知財求人 - 知財ポータルサイト「IP Force」
(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】2025-01-24
(54)【発明の名称】スクリュー圧縮機用の可変容量バイパス弁
(51)【国際特許分類】
F04C 18/16 20060101AFI20250117BHJP
F04C 28/26 20060101ALI20250117BHJP
F04C 29/00 20060101ALI20250117BHJP
【ＦＩ】
F04C18/16 P
F04C28/26 B
F04C29/00 B
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2024541836
(86)(22)【出願日】2022-01-20
(85)【翻訳文提出日】2024-07-11
(86)【国際出願番号】 US2022013169
(87)【国際公開番号】W WO2023140851
(87)【国際公開日】2023-07-27
(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】ノーブル， エドワード
【テーマコード（参考）】
3H129
【Ｆターム（参考）】
3H129AA03
3H129AA17
3H129AB05
3H129BB32
3H129CC09
3H129CC13
3H129CC23
(57)【要約】
スクリュー圧縮機およびスクリュー圧縮機用の可変容量バイパス弁が提供される。可変容量バイパス弁は、圧縮室の圧縮室出口端の上流で圧縮機ハウジングのロータボア排出面内に形成されたボアと、ボアキャビティを塞ぐようにボアに挿入されたスライド弁部材であって、弁部材は、スクリュー圧縮機の動作時に圧縮機スクリューのねじ山と相互作用するように構成されたシール面を有する、スライド弁部材と、弁部材に連結されたアクチュエータ構造部であって、圧縮された流体を圧縮室の流体入口に戻すように構成されたバイパス室と圧縮室とを連通可能に連結する流体経路を開くために、ボアに沿って半径方向に弁部材を移動させるように配向された、アクチュエータ構造部と、を含む。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
圧縮室を画定する圧縮機ハウジングを有するスクリュー圧縮機用の可変容量バイパス弁であって、前記圧縮室の圧縮室出口端の上流で前記圧縮機ハウジングのロータボア排出面内に形成されたボアと、
前記圧縮機ハウジングの前記ロータボア排出面内に形成されたキャビティを塞ぐように前記ボアに挿入されたスライド弁部材であって、前記スクリュー圧縮機の動作時に圧縮機スクリューのねじ山と相互作用するように構成されたシール面を有する、スライド弁部材と、
前記弁部材に連結されたアクチュエータ構造部であって、圧縮された流体を前記圧縮室の流体入口に戻すように構成されたバイパス室と前記圧縮室とを連通可能に連結する流体経路を開くために、前記ボアに沿って半径方向に前記弁部材を移動させるように配向された、アクチュエータ構造部と
を含む、可変容量バイパス弁。
【請求項2】
前記シール面は、前記圧縮機ハウジングの前記ロータボア排出面に対して平行に延びる平坦シール面である、請求項１に記載の可変容量バイパス弁。
【請求項3】
前記弁部材は、前記シール面が前記ロータボア排出面から前記圧縮室へ外方に突出するように前記ボア内において位置合わせされる、請求項２に記載の可変容量バイパス弁。
【請求項4】
前記弁部材は、開口した領域が前記シール面の反対側にある、部分円筒形状を有する、請求項１に記載の可変容量バイパス弁。
【請求項5】
前記シール面は、前記圧縮機ハウジングの前記ロータボア排出面に対して平行に延びる平坦シール面である、請求項４に記載の可変容量バイパス弁。
【請求項6】
前記弁部材は、前記シール面が前記ロータボア排出面から前記圧縮室へ外方に突出するように前記ボア内において位置合わせされる、請求項５に記載の可変容量バイパス弁。
【請求項7】
スクリュー圧縮機であって、圧縮室出口端を有する圧縮室と前記圧縮室と連通する複数のバイパスポートとを画定する、圧縮機ハウジングと、
前記圧縮室と連通する前記複数のバイパスポートに隣り合って配置された螺旋弁であって、回転位置に基づいて前記複数のバイパスポートのうちの１つまたは複数を選択的に開閉するように構成されたシャッタを含む、螺旋弁と、
可変容量バイパス弁と
を備え、前記可変容量バイパス弁は、
