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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2025-01-16
(54)【発明の名称】スクリュー容量制御用スパイラルバルブ
(51)【国際特許分類】
F04C 18/16 20060101AFI20250108BHJP
【ＦＩ】
F04C18/16 P
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024514587
(86)(22)【出願日】2021-07-22
(85)【翻訳文提出日】2024-03-05
(86)【国際出願番号】 US2021042825
(87)【国際公開番号】W WO2023003559
(87)【国際公開日】2023-01-26
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】507189747
【氏名又は名称】ヒタチグローバルエアパワー ユーエス，エルエルシー
(74)【代理人】
【識別番号】110002365
【氏名又は名称】弁理士法人サンネクスト国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】バットドルフ，ジョナサン ディー
(72)【発明者】
【氏名】藤元 英樹
(72)【発明者】
【氏名】ヴァインカウフ， ドン
(72)【発明者】
【氏名】ヴォーン， クリスチャン
(57)【要約】
スパイラルバルブと、圧縮機ハウジングおよびスパイラルバルブを有するスクリュー圧縮機と、が提供される。このスパイラルバルブは、電気モータと、電気モータに対して機械的に結合され、電気モータからトルクを伝達するギアボックスと、を有するアクチュエータモジュールと、ギアボックスに結合され、電気モータから伝達されたトルクに応答して回転するスパイラルバルブ本体と、を備える。スパイラルバルブ本体は、圧縮機ハウジングに形成されている複数のバイパスポートのうちの１つまたは複数を回転位置に基づいて開閉するように配置されている第１のシャッターと、圧縮機ハウジングに形成されている圧縮機入口搬送ダクトを回転位置に基づいて漸次的に開閉するように配置されている第２のシャッターと、第１および第２のシャッター間に形成されている間隙と、を有する。
【選択図】図３
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮機ハウジングを有するスクリュー圧縮機用のスパイラルバルブであって、前記圧縮機ハウジングの外部に隣り合って配設されているアクチュエータモジュールであり、
電気モータと、
前記電気モータに対して機械的に結合され、前記電気モータからトルクを伝達するギアボックスと、
を備える、アクチュエータモジュールと、
前記ギアボックスに結合され、前記電気モータから伝達された前記トルクに応答して回転するスパイラルバルブ本体であり、
前記圧縮機ハウジングに形成されている複数のバイパスポートのうちの１つまたは複数を回転位置に基づいて開閉するように配置されている第１のシャッターを規定する第１のシェルエリアと、
前記圧縮機ハウジングに形成されている圧縮機入口搬送ダクトを回転位置に基づいて漸次的に開閉するように配置されている第２のシャッターを規定する第２のシェルエリアと、
前記第１のシェルエリアと前記第２のシェルエリアとの間に形成されている間隙と、
を備える、スパイラルバルブ本体と
を備え、
前記スクリュー圧縮機の圧縮長が、前記複数のバイパスポートの開閉を制御することにより制御され得る、スパイラルバルブ。
【請求項2】
前記間隙に隣り合う前記第１のシェルエリアの縁部が、前記スパイラルバルブ本体の軸に対して角度付けられ、前記第１のシャッターにテーパ形状を付与している、請求項１に記載のスパイラルバルブ。
【請求項3】
前記間隙に隣り合う前記第２のシェルエリアの縁部が、前記スパイラルバルブ本体の軸に対して直交し、前記第２のシャッターに矩形状を付与している、請求項１に記載のスパイラルバルブ。
【請求項4】
前記スパイラルバルブ本体が、当該スパイラルバルブ本体の内部を通る流体連通を可能にする中空の部分的円筒状シェルを有する、請求項１に記載のスパイラルバルブ。
【請求項5】
