JP7649918B2 - ガスを圧縮するための要素、装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスを圧縮するための要素、装置及び方法に関する。

従来からガスを圧縮するための何種類かの要素が知られている。

回転変位要素において、この要素は、内部空間を有するハウジングを備え、内部空間には、平行な回転軸を有する１又は２以上のロータが、回転可能に及び内部空間の壁に隣接又はほぼ隣接して取り付けられており、例えば、２つの螺旋形のロータは、それらのローブが協働して反対の回転方向に回転することができ、これらは互いに接触する又はほぼ接触することができる。

ハウジングは、圧縮されるガスを内部空間に取り込むための入口及び圧縮されたガスを内部空間から排出するための出口を備える。

入口を通って吸い込まれたガスは、ロータが旋回又は回転するとますます小さくなるロータのローブ間の圧縮室を利用して、この螺旋形のロータによって圧縮される。

この回転により、圧縮室も入口から出口へと移動する。

この出口は、ハウジング内に出口開口部を備える、又は出口開口部で構成される又は規定される。

この出口開口部は、螺旋形のロータの端面に対応する内部空間の端面に、いわゆる軸方向出口開口部として配置することができる、及び／又は、内部空間の端面からロータの周囲に延びる半径方向ポートとして設計することができる。

回転軸に平行な方向から見て、このような軸方向の出口開口部は、圧縮室及び螺旋形のロータの端面が有する形状に基づく特定の形状を有する。

より具体的には、この形状は、通常、いわゆるシールラインによって決定され、このシールラインは、ロータの回転中に互いに接触する又はほぼ接触する、ロータの端面間の接触点の軌跡に対応する幾何学的ラインである。これにより、シールラインは、高圧の圧縮室、すなわち圧縮サイクルの最終段階にある圧縮室を、低圧の別の圧縮室から遮断し、その結果、内部空間において高圧ガスと低圧ガスとを分離する。

ここでの「接触点」という用語は、必ずしも直接的な接触点を意味するのではなく、回転中にこのロータが他のロータと接触する又はほぼ接触するロータの外面上の点、換言すれば、このロータが他のロータから１ｍｍより小さい程度の最小距離に位置する点を意味する。

シールラインに基づく形状及び内部空間の端面における出口開口部の特定の位置により、圧縮室は、この圧縮室内に位置する圧縮ガスが、所望の圧力で、典型的には出口圧力よりわずかに高く、大きな損失なしに、出口開口部を通ってハウジングから出ることができるように、正確な時間に出口に接続されることになる。

加えて、出口開口部は、両ロータのローブがスクリュー圧縮機要素の出口側で接触又はほぼ接触した状態で回転する位置、すなわち圧縮室が出口側に位置する位置に配置される。

出口開口部の形状は、２つのいわゆる近位辺縁及び２つのいわゆる遠位辺縁を含む辺縁によって決定される。

各近位辺縁は、典型的には、ロータの一方のローブの基部をたどる。換言すれば、近位辺縁は、当該ロータの回転中にローブの基部が描く軌跡の一部に対応する幾何学的経路に対応する。

ローブの基部は、ロータの最小半径を有する部分である。

各遠位辺縁は、典型的には、ロータのうちの１つのローブの端面の先端部の一部の軌跡をたどるが、これはこのロータのローブの端面が、他方のロータに向かって回転するが、まだ接触していない又はほぼ接触していない場合である。

２つの近位辺縁の間には、舌状突出部、いわゆる舌状部が形成され、その形状は上記シールラインによって決定される。

ここで、「舌状」という用語は、回転軸に平行な方向から見て、突出部が、下部（ｆｏｏｔ）又は基部から始まり、最終的におそらく切頂された先端部へと収束する２つの軸方向側方の舌状辺縁によって形成される細長い形状を有すること、換言すれば、典型的には、人間の舌のそのままの自由端の横断面のような形状を有することを意味するために使用される。

より具体的には、回転軸に平行な方向から見て、舌状突出部の先端部は、ロータのローブの端面が最初に接触するか又はほぼ接触する接触点によって形成され、先端部から延びる舌状突出部の２つの舌状辺縁のそれぞれは、ローブの端面間の２つの異なる接触点のうちの１つの接触点の軌跡の一部によって形成される。これにより、舌状突出部は、ロータがちょうどそれらの回転軸の間で回転する方向とは反対の方向に延びている。

この舌状突出部は、出口開口部のための制限部分であり、この部分は、両ロータのローブの端面が互いに接触して又はほぼ接触して回転するところに位置し、出口開口部を介して内部空間の入口側への圧縮ガスの逆流を防止する（そうでなければ、２つの異なる接触点の間で生じることになる）。

しかしながら、出口開口部の公知の形状には、多くの欠点がある。

１つの欠点は、圧縮室が出口開口部と流体接触している最終段階で、圧縮室内のガスのいわゆる動的過圧縮が起こることである。これは、その時点で出口ポートと流体接触している圧縮室の面積が、圧縮室から出口への圧縮ガスの適切かつ円滑な排出を得るのに十分でないという事実に起因する。

