JP2014515455A - 超音波圧縮機ロータおよび流体を圧縮する方法 - Google Patents

Abstract

超音波圧縮機ロータ。超音波圧縮機ロータは、略円筒形のディスク本体（５８）を含んでおり、これは、上流面（６８）、下流面（７０）、および上流面（６８）と下流面の間に概ね軸方向に延在する半径方向外側の面（６６）を含む。ディスク本体は、中心線軸（６２）を画定する。複数の静翼（５４）が、半径方向外側の面に結合される。隣接する静翼は、１つの組を形成し、隣接する静翼の各々の組の間に流れチャネル（８８）が画定されるように配向される。流れチャネルは、入り口開口（９０）と出口開口（９２）の間に概ね軸方向に延在する。少なくとも１つの超音波圧縮ランプ（１１２）が、流れチャネル内に位置決めされる。超音波圧縮ランプは、第１の位置（１５６）、第２の位置（１５８）およびそれらの間の任意の位置に選択式に位置決めされる。
【選択図】図２

Description

本明細書に記載される主題は一般に、超音波圧縮機ロータに関し、より詳細には流体を圧縮するために超音波圧縮機ロータを作動させる方法に関する。

少なくとも一部の既知の超音波圧縮機システムは、駆動組立体と、駆動シャフトと、流体を圧縮するための少なくとも１つの超音波圧縮機ロータとを含む。駆動組立体は、駆動シャフトによって超音波圧縮機ロータに結合され、駆動シャフトおよび超音波圧縮機ロータを回転させる。

既知の超音波圧縮機ロータは、ロータディスクに結合された複数のストレーキを含む。各々のストレーキは、ロータディスクの周りに円周方向に配向され、隣接するストレーキの間に軸方向の流れチャネルを画定する。少なくとも一部の既知の超音波圧縮機ロータは、ロータディスクに結合された固定超音波圧縮ランプを含む。既知の超音波圧縮ランプは、軸方向の流路内の固定位置に位置決めされ、この流路内に圧縮波を形成するように構成される。

既知の超音波圧縮機システムの作動中、駆動組立体は、超音波圧縮機ロータを高速の回転速度で回転させる。流体が、超音波圧縮機ロータへと運ばれ、流体は、流れチャネルにおいて超音波圧縮機ロータに対して超音波である速度によって特徴付けられる。既知の超音波圧縮機ロータでは、垂直衝撃波は、超音波圧縮機ランプの上流に形成され得る。流体が垂直衝撃波を通過する際、この流体の速度は、超音波圧縮機ロータに対して音速以下になるまで低下する。垂直衝撃波を通る流体の速度が低下する際、流体エネルギーもまた低下する。流れチャネルを通る流体エネルギーの低下により、既知の超音波圧縮機システムの作動効率が低下する可能性がある。既知の超音波圧縮機システムは、例えば２００５年３月２８日におよび２００５年３月２３日にそれぞれ出願された、米国特許第７，３３４，９９０号および７，２９３，９５５号、ならびに２００９年１月２６日に出願された米国特許出願第２００９／０１９６７３１号に記載される。

国際公開第９８／２７３３０号 米国特許第７，３３４，９９０号明細書 米国特許出願第２００９／０１９６７３１号明細書

一態様において、超音波圧縮機ロータが提供される。超音波圧縮機ロータは、略円筒形のディスク本体を含んでおり、これは、上流面、下流面、および上流面と下流面の間に概ね軸方向に延在する半径方向外側の面を含む。ディスク本体は中心線軸を画定する。複数の静翼が半径方向外側の面に結合される。隣接する静翼は、１つの組を形成し、隣接する静翼の各々の組の間に流れチャネルが画定されるように配向される。流れチャネルは、入り口開口と出口開口の間に概ね軸方向に延在する。少なくとも１つの超音波圧縮ランプが、流れチャネル内に位置決めされる。超音波圧縮ランプは、第１の位置、第２の位置およびそれらの間の任意の位置に選択式に位置決めすることが可能である。

別の態様では、超音波圧縮機システムが提供される。超音波圧縮機システムは、流体入り口と流体出口の間に延在するキャビティを画定する内側の面を含むケーシングを含んでいる。駆動シャフトがケーシング内に位置決めされる。駆動シャフトは、駆動組立体に回転可能に結合される。超音波圧縮機ロータが、駆動シャフトに結合される。超音波圧縮機ロータが、流体入り口と流体出口の間に位置決めされることで、流体を流体入り口から流体出口に運ぶ。超音波圧縮機ロータは、略円筒形のディスク本体を含んでおり、これは、上流面、下流面、および上流面と下流面の間に概ね軸方向に延在する半径方向外側の面を含む。ディスク本体は中心線軸を画定する。複数の静翼が、半径方向外側の面に結合される。隣接する静翼は、１つの組を形成し、隣接する静翼の各々の組の間に流れチャネルが画定されるように配向される。流れチャネルは、入り口開口と出口開口の間に概ね軸方向に延在する。少なくとも１つの超音波圧縮ランプが、流れチャネル内に位置決めされる。超音波圧縮ランプは、第１の位置、第２の位置およびそれらの間の任意の位置に選択式に位置決めすることが可能である。

さらに別の態様では、本発明は、本発明によって提供される超音波圧縮機ロータを利用する超音波圧縮機を使用して流体を圧縮する方法を提供する。方法は、（ａ）圧縮すべき流体を回転する超音波圧縮機ロータの入り口開口に取り込むステップであって、該超音波圧縮機ロータが、（ｉ）上流面、下流面、および上流面と下流面の間に概ね軸方向に延在する半径方向外側の面を有し、中心軸を画定する略円筒形のディスク本体と、（ｉｉ）半径方向外側の面に結合された複数の静翼であって、隣接する該静翼が１つの組を形成し、隣接する静翼の該組の間に流れチャネルが画定されるように配向され、該流れチャネルが、入り口開口と出口開口の間に概ね軸方向に延在する複数の静翼と、（ｉｉｉ）該流れチャネル内に位置決めされ、第１の位置、第２の位置およびそれらの間の任意の位置に選択式に位置決めすることが可能な少なくとも１つの超音波圧縮ランプとを備えるステップと、（ｂ）超音波圧縮機ランプの後縁によって画定されるスロート領域の下流に垂直衝撃波が形成されるまで、超音波圧縮機ランプが第１の位置に位置決めされた状態で超音波圧縮機ロータを作動させるステップと、（ｃ）超音波圧縮機ランプを第２の位置に位置決めするステップであって、該第２の位置が、第１の位置の対応する最小断面積より小さい最小断面積によって特徴付けられるステップと、（ｄ）超音波圧縮機ロータを超音波圧縮機ランプが第２の位置に位置決めされた状態で作動させ、圧縮流体を生成するステップとを含む。

本発明のこれらのおよび他の特徴、態様および利点は、以下の詳細な記載を添付の図面を参照して読むことでより適切に理解されると思われ、この図面では、同様の符号は、図面を通して同様の部品を表している。

一例の超音波圧縮機システムの概略図である。 図１に示される超音波圧縮機システムと共に利用することができる一例の超音波圧縮機ロータの斜視図である。 断面ライン３−３に沿った図２に示される超音波圧縮機ロータの一部の拡大した頂部図である。 断面ライン４−４に沿った図２に示される超音波圧縮機ロータの横断面図であり、第１の位置に示される超音波圧縮機ランプを含んでいる。 図４に示される超音波圧縮機ロータの横断面図であり、第２の位置に示される超音波圧縮機ランプを含んでいる。 図１の超音波圧縮機システムと共に使用するのに適した一例の制御システムのブロック図である。 図１に示される超音波圧縮機システムを作動させる一例の方法を示すフローチャートである。