前記第１のシャッターを規定する前記第１のシェルエリアが、前記第２のシャッターを規定する前記第２のシェルエリアとは独立に回転するように構成されている、請求項１に記載のスパイラルバルブ。
【請求項6】
スクリュー圧縮機であって、圧縮チャンバを規定する圧縮機ハウジングと、
前記圧縮チャンバ内に配設されている雌型圧縮スクリューと、
前記圧縮チャンバ内に配設され、前記雌型圧縮スクリューと適合する雄型圧縮スクリューと、
前記圧縮機ハウジング中に形成され、前記圧縮機ハウジングを通る流体連通を提供する複数のバイパスポートと、
前記圧縮機ハウジング中に形成され、圧縮機入口との流体連通を可能にする圧縮機入口搬送ダクトと、
前記圧縮機ハウジングの外部に隣り合って配設されているアクチュエータモジュールであり、
電気モータと、
前記電気モータに対して機械的に結合され、前記電気モータからトルクを伝達するギアボックスと、
を備える、アクチュエータモジュールと、
前記ギアボックスに結合され、前記電気モータから伝達された前記トルクに応答して回転するスパイラルバルブ本体であり、
前記圧縮機ハウジングに形成されている前記複数のバイパスポートを回転位置に基づいて開閉するように配置されている第１のシャッターを規定する第１のシェルエリアと、
前記圧縮機ハウジングに形成されている前記圧縮機入口搬送ダクトを回転位置に基づいて漸次的に開閉するように配置されている第２のシャッターを規定する第２のシェルエリアと、
前記第１のシェルエリアと前記第２のシェルエリアとの間に形成されている間隙と、
を備える、スパイラルバルブ本体と、
を備えるスパイラルバルブと
を備え、
当該スクリュー圧縮機の圧縮長が、前記複数のバイパスポートの開閉を制御することにより制御され得る、スクリュー圧縮機。
【請求項7】
前記間隙に隣り合う前記第１のシェルエリアの縁部が、前記スパイラルバルブ本体の軸に対して角度付けられ、前記第１のシャッターにテーパ形状を付与している、請求項６に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項8】
前記間隙に隣り合う前記第２のシェルエリアの縁部が、前記スパイラルバルブ本体の軸に対して直交し、前記第２のシャッターに矩形状を付与している、請求項６に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項9】
前記スパイラルバルブ本体が、当該スパイラルバルブ本体の内部を通る流体連通を可能にする中空の部分的円筒状シェルを有する、請求項６に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項10】
前記第１のシャッターを規定する前記第１のシェルエリアが、前記第２のシャッターを規定する前記第２のシェルエリアとは独立に回転するように構成されている、請求項６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、スパイラルバルブ、特に、電子制御用に構成されているスパイラルバルブに関する。
【背景技術】
【0002】
従来技術においては、スクリューガス圧縮機が知られていると考えられる。従来技術においては、スクリュー圧縮機が圧縮機ハウジングを含み、モータ（たとえば、永久磁石ロータ／ステータモータ）の使用によって、２つの圧縮スクリューの一方（たとえば、第１の圧縮スクリュー）を駆動し得る。２つの圧縮スクリューのうち、第２の圧縮スクリューは、モータにより駆動される圧縮スクリューに対して機械的に結合され得る。したがって、第２の圧縮スクリューは、第１の圧縮スクリューにより駆動され得る。従来技術においては、ガスが入口を通じて圧縮機に引き込まれ、２つの圧縮スクリューが回動するとそれらの間で圧縮され、ガス入口および圧縮スクリューの下流にある出口を通じて出力され得る。
【0003】
いくつかの従来技術においては、ガスがハウジングから出ることで圧縮スクリューの長さに沿った過加圧または過圧縮を制御または防止し得るように、１つまたは複数のバイパスポートまたはバルブ開口が圧縮機ハウジングまたはロータカウリングに形成される場合がある。従来技術において、１つまたは複数のバイパスポートまたはバルブ開口は、当該バイパスポートから脱離して当該バイパスポートのうちの１つまたは複数がバイパスチャンバと連通し得るようにする点まで回転するシャッターによって、当該バイパスポートまたはバルブ開口の開閉を制御するスパイラルバルブに隣り合って配置され得る。