これは、そのために要素が設計されていない圧縮室内の局所的に非常に高い圧力と相まって、要素の損傷につながる可能性がある。

別の欠点は、圧縮室内に、出口開口部を通って内部空間から出ることができない圧縮ガスの一部が常に存在することである。これは、ロータのさらなる回転によって、回転軸に平行な方向から見て接触点の各々が、舌状部の先端部から舌状部の下部まで舌状辺縁上を進み、接触点が舌状部の下部に達した後、圧縮室はもはや出口開口部と流体連通していないからである。

圧縮ガスの上記部分は、ロータがさらに回転すると、内部チャンバの入口側に向かって漏出することになるので効率の低下を伴う。

本発明は、上述の及び／又は他の欠点の少なくとも１つに対する解決策を提供することを目的とする。

本発明の主題は、ガスを圧縮するための要素であって、
この要素は、内部空間を囲むハウジングを備え、内部空間内には、螺旋形の第１のロータ及び螺旋形の第２のロータが、回転可能に及び前記内部空間の壁に隣接して又はほぼ隣接して取り付けられており、
第１のロータ及び第２のロータの反対方向の回転サイクル中に、第１のロータの第１のローブ及び第２のロータの第２のローブが、第１のロータと第２のロータとの間の位置で互いに接触又はほぼ接触した状態で回転するようになっており、
ハウジングは、圧縮されるガスを内部空間に向かって及び内部空間の中に案内するための入口と、圧縮されたガスを内部空間から外に及び内部空間から離れるように案内するための出口とを備え、
出口は、内部空間に当接する軸方向の出口開口部を備え、
第１のロータの第１の回転軸及び第２のロータの第２の回転軸に平行な方向から見て、出口開口部は、
－第１の回転軸の周りの第１の回転角の範囲内に完全に位置する第１の遠位辺縁であって、回転サイクル中に、出口開口部に面する第１のローブの端面が、出口開口部に面する第２のローブの端面の最大旋回円に向かって、又は最大旋回円の中で回転する、第１の遠位辺縁（１０ａ）と、
－第２の回転軸の周りの第２の回転角の範囲内に完全に位置する第２の遠位辺縁であって、回転サイクル中に、第２のローブの上記端面が、第１のローブの上記端面の最大旋回円に向かって、又は最大旋回円の中で回転する、第２の遠位辺縁と、
－第１の遠位辺縁よりも第１の回転軸から小さい距離で、第１の回転角の範囲内に完全に位置する第１の近位辺縁と、
－第２の遠位辺縁よりも第２の回転軸から小さい距離で、第２の回転角の範囲内に完全に位置する第２の近位辺縁と、
－第１の近位辺縁と第２の近位辺縁との間の舌状突出部であって、舌状突出部は、第１に、回転サイクル中に、第１のローブの上記端面と第２のローブの上記端面とが互いに接触して又はほぼ接触して回転する、第１の回転軸の周りの第３の回転角の範囲内に位置し、第２に、回転サイクル中に、第１のローブの上記端面と第２のローブの上記端面とが互いに接触して又はほぼ接触して回転する、第２の回転軸の周りの第４の回転角の範囲内に位置する、舌状突出部と、
によって形成されており、
舌状突出部は、ハウジングの基部要素に締結され、基部要素から、回転サイクル中にちょうど第１の回転軸と第２の回転軸との間で第１のロータ及び第２のロータが回転する方向とは反対の方向に延びており、
舌状突出部の辺縁は、基部要素から延びる少なくとも第１の舌状辺縁及び第２の舌状辺縁によって形成され、第１の舌状辺縁は、第２の舌状辺縁よりも第１のロータの第１の回転軸から離れており、第２の舌状辺縁は、第１の舌状辺縁よりも第２のロータの第２の回転軸から離れており、
第１の舌状辺縁の全長にわたって、第１の回転軸に対する第１の舌状辺縁の第１の舌状辺縁半径は、第１の舌状辺縁半径に平行な、第１の回転軸に対する第１の幾何学的経路の半径よりも小さく、第１の幾何学的経路は、回転サイクル中に第１のローブの上記端面と第２のローブの上記端面との間の第１の回転軸から最も遠くに位置する接触点によって表されることを特徴とする。

舌状突出部の「辺縁」とは、出口開口部を部分的に形成する舌状突出部の円周の一部を意味する。

これに関連する「舌状辺縁半径」とは、一方では舌状辺縁の点と他方では回転軸との間の直線距離を意味し、この直線距離は舌状辺縁の長さにわたって様々とすることができる。

好ましくは、第１の舌状辺縁の全長にわたって、第１の舌状辺縁半径は、第１の幾何学的経路の前記半径よりも少なくとも２．５％小さい。

第１の舌状辺縁半径を第１の幾何学的経路の半径よりも小さくすることにより、出口開口部は、第１及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第１の舌状辺縁が第１の幾何学的経路と一致する公知の要素よりも効果的に大きくなる。

