JPH0230991A - 回転式コンプレッサ - 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 本発明はコンプレッサに係り、特に回転式コンプレッサ
に関するものである。

従来の技術およびその課題 ロータリコンプレッサを使用するタライオクーラー（ｃ
ｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）等の装置の耐用年数を短くする主
な原因の一つに、潤滑油や種々の破片による作用ガス室
の汚染があげられる。例えば、従来のスターリングサイ
クルタライオクーラー（ｓｔｅｒｌｉｎｇ　ｃｙｃｌｅ
　ｃｒｙｏｃｏｏｌｅｒ）における平均故障間隔（ＭＴ
ＢＦ）は３００時間であるが１、この故障の原因として
、（１）ロータリー軸受けの損傷、（２）圧縮ピストン
のシール不良、（３）破片及び潤滑油に起因する作用ガ
ス室汚染、（４）ヘリウムガスの漏洩の４点が確認され
ている。

シールは必ずしも作用室を完全に密閉するものであると
は限らない。従って、作用室からシールを通して流出し
、再び作用室へ戻るガスと共に汚染粒子が作用室内に運
び込まれることとなる。

上記シールに替えて、蛇腹状のシール部材を使用するこ
とも提案されている。この蛇腹状のシール部材では、ガ
ス漏れの程度を０．００００００１　ＣＣＨｅｌｉｕｍ
／ｓｅｃ、に押さえ、実質的に完全なシールが得られる
。しかし、このようなシールでは、蛇腹の両側に圧力差
が生じるという問題があった。したがって、蛇腹状のシ
ール部材はかかる圧力差による変形を受は疲労が発生し
易かった。

本発明は、以上の事情を背景として為されたものであり
、その目的とするところは、耐用年数の長い改良された
回転式コンプレッサを提供することにある。

課題を解決するための手段 かかる目的を達成するため、本発明の要旨とするところ
は、（ａ）回転駆動装置と、（ｂ）この回転駆動装置に
よって駆動されるクランクシャフトと、（Ｃ）作用室を
形成するハウジングと、（ｄ）前記作用室内に位置して
、ダイナミックシールを備えたピストンと、（ｅ）前記
作用室内の前記ピストンの近傍に形成された空間を、該
作用室内の前記クランクシャフトの近傍に形成された空
間から密閉するシール手段と、げ）前記ピストンの往復
運動によって前記シール手段の両側に生じる圧力差を実
質的に解消するための手段とを含むことにある。

本発明の一態様によれば、前記シール手段は蛇腹状シー
ルである。

また、本発明の他の態様によれば、前記作用室が第１、
第２、第３可変容量室を有する一方、前記ダイナミック
シールが前記第１可変容量室と前記第２可変容量室を分
離するとともに、前記蛇腹状シールが前記第２可変容量
室と前記第３可変容量室を分離する。

さらに、本発明の好適な態様によれば、前記第２可変容
量室と前記第３可変容量室の圧力がほぼ等しく保持され
ている。このように圧力を等しくするために、前記第２
可変容量室と前記第３可変容量室の容積比が略一定に保
たれている。

さらに、ダイナミックシールを通してのガスの漏洩や、
温度勾配による影響を無くすために、前記圧力差を実質
的に解消する手段が、第２および第３可変容量室、つま
り前記ピストンの近傍に形成された作用室の一部と前記
クランクシャフトの近傍に形成された作用室の一部との
間にガス流通路を形成する手段であってもよい。

さらに、前記クランクシャフトの近傍に形成された作用
室の一部から前記ピストンの近傍に形成れた作用室の一
部へ、前記ガス流通路を通じての汚染粒子の流入を防止
する手段を有してもよい。

また、潤滑油ピストンガイドを含んでもよい。

実施例 第１図は、本発明の一実施例に従う構造とされたコンプ
レッサの一部を示す図である。図において、クランクケ
ース１０には、図示しない回転駆動装置によって回転駆
動されるクランクシャフト１２が取り付けられている。

クランクシャフト１２には、コネクティングロッド１４
の一端がベアリングを介して偏心して取り付けられ、そ
の他端はピストン１８に固設されたピン１６に取り付け
られている。ピストン１８は摺動可能に円筒状のスリー
ブ２０内に嵌合されており、その周囲を通してガスが流
出入するのを実質的に防ぐために、隙間シール或いはダ
イナミックシール２１を有している。このようにして、
ピストン１８は、スリーブ２０の内面２２．２４と共に
、図中■ｌに示される第一の可変容量室を画定する。第
一の可変容量室ｖ１は、例えば、通路２６によりスター
リンゲタライオクーラー等の所定のコンプレッサ出力装
置の図示しない再発生機および熱交換器に連通可能とな
っている。

