JP2809780B2 - ベーン形圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 技術状況 本発明は、請求の範囲１の上位概念部により特定され
る形式の、ベーン形圧縮機またはベーン形コンプレッサ
に関する。

ドイツ連邦共和国特許公開公報第2223156号により既
に公知のこの形式のベーン形圧縮機においては、各々の
低圧力室の流入開口部が、回転子の全長に亙って分配さ
れて軸線方向に互いに間隔をおいて設けられ、軸線方向
の供給通路へ接続されているため、冷却媒体が半径方向
に低圧力室中に流入する。一方の端面側で閉じられた供
給通路は、もう一方の端面側で、ケーシング切欠きの、
駆動軸の近くに位置する境界壁面を越えて延び、そこで
環状の室へ開口する。該室は、装置からの冷却媒体の戻
し流のために設けた半径方向の接続管部と接続されてい
る。従って、膨張し、冷却され、油成分をより豊かに含
んだ冷却媒体が流入すると、ケーシングと回転子との、
駆動軸に近い前方部分が、駆動軸とは離れた後方部分よ
りも強力に冷却される。またケーシングと回転子との周
囲にも不均一な温度分配が起こる。実験により明らかな
ように、この強度に不均一な温度分配は、しばしばこの
形式のベーン形圧縮機の故障の原因となっている。

さらには、この公知のベーン形圧縮機では、圧力側で
油が冷却媒体から分離され、この高圧の油は横側の境界
壁面を介して供給される封止手段として使用される。こ
のためには境界壁面中に切欠きが設けられている。該切
欠きは、油分離器により供給される油貯蔵室に開口する
孔と接続されている。油貯蔵室内に発生する高圧力によ
り、油は孔の中に押し込まれ、そこから該切欠きを介し
て回転子の端面とその横の境界壁面との間へ導かれる。
高圧下の油による封止作用では、高圧下の冷却媒体の温
度すなわち、いわゆる高熱気体温度よりも油温度が僅か
にしか低くなく、それによって油の粘性は比較的に少な
くなり、もはや熱を吸収することができないという欠点
を甘受しなければならない。また、この高温の油が回転
子のベーン案内スリットにおける、案内溝底面とベーン
とにより仕切られた中空室の、ベーン下面にも流入する
ことによって、回転子も比較的に熱くなる。

別の公知の米国特許第4468180号明細書（特開昭58−2
02389号）に記載されたベーン形圧縮機においては、回
転子軸方向での吐出媒体の低圧力室への供給は、２つの
側方の境界壁面を通して行われる。この際、吐出媒体は
まず、一方の境界壁面側の第１の分配室に供給され、こ
の分配室から第１の媒体分流は直接、低圧力室に供給さ
れる。第２の媒体分流もしくは残流は、ケーシングを貫
通するオーバーフロー通路を通って他方の境界壁面側の
第２の分配室に達して、この第２の分配室から低圧力室
に流入する。これら低圧力室は従って２つの互いに逆向
きの分流によって満たされる。しかしながら、第１の分
配室から第２の分配室へオーバーフローされる間、残流
はすでに加熱されているので、このベーン形圧縮機にお
いても前述のような欠点が生じることになる。この欠点
は、圧縮機が高温の圧縮ガスで満たされた、付加的な気
密のケース内に収納されることにより、一層大きな問題
となる。

発明の利点 請求項１の特徴部分に記載した特徴を有する本発明に
よるベーン形圧縮機は上記の従来のものに対して、回転
子軸と同軸的に位置する別々の供給室から冷却媒体を供
給することにより同様な供給路が生じ、それによってケ
ーシングのほぼ均等な加熱が得られるという利点を有す
る。回転子を取り囲むケーシング中央部全体に亙って均
等に熱を分配することは、ほぼ同じ温度の冷却媒体が低
圧力室の両端側において軸線方向に供給されることによ
り達成される。回転子の前端および後端における温度は
以上により同じ水準に保たれ、回転子中央部に向かって
温度に僅かしか上昇しなくなる。総じてほぼ均等な温度
分配がベーン形圧縮機全体において達成される。

