JP2015135097A - Volume variable axial flow screw pump, fluid engine and heat engine - Google Patents

Volume variable axial flow screw pump, fluid engine and heat engine Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To properly thermodynamically handle compressive fluid by moving a cavity in an axial direction while changing a volume with rotation of a rotor of an axial flow screw pump (a uniaxial eccentric screw pump and a uniaxial screw pump).SOLUTION: An eccentric radius e, a shape constant T (a diameter Dr in a case of a mohno type) and a wavelength λ (a pitch) of a rotor, which defines the volume of a cavity of an axial flow screw pump (a uniaxial eccentric screw pump and a uniaxial screw pump), are changed in an axial direction, and thereby the volume can be changed while the cavity is moved in the axial direction, and the volume can be changed during operation.

Description

本発明は、一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプの容積を可変できるようにした、容積可変軸流ネジポンプ、流体機関並びに熱機関に関するものである。   The present invention relates to a single-shaft eccentric screw pump and a variable-volume axial flow screw pump, a fluid engine, and a heat engine that can change the volumes of the single-shaft screw pump.

回転容積型ポンプとしてギアポンプ、ねじポンプなどがあり、特に一軸偏心ネジポンプは、粘度の高い流体の定量輸送などに適しており、限られた分野で適性が認められ、近年普及しつつある。一軸偏心ネジポンプは、回転に伴いローターとステーターとの間に生じるキャビティーの容積を一定に保ちつつ軸方向に移動するという、他のポンプにはない独特の構造を有している。しかしながら、容積を変えられないと誰もが思い込んでいるために、圧縮性流体を効果的に取り扱うという利用方法が提案されてこなかった。   There are gear pumps, screw pumps, and the like as rotary displacement pumps, and uniaxial eccentric screw pumps are particularly suitable for quantitative transportation of fluids with high viscosity, and their applicability has been recognized in a limited field and are becoming popular in recent years. The single-shaft eccentric screw pump has a unique structure not found in other pumps, in which it moves in the axial direction while maintaining a constant volume of the cavity generated between the rotor and the stator as it rotates. However, since everyone assumes that the volume cannot be changed, a method of using the compressible fluid effectively has not been proposed.

特開2013−53601「一軸偏心ネジポンプ及び流体モータ」大日本スクリーン製造株式会社JP 2013-53601 “Uniaxial Eccentric Screw Pump and Fluid Motor” Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. 特開2007−278276「連続軸流容積移送式ウォームポンプ」ゼネラル・エレクトリック・カンパニイJP 2007-278276 “Continuous axial flow volume transfer type worm pump” General Electric Company

兵神装備株式会社 「モーノポンプの構造と原理」 http://ebw.eng−book.com/pdfs/b3f41bbbebc8912f99534B5a8e2185ea.pdfHyoji Equipment Co., Ltd. “Structure and principle of MONO pump” http://ebw.eng-book.com/pdfs/b3f41bbbebc8912f99534B5a8e2185ea. pdf seepexインターナショナル http://www.seepex.jp/products_basic_information_geometries.htmlseepex international http: // www. seepex. jp / products_basic_information_geometrics. html n角の穴をあけるドリル(その29)http://geocities.jp/ikuo_kotaro/koramu/475_d29.htmDrills for drilling n-square holes (part 29) http: // geocites. jp / ikuo_kotaro / koramu / 475_d29. htm n角の穴をあけるドリル(その22)http://geocities.jp/ikuo_kotaro/koramu/464_d22.htmDrills for drilling n-square holes (part 22) http: // geocites. jp / iku_kotaro / koramu / 464_d22. htm n角の穴をあけるドリル(その19)http://www.geocities.jp/ikuro_kotaro/koramu/449_d19.htmDrill for drilling n-square holes (19) http: // www. geocities. jp / icuro_kotaro / koramu / 449_d19. htm n角の穴をあけるドリル(その48)http://www.geocities.jp/ikuro_kotaro/koramu/563_d48.htmDrill for drilling n-corner holes (Part 48) http: // www. geocities. jp / icuro_kotaro / koramu / 563_d48. htm サンワ・エンタープライズ株式会社「ボルテック・チュ−ブについて」http://www.sanwa−ent.co.jp/sanwahps/colder/coldertop3catalog.htmSanwa Enterprise Co., Ltd. “About Voltech Tube” http: // www. sanwa-ent. co. jp / sanwahps / colder / coldertop3catalog. htm

解決しようとする課題は、一軸偏心ネジポンプ若しくは一軸ネジポンプのローターの回転に伴い、容積を変化させながらキャビティーを軸方向に移動させ、熱力学的な事象を適切に取り扱うことである。   The problem to be solved is to handle the thermodynamic phenomenon appropriately by moving the cavity in the axial direction while changing the volume with the rotation of the single-shaft eccentric screw pump or the rotor of the single-screw pump.

この発明は、一軸偏心ネジポンプ若しくは一軸ネジポンプのキャビティーの容積を決める3つの要素、ローターの偏心半径e、直径Dr並びに波長λsを軸方向に変化させ、キャビティーの容積を変化させつつ、ローターを回転し得ることを発見したことにある。
非特許文献1に「モーノポンプの構造と原理」が詳しく解説されているので、参考とする。
モーノポンプと呼ばれる一軸偏心ネジポンプのローター1回転あたりに吐出される容積Qは、次式であらわされる。
= 4e・Dr・λs
ここで、e:ローターの偏心半径
Dr:ローターの直径
λs:ステーターの波長、λs=2λr(ローターが1回転すると、キャビティーはλs進む。)
偏心半径e、ローターの直径Dr並びにステーターの波長λsが変わると、キャビティーの容積Qが変わることが解る。
ステーターの内側は、長径4e+Ds、短径Ds、波長λsで1回転する長円形の穴である。
また、Ds>Dr かつ Ds≒Dr である。
In the present invention, the uniaxial eccentric screw pump or the three factors that determine the volume of the cavity of the single screw pump, the eccentric radius e of the rotor, the diameter Dr, and the wavelength λs are changed in the axial direction to change the volume of the cavity. It is in discovering that it can rotate.
Non-patent document 1 explains the “structure and principle of the MONO pump” in detail, which is for reference.
A volume Q M discharged per one rotation of the rotor of a uniaxial eccentric screw pump called a MONO pump is expressed by the following equation.
Q M = 4e · Dr · λs
Here, e: eccentric radius of the rotor Dr: diameter of the rotor λs: wavelength of the stator, λs = 2λr (when the rotor makes one revolution, the cavity advances by λs)
It can be seen that the volume Q of the cavity changes as the eccentric radius e, the rotor diameter Dr, and the stator wavelength λs change.
The inside of the stator is an oval hole that rotates once with a major axis 4e + Ds, a minor axis Ds, and a wavelength λs.
Further, Ds> Dr and Ds≈Dr.

図1は、偏心半径eを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(a)と球面上の断面図(b1)から(b5)である。
ステーター2の中心軸60とローター1の偏心軸61との交点を中心とする各円63は、縦断面図(a)の各位置における球面上の断面の様子を(b1)から(b5)に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、直径Drのローター1が球面に沿って4eの距離を往復運動し、ステーター2に長径4e+Ds、短径Dsの長円形の穴があることを示している。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view (a) and sectional views (b1) to (b5) on a spherical surface of a variable volume uniaxial eccentric screw pump in which the eccentric radius e is linearly changed.
Each circle 63 centering on the intersection of the central axis 60 of the stator 2 and the eccentric shaft 61 of the rotor 1 shows the state of the cross section on the spherical surface at each position in the longitudinal sectional view (a) from (b1) to (b5). Represents. Although it is a spherical surface, it cannot be represented correctly on a plane, but the rotor 1 having a diameter Dr reciprocates a distance of 4e along the spherical surface, and the stator 2 has an elliptical shape having a major axis 4e + Ds and a minor axis Ds. It shows that there is a hole.

偏心半径eを軸方向に直線的に増加させることで、容積Qが単調に増加する。図1の例では、偏心半径eを10倍変えている。閉じたキャビティーが存在するためにはステーターの波長λsの長さが必要であり、両端のキャビティーが解放状態となる区間を除くと、実効的な容積比は、2.4程度である。長さを増やし、容積比をさらに大きくすることは可能である。   By increasing the eccentric radius e linearly in the axial direction, the volume Q increases monotonously. In the example of FIG. 1, the eccentric radius e is changed 10 times. In order for the closed cavity to exist, the length of the wavelength λs of the stator is necessary, and the effective volume ratio is about 2.4 excluding the section in which the cavities at both ends are released. It is possible to increase the length and further increase the volume ratio.

また、ローター1の回転に伴い、その回転軸61は、ステーター2の中心軸60に対して歳差運動をしている。ローター1は、自在継手151、駆動軸152、図には描かれていないが、自在継手その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受けることができる。
組み立てについては、ステーター2の径の大きい方向から、ローター1を挿入して、組み立て及び取り外しを行うことができる。稼働中にローター1が軸方向に動かないように措置する必要がある。
Further, along with the rotation of the rotor 1, the rotation shaft 61 precesses with respect to the central shaft 60 of the stator 2. The rotor 1 can be driven or can be driven through a universal joint 151, a drive shaft 152, not shown in the drawing, but a universal joint or other drive components.
As for assembly, the rotor 1 can be inserted from the direction in which the diameter of the stator 2 is large, and assembly and removal can be performed. It is necessary to take measures to prevent the rotor 1 from moving in the axial direction during operation.

図2は、ローター1の直径Drを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(a)と横断面図(b1)から(b5)である。
ステーター2の中心軸60とローター1の偏心軸61は、平行である。縦断面図(a)の各位置における断面を(b1)から(b5)に表している。直径Drのローター1が各断面に沿って4eの距離を往復運動し、ステーター2に長径4e+Ds、短径Dsの長円形の穴が開いていることを示している。
FIG. 2 is a longitudinal sectional view (a) and transverse sectional views (b1) to (b5) of a variable volume uniaxial eccentric screw pump in which the diameter Dr of the rotor 1 is linearly changed.
The central shaft 60 of the stator 2 and the eccentric shaft 61 of the rotor 1 are parallel. Cross sections at respective positions in the longitudinal sectional view (a) are shown in (b1) to (b5). It is shown that the rotor 1 having a diameter Dr reciprocates a distance of 4e along each cross section, and an oblong hole having a major axis 4e + Ds and a minor axis Ds is opened in the stator 2.

ローター1の直径Drを軸方向に増減することで、容積Qを変化させることができる。図2の例では、直径Drを10倍変えている。閉じたキャビティーが存在するためにはステーターの波長λsの長さが必要であり、両端のキャビティーが解放状態となる区間を除くと、実効的な容積比は、2.4程度である。図2の例では、ローターの4波長分の長さであるが、さらに増やすことは可能であるので、容積比を増加することは可能である。 The volume Q M can be changed by increasing or decreasing the diameter Dr of the rotor 1 in the axial direction. In the example of FIG. 2, the diameter Dr is changed 10 times. In order for the closed cavity to exist, the length of the wavelength λs of the stator is necessary, and the effective volume ratio is about 2.4 excluding the section in which the cavities at both ends are released. In the example of FIG. 2, the length is the length of the four wavelengths of the rotor, but it is possible to further increase the volume ratio, so it is possible to increase the volume ratio.

また、ローター1の回転に伴い、その回転軸61は、ステーター2の中心軸60に対して平行に回転運動をしている。ローター1は、自在継手151、駆動軸152、図には描かれていないが、その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受けることができる。
組み立てについては、ローターの直径Drが単調に増加している場合には、ステーター2の径の大きい方向から、ローター1を挿入して組み立てまたは取り外しをすることができる。稼働中にローター1が軸方向に動かないように措置する必要がある。
Further, along with the rotation of the rotor 1, the rotation shaft 61 rotates in parallel with the central axis 60 of the stator 2. The rotor 1 can be driven or can be driven through a universal joint 151, a drive shaft 152, not shown in the drawing, but other drive components.
As for assembly, when the diameter Dr of the rotor monotonously increases, the rotor 1 can be inserted and assembled or removed from the direction in which the diameter of the stator 2 is large. It is necessary to take measures to prevent the rotor 1 from moving in the axial direction during operation.

図3は、偏心半径e及びローターの直径Drを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(a)と球面上の断面図(b1)から(b5)である。
ステーター2の中心軸60とローター1の偏心軸61との交点を中心とする各円63は、縦断面図(a)の各位置における球面上の断面の様子を(b1)から(b5)に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、直径Drのローター1が球面に沿って4eの距離を往復運動し、ステーター2に長径4e+Ds、短径Dsの長円形の穴があることを示している。
FIG. 3 is a longitudinal sectional view (a) of the variable volume uniaxial eccentric screw pump in which the eccentric radius e and the rotor diameter Dr are linearly changed, and sectional views (b1) to (b5) on the spherical surface.
Each circle 63 centering on the intersection of the central axis 60 of the stator 2 and the eccentric shaft 61 of the rotor 1 shows the state of the cross section on the spherical surface at each position in the longitudinal sectional view (a) from (b1) to (b5). Represents. Although it is a spherical surface, it cannot be represented correctly on a plane, but the rotor 1 having a diameter Dr reciprocates a distance of 4e along the spherical surface, and the stator 2 has an elliptical shape having a major axis 4e + Ds and a minor axis Ds. It shows that there is a hole.

偏心半径e及びローター1の直径Drを軸方向に変化させることで、容積Qを大きく変化させることができる。偏心半径eは、直線的に変化させなければならないが、直径Drは、任意に変化することができる。図3の例では、偏心半径eを10倍、ローターの直径Drを10倍変えている。閉じたキャビティーが存在するためにはステーターの波長λsの長さが必要であり、両端のキャビティーが解放状態となる区間を除く実効的な容積比は5.7と、図1及び図2のものより大きくなっている。図3の例では、長さがローターの4波長分であるが、さらに長さを増やすことができるので、容積比を大きくすることは可能である。   The volume Q can be greatly changed by changing the eccentric radius e and the diameter Dr of the rotor 1 in the axial direction. The eccentric radius e must be changed linearly, but the diameter Dr can be changed arbitrarily. In the example of FIG. 3, the eccentric radius e is changed 10 times and the rotor diameter Dr is changed 10 times. In order for the closed cavity to exist, the length of the wavelength λs of the stator is necessary, and the effective volume ratio excluding the section where the cavities at both ends are released is 5.7, as shown in FIGS. It is bigger than the ones. In the example of FIG. 3, the length is equivalent to the four wavelengths of the rotor, but the length can be further increased, so that the volume ratio can be increased.

また、ローター1の回転に伴い、その回転軸61は、ステーター2の中心軸60に対して歳差運動をしている。ローター1は、自在継手151、駆動軸152、図には描かれていないが、その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受けることができる。
組み立てについては、ローターの偏心半径eと直径Drが単調に増加している場合には、ステーター2の径の大きい方向から、ローター1を挿入して組み立てまたは取り外しをすることができる。稼働中にローター1が軸方向に動かないように措置する必要がある。
Further, along with the rotation of the rotor 1, the rotation shaft 61 precesses with respect to the central shaft 60 of the stator 2. The rotor 1 can be driven or can be driven through a universal joint 151, a drive shaft 152, not shown in the drawing, but other drive components.
As for the assembly, when the eccentric radius e and the diameter Dr of the rotor monotonously increase, the rotor 1 can be inserted and assembled or removed from the direction in which the diameter of the stator 2 is large. It is necessary to take measures to prevent the rotor 1 from moving in the axial direction during operation.