そうでないことが指摘されていなければ、本明細書に提供される図面は、本発明の重要な発明性のある特徴を例示することを意図している。このような重要な発明性のある特徴は、本発明の１つまたは複数の実施形態を有する広範な種類のシステムに適用可能であると考えられる。したがって図面は、当業者に知られる本発明を実施するのに必要とされる全ての従来の特徴を含めることは意図されていない。

以下の明細書および特許請求の範囲（これは以下に続く）において、いくつかの用語が言及されるが、これらは以下の意味を有するものと定義すべきである。

単数形「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」は、文脈がそうでないことを明確に指示していなければ、複数の指示対象を含んでいる。

「任意選択の」または「任意選択で」は、その後に記載される事象または状況が、起る場合、あるいは起らない場合を意味しており、その記載は、その事象が起る例と、起らない例を含んでいる。

概算する言葉は、本明細書および特許請求の範囲を通してここで使用されるように、それが関連する基本的な機能において変化が生じることなく、許容範囲内で変動することが可能な任意の量的な表現を変更する目的で適用されてよい。したがって１つまたは複数の用語、例えば「約」および「概ね」などによって変更された値は、特定される正確な値に限定されるべきではない。少なくとも一部の例では、概算する言葉は、その値を測定するための計器の精度に対応する場合がある。ここで、および本明細書および特許請求の範囲を通して、範囲の制限は、組み合わせる／相互に入れ替えることが可能であり、そのような範囲は特定されており、文脈または言葉がそうでないことを指摘していなければ、そこに含まれる全ての副次的な範囲を含んでいる。

本明細書で使用されるように、用語「超音波圧縮機ロータ」は、超音波圧縮機ロータの流体流れチャネル内に配置された超音波圧縮ランプを備える圧縮機ロータを指している。超音波圧縮機ロータは、「超音波」であるべきと言われており、これはそれらが、高速で回転軸の周りを回転するように設計されており、そのためロータの流れチャネル内に配置された超音波圧縮ランプにおいて回転する超音波圧縮機ロータに衝突する移動流体、例えば移動ガスは、超音波である相対的な流体速度を有すると言われる。相対的な流体速度は、超音波圧縮ランプにおけるロータの速度と、超音波圧縮ランプに衝突する直前の流体速度のベクトルの和の観点から見て定義することができる。この相対的な流体速度は時折、「局所的な超音波流入速度」と呼ばれ、これは特定の実施形態において、入り口ガス速度と、超音波圧縮機ロータの流れチャネル内に配置された超音波圧縮ランプの接線方向の速度とを組み合わせたものである。超音波圧縮機ロータは、極めて高速の接線方向の速度で有用であるように設計されており、これは、例えば３００メートル／秒から８００メートル／秒の範囲内の接線方向速度などである。

本明細書に記載される例示のシステムおよび方法は、始動モードにおいて超音波圧縮機ロータの流れチャネル内の第１の位置で形成された垂直衝撃波が、流れチャネル内の第２の位置に進むのを容易にする超音波圧縮機ロータを提供することによって、既知の超音波圧縮機組立体の欠点を克服するものであり、この垂直衝撃波は、第１の位置から第２の位置へその移行時に流れチャネルの最小断面積を通過する。その後、本発明によって提供される超音波圧縮機ロータは、圧縮モード作動時に、より大きな作動効率を提供する。本明細書に記載される超音波圧縮機ロータは、超音波圧縮ランプを含んでおり、これは、第１の位置と第２の位置の間で選択式に位置決めすることが可能であり、流れチャネルの最小断面積（時には本明細書ではスロート領域と呼ばれる）の大きさを調節する。最小断面積の大きさを調整することによって、超音波圧縮機ロータは、固定式の超音波圧縮機ランプ（すなわち超音波圧縮機ランプを流れチャネル内の第１の位置、流れチャネル内の第２の位置またはそれらの間の任意の位置に位置決めすることができない）を備える超音波圧縮機ロータと比べて効率的に作動させることができる。

図１は、一例の超音波圧縮機システム１０の概略図である。この例示の実施形態では、超音波圧縮機システム１０は、吸気セクション１２と、吸気セクションから下流に結合された圧縮機セクション１４と、圧縮機セクション１４から下流に結合された排気セクション１６と、駆動組立体１８とを含む。圧縮機セクション１４は、ロータ組立体２０によって駆動組立体１８に結合され、このロータ組立体は、第１の超音波圧縮機ロータ４４を駆動するように構成された内側駆動シャフト２２と、第２の超音波圧縮機ロータを駆動するように構成された外側駆動シャフト２３とを含む。制御システム２４が、圧縮機セクション１４および駆動組立体１８と作動可能に通信するように結合されることで、圧縮機セクション１４および駆動組立体１８の動作を制御する。例示の実施形態では、吸気セクション１２、圧縮機セクション１４および排気セクション１６はそれぞれ、圧縮機筐体２６内に位置決めされる。より具体的には、圧縮機筐体２６は、流体入り口２８と、流体出口３０と、キャビティ３４を画定する内側の面３２とを含む、キャビティ３４は、流体入り口２８と流体出口３０の間に延在し、流体を流体入り口２８から流体出口３０に運ぶように構成されている。吸気セクション１２、圧縮機セクション１４および排気セクション１６はそれぞれ、キャビティ３４内に位置決めされる。あるいは吸気セクション１２および／または排気セクション１６は、圧縮機筐体２６の中に位置決めされない場合もある。

作動中、超音波圧縮機システム１０は、吸気セクション１２、圧縮機セクション１４、排気セクション１６および駆動組立体１８の様々な状態を検知するいくつかのセンサ３６によって監視される。センサ３６には、ガスセンサ、温度センサ、流量センサ、速度センサ、圧力センサおよび／または超音波圧縮機システム１０の作動に関連する様々なパラメータを感知する任意の他のセンサが含まれてよい。本明細書で使用されるように、用語「パラメータ」は、その値を利用して超音波圧縮機システム１０の作動条件を規定することができる物理的な特性を指しており、例えば特定の場所における温度、圧力およびガス流などである。

一例の実施形態では、流体入り口２８は、流体の流れを流体源３８から吸気セクション１２に運ぶように構成されている。流体は、いかなる流体でもよく、例えば液体、ガス、ガス混合物および／または液体とガスの混合物であってよい。吸気セクション１２は、流体を流体入り口２８から圧縮機セクション１４に運ぶために、圧縮機セクション１４と流れ連通するように結合される。吸気セクション１２は、１つまたは複数の所定のパラメータ、例えば速度、質量流量、圧力、温度および／または任意の好適な流量パラメータなどを有する流体流れを調節するように構成されている。例示の実施形態では、吸気セクション１２は、流体を流体入り口２８から圧縮機セクション１４に運ぶために、流体入り口２８と圧縮機セクション１４の間に結合された入り口ガイドベーン組立体４０を含む。入り口ガイドベーン組立体４０は、１つまたは複数の固定入り口ガイドベーン４２を含んでおり、これは圧縮機筐体２６に結合されてよく、圧縮機セクション１４に対して固定されている。