請求項２以降に記載された処置によっては、請求項１
に記載のベーン形圧縮機を利点をもって発展、改良する
ことが可能である。

中空の回転子軸に関する本発明の有利な実施態様によ
れば、前後の両供給空間の連絡がそれぞれ回転子の端面
の手前で行われているので、装置からの冷却媒体の戻し
導管は一つの供給室の中央に接続させることが可能とな
る。この場合には、冷却媒体の流れは、第１の供給室内
で一部はそこから延びている供給通路へ、また一部は中
空の回転子軸を通ってもう一方の供給室へと分配され
る。第２の供給室において冷却媒体の流れはさらに、そ
こから分岐して延びる供給通路に冷却媒体を供給するた
めの部分流に分割される。それにより、低圧力室の前後
からこれに冷却媒体を流すことが容易に行われるばかり
でなく、軸のシールも吸い込み圧力とより低い温度との
みによって、負荷されるようになる。

冷却媒体を独立した部分流に分割し偏向させることに
よって油の分離が行われる。本発明の別の実施態様によ
れば、第１の供給室内で冷却媒体の流れが分割される際
に発生するせき圧によって、油を多く含んだ冷却媒体は
適当な手段でベーン案内スリットの、スリット底面とベ
ーン底面とによって仕切られた中空室に導かれ、適当な
手段で、高圧力室を通過する間にベーンが、ベーン案内
スリットの中へ押し込まれる際に、中空室中にある冷却
媒体が回転子の端面のところで流出することができ、潤
滑作用と封止作用とが良好に達成されるのみばかりでな
く、ベーン端面の摩擦熱が低温の油で吸収されるように
なっている。低圧力室と高圧力室との間のシールは、よ
り低温の、ひいてはより粘性の高い油によって行われる
ため、ベーン形圧縮機内の温度水準は総じて比較的に低
くなる。

ベーン案内スリット中の中空室へ油を供給する適当な
手段は、本発明の別の実施態様によれば、第１の供給室
のすぐ横に位置している境界壁の、回転子に面した端面
上に円弧状の凹所が設けられ、該凹所が境界壁を貫通
し、ほぼ軸方向に設けられた孔を介して第１の供給室と
連絡しており、ベーンが低圧力域を通過する間、それぞ
れ、ベーン案内スリット中の中空室と連通する。

ベーン案内スリットの中空室中にある油を多く含んだ
冷却媒体を押し出すのに適した手段は、本発明の別の実
施態様によれば、以下の通りである。すなわち、境界壁
の、回転子に対面している両端面上に、円弧状の溝が設
けられ、ベーンが高圧力域を通過する間、該溝がそれぞ
れベーン案内スリット中の中空室と連通するようになっ
ている。

円弧状の凹所または溝をベーン案内スリットの中空室
と連通させることは、本発明の有利な実施態様によれば
次のようにして合目的的に実現される。すなわち、半径
方向に僅かな幅を有する当該の凹所または溝は、その中
心側の長手方向の縁をもって、ベーン案内スリットのス
リット底面から延びる回転軌道上に位置し、周方向で見
て低圧力室または高圧力室の最低でも一つの部分領域に
亙って延在している。

図面 以下、本発明を図面中に記載した実施例を基に詳細に
説明する。

第１図は、ベーン形圧縮機の長手方向の断面図、第２
図は、第１図のII−II線に沿った断面図である。

実施例の説明 第１図の長手方向の断面図および第２図の横断面図に
示されたベーン形圧縮機またはベーン形コンプレッサ
は、実質的に３つの部分、すなわち、左側の端面蓋11
と、右側の端面蓋12と、ケーシング中央部13とより構成
されたケーシング10を有している。ケーシング中央部13
は内部にケーシング切欠き14を設けてある。該ケーシン
グ切欠き14の、軸方向で見て側方の境界壁面15、16は、
端面蓋11、12によって形成してある。第２図に見られる
ように、ケーシング中央部13の内壁面17は、ベーン形圧
縮機の行程曲面を同時に構成する楕円形の導曲面に有し
ている。ケーシング内室14中には円筒形の回転子18が設
けられており、該回転子の直径は、上記楕円の小さい方
の軸の長さから僅かな回転遊びを除いた長さに相当す
る。このようにして回転子18の円周面19とケーシング中
央部13の内壁面17との間には２つの三日月形の作業室2
1、22が形成される。回転子18の長さは、回転子が両端
の端面蓋11、12の境界壁面15、16に沿って僅かな遊びし
かおかないで回転できるように選ばれている。

