JPH0474557B2 - - Google Patents

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JPH0474557B2
JPH0474557B2 JP57089994A JP8999482A JPH0474557B2 JP H0474557 B2 JPH0474557 B2 JP H0474557B2 JP 57089994 A JP57089994 A JP 57089994A JP 8999482 A JP8999482 A JP 8999482A JP H0474557 B2 JPH0474557 B2 JP H0474557B2
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F01C21/08—Rotary pistons
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    • F01C21/0818—Vane tracking; control therefor
    • F01C21/0827—Vane tracking; control therefor by mechanical means
    • F01C21/0836—Vane tracking; control therefor by mechanical means comprising guiding means, e.g. cams, rollers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
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    • F01C21/106—Stators; Members defining the outer boundaries of the working chamber with a radial surface, e.g. cam rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/344—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member
    • F04C18/3441—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the inner member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surface substantially parallel to the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2250/00—Geometry
    • F04C2250/30—Geometry of the stator
    • F04C2250/301—Geometry of the stator compression chamber profile defined by a mathematical expression or by parameters

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は羽根形コンプレツサに関する。
従来、この種の羽根形コンプレツサにおいて
は、端壁部に入口部および出口部の形成された円
形断面のチヤンバの彎曲された外周壁部の内面に
羽根を押し付けつつ円形断面のロータが前記チヤ
ンバ中を回転せしめられていた。
即ち特開昭49−132607号公報には円形断面のチ
ヤンバ内に円形断面のロータを収容すると共に、
入口部並びに出口部側に向つてローラを偏位せし
めた羽根形コンプレツサが開示されており、入口
部から導入された空気が圧縮され放出されるよう
に構成されている。
しかしながらこの従来構成では特にチヤンバの
断面が円形であるため総じてコンプレツサが大型
化する問題がある。即ち圧縮比を高めようとすれ
ば摺動可能な羽根間に区画される仕切室の容積
を、入口部直近において最大に出口部直近におい
て最小にする必要があるが、チヤンバ断面が円形
であると仕切室の容積が最大となるのはロータの
偏心方向と反対側においてである。従つてこの仕
切室の容積を大にするにはチヤンバ断面の円形の
直径を大にする必要があり、コンプレツサが大型
化する。また上記の従来構成では入口部と出口部
とが近接して配置されているが、入口部がロータ
