JP2010540826A - 回転式流体変位アセンブリ - Google Patents
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Abstract
Description
本願は、米国仮特許出願第60/995,319号(2007年9月26日出願)の優先権および利益を主張し、この出願は、その全体が本明細書に参考として援用される。
本願は、回転式流体変位アセンブリに関し、より具体的には、筐体に載置され、ゲートの遠位端が筐体の中央長手軸から実質的に一定の距離を置いて維持されるように、偏心カムと関連して移動するように構成されるゲートを有する、回転式流体変位アセンブリに関する。
ある特定の制約された用途での使用に対して、様々なベーン型流体変位器具が提案されてきた。これらの提案された装置は、主にポンプ、コンプレッサ、流体駆動モータ、および流体流量計から成る。これまで提案されたベーン型器具は、概して満足に機能し、特定の液体用途に対して認められている。従来技術のベーン型器具で見られる一般的な問題は、以下を含む。減摩装置との使用に対して不適当であること(それにより、従来、それらの使用は中程度の電力レベルに制限されてきた)、固定表面と移動表面との接触面積が大きいこと(高摩擦をもたらす)、クランクシャフトに適用される曲げ力に抵抗することができないこと、別個の逆止弁等に依存すること、および個々のチャンバからの同時往復流動に対応できないこと。
と考えられる。例えば図6〜8および10に図示するように、筐体前部カバー、筐体前部スペーサ、筐体、筐体後部スペーサ、および筐体後部カバーに対して、補完的な締結孔が画定されてもよい。しかしながら、筐体アセンブリの任意の数の要素は、単一の機械部品または鋳造に合わせて一体的に形成されてもよいとも考えられる。
プロトタイプ回転式コンプレッサを図4Aおよび4Bに図示するように構成した。筐体の内部空洞は、内径が129.5mmであった。回転式コンプレッサの行程体積は、98cm3であり、クリアランス体積は、3.8cm3であり、26:1の圧縮比を得た。回転式コンプレッサを使用していくつかの試験を実行し、試験からのデータを図41に示す。図から分かるように、取り込み弁を用いて、1800rpmおよび2000rpmで試験を実行し、追加の試験を、取り込み弁なしで1800rpmおよび2000rpmで実行した。体積効率(ηvol)および等エントロピー効率(ηis)を以下の式を用いて計算した。
Claims (75)
- 回転式流体変位アセンブリであって、
内壁表面を有する内部空洞を画定する筐体であって、該筐体は、該内壁表面を二分する、筐体面に対して横断的に延在する筐体長手軸を有する、筐体と、
周囲面を有し、該筐体の該内部空洞内に配置されるローターであって、該筐体長手軸に対して偏心しているローター回転軸の周りを回転するように構成される、ローターと、
遠位端を有するゲートであって、該ゲートは、該ローターと共に摺動可能に載置され、該ゲートの該遠位端が該ローターの該周囲面から第1の距離を置いて配置される、第1の位置と、該ゲートの該遠位端が該ローターの該周囲面から第2の距離を置いて配置される、第2の位置との周囲および間で軸方向に移動可能である、ゲートであって、該ゲートの該遠位端は、該ローターが該ローター回転軸の周りを回転する際に、該筐体の該内壁表面から近接して離間しているように拘束される、ゲートと
を備える、回転式流体変位アセンブリ。 - 前記ローターの前記周囲面の少なくとも複数部分、前記内壁表面の複数部分、および前記ゲートの前記遠位端に近接している前記ゲートの様々な部分は、前記ローターが前記ローター回転軸の周りを回転する際に、様々な体積の流体チャンバを画定する、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターは、前記流体チャンバと流体連通している、少なくとも1つの入口ポートを有する、請求項2に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートは、前記流体チャンバと流体連通している、少なくとも1つの入口ポートを有する、請求項2に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの中の前記少なくとも1つの入口ポートを選択的に開閉するための手段をさらに備える、請求項4に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記筐体は、前記流体チャンバと流体連通している、少なくとも1つの入口ポートを有する、請求項2に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記第1の距離は、前記第2の距離よりも大きい、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記第2の距離は、前記ローターの前記周囲面に近接している、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記第2の位置において、前記ゲートの前記遠位端は、前記ローターの前記周囲面またはそれより下にある、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記筐体は、前記流体チャンバと流体連通している、少なくとも1つの出口ポートを有する、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートは、前記流体チャンバと流体連通している、少なくとも1つの出口ポートを有する、