前記圧縮室の圧縮室出口端の上流で前記圧縮機ハウジングのロータボア排出面内に形成されたボアと、
前記圧縮機ハウジングの前記ロータボア排出面内に形成されたキャビティを塞ぐように前記ボアに挿入されたスライド弁部材であって、前記スクリュー圧縮機の動作時に圧縮機スクリューのねじ山と相互作用するように構成されたシール面を有する、スライド弁部材と、
前記弁部材に連結されたアクチュエータ構造部であって、圧縮された流体を前記圧縮室の流体入口に戻すように構成された、前記螺旋弁を収容するバイパス室と、前記圧縮室とを連通可能に連結する流体経路を開くために、前記ボアに沿って半径方向に前記弁部材を移動させるように配向された、アクチュエータ構造部と
を含む、スクリュー圧縮機。
【請求項8】
前記可変容量バイパス弁の前記シール面は、前記圧縮機ハウジングの前記ロータボア排出面に対して平行に延びる平坦シール面である、請求項７に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項9】
前記可変容量バイパス弁の前記弁部材は、前記シール面が前記ロータボア排出面から前記圧縮室へ外方に突出するように前記ボア内において位置合わせされる、請求項８に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項10】
前記可変容量バイパス弁の前記弁部材は、開口した領域が前記シール面の反対側にある、部分円筒形状を有する、請求項７に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項11】
前記可変容量バイパス弁の前記シール面は、前記圧縮機ハウジングの前記ロータボア排出面に対して平行に延びる平坦シール面である、請求項１０に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項12】
前記可変容量バイパス弁の前記弁部材は、前記シール面が前記ロータボア排出面から前記圧縮室へ外方に突出するように前記ボア内において位置合わせされる、請求項１１に記載のスクリュー圧縮機。
【請求項13】
複数の可変容量バイパス弁をさらに備え、各可変容量バイパス弁は、前記圧縮室の圧縮室出口端の上流で前記圧縮機ハウジングのロータボア排出面内に形成されたボアと、
前記圧縮機ハウジングの前記ロータボア排出面内に形成されたキャビティを塞ぐように前記ボアに挿入されたスライド弁部材であって、前記スクリュー圧縮機の動作時に圧縮機スクリューのねじ山と相互作用するように構成されたシール面を有する、スライド弁部材と、
前記弁部材に連結されたアクチュエータ構造部であって、圧縮された流体を前記圧縮室の流体入口に戻すように構成された、前記螺旋弁を収容するバイパス室と、前記圧縮室とを連通可能に連結する流体経路を開くために、前記ボアに沿って半径方向に前記弁部材を移動させるように配向された、アクチュエータ構造部と
を含み、
前記複数の可変容量バイパス弁の前記ボアは、前記圧縮室内に配置された少なくとも１つのスクリューの回転方向において前記圧縮機ハウジングの前記ロータボア排出面の周りに周方向に配置される、請求項７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、スクリュー圧縮機、特に、可変容量バイパス弁を有するスクリュー圧縮機に関する。
【背景技術】
【0002】
スクリューガス圧縮機は、関連技術において知られているものである。関連技術では、スクリュー圧縮機は、圧縮機ハウジングを含み得、２つの圧縮スクリューのうちの一方（例えば、第１の圧縮スクリュー）を駆動するのにモータ（例えば、永久磁石ロータ／ステータモータ）が使用される。２つの圧縮スクリューのうちの第２のものは、モータによって駆動される圧縮スクリューに機械的に連結され得る。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って駆動され得る。関連技術では、ガスが入口を通って圧縮機に引き込まれ、これら２つの圧縮スクリューが回転する際にこ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って押し出され得る。
【0003】
