特許 7198116 多段圧縮機

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-12-20

(45)【発行日】2022-12-28

(54)【発明の名称】多段圧縮機

(51)【国際特許分類】

   F04C 23/00 20060101AFI20221221BHJP

   F04C 18/16 20060101ALI20221221BHJP

【ＦＩ】

F04C23/00 E

F04C18/16 F

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2019037458

(22)【出願日】2019-03-01

(65)【公開番号】P2020139487

(43)【公開日】2020-09-03

【審査請求日】2021-10-20

(73)【特許権者】

【識別番号】502129933

【氏名又は名称】株式会社日立産機システム

(74)【代理人】

【識別番号】110001829

【氏名又は名称】弁理士法人開知

(72)【発明者】

【氏名】土屋 豪

(72)【発明者】

【氏名】千葉 紘太郎

(72)【発明者】

【氏名】矢部 利明

(72)【発明者】

【氏名】笠原 雅之

(72)【発明者】

【氏名】酒井 航平

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 雄二

【審査官】岸 智章

(56)【参考文献】

【文献】特表２０１２－５２４２０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１３８９１９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０２－２２１６３４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０４Ｃ ２３／００

Ｆ０４Ｃ １８／１６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

前段圧縮機本体と、前記前段圧縮機本体で圧縮された気体を更に圧縮する後段圧縮機本体と、前記前段圧縮機本体の吐出側と前記後段圧縮機本体の吸入側の間で接続された中間流路と、前記後段圧縮機本体の吐出側に接続された吐出流路と、を備えた多段圧縮機において、
前記前段圧縮機本体の吐出行程の作動室とは異なる圧縮行程の作動室と前記中間流路を連通する前段弁孔と、
前記前段弁孔に配置され、前記前段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力と前記中間流路の圧力との差圧によって作動する前段リリース弁と、
前記後段圧縮機本体の吐出行程の作動室とは異なる圧縮行程の作動室と前記吐出流路の間で接続された後段弁孔と、
前記後段弁孔に配置され、前記後段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力と前記吐出流路の圧力との差圧によって作動する後段リリース弁とを備え、
前記前段リリース弁は、前記前段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力が前記中間流路の圧力より低い場合に前記前段弁孔を遮断状態とし、前記前段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力が前記中間流路の圧力より高い場合に前記前段弁孔を連通状態とし、
前記後段リリース弁は、前記後段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力が前記吐出流路の圧力より低い場合に前記後段弁孔を遮断状態とし、前記後段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力が前記吐出流路の圧力より高い場合に前記後段弁孔を連通状態とすることを特徴とする多段圧縮機。

【請求項2】

請求項１に記載の多段圧縮機において、
前記前段圧縮機本体は、スクリューロータと、前記スクリューロータを収納してその歯溝に作動室を形成するケーシングとを備え、
前記前段弁孔は、前記スクリューロータの歯溝の延在方向に沿って形成されたことを特徴とする多段圧縮機。

【請求項3】

請求項１又は２記載の多段圧縮機において、
前記前段圧縮機本体の容積比は、２．３以上２．８以下であることを特徴とする多段圧縮機。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の圧縮機本体を備えた多段圧縮機に関する。

【背景技術】

【0002】

近年、圧縮機の省エネ化が強く求められており、高効率や大風量であることが益々重要になっている。圧縮機の多段化は、そのための手法の１つであり、例えば、特許文献１は、二段スクリュー圧縮機を開示する。

【0003】

多段圧縮機は、前段圧縮機本体と、前段圧縮機本体で圧縮された気体を更に圧縮する後段圧縮機本体と、前段圧縮機本体の吐出側と後段圧縮機本体の吸入側の間で接続された中間流路とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０１７－１６６４０１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

中間流路の圧力（以降、中間圧力という）の設定値は、多段圧縮機の圧力比（詳細には、最終段圧縮機本体の吐出側圧力と初段圧縮機本体の吸入側圧力との比）の設定値に応じて決める。構造上の各段圧縮機本体の容積比（詳細には、吸入完了時の作動室の容積と吐出開始時の作動室の容積との比）は、多段圧縮機の圧力比の設定値と中間圧力の設定値に基づいて設計する。