回転子18は、回転子軸20上に配置されており、本実施
例においては、該回転子軸20は回転子18と一体に構成し
てある。回転子軸20は両端面蓋11、12中に設けた２つの
針式軸受23、24により支承してある。回転子軸20の一
端、第１図においては左端は駆動軸25に相対回転不能に
固定されている。駆動軸25によって回転子軸20、ひいて
は回転子18が回転させられる。端面蓋11と駆動軸25との
間には半径方向の封止作用に役立つシール26が配置され
ている。

回転子18中にはおよそ半径方向に延びる複数の、ここ
では５つのスリット27が設けられ、該スリット中にはそ
れぞれ１枚ずつのベーン28が、緊密にかつ滑動できるよ
うに案内されている。該ベーン28は外縁29でケーシング
中央部13の内壁面17に当接し、作業室21、22を独立した
室に分割している。三日月形をした両作業室21、22の各
々には、吸い込み室もしくは低圧力室30、31と高圧力室
32、33とを有している。各々の低圧力室は、相互に向か
い合った端面側に２つの流入開口部を有する。図面で
は、該流入開口部はそれぞれ端面蓋11、12の両方の側方
の境界壁面15、16中に設けてある流入開口部34、35（第
１図）、また流入開口部35、36（第２図）として見るこ
とができる。したがって各境界壁面15もしくは16にはそ
れぞれ、２つの流入開口部35及び36もしくは34が存在す
ることになる。流入開口部34ないし36は、端面蓋11、12
中を延びる供給通路の開口口となっている。該供給通路
は第１図では供給通路38、39、40として示してある。境
界壁面15もしくは16上にある流入開口部34もしくは35及
び36に通じる供給通路38もしくは39、40は、各々、回転
子軸20に対して同軸の供給室41もしくは42に開口してい
る。この場合、供給通路38もしくは39、40は所属の供給
室41もしくは42からほぼ半径方向に分岐している。同じ
供給室41もしくは42に開口しているすべての供給通路38
もしくは39、40は回転子軸を中心にして対称的に両端面
蓋11、12中を延びており、ひいては同じ長さを有してい
る。右の端面蓋12中に設けてある第１の供給室42は、そ
の片側において、回転子軸20の自由端で部分的に制限さ
れるように配置されている。該供給室42は、第１図中矢
印43によって表した冷却媒体戻し導管に直接接続されて
いる。装置から戻ってきた、膨張し、再冷却された冷却
媒体は、軸線方向に、第１の供給室42に流入する。左の
端面蓋11中に設けてある第２の供給室41は環状の室とし
て形成され、回転子軸20を取り囲んでいる。回転子軸20
は、第２の供給室41の範囲にまで達する袋孔44を有して
おり、該袋孔44は回転子軸20の自由端において、第１の
供給室42に開口している。袋孔44と交差し、回転子軸20
を貫通する半径方向の孔45を介して、袋孔44は第２の供
給室41と連通している。

各高圧力室32、33は、半径方向の流出開口部46もしく
は47（第２図）を通って圧力通路48もしくは49と連通し
ている。流出開口部46、47は、図示の実施例では舌形弁
として構成され、図面には概略的にしか示されていない
流出弁51、52を有している。図面には詳細に記載してい
ないが、両圧力通路48、49は１つの共通の集合室53（第
１図）に通じ、該集合室は圧力接続管部54に連通してい
る。該圧力接続管部54を介して圧縮された冷却媒体は図
中に矢印55によって表したように、装置へ流出する。

