JPH081180B2

JPH081180B2 - ベーンロータリーコンプレッサー

Info

Publication number: JPH081180B2
Application number: JP4213209A
Authority: JP
Inventors: 洋司内山; 謙三星野
Original assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Current assignee: Central Research Institute of Electric Power Industry
Priority date: 1992-07-20
Filing date: 1992-07-20
Publication date: 1996-01-10
Anticipated expiration: 2011-01-10
Also published as: JPH0642477A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は圧縮室内をロータに設け
られた出入り自在なベーンによって仕切るベーンロータ
リーコンプレッサーに関する。更に詳述すると、本発明
は、等温圧縮に近い状態を実現するベーンロータリーコ
ンプレッサーに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のベーンロータリーコンプレッサー
は、図３に示すように、ベーンを備えたロータ１０１と
これを収容するステータ１０２及び潤滑油供給手段１０
３とから構成されている。ロータ１０１は放射状の溝１
０５内に出入り自在に収容されたベーン１０４を遠心力
によって突出させステータ１０２の内周壁面１０６に当
接して摺動させるように設けられている。このロータ１
０１はステータ１０２に対して偏心させて組合され、そ
れらの間に空間を構成している。そして、空間が最も広
がる所に吸気口１０７を開口すると共にロータ回転方向
の最も空間が狭まる所に排気口１０８が開口されてい
る。ステータ１０２とロータ１０１及びベーン１０４と
の間で区画される空間（圧縮室という）１０９はロータ
１０１の回転に伴ってベーン１０４が例えば時計回転方
向に回転するに従って漸次狭まり空気を圧縮する。そし
て、排気口１０８の近くに潤滑油を圧縮室１０９内に注
入する潤滑油供給手段１０３が設けられている。この潤
滑油供給手段１０３は、排気口１０８と連通するオイル
溜め室１１０と、オイル回収用のフィルター１１２を備
える気液分離器１１３と、オイル溜め室１１０とステー
タ１０２のオイル噴射口１１４とを連通する冷却器を兼
ねたチューブ１１５とから構成され、コンプレッサーの
吐出圧によってオイル溜め室１１０のオイル１１６を圧
縮室１０９内に噴射するようにしている。オイル噴射口
１１４は排気口１０８の近傍の高圧側に設けられ、ベー
ン１０４とステータ１０２の内周壁面１０６との間の摩
擦抵抗を小さくするようにしている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このベ
ーンロータリーコンプレッサーは、断熱圧縮のため消費
動力が大きくなる。

【０００４】そこで、圧縮室１０９内に冷却用の流体例
えばオイルを注入して冷やしながら圧縮する等温圧縮を
考えた。しかしながら、図３に示す従来のベーンロータ
リーコンプレッサーにおいて供給する油量を潤滑に必要
な量以上に単純に増大しても、理論的な等温圧縮時の消
費動力よりもはるかに大きな動力を必要とすることが本
発明者等の実験によって分かった。

【０００５】これは従来のベーンロータリーコンプレッ
サーによると、図４の（Ａ）〜（Ｃ）に示すように、ベ
ーン１０４とベーン１０４の間で仕切られる圧縮室１０
９が大きいため、吐出圧に達するよりもかなり前にその
圧縮室１０９の端が排気口１０８にかかり、気液分離室
１１３内の圧縮空気が圧縮室１０９内に逆流してしまう
現象が起きていた。このとき、僅かに開いた部分から気
液分離室１１３内の空気が圧縮室１０９に逆流するため
空気が自由膨張し圧力を下げる。そこで、残りの圧縮工
程で更にこれを吐出圧まで昇圧してから気液分離室１１
３に押し戻す必要がある。このため、等温圧縮を実現す
るに十分な油量を供給しても実際には排気口１０８の近
傍で自由膨張を起こして等温圧縮とはならないし、２重
の圧縮仕事を必要とする問題がある。このため、例えば
吐出空気の実測温度及び理論計算から各種損失を含んで
消費動力を計算した場合、４．５ｋｗ程度となるはずの
ベーンロータリーコンプレッサーにおいても、実際には
６．６ｋｗの動力を消費してしまった。即ち、従来のベ
ーンロータリーコンプレッサーによれば気液分離室１１
３に圧縮空気を供給する直前に圧縮空気の逆流を引き起
こし負荷を大きくしているため、圧縮動力が大きくなる
問題があった。

