JPH0133680B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、多流路式の気体力学的な圧力波機械
であつて、１つのロータと、ロータを包囲する１
つのケーシングと、気体状の作動媒体の供給並び
に排出用の通路開口を有する各１つの空気ケーシ
ング並びにガスケーシングとから成つていて、ロ
ータの隔室リングが、１つのボス管と１つのカバ
ーバンドとの間に配置された１つ又は複数の中間
管によつて、少なくとも２つの同心的な流路に分
割されている形式のものに関する。

今日主として使われている単流式の圧力波機械
は著しい騒音を発生する。この騒音は環境保護の
立場から増々きびしくなる要求を考慮すると共に
公共の利益のためにも低減する必要がある。

このような目的のために既に種種の解決策が提
案されており、その１例によれば（スイス国特許
第398184号明細書参照）、気体状の作動媒体相互
間に圧力交換が生ずるロータ内の多数の隔室の半
径方向の大きさ、即ち隔室の高さが半径方向で円
筒状の複数の中間管によつて多数の円形の流路に
分割されており、これによつて音響振動の基本振
動数を人間の耳の上方可聴域よりも上回らせる。
しかしながら、これによつて所期の効果を得るこ
とはできない。というのはたんに同じ振動数の多
数の振動を重ねるだけで、基本振動数は残された
ままだからである。さらに、この提案にみられる
構造形式は強度上の欠点も有している。即ち、中
間管の横断面形が円形であること、および隔室壁
の厚さが一様であることの結果として熱応力並び
に遠心応力を伴い、これによつてロータ構造の各
部に変形および過負荷を生ずることになる。

公知例にみられるこのような騒音の問題および
強度の問題を本発明は冒頭に述べた形式の圧力波
機械において次のようにして解決した。すなわ
ち、１つの流路の隔室壁が隣接の別の流路の隔室
壁に対して相対的に周方向でほぼ二分の一の隔室
ピツチだけずらされており、ロータの軸線に対し
て直角な一平面内で、外側の流路の隔室壁の中心
線と中間管の中心線との交点が、隣接の内側の流
路の隔室壁の中心線と中間管の中心線との交点よ
りも半径方向でロータの軸線が遠く位置している
のである。

このような本発明の構成によれば、一方の流路
の隔室が他方の流路の隔室に対して隔室幅の半分
だけずらされていることによつて、圧力パルスも
相互に半分の周期だけ時間的にずれることにな
る。これによつて、半径方向で隣接する隔室相互
に生ずる音圧の干渉の結果として騒音減少が生ず
る。内外両流路の隔室が半分の隔室ピツチで互い
にずらされているのに加えて、外側の流路の隔室
壁と中間管との交点が、隣接の内側の流路の隔室
壁と中間管との交点よりも半径方向で外方に位置
している結果として、中間管の横断面は事実上ジ
グザグ形もしくは波形を呈する。このような横断
面形の中間管は従来例のたんなる円形断面の中間
管に比較して強度上の利点が得られる。すなわ
ち、従来例の場合運転負荷を受けて大きな曲げ応
力が生じ、その引張応力のピークは元来高い運転
温度故に比較的低くされているロータ材料の降伏
点に達する。これに対して、本発明による中間管
の場合、最大運転負荷時にも中間管への隔室壁の
接続部近くに不都合な応力が作用しない。これに
よつて、このような運転時に生じ得る中間管と隔
室壁との交点の変位も小さく、ひいてはカバーバ
ンドの拡張も小さい。カバーバンドの負荷が小さ
くなる結果として、ボス管が一層支持用に活用さ
れる。このことは一様な応力分布、ひいては良好
な材料利用を可能にし、使用材料の壁厚を小さく
することができる。さらに別の利点として、小さ
な慣性モーメント、比較的小さな所要加速力、ロ
ータ用の軽量かつ安価な駆動部材をあげることが
できる。

次に図面に示した実施例について本発明を説明
する： 第１図において符号１はロータ２を包囲するケ
ーシングジヤケツトである。ロータ２は１つの回
転軸３に剛性的に結合されている。回転軸３は２
つの軸受４，５内に支承されて１つのＶベルト用
のプーリ６を介して駆動される。

