JP3026819B2 - 油排出装置を備えた回転圧縮機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、高圧端部、低圧端部およびその間に延びる
バレル部分よりなるケーシングに取り付けられた雄ロー
タおよび雌ロータを有し、前記ケーシングはバレルおよ
び端壁によって囲まれた二つの交差する全体的に平行な
孔の形状の作動空間（作用空間）を形成し、前記各ロー
タはらせんローブおよび中間の溝を有しそこを通ってロ
ータが噛み合って前記作動空間に三日月型圧縮室を形成
し、前記孔はそれぞれ前記ロータの一方を収容し、前記
ケーシングは入口ポートおよび出口ポートを有し、前記
各ロータは前記端部の軸受に取り付けられかつ低圧端部
の第１室内にまた高圧端部の第２室内に延び軸延長部を
備え、前記低圧端部は前記第１室に液体を供給する装置
を有し、また前記高圧端部は前記第２室に液体を供給す
る装置を有するガス状作動流体用回転ねじ圧縮機に関す
る。

この型の圧縮機において、軸受潤滑用または他の目的
で室の端部に供給された液体たとえば油は通常、たとえ
ば米国特許第3,314,597号に示されたように、圧縮機の
低圧通路に排出される。

端部の室から排出された油は圧縮機設備内を循環し、
高圧通路内の作動流体の温度に対応する最高温度に達
し、圧縮機内に再循環される前に冷却される。

しかしながら、利用しうる冷却流体の温度および実際
に可能な冷却器の大きさのため、圧縮機へ導入された油
は圧縮される作動流体の温度よりかなり高い温度にな
る。流入状態中の作動流体と高温油との接触は作動流体
の加熱したがって容積効率の低下をもたらす。また低圧
通路から低圧ポートを通って作動空間への油の流入はか
なりの動力を必要とする。さらにある量の油は雄ロータ
の孔を通って流れ、そのローブ先端の高速まで加速され
る。

特殊な課題が、油にかなりの量まで溶解しうる型の、
たとえば通常フロンとして知られ、商業的にはたとえば
Ｒ−12、Ｒ−22として知られた型の作動流体を使用する
冷凍サイクルの一部を形成する圧縮機において、生ず
る。通常軸受の潤滑、軸のシール、推力平衡等の目的で
端部の室に供給される油は、圧縮機の高圧通路の圧力を
超える圧力を有し、作動流体のかなりの量がそこで溶解
する。室から低圧通路に排出されるとき作動流体の大部
分は、溶解度が圧力低下とともに減少するため、油から
蒸発する。このようにして低圧通路に供給される作動流
体の量は多く、圧縮機排気量のかなりの部分に達する。
同じ量の作動流体が圧縮中油に溶解する。このことのた
め、圧縮機を通過して完全なサイクル内で循環する作動
流体の量は圧縮機の通常の容量よりずっと少なく、換言
すれば圧縮機の容積効率は低い。

上記すべての要因は、端部の室に供給される油の量を
圧縮機を通過する作動流体の量の減少と同じ割合で減少
することができないため、圧縮機の大きさが小さくなる
につれて目立ってくる。

米国特許第3,462,072号に開示された回転式ねじ圧縮
機は、高圧端部の室が低圧通路でなく作動空間の壁の開
口を通して圧縮機の作動空間に排出することによって上
記課題を解決している。第３図に示す実施例において低
圧端の室はこの開口を通って作動空間に排出している。
この構造は上記課題を回避することができるが、両側の
軸受室の圧力がほゞ同じレベルであるときだけ満足に使
用することができる。しばしば、高圧端部の室の圧力は
低圧端部の室の圧力より高い。これらの圧力が排出装置
を通して短絡すると、高圧油が低圧端部の室に流入する
危険がある。

英国特許第1,599,413号は軸受室排出の別の例を開示
している。高圧端部の軸受室は通路を通して歯車箱に接
続され、両端部の室の油は歯車箱から作動空間にバレル
壁の共通の開口を通して排出される。高圧端部の室の油
は歯車箱の油溜めを通って循環し、その構造はこのため
特殊な接続を必要とする。

