(57)【要約】【課題】ロータ間のクリアランスの管理やロータとロータハウジングとの間のクリアランスの管理に煩わされることなく吐出側から吸入側への流体洩れを抑制する。【解決手段】ロータ２１，２２を収容するロータハウジング２３の周壁２８には湾曲した導管３１が接続されている。導管３１は、吸入口２８１に連通しており、大気（空気）が導管３１及び吸入口２８１を介して吸入空間Ｈ１へ流入可能である。導管３１の外面には台座３１１が一体形成されており、台座３１１には電動モータ３２が取り付けられている。電動モータ３２の出力軸３２１は、台座３１１を貫通して導管３１内に突入されている。出力軸３２１は、吸入口２８１を指向しており、出力軸３２１の先端部には羽根３３が止着されている。羽根３３は、電動モータ３２の作動に伴って導管３１内で回転して空気を吸入空間Ｈ１内に送り込む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一組のロータがロータハウジング内で噛み合いながら回転することにより、前記ロータハウジング内の吸入空間に流体が吸入されて前記ロータハウジング内から流体が吐出される流体機械において、
前記吸入空間に吸入される流体を前記吸入空間に送り込む送風機が設けられている流体機械。
【請求項２】
前記送風機は、軸流送風機であり、前記吸入空間に流体を導く導管が前記ロータハウジングに接続されており、前記軸流送風機の羽根は、前記導管内に設けられている請求項１に記載の流体機械。
【請求項３】
前記送風機は、軸流送風機であり、前記軸流送風機は、前記吸入空間に流体を導くと共に、前記軸流送風機の羽根を収容する収容器を備え、前記軸流送風機は、前記収容器を介して前記ロータハウジングに組み付けられている請求項１に記載の流体機械。
【請求項４】
前記送風機は、駆動源として電動モータを備えている請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の流体機械。
【請求項５】
前記送風機は、前記ロータハウジングから吐出された流体の吐出流を利用して駆動されるターボ式送風機である請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の流体機械。
【請求項６】
前記流体機械は、ルーツ式流体機械又はスクリュー式流体機械である請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の流体機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一組のロータがロータハウジング内で噛み合いながら回転することにより、前記ロータハウジング内の吸入空間に流体が吸入されて前記ロータハウジング内から流体が吐出される流体機械に関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータハウジングとロータとの間やロータ間を油で潤滑しないルーツ式流体機械あるいはスクリュー式流体機械では、ロータハウジングとロータとの間やロータ間に摺接を回避するためのクリアランスが設けられている（例えば、特許文献１，２参照）。そのため、ロータハウジングとロータとの間からやロータ間からの流体洩れがある。このような流体洩れは、ロータハウジングの吐出側から吸入側への洩れであって全断熱効率〔（流体機械が行なう仕事）÷（動力）〕を低下させる。
【０００３】
特許文献２に開示のルーツ式流体機械では、ロータとハウジング内面との間のクリアランスを通って吐出側から吸入側に空気のリークが生じることによる圧縮比の低下等が生じることを防止するために、ハウジング内面に耐熱性の樹脂被膜がコーティングされている。ハウジング内面にコーティングされた樹脂被膜は、熱膨張等によりロータとハウジング内壁とが金属接触することを防止しながらこれらの間のクリアランスを小さく保つことを可能にする。
【特許文献１】特開平５−２９６１５９号公報