図4は、波長λsを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(a)と横断面図(b1)から(b5)である。ステーター2の中心軸60とローター1の偏心軸61は、平行である。縦断面図(a)の各位置における断面を(b1)から(b5)に表している。
直径Drのローター1が各断面に沿って4eの距離を往復運動し、ステーター2に長径4e+Ds、短径Dsの長円形の穴が開いていることを示している。
FIG. 4 is a longitudinal sectional view (a) and lateral sectional views (b1) to (b5) of the variable volume uniaxial eccentric screw pump in which the wavelength λs is linearly changed. The central shaft 60 of the stator 2 and the eccentric shaft 61 of the rotor 1 are parallel. Cross sections at respective positions in the longitudinal sectional view (a) are shown in (b1) to (b5).
It is shown that the rotor 1 having a diameter Dr reciprocates a distance of 4e along each cross section, and an oblong hole having a major axis 4e + Ds and a minor axis Ds is opened in the stator 2.

波長λsを軸方向に変化させることで、容積Qを変化させることができることが解る。波長λsを10倍変えており、キャビティーが解放状態となる両端の区間を除くと、実効的な容積比は、1.7程度である。図4の長さは、ローターの4波長分であるが、さらに増やすことができるので、容積比を大きくすることは可能である。
また、ローター1の回転に伴い、その回転軸61は、ステーター2の中心軸60に対して平行に偏心回転をしている。運転状態においてローター1が軸方向に動かないように措置し、ローター1は、自在継手151、駆動軸152、図には描かれていないが、その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受けることができる。
組み立てについては、ステーター2を2分割するなどしなければ、ローター1を挿入することは出来ない。
It can be seen that the volume Q M can be changed by changing the wavelength λs in the axial direction. When the wavelength λs is changed 10 times, and excluding the sections at both ends where the cavity is released, the effective volume ratio is about 1.7. The length of FIG. 4 is for the four wavelengths of the rotor, but can be further increased, so that the volume ratio can be increased.
Further, along with the rotation of the rotor 1, the rotation shaft 61 rotates eccentrically in parallel with the central axis 60 of the stator 2. In order to prevent the rotor 1 from moving axially in the operating state, the rotor 1 is driven through the universal joint 151, the drive shaft 152, other drive parts not shown in the figure, or the drive is driven. Can receive.
For assembly, the rotor 1 cannot be inserted unless the stator 2 is divided into two parts.

図5は、偏心半径e、ローターの直径Dr及び波長λsを変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(a)と球面状の断面図(b1)から(b5)である。
ステーター2の中心軸60とローター1の偏心軸61との交点を中心とする各円63は、縦断面図(a)の各位置における球面上の断面の様子を(b1)から(b5)に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、直径Drのローター1が各球面に沿って4eの距離を往復運動し、ステーター2に長径4e+Ds、短径Dsの長円形の穴があることを示している。
FIG. 5 is a longitudinal sectional view (a) and spherical sectional views (b1) to (b5) of the variable volume uniaxial eccentric screw pump in which the eccentric radius e, the diameter Dr of the rotor, and the wavelength λs are changed.
Each circle 63 centering on the intersection of the central axis 60 of the stator 2 and the eccentric shaft 61 of the rotor 1 shows the state of the cross section on the spherical surface at each position in the longitudinal sectional view (a) from (b1) to (b5). Represents. Although it is on the spherical surface, it cannot be represented correctly on the plane, but the rotor 1 having a diameter Dr reciprocates a distance of 4e along each spherical surface, and the stator 2 has a long diameter 4e + Ds and a short diameter Ds. It shows that there is a circular hole.

偏心半径e、ローター1の直径Dr及び波長λを軸方向に変化させることで、容積Qを大きく変化させることができる。図5の例では、偏心半径eを10倍、ローターの直径Dr及び波長λをそれぞれ10倍変えている。閉じたキャビティーが存在するためにはステーターの波長λsの長さが必要であるので、キャビティーが解放となる区間を除いた実効的な容積比は、11倍を得ている。長さをさらに増やすことが可能であるから、容積比をさらに大きくすることは可能である。   By changing the eccentric radius e, the diameter Dr of the rotor 1 and the wavelength λ in the axial direction, the volume Q can be greatly changed. In the example of FIG. 5, the eccentric radius e is changed 10 times, and the rotor diameter Dr and wavelength λ are changed 10 times. In order for the closed cavity to exist, the length of the wavelength λs of the stator is necessary. Therefore, the effective volume ratio excluding the section where the cavity is released is 11 times. Since the length can be further increased, the volume ratio can be further increased.

また、ローター1の回転に伴い、その回転軸61は、ステーター2の中心軸60に対して歳差運動をしており、運転状態においてローター1が軸方向に動かないように措置し、ローター1は、自在継手151、駆動軸152、図には描かれていないが、その他の駆動部品を通して駆動するか、または、駆動を受け、圧縮性流体に対して作用することができる。
偏心半径e、直径Dr,波長λsの各要素の組み合わせによっては、ステーター2を縦断面で2分割するなどしなければ、ローター1を挿入することが出来ない場合がある。
Further, as the rotor 1 rotates, the rotating shaft 61 precesses with respect to the central shaft 60 of the stator 2, and measures are taken so that the rotor 1 does not move in the axial direction in the operating state. Can be driven through the universal joint 151, the drive shaft 152, not shown in the drawing, or can be driven and act on the compressible fluid.
Depending on the combination of each of the eccentric radius e, diameter Dr, and wavelength λs, the rotor 1 may not be inserted unless the stator 2 is divided into two parts in the longitudinal section.

図6は、トリカム型の断面を持つ容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(a)及びその横断面図(b1)から(b5)、トリカム型の類似形状の横断面図(c1)から(c4)、カージオイド型の断面を持つ容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(d)、その横断面図(e1)から(e5)、ヴァンケル型の断面を持つ容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(f)及びその横断面図(g1)から(g5)、これらに類似した横断面のものの横断面図(h1)から(h5)、ハイポサイクロイド形状のものの横断面図(i1)、トロコイド形状との関係を示す説明図(i2)、トロコイドポンプの横断面図(l)、同断面を持つ定容積の一軸偏心ネジポンプの縦断面図(m)及び同断面を有する容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(n)、トロコイド形状の多重ローターの横断面図(o)及び同断面を有する容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(p)である。   FIG. 6 is a longitudinal sectional view (a) of a variable volume uniaxial eccentric screw pump having a Tricam type cross section, and its cross sectional views (b1) to (b5), and a cross sectional view (c1) to (c4) of a similar Tricam type shape. ), A longitudinal sectional view (d) of a variable volume uniaxial eccentric screw pump having a cardioid type cross section, and (e1) to (e5), a longitudinal sectional view of a variable volume uniaxial eccentric screw pump having a Wankel type cross section ( f) and its cross-sectional views (g1) to (g5), cross-sectional views (h1) to (h5) of a cross-section similar to these, a cross-sectional view (i1) of a hypocycloidal shape, and a trochoidal shape Explanatory drawing showing the relationship (i2), a transverse sectional view of the trochoid pump (l), a longitudinal sectional view of a constant volume uniaxial eccentric screw pump having the same section (m), and a longitudinal sectional view of a variable volume uniaxial eccentric screw pump having the same section (N Is a cross-sectional view of a multi-rotor trochoid shape (o) and longitudinal sectional view of a variable volume monoaxial eccentric screw pump having the same cross section (p).

非特許文献2に、モーノ型ポンプの能力増加が可能な取替え部品として、トリカム型一軸偏心ネジポンプが紹介されている。トリカム型の一軸偏心ネジポンプは、三角形の角を丸めた断面形状の三重螺旋状のステーターの中を、楕円形の断面の二重螺旋状のローターが偏心回転する。
非特許文献3に、角を丸めた正三角形に内設して回転する、楕円の随伴曲線の組み合わせ(楕円弧と表現する。)からなるローターについて考察されている。(非特許文献2の形状について十分な資料が得られないため、厳密に同一の形状であるか不明である。)
トリカム型の一軸偏心ネジポンプの偏心半径eを、軸方向に変化することで、図6(a)の縦断面図のとおり、軸方向に移送しながらキャビティーの容積を可変することができる。ステーター2aの中心軸60とローター1aの偏心軸61との交点を中心とする各円63は、縦断面図(a)の各位置における球面上の断面の様子を(b1)から(b5)に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、ステーター2aの角を丸めた三角形の穴の中を、楕円弧型のローター1aが各球面63に沿って偏心回転していることを示している。モーノ型と同様に、偏心半径または波長を変化させることで、キャビティーの容積を可変することができる。
なお、三角形のハイポサイクロイドに内接して偏心回転する直線の図形(C1)は、ローターに厚さが無いため作成することができないが、非特許文献3に掲載の、辺が直線にならないため正三角形に内接しないが、直線を楕円に置き換えた回転ポンプとして利用可能な図形(c2)、非特許文献4に掲載の、角を丸めた正三角形に内接して回転する楕円形のローターの図形(c3)、角を丸めた正方形に内接して回転する楕円弧からなる三角形の図形(c4)などが示されている。
Non-Patent Document 2 introduces a Tricam type single-shaft eccentric screw pump as a replacement part capable of increasing the capacity of a Mono pump. In the Tricam type single-shaft eccentric screw pump, a double helical rotor having an elliptical cross section rotates eccentrically in a triple helical stator having a cross sectional shape with rounded triangular corners.
Non-Patent Document 3 discusses a rotor composed of a combination of elliptical adjoint curves (represented as an elliptical arc) that rotates inside an equilateral triangle with rounded corners. (Since sufficient data cannot be obtained for the shape of Non-Patent Document 2, it is unclear whether the shape is exactly the same.)
By changing the eccentric radius e of the tricam type uniaxial eccentric screw pump in the axial direction, the volume of the cavity can be varied while being transferred in the axial direction as shown in the longitudinal sectional view of FIG. Each circle 63 centering on the intersection of the central axis 60 of the stator 2a and the eccentric shaft 61 of the rotor 1a shows the state of the cross section on the spherical surface at each position in the longitudinal sectional view (a) from (b1) to (b5). Represents. Although it is a spherical surface, it cannot be represented correctly on the plane, but the elliptical arc-shaped rotor 1a is eccentrically rotated along each spherical surface 63 in a triangular hole with rounded corners of the stator 2a. Is shown. Similar to the MONO type, the volume of the cavity can be varied by changing the eccentric radius or wavelength.
Note that the straight figure (C1) inscribed in the triangular hypocycloid and rotating eccentrically cannot be created because the rotor has no thickness, but it is not correct because the side is not a straight line as described in Non-Patent Document 3. Figure (c2) that can be used as a rotary pump that is not inscribed in a triangle but replaces a straight line with an ellipse, and a figure of an elliptical rotor that is inscribed in a regular triangle with rounded corners and is rotated in the form of Non-Patent Document 4. (C3), a triangular figure (c4) composed of an elliptical arc rotating inscribed in a square with rounded corners, and the like are shown.

非特許文献5に、カージオイド型の断面を持つステーターに内接して回転する楕円弧型のローターを持つ回転ポンプについて考察されている。この形状のものについて、軸方向に螺旋状にひねりながら延長することで、定容積の、また、軸方向に断面積等を変えることで容積可変の一軸偏心ネジポンプ(偏心軸を固定した場合は、一軸ネジポンプ)に拡張することができる。
カージオイド型のステーターの断面を持つ容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図(d)とその横断面図(e1)から(e5)に示すとおり、流体が通過する断面積の割合が極めて高い形状をしており、大量の圧縮性流体を扱うのに適した形状をしている。
また、断面形状におけるローターの両端と、ステーターの内に凸となった部分が常に他と接触する箇所であるから、柔軟な材料を螺旋状に取り付けて、キャビティーの気密性を高めるのに有利な形状である。
Non-Patent Document 5 discusses a rotary pump having an elliptical arc type rotor that rotates inscribed in a stator having a cardioid type cross section. About this shape, by extending while spirally twisting in the axial direction, by changing the cross-sectional area etc. in the constant volume or axial direction, the uniaxial eccentric screw pump (if the eccentric shaft is fixed, Single screw pump).
As shown in the vertical cross section (d) and its cross sections (e1) to (e5) of a variable volume uniaxial eccentric screw pump having a cardioid stator cross section, the shape of the cross-sectional area through which the fluid passes is extremely high. It has a shape suitable for handling a large amount of compressible fluid.
In addition, since both ends of the rotor in the cross-sectional shape and the convex part in the stator are always in contact with other parts, it is advantageous to improve the airtightness of the cavity by attaching a flexible material in a spiral shape. Shape.

特許文献1の特開2013−53601「一軸偏心ネジポンプ及び流体モータ」において、ヴァンケル型の断面を持つ、定容積の一軸偏心ネジポンプが提案されている。
ヴァンケル型の断面を持つ一軸偏心ネジポンプは、偏心半径を軸方向で変化することによって、図6(f)の縦断面図のとおり、容積を可変しながら回転することができる容積可変一軸偏心ネジポンプになる。ステーター2bの中心軸60とローター1bの回転軸すなわち偏心軸61との交点を中心とする各円63は、縦断面図(f)の各位置における球面上の断面の様子を(g1)から(g5)に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、球面上に投影したローター1bが各球面63に沿って偏心回転するとともに、球面上に拡張したペリトロコイド曲線により規定されるステーター2bの繭型の穴の中を回転往復運動していることを示している。偏心半径eの他、波長λs(ピッチ)を変化させることでも、容積を可変することができる。
非特許文献5及び6に、カージオイド型(h1)とともに、ヴァンケル型(h2)、さらに次数の高いもの(h3)、カージオイド型より円形に近い形状のもの(h4)が紹介されている。
特許文献2の特開2007−278276「連続軸流容積移送式ウォームポンプ」において、ヴァンケル型の元になった形状のもの(h5)が紹介されている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-53601 “Uniaxial Eccentric Screw Pump and Fluid Motor” in Patent Document 1 proposes a constant volume uniaxial eccentric screw pump having a Wankel type cross section.
The uniaxial eccentric screw pump having a Wankel-type cross section is a variable volume uniaxial eccentric screw pump that can rotate while changing the volume as shown in the longitudinal sectional view of FIG. 6 (f) by changing the eccentric radius in the axial direction. Become. Each circle 63 centering on the intersection of the center axis 60 of the stator 2b and the rotation axis of the rotor 1b, that is, the eccentric shaft 61, shows the state of the cross section on the spherical surface at each position in the longitudinal sectional view (f) from (g1) ( g5). Although it is a spherical surface, it cannot be represented correctly on a plane, but the rotor 1b projected onto the spherical surface rotates eccentrically along each spherical surface 63 and is a stator defined by a peritrochoidal curve expanded on the spherical surface. It shows that the reciprocating motion is reciprocating in the bowl-shaped hole 2b. The volume can be varied by changing the wavelength λs (pitch) in addition to the eccentric radius e.
Non-Patent Literatures 5 and 6 introduce a cardioid type (h1), a Wankel type (h2), a higher order (h3), and a shape closer to a circle than the cardioid type (h4).
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-278276 “Continuous Axial Volumetric Transfer Warm Pump” in Patent Document 2 introduces a Wankel-type shape (h5).