の偏心方向にあると、入口部直近は容積の小にな
る側となり、導入気に圧縮を遂行するには入口部
直近から最大容積を持つ反対側までを含むような
相対的に大なる仕切室を区画するように設ける必
要がある。換言すればロータ周囲に区画される仕
切室数が少なくなり（上記の従来構成では３つ）、
従つて圧縮効率も充分高いものにし得ない問題が
ある。
しかして本発明の目的はロータの一回転中に導
入排出を一回行なう羽根形コンプレツサにあつ
て、特にチヤンバを楕円断面にすることにより、
コンプレツサを小型に抑えつつ入口部近傍の仕切
室の容積を大にし、出口部直近の仕切室を小に配
置せしめて、充分に圧縮比を高め得、圧縮効率を
向上するに併せて小型化を実現できるコンプレツ
サを提供するにある。
本発明によれば上記の目的は互いに対向する平
行な端壁部と実質的に楕円形の断面を有し且つ入
口部側と出口部側との間に基準領域の形成された
外周壁部とを有し且つ前記楕円形の長軸および短
軸を通るチヤンバ軸を有したチヤンバを包有する
ハウジングと、前記チヤンバの基準領域に接近し
て入口部側に形成された気体導入用の入口部と前
記チヤンバの基準領域に接近して出口部側に形成
された圧縮気体排出用の出口部とを包有する導入
排出装置と、夫々軸方向に延びローラの装着され
たスタツブシヤフトを有し、前記チヤンバに適合
する形状で前記入口部から気体が導入され且つ前
記出口部から圧縮気体が排出される仕切室を区画
する複数の羽根と、互いに等間隔において放射方
向に穿設され且つ夫々前記羽根を案内する複数の
溝と前記ハウジング中で回転するよう支承するシ
ヤフトとを備え、前記羽根が移動でき前記チヤン
バの外周壁部内面に沿う一回転中に導入排出工程
を一回実行し且つ前記入口部と出口部との間を密
封する距離だけ前記長軸および短軸に沿つて前記
チヤンバ軸から夫々前記出口部方向へロータ軸が
偏位されてなる筒状のロータと前記ローラを収容
し且つ前記チヤンバの外周壁部内面に沿つて前記
羽根の端部が移動するよう前記羽根を案内する前
記チヤンバの両端壁部に形成されたローラ軌道部
とを具備する羽根形コンプレツサにより達成され
る。
本発明は、以下において図面に沿い好ましい実
施例について説明されるが前記好ましい実施例に
限定されるものではなく、特許請求の範囲に包含
される全ての設計変更および均等物置換を包含す
るものである。
第１図および第２図には、互いに対向し且つ平
行な端壁部２３，２４とチヤンバ軸２６に中心が
あり彎曲された平滑連続の外周壁部２５とを有す
るチヤンバが形成されたハウジング２１を備える
羽根形コンプレツサ２０が開示されている。説明
の都合上、チヤンバは入口部側２７と出口部側２
８との用語を用いて説明される。
前記端壁部２３，２４は、ボルト３５によつて
互いに固定された端部材３３，３４に夫々装着さ
れた端板３１，３２によつて構成されている。前
記端部材３３，３４には、ロータ軸３９上に中心
がある転り軸受３７，３８および密封部材３８ａ
が装着されている。
前記転り軸受３７，３８は、駆動部材４１およ
び反対端部４２とを有するシヤフトに装着された
筒状のロータ４０を枢支している。前記ロータ４
０は、前記端壁部２３，２４間に挿入配置できる
形状であり、等間隔をおいて放射方向に延長され
た溝を有している。チヤンバ内を複数の仕切室に
区画するための矩形状の一組の羽根５１〜５６が
半径方向に摺動可能に前記溝中に配置されてい
る。
第３図を参照すれば明らかなように、羽根５１
〜５６は夫々ロータ軸３９方向に延長され互いに
整合され且つローラの装着された一対のスタツク
シヤフトを有している。羽根５１〜５６に夫々取
り付けられたローラ６１〜６６は、互いに平行す
る外側の側壁部６８および内側の側壁部６９を有
する溝６７中を案内される。前記外側の側壁部６
８は、前記羽根５１〜５６が遠心力により外方へ
押圧されるとき第４図に明らかな如く前記羽根５
１〜５６の外周縁部即ち端部がチヤンバの外周壁
部２５の内面に近接して即ち若干の間隙VCをお
いて移動できるようにするローラ６１〜６６用の
軌道部をなしている。このときローラ６１〜６６
と前記内側の側壁部６９との間には若干の間隙
RCが生じており後述する如き利点がある（第２
図参照）。
互いに隣接する羽根により区画された仕切室に
対しガス即ち蒸気冷媒を導入するための入口部７
１がチヤンバの入口部側２７に形成されている。
前記仕切室から圧縮状態のガス即ち蒸気冷媒を排
出するための出口部７２がチヤンバの出口部側２
８に形成されている。入口部７１および出口部７
２を拡張し、これにより出口部７２側へハウジン