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの中の前記少なくとも1つの出口ポートを選択的に開閉するための手段をさらに備える、請求項11に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターは、圧縮チャンバと流体連通している、少なくとも1つの出口ポートを有する、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- カム軸の周囲で前記内部空洞内に配置され、前記ゲートの複数部分に選択的に係合して、前記各第1および第2の位置の周囲または間での前記ゲートの軸方向運動をもたらすように構成される、カムをさらに備える、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターは、前記ゲートの選択部分に作用して、前記ローターの前記周囲面に対して前記ゲートの前記拘束された軸方向運動をもたらすように構成される、請求項14に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターは、前記ゲートの摺動可能な受容のために構成される穴を画定する、請求項14に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートは、前記カムの複数部分との選択的接触のために構成される、少なくとも1つの荷担面を有する、隙間を画定する、請求項16に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの荷担面は、1対の対向する荷担面を備える、請求項17に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターは、前記カムの回転受容のために構成される、中心に配置されたチャンバを画定する、請求項17に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記穴は、前記チャンバを中心で二分する穴軸を有し、前記ゲートの前記1対の対向する荷担面は、前記穴軸に対して実質的に横断的に配置される、請求項19に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記1対の対向する荷担面は、前記ゲートの長手軸に沿って相互から離間され、前記カム軸の周囲で相互の反対側に配置される、請求項20に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 少なくとも1つの荷担面の少なくとも一部は、湾曲している、請求項17に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 高流圧における前記ゲートの歪曲および偏位を最小化するための手段をさらに備える、請求項16に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターの前記穴の少なくとも一部は、円筒断面形状を有し、前記ゲートの少なくとも複数部分は、該ローターの該穴を補完する円筒断面形状を有する、請求項23に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記円筒断面形状を有する前記ゲートの前記少なくとも複数部分の外側部上に載置される、少なくとも1つの密閉要素をさらに備える、請求項24に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、約0.0001インチと約0.2000インチとの間の拘束範囲で、前記筐体の前記内壁表面から近接して離間しているように拘束される、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、約0.0003インチと約0.1500インチとの間の拘束範囲で、前記筐体の前記内壁表面から近接して離間しているように拘束される、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、約0.0005インチと約0.1000インチとの間の拘束範囲で、前記筐体の前記内壁表面から近接して離間しているように拘束される、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、前記筐体の内表面の直径の0.01%と15.0%との間の拘束範囲で、前記筐体の前記内壁表面から近接して離間しているように拘束される、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、スロットを画定し、該ゲートの該スロットの中で移動可能である少なくとも1つの平面部材を備えるシールアセンブリをさらに備える、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記シールアセンブリは、前記ローターが回転する際に、前記少なくとも1つの平面部材に選択的に作用して、該少なくとも1つの平面部材の外縁部を前記筐体の前記内壁表面と摺動接触している状態に維持するように構成される、付勢要素をさらに備える、請求項30に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記シールアセンブリは、前記ローターが回転する際に、前記少なくとも1つの平面部材の前記外縁部を前記筐体の前記内壁表面と摺動接触している状態に維持するように、該少なくとも1つの平面部材に作用する付勢力を適用するための手段をさらに備える、請求項30に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの平面部材の質量は、前記ゲートの質量の約50パーセント未満である、請求項30に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの平面部材の質量は、前記ゲートの質量の約10パーセント未満である、請求項30に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの平面部材の質量は、前記ゲートの質量の約2パーセント未満である、請求項30に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの平面部材の質量は、前記ゲートの質量の約1と約60パーセントとの間である、請求項30に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターは、第1の側面と、対向する第2の側面とを有し、該ローターは、該ローターの該それぞれの第1および第2の側面に載置され、それらと共に回転する、1対の端板をさらに備える、請求項2に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記1対の端板のうちの少なくとも1つは、前記流体チャンバと流体連通している入口ポートを画定する、請求項37に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記1対の端板のうちの少なくとも1つは、前記流体チャンバと流体連通している出口ポートを画定する、請求項37に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記筐体は、前面と、対向する背面とを有し、前記1対の端板の第1の端板の複数部分は、該筐体の該前面の複数部分に、密閉的かつ摺動可能に接触し、第2の端板の複数部分は、該筐体の該背面の複数部分に、密閉的かつ摺動可能に接触する、請求項37に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記第1の端板と前記筐体の前記前面との間、および前記第2の端板と該筐体の前記背面との間に、実質的に流体不浸透性のシールを提供するための手段をさらに備える、請求項40に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 実質的に流体不浸透性のシールを提供するための前記手段は、
前記第1および第2の端板の各々の周囲部内に画定される、少なくとも1つのスロットと、
複数のシールであって、各シールは、該第1および第2の端板の1つのスロットの中での相補的載置のために構成される、複数のシールと
を備える、請求項41に記載の回転式流体変位アセンブリ。 - 実質的に流体不浸透性のシールを提供するための前記手段は、
前記筐体の前記内部空洞を実質的に包囲する該筐体の前記前面および背面の各々において画定される、少なくとも1つのスロットと、
複数のシールであって、各シールは、該筐体の1つのスロットの中での相補的載置のために構成される、複数のシールと
を備える、請求項41に記載の回転式流体変位アセンブリ。 - 前記筐体の前記内壁表面と前記ローターの前記周囲面との間の最小の運転時クリアランスの位置に近接して、該筐体の該内壁表面から外向きに延在するシール要素をさらに備え、該シール要素の縁部は、該ローターの該周囲面との選択的な摺動可能接触のために構成される、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターが回転する際に、前記ゲートの前記遠位端が前記シール要素の上方を通過する時に、該シール要素の前記縁部が、前記筐体の前記内壁表面またはそれより下にあるように、該筐体内で該シール要素を引き出すための手段をさらに備える、請求項43に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートは、対向する近位端を有し、前記第1の位置において、該ゲートの該近位端は、前記ローターの前記周囲面から実質的に前記第2の距離を置いて配置され、前記第2の位置において、該ゲートの該近位端は、該ローターの該周囲面から実質的に前記第1の距離を置いて配置される、請求項1に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記近位端は、前記ローターが前記ローター回転軸の周りを回転する際に、前記筐体の前記内壁表面から近接して離間しているように拘束される、請求項45に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターの前記周囲面の少なくとも複数部分と、前記内壁表面の複数部分と、前記ゲートの前記遠位端に近接している該ゲートの様々な部分は、該ローターが前記ローター回転軸の周りを回転する際に、様々な体積の第1の流体チャンバを画定し、該ローターの該周囲面の少なくとも複数部分と、該内壁表面の複数部分と、該ゲートの前記近位端に近接している該ゲートの様々な部分は、該ローターが該ローター回転軸の周りを回転する際に、様々な体積の第2の流体チャンバを画定する、請求項46に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、前記第1の流体チャンバと流体連通している少なくとも1つの入口ポートを画定し、該ゲートの前記近位端は、前記第2の流体チャンバと流体連通している少なくとも1つの入口ポートを画定する、請求項47に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端および近位端それぞれの中の前記少なくとも1つの入口ポートを選択的に開閉するための手段をさらに備える、請求項48に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記筐体は、前記第1および第2の流体チャンバそれぞれと流体連通している、少なくとも1つの入口ポートを有する、請求項48に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 回転式流体変位アセンブリであって、