圧縮機セクション１４は、流体の少なくとも一部を吸気セクション１２から排気セクション１６に運ぶために、吸気セクション１２と排気セクション１６の間に結合される。一般に圧縮機セクション１４は、駆動シャフト２２に回転可能に結合された少なくとも１つの超音波圧縮機ロータ４４を含んでいる。超音波圧縮機ロータ４４は、排気セクション１６へと運ばれる流体の圧力を増大させる、流体の体積を減少させるおよび／または流体の温度を上昇させるように構成されている。例示の実施形態では、圧縮機セクション１４は、少なくとも１つの圧力センサ４６を含んでおり、これは超音波圧縮機ロータ４４を介して運ばれる流体の圧力を感知し、流体圧力を示す信号を制御システム２４に送るように構成されている。

排気セクション１６は、固定出口ガイドベーン４２を備える出口ガイドベーン組立体４８を含んでおり、この固定出口ガイドベーンは、流体を超音波圧縮機ロータ４４から流体出口３０に運ぶために超音波圧縮機ロータ４４と流体出口３０の間に配置されている。流体出口３０は、流体を出口ガイドベーン組立体４８および／または超音波圧縮機ロータ４４から、例えばタービンエンジンシステム、流体処理システムおよび／または流体貯蔵システムなどの出力システム５０に運ぶように構成されている。駆動組立体１８は、駆動シャフト２２を回転させて、超音波圧縮機ロータ４４を回転させるように構成されている。図１に示される例示の実施形態において、超音波圧縮機システム１０は、一組の反対に回転する超音波圧縮機ロータ４４を備える。駆動組立体２０は、２つの超音波圧縮機ロータ４４のそれぞれに動力を与え、これらのロータは、反対方向に回転するように構成された一部が同軸の駆動シャフト２２および２３（図１に示される同軸）の組の一方に独立して結合される。例示の実施形態では、圧縮機セクション１４は、超音波圧縮機ロータ４４に結合された少なくとも１つの速度センサ５２を含む。速度センサ５２は、超音波圧縮機ロータ４４の回転速度を感知し、この回転速度を示す信号を制御システム２４に送信するように構成されている。

作動中、吸気セクション１２は、流体を流体源３８から圧縮機セクション１４に向けて運ぶ。圧縮機セクション１４は、流体を圧縮し、圧縮された流体を排気セクション１６に向けて吐出する。排気セクション１６は、圧縮された流体を圧縮機セクション１４から流体出口３０を介して出力システム５０へと運ぶ。

図２は、一例の超音波圧縮機ロータ４４の斜視図である。図３は、図２に示される断面ライン３−３に沿って切り取られた超音波圧縮機ロータ４４の断面図である。図４は、図２に示される断面ライン４−４に沿って切り取られた超音波圧縮機ロータ４４の一部の横断面図である。図５は、図２に示される断面ライン４−４に沿って切り取られた超音波圧縮機ロータ４４の一部の横断面図である。図３〜５に示される同一の構成要素は、図２で使用される同様の参照番号によって表示される。例示の実施形態では、超音波圧縮機ロータ４４は、ロータディスク５６に結合された複数の静翼５４を含む。ロータディスク５６は、環状のディスク本体５８を含み、これは、中心線軸６２に沿ってディスク本体５８を概ね軸方向に貫通して延在する内側の円筒形のキャビティ６０を画定する。ディスク本体５８は、半径方向内側の面６４と、半径方向外側の面６６とを含む。半径方向内側の面６４は、内側の円筒形のキャビティ６０を画定する。内側の円筒形のキャビティ６０は、略円筒形の形状を有し、中心線軸６２を囲むように配向される。内側の円筒形のキャビティ６０は、そこを貫通する駆動シャフト２２または２３（図１に示される）を収容するようにサイズが決められる。ロータディスク５６はまた、上流面６８と、下流面７０とを含む。上流面６８と下流面７０はそれぞれ、半径方向内側の面６４と半径方向外側の面６６の間に、中心線軸６２に概ね直交する半径方向７２に延在している。上流面６８および下流面７０はそれぞれ、半径方向内側の面６４と半径方向外側の面６６の間に画定された半径方向の幅７４を含む。半径方向外側の面６６は、上流面６８と下流面７０の間に結合され、上流面６８と下流面７０の間に、中心線軸６２に概ね平行な軸方向７８に画定された軸方向の距離７６（図３）を含む。

例示の実施形態では、各々の静翼５４は、半径方向外側の面６６に結合され、半径方向外側の面６６から外向きに延在する。各々の静翼５４は、らせん形状でロータディスク５６の周りに円周方向に延在する。各々の静翼５４は、入り口縁部８０と、出口縁部８２と、入り口縁部８０と出口縁部８２の間に延在する側壁８４とを含む。入り口縁部８０は、上流面６８に隣接して位置決めされる。出口縁部８２は、下流面７０に隣接して位置決めされる。例示の実施形態では、隣接する静翼５４は、静翼５４の組８６を形成する（図２）。各々の組８６は、隣接する静翼５４の間に流れチャネル８８を画定するように配向される。流れチャネル８８は、入り口開口９０と出口開口９２の間に延在し、矢印９４によって表される流路を画定しており、この流路は入り口開口９０から出口開口９２まで延びている。流路９４は、隣接する静翼５４および半径方向外側の面６６にほぼ平行になるように配向される。流路９４は、入り口開口９０から出口開口９２まで半径方向外側の面６６に沿って軸方向７８に画定される。流れチャネル８８は、流体を入り口開口９０から出口開口９２まで軸方向７８に流路９４に沿って運ぶように大きさが決められ、成形され配向される。入り口開口９０は、入り口縁部８０と隣接する側壁８４の間に画定される。出口開口９２は、出口縁部８２と隣接する側壁８４の間に画定される。各々の側壁８４は、半径方向７２に半径方向外側の面６６から外向きに延びている。側壁８４は、外側の面９６と、対向する内側の面９８とを含む。側壁８４は、外側の面９６と内側の面９８の間に延在することで、流れチャネル８８の半径方向の高さ１００を画定する。各々の静翼５４は、隣接する静翼５４から軸方向に離間されるため、流れチャネル８８は、概ね軸方向７８に入り口開口９０と出口開口９２の間に配向される。流れチャネル８８は、隣接する側壁８４の間に画定される幅１０６を含んでおり、このような幅１０６は、流路９４に直交するように画定される。

図４を参照すると、例示の実施形態では、シュラウド組立体１０８が、半径方向外側の面６６の周りに円周方向に延在するため、シュラウド組立体１０８と半径方向外側の面６６の間に流れチャネル８８が画定される。シュラウド組立体１０８は、１つまたは複数のシュラウドプレート１１０を含む。各々のシュラウドプレート１１０は、各々の静翼５４の外側の面９６（図２）に結合される。あるいは超音波圧縮機ロータ４４は、シュラウド組立体１０８を含まない。そのような実施形態では、ダイアフラム組立体（図示せず）が、各々の静翼５４の外側の面９６に隣接して位置決めされ得ることで、ダイアフラム組立体が、流れチャネル８８の少なくとも一部を画定する。一実施形態において、圧縮機筐体の内側の面３２は（静翼５４、半径方向外側の面６６および超音波圧縮機ランプ１１２と協働して）、流れチャネル８８を画定するように働き、この場合、超音波圧縮機ロータは、静翼５４の外側の面９６と内側の面３２の間の距離が最小になるように構成される。当業者は、この分野で認められた技術を使用して、移動面と固定面の間のこのような密接な許容公差を達成することができることを認識するであろう。