スエーデン国特許第438,184号はさらに別の装置を開
示し、高圧端部の軸受室は作動空間の圧縮室に排出さ
れ、一方低圧端部の軸受の油は歯車箱の油と一緒に油溜
めに集められる。油溜めが圧縮機の下に設けられている
ため、油は油溜めから圧縮室または吸込室には排出され
ない。したがって、この室が吸込ポートに連通して空気
で充満される前に、ロータによって形成された膨脹室に
排出される。それにより発生した真空は油を低レベルか
ら吸込むのに十分である。この装置はきわめて特殊な構
造で、もし低圧端部の室の油圧が入口の圧力状態を超え
るとき使用されるならば最初に指摘した欠点が生ずる。

本発明の目的は米国特許第3,462,072号に開示された
のと同じ型の油は排出装置を改良して、両端部の軸受室
からの新規かつ改善された油の排出を実施することであ
る。

この目的は、導入部に特定された型の圧縮機におい
て、第１排出通路は前記第１室を、前記第１室の液体を
排出する作動空間の前記壁の第１開口に接続し、また第
２排出通路は前記第２室を、前記第２室の液体を排出す
る作動空間の前記壁の第２開口に接続し、前記第１開口
は前記圧縮室が入口ポートとの連通を締切られるかまた
はその直前にある位置において作動空間の圧縮室に向合
い、前記第２開口は前記第１開口が向合う圧縮室より圧
力が高い圧縮室に向合うように構成することによって達
成される。

高圧端部の室の排出通路が低圧端部の室の排出通路か
ら分離され、また各通路が作動空間の壁にそれ自体の開
口を有するため、短絡の発生は起こり得ず、液体が高圧
端部の室から低圧端部の室に溢流する危険は存在しな
い。

作動空間の壁の開口のいずれかを通って流れる液体の
圧力は、排出通路（50、46）の大きさに比較して比較的
大きい圧縮室内の空間のため、それが圧縮室に流入する
とき釈放される。したがって、開口が同じ圧縮室に向い
ていてさえ、液体は一つの開口から他の開口へ圧縮室を
通って流れることはない。開口をそれらが別の孔および
／または別の圧縮室に面するように設置することによ
り、それらは互いにまったく影響することがない。

回転式ねじ圧縮機は通常、雄ロータの溝の容積がその
最大容積に達した直後に減少し始める。しかしながら、
雌ロータの溝の容積が減少し始める瞬間は、通常の場
合、雄ロータより多いローブを有するならば遅れるであ
ろう。このことは、雌ロータの溝が作動サイクルのある
状態の間、一定の最大容積を有することを意味してい
る。たとえば４対６および５対７のローブの組合わせに
対して、雌ロータの隣接するローブの間隔が狭くなるの
で、雌ロータの後方の先端が入口ポートの閉鎖端にある
とき、容積が減少する前の前方ローブが一つのみならず
二つ存在することもある。入口ポートが、入口ポートと
溝との間の連通が各溝がその最大容積に達するや否や締
切られるように構成されているならば、その結果雌ロー
タ溝は短期間アイドリングしすなわちこの閉鎖溝内の空
気はこの期間中圧縮されないで入口圧力のまゝとなる。
このことは、作動サイクルのこの段階において軸受け室
の圧力が入口圧力をわずかに超えるにしても、低圧端の
軸受室を雌ロータ溝に排出することを可能にする。

両方の開口はバレル壁ならびに高圧端壁に設置するこ
とができるかまたは一つの開口をバレル壁に他の開口を
高圧端壁に設置することができる。高圧端壁に設置され
る開口は、バレル壁に設けられる開口とロータの同じ溝
に沿った同じ作用空間にある。

