(57)【要約】圧縮機が、それぞれ軸によってハウジング１０に回転可能に装架された二つのロータ１４、１６を有し、これらのロータ１４、１６がハウジングに接触せずに回転する。ロータ１４、１６は粉末冶金法によるＡｌ−Ｓｉ合金から成り、ハウジング１０は実質的にアルミニウムから成る。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングと、該ハウジング内に軸によって回転可能に装架されている少なくとも一つのロータとを有し、該ロータが、前記ハウジングと接触せずに回転する圧縮機において、
前記ロータが粉末冶金法によるＡｌ−Ｓｉ合金から成り、前記ハウジングが実質的にアルミニウムから成ることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記Ａｌ−Ｓｉ合金が分散強化されていることを特徴とする請求項１に記載された圧縮機。
【請求項３】
前記Ａｌ−Ｓｉ合金が以下の組成を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載された圧縮機、
けい素：１８．５〜２１．５重量％、
鉄：４．６〜５．４重量％、
ニッケル：１．８〜２．２重量％、および
残部としてのアルミニウム。
【請求項４】
前記Ａｌ−Ｓｉ合金の熱膨張係数が約１６×１０−６／Ｋであることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された圧縮機。
【請求項５】
前記ハウジングを形成するアルミニウムの熱膨張係数が約２３．８×１０−６／Ｋであることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された圧縮機。
【請求項６】
前記ハウジングが空気流によって冷却されるようになっていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された圧縮機。
【請求項７】
前記ロータが搬送媒体流と前記軸によってのみ冷却されるようになっていることを特徴とする請求項１から請求項６までのいずれか１項に記載された圧縮機。
【請求項８】
互いに接触することなく離れて回転する二つの回転ピストンを有することを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された圧縮機。
【請求項９】
内部圧縮によって作動することを特徴とする請求項８に記載された圧縮機。
【請求項１０】
前記回転ピストンが二つまたは三つの羽根を有する構成になされていることを特徴とする請求項９に記載された圧縮機。
【請求項１１】
スクリュー型圧縮機として構成されていることを特徴とする請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載された圧縮機。
【請求項１２】
前記ロータの表面に絶縁層が施されていることを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された圧縮機。
【請求項１３】
前記ハウジングがアルミニウム製外側胴部と、該外側胴部内に鋳造された粉末冶金法による分散強化Ａｌ−Ｓｉ合金製環状体とを有することを特徴とする請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された圧縮機。
【請求項１４】
前記環状体と前記外側胴部を構成する材料が、それらの界面で融合されていることを特徴とする請求項１３に記載された圧縮機。
【請求項１５】
前記環状体が前記ロータを直接包囲していることを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載された圧縮機。
【請求項１６】
前記ハウジングが少なくとも一つの軸受カバーを含み、該軸受カバーの内部に、鋳包みによって粉末冶金法による分散強化Ａｌ−Ｓｉ合金製補強リブを設けて成ることを特徴とする請求項１から請求項１５までのいずれか１項に記載された圧縮機。
【請求項１７】
前記補強リブが前記軸受の反対両側に配置されていることを特徴とする請求項１６に記載された圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ハウジングと、該ハウジング内に軸によって回転可能に装架された少なくとも一つのロータとを有し、該ロータが、ハウジングと接触せずに回転する圧縮機（コンプレッサー）に関するものである。
【０００２】
一般に、圧縮機は、圧縮過程中に発生する熱を放散させるために冷却を必要とする。ロータと軸の直接冷却は、費用がかかるのでほとんどの場合、省略される。そのために、ロータの冷却は、搬送媒体の流れにより、また、ハウジングの直接冷却によって間接的にのみ行われる。
【０００３】
ハウジングがたとえば空気の流れまたは水冷ジャケットによって直接冷却され、またロータが間接的にのみ冷却されるために、作動中にハウジングとロータとの間に大きな温度差が発生する。間隙の寸法を決める際には、この温度差を考慮する必要がある。低温状態における間隙を増大することによりロータの温度膨張の増大が可能になる。低温状態における間隙の寸法と、作動状態における間隙寸法との差（すなわち、１００°Ｋ程度の温度差の場合）を間隙の減少と称する。いずれにせよ、ロータがハウジングを打撃しないように、間隙幅の規定は、種々の圧力比と速度とから生じる最大熱応力を見込んで行う。それ故、間隙の減少を考慮することは、結局低温状態における間隙幅の寸法を決めることになる。しかしながら、逆流を最小にして容積効率と等エントロピー効率の両者を最大にするために、間隙を可及的に小さくしようとする努力が払われる。
【０００４】
実際には、これらの考慮をすると低熱膨張特性を有する材料を使用することになる。ハウジングに使用する標準的な材料は層状黒鉛鋳鉄であり、ロータに使用する標準的な材料はノジュラ−鋳鉄である。熱膨張係数はいずれの場合もαｋ＝１０．５−６／Ｋである。たとえば、ハウジングおよびロータに鋳鉄を使用し、ロータの外径が１００ｍｍである場合は、間隙減少値は約０．１ｍｍになる。申し分のない効率を達成するには、この値で十分である。他方、アルミニウムのような材料を使用することは考えられず、その理由は熱膨張が２倍よりも大きいのでそれに対応する間隙減少値が約０．２４ｍｍの範囲になり、そのために低温状態では間隙幅を２倍よりも大きくする必要があり、これでは間隙からの漏洩量が非常に増大する結果となるからである。