一部の関連技術では、ガス圧縮機は、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するようにガスが圧縮機ハウジングを出ることを可能にするために、圧縮機ハウジングまたはロータカウリング内に形成された１つまたは複数のバイパスポートまたは弁開口を提供する機械的な容量制御機構を含み得る。関連技術では、１つまたは複数のバイパスポートまたは弁開口は、バイパスポートが露出され、バイパスポートのうちの１つまたは複数がバイパス室と連通することで圧縮機の圧縮長さを変えることを可能にするポイントまで回転されるシャッタによってバイパスポートまたは弁開口の開閉を制御する螺旋弁に隣り合って配置され得る。
【0004】
しかしながら、一部の関連技術では、螺旋弁が備わった圧縮機の効率は、５０％よりも高い容量減少（ターンダウン）レベルで大幅に低下する可能性がある。これは、弁が動作する必要があるところに生じる、より高い圧力が、螺旋弁シャッタとロータハウジング窓との間の隙間にオイルによって形成されたシールに勝ることに起因し得る。
【0005】
さらに、一部の関連技術では、ポペット弁もしくはリフト弁または軸方向スライド弁などの、他の可変容量制御（ＶＣＣ）デバイスが使用され得るが、これらのデバイスもまた、螺旋弁よりも優れたシールが存在し得るとしても、より高い圧力で漏れがより多くなる。さらに、リフト弁も軸方向スライド弁もともに、製造コストがより高く、組み立てが困難であり、維持がより困難である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
これらの難点は、移動するシール面の複雑な形状と、移動するシール面がその複雑な嵌合面と一致する状況とに起因し得る。さらに、リフト弁設計は、ロータアペックスシールが本来的に幅狭であるとともにリフト弁が本来的に幅広であるため、ロータ設計に不利に働く可能性がある。さらに、弁は、大きな圧力差を有する隣り合ったロータねじ山に架かることで、リフト弁がターンダウンを正確に制御することを困難にし得る。本明細書において説明する例示的な実施は、これらの課題に対処することができる。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本開示の態様は、圧縮室を画定する圧縮機ハウジングを有するスクリュー圧縮機用の可変容量バイパス弁を含み得る。可変容量バイパス弁は、圧縮室の圧縮室出口端の上流で圧縮機ハウジングのロータボア排出面内に形成されたボアと、圧縮機ハウジングのロータボア排出面内に形成されたキャビティを塞ぐようにボアに挿入されたスライド弁部材であって、スクリュー圧縮機の動作時に圧縮機スクリューのねじ山と相互作用するように構成されたシール面を有する、スライド弁部材と、弁部材に連結されたアクチュエータ構造部であって、圧縮された流体を圧縮室の流体入口に戻すように構成されたバイパス室と圧縮室とを連通可能に連結する流体経路を開くために、ボアに沿って半径方向に弁部材を移動させるように配向された、アクチュエータ構造部と、を含み得る。
【0008】
さらに、本開示の態様はまた、スクリュー圧縮機を含み、スクリュー圧縮機は、圧縮室出口端を有する圧縮室と圧縮室と連通する複数のバイパスポートとを画定する圧縮機ハウジングと、圧縮室と連通する複数のバイパスポートに隣り合って配置された螺旋弁であって、回転位置に基づいて複数のバイパスポートのうちの１つまたは複数を選択的に開閉するように構成されたシャッタを含む、螺旋弁と、可変容量バイパス弁と、を有する。可変容量バイパス弁は、圧縮室の圧縮室出口端の上流で圧縮機ハウジングのロータボア排出面内に形成されたボアと、圧縮機ハウジングのロータボア排出面内に形成されたキャビティを塞ぐようにボアに挿入されたスライド弁部材であって、スクリュー圧縮機の動作時に圧縮機スクリューのねじ山と相互作用するように構成されたシール面を有する、スライド弁部材と、弁部材に連結されたアクチュエータ構造部であって、圧縮された流体を圧縮室の流体入口に戻すように構成された、螺旋弁を収容するバイパス室と、圧縮室とを連通可能に連結する流体経路を開くために、ボアに沿って半径方向に弁部材を移動させるように配向された、アクチュエータ構造部と、を含み得る。
【0009】
本開示の態様はまた、シール面が、圧縮機ハウジングのロータボア排出面に対して平行に延びる平坦シール面であることを含み得る。
【0010】
本開示の態様はまた、弁部材が、シール面がロータボア排出面から圧縮室へ外方に突出するようにボア内において位置合わせされることを含み得る。
【0011】
本開示の態様はまた、弁部材が、開口した領域がシール面の反対側にある、部分円筒形状を有することを含み得る。
【0012】
本開示の態様はまた、シール面が、圧縮機ハウジングのロータボア排出面に対して平行に延びる平坦シール面であることを含み得る。