駆動トルクを低圧端部の軸延長部の一方に伝達する歯
車箱が設けられるならば、歯車箱は低圧端部の室を排出
する排出装置を通って排出することができる。

本発明は添付図面を参照する実施例に関する下記の詳
細な記載を通じてさらに説明される。

第１図は本発明による圧縮機のロータ軸線を通る断面
図であり、 第２図は第１図のII−II線に沿う断面図であり、 第３図はロータの展開図である。

図面の圧縮機は高圧端部６、低圧端部８およびその間
に延びるバレル部分10よりなるケーシングによって限定
された作動空間内で作用する一対のロータ２、４を有す
る。作動空間はそれぞれロータの一方を内蔵する二つの
交差した孔の形状を有する。ロータ２、４はらせん状に
延びるローブ66、68および中間溝70、72を有し、そこを
通って各ローブは噛み合って三日月型（シエブロン型）
圧縮室を形成している。一方のローブ２は５個のローブ
66を有する雄型ロータの形式で、各ローブ66は主として
ロータのピッチ円外側に設けられた主として凸状のフラ
ンク74を有する。他方のロータ４は７個のローブ68を有
する雌型ロータであり、ローブ68は主としてロータのピ
ッチ円内側に設けられ全体的に凹状のフランク76を有す
る。各三日月型圧縮室は雄および雌ロータ２、４の二つ
の整合する溝70、72によって形成された二つの脚部を有
する。圧縮室は各ロータの前方ローブおよび後方ローブ
によってまたバレル壁の一部および端壁の一部によって
限界される。流入位相の間、圧縮室は図示しない流入通
路に接続した入口ポート18に連通する。圧縮室の流入位
相は入口ポート18との連通が圧縮室を形成する二つの溝
の後方ローブによって締め切られるとき終了し、そのと
きこれらのローブは入口ポート18を通過しケーシング内
壁に対してシールを始める。これが起こる瞬間を決定す
る入口ポート18の端部は、入口ポートの閉鎖端と称せら
れる。

充填が終了した後、圧縮室は軸線方向に圧縮機に沿っ
て圧縮機他端の出口ポート20に向かって移動し、一方連
続的にその容積を減少して中に収容されたガスは圧縮さ
れる。このことは複数の軸線方向に離れた圧縮室におい
て同時に起こり、各室は作動サイクルの異なった段階に
ある。

各圧縮室はケーシング内壁に対し前方および後方シー
ル線を有する。これらの各シール線は圧縮中バレル壁16
に向いた二つのらせん部分よりなり、それらは二つの噛
み合うローブのおよび高圧端壁12に向いた二つの湾曲部
分のローブ先端78、80により形成され、またそれはこれ
ら各ローブのフランク74、76の一方の端部によって形成
される。そのようなシール線上のすべての点は作動サイ
クルの同じ作用位置にある。圧縮室の前方シール線上の
点とこの圧縮室の後方シール線上の点との距離は、二つ
の連続したローブ間の作用距離として画定される。

ロータ２、４は高圧端部分６および低圧端部分８内に
延びる軸延長部22、24、26、28を有し、両方の部分６、
８においてロータ２、４は室38、40、42、44内に設けら
れた軸受30、32、34、36に支持されている。高圧油が通
路54を通して軸受30、32を潤滑および冷却するため高圧
端部６の室38、40に供給される。油はさらに通路56を通
して軸受34、36を潤滑および冷却するため低圧端部８の
室42、44に供給される。低圧端部８に供給される油は高
圧端部６に供給される潤滑油より低圧である。室42、44
に供給された油は低圧端部８から第１排出通路50を通し
て排出され、バレル壁10の第１開口52を通って圧縮機の
作動空間に達する。この開口を通って油は雌ロータ４の
溝72に流入する。一方、室38、40に供給された潤滑油は
高圧端部６から第２排出通路46を通って排出され、バレ
ル壁10の第２開口52は雌ロータ溝の前方ローブの先端
が、その溝の後方ローブの先端が入口ポート18の閉鎖端
86bを通過した直ぐ後に、開口お52に達するように設置
されている。この溝はなおその最大容積を有し、そこの
圧力はなお入口圧力から上昇し続けている。第２開口48
は、二つの連続するローブ間の作用距離に対応して、作
動サイクルの後方に設置されている。