回転子18とベーン28との封止と潤滑とのためには、供
給通路39、40及び袋孔44中に冷却媒体が流入する際に生
じるせき圧を有効利用して、僅かな分量の冷却媒体が、
第１の供給室42からベーン案内スリット27中にあってス
リット底面57と、ベーン底面58とで仕切られた中空室56
の中へ直接流入する。中空室56がこのように満たされる
現象は、個々のベーンが低圧力室30を通過する間中起こ
る。その間に、中空室56の容積はベーン28が中心から外
側に向かって滑り出ることによって拡大される。このた
めには右側の端面蓋12の境界壁面16上には円弧状の凹所
59、60が、半径方向に僅かな幅をもって設けられてい
る。該凹所59、60は第２図中では破線で描いてある。該
凹所はその中心側の長手方向の縁61、62をもって、ベー
ン案内スリット27のスリット底面57から延びる回転軌道
上に位置し、周方向で見て、低圧力室30、31の全域また
は一部分に亙っている。各凹所59、60は端面蓋12中をほ
ぼ軸方向に走っている孔63、64を介して、第１の供給室
42と連通している。このようにして、ベーン28が低圧力
室30、31を通過するごとに、ベーン案内スリット27中の
中空室56は凹所59、60と連通する。従って第１の供給室
42中のせき圧により、孔63、64および凹所59、60を通っ
て冷却された、油を多く含んだ冷却媒体は中空室56内に
押し込まれる。

ベーン28が高圧力室32、33を通過する間、ベーン28は
ベーン案内スリット27中により深く押し込められ、中空
室56の容積は、高圧力室32、33の端で最小まで小さくな
る。中空室56中にあった冷却媒体は両端面蓋11、12の両
境界壁面15、16上にある円弧状の溝の中に押し出され、
ここから回転子18の端面と端面蓋11、12の境界壁面15、
16とに沿って、両作業室21、22中に入る。上記の面の間
で冷却媒体は封止作用及び潤滑作用を発揮する。僅かな
量の冷却媒体は中空室56より、ベーン表面に沿って直接
作業室21、22中に入る。この冷却媒体も封止作用、潤滑
作用、冷却作用を発揮する。当該溝の内、第２図では、
右側の端面蓋12境界壁面16上にある溝65、66が破線で描
いてある。該溝はその中心側の長手方向の縁67もしくは
68をもって、ベーン案内スリット27のスリット底面57か
ら延びる回転軌道上にほぼ位置し、周方向で見て、それ
ぞれ高圧力室32、33の全域または一部分に亙っている。
該溝65、66は凹所59、60と同様に半径方向に僅かな幅を
もっている。

本発明は、断面が楕円形のケーシング切欠き14を有す
る図示のベーン形圧縮機に限定されるものではない。本
発明は回転子が円筒状に構成されたケーシング切欠き内
に偏心して配置されている単流式のベーン形圧縮機につ
いても同様に利点をもって実施可能である。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F04C 2/30 - 2/352 F04C 18/30 - 18/352