【０００５】
本発明は、アルミニウム材料を使用するにもかかわらず間隙幅が小さく、それに伴なって高い効率を示す圧縮機を提供するものである。本発明によれば、ロータは、粉末冶金法によるけい素含有アルミニウム材料から成り、ハウジングは実質的にアルミニウムから成る。ハウジング用アルミニウムについては、比較的大きな典型的熱膨張係数である約２３．８×１０−６／Ｋを有する実質的に純粋なアルミニウムまたはアルミニウム合金であってよい。他方、粉末冶金法によるけい素含有アルミニウム材料の熱膨張係数は、典型例として僅か約１６×１０−６／Ｋである。再度述べると、ロータ直径１００ｍｍとして、温度差が１００°Ｋの場合には、本発明による材料の組み合わせでは、次の式によって計算される間隙減少が生じる。
【０００６】
【数１】
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【０００７】
従って、０．１１３ｍｍという値で、間隙減少はハウジングおよびロータに鋳鉄を使用する場合の対応値よりもほとんど大きくはならない。
【０００８】
鋳鉄に代えてアルミニウムを使用すると、重要な利点、特に重量の低下、機械加工時間の短縮、耐食性、製造費の低下をもたらす。
【０００９】
好適例では、ロータの表面に絶縁層が施される。この絶縁層は圧縮された搬送媒体からロータへの熱伝達を低減化する。ロータの軸によって行われる熱流の放散は増大する。絶縁層によって生じるロータの加熱の低下は熱膨張を低下させることになり、したがって間隙幅を小さくすることができ、効率を増大する。
【００１０】
本発明の別の特徴と利点は、圧縮機の二つの具体例に関する以下の説明と添付図面とから明らかになるだろう。
【００１１】
一例として図１に示す圧縮機は、寸法が等しい二つの重なり合う部分円筒から成る内室１２を含み、全体として１０で示されるハウジングを有する。内室１２の内には、二つの２枚羽根つきルーツ型ロータ１４、１６が収容されている。ロータ１４、１６は、それぞれ軸１８、２０に着座している。軸１８、２０は、互いに平行であり、歯車装置（図示せず）によって同期される。内室１２の内部でロータ１４、１６は互いに接触せずに、また内室１２の壁とも接触せずに回転する。これらのロータは、互いに離れたり、嵌り込んだりして回転し、その過程で可変寸法の作動空間を形成し、内部圧縮を生じさせる。
【００１２】
圧縮機の作動中に発生する熱は、ハウジング１０の冷却によってかなり放散される。この目的のために、ハウジング１０は、空気流に曝される多数の冷却フィンを有する。熱せられた排気は、図中、矢印で示されている。ロータ１４、１６および軸１８、２０は直接には冷却されない。熱流の一部は、軸１８、２０によって放散され、他の部分は搬送媒体の流れによって放散される。作動中におけるロータ１４、１６の加熱を少なくするために、それらの表面には断熱被覆が付される。
【００１３】
ハウジング１０は、熱膨張係数が約２３．８×１０−６／Ｋであるアルミニウムまたはアルミニウム合金で形成される。ロータ１４、１６は、熱膨張係数が約１６×１０−６／Ｋであるアルミニウム材料で形成される。このような材料の組み合わせにより、１００ｍｍのロータ直径について、約０．１１３ｍｍの間隙減少が生じる。
【００１４】
ロータ１４、１６を構成するアルミニウム材料は、粉末冶金法によって製造され、分散強化される。ロータ用アルミニウム材料の組成は、以下のものが好ましい。
けい素：１８．５〜２１．５重量％、
鉄：４．６〜５．４重量％、
ニッケル：１．８〜２．２重量％、および
残部としてのアルミニウム。
【００１５】
本発明の原理は、大部分の種類の非接触ロータを有する圧縮機に適用できるが、つめ型圧縮機およびスクリュー型圧縮機等の内部圧縮による２軸圧縮機において特に有利に適用できる。本発明は、特に接触せずに作動するロータを含む機械において、アルミニウム製ハウジングと組み合わせて、粉末冶金法によるＡｌ−Ｓｉ合金を、圧縮機、ポンプおよび回転ピストン機械のロータに使用することを広く包含する。
【００１６】
図２に示す変形例では、アルミニウム製またはアルミニウム合金製の外側胴部１０ａと、その内部に鋳造された環状体１０ｂとによってハウジングが形成されている。環状体１０ｂは、上で詳しく述べた種類の、粉末冶金法による分散強化Ａｌ−Ｓｉ合金で形成されている。環状体は、圧縮機のロータを収容する内室の境界を構成する。外側胴部１０ａと環状体１０ｂとの間に密接な接続が存在するように外側胴部１０ａと環状体１０ｂとの間の界面において、これら二つの材料が融合されている。環状体１０ｂは、外側胴部１０ａの材料よりもかなり高い強度の材料で形成されるので、その熱膨張特性によってハウジング全体の熱膨張が実質的に決まる。本例では、ロータも、前記種類のＡｌ−Ｓｉ合金で形成されている。環状体には、一体に鋳造された補強リブ１０ｃが設けられており、これらのリブは放射状に外方へ向いている。このような補強リブは、ハウジングの各隅部分（コーナー部）に一つずつ配置されている。
【００１７】
本例では、やはり１００ｍｍのロータ直径に関して約０．１６ｍｍの間隙減少を達成できる。
【００１８】
図３に示す例では、ハウジングが、軸１８、２０用の二つの軸受２４、２６を含む軸受カバー２２を有する。分散強化アルミニウム合金製の補強リブ２８、３０が、軸受２４、２６のいずれの側の軸受カバー２２にも鋳造されている。これらの補強リブ２８、３０は、一方で、軸１８、２０の軸受を補強することに役立ち、他方では、熱膨張による中心距離の増大を少くすることに役立つ。
【図面の簡単な説明】
【図１】
ロータの図を備える開放つめ型圧縮機の模式図。
【図２】
変形例の同様な図。
【図３】
別の変形例を示す。
【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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