グ２１の頂部から偏位された基準領域７０を両側
からはさむポケツト部７３，７４を形成するよう
彎曲された外周壁部２５内面が第６図に明らかな
如く“筒状”に陥凹せしめられている。
本発明によれば、羽根５１〜５６が回動できチ
ヤンバ断面が楕円形であるにもかかわらずロータ
４０の一回転ごとに吸入・排出工程を単一回のみ
実行するに十分の距離だけ楕円形の長軸および短
軸から夫々離間され且つチヤンバの外周端部２５
内面とロータ４０とが基準領域７０において互い
に密着されるようチヤンバ軸２６から側方即ち出
口部７２側へ偏位されたロータ軸３９をロータ４
０が有している。長軸方向の偏位量が短軸方向の
偏位量の約２倍であるので、入口部７１および出
口部７２間の基準領域７０は楕円形の短軸から出
口部７２の方向へかなりの角度だけ偏位して形成
されている。
第５図、第５ａ図および第７図を参照すれば本
発明の特徴とする構成が更に明らかとなろう。円
形断面のロータ４０が基準領域７０で楕円形断面
の外周壁部２５の内面に接触されており、ロータ
４０のロータ軸３９が楕円形の長軸a1方向にa0
短軸b1方向にb0即ち約a0／２だけ偏位されてい
る。
また本発明によれば楕円における離心を考慮し
てもよく、このとき長軸の長さ２ａおよび短軸の
長さ２ｂ（第５図、第７図、第７ａ図には長軸の
半分即ち半長軸の長さがａ、短軸の半分即ち半短
軸の長さがｂとして示されている）は離心が15度
乃至45度の範囲好ましくは20度乃至30度の範囲に
あり特に22.4度となるよう適宜設定される。前記
離心は100-1b／ａで定義される。
本発明の特徴は、ロータ４０が充分に大きく、
ロータ４０の接線とチヤンバの外周壁部２５内面
の接線とが３箇所で平行となることにある。ロー
タ４０の接線とチヤンバの外周壁部２５内面の接
線とのうち互いに平行となるものが第７図におい
て，，で示されている。
本発明に従つて羽根形コンプレツサを設計する
に際して以下の手順がとられる。まず楕円形断面
のチヤンバの大きさとその離心が決められる。次
にチヤンバの外周壁部２５内面とロータ４０との
接点Ｐがロータ軸３９を通過し短軸に平行な直線
から第７図において時計方向に角度φ好ましくは
42度だけ傾斜した直線LR上に決められる。チヤ
ンバの外周壁部２５内面に対する接線が第７図に
Ｉで示すように接点Ｐを通過しており、且つ前記
直線LRが前記接線Ｉと直交し且つロータ軸３９
を通過している。
次いでロータ４０を表わす小円Ｃを描く。ロー
タ４０が小円Ｃの大きさであれば、チヤンバの外
周壁部２５内面の接線とロータ４０の接線とは２
箇所で互いに平行となるに過ぎないことは第７図
より明らかであろう。互いに平行となる接線がＩ
およびIaで示されている。
チヤンバの外周壁部２５内面の接線とロータ４
０の接線とが互いに３箇所で第７図の，，
で示すように互いに平行となるまで、前記ロータ
４０を表わす小円Ｃの半径を大きくして行く。こ
れにより半径Ｒを有するロータ４０を設計でき
る。
長軸の長さが２ａで短軸の長さが２ｂ即ち半長
軸の長さがａで半短軸の長さがｂである楕円形断
面のステータ中でのロータの一回転ごとに吸入排
出工程を単に一回のみ実行できるような前記長軸
および短軸からのロータ軸の偏位条件が判明し、
更にそのためには当初に設定した接点Ｐの角度位
置に関連して第７ａ図に示した楕円ELの領域に
前記ロータ軸が存在すればよいことが判明してい
る。楕円ELは、楕円形断面のステータの外周壁
部２５内面の焦点Ｆの焦点距離即ち焦点Ｆとチヤ
ンバ軸２６との距離の２倍の長さに等しい長さの
長軸即ち前記焦点距離に等しい長さの半長軸を有
している。更に、楕円ELはステータ断面の楕円
の離心率に対し補角をなす離心率を有している。
従つて、図示した実施例においてはステータの外
周壁部２５の内面の離心が22.4度であるので、ロ
ータ軸３９ののる楕円ELの離心は67.6度となる。
上述の手順により作成された本発明の羽根形コ
ンプレツサには多くの利点がある。まず、通常ロ
ータの一回転ごとに吸入排出工程を２回実行する
ものと考えられている楕円形断面をチヤンバが有
するのもかかわらず、ロータの各羽根はロータの
一回転ごとに吸入排出工程を単一回実行するのみ
であつて、これにより振動を減少でき、高速運転
を達成でき、更には羽根のロータの半径方向へ加
速に伴なうエネルギ損失を削減できる特徴乃至効
果を実現する。
本発明の他の特徴は本発明の羽根形コンプレツ
サの圧縮サイクルの説明より明らかとなろう。ロ
ータ４０が反時計方向に回転するに際し、羽根５
１〜５６のうち隣接する羽根で区画され且つ前記
