JPH0643517Y2

JPH0643517Y2 - 多層遠心型圧縮機

Info

Publication number: JPH0643517Y2
Application number: JP10116288U
Authority: JP
Inventors: 真岡野; 紀治玉田; 嘉宏石崎
Original assignee: 工業技術院長; エクテイー株式会社
Priority date: 1988-08-01
Filing date: 1988-08-01
Publication date: 1994-11-14
Anticipated expiration: 2003-08-01
Also published as: JPH0224093U

Description

【考案の詳細な説明】［産業上の利用分野］本考案は、小流量、高圧力比が要求される小型冷凍機の
圧縮機として最適な多層遠心型圧縮機に関するものであ
る。

［従来の技術］従来、小型冷凍機の圧縮機においては、体積変化によっ
て気体を圧縮する往復動圧縮機が主に使用されている
が、その他の圧縮機としては、円板の外周に多数の羽根
を持つ羽根車の回転による遠心力によって気体を圧縮す
る再生形ポンプ、気体の粘性によって圧縮するビスコポ
ンプなどの採用が考えられる。

［考案が解決しようとする課題］しかしながら、往復動圧縮機の場合には、ピストンリン
グの摩耗による作動流体への汚染や寿命の問題、さらに
は騒音の問題があり、再生形ポンプあるいはビスコポン
プでは、圧縮流量の非常に少ない場合には高圧力比を得
ることができるが、流量を多くすると圧力比が極端に低
下してしまうという欠点がある。

本考案の目的は、上述した従来の問題点に着目し、その
解決を図るべく、小型で信頼性が高く、長寿命でしかも
高圧力比あるいは高流量を達成し、小型冷凍機の性能向
上に貢献することのできる多層遠心型圧縮機を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するために、本考案は回転軸に固定さ
れた少くとも１ケの回転ディスクと該回転ディスクの軸
方向の両側に対向して配設された固定ディスクから構成
された圧縮ユニットを同一軸上に多層段、積み重さねて
なる多層遠心型圧縮機において、前記回転ディスクは軸
に係合した薄くしかも軽量な円板よりなるディスクの本
体と、その円板の外周端部に前記回転軸と同心的に設け
られ、前記ディスク本体に均一且つ、薄いディスクの本
体の圧力、温度差による軸方向の局部的変位を矯正する
に十分な引張り応力を与える円環状ディスク外周部とを
備え、前記固定ディスクは前記回転ディスクに対向する
面に、中心部から外周側へ連続した溝であって、前記回
転ディスクの回転に伴って流れる流体の流れ方向を規制
する方向係数を有し、且つ、流れ方向に向かって少くと
も、その断面積が変わらないか又は漸減するら旋状溝を
備えたことを特徴とする多層遠心型圧縮機を提供せんと
するものである。

［作用］本考案は、上記の構成により次の如き作用を有する。即
ち回転ディスクが薄い円板であるディスク本体と、十分
な慣性質量を有する円環状ディスク外周部との組合せに
より、ディスク本体の圧力、温度差等による局部的変位
を矯正せしめ、常時精度のよい状態でしかも省エネルギ
ー的に高速回転を与えることを可能とし、更に固定ディ
スクとの間隙を均一且つ安定的に保つことが出来る。ま
た回転ディスクの、回転ディスクとの対向面に設けられ
たら旋状溝は、高速回転に伴う流体の流れを円滑にする
と共に流体の圧縮効果を向上させる作用を有する。

さらに前記ら旋状溝の構成を多層遠心型圧縮機の、直列
形又は並列形の型式により、独得な組合せとして与え、
流体に直列形又は並列形に必要な流れを形成する。

また、直列形又は並列形を構成するための各圧縮ユニッ
ト及び圧縮ユニット間に設けられた流体通路は、前記の
ごとく直列形又は並列形多層圧縮機として作用せしめる
と同時に、回転ディスクの両面に圧力流体を導入し、こ
の両面間の圧力バランスを与えて、軸方向のスラスト荷
重を削減する作用も有する。

このように回転ディスクを薄く、軽量化したこと及び両
面にかゝる流体圧力をバランス化させることにより軸受
の負担を軽減でき、流体圧縮機構を装置１台に多層化す
ることを可能とし、各々の圧縮機を直列又は並列に接続
することにより１台当りの圧力比あるいは、ポンプ流量
を増大することができる。

