JP2013521433A - 回転式圧縮機−膨張機システムならびに関連する使用および製造方法 - Google Patents
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Abstract
【選択図】図2
Description
本出願は、2010年3月1日に出願され、「UNDERWATER COMPRESSED AIR ENERGY STORAGE」と題する米国仮特許出願第61/309,415号明細書に対する優先権およびその利益を主張し、その出願は全体として参照により本明細書に援用される。
図1は、後に使用するために一度で生成されたエネルギーを貯蔵する代表的な全体的なシステム100を概略的に示す。全体的なシステム100は、送電系統104の電線を介して、エネルギーを矢印Aの方向にエネルギー貯蔵装置(たとえば貯蔵器)108に向かって供給する、1つまたは複数のエネルギー供給源102を含むことができる。供給されるエネルギーを、たとえば風、太陽、天然ガス、石油、石炭、水力発電所、原子炉および/または他のものを含む複数の好適な供給源から生成することができる。
図4Aは、本開示の実施形態によって構成された圧縮機/膨張機システム410の正面等角図である。システム410は、図2および図3に関して上述したものと略同様のいくつかの特徴を含む。たとえば、システム410は、シャフト234によって支持されかつシャフト234に対して回転可能なロータ232を含み、ロータ232およびシャフト234は、チャンバハウジング218によって少なくとも部分的に包囲されている圧力調整チャンバ224内に配置されている。ロータは、第1ローブ238aおよび第2ローブ238bを含む2つのローブを備えている。チャンバハウジング218は、内壁220および外壁222を有している。チャンバ224は、チャンバを低圧通路および高圧通路(図示せず)に接続する第1ポート226および第2ポート228を含む。いくつかの実施形態では、ポート226、228もポートと通路との間にも弁はない。
図5は、図3に示すシステム310の上部の拡大端面図である。システム310は、図2および図3を参照して上述したものと略同様のいくつかの特徴を有している。たとえば、システム310は、圧力調整チャンバ224を包囲するチャンバハウジング218を含む。チャンバ224は、それぞれ第1通路214および第2通路216に接続された第1ポート226および第2ポート228を有している。上述したように、少なくともいくつかの実施形態では、ポートと通路との間に弁がない。システム310は、圧力調整チャンバ224および通路214、216を包囲する外側ハウジング250をさらに含む。先端339を備えたローブ338を有するロータ332が、チャンバ224内に配置されている。システム310の図示する部分は、ローブ先端339に移動可能に結合することができる先端広がり部370を強調している。
上述したように、開示したシステムのいくつかの実施形態は、過度に大きい逆流状態をもたらすことなく既存のポートより大幅に大型のポートサイズを含む。たとえば、圧力比が約8から約1.2であるさまざまな代表的な二葉設計配置では、ポートを、動作中にシステムに大きい逆流状態が起こることなく、チャンバ内面の円周の約3%から約15%以上のサイズとすることができる。圧力比が約8から約1.2であるさまざまな代表的な三葉配置では、ポートを、動作中に大きい逆流状態が起こることなく、チャンバ内面の円周の約4%から約15%までのサイズとすることができる。これらの大型ポートを、可変形状シールおよび/または先端広がり特徴によって可能とすることができる。
図6Aは、本開示の実施形態によって構成された一体型熱交換器658aを有する回転容積型システム610aの部分概略等角図である。システム610aは、図2および図3を参照して上述したものと略同様のいくつかの特徴を含む。たとえば、システム610aは、内壁220および外壁222を有するチャンバハウジング218と、圧力調整チャンバ224と、シャフト234に回転可能に結合されたロータ332と、第1通路214および第2通路216と、チャンバ224と個々の通路214、216との間の流体連通を提供するチャンバ224内の第1ポート226および第2ポート228とを含む。
図7は、本開示の実施形態によって構成された断熱材798を有する回転容積型システム710の正面図である。システム710は、図2および図3を参照して上述したものに略同様のいくつかの特徴を含む。たとえば、システム710は、チャンバハウジング218を含み、チャンバハウジング218は、第1通路214および第2通路216を有し、圧力調整チャンバ224とシャフト234によって支持されかつそれに対して回転可能なロータ232とを包囲する。本システムはまた、熱交換器258と、内面252および外面254を有する外側ハウジング250とを含む。
図8は、本開示の実施形態によって構成された略中空ロータ832を有する回転容積型システム810の部分概略等角図である。システム810は、図2および図3を参照して上述したものと略同様のいくつかの特徴を含む。たとえば、システム810は、外側ハウジング250、チャンバハウジング218および圧力調整チャンバ224を含む。
図9は、本開示の実施形態により並列に動作する複数(たとえば3つ)のロータ932を有する回転容積型システム910の部分概略等角図である。システム910は、図2および図3を参照して上述したものに略同様のいくつかの特徴を含む。たとえば、システム910は、チャンバハウジング218、圧力調整チャンバ224およびシャフト234を含む。チャンバハウジング218を、図9では、明確にするために透明であるものとして示すが、いくつかの実施形態では、チャンバハウジング218は透明ではない。3つのロータ932は、チャンバハウジング218内で並列に動作する。ロータ932は、共通の第1ポート226および共通の第2ポート228を共有することができ、それらは各々、チャンバハウジング218に沿って軸方向に伸びている。ロータ932は、共通の第1通路および第2通路(図9には示さず)をさらに共有することができる。システム910は、各ロータ932間に軸方向に配置された(明確にするために隠されている)隔壁をさらに備え、それにより、各ロータ932は、別個のチャンバ224に配置される。
