JP3728514B2 - Gas compressor - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、膨張機としても適用可能な気体圧縮機に係り、特に吸入弁と吐出弁などを必要とせず、振動の極めて少なく、単純構造の高効率のトロコイド型気体圧縮機を得ようとするものである。
【0002】
【従来の技術】
吸入弁と吐出弁のない圧縮機の一例はスクリュー型気体圧縮機のようなものがあるが、歯型の形状が三次元で高度の加工技術を必要とし、小型機などの場合は経済的な点で不利となる場合がある。
又可変翼タイプ若しくはスクロール型構造の回転圧縮機も存在するが、これは回転型と称しても、基本的にはクランク軸を有し、非平衡構造であるために、振動が発生し易く高速回転向きのものではない。
【0003】
従来、トロコイド型流体機械としては歯数の最も少ないバンケル型エンジンは周知のものであるが、基本的にはクランク軸を有し、非平衡構造のものである。
トロコイド型流体機械としてはトロコイド曲線を内周面にもったアウターロータがこれと内接するインナーロータにより従動回転するものであるが、これは外接型又は内接型の歯車による液体ポンプと全く同様に取り扱われ、現在まで液体ポンプとして使用されてきたものである。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしここで従来の歯車ポンプと回転型トロコイドポンプを比較する必要がある。前者では吸入口より、液体が吸入され、その吸入された液体の容積はそのまま変化することなしに吐出口まで達し、排出され液体の圧送が行われるものである。
後者では気体が吸入口より吸入されると、吸入された液体の空間は封止されその空間の体積は回転角度に伴って次第に縮少されながら圧縮終止の死点にまで達するが、その間に吐出口を設けこれより排出される。
【0005】
液体は非圧縮性であるために後者のトロコイドポンプを液ポンプとして使用されている現在では吸入口と吐出口とは隣接させ、圧縮が行われないように設けられなければならないことになる。後者のトロコイドポンプは基本的には液体圧送用のポンプとして本質的な機能を有するものでなく気体圧縮機としての機能を有するものであることが判る。
従って液ポンプとして使用されてきた全周内接のトロコイドポンプは、そのまま気体圧縮機として、或いは気体膨張機として適用することがその機能を最も発揮する事になる。
【0006】
しかしながら現在まで液圧送用として使用されている全周内接型のトロコイド歯型のポンプはインナーロータとアウターロータとの噛み合せ部分、サイドカバーとの摺動部分などは気体圧縮の場合には漏洩の生ずる場所となるので、高度の加工を必要とし、結果としてその実用化が中々困難であった。
【0007】
本発明はかかる技術的課題を達成するために、トロコイド型の気体圧縮機を構成した場合においても、漏洩が生じることなく高効率の気体圧縮機を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、振動の極めて少なく、単純構造の高効率の気体圧縮機を提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる技術課題を達成するために、図1に示すように吐出口6及び吸入口8を少なくともいずれか一方に設けたサイドカバー41、42と、該一対のサイドカバー41、42間に軸支され、外周面にトロコイド歯型を有するインナーロータ1と、前記インナーロータ1の外周に対応して内接する包絡線を内周側に具えたアウタロータ2と、前記インナーロータ1軸心に対しアウタロータ2を偏心させて回転させるために該アウタロータ2の外周側に嵌合させたアウタロータハウジング3と、前記吸入口8と吐出口6間のロータ間圧縮空間Aと対面する液体注入口10とを具え、
前記液体により圧縮空間Aをシールしながら気体圧縮を行わせる事を第1の特徴とするものである。
第2の特徴は、前記液体注入口10は、前記圧縮機の吐出側槽又はこれと連通する受液槽と連通させ、これらの槽の液部より前記液体注入口10に給液可能に構成する事により、摺動部シールのための注入液は循環系内にあり、特設された液ポンプは系の構造を複雑化するもので、避ける構造としている。
そしてこのような構成は、冷凍サイクルに組込まれる冷凍機用圧縮機として極めて有効である。
【0009】
又前記ロータの駆動は、インナーロータ1を駆動軸を介してサイドカバー41、42に軸支し、該インナーロータ1の駆動回転に従動してアウタロータ2を回転可能に構成してもよく、又アウタロータ2若しくはロータハウジング3側を駆動回転させ、該駆動回転に従動させてインナーロータ1を回転可能に構成してもよい。
尚本発明は気体圧縮機としての吐出口6と吸入口8を逆に切り替えて気体膨張機として使用することも可能である。
【0010】
【作用】