［実施例］以下に、図面にもとづいて本考案の実施例を説明する。
第１図は本考案の一実施例の断面説明図、２図はその第
一段目の圧縮ユニット部分の拡大断面図である。両図に
おいて、各々の圧縮ユニット（1a），（1b），…は回転
軸（５）にボス部（６）を介して固定された回転ディス
ク（２），（2a），（2b）…と、この回転ディスクの軸
方向の両側に対向して配設された固定ディスク（３），
（3a），（3b）（3c）…により構成され、それを同一軸
上に多層段に積み重ねて多層遠心型圧縮機（１）を構成
している。回転ディスク（２），（2a），…はボス部
（６）に固着係合された回転ディスクボス（24），（24
a），…と、薄く且つ軽量な円板で、そのボス側にバラ
ンス通路（23），（23a），…を配設するディスクの本
体（21），（21a），…およびディスク本体（21），（2
1a），…の外周端部に回転軸（５）と同心に設けられた
円環状ディスク外周部（22），（22a）…で構成されて
いる。又、ディスク本体（21），（21a），…と、固定
ディスク（31），（31a），…のディスク本体（21），
（21a），…に対向する各々の面（32），（31a），（32
a），（31b），（32b），…との間で構成される極小の
各々の間隙（42），（41a），（42a），（41b），（42
b），…の内部において、流体は回転ディスクの回転に
伴って圧縮、流動される。

従って、極小の間隙（42），（41a），（42a），（41
b），（42b），…を適正に且つ安定的に確保するため
に、回転ディスク（２），（2a），…はそれに対向する
面（32），（31a），（32a），（31b），（32b）に対し
て精度よく回転する必要がある。また、回転ディスク
（２），（2a）…は、軸受（８）の負担を軽くし、しか
も多層段で小型化するため、その主たる構成部材である
ディスク本体（21），（21a）…の厚さを薄くして、軽
量化する必要がある。

この薄い厚みのディスク本体（21），（21a），…は、
圧力、温度等により変形し易く、このため著しく平面精
度を劣化させてしまう。従って、これらの欠陥を除くた
め、本考案においてはディスク本体（21），（21a），
…の外周端部に比較的に慣性質量の大きな円環状ディス
ク外周部（22），（22a），…を備え、回転による遠心
力によってディスク本体（21），（21a），…外周方向
に引張応力を与えることにより、これらの軸方向の変位
（変形）を修正し、所要の平面精度を維持するようにし
た。

本考案では更に、固定ディスク（31），（31a），…の
面（32），（31a），（32a），（31b），（32b），…に
は第３図に示すように十数本のら旋状の溝（36），（35
a），（36a），（35b），（36b），…が設けられてお
り、回転によって流体（主として気体）を圧縮し易いよ
うに、又流動し易すいようにしている。なお、第３図の
（Ａ）はら旋方向が反時計方向の場合を、また（Ｂ）は
時計方向の場合を示す。

本考案は更にまた、各ディスク本体（21），（21a），
…のボス部（６）に近い部分、又はボスそのものに、各
ディスクの本体（21），（21a），…の両面に平衡した
圧力が保持されるように、バランス通路（23），（23
a），…を設けてあり、これにより軸受（８）にかかる
スラスト力を削減するとともに、ディスク本体（21），
（21a），…の変形を減少させる。

第１図における本考案の一実施例は、各圧縮ユニット
（1a），（1b），…を直列形に接続した場合を示してお
り、第４図及び第５図は並列形に接続した場合を示して
いる。特に第５図においては、流体（主として気体）の
吸入を直接回転軸（５）に明けられた中心孔（53）によ
り行い、それより各ディスク本体（21），（21a），…
の両側面に通じる軸流路（52），（51a），（52a），
（51b），（52b），…を経て、各間隙（42），（41
a），（42a），（41b），（42b），…に導入される。

次に上記のように構成した本考案の作用を説明する。第
１図及び第２図において、流体はポンプ入口（７）から
吸入され、第一段目の圧縮ユニット（1a）のディスク本
体（21）の内周部から流体の粘性により外周側に向かっ
て圧縮され第二段目に入り、ついで、第二段目のディス
ク本体（21a）の外周側から内周側に向かってら旋状溝
（36a），（35b）の効果により主に流動される。この行
程が繰り返されて最後においては一段の圧力比の数倍の
圧力比を得ることが出来る。なお、（33a），（33c），
…はシール部材である。

第４図における並列形の場合の実施例では、吸入口
（７）より吸入された流体は、各ディスク本体（21），
（21a），（21b），…の内周部に配分され、各々の間隙
（42），（41a），（42a），（41b），（42b），…を通
って圧縮されながら外周側へ圧縮流動される。従ってこ
の場合は第一段のポンプ流量の数倍の流量を得ることが
出来る。