例示の実施形態では、少なくとも１つの超音波圧縮ランプ１１２が、ロータディスク５６に結合され、流れチャネル８８内に位置決めされる。超音波圧縮ランプ１１２は、入り口開口９０と出口開口９２の間に位置決めされ、１つまたは複数の圧縮波を流れチャネル８８内に形成することができるように大きさが決められ、成形され配向される。超音波圧縮機ロータ４４の作動中、吸気セクション１２（図１に示される）は、流体１１６を流れチャネル８８の入り口開口９０に向けて運ぶ。流体１１６は、入り口開口９０に入る直前までは第１の速度、すなわち接近速度を含んでいる。駆動組立体１８（図１に示される）が、第２の速度、すなわち回転速度で超音波圧縮機ロータ４４を中心線軸６２の周りで回転させるため（矢印１１８によって表される）、流れチャネル８８に進入する流体１１６は、第３の速度、すなわち静翼５４に対して超音波である入り口開口９０における入り口速度を有する。流体１１６が超音波圧縮ランプ１１２に接触する際、流れチャネル８８内に圧縮波が形成される、流体１１６を圧縮し易くし、流体の圧力を上げ、流体の温度を上昇させ、および／または流体の体積を縮小する。

例示の実施形態では、流れチャネル８８は、流路９４に沿って変化する断面積１２０（図３）を含む。流れチャネル８８の断面積１２０は、流路９４に直交するように画定され、流れチャネル８８の幅１０６に流れチャネル８８の高さ１００を掛けたものに等しい。流れチャネル８８は、第１の領域、すなわち入り口開口９０における入り口断面積１２２と、第２の領域、すなわち出口開口９２における出口断面積１２４と、第３の領域、すなわち入り口開口９０と出口開口９２の間に画定される最小断面積１２６とを含む。例示の実施形態では、最小断面積１２６は、入り口断面積１２２および出口断面積１２４よりも小さい。

例示の実施形態では、超音波圧縮ランプ１１２は、ロータディスク５６に結合され、一部がロータディスク５６内に配置され、一部が流れチャネル８８内に配置される。したがって半径方向外側の面６６は、少なくとも１つの穿孔を画定し、そこを通って超音波圧縮ランプ１１２が流れチャネル８８内に延在している。超音波圧縮ランプ１１２は、流れチャネル８８のスロート領域１２８を画定する。スロート領域１２８は、流れチャネル８８の最小断面積１２６を画定する。超音波圧縮ランプ１１２は、圧縮面１３０と、分岐面１３２とを含む。圧縮面１３０は、隣接する静翼５４の間に軸方向に延在し、入り口開口９０と出口開口９２の間に画定された流れチャネル８８の一部に沿って延在している。圧縮面１３０は、第１の縁部、すなわち前縁１３４と、第２の縁部、すなわち後縁１３６とを含む。前縁１３４は、後縁１３６よりも入り口開口９０に近づけて位置決めされる。圧縮面１３０は、前縁１３４と後縁１３６の間で流れチャネル８８内に延在し、半径方向外側の面６６から後縁１３６およびシュラウド組立体１０８に向かって斜角１３８で配向される。後縁１３６は、半径方向外側の面６６から半径方向１６０（図４）に流れチャネル８８内に延在している。圧縮面１３０は、シュラウド組立体１０８に向かって集束するため、前縁１３４と後縁１３６の間に圧縮領域１４２が画定される。圧縮領域１４２は、流れチャネル８８の集束する断面積１４４を含み、これは前縁１３４から後縁１３６まで流路９４に沿って縮小する。圧縮面１３０の後縁１３６は（側壁８４およびシュラウド組立体１０８と協働して）、スロート領域１２８を画定する。

分岐面１３２は、圧縮面１３０に結合され、圧縮面１３０から出口開口９２に向かって下流に延びている。分岐面１３２は、第１の端部１４６と、第１の端部１４６よりも出口開口９２に近い第２の端部１４８とを含む。分岐面１３２の第１の端部１４６は、圧縮面１３０の後縁１３６に結合される。分岐面１３２は、第１の端部１４６と第２の端部１４８の間に延在し、半径方向外側の面６６から圧縮面１３０の後縁１３６に向かって斜角１５０（図５）で配向される。分岐面１３２は、分岐する断面積１５４（図４）を含む分岐領域１５２を画定し、この分岐断面積１５４は、圧縮面１３０の後縁１３６から出口開口９２へと拡大する。分岐領域１５２は、スロート領域１２８から出口開口９２に向かって延在する。

例示の実施形態では、超音波圧縮ランプ１１２は、第１の位置１５６（図４）と、第２の位置１５８（図５）の間に選択式に位置決めすることが可能である。第１の位置１５６では、超音波圧縮ランプ１１２は、流れチャネル８８内に第１の半径方向の距離１６０だけ延在し、この距離は半径方向外側の面６６と、後縁１３６の間に画定される。さらに第１の位置１５６では、後縁１３６は、第１の最小断面積１２６を有するスロート領域１２８を画定し、図４に示される実施形態では最小断面積１６２と呼ばれる。第２の位置１５８（図５）では、超音波圧縮ランプ１１２は、半径方向外側の面６６から後縁１３６へと流れチャネル８８内に第２の半径方向の距離１６４だけ延在している。第２の半径方向の距離１６４は、第１の半径方向の距離１６０より大きいため、後縁１３６は、第１の最小断面積１６２（１２６）より小さい第２の最小断面積１６６（１２６）を有するスロート領域１２８を画定する。

例示の実施形態では、超音波圧縮機ロータ４４は、アクチュエータ組立体１６８を含んでおり、これは超音波圧縮ランプ１１２を第１の位置１５６と第２の位置１５８の間で半径方向外側の面６６に対して移動させるために、超音波圧縮ランプ１１２に作動可能に結合される。アクチュエータ組立体１６８の動作を制御し、超音波圧縮ランプ１１２を第１の位置１５６と第２の位置１５８の間で移動させるために、制御システム２４が、アクチュエータ組立体１６８と動作可能に通信するように結合される。

例示の実施形態では、超音波圧縮機ロータ４４は、第１のモード、すなわち始動モードと、第２のモード、すなわち圧縮モードで選択式に作動するように構成される。本明細書で使用されるように、用語「始動モード」は、特定の作動モードを指しており、ここでは、超音波圧縮機ロータの速度は、最初のうちは、スロート領域１２８の下流に垂直衝撃波１７０を成立させるには不十分である。始動モードでは、超音波圧縮ランプ１１２は、スロート領域の上流で成立した垂直衝撃波１７０が、スロート領域の下流の位置に進み易くするように流れチャネル８８内に位置決めされる。例えば超音波圧縮機ランプは、垂直衝撃波１７０が、スロート領域１２８から上流にあり入り口開口９０とスロート領域１２８の間にある流れチャネル８８内の第１の地点１７２（図４）から、スロート領域１２８の下流にある第２の地点１７４（図５）に進み易くすることができる。垂直衝撃波１７０は、流路９４に対して直交するように配向され、流路９４を横切るように延在している。本明細書で使用されるように、用語「圧縮モード」は、特定の作動モードを指しており、ここではロータの速度は、垂直衝撃波をスロート領域の下流に成立させるのに十分であり、超音波圧縮機の定常状態の作動を含んでいる。超音波圧縮機ロータは、非定常状況においても同様に圧縮モードで作動される場合もあることに留意すべきであり、これは、例えば１つまたは複数の作動パラメータ（例えば温度、流体の組成）が作動中に継続して変動する場合などである。