【０００６】そこで、この圧縮空気の逆流を防ぐため各
圧縮室１０９を小さく区分して排気口１０８の近くに移
動した圧縮室１０９ではほぼ吐出圧に等しい状態にまで
圧縮することを考えた。このために、ベーン１０４の数
を増やして圧縮室１０９を小さくすることを考えたが、
ベーン１０４の数の増加によって摩擦抵抗が増え消費動
力を却って増加させることになってしまう。特に低圧側
では細かく仕切ってもベーンの摩擦抵抗が増えるだけで
好ましくない。高圧側においてのみ圧縮室１０９を小さ
く区画することが必要であるが、低圧側ではむしろ小さ
くすることは動力を大きくするだけで好ましくない。

【０００７】本発明は、消費動力を小さくできるベーン
ロータリーコンプレッサーを提供することを目的とす
る。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】かかる目的を達成する
ため、本発明は、出入り自在な複数のベーンをロータに
設けたベーンタイプのロータリーコンプレッサーにおい
て、圧縮室内に冷却のための液体を注入する一方、主ベ
ーンの間ごとに少なくとも１枚の連通孔を有す補助ベー
ンを配置し、かつ前記連通孔が吸気口寄りの低圧側にお
いてはロータ内から圧縮室内へ出現し排気口寄りの高圧
側においてはロータ内に没入する位置に設けられ、排気
口近くの高圧側で圧縮室を補助ベーンでも仕切るように
している。

【０００９】また、本発明のベーンロータリーコンプレ
ッサーにおいて、補助ベーンは主ベーンよりも薄くかつ
軽量であることが好ましく、更に補助ベーンは、排気口
直前で前記主ベーンと補助ベーンとの間あるいは補助ベ
ーン同士の間で区画される空間が吐出圧にほぼ等しい圧
力を得る大きさに配置されるようにしている。

【００１０】また、本発明のベーンロータリーコンプレ
ッサーにおいて、吸気口寄りの圧縮室に冷却のための液
体を噴射するようにしている。

【００１１】また、本発明のベーンロータリーコンプレ
ッサーにおいて、圧縮室内に注入する冷却のための液体
の量を調整する装置を有し、空気の使用圧により注入冷
却液量を調整するようにしている。

【００１２】

【作用】したがって、吸気口寄りの低圧側においては補
助ベーンの連通孔が圧縮室内に露出するため主ベーンと
主ベーンとの間で圧縮室が区画され、広い圧縮室とな
る。しかし、圧縮が進んだ高圧側ではベーンがロータの
溝内に没入し、補助ベーンの連通孔がロータ内に隠れて
しまうため圧縮室は主ベーンとその間にある補助ベーン
との間、あるいは補助ベーンと補助ベーンとの間で小さ
く区画される。このため、高圧側においては各圧縮室の
圧力が高まり排気口の近くまで移動した圧縮室内の圧力
は吐出圧にほぼ等しくなる。このため、排気口に圧縮室
の端が達しても気液分離室からの逆流は起こらないか、
あるいは僅かな量となる。

【００１３】また、低圧側において冷却のための液体を
噴射する場合、各圧縮室内では等温圧縮される。そし
て、この等温圧縮は排気口に達して吐出されるまで、最
後まで行われる。しかも、ベーン数の増加による圧縮室
の単位空間当りの表面積の増大によって、この圧縮室内
に噴射される冷却のための流体の付着量が増加して冷却
効果を上げる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。

【００１５】図１に本発明のベーンロータリーコンプレ
ッサーの一実施例を示す。このベーンロータリーコンプ
レッサーは、主ベーン２と補助ベーン３とを備えたロー
タ１と、該ロータ１を収容するステータ４と、冷却用液
体供給手段５とから構成されている。

【００１６】ロータ１は、主ベーン２，…，２と補助ベ
ーン３，…，３とを放射状の溝６に出入り可能に収容
し、これらベーン２，３を遠心力によってステータ４の
内周壁面７に向けて突出させるようにしている。このロ
ータ１はステータ４に対して偏心するように組合され、
それらの間に導入した空気を圧縮する空間を構成してい
る。そして、空間の最も広がる所の近くに吸気口９を開
口すると共にロータ回転方向の最も空間が狭まる所に排
気口１０が開口されている。ステータ４とロータ１及び
ベーン２，３との間で区画される空間（圧縮室という）
８はロータ１の回転に伴ってベーン２，３が例えば時計
回転方向に回転するに従って漸次狭まり空気を圧縮す
る。