【0004】
ただし、いくつかの従来技術において、スパイラルバルブ容量制御機構が備わるスクリュー空気圧縮機の断熱効率は、ロータハウジングおよびスパイラルバルブシャッター周辺から漏れ出すガスの量だけ低下する可能性がある。この効率低下は、システムの容量に寄与しない仕事損失圧縮ガスに起因し、スパイラルバルブシャッターの周りに漏れる高温ガスおよびオイルが入口に入って、入口ガスの予熱に寄与する。
【0005】
従来技術においては、シャッター漏れを抑えるため、多くの設計トレードオフが生じる可能性がある。これらのうちのいくつかでは、シャッターの重なりが増え、バルブサイズが大きくなり、ロータハウジングウィンドウ面積が小さくなり、スパイラルバルブとロータハウジングとの間の隙間が小さくなり、シャッターがより急激に開放する設計となる。これらはコストの増加または機能の低下のいずれかとなる。
【発明の概要】
【0006】
本開示の態様は、圧縮機ハウジングを有するスクリュー圧縮機用のスパイラルバルブを含んでいてもよい。このスパイラルバルブは、圧縮機ハウジングの外部に隣り合って配設されているアクチュエータモジュールを備えていてもよい。アクチュエータモジュールは、電気モータと、電気モータに対して機械的に結合され、電気モータからトルクを伝達するギアボックスと、ギアボックスに結合され、電気モータから伝達されたトルクに応答して回転するスパイラルバルブ本体と、を備えていてもよい。スパイラルバルブ本体は、圧縮機ハウジングに形成されている複数のバイパスポートのうちの１つまたは複数を回転位置に基づいて開閉するように配置されている第１のシャッターを規定する第１のシェルエリアと、圧縮機ハウジングに形成されている圧縮機入口搬送ダクトを回転位置に基づいて漸次的に開閉するように配置されている第２のシャッターを規定する第２のシェルエリアと、第１のシェルエリアと第２のシェルエリアとの間に形成されている間隙と、を備えていてもよく、スクリュー圧縮機の圧縮長が、複数のバイパスポートの開閉を制御することにより制御され得る。
【0007】
本開示の他の態様は、圧縮チャンバを規定する圧縮機ハウジングと、圧縮チャンバ内に配設されている雌型圧縮スクリューと、圧縮チャンバ内に配設され、雌型圧縮スクリューと適合する雄型圧縮スクリューと、圧縮機ハウジング中に形成され、圧縮機ハウジングを通る流体連通を提供する複数のバイパスポートと、圧縮機ハウジング中に形成され、圧縮機入口との流体連通を可能にする圧縮機入口搬送ダクトと、スパイラルバルブと、を有するスクリュー圧縮機を含んでいてもよい。スパイラルバルブは、圧縮機ハウジングの外部に隣り合って配設されているアクチュエータモジュールと、ギアボックスに結合され、電気モータから伝達されたトルクに応答して回転するスパイラルバルブ本体と、を備えていてもよい。アクチュエータモジュールは、電気モータと、電気モータに対して機械的に結合され、電気モータからトルクを伝達するギアボックスと、を備えていてもよい。スパイラルバルブ本体は、圧縮機ハウジングに形成されている複数のバイパスポートを回転位置に基づいて開閉するように配置されている第１のシャッターを規定する第１のシェルエリアと、圧縮機ハウジングに形成されている圧縮機入口搬送ダクトを回転位置に基づいて漸次的に開閉するように配置されている第２のシャッターを規定する第２のシェルエリアと、第１のシェルエリアと第２のシェルエリアとの間に形成されている間隙と、を備えていてもよく、スクリュー圧縮機の圧縮長が、複数のバイパスポートの開閉を制御することにより制御され得る。
【0008】
本開示の付加的な態様では、間隙に隣り合う第１のシェルエリアの縁部が、スパイラルバルブ本体の軸に対して角度付けられ、第１のシャッターにテーパ形状を付与していてもよい。
【0009】
本開示の付加的な態様では、間隙に隣り合う第２のシェルエリアの縁部が、スパイラルバルブ本体の軸に対して直交し、第２のシャッターに矩形状を付与していてもよい。
【0010】
本開示の付加的な態様では、スパイラルバルブ本体が、当該スパイラルバルブ本体の内部を通る流体連通を可能にする中空の部分的円筒状シェルを有していてもよい。
【0011】
本開示の付加的な態様では、第１のシャッターを規定する第１のシェルエリアが、第２のシャッターを規定する第２のシェルエリアとは独立に回転するように構成されていてもよい。
【図面の簡単な説明】
【0012】