内壁表面を有する内部空洞を画定する筐体であって、該筐体は、該内壁表面を二分する、筐体面に対して横断的に延在する筐体長手軸を有する、筐体と、
周囲面を有し、該筐体の該内部空洞内に配置されるローターであって、該ローターは、該筐体長手軸に対して偏心しているローター回転軸の周りを回転するように構成される、ローターと、
遠位端を有するゲートであって、該ローターと共に摺動可能に載置され、軸方向に移動可能である、ゲートと、
該ローターが該ローター回転軸の周りを回転する際に、該ゲートの該遠位端が、該筐体の該内壁表面から近接して離間して拘束されるように、該ゲートの軸方向運動を拘束するための手段と
を備え、
該ローターの該周囲面の少なくとも複数部分と、該内壁表面の複数部分と、該ゲートの該遠位端に近接している該ゲートの様々な部分は、該ローターが儀ローター回転軸の周りを回転する際に、様々な体積の第1の流体チャンバを画定する、回転式流体変位アセンブリ。 - 回転式流体変位アセンブリであって、
内壁表面を有する内部空洞を画定する筐体であって、該筐体は、該内壁表面を二分する、筐体面に対して横断的に延在する筐体長手軸を有する、筐体と、
周囲面を有するローターであって、該ローターは、該ローターの該周囲面の中に延在する穴軸を有する穴を画定し、該筐体の該内部空洞内に配置され、該筐体長手軸に対して偏心しているローター回転軸の周りを回転するように構成される、ローターと、
遠位端を有するゲートであって、該ゲートは、該ローターの該穴の中に摺動可能に載置され、第1の伸張位置と第2の収縮位置との周囲および間で該穴軸に沿った軸方向運動に対して拘束され、該ゲートの該遠位端は、該ローターが該ローター回転軸の周りを回転する際に、該筐体の該内壁表面から近接して離間しているように拘束される、ゲートと、
カム軸の周囲で該筐体の該内部空洞内に配置されるカムであって、該カムは、該ゲートの複数部分に選択的に係合して、該第1および第2の位置それぞれの周囲および間での該ゲートの該軸方向運動をもたらすように構成される、カムと
を備え、
該ゲートは、該カムの複数部分との選択的な接触のために構成される少なくとも1つの荷担面を有する、隙間を画定し、該ゲートの該遠位端は、約0.0001インチと約0.2000インチとの間の拘束範囲で、該筐体の該内壁表面から近接して離間しているように拘束される、回転式流体変位アセンブリ。 - 前記ローターは、前記カムの回転受容のために構成される、中心に配置されたチャンバを画定し、前記穴軸は、該チャンバの中心で二分する、請求項52に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの荷担面は、1対の対向する荷担面を備え、該1対の対向する荷担面は、前記ゲートの長手軸に沿って相互から離間しており、前記カム軸の周囲で相互に対向して配置される、請求項53に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターの前記周囲面の少なくとも複数部分と、前記内壁表面の複数部分と、前記ゲートの前記遠位端に近接している該ゲートの様々な部分は、該ローターが前記ローター回転軸の周りを回転する際に、様々な体積の流体チャンバを画定する、請求項54に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターは、前記ゲートの選択部分に作用して、該ローターの前記周囲面に対する該ゲートの拘束された軸方向運動をもたらすように構成される、請求項55に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、約0.0003インチと約0.1500インチとの間の拘束範囲で、前記筐体の前記内壁表面から近接して離間しているように拘束される、請求項55に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、約0.0005インチと約0.1000インチとの間の拘束範囲で、前記筐体の前記内壁表面から近接して離間しているように拘束される、請求項55に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、前記筐体の内表面の直径の0.01%と15.0%のと間の拘束範囲で、該筐体の前記内壁表面から近接して離間しているように拘束される、請求項55に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ゲートの前記遠位端は、スロットを画定し、かつ、該ゲートの該スロットの中で移動可能である少なくとも1つの平面部材を備えるシールアセンブリをさらに備える、請求項55に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記シールアセンブリは、前記ローターが回転する際に、前記少なくとも1つの平面部材に選択的に作用して、該少なくとも1つの平面部材の前記外縁部を前記筐体の前記内壁表面と摺動接触している状態に維持するように構成される、付勢要素をさらに備える、請求項60に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