【特許文献２】特開平６−２２９２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、吐出側の温度は吸入側の温度よりも高く、吸入側と吐出側との温度差のために樹脂被膜の熱膨張が吸入側と吐出側とで異なる。そのために、空気洩れを少なくするためのクリアランスの管理が難しい。
【０００５】
本発明は、ロータ間のクリアランスの管理やロータとロータハウジングとの間のクリアランスの管理に煩わされることなく吐出側から吸入側への流体洩れを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、一組のロータがロータハウジング内で噛み合いながら回転することにより、前記ロータハウジング内の吸入空間に流体が吸入されて前記ロータハウジング内から流体が吐出される流体機械を対象とし、請求項１の発明は、前記吸入空間に吸入される流体を前記吸入空間に送り込む送風機が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
吐出側から吸入側への流体洩れは、送風機によって吸入空間に送り込まれる流体の慣性効果によって抑制される。又、吸入空間内の圧力が送風機による流体送り込みによって増し、吐出側から吸入側への流体洩れが吸入空間内の圧力増によって抑制される。
【０００８】
好適な例では、前記送風機は、軸流送風機であり、前記吸入空間に流体を導く導管が前記ロータハウジングに接続されており、前記軸流送風機の羽根は、前記導管内に設けられている。
【０００９】
導管内に軸流送風機の羽根を設けた構成は、送風機専用の余分なスペースを減らす上で好適である。
好適な例では、前記送風機は、軸流送風機であり、前記軸流送風機は、前記吸入空間に流体を導くと共に、前記軸流送風機の羽根を収容する収容器を備え、前記軸流送風機は、前記収容器を介して前記ロータハウジングに組み付けられている。
【００１０】
このような構成は、送風機専用の余分なスペースを減らす上で好適である。
好適な例では、前記送風機は、駆動源として電動モータを備えている。
電動モータを送風機の駆動源とする構成は、コンパクト化に有利である。又、流体機械が低速回転しているときには、流体洩れが多くなるが、変速可能な電動モータでは、流体洩れが多くなる回転領域でのみ作動するといった作動遂行の選択が自由である。これは、流体機械の動力損失を抑制する上で有利である。
【００１１】
好適な例では、前記送風機は、前記ロータハウジングから吐出された流体の吐出流を利用して駆動されるターボ式送風機である。
吐出流を利用して駆動されるターボ式送風機では、流体機械の動力が有効利用される。
【００１２】
好適な例では、前記流体機械は、ルーツ式流体機械又はスクリュー式流体機械である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明は、ロータ間のクリアランスの管理やロータとロータハウジングとの間のクリアランスの管理に煩わされることなく吐出側から吸入側への流体洩れを抑制することができるという優れた効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明をルーツ式流体機械に具体化した第１の実施形態を図１及び図２に基づいて説明する。
図１に示すように、フロントハウジング１１の後端には隔壁１２が連結されており、隔壁１２には電動モータＭがギヤハウジング１３を介して連結されている。フロントハウジング１１、隔壁１２、ギヤハウジング１３及び電動モータＭのハウジングＭ１は、ルーツ式流体機械１０のハウジングを構成する。
【００１５】