固定ディスク（３），（3a），（3b）の各面（32），
（31a），（32a），（31b），（32b），…に設けられた
ら旋状溝（36），（35a），（36a），（35b），（36
b），…は、対数ら旋、アルキメデスら旋等のら旋形状
により構成されており、又、高速回転に伴う流体の流れ
方向を規制する方向係数を有し、且つ流れ方向に向かっ
て少くともその断面積が変わらないか又は漸減して行く
ような構成となっている。この流れ方向を規制する方向
係数については、本多層遠心型圧縮機の形成、即ち直列
形か並列形かにより選択的に構成される。即ち並列形多
層型式に対しては、ら旋状溝（36），（35a），（36
a），…は、第４図又は第５図において軸（５）の流体
吸入口（７），（53）側より見て、軸（５）が右回転す
る場合は面（32），（32a），（32b），…に設けられる
ら旋状溝（36），（36a），（36b），…のその面の上面
からみて時計方向。ら旋（第３図Ｂ、以下Ｂ溝とい
う）、又面（31a），（31b），（31c），…に設けられ
るら旋状溝（35a），（35b），（35c），…は上記と面
対称即ち反時計方向のら旋（第３図Ａ、以下Ａ溝とい
う）であり、且つ実施例においては中心部溝巾（L_i）、
溝深さ（H_i）、外周部溝巾（L₀）、溝深さ（H₀）とした
とき、H_iH₀，B_i＜B₀とし、しかもその断面積が変わら
ないか又は漸減するように構成された。

また、直列形多層型式の場合は、第１図を参照とし、上
記と同様視矢において、奇数段目の圧縮ユニット（1
a），（1c），（1e），…では、並列形の場合と同一構
成のら旋溝形状であり、偶数段目の圧縮ユニット（1
b），（1d），（1f），…では奇数段目の場合の逆の構
成とする。また、この場合の実施例では溝巾、溝深さに
ついては奇数段目圧縮ユニットにあっては前記並列形の
場合と同様に、H_iH₀，B_i＜B₀とし、偶数段目圧縮ユニ
ットにおいては、H_i≒H₀，B_iB₀とした。

なお、流体が気体の場合は、間隙（42），（41a），（4
2a），…は極めて小さいことが望ましく、実施例では、
ネオンガスの場合50μ程度、ヘリウムガスでは30μ以下
程度とし、また回転数は10000〜50000r.p.m.程度とし
た。

［考案の効果］上記説明のごとく、本考案によれば、ら旋状溝を有する
固定ディスク（３），（3a），（3b）と、薄くして軽い
ディスク本体（21），（21a），（21b），…並びにこの
ディスク本体（21），（21a），（21b），…の軸方向変
位を矯正する円環状ディスク外周部（22），（22a），
（22b）を有する回転ディスク（２），（2a），（2
b），…とを組合せたことにより、１台の装置に多層段
の圧縮ユニット（1a），（1b），…を設けることが出
来、圧力比あるいはポンプ流量を増大することが可能と
なり、小型冷凍機用圧縮機として最適となり、その性能
と信頼性の向上に貢献することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の多層遠心型圧縮機（直列形）の一実施
例の断面図、第２図は第１図の第一段目圧縮ユニット部
の拡大断面図、第３図（Ａ），（Ｂ）は固定ディスク面
に設けられるら旋状溝の上面図、第４図は本考案の多層
遠心型圧縮機（直列形）の一実施例の断面図、第５図は
本考案の多層遠心型圧縮機（並列形）の他の実施例の断
面図である。 1:多層遠心型圧縮機、1a,1b,1c…：圧縮ユニット、2,2
a,2b,2c…回転ディスク、21,21a,21b,21c…：ディスク
本体、22,22a,22b,22c…：円環状ディスク外周部、23,2
3a,23b,23c…：バランス孔、24,24a,24b…：固定ディス
クボス部、3,3a,3b,3c…：固定ディスク、32,31a,32a,3
1b,32b…：固定ディスク面、36,35a,36a,35b,36b…：ら
旋状溝、33a,33c…：シール、33b,33d…：ガス通路（内
周部）、34a,34c…：ガス通路（外周部）、42,41a,42a,
41b,42b,…間隙、5:回転軸、52,51a,52a,51b,52b,…：
軸流路、53:中心長孔、6:ボス部、7:流体吸入口、8:軸
受。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者石崎嘉宏神奈川県鎌倉市山ノ内253―５審査官熊倉強 (56)参考文献実開平２−20798（ＪＰ，Ｕ)

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

【請求項１】回転軸に固定された少くも１個の回転ディ
スクと、該回転ディスクの軸方向の両側に対向して配設
された固定ディスクとからなる圧縮ユニットを同一軸上
に多層段積み重さねた多層遠心型圧縮機において、前記回転ディスクは薄く軽量の円板によって構成された
ディスク本体と、その外周部に前記回転軸と同心的に設
けられ前記ディスク本体に均一且つ該ディスク本体の軸
方向の局部的変位を矯正するに十分な引張り応力を与え
る円環状ディスク外周部とを備え、前記固定ディスクは前記回転ディスクに対向する面に、
中心部から外周側へ連続して前記回転ディスクの回転に
伴って流れる流体の流れ方向を規制する方向係数を有し
且つ流れ方向に向かって少くともその断面積が変わらな
いか又は漸減するら旋状溝を備えたことを特徴とする多
層遠心型圧縮機。