第１の舌状辺縁の位置における出口開口部の形状のこのような変更は、この変更によりスクリューロータの回転中の特定の時間において、出口開口部が内部空間の入口側の低圧ゾーンと流体連通することになり、その結果、圧縮ガスが入口側に漏れることが知られているため、直感に反していることに留意することが重要である。

この出口開口部の形状の変更は、圧縮室内の過圧縮を低減するために所要の圧縮ガスの一部を排出するために、意図的にこのような漏れを生じさせることになる。

従って、１つの利点は、出口開口部のこの形状が上述の過圧縮を大幅に低減することができる点である。

第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、圧縮室内のガスの過圧縮及び入口側への圧縮ガスの漏れは、ともに第１の舌状辺縁で起こり、それ故に互いに近いことに留意されたい。

加えて、出口開口部の形状は、公知の要素と比較して、圧縮室内の圧縮ガスが出口開口部を通じて内部空間から、最終的に要素からより多く出ることも可能にする。

この要素では、これにより、相対的電力消費量（ＳＥＲ：比エネルギー要件）又は生成される圧縮ガス量あたりの電力所要量が減少する。

その結果、この要素は、公知の要素よりも高い効率を有する。

本発明による要素の好ましい実施形態では、第２の舌状辺縁の全長にわたって、第２の回転軸に対する第２の舌状辺縁半径は、第２の舌状辺縁半径に平行な第２の回転軸に対する第２の幾何学的経路の半径よりも小さく、この第２の幾何学的経路は、回転サイクル中に第１のローブの上記端面と第２のローブの上記端面との間の第２の回転軸から最も遠くに位置する接触点によって表される。

好ましくは、第２の舌状辺縁の全長にわたって、第２の舌状辺縁半径は、第２の幾何学的経路の半径よりも少なくとも２．５％小さい。

第２の舌状辺縁半径を第２の幾何学的経路の半径よりも小さくもすることによって、出口開口部は、第１及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第２の舌状辺縁が第２の幾何学的経路と一致する公知の要素よりも効果的に大きくなる。

この利点は、公知の要素と比較して第１の舌状辺縁半径を小さくすることによって得られる上述の利点と明らかに類似している。

本発明による要素の別の好ましい実施形態では、第１のロータは雄型スクリューロータであり、第２のロータは雌型スクリューロータである。

実際には、雄型スクリューロータ及び雌型スクリューロータが要素の内部空間に取り付けられている場合、圧縮室が出口開口部と流体接触し、圧縮室内のガスが過圧縮される最終段階において、圧縮室は雌型ロータの基部に接する。

その結果、雌型ロータに最も近い舌状辺縁の舌状辺縁半径の減少率の利点は、雄型ロータに最も近い舌状辺縁の舌状辺縁半径の同様に大きい減少率の利点よりも比較的大きくなるであろう。

例えば、第１の舌状辺縁半径のみが第１の幾何学的経路の半径よりも小さく、第２の舌状辺縁半径が第２の幾何学的経路の半径よりも小さくない場合には、結果として、第１のロータが雌型ロータで第２のロータが雄型ロータである場合よりも、第１のロータが雄型ロータで第２のロータが雌型ロータである場合の方が有利になるであろう。

本発明による要素の別の好ましい実施形態では、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、出口開口は、舌状突出部の接続辺縁によってさらに形成され、この接続辺縁は、第１の舌状辺縁と第２の舌状辺縁とを接続し、舌状突出部は、接続辺縁で切頂形状を有するようになっている。

第１の舌状辺縁と第２の舌状辺縁との間の接続辺縁及びそれに関連する舌状突出部の切頂形状により、出口開口部の面積が増大することになる。

これは、圧縮室内の過圧縮をさらに低減し、相対的電力消費をさらに低減する効果を有することになる。

本発明による要素の別の好ましい実施形態では、要素はスクリュー圧縮機要素であり、好ましくはオイルフリースクリュー圧縮機要素である。

しかしながら、本発明の範囲は、スクリュー圧縮機要素が、流体噴射式スクリュー圧縮機要素、オイルフリースクリュー真空ポンプ要素、流体噴射式スクリュー真空ポンプ要素、オイルフリースクリュー送風機要素又は流体噴射式スクリュー送風機要素であることを除外しない。

本発明による要素の別の好ましい実施形態では、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第１の遠位辺縁の少なくとも一部から第１の回転軸までの距離は、第１のローブの上記端面の最大旋回円の半径よりも小さい。

本発明による要素の別の好ましい実施形態では、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第２の遠位辺縁の少なくとも一部から第２の回転軸までの距離は、第２のローブの上記端面の最大旋回円の半径よりも小さい。

一方では、第１の遠位辺縁及び／又は第２の遠位辺縁と、他方では、それぞれ第１の回転軸又は第２の回転軸との間の距離を、それぞれ第１のローブ又は第２のローブの端面の最大旋回円の半径よりも小さくすることによって、回転サイクル中に圧縮室が出口開口と流体接触する面積は、回転サイクル中に第１のローブの上記端面と第２のローブの上記端面とがまだ接触していないか又はほぼ接触しておらず、圧縮室内にまだ過圧縮が存在しない位置で、所望のように減少させることができる。

