JPS6345484A - 回転機械 - 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】 本発明はポンプや膨張機会の様な回転機械に休わり、更
に詳しくは回転機械の作動室外の高圧流体の吐出開始時
期（回転機械がポンプの場合）や作動室外への高圧流体
の流入遮断時期（回転機械が膨張機械の場合）を可変化
する事によって回転機械の効率（回転機械がポンプの場
合は全断熱効率、膨張機械の場合は動力転換効率）を向
上させたものに関する。

本発明を理解する為に、先ず前記回転機械について説明
する。

第１図において、羽根２は羽根支持体４にしっかりと固
定・支持され、回転中空体９の周囲に密接して（０．１
〜０．３ｍｍ程度の微小な間隙を保って）固定する如く
備えられた固定中空体１１の周囲に密接して回転中空体
９と一体的に回転する。

雌ローター５はローターケーシング内周面に密接する雌
ローター外周部６及びこの雌ローター外周部６から陥没
しながら羽根２が嵌り込む陥没部７とを有し、雄ロータ
ー１（羽根２、羽根支持体４から成るローター）と雄ロ
ーター５とは互いに非接触状態で（０．１〜０．３ｍｍ
程度の微小な間隙を保って）同期歯車によって同期的に
互いに反対方向へ回転し合う様になっている。

雌ローター外周部６は固定中空体１１に密接する様に構
成され、望ましくは図示の如く固定中空体１１に雌ロー
ター外周部６が密接する欠円部１３を形成し、両者を面
状に密接させる様にするのが良い。

次に、羽根２の線Ｃ１（実陳は面であるが断面を考える
）に注目すると、線Ｃ１は雌ローター５の線Ｃ３の先端
部（点又は小さな丸みとする）によって創成される様に
なっている。

線Ｃ１の先端部と線Ｃ３の間、及び線Ｃ２の先端部と線
Ｃ４の間、更には線Ｃ４の先端部と線Ｃ２との間には各
々比較的大きな間隙（通常は２〜３ｍｍ位）を残してお
く様にする。

線Ｃ５は羽根２の雄ローター外周部３が密接する円弧で
ある。

第１図において雌ローター５の陥没部７の数を１個とし
たものに相当する回転機械を、第２図に示す（この場合
、β＝２・αである）。

第３図に示す回転機械は第１図における線Ｃ２、Ｃ４を
修正し、線Ｃ２′とＣ４′との内で、いずれか一方の線
が他方の線によって創成される様に構成したものである
。

さてこれらの回転機械は流体を圧縮するポンプ又は圧縮
された高圧流体を膨張させて動力を発生させる膨張機械
として使用されるものであるが、前者として使用した場
合は次の様な作用を行う（第３図の回転機械について説
明する）。

即ち、雄ローターの羽根２と雌ローター５とによって挟
まれた作動室８に注目すると、同作動室８内の流体は、
同作動室８の容積の縮小によって密閉的に圧縮され、高
圧通路内（回転中空体９内）の圧力にほぼ等しくなった
時点で通過口１２、開閉口１０を介して回転中空体９内
へ吐出されるに到る。

羽根２が通過口１２を通過する時、通過口１２を介して
同作動室８と同作動室８の連れ側にある作動室とが連通
する事を防ぐには、通過口１２の中心角をθ１、羽根２
の固定中空体１１の周囲に密接する部分の中心角をθ２
として、θ１＜＝θ２とすれば良い。

１５は連通路で、陥没部７へ羽根２が嵌り込んで来る時
、同陥没部７内の流体を低圧通路１４内へ逃して動力損
失（極めて僅かではある）をなくすものである。

同作動室８のＰ−Ｖ線図（圧力−容積線図）を第４図に
示すが、図からも明らかな様に極めて高い効率（全断熱
効率）を得る事が理解されよう。

ここで、雄ローター１、雌ローター５を各々逆回転させ
れば、開閉口１０、通過口１２を介して作動室８内へ流
入した回転中空体９内の高圧流体を開閉口１０と通過口
１２との連通が遮断された時点から同作動室８の容積の
拡大によってほぼ低圧通路１４内の圧力に等しくなるま
で十分に膨張させる事ができるから、効率（動力転換効
率）の高い膨張機械が得られる事が理解されよう。

さて以上の回転機械においては、回転中空体９に形成さ
れた開閉口１０と固定中空体１１に形成された通過口１
２との連通が開始される時点（ＶＣ点）や遮断される時
期（ＶＣ点）が固定されている為、低圧通路１４内や回
転中空体９内に圧力の変化等があると効率が低下する欠
点があった。

例えば回転機械がポンプである場合には、低圧通路１４
内の圧力が絞弁（図示せず）の絞り作用等によって低下
すると作動室８のＰ−Ｖ線図は第５図の如く描かれ、斜
線の部分に相当する仕事が増加してポンプの効率（全断
熱効率）は悪化する。