例えば１つの内燃機関からのガスが入口管７か
らガスケーシング８内へ入り、このガス流は１つ
の仕切壁９によつて２つの部分流に大別される。
ロータ２は１つのボス管１０、１つのカバーバン
ド１１、１つの中間管１２を有し、中間管１２に
よつて内側の流路１３と外側の流路１４とに分け
られている。第３図の端面図から判るように、ロ
ータ２のボス管１０およびカバーバンド１１は円
筒状をなしており、これに対して中間管１２はジ
グザグ状の横断面を有している。両方の流路１
３，１４は周方向でそれぞれ半径方向の多数の隔
室壁１５，１６によつて内側および外側の同数の
隔室１７，１８に仕切られている。この場合内側
の隔室１７と外側の隔室１８とが周方向で相対的
にほぼ二分の一ピツチだけ互いにずらされてい
る。多くの隔室が内外２つの流路に大別されてい
ることによつて、騒音を生ずる圧力パルスの数が
２倍に細分化されることになる。一方の流路の隔
室が他方の流路の隔室に対して隔室幅の半分だけ
ずらされていることによつて、圧力パルスが相互
に半分の周期だけ時間的にずれることになる。こ
のように及ぼされる干渉によつて基本振動数の振
幅が減少される。かくして、基本振動数に振幅減
少作用を有する干渉が及ぼされる。このような処
置の効果はロータによつて生ぜしめられる騒音ス
ペクトルによつて著しく左右される。実施例の場
合基本振動数の強さが主観的かつ客観的にも最も
大きく騒音を支配する。騒音発生において調和振
動が占める部分は比較的わずかであつて、既に第
２倍音にしても基本振動数によつて惹起される騒
音よりも20dBほど弱い。実際には基本振動数の
完全な解消は達成できない。ただ、理論的には隔
室自体の半径方向の高さを無限に小さくした場合
可能だということである。というのは、中間管の
周囲でしか圧力変動が互いに影響し合うことがな
いからである。半径方向で互いに遠く離れて位置
するガス粒子は干渉作用を受けない。というのは
その位置が離れていることによつてパルスを及ぼ
すに至らないからである。

基本振動数と共に調和振動数も存在し、また、
隔室壁が相互にずらされていることによつて、た
んに基本振動数およびその奇数倍の振動数の振幅
のみが低減されるので、残る騒音スペクトル内に
は基本振動数の整数倍の振動数のみが支配的とな
る。

隔室壁を含めてすべての隔室によつて占められ
るリング状に続く面は高さを等しくするか又は面
積を等しくして内外両方の流路に分割する。高さ
を等しくした分割は熱力学的に見て有利であり、
面積を等しくした分割は騒音減少の点で有利であ
る。要するに騒音レベルの低下を優先するならば
面積を等しくした分割を採用することになる。

外側の流路１４のすべての隔室壁１６の半径方
向で内方の端部はジグザグ状の中間管１２のそれ
ぞれ最も高い個所で中間管１２へ移行しており、
内側の流路１３のすべての隔室壁１５の半径方向
で外方の端部は中間管１２のそれぞれ半径方向で
最も内方に位置する点に接続している。要するに
隔室壁は、ボス管１０或いはカバーバンド１１と
これらに対置する中間管１２のジグザグ形の頂点
との間に位置している。第２図にガスケーシング
８が第１図の−線に沿つて端面図で示されて
いる。符号１９が高圧ガスの２つの入口通路、符
号２０が圧力波機械の作業範囲を拡大するガスポ
ケツト、符号２１が減圧された排ガスの出口通路
である。吸い込まれた空気或いは圧縮された空気
のための相応の通路も空気ケーシング２２（第１
図）のフランジ側に設けられている。

高圧ガスの入口通路並びにポケツトは半径方向
で仕切壁９，３５によつて仕切られている。これ
によつて、ガス状の作動媒体流の分割並びに案内
が既にロータ２の２つの流路への入口前において
なされる。この第２図によつて判るように、入口
通路１９および出口通路２１並びにポケツト２０
の、ロータ２の周方向に対して交差する方向の縁
部は半径方向で直線的に延びている。ロータ２の
隔室壁１５，１６が第３図の例がそうであるよう
に半径方向で直線的である場合、ロータの内側お
よび外側の流路の個個の隔室通路は空気ケーシン
グ内およびガスケーシング内の不動の通路に対し
て突然開くことになり、自由な通路横断面積が著
しく増大することになる。このような突然の通路
横断面積増大によつて惹起される衝撃的なガス又
は空気の流入は不快な騒音を生ずることになる。
というのは、圧力断面形状に基づいて、その除去
又は少なくとも軽減をはかるべき高振動数部分が
生ずることになるからである。