しかしながら、これらの開口48、52が作動サイクルの
異なった段階に設置されることは必要ではない。つま
り、これらの開口は同一圧力を有する圧縮機の作用空間
の中へ開口することができる。この場合、二つの開口の
物理的距離は、開口間をショートカット（近道）するも
のであってはならない。開口48、52の位置はまた他の点
において変更することができる。第１図に示された実施
例において両方の開口48、52は雌ロータ４を収容する孔
に向いている。しかしながら、それらの一方または双方
を他の孔に設置し、またそれらの一方または双方を前記
のように高圧端部６に設置し孔の一方に向けることもで
きる。

作動サイクルの第１および第２開口の位置は、ハウジ
ングのバレル壁から見たかつ平面に展開したときのロー
タの略図である第３図に示されている。線82および84は
孔がケーシングの交差を形成する二つの先端を示してい
る。入口18および出口20は、それらがまた半径方向に延
びることもできるが、明瞭のため軸方向ポートとして示
されている。ロータ溝と入口ポート18の間の連通は、そ
の溝の後方ローブが入口ポート18の閉鎖端86a、ｂを通
過するとき閉鎖される。この瞬間溝はその最大容積にな
る。図面に示すように、雄ロータ溝の容積は直ちに減少
し始め、一方雌ロータ溝の容積は、その後方ローブが図
面の線Ａに達するまで最大のまゝである。この瞬間ま
で、閉鎖した雌ロータ溝はなお入口圧力んまゝであり、
この実施例の第１排出開口52はこの段階の間雌ロータに
向うように設置される。このことを達成するため、開口
52は作動空間にそれが破線ＡおよびＢによって制限され
た、図面のハッチングの区域において向きあわなければ
ならない。線Ｂは溝が入口ポートとの連通を締切られた
瞬間にローブ先端後端の位置を示す。第２排出開口48は
二つの連続したローブ間を分離する距離に対応して第１
排出開口52から離れている。

低圧端部８における雄ロータ軸延長部24は、原動機に
結合された駆動軸64の図示しない歯車と噛み合う歯車62
を備えている。歯車は歯車箱58に収容され、歯車箱58は
低圧端部８の室42、44から排出通路50に接続された排出
通路60を備え、歯車箱58からの油はそこを通って排出す
ることができる。

特に本発明の構造上の特徴は第３図において説明され
る。

雌ロータ４の溝101はローブ前縁102とローブ後縁103
を持っている。

雌ロータの溝101とかみ合う雄ロータ２の対応するロ
ーブは111である。雌ロータ４の溝101の後縁103は入口
ポート18の閉鎖端86bに一致するように図示してある。
この位置で、溝101は入口ポート18から切り離されてい
るか、またはまさに切り離されようとしている。この位
置において、溝101のローブ前縁102はＢの位置にある。
雌ロータ４が小さい角度αだけ回転すると、ローブ前縁
102はＡの位置にある。後縁103もまた角度αだけ回転
し、かくして破線Ｃで表わす位置に来る。同時に雄ロー
タはαより大きい角度βだけ回転してＤ位置に来る。な
ぜなら雄ロータは雌ロータよりローブの数が少ないから
である。

角度αだけ雌ロータ４が回転する間、溝101の容積は
変化せず、最大容量のままである。雌ロータがαより大
きい角度まで回転し続けた時、雄ロータ２のローブ111
は圧縮機の入口側において溝101とかみ合い、かくして
溝101の容積は減り始める。この圧縮は雌ロータ４のロ
ーブ前縁102が出口端20のＥで表した位置に達するまで
続けられる。

第一開口部52は溝101の容積がまだその最大値にある
ように位置決めされており、かくしてその圧力は入力圧
力と同じである。

溝101のローブ前縁102がＡの位置に達した時、溝101
の容積は減っていく。なぜなら、雄ローブ111は雌ロー
ブ101とかみ合う、かくしてその容積を減らし始めるか
らである。溝101の作動空間の容積はその出口端におけ
るローブ前縁102がＥで表した位置における出口開口部2
0の端部と一致するまで連続的に減っていく。