【0013】
本開示の態様はまた、弁部材が、シール面がロータボア排出面から圧縮室へ外方に突出するようにボア内において位置合わせされることを含み得る。
【図面の簡単な説明】
【0014】
次に、本開示の様々な特徴を実施する一般的なアーキテクチャを、図面を参照しながら説明する。図面および関連する説明は、本開示の例示的な実施を示すために提供され、本開示の範囲を限定するためではない。図面全体を通じて、参照される要素間の対応を示すために参照番号が繰り返し用いられる。
【0015】
【図1】本出願の例示的な実施による、螺旋弁構造と可変容量バイパス弁とを有するスクリュー圧縮機の斜視図を示す。
【図2】本出願の例示的な実施によるスクリュー圧縮機の側面図を示す。
【図3】本出願の例示的な実施によるスクリュー圧縮機の上面図を示す。
【図11】弁部材が完全に後退した位置にある、可変容量バイパス弁の上部を示す。
【図12】弁部材が部分的に延出した位置にある、可変容量バイパス弁の上部を示す。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下の詳細な説明は、本開示の図および例示的な実施のさらなる詳細を提供する。図間の重複する要素の参照番号および説明は、明確にするために省略される。説明全体を通じて使用される用語は、例として提供され、限定することを意図するものではない。例えば、「自動的な」という用語の使用は、本開示の実施を行う当業者の所望の実施に応じて、完全に自動的な実施、または、実施の特定の態様に対するユーザもしくはオペレータの制御を伴う半自動的な実施を含み得る。さらに、「第１の」、「第２の」、「第３の」などのような順序を表す用語は、説明および特許請求の範囲において、単に標識付けのために使用されることがあり、説明される動作または項目が記載の順序で行われることを指すことに限定されるべきではない。動作または項目は、本開示の範囲から逸脱することなく、異なる順番に順序付けられてもまたは並行もしくは動的に行われてもよい。
【0017】
上記で説明したように、一部の関連技術では、ガス圧縮機は、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するようにガスが圧縮ハウジングを出ることを可能にするために、圧縮機ハウジングまたはロータカウリング内に形成された１つまたは複数のバイパスポートまたは弁開口を提供する機械的な容量制御機構を含み得る。これらの１つまたは複数のバイパスポートまたは弁開口は、バイパスポートが露出され、バイパスポートのうちの１つまたは複数がバイパス室と連通することで圧縮機の圧縮長さを変えることを可能にするポイントまで回転されるシャッタによってバイパスポートまたは弁開口の開閉を制御する螺旋弁に隣り合って配置され得る。しかしながら、螺旋弁が備わった圧縮機の効率は、弁が動作する必要があるところに生じる、より高い圧力が、螺旋弁シャッタとロータハウジング窓との間の隙間にオイルによって形成されたシールに勝ることに起因して、５０％よりも高い容量減少（ターンダウン）レベルで大幅に低下する可能性がある。
【0018】
これらの課題に対処するために、例示的な実施は、ターンダウン延長部（ｔｕｒｎ ｄｏｗｎ ｅｘｔｅｎｄｅｒ）として螺旋弁または他のＶＣＣデバイスと併せて可変容量バイパス弁（ＶＣＢＶ）を提供し得る。代替的に、本出願の例示的な実施において示すＶＣＢＶデバイスはまた、スタンドアローン容量制御システムとして使用され得る。
【0019】
いくつかの例示的な実施では、ＶＣＢＶは、ロータハウジング排出面に周辺的に位置付けられた円筒形状弁であり得、そのため、外方に移動されると、入口に戻す通路を開く。以下で説明するように、ＶＣＢＶは、雄型、雌型、またはそれら両方のロータボア面に適用され得、空気圧シリンダ、油圧シリンダ、電子ソレノイド、または他の同様のアクチュエータにより作動され得る。例示的な実施では、単一の弁を使用することが費用面での利点を提供し得るのに対し、複数の弁を使用することがより大きなターンダウンおよび／またはより優れた性能を提供し得る。弁は、ロータハウジングにおいて周辺的に位置付けられるため、ベアリングまたは他の圧縮機構成要素に通常用いられないスペースを利用し、排出ガスに必要とされる通常経路を占有しない。
【0020】