テストによれば、このような騒音部分は次のよ
うにして低減させることができることが判つた。
即ち、空気およびガスのための入口通路および出
口通路の、周方向に対して交差する方向に延びる
縁部を、半径方向でなく第４図および第５図に示
すように割線の方向に直線的に延びているか又は
波形線をなしてほぼ半径方向に延びているように
するのである。

１つの低圧ガス通路又は低圧空気通路の例とし
て示す第４図の制御縁２３の場合直線であつて、
カバーバンドの円弧に対して半径２４との間に角
度２５をなす割線上に位置している。この割線
は、ロータ軸線内に中心点を有する１つの補助円
２６の接線と解してよい。このような制御縁２３
はもちろん半径２４を中心にして図で見て反対側
の割線上に延びていてもよい。

制御縁がこのように斜めに延びていることによ
つてロータの回転を伴う上述したような空気もし
くはガスの衝撃的な流入は避けられる。即ち、流
過横断面積が突然にではなく徐々に大きくなり、
従つて騒音増大が軽減されるのである。

ロータの回転に伴つて先行する第２の制御縁２
７もやはり当該個所における半径に対して斜めに
延びており、従つて隔室内へのガスもしくは空気
の流入は衝撃的にではなく、徐々に絞られること
になり、ひいては騒音低減につながる。

流過横断面積を徐々に大きくすることや小さく
することによつて騒音低減をはかる点をやはり目
的の一部としている別の制御縁形状が第５図に示
されている。この制御縁は高圧空気通路の場合で
ある。制御通路２８，２９は図示の通り波形を呈
している。ロータの回転方向で見て開放側の制御
縁２８は第４図の制御縁２３に比較して開放過程
の最初の段階で既に開放横断面積の大幅な増大を
呈している。

さらに、このような制御縁の形状は音響的に内
側および外側の隔室相互間のずれと同様互いに相
互作用を生ずる。即ち、ロータの回転に伴つて各
隔室が二分の一のピツチだけずらされた２つの段
階にわたつて干渉作用を受けることになる。

第３図に示すジグザグ形横断面の中間管１２に
よればたんなる円筒形の中間管に比較して強度上
の利点が得られる。円筒形の中間管の場合運転負
荷を受けて大きな曲げ応力を生じ、その引張応力
のピークが、元来高い運転温度故に比較的低くさ
れているロータ材料の降伏点にも達することにな
る。第６図に示す中間管３０のジグザグ状横断面
もしくは第７図に示す中間管３１の波形横断面に
よれば、最大運転負荷においても中間管の隔室壁
３２，３３の接続部のすぐ近くに不都合な応力が
派生しない。これに関連して、このような運転負
荷時に生ずる中間管３０および隔室壁３２の中央
線相互の交点３４の不都合なずれは小さくなり、
ひいてはカバーバンドの拡開も小さい。要するに
カバーバンドの負荷が除かれ、しかもボス管が一
層強力に支持用に活用される。この結果として一
様な応力分布、ひいては良好な材料利用が可能と
なり、このことはまた壁厚を小さくすることがで
きることになる。さらに別の利点として小さな慣
性モーメント、著しく小さな加速能力並びにロー
タ用の著しく軽量かつ安価な駆動部をあげること
ができる。

多くの流路に分割した場合隔室の自由長さが縮
小されるので、それぞれ２つの隣接する隔室間の
ガス圧相違による交番応力も著しく小さくなり、
従つてこの点からも隔室壁の厚さを小さくするこ
とができる。カバーバンド、中間管、ボス管への
移行部において隔室壁を厚くすることによつてこ
のような個所における固定モーメントによる負荷
も著しく軽減される。