一実施形態では、超音波圧縮機ロータ４４が始動モードで作動する際、超音波圧縮ランプ１１２は、第１の位置１５６（図４）にある。始動モードにおいて、流体１１６が、超音波圧縮機ロータ４４の流れチャネル８８に進入し、この場合超音波圧縮機ランプ１１２は第１の位置に１５６にあり、そのモードでは垂直衝撃波１７０は、スロート領域１２８の上流に発生する。超音波圧縮機ロータの速度が上昇する際、垂直衝撃波１７０は、流路９４に沿って下流に移動し、スロート領域１２８の下流に成立するようになり、超音波圧縮機ロータ４４は、始動モードから圧縮モードに移行する。スロート領域を通る垂直衝撃波の通過は、第１の位置１５６（図４）に関連する相対的に大きなスロート領域断面積によって容易になることに留意されたい。圧縮モードがひとたび確立されると、超音波圧縮機ロータは、スロート領域の断面積１２６をさらに縮小することによって（流路８８の最小断面積）、より効率的に作動させることができる。このために、超音波圧縮ランプ１１２は、第１の位置１５６から第２の位置１５８（図５）に移動されてよい。超音波圧縮ランプ１１２が第１の位置１５６から第２の位置１５８に移動する際、スロート領域１２８の最小断面積１２６は、第１の最小断面積１６２（１２６）から第２の最小断面積１６６（１２６）へと縮小する。流れチャネル８８の最小断面積１２６が適切な断面積１６６（これは、当業者によって確定されたシミュレーションである、または実験により確定され得る）に縮小する際、超音波圧縮機ロータは、より効率的に作動させることができる。

一実施形態において、圧縮モードにおいて、超音波圧縮ランプ１１２は、第１の位置１５６と第２の位置１５８の間に選択的に位置決めされることで、特定の体系１７６の圧縮波（図５）を流れチャネル８８内に形成させる。体系１７６には、第１の傾斜した衝撃波１７８と、第２の傾斜した衝撃波１８０が含まれる。第１の傾斜衝撃波１７８は、流体１１６が超音波圧縮ランプ１１２の前縁１３４にぶつかったときに形成され、圧縮領域１４２と通り抜けるように向けられる。圧縮面１３０によって、第１の傾斜衝撃波１７８が圧縮面１３０の前縁１３４に形成される。第１の傾斜衝撃波１７８は、前縁１３４からシュラウドプレート１１０まで流路９４を横切るように延在し、流路９４に対して斜角で配向される。第１の傾斜衝撃波１７８は、シュラウドプレート１１０に接触し、流路９４に対して斜角でシュラウドプレート１１０から圧縮面１３０の後縁１３６に向けて反射される第２の傾斜衝撃波１８０を形成する。超音波圧縮ランプ１１２は、第１の傾斜衝撃波１７８および第２の傾斜衝撃波１８０各々を圧縮領域１４２内に形成させるように構成されている。当業者に認識されるように、傾斜衝撃波１７８および１８０それぞれを通り抜ける流体流れは、超音波であり、流体が通常の衝撃波１７０（図５）にぶつかり、これを通過するまで、超音波のままである。

流体１１６が、圧縮領域１４２を通過する際、流体は第１の傾斜衝撃波１７８および第２の傾斜衝撃波１８０それぞれを通過するため、流体の速度は低下する（但し、指摘されるように超音波のままである）。これに加えて、流体１１６の圧力は増大し、流体１１６の体積は減少する。流体１１６がスロート領域１２８を通過する際、流体１１６の速度は、スロート領域１２８の下流で垂直衝撃波１７０まで上昇する。流体が垂直衝撃波１７０を通過する際、流体１１６の速度は、ロータディスク５６に対して音速以下の速度まで低下する。

例示の実施形態では、ロータディスク５６は、ディスクキャビティ１８４（図２）を画定している。アクチュエータ組立体１６８が、ディスク空間１８４内に位置決めされ、環状ディスク本体５８の内側の面１８２（図２）またはディスクキャビティ１８４を画定する任意の他の好適な面に結合されてよい。例示の実施形態において、アクチュエータ組立体１６８は、油圧ピストン式の機構であり、油圧ポンプ組立体１８６と、油圧シリンダ１８８と、油圧ピストン１９０とを含んでいる。油圧ポンプ組立体１８６は、油圧シリンダ１８８内に含まれる油圧流体の圧力を調節する目的で、油圧シリンダ１８８と流れ連通するように結合される。油圧ピストン１９０は、油圧シリンダ１８８内に位置決めされ、油圧シリンダ１８８に対して移動するように構成される。付勢機構１９２が油圧ピストン１９０および油圧シリンダ１８８に結合され、油圧ピストン１９０を中心線軸６２に向かって半径方向内向きに付勢する。油圧ピストン１９０は、超音波圧縮ランプ１１２に結合され、超音波圧縮ランプ１１２を第１の位置１５６から第２の位置１５８に、および第２の位置１５８から第１の位置１５６に移動される。例示の実施形態において、アクチュエータ組立体１６８は、超音波圧縮ランプ１１２を第１の位置１５６、第２の位置１５８、および第１の位置１５６と第２の位置１５８の間のいずれかの位置に選択的に位置決めするように構成される。

例示の実施形態において、油圧ポンプ組立体１８６の作動を制御するために、制御システム２４が、油圧ポンプ組立体１８６と作動可能に連通するように結合される。作動中、油圧ポンプ組立体１８６は、油圧シリンダ１８８内の油圧を増大させ、油圧ピストン１９０を半径方向７２に沿って半径方向外側の面６６に向けて移動させる。油圧が増大する際、油圧ピストン１９０によって超音波圧縮ランプ１１２を第１の位置１５６から第２の位置１５８へと移動させる。油圧シリンダ内で油圧が低下する際、付勢機構１９２が、油圧ピストンを半径方向内向きに移動させ、この油圧ピストンにより、超音波圧縮ランプを第２の位置１５８から第１の位置１５６へと移動させる。図４および図５に示される実施形態では、超音波圧縮機ランプ１１２は、位置１５６から半径方向外向きに移動し、位置１５８に達するようにわずかに回転するが、該半径方向外向きの移動および該回転動作は、アクチュエータ組立体１６８によって誘発され制御されている。

図６は、一例の制御システム２４を示すブロック図である。例示の実施形態において、制御システム２４はリアルタイム制御装置であり、コンピュータシステムなどの任意の好適なプロセッサによる、またはマイクロプロセッサによるシステムを含んでおり、これにはマイクロコントローラ、縮小命令セット回路（ＲＩＳＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣｓ）、論理回路、および／または本明細書に記載される機能を実行することが可能な任意の他の回路またはプロセッサが含まれる。一実施形態において、制御システム２４は、２ＭｂｉｔのＲＯＭと６４ＫｂｉｔのＲＡＭを備えた３２ビットマイクロコンピュータなどの読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）および／またはランダムアクセルメモリ（ＲＡＭ）を含むマイクロプロセッサである。本明細書で使用されるように、用語「リアルタイム」は、入力における変化が結果に影響を与えた後の実質的に短い期間において生じるその結果を指しており、この期間は、この結果の重要度および／またはこの結果を生じさせるように入力を処理するシステムの能力に基づいて選択されてよい設計パラメータである。