更には第６図に示す如く作動室８内に一杯に吸入された
流体を逃し通路１７を介して低圧通路１４内に所定量逃
してポンプの容量を制御する場合には、作動室８のＰ−
Ｖ線図は第７図の如く描かれ、同様に斜線の部分に相当
する仕事が増加してポンプの効率は悪化する（ポンプの
容量制御を排除するには逃し弁１６を全閉させる）。

又、回転機械が膨張機械である場合には、回転中空体９
内の圧力が上昇すると作動室８のＰ−Ｖ線図は第８図の
如く描かれ、やはり斜線の部分に相当する仕事が減少し
て（膨張不足の為、損失となる）、回転中空体９内の高
圧流体（例えば水蒸気、フロンガス）の有するエネルギ
ーを動力に転換する効率（動力転換効率）が悪化する。

本発明は以上の欠点を解決しようとしたもので、以下図
面に従って説明する。

第９図は本発明による回転機械の一実施例で、羽根２と
一体的に回転する回転中空体９の周囲に密接して回動体
１８が回動自在に備えられ、回動体１８に密接又は接触
して固定中空体１１が固定される如く備えられている。

今、回転機械がポンプである場合を説明すると、通常は
回動体１８に形成された連絡口１９は固定中空体１１に
形成された通過口１２に一致しているが、第５、６、７
図で説明した如く低圧通路１４内の圧力が絞り作用等に
よって圧力が低下したり、逃し弁１６を開いてポンプの
容量を制御する様な場合には、これらの条件を検出して
回動体１８が駆動装置（図示せず）により図示の位置ま
で回動せしめられるのである。

従って、開閉口１０と連絡口１９との連通開始時期が所
定期間だけ遅れるから、これに応じて作動室８（第３図
参照）と回転中空体９内との連通開始時期も所定期間だ
け遅れるに到り、作動室８内の圧力が回転中空体９内の
圧力にほぼ等しくなった時点で回転中空体９内へ吐出さ
れる様になる。

かくして作動室８のＰ−Ｖ線図は第５図においてはａ−
ｂ間が２点鎮線示の如く描かれ、第７図においてはｃ−
ｄ間が２点鎮線示の如くかかれるので、斜線の部分に相
当する仕事損失は消滅し、ポンプの効率（全断熱効率）
は大幅に向上する。

この場合、羽根２の固定中空体１１の周囲に密接する部
分は第３図のものよりも厚さを大きく取ってあり、開閉
口１０と連絡口１９との連通が遮断される時点の直前で
は、羽根２の固定中空体１１の周囲に密接する部分の遅
れ端（羽根２の反回転方向側の端部）が通過口１２の遅
れ端（羽根２の反回転方向側の端部）の僅か手前にある
か又は通過したとしても極めて僅か通過した程度の位置
にある様に構成してある（これによると、回転中空体９
内と羽根２の遅れ側にある作動室とは僅かな期間連通す
る事もあるわけであるが、羽根２は高速回転しているの
で逆流は起らない）。

即ち、作動室８（第３図参照）の最小容積状態において
開閉口１０と連絡口１９が極めて僅かに連通している時
には、連絡口１９に連通する通過口１２の部分と低圧側
の作動室（羽根２の遅れ側にある作動室）との連通が、
羽根２の固定中空体１１の周囲に密接する部分が固定中
空体１１の周囲と同一円筒面上にある羽根内周面密接部
（この場合は、通過口１２の遅れ端の羽根２の内周面に
密接する部分−即ち、通過口１２の両端部の内の雌ロー
ター外周部６と固定中空体１１との密接部から遠く離れ
た側の端部にある固定中空体１１の周囲上の部分）に近
接する事によって遮断されているか又は極めて僅かに連
通した状態である様に構成されているのである。

以上により、連絡口１９の遅れ端が通過口１２の遅れ端
から角度θだけ回動した位置まで回動体１８が回動して
も羽根２が通過口１２を通過する時、回転中空体９内の
高圧流体が低圧側の作動室内へ逆流する事は起らない。

回転機械が膨張機械である場合は各々のローターも逆回
転させて考えれば良いから、例えば回転中空体９内の圧
力に応じて回動体１８を最適位置に回動させれば、作動
室８（第３図参照）のＰ−Ｖ線図は第１０図の如く描か
れ、第８図の様な仕事損失が消滅し、膨張機械の効率（
動力転換効率）は大幅に向上する。

かくして本発明の目的を達成する。

ところで前述した如く、第９図において回動体１８が角
度θだけ回動した位置までは回動体１８がどの様な制御
位置にあっても回転中空体９内の高圧流体の低圧側の作
動室内への逆流（ポンプの場合）や漏出（膨張機械）が
起こることはないが、角度θを過ぎた制御装置にあって
は開閉口１０と連絡口１９とが極めて僅かで連通してい
る時には、連絡口１９と連通する通過口１２の部分と低
圧側の作動室とはかなり連通した状態にあるので、もは
や回転中空体９内の高圧流体の逆流や漏出を防ぐ事はで
きない（損失が増加する）。