以下、図面を参照して、本開示のさまざまな特徴を実現する一般的な構成を説明する。図面および関連する記述は、本開示の例示的な実施態様を説明するために与えるものであって、本開示の範囲を限定するものではない。図面の全体を通して、参照要素間の対応関係を示すため、参照番号を再利用する。
【図1】本開示の例示的な実施態様に係る、スパイラルバルブ構造を有するスクリュー圧縮機の斜視図である。
【図3】シャッターバルブが一連の回転位置へと回転したスパイラルバルブ構造の断面図である。
【図4】シャッターバルブが一連の回転位置へと回転したスパイラルバルブ構造の断面図である。
【図5】シャッターバルブが一連の回転位置へと回転したスパイラルバルブ構造の断面図である。
【図6】シャッターバルブが一連の回転位置へと回転したスパイラルバルブ構造の断面図である。
【図7】シャッターバルブが一連の回転位置へと回転したスパイラルバルブ構造の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【0013】
以下の詳細な説明は、本開示の図面および例示的な実施態様のさらに詳細を提供する。明瞭化のため、図面間で重複する要素の参照番号および説明については省略する。本明細書の全体を通して使用する用語は、例として提供するものであり、何ら限定を意図するものではない。たとえば、用語「自動（ａｕｔｏｍａｔｉｃ）」の使用には、本開示の実施態様を実施する当業者の所望の実施態様に応じて、完全自動の実施態様または実施態様の特定の態様に対するユーザまたはオペレータの制御を伴う半自動の実施態様を含み得る。さらに、「第１（ｆｉｒｓｔ）」、「第２（ｓｅｃｏｎｄ）」、「第３（ｔｈｉｒｄ）」等の一連の用語は、単に表示を目的として明細書および特許請求の範囲で使用することができ、記載された順序で発生する記載された動作または項目に言及ことに限定されないものとする。動作または項目は、本開示の範囲から逸脱することなく、異なる順序に並べることも可能であるし、並列または動的に実行することも可能である。
【0014】
上述の通り、従来技術のスクリュー圧縮機は、１つまたは複数のバイパスポートまたはバルブ開口であって、当該バイパスポートから脱離して当該バイパスポートのうちの１つまたは複数がバイパスチャンバと連通し得るようにする点まで回転するシャッターを使用することによって、当該バイパスポートまたはバルブ開口の開閉を制御するスパイラルバルブに隣り合って配置されている、１つまたは複数のバイパスポートまたはバルブ開口を備える場合がある。ただし、これらの従来技術のシステムにおいては、システムの容量に寄与しない仕事損失圧縮ガスと、スパイラルバルブシャッターの周りに漏れ、入口に入って入口ガスの予熱に寄与する高温ガスおよびオイルと、に起因して、ロータハウジングおよびスパイラルバルブシャッター周辺から漏れ出すガスの量だけ断熱効率が低下し得る。
【0015】
これらの問題に対処するため、本開示の例示的な実施態様では、第２のシャッターをスパイラルバルブに追加するようにしてもよい。第２のシャッターは、通常は入口へと直進するガスをバイパスチャンバにトラップする。第２のシャッターは、より効果的な封止のための形状を使用可能なエリアに設けられていてもよい。本開示の例示的な実施態様において、第２のシャッターは、ロータの角度付き形状により制限されないエリアに設けられていてもよい。
【0016】
例示的な実施態様において、このトラップ機能によれば、従来技術の設計トレードオフを最小限に抑えることが可能となり得る。さらに例示的な実施態様においては、第２のシャッターを組み込むため、スパイラルバルブの長さを大きくすることが必要となり得る一方、バルブの直径、シャッターの重なり、シャッターの開口率については大きくする必要がない。これにより、スパイラルバルブの外径とロータハウジングのスパイラルバルブボアとの間の隙間を小さくする必要が薄れる可能性がある。例示的な実施態様においては、この構成により、ウィンドウ面積を新たに小さくする必要も薄れる可能性がある。
【0017】