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ケーシング切欠き（14）中に設けられた円
   筒形の回転子（18）を有し、該回転子（18）がケーシン
   グ（10）中に回転可能に支承された、駆動軸（25）によ
   り駆動された回転子軸（20）上に位置し、該回転子（1
   8）の端面壁面がケーシング切欠き（14）の、横の境界
   壁面（15、16）に対して僅かな遊びをおいて該境界壁面
   （15、16）に沿って回転するようになっており、半径方
   向に延び、長手方向に一貫した回転子中のスリット（2
   7）中で案内されたベーン（28）を有し、該ベーン（2
   8）がケーシング切欠き（14）の内壁面（17）と回転子
   （18）の円周面（19）との間に形成された少なくとも１
   つの作業室（21、22）を低圧力室（30、31）と高圧力室
   （32、33）とに分割し、低圧力室（30、31）が流入開口
   部（34もしくは35、36）を介して、膨張した冷却媒体を
   導く供給通路（38もしくは39、40）と連通し、高圧力室
   （32、33）が流出弁を備えた流出開口部（46、47）を介
   して、圧力通路（48、49）と連通しており、各々の低圧
   力室（30、31）中に冷却媒体が軸方向に互いに反対方向
   から流れ込むように、低圧力室（30、31）の互いに向き
   合った端面側における流入開口部（34ないし36）が、両
   方の側方の境界壁面（15、16）上に設けられており、そ
   れぞれ１つの供給室（41、42）が境界壁面（15、16）
   の、回転子（18）とは反対側に、回転子軸（20）と同軸
   に設けられているベーン形圧縮機において、同一の境界
   壁面（15、16）上に設けた流入開口部（34もしくは35、
   36）に連通する供給通路（38、39、40）がほぼ同じ長さ
   を有して、有利には回転軸（20）に対して対称であり、
   冷却媒体で満たされた共通の供給室（41、42）から分岐
   しており、回転子軸（20）が、第１の供給室（42）に開
   口しかつ第２の供給室（41）と連通する長手方向の孔
   （44）を有していることを特徴とするベーン形圧縮機。
2. 【請求項２】供給通路（38、39、40）が個々の供給室
   （41、42）からほぼ半径方向に分岐していることを特徴
   とする、請求項１記載のベーン形圧縮機。
3. 【請求項３】回転子軸（20）の、駆動軸（25）とは反対
   側の自由端が、軸方向の流入方向で冷却媒体の戻し導管
   （43）に接続可能な第１の供給室（42）を制限してお
   り、第２の供給室（41）が環状の室として回転子軸（2
   0）を取リ囲んでおり、回転子軸（20）が、回転子軸（2
   0）の自由端において開口しかつ回転子軸（20）中の少
   なくとも１つの半径方向の孔（45）を介して環状の供給
   室（41）と連通する袋孔（44）を有することを特徴とす
   る、請求項１または２記載のベーン形圧縮機。
4. 【請求項４】供給通路（39、40）中に冷却媒体が流入す
   る際に生じるせき圧を有効利用して僅かな分量の冷却媒
   体が、第１の供給室（42）から直接、ベーン案内スリッ
   ト（27）中のベーン底面（58）とスリット底面（57）と
   によって制限された中空室（56）の中に導かれ、ベーン
   （28）がベーン案内スリット（27）中に押し込まれた際
   に、当該の僅かな分量の冷却媒体が回転子の端面に導か
   れ、そこから少なくとも１つの作業室（21、22）に流出
   するようにしたことを特徴とする、請求項３記載のベー
   ン形圧縮機。
5. 【請求項５】ケーシング切欠き（14）の、第１の供給室
   （42）のすぐ横に位置する境界壁面上に円弧状の凹所
   （59、60）を有し、境界壁面（16）を貫通する、有利に
   は軸方向に設けられた孔（63、64）を介して、該凹所
   （59、60）が第１の供給室（42）と連通しており、ベー
   ン（28）が低圧力室（30、31）を通過する間、ベーン案
   内スリット（27）中の、ベーン底面（58）とスリット底
   面（57）とで仕切られた中空室（56）と連通するように
   なっていることを特徴とする、請求項４記載のベーン形
   圧縮機。
6. 【請求項６】ケーシング切欠き（14）の両境界壁面上に
   円弧状の溝（65、66）が設けられ、ベーン（28）が高圧
   力室（32、33）を通過する間、該溝（65、66）が、ベー
   ン案内スリット（27）中のベーン底面（58）とスリット
   底面（57）とによって仕切られた中空室（56）と連通す
   るようになっていることを特徴とする、請求項４または
   ５記載のベーン形圧縮機。
7. 【請求項７】半径方向に僅かな幅を有する凹所（59,6
   0）または溝（65,66）が、その中心側の長手方向の縁
   （61または62）をもって、ベーン案内スリット（27）の
   スリット底面（57）から延びる回転軌道上にほぼ位置
   し、周方向で見て、低圧力室（30、31）または高圧力室
   （32、33）の少なくとも１つの部分領域に亙って延在す
   るようにしたことを特徴とする、請求項５または６記載
   のベーン形圧縮機。