例示の実施形態において、制御システム２４は、実行可能な指示ならびに／あるいは超音波圧縮機システム１０の作動条件を表すおよび／またはそれを示す１つまたは複数の作動パラメータを記憶するように構成された記憶領域２００を含んでいる。作動パラメータは、限定するのではなく、流体圧力、回転速度、振動および／または流体の温度を表すならびに／あるいは示す場合がある。制御システム２４はさらに、プロセッサ２０２を含んでおり、これは記憶領域２００に結合され、１つまたは複数の超音波圧縮機システムの制御装置２０４、例えば超音波圧縮機ロータ４４の動作を少なくとも一部を１つまたは複数の作動パラメータに基づいて決定するようにプログラムされている。一実施形態においてプロセッサ２０２は、処理装置、例えば限定するのではなく、集積回路（ＩＣ）、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）、マイクロコンピュータ、プログラマブル論理制御装置（ＰＬＣ）および／または任意の他のプログラム可能回路を含む。代替として、プロセッサ２０２は、複数の処理装置（例えばマルチ−コア構成で）を含む場合もある。

例示の実施形態において、制御システム２４は、センサインターフェース２０６を含んでおり、これは少なくとも１つのセンサ３６、例えば速度センサ５２および／または圧力センサ４６に結合されることで、センサ３６から１つまたは複数の信号を受信する。各々のセンサ３６は、超音波圧縮機システム１０の作動パラメータに対応する信号を生成し送信する。さらに各々のセンサ３６は、信号を継続して、周期的に、例えば１回だけ送信する場合もあるが、他の信号のタイミングも企図される。さらに各々のセンサ３６は、信号をアナログ形式またはデジタル形式のいずれかで送信することができる。制御システム２４は、この１つまたは複数の信号をプロセッサ２０２によって処理し、１つまたは複数の作動パラメータを作り出す。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０２は、センサ３６によって生成された信号をサンプル化するようにプログラムされる（例えば、記憶領域２００における実行可能な指示によって）。例えばプロセッサ２０２は、センサ３６から継続的な信号を受信し、これに応答して、継続的な信号に基づいて超音波圧縮機ロータ４４の作動モードパラメータを周期的に（例えば５秒毎に１回）計算することができる。いくつかの実施形態において、プロセッサ２０２は、センサ３６から受信した信号を正規化する。例えばセンサ３６は、作動パラメータ値に直接比例する特定のパラメータ（例えば電圧）によってアナログ信号を生成することができる。プロセッサ２０２は、アナログ信号を作動パラメータに変換するようにプログラムされる場合もある。一実施形態において、センサインターフェース２０６は、アナログデジタル変換器を含んでおり、これは、センサ３６によって生成されたアナログ電圧信号を制御システム２４によって利用可能なマルチビットデジタル信号に変換する。

制御システム２４はまた、超音波圧縮機システム１０の作動を制御するように構成された制御インターフェース２０８を含む。いくつかの実施形態において、制御インターフェース２０８は、１つまたは複数の超音波圧縮機システム制御装置２０４に、例えば超音波圧縮機ロータ４４に動作可能に結合される。

制御インターフェース２０８と制御装置２０４間ならびにセンサインターフェース２０６とセンサ３６間では様々な接続を利用することが可能である。そのような接続には、限定するのではなく、電気導体、ローレベルシリアルデータ接続、例えばＲｅｃｏｍｍｅｎｄｅｄ Ｓｔａｎｄａｒｄ（ＲＳ）２３２またはＲＳ−４８５、ハイレベルシリアルデータ接続、例えばユニバーサルシリアルバス（ＵＳＢ）または米国電気電子学会（ＩＥＥＥ）１３９４（ａ／ｋ／ａ ＦＩＲＥＷＩＲＥ）、パラレルデータ接続、例えばＩＥＥＥ １２８４またはＩＥＥＥ ４８８、短距離無線通信チャネル、例えばＢＬＵＥＴＯＯＴＨ(登録商標）、ならびに／あるいは無線または有線いずれでもプライベート（例えば超音波圧縮機システム１０の外部にはアクセスできない）ネットワーク接続などが含まれてよい。

再び図４を参照すると、例示の実施形態において、圧力センサ４６が超音波圧縮機ロータ４４に結合され、流れチャネル８８内の圧力を感知するように構成されている。一実施形態において圧力センサ４６は、流れチャネル８８の圧縮領域１４２内の圧力を感知するためにスロート領域１２８の上流に位置決めされる。あるいは圧力センサ４６は、本明細書に記載されるように制御システム２４機能するように任意の好適な場所に位置決めされる場合もある。例示の実施形態において、ロータディスク５６の回転速度を感知するために、速度センサ５２が超音波圧縮機ロータ４４に結合される。

超音波圧縮機システム１０の作動中、制御システム２４は、速度センサ５２から超音波圧縮機ロータ４４の回転速度を示す信号を受信し、圧力センサ４６から流れチャネル８８内の流体１１６の圧力を示す信号を受信する。制御システム２４は、少なくとも一部が超音波圧縮機ロータ４４の回転速度および流れチャネル８８内の流体圧力に基づいて、垂直衝撃波１７０の場所を計算するように構成される。制御システム２４はさらに、計算した垂直衝撃波１７０の場所に基づいて、超音波圧縮ランプ１１２を第１の位置１５６と第２の位置１５８の間で選択的に位置決めするように構成される。一実施形態において、制御システム２４は、計算した垂直衝撃波１７０の場所を所定の場所と比較し、垂直衝撃波１７０が第１の場所１７２または第２の場所１７４のどちらにあるかを判断する。例示の実施形態において、制御システム２４は、垂直衝撃波１７０が第１の場所１７２または第２の場所１７４のどちらにあるかの判断に基づいて、超音波圧縮ランプ１１２を第１の位置１５６、第２の位置１５８およびその間の任意の位置に選択的に位置決めする。代替の一実施形態において、制御システム２４は、感知した流体圧力を所定の圧力および／または所定の範囲の圧力値と比較するように構成される。感知した流体圧力が、所定の圧力と異なる場合、および／または所定の範囲の圧力値の範囲内に場合、制御システム２４は、超音波圧縮ランプ１１２を作動させて、検出した流体圧力が所定の圧力とほぼ等しくなるまで、あるいは所定の範囲の圧力値の範囲内になるまで、スロート領域１２８の最小の断面積１２６を調節する。

図７は、流体を圧縮するために超音波圧縮機ロータ４４を作動させる一例の方法３００を示すフローチャートである。例示の実施形態において、方法３００は、超音波圧縮機ロータ４４の回転速度を示す第１の監視信号を速度センサ５２から制御システム２４に送信するステップ３０２を含む。流れチャネル８８内の圧力を示す第２の監視信号が、圧力センサ４６から制御システム２４に送信される３０４。少なくとも一部が第１の監視信号および第２の監視信号に基づいて、制御システム２４によって垂直衝撃波１７０の場所が計算される３０６。計算された場所に基づいて、制御システム２４が、垂直衝撃波１７０がスロート領域１２８の下流に位置決めされたかどうかを判断する３０８。垂直衝撃波１７０がスロート領域１２８の下流に位置決めされたかどうかに基づいて、制御システム２４が、超音波圧縮ランプ１１２を第１の位置１５６と第２の位置１５８の一方に位置決めする３１０。

本明細書に記載されるシステム、方法および装置の一例の技術的作用は、（ａ）超音波圧縮機ロータの回転速度を示す第１の信号を第１のセンサから制御システムに送信すること、（ｂ）流れチャネル内に圧力を示す第２の信号を第２のセンサから制御システムに送信すること、（ｃ）少なくとも一部が第１の信号および第２の信号に基づいて、垂直衝撃波の場所を計算すること、（ｄ）計算された場所に基づいて、垂直衝撃波がスロート領域の下流に位置決めされているかどうかを判断すること、および（ｅ）垂直衝撃波がスロート領域の下流に位置決めされているかどうかの判断に基づいて、超音波圧縮ランプを第１の位置と第２の位置の一方に位置決めすることのうちの少なくとも１つを含む。