図１は、本出願の例示的な実施による、螺旋状弁構造および可変容量バイパス弁を有するスクリュー圧縮機１００の斜視図を示す。さらに、図２および図３はそれぞれ、本出願の例示的な実施によるスクリュー圧縮機１００の側面図および上面図を示す。図示のように、スクリュー圧縮機１００は、圧縮機内部構造を囲むとともに圧縮室３（図１～図３には示さず、図４～図８に示す）を形成する圧縮機ハウジング１０を有する。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スクリュー圧縮機１００が床または他の支持プラットフォームに固定されることを可能にする１つまたは複数の取り付けブラケットまたは脚部２を含み得る。例えば、脚部２は、スクリュー圧縮機１００が運搬可能な支持プラットフォームまたはトレーラに取り付けられることを可能にし得る。
【0021】
ハウジング１０はまた、主ガス流入口２６と、主ガス流排出口２８とを画定している。スクリュー圧縮機１００を通るガス流を示すために矢印が提示されている。加えて、圧縮機ハウジング１０は、駆動シャフト１５が圧縮機内部構造（図４～図８に示す）から圧縮機１００を囲む領域にかけて通ることを可能にし得る。
【0022】
駆動シャフト１５を用いて、スクリュー圧縮機１００をモータまたはエンジンに機械的に連結してスクリュー圧縮機１００を駆動することができる。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、または、当業者に明らかであろう任意の他のタイプのエンジンなどの、ＩＣエンジンによって駆動することができる。スクリュー圧縮機１００はまた、電気モータ、または、当業者に明らかであろう、回転動力を供給する任意のタイプの機械によって駆動することができる。
【0023】
さらに、アクチュエータモジュール５が、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内に配置される螺旋状弁構造（図４～図８に示す）を制御することができる。アクチュエータモジュール５は、螺旋弁に連結されるギアボックスに連結された電気モータを含み得る。加えて、アクチュエータモジュール５はまた、自動で、ユーザ入力に部分的に基づいて半自動で、または、ユーザ入力に全面的に基づいて手動で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論理を有し得る統合プロセッサ構成要素を含み得る。１つまたは複数の別個のアクチュエータモジュールを用いて、図５～図８、図９Ａ～図９Ｄ、および図１０Ａ～図１０Ｂに示すように、可変容量バイパス弁（ＶＣＢＶ）を制御することもできる。
【0024】
図４～図８は、スクリュー圧縮機の断面図を示す。具体的には、図４および図５は、図２のＩＶ－ＩＶ’線およびＶ―Ｖ’線にそれぞれ沿った、スクリュー圧縮機の断面図を示す。さらに、図６～図８は、図５のＶＩ－ＶＩ’線、ＶＩＩ－ＶＩＩ’線、およびＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ’線にそれぞれ沿った、スクリュー圧縮機の断面図を示す。
【0025】
圧縮機ハウジング１０は、ユニットが組み立てられ機能すると、２つの隣り合うボア６および８を画定する圧縮室３を形成し、これら隣り合うボアのそれぞれが、ツインスクリューガス圧縮機１００のスクリュー７、９を含む。各スクリュー７、９は、複数のローブ３０５／３１０／３１５／３２０から構成される。図示のように、スクリューのうちの一方のスクリュー９（駆動スクリューとしても知られる）は、従動ギア２１０に取り付けられ、従動ギア２０５によってシャフト１５に機械的に連結される。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は、シャフト１５に連結される。他方のスクリュー７（従動スクリューとしても知られる）は、駆動スクリュー９によって駆動される。スクリュー７、９は両方ともそれぞれ、ローラベアリング、または、当業者に明らかであろう任意の他のタイプのベアリングもしくはブシュなどの、ベアリング群２２５によって支持することができる。
【0026】
さらに、いくつかの例示的な実施では、スクリューのうちの一方は、雌ローブ構成を有し得、スクリューのうちの他方は、雄ローブ構成を有し得る。換言すると、スクリューのうちの一方は、雌型の圧縮機スクリューであり得、他方のスクリューは、雌型の圧縮機スクリューと相互作用する雄型の圧縮機スクリューであり得る。例えば、駆動スクリュー９が雄型の圧縮スクリューであり得、従動スクリュー７が雌型の圧縮スクリューであり得る。当業者に明らかであろうように、本出願の例示的な実施は、この構成に限定されず、いくつかの例示的な実施は、代替的な構成を有してもよい（例えば、駆動スクリュー９が雌型の圧縮スクリューであってもよく、従動スクリュー７が雄型の圧縮スクリューであってもよい）。