隔壁１２には軸孔１２１が貫設されており、フロントハウジング１１の端壁１４には軸孔１４１が凹設されている。フロントハウジング１１の端壁１４と隔壁１２とには電動モータＭの回転軸１５が軸孔１２１，１４１に嵌め込まれたラジアルベアリング１６，１７を介して回転可能に支持されている。同様に、隔壁１２には軸孔１２２が貫設されており、フロントハウジング１１の端壁１４には軸孔１４２が凹設されている。軸孔１２２，１４２には回転軸１８が挿通されている。フロントハウジング１１の端壁１４と隔壁１２とには回転軸１８が軸孔１２２，１４２に嵌め込まれたラジアルベアリング１９，２０を介して回転可能に支持されている。回転軸１５，１８は互いに平行に配置されている。２９，３０は、リップシール型の軸封装置である。
【００１６】
図２（ｂ）に示すように、回転軸１５にはロータ２１が固定されており、回転軸１８にはロータ２２が固定されている。ロータ２１，２２は、互いに噛合した状態でポンプ室２３１に収容されている。フロントハウジング１１及び隔壁１２は、ポンプ室２３１を形成するロータハウジング２３を構成する。
【００１７】
ロータ２１，２２は、回転軸１５の半径方向へ突出する３つの歯２４，２５を有する。ロータ２１の３つの歯２４は、回転軸１５の回転軸線１５１を中心とした１２０°の等角度間隔で配設されており、ロータ２１は、回転軸線１５１を中心とした１２０°の回転対称形状をしている。同様に、ロータ２２の３つの歯２５は、回転軸１８の回転軸線１８１を中心とした１２０°の等角度間隔で配設されており、ロータ２２は、回転軸線１８１を中心とした１２０°の回転対称形状をしている。ロータ２１，２２とロータハウジング２３との間、及びロータ２１，２２間には僅かなクリアランスが設けられている。
【００１８】
図１に示すように、回転軸１８は、隔壁１２を貫通してギヤハウジング１３内に突出しており、ギヤハウジング１３内の回転軸１５，１８には歯車２６，２７が互いに噛合した状態で止着されている。電動モータＭが駆動されると、回転軸１５は、矢印Ｒ１の方向に回転し、ロータ２１が回転軸１５と一体的に矢印Ｒ１の方向に回転する。回転軸１８は、歯車２６，２７を介して電動モータＭから駆動力を得ている。回転軸１８は、矢印Ｒ２で示すように回転軸１５とは逆方向に回転し、ロータ２２が回転軸１８と一体的に矢印Ｒ２の方向に回転する。
【００１９】
図２（ｂ）に示すように、フロントハウジング１１の周壁２８には吸入口２８１及び吐出口２８２がポンプ室２３１に連通するように形成されている。ロータ２１，２２は、吸入口２８１に連通する吸入空間Ｈ１をポンプ室２３１内に区画する。
【００２０】
図２（ａ）に示すように、フロントハウジング１１の周壁２８には湾曲した導管３１が接続されている。導管３１は、吸入口２８１に連通しており、大気（空気）が導管３１及び吸入口２８１を介して吸入空間Ｈ１へ流入可能である。
【００２１】
導管３１の外面には台座３１１が一体形成されており、台座３１１には電動モータ３２が取り付けられている。電動モータ３２の出力軸３２１は、台座３１１を貫通して導管３１内に突入されている。出力軸３２１は、軸受け３５を介して台座３１１に回転可能に支持されている。出力軸３２１は、吸入口２８１を指向しており、出力軸３２１の先端部には羽根３３が止着されている。羽根３３は、電動モータ３２の作動に伴って導管３１内で回転する。電動モータ３２及び羽根３３は、軸流送風機３４を構成する。
【００２２】
電動モータＭが作動すると、回転軸１５が矢印Ｒ１の方向に回転すると共に、回転軸１８が矢印Ｒ２の方向へ回転し、ロータ２１，２２が回転軸１５，１８と一体的に回転する。ロータ２１，２２の回転に伴い、吸入口２８１から流体（本実施形態では空気）が吸入空間Ｈ１へ吸入される。吸入空間Ｈ１へ吸入された空気は、吐出口２８２側へ移行し、吐出口２８２側へ移行した空気は、吐出口２８２から吐出される。
【００２３】
本実施形態では、吐出口２８２から吐出された空気は、燃料電池（図示略）へ供給される。燃料電池への流路（図示略）上には絞りが介在されており、吐出口２８２から吐出される空気は、圧縮空気として燃料電池へ供給される。
【００２４】
電動モータ３２は、電動モータＭの作動と共に作動する。電動モータ３２が作動すると、導管３１内の空気が羽根３３の回転によって吸入口２８１に向けて送られる。羽根３３の回転によって吸入口２８１に向けて送られた空気は、吸入口２８１を経由して吸入空間Ｈ１へ送り込まれる。