かかる技術手段によれば、前記吸入口8と吐出口6間のロータ間圧縮空間Aと対面する液体注入口10より圧縮空間A内に適量の液体を適当な圧縮角度の部分で注入させることにより、圧縮空間A内の気体の漏洩を有効に阻止する事が出来る。
更にアウタロータ2の外周側にアウタロータハウジング3介在させることは、回転速度を軽快にして、高速回転とすることは気体の漏洩を阻止させるためには効果的であり、この場合アウタロータ2とハウジング3間には、軸受17若しくは低摩擦部材を介在させるのが一層好ましい。
【0011】
次に吐出口6と吸入口8が一つのサイドカバー41若しくは42側に設けられると、これは吸入吐出の過程で流体がUターンすることになり、軸方向に長いロータの高速回転では機内の流れは円滑に行われない。
この場合前記吸入口8は一のサイドカバー41に、前記吐出口6は他方のサイドカバー42に夫々振分けて配置する事により、前記機内での流れは単一方向とすることが出来、好ましい。
【0012】
次に吸入口8より吐出口6に接するまでに吸入口8よりの気体は空間に閉じ込められ回転角度に伴い、縮小し、圧縮されるが、その機内の圧縮圧力と吐出口6を境界とし吐出された機外圧力とが等圧になる点で吐出口6が開口されれば、吐出口6内に於いて圧縮気体の出入りがなく、極言すれば膨張圧縮の繰り返し損失の発生もなく、圧縮効果を挙げることもできる。圧縮終止の死点Y1に対しての吐出口6の位置並びに吐出口6の形状は重要である。
従って前記インナーロータ1とアウタロータ2とによる圧縮終止死点Y1とインナーロータ1軸心を結ぶ線を境界とし、前記死点Y1の境界位置よりロータ回転方向上流側に吐出口6を、下流側に吸入口8を夫々設けるのがよい。
【0013】
又前記アウタロータハウジング3をインナーロータ1の軸心を中心として圧縮機フレーム内で所定角度変位可能に構成し、該変位により前記吐出口6を境界とし機内外圧が等圧力点で吐出口6を開口させるのがよい。
更に、気体が圧縮されて生ずる圧力は吸入圧力、回転速度、気体の種類、シールのために注入される液体の量などに関係するもので、吐出口6の位置はこれらに対応しなければならないことになる。また、これが常に両者が等圧の許で行われるためには、自動的にこれに対応することも望ましい。
従って前記吐出口6を境界とする機内外の差圧力を利用して、ロータハウジング3を所定角度変位させ、吐出口6に於ける気体圧縮容積比を自動的に制御運転させるのがよい。
【0015】
又これを吸入口8と吐出口6を逆にした膨張機として使用することも可能でこの場合インナロータの軸出力を動力源として利用することも出来る。
更に吐出口6をポートプレート体で構成し、該プレート体を交換可能にすることにより低圧縮比用の吐出口6、高圧縮比用の吐出口6をもったプレートを用いることも可能である。
更に前記インナーロータ1の駆動軸を片持ち構造のシャフトカンチレバー構造とすることにより空調用の密封型圧縮機等に利用できる。
【0016】
【実施例】
以下、図面に基づいて本発明の実施例を例示的に詳しく説明する。但しこの実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
図1は本発明の説明図で、(A)は(B)のY−Y軸面の断面図、(B)は側面の一部断面図である。
1は外周側にトロコイド歯型を有するインナーロータで、Y−Y軸とX−X軸との交点の軸芯上に回転軸を嵌着させその両側に対面配置させた一対のサイドカバー41、42に回転可能に軸支させる。
尚、回転軸は他のサイドカバー41、42より突出させて不図示のモ−タに直結可能に構成されている。
【0017】
トロコイドアウターロータ2は円筒状をなし、その内周面側に前記インナーロータ1に対応し、内接した包絡線を設け、前記インナーロータ1に従動して回転するアイドラーとして機能する。
そして該トロコイドアウターロータ2は、円形の圧縮機ケースに収納されたロータハウジング3内に回転自在に収納されている。
尚円筒形のロータハウジング3はその内周側のロータ収納空間をインナーロータ1の軸心に対し(x−X)だけ偏心して形成され、従ってアウターロータ2はインナーロータ1に対し(x−X)分偏心して回転するので、 前記インナーロータ1とアウタロータ2とによる圧縮終止死点Y1とインナーロータ1軸心を結ぶY−Y軸線を境界とし、前記死点Y1の境界位置よりロータ回転方向下流側では両ロータ間の空間容積が徐々に膨張する方向に拡大し、そしてその180°反対側の圧縮開始点より両ロータ間の空間容積が徐々に圧縮する方向に縮小される。
そこで一のサイドカバー41には、Y−Y軸線の右側の膨張空間Bと対面する位置に弧状に勾玉状の吸入口8及びこれに連通する吸入管9を、又他のサイドカバー42にはY−Y軸線の左側の圧縮空間Aと対面する位置に弧状に、吸入口8の数分の1の大きさの吐出口6及びこれに連通する吐出管7が設けられる。
【0018】
吸入口8よりの気体はインナーロータ1、アウタロータ23の噛み合わせ空間で圧縮され、吐出口6へと前記機内での気体の流れを単一方向とすることが出来る。