【0006】

ところで、多段圧縮機の運転条件（詳細には、例えば最終段圧縮機本体の吐出側圧力の制御値）によって多段圧縮機の圧力比の運転値が変化し、これに伴って中間圧力の運転値が変化する。また、各段圧縮機本体の圧力差（詳細には、吐出側圧力と吸入側圧力との差）が変化し、これに伴って各段圧縮機本体の体積効率が変化し、その影響も受けて中間圧力の運転値が変化する。

【0007】

中間圧力の運転値が設定値より高ければ、前段圧縮機本体の圧縮行程の作動室の圧力が中間圧力の運転値より低くなり、圧縮不足な状態となる。そのため、中間圧力の設定値が比較的高くなるように、各段圧縮機本体の容積比を設計することが好ましい。しかし、中間圧力の設定値が比較的高くなるように設計した場合、中間圧力の運転値が設定値より低くなりやすい。中間圧力の運転値が設定値より低ければ、前段圧縮機本体の圧縮行程の作動室の圧力が中間圧力の運転値より高くなり、圧縮過剰な状態となる。すなわち、エネルギー損失が発生し、効率が低下する。

【0008】

本発明は、上記事柄に鑑みてなされたものであり、中間圧力の変化に応じて前段圧縮機本体の圧縮行程の作動室の圧力を調整して、効率を向上させることを課題の一つとするものである。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、特許請求の範囲に記載の構成を適用する。本発明は、上記課題を解決するための手段を複数含んでいるが、その一例を挙げるならば、前段圧縮機本体と、前記前段圧縮機本体で圧縮された気体を更に圧縮する後段圧縮機本体と、前記前段圧縮機本体の吐出側と前記後段圧縮機本体の吸入側の間で接続された中間流路と、前記後段圧縮機本体の吐出側に接続された吐出流路と、を備えた多段圧縮機において、前記前段圧縮機本体の吐出行程の作動室とは異なる圧縮行程の作動室と前記中間流路を連通する前段弁孔と、前記前段弁孔に配置され、前記前段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力と前記中間流路の圧力との差圧によって作動する前段リリース弁と、前記後段圧縮機本体の吐出行程の作動室とは異なる圧縮行程の作動室と前記吐出流路の間で接続された後段弁孔と、前記後段弁孔に配置され、前記後段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力と前記吐出流路の圧力との差圧によって作動する後段リリース弁とを備え、前記前段リリース弁は、前記前段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力が前記中間流路の圧力より低い場合に前記前段弁孔を遮断状態とし、前記前段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力が前記中間流路の圧力より高い場合に前記前段弁孔を連通状態とし、前記後段リリース弁は、前記後段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力が前記吐出流路の圧力より低い場合に前記後段弁孔を遮断状態とし、前記後段圧縮機本体の前記圧縮行程の作動室の圧力が前記吐出流路の圧力より高い場合に前記後段弁孔を連通状態とする。

【発明の効果】

【0010】

本発明によれば、中間圧力の変化に応じて前段圧縮機本体の圧縮行程の作動室の圧力を調整して、効率を向上させることができる。

【0011】

なお、上記以外の課題、構成及び効果は、以下の説明により明らかにされる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の第１の実施形態における二段スクリュー圧縮機の概略構造を表す鉛直断面図である。

【図2】本発明の第１の実施形態における前段圧縮機本体の構造を表す水平断面図である。

【図3】本発明の第１の実施形態における前段圧縮機本体の構造を表す径方向断面図である。

【図4】本発明の第１の変形例における前段圧縮機本体の構造を表す水平断面図である。

【図5】本発明の第２の実施形態における二段スクリュー圧縮機の概略構造を表す鉛直断面図である。

【図6】本発明の第２の変形例における二段スクロール圧縮機の概略構造を表す鉛直断面図である。

【図7】本発明の第３の変形例における二段スクロール圧縮機の概略構造を表す鉛直断面図である。

【図8】本発明の第４の変形例におけるリリース弁の構造を表す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