【００２５】
第１の実施形態では以下の効果が得られる。
（１）ロータ２１，２２間、及びロータ２１，２２とロータハウジング２３との間にはクリアランスがあるため、吐出口２８２側から吸入空間Ｈ１側へ空気が洩れようとする。吐出口２８２側から吸入空間Ｈ１側への空気洩れは、軸流送風機３４によって吸入空間Ｈ１に送り込まれる空気の慣性効果によって抑制される。又、吸入空間Ｈ１内の圧力が軸流送風機３４による空気送り込みによって増し、吐出口２８２側から吸入空間Ｈ１側への空気洩れが吸入空間Ｈ１内の圧力増によって抑制される。従って、全断熱効率〔（流体機械が行なう仕事）÷（動力）〕が従来よりも向上する。
【００２６】
（２）導管３１を用いて吸入口２８１へ空気を導く構成では、軸流送風機３４の羽根３３を導管３１内に収容することができる。導管３１内に軸流送風機３４の羽根３３を設けた構成は、送風機専用の余分なスペースを減らす上で好適である。
【００２７】
（３）出力軸３２１を吸入口２８１に指向させた構成は、羽根３３の回転によって吸入口２８１へ送られる空気を効率良く吸入空間Ｈ１へ送り込む上で最適である。
（４）電動モータ３２を軸流送風機３４の駆動源とする構成は、軸流送風機３４のコンパクト化に有利である。
【００２８】
（５）電動モータ３２が回転速度調整可能な変速モータである場合、羽根３３の回転による送風の強度は、電動モータ３２の回転速度を調整することによって簡単に調整することができる。従って、回転速度調整可能な電動モータ３２を用いた場合には、ルーツ式流体機械１０の回転速度の使用領域の変更に応じて、軸流送風機３４による送風の強度を簡単に且つ適正に設定することができる。
【００２９】
（６）吐出口２８２側から吸入空間Ｈ１側へ流体が洩れ易いルーツ式流体機械１０は、本発明の適用対象として好適である。
次に、図３及び図４の第２の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。本実施形態の電動モータＭは、変速可能なモータである。
【００３０】
図３に示すように、電動モータＭ及び電動モータ３２は、制御コンピュータＣの回転制御を受ける。制御コンピュータＣには回転速度指定器３６が信号接続されている。回転速度指定器３６は、所望の回転速度情報を制御コンピュータＣに入力するものである。
【００３１】
制御コンピュータＣは、図４にフローチャートで示す制御プログラムに基づいて、電動モータＭ，３２の作動を制御する。以下、図４のフローチャートに基づいて電動モータ３２の作動制御を説明する。
【００３２】
制御コンピュータＣは、回転速度指定器３６によって指定される指定回転速度Ｎｘの情報を所定の制御周期で取り込んでいる（ステップＳ１）。指定回転速度Ｎｘの情報を取り込んだ制御コンピュータＣは、指定回転速度Ｎｘで電動モータＭを作動させる（ステップＳ２）。そして、制御コンピュータＣは、指定回転速度Ｎｘと予め設定された基準回転速度Ｎｏとの大小比較を行なう（ステップＳ３）。Ｎｘ≦Ｎｏの場合（ステップＳ３においてＹＥＳ）、制御コンピュータＣは、電動モータ３２を作動させる（ステップＳ４）。これにより、電動モータ３２が所定の回転速度で回転する。Ｎｘ＞Ｎｏの場合（ステップＳ３においてＮＯ）、制御コンピュータＣは、電動モータ３２を作動させない（ステップＳ５）。
【００３３】
電動モータＭの回転速度が小さい場合には、吐出口２８２側から吸入空間Ｈ１側への空気洩れが多いが、電動モータＭの回転速度が大きい場合には、吐出口２８２側から吸入空間Ｈ１側への空気洩れは少ない。変速可能な電動モータ３２を駆動源とする軸流送風機３４では、流体洩れが多くなる回転領域でのみ電動モータ３２を作動するといった作動遂行の選択が行われる。これは、ルーツ式流体機械１０の動力損失を抑制する上で有利である。
【００３４】
次に、図５の第３の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