隣接する羽根の略中央位置での半径方向の幅がＤ
１である仕切室８１へガス即ち蒸気冷媒が入口部
７１を介して吸入される（第５図参照）。ロータ
４０が反時計方向に回転し続けるに応じてロータ
４０の周面とチヤンバの外周壁部２５内面とが互
いに接近し且つ羽根がロータ４０の中心方向へ移
動するので、仕切室が出口部７２に接近するに際
し前記仕切室の中央位置での半径方向の幅が減少
する。前記出口部７２の直前の位置した仕切室８
２の幅Ｄ２は前記仕切室８１の幅Ｄ１の数分の一
であり、この幅の比D2／D1が圧縮比と考えられ
る。ロータ４０が第５図に図示した位置から更に
若干反時計方向へ回転すると仕切室８２から圧縮
ガス即ち圧縮蒸気冷媒が出口部７２を介して排出
される。
本発明の羽根形コンプレツサは、ロータ４０の
一回転の大半で圧縮工程を実行できることを特徴
としている。第５図により明らかな如く、仕切室
８１へのガス即ち蒸気冷媒の吸入は仕切室の後端
の羽根が長軸近傍に適したときに終了される。ロ
ータ４０の回転方向に関して長軸をこえた位置に
ある出口部７２に仕切室の前端の羽根が到達する
まで仕切室８２からの圧縮ガス即ち圧縮蒸気冷媒
の排出が延期されるのでロータ４０の回転角にし
て180度以上にわたり圧縮工程が実行される。
極めて浅いポケツト部７４の形成された出口部
７２に仕切室８２の前端の羽根が到達する直前の
ロータ４０の回転角にして60度程度の領域におい
ては仕切室８２の幅Ｄ２が殆ど変化しないことは
第５図より明らかであろう。これにより幾つかの
利点が生じる。まずガス即ち蒸気冷媒を高圧圧縮
するに際して機構上有利であり、延いてはロータ
４０の一回転にわたり負荷トルクを比較的に一定
とできる。また、排出位置における圧縮ガス即ち
圧縮蒸気冷媒の移動速度即ち流速は羽根の先端部
の移動速度に実質的に等しく、これにより圧縮ガ
ス即ち圧縮蒸気冷媒を実質的に一定の割合で出口
部７２から排出できる。即ち圧縮ガス即ち圧縮蒸
気冷媒の排出量を実質的に一定化できる。
回転角θに対する仕切室の容積Ｖの変化率
dV／dθは仕切室の前端の羽根が出口部に到達す
るまでの前記出口部に先き立つ領域で実質的に零
となる。このため出口部の断面に略相当する大き
な断面のガス排出間隙を仕切室に対し形成できこ
れにより出口部での圧縮ガス即ち圧縮蒸気冷媒の
排出が実質的に影響されることはなく、圧縮ガス
即ち圧縮蒸気冷媒の排出速度も低く維持できる。
すなわち従来のコンプレツサにおいて効率低下の
原因となつていた圧縮ガス即ち圧縮蒸気冷媒の排
出点における「絞り作用」が、本発明による羽根
形コンプレツサでは実質的に生じない。
２方向にロータ軸が偏位された円形断面のロー
タの配置された楕円形断面のチヤンバとローラに
より移動の制限された羽根とを組み合わせること
により排出流体の単位重量あたりの摩擦を小さく
でき、延いては高効率の羽根形コンプレツサを提
供できる。
羽根がローラにより案内され移動が制限されて
いるので、入口部および出口部はチヤンバの彎曲
された外周壁部に穿設でき更には前記外周壁部の
全幅にわたつて形成してもよい。羽根の移動が制
限されず且つ羽根の端部の支承面積を十分に大き
くするために入口部および出口部が夫々一連の複
数の小孔によつて形成される必要のある従来の羽
根形コンプレツサに比較して、本発明の羽根形コ
ンプレツサの羽根の端部がチヤンバの外周壁部内
面に接触されないので入口部および出口部の断面
積を所望に応じて大きくできる。圧縮ガス即ち圧
縮蒸気冷媒の入口部からの吸入流速および出口部
からの排出流速が羽根形コンプレツサの大きさの
３乗の函数であり、入口部の吸入断面積および出
口部の排出断面積が羽根形コンプレツサの大きさ
の２乗の函数に過ぎないので、本発明の羽根形コ
ンプレツサは拡大しても殆ど影響を受けない。本
発明の羽根形コンプレツサにおいては、大型化す
る場合、入口部および出口部がチヤンバの外周壁
部に形成されているので前記入口部および出口部
の断面積を必要に応じて自由に拡大できる。換言
すれば、本発明によれば排出ガス即ち排出蒸気冷
媒に対する摩擦および流速を増大せしめることな
く所望に応じて羽根形コンプレツサを大型化でき
る。延いては、本発明の羽根形コンプレツサは、
(i)高沸点で低蒸気圧の蒸気冷媒を使用するため、
(ii)大型化、ロータの高速運転、大型化およびロー
タの高速運転によつて圧縮蒸気冷媒の排出量を適
宜に得るため、(iii)製造誤差の許容範囲を拡大する
ため、(iv)従来の羽根形コンプレツサにおいてみら
れた如き羽根形コンプレツサの内部乃至外部での
冷媒の漏泄を実質的に除去するために極めて好適