図10は、本開示の別の実施形態によって構成された回転容積型システム1010の組立分解側面等角図である。システム1010は、組立コストおよび材料を低減する「リングおよびプレート(ring and plate)」技法を用いて組み立てられる。組立方法は、チャンバハウジング1018および外側ハウジング1050を円柱状部分に成形することを含む。これを、板材を圧延し溶接することを含む、さまざまな方法により、または材料を円柱形状に鍛造することによって行うことができる。ポート開口部1026を、チャンバハウジング1018を形成するために用いられる板材に事前に切断することができる。隔離体1045を成形するかまたはチャンバハウジング1018に結合して、結果として得られるシステム1010において通路間の分離をもたらすことができる。
上述した多くの回転容積型装置を、双方向圧縮機/膨張機システムに関連して説明したが、本明細書に開示する特徴および方法を、専用圧縮機および専用膨張機で同様に使用することができる。図11は、本開示の実施形態によって構成された専用圧縮機1176および専用膨張機1177を有する回転容積型システム1110の内部の等角図である。システム1110は、ブレイトンサイクル熱機関として使用されるように構成されており、そこでは、作動流体は、気体として圧縮され、加熱され、その後に膨張する。システム1110は、シャフト234に沿って軸方向に位置合わせされた、専用圧縮機1176、熱供給源1178および専用膨張機1177を含む。圧縮機1176、熱源1178および膨張機1177は、穿孔隔壁262または他のタイプの流体通路を通して流体連通することができる。いくつかの実施形態では、システム1110は、圧縮機および/または膨張機の複数の段を含む。
Claims (104)
- 第1ポートおよび第2ポートを備えた圧力調整チャンバを有するチャンバハウジングと、
前記第1ポートを介して前記チャンバと流体連通する第1通路と、
前記第2ポートを介して前記チャンバと流体連通する第2通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記圧力調整チャンバ内に配置され、かつ2つ以下のローブを備えるロータであって、前記シャフトによって支持されるとともに前記シャフトに対して回転可能であり、かつ、流れが、前記第2通路から前記チャンバを介して前記第1通路に提供される第1モードと、流れが、前記第1通路から前記チャンバを介して前記第2通路に提供される第2モードとで交互に動作可能であるロータと、
を具備することを特徴とする回転容積型システム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、(a)前記チャンバと前記第1通路との間および(b)前記チャンバと前記第2通路との間の流れを制御するために弁が配置されていないことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第1ポートと前記第2ポートとの間に配置され、かつ前記ロータが回転する際に前記ロータの前記ローブと封止可能に接触するように、変化する半径方向の広がりを有するシールをさらに具備することを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記ロータが第1ロータを含み、前記圧力調整チャンバが第1圧力調整チャンバを含み、前記システムが、第2圧力調整チャンバ内に配置された第2ロータをさらに具備し、
前記第1ロータが第1ロータ向きを有し、前記第2ロータが第2ロータ向きを有し、前記第1ロータ向きが前記第2ロータ向きから右回りまたは左回りにずれており、
前記第2ロータが2つ以下のローブを備え、
前記第2ロータが、前記第1ロータと前記第1通路および前記第2通路を共有し、
前記第2ロータが、前記シャフトによって支持され、かつ前記第1ロータに並列に前記シャフトに対して回転可能であることを特徴とするシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第1ポートおよび前記第2ポートのうちの少なくとも一方が、前記回転軸に対して略平行である前記チャンバハウジングの面に配置されることを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記第1ポートと前記第2ポートとの間に配置された可変形状シールをさらに具備し、
(a)前記チャンバと前記第1通路との間および(b)前記チャンバと前記第2通路との間の流れを制御するために弁が配置されておらず、
前記ロータおよび前記可変形状シールが、前記圧力調整チャンバをチャンバゾーンに分割し、個々のチャンバゾーンが、所与の時点に前記第1通路および前記第2通路のうちの一方のみと連通していることを特徴とするシステム。 - 請求項6に記載のシステムにおいて、各ロータローブがローブ先端を含み、前記システムが、前記チャンバハウジングと個々のローブ先端との間に配置された先端封止部をさらに具備し、前記先端封止部が、回転する円柱、液体の薄膜および低摩擦コーティングのうちの少なくとも1つを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記シャフトに結合されたコントローラであって、前記シャフトの回転方向を反転させることにより、前記第1モードでの動作と前記第2モードでの動作との間で前記ロータの向きを変えるように動作可能であるコントローラをさらに具備することを特徴とするシステム。
- 請求項8に記載のシステムにおいて、
前記第1通路および前記第2通路と流体連通する流体貯蔵器と、
前記シャフトに結合された電気モータ/発電機と、
をさらに具備することを特徴とするシステム。 - 第1ポートおよび第2ポートを備えた圧力調整チャンバを有するチャンバハウジングと、
前記第1ポートを介して前記チャンバと流体連通する第1通路と、
前記第2ポートを介して前記チャンバと流体連通する第2通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記シャフトによって支持されるとともに前記シャフトに対して回転可能であり、かつロータ周辺部を有するロータと、
前記第1ポートと前記第2ポートとの間で前記チャンバハウジングに結合され、かつ前記ロータ周辺部と封止可能に係合される可変形状シールと、
を具備することを特徴とする回転容積型システム。 - 請求項10に記載のシステムにおいて、(a)前記チャンバと前記第1通路との間および(b)前記チャンバと前記第2通路との間の流れを制御するために弁が配置されていないことを特徴とするシステム。