第８図に示すロータの場合内外両方の流路がや
はり１つのジグザグ状横断面の中間管によつて仕
切られている。いずれの流路の隔室も、公知の形
式で（スイス国特許第470588号明細書参照）一様
な、ひいては生理学的に耐え易い騒音スペクトル
を得るために種種な幅を有している。この場合周
方向で一定したパターンに従つて若干数の狭い隔
室と広い隔室とが交互に続いている。一方の流路
の隔室壁は他方の流路の隔室壁に対して相対的に
少なくともほぼ二分の一のピツチだけ周方向でず
らされており、これによつて既に述べたように干
渉による騒音低減がはかられている。第９図に示
すロータはジグザグ状横断面の２つの中間管を介
して内外３つの流路に仕切られている。１つの流
路の隔室壁は隣接の別の流路の隔室壁に対して相
対的に周方向で少なくともほぼ二分の一のピツチ
だけずらされており、この場合最も外側の流路の
隔室壁とボス管に接する最も内側の流路の隔室壁
とが同一の半径線上に位置している。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の二流路式の圧力波機械の縦断
面図、第２図はケーシングの端面図、第３図はロ
ータの端面図、第４図はケーシングの制御通路を
示す拡大端面図、第５図は制御通路の別の実施例
を示す端面図、第６図はロータの隔室壁および中
間管の形状を示す拡大端面図、第７図は第６図の
例とは異なる隔室壁および中間管の端面図、第８
図はピツチを異にした隔室を有するロータの端面
図、第９図は三流路式のロータの端面図である。 １……ケーシングジヤケツト、２……ロータ、
３……回転軸、４，５……軸受、６……プーリ、
７……入口管、８……ケーシング、９……仕切
壁、１０……ボス管、１１……カバーバンド、１
２……中間管、１３，１４……流路、１５，１６
……隔室壁、１７，１８……隔室、１９……入口
通路、２０……ガスポケツト、２１……出口通
路、２２……空気ケーシング、２３，２７……制
御縁。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 多流路式の気体力学的な圧力波機械であつ
   て、１つのロータと、ロータを包囲する１つのケ
   ーシングと、気体状の作動媒体の供給並びに排出
   用の通路開口を有する各１つの空気ケーシング並
   びにガスケーシングとから成つていて、ロータの
   隔室リングが、１つのボス管と１つのカバーバン
   ドとの間に配置された少なくとも１つの中間管に
   よつて、少なくとも２つの同心的な流路に分割さ
   れている形式のものにおいて、１つの流路の隔室
   壁が隣接の別の流路の隔室壁に対して相対的に周
   方向でほぼ二分の一の隔室ピツチだけずらされて
   おり、ロータの軸線に対して直角な一平面内で、
   外側の流路の隔室壁の中心線と中間管の中心線と
   の交点が、隣接の内側の流路の隔室壁の中心線と
   中間管の中心線との交点よりも半径方向でロータ
   の軸線から遠く位置していることを特徴とする、
   圧力波機械。 ２ 中間管がジグザグ状の横断面形を有している
   特許請求の範囲第１項記載の圧力波機械。 ３ 中間管が波形の横断面形を有している特許請
   求の範囲第１項記載の圧力波機械。 ４ ガスケーシング内にロータへの入口通路範囲
   にロータの２つの流路に合わせてガス流を分ける
   仕切壁９が設けられている特許請求の範囲第１項
   記載の圧力波機械。 ５ ロータ内の各流路の流過横断面積が互いに等
   しい特許請求の範囲第１項記載の圧力波機械。 ６ 複数の流路の半径方向の高さ寸法が等しい特
   許請求の範囲第１項記載の圧力波機械。 ７ ガス並びに空気のポケツトが設けられてお
   り、これらのポケツトはロータの流路分割に相応
   して仕切壁３５によつて半径方向で仕切られてい
   る特許請求の範囲第１項記載の圧力波機械。 ８ ガスケーシングおよび空気ケーシングの両方
   の少なくとも一方の作動媒体用の通路開口の、周
   方向に対して交さ方向の２つの制御縁２３，２７
   の少なくとも一方が、ロータと同心的な１つの仮
   想の補助円２６の接線上に延びている特許請求の
   範囲第１項記載の圧力波機械。 ９ ガスケーシングおよび空気ケーシングの作動
   媒体用の通路開口の、周方向に対して交さ方向の
   制御縁がＳ字状に延びている特許請求の範囲第１
   項記載の圧力波機械。 １０ ロータの隔室壁がカバーバンド１１、ボス
   管１０、中間管１２への移行個所において徐々に
   大きさを増す横断面を有している特許請求の範囲
   第１項記載の圧力波機械。