JPH0396682A - スクリュー式エキスパンダ／コンプレッサの複数の絞りを備えた吸込口 - 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】 童及≧立五里立艶 本発明はスクリュー式エキスパンダ／コンプレッサのた
めの複式絞り吸込口に関する。

従来　術　び発　が　決しよ゛とする課題弾性作用流体
のためのスクリューロータ容積形機械はコンプレッサ及
びエキスパンダとしてよく知られている。そのような機
械においては、平行する軸線を有しそして作用空間を包
囲する境界壁を画戒する２個の交差する内腔と、これら
内腔の軸線に垂直に配置された高圧及び低圧端壁と、高
圧口および低圧口を有するケーシングが設けられる。各
内腔は螺旋状ランド及び介在する溝を有するいわゆる雄
雌形状の１対の噛合いロータのうちの一方のロータを有
する。各ロータは３６０°より小さい巻き角を有する。

雄ロータは凸面ランドを形威されそして通常は各ランド
の主部分をピッチ円の外側に有する。雌ロータは凹面ラ
ンドを形成され、通常は各ランドの主部分をピッチ円の
内側に有する。

この形式の圧縮または膨張機械の利点は、乾運転（即ち
、液体潤滑材を全く有しない気体媒質による運転）を行
うとき、２個のロータが同期歯車によって互いから離さ
れて維持され、従って潤滑されていないロータ面の摩擦
及び焼付きが回避されることである。同期歯車は通常そ
れらが潤滑され得る密閉ケース内で運動する。

その代りに潤滑材は気体圧縮または膨張空間内に噴射さ
れ、その場合にはロー夕は互いに当接して運動され得る
。この場合は、精密で高価な同期歯車は不要にされる。

しかし、圧縮後に気体からオイルが分離されなくてはな
らない。気体膨張装置として運転されるときは、潤滑材
を気体媒質内に使用することは通常は不便であり、従っ
て同期歯車が使用されなくてはならない。

スクリューを有する機械の典型的な例が第１図、第２図
、第３図及び第４図に示されており、該機械をエキスパ
ンダとして且つコンプレッサとして働らかせる作動原理
及び方法が以下において図面を参照して説明される。

第１図はロータ４，５をそれらがケーシング１の内部に
収容された態様を機械の吸込口端部から見たとして図示
する。２は機械の吸込口であり、そして３は機械の吸込
口側部である。８，９はその作用室内に潤滑材が存在し
ないコンプレッサにおいて典型的に使用される同期歯車
である。第２図は図解を明瞭にするためケーシング１を
取り除いて前記ロータ４，５及び同期歯車８，９を図示
する。矢印６，７は前記ロータ４，５の回転方向を示す
。

第２図において前記ロータ４，５は第１図と同じ配列を
以て図示される（即ち、吸込口端部及び吸込口側部が図
面観察者の方を向いている）。

第３図は前記機械の吐出口側から観察された前記機械を
示し、やはり吸込口端部及が図面観察者の方を向いてい
る。第３図は従って第１図の下側からの図面である。

第３図はにおいて、１ｏは吐出口である。第４図はケー
シングを取り除きそして第３図と同じ配列を以て（即ち
、吐出口側部及び吸込口端部が図面統察者の方を向いて
にな）ロータ４，５を図示する。

第１図及び第２図を検討すると、ロータ４，５が矢印６
，７に従って回転するにつれて、ロータ４，５の溝Ｉｓ
，　１６の面とケーシング１の面とによって画或される
空隙が拡大する。この動作は空隙内に気体を吸い込む。

ロータ輪郭の先縁１１，１２が吸込口２０縁１３．　７
４を通過するとき、前記空隙は有効に閉鎖される。この
閉鎖点は、普通、空隙がロータ４，５の回転によってそ
れらの最大または最大に近い体積に拡大された時点に生
じるように選ばれる（例えば、第２図においてロータ４
，５の溝１５，１６によって画成された空隙は、この状
態に在るものとして図示される）。

もし第４図におけるがごとくロータ４，５の吐出口側に
ついて図面が作威されるならば、溝１５．　１６は互い
の方にむかって回転していることが認められ、そしても
しロータ４，５がさらに回転されるならば、ロータの協
働する噛合いは、ロータの溝１５，１６の面とケーシン
グ１の内腔の内面とによって雨戒される空隙の体積を減
縮させ、従ってそこに閉じ込められている気体の圧縮を
生じさせる。第４図においては、溝１７．１８の面とケ
ーシング内面とによって画或される空隙は、溝１５．１
６によって画成される空隙と比較すると、非常に減縮さ
れていることが認められる。

吐出口１０の端縁の位置は、上に説明された空隙がそれ
らの体積が特定の要求された程度に減縮されるに至るま
では吐出口１０に露出されないように選ばれる。従って
、機械内部で生じる圧縮の程度を予決定することができ
る。