- 請求項10に記載のシステムにおいて、
前記可変形状シールが、前記ロータの回転時に、後退位置と、前記圧力調整チャンバ内に半径方向に伸長する伸長位置との間で、半径方向に往復運動するように配置され、
前記可変形状シールが、前記可変形状シールを前記伸長位置に向けるばねを備え、
前記可変形状シールが、前記ロータのローブが前記可変形状シールに対して押圧すると、前記後退位置に向かって前進することを特徴とするシステム。 - 請求項10に記載のシステムにおいて、前記可変形状シールの第1部分が、前記チャンバハウジングに固定結合され、前記可変形状シールの第2部分が、前記チャンバハウジングに対して円周方向に移動可能であることを特徴とするシステム。
- 請求項10に記載のシステムにおいて、前記第1ポートおよび前記第2ポートが、前記回転軸に対して略平行である前記チャンバハウジングの面に配置されていることを特徴とするシステム。
- 請求項10に記載のシステムにおいて、
(a)前記チャンバと前記第1通路との間および(b)前記チャンバと前記第2通路との間の流れを制御するために弁が配置されておらず、
前記ロータが、流れが、前記第2通路から前記チャンバを介して前記第1通路に提供される第1モードと、流れが、前記第1通路から前記チャンバを介して前記第2通路に提供される第2モードとで交互に動作可能であり、
前記ロータおよび前記可変形状シールが、前記圧力調整チャンバを、前記第1通路と流体連通する第1チャンバゾーンと前記第2通路と流体連通する第2チャンバゾーンとに分割することを特徴とするシステム。 - 請求項10に記載のシステムにおいて、
前記シャフトに結合されたコントローラであって、前記シャフトの回転方向を反転させることにより、前記第1モードでの動作と前記第2モードでの動作との間で前記ロータの向きを変えるように動作可能であるコントローラと、
前記シャフトに結合されたモータ、発電機、または一体とされたモータ/発電機のうちの少なくとも1つと、
をさらに具備することを特徴とするシステム。 - 第1ポートおよび第2ポートを備えた圧力調整チャンバを有するチャンバハウジングと、
前記第1ポートを介して前記チャンバと流体連通する第1通路と、
前記第2ポートを介して前記チャンバと流体連通する第2通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記圧力調整チャンバ内に配置され、かつ2つ以下のローブを備えるロータであって、前記シャフトによって支持されるとともに前記シャフトに対して回転可能であり、かつ、流れが、前記第2通路から前記チャンバを介して前記第1通路に提供される第1モードと、流れが、前記第1通路から前記チャンバを介して前記第2通路に提供される第2モードとで交互に動作可能であるロータと、
前記第1通路および前記第2通路を介して前記圧力調整チャンバと流体連通する流体貯蔵空間と、
前記シャフトに結合されたコントローラであって、実行されると前記シャフトの回転方向を反転させる命令によってプログラムされているコントローラと、
を具備することを特徴とする回転容積型システム。 - 請求項17に記載のシステムにおいて、前記第1ポートと前記第2ポートとの間に配置され、かつ前記ロータが回転すると前記ロータの前記ローブと封止可能に接触するように変化する半径方向の広がりを有するシールをさらに具備することを特徴とするシステム。
- 請求項18に記載のシステムにおいて、前記シールおよび前記ロータが、前記ローブの数に1を足した数に等しい数のゾーンを前記圧力調整チャンバ内に形成することを特徴とするシステム。
- 請求項17に記載のシステムにおいて、(a)前記チャンバと前記第1通路との間および(b)前記チャンバと前記第2通路との間の流れを制御するために弁が配置されていないことを特徴とするシステム。
- 請求項17に記載のシステムにおいて、前記シャフトに結合されたモータ、発電機、または一体とされたモータ/発電機のうちの少なくとも1つをさらに具備することを特徴とするシステム。
- 請求項17に記載のシステムにおいて、前記流体貯蔵空間が、地質構造、水中貯蔵容器または高圧タンクを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項17に記載のシステムにおいて、前記コントローラが、実行されると、エネルギー供給レベルに対応する第1入力およびエネルギー需要レベルに対応する第2入力に少なくとも部分的に基づいて、前記シャフトの回転方向を反転させる命令をさらに含むことを特徴とするシステム。
- 第1ポートおよび第2ポートを備えた圧力調整チャンバを有するチャンバハウジングと、
前記第1ポートを介して前記チャンバと流体連通する第1通路と、
前記第2ポートを介して前記チャンバと流体連通する第2通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記圧力調整チャンバ内に配置され、かつ複数のローブを備えるロータであって、
個々のローブが、前記ローブの半径方向最外部に先端を含み、
前記先端が先端円周方向長さを有し、
前記ロータが、前記先端に近接して結合されかつそこから円周方向に延在する先端広がり部を含み、
前記先端広がり部が、前記先端円周方向長さより大きい先端広がり部円周方向長さを有し、
前記ロータが、前記シャフトによって支持されるとともに前記シャフトに対して回転可能である、ロータと、
を具備することを特徴とする回転容積型システム。 - 請求項24に記載のシステムにおいて、前記ロータが、流れが、前記第2通路から前記チャンバを介して前記第1通路に提供される第1モードと、流れが、前記第1通路から前記チャンバを介して前記第2通路に提供される第2モードとで交互に動作可能であることを特徴とするシステム。
- 請求項24に記載のシステムにおいて、前記先端広がり部が可撓性アームを備えることを特徴とするシステム。
- 請求項24に記載のシステムにおいて、
前記第1ポートが第1ポート円周方向長さを有し、
前記第2ポートが第2ポート円周方向長さを有し、