電動モータ３２には接続筒４０が連結されており、接続筒４０内には電動モータ３２の出力軸３２１及び羽根３３が収容されている。接続筒４０の周面には取り入れ口４０１が形成されており、取り入れ口４０１の周囲には接続フランジ４０２が取り入れ口４０１を包囲するように接続筒４０に一体形成されている。大気は、取り入れ口４０１を介して接続筒４０内へ流入可能である。接続筒４０は、吸入空間Ｈ１に空気を導くと共に、軸流送風機３４の羽根３３を収容する収容器である。導管を用いて大気を吸入空間Ｈ１へ導入する場合には、導管３１Ａ〔図５に鎖線で図示〕を接続フランジ４０２に接続すればよい。
【００３５】
電動モータ３２が作動すると、接続筒４０内の空気が羽根３３の回転によって吸入口２８１に向けて送られる。羽根３３の回転によって吸入口２８１に向けて送られた空気は、吸入口２８１を経由して吸入空間Ｈ１へ送り込まれる。電動モータ３２、羽根３３及び接続筒４０は、軸流送風機４１を構成する。
【００３６】
第３の実施形態では、第１の実施形態と同様の効果が得られる。
次に、図６の第４の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
【００３７】
導管３１の台座３１１には排気管３７が接続座３７１を介して連結されている。排気管３７は、ルーツ式流体機械１０から燃料電池に供給された空気のうち、燃料電池に使われないで排気された空気を大気に放出する管である。排気管３７内にはターボファン３８が収容されており、ターボファン３８の支軸３８１は、接続座３７１及び台座３１１を貫通して導管３１内に突入している。支軸３８１は、軸受け３５を介して回転可能に台座３１１に支持されている。支軸３８１は、吸入口２８１を指向しており、支軸３８１の先端部には羽根３３が止着されている。
【００３８】
排気管３７を排気空気が通ると、ターボファン３８、支軸３８１及び羽根３３が一体的に回転し、羽根３３が導管３１内で回転する。導管３１内での羽根３３の回転により、導管３１内の空気が吸入口２８１に向けて送られる。羽根３３の回転によって吸入口２８１に向けて送られた空気は、吸入口２８１を経由して吸入空間Ｈ１へ送り込まれる。排気管３７、ターボファン３８、導管３１、支軸３８１及び羽根３３は、ロータハウジング２３の吐出口２８２から吐出された空気の吐出流を利用して駆動されるターボ式送風機３９を構成する。
【００３９】
第４の実施形態では、第１の実施形態における（１），（２），（３），（６）項と同様の効果が得られる。又、ロータハウジング２３から吐出される空気の吐出流を利用して駆動されるターボ式送風機３９は、ルーツ式流体機械１０の動力を利用している。そのため、第４の実施形態では、省エネルギー効果が高い。
【００４０】
次に、本発明をスクリュー式流体機械に適用した図７及び図８の第５の実施形態を説明する。第１の実施形態と同じ構成部には同じ符合が用いてある。
図７に示すように、回転軸１５にはスクリューロータ４２が止着されており、回転軸１８にはスクリューロータ４３が止着されている。回転軸１５，１８は、互いに逆方向に回転する。スクリュー式流体機械４４を構成するスクリューロータ４２，４３の螺旋歯４２１，４３１の幅Ｗ１，Ｗ２は、隔壁１２側からフロントハウジング１１の端壁１４側に向かうにつれて、徐々に小さくなってゆく。スクリューロータ４２の螺旋歯４２１のスクリューピッチｐ１は、隔壁１２側からフロントハウジング１１の端壁１４側に向かうにつれて、徐々に小さくなってゆき、スクリューロータ４３の螺旋歯４３１のスクリューピッチｐ２は、隔壁１２側からフロントハウジング１１の端壁１４側に向かうにつれて、徐々に小さくなってゆく。フロントハウジング１１の周壁２８と螺旋歯４２１，４３１との間、及びスクリューロータ４２，４３間には僅かなクリアランスが設けられている。
【００４１】