再び第１図と第２図とを参照すると、もし機械の吸込口
２が、ロータ４，５の溝１５，１６とケーシング１の内
面とによって画成される前記空隙がそれらの最大体積に
達する前に閉鎖されるならば、ロータ４，５が回転を続
行し従って前記空隙の体積が増大するにつれて、空隙内
に捕捉されている気体の膨張が生じる。従って、吸込口
閉鎖位置及び吐出口開放位置の賢明な選択によって、機
械は膨張手段即ちエキスパンダ兼圧縮手段即ちコンプレ
ッサとして働く能力を有し得る。

このことが潜在的に有益である適用の一つは、機関の過
給にある。特に、吸込行程毎に機関内に吸引される燃料
と空気との量が該機関に関し要求される出力に応じて変
更されそして調節されなくてはならない火花点火機関の
ための適用において有益である。この部分負荷調節は、
通常、機関内への空気流量の絞りによって達戒される。

しかし、絞りは不可逆的プロセスであるから吸込行程間
に機関ピストンにおいて関連動力損失が生じる。

部分負荷機関運転のためのより効率的な方法は、おそら
く、絞り調節に代えて、スクリュー過給機の膨張能力を
使用して装気密度を減少させることである。そうするこ
とによって、吸込行程と関連する機関ピストンの作用の
若干が回復され得る。

しかし、スクリュー型のエキスパンダｌコンプレッサの
吸込口を有効且つ制御された態様で完全に閉鎖すること
は今までは困難であった。

課題を解決するための手段 本発明に従えば、複数の蝶型絞り弁を有するスクリュー
型のエキスパンダ／コンプレッサのための複式絞り吸込
口が設けられ、前記蝶型絞り弁のおのおのはその固有の
ダクトを通じて前記エキスパンダ／コンプレッサの吸込
口端部における特定位置に、膨張サイクルにおいて前記
蝶型絞り弁が閉じられるときそれらが漸進的により早い
段階において前記エキスパンダｌコンプレッサの互いに
噛合う実施例 次ぎに、添付図面を，参照して本発明の一実施例を説明
する。第５図において、ケーシング２０内にそのロータ
を閉じ込められたエキスパンダｌコンプレッサが、機械
の吸込口端部及び吸込口側部がら１１察されたものとし
て斜視図で示されている。２１は機械の吸込口端部であ
り、そして２２は機械の吸込口側部である。２３　．　
２４は同期歯車である。２５，２６．　２７はダクト２
８　，　２９．　３０を通じて機械の吸込口に結合され
た絞り弁である。便利性のために、吸込口は主とし雄の
ロータ３１の端に位置される。第６図は第５図と同じ配
列を以て（即ち、吸込口端部及び吸込口側部が図面観察
者の方を向いて）ロータ３１，３２を図示するが、ケー
シング２０は図示の明瞭性を期して取り除かれている。

絞り弁２５　，　２６．　２７が開いているとき、前記
機械は純コンプレッサとして機能する。

前記機械をエキスパンダとして機能させるためには、前
記絞り弁の１個または複数個が閉鎖される。これら絞り
弁の制御は例えば弁軸に結合された手動式またはサーボ
作動式制御レバーを介して達或され得る。絞り弁２５が
閉鎖されているとき、作用気体は開いている絞り弁２６
，　２７を介してダク｝２９．３０を通じて引き入れら
れる。ロータの端が最後の開いたダクト２つを通過する
につれて、ロータのローブ及びケーシング壁によってケ
ーシング２０内に捕捉された空間は、それがその最犬に
達する以前に閉め切られる。ロータが回転し続けるにつ
れて、この空間は増大し、従ってそこに閉じ込められた
気体の膨張を惹起する。この膨張はロータシャフトにお
ける力の寄与として現れる。もしより大きい膨張度が要
求されるならば、前記絞り弁はサイクルにおけるより早
い段階において閉鎖される。例えば、絞り弁２５，　２
６を閉鎖することによって相当な膨張が生起され得る。

機関への空気の流景は漸進的に制御されなくてはならな
いから、そして絞り弁２５．　２６の閉鎖は、膨張効果
を段階的に増大させるとともに空気流量を段階的に減少
させるから、絞り弁２５，　２６．　２７は調整する態
様で閉鎖されることが可能でなくてはならない。従って
、任意の各個の絞り弁が徐々に閉鎖されている間に気体
流量絞り損失が該絞り弁において生じ、これら損失は回
復不可能である。しかし、前記絞り弁が完全に閉鎖され
るとき、膨張力回復効果は段階的に増加する。