特許文献2に、図6(i1)に示す、定円と回転する円の半径の比がローターは3条(3角形) 、ステーターは4条(四角形)のハイポサイクロイド形状の軸流ポンプについての記載がある。
図6(i2)にハイポサイクロイド形状とトロコイド形状の関係を示す。直径一定の小円の包絡線の形状であることを示している。
図6(j)は、トロコイドポンプ50cは、トロコイド型ステーター(アウターローター)2cとトロコイド型ローター(インナーローター)1cとが共に回転する回転ポンプとして知られている。
通常、軸流ポンプとしては使用されないが、この断面形状を軸方向に螺旋状にねじりながら延長すると、図6(k)の縦断面図に示すように、一軸ネジポンプになる。なお、アウターローター2cを回転しないように固定し、ステーターとして扱うと、一軸偏心ネジポンプになる。さらに、軸方向に偏心半径を変化すると、縦断面(l)に示すように容積可変一軸偏心ネジポンプ3cまたは容積可変一軸ネジポンプ3cになる。
偏心半径eの他、軸方向のねじのピッチ(波長λs)を変化させ、キャビティーの容積Qを可変することができる。
また、この種類の内歯車ポンプは、歯数の異なる亜種が多数ある。
図6(m)に横断面図を、(n)に縦断面図を示すトロコイド形状のローターを多重(内側のローターの歯数より外側のローターの歯数が1つ多い。)に用いたものなどがある。トロコイド形状のローターを多重化したものは、多重化することで圧縮性流体が通過することができる断面積の割合を高めることができる。
In Patent Document 2, the ratio of the radius of the constant circle to the rotating circle shown in FIG. 6 (i1) is 3 (triangular) for the rotor and 4 (square) for the stator. There is a description.
FIG. 6 (i2) shows the relationship between the hypocycloid shape and the trochoid shape. It shows the shape of a small circle envelope with a constant diameter.
In FIG. 6 (j), the trochoid pump 50c is known as a rotary pump in which a trochoidal stator (outer rotor) 2c and a trochoidal rotor (inner rotor) 1c rotate together.
Normally, it is not used as an axial pump, but when this cross-sectional shape is extended while being spirally twisted in the axial direction, a single-screw pump is obtained as shown in the longitudinal sectional view of FIG. When the outer rotor 2c is fixed so as not to rotate and handled as a stator, a uniaxial eccentric screw pump is obtained. Further, when the eccentric radius is changed in the axial direction, the variable volume uniaxial eccentric screw pump 3c or the variable volume uniaxial screw pump 3c is obtained as shown in the longitudinal section (l).
In addition to the eccentric radius e, the volume Q of the cavity can be varied by changing the axial screw pitch (wavelength λs).
In addition, this type of internal gear pump has many variants with different numbers of teeth.
A trochoidal rotor whose transverse cross section is shown in FIG. 6 (m) and whose longitudinal cross section is shown in (n) is used for multiple (the number of teeth of the outer rotor is one more than the number of teeth of the inner rotor). and so on. In the case where the trochoidal rotor is multiplexed, the ratio of the cross-sectional area through which the compressive fluid can pass can be increased by multiplexing.

表1にステーターの条数が5条までのハイポサイクロイド形状のものを、表2にステーターの条数が3条までのエピサイクロイド形状のものを、それぞれ一覧表に分類整理した。何れもさらに条数の多いものが存在する。
表1は、ハイポサイクロイド形状のステーターに、ステーターの条数より1条少ないハイポサイクロイド形状のローターが内接するように縮小したものである。
A行は、基本形状を示し、線のみで示される厚さが無い形状や、角の尖った形状のものは、このままでは作成困難である。
作製可能な形状のものは、基本形状に円を転がしてできる包絡線に補正したB行の形状になり、この中にモーノ型及びトロコイド型の形状が分類される。
C行は、基本形状のローターの各辺を円弧、楕円弧、ハイポサイクロイドの曲線の一部などに置き換え中央部を膨らせた形状で、正多角形のステーターに内接するよう調整され、ローターが回転してできる包絡線に修正したもので、この中にトリカム型の形状が分類される。この表には掲載していないが、楕円弧の形状によっては、角を丸めた正多角形には内接できないが、図6の(c2)や(c3)の図形のように、一軸偏心ネジポンプまたは一軸ネジポンプとして利用できる形状が存在する。
表2のD行からF行は、エピサイクロイド形状のステーターを用い、ステーターの条数より1条多いハイポサイクロイド形状のローターが内接するよう縮小したものある。D行の基本形状のものは、厚さが無いもの、角が尖っているなど、このままでは作成困難な形状である。
作製可能な形状のものは、基本形状に円を転がしてできる包絡線に補正したE行の図形である。F行には、基本形状のローターの角辺を、中央部分を膨らせるように楕円弧等で置き換えた形状のものが分類され、この形状の中にヴァンケル型が分類されている。各種の円弧、楕円弧、ハイポサイクロイドの曲線の一部などから、適合する形状を選び置換え、ステーターの形状は偏心回転するローターの包絡線に合わせて調整を加えた形状である。
Table 1 shows a hypocycloid shape with a number of stators up to 5 and Table 2 shows an epicycloid shape with a number of stators up to 3 in a list. Each of them has a larger number of articles.
Table 1 shows a hypocycloid-shaped stator that is reduced so that a hypocycloid-shaped rotor is inscribed by one less than the number of stators.
Line A indicates the basic shape, and it is difficult to create a shape without a thickness indicated by only a line or a shape with a sharp corner.
The shape that can be produced is a B-line shape corrected to an envelope formed by rolling a circle into a basic shape, and the Monono type and the Trochoid type are classified therein.
Line C is a shape in which each side of the rotor of the basic shape is replaced with an arc, an elliptical arc, a part of a hypocycloid curve, etc., and the center part is expanded, and is adjusted so as to be inscribed in the regular polygonal stator. It is a modified envelope that can be rotated, and the Tricam-type shape is classified in this. Although not listed in this table, depending on the shape of the elliptical arc, it cannot be inscribed in a regular polygon with rounded corners, but as shown in the figures of (c2) and (c3) in FIG. There are shapes that can be used as single screw pumps.
Lines D to F in Table 2 use epicycloid-shaped stators, and are reduced so that a hypocycloid-shaped rotor, one more than the number of stators, is inscribed. The basic shape of the D row is a shape that is difficult to create as it is, such as one having no thickness and sharp corners.
The shape that can be produced is an E-line figure corrected to an envelope formed by rolling a circle into a basic shape. In the F row, a shape in which the corners of the rotor of the basic shape are replaced with an elliptical arc or the like so as to swell the central portion is classified, and the Wankel type is classified in this shape. A suitable shape is selected and replaced from various arcs, elliptical arcs, hypocycloid curves, and the like, and the shape of the stator is adjusted according to the envelope of the rotor that rotates eccentrically.

表1及び2に分類した図形は、何れの図形でも、軸方向に螺旋状にひねりながら延長することで、定容積の軸流ポンプ(容積可変の一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ)に拡張でき、ステーターの開口面積からローターの断面積を差し引いた、面積Sは、
S = T・e
と記述できる。
ここで、eは偏心半径、Tは、ステーターとローターの形状、条数および組み合わせごとに決まる形状定数で、楕円弧の使用の有無や形状、包絡線を生成する円の直径などの多数の要素で変化する。
また、一軸偏心ネジポンプとして使用する場合、波長λrのローター1回転あたりに吐出される容積Qは、次式であらわされる。
Q = S・Ns・λr
= T・e・Nr・λs
ここで、Nr:ローターの条数、Ns:ステーターの条数、λs:ステーターの1波長の長さである。
なお、モーノ型の形状定数Tは、ローターが偏心移動する方向と、直径Drが寄与する方向とが直交しているので、
= 4・Dr/e
とすれば、モーノ型の吐出容積Qは、Nrが1であるから、
= 4・e・Dr・λs
と表現でき、段落0006に掲げた容積Qの式と一致する。

閉鎖したキャビティーの長さは、ハイポサイクロイドステーターでは1波長分、エピサイクロイドのステーターでは2波長分(2条以上のエピサイクロイドの基本図形では、2波長より長くなり、補正したものは、補正の方法により異なるが、2波長程度になる。)のステーターの長さが必要になる。
ステーターをローターとともに回転させる一軸ネジポンプの吐出容積Qは、ステーターとローターの回転数の差が1となる場合に対応する。
表1及び表2に分類した図形、並びに、表には整理されなかった図形は、軸方向に螺旋状にひねりながら延長するとともに、軸方向に偏心半径e、形状定数T、及び、波長λs(ピッチ)を変えることで、容積可変の一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプに拡張することができる。
なお、軸方向にキャビティーの容積を可変する軸流ネジポンプ(容積可変一軸偏心ポンプ及び容積可変一軸ネジポンプ)に関する提案は、他にはない。
The graphics categorized in Tables 1 and 2 can be extended to constant-volume axial flow pumps (uniaxial eccentric screw pumps and uniaxial screw pumps with variable volume) by twisting them in the axial direction in a spiral manner. The area S obtained by subtracting the cross-sectional area of the rotor from the opening area of
S = T · e 2
Can be described.
Here, e is an eccentric radius, T is a shape constant determined by the shape, number of stripes, and combinations of the stator and rotor, and there are a number of factors such as whether or not an elliptical arc is used and the diameter of the circle that generates the envelope. Change.
When used as a uniaxial eccentric screw pump, the volume Q discharged per one rotation of the rotor of wavelength λr is expressed by the following equation.
Q = S · Ns · λr
= T ・ e 2・ Nr ・ λs
Here, Nr: number of rotor stripes, Ns: number of stator stripes, λs: length of one wavelength of the stator.
The MONO type shape constant T M is such that the direction in which the rotor moves eccentrically and the direction in which the diameter Dr contributes are orthogonal,
T M = 4 · Dr / e
If so, the MONO-type discharge volume Q M has Nr of 1, so
Q M = 4 · e · Dr · λs
Which is consistent with the equation for volume Q M listed in paragraph 0006.

The length of the closed cavity is one wavelength for a hypocycloid stator and two wavelengths for an epicycloid stator (more than two wavelengths for two or more epicycloid basic figures. The length of the stator is required depending on the method.
The discharge volume Q of the uniaxial screw pump that rotates the stator together with the rotor corresponds to the case where the difference between the rotation speeds of the stator and the rotor is 1.
The graphics classified in Table 1 and Table 2 and the graphics not arranged in the table are extended while spirally twisting in the axial direction, and the eccentric radius e, the shape constant T, and the wavelength λs ( By changing the (pitch), it can be expanded to a uniaxial eccentric screw pump and a uniaxial screw pump with variable volume.
There are no other proposals regarding axial flow screw pumps (volume variable uniaxial eccentric pump and volume variable uniaxial screw pump) that vary the volume of the cavity in the axial direction.

ローターの回転に伴い、軸方向にキャビティーを移送するとともに、その容積を連続的に変えることができるので、圧縮性流体の物理的状態(液体、気体)、圧力(密度)、温度等の物理的変化、そして燃焼等化学的変化を含む多くの事象を適切に取り扱うことができる。   As the rotor rotates, the cavity can be transferred in the axial direction and its volume can be changed continuously, so the physical state of the compressible fluid (liquid, gas), pressure (density), temperature, etc. Many events including chemical changes such as chemical changes and combustion can be handled appropriately.

エアコン、冷蔵庫、冷凍庫のコンプレッサーとして使用することができるほか、キャビティーの個数を多くすることで、従来のポンプでは扱えなかったような大きな圧力差を取り扱うことができる。容積型ポンプであることから、極めて遅い回転速度で効率の高い運転ができるとともに、熱力学的に理想的な気体の圧縮や拡張を行うことができるので、効率の良い熱機関としても利用できる。熱力学的な改革をもたらすとともに、従来の手法とは異なる全く新しい方法で、自然エネルギーや資源の採取に応用できるなど、あらゆる分野での応用が期待できる。   In addition to being used as a compressor for air conditioners, refrigerators, and freezers, by increasing the number of cavities, it is possible to handle large pressure differences that cannot be handled by conventional pumps. Since it is a positive displacement pump, it is possible to operate with high efficiency at a very slow rotation speed and to perform compression and expansion of a thermodynamically ideal gas, so that it can be used as an efficient heat engine. In addition to bringing about thermodynamic reforms, it can be applied in a variety of fields, such as being able to be applied to the collection of natural energy and resources in a completely new way different from conventional methods.

偏心半径eを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。It is explanatory drawing of the variable volume uniaxial eccentric screw pump which changed the eccentric radius e linearly. ローターの直径Drを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。It is explanatory drawing of the volume variable uniaxial eccentric screw pump which changed the diameter Dr of the rotor linearly. 偏心半径e及びローターの直径Drを直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。It is explanatory drawing of the volume variable single axis | shaft eccentric screw pump which changed the eccentric radius e and the diameter Dr of the rotor linearly. 波長λ(ピッチ)を直線的に変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。It is explanatory drawing of the volume variable uniaxial eccentric screw pump which changed wavelength (lambda) (pitch) linearly. 偏心半径e、ローター1の直径Dr及び波長λr(ピッチ)を変化した容積可変一軸偏心ネジポンプの説明図である。It is explanatory drawing of the volume variable uniaxial eccentric screw pump which changed the eccentric radius e, the diameter Dr of the rotor 1, and wavelength (lambda) r (pitch). トリカム型、カージオイド型、ヴァンケル型、トロコイド型、その他形状の類似したものなど、容積可変ポンプとして使用可能な形状に関する説明図並びに多重ローターに関する説明図である。It is explanatory drawing regarding the shape which can be used as a variable volume pump, such as a tricham type, a cardioid type, a Wankel type, a trochoid type, and other similar shapes, and an explanatory diagram regarding a multiple rotor. ローターとステーターの形状及びキャビティーに関する基礎的な説明、並びに、結合方法に関する説明図である。It is a basic explanation about the shape of a rotor and a stator, and a cavity, and an explanatory view about a connecting method. 真空ポンプ(実施例1)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as a vacuum pump (Example 1). 圧縮空気エンジン(実施例2)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as a compressed air engine (Example 2). 空気液化装置(実施例3)及び空気調整機(実施例4)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as an air liquefying apparatus (Example 3) and an air conditioner (Example 4). 水蒸気拡張器(実施例5)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as a water vapor expander (Example 5). 内燃機関(実施例6)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as an internal combustion engine (Example 6). 遠隔駆動ポンプ(実施例7)、海底資源採取ポンプ(実施例8)及び多重トロコイドポンプ(実施例9)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as a remote drive pump (Example 7), a seabed resource extraction pump (Example 8), and a multiple trochoid pump (Example 9). 熱エネルギー回収器(実施例10)及び冷熱回収器(実施例11)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as a thermal energy recovery device (Example 10) and a cold energy recovery device (Example 11). 太陽光エネルギー回収器(実施例12)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as a solar energy recovery device (Example 12). 地熱エネルギー回収器(実施例13)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as a geothermal energy recovery device (Example 13). 高圧空気利用システム(実施例14)、熱交換拡張器(実施例15)及び圧縮性流体圧力調整器(実施例16)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as a high pressure air utilization system (Example 14), a heat exchange expander (Example 15), and a compressible fluid pressure regulator (Example 16). 温度差駆動発電機(実施例17)、圧縮空気駆動発電機(実施例18)並びに熱回収パネル型発電機(実施例19)としての実施方法を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the implementation method as a temperature difference drive generator (Example 17), a compressed air drive generator (Example 18), and a heat recovery panel type generator (Example 19).