このようにして、要素を横切る圧力比、すなわち入口での圧力に対する出口での圧力の比率が増大する。

本発明による要素の別の好ましい実施形態では、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第３の回転角において、第１の回転軸に対する第１の近位辺縁の半径は、第１の回転軸に対する第１のローブの基部の半径と等しいか又はそれよりも小さい。

本発明による要素の別の好ましい実施形態では、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第４の回転角において、第２の回転軸に対する第２の近位辺縁の半径は、第２の回転軸に対する第２のローブの基部の半径に等しいか又はそれよりも小さい。

第３の回転角又は第４の回転角のそれぞれにおいて、第１及び／又は第２の近位辺縁の半径を、それぞれ第１のローブ又は第２のローブの基部の半径と等しいか又はそれより小さくすることによって、それぞれ第３の回転角又は第４の回転角の範囲内で出口ポートと流体接触する。

ガスを圧縮するための公知の要素において、圧縮室内の過圧縮の問題がかなりの程度発生するのは、まさにこの第３の回転角及び第４の回転角の範囲内である。

この第３の回転角又は第４の回転角の範囲内でそれぞれ出口ポートと流体接触する圧縮室の面積を可能な限り最大に保つと、圧縮室内の過圧縮のこの問題を最小にすることができる。

本発明による要素の別の好ましい実施形態では、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第３の回転角の外側において、第１の近位端の少なくとも一部から第１の回転軸までの距離は、第１のローブの基部の半径よりも大きい。

本発明による要素の別の好ましい実施形態では、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第４の回転角の外側において、第２の近位辺縁の少なくとも一部から第２の回転軸までの距離は、第２のローブの基部の半径よりも大きい。

一方では、第１の近位辺縁及び／又は第２の近位辺縁と、他方では、それぞれ第１の回転軸又は第２の回転軸との間の距離を、それぞれ第３の回転角又は第４の回転角の外側で、それぞれ第１のロータ又は第２のロータの基部の半径よりも大きくすることによって、回転サイクル中に圧縮室が出口開口と流体接触する面積は、回転サイクル中に第１のローブ及び第２のローブが互いにまだ接触していないか又はほぼ接触しておらず、圧縮室内にまだ過圧縮が存在しない位置で、所望のように減少させることができる。

このようにして、要素を横切る圧力比、すなわち入口での圧力に対する出口での圧力の比率が増大する。

また、本発明は、ガスを圧縮する装置に関し、この装置は本発明による要素を備える。

このような装置に関連する利点は、当該要素の利点と同じであることは言うまでもない。

また、本発明は、本発明による要素から圧縮ガスを排出する方法に関し、この方法は、出口開口を介して内部空間から圧縮ガスを排出するステップを含み、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第１のローブの上記端面と第２のローブの上記端面との間の接触点は、回転サイクル中のいかなるときにも舌状突出部と重ならないという特徴を有する。

内部空間の入口側への圧縮ガスの漏れが起こり得るのは、第１のロータと第２のロータとの第１の接触点と第２の接触点との間であり、その利点は上述した通りである。

本発明の特徴をより良く説明する観点から、本発明によるガスを圧縮するための要素、それを備えた装置、及びガスを圧縮するための本発明による方法のいくつかの好ましい実施形態は、添付図面を参照して、非限定的な例として以下に説明される。

本発明によるガスを圧縮するための要素を概略的に示す。 図１の要素の軸方向出口開口部が見える、図１の線ＩＩ－ＩＩに沿った断面を示す。 図２と同じ図であるが、公知の軸方向出口開口部を有する公知の要素を示す。 図３の公知の軸方向出口開口部上の図２の軸方向出口開口部の重ね合わせ及び水平鏡映（horizontal mirroring）を示す。

図１は、本発明によるガスを圧縮するための要素、この場合はスクリュー圧縮機要素１を概略的に示す。

これは、内部空間を囲むハウジング２を備え、ハウジング２には、ローブ５を有する２つの螺旋形のロータ３、４が回転可能に及び内部空間の壁に隣接又はほぼ隣接して取り付けられており、螺旋形のロータは、第１の雄型ロータ３及び第２の雌型ロータ４であり、これらは互いに協働して回転する。

スクリュー圧縮機要素１は、この場合、本発明にとって必須ではないが、オイルフリースクリュー圧縮機要素１であり、これは、ロータ３、４を潤滑、冷却及び／又はシールするためにハウジング２内にオイルが注入されないことを意味する。

あるいは、スクリュー圧縮機要素１は、オイル注入式スクリュー圧縮機要素、水注入式スクリュー圧縮機要素、オイルフリースクリュー真空ポンプ要素、オイル注入式スクリュー真空ポンプ要素、水注入式スクリュー真空ポンプ要素、オイルフリースクリュー送風機要素、オイル注入式スクリュー送風機要素、又は水注入式スクリュー送風機要素とすることもできる。