本発明の適用対象として二段スクリュー圧縮機を例にとり、本発明の第１の実施形態を、図１～図３を用いて説明する。

【0014】

図１は、本実施形態における二段スクリュー圧縮機の概略構造を表す鉛直断面図である。図２は、本実施形態における前段圧縮機本体の構造を表す水平断面図である。図３は、本実施形態における前段圧縮機本体の構造を表す径方向断面図である。なお、図２においては、便宜上、前段リリース弁のリテーナの図示を省略する。

【0015】

本実施形態の二段スクリュー圧縮機は、前段圧縮機本体１と、前段圧縮機本体１で圧縮された気体（詳細には、空気又は冷媒等）を更に圧縮する後段圧縮機本体２と、前段圧縮機本体１の吐出側と後段圧縮機本体２の吸入側の間で接続された中間流路３と、後段圧縮機本体２の吐出側に接続された吐出流路４とを備える。なお、図示しないものの、中間流路３にはインタークーラが設けられ、吐出流路４にはアフタークーラが設けられている。

【0016】

前段圧縮機本体１は、回転軸が平行で互いに噛み合う雄ロータ５Ａ及び雌ロータ６Ａ（スクリューロータ）と、雄ロータ５Ａ及び雌ロータ６Ａを収納して、それらの歯溝に雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室を形成するケーシング７Ａとを備える。

【0017】

雄ロータ５Ａは、吸入側軸受８Ａ及び吐出側軸受９Ａで回転可能に支持され、雌ロータ６Ａは、吸入側軸受８Ｂ及び吐出側軸受９Ｂで回転可能に支持されている。雄ロータ５Ａ及び雌ロータ６Ａのうちの一方は、第１モータ（図示せず）によって回転し、他方は、雄ロータ５Ａと雌ロータ６Ａの噛み合いによって回転する。但し、ギアを用いて、雄ロータ５Ａと雌ロータ６Ａを同期回転させてもよい。

【0018】

雄ロータ５Ａ及び雌ロータ６Ａの回転に伴い、雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室は、軸方向の一方側（図１及び図２の左側）から他方側（図１及び図２の右側）へ移動しつつ、それらの容積が変化する。これにより、吸入行程、圧縮行程、吐出行程を順次行うようになっている。詳しく説明すると、吸入行程の雄ロータ側作動室Ｘ１及び雌ロータ側作動室Ｙ１は、それらの容積が増加して、吸入口１０Ａから気体を吸入する。圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ２及び雌ロータ側作動室Ｙ２は、それらの容積が縮小して、気体を圧縮する。吐出行程の雄ロータ側作動室Ｘ３及び雌ロータ側作動室Ｙ３は、吐出口１１Ａから圧縮気体を吐出する。

【0019】

後段圧縮機本体２は、回転軸が平行で互いに噛み合う雄ロータ５Ｂ及び雌ロータ６Ｂ（但し、５Ｂのみ図示）と、雄ロータ５Ｂ及び雌ロータ６Ｂを収納して、それらの歯溝に雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室を形成するケーシング７Ｂとを備える。

【0020】

雄ロータ５Ｂは、吸入側軸受及び吐出側軸受（図示せず）で回転可能に支持され、雌ロータ６Ｂは、吸入側軸受及び吐出側軸受（図示せず）で回転可能に支持されている。雄ロータ５Ｂ及び雌ロータ６Ｂのうちの一方は、第２モータ（図示せず）によって回転し、他方は、雄ロータ５Ｂと雌ロータ６Ｂの噛み合いによって回転する。但し、ギアを用いて、雄ロータ５Ｂと雌ロータ６Ｂを同期回転させてもよい。

【0021】

雄ロータ５Ｂ及び雌ロータ６Ｂの回転に伴い、雄ロータ側作動室及び雌ロータ側作動室は、軸方向の一方側（図１の左側）から他方側（図１の右側）へ移動しつつ、その容積が変化する。これにより、吸入行程、圧縮行程、吐出行程を順次行うようになっている。詳しく説明すると、吸入行程の雄ロータ側作動室Ｘ４及び雌ロータ側作動室（図示せず）は、それらの容積が増加して、吸入口１０Ｂから気体を吸入する。圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ５及び雌ロータ側作動室（図示せず）は、それらの容積が縮小して、気体を圧縮する。吐出行程の雄ロータ側作動室Ｘ６及び雌ロータ側作動室（図示せず）は、吐出口１１Ｂから圧縮気体を吐出する。