図１は、本開示の例示的な実施態様に係る、スパイラルバルブ構造を有するスクリュー圧縮機１００の斜視図である。図示のように、スクリュー圧縮機１００は、圧縮機内側構造を囲み、圧縮チャンバ３（図１には示さず、図２Ｂに示す）を構成する圧縮機ハウジング１０を具備する。ハウジング１０は、スクリュー圧縮機１００を支持するとともにフロア等の支持プラットフォームへのスクリュー圧縮機１００の固定を可能にする１つまたは複数の取り付けブラケットまたは足部２を具備していてもよい。たとえば、足部２は、可搬式支持プラットフォームまたはトレーラへのスクリュー圧縮機１００の取り付けを可能にし得る。また、ハウジング１０は、主ガス流吸気口または圧縮機入口２６と、主ガス流排気口２８と、を規定する。矢印は、スクリュー圧縮機１００を通るガス流を示すためのものである。また、圧縮機ハウジング１０は、（図２Ｂに示す）圧縮機内側構造から圧縮機１００を囲むエリアまでの駆動軸１５の通過を可能にし得る。
【0018】
駆動軸１５は、モータまたはエンジンに対する機械的結合によってスクリュー圧縮機１００を駆動するのに用いられるようになっていてもよい。スクリュー圧縮機１００は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等のＩＣエンジン、または当業者には明らかと考えられるその他任意の種類のエンジンにより駆動されるようになっていてもよい。また、スクリュー圧縮機１００は、電気モータまたは当業者には明らかと考えられる回転動力を供給する任意の種類の機械により駆動されるようになっていてもよい。
【0019】
さらに、圧縮機ハウジング１０の外部にはアクチュエータモジュール５が配設されるとともに取り付けられ、圧縮機ハウジング１０内に配置されている（図２Ｂおよび図３～図７に示す）スパイラルバルブ３００を制御するようにしてもよい。後述の通り、アクチュエータモジュール５は、スパイラルバルブに結合されているギアボックスに結合された電気モータを具備していてもよく、スパイラルバルブは、電気モータにより生成され、ギアボックスにより伝達されたトルクに応答して回転する。また、アクチュエータモジュール５は、自動、ユーザ入力に部分的に基づく半自動、またはユーザ入力に完全に基づく手動にて当該アクチュエータモジュール５を制御するオンボード制御ロジックを含み得る統合プロセッサコンポーネントを具備していてもよい。
【0020】
図２Ａは、図１のスパイラルバルブ構造を有するスクリュー圧縮機１００の部分端面図である。図２Ｂは、図２Ａの線ＩＩｂ－ＩＩｂ’に沿う断面図である。圧縮機ハウジング１０は、ユニットが組み立てられて機能する際に、ツインスクリューガス圧縮機１００のスクリュー７および９がそれぞれ配設される２つの隣接ボア６および８を規定する圧縮チャンバ３を構成する。一方のスクリュー９（駆動スクリューとしても知られる）がシャフト１５に対して機械的に結合されている。また、シャフト１５には、スクリューガス圧縮機を駆動するモータまたはエンジンが結合されている。他方のスクリュー７（被駆動スクリューとしても知られる）は、駆動スクリュー９により駆動される。両スクリュー７、９はそれぞれ、ころ軸受等の軸受群（本明細書においては図示せず）または当業者には明らかと考えられるその他任意の種類の軸受もしくはブッシュにより支持されていてもよい。
【0021】
さらに、いくつかの例示的な実施態様においては、スクリューの一方が雌型ローブ構成を有し、スクリューの他方が雄型ローブ構成を有していてもよい。言い換えると、スクリューの一方が雌型圧縮スクリューであってもよく、他方のスクリューが雌型圧縮スクリューと適合する雄型圧縮スクリューであってもよい。たとえば、駆動スクリュー９が雄型圧縮スクリューであってもよく、被駆動スクリュー７が雌型圧縮スクリューであってもよい。当業者には明らかと考えられるように、本開示の例示的な実施態様はこの構成に限定されず、いくつかの例示的な実施態様が代替構成を有していてもよい（たとえば、駆動スクリュー９が雌型圧縮スクリューであってもよく、被駆動スクリュー７が雄型圧縮スクリューであってもよい）。
【0022】
また、各ボア６および８は、軸２４に沿って回転可能なスパイラルバルブ本体２０を含むバイパスチャンバ２２と流体連通する１つまたは複数のバイパスポート１２を備える。バイパスポート１２と関連付けられている各ボア６、８の長さをバイパスウィンドウ２４５と称する場合もある。バイパスチャンバ２２は、圧縮機入口搬送ダクト２００を介して、圧縮機入口戻りチャンバ２０５と連通していてもよい。バイパスチャンバ２２に入った空気は、圧縮機入口戻りチャンバ２０５を通じて、圧縮機入口２６まで選択的に戻されるようになっていてもよい。
【0023】