ハウジング２は、圧縮されるガスを内部空間へ導き入れるための入口６と、圧縮されたガスを内部空間から導き出すための出口７とを備える。出口７は、ハウジング２の内部空間に接する軸方向の出口開口部８、すなわちハウジング２の物理的な開口部を備える。

本発明の範囲は、出口が、出口開口部８を含む内部空間の端面からロータの周囲に延びる半径方向ポートを備えることを除外するものではない。

図２及び３は、それぞれ、本発明による出口開口部８と、公知の要素の出口開口部８とを、第１のロータ３の回転軸及び第２のロータ４の第２の回転軸に平行な方向から見て概略的に示し、明瞭化の理由でハウジング２は示されていない。

この出口開口部８は、複数の辺縁９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂ、１３ａ、１３ｂを備える。

まず、出口開口部は、２つの近位辺縁９ａ、９ｂを備える。図３に示す公知の要素の出口開口部８において、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第１の近位辺縁９ａは、第１のロータ３のローブ５の基部１１ａが描く軌跡の一部と完全に一致する。第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、図３の第２の近位辺縁９ｂは、第２のロータ４のローブ５の基部１１ｂが描く軌跡の一部と完全に一致する。

図２に示す本発明による要素の出口開口部８において、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第１の回転軸に対する第１の近位辺縁９ａ又は第２の回転軸に対する第２の近位辺縁９ｂの半径は、それぞれ、第１のロータ３の基部１１ａ又は第２のロータ４の基部１１ｂの幾何学的経路の半径と同じくらい大きくすることができる。しかしながら、本発明は、第１のロータ３の第１のローブ５ａ及び第２のロータ４の第２のローブ５ｂが互いに接触して又はほぼ接触して回転する第１の回転軸の周りの第３の回転角の外側で、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第１の近位辺縁９ａの半径が、基部１１ａの幾何学的経路の半径よりも大きくなることを除外しない。また、本発明は、第１のロータ３の第１のローブ５ａ及び第２のロータ４の第２のローブ５ｂが互いに接触して又はほぼ接触して回転する第２の回転軸の周りの第４の回転角の外側で、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第２の近位辺縁９ｂの半径が、基部１１ｂの幾何学的経路の半径よりも大きくなることを除外しない。

さらに、出口開口部８は、２つの遠位辺縁１０ａ、１０ｂを備える。

遠位辺縁１０ａ、１０ｂは、図３に示す公知の要素の出口開口部８に関して、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、ロータ３、４のローブ５の先端部１２の軌跡の一部と完全に一致する出口開口部８の辺縁である。

図３の公知の出口開口部８に関して、第１の遠位辺縁１０ａは、第１の回転軸の周りの第１の回転角の範囲内で第１のロータ３のローブ５の先端部１２の軌跡の一部と完全に一致し、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第１のロータ３のローブ５の先端部１２は、回転サイクル中に、第２のロータ４のローブ５の最大旋回円に向かって、又はまさにその中で回転する。第２の遠位辺縁１０ｂは、第２の回転軸の周りの第２の回転角の範囲内で第２のロータ４のローブ５の先端部１２の軌跡の一部と完全に一致し、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第２のロータ４のローブ５の先端部１２は、回転サイクル中に、第１のロータ３のローブ５の最大旋回円に向かって又はまさにその中で回転する。

図２に示される本発明による要素の出口開口部８において、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第１の回転軸に対する第１の遠位辺縁１０ａ又は第２の回転軸に対する第２の遠位辺縁１０ｂの半径は、それぞれ、第１のロータ３又は第２のロータ４のローブ５の先端部１２の幾何学的経路の半径と同じくらいの大きさとすることができる。しかしながら、本発明は、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、第１の遠位辺縁１０ａ及び／又は第２の遠位辺縁１０ｂの半径は、それぞれ、第１のロータ３又は第２のロータ４のローブ５の先端部１２の幾何学的経路の半径よりも小さくなることを除外しない。

第３の回転角と第４の回転角の範囲内の２つの近位辺縁９ａ、９ｂの間のハウジング２の一部は、舌状突出部１４又は舌状部と呼ばれる制限部分である。

この舌状突出部１４の形状は、第１のロータ３と第２のロータ４との間のシールラインに従って、図３の既知の出口開口部８において決定される。より具体的には、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、舌状突出部１４の２つの舌状辺縁１３ａ、１３ｂの両方は、回転サイクル中に、第１のロータ３及び第２のロータ４の各ローブ５の端面（この端面は出口開口部８に面する）の間の様々な接触点の幾何学的経路をたどる。

舌状突出部１４は、ハウジング２の一部としてハウジング２の基部要素に締結され、この基部要素から、回転サイクル中にちょうど第１の回転軸と第２の回転軸との間で第１のロータ３及び第２のロータ４が回転する方向とは反対の方向に延びている。

第１の舌状辺縁１３ａは、第２の舌状辺縁１３ｂよりも第１のロータ３の回転軸から離れており、第２の舌状辺縁１３ｂは、第１の舌状辺縁１３ａよりも第２のロータ４の回転軸から離れている。