である。
上述において羽根の外方への移動が阻止されこ
れにより羽根の端部がチヤンバの外周壁部内面に
対し実質的に接触しない場合について本発明の羽
根形コンプレツサを説明した。更に、ローラ６１
〜６６との間に実質的に一定の間隙を有する内側
の側壁部６９と前記内側の側壁部６９に対向する
外側の側壁部６８とを有した溝６７にローラ６１
〜６６が配備され、これにより羽根５１〜５６の
内方向への移動量を制限できることが本発明の羽
根形コンプレツサの特徴である。従つて本発明の
羽根形コンプレツサにおいては溝６７の側壁部６
８，６９の間隔が約0.012乃至約0.153cm（0.005乃
至0.060インチ）程度好ましくは約0.076cm（0.03
インチ）程度だけローラ直径より大きくなるよう
機械加工される。羽根５１〜５６の内向きの移動
を制限する側壁部６９の表面を便宜上「緩衝面」
と定義する。起動時に蒸気冷媒を隣接する仕切室
間で移動でき、これにより起動トルクを制限でき
るので羽根を内方向へ若干移動できることが起動
時には好ましい。換言すれば、定格速度で運転さ
れているシヤフトによる遠心力によつて羽根が外
方向へ移動されチヤンバの外周壁部内面に羽根の
端部が近接された場合に対し、起動時乃至シヤフ
トの回転速度が遅い場合はシヤフトを回転するた
めに所要のトルクが小さくてもよい。駆動源に対
する起動衝撃を削減できるので起動トルクが小さ
いことには利点がある。例えば、駆動源として電
動機を利用する場合、本発明の羽根形コンプレツ
サにあつては、従来の如く比較的に高価なコンデ
ンサ起動電動機を利用する必要はなく通常の誘導
交流電動機を使用できる利点がある。
本発明の羽根形コンプレツサにおいては、羽根
が半径方向内向に若干移動できるので、通常の蒸
気冷媒に加え液体状に凝固した液状冷媒が入口部
を介して吸入されたとき即ち“スラツギング”に
際して損傷の発生を防止できる。即ち、本発明の
羽根形コンプレツサに液体即ち液状冷媒が吸入さ
れ圧縮される場合、仕切室内の圧力が上昇される
のでチヤンバの外周壁部内面から羽根が離間さ
れ、液体が羽根の端部近傍を通り隣接する仕切室
へ移動でき、これにより従来のコンプレツサでみ
られ障害となつていた高圧の発生を防止できる。
本発明の羽根形コンプレツサにおいては、羽根
が半径方向内向に移動されるにもかかわらず正常
運転期間に遠心力によつてチヤンバの外周壁部内
面に対して十分に近接されており延いては羽根を
チヤンバの外周壁部内面に対して好適な位置まで
接近せしめ維持するための補助バネ乃至は半径方
向外向に作用する液圧力を必要としない利点があ
る。起動トルクを最小とすることが主要課題であ
り且つ高速運転用の装置が装着されている場合に
は、羽根を半径方向内向にバイアス即ち偏倚せし
める補助バネを配設すればよく、これにより羽根
を重力作用によつて半径方向内向に移動せしめる
ことなく十分且つ確実に羽根を半径方向内向に移
動でき延いては羽根の端部とチヤンバの外周壁部
内面との間の間隙を起動時に十分確保できる。
上述した諸点を考慮すれば、各種の設計パラメ
ータを最適値乃至は好適範囲に設定できこれによ
り本発明の所望の羽根形コンプレツサを構成でき
る。例えば端壁部２３，２４と羽根５１〜５６と
の間の軸方向の距離即ち間隙は約0.005cm（約
0.002インチ）が好適であり、約0.002乃至約0.012
cm（約0.001乃至約0.005インチ）であれば支障が
ないことが試験により確認されている。
また、ロータの縦横比即ちロータの直径に対す
るロータの軸方向の長さの比が0.25乃至0.75の範
囲にあることが好ましく、約0.5であれば最適で
あることも判明している。
更にロータの直径に対する羽根の厚さの比が
0.025乃至0.075の範囲内にあれば好適であり、約
0.05であれば最適であることも判明している。前
記ロータの直径に対する羽根の厚さの比が0.075
よりも大であれば羽根が極めて重くなり転り軸受
に必要以上の負荷を印加し且つチヤンバの容積を
減少せしめる難点があり、また前記ロータの直径
に対する羽根の厚さの比が小さすぎれば車軸装置
即ちローラの付着されたスタブシヤフトに固定で
きなくなる難点がある。
加えて羽根の厚さに対する羽根の端部の曲率半
径との比が2.0乃至2.5の範囲にあれば即ち羽根の
端部が彎曲されていることが好適である。
本発明の羽根形コンプレツサを、上述において
冷凍機構のコンプレツサとして使用される場合に
入口部および出口部が固定即ち調整不能で一定量
の蒸気冷媒を処理する場合について説明した。上
述した同時係属の米国特許出願第157564号には、