又、他のサイドカバー42には吐出口6に対して回転進み角の位置、言換えれば吸入口8と吐出口6間のロータ間圧縮空間Aと対面する位置には回転部分の摺動部をシールのための液注入口10が設けられ、必要量の液体が機内に注入される。
【0019】
尚、サイドカバー42は図5に示すように吐出口6部をプレート体421として分離交換出来るように構成し、両者は位置決めピン422とOリング423により気密的に位置決め接合されるように構成することも出来る。
これにより低圧縮比用の吐出口6、高圧縮比用の吐出口6をもった夫々のプレート体421を用意し、必要に応じて交換することも可能である。
【0020】
アウターロータ2を包蔵するロータハウジング3の外周軸心はインナーロータ1の軸心と一致させ、これにより圧縮機フレーム4の内側でインナーロータ1の軸心と同じ軸心で所定角度回動させて変位させる事ができる。
この結果ロータハウジング3の適宜角度回動させる事により吐出管7内の圧縮圧力とインナーロータ1、アウタロータ2の両者の噛み合わせによる流入気体への圧縮圧力とが等圧になった位置で吐出口6を開口させるように調整する事が出来る。
【0021】
即ちロータハウジング3の回動は吐出口6の固定位置に対して、圧縮終止の死点Y1との相対位置を回動させる事になり、これはトロコイド歯の噛み合う位置を回動させる結果になるからである。
この回動の調整は手動に依って行ってもよく、図2で示すように例えばハウジング3の側面の一部に歯面31を形成し、該歯面31と歯合するネジ軸161をアクチュエータ16の出力軸に連結し、吐出口6内の圧力センサー13と吐出管7内の圧力センサー14との差圧を比較検出器15で比較し、その出力でアクチュエター16を所定量回転させ、自動的にロータハウジング3を所定角度変位させ、これにより該ハウジング3に収納されているアウタロータ2も変位し、吐出口6位置と圧縮終止死点Y1位置間距離を相対的に調整できる。
【0022】
次にアイドラーとなるアウターロータ2とロータハウジング3間を回転自在に構成するために、フッ素樹脂等の低摺動抵抗部材若しくは球またはローラー軸受17で介装させアウタロータ2の回転を軽快にし、高速回転が可能にさせるのがよい。
尚、本実施例とことなりアウターロータ2を駆動側とし、インナーロータ1を従動回転するように構成することにより、一層の高速運転が可能となるが構造は多少複雑化する。
【0023】
また摺動部を液シールさせるための液注入口10よりの液の注入には特設した注入ポンプによって行う事もあるが、図2及び図4にしめすように吐出槽12の液貯溜部121又はこれに連通する不図示の受液槽などより給液することで前記注入ポンプを特設する必要もなくなる。
以上の様に構成することで気体の圧縮に対しては特に制限されることもなく、冷媒ガスを圧縮する冷凍用圧縮機として使用できる事は言うまでもない。
更に吐出側を吸入側に、吸入側を吐出側として気体膨張機としての使用にも差し支えなくこの切替えにはロータハウジング3の回動に依り行う事もできる。その軸出力を動力源として使用する事ができる。
【0024】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、液圧送用にのみ使用されていた内接型のトロコイドポンプを気体圧縮機としての機能を満たす事が出来る。
更に本発明は、クランク軸を用いることなく回転軸型構造で対称的な静的にも動的にも平衡型であるために高速度回転に耐え得られ、気体圧縮機として好適な構造をなし得ると共に高効率の気体圧縮機として簡単にして小型、軽量、静粛な運転が可能となる。
等の種々の著効を有す。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例に係るトロコイド圧縮機で、(A)は(B)のY−Y軸面の断面図、(B)は側面の一部断面図である。
【図2】図1の圧縮容積制御系を示す全体概略図である。
【図3】アウターロータとハウジング間に軸受を介在させた図1の変形例を示す。
【図4】図1の注入液制御系を示す全体概略図である。
【図5】吐出口を交換可能なプレート構造とした図1の変形例を示す。
【符号の説明】
6 吐出口
8 吸入口
41、42 サイドカバー
1 インナーロータ
2 アウタロータ
3 アウタロータハウジング
10 液体注入口
A 圧縮空間[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to a gas compressor that can also be used as an expander. In particular, the present invention does not require an intake valve and a discharge valve, and is intended to obtain a highly efficient trochoid gas compressor having a very small vibration and a simple structure. Is.