図２に示すような本発明の一実施形態では、第１の回転軸と第２の回転軸とに平行な方向から見て、第１の舌状辺縁１３ａの全長にわたって、第１の回転軸に対する第１の舌状辺縁半径は、この第１の舌状辺縁半径に平行な、回転サイクル中に第１のロータ３と第２のロータ４のローブ５の端面間の第１の回転軸から最も遠い接触点によって表される第１の幾何学的経路の半径よりも小さい。

その結果、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、この舌状突出部１４は、図２の本発明による出口開口部８では、図３の公知の出口開口部８よりも面積が小さい。このような調整は、出口７から要素の入口側への圧縮ガスの意図的な漏れを意味するので、このような調整は直感に反することに留意されたい。

換言すれば、図２の本発明による出口開口部８は、図３の公知の出口開口部８よりも大きい、すなわち大きな面積を有する。上述したように、図３の公知の要素による出口開口部８においてよりも本発明による出口開口部８において小さいのは、より具体的にはこの舌状突出部１４である。

好ましくは、第１の舌状辺縁１３ａの全長にわたって、第１の舌状辺縁半径は、第１の幾何学的経路の上記半径よりも少なくとも２．５％小さい。

半径が２．５％よりも小さいことも可能である。

本発明の範囲において、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、舌状突出部１４が締結されたハウジング２の基部要素の第１の辺縁は、依然として第１の幾何学的経路と少なくとも部分的に重なることは除外されない。

図２の本発明による出口開口部８の場合、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、同様に、第２の舌状辺縁１３ｂの全長にわたる第２の回転軸に対する第２の舌状辺縁半径は、この第２の舌状辺縁半径に平行な、回転サイクル中に第１のロータ３と第２のロータ４のローブ５の端面間の第２の回転軸から最も遠い接触点によって表される第２の幾何学的経路の半径よりも小さい。

本発明の範囲において、第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、舌状突出部１４が締結されたハウジング２の基部要素の第２の辺縁は、依然として第２の幾何学的経路と少なくとも部分的に重なることは除外されない。

この場合、図３に示すような公知の要素と比較して、図２の本発明による要素における舌状突出部１４の面積をさらに減少させるために、図２の出口開口部８はさらに、舌状突出部１４の接続辺縁１５によっても形成されており、この接続辺縁１５は、第１の舌状辺縁１３ａと第２の舌状辺縁１３ｂとを接続し、それによって、図３の公知の要素における舌状突出部１４の先端部１６を切除しており、図２の本発明による舌状突出部１４は、切頂形状を有するようになっている。

図２から分かるように、出口開口部８の辺縁は丸みを帯びている。これは、鋳造によるハウジング２の製造を容易にするためである。

図４では、図２及び図３の出口開口部８が互いに重ね合わされて水平方向に鏡映されており、結果として、出口開口部８が大きくされた箇所が視覚的に示されている。

図４では、本発明による出口開口部８において、この舌状突出部１４が小さく、さらに先端部１６が切除されていることが明瞭に分かる。

スクリュー圧縮機要素１の動作は非常に簡単であり、以下の通りである。

動作時、スクリューロータ３、４は、それらのローブ５と一緒に互いに接触して又はほぼ接触して回転する。

圧縮されるガス、例えば周囲空気が入口６から吸い込まれる。

圧縮されるために吸い込まれたガスは、スクリューロータ３、４のローブ５の間にあるいわゆる圧縮室１７に入る。

スクリューロータ３、４の回転により、圧縮室１７は出口７に向かって移動し、同時に小さくなるので、圧縮室内でガスが圧縮される。

第１の回転軸及び第２の回転軸に平行な方向から見て、内部空間の出口側の圧縮室１７が、最終的に出口開口部８と重なると、圧縮室１７と出口７との間に流体接続が行われることになるので、圧縮室１７からの圧縮ガスは、直ちにスクリュー圧縮機要素１から出ることになる。

図２及び３には、圧縮室１７が示されている。

出口開口部８の形状は、上述のシールラインによって決定され、圧縮室１７と出口７との間の流体連通の瞬間が圧縮の最終段階で生じるように、また、当該圧縮室１７が入口６との流体連通に戻る瞬間にこの流体連通が遮断されるのを保証するように選択される。これにより、シールラインは、内部空間において、一方では高圧のガスと他方では低圧のガスとの間の仕切りを形成する。

図２と図３を比較すると、図２の圧縮室１７は、図３の圧縮室１７よりも長い時間、出口開口部８と流体連通していることが明らかである。公知のスクリュー圧縮機要素と比較すると、出口７から内部空間の入口側への意図的な漏れもある。

その結果、実質的に全ての圧縮ガスは、図２の圧縮室１７から漏出する機会をもつことになる。図２の場合、圧縮室１７から内部空間の入口側に直接漏出する圧縮ガスの量は、図３の状況に比べて少なくなる。

また、圧縮室１７内の過圧縮は少ないことになり、すなわち、圧縮室１７が出口開口部８から遮断された直後の図２の圧縮室１７内の最高圧力は、図３の状況に比べて低いことになる。