上記に記載した超音波圧縮機ロータによって、超音波圧縮機システムの性能の効率を上げるためのコスト効果の高い、信頼できる方法が提供される。さらに超音波圧縮機ロータは、スロート領域の下流で流れチャネル内に形成された垂直衝撃波の場所によって示されるように所望の作動条件に達したときスロート領域における最小断面積を調節することによって、超音波圧縮機システムの作動効率の向上を促進させる。より具体的には、本明細書に記載される超音波圧縮機ロータは、第１の位置と第２の位置の間で選択的に位置決めされることで、流れチャネルの最小断面積の調節を容易にする超音波圧縮ランプを含む。最小断面積を調節することによって、超音波圧縮ロータは、超音波圧縮機システムの作動効率を容易に改善させる。したがって超音波圧縮機システムの作動および維持コストを削減することができる。

超音波圧縮機ロータを組み立てるためのシステムおよび方法の例示の実施形態が上記に詳細に記載される。システムおよび方法は、本明細書に記載される特定の実施形態に限定されるのではなく、システムの構成要素および／または方法のステップは、本明細書に記載される他の構成要素および／またはステップから独立しておよび別個に利用されてよい。例えばシステムおよび方法はまた、他の回転エンジンシステムおよび方法と組み合わせて使用される場合もあり、本明細書に記載される超音波圧縮機システムのみによって実践されるように限定されるものではない。むしろ例示の実施形態は、他の回転システム用途と合わせて実装され利用することができる。

本明細書の種々の実施形態の特定の機能が、いくつかの図面において示され、それ以外には示されないが、これは単に簡便にするためである。さらに上記の記載における「一実施形態」に対する言及は、列記される機能も組み込む付加的な実施形態の存在を排除するものと解釈されることが意図されてない。本発明の原理に従って、図面のいずれの機能も、任意の他の図面のいずれかの機能と組み合わせて参照および／または主張されてよい。

この書面による記載は、本発明を開示することを目的とした最適な態様を含む例を利用しており、また任意の装置またはシステムを作製し利用すること、ならびに任意の採用された方法を実行することを含め、当業者が本発明を実施することができるようにするものである。本発明の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義されており、当業者が思い付く他の例を含むことができる。このような他の例は、それらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しと相違ない構造上の要素を含む場合、あるいはそれらが特許請求の範囲の文字通りの言い回しとわずかな相違点を有する等価な構造上の要素を含む場合、特許請求の範囲の範囲内にあることが意図されている。

１０ 超音波圧縮機システム
１２ 吸気セクション
１４ 圧縮機セクション
１６ 排気セクション
１８ 駆動組立体
２０ ロータ組立体
２２、２３ 駆動シャフト
２４ 制御システム
２６ 筐体
２８ 流体入り口
３０ 流体出口
３２ 内側の面
３４ キャビティ
３６ センサ
３８ 流体源
４０ ガイドベーン組立体
４２ 入り口ガイドベーン
４４ 超音波圧縮機ロータ
４６ 圧力センサ
４８ 出口ガイドベーン組立体
５０ 出力システム
５２ 速度センサ
５４ 静翼
５６ ロータディスク
５８ ディスク本体
６０ キャビティ
６２ 中心線軸
６４ 半径方向内側の面
６６ 半径方向外側の面
６８ 上流面
７０ 下流面
７２ 半径方向
７４ 半径方向の幅
７６ 軸方向の距離
７８ 軸方向
８０ 入り口縁部
８２ 出口縁部
８４ 側壁
８６ 静翼の組
８８ 流れチャネル
９０ 入り口開口
９２ 出口開口
９４ 流路
９６ 外側の面
９８ 内側の面
１００ 半径方向の高さ
１０６ 側壁の間の幅
１０８ シュラウド組立体
１１０ シュラウドプレート
１１２ 超音波圧縮ランプ
１１６ 流体
１１８ 矢印
１２０ 断面積
１２２ 入り口断面積
１２４ 出口断面積
１２６、１６２ 最小の断面積
１２８ スロート領域
１３０ 圧縮面
１３２ 分岐面
１３４ 前縁
１３６ 後縁
１３８ 斜角
１４２ 圧縮領域
１４４ 集束する断面積
１４６ 第１の端部
１４８ 第２の端部
１５０ 斜角
１５２ 分岐領域
１５４ 分岐する断面積
１５６ 第１の位置
１５８ 第２の位置
１６０ 第１の半径方向の距離
１６４ 第２の半径方向の距離
１６８ アクチュエータ組立体
１７０ 垂直衝撃波
１７２ 第１の場所
１７４ 第２の場所
１７６ 圧縮波の体系
１７８ 第１の傾斜衝撃波
１８０ 第２の傾斜衝撃波
１８２ 内側の面
１８４ ディスクキャビティ
１８６ 油圧ポンプ組立体
１８８ 油圧シリンダ
１９０ 油圧ピストン
１９２ 付勢機構
２００ 記憶領域
２０２ プロセッサ
２０４ 制御装置
２０６ センサインターフェース
２０８ 制御インターフェース
３００ 方法
３０２ 超音波圧縮機ロータの回転速度を示す第１の監視信号を速度センサから制御システムに送信する。

３０４ 流れチャネル内の圧力を示す第２の監視信号が、圧力センサから制御システム２４に送信される。

３０６ 少なくとも一部が第１の監視信号および第２の監視信号に基づいて、制御システムによって垂直衝撃波の場所が計算される。

３０８ 計算された場所に基づいて、制御システムが、垂直衝撃波がスロート領域の下流に位置決めされたかどうかを判断する。

３１０ 垂直衝撃波がスロート領域の下流に位置決めされたかどうかに基づいて、制御システムが、超音波圧縮ランプを第１の位置と第２の位置の一方に位置決めする。

Claims (20)