【００１７】補助ベーン３は主ベーン２の間ごとに少な
くとも１枚ずつ配置されている。例えば本実施例の場
合、主ベーン２と補助ベーン３とを交互に配置してい
る。補助ベーン３は、ロータ１寄りの基端部に連通孔１
１が設けられている。この連通孔１１は、吸気口９寄り
の低圧側においてはロータ１内から圧縮室８内へ出現し
排気口１０寄りの高圧側においてはロータ１内に没入す
る位置に設けられ、排気口１０近くの高圧側で圧縮室８
を補助ベーン３でも仕切るようにしている。また、補助
ベーン３はロータ１から突出する量が少ない高圧域にお
いて主に仕切として機能するので、突出量の大きな主ベ
ーン２よりも低い剛性でも耐えることができる。そこ
で、摺動抵抗を軽減するためにも、補助ベーン３は主ベ
ーン２よりも薄くかつ軽量に形成することが好ましい。
例えば、本実施例では補助ベーン３はジェラルミンなど
によって形成される。更に、この補助ベーン３の配置間
隔は、好ましくは排気口１０の直前で主ベーン２と補助
ベーン３との間あるいは補助ベーン３と補助ベーン３と
の間で区画される空間・圧縮室８が吐出圧にほぼ等しい
圧力を得る大きさとなる位置に配置されている。

【００１８】吸気口９寄りの圧縮室８に冷却のための液
体を噴射する冷却液供給手段５が設けられている。この
冷却液供給手段は、排気口１０と連通する冷却液溜め室
１２と、冷却液回収用のフィルター１４を備える気液分
離器１５と、冷却液溜め室１４とステータ４の冷却液噴
射口１６とを連通する冷却器を兼ねたチューブ１７とか
ら構成され、コンプレッサーの吐出圧によって冷却液溜
め室１２の冷却液１８を圧縮室８内に噴射するように設
けられている。冷却液噴射口１６は主ベーン２，２間で
実質的な密閉空間・圧縮室８が形成される可能なだけ吸
気口９寄りの箇所に冷却液噴射口１６を開口し、冷却の
ための液体１８を噴射する。冷却用液体１８としては、
例えばオイルなどの使用が好ましい。冷却液供給手段５
は、圧縮室８内に注入する冷却液１８の量を調整する装
置を有し、空気の使用圧により注入冷却液量を調整する
ことを可能にしている。例えば、図１に示すように、チ
ューブ１７に流量調整便１９を設け、これを使用空気圧
に応じて調整用ハンドル２０などを用いて任意に開閉さ
せるようにしている。冷却液１８の注入量の増加によっ
て圧縮室８の内部空間が実質的に狭くなるので、圧力が
高くなると共に密封性も上るため圧力の損失が少なくな
る。しかも、冷却液量も増えるので冷却効果も上がる。

【００１９】尚、上述の実施例は本発明の好適な実施の
一例ではあるがこれに限定されるものではなく本発明の
要旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能であ
る。例えば、主ベーン２と主ベーン２との間に１枚の補
助ベーン３を配置しているが、これに特に限定されず図
２に示すように主ベーン２と主ベーン２との間に２枚以
上の補助ベーン３，３を配置するようにしても良い。ま
た、補助ベーン３は主ベーン２と同じ厚さ・重さで形成
しても良い。

【００２０】以上のように構成されたベーンロータリー
コンプレッサーによれば次のようにして等温圧縮され
る。

【００２１】吸気口９寄りの低圧側においては補助ベー
ン３の連通孔１１が圧縮室８内に露出するため、補助ベ
ーン３の前後の圧縮室８が繋がって主ベーン２と主ベー
ン２との間で１つの圧縮室８が区画され、広い部屋とな
る。しかし、圧縮が進んだ高圧側では補助ベーン３の連
通孔１１がロータ１の溝６内に没入してロータ１内に隠
れてしまうため、圧縮室８は主ベーン２とその間にある
補助ベーン３との間で小さく区画される。このため、排
気口１０と連通する圧縮室８の容積は小さくなる。しか
も、圧縮が進んだ状態なので圧縮室８内の圧力は吐出圧
に極めて接近し吐出圧にほぼ等しくなる。このため、圧
縮室８の端が排気口１０に達しても、気液分離室１５か
ら圧縮室８内へ逆流して膨張する空気量は極めて少ない
か、あるいは実質的に起こらない状態といえる。一方、
低圧側において冷却のための流体が噴射されるため、各
圧縮室８で圧縮される空気は等温圧縮となる。そして、
この等温圧縮は排気口１０に達して吐出される最後まで
行われる。