以下の図３～図７に示すように、スパイラルバルブ本体２０は、当該スパイラルバルブ本体２０の回転位置に応じてバイパスポート１２のブロック（閉鎖）または開放を選択的に行う第１のシャッター３３５を具備する。バイパスポート１２のうちの１つまたは複数がバイパスチャンバ２２と流体連通し得るようになる点までスパイラルバルブ本体２０が回動すると、圧縮チャンバ３の長さが小さくなるため、圧縮チャンバの有効圧縮容積が小さくなり得る。また、スパイラルバルブ本体２０は、圧縮機入口搬送ダクト２００の漸次的なブロック（閉鎖）または開放によってバイパスチャンバ２２からの空気の流出を可能にする第２のシャッター３４０を具備する。
【0024】
スパイラルバルブ本体２０は、当該スパイラルバルブ本体２０の第１のシャッター３３５の回転および位置を制御するアクチュエータモジュール５に結合されている。図示のように、アクチュエータモジュール５は、ギアボックス３３０に対して機械的に結合されているモータ３２５を具備する。ギアボックス３３０は、モータ３２５をスパイラルバルブ本体２０に対して機械的に結合する。このため、モータからのトルクがギアボックス３３０によって、スパイラルバルブ本体２０の第１のシャッター３３５に伝達され、これにより第１のシャッター３３５が回転し得る。モータ３２５は、スパイラルバルブの回転速度および回転位置の正確な制御を提供する電気アクチュエータモータまたはステッピングモータであってもよい。
【0025】
アクチュエータモジュール５は、圧縮機ハウジング１０に取り付けられ、圧縮機ハウジング１０内に配置されているスパイラルバルブ構造を制御するようになっていてもよい。また、アクチュエータモジュール５は、自動、ユーザ入力に部分的に基づく半自動、またはユーザ入力に完全に基づく手動にてモータ３２５のモジュールを制御するオンボード制御ロジックを含み得る統合プロセッサコンポーネントを具備していてもよい。
【0026】
スパイラルバルブ本体２０は、その軸２４に沿って、（バイパスポート１２がすべて開放される）完全開放位置から（バイパスポートがすべて閉鎖される）完全閉鎖位置および両者間のすべての点まで回転（または、作動）し得る。
【0027】
いくつかの例示的な実施態様において、隣り合うバイパスポート１２間の間隔または距離（たとえば、第１のバイパスポートと第１のバイパスポートに隣り合う第２のバイパスポートとの間の間隔）は、圧縮機ハウジング１０の製造と関連付けられている製造公差に基づいて許可される最小間隔の２０％以内（たとえば、製造公差の１２０％未満かつ製造公差の１００％以上）であってもよい。たとえば、圧縮機ハウジング１０が鋳造プロセスにより形成される場合、鋳造公差としては、溶融金属が鋳型において適正に流れるように、バイパスポートの最小間隔が少なくとも５ｍｍであることが必要となり得る。鋳造公差が５ｍｍの場合、隣り合うバイパスポート間の間隔は、６ｍｍ（５ｍｍの鋳造公差＋２０％）未満かつ５ｍｍ（鋳造公差）以上であってもよい。また、異なる製造公差によって、異なるバイパスポート間隔パラメータが規定されていてもよい。
【0028】
いくつかの例示的な実施態様において、スクリュー圧縮機１００の圧縮スクリュー７、９と関連付けられているバイパスウィンドウ２４５の第１のバイパスポート１２の前縁は、圧縮スクリュー７、９の第１のローブの頂点（最大直径）またはその前方（入口側）に配置されていてもよい。さらに、いくつかの例示的な実施態様において、バイパスウィンドウ２４５の最後のバイパスポート１２の後縁は、最も低い所望の圧縮容積が生成される位置に配置されている圧縮スクリュー７、９のローブの頂点（最大直径）の位置に配置されていてもよい。言い換えると、ローブとチャンバ出口端２４０との間の容積は、スクリュー圧縮機１００のボア６の最も低い所望の圧縮容積と関連付けられていてもよい。このため、いくつかの例示的な実施態様において、最後のバイパスポート１２は、ローブの頂点に隣り合って配置されていてもよい。
【0029】
図３～図７は、スパイラルバルブ本体２０が一連の回転位置へと回転したスパイラルバルブ３００の断面図である。図示のように、バイパスチャンバ２２は、大略円筒状のシェルを有し、圧縮チャンバ３に隣り合う位置から圧縮機入口戻りチャンバ２０５に隣り合う位置まで延びている。スパイラルバルブ本体２０は、大略円筒状のバイパスチャンバ２２に挿入されていてもよく、また、円筒状バイパスチャンバ２２の内面３４５に密着して、当該スパイラルバルブ本体の内部を通る流体連通を可能にする中空の部分的円筒状シェルを有していてもよい。