前記先端広がり部円周方向長さが、前記第1ポート円周方向長さおよび前記第2ポート円周方向長さの各々より大きいかまたは等しいことを特徴とするシステム。 - 請求項24に記載のシステムにおいて、前記先端広がり部が、前記ローブに枢動可能に結合されたアームを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項24に記載のシステムにおいて、(a)前記チャンバと前記第1通路との間および(b)前記チャンバと前記第2通路との間の流れを制御するために弁が配置されていないことを特徴とするシステム。
- 請求項24に記載のシステムにおいて、
前記先端広がり部が第1先端広がり部を含み、前記ロータが、第2先端広がり部および第3先端広がり部をさらに含み、各先端広がり部が個々の先端に結合されており、
(a)前記チャンバと前記第1通路との間および(b)前記チャンバと前記第2通路との間の流れを制御するために弁が配置されていないことを特徴とするシステム。 - 請求項24に記載のシステムにおいて、
前記シャフトに結合されたモータ、発電機、または一体とされたモータ/発電機のうちの少なくとも1つと、
前記シャフトに結合されたコントローラであって、前記シャフトの回転方向を反転させることにより、前記第1モードでの動作と前記第2モードでの動作との間で前記ロータの向きを変えるように動作可能であるコントローラと、
前記第1通路および前記第2通路と流体連通する流体貯蔵器であって、前記シャフトの前記回転方向が、前記貯蔵器と前記第1通路および前記第2通路との間の流体流を制御する、流体貯蔵器と、
さらに具備することを特徴とするシステム。 - 第1ポートおよび第2ポートを備えた圧力調整チャンバを有するチャンバハウジングと、
前記第1ポートを介して前記チャンバと流体連通する第1通路と、
前記第2ポートを介して前記チャンバと流体連通する第2通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記圧力調整チャンバ内に配置されたロータであって、流れが、前記第2通路から前記チャンバを介して前記第1通路に提供される第1モードと、流れが、前記第1通路から前記チャンバを介して前記第2通路に提供される第2モードとで交互に動作可能であるロータと、
前記圧力調整チャンバの外側に配置され、かつ前記第1通路または前記第2通路のうちの少なくとも一方と流体連通する熱交換器と、
内面および外面を有する圧力容器であって、前記チャンバハウジング、前記第1通路、前記第2通路および前記熱交換器を少なくとも部分的に包囲し、さらに、前記圧力容器の前記内面が、前記システムを流れる作動流体と接触するように配置される、圧力容器と、
を具備することを特徴とする回転容積型システム。 - 請求項32に記載のシステムにおいて、前記ロータが第1ロータを含み、前記圧力調整チャンバが第1圧力調整チャンバを含み、前記第1ロータおよび前記圧力調整チャンバが第1段を含み、
第1ポートおよび第2ポートを備えた第2圧力調整チャンバと、
第2ロータと、
を備える第2段と、
前記第1段と前記第2段との間に軸方向に配置された隔壁と、
前記第1段の前記第2ポートを前記熱交換器に流体接続する第1通路と、
前記熱交換器を前記第2段の前記第1ポートに流体接続する第2通路と、
をさらに具備することを特徴とするシステム。 - 請求項33に記載のシステムにおいて、前記第1段が第1軸方向長さを有し、前記第2段が、前記第1軸方向長さとは異なる第2軸方向長さを有することを特徴とするシステム。
- 請求項33に記載のシステムにおいて、前記第1段の前記第1ポートおよび前記第2段の前記第1ポートが、右回りまたは左周りに円周方向にずれていることを特徴とするシステム。
- 請求項33に記載のシステムにおいて、前記熱交換器が、前記第1段と前記第2段との間に軸方向に配置されていることを特徴とするシステム。
- 請求項36に記載のシステムにおいて、複数の開口部を有する分配プレートであって、前記第1段チャンバハウジングと前記熱交換器との間に軸方向に配置されている分配プレートをさらに具備することを特徴とするシステム。
- 請求項32に記載のシステムにおいて、前記熱交換器が、前記チャンバハウジングと前記圧力容器との間に半径方向に配置されていることを特徴とするシステム。
- 請求項32に記載のシステムにおいて、前記熱交換器が相変化熱交換器を含むことを特徴とするシステム。
- 請求項32に記載のシステムにおいて、前記第1通路および前記第2通路のうちの少なくとも一方に結合されたコントローラであって、前記シャフトの回転方向を反転させることにより、前記第1モードでの動作と前記第2モードでの動作との間で前記ロータの向きを変えるように動作可能であるコントローラをさらに具備することを特徴とするシステム。
- 請求項32に記載のシステムにおいて、
前記熱交換器が、前記チャンバハウジングから外側に半径方向に配置されており、
前記第1ポートおよび前記第2ポートのうちの少なくとも一方が、(a)前記回転軸に略平行である前記チャンバハウジングの面に配置されおり、(b)前記チャンバと前記熱交換器との間に流体連通を提供することを特徴とするシステム。 - 第1ポートおよび第2ポートを備えた圧力調整チャンバを有するチャンバハウジングと、
前記第1ポートを介して前記チャンバと流体連通する第1通路と、
前記第2ポートを介して前記チャンバと流体連通する第2通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記圧力調整チャンバ内に配置されたロータであって、流れが、前記第2通路から前記チャンバを介して前記第1通路に提供される第1モードと、流れが、前記第1通路から前記チャンバを介して前記第2通路に提供される第2モードとで交互に動作可能であるロータと、
前記第1通路および前記第2通路のうちの少なくとも一方と流体連通し、前記圧力調整チャンバの外側に配置された熱交換器と、
内面および外面を有する圧力容器であって、前記チャンバハウジング、前記第1通路、前記第2通路および前記熱交換器を少なくとも部分的に包囲し、さらに、前記圧力容器の前記内面が、前記システムを流れる作動流体と接触するように配置される、圧力容器と、
前記第1通路および前記第2通路のうちの少なくとも一方に結合されたコントローラであって、前記シャフトの回転方向を反転させることにより、前記第1モードでの動作と前記第2モードでの動作との間で前記ロータの向きを変えるように動作可能であるコントローラと、
前記第1通路および前記第2通路と流体連通している流体貯蔵器であって、前記シャフトの前記回転方向が、前記貯蔵器と前記第1通路および前記第2通路との間の流体流を制御する、流体貯蔵器と、