【0027】
圧縮機ハウジング１０の端は、入口２６と流体連通する出口２８を含む（図１～図３に示す）。ガス流チャネル２１５、２２０が各ボア６、８を入口２６と接続して、ガスが各ボア６、８に流入することを可能にすることができる。各ボア６および８はまた、数字１２ａ～１２ｊによってまとめて表された１つまたは複数のバイパスポートを含む。図示のバイパスポート１２ａ～１２ｆは、従動スクリュー７に関連付けられたボア６内に形成されている。さらに、同様のバイパスポート１２ｇ～１２ｊが、駆動スクリュー９に関連付けられたボア８内に形成されている。図示のように、各バイパスポート１２ａ～１２ｊは、軸２４に沿って回転可能である螺旋弁２０を収容するバイパス室２２と流体連通する。バイパスポート１２ａ～１２ｊに関連付けられた各ボア６、８の長さは、バイパス窓２４５と呼ばれることがある。
【0028】
上述したように、圧縮機ハウジング１０は、ガス入口２６と、ガス出口２８とを有する。圧縮機ハウジング内において、ガス流チャネル２１５、２２０が、入口２６と圧縮室３との間に流体連通を提供する。スクリュー７および９が圧縮室３のそれぞれのボア６、８内で回転するにつれ、圧縮室３の内部でガスが圧縮される。圧縮室３は、圧縮室入口２３０、２３５と圧縮室出口端２４０との間にわたる長さを有する。次いで、圧縮されたガスが、ガス出口２８を通って押し出される。矢印は、圧縮室３を通るガス流を示す。
【0029】
図５～図８に示すように、螺旋弁２０は、螺旋弁２０の回転位置に応じて、バイパスポート１２ａ～１２ｊを選択的に閉鎖する（閉じる）または開くシャッタ３３５を含む。螺旋弁２０を、バイパスポート１２ａ～１２ｊのうちの１つまたは複数が螺旋弁チャンバ２２と流体連通することを可能にするポイントまで回転させるにつれ、より短い圧縮室長さに起因して、圧縮室３の有効な圧縮量を減らすことができる。
【0030】
例えば、バイパスポート１２ｃ～１２ｅを開いて流れを示すようにすることができ、バイパスポート１２ａおよび１２ｂを閉じて流れを示さないようにすることができる。少なくとも１つのバイパスポート１２ｃ～１２ｅが開いている場合、圧縮室３の有効な圧縮長さは、圧縮室出口端２４０に最も近い開いたバイパスポートと、圧縮室出口端２４０それ自体との間の距離によって画定される。
【0031】
有効な圧縮量がこのようにして減らされると、トルクが低減し、このことが電力を節約し、効率を高め、ガス圧縮機の構成要素の寿命を延ばす。しかしながら、上記で説明したように、より高い動作圧力が、螺旋弁シャッタ３０５とロータハウジング窓２４５との間の隙間にオイルによって形成されたシールに勝る可能性があるため、容量の減少が５０％を超えると、螺旋弁の効率が大幅に下がる可能性がある。以下で論じる可変容量バイパス弁６００が、この欠陥に対処することができる。
【0032】
螺旋弁２０が、螺旋弁２０のシャッタ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に連結される。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に機械的に連結されるモータ３２５を含む。ギアボックス３３０は、モータ３２５を螺旋弁２０に機械的に連結する。したがって、ギアボックス３３０によって、モータからのトルクを螺旋弁２０のシャッタ３３５に伝達し、シャッタ３３５を回転させることができる。モータ３２５は、螺旋弁の回転速度および回転位置の正確な制御を行う電気アクチュエータモータとすることができる。
【0033】
アクチュエータモジュール５を圧縮機ハウジング１０に取り付けて、圧縮機ハウジング１０内に配置された螺旋弁構造を制御することができる。加えて、アクチュエータモジュール５はまた、自動で、ユーザ入力に部分的に基づいて半自動で、または、ユーザ入力に全面的に基づいて手動でモータ３２５のモジュールを制御するオンボード制御論理を有し得る統合プロセッサ構成要素を含み得る。
【0034】