【0022】

ここで、本実施形態の特徴の一つとして、二段スクリュー圧縮機の圧力比（詳細には、後段圧縮機本体２の吐出側圧力と前段圧縮機本体１の吸入側圧力との比）の運転値の変化に伴う中間流路３の圧力（以降、中間圧力という）の運転値の変化を考慮するため、中間圧力の設定値が比較的高くなるように、前段圧縮機本体１の容積比が設定されている。これにより、前段圧縮機本体１の圧縮不足を回避するようになっている。以下、その詳細を説明する。

【0023】

中間流路３の圧力損失や気体漏れが無いと仮定し、後段圧縮機本体２の吸気温度が前段圧縮機本体１の吸気温度と同じであると仮定した場合に、動力が最小になるための前段圧縮機本体１の圧力比Ｐｉ／Ｐｓ１は、下記の式（１）で与えられる。Ｐｓ１は前段圧縮機本体１の吸入側圧力、Ｐｉは中間圧力、Ｐｄ２は後段圧縮機本体２の吐出側圧力である。

【0024】

【数1】

【0025】

しかしながら、実際には、中間流路３での冷却不足により、後段圧縮機本体２の吸気温度が前段圧縮機本体１の吸気温度と同じにならない。また、二段スクリュー圧縮機の圧力比の運転値が変化すると、各段圧縮機本体の圧力差（詳細には、吐出側圧力と吸入側圧力との差）も変化し、これに伴って各段圧縮機本体の体積効率が変化する。そして、下記の式（２）で示すように、前段圧縮機本体１の圧力比Ｐｉ／Ｐｓ１は、後段圧縮機本体２の行程容積Ｖｔｈ２と前段圧縮機本体１の行程容積Ｖｔｈ１との比、後段圧縮機本体２の回転数Ｎ２と前段圧縮機本体１の回転数Ｎ１との比、後段圧縮機本体２の体積効率ηｖ２と前段圧縮機本体１の体積効率ηｖ１との比、及び後段圧縮機本体２の吸入側温度Ｔｓ２と前段圧縮機本体１の吸入側温度Ｔｓ１との比で決まる。すなわち、実際の圧力比Ｐｉ／Ｐｓ１は、式（１）を用いて算出された理想値より高くなる。

【0026】

【数2】

【0027】

例えば二段スクリュー圧縮機の圧力比の運転値が８～９の範囲で変化する場合を想定する。式（１）を用いれば、二段スクリュー圧縮機の圧力比Ｐｄ２／Ｐｓ１＝９であるとき、前段圧縮機本体１の圧力比Ｐｉ／Ｐｓ１＝３である（すなわち、前段圧縮機本体１の吸入側圧力Ｐｓ１＝０．１ＭＰａであれば、中間圧力Ｐｉ＝０．３ＭＰａである）。そして、圧力比Ｐｉ／Ｐｓ１＝３（理想値）に対応する前段圧縮機本体１の容積比＝２．２であるものの、実際の圧力比Ｐｉ／Ｐｓ１が理想値より高いため、前段圧縮機本体１の容積比＝２．３となるように設定する。これにより、二段スクリュー圧縮機の圧力比の運転値の変化に伴って中間圧力の運転値が変化しても、前段圧縮機本体１の圧縮行程の作動室の圧力が中間圧力の運転値より高くならない。したがって、圧縮不足な状態とならない。