開口部48は回転方向に見られる開口部52の前方に配置
されている。かくして溝101の作動空間における圧力
は、ローブ前縁102が開口部52に達した時の圧力より
も、ローブ前縁102が開口部48に達した時の方が高くな
る。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭59−215985（ＪＰ，Ａ) 実開 昭60−118390（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−78386（ＪＰ，Ｕ) 特公 昭60−53199（ＪＰ，Ｂ２) 特公 昭63−58241（ＪＰ，Ｂ２) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F04C 18/16 - 18/18 F04C 29/04

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】高圧端部（６）、低圧端部（８）およびそ
   の間に延びるバレル部分（10）よりなるケーシングに取
   り付けられた雄ロータ（２）および雌ロータ（４）を有
   し、前記ケーシングはバレル壁（16）および端壁（12,1
   4）によって囲まれた二つの交差する全体的に平行な孔
   の形状の作動空間を形成し、前記各ロータ（2,4）はら
   せんローブ（66,68）および介在する溝（70,72）を有し
   そこを通ってロータが噛み合って前記作動空間に三日月
   状圧縮室を形成し、前記孔はそれぞれ前記ロータの一方
   を収容し、前記ケーシングは入口ポート（18）および出
   口ポート（20）を有し、前記各ロータは前記端部（6,
   8）の軸受（30,32,34,36）に取り付けられかつ低圧端部
   （８）の第１室（42,44）内にまた高圧端部（６）の第
   ２室（38,40）に延びる軸延長部（22,24,26,28）を備
   え、前記低圧端部（８）は前記第１室（42,44）に液体
   を供給する通路（56）を有しまた前記高圧端部（６）は
   前記第２室（38,40）に液体を供給する通路（54）を有
   するガス状作動流体用回転ねじ圧縮機において、第１排
   出通路（50）は前記第１室（42,44）を、前記第１室（4
   2,44）から液体を排出する作動空間の前記壁（12,14,1
   6）の第１開口（52）に接続し、また第２排出通路（4
   6）は前記第２室（38,40）を、前記第２室（38,40）か
   ら液体を排出する作動空間の前記壁（12,14,16）の第２
   開口（48）に接続し、前記第１開口（52）は前記圧縮室
   が入口ポート（18）との連通を締切られるかまたはその
   直後にある位置において作動空間の圧縮室に面し、前記
   第２開口（48）は前記第１開口が面する圧縮室より圧力
   が高い圧縮室に面することを特徴とするガス状作動流体
   用回転ねじ圧縮機。
2. 【請求項２】前記第１開口（52）および第２開口（48）
   は二つの連続したローブの間の作用距離に対応して作動
   サイクルにおいて互いに離れている請求項１に記載の圧
   縮機。
3. 【請求項３】前記第１開口（52）は、雌ロータ（４）を
   収容する円筒状孔の作動空間に開口し、該開口（52）は
   最大容積を有する雌ロータの溝に開口している請求項１
   又は２に記載の圧縮機。
4. 【請求項４】前記第１開口（52）と第２開口（48）は異
   なった円筒状孔の作動空間内に開口しており、一つの孔
   は雌ロータ（４）を収容しており、他の孔は雄ロータ
   （２）を収容している請求項１に記載の圧縮機。
5. 【請求項５】前記第１開口（52）および第２開口（48）
   の少くとも一方はバレル壁（16）に設置された請求項１
   ないし４のいずれか一項に記載の圧縮機。
6. 【請求項６】前記第１開口（52）及び第２開口（48）の
   一方又は双方は、バレル壁（16）に設けられる開口と同
   じ作用空間がロータの同じ溝に沿って到達する高圧端壁
   （12）に設置されている請求項１ないし５のいずれか一
   項に記載の圧縮機。
7. 【請求項７】駆動トルクを前記ロータ（２）の一方に伝
   達する歯車箱（58）を有し、前記歯車箱（58）に、前記
   歯車箱（58）を該歯車箱（58）から液体を排出する前記
   第１開口（52）に接続する第３の排出通路（60）を設け
   た請求項１ないし６のいずれか一項に記載の圧縮機。