができ、これが以下のような利点を
有している。すなわち、摺動子は一般に、漏出孔を選択
的に開きかつ圧縮機の低圧端部に対面する１つの低圧端
部と、圧縮機の高圧端部に対面する１つの高圧端部とを
有している。したがって、これら摺動子は使用時、圧縮
機の低圧端部側にこれら摺動子を押す圧力差を受ける。 ピストンは、摺動子を全容量位置に向って押し戻すよう
にする前記圧力差の作用に抗して、摺動子を部分容量位
置に向って動かすのに有効である。したがって本発明の
ように、ピストンが圧縮機の低圧端部にあったならば、
これらピストンは摺動子を引張る代りに押さなければな
らず、引張り作用は付属具と取付けられる各部品の良好
な整列とを必要とし、そのためこれが単に押す作用より
も困難となる。

【００１２】あふれる液体が液体状態の冷媒流体である
ような、冷凍機械の液体のあふれる圧縮機において、低
圧側は特に気化器温度において非常に冷たくピストンを
動かすためには高圧の液体冷媒、すなわち凝縮器から取
られる液体冷媒を用いるのが便利である。本発明によれ
ば、ピストンが圧縮機の低圧側にありしたがって非常に
冷たいので、ピストンはその熱伝導性により、圧力室内
の加圧された液体冷媒を著しく補冷却する。したがって
、この液体冷媒は、例えば圧力室が次第に空にされ圧縮
機の容量を変えるようにした時急激に流れることがない
。ピストンが、放出圧力の圧縮機の高圧側に位置してい
たならば、この補冷却作用は当然起きず、液体は急激に
流れる傾向を有しそのためピストンが動くのを阻止しピ
ストンを不安定にすることになる。言い換えれば、本発
明はピストンを動かすため液体冷媒を用いることにより
摺動子の制御をきわめて容易にし、それによりオイルと
それに関連する全ての問題をなくするのに寄与するもの
となる。

【００１３】本発明は限定されない例についての以下の
記載を読む時さらに良く理解されるであろう。

【００１４】

【実施例】本発明の圧縮機は、ボア３１を備えたケーシ
ング２を具備し、このボア３１の中に、ねじ溝３２を区
画形成する数条のねじを有するグロボイドスクリュー１
が回転するよう取付けられている。このスクリュー１は
スクリューの低圧端部３４から軸方向に貫通しかつモー
タ（図示しない）の出力シャフトに連結されるようにな
っているシャフト５によって回転駆動される。

【００１５】前記スクリューのねじ条は、スクリューの
軸線に対し横断方向のそれ自体の軸線の周りに自由に回
転可能な２つの対称のゲート回転子又はピニオンホイー
ル３３と噛み合う。

【００１６】ボア３１の周壁に、軸方向に延びる２つの
対称通路３６が設けられている。容量制御摺動子３又は
４が各通路３６に摺動自在に取付けられ、またこの摺動
子は、スクリューの低圧端部３４に近接した、圧縮機の
中に行きわたる低圧力に使用時さらされる低圧端部３７
と、スクリューの低圧端部から離れて対面しかつスクリ
ューの高圧端部３９に近接した、圧縮機の放出ポート６
と７に行きわたる高圧力にさらされる高圧端部３８とを
有している。両方の放出ポート６と７は放出マニホルド
８に連結される。摺動子３と４は、例えば米国特許第　
４，５７９，５１３号に示すように取付けられる。

【００１７】図１を参照すると、よく知られているよう
に、ピニオンホイール３３と噛み合わない溝３２ａは低
い圧力のもとにあるが、それはこの溝がスクリューの端
部３４に近接する低圧領域に開口し高圧ポート６と７に
整合していないからである。矢印Ｆ１　のスクリュー１
の回転とこれに伴う矢印Ｆ２　のピニオンホイール３３
の回転の間、溝３２ａは位置３２ｂに達し、この位置で
溝３２ａは、溝の中を漏れがないよう移動しまたこの溝
が高圧ポート７と整合する位置３２ｃに達するまでその
中のガスを次第に圧縮するピニオンの歯によって、低圧
領域から隔離される。 溝３２ａを連続して充たすのに必要な低圧ガスが、図示
しない１つの吸入ポートを介して、例えば周知のように
ピニオンホイールの１つを介して吸入される。