各膨張過程変更間における絞りによって失われるエネル
ギの量は、絞り弁の個数及び相互接続ダクトの個数を増
すことによって減少され得るが、複雑化の不利益を免れ
ない。

ロータの異なる噛合い内に閉じ込められた膨張する気体
空間が相互接続されないようにするために、絞り弁とエ
キスパンダｌコンプレッサのロータ室との間のダクトは
、それらがロータ端面の部分によって完全に密閉される
ような形状と寸法とを以てロータ室の端面において終端
することが重要である。もしこれが達威されないならば
、任意の一噛合い内の膨張効果は、気体が隣接する噛合
い内に再圧縮されることを許すことによって減少される
。

これらダクトは雌のロータ３２によるより雄のロータ３
１の端面によって一層便利に密閉され得る。何故ならば
、雄のロータ３１のランド３４は雌のロータ３２のラン
ド３５より大きく、従ってより大きいダクトを閉め切る
ことができるからである。この理由によって、吸込ロダ
クトは雄のロータ３１の端において示される。

しかし、吸込ロダクトはそれらがロータ室の端面で終る
場合、雌のロータ３２のランド３５の端によって完全に
密閉されるのに十分狭い横断面を有することを条件とし
て雌のロータ３２の端において接受される。この場合、
雄のロータ３１に対するダクトと雌のロータ３２に対す
るダクトは対にされ、その結果、各対がロー夕の相互噛
合いに対し同時に相互に接続されるように構戒される。

同様に、ダクトの各対における絞り弁は同時に操作され
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はスクリューを有する機械即ちスクリュー式エキ
スパンダ／コンプレッサの典型的な一例の斜視図、第２
図は第１図の機械のケーシングを図解の明瞭性のため取
り除いてそのロータ及び同期歯車を示した斜視図、第３
図は第１図の機械の下面を示す斜視図であってその吐出
口側部から見た図面、第４図は第３図の機械のケーシン
グを図解の明瞭性のために取り除いてそのロータ及び溝
部分を示した斜視図、第５図は本発明に基づく機械即ち
スクリュー式エキスパンダ／コンプレッサの一実施例の
斜視図、第６図は第１図の機械のケーシングを図示の明
瞭性のために取り除いてそのロータ及び同期歯車を示し
た斜視図である。 図面上、２０・・・ケーシング、２１・・・吸込口端部
、２３，２４・・・同期歯車、２５，　２６，　２７・
・・絞り弁、２８，　２９，　３０・・・ダクト、３１
．３２・・・ロー夕、３４．　３５・・・ランド。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. （１）スクリュー式エキスパンダ／コンプレッサの複式
   絞り吸込口であって、複数の蝶型絞り弁を有し、これら
   絞り弁のおのおのがその固有のダクトを通じて前記エキ
   スパンダ／コンプレッサの吸込口端部における特定位置
   に、膨張サイクルにおいて前記蝶型絞り弁が順次に閉じ
   られるときそれらが漸進的により早い段階において前記
   エキスパンダ／コンプレッサの互いに噛合うロータ及び
   ケーシングによって画成される空間を閉め切るように結
   合されることを特徴とするスクリュー式エキスパンダ／
   コンプレッサの複式絞り吸込口。
2. （２）特許請求の範囲第１項記載の複式絞り吸込口にお
   いて、前記絞り弁と前記コンプレッサの吸込口面との間
   のダクトが前記エキスパンダ／コンプレッサのケーシン
   グと一体に鋳造されることを特徴とするスクリュー式エ
   キスパンダ／コンプレッサの複式絞り吸込口。
3. （３）特許請求の範囲第１項記載の複式絞り吸込口にお
   いて、前記絞り弁と前記コンプレッサの吸込口面との間
   のダクトが対にされ、各対の半分が雄ロータ吸込口端部
   区域に結合され、そして他の半分が互いに結合する対応
   する雌ロータ吸込口端部区域に結合されることを特徴と
   するスクリュー式エキスパンダ／コンプレッサの複式絞
   り吸込口。
4. （４）特許請求の範囲第１項、第２項及び第３項記載の
   複式絞り吸込口において、前記絞り弁が弁軸に結合され
   たリンク及びレバー装置によって作動されることを特徴
   とするスクリュー式エキスパンダ／コンプレッサの複式
   絞り吸込口。
5. （５）特許請求の範囲第４項記載の複式絞り吸込口にお
   いて、前記弁軸のリンク装置が手動制御されることを特
   徴とするスクリュー式エキスパンダ／コンプレッサの複
   式絞り吸込口。
6. （６）特許請求の範囲第４項記載の複式絞り吸込口にお
   いて、弁軸のリンク装置がサーボ装置によって制御され
   ることを特徴とするスクリュー式エキスパンダ／コンプ
   レッサの複式絞り吸込口。