ピストン１８はクランクケース閉塞部材３０に対して、
軸２８に沿って往復運動させられるものであり、かかる
ピストン１８と閉塞部材３０の間には蛇腹状シール部材
３２が設けられている。クランクケース１０の内面と、
閉塞部材３０、蛇腹状シール部材３２及びピストン１８
のそれぞれの内面３４．３６．３８によって、第３の可
変容量室ｖ３が画定される一方、第一の可変容量室■１
と第３の可変容量室■３の間に第２の可変容量室ｖ２が
形成されている。

更に、本実施例の好ましい実施態様においては。

第２の可変容量室ｖ２及び第３の可変容量室Ｖ３はそれ
らの圧力がほぼ等しくなるように形成される。このよう
に両回変容量室■２およびＶ３内の圧力を等しくするた
めに、それらの容積比を常に略一定に保つ必要がある。

このため本実施例では、第２可変容量室ｖ２と第３の可
変容量室■３内の初期圧が等しいと仮定した場合、ピス
トン１８の断面積（ＡＰ）と蛇腹状シール部材３２の有
効断面積（ＡＢ）の比ＡＰ／ＡＢと第２及び第３の可変
容量室の容積■２および■３との関係が、次式を満足す
るように決定されている。

Ｖ２／Ｖ３　　＋　　　１　　＝　　ＡＰ／ＡＢ上記コ
ンプレッサでは１作動開始からその作動が安定するまで
の立ち上がり期間に、蛇腹状シール部材３２の両側に圧
力差が生じることが認められた。かかる圧力差は、ダイ
ナミックシール２１を経てガスが漏洩することにより生
じる場合もある。この圧力差はわずか０．５気圧オーダ
ーであるが、できれば完全に無くすることが望ましい。

本発明の特徴は、蛇腹状シール部材３２の両側に発生す
る圧力差をほぼ完全に無くし、その蛇腹状シール部材３
２が早期に疲労または破損することを防止するよう、第
２、第３可変容量室■２、ｖ３を連通させる連通装置４
０を設けることにある。

本実施例の一態様においては、連通装置４０は、第２可
変容量室ｖ２および第３可変容量室■３間にガスの流通
路を形成しており、第１の導管４２、ガスフィルター４
４、及び第２の導管４６を備えている。この連通装置４
０は、可変容量室ｖ２、■３のいずれかで圧力が極度に
上昇することを防止することができる効果を有する。更
に、ガスフィルター４４が設けられているため、ダイナ
ミックシール２１のシール機能が完全でないために生じ
る汚染粒子の、第３可変容量室■３から第２可変容量室
■２への流入、及び第２可変容量室■２から第１可変容
量室■１への流入を確実に防止するとかできる。

本実施例の好ましい態様においては、連通装置４０にて
形成される流通路を開閉するバルブ４８が設けられ、コ
ンプレッサの立ち上がり期間のみ開くようにされている
。更に、バルブ４８の開閉を制御する感圧式制御装置５
０が設けられている。

この制御装置５０は公知の感圧式バルブを含むものであ
ってもよく、またその他の装置に置き換えられてもよい
。

更に別の態様において、第２可変容量室■２内に発生し
得る過度の圧力を逃がすために第３の導管５２が設けら
れている。この第３の導管５２は、第３可変容量室■３
から第２可変容量室ｖ２にガスが流れてしまうのを防ぐ
ため、一方向バルブ装置５４を備えた構造となっている
。

第２図は、第１図に示されるコンプレッサと同様の構造
を備えた、本発明の他の実施例である回転式コンプレッ
サの一部を示す断面図である。なお、以下の実施例にお
いて第１図に示す前記実施例と共通する部分には同一の
符号を付して詳しい説明は省略する。

第２図に示されている実施例においては、コネクティン
グロッド１４はピン１６を介してピストン６２の第１部
分６０に取り付けられている。また、ピストンの第２部
分６４にダイナミックシール２１が設けられている。こ
のピストン６２とスリーブ２０との間に、第１取付部材
６６および第２取付部材６８によって蛇腹式シール部材
３２が取り付けられている。

更に、ピストン６２は、油、グリース等の代表的な潤滑
剤を含む潤滑油ガイド７０によって摺動可能に案内され
ている。

本発明は、以上の例示および記載に制約されないことは
当業者に理解されよう。また、本発明は特許請求の範囲
の記載によってのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例に従う構造および作用を有
する回転式コンプレッサの一部を示す部分断面略図であ
る。第２図は、本発明の他の実施例に従う構造および作
用を有する回転式コンプレッサの一部を示す部分断面図
である。 １２：クランクシャフト １８：ピストン ２１：ダイナミックシール ■ｌ：第１可変容量室 ■２：第２可変容量室 Ｖｌ第３可変容量室 ：クランクケース閉塞部材 ：蛇腹式シール部材 二連通装置 二制御装置 出願人　ディジタル・エクイツブメント・コーポレーシ
ョン

