JPH0460184A - 冷却装置付一枚羽根回転ポンプ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は１枚の羽根を有する雄ローターと陥没部を有す
る雌ローターとが互いに非接触状態で同期的に互いに反
対方向へ回転し合う、冷却装置を備えた一枚羽根回転ポ
ンプに関するものである。

（従来の技術） 本発明を理解する為に、先ず本発明に係わる一枚羽根回
転ポンプについて説明する。

第１図において羽根２は羽根側板３にしっかりと固定さ
れ、回転中空体６の外側に固定された固定中空体４の外
周面に密接しながら回転中空体６と一体的に回転する（
回転中空体６の周囲は固定中空体４の内周面に密接して
いる）。

雌ローター８はケーシング内周面に密接する雌ローター
外周面９及びこの雌ローター外周面９から陥没しながら
羽根２が嵌り込む陥没部１０を有し、 雄ローター１（羽根２、羽根側板３から成るローター）
と雌ローター８とは互いに非接触状態で同期歯車によっ
て同期的に互いに反対方向へ回転し合う様になっている
。

雌ローター外周面９は固定中空体４に密接する様に構成
され、望ましくは図示の如く固定中空体４に雌ローター
外周面９が密接する欠円部１１を形成 し、両者を面状に密接させるのが良い。

尚、羽根側板３は通常は羽根２の両端面に備える様にす
るが、一方は回転中空体６に一体的に形成され、回転中
空体６と羽根２とをしっかりと連結するものである。（
他方は羽根２の端面に固定され ているのみである）。

線ｃ３の先端部と線ｃ２との間には接近した状態でも 羽根外周面２´とケーシング内周面との間の間隙０．１
〜０．２ｍｍ位）に比し相対的に十分に大きな 間隙が保たれる様に構成され（通常３〜４ｍｍ位）、線
ｃ１と線ｃ４との間にも接近した部分でも同 様の間隙（通常３〜４ｍｍ位）が保たれる様にされてお
り、従って線ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４は精密加工 の必要はなく、鋳造等の地肌のまま使用することができ
る（製造が容易）。

羽根２の羽根外周面２´と陥没部１０の底部の壁面と は互いに密接し合う様に構成されている（即ち、羽根外
周面２´及び線ｃ５は円筒面である。―羽根 外周面２´に多数のラビリンス溝を形成して漏洩を 防止する事があるが、この様な場合でも羽根外周面２´
は円筒面であることに変わりはない）。

そして第２図の如く線ｃ３の先端部が固定中空体（欠円
部１１が形成されている時は欠円部１１の壁面 ）から離れる瞬間には、羽根外周面２´と陥没部の底部
に形成された円筒面（線ｃ５に相当する部分 ）とは互いに密接し合うか、又はこの状態と見做さ れる状態になっているので、陥没部１０と吸入通路 １３とは連通状態となる事はない。

かつ第４図の如く、陥没部１０の底部に形成された 円筒面（線ｃ５に相当する部分）と羽根２に形成さ れた円筒面（羽根外周面２´）とが互いに密接し合 う状態にあるか又はこの状態と見做される状態にある内
に、陥没部１０の遅れ側の壁面の先端部（線 ｃ４の先端部）が固定中空体４に到達する様に（欠 円部１１が形成されている場合は欠円部１１の壁面に 到達する様に）構成されており、従って圧縮過程にある
作動室１２と吸入通路１３とは互いに連通し合 う事はない。

更に羽根の羽根外周面２´のケーシング内周面に密 接する部分の遅れ端が第３図に示す如くケーシング内周
面から離れる瞬間の近傍には雄ローター側の作動室１２
（広義では陥没部１０も作動室の一種で ある）と吸入通路１３との連通が羽根２によって既 に遮断されている様に構成してある。

従って、羽根外周面２´のケーシング内周面に密接 する部分の遅れ端がケーシング内周面から離れて陥没部
１０内の圧縮された流体が線ｃ１の先端部と線 ｃ４との間の間隙（通常で３〜４ｍｍ位）を介して 雄ローター側の作動室１２内へ流入しても、吸入通 路１３内へ来通する事はない。

羽根２が陥没部１０内へ嵌り込んでくる時には陥没 部１０内の流体は圧縮され、羽根外周面２´ケーシ ング内周面に密接する部分の遅れ端がケーシング内周面
から離れると、雄ローター側の作動室１２と 陥没部１０とは連通し、内部の流体は更に圧縮され てゆく事になるが、陥没部１０が雄ローター側の作 動室１２に連通するまでの期間に陥没部１０内の流体 が圧縮されすぎて損失となる事を防ぐ為に、減圧空間１
４が形成されている。