図1から図5までに示した容積可変一軸偏心ネジポンプは、ローター1を回転(偏心回転)することで、圧縮性流体の圧縮を、逆方向に回転することで拡張を行うことができ、容積比を1.01から数百倍に設計することができる。
また、偏心軸についても固定し、ローター1とステーター2の双方を回転させ、容積可変一軸ポンプとして利用することができる。(この場合、ステーター2は、アウターローターと呼ぶ。)
図6に示すとおり、トリカム型、ヴァンケル型、トロコイド型、カージオイド型等、多彩な形状についても、その形状を軸方向にねじりながら拡張することで、定容積の若しくは容積可変の一軸偏心ネジポンプ及び容積可変一軸ネジポンプとして利用できることを示した。
従来の冷蔵庫やエアコンのコンプレッサーなどに置き換えて利用できることは、説明するまでも無いが、複数のポンプを組み合わせること、及び、弁を付けキャビティー内の圧力調整をする機能を付加することで、さらに能力を大きく向上させることができる。
The variable volume uniaxial eccentric screw pump shown in FIGS. 1 to 5 can be expanded by rotating the rotor 1 in an opposite direction by rotating the rotor 1 (eccentric rotation). The ratio can be designed from 1.01 to several hundred times.
Also, the eccentric shaft can be fixed, and both the rotor 1 and the stator 2 can be rotated to be used as a variable volume uniaxial pump. (In this case, the stator 2 is called an outer rotor.)
As shown in FIG. 6, various shapes such as Tricam type, Wankel type, trochoid type, cardioid type, etc. can be expanded while twisting in the axial direction, and a constant volume or variable volume uniaxial eccentric screw pump and It was shown that it can be used as a variable volume single screw pump.
Needless to say, it can be used in place of conventional refrigerators and air conditioner compressors, but by combining multiple pumps and adding a function to adjust the pressure in the cavity by adding a valve, The ability can be greatly improved.

図7は、容積可変一軸偏心ネジポンプ3の長さを12波長分とした縦断面図(a)、そのローター1の外観図(b)と一定の厚みを付けてモデリングしたステーター2の外観図(c)、容積可変一軸偏心ネジポンプを短径側で結合した物理・化学反応器33の縦断面図(d)、ネジの回転方向を中央部で反転した圧縮性流体圧力変換器35の縦断面図(e)及び、容積可変一軸ネジポンプの長径側で結合した物理・化学反応器(その2)38の縦断面図(f)である。
図7(a)は、偏心半径e及びローター1の直径Drを10倍、波長λを5倍変え、長さをローター1の波長λrの12波長分とし、閉じたキャビティーの実効的な容積比として90を得ている。
波長λsの長さを短くすることで、キャビティーの数を増すことができるとともに、実効的な容積比も大きくすることができる。
偏心半径eは、軸方向に直線的に変化しなければならないが、形状定数Tは、任意に設定でき、キャビティーの容積を等比級数的に変化させるなど、多様な設計が可能である。
キャビティーAに高圧空気を入れる場合とAとB両方に高圧空気を入れる場合とを比較すると、両方に入れる方が高圧空気の消費量、回転力共に大きくなる。AからGまでのキャビティーにそれぞれ吸入弁を設けて、高圧空気の吸入個所を変更することにより、容積比を変えて運転することができる。
同様に、HからMまでのキャビティーにそれぞれ弁を設けることで、適切な拡張容積比を選ぶことができる。
FIG. 7 shows a longitudinal sectional view (a) in which the length of the variable volume uniaxial eccentric screw pump 3 is set to 12 wavelengths, an external view (b) of the rotor 1 and an external view of the stator 2 modeled with a certain thickness ( c) Longitudinal sectional view of a physical / chemical reactor 33 in which a variable volume uniaxial eccentric screw pump is coupled on the short diameter side, and a longitudinal sectional view of a compressible fluid pressure transducer 35 in which the rotational direction of the screw is reversed at the central portion. It is the longitudinal cross-sectional view (f) of the physical-chemical reactor (the 2) 38 couple | bonded by (e) and the long diameter side of the volume variable single screw pump.
FIG. 7A shows the effective volume of a closed cavity by changing the eccentric radius e and the diameter Dr of the rotor 1 10 times, changing the wavelength λ 5 times, and changing the length to 12 wavelengths of the wavelength λr of the rotor 1. A ratio of 90 is obtained.
By reducing the length of the wavelength λs, the number of cavities can be increased and the effective volume ratio can be increased.
The eccentric radius e must change linearly in the axial direction, but the shape constant T can be arbitrarily set, and various designs such as changing the volume of the cavity in a geometric series are possible.
Comparing the case where high pressure air is put into the cavity A and the case where high pressure air is put into both A and B, both the consumption amount and the rotational force of the high pressure air become larger. By providing a suction valve in each of the cavities A to G and changing the suction point of the high-pressure air, it is possible to operate with a different volume ratio.
Similarly, an appropriate expansion volume ratio can be selected by providing a valve in each of the cavities H to M.

図7(b)にローター1の外観を、(c)に一定の厚さでモデリングしたステーター2の外観図を示す。
何れも図7(a)の縦断面図のローター1とステーター2を立体形状としてモデリングしたものであり、ローター1は、1条ネジ、ステーター2は、2条ネジであることが解る。
FIG. 7B shows the appearance of the rotor 1, and FIG. 7C shows the appearance of the stator 2 modeled with a constant thickness.
In either case, the rotor 1 and the stator 2 in the longitudinal sectional view of FIG. 7A are modeled as three-dimensional shapes, and it is understood that the rotor 1 is a single screw and the stator 2 is a double screw.

図7(d)は、2つの容積可変一軸偏心ネジポンプ31、32を、左右に配置して、中心軸60及び偏心軸61を共に合わせて、短径側で結合した物理・化学反応器33の縦断面図である。ローター1が回転し、左の開口部241から入った空気は、圧縮機31により圧縮され、次に拡張器32で拡張されて開口部240から吐出される。
中央部の高い圧力の中で、物理変化、化学変化等の反応を行う、物理化学反応器33として利用可能な構成である。圧縮に要したエネルギーは、拡張過程で回収することができる。高圧空気中での燃焼、高圧高温の超臨界流体中における連続した化学反応を行うなど、多方面で利用可能である。
FIG. 7D shows a physical / chemical reactor 33 in which two volume-variable uniaxial eccentric screw pumps 31 and 32 are arranged on the left and right sides, and the central shaft 60 and the eccentric shaft 61 are joined together and combined on the short diameter side. It is a longitudinal cross-sectional view. The rotor 1 rotates and the air that has entered from the left opening 241 is compressed by the compressor 31, then expanded by the expander 32, and discharged from the opening 240.
This configuration can be used as a physicochemical reactor 33 that performs a reaction such as a physical change or a chemical change in a high pressure at the center. The energy required for compression can be recovered during the expansion process. It can be used in many fields, including combustion in high-pressure air and continuous chemical reactions in high-pressure and high-temperature supercritical fluids.

図7(e)は、中央部でネジの回転方向が逆になっている、圧力変換器35として利用可能な容積可変一軸偏心ネジポンプの縦断面図である。
左の開口部241に4気圧の高圧空気を加え、その圧力でローター1を回転させ、中央部の開口部240から吐出する。ローター1の回転に伴い、右側の開口部241から1気圧の空気を吸込み、同じく中央部の開口部240から、およそ2気圧の空気を吐出する。
絞り弁で圧力を下げた場合は、空気量に変化は無いが、圧力変換器35では、右の開口部241から吸い込んだ空気量が加わるので、損失が少ないことが解る。圧力変化に伴い発生した熱と冷熱は平均化される。
また、逆方向に利用すると昇圧器として動作し、圧力変換器35の中央部の開口部240に圧力を加えることにより、右側の開口部に向って空気が流れローター1が回転する。螺旋の向きが逆になっているので、左の開口部241には圧力を高めた空気を得ることができる。発生した熱と冷熱は平均化されないので、必要に応じて熱交換を行うとよい。
ローター1の内部を空洞とし、若しくは、ステーター2の周囲を外殻で覆い、螺旋状の流路を構成し、それぞれの内部をヒートパイプにすることで、熱交換を行う方法も考えられる。
FIG. 7E is a longitudinal sectional view of a variable volume uniaxial eccentric screw pump that can be used as the pressure transducer 35 in which the screw rotation direction is reversed at the center.
High pressure air of 4 atm is added to the left opening 241, and the rotor 1 is rotated by the pressure, and discharged from the opening 240 at the center. As the rotor 1 rotates, 1 atm of air is sucked from the opening 241 on the right side, and approximately 2 atm of air is discharged from the opening 240 at the center.
When the pressure is reduced by the throttle valve, the air amount does not change, but in the pressure converter 35, the amount of air sucked from the right opening 241 is added, so it can be understood that the loss is small. Heat and cold generated with pressure changes are averaged.
Further, when used in the reverse direction, it operates as a booster, and by applying pressure to the central opening 240 of the pressure transducer 35, air flows toward the right opening and the rotor 1 rotates. Since the direction of the spiral is reversed, air with increased pressure can be obtained in the left opening 241. Since the generated heat and cold heat are not averaged, heat exchange may be performed as necessary.
A method is also conceivable in which the interior of the rotor 1 is hollow, or the periphery of the stator 2 is covered with an outer shell to form a spiral flow path, and the inside of each is a heat pipe, thereby performing heat exchange.

図7(f)は、2つの容積可変一軸偏心ネジポンプ31、32を、左右に配置して、ローターの回転軸(偏心軸)61を合わせて、長径側でローターを結合した物理・化学反応器(その2)38の縦断面図である。開口部241から入った空気は、圧縮機31により圧縮され、パイプを通して拡張器32で拡張されて開口部240から吐出される。
高い圧力の中で、物理変化、化学変化等の反応を行うことができる、物理化学反応器33と同様の利用が可能であるが、ローターの回転に伴い、ステーター(アウターローター)も回転するため、磁性流体を使用するなど、回転する接続部の気密性を確保する必要がある。
ローターの結合に自在継手等を使用して接続する場合は、ステーターを回転させる必要はない。
FIG. 7F shows a physical / chemical reactor in which two volume-variable uniaxial eccentric screw pumps 31 and 32 are arranged on the left and right sides, and the rotor rotation shaft (eccentric shaft) 61 is aligned, and the rotor is coupled on the longer diameter side. (No. 2) FIG. The air that has entered through the opening 241 is compressed by the compressor 31, expanded through the pipe by the expander 32, and discharged from the opening 240.
Although it can be used in the same manner as the physical-chemical reactor 33, which can carry out reactions such as physical changes and chemical changes under high pressure, the stator (outer rotor) also rotates as the rotor rotates. It is necessary to ensure the airtightness of the rotating connection part, such as using a magnetic fluid.
When connecting by using a universal joint or the like to connect the rotor, it is not necessary to rotate the stator.

図には示していないが、一軸偏心ネジポンプ4基を平行に配置して、ローターの偏心回転の位相を調整してギアにより結合し、2基を逆方向に回転させて、偏心運動(歳差運動)による重心の変位をキャンセルする配置も考えられる。
キャビティーの容積を決める要素である、偏心半径e、形状係数Tおよび波長λ(ピッチ)の各変化量を調整し、直径を増加した分、波長を長く設計するなどし、実質的に定容積とする設計も可能である。非圧縮性流体を高い圧力で吐出する場合も圧縮特性を勘案し、1個所のキャビティーに圧力が集中することが無いように設計することも可能である。圧力を加えない送風のみの用途や、非圧縮性流体を数十センチの高さに移送する用途などでは、ローターとステーターの間に多少隙間があっても、また、閉じた箇所が1個所以下であっても、流体を移送することは可能であり、それなりに利用可能な用途が存在する。
高い圧力を取り扱う用途などでは、キャビティーの密閉度が重要となってくるため、温度変化による変形などを勘案し、ローターとステーターは、精密に加工する必要がある。
Although not shown in the figure, four uniaxial eccentric screw pumps are arranged in parallel, and the phase of the eccentric rotation of the rotor is adjusted and coupled by gears, and the two units are rotated in the opposite direction to cause eccentric motion (precession). An arrangement that cancels the displacement of the center of gravity due to movement) is also conceivable.
By adjusting the amount of change in the eccentric radius e, shape factor T, and wavelength λ (pitch), which are the factors that determine the volume of the cavity, and increasing the diameter, the wavelength is designed to be longer, making it a substantially constant volume. The following design is also possible. Even when the incompressible fluid is discharged at a high pressure, it is possible to design so that the pressure does not concentrate in one cavity in consideration of the compression characteristics. In applications where only air is blown without pressure or where incompressible fluid is transferred to a height of several tens of centimeters, even if there is a slight gap between the rotor and the stator, there is less than one closed location. Even so, it is possible to transfer the fluid and there are applications that can be used as such.
In applications where high pressure is handled, the degree of sealing of the cavity becomes important, and therefore the rotor and stator need to be precisely processed in consideration of deformation due to temperature changes.

図8は、真空ポンプ312(実施例1)を示した縦断面図である。12段のキャビティーからなる実容積比50倍の容積可変一軸偏心ネジポンプ3、並びに複数の整合弁28によって構成される。メンテナンスが容易にできる常圧側に動力源の電動機を配置し、自在継手151で連結している。(説明図であるため、真空容器53は、かなり小さく描かれている。)   FIG. 8 is a longitudinal sectional view showing the vacuum pump 312 (Example 1). The variable volume uniaxial eccentric screw pump 3 composed of 12 stages of cavities with a volume ratio of 50 times and a plurality of matching valves 28 are configured. A motor as a power source is arranged on the normal pressure side where maintenance can be easily performed, and is connected by a universal joint 151. (Because it is an explanatory diagram, the vacuum vessel 53 is drawn quite small.)

運転開始時において、真空容器53内の圧力が常圧の状態から運転を開始すると、過渡的にではあるが容積可変一軸偏心ネジポンプ312の後段のキャビティー内の圧力が大気圧を超えることとなる。排気する空気を過剰に圧縮することを避けるため、整合弁28を設けており、空気室255よりも圧力が高くなったキャビティーの逆止弁283が開き、過剰となった空気を排気する。(逆止弁284は、開いていることを表現している。)   At the start of operation, when the operation is started from the state where the pressure in the vacuum vessel 53 is normal pressure, the pressure in the cavity at the rear stage of the variable volume uniaxial eccentric screw pump 312 transiently exceeds the atmospheric pressure. . In order to avoid excessively compressing the air to be exhausted, a matching valve 28 is provided, and the check valve 283 of the cavity whose pressure is higher than that of the air chamber 255 is opened to exhaust the excess air. (The check valve 284 expresses that it is open.)

空気中に含まれる水分が結露するなどし、非圧縮性流体がキャビティーを満たすとローター1の回転が停止する原因となる。非圧縮性流体が原因で圧力が高くなったキャビティーの逆止弁28が開いて、空気室255に排出する。空気室255では、重力により分離し吐出口240から空気95、非圧縮性流体99をそれぞれ排出する。
容積比をさらに大きく設計することもできる。逆回転することで、穏やかに空気を戻すことができる。
If the incompressible fluid fills the cavity due to condensation of moisture contained in the air, the rotation of the rotor 1 is stopped. The check valve 28 of the cavity whose pressure is increased due to the incompressible fluid is opened and discharged to the air chamber 255. In the air chamber 255, the air 95 and the incompressible fluid 99 are discharged from the discharge port 240 by being separated by gravity.
The volume ratio can be designed to be larger. By reverse rotation, air can be returned gently.