【００１８】スクリューの１回転の間に、各溝３２は一
回各ピニオンホイール３３と共働し、そのため２つのピ
ニオンホイールを設けることにより圧縮機の最高容量（
吸い込み流量）が２倍となる。摺動子４が静止隔壁４１
に近接している図１の実線で示す位置から、摺動子４が
スクリューの高圧端部に向って、その両端が小さな点で
示される１つの位置へと移動されたならば、摺動子４は
ケーシングにおいて漏出孔４２（図５にも見られる）を
露出させ、この漏出孔を通って溝３２ｂに正常時閉じ込
められるガスが、摺動子の背後の空間４３に行きわたる
低圧に戻され、それによりスクリューの回転により溝が
漏出孔４２と整合しない時にのみ溝の中で圧縮され始め
るようになる。圧縮されるガスの量は対応して減少され
る。同時に、高圧ポート６の始端を区画形成する摺動子
の高圧端部はスクリューの高圧端部に向って移動され、
それにより容積比は摺動子が動く時実質的に一定に保持
される。

【００１９】摺動子自体は使用時、摺動子の高圧端部と
摺動子の低圧端部との圧力差によりスクリューの低圧端
部３４に向って押しつけられる。したがって、摺動子３
と４は正常時、漏出孔４２が閉じられる最高容量位置（
図１及び図３の実線）に復帰する。

【００２０】部分容量位置における摺動子の調節のため
、各摺動子３又は４は、各ピストン９又は１０により各
ロッド１２又は１１を介してスクリューの高圧端部に向
って選択的に押圧されるように取付けられる。

【００２１】摺動子から離れている各ピストン９及び１
０のその面に近接して、管１５及び１６を介し油圧流体
、好ましくは冷凍圧縮機の場合液体冷媒で充たし又は空
にすることのできる圧力室１３と１４がそれぞれ設けら
れる。

【００２２】管１５と１６、したがって圧力室１３と１
４が恒久的に相互に連結される。これら２つの圧力室１
３と１４は、ピストン９と１０、したがってまた摺動子
３と４をスクリューの高圧端部に向って付勢するスプリ
ング１７と１８を収容している。

【００２３】図４は、管１９が圧縮機の放出部に連結さ
れ、またソレノイド弁２０のような閉鎖手段を介して管
１５と１６に連結されることを示している。

【００２４】管１５と１６はまたソレノイド弁２１を介
して管２２により圧縮機の吸入ポートに連結される。

【００２５】この装置は次のように作動する。図５に示
される位置から圧縮機の容量を増大させる必要があった
ならば、ソレノイド弁２１が開くよう作動され、これに
対しソレノイド弁２０は閉じたままにされる。高圧端部
３８に作用する圧縮のもとにガスによって押圧される摺
動子３と４は、ロッド１１及び１２とピストン９及び１
０とを、摺動子３と４上の圧力から得られる力よりも小
さな力を有するスプリング１７と１８の作用に抗して押
圧する。ピストン９と１０のこの運動の結果として、圧
力室は圧縮機吸入管１５及び１６と２２に連通される。 摺動子３と４の所望の位置に達した時、弁２１が閉じる
よう制御され弁２０は閉じたままとされる。

【００２６】これと反対に、圧縮機の容量が減少される
べき時には、ソレノイド弁２１が閉じたままでソレノイ
ド弁２０が開かれ、それにより圧力室に、圧縮ガス及び
／又は圧縮機が液体噴射により冷却される場合に圧縮ガ
スと混合される液体が供給されるようにする。

【００２７】さらに詳細には、管１９から入る圧縮ガス
は、圧力室の壁が気化器温度となっているため圧力室内
で凝縮される。また管１９と弁２０との間の導管（図４
）が圧縮機の吸入領域の中に延在する部分を有し、圧力
室に流入する前にガスを凝縮させるようにすることもで
きる。

【００２８】両方の場合、すなわち最高容量又は部分容
量の場合、２つの摺動子がほぼ同じ位置にあることが重
要であり、これら摺動子が実際上機械的に連結されず、
例えば一方が最高容量位置にあり他方が最低容量位置に
とどまっていたならば圧縮機の効率は非常に低いものと
なるであろう。さらに、非対称の圧縮のためスクリュー
に半径方向の負荷を不必要に生じるであろう。２つのス
プリング１７と１８が設けられることは上記のことが起
きるのを阻止するためであり、これに対し例えば米国特
許第　４，２６１，６９１号に開示されているようにこ
れら摺動子を非対称に用いた時にはこれらのスプリング
は必要でなくなる。