【0028】

また、例えば二段スクリュー圧縮機の圧力比の運転値が８～１４の範囲で変化する場合を想定する。式（１）を用いれば、二段スクリュー圧縮機の圧力比Ｐｄ２／Ｐｓ１＝１４であるとき、前段圧縮機本体１の圧力比Ｐｉ／Ｐｓ１＝３．７４である（すなわち、前段圧縮機本体１の吸入側圧力Ｐｓ１＝０．１ＭＰａであれば、中間圧力Ｐｉ＝０．３７４ＭＰａである）。そして、圧力比Ｐｉ／Ｐｓ１＝３．７４（理想値）に対応する前段圧縮機本体１の容積比＝２．６であるものの、実際の圧力比Ｐｉ／Ｐｓ１が理想値より高いため、前段圧縮機本体１の容積比＝２．８となるように設定する。これにより、二段スクリュー圧縮機の圧力比の運転値の変化に伴って中間圧力の運転値が変化しても、前段圧縮機本体１の圧縮行程の作動室の圧力が中間圧力の運転値より高くならない。したがって、圧縮不足な状態とならない。前述した考察によれば、前段圧縮機本体１の容積比は、２．３以上２．８以下となる。

【0029】

上述した通り、中間圧力の設定値が比較的高くなるように、前段圧縮機本体１の容積比が設定されている。そして、二段スクリュー圧縮機の圧力比の運転値が比較的低くなり、これに伴って中間圧力の運転値が比較的低くなれば、前段圧縮機本体１が過圧縮（詳細には、圧縮行程の作動室の圧力が中間圧力より高い状態）となる。そのため、本実施形態の他の特徴として、前段圧縮機本体１は、圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ２と中間流路３を連通する前段弁孔１２Ａと、前段弁孔１２Ａに配置された前段リリース弁１３Ａと、圧縮行程の雌ロータ側作動室Ｙ２と中間流路３を連通する前段弁孔１２Ｂと、前段弁孔１２Ｂに配置された前段リリース弁１３Ｂとを備える。

【0030】

図２で示すように、前段弁孔１２Ａは、雄ロータ５Ａの軸方向に対して垂直な方向に延在するように形成されている。同様に、前段弁孔１２Ｂは、雌ロータ６Ａの軸方向に対して垂直な方向に延在するように形成されている。

【0031】

図３で示すように、前段弁孔１２Ａ，１２Ｂの弁座（段差面）は、雄ロータ５Ａの中心と雌ロータ６Ａの中心を結ぶ直線に対して平行な方向に延在するように形成されている。但し、前段弁孔１２Ａ，１２Ｂにおける座面より作動室側の容積を低減するため、前段弁孔１２Ａ，１２Ｂの弁座は、雄ロータ５Ａの中心と雌ロータ６Ａの中心を結ぶ直線に対して傾斜させてもよい。

【0032】

前段リリース弁１３Ａは、前段弁孔１２Ａの弁座に配置された弁体１４Ａと、弁体１４Ａの抑えであるリテーナ１５Ａと、弁体１４Ａ及びリテーナ１５Ａを固定するボルト１６Ａとを有する。そして、圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ２の圧力が中間圧力より低い場合は、弁体１４Ａが変形しないため、前段弁孔１２Ａを遮断状態とする。一方、圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ２の圧力が中間圧力より高い場合は、弁体１４Ａが変形するため、前段弁孔１２Ａを連通状態とする。これにより、圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ２の圧力を中間圧力まで低減することができる。

【0033】

同様に、前段リリース弁１３Ｂは、前段弁孔１２Ｂの弁座に配置された弁体１４Ｂと、弁体１４Ｂの抑えであるリテーナ１５Ｂと、弁体１４Ｂ及びリテーナ１５Ｂを固定するボルト１６Ｂとを有する。そして、圧縮行程の雌ロータ側作動室Ｙ２の圧力が中間圧力より低い場合は、弁体１４Ｂが変形しないため、前段弁孔１２Ｂを遮断状態とする。一方、圧縮行程の雌ロータ側作動室Ｙ２の圧力が中間圧力より高い場合は、弁体１４Ｂが変形するため、前段弁孔１２Ｂを連通状態とする。これにより、圧縮行程の雌ロータ側作動室Ｙ２の圧力を中間圧力まで低減することができる。

【0034】

したがって、本実施形態では、中間圧力の変化に応じて前段圧縮機本体１の圧縮行程の作動室の圧力を調整して、効率を向上させることができる。また、本実施形態では、前段リリース弁１３Ａ，１３Ｂは、前段圧縮機本体１の圧縮行程の作動室の圧力と中間圧力との差圧によって作動する。そのため、オイルフリー式の（詳細には、作動室に油を供給しない）圧縮機に好適である。