螺旋弁２０は、完全に開いた位置（バイパスポートのすべてが開いている）から、完全に閉じられた位置（バイパスポートのすべてが閉じられている）、およびそれら位置間におけるすべてのポイントまで、その軸２４に沿って回転（または作動）することができる。図５～図８において、流れは、圧縮室３からバイパス室２２へのガスの部分的なバイパスを可能にするポイントまで螺旋弁２０を回転させたように示されている。具体的には、バイパスポート１２ｉ～１２ｊが、ガスが圧縮室３からバイパス室２２に流れることを可能にする。
【0035】
加えて、スクリュー圧縮機１００はまた、圧縮室３の圧縮室出口端２４０の近くに位置付けられた可変容量バイパス弁（ＶＣＢＶ）６００を含み得る。ＶＣＢＶは、圧縮室出口端２４０の上流でハウジング１０の排出面６１０内に形成された１つまたは複数のボア６０５を含み得る。１つまたは複数のボア６０５は、形状を円筒形とすることができ、内部に挿入された半円筒形スライド弁部材６１５を受け入れている。さらに、バイパス室と接続する流体経路を開くために、スクリュー圧縮機１００の動作時にボア６０５をシールおよびシール解除するようにボア６０５内において弁部材６１５を半径方向に関節運動させるよう、アクチュエータ６２０を圧縮室３の下に配置することができる。アクチュエータ６２０は、リニアアクチュエータ、回転アクチュエータ、ステッパモータまたは当業者に明らかであろう任意の他のアクチュエータとすることができる。さらに、アクチュエータ６２０は、油圧作動、電子作動、空気圧作動、または当業者に明らかであろう任意の方式で作動させることができる。
【0036】
図６～図８によって示すように、ＶＣＢＶ６００が開かれると、空気が、バイパス室２２に逆流し、バイパス室で循環して圧縮室３のガス流チャネル２１５、２２０に戻ることができる。ＶＣＢＶ６００の動作および実施を、図９Ａ～図９Ｄおよび図１０Ａ～図１０Ｂに関して以下でより詳細に論じる。
【0037】
図９Ａ～図９Ｄおよび図１０Ａ～図１０Ｂは、可変容量バイパス弁６００およびツインスクリュー７、９の様々な状態を示すスクリュー圧縮機の断面図を示す。具体的には、図９Ａ～図９Ｂは、ツインスクリュー７、９が回転する際に可変容量バイパス弁６００が閉状態にある、図４のＩＸ－ＩＸ’線に沿った断面図である。さらに、図９Ｃ～図９Ｄは、ツインスクリュー７、９が回転する際に可変容量バイパス弁６００が開状態にある、図４のＩＸ－ＩＸ’線に沿った断面図である。さらに、図１０Ａは、可変容量バイパス弁６００が閉状態にある、図４のＸ－Ｘ’線に沿った断面図である。図６～図８によって示すように、ＶＣＢＶ６００が開かれると、空気が、バイパス室２２に逆流し、バイパス室で循環して圧縮室３のガス流チャネル２１５、２２０に戻ることができる。さらに、図１０Ｂは、可変容量バイパス弁６００が開状態にある、図４のＸ－Ｘ’線に沿った断面図である。
【0038】
ＶＣＢＶ６００は、１つまたは複数のボア６０５が雄型、雌型、またはそれら両方のロータボア排出面６１０に設けられて実施され得る。図示のように、ＶＣＢＶ６００は、複数のボア６０５がスクリュー７、９の回転方向において圧縮機ハウジング１０のロータボア排出面６１０の周りに周方向に配置されるものとして実施され得る。しかしながら、弁部材６１５が所望の流れおよびターンダウンに対して十分に大きい場合、排出面にボア６０５が１つだけあればよいであろう。雄スクリュー９および雌スクリュー７のローブ３２０が噛合し、同じ圧力キャビティに接続されるため、単一のＶＣＢＶ６００構成が可能である。ＶＣＢＶ６００を雄側にのみ配置することで、ボア６０５をその設計がロータ設計と連携するようにサイズ決めし得るとともに、より大きな雄ローブがＶＣＢＶ６００を完全に覆い、そのため、より低い圧力のねじ山に対するいかなる漏れも排除するという、利点を与え得る。
【0039】
したがって、図示のように、ボア６０５は、圧縮室３の側にではなく排出面６１０に形成され、そのため、スクリュー９のローブ３２０が、スクリューが圧縮室で回転する際にボア６０５を覆う。さらに、ボア６０５は、スクリュー９のローブ３２０の幅よりも小さい幅を有し、そのため、ローブ３２０が、スクリュー９が回転する際にボア６０５を完全に覆う。このことは、流体がボア６０５を通ってローブの周りに逆流することを防止する。
【0040】
したがって、図９Ａ、図９Ｂ、および図１０Ａに示すように、ＶＣＢＶ６００が閉じられる（ロータボア排出面６１０内に形成されたキャビティ６３５を塞ぐように弁部材６１５が完全に延出する）と、圧縮された流体は、圧縮室出口２４０に達するまでスクリュー９のローブ３２０の高圧側に留まり、それから圧縮機出口２８を出ることができる。逆に、図９Ｃ、図９Ｄ、および図１０Ｂに示すように、ＶＣＢＶ６００が開かれる（弁部材６１５が後退する）と、圧縮された流体の一部が、圧縮室３を出ることができ、バイパス室２２に放出され、圧縮室の圧縮室出口２４０を出る代わりにバイパス室で循環して圧縮室３のガス流入口２１５、２２０に戻ることができる。図１１および図１２において説明するように、弁部材６１５は、シール効率を向上させるために特定の形状特徴を有し得る。