即ち羽根２が陥没部１０内に嵌り込んでくると、陥 没部１０内の流体は通路１５を介して減圧空間１４内へ 流入し、陥没部１０が雄ローター側の作動室１２に連 通する直前の圧縮比を低減させ、最高内圧を下げて損失
を最小限に抑え込むのである（減圧空間１は大きいほど
効果がある）。

陥没部１０で線ｃ１の先端部と線ｃ４との間の間隙を介 して雄ローター側の作動室１２に連通すると、減圧 空間１４内の流体は通路１５の出口部が雌ローターに よって閉鎖されるまで雄ローター側の作動室１２内 へ放出される。

今、第１図において雄ローターの羽根２と雌ローター８
とによって挟まれた作動室１２に注目すると、 同作動室１２内に吸入された流体はローターの回転 に従って同作動室１２の容積の縮小によって密閉的 に圧縮され、回転中空体６内の圧力にほぼ等しくなった
時点で回転中空体６に形成された開閉口７が固定中空体
４に形成された吐出口５に連通し、吐出口５、開閉口７
を介して回転中空体６内へ吐出される様になっている。

但し、線ｃ３の先端部がケーシング内周面から離れ る瞬間の直後に吐出口５と開閉口７との連通を遮断し、
回転中空体６内からの逆流を防ぐようにする 必要がある。

そして線ｃ３の先端部がケーシング内周面から離れ る瞬間の後からは、回転中空体６内へ吐出し尽くされず
に作動室１２内に残留した流体は線ｃ３の先端 部と線ｃ２との間に間隙（前述の如く３〜４ｍｍ位） を介してほぼ瞬間的に陥没部１０内へ放出されるが、 第２図の線ｃ２と線ｃ３とによって挟まれた空間内へ 逃げ込んだ僅かな量のみ吸入通路１３内へ放出され て損失となるわけであり、残りの大部分は陥没部１０内
に留まりつつローターの回転に従って再び雄 ローター側の作動室１２内へ流入し、最終的には回転中
空体６内へ吐出されるのである。

羽根２が陥没部１０へ嵌り込んでくる時の圧縮され すぎによる前記損失を防ぐ為には、減圧空間１４を 形成する事の他に、第５、６図に示す様な方法が考えら
れる。

即ち第５図において、羽根２によって吸入通路１と雄ロ
ーター側の作動室１２との連通が遮断された 瞬間においては羽根外周部２´のケーシング内周面 に密接する部分の遅れ端がケーシング内周面から離れる
瞬間よりも所定期間だけ前の位置にある様に構成し、減
圧空間１４から羽根側板３の背後まで 延びてきている連通路１６と羽根側板３に形成され た放出口１７とを、吸入通路１３と雄ローター側の作 動室１２との連通が遮断される瞬間の近傍から所定 期間連通させ、陥没部１０内の流体を雄ローター側 の作動室１２内へ移送する様にするのである。

かくして陥没部１０と雄ローター側の作動室１２とが 図の位置から更に回転して自然に連通する以前に連通路
１６、放出口１７を介して陥没部１０内の圧力が 余り高まらない内に強制的に両者を連通させているので
、減圧空間１４の作用と相まって陥没部１０内 の流体は若干圧縮された程度で雄ローター側の作動室１
２内へ移送され、羽根２が陥没部１０内へ嵌り 込んでくる事による損失は更に減少し、最小限に抑えら
れるのである。

第６図の実施例は第５図の状態において陥没部１と雄ロ
ーター側の作動室１２とを連通させる為に、 羽根外周面２´の遅れ側に切欠き部１８を形成したも ので、線ｃ６は円筒面であり、従って陥没部１０の底 部は羽根外周面２´及び円筒面ｃ６によって形成され る様になっている（即ち線ｃ６と線ｃ７とは互いに密 接し合う）。

かくして陥没部１０と雄ローター側の作動室１２とが 自然に連通する以前に切欠き部１８を介して陥没部 １０内の圧力が余り高まらない内に両者を強制的に 連通させているので、第５図と同様に羽根２が陥没部１
０内へ嵌り込んでくる事による損失を最小限 に抑え込む事ができる。

以上第１図に示す一枚羽根回転ポンプのおいては、 ［１］線ｃ３の先端部がケーシング内周面から離れる瞬 間における作動室１２内に残留した流体は回転中空 体６内に最後まで吐出し尽くされずに陥没部１０内 に放出されるが、前記瞬間における作動室１２の容 積はその最大容積状態（陥没部１０も含む）に比し 十分に小さく、かつ前記瞬間に圧縮仕事はほぼ０となる
為、損失は小さなものである。