【0035】

なお、第１の実施形態において、前段弁孔１２Ａは、雄ロータ５Ａの軸方向に対して垂直な方向に延在するように形成され、前段弁孔１２Ｂは、雌ロータ６Ａの軸方向に対して垂直な方向に延在するように形成された場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば図４で示す変形例のように、前段弁孔１２Ａは、雄ロータ５Ａの歯溝の延在方向に沿って形成され、前段弁孔１２Ｂは、雌ロータ６Ａの歯溝の延在方向に沿って形成されてもよい。この変形例では、第１の実施形態と比べ、隣接する圧縮行程の雄ロータ側作動室が前段弁孔１２Ａを介して連通する時間を低減することができる。また、第１の実施形態と比べ、隣接する圧縮行程の雌ロータ側作動室が前段弁孔１２Ｂを介して連通する時間を低減することができる。したがって、圧縮動作の阻害を抑制することができる。

【0036】

本発明の第２の実施形態を、図５を用いて説明する。なお、本実施形態において、第１の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

【0037】

図５は、本実施形態における二段スクリュー圧縮機の構造を表す鉛直断面図である。

【0038】

本実施形態では、後段圧縮機本体２は、圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ５と吐出流路４を連通する後段弁孔１７Ａと、後段弁孔１７Ａに配置された後段リリース弁１８Ａと、圧縮行程の雌ロータ側作動室と吐出流路４を連通する後段弁孔１７Ｂ（図示せず）と、後段弁孔１７Ｂに配置された後段リリース弁１８Ｂ（図示せず）とを備える。なお、後段弁孔１７Ａ，１７Ｂは、上述した前段弁孔１２Ａ，１２Ｂと同様の構造であるため、その説明を省略する。

【0039】

後段リリース弁１８Ａは、上述した前段リリース弁１３Ａと同様の構造である。すなわち、後段弁孔１７Ａの弁座に配置された弁体と、弁体の抑えであるリテーナと、弁体及びリテーナを固定するボルトとを有する。そして、圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ５の圧力が吐出流路４の圧力より低い場合は、弁体が変形しないため、後段弁孔１７Ａを遮断状態とする。一方、圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ５の圧力が吐出流路４の圧力より高い場合は、弁体が変形するため、後段弁孔１７Ａを連通状態とする。これにより、圧縮行程の雄ロータ側作動室Ｘ５の圧力を吐出流路４の圧力まで低減することができる。

【0040】

同様に、後段リリース弁１８Ｂは、上述した前段リリース弁１３Ｂと同様の構造である。すなわち、後段弁孔１７Ｂの弁座に配置された弁体と、弁体の抑えであるリテーナと、弁体及びリテーナを固定するボルトとを有する。そして、圧縮行程の雌ロータ側作動室の圧力が吐出流路４の圧力より低い場合は、弁体が変形しないため、後段弁孔１７Ｂを遮断状態とする。一方、圧縮行程の雌ロータ側作動室の圧力が吐出流路４の圧力より高い場合は、弁体が変形するため、後段弁孔１７Ｂを連通状態とする。これにより、圧縮行程の雌ロータ側作動室の圧力を吐出流路４の圧力まで低減することができる。

【0041】

したがって、本実施形態では、第１の実施形態と同様の効果に加え、吐出流路４の圧力の変化に応じて後段圧縮機本体２の圧縮行程の作動室の圧力を調整して、効率を向上させるという効果を得ることができる。

【0042】

なお、第１及び第２の実施形態において、各段圧縮機本体は、２つのスクリューロータを備えた場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。例えば、各段圧縮機本体は、１つ又は３つのスクリューロータを備えたものでもよい。

【0043】

また、第１及び第２の実施形態において、本発明の適用対象として二段スクリュー圧縮機を例にとって説明したが、これに限られず、二段スクロール圧縮機であってもよい。このような変形例を、図６又は図７を用いて説明する。なお、本変形例において、第１又は第２の実施形態と同等の部分は同一の符号を付し、適宜、説明を省略する。