1. 上流面、下流面、および前記上流面と前記下流面の間に概ね軸方向に延在する半径方向外側の面を備え、中心線軸を画定する略円筒形のディスク本体と、
   前記半径方向外側の面に結合された複数の静翼であって、隣接する前記静翼が、１つの組を形成し、前記隣接する静翼の各々の組の間に流れチャネルが画定されるように配向され、前記流れチャネルが、入り口開口と出口開口の間に概ね軸方向に延在する複数の静翼と、
   前記流れチャネル内に位置決めされ、第１の位置、第２の位置およびそれらの間の任意の位置に選択式に位置決めすることが可能な少なくとも１つの超音波圧縮ランプとを備える超音波圧縮機ロータ。
2. 前記少なくとも１つの超音波圧縮ランプが、前記流れチャネルのスロート領域を画定し、前記スロート領域が前記流れチャネルの最小の断面積を有し、前記超音波圧縮ランプが、前記スロート領域の断面積を調節するように構成される、請求項１記載の超音波圧縮機ロータ。
3. 前記少なくとも１つの超音波圧縮ランプに結合されたアクチュエータをさらに備え、前記アクチュエータが、前記超音波圧縮ランプを前記第１の位置、前記第２の位置およびその間の任意の位置に位置決めするように構成される、請求項１記載の超音波圧縮機ロータ。
4. 前記少なくとも１つの超音波圧縮ランプに作動可能に結合された制御システムをさらに備えることで、前記超音波圧縮ランプの前記第１の位置、前記第２の位置およびその間の任意の位置における移動を容易にする、請求項１記載の超音波圧縮機ロータ。
5. 前記ロータディスクの回転速度を感知し、前記感知した回転速度を示す少なくとも１つの第１の監視信号を生成するように構成された少なくとも１つの第１のセンサをさらに備え、前記制御システムが前記第１のセンサに通信可能に結合されることで、前記第１のセンサから生成された前記第１の監視信号を受信し、前記制御システムが前記受信した第１の監視信号に基づいて前記流れチャネル内の垂直衝撃波の場所を計算するように構成される、請求項４記載の超音波圧縮機ロータ。
6. 前記流れチャネル内の圧力を感知し、前記感知した圧力を示す少なくとも１つの第２の監視信号を前記制御システムに送信するように構成された少なくとも１つの第２のセンサをさらに備え、前記制御システムが、前記第１の監視信号および前記第２の監視信号に基づいて、前記垂直衝撃波の場所を計算するように構成される、請求項５記載の超音波圧縮機ロータ。
7. 前記制御システムが、前記計算された前記垂直衝撃波の場所に基づいて、前記超音波圧縮ランプを位置決めするように構成される、請求項５記載の超音波圧縮機ロータ。
8. 前記制御システムが、前記感知した圧力が所定の圧力と異なると判断したとき、前記超音波圧縮ランプを移動させるように構成される、請求項７記載の超音波圧縮機ロータ。
9. 流体入り口と流体出口の間に延在するキャビティを画定する内側の面を備えるケーシングと、
   前記ケーシング内に位置決めされ、駆動組立体に回転可能に結合された駆動シャフトと、
   前記駆動シャフトに結合された超音波圧縮機ロータであって、前記流体入り口から前記流体出口に流体を運ぶために、前記流体入り口と前記流体出口の間に位置決めされる超音波圧縮機ロータとを備える超音波圧縮機システムであって、
   前記超音波圧縮機ロータが、
   上流面、下流面、および前記上流面と前記下流面の間に概ね軸方向に延在する半径方向外側の面を含み、中心線軸を画定する略円筒形のディスク本体と、
   半径方向外側の面に結合された複数の静翼であって、隣接する前記静翼が、１つの組を形成し、前記隣接する静翼の各々の組の間に流れチャネルが画定されるように配向され、前記流れチャネルが、入り口開口と出口開口の間に概ね軸方向に延在する複数の静翼と、
   前記流れチャネル内に位置決めされ、第１の位置、第２の位置およびそれらの間の任意の位置に選択式に位置決めすることが可能な少なくとも１つの超音波圧縮ランプとを備える超音波圧縮機システム。
10. 前記少なくとも１つの超音波圧縮ランプが、前記流れチャネル内にスロート領域を画定し、前記スロート領域が前記流れチャネルの最小の断面積を有し、前記超音波圧縮ランプが、前記スロート領域の断面積を調節するように構成される、請求項９記載の超音波圧縮機システム。
11. 前記少なくとも１つの超音波圧縮ランプに結合されたアクチュエータをさらに備え、前記アクチュエータが、前記超音波圧縮ランプを前記第１の位置、前記第２の位置およびその間の任意の位置に位置決めするように構成される、請求項９記載の超音波圧縮機システム。
12. 前記少なくとも１つの超音波圧縮ランプに作動可能に結合された制御システムをさらに備えることで、前記超音波圧縮ランプの前記第１の位置、前記第２の位置およびその間の任意の位置における移動を容易にする、請求項９記載の超音波圧縮機システム。
13. 前記ロータディスクの回転速度を感知し、前記感知した回転速度を示す少なくとも１つの第１の監視信号を生成するように構成された少なくとも１つの第１のセンサをさらに備え、前記制御システムが前記第１のセンサに通信可能に結合されることで、前記第１のセンサから生成された第１の監視信号を受信し、前記制御システムが前記受信した第１の監視信号に基づいて前記流れチャネル内の垂直衝撃波の場所を計算するように構成される、請求項１２記載の超音波圧縮機システム。
14. 前記流れチャネル内の圧力を感知し、前記感知した圧力を示す少なくとも１つの第２の監視信号を前記制御システムに送信するように構成された少なくとも１つの第２のセンサをさらに備え、前記制御システムが、前記第１の監視信号および前記第２の監視信号に基づいて、前記垂直衝撃波の場所を計算するように構成される、請求項１３記載の超音波圧縮機システム。
15. 前記制御システムが、前記計算された前記垂直衝撃波の場所に基づいて、前記超音波圧縮ランプを位置決めするように構成される、請求項１３記載の超音波圧縮機システム。
16. 前記制御システムが、前記感知した圧力が所定の圧力と異なると判断したとき、前記超音波圧縮ランプを位置決めするように構成される、請求項１５記載の超音波圧縮機システム。
17. （ａ）圧縮すべき流体を回転する超音波圧縮機ロータの入り口開口に取り込むステップであって、前記超音波圧縮機ロータが、（ｉ）上流面、下流面、および前記上流面と前記下流面の間に概ね軸方向に延在する半径方向外側の面を備え、中心軸を画定する略円筒形のディスク本体と、（ｉｉ）前記半径方向外側の面に結合された複数の静翼であって、隣接する前記静翼が１つの組を形成し、隣接する静翼の各々の前記組の間に流れチャネルが画定されるように配向され、前記流れチャネルが、前記入り口開口と出口開口の間に概ね軸方向に延在する複数の静翼と、（ｉｉｉ）前記流れチャネル内に位置決めされ、第１の位置、第２の位置およびそれらの間の任意の位置に選択式に位置決めすることが可能な少なくとも１つの超音波圧縮ランプとを備えるステップと、
    （ｂ）前記超音波圧縮機ランプの後縁によって画定されるスロート領域の下流に垂直衝撃波が形成されるまで、前記超音波圧縮機ランプが前記第１の位置に位置決めされた状態で前記超音波圧縮機ロータを作動させるステップと、
    （ｃ）前記超音波圧縮機ランプを前記第２の位置に位置決めするステップであって、前記第２の位置が、前記第１の位置の対応する最小断面積より小さい最小断面積によって特徴付けられるステップと、
    （ｄ）前記超音波圧縮機ロータを前記超音波圧縮機ランプが前記第２の位置に位置決めされた状態で作動させ、圧縮流体を生成するステップとを含む、流体を圧縮する方法。
18. 第１のセンサから制御システムに、前記超音波圧縮機ロータの回転速度を示す第１の信号を送信するステップと、
    少なくとも一部が前記第１の信号に基づいて前記垂直衝撃波の場所を計算するステップとをさらに含む、請求項１７記載の方法。
19. 第２のセンサから制御システムに、前記流れチャネル内の圧力を示す第２の信号を送信するステップと、
    少なくとも一部が前記第１の信号および前記第２の信号に基づいて前記垂直衝撃波の場所を計算するステップとをさらに含む、請求項１７記載の方法。
20. 前記計算された場所に基づいて、前記垂直衝撃波が前記スロート領域の下流に位置決めされているかどうかを判断するステップと、
    前記垂直衝撃波が前記スロート領域の下流に位置決めされているかどうかの前記判断に基づいて、前記超音波圧縮ランプを前記第１の位置、前記第２の位置およびその間の任意の位置に位置決めするステップとをさらに含む、請求項１９記載の方法。