を具備することを特徴とする回転容積型システム。 - 請求項42に記載のシステムにおいて、前記熱交換器が、前記チャンバハウジングと前記圧力容器との間に軸方向に配置されていることを特徴とするシステム。
- 請求項42に記載のシステムにおいて、
前記ロータが第1ロータを含み、前記圧力調整チャンバが第1圧力調整チャンバを含み、
前記第1ロータおよび前記圧力調整チャンバが第1段を含み、
前記システムが、
第1ポートおよび第2ポートを備えた第2圧力調整チャンバと、
第2ロータと、
を備える第2段と、
前記第1段と前記第2段との間に軸方向に配置された隔壁と、
前記第1段の前記第2ポートを前記熱交換器に流体接続する第1通路と、
前記熱交換器を前記第2段の前記第1ポートに流体接続する第2通路と、
をさらに具備し、
前記熱交換器が、前記第1段と前記第2段との間に軸方向に配置されていることを特徴とするシステム。 - 請求項42に記載のシステムにおいて、前記流体貯蔵器が、地質構造、水中貯蔵容器または高圧タンクを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項42に記載のシステムにおいて、前記シャフトに結合されたモータ、発電機、または一体とされたモータ/発電機のうちの少なくとも1つをさらに具備することを特徴とするシステム。
- 第1ポートおよび第2ポートを備えた圧力調整チャンバを有するチャンバハウジングと、
前記第1ポートを介して前記チャンバと流体連通する第1通路と、
前記第2ポートを介して前記チャンバと流体連通する第2通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記圧力調整チャンバ内に配置されるロータであって、
前記シャフトによって支持されるとともに前記シャフトに対して回転可能であり、
流れが、前記第2通路から前記チャンバを介して前記第1通路に提供される第1モードと、流れが、前記第1通路から前記チャンバを介して前記第2通路に提供される第2モードとで交互に動作可能である、ロータと、
を具備し、
前記ロータが1つまたは複数の内部空洞を備えることを特徴とする回転容積型システム。 - 請求項47に記載のシステムにおいて、個々のロータ空洞内に配置された充填材料をさらに具備することを特徴とするシステム。
- 請求項47に記載のシステムにおいて、前記ロータが溶接された板を備えることを特徴とするシステム。
- 請求項47に記載のシステムにおいて、
前記ロータがロータ枠を備え、
前記ロータがロータ体積を占有し、
前記ロータ枠が、前記ロータ体積の約5パーセント以下を占有することを特徴とするシステム。 - 請求項47に記載のシステムにおいて、前記内部空洞が、前記チャンバに流体を向かわせるように配置されたポートを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項47に記載のシステムにおいて、前記ロータ内に配置された補強構造をさらに具備することを特徴とするシステム。
- 回転容積型装置を動作させる方法において、
作動流体を、入力ポートを介して通路から回転チャンバに導入するステップと、
前記回転チャンバ内に複数のローブを備えたロータを支持するシャフトを回転させることにより、前記回転チャンバ内で前記作動流体を圧縮するかまたは膨張させるステップと、
ノズルを介して注入流体を前記回転チャンバ内に注入するステップと、
前記注入流体を燃焼することなく、前記注入流体と前記作動流体との間で熱を伝達するステップと、
出口ポートを介して、前記回転チャンバから前記作動流体および前記注入流体を吐出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項53に記載の方法において、前記注入流体を前記回転チャンバ内に注入するステップが、前記入力ポート、前記ロータの流体ポートまたは前記回転チャンバの流体ポートのうちの少なくとも1つを通して流体を注入することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項53に記載の方法において、前記回転チャンバから前記注入流体を抽出するステップが、前記チャンバから前記注入流体を除去することと、前記注入流体を熱貯蔵器に貯蔵することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項53に記載の方法において、前記注入流体を前記回転チャンバ内に注入するステップが、霧を注入することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項53に記載の方法において、
前記作動流体の温度、前記注入流体の温度、前記作動流体の圧力または前記作動流体の流量のうちの1つまたは複数を検知するステップと、
前記検知に基づいて、前記注入流体の体積、圧力、量または温度特性を調整するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 第1ポートおよび第2ポートを備えた圧力調整チャンバを有するチャンバハウジングと、
前記第1ポートを介して前記チャンバと流体連通する第1通路と、
前記第2ポートを介して前記チャンバと流体連通する第2通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記圧力調整チャンバ内に配置されたロータであって、前記シャフトによって支持されるとともに前記シャフトに対して回転可能であり、かつ、流れが、前記第2通路から前記チャンバを介して前記第1通路に提供される第1モードと、流れが、前記第1通路から前記チャンバを介して前記第2通路に提供される第2モードとで交互に動作可能である、ロータと、
前記チャンバハウジングの少なくとも一部、前記第1通路および前記第2通路の周囲に配置された断熱材と、
を具備することを特徴とする回転容積型システム。 - 請求項58に記載のシステムにおいて、前記断熱材がガラス繊維充填材を含むことを特徴とするシステム。
- 請求項58に記載のシステムにおいて、前記断熱材が空隙断熱材を含むことを特徴とするシステム。
- 請求項58に記載のシステムにおいて、前記断熱材によって少なくとも部分的に包囲された熱交換器をさらに具備することを特徴とするシステム。
- 請求項56に記載のシステムにおいて、内面および外面を有する圧力容器をさらに具備し、