Claims (19)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転駆動装置と、 該回転駆動装置によって駆動されるクランクシャフトと
   、 作用室を形成するハウジングと、 前記作用室内に位置して、ダイナミックシールを備えた
   ピストンと、 前記作用室内の前記ピストンの近傍に形成された作用室
   の一部を、前記作用室内の前記クランクシャフトの近傍
   に形成された作用室の一部から密閉するシール手段と、 前記ピストンの往復運動によって前記シール手段の両側
   に生じる圧力差を実質的に解消するための手段と を有することを特徴とする回転式コンプレッサ。
2. （２）前記シール手段が、蛇腹状シールである請求項１
   に記載の回転式コンプレッサ。
3. （３）前記作用室が第１、第２、および第３可変容量室
   を有し、該第１可変容量室は前記ピストンの端面側に形
   成された空間であって外部に連通するものであり、該第
   ２および第３可変容量室は、それぞれ前記蛇腹状シール
   と前記クランクシャフトの近傍に形成されているもので
   ある請求項２に記載の回転式コンプレッサ。
4. （４）前記ダイナミックシールが前記第１可変容量室と
   前記第２可変容量室を分離するとともに、前記蛇腹状シ
   ールが前記第２可変容量室と前記第３可変容量室を分離
   するものである請求項３に記載の回転式コンプレッサ。
5. （５）前記第２可変容量室と前記第３可変容量室内の圧
   力がほぼ等しく保たれている請求項３に記載の回転式コ
   ンプレッサ。
6. （６）前記第２可変容量室と前記第３可変容量室の容積
   比が略一定に保たれている請求項５に記載の回転式コン
   プレッサ。
7. （７）前記第２可変容量室と前記第３可変容量室の内の
   初期圧が等しいと仮定すると、前記ピストンの断面積（
   ＡＰ）と前記蛇腹状シールの有効断面積（ＡＢ）の比と
   、前記第２可変容量室と前記第３可変容量室の容積比（
   Ｖ２／Ｖ３）との関係が、次式 Ｖ２／Ｖ３＋１＝ＡＰ／ＡＢ を満足するものである請求項６に記載の回転式コンプレ
   ッサ。
8. （８）前記圧力差を実質的に解消する手段が、前記ピス
   トンの近傍に形成された作用室の一部と前記クランクシ
   ャフトの近傍に形成された作用室の一部との間にガス流
   通路を形成する手段である請求項２に記載の回転式コン
   プレッサ。
9. （９）前記圧力差を実質的に解消する手段が、前記ピス
   トンの近傍に形成された作用室の一部と前記クランクシ
   ャフトの近傍に形成された作用室の一部との間にガス流
   通路を形成する手段である請求項７に記載の回転式コン
   プレッサ。
10. （１０）さらに、前記ガス流通路を通じるガスの流れを
    許容する選択手段を含む請求項７に記載の回転式コンプ
    レッサ。
11. （１１）さらに、前記クランクシャフトの近傍に形成さ
    れた作用室の一部から前記ピストンの近傍に形成された
    作用室の一部へ、前記ガス流通路を通しての汚染粒子の
    流入を防止する手段を有する請求項８に記載の回転式コ
    ンプレッサ。
12. （１２）前記防止手段がガスフィルタである請求項１１
    に記載の回転式コンプレッサ。
13. （１３）さらに、前記ピストンの近傍に形成された作用
    室の一部から前記クランクシャフトの近傍に形成された
    作用室の一部への一方向のガスの流れを許容する手段を
    含む請求項３に記載の回転式コンプレッサ。
14. （１４）さらに、潤滑油ピストンガイドを含む請求項１
    ３に記載の回転式コンプレッサ。
15. （１５）さらに、前記ガス流通路を通じるガスの流れを
    許容する選択手段を含む請求項８に記載の回転式コンプ
    レッサ。
16. （１６）さらに、前記クランクシャフトの近傍に形成さ
    れた作用室の一部から前記ピストンの近傍に形成された
    作用室の一部へ、前記ガス流通路を通じての汚染粒子の
    流入を防止する手段を有する請求項９に記載の回転式コ
    ンプレッサ。
17. （１７）前記防止手段がガスフィルタ手段である請求項
    １６に記載の回転式コンプレッサ。
18. （１８）さらに、前記ピストンの近傍に形成された作用
    室の一部から前記クランクシャフトの近傍に形成された
    作用室の一部への一方向のガスの流れを許容する手段を
    含む請求項８に記載の回転式コンプレッサ。
19. （１９）さらに、潤滑油ピストンガイドを含む請求項８
    に記載の回転式コンプレッサ。