［２］第２、４図における線ｃ２と線ｃ３とによって挟
ま れた空間、線ｃ１と線ｃ４とによって挟まれた空間の 容積は各々作動室１２の最大容積状態（陥没部１０も 含む）に比し十分に小さく、かつ内部の圧力も小さい為
、吸入通路１３内へ開放される事による損失 は微々たるものである。

［３］陥没部１０内へ羽根２が嵌り込んでくる事よる 圧縮されすぎに起因する損失は減圧空間１４を形成 する事により、更には第５、６図の工夫を加える事によ
り十分に小さく抑え込む事ができる。

［４］作動室１２は面体面による面シールによって構成 されている為、漏洩損失は極めて小さく、更にこれらの
面シール部にラビリンス溝を多数形成する事により（例
えば羽根外周面２´、羽根内周面、欠 円部１１の壁面等にラビリンス溝を形成する）漏洩 損失は極小となる。

［５］ルーツ型とは異なり作動室１２の容積の縮小によ って流体を圧縮した後に吐出する、内部圧縮機能を備え
ている為、本質的に断熱効率は高い。

この様な事から全断熱効率は実用上十分に高く、ポンプ
（圧縮機）として機能させる事ができるのである。

第５図において線ｃ２を線ｃ３の先端部によって形成 する様にした一枚羽根回転ポンプを第７図に示すが、こ
の様にすると作動室１２内の流体は第１図の 場合と異なり陥没部１０内へ放出される事なく吐出口５
、開閉口７を介して全て回転中空体６内へ吐出されるの
で、全断熱効率が向上する。

又、第５図において線ｃ１と線ｃ４との内で、いずれ か一方の線を他方の線により創成する様にした一枚羽根
回転ポンプを第８図に示すが、この様にすると第４図で
示される線ｃ１と線ｃ４とによって挟ま れた空間が形成される事はなく、この空間が吸入通路１
３内へ開放される事によって生ずる損失が完 全になくなる為、全断熱効率は向上する。

１５は通路、１６は連通路、１７は放出口で、各々の作 用は第５図と同様である。

尚、第８図において線ｃ２を線ｃ３の先端部によって 創成する様にすれば、全断熱効率は一層向上する事は明
らかである。

さて以上の様な一枚羽根回転ポンプのおいては、陥没部
１０が雄ローター側の作動室１２内へ連通する までに羽根２が陥没部１０内へ嵌り込んでくる事に よる圧縮されすぎに起因する損失があり、全断熱効率の
低下を来していた（もちろんこの損失は減圧空間１４を
形成したり、第５、６図の工夫を加え る事により最小限に抑え込んでいるのであるが、それで
も全断熱効率の低下の原因となっている）。

又、この損失の為に、吐出温度が高くなり、ローターや
固定中空体４、回転中空体６、ケーシング等の各部の温
度上昇を招き、結果としてこれら各部の間隙（例えば羽
根外周面２´とケーシング内周 面との間の間隙）を増す必要があった（漏洩損失の増大
）。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、一枚羽根回転ポンプにおいて減圧空間
１４内に流入した流体を冷却する事によって 全断熱効率を向上せしめ、かつ吐出温度を低下させてロ
ーターや回転中空体６、固定中空体４、ケーシング等の
各部の温度を下げる様にしたところにある。

（問題点を解決するための手段） 本発明は従来の欠点を解決する為に、一枚羽根回転ポン
プにおいて羽根が雌ローターの陥没部内へ嵌り込んでく
る事によって前記陥没部から減圧空間に流入した流体を
冷却装置により冷却した後に前記雄ローター側の作動室
内へ導入する様に構成したのである。

（実施例） 第９図は本発明による冷却装置付一枚羽根回転ポンプの
一実施例で（第５図に本発明を実施したものである）、
多数の管１９から成る冷却装置２０が減 圧空間１４内に備えられている。

多数の管１９内には、例えば冷却水を通す様に構成 する。

従って陥没部１０内に羽根２が嵌り込んでくると、 陥没部１０内の流体は通路１５を介して減圧空間１４内 に流入すると共に、多数の管１９と接触して熱を奪 われ、冷却される。

減圧空間１４内に流入した流体は多数の管１９と接触 している間は冷却作用が継続され（減圧空間１４内 から流出する時も冷却される）、かくして陥没部１０か
ら減圧空間１４内へ流入した流体は冷却装置２０ によって十分に冷却された後に、雄ローター側の作動室
１２内へ導入されるのである。