【００２９】ピストン９と１０が所望の位置にあり、液
体が圧力室１３と１４に存在するのみであると想像され
る時は、開かれていた弁２０又は２１が閉じられるよう
作動され他方の弁が閉じたままとされ、それによりこの
２つの圧力室が相互に連通し、しかも一方の室の容量の
いかなる変動も他の室の等しい反対の変動を伴うように
外部から隔離される。

【００３０】その後、一方の摺動子が他方の摺動子より
速く動いた場合、スプリングは同じように作られている
ので、ピストン上にしたがって圧力室と相互連結された
管１５及び１６とのこれらピストンの間に閉じ込められ
た油圧流体上に圧力差を生じ、この圧力差が前記流体と
ピストン及び摺動子とを、この圧力差がなくなるまで、
すなわち摺動子が相互に同じ位置となるまで、動かす。 これらのスプリングが設けてなかったならば、これらピ
ストン上に作用する力（すなわち、油圧流体の圧力プラ
ス摺動子の両端に作用する圧縮機の高圧と低圧との間の
圧力差）が、摺動子が相互に異なった位置にあっても実
質的に同じとなるであろう。

【００３１】本発明を具体化するための典型的な値は、
ピストンに、高圧にさらされる摺動子の高圧端部の有効
面積のほぼ２倍の面積を与え、またスプリング１７，１
８を、摺動子が最高容量位置にある時にこれらスプリン
グが摺動子の端部上の圧力差により生じる軸方向の推力
の半分にほぼ等しい推力を発生させ、摺動子が最低容量
位置にある時スプリングが摺動子の最高容量位置の推力
のほぼ半分の推力をなお発生させるように、構成するよ
うにしている。

【００３２】このような条件において、低い摩擦係数を
有する米国特許第　４，５７９，５１３号の教示するよ
うに摺動子を作ることにより、摺動子の位置の同一化は
、効率を損い又はスクリュー上に実質的に非対称の推力
を発生させることになる位置の実質的な相違なしに、達
成される。

【００３３】この装置はスプリングが実質的にピストン
のストロークの範囲に配設されるので極めてコンパクト
なものとなる。特に半密閉式モータである時モータの付
近であるため圧縮機の吸入側に空間が少ししかないにも
かかわらず、圧縮機の吸入側にピストンを配置すること
が可能であり、ここでこれらピストンの外側は、圧縮機
が凝縮器からの冷媒液体を噴射される時に気化器温度の
液体によって取巻かれる。

【００３４】したがって、管１９から放出圧力で流入す
るガス及び／又は液体が吸入温度に補助冷却され、弁２
１が開く時急激に流れることがない。これらピストンを
対向側に取付けなければならない、すなわちスクリュー
の高圧端部に近接して取付けなければならない場合は、
オイルのような補助液体により依然として作動できるが
、液体冷媒では作動できず、それは圧力室内部の液体が
ピストン壁を介して加熱され不可能でないにしても弁２
１が開く時液体が急激に流れるのを阻止することが困難
となるからである。本発明はしたがって、圧縮機からの
オイルの除去と、摺動子を作動させる圧力媒体として凝
縮された液体冷媒の使用とに寄与する。

【００３５】図４は、ソレノイド弁２０と２１が各絞り
２３と２４を介して管１５と１６に連通している改良装
置を示している。これらの絞りは弁の一方が開かれた時
両方の絞りを通る流れを等しくする。一方の摺動子が他
方より大きな摩擦を受けたならば、これら２つの摺動子
はそれにもかかわらず小さな移動に対してもほとんど同
じ速度で動く。したがって、これらの絞りは、摺動子の
運動中であっても摺動子を相互に同じ位置に保持するも
う１つの手段である。このような絞りは便利には焼結材
料で作ることができる。

【００３６】上記の実施態様において、圧縮機が停止し
た時、又はまさに始動した時、スプリング１７と１８は
摺動子をその最低容量位置に保持する。これは、放出ポ
ート５と６において増大する圧力が摺動子をこれらスプ
リングの作用に抗してスクリューの低圧端部に向って押
す瞬間に、変化する。