チヤンバの外周壁部の彎曲された出口部側内面を
形成し且つ排出ガス即ち排出蒸気冷媒の圧力延い
ては圧縮比を調整可能とするライナ即ちシユーの
配設された羽根形コンプレツサが開示されてい
る。本発明の羽根形コンプレツサを構成するチヤ
ンバ断面の楕円形の離心率はあまり大きくないの
で、排出ガス即ち排出蒸気冷媒の圧力を適宜に調
整する必要がある場合には所望により上述と同様
のライナ即ちシユーを配設してもよく、これは本
発明の技術範囲に包含されることは明らかであ
る。更に熱消費率即ち蒸気冷媒の処理量の変動を
自動調整し、これにより前記米国特許第157564号
に開示され且つ本発明において言及されている制
御回路によつて適宜の制御可能な範囲の一定温度
に温度を維持するようライナ即ちシユーを自動調
整すればよいことは明らかであろう。
本発明の羽根形コンプレツサには、冷凍機構の
コンプレツサとして使用する場合に環境汚染を引
き起こすフレオン等の弗化炭素のみでなく比較的
に環境汚染を引き起こさない各種の気体特にイソ
ペンタン、ネオペンタン、イソアミレン若しくは
それらの混合気体等の低蒸気圧の気体を使用でき
る利点がある。
上述において、本発明の羽根形コンプレツサの
チヤンバの外周壁部２５内面の断面形状を“楕円
形”乃至は“実質的に楕円形”として限定してい
るが、これには数学上の純粋な楕円乃至実質的に
楕円とみなされる形状が全て包有されているが、
円形乃至は一部が円形である形状まで包有するも
のではない。換言すれば本発明の羽根形コンプレ
ツサを構成するチヤンバの外周壁部の内面形状は
断面が少なくとも一部円形であるものを除き楕円
形乃至楕円形に実質的に等価の形状であれば好適
である。前記等価形状にはレムニスケート、ハイ
パートロコイド、ヒポトロコイド等が含まれてい
る。
上述において、本発明の羽根形コンプレツサは
ロータの一回転あたり“単一の吸入排出工程”を
実行する旨説明されているが、これは楕円形断面
のステータを備えた従来の羽根形コンプレツサに
おいてみられるロータの一回転あたり２つの吸入
排出工程を実行する動作に対する概念であつてロ
ータのシヤフトの一回転中に羽根が吸入工程と排
出工程とを夫々単一回実行する動作を説明するも
のである。しかしながら、上述の“単一の吸入排
出工程”は余り厳密な意味をもつものではなく、
吸入工程と排出工程との中間位置において羽根が
一時的に停止乃至は一時的に若干逆転する場合を
含むものである。
上述の如く、本発明の羽根形コンプレツサには
各種冷媒特に高沸点低蒸気圧の蒸気冷媒が好適に
使用できる。蒸気冷媒としては、弗化炭素は冷媒
Ｒ−11と特性が類似しかつシールドされた高オゾ
ン層に害を及ぼさないのでイソアミレンが好適で
ある。しかしながら、ペンタン、イソペンタン若
しくはそれらの混合気体等の他の冷媒も好適に使
用できることは明らかであろう。
上述より明らかな如く、本発明によれば、入口
部および出口部の断面形状が実質的に楕円形であ
るチヤンバ中で回転し且つ円形断面のロータを備
えた羽根形コンプレツサを構成できるので広範な
速度範囲にわたつて円滑且つ高効率の動作を実現
できる。
本発明の羽根形コンプレツサは、広範な速度範
囲にわたり羽根が円滑に回転でき、これにより羽
根がチヤンバの彎曲された外周壁部内面から速度
および圧力の特定の条件下で不要に離間（以下躍
動乃至はジヤンプと表現されることもある）する
悪現象を防止できる効果を有する。延いては本発
明の羽根形コンプレツサは、「ジヤンプ速度」即
ち羽根がチヤンバの外周壁部内面より不要に離間
即ち躍動する限界速度を羽根の正常運転速度に比
し充分低いレベルまで低下でき高効率化できる効
果を奏する。
本発明によれば、容積の変化率が吸入・排出工
程の終期で小さく且つ出口部で実質的に零となる
羽根形コンプレツサを構成でき、これにより出口
部を介した流体の移動速度即ち流速を比較的に小
さく且つ一定とでき、ロータの全回転周期にわた
つて機械的特性を十分に良好とでき負荷トルクを
比較的に一定とできる効果を達成できる。
本発明の羽根形コンプレツサは、高効率で動作
し、排出流体の単位重量当たりの摩擦が小さく、
低蒸気圧で高沸点の蒸気冷媒を利用できる効果を
有する。
本発明によれば、羽根形コンプレツサのロータ
軸の回転速度を高め若しくは羽根形コンプレツサ
の形状を大型化し若しくは羽根形コンプレツサの
ロータ軸の回転速度を高め且つ形状を大型化して
いるので、低蒸気圧の蒸気冷媒を使用可能とでき
る効果を実現する。本発明によれば、摩擦の増大
および出入口部の存在に伴なう損失によつて効率
低下を生じることなく所望に応じて形状を大型化