第１０図波冷却装置２０´の管１９´の周囲に多数の冷
却フ ィン２１を取り付け、冷却フィン２１に例えば冷却空 気を通過させて、管１９´内を流れる流体の熱を奪う 様にしたものである。

従って、陥没部１０内の流体は羽根２が嵌り込んで くる事によって通路１５を介して管１９´内へ流入し、 十分に冷却された後に連通路１６、放出口１７を介 して雄ローター側の作動室１２内へ導入されるので ある。

この場合、第９図の減圧空間１４はそのままの形で は形成されていないが、管１９´の総合容積は十分に 大きくしてあるので、管１９´内の空間が減圧空間１４ に相当するものとなるのである。

以上は第１、６、７、８図にも同様に適用される事は言
うまでもない。

（発明の効果） 本発明は従来に比し次の様な利点がある。

［１］本発明では陥没部１０から減圧空間内に流入した 流体は冷却装置２０（２０´）によって十分に冷却され た後に雄ローター側の作動室１２内へ導入される為、 流体の圧力が下がり、二段圧縮機における中間冷却と同
様の効果があり、ポンプの圧縮仕事は大幅に減少する。

従って陥没部１０と雄ローター側の作動室１２とが連 通するまでに陥没部１０内に羽根２が嵌り込んでく る事による圧縮されすぎに起因する損失を十分に補い、
全断熱効率を向上させる事ができる。

［２］冷却装置２０（２０´）の冷却作用により、雄ロ
ータ ー側の作動室１２内の流体の温度や陥没部１０内の流 体の温度が下がるから、吐出温度は大幅に低下する。

従ってローター、固定中空体４、回転中空体６、ケーシ
ング等の各部の温度が低下し、結果としてこれら各部の
間隙（例えば羽根外周面２´とケーシ ング内周面との間の間隙）を縮小させる事ができるので
、漏洩損失を減少させ、全断熱効率を一層向上させる事
ができる。

一枚羽根回転ポンプはスクリュー形とは異なり軸の囲り
にヘリカル状にねじれている事はなく、直歯形である為
、製造が極めて容易である特長があるが、本発明により
全断熱効率を一層向上させる事によって大幅に実用の用
途を拡げる事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる一枚羽根回転ポンプの断面図、
第２・３・４図は第１図の作動説明図、第５・６・７・
８図は本発明に係わる一枚羽根回転ポンプの図、第９・
１０図は本発明による冷却装 置付一枚羽根回転ポンプの断面図である。 １は雄ローター、２は羽根、２´は羽根外周面、は羽根
側板、４は固定中空体、５は吐出口、６は回転中空体、
７は開閉口、８は雌ローター、９は雌ローター外周面、
１０は陥没部、１１は欠円部、１２ は作動室、１３は吸入通路、１４は減圧空間、１５は通 路、１６は連通路、１７は放出口、１８は切欠き部、１
９ ・１９´は管、２０・２０´は冷却装置、２１は冷却フ
ィン、 ｃ１、ｃ２、ｃ３、ｃ４、ｃ５、ｃ６、ｃ７は線である
。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転中空体の外側に固定された固定中空体の外周
   面に密接しながら前記回転中空体と一体的に回転する１
   枚の羽根を有する雄ローターと、けーソング内周面に密
   接する雌ローター外周面及びこの雌ローター外周面から
   陥没しながら前記雄ローターの羽根が嵌り込む陥没部を
   有する雌ローターとが互いに非接触状態で同期的に互い
   に反対方向へ回転し合い、かつ前記雌ローター外周面が
   前記固定中空体に密接する様にし、更に前記雄ローター
   の羽根と雌ローターとによって挟まれた作動室に注目し
   、同作動室内の流体が前記固定中空体に形成された吐出
   口及び前記回転中空体に形成された開閉口を介して前記
   回転中空体内へ吐出される様に構成したポンプであり、
   前記雄ローターの羽根の羽根外周面と前記雌ローターの
   陥没部の底部の壁面とが互いに密接し合う様に構成し、
   かつ前記羽根の羽根外周面のケーシング内周面に密接す
   る部分の遅れ端がケーシング内周面から離れる瞬間の近
   傍には雄ローター側の作動室と吸入通路との連通が前記
   羽根によって既に遮断されている様にしたポンプにおい
   て、前記羽根が雌ローターの陥没部内へ嵌り込んでくる
   事によって前記陥没部から減圧空間に流入した流体を冷
   却装置により冷却した後に前記雄ローター側の作動室内
   へ導入する様にした事を特徴とする冷却装置付一枚羽根
   回転ポンプ。