【0030】
いくつかの例示的な実施態様において、スパイラルバルブ本体２０の部分的円筒状シェルは、少なくとも２つのシェルエリア３５０ａ、３５０ｂまたはタブを構成していてもよく、各シェルエリアは、スパイラルバルブ本体５の第１のシャッター３３５および第２のシャッター３４０の一方として機能する。シェルエリア３５０ｂ（第２のシャッター３４０）とシェルエリア３５０ａ（第１のシャッター３３５）との間には間隙３５５が形成され、第１のシャッター３３５および第２のシャッター３４０を分離していてもよい。いくつかの例示的な実施態様において、間隙３５５に隣り合うシェルエリア３５０ｂ（第２のシャッター３４０）の縁部３６０は、第２のシャッター３４０が実質的に矩形状を有するように、スパイラルバルブ本体２０の軸２４と実質的に直交していてもよい。さらに、間隙３５５に隣り合うシェルエリア３５０ａ（第１のシャッター３３５）の縁部３６５は、スパイラルバルブ本体２０の軸２４に対して角度付けられ、第１のシャッターにテーパ形状を付与していてもよい。
【0031】
スパイラルバルブ本体２０がギアボックス３３０によりアクチュエータモジュール５に対して機械的に結合されているため、アクチュエータモジュール５のモータ３２５は、スパイラルバルブ本体２０を選択的に回転させ、第１のシャッター３３５を徐々に開放してバイパスポート１２を順次露出させることによりバイパスウィンドウ２４５のサイズを漸次的に大きくするとともに、第２のシャッターを少しずつ開放して圧縮機入口搬送ダクト２００を徐々に開放することができる。いくつかの例示的な実施態様においては、第１のシャッター３３５および第２のシャッター３４０が一体的に回転することにより、第１のシャッター３３５と第２のシャッター３４０との間の相対回転が防止されるようになっていてもよい。
【0032】
他の例示的な実施態様において、アクチュエータモジュール５は、第１のシャッター３３５および第２のシャッター３４０を互いに独立に回転させるようにしてもよい。たとえば、スパイラルバルブ本体２０では、第１のシェルエリア３５０ａが第２のシェルエリア３５０ｂに対して回転可能に構成されていてもよく、ギアボックス３３０は、モータ３２５からの入力回転に基づいて、第１のシェルエリア３５０ａおよび第２のシェルエリア３５０ｂを異なる増分で回転させるように構成されていてもよい。あるいは、アクチュエータモジュールは、２つのモータ３２５を使用することにより、第１のシェルエリア３５０ａおよび第２のシェルエリア３５０ｂを独立して回転させるようにしてもよい。
【0033】
図３においては、第１のシャッター３３５がバイパスポート１２をすべて閉鎖し、第２のシャッター３４０が圧縮機入口搬送ダクト２００を完全に覆う完全閉鎖位置のスパイラルバルブ本体２０を示している。この構成において、バイパスチャンバ２２は、圧縮チャンバ３とも連通しなければ、圧縮機入口戻りチャンバ２０５とも連通しない。バイパスポートがすべて閉鎖されている状態で、圧縮チャンバ３の有効圧縮長は、圧縮チャンバ３の全長により規定される。
【0034】
図４においては、第１のシャッター３３５が１つまたは２つのバイパスポート１２のみを露出させて小さなバイパスウィンドウ２４５を形成する第１の段階の部分的開放位置のスパイラルバルブ本体２０を示している。さらに、第２のシャッター３４０は、圧縮機入口搬送ダクト２００を部分的に露出させる。この構成において、バイパスチャンバ２２は、第１の１つまたは２つのバイパスポート１２を通じて、圧縮チャンバ３のみと連通可能である。さらに、バイパスチャンバ２２は、圧縮機入口搬送ダクト２００の最外部を通じて、圧縮機入口戻りチャンバ２０５と連通可能である。
【0035】
少なくとも１つのバイパスポートが開放されている状態で、圧縮チャンバ３の有効圧縮長は、圧縮チャンバ出口端２４０に最も近い開放バイパスポートと圧縮チャンバ出口端２４０自体との間の距離により規定される。このため、図４の構成においては、圧縮チャンバ３の有効圧縮長が図３の構成から小さくなっている。
【0036】
図５においては、第１のシャッター３３５が３つ以上のバイパスポート１２を露出させてより大きなバイパスウィンドウ２４５を形成する第２の段階の部分的開放位置のスパイラルバルブ本体２０を示している。さらに、第２のシャッター３４０は、圧縮機入口搬送ダクト２００をより多く露出させる。この構成において、バイパスチャンバ２２は、少なくとも第１の３つのバイパスポート１２を通じて、圧縮チャンバ３と連通可能である。さらに、バイパスチャンバ２２は、圧縮機入口搬送ダクト２００の略半分を通じて、圧縮機入口戻りチャンバ２０５と連通可能である。