上述したように、これは、相対的電力消費量（比エネルギー要件、ＳＥＲ）又は生成される圧縮ガス量当たりの電力が低減されるため、スクリュー圧縮機要素１の効率を向上させる効果を有する。

相対的電力消費量の減少率の大きさは、圧縮機要素の速度に依存し、典型的には、スクリュー圧縮機要素の速度が高いほど低くなり、速度が低いほど高くなる。

本発明は、例として記載され、図に示された実施形態に限定されるものではなく、本発明によるガスを圧縮するための要素、それを備えた装置、及びガスを圧縮するための本発明による方法は、特許請求の範囲に定義された本発明の範囲から逸脱することなく、様々な形状及びサイズで実現することができる。

２ ハウジング
３ 第１のロータ
４ 第２のロータ
５ａ 第１のローブ
５ｂ 第２のローブ
６ 入口
７ 出口
８ 出口開口部
９ａ 第１の近位辺縁
９ｂ 第２の近位辺縁
１０ａ 第１の遠位辺縁
１０ｂ 第２の遠位辺縁
１３ａ 第１の舌状辺縁
１３ｂ 第２の舌状辺縁
１４ 舌状突出部

Claims (16)

1. ガスを圧縮するための要素であって、
   前記要素は、内部空間を囲むハウジング（２）を備え、前記内部空間内には、螺旋形の第１のロータ（３）及び螺旋形の第２のロータ（４）が、回転可能に及び前記内部空間の壁に隣接して又はほぼ隣接して取り付けられており、
   前記第１のロータ（３）及び前記第２のロータ（４）の反対方向の回転サイクル中に、前記第１のロータ（３）の第１のローブ（５ａ）及び前記第２のロータ（４）の第２のローブ（５ｂ）が、前記第１のロータ（３）と前記第２のロータ（４）との間の位置で互いに接触又はほぼ接触した状態で回転するようになっており、
   前記ハウジング（２）は、圧縮されるガスを前記内部空間に向かって及び前記内部空間の中に案内するための入口（６）と、圧縮されたガスを前記内部空間から外に及び前記内部空間から離れるように案内するための出口（７）とを備え、
   前記出口（７）は、前記内部空間に当接する軸方向の出口開口部（８）を備え、
   前記第１のロータ（３）の第１の回転軸及び前記第２のロータ（４）の第２の回転軸に平行な方向から見て、前記出口開口部（８）は、
   －前記第１の回転軸の周りの第１の回転角の範囲内に完全に位置する第１の遠位辺縁（１０ａ）であって、回転サイクル中に、前記出口開口部（８）に面する前記第１のローブ（５ａ）の端面が、前記出口開口部（８）に面する前記第２のローブ（５ｂ）の端面の最大旋回円に向かって、又は前記最大旋回円の中で回転する、第１の遠位辺縁（１０ａ）と、
   －前記第２の回転軸の周りの第２の回転角の範囲内に完全に位置する第２の遠位辺縁（１０ｂ）であって、前記回転サイクル中に、前記第２のローブ（５ｂ）の前記端面が、前記第１のローブ（５ａ）の前記端面の最大旋回円に向かって、又は前記最大旋回円の中で回転する、第２の遠位辺縁（１０ｂ）と、
   －前記第１の遠位辺縁（１０ａ）よりも前記第１の回転軸から小さい距離で、前記第１の回転角の範囲内に完全に位置する第１の近位辺縁（９ａ）と、
   －前記第２の遠位辺縁（１０ｂ）よりも前記第２の回転軸から小さい距離で、前記第２の回転角の範囲内に完全に位置する第２の近位辺縁（９ｂ）と、
   －前記第１の近位辺縁（９ａ）と前記第２の近位辺縁（９ｂ）との間の舌状突出部（１４）であって、前記舌状突出部は、第１に、前記回転サイクル中に、前記第１のローブ（５ａ）の前記端面と前記第２のローブ（５ｂ）の前記端面とが互いに接触して又はほぼ接触して回転する、前記第１の回転軸の周りの第３の回転角の範囲内に位置し、第２に、前記回転サイクル中に、前記第１のローブ（５ａ）の前記端面と前記第２のローブ（５ｂ）の前記端面とが互いに接触して又はほぼ接触して回転する、前記第２の回転軸の周りの第４の回転角の範囲内に位置する、舌状突出部（１４）と、
   によって形成されており、
   前記舌状突出部（１４）は、前記ハウジング（２）の基部要素に締結され、前記基部要素から、前記回転サイクル中にちょうど前記第１の回転軸と前記第２の回転軸との間で前記第１のロータ（３）及び前記第２のロータ（４）が回転する方向とは反対の方向に延びており、
   前記舌状突出部（１４）の辺縁は、前記基部要素から延びる少なくとも第１の舌状辺縁（１３ａ）及び第２の舌状辺縁（１３ｂ）によって形成され、前記第１の舌状辺縁（１３ａ）は、前記第２の舌状辺縁（１３ｂ）よりも前記第１のロータ（３）の前記第１の回転軸から離れており、前記第２の舌状辺縁（１３ｂ）は、前記第１の舌状辺縁（１３ａ）よりも前記第２のロータ（４）の前記第２の回転軸から離れており、
   前記第１の舌状辺縁（１３ａ）の全長にわたって、前記第１の回転軸に対する前記第１の舌状辺縁（１３ａ）の第１の舌状辺縁半径は、前記第１の舌状辺縁半径に平行な、前記第１の回転軸に対する第１の幾何学的経路の半径よりも小さく、前記第１の幾何学的経路は、前記回転サイクル中に前記第１のローブ（５ａ）の前記端面と前記第２のローブ（５ｂ）の前記端面との間の前記第１の回転軸から最も遠くに位置する接触点によって表されることを特徴とする、要素。