[0002]
[Prior art]
An example of a compressor without a suction valve and a discharge valve is a screw type gas compressor, but the tooth shape is three-dimensional and requires advanced processing technology. May be disadvantageous.
There are also rotary compressors of variable blade type or scroll type structure, but even if this is called a rotary type, it basically has a crankshaft and is non-equilibrium structure, so it is easy to generate vibration and high speed. It is not intended for rotation.
[0003]
Conventionally, a Wankel type engine having the smallest number of teeth is well known as a trochoid type fluid machine, but basically it has a crankshaft and has a non-equilibrium structure.
As a trochoid type fluid machine, an outer rotor having a trochoid curve on its inner peripheral surface is driven and rotated by an inner rotor inscribed therewith, which is exactly the same as a liquid pump using a circumscribed or inscribed gear. It has been handled and used as a liquid pump to date.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
However, here it is necessary to compare the conventional gear pump with the rotary trochoid pump. In the former, liquid is sucked from the suction port, and the volume of the sucked liquid reaches the discharge port without changing as it is, and is discharged and pumped.
In the latter case, when gas is sucked from the suction port, the space of the sucked liquid is sealed, and the volume of the space gradually reaches the dead center of compression end while being gradually reduced with the rotation angle. An outlet is provided and discharged from this.
[0005]
Since the liquid is incompressible, the latter trochoid pump is currently used as a liquid pump, and the suction port and the discharge port must be adjacent to each other so that compression is not performed. It can be seen that the latter trochoid pump basically has a function as a gas compressor rather than an essential function as a liquid pump.
Therefore, the trochoid pump inscribed around the circumference which has been used as a liquid pump exhibits its function most when applied as a gas compressor or a gas expander as it is.
[0006]
However, all-round inscribed trochoidal tooth type pumps that have been used for hydraulic pressure feeding up to now, the meshing part between the inner rotor and outer rotor, the sliding part with the side cover, etc., will leak in the case of gas compression. Since it becomes a place where it occurs, high-level processing is required, and as a result, its practical use has been difficult.
[0007]
In order to achieve this technical problem, an object of the present invention is to provide a highly efficient gas compressor without causing leakage even when a trochoid gas compressor is configured.
Another object of the present invention is to provide a highly efficient gas compressor having a simple structure and very little vibration.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve this technical problem, the present invention provides a
The first feature is that gas compression is performed while the compression space A is sealed with the liquid.
The second feature is that the
Such a configuration is extremely effective as a compressor for a refrigerator incorporated in a refrigeration cycle.
[0009]
The rotor may be driven such that the inner rotor 1 is pivotally supported on the
The present invention can be used as a gas expander by switching the
[0010]
[Action]
According to such technical means, an appropriate amount of liquid is injected into the compression space A at a portion having an appropriate compression angle from the
Further, interposing the
[0011]
Next, when the
In this case, it is preferable that the
[0012]
Next, the gas from the
Therefore, the line connecting the compression end dead center Y1 and the inner rotor 1 axial center by the inner rotor 1 and the
[0013]
Further, the
Furthermore, the pressure generated when the gas is compressed is related to the suction pressure, the rotational speed, the type of gas, the amount of liquid injected for sealing, and the position of the
Therefore, the
[0015]
Further, this can be used as an expander in which the
Furthermore, it is possible to use a plate having a
Furthermore, the drive shaft of the inner rotor 1 can be used in a hermetic compressor for air conditioning by adopting a cantilever shaft cantilever structure.