図８（ａ）に示すように、フロントハウジング１１の周壁２８には吸入口２８１がスクリューロータ４３の一端側（スクリューピッチｐ２が最大となる側）に対応するように設けられており、周壁２８には吐出口２８２がスクリューロータ４３の他端側（スクリューピッチｐ２が最小となる側）に対応するように設けられている。図８（ｂ）に示すように、スクリューロータ４２，４３は、吸入口２８１に連通する吸入空間Ｈ２をポンプ室２３１内に区画する。
【００４２】
電動モータＭが作動すると、図７に示すように回転軸１５が矢印Ｒ３の方向に回転すると共に、回転軸１８が矢印Ｒ４の方向へ回転し、スクリューロータ４２，４３が回転軸１５，１８と一体的に回転する。スクリューロータ４２，４３の回転に伴い、吸入口２８１から流体（本実施形態では空気）が吸入空間Ｈ２へ吸入される。吸入空間Ｈ２へ吸入された空気は、圧縮されながら吐出口２８２側へ移行し、吐出口２８２側へ移行した空気は、吐出口２８２から吐出される。
【００４３】
図８に示すように、フロントハウジング１１の周壁２８には導管３１が接続されており、導管３１内の羽根３３が電動モータ３２の作動により導管３１内で回転する。電動モータ３２が作動すると、導管３１内の空気が羽根３３の回転によって吸入口２８１に向けて送られる。羽根３３の回転によって吸入口２８１に向けて送られた空気は、吸入口２８１を経由して吸入空間Ｈ２へ送り込まれる。
【００４４】
スクリューロータ４２，４３間、及びスクリューロータ４２，４３とロータハウジング２３との間にはクリアランスがあるため、吐出口２８２側から吸入空間Ｈ２側へ空気が洩れようとする。吐出口２８２側から吸入空間Ｈ２側への空気洩れは、軸流送風機３４によって吸入空間Ｈ２に送り込まれる空気の慣性効果によって抑制される。又、吸入空間Ｈ２内の圧力が軸流送風機３４による空気送り込みによって増し、吐出口２８２側から吸入空間Ｈ２側への空気洩れが吸入空間Ｈ２内の圧力増によって抑制される。
【００４５】
本発明では以下のような実施形態も可能である。
○スクリューピッチが一定のスクリュー式流体機械に本発明を適用してもよい。
○４つ以上の歯、又は２つの歯を備えたロータを用いたルーツ式流体機械に本発明を適用してもよい。
【００４６】
○吸入口２８１に連通するポンプ室２３１内に収容された１組のロータ（第１の実施形態ではロータ２１，２２の組）と、ポンプ室２３１とは別の少なくとも１つのポンプ室を回転軸線の軸線方向に併設した多段式のルーツ式流体機械に本発明を適用してもよい。
【００４７】
○３つ以上のロータを１組としてロータハウジング内に収容したルーツ式流体機械に本発明を適用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】第１の実施形態を示す平断面図。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線断面図。（ｂ）は図２（ａ）のＢ−Ｂ線断面図。
【図３】第２の実施形態を示す側断面図。
【図４】制御プログラムを示すフローチャート。
【図５】第３の実施形態を示す断面図。
【図６】第４の実施形態を示す側断面図。
【図７】第５の実施形態を示す平断面図。
【図８】（ａ）は図７のＣ−Ｃ線断面図。（ｂ）は図８（ａ）のＤ−Ｄ線断面図。
【符号の説明】
【００４９】
１０…ルーツ式流体機械。２１，２２…ロータ。２３…ロータハウジング。３１…導管。３２…電動モータ。３３…羽根。３４…軸流送風機。３９…ターボ式送風機。４０…収容器としての接続筒。４２，４３…スクリューロータ。４４…スクリュー式流体機械。Ｈ１，Ｈ２…吸入空間。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2008196414.tif 000007
【図６】
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【図７】
2008196414.tif 000009
【図８】
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