できる効果も奏し得る。また本発明の羽根形コン
プレツサには、蒸気冷凍機構に利用でき、加えて
非弗化炭素系の冷媒を利用できこれにより弗化炭
素系の冷媒を使用するに際して発生する環境汚染
を回避できる効果もある。
本発明の羽根形コンプレツサは、チヤンバの彎
曲された外周壁部内面に近接して移動するよう羽
根が案内され且つ内方向へ移動されるので、圧縮
開始負荷を削減でき且つ冷媒の“スラツキング”
即ち冷媒の液体状への凝固に伴なう損傷を防止で
きる効果も達成できる。
本発明によれば、従来の羽根形コンプレツサに
比し効率が良く且つ廉価で構成が簡潔である羽根
形コンプレツサを構成できる効果もある。本発明
によれば、羽根形コンプレツサの製造費乃至据付
費に加え運転費も低廉とでき、保守作業を殆ど削
減でき長期間にわたり無故障で運転できる効果を
実現できる。本発明によれば、低蒸気圧の蒸気冷
媒を使用する場合に比較的に許容範囲が大きく、
従来周知の羽根形コンプレツサに対し特に密封所
要領域において十分に密封でき実質的に漏泄を皆
無とできる。
上述においては本発明の羽根形コンプレツサが
気体を吸入し加圧して排出するコンプレツサであ
るとして説明されているが、高圧気体を出口部７
２から導入し且つ入口部７１から減圧気体即ち低
圧気体を排出しこれにより回転力をロータシヤフ
トから出力するエキスパンダ若しくはモータとし
ても使用できることは当業者に明らかであろう。
本発明の羽根形コンプレツサがエキスパンダ若し
くはモータとして使用される場合には上述の本発
明の目的に関連して述べた利点に加え高いエネル
ギ変換効率を実現できる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の羽根形コンプレツサの第２図
の線１−１に沿つて切断した断面図、第２図は第
１図の線２−２に沿つて切断した同断面図、第３
図は同簡略部分斜視図、第４図は同部分断面図、
第５図は同断面図、第５ａ図は同機能説明図、第
６図は第１図の線６−６から見た同部分断面図、
第７図は同機能説明図、第７ａ図は同機能説明図
である。 ２０……コンプレツサ、２１……ハウジング、
２３，２４……端壁部、２５……外周壁部、２６
……チヤンバ、２７……入口部側、２８……出口
部側、３１，３２……端板、３３，３４……端部
材、３５……ボルト、３７，３８……転り軸受、
３８ａ……密封部材、３９……ロータ軸、４０…
…ロータ、４１……駆動部材、４２……反対端
部、５１乃至５６……羽根、６１乃至６６……ロ
ーラ、６７……溝、６８，６９……側壁部、７０
……基準領域、７１……入口部、７２……出口
部、７３，７４……円周ポケツト、８１，８２…
…仕切室。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ (a) 互いに対向する平行な端壁部と実質的に
    楕円形の断面を有し且つ入口部側と出口部側と
    の間にチヤンバの外周壁部内面とロータ外周面
    とが密着する領域である基準領域の形成された
    外周壁部とを有し且つ前記楕円形の長軸および
    短軸を通るチヤンバ軸を有したチヤンバを包有
    するハウジングと (b) 前記チヤンバの基準領域に接近して入口部側
    に形成された気体導入用の入口部と前記チヤン
    バの基準領域に接近して出口部側に形成された
    圧縮気体排出用の出口部とを包有する導入排出
    装置と (c) 夫々軸方向に延びローラの装着されたスタツ
    プシヤフトを有し、前記チヤンバに適合する形
    状で前記入口部から気体が導入され且つ前記出
    口部から圧縮気体が排出される仕切室を区画す
    る複数の羽根と (d) 互いに等間隔において放射方向に穿設され且
    つ夫々前記羽根を案内する複数の溝と前記ハウ
    ジング中で回転するよう支承するシヤフトとを
    備え、前記羽根が移動でき前記チヤンバの外周
    壁部内面に沿う一回転中に導入排出工程を一回
    実行し且つ前記入口部と出口部との間を密封す
    る距離だけ前記長軸および短軸に沿つて前記チ
    ヤンバ軸から夫々前記出口部方向へロータ軸が
    偏位されてなる筒状のロータと (e) 前記ローラを収容し且つ前記チヤンバの外周
    壁部内面に沿つて前記基準領域以外ではチヤン
    バ外周壁部内面と羽根の端部との間に微小間〓
    を保ちつゝ、前記羽根の端部が移動するよう前
    記羽根を案内する前記チヤンバの両端壁部に形
    成された羽根の半径方向外側への突出を規制す