前記圧力容器が、前記チャンバハウジング、前記第1通路および前記第2通路を少なくとも部分的に包囲し、
前記断熱材が、前記圧力容器の前記外面の少なくとも一部の周囲に配置されることを特徴とするシステム。 - 回転容積型装置を動作させる方法において、
第1通路から圧力調整チャンバに、前記第1通路と前記圧力調整チャンバとの間で弁を作動させることなく、第1ポートを介して第1体積の作動流体を導入するステップと、
前記チャンバ内でロータを、シャフトを中心に第1回転方向に回転させ、それにより前記チャンバ内で前記第1体積の作動流体を圧縮するステップであって、前記ロータが3つ以下のローブを有する、ステップと、
個々のロータローブを、前記チャンバハウジングの内壁と封止可能に係合させるステップと、
前記第1体積の作動流体を前記チャンバから第2ポートを介して第2通路に吐出するステップと、
前記第2通路から前記圧力調整チャンバに、前記第2通路と前記圧力調整チャンバとの間で弁を作動させることなく、前記第2ポートを介して第2体積の作動流体を導入するステップと、
前記チャンバ内で前記ロータを、前記第1方向とは反対の第2回転方向に回転させ、それにより前記チャンバ内で前記第2体積の作動流体を膨張させるステップと、
前記第2体積の作動流体を前記チャンバから前記第1ポートを介して前記第1通路に吐出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項63に記載の方法において、前記回転容積型装置の動作中に生成される熱を伝達するかまたは貯蔵するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項63に記載の方法において、個々のロータローブを前記内壁に封止可能に係合させるステップが、前記個々のローブによって支持される先端ローラを係合させることを含むことを特徴とする方法。
- 請求項63に記載の方法において、個々のロータローブを前記内壁に封止可能に係合させるステップが、前記個々のローブによって支持される先端広がり部を係合させることを含むことを特徴とする方法。
- 請求項63に記載の方法において、前記ロータが前記シャフトを中心に回転する際に、前記ロータを動的に係合させるように、可変形状シールを往復運動させるステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項63に記載の方法において、
前記第1体積の作動流体を、前記第1通路および前記第2通路と流体連通する流体貯蔵器に貯蔵するステップと、
前記第1通路および前記第2通路における圧力を制御することにより、前記ロータの前記回転方向の向きを変えるステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項63に記載の方法において、
エネルギー供給レベルに関する情報をコントローラに送出するステップと、
エネルギー需要レベルに関する情報を前記コントローラに送出するステップと、
前記コントローラを使用して、前記シャフトの前記回転方向を反転させる命令を実行するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項63に記載の方法において、前記第2体積の作動流体を加熱するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 第1ポートおよび第2ポートを備えた圧力調整チャンバを有するチャンバハウジングであって、半径方向直径、第1軸方向側面および第2軸方向側面を有するチャンバハウジングと、
前記第1ポートを介して前記チャンバと流体連通する第1通路と、
前記第2ポートを介して前記チャンバと流体連通する第2通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記シャフトによって支持されるとともに前記シャフトに対して回転可能であるロータと、
第1隔壁プレートおよび第2隔壁プレートであって、前記第1隔壁プレートが、前記チャンバハウジングの前記第1側面に軸方向に隣接して配置され、前記第2隔壁プレートが、前記チャンバハウジングの前記第2側壁に軸方向に隣接して配置される、第1隔壁プレートおよび第2隔壁プレートと、
前記第1隔壁プレートを前記第2隔壁プレートに固定する複数のコネクタと、
を具備することを特徴とする回転容積型システム。 - 請求項71に記載のシステムにおいて、
前記第1隔壁プレートが第1直径を有し、前記第2隔壁プレートが第2直径を有し、
前記第1隔壁直径および前記第2隔壁直径が、前記チャンバハウジング直径より大きいことを特徴とするシステム。 - 請求項71に記載のシステムにおいて、前記コネクタがボルトを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項71に記載のシステムにおいて、前記チャンバハウジング、前記第1通路および前記第2通路を包囲する外側ハウジングをさらに具備することを特徴とするシステム。
- 回転容積型装置を製造する方法において、
シート状の材料を円柱状外側ハウジングに成形するステップであって、前記外側ハウジングが、外側ハウジング直径、第1軸方向側面および第2軸方向側面を有する、ステップと、
前記外側ハウジング内で、チャンバハウジング、軸方向に位置合せされたシャフトおよびロータを入れ子にするステップと、
第1隔壁を、前記外側ハウジングの前記第1軸方向側面に隣接して、かつ第2隔壁を前記外側ハウジングの前記第2軸方向側面に隣接して、軸方向に配置するステップであって、前記第1隔壁が第1隔壁直径を有し、前記第2隔壁が第2隔壁直径を有し、前記第1隔壁直径および前記第2隔壁直径が前記外側ハウジング直径より大きい、ステップと、
前記第1隔壁を前記第2隔壁に複数の引張部材によって接続することにより、前記外側ハウジングを、前記第1隔壁と前記第2隔壁との間に固定するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項75に記載の方法において、シート状の材料を円柱状外側ハウジングに成形するステップが、前記シートを圧延し溶接して円柱形状にすることを含むことを特徴とする方法。