【0044】

図６で示す変形例では、前段圧縮機本体１Ａは、渦巻状のラップを有する固定スクロール部材２０Ａと、固定スクロール部材２０Ａのラップと噛み合って作動室を形成する渦巻き状のラップを有する旋回スクロール部材２１Ａと、旋回スクロール部材２１Ａに係合されたクランク軸２２Ａと、固定スクロール部材２０Ａの下側に設けられて旋回スクロール部材２１Ａを収納するケーシング２３Ａと、固定スクロール部材２０Ａの上側（吐出側）に設けられたカバー２４Ａとを備える。

【0045】

旋回スクロール部材２１Ａは、オルダムリング（図示せず）で自転することなく旋回可能に支持され、クランク軸２２Ａは、軸受（図示せず）で回転可能に支持されている。クランク軸２２Ａは、モータ（図示せず）によって回転して、旋回スクロール部材２１Ａを旋回させる。

【0046】

旋回スクロール部材２１Ａの旋回に伴い、作動室は、径方向の外側から内側へ移動しつつ、その容積が変化する。これにより、吸入行程、圧縮行程、吐出行程を順次行うようになっている。詳しく説明すると、吸入行程の作動室は、その容積が増加して、吸入口２５Ａから気体を吸入する。圧縮行程の作動室Ｚ１は、その容積が縮小して、気体を圧縮する。吐出行程の作動室Ｚ２は、吐出口２６Ａから圧縮気体を吐出する。

【0047】

後段圧縮機本体２Ａは、渦巻状のラップを有する固定スクロール部材２０Ｂと、固定スクロール部材２０Ｂのラップと噛み合って作動室を形成する渦巻き状のラップを有する旋回スクロール部材２１Ｂと、旋回スクロール部材２１Ｂに係合されたクランク軸２２Ｂと、固定スクロール部材２０Ｂの下側に設けられて旋回スクロール部材２１Ｂを収納するケーシング２３Ｂと、固定スクロール部材２０Ｂの上側（吐出側）に設けられたカバー２４Ｂとを備える。

【0048】

旋回スクロール部材２１Ｂは、オルダムリング（図示せず）で自転することなく旋回可能に支持され、クランク軸２２Ｂは、軸受（図示せず）で回転可能に支持されている。クランク軸２２Ｂは、モータ（図示せず）によって回転して、旋回スクロール部材２１Ｂを旋回させる。

【0049】

旋回スクロール部材２１Ｂの旋回に伴い、作動室は、径方向の外側から内側へ移動しつつ、その容積が変化する。これにより、吸入行程、圧縮行程、吐出行程を順次行うようになっている。詳しく説明すると、吸入行程の作動室は、その容積が増加して、吸入口２５Ｂから気体を吸入する。圧縮行程の作動室Ｚ３は、その容積が縮小して、気体を圧縮する。吐出行程の作動室Ｚ４は、吐出口２６Ｂから圧縮気体を吐出する。

【0050】

本変形例では、第１及び第２の実施形態と同様、中間圧力の設定値が比較的高くなるように、前段圧縮機本体１Ａの容積比が設定されている。前段圧縮機本体１Ａは、圧縮行程の作動室Ｚ１と中間流路３を連通する前段弁孔１２と、前段弁孔１２に配置された前段リリース弁１３とを備える。そして、圧縮行程の作動室Ｚ１の圧力が中間圧力より低い場合に、前段リリース弁１３は、前段弁孔１２を遮断状態とする。一方、圧縮行程の作動室Ｚ１の圧力が中間圧力より高い場合に、前段リリース弁１３は、前段弁孔１２を連通状態とする。これにより、圧縮行程の作動室Ｚ１の圧力を中間圧力まで低減することができる。したがって、第１及び第２の実施形態と同様、中間圧力の変化に応じて前段圧縮機本体１Ａの圧縮行程の作動室の圧力を調整して、効率を向上させることができる。