【0041】
図１１は、弁部材６１５が完全に後退した位置にある、ＶＣＢＶ６００の上部を示す。図１２は、弁部材６１５が部分的に延出した位置にある、ＶＣＢＶ６００の上部を示す。図示のように、スクリュー９に対してより良好にシールするために、弁部材６１５は、入口に戻る流路を閉鎖する弁座に組み込まれたシール６２５に対して配置され得る。さらに、弁部材６１５は、スクリュー９のローブ３２０と相互作用するための平坦面６３０を提供する半円筒形状を有する。平坦面６３０は、ロータボア排出面に対して平行に延びるように配置され得る。さらに、弁部材６１５は、平坦面６３０をロータボア排出面から圧縮室３へ外方に突出させるようにボア６０５内において中心からずれて配置または位置合わせされ得る。このことは、圧縮機効率を下げる空隙を形成することなく、弁部材６１５がロータボア排出面６１０内に配置されることを可能にする。弁体のこの平坦面６３０の移動するシール面は、リフト弁または軸方向スライド弁の複雑な移動するシール面よりも、製造、組み立て、および維持が容易であり得る。
【0042】
さらに、弁部材６１５は、僅かに中心からずらされてロータボアに延出するようにボア６０５内に配置され得る。弁部材６１５がロータボア内に部分的にあることにより、ローブ３２０の低圧側に対してロータアペックスシールを越えてガス漏れを引き起こす、ロータボアの表面におけるいかなる空隙も塞ぐために、弁栓６２５が提供され得る。弁栓６２５はまた、ロータ運動を妨げないように弁配向を維持するのに使用される。
【0043】
さらに、いくつかの例示的な実施では、弁部材６１５は、開口した領域６４０を平坦面６３０の反対側に有し得、これは、ＶＣＢＶ６００が開かれるとＶＣＢＶ６００を通る圧縮された流体の流れを増加させるためにシール面を形成する。これらの実施では、上述したように、弁部材６１５が下がると、圧縮された流体が平坦面６３０の上面の上を流れて開口した領域６４０に入り、弁部材６１５の長さを下ってバイパス室２２０に入ることができる。このことは、これらの例示的な実施において、ＶＣＢＶ６００が開いている間、圧縮された流体がＶＣＢＶ６００を通って流れることを可能にする。他の例示的な実施では、弁部材６１５は、平坦面６３０の後部側がソリッド（ｓｏｌｉｄ）であり得る。
【0044】
本発明は、修正および代替形態が可能であるが、その様々な特定の実施形態は、図面において例として示されており、本明細書において詳細に説明されている。しかしながら、本明細書における特定の実施形態の説明は、開示される特定の形態に本発明を限定することを意図するものではないことが理解されるべきである。さらに、例示的な実施は、工業的な場所または一定の場所に限定されず、運搬可能な構成は、車両、トレーラまたは他の運搬可能な構造にスクリュー圧縮機１００を取り付けることによって達成することができる。
【0045】
上述の詳細な説明では、図、略図、および例を用いることにより、デバイスおよび／またはプロセスの様々な例示的な実施を述べた。そのような図、略図、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において、そのような図または例における各機能および／または動作は、多様な構造によって、個別的および／または集合的に実施することができる。特定の例示的な実施が記載されてきたが、これら実施は、単に例として提示されており、保護の範囲を限定することを意図するものではない。実際、本明細書において説明される新規の方法および装置は、様々な他の形態で具現化されてもよい。さらに、本明細書において説明されるデバイスおよびシステムの形態の様々な省略、置き換えおよび変更が、保護の趣旨から逸脱することなくなされてもよい。添付の特許請求の範囲およびその均等物は、保護の範囲および趣旨内に該当するそのような形態または修正を包含することが意図される。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図9D】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12】
【国際調査報告】