図9は、圧縮空気エンジン323(実施例2)の縦断面図(a)、車載イメージ(b)及び制御弁を含む横断面図(c)である。図9(a)は、高圧空気室155と一体化した12段のキャビティーからなる実容積比60倍の容積可変一軸偏心ネジポンプ3、並びに複数の整合弁28によって構成される圧搾空気エンジン323である。回転力は、自在継手151、駆動軸152を経由して伝達している。車両の他、工具等の動力源として利用できる。   FIG. 9 is a longitudinal sectional view (a) of a compressed air engine 323 (Example 2), an in-vehicle image (b), and a transverse sectional view (c) including a control valve. FIG. 9A shows a compressed air engine 323 constituted by a variable volume single-shaft eccentric screw pump 3 having a real volume ratio of 60 times and comprising a 12-stage cavity integrated with a high-pressure air chamber 155 and a plurality of matching valves 28. is there. The rotational force is transmitted via the universal joint 151 and the drive shaft 152. In addition to vehicles, it can be used as a power source for tools and the like.

空気圧を調整するために一般的には絞り弁が使用されるが、絞り弁を通過する際の圧力損失が大きいため、圧縮空気のエネルギーを十分利用することができない。
図9(a)の実施例では、円錐台形の円筒弁281を使用し、その回転角ごとにキャビティーの小さい方から順番に開口部24を開き、高圧空気を充填する構造になっている。
必要なトルクを得るために、円筒弁281を操作し、負荷に応じたキャビティーに高圧空気を充填するように調整する。
A throttle valve is generally used to adjust the air pressure. However, since the pressure loss when passing through the throttle valve is large, the energy of the compressed air cannot be fully utilized.
In the embodiment of FIG. 9A, a truncated cone-shaped cylindrical valve 281 is used, and the opening 24 is opened in order from the smallest of the cavities for each rotation angle, and high-pressure air is filled.
In order to obtain the required torque, the cylindrical valve 281 is operated and adjusted so that the cavity corresponding to the load is filled with high-pressure air.

円錐台形の円筒弁281は、高圧空気室255の圧力の影響を受けずに、外部から調整できる構造とする必要がある。
高圧空気室255の圧力が低下したときは、円錐台形の円筒弁281を回転し、数段階多く開放することで、回転力の低下を補う。
吐出側にも円錐台形の円筒弁280を設けており、圧縮空気の適切な拡張を行うように調整することができる。
The frustoconical cylindrical valve 281 needs to have a structure that can be adjusted from the outside without being affected by the pressure of the high-pressure air chamber 255.
When the pressure in the high-pressure air chamber 255 is reduced, the truncated cone-shaped cylindrical valve 281 is rotated and opened by several steps to compensate for the reduction in rotational force.
A frustoconical cylindrical valve 280 is also provided on the discharge side, and can be adjusted so as to appropriately expand the compressed air.

ステーター2の2条ネジの突出部にそって螺旋状に複数の穴24を開け、円錐台形の円筒28に設けた開口部24により開閉するようになっている。
図9(c)に円錐台形の円筒弁28の開口部24を含む断面図を示す。円錐台形の円筒弁28を回転し、その開口部24がステーター2の開口部24と重なったときにキャビティーを開放する。ステーター2の螺旋状に並んだ開口部24及び円錐台形の円筒弁28の形状は、図9(c)に相似(円錐台形の円筒弁の開口部24の開口角度が異なる。)の形状である。
A plurality of holes 24 are spirally formed along the projecting portion of the double thread of the stator 2 and are opened and closed by an opening 24 provided in a truncated cone cylinder 28.
FIG. 9C shows a cross-sectional view including the opening 24 of the truncated conical cylinder valve 28. The frustum-shaped cylindrical valve 28 is rotated, and the cavity is opened when the opening 24 overlaps the opening 24 of the stator 2. The shapes of the opening 24 arranged in a spiral shape of the stator 2 and the truncated cone-shaped cylindrical valve 28 are similar to those in FIG. 9C (the opening angle of the opening 24 of the truncated cone-shaped cylindrical valve is different). .

排出された空気は、膨張過程で温度が低下するので、室内の冷房に使用することができる。
円錐台形の円筒弁281を全て閉じることで、次第にキャビティー内が負圧となり回転を抑制するので、ブレーキ動作を行うことができる。走行中に変速ギアを逆回転状態とすることで、圧搾空気エンジン323のローター1を逆方向に回転させ、空気を吸込み圧縮し、高圧空気室255に充填することで、回生動作を行うことができる。制動量は、円錐台形の円筒弁280と281で調整する。
Since the temperature of the discharged air decreases during the expansion process, it can be used for indoor cooling.
By closing all the frustoconical cylindrical valve 281, the inside of the cavity gradually becomes negative pressure and rotation is suppressed, so that a braking operation can be performed. The regenerative operation can be performed by rotating the rotor 1 of the compressed air engine 323 in the reverse direction by sucking and compressing air and filling the high-pressure air chamber 255 by turning the transmission gear in the reverse rotation state during traveling. it can. The amount of braking is adjusted by the truncated cone-shaped cylindrical valves 280 and 281.

図10(a)は、容積可変一軸偏心ネジポンプ2台を、短径側でローターを直結した熱交換空気圧縮器315と断熱拡張器321からなる空気液化装置332(実施例3)の縦断面図である。自在継手151をとおして駆動し、開口部241から取り込んだ空気900を熱交換しながら圧縮した後、拡張器321により断熱膨張させている。   FIG. 10A is a longitudinal sectional view of an air liquefying apparatus 332 (Example 3) comprising a heat exchange air compressor 315 and a heat insulating expander 321 in which two rotors with variable volume are connected to a rotor on the short diameter side. It is. After driving through the universal joint 151 and compressing the air 900 taken from the opening 241 while exchanging heat, it is adiabatically expanded by the expander 321.

熱交換空気圧縮機315と断熱拡張器321の下側に、非圧縮性流体トラップ285を設け、結露水991、液体二酸化炭素992等を捕捉する。非圧縮性流体トラップ285は、適宜弁を開いて排出する。拡張が進み温度が低下し液化した酸素993と、窒素を主成分とする低温の気体904に分離する。低温の気体904は、熱交換圧縮器315のステーターの外側の螺旋状の流路243を巡らせ、対向式の熱交換を行い、吐出口240から放出する。   An incompressible fluid trap 285 is provided below the heat exchange air compressor 315 and the heat insulating expander 321 to capture dew condensation water 991, liquid carbon dioxide 992, and the like. The incompressible fluid trap 285 is discharged by opening the valve as appropriate. As the expansion proceeds, the temperature is decreased and separated into liquefied oxygen 993 and a low-temperature gas 904 mainly composed of nitrogen. The low-temperature gas 904 circulates in the spiral flow path 243 outside the stator of the heat exchange compressor 315, performs opposed heat exchange, and is discharged from the discharge port 240.

熱交換空気圧縮機315のステーター2に設けたキャビティー間を結ぶ帰還パイプ244は、圧力の高いキャビティーから低いキャビティーへ空気が移動する。キャビティー内に噴出した空気は、対流を発生させ、熱交換の効率を向上する。キャビティーの移動方向とは逆方向に空気が移動するので、移送効率を犠牲にして熱交換効率を向上させている。帰還パイプ244に絞り弁を設けることで、運転中に調整を行うことができる。帰還パイプは、ローター1の中に設けることもできる。熱交換空気圧縮機315と断熱拡張器321のローターを直結することで、圧縮に要したエネルギーの一部を拡張する際に回収することができる。   The return pipe 244 connecting the cavities provided in the stator 2 of the heat exchange air compressor 315 moves air from a cavity having a high pressure to a cavity having a low pressure. The air ejected into the cavity generates convection and improves the efficiency of heat exchange. Since air moves in the direction opposite to the direction of movement of the cavity, heat exchange efficiency is improved at the expense of transfer efficiency. By providing a throttle valve on the return pipe 244, adjustment can be performed during operation. The return pipe can also be provided in the rotor 1. By directly connecting the heat exchange air compressor 315 and the rotor of the adiabatic expander 321, part of the energy required for compression can be recovered.

図10(b)は、冷媒を使用しない空気調整機331(実施例4)の縦断面図である。
吸入口241から空気900を取り入れ、断熱圧縮機311で圧縮する。圧縮した空気は高温となるが、圧縮の途中で分岐した空気と、対向流熱交換器571で熱交換を行い、続いて断熱拡張器321で断熱拡張することで、冷却空気930を作る。
2つの吐出口240に高温空気910と冷却空気930を同時に作ることができる。一方を室内に送風して、暖房または冷房に使用し、他方は屋外に排出する。(図14(a)の熱エネルギー回収器、または図14(b)の冷熱回収器を使用してさらに効率を改善することができる。)
組み合わせた容積可変一軸偏心ネジポンプ33は、電動機161により、中央部のギア154をとおして駆動している。ローター1が偏心回転することを考慮して、ギア154を作製する必要がある。
FIG.10 (b) is a longitudinal cross-sectional view of the air conditioner 331 (Example 4) which does not use a refrigerant | coolant.
Air 900 is taken in from the suction port 241 and compressed by the adiabatic compressor 311. Although the compressed air becomes a high temperature, heat is exchanged with the air branched in the middle of compression with the counter-flow heat exchanger 571, and then adiabatic expansion is performed with the adiabatic expander 321, thereby forming the cooling air 930.
High-temperature air 910 and cooling air 930 can be simultaneously formed in the two discharge ports 240. One is blown indoors and used for heating or cooling, and the other is discharged outdoors. (The efficiency can be further improved using the thermal energy recovery device of FIG. 14 (a) or the cold energy recovery device of FIG. 14 (b).)
The combined variable volume single-shaft eccentric screw pump 33 is driven by a motor 161 through a gear 154 at the center. Considering that the rotor 1 rotates eccentrically, the gear 154 needs to be manufactured.

図11は、水蒸気拡張器322(実施例5)の縦断面図(a)とローター1とギア154の接合部の説明図(b)である。
図11(a)は、実容積比が3.5倍の容積可変一軸偏心ネジポンプ3と発電機165とで構成した発電用の水蒸気拡張器322である。
ステーター2は、2組みのベアリング151により回転自在に設置され、内部に挿入されたローター1の回転速度の2分の1の速度で回転するようになっている。
FIG. 11 is a longitudinal sectional view (a) of the water vapor expander 322 (Example 5) and an explanatory view (b) of the joint portion of the rotor 1 and the gear 154.
FIG. 11A shows a steam expander 322 for power generation constituted by a variable volume uniaxial eccentric screw pump 3 having an actual volume ratio of 3.5 times and a generator 165.
The stator 2 is rotatably installed by two sets of bearings 151 and is rotated at a speed that is half of the rotational speed of the rotor 1 inserted therein.

蒸気発生器から高温高圧水蒸気911Hを拡張器吸入口241に導入する。高温高圧水蒸気911Hの高い圧力と膨張力で、キャビティーの容積が増加する方向にローター1とステーター(アウターローター)2を回転させる。高温高圧水蒸気911Hを断熱膨張し、熱エネルギーを回転力に変換する。回転力は、ギア154及び駆動軸152に接続された発電機165を駆動し電力を得る。温度が低下した低圧水蒸気901を復水器に導く。   High-temperature and high-pressure steam 911H is introduced from the steam generator into the dilator inlet 241. The rotor 1 and the stator (outer rotor) 2 are rotated in the direction in which the volume of the cavity is increased by the high pressure and expansion force of the high-temperature and high-pressure steam 911H. The high-temperature and high-pressure steam 911H is adiabatically expanded to convert heat energy into rotational force. The rotational force drives the generator 165 connected to the gear 154 and the drive shaft 152 to obtain electric power. The low-pressure steam 901 whose temperature has been lowered is led to the condenser.

図11(b)にローター1とギア154の接合部の断面63の様子を示す。ステーター2に固定した半径2eの内歯歯車254と、ローター1に固定した直径2eの歯車154のピッチ円65をそれぞれ破線で示すように、上部で噛み合い、ステーター2は、中心軸60を中心に、ローター1は固定されたローターの回転軸61を中心に、それぞれ1対2の比率で回転する。   FIG. 11B shows a state of the cross section 63 of the joint portion between the rotor 1 and the gear 154. The pitch circle 65 of the internal gear 254 of radius 2e fixed to the stator 2 and the gear circle 154 of diameter 2e fixed to the rotor 1 is meshed at the upper portion as indicated by broken lines, and the stator 2 is centered on the central axis 60. The rotor 1 rotates at a ratio of 1: 2 around the rotation axis 61 of the fixed rotor.

ステーター2が回転することとなるが、ローター1が歳差運動(偏心運動)をすることなく回転できるので、振動が少ない特徴がある。
ステーター2、ローター1共に、回転軸に対するバランスを取っておく必要がある。特にローター1の端部の質量が大きいので、内部を空洞にするなどの調整が必要である。
Although the stator 2 rotates, since the rotor 1 can rotate without precession (eccentric movement), there is a feature that there is little vibration.
Both the stator 2 and the rotor 1 need to be balanced against the rotation axis. Particularly, since the mass of the end portion of the rotor 1 is large, adjustment such as making the inside hollow is necessary.

図12は、内燃機関335(実施例6)の縦断面図(a)と車載イメージ(b)である。
容積可変一軸偏心ネジポンプ2基を圧縮機31と拡張器32として回転対象に配置して、短径側で結合し、中央部に高圧空気室255を形成している。ローター1の回転軸とステーター2の中心線とが、それぞれ一直線となるように配置し、直結している。拡張器32の長径側から自在継手151を経由して駆動軸152に動力を伝達している。
ステーター2の螺旋状の突出部分に複数の整合弁開口部24を設けており、円錐台形の円筒弁280、281を配置している。円錐台形の円筒弁280、281は、その回転によりキャビティーの大きい方から順番に開口部24を開く構造になっている。図12(a)では、およそ半分が開いている状態を表している。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view (a) and an in-vehicle image (b) of the internal combustion engine 335 (Example 6).
Two volume-variable single-shaft eccentric screw pumps are arranged as rotation targets as a compressor 31 and an expander 32, and are coupled on the short diameter side to form a high-pressure air chamber 255 at the center. The rotating shaft of the rotor 1 and the center line of the stator 2 are arranged in a straight line and are directly connected. Power is transmitted from the long diameter side of the dilator 32 to the drive shaft 152 via the universal joint 151.
A plurality of matching valve openings 24 are provided in a spiral projecting portion of the stator 2, and truncated cone-shaped cylindrical valves 280 and 281 are arranged. The frustoconical cylindrical valves 280 and 281 have a structure in which the opening 24 is opened in order from the larger cavity by rotation thereof. FIG. 12A shows a state where approximately half is open.