記シールアセンブリは、前記ローターが回転する際に、前記少なくとも1つの平面部材の前記外縁部を前記筐体の前記内壁表面と摺動可能に接触している状態に維持するように、該少なくとも1つの平面部材に作用する付勢力を適用するための手段をさらに備える、請求項60に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの平面部材の質量は、前記ゲートの質量の約10パーセント未満である、請求項60に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの平面部材の質量は、前記ゲートの質量の約2パーセント未満である、請求項60に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記少なくとも1つの平面部材の質量は、前記ゲートの質量の約1と約60パーセントとの間である、請求項60に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターは、第1の側面と、対向する第2の側面とを有し、該ローターの該第1および第2の側面それぞれに載置され、それらと共に回転する、1対の端板をさらに備える、請求項55に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記筐体は、前面と、対向する背面とを有し、前記1対の端板の第1の端板の複数部分は、該筐体の該前面の複数部分に、密閉的かつ摺動可能に接触し、該1対の端板の第2の端板の複数部分は、該筐体の該背面の複数部分に、密閉的かつ摺動可能に接触する、請求項66に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記第1の端板と前記筐体の前記前面との間、および前記第2の端板と該筐体の前記背面との間に、実質的に流体不浸透性のシールを提供するための手段をさらに備える、請求項67に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記筐体の前記内壁表面と前記ローターの前記周囲面との間の最小の運転時クリアランスの位置に近接して、該筐体の該内壁表面から外向きに延在するシール要素をさらに備え、該シール要素の縁部は、該ローターの該周囲面との選択的な摺動可能接触のために構成される、請求項55に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターが回転する際に、前記ゲートの前記遠位端が前記シール要素の上方を通過する時に、該シール要素の前記縁部が、前記筐体の前記内壁表面またはそれより下にあるように、該筐体内で該シール要素を引き出すための手段をさらに備える、請求項69に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記シール要素は、前記筐体面に対してある角度を成して配置される、請求項70に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 前記ローターの前記穴は、円筒断面形状を有し、前記ゲートの少なくとも複数部分は、該ローターの該穴を補完する円筒断面形状を有する、請求項55に記載の回転式流体変位アセンブリ。
- 回転式流体変位アセンブリであって、
周囲面を有するローターであって、ローター軸を有するローターと、
内壁表面を有する内部空洞を画定する筐体であって、該筐体は、該ローター軸に対して偏心している筐体長手軸の回転するように構成され、該ローターは該筐体の該内部空洞内に配置される、筐体と、
遠位端を有するゲートであって、該ゲートは、該ローターと共に摺動可能に載置され、該ゲートの該遠位端が該ローターの該周囲面から第1の距離を置いて配置される、第1の位置と、該ゲートの該遠位端が該ローターの該周囲面から第2の距離を置いて配置される、第2の位置との周囲および間で軸方向に移動可能であり、該ゲートの該遠位端は、該筐体が該筐体長手軸の周りを回転する際に、該筐体の該内壁表面から近接して離間しているように拘束される、ゲートと
を備え、
該ローターの該周囲面の少なくとも複数部分と、該内壁表面の複数部分と、該ゲートの該遠位端に近接している該ゲートの様々な部分とは、該筐体が該筐体長手軸の周りを回転する際に、様々な体積の流体チャンバを画定し、該ローター軸は、筐体面に対して横断的に延在し、該筐体の該内壁表面を二分する、回転式流体変位アセンブリ。 - 回転式流体変位アセンブリであって、
内壁表面を有する内部空洞を画定する筐体であって、該筐体は、該内壁表面を二分する、筐体面に対して横断的に延在する筐体長手軸を有する、筐体と、
周囲面を有し、該筐体の該内部空洞内に配置されるローターであって、該ローターは、該筐体長手軸に対して偏心しているローター回転軸の周りを回転するように構成される、ローターと、
遠位端を有するゲートであって、該ゲートは、該ローターと共に摺動可能に載置され、軸方向に移動可能である、ゲートと、
該ローターが該ローター回転軸の周りを回転する際に、該ゲートの該遠位端が、該筐体の内表面の直径の0.01%と15.0%との間の拘束範囲で、該筐体の該内壁表面から近接して離間して拘束されるように、該ゲートの軸方向運動を拘束するための手段と
を備え、
該ローターの該周囲面の少なくとも複数部分と、該内壁表面の複数部分と、該ゲートの該遠位端に近接している該ゲートの様々な部分とは、該ローターが該ローター回転軸の周りを回転する際に、様々な体積の流体チャンバを画定する、回転式流体変位アセンブリ。
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