- 請求項75に記載の方法において、前記ロータ、前記シャフト、前記隔壁、前記チャンバハウジングまたは前記外側ハウジングのうちの少なくとも1つを、耐熱性、耐腐食性または耐摩擦性材料で少なくとも部分的にコーティングするステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項75に記載の方法において、前記第1隔壁または前記第2隔壁の少なくとも一方を前記外側ハウジングに溶接または封止するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項75に記載の方法において、前記外側ハウジング内に前記ロータを入れ子にするステップが、実質的に中空の内部を有するロータを入れ子にすることを含むことを特徴とする方法。
- 請求項75に記載の方法において、前記第1隔壁および前記第2隔壁を前記外側ハウジングに封止することにより流体密封圧力容器を形成するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 第1入力ポートおよび第1吐出ポートを備えた第1圧力調整チャンバを有する第1チャンバハウジングと、
前記第1入力ポートを介して前記第1チャンバと流体連通する第1低圧通路と、
前記第1吐出ポートを介して前記第1チャンバと流体連通する第1高圧通路であって、(a)前記第1チャンバと前記第1低圧通路との間および(b)前記第1チャンバと前記第1高圧通路との間の流れを制御するために弁が配置されていない、第1高圧通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能である第1シャフトと、
前記第1圧力調整チャンバ内で前記第1シャフトによって支持されるとともに前記第1シャフトに対して回転可能な第1多葉ロータと、
を有する回転式圧縮機と、
前記回転式圧縮機と流体連通する熱源と、
前記熱源と流体連通する回転式膨張機であって、
第2入力ポートおよび第2吐出ポートを備えた第2圧力調整チャンバを有する第2チャンバハウジングと、
前記第2入力ポートを介して前記第2チャンバと流体連通する第2高圧通路と、
前記第2吐出ポートを介して前記第2チャンバと流体連通する第2低圧通路であって、(a)前記第2チャンバと前記第2低圧通路との間および(b)前記第2チャンバと前記第2高圧通路との間の流れを制御するために弁が配置されていない、第2低圧通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能である第2シャフトと、
前記第2圧力調整チャンバ内で前記第2シャフトによって支持されるとともに前記第2シャフトに対して回転可能な第2多葉ロータと、
を有する回転式膨張機と、
を具備することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項81に記載のシステムにおいて、前記熱源が熱交換器であることを特徴とするシステム。
- 請求項82に記載のシステムにおいて、前記システム熱交換器が、相変化熱交換器、フィン付き管熱交換器またはガス−ガス熱交換器のうちの少なくとも1つであることを特徴とするシステム。
- 請求項81に記載のシステムにおいて、前記圧縮機または前記膨張機のうちの少なくとも一方と流体連通する流体分配器をさらに具備することを特徴とするシステム。
- 請求項81に記載のシステムにおいて、前記第1シャフトが共通シャフトの第1部分を含み、前記第2シャフトが前記共通シャフトの第2部分を含むことを特徴とするシステム。
- 第1入力ポートおよび第1吐出ポートを備えた第1圧力調整チャンバを有する第1チャンバハウジングと、
前記第1入力ポートを介して前記第1チャンバと流体連通する第1高圧通路と、
前記第1吐出ポートを介して前記第1チャンバと流体連通する第1低圧通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能であるシャフトと、
前記シャフトによって支持されるとともに前記シャフトに対して回転可能な第1多葉ロータと、
を備える回転式圧縮機であって、個々の第1ロータローブから円周方向に延在する第1先端広がり部か、または前記第1チャンバハウジング内の前記第1入力ポートと前記第1吐出ポートとの間に配置された第1可変形状シールのうちの少なくとも一方をさらに備える回転式圧縮機と、
前記回転式圧縮機と流体連通する熱源と、
前記熱源と流体連通し、
第2入力ポートおよび第2吐出ポートを備えた第2圧力調整チャンバを有する第2チャンバハウジングと、
前記第2入力ポートを介して前記第2チャンバと流体連通する第2低圧通路と、
前記第2吐出ポートを介して前記第2チャンバと流体連通する第2高圧通路と、
前記チャンバハウジング内に配置され、かつ前記チャンバハウジングに対して回転軸を中心に回転可能である第2シャフトと、
前記シャフトによって支持されるとともに前記シャフトに対して回転可能な第2多葉ロータと、
を備える回転式圧縮機であって、個々の第2ロータローブから円周方向に延在する第2先端広がり部か、または前記第2チャンバハウジング内の前記第2入力ポートと前記第2吐出ポートとの間に配置された第2可変形状シールのうちの少なくとも一方をさらに備える回転式膨張機と、
を具備することを特徴とするエンジンシステム。 - 請求項86に記載のシステムにおいて、前記熱源が熱交換器を含むことを特徴とするシステム。
- 請求項86に記載のシステムにおいて、前記熱源が燃焼器を含むことを特徴とするシステム。
- 請求項88に記載のシステムにおいて、前記燃焼器が、前記圧縮機と前記膨張機との間に軸方向に配置されていることを特徴とするシステム。
- 請求項86に記載のシステムにおいて、前記熱源が、前記回転式圧縮機および前記回転式膨張機の外側の熱源に結合された廃熱回収ユニットを含むことを特徴とするシステム。
- 請求項86に記載のシステムにおいて、前記第1ロータが2つ以下のローブを有し、前記第2ロータが2つ以下のローブを有することを特徴とするシステム。
- 請求項86に記載のシステムにおいて、前記第1シャフトが共通シャフトの第1部分を含み、前記第2シャフトが前記共通シャフトの第2部分を含むことを特徴とするシステム。
- 回転容積型装置を動作させる方法において、
第1通路から第1ポートを介して圧力調整チャンバに第1体積の作動流体を導入するステップと、
前記チャンバ内でロータを、シャフトを中心に第1回転方向に回転させ、それにより前記第1体積の作動流体を圧縮するステップであって、前記ロータが2つのローブを有する、ステップと、
個々のロータローブを、前記チャンバの内壁と封止可能に係合させるステップと、