2. 前記第１の舌状辺縁（１３ａ）の全長にわたって、前記第１の舌状辺縁半径は、前記第１の幾何学的経路の前記半径よりも少なくとも２．５％小さい、請求項１に記載の要素。
3. 前記第２の舌状辺縁（１３ｂ）の全長にわたって、前記第２の回転軸に対する第２の舌状辺縁半径は、前記第２の舌状辺縁半径に平行な、前記第２の回転軸に対する第２の幾何学的経路の半径よりも小さく、前記第２の幾何学的経路は、前記回転サイクル中に前記第１のローブ（５ａ）の前記端面と前記第２のローブ（５ｂ）の前記端面との間の前記第２の回転軸から最も遠くに位置する接触点によって表される、請求項１又は２に記載の要素。
4. 前記第２の舌状辺縁（１３ｂ）の全長にわたって、前記第２の舌状辺縁半径は、前記第２の幾何学的経路の前記半径よりも少なくとも２．５％小さい、請求項３に記載の要素。
5. 前記第１のロータ（３）は雄型スクリューロータであり、前記第２のロータ（４）は雌型スクリューロータである、請求項１又は２に記載の要素。
6. 前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸に平行な方向から見て、前記出口開口部（８）は、前記舌状突出部（１４）の接続辺縁（１５）によってさらに形成されており、前記接続辺縁（１５）は、前記第１の舌状辺縁（１３ａ）と前記第２の舌状辺縁（１３ｂ）とを接続し、前記舌状突出部（１４）は、前記接続辺縁（１５）で切頂形状を有するようになっている、請求項１又は２に記載の要素。
7. 前記要素は、スクリュー圧縮機要素（１）である、請求項１又は２に記載の要素。
8. 前記要素は、オイルフリースクリュー圧縮機要素（１）である、請求項７に記載の要素。
9. 前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸に平行な方向から見て、前記第１の遠位辺縁（１０ａ）の少なくとも一部から前記第１の回転軸までの距離は、前記第１のローブ（５ａ）の前記端面の最大旋回円の半径よりも小さい、請求項１又は２に記載の要素。
10. 前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸に平行な方向から見て、前記第２の遠位辺縁（１０ｂ）の少なくとも一部から前記第２の回転軸までの距離は、前記第２のローブ（５ｂ）の前記端面の最大旋回円の半径よりも小さい、請求項１又は２に記載の要素。
11. 前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸に平行な方向から見て、前記第３の回転角において、前記第１の回転軸に対する前記第１の近位辺縁（９ａ）の半径は、前記第１の回転軸に対する前記第１のローブ（５ａ）の基部の半径に等しいか又はそれより小さい、請求項１又は２に記載の要素。
12. 前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸に平行な方向から見て、前記第４の回転角において、前記第２の回転軸に対する前記第２の近位辺縁（９ｂ）の半径は、前記第２の回転軸に対する前記第２のローブ（５ｂ）の基部の半径に等しいか又はそれより小さい、請求項１又は２に記載の要素。
13. 前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸に平行な方向から見て、前記第３の回転角の外側において、前記第１の近位辺縁（９ａ）の少なくとも一部から前記第１の回転軸までの距離は、前記第１のローブ（５ａ）の基部の半径よりも大きい、請求項１又は２に記載の要素。
14. 前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸に平行な方向から見て、前記第４の回転角の外側において、前記第２の近位辺縁（９ｂ）の少なくとも一部から前記第２の回転軸までの距離は、前記第２のローブ（５ｂ）の基部の半径よりも大きい、請求項１又は２に記載の要素。
15. ガスを圧縮する装置であって、請求項１又は２に記載の要素を備える、装置。
16. 請求項１又は２に記載の要素から圧縮ガスを排出する方法であって、
    前記出口開口部（８）を介して前記内部空間から前記圧縮ガスを排出するステップを含み、
    前記第１の回転軸及び前記第２の回転軸に平行な方向から見て、前記第１のローブ（５ａ）の前記端面と前記第２のローブ（５ｂ）の前記端面との間の接触点は、前記回転サイクル中のいかなるときにも前記舌状突出部（１４）と重ならないことを特徴とする、方法。

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