始動は、始動弁288を開き、高圧空気室155内に蓄積した圧縮空気を拡張器32に導入し、その圧力でローター1を回転させる。さらに燃料供給チューブ261から燃料を噴射し、点火装置263で点火する。高圧空気で満たされたキャビティー内で燃焼が進行する。ローター1の回転とともにキャビティーの容積が徐々に増し、十分な時間をかけて燃焼させ、かつ、燃焼ガスを断熱膨張する。燃焼ガスが持つ熱エネルギーを膨張力として効率的に回転力に変換する。ピストンエンジンのように低温部と高温部を往復する部品がなく、燃焼が常に同一部分で行われる構造である。始動後、吸入口241から取り込んだ空気が圧縮機31で圧縮され、拡張器32に到達すると、始動弁288を閉じて、定常運転の状態となる。   In starting, the start valve 288 is opened, the compressed air accumulated in the high-pressure air chamber 155 is introduced into the expander 32, and the rotor 1 is rotated by the pressure. Further, fuel is injected from the fuel supply tube 261 and ignited by the ignition device 263. Combustion proceeds in a cavity filled with high pressure air. As the rotor 1 rotates, the volume of the cavity gradually increases, burns over a sufficient time, and adiabatic expansion of the combustion gas. The thermal energy of combustion gas is efficiently converted into rotational force as expansion force. Unlike the piston engine, there is no part that reciprocates between the low temperature part and the high temperature part, and combustion is always performed in the same part. After starting, the air taken in from the suction port 241 is compressed by the compressor 31 and reaches the expander 32. Then, the starting valve 288 is closed, and a steady operation state is obtained.

ピストンエンジンと異なり、キャビティーの容積増加速度が小さく、燃焼に伴って生じるキャビティー内の急激な圧力増加を緩和するため、圧力緩和室264を備えている。燃焼を開始するキャビティーの移動方向に配置し、燃焼による圧力増加に伴い、ステーターの壁面の一部がピストンとして圧力緩和室内に押し込まれ、急激な圧力上昇を緩和する。キャビティーの移動と共に容積を増し、圧力が低下すると、圧力緩和室264に内蔵されたばねの力と背圧により燃焼ガスをキャビティー内に押し戻す。   Unlike a piston engine, the cavity volume increasing rate is small, and a pressure relaxation chamber 264 is provided to relieve a rapid pressure increase in the cavity caused by combustion. Arranged in the moving direction of the cavity where combustion starts, a part of the wall surface of the stator is pushed into the pressure relaxation chamber as a piston as the pressure increases due to combustion, and a sudden pressure rise is alleviated. When the volume increases with the movement of the cavity and the pressure decreases, the combustion gas is pushed back into the cavity by the force and back pressure of the spring built in the pressure relaxation chamber 264.

圧縮機31に付属する円錐台形の円筒281を回転することで、空気の圧縮行程を調整する。拡張器32に付属する円錐台形の円筒280を回転することで、膨張行程を調整することができる。圧縮空気量、燃料の投入量並びに膨張行程を、広い範囲で変えることができるので、回転数、発生トルクを広い範囲で調整することができる。稼働中に制御弁287を開き、高圧空気室155に圧縮空気を補填する。燃料供給を止め、制御弁287を開くことで、制動及び回生動作を行うことができる。停止状態において、制御弁287を開き、圧縮機31に高圧空気を送り込み、拡張器として動作させることで逆回転することができ、車両の後退動作を行うことができる。   The compression stroke of air is adjusted by rotating the truncated cone 281 attached to the compressor 31. By rotating the frustoconical cylinder 280 attached to the dilator 32, the expansion stroke can be adjusted. Since the amount of compressed air, the amount of fuel input, and the expansion stroke can be changed in a wide range, the rotational speed and the generated torque can be adjusted in a wide range. During operation, the control valve 287 is opened, and the high-pressure air chamber 155 is filled with compressed air. By stopping the fuel supply and opening the control valve 287, braking and regenerative operations can be performed. In the stop state, the control valve 287 is opened, high-pressure air is sent to the compressor 31 and operated as an expander, so that it can be rotated in reverse and the vehicle can be moved backward.

ローター1の重心はその回転軸上に、ステーター2の重心はその中心軸にあるように製作する。2つの一軸偏心ネジポンプを一体とした場合は、重心はほぼ中心に存在するが、ローターの歳差運動に伴う回転ブレが問題となる。偏心軸と中心軸との間の質量比となる直線上で支えることで振動を打ち消すことができる。(ローターの歳差運動によるブレを、ステーターを逆方向にぶらして打ち消す。)
偏心半径eより短い防振クランク151、歳差運動に伴うブレの影響を受けずに、かつステーター2が中心軸周りを回転しないように支持する防振支持具253を使用し、駆動軸152についても短くすることにより、車体に伝わる振動を軽減することができる。
The rotor 1 is manufactured so that the center of gravity of the rotor 1 is on the rotation axis and the center of gravity of the stator 2 is on the center axis. When two single-shaft eccentric screw pumps are integrated, the center of gravity exists substantially at the center, but rotational blur due to precession of the rotor becomes a problem. Vibration can be canceled by supporting on a straight line that is a mass ratio between the eccentric shaft and the central shaft. (To counteract the precession of the rotor by hanging the stator in the opposite direction.)
An anti-vibration crank 151 shorter than the eccentric radius e, and an anti-vibration support 253 that supports the stator 2 so as not to be affected by blur due to precession and so that the stator 2 does not rotate around the central axis. By shortening the length, vibration transmitted to the vehicle body can be reduced.

図13は、遠隔駆動揚水ポンプ341(実施例7)の縦断面図(a)及び利用方法の説明図(b)、海底資源採取ポンプ342(実施例8)の説明図(c)、並びに、多重トロコイド圧縮機31c(実施例9)の横断面図(d)及び縦断面図(e)である。
図13(a)は、容積可変一軸偏心ネジポンプ3を使用して、図13(b)に示すように、10mを超える揚程の遠隔駆動揚水ポンプ341を構成している。汲み上げた水の一部をポンプ501で遠隔駆動ポンプ34の駆動流体供給口242に給水している。加えられた水圧によりキャビティーを拡張する力が働くので、水面75より下の水を吸込みながらローター1を回転し、揚水する。
FIG. 13 is a longitudinal sectional view (a) of a remotely driven pumping pump 341 (Example 7) and an explanatory diagram (b) of the utilization method, an explanatory diagram (c) of a submarine resource collection pump 342 (Example 8), and It is the cross-sectional view (d) and longitudinal cross-sectional view (e) of the multitrochoid compressor 31c (Example 9).
FIG. 13 (a) uses a variable volume uniaxial eccentric screw pump 3 to form a remotely driven pumping pump 341 having a head exceeding 10 m as shown in FIG. 13 (b). A part of the pumped water is supplied to the drive fluid supply port 242 of the remote drive pump 34 by the pump 501. Since the force which expands a cavity by the applied water pressure acts, the rotor 1 is rotated while sucking water below the water surface 75 and pumped.

キャビティーの長さは、モーノポンプの場合、ステーターの1波長分、すなわちローターの2波長分の長さがあり、キャビティーの間隔はローターの1波長分であるから、ローターの3波長分の長さである場合は、閉じたキャビティーが常に1つのみとなる。3波長より短いと、給水中のキャビティーが解放状態になることがあり、また、3波長より長いと、キャビティーへの給水が行われない状況が生じる。この実施例では、長さを3波長より長くし、逆止弁283を2個配置して、死点が発生することを避けている。   In the case of a Mono pump, the length of the cavity is equivalent to one wavelength of the stator, that is, two wavelengths of the rotor, and the distance between the cavities is one wavelength of the rotor. If so, there will always be only one closed cavity. When the wavelength is shorter than 3 wavelengths, the cavity in the water supply may be in a released state, and when the wavelength is longer than 3 wavelengths, the water is not supplied to the cavity. In this embodiment, the length is longer than three wavelengths and two check valves 283 are arranged to avoid the occurrence of dead center.

揚水量は、閉じたキャビティーの実効容積比が2である場合、ポンプ501から送り出す水量の2倍の水を揚水することができる。起動時にポンプ501が水で満たされていない場合は、高い圧力で空気を送り出し、揚水を開始する必要がある。ポンプ501は、キャビティーの容積が一定の一軸偏心ネジポンプなどが適当である。   When the effective volume ratio of the closed cavity is 2, the amount of pumped water can pump twice as much water as the amount pumped from the pump 501. When the pump 501 is not filled with water at the time of starting, it is necessary to send out air at a high pressure and start pumping. The pump 501 is suitably a uniaxial eccentric screw pump having a constant cavity volume.

図13(c)は、遠隔駆動ポンプ34を、海上の資源掘削船513から海底資源泥76を引き上げる海底資源採取ポンプ342(実施例10)の説明図である。資源掘削船513に設置した多重トロコイド圧縮機31cと空気圧縮機311は、海底の水圧に見合う高圧空気をチューブ841を通して海底の海底資源採取ポンプ342の駆動流体供給口242に送っている。
多重トロコイド圧縮機31cは、5重のトロコイド形状のローターを使用し、歯数が最内周4と最外周8とすることにより、2対1の関係となる。モーノ型の一軸偏心ネジポンプである空気圧縮機311と偏心軸を共有することができ、圧縮性流体の通過可能な断面積を増やせるので、大量の空気を取り入れることができる。(図には、駆動方法などを省略している。)
圧縮機として利用するためには、閉じたキャビティーを構成することが必須条件であるが、後段において流量制限がされている場合は、閉じた箇所が1個所あれば圧縮性流体の圧縮を行うことが出来る。(送風機など、圧縮が目的でない用途に用いる場合、1個所が閉じておれば逆風を遮断でき、安定な送風を行うことが可能であり、騒音を遮断できる特徴などがある。流体の速度などを考慮して、通過面積と波長(ピッチ)を変えるなど、適切な設計が可能である。)
海底資源採取ポンプ342は、図13(a)の遠隔駆動ポンプ34のローター1の先端にフィン166を取り付け、海底の資源泥76をすくい取り、海底資源採取ポンプ342の中に吸引するようになっている。
FIG. 13C is an explanatory diagram of the seabed resource extraction pump 342 (Example 10) that pulls up the seabed resource mud 76 from the offshore resource drilling ship 513 by using the remote drive pump 34. The multiple trochoid compressor 31c and the air compressor 311 installed in the resource excavation ship 513 send high-pressure air corresponding to the water pressure of the seabed through the tube 841 to the driving fluid supply port 242 of the seabed resource extraction pump 342 on the seabed.
The multiple trochoid compressor 31c uses a 5-fold trochoidal rotor and has a two-to-one relationship by setting the number of teeth to the innermost circumference 4 and the outermost circumference 8. Since the eccentric shaft can be shared with the air compressor 311 which is a Mono type uniaxial eccentric screw pump, and the cross-sectional area through which the compressive fluid can pass can be increased, a large amount of air can be taken in. (The driving method and the like are omitted in the figure.)
In order to use it as a compressor, it is an indispensable condition to form a closed cavity. However, when the flow rate is restricted in the subsequent stage, if there is one closed part, the compressive fluid is compressed. I can do it. (When used for applications where compression is not intended, such as a blower, there is a feature that if one place is closed, the reverse wind can be cut off, stable blowing can be performed, noise can be cut off, etc.) In consideration of this, appropriate design is possible, such as changing the passage area and wavelength (pitch).)
The submarine resource collection pump 342 has a fin 166 attached to the tip of the rotor 1 of the remote drive pump 34 in FIG. 13 (a), scoops off the seabed resource mud 76, and sucks it into the submarine resource collection pump 342. ing.

なお、高圧空気で駆動していること及びキャビティー内が真空状態となっても海底の高い水圧によりローター1が回転する状況では、逆止弁283を設ける必要はない。キャビティーの段数を増やし、拡張比を大きくするとともに、高い水圧下においてローター1が低速で回転する機構及び必要に応じてローターの回転を止めておく機構等が必要である。   Note that the check valve 283 does not need to be provided in a situation where the rotor 1 is rotated by high water pressure at the sea bottom even when driven by high-pressure air and the inside of the cavity is in a vacuum state. A mechanism for increasing the number of cavities, increasing the expansion ratio, rotating the rotor 1 at a low speed under high water pressure, and a mechanism for stopping the rotation of the rotor as necessary are necessary.

ローター1が回転すると、海底資源採取ポンプ342のキャビティー内では、資源泥、海水、海上から送り込まれた高圧空気の順に層を成して上へ押し上げられる。キャビティーの上部が開くと、最初に空気がチューブ840に送られる。次に海水と資源泥がチューブ840内に押し込まれる。ローター1の回転が進み、次のキャビティーが解放されると高圧空気が噴出するので、海水と資源泥76は高圧空気の圧力で上へと押し出される。   When the rotor 1 rotates, in the cavity of the seabed resource extraction pump 342, the resource mud, the seawater, and the high-pressure air fed from the sea are sequentially layered and pushed up. When the top of the cavity is opened, air is first sent to the tube 840. Next, seawater and resource mud are pushed into the tube 840. When the rotation of the rotor 1 proceeds and the next cavity is released, high-pressure air is ejected, so that the seawater and the resource mud 76 are pushed up by the pressure of the high-pressure air.

粘度の高い資源泥76は、形状を保ったまま、空気銃の銃身の中を弾丸が進むように上昇する。キャビティーが開くたびに繰り返すので、高圧空気と資源泥が交互になって上昇する。空気の重量が小さいので、稼働に要する負荷が軽減される。海底資源泥76は、短時間で資源掘削船513に達し、船内で空気と分離される。海底資源泥76は、大量の海水に混ぜて汲み出すことが多いが、海水と資源泥を分離することは、大変困難な作業を要する。空気と泥は簡単に分離できるので、資源採掘による環境破壊を軽減できる。   The resource mud 76 having a high viscosity rises as the bullet advances in the barrel of the air gun while maintaining its shape. Since it repeats every time the cavity opens, high-pressure air and resource mud rise alternately. Since the weight of air is small, the load required for operation is reduced. The submarine resource mud 76 reaches the resource excavation ship 513 in a short time and is separated from the air in the ship. The seabed resource mud 76 is often mixed with a large amount of seawater and pumped out. However, separating the seawater and the resource mud requires a very difficult operation. Since air and mud can be easily separated, environmental destruction caused by resource mining can be reduced.

図14は、熱エネルギー回収器351(実施例10)の縦断面図(a)と風力発電への適用説明図(b)、並びに冷熱回収器345(実施例11)の縦断面図(c)である。
図14(a)は、圧縮機31と拡張器32とを偏心軸を共有して一体化した圧力変換器35により構成した熱エネルギー回収器351である。ステーター2とローター1の螺旋の向きが、矢印900の位置から左右で逆になっている。(ローター側面2sの向きが異なる)
図7(e)に示した圧力変換器35に、外部の熱源流体から熱交換を行うことができる構造としたものである。
FIG. 14 is a longitudinal sectional view (a) of the thermal energy recovery device 351 (Embodiment 10), an explanatory view of application to wind power generation (b), and a longitudinal sectional view (c) of the cold energy recovery device 345 (Embodiment 11). It is.
FIG. 14A shows a thermal energy recovery device 351 configured by a pressure transducer 35 in which the compressor 31 and the expander 32 are integrated by sharing an eccentric shaft. The direction of the spiral of the stator 2 and the rotor 1 is reversed on the left and right from the position of the arrow 900. (Direction of rotor side 2s is different)
The pressure transducer 35 shown in FIG. 7 (e) has a structure capable of exchanging heat from an external heat source fluid.