回動体１８が角度θを越える制御位置を保有する為には
、羽根２の固定中空体１１の周囲に密接する部分の厚さ
を更に大きくすれば良いが、他の方法を第１１、１３図
に示す。

先ず第１１図においては、通過口１２が固定中空体１１
の周方向に二分割され（三分割でも良い）、各々は隔壁
２０により隔離されている。

今、図示の如く回動体１８の制御位置が角度θを越えた
場合を考えると、羽根２が回転して開閉口１０と連絡口
１９とが極めて僅かに連通する時に到ると（第１２図参
照）、この時には連絡口１９と連通する通過口１２の部
分と低圧側の作動室との連通は、羽根２の固定中空体１
１の周囲に密接する部分が固定中空体１１の周囲と同一
円筒面上にある羽根内周面密接部（隔壁２０の、羽根２
の固定中空体１１の周囲に密接する部分に密接する部分
）に近接する事によって遮断されているから、回転中空
体９内の高圧流体の逆流や漏出は防止される。

即ち回動体１８は角度θを越えても、なおかつ角度θに
相当する分だけ余分な制御装置を保有する事になるので
ある。

次に第１３図においては、通過口１２に嵌り込みながら
回動体１８に固定された密接片２１が備えられている。

この密接片２１は第１１図における隔壁２０と同じ位置
にある様に回動体１８を角度θだけ回動させてあるから
、第１１、１２図における説明を参照すれば回動体１８
は角度θを越える余分な制御位置を保有している事が容
易に理解されよう（第１１、１２図の説明における羽根
内周面密接部に相当する部分は密接片２１の、羽根２の
固定中空体１１の周囲に密接する部分に密接する部分で
ある）。

尚、密接片２１は第１１図における隔壁２０と違って回
動体１８に固定され、回動体１８と共に回動するから、
羽根２の厚さを二点鎮線示の如く導くしても回動体１８
は依然として広い範囲にわたって制御位置を保有する事
ができる特徴を有する。

本発明は以上の如く構成されているので、回転機械の効
率を大幅に向上させる事ができる。

【図面の簡単な説明】

第１・２・３・６図は回転機械を示す図、第４・５・７
・８・１０図はＰ−Ｖ線図、第９・１１・１２・１３図
は本発明による回転機械を示す図。 １は雄ローター、２は羽根、３は雄ローター外周部、４
は羽根支持体、５は雌ローター、６は雌ローター外周部
、７は陥没部、８は作動室、９は回転中空体、１０は開
閉口、１１は固定中空体、１２は通過口、１３は欠円部
、１４は低圧通路、１５は通過路、１６は逃し弁、１７
は逃し通路、１８は回動体、１９は連絡口、２０は障壁
、２１は密接片である。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）回転中空体の周囲に密接して備えられた回動体と
   密接又は接触して固定される如く備えられた固定中空体
   の周囲に密接して前記回転中空体と一体的に回転する羽
   根を備えた雄ローターと、ローターケーシング内周面に
   密接する雌ローター外周部及びこの雌ローター外周部か
   ら陥没しながら前記雄ローターの羽根が嵌り込む陥没部
   を有する雌ローターとが互いに非接触状態で同期的に互
   いに反対方向へ回転し合い、かつ前記雌ローター外周部
   が前記固定中空体に密接する様に構成した回転機械であ
   り、更に雄ローターの羽根と雌ローターとによって挟ま
   れた作動室に注目し、同作動室の最小容積状態と中間容
   積状態とを連絡する期間、同作動室が前記固定中空体に
   形成された通過口及び前記回動体に形成された連絡口及
   び前記回転中空体に形成された開閉口を介して前記回転
   中空体内に連通する様に構成した回転機械において、同
   作動室の最小容積状態において前記回転中空体に形成さ
   れた開閉口と前記回動体に形成された連絡口とが極めて
   僅かに連通している時には、前記回動体に形成された連
   絡口に連通する前記固定中空体に形成された通過口の部
   分と低圧側の作動室との連通が、雄ローターの羽根の前
   記固定中空体の周囲に密接する部分が前記固定中空体の
   周囲と同一円筒面上にある羽根内周面密接部に近接する
   事によって遮断されているか又は極めて僅かに連通した
   状態である様に構成した事を特徴とする回転機械。
2. （２）羽根内周面密接部が、固定中空体に形成された通
   過口の両端部の内の雌ローター外周部と固定中空体とが
   密接する部分から遠く離れた側の端部にある固定中空体
   の周囲上の部分である特許請求の範囲第１項記載の回転
   機械。
3. （３）羽根内周面密接部が、複数に分割された通過口を
   隔離する隔壁の、羽根の固定中空体の周囲に密接する部
   分に密接する部分である特許請求の範囲第１項記載の回
   転機械。
4. （４）羽根内周面密接部が、固定中空体に形成された通
   過口に嵌り込みながら回動体に固定された密接片の、羽
   根の固定中空体の周囲に密接する部分に密接する部分で
   ある特許請求の範囲第１項記載の回転機械。