【００２２】また、補助ベーン３が主ベーン２よりも薄
くかつ軽量である場合、接触損失の増加を小さく抑える
ことができる。しかも、仕切り壁の増加による単位空間
当りの表面積が増大するため、この圧縮室内に噴射され
る冷却のための流体の付着量が増加して冷却効果を上げ
る。

【００２３】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
は、出入り自在な複数のベーンをロータに設けたベーン
タイプのロータリーコンプレッサーにおいて、圧縮室内
に冷却のための液体を注入する一方、主ベーンの間ごと
に少なくとも１枚の連通孔を有す補助ベーンを配置し、
かつ前記連通孔が吸気口寄りの低圧側においてはロータ
内から圧縮室内へ出現し排気口寄りの高圧側においては
ロータ内に没入する位置に設けられ、排気口近くの高圧
側で圧縮室を前記補助ベーンでも仕切るようにしている
ので、低圧側では補助ベーンは連通孔によって圧縮室の
仕切りとしては機能せず高圧側において仕切りとして機
能するため、摩擦抵抗をあまり上げずに高圧側において
圧縮室を小さくしかつ圧縮圧力を吐出圧に近い高圧とで
き気液分離室からの逆流をなくすかあるいはその量を極
めて僅かな量とする。このため、各圧縮室内の等温圧縮
は排気口に達して吐出されるまで行われる。したがっ
て、消費動力を約３０％程度低減できる。

【００２４】また、ベーン数の増加による圧縮室の単位
空間当りの表面積の増大によって、この圧縮室内に噴射
される冷却のための流体の付着量が増加して冷却効果を
上げる。しかも、補助ベーンの追加によってベーン数を
増加することによる動力の損失は主ベーンに比べて薄く
かつ軽量の材料を使用できるので、動力の増加は逆流に
よる動力損失に比べてはるかに小さい。

【００２５】更に、冷却液噴射量の調整手段を設けた場
合、使用圧力が大きくなって圧縮室内の圧力と排気口の
外の気液分離器内の圧力との差が増大することによって
動力が増加しコンプレッサーの温度も上昇したときも、
冷却液の流量を少し増加することによって各圧力室内の
圧力は液の増加した分だけ高くすることができる。しか
も、圧縮室内空間が液の充填によって小さくなるので、
圧力の損失が少なくなると共にコンプレッサーの冷却も
良く行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のベーンロータリーコンプレッサーの一
実施例を示す図で、（Ａ）は原理図、（Ｂ）は補助ベー
ン近傍の拡大断面図である。

【図２】他の実施例を補助ベーン部分の拡大断面図であ
る。

【図３】従来のベーンロータリーコンプレッサーの一実
施例を示す原理図である。

【図４】図３のコンプレッサーの排気口近傍における圧
縮空気の吐出メカニズムを示す説明図で、（Ａ）は圧縮
室が排気口に接近した状態、（Ｂ）は圧縮室の端が排気
口にかかった状態、（Ｃ）は圧縮室の縮小による再圧縮
を示す図である。

【符号の説明】

１ロータ２主ベーン３補助ベーン４ステータ８圧縮室９吸気口１０排気口１１補助ベーンの連通孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】出入り自在な複数のベーンをロータに設
けたベーンタイプのロータリーコンプレッサーにおい
て、圧縮室内に冷却のための液体を注入する一方、主ベ
ーンの間ごとに少なくとも１枚の連通孔を有す補助ベー
ンを配置し、かつ前記連通孔が吸気口寄りの低圧側にお
いてはロータ内から圧縮室内へ出現し排気口寄りの高圧
側においてはロータ内に没入する位置に設けられ、排気
口近くの高圧側で圧縮室を前記補助ベーンでも仕切るこ
とを特徴とするベーンロータリーコンプレッサー。
【請求項２】前記補助ベーンは主ベーンよりも薄くか
つ軽量であることを特徴とする請求項１記載のベーンロ
ータリーコンプレッサー。
【請求項３】前記補助ベーンは、排気口直前で前記主
ベーンと補助ベーンとの間あるいは補助ベーン同士の間
で区画される空間が吐出圧にほぼ等しい圧力を得る大き
さに配置されていることを特徴とする請求項１または２
記載のベーンロータリーコンプレッサー。
【請求項４】吸気口寄りの圧縮室に冷却のための液体
を噴射することを特徴とする請求項１ないし３のいずれ
かに記載のベーンロータリーコンプレッサー。
【請求項５】圧縮室内に注入する冷却のための液体の
量を調整する装置を有し、空気の使用圧により注入冷却
液量を調整することを可能にした請求項４記載のベーン
ロータリーコンプレッサー。