[0016]
【Example】
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described in this embodiment are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Not too much.
1A and 1B are explanatory views of the present invention, in which FIG. 1A is a cross-sectional view of the Y-Y axis surface of FIG.
Reference numeral 1 denotes an inner rotor having a trochoidal tooth shape on the outer peripheral side, a pair of side covers 41 fitted with a rotation shaft on the axis of the intersection of the Y-Y axis and the XX axis and arranged facing each other on both sides, 42 is rotatably supported.
The rotating shaft protrudes from the other side covers 41 and 42 and can be directly connected to a motor (not shown).
[0017]
The trochoid
The trochoid
The
Therefore, one
[0018]
The gas from the
Further, the other side cover 42 has a rotational advance angle position with respect to the
[0019]
As shown in FIG. 5, the
As a result, it is possible to prepare the
[0020]
The outer peripheral axis of the
As a result, by rotating the
[0021]
That is, the rotation of the
The adjustment of the rotation may be performed manually. For example, as shown in FIG. 2, a
[0022]
Next, in order to rotatably configure the
Unlike the present embodiment, by configuring the
[0023]
In addition, liquid injection from the
It is needless to say that the configuration as described above can be used as a refrigeration compressor that compresses refrigerant gas without any particular restriction on gas compression.
Further, the discharge side can be used as a gas expander with the suction side as the suction side and the suction side as the discharge side, and this switching can also be performed by rotating the
[0024]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, the inscribed trochoid pump that has been used only for hydraulic feeding can satisfy the function as a gas compressor.
Furthermore, the present invention has a structure suitable for a gas compressor because it can withstand high-speed rotation because it is a symmetric static or dynamic equilibrium type without using a crankshaft. In addition, a highly efficient gas compressor can be easily operated in a small, light, and quiet manner.
It has various effects such as.
[Brief description of the drawings]
BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS FIG. 1 is a trochoid compressor according to an embodiment of the present invention, in which (A) is a cross-sectional view of the Y-Y axis surface of (B), and (B) is a partial cross-sectional view of the side surface.
FIG. 2 is an overall schematic diagram showing the compression volume control system of FIG. 1;
3 shows a modification of FIG. 1 in which a bearing is interposed between the outer rotor and the housing.
4 is an overall schematic diagram showing the infusion solution control system of FIG. 1. FIG.
FIG. 5 shows a modification of FIG. 1 in which the discharge port has a replaceable plate structure.
[Explanation of symbols]
6 Discharge
Claims (10)
該一対のサイドカバー間に軸支され、外周面にトロコイド歯型を有するインナーロータと、
前記インナーロータの外周に対応して内接する包絡線を内周側に具えたアウタロータと、
前記インナーロータ軸心に対しアウターロータを偏心させて回転させるために該アウターロータの外周側に嵌合させたアウターロータハウジングと、
前記吸入口と吐出口間のロータ間圧縮空間と対面する液体注入口とを具え、
前記液体により圧縮空間をシールしながら気体圧縮を行わせるとともに、
前記液体注入口を、前記圧縮機の吐出側槽又はこれと連通する受液槽と連通させ、これらの槽の液部より前記液体注入口に給液可能に構成した事を特徴とする気体圧縮機。A side cover provided with at least one of a discharge port and a suction port;
An inner rotor pivotally supported between the pair of side covers and having a trochoidal tooth shape on the outer peripheral surface;
An outer rotor provided on the inner peripheral side with an envelope inscribed in correspondence with the outer periphery of the inner rotor;
An outer rotor housing fitted to the outer peripheral side of the outer rotor in order to rotate the outer rotor eccentric with respect to the inner rotor axis;
A liquid injection port facing the compression space between the rotor between the suction port and the discharge port;
While letting gas compression while sealing the compression space with the liquid ,
The gas compression is characterized in that the liquid inlet is connected to a discharge side tank of the compressor or a liquid receiving tank communicating with the compressor, and liquid can be supplied to the liquid inlet from a liquid part of these tanks. Machine.
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