【００３７】もう１つの改良は、始動時に２つの摺動子
が所望の期間中最低容量位置にさらに制御可能に保持さ
れるのを保証することである。この目的で、絞り２３と
２４は管１５と１６に通じるソレノイド弁２５により一
時的にバイパスされ、ピストン上の圧力が所望時間の間
放出圧力におおよそ等しくなるのを保証するようにして
いる。この装置によって、始動時のピストン上の圧力が
摺動子上の圧力とスプリング荷重とに打勝つことができ
るのでスプリングをピストンの他方の側に取付けること
が可能となるということに注目すべきである。

【００３８】始動時におけるモータへの負荷が問題とは
ならず、モータにより与えられる加速を制限するよう圧
縮機を全負荷で始動させることが好ましいような、ある
場合には、スプリングを図３に示すのと反対側にし、前
記所望の時間中ソレノイド弁２１を開きソレノイド弁２
０を閉じ、それにより摺動子の高圧端部に作用する高圧
が同じ作用をし始める前であっても、圧力室が低圧とな
りスプリングが摺動子を最高容量位置に向って押すよう
にすることが好ましい。このような場合、ソレノイド弁
２５は必要でなくなる。

【００３９】図１ないし図４の実施態様において、スプ
リングが圧力室の中でなくピストンの反対側に配置され
るか、又はピストンがすでに説明されたように圧縮機の
放出側に近接して配置され、しかも液体冷媒に代えて例
えばオイルを用いるか、又はスプリングが同じでなく異
なった長さ及び異なった剛性を有し同じ軸方向推力の摺
動子の同じ位置が得られるようにするか、又は圧力室が
例えば凝縮器から流入する圧力下の液体で充たされる場
合管１９から取られる圧縮ガスとは異なった圧力手段で
充たされるか、又は管１５と１６が全ての時間でなく摺
動子の運動中及び／又はその後の短い時間だけ連通され
るかは、本発明を変えるものではないことが注目される
べきである。

【００４０】摺動子を２つの弁２０と２１により制御す
るのに代えて、弁の一方を絞りに置換えそして他の弁を
摺動子を調節することにより恒久的に制御することが可
能である。全ての場合において、スプリングと圧力室の
間の油圧的な連通が、摺動子の位置を同じにするための
安価で、コンパクトな信頼性のある手段を提供する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の圧縮機の図２のＩ−Ｉ線に沿って切断
した概略部分図である。

【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿った概略断面図である
。

【図３】図１の　ＩＩＩ−ＩＩＩ　線に沿った概略断面
図である。

【図４】図１から図３の圧縮機の配管装置の概略図であ
る。

【図５】図３と同様な、しかし一部分の、またピストン
と摺動子とが移動している断面図である。

【符号の説明】

１…スクリュー ２…ケーシング ３…摺動子 ５…放出ポート ９…ピストン １３…圧力室 １５…管 １７…スプリング ２０…ソレノイド弁 ２３…絞り ３３…ピニオン（ゲート回転子） ３４…低圧端部 ３８…高圧端部 ４２…漏出孔

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　ケーシングの内部に回転するよう取付
   けられた１つのスクリューと、該スクリューと噛み合う
   ２つのピニオンと、ケーシング内の前記スクリューに近
   接し、圧縮機の低圧領域と連通する２つの漏出孔を選択
   的に開放するための２つの摺動子と、該摺動子の対応す
   る１つに各々が連結されている２つのピストンと、該ピ
   ストンの対応する１つの一方の面に各々が近接している
   ２つの圧力室に連結された油圧力付与手段と、前記２つ
   のピストンを同一方向に付勢するよう取付けられ前記摺
   動子が同一の軸方向位置にある時実質的に等しい推力を
   もたらす２つのスプリングと、前記２つの圧力室を油圧
   的に相互に連結する手段、とを具備してなる圧縮機。
2. 【請求項２】　　請求項１に記載の圧縮機であって、２
   つの圧力室を油圧的に相互に連結する手段が、各圧力室
   に入る複数の管を具備し、各管が絞りを有し、該絞りが
   ２つの圧力室に対して相互に同一となっている圧縮機。
3. 【請求項３】　　請求項２に記載の圧縮機であって、ピ
   ストンが圧縮機の低圧側に位置し摺動子と押圧関係にあ
   り、スプリングがピストンの圧力室と同じ側に位置し、
   圧力室が絞りをバイパスする管により閉鎖手段を有する
   管路を介して圧縮機の放出部に直接連結され、該閉鎖手
   段は通常時は閉鎖されているが圧縮機の始動時に一定長
   さの時間開放されるようになっている圧縮機。