【0051】

図７で示す変形例では、第２の実施形態と同様、後段圧縮機本体２Ａは、圧縮行程の作動室Ｚ３と吐出流路４を連通する後段弁孔１７と、後段弁孔１７に配置された後段リリース弁１８とを備える。そして、圧縮行程の作動室Ｚ３の圧力が吐出流路４の圧力より低い場合に、後段リリース弁１８は、後段弁孔１７を遮断状態とする。一方、圧縮行程の作動室Ｚ３の圧力が吐出流路４の圧力より高い場合に、後段リリース弁１８は、後段弁孔１７を連通状態とする。これにより、圧縮行程の作動室Ｚ３の圧力を吐出流路４の圧力まで低減することができる。したがって、第２の実施形態と同様、吐出流路４の圧力の変化に応じて後段圧縮機本体２Ａの圧縮行程の作動室の圧力を調整して、効率を向上させることができる。

【0052】

なお、上述した実施形態及び変形例において、前段リリース弁（又は後段リリース弁）は、圧縮行程の作動室の圧力と中間圧力（又は吐出流路の圧力）との差圧によって変形する弁体を有する場合を例にとって説明したが、これに限られず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で変形が可能である。このような変形例を、図８を用いて説明する。なお、図８においては、代表として前段リリース弁１３を示すものの、他の前段リリース弁又は後段リリース弁であってもよい。

【0053】

本変形例では、前段リリース弁（又は後段リリース弁）は、弁体３０と、弁体３０を作動室側（図８の下側）へ付勢するバネ３１と、弁体３０及びバネ３１の抑えであるリテーナ３２と、リテーナ３２を固定するボルト３４とを有する。そして、圧縮行程の作動室の圧力が中間圧力（又は吐出流路の圧力）とバネ３１の付勢力の総和より低い場合は、弁体３０が作動室側に位置して前段弁孔（又は後段弁孔）を遮断状態とし、圧縮行程の作動室の圧力が中間流路の圧力（又は吐出流路の圧力）とバネ３１の付勢力の総和より高い場合は、弁体３０が中間流路側（又は吐出流路側）に位置して前段弁孔（又は後段弁孔）を連通状態とする。このような変形例においても、上記同様の効果を得ることができる。

【0054】

なお、以上においては、本発明の適用対象として、２つの圧縮機本体を備えた二段圧縮機を例にとって説明したが、これに限られず、３つ以上の圧縮機本体を備えた多段圧縮機でもよい。具体例の一つである三段圧縮機について詳述する。

【0055】

三段圧縮機は、第１段圧縮機本体と、第１段圧縮機本体で圧縮された気体を更に圧縮する第２段圧縮機本体と、第２段圧縮機本体で圧縮された気体を更に圧縮する第３段圧縮機本体と、第１段圧縮機本体の吐出側と第２段圧縮機本体の吸入側を接続する第１中間流路と、第２段圧縮機本体の吐出側と第３段圧縮機本体の吸入側を接続する第２中間流路と、第３段圧縮機本体の吐出側に接続された吐出流路とを備える。

【0056】

そして、第１段圧縮機本体の吐出行程の作動室とは異なる圧縮行程の作動室と第１中間流路を連通する第１段弁孔（前段弁孔）と、第１段弁孔に配置された第１段リリース弁（前段リリース弁）とを設けてもよい。また、第２段圧縮機本体の吐出行程の作動室とは異なる圧縮行程の作動室と第２中間流路を連通する第２段弁孔（前段弁孔）と、第２段弁孔に配置された第２段リリース弁（前段リリース弁）とを設けてもよい。また、第３段圧縮機本体の吐出行程の作動室とは異なる圧縮行程の作動室と吐出流路を連通する第３段弁孔（後段弁孔）と、第３段弁孔に配置された第３段リリース弁（後段リリース弁）とを設けてもよい。

【符号の説明】

【0057】

１，１Ａ…前段圧縮機本体、２，２Ａ…後段圧縮機本体、３…中間流路、４…吐出流路、５Ａ，５Ｂ…雄ロータ（スクリューロータ）、６Ａ，６Ｂ…雌ロータ（スクリューロータ）、７Ａ，７Ｂ…ケーシング、１２，１２Ａ，１２Ｂ…前段弁孔、１３，１３Ａ，１３Ｂ…前段リリース弁、１７，１７Ａ，１７Ｂ…後段弁孔、１８，１８Ａ，１８Ｂ…後段リリース弁

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】