    るほゞ楕円状のローラ用の軌道部と を備えてなる羽根形コンプレツサ。 ２ 長軸に沿う偏位距離が短軸に沿う偏位距離の
    実質的に２倍であるようにチヤンバ軸から出口部
    方向へロータ軸が偏位されてなる特許請求の範囲
    第１項記載の羽根形コンプレツサ。 ３ チヤンバの端壁部に形成されローラを案内す
    るローラ用の軌道部となる側壁部と前記チヤンバ
    の端壁部に形成され前記側壁部に対向し且つ前記
    側壁部に案内されるローラとの間に0.012cm乃至
    0.153cmの範囲にある実質的に一定の間〓を有す
    る他の側壁部とを備え、起動時およびスラツギン
    グの発生時に羽根の放射方向内向の移動を許容す
    る特許請求の範囲第１項記載の羽根形コンプレツ
    サ。 ４ 入口部および出口部が長軸の基準領域側に形
    成されてなる特許請求の範囲第１項記載の羽根形
    コンプレツサ。 ５ チヤンバの端壁部に形成されローラを案内す
    るローラ用の軌道部となる側壁部と前記チヤンバ
    の端壁部に形成され前記側壁部に対向し且つ前記
    側壁部に案内されるローラとの間に実質的に一定
    の間〓を有する他の側壁部を有する溝を備え、起
    動時およびスラツギングの発生時に羽根の放射方
    向内向の移動を許容する特許請求の範囲第１項記
    載の羽根形コンプレツサ。 ６ (a) 互いに対向する平行な端壁部と実質的に
    楕円形の断面を有し且つ入口部側と出口部側と
    の間にチヤンバの外周壁部内面とロータ外周面
    とが密着する領域である基準領域の形成された
    外周壁部とを有し且つ前記楕円形の長軸および
    短軸を通るチヤンバ軸を有したチヤンバを包有
    するハウジングと (b) 前記チヤンバの基準領域に接近して入口部側
    に形成された気体導入用の入口部と前記チヤン
    バの基準領域に接近して出口部側に形成された
    圧縮気体排出用の出口部とを包有する導入排出
    装置と (c) 夫々軸方向に延びローラの装着されたスタツ
    プシヤフトを有し、前記チヤンバに適合する形
    状で前記入口部から気体が導入され且つ前記出
    口部から圧縮気体が排出される仕切室を区画す
    る複数の羽根と (d) 互いに等間隔において放射方向に穿設され且
    つ夫々前記羽根を案内する複数の溝と前記ハウ
    ジング中で回転するよう支承するシヤフトとを
    備え、前記入口部と出口部との間を密封する距
    離だけ前記長軸および短軸に沿つて前記チヤン
    バ軸から夫々前記出口部方向へロータ軸が偏位
    され、前記羽根が移動でき前記チヤンバの外周
    壁部内面に沿う一回転中に導入排出工程を一回
    実行するよう前記チヤンバの外周壁部内面の接
    線と平行する３つの接線を有する大きさの外周
    面からなる筒状のロータと (e) 前記ローラを収容し且つ前記チヤンバの外周
    壁部内面に沿つて前記基準領域以外ではチヤン
    バ外周壁部内面と羽根の端部との間に微小間〓
    を保ちつゝ、前記羽根の端部が移動するよう前
    記羽根を案内する前記チヤンバの両端壁部に形
    成された羽根の半径方向外側への突出を規制す
    るほゞ楕円状のローラ用の軌道部と を備えてなる羽根形コンプレツサ。
JP57089994A 1981-06-08 1982-05-28 羽根形コンプレツサ Granted JPS58197493A (ja)

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US06/271,399 US4410305A (en) 1981-06-08 1981-06-08 Vane type compressor having elliptical stator with doubly-offset rotor
US271399 1981-06-08

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AU (1) AU558372B2 (ja)
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CA (1) CA1191495A (ja)
DE (1) DE3220556A1 (ja)
FR (1) FR2507256B1 (ja)
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