吸入口141Aから熱源流体92を吸入し、拡張器32のステーター2の周囲の螺旋状の流路243を巡らせ、熱をステーター2に移し、外気温に近い温度で吐出口240Aから熱源流体を排気95している。ステーター2が熱せられキャビティー内の空気が膨張すると、ローター1が回転を始める。中央部の吸入口241Bから取り入れた空気900は、左右に分かれ、右に進んだ空気は、熱せられて膨張し、高温空気910となり、折り返して拡張器32の中央から螺旋状の流路を巡り、ステーター2に熱を戻して、低温となった空気を吐出口240Bから排気95している。一方、左に進んだ空気は、圧縮機31で圧縮され、高温の高圧空気910Hを作り出し、逆止弁283をとおして吐出口240Cから吐出している。
熱源流体92と高温空気910は、共に螺旋状の流路243を巡るが、経路は異なっており、混合しない。拡張器32の温度分布を考慮して、高温空気910の折り返す位置を決定する。
拡張器32のステーター2の内面とローター1の表面は、なめらかではなく、角度30度ごとの回転する階段状になっている。その形状はローターの回転に支障なく、熱交換の表面積を広げるとともに、キャビティー内部の空気を撹拌し、熱交換を効率的にするものである。熱交換拡張器325は、スターリングエンジンのような外燃機関であるが、冷熱源側の熱交換器が不要な、解放型の熱機関である。
The heat source fluid 92 is sucked from the suction port 141A, travels around the spiral flow path 243 around the stator 2 of the dilator 32, transfers heat to the stator 2, and exhausts the heat source fluid from the discharge port 240A at a temperature close to the outside air temperature. 95. When the stator 2 is heated and the air in the cavity expands, the rotor 1 starts to rotate. The air 900 taken from the central suction port 241B is divided into right and left, and the air that has advanced to the right is heated and expanded to become high-temperature air 910, and then turns around the spiral flow path from the center of the dilator 32. Then, the heat is returned to the stator 2, and the low-temperature air is exhausted 95 from the discharge port 240B. On the other hand, the air that has advanced to the left is compressed by the compressor 31 to produce high-temperature high-pressure air 910H, and is discharged from the discharge port 240C through the check valve 283.
Both the heat source fluid 92 and the hot air 910 travel around the spiral flow path 243, but the paths are different and do not mix. In consideration of the temperature distribution of the dilator 32, the position where the hot air 910 is folded is determined.
The inner surface of the stator 2 of the dilator 32 and the surface of the rotor 1 are not smooth, but have a stepped shape that rotates every 30 degrees. Its shape does not hinder the rotation of the rotor, increases the surface area of the heat exchange, and stirs the air inside the cavity to make the heat exchange efficient. The heat exchange expander 325 is an external combustion engine such as a Stirling engine, but is an open type heat engine that does not require a heat exchanger on the cold heat source side.

図14(b)は、風力エネルギー利用システムで、熱エネルギー回収器351を効果的に使用するための説明図である。風車のプロペラ262により圧縮機31を駆動して高圧空気を作る。このときに、断熱圧縮されるため多量の熱が発生する。高圧空気は、圧縮空気タンク551で保存できるが、熱の保存が困難であることから、自然エネルギーの効率的な利用を阻害する要因のひとつであった。
風車の圧縮機31が作った高温高圧空気を、熱源流体92Hとして熱エネルギー回収器351の吸入口241Aに送り、螺旋状の流路243を巡り吐出口240Aに吐出している。吸入口241Bから取り込んだ空気900と熱交換を行い、空気の膨張力を回転力に変えている。この回転力から圧縮機31により高圧空気910Hを作っている。この高圧空気910Hも熱を含むので、熱源流体92Hと混合し、再度、熱を回収した後、吐出口240Aから高圧空気タンク551に送り保存する。高圧空気を保存するには、高圧空気タンクがあればよく、二次電池の様に希少で高価な資源を使う必要がないので、経済的に大規模なシステムを構築することができる。
FIG. 14B is an explanatory diagram for effectively using the thermal energy recovery device 351 in the wind energy utilization system. The compressor 31 is driven by a wind turbine propeller 262 to generate high-pressure air. At this time, a large amount of heat is generated due to adiabatic compression. Although high-pressure air can be stored in the compressed air tank 551, it is one of the factors that hinder the efficient use of natural energy because it is difficult to store heat.
The high-temperature and high-pressure air produced by the wind turbine compressor 31 is sent to the suction port 241A of the thermal energy recovery device 351 as the heat source fluid 92H, and discharged to the discharge port 240A through the spiral flow path 243. Heat exchange is performed with the air 900 taken from the suction port 241B, and the expansion force of the air is changed to a rotational force. High-pressure air 910H is produced by the compressor 31 from this rotational force. Since this high-pressure air 910H also contains heat, it is mixed with the heat source fluid 92H, recovered again, and then sent from the discharge port 240A to the high-pressure air tank 551 for storage. In order to store high-pressure air, a high-pressure air tank is sufficient, and it is not necessary to use scarce and expensive resources like a secondary battery, so an economically large-scale system can be constructed.

図14(c)は、中心軸と偏心軸を共有する、熱交換圧縮器315Aと315Bからなる冷熱エネルギー回収器345である。
開口部241Aから冷熱源流体930を吸入し、熱交換圧縮器315A内の螺旋状の流路243Aを巡らせ、キャビティー内の空気を冷却し、開口部240Aから排気95している。キャビティー内の空気が冷却されて、体積を減じることで、ローター1を回転させる。キャビティーから出た温度が低下した空気は、Cの経路を経由し、螺旋状の流路243Aを還流し、キャビティーの予冷に使用した後、吐出口240Cから排気95している。
圧縮器315Bのローターが回転することで、開口部141Bから取り込んだ空気900を圧縮し、対向流熱交換器571を通した後に、高圧空気910Hを吐出口240Bから吐出している。開口部241Cから取り入れた空気900を対向流熱交換571に通して熱を回収し、温度差を確保して熱交換圧縮機315Aに還流している。
熱交換圧縮器315Aと圧縮器315Bの間に仕切り板171を設け、作動流体が混合しないようにしている。
FIG. 14C shows a cold energy recovery unit 345 composed of heat exchange compressors 315A and 315B sharing a central axis and an eccentric axis.
The cold heat source fluid 930 is sucked from the opening 241A, travels around the spiral flow path 243A in the heat exchange compressor 315A, cools the air in the cavity, and exhausts 95 from the opening 240A. The air in the cavity is cooled to reduce the volume, thereby rotating the rotor 1. The air whose temperature has dropped from the cavity passes through the path C, circulates through the spiral flow path 243A, is used for precooling the cavity, and then exhausts 95 from the discharge port 240C.
By rotating the rotor of the compressor 315B, the air 900 taken in from the opening 141B is compressed, and after passing through the counterflow heat exchanger 571, the high-pressure air 910H is discharged from the discharge port 240B. The air 900 taken from the opening 241C is passed through the counterflow heat exchange 571 to recover the heat, and a temperature difference is ensured and returned to the heat exchange compressor 315A.
A partition plate 171 is provided between the heat exchange compressor 315A and the compressor 315B so that the working fluid is not mixed.

図15は、太陽光エネルギー回収器352(実施例12)の縦断面図(a)及び利用方法の説明図(b)並びに宇宙空間における利用方法の説明図(c)である。
図15(a)は、図14の熱エネルギー回収器351を変形して、太陽光エネルギーを回収するためにステーター2を露出した構造としている。ステーター2の露出部分に太陽光71を集光して高温とすることで、熱交換拡張器325の内部の空気を膨張させ、ローター1を回転させる。吸入口241Aから空気900を吸込み、拡張器325のキャビティーを膨張させる。排出された高温空気910を折り返し、拡張器325の予熱に使用し、温度を下げて吐出口240Aから排気95している。
FIG. 15: is the longitudinal cross-sectional view (a) of solar energy recovery device 352 (Example 12), explanatory drawing (b) of a utilization method, and explanatory drawing (c) of the utilization method in outer space.
FIG. 15A shows a structure in which the stator 2 is exposed in order to recover solar energy by modifying the thermal energy recovery unit 351 of FIG. By concentrating sunlight 71 on the exposed portion of the stator 2 to a high temperature, the air inside the heat exchange expander 325 is expanded and the rotor 1 is rotated. Air 900 is sucked from the suction port 241A, and the cavity of the dilator 325 is expanded. The discharged hot air 910 is turned back and used for preheating the expander 325, and the temperature is lowered to exhaust 95 from the discharge port 240A.

吸入口241Aから圧縮機31に吸い込んだ空気900は、ローター1の回転により圧縮され高温高圧空気910Hとなり、吐出口240Bから吐出する。再度熱交換拡張器325に送り予熱に使用することで効率を上げることができるが、説明図が複雑になるため、この部分を割愛している。また、熱交換拡張器325の集熱部の表面は、小さなピラミッド状とし、表面を黒く加工し、太陽光71を効率よく吸収できるようにするとともに、大気に熱を奪われないように太陽光を透過する断熱材料で保護することが望ましい。   The air 900 sucked into the compressor 31 from the suction port 241A is compressed by the rotation of the rotor 1 to become high-temperature and high-pressure air 910H, and is discharged from the discharge port 240B. The efficiency can be increased by sending it again to the heat exchange expander 325 and using it for preheating, but this illustration is omitted because the explanatory diagram becomes complicated. In addition, the surface of the heat collecting part of the heat exchange expander 325 is made into a small pyramid shape, and the surface is processed black so that the sunlight 71 can be efficiently absorbed and the sunlight is not taken away by the atmosphere. It is desirable to protect with a heat insulating material that permeates.

図15(b)は、太陽光エネルギー利用システムの全体説明図である。太陽光71を追尾可能な凹面の反射板514とその焦点に太陽光エネルギー回収器352を配置している。太陽光エネルギー回収器352を直立したタワーの形状とし、周辺に追尾可能な可動ミラーを多数配置するなどの集光方法もある。高圧空気は、近くに配置した高圧空気タンク551に送り、保存する。半導体を使用した太陽光パネルと比較して、本件太陽光エネルギー利用システムは、少ない費用で高圧空気としてエネルギーの保存ができ、需要の変動に柔軟に対応できる特徴がある。容積可変一軸偏心ネジポンプ32と発電機165とにより構成した圧縮空気駆動発電機324により、蓄積した高圧空気から電力を得ることができる。   FIG. 15B is an overall explanatory diagram of the solar energy utilization system. A concave reflector 514 capable of tracking the sunlight 71 and a solar energy recovery device 352 are disposed at the focal point thereof. There is also a light collecting method in which the solar energy recovery device 352 is in the shape of an upright tower and a large number of movable mirrors that can be tracked are arranged around the periphery. The high-pressure air is sent to a high-pressure air tank 551 disposed nearby and stored. Compared with solar panels using semiconductors, the present solar energy utilization system has the feature that energy can be stored as high-pressure air at a low cost and can flexibly respond to fluctuations in demand. Electric power can be obtained from the accumulated high-pressure air by the compressed air drive generator 324 configured by the variable volume uniaxial eccentric screw pump 32 and the generator 165.

図15(c)は、太陽光エネルギー回収器352を宇宙空間において使用する方法を説明している。大気を利用することが出来ないので、冷熱源側に放熱器573と容積の大きな低圧空気タンク550を用意する必要がある。太陽光が当らない反射板514の陰に配置する。圧縮空気タンク551と低圧空気タンク550との間の圧力差を利用して、容積可変一軸偏心ネジポンプ32と発電機165により構成した圧縮空気駆動発電機324により電力を得る。   FIG. 15C illustrates a method of using the solar energy recovery device 352 in outer space. Since the atmosphere cannot be used, it is necessary to prepare a radiator 573 and a large-sized low-pressure air tank 550 on the cold heat source side. It arranges behind the reflector 514 where sunlight does not hit. Using the pressure difference between the compressed air tank 551 and the low pressure air tank 550, electric power is obtained by the compressed air drive generator 324 configured by the variable volume uniaxial eccentric screw pump 32 and the generator 165.

図16は、地熱エネルギー回収器353(実施例13)の縦断面図(a)と使用方法の説明図(b)である。
図16(a)は、熱エネルギー回収器351を変形し、ステーター2を露出した構造にするとともに、ローター1の内部に高温空気910の折り返し路を螺旋状の流路143を設けている。
地熱で高温となったキャビティー内の空気の膨張力でローター1を回転させ、高温となった空気910は、ローター1の内部の螺旋状の流路143を通してキャビティーに熱交換を行った後に、吐出口240Aから排気95し、チューブで地上に導いている。
一方、ローター1の回転により、圧縮機31で作られた高圧空気910Hを吐出口240Bから吐出し、地上に導いている。
FIG. 16: is a longitudinal cross-sectional view (a) of geothermal energy recovery device 353 (Example 13), and explanatory drawing (b) of the usage method.
In FIG. 16A, the thermal energy recovery device 351 is deformed to have a structure in which the stator 2 is exposed, and a spiral flow path 143 is provided inside the rotor 1 as a return path for the high-temperature air 910.
The rotor 1 is rotated by the expansion force of the air in the cavity heated to geothermal heat, and the heated air 910 exchanges heat with the cavity through the spiral flow path 143 inside the rotor 1. The air is exhausted 95 from the discharge port 240A and led to the ground with a tube.
On the other hand, high-pressure air 910H produced by the compressor 31 is discharged from the discharge port 240B by the rotation of the rotor 1 and led to the ground.

図16(b)は、地熱利用システムの全体説明図である。地熱が見込める地面73をボーリングして穴を開け、熱エネルギー回収器353を地中に挿入する。地上からポンプ50により空気900を地熱エネルギー回収器352に送り、圧縮機31で作られた高圧空気910Hと吐出口240Aからの排気95を地上に導いている。高圧空気910Hは、高圧空気タンク551に保存する。
高圧空気910Hと排気95に熱が残っている場合は、図14(a)の熱エネルギー回収器351を縦続接続して回収することができる。
FIG. 16B is an overall explanatory diagram of the geothermal utilization system. The ground 73 where geothermal heat can be expected is bored to make a hole, and the thermal energy recovery device 353 is inserted into the ground. Air 900 is sent from the ground to the geothermal energy recovery device 352 by the pump 50, and the high-pressure air 910H produced by the compressor 31 and the exhaust 95 from the discharge port 240A are guided to the ground. The high-pressure air 910H is stored in the high-pressure air tank 551.
When heat remains in the high-pressure air 910H and the exhaust 95, the heat energy recovery devices 351 shown in FIG.

高温の地熱を地上に取り出してから利用するのではなく、地熱エネルギー回収器353を地中の地熱源79の近傍に設置する方式であるので、これまで利用できなかった地下深くの地熱源を利用することができる。火山ガス等が地上に出にくいので、環境負荷が低い。なるべく低温の空気を送り込む必要がある。   The geothermal energy recovery unit 353 is installed in the vicinity of the underground geothermal source 79 instead of taking out the high-temperature geothermal heat to the ground. can do. Environmental impact is low because volcanic gas is difficult to get out on the ground. It is necessary to send air as low as possible.