前記第1体積の作動流体を前記チャンバから第2ポートを介して第2通路に吐出するステップと、
前記第2通路から前記第2ポートを介して前記圧力調整チャンバに第2体積の作動流体を導入するステップと、
前記チャンバ内で前記ロータを、前記第1方向とは反対の第2回転方向に回転させ、それにより前記第2体積の作動流体を膨張させるステップと、
前記第2体積の作動流体を前記チャンバから前記第1ポートを介して前記第1通路に吐出するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項93に記載の方法において、
前記第1通路から前記圧力調整チャンバに前記第1体積の作動流体を導入するステップが、前記第1通路と前記圧力調整チャンバとの間で弁を作動させることなく前記1体積の作動流体を導入することを含み、
前記第2通路から前記圧力調整チャンバに前記第2体積の作動流体を導入するステップが、前記第2通路と前記チャンバとの間で弁を作動させることなく前記第2体積を導入することを含むことを特徴とする方法。 - 請求項93に記載の方法において、個々のロータローブを前記内壁に封止可能に係合させるステップが、前記個々のローブによって支持される先端ローラを係合させることを含むことを特徴とする方法。
- 請求項93に記載の方法において、前記第1通路から前記圧力調整チャンバに前記第1体積の作動流体を導入するステップが、第1体積の作動流体を、可変形状シールによって少なくとも部分的に境界が画された前記チャンバの第1ゾーン内に導入することを含むことを特徴とする方法。
- 請求項93に記載の方法において、
前記圧力調整チャンバを複数のチャンバゾーンに分割するステップであって、少なくとも1つのチャンバゾーンが、可変形状シールによって少なくとも部分的に境界が画される、ステップと、
前記可変形状シールを、後退位置と、前記可変形状シールが前記圧力調整チャンバ内に半径方向に伸長する伸長位置との間で、回転ロータに接触することにより軸方向に往復運動させるステップ
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項93に記載の方法において、
エネルギー供給レベルに対応する第1情報をコントローラに送信するステップと、
エネルギー需要レベルに対応する第2情報を前記コントローラに送信するステップと、
前記第1情報および前記第2情報に少なくとも部分的に基づいて、前記シャフトの前記回転方向を反転させるコントローラベースの命令を実行するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 回転容積型装置を動作させる方法において、
第1通路から第1ポートを介して圧力調整チャンバに第1体積の作動流体を導入するステップと、
前記チャンバ内でロータを、シャフトを中心に第1回転方向に回転させ、それにより前記第1体積の作動流体を圧縮するステップと、
前記第1体積の作動流体を前記チャンバから第2ポートを介して第2通路に吐出するステップと、
前記第2通路から前記第2ポートを介して前記圧力調整チャンバに第2体積の作動流体を導入するステップと、
前記チャンバ内で前記ロータを、前記第1方向とは反対の第2回転方向に回転させ、それにより前記第2体積の作動流体を膨張させるステップと、
前記第2体積の作動流体を前記チャンバから前記第1ポートを介して前記第1通路に吐出するステップと、
前記第1体積の作動流体および前記第2体積の作動流体のうちの少なくとも一方を、熱交換器および前記圧力調整チャンバを少なくとも部分的に包囲する圧力容器内に向かわせるステップと、
前記圧力調整チャンバの外側にかつ前記圧力容器内に配置された前記熱交換器において、前記熱交換器内の熱交換器流体と、前記第1体積の作動流体および前記第2体積の作動流体のうちの少なくとも一方との間で、熱を伝達するステップと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項99に記載の方法において、前記回転容積型装置の動作中に生成される熱を貯蔵するステップをさらに含むことを特徴とする方法。
- 請求項99に記載の方法において、前記熱交換器流体と前記第1体積の作動流体および前記第2体積の作動流体のうちの少なくとも一方との間で熱を伝達するステップが、
前記第1体積の作動流体から前記熱交換器流体に熱を伝達することと、
前記熱交換器流体から前記第2体積の作動流体に熱を伝達することと、
を含むことを特徴とする方法。 - 請求項99に記載の方法において、圧力調整チャンバに第1体積の作動流体を導入するステップが、第1体積の作動流体を第1圧力調整チャンバに導入することを含み、ロータを回転させるステップが第1ロータを回転させることを含み、
前記第1体積の作動流体を前記第2通路から半径方向外側に前記熱交換器内に吐出するステップと、
前記熱交換器において前記第1体積の作動流体からの熱を前記熱交換器流体に伝達するステップと、
前記第1体積の作動流体を第2圧力調整チャンバに導入するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項99に記載の方法において、圧力調整チャンバに第1体積の作動流体を導入するステップが、第1体積の作動流体を第1圧力調整チャンバに導入することを含み、ロータを回転させるステップが第1ロータを回転させることを含み、
前記第1体積の作動流体を前記第2通路から軸方向に前記熱交換器内に吐出するステップと、
前記熱交換器において前記第1体積の作動流体からの熱を前記熱交換器流体に伝達するステップと、
前記第1体積の作動流体を第2圧力調整チャンバに導入するステップであって、前記第2圧力調整チャンバが、前記第1圧力調整チャンバおよび前記熱交換器と軸方向に位置合せされる、ステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。 - 請求項99に記載の方法において、
エネルギー供給レベルに対応する第1情報をコントローラに送信するステップと、
エネルギー需要レベルに対応する第2情報を前記コントローラに送信するステップと、
前記第1情報および前記第2情報に少なくとも部分的に基づいて、前記シャフトの前記回転方向を反転させるコントローラベースの命令を実行するステップと、
をさらに含むことを特徴とする方法。
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