【0037】
複数のバイパスポートが開放されている状態で、圧縮チャンバ３の有効圧縮長は、圧縮チャンバ出口端２４０に最も近い最後の開放バイパスポートと圧縮チャンバ出口端２４０自体との間の距離により規定される。このため、図５の構成においては、圧縮チャンバ３の有効圧縮長が図４の構成から小さくなっている。
【0038】
図６においては、第１のシャッター３３５が少なくとも４つのバイパスポート１２を露出させてさらに大きなバイパスウィンドウ２４５を形成する第３の段階または略完全開放位置のスパイラルバルブ本体２０を示している。さらに、第２のシャッター３４０は、圧縮機入口搬送ダクト２００のほとんどをさらに露出させるものの、圧縮機入口搬送ダクト２００の一部を依然としてブロックしている。この構成において、バイパスチャンバ２２は、略すべてのバイパスポート１２を通じて、圧縮チャンバ３と連通可能である。さらに、バイパスチャンバ２２は、圧縮機入口搬送ダクト２００のほとんどを通じて圧縮機入口戻りチャンバ２０５と連通可能であるものの、圧縮機入口搬送ダクト２００の一部だけがわずかにブロックされている。
【0039】
バイパスポートの略すべてが開放されている状態で、圧縮チャンバ３の有効圧縮長は、圧縮チャンバ出口端２４０に最も近い最後の開放バイパスポートと圧縮チャンバ出口端２４０自体との間の距離により規定される。このため、図６の構成においては、圧縮チャンバ３の有効圧縮長が図５の構成から小さくなっている。
【0040】
図７においては、第１のシャッター３３５がバイパスポート１２をすべて露出させて考え得る最も大きなバイパスウィンドウ２４５を形成する第４の段階または完全開放位置のスパイラルバルブ本体２０を示している。さらに、第２のシャッター３４０は、圧縮機入口搬送ダクト２００全体を露出させる。この構成において、バイパスチャンバ２２は、すべてのバイパスポート１２を通じて、圧縮チャンバ３と連通可能である。さらに、バイパスチャンバ２２は、圧縮機入口搬送ダクト２００全体を通じて、圧縮機入口戻りチャンバ２０５と連通可能である。
【0041】
バイパスポートがすべて開放されている状態で、圧縮チャンバ３の有効圧縮長は、圧縮チャンバ３における最後の開放バイパスポートと圧縮チャンバ出口端２４０自体との間の距離により規定される。このため、図７の構成においては、圧縮チャンバ３の有効圧縮長が圧縮チャンバ３の最小圧縮長まで小さくなっている。
【0042】
このように有効圧縮容積が小さくなると、トルクが低下し、動力が節約され、効率が高くなるとともに、スクリュー圧縮機１００の構成部品の寿命が長くなる。
【0043】
本発明は、種々改良および代替形態の影響を受けやすいが、その特定の実施形態を一例として図面に示しており、本明細書において詳しく説明している。ただし、特定の実施形態に関する本明細書の説明は、本発明を開示の特定の形態に制限する意図ではないことが了解されるものとする。さらに、例示的な実施態様は、工業用の場所にも固定的な場所にも限定されない。車両、トレーラ等の可搬式構造にスクリュー圧縮機１００を搭載することによって、可搬式構成が実現され得る。
【0044】
以上の詳細な説明では、略図、模式図、および例を使用して、機器および／またはプロセスの例示的な種々実施態様を示した。このような略図、模式図、および例が１つまたは複数の機能および／または動作を含む限り、さまざまな構造によって、このような略図または例における各機能および／または動作を個別的および／または集合的に実現することができる。特定の例示的な実施態様を説明したが、これらの実施態様は、一例として提示しているに過ぎず、保護の範囲を制限する意図ではない。実際、本明細書に記載の新規方法および装置は、多様な他の形態にて具現化されていてもよい。さらに、保護の思想から逸脱することなく、本明細書に記載の機器およびシステムの形態をさまざまに省略、置換、および変更可能である。添付の特許請求の範囲およびそれぞれの同等物は、保護の範囲および思想に含まれるような形態または改良を網羅することが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【国際調査報告】