図17は、高圧空気利用システム(実施例14)の説明図(a)、熱交換拡張器325(実施例15)の縦断面図(b)、圧縮性流体圧力調整器351(実施例16)の説明図(c)である。
図17(a)の都市ガスエンジン336の圧縮器31で断熱圧縮した高温高圧空気は、高温蓄熱器545、または熱エネルギー回収器351を経由して、温度を下げて高圧空気タンク551に保存する。
温水の需要がある場合は、熱を高圧空気に変えることなく、貯湯タンク541を設置・蓄熱して、直接利用することが適切である。貯湯タンク541の湯は、給湯管811から風呂などへの給湯に使用する。貯湯タンク541の湯を使用すると水道管81から水が補給される。高温蓄熱器545から貯湯タンク541に高温空気の自然循環と熱交換機325により熱を移送する。
FIG. 17 is an explanatory diagram (a) of a high-pressure air utilization system (Example 14), a longitudinal sectional view (b) of a heat exchange expander 325 (Example 15), and a compressible fluid pressure regulator 351 (Example 16). It is explanatory drawing (c).
The high-temperature and high-pressure air adiabatically compressed by the compressor 31 of the city gas engine 336 in FIG. 17A is stored in the high-pressure air tank 551 by lowering the temperature via the high-temperature heat accumulator 545 or the thermal energy recovery device 351. .
When there is a demand for hot water, it is appropriate to install and store the hot water storage tank 541 and use it directly without changing the heat to high-pressure air. Hot water in the hot water storage tank 541 is used for hot water supply from a hot water supply pipe 811 to a bath or the like. When hot water in the hot water storage tank 541 is used, water is supplied from the water pipe 81. Heat is transferred from the high temperature regenerator 545 to the hot water storage tank 541 by natural circulation of high temperature air and the heat exchanger 325.

この他の高圧空気源として、風や、太陽光等による実施例10から13のエネルギー回収器による高圧若しくは高温高圧空気を利用することができる。
高圧空気タンク551の高圧空気を、高温蓄熱器545をとおして温度を上げ、高温高圧空気910Hにし、床暖房524、ノズル式送風機525、温蔵庫、各種ドライヤー等の熱源として利用できる。温水式と異なり熱源流体91が高温空気910であるため、循環する必要はなく、使用後は室内に放出することができるので、簡便な利用が可能である。
As this other high-pressure air source, the high-pressure or high-temperature high-pressure air by the energy recovery device of Examples 10 to 13 such as wind or sunlight can be used.
The high-pressure air in the high-pressure air tank 551 is increased in temperature through the high-temperature heat accumulator 545 to be high-temperature high-pressure air 910H, which can be used as a heat source for floor heating 524, nozzle blower 525, warm storage, various dryers, and the like. Unlike the hot water type, since the heat source fluid 91 is the high temperature air 910, it is not necessary to circulate and can be discharged into the room after use, so that it can be used easily.

図17(a)の都市ガスエンジン336は、偏心半径eを一定とし、直径Drを中央部で小さくすることで、回転軸を共有する圧縮機31と拡張器32により構成している。
起動は、拡張器32の閉じたキャビティー内に適量のガスを送り込み、点火燃焼させ、ローターを回転させる。圧縮機31の途中から圧縮された空気を分岐している。拡張器32に圧縮空気が送り込まれると、所定の圧縮比を確保し、効率的な定常運転に移行する。都市ガスエンジン336は、燃焼ガスが排出された状態で停止するので、スターターモーターなどの始動装置を省略できる。
The city gas engine 336 of FIG. 17A is configured by the compressor 31 and the expander 32 that share the rotation axis by making the eccentric radius e constant and reducing the diameter Dr at the center.
In starting, an appropriate amount of gas is fed into the closed cavity of the dilator 32, ignited and burned, and the rotor is rotated. The compressed air is branched from the middle of the compressor 31. When compressed air is sent into the dilator 32, a predetermined compression ratio is ensured, and an efficient steady operation is performed. Since the city gas engine 336 stops in a state where the combustion gas is discharged, a starter such as a starter motor can be omitted.

図17(b)に容積可変一軸偏心ネジポンプを使用した熱交換器325の縦断面図を示す。上方に向かって増加する実容積比が1.02の拡張器32と螺旋状の流路243からなり、熱源流体92(高温空気910または910H)とキャビティー内の水への対向流式の熱交換を行い、水の温度変化に伴う体積増加によりローター1を回転させている。
熱源流体91は、100℃を大きく超える前提であるが、熱供給源の状況によって温度や流量が変動する熱源である場合、一般的な熱交換器では、貯湯タンク541の水を沸騰させることなく95から98℃に加熱することは困難である。容積可変一軸偏心ネジポンプを使用した熱交換器325は、水の温度に比例して回転速度が変化し、内部で気泡を生じるとさらに回転が速くなり、適量の水991を汲み上げるので、沸騰させることなく安定した湯沸かしができる。(容積比は調整が必要である。)
FIG. 17B shows a longitudinal sectional view of a heat exchanger 325 using a variable volume uniaxial eccentric screw pump. It consists of a dilator 32 and a spiral channel 243 with an actual volume ratio increasing upwards of 1.02, and counter-flow heat to the heat source fluid 92 (hot air 910 or 910H) and the water in the cavity The rotor 1 is rotated by the volume increase accompanying the temperature change of water.
The heat source fluid 91 is assumed to greatly exceed 100 ° C. However, when the heat source fluid 91 is a heat source whose temperature and flow rate vary depending on the state of the heat supply source, in a general heat exchanger, the water in the hot water storage tank 541 is not boiled. It is difficult to heat to 95-98 ° C. The heat exchanger 325 using a variable volume single-shaft eccentric screw pump changes its rotation speed in proportion to the temperature of the water. When bubbles are generated inside, the rotation becomes faster and the water 991 is pumped up in an appropriate amount. There is no stable water heater. (The volume ratio needs to be adjusted.)

図17(a)の高温高圧空気配管802、高圧空気コンセント805、高温高圧空気を利用する器具及びこれらに繋ぐホースは二重構造となっており、外側に常温の空気を流して、ホースの外皮が高温になるのを防ぐ構造になっている。高温高圧空気を利用する器具内に、図17(c)の圧縮性流体圧力調整器350を内蔵し、円錐台形の整合弁281により圧力を調整するとともに、二重構造のホースの外側の常圧空気流路から空気を吸込み冷却し、さらに変動する圧力を一定に調整している。   The high-temperature and high-pressure air pipe 802, the high-pressure air outlet 805, the equipment using high-temperature and high-pressure air, and the hose connected to these have a double structure, and air at normal temperature is allowed to flow outside, It is structured to prevent the temperature from becoming high. A compressible fluid pressure regulator 350 shown in FIG. 17 (c) is incorporated in a device that uses high-temperature and high-pressure air, and the pressure is adjusted by a frustoconical matching valve 281. Air is sucked and cooled from the air flow path, and the fluctuating pressure is adjusted to be constant.

図17(a)の低温高圧空気配管801の高圧空気は、圧縮空気自動車、圧縮空気工具、ノズル式送風機525などの動力源に使用できる。拡張器32に自在継手を使用して接続した発電機165により、電力に変えることができる。減圧することで温度を下げた空気を冷房や冷蔵庫の冷熱源として使用することができる。
切替えギア159を操作し、発電機165を切り離し、圧縮機31を駆動することで、高温高圧空気を作り、対向流式熱交換機571を使用して室内空気と熱交換を行い、高温空気910を暖房等に使用することができる。冷却空気930は、室外に排気、若しくは、実施例11の冷熱エネルギー回収器を使用することで、高圧空気として回収することができる。高圧空気は、再び拡張器32の駆動に有効利用する。
The high-pressure air in the low-temperature high-pressure air pipe 801 in FIG. 17A can be used as a power source for a compressed-air vehicle, a compressed-air tool, a nozzle-type blower 525, and the like. The generator 165 connected to the dilator 32 using a universal joint can be converted into electric power. The air whose temperature has been reduced by reducing the pressure can be used as a cooling heat source for cooling and refrigerators.
By operating the switching gear 159, disconnecting the generator 165 and driving the compressor 31, high-temperature and high-pressure air is created, heat is exchanged with room air using the counter-flow heat exchanger 571, and the high-temperature air 910 is Can be used for heating etc. The cooling air 930 can be recovered as high-pressure air by exhausting the outside of the room or using the cold energy recovery device of Example 11. The high-pressure air is effectively used for driving the dilator 32 again.

発電機165の電力は、最高電圧160Vの直流として配電線831に給電するが、電流が増加するに従い供給電力を上限として電圧が低下する特性を持っている。商用電力83から整流器53で平均電圧が100Vから110Vの直流に変え、同じく配電線831に給電している。インバーターを内蔵したLED照明器具521は、80Vから160Vを超える範囲の直流電圧で動作する。発電機165の電力が優先的に使われ、不足する電力は、自動的に整流器53から供給される。
整流器53は、整流器のみで構成され、待機電力が殆ど無い。図17(a)には記載していないが、供給電力が多く必要なときは、インバーター式の電源装置を起動し、大きな電力を供給する構成とすることができる。
The electric power of the generator 165 is fed to the distribution line 831 as a direct current having a maximum voltage of 160 V, and has a characteristic that the voltage decreases with the upper limit of the supplied power as the current increases. The commercial power 83 is changed by the rectifier 53 from a direct current having an average voltage of 100V to 110V, and the distribution line 831 is also fed. The LED luminaire 521 with a built-in inverter operates with a DC voltage in the range from 80V to over 160V. The electric power of the generator 165 is preferentially used, and the insufficient electric power is automatically supplied from the rectifier 53.
The rectifier 53 is composed of only a rectifier and has almost no standby power. Although not described in FIG. 17A, when a large amount of power supply is required, an inverter type power supply device can be activated to supply a large amount of power.

また、太陽電池パネルの電力を配電線831に給電することもできる。この場合も、電流が増加するに従い供給電力を上限として電圧が低下する特性とする。配電線831の電圧が150Vを超えるときは、余剰電力があると判断されるので、直流交流電力変換器51を起動して、商用電力83に売電する。
交流100Vで動作するインバーター電源装置を内蔵する電子機器の多くは、交流100Vと、80Vから160Vの直流電圧の両方で動作するよう設計を変更することが容易にできる。交流コンセントに対して上位互換性のある電源プラグを使用して、直流コンセント835に接続して利用する。
Further, the power of the solar cell panel can be supplied to the distribution line 831. Also in this case, the voltage decreases with the upper limit of the supplied power as the current increases. When the voltage of the distribution line 831 exceeds 150V, it is determined that there is surplus power, so the DC / AC power converter 51 is activated and sold to the commercial power 83.
Many electronic devices that incorporate an inverter power supply device that operates at an AC voltage of 100 V can be easily changed in design to operate at both an AC voltage of 100 V and a DC voltage of 80 to 160V. A power plug that is upwardly compatible with the AC outlet is used to connect to the DC outlet 835 for use.

高圧空気は、ボルテック・チューブ56を使用して、プラス50度までとマイナス50度までの温度の異なる空気に分離することができる。ボルテック・チューブ56を使用した冷蔵・温蔵庫523は、温熱、冷熱を同時に使用することができる。熱源または冷熱源のいずれか一方を使用し、他方を屋外に排気する使用方法もある。ボルテック・チュ−ブは、簡便な方法で、高温、低温の空気を作り出すことができ、非特許文献7に原理が説明されている。   High pressure air can be separated into air with different temperatures up to plus 50 degrees and minus 50 degrees using vortex tube 56. The refrigeration / warm storage 523 using the vortex tube 56 can use hot and cold simultaneously. There is also a usage method in which one of the heat source and the cold heat source is used and the other is exhausted outdoors. The vortex tube can create high-temperature and low-temperature air by a simple method, and the principle is described in Non-Patent Document 7.

図18は、発電機一体化拡張器36を使用した温度差駆動一体化発電機361(実施例17)の縦断面図(a)、圧縮空気駆動一体化発電機362(実施例18)の縦断面図(b)、並びに熱回収パネル型発電機(実施例19)の横断面図(c)と縦断面図(d)である。
図18(a)の温度差駆動発電機361は、上方に向かって増加する容積比が1.01の拡張器36であり、絶縁体で作成したステーター2の周囲に、電磁コイル249を巻き、ローター1に磁石149を装備している。
日光などによる熱でキャビティー内の空気を熱し、体積が増加することにより、磁石149を埋め込んだローター1を回転させ、電磁誘導作用により電磁コイル249で発電し、電極583に出力する。(発電機能は、ローターの回転状態のモニターとしても利用できる。回転力のみを利用する場合は、発電機能は必要無い。)
開口部241からなるべく冷たい空気を吸入する必要がある。
FIG. 18 is a longitudinal sectional view (a) of a temperature difference drive integrated generator 361 (Example 17) using the generator integrated expander 36, and a longitudinal section of the compressed air drive integrated generator 362 (Example 18). It is the cross-sectional view (c) and longitudinal cross-sectional view (d) of a surface view (b) and a heat recovery panel type generator (Example 19).
A temperature difference drive generator 361 in FIG. 18A is an expander 36 with a volume ratio increasing upwards of 1.01, and an electromagnetic coil 249 is wound around the stator 2 made of an insulator. The rotor 1 is equipped with a magnet 149.
The air in the cavity is heated by the heat of sunlight or the like to increase the volume, thereby rotating the rotor 1 in which the magnet 149 is embedded, generating electric power by the electromagnetic coil 249 by electromagnetic induction action, and outputting it to the electrode 583. (The power generation function can also be used as a monitor for the rotation state of the rotor. If only the rotational force is used, the power generation function is not necessary.)
It is necessary to suck in as cool air as possible from the opening 241.

図18(b)は、圧縮空気の膨張力を利用した容積比の大きな拡張器32を用いた携帯用の圧縮空気発電機である。
ステーター2に絶縁体材料を使用し、周囲に電磁コイル249を巻き、ローター1の一部を磁石149とするとともに、圧縮空気ボンベ552を一体にして、空気駆動発電機362を構成している。
携帯用にあっては電池と同様にどこでも使用でき、逆止弁付き空気充填口582から短時間で圧縮空気の充填ができ、円筒型のボンベを複数並べた形状としている。機器への接続は、開口部24内の電極583で行い、通気を兼ねたパイプを押し込み、ロック金具584を押すことで、ローター1の回転抑止機構を解除するようになっている。
吐出口240から吐出される空気は、温度が低下しているので、電子回路の冷却に使用することができる。機器内部を循環して温度が上昇した空気を還流し、圧縮空気ボンベ552を温めることで、出力を上げることができる。機器筐体内部の圧力が高くなるので、簡易防水の防水性に寄与する。完全に密閉された防水機器の場合は、逆止弁若しくは同様の構造から空気を放出できるようにする必要がある。
磁石149をローター1に埋め込み、電子回路の駆動のための電力を得るか、若しくは、ローターの回転力を直接利用することが考えられる。
圧縮空気は、エネルギー密度が低いため、大きな電力を供給することはできないが、いつでも空気を充填できる環境下では、電池の劣化などを気にかける必要も無く、安心して利用できる。
FIG. 18B shows a portable compressed air generator using the expander 32 having a large volume ratio utilizing the expansion force of compressed air.
An insulator material is used for the stator 2, an electromagnetic coil 249 is wound around the stator 2, a part of the rotor 1 is used as a magnet 149, and a compressed air cylinder 552 is integrated to form an air-driven generator 362.
For portable use, it can be used anywhere like a battery, can be filled with compressed air in a short time from an air filling port 582 with a check valve, and has a shape in which a plurality of cylindrical cylinders are arranged. The connection to the device is performed by an electrode 583 in the opening 24, and a rotation inhibiting mechanism of the rotor 1 is released by pushing a pipe that also serves as ventilation and pushing a lock fitting 584.
Since the air discharged from the discharge port 240 has a reduced temperature, it can be used for cooling the electronic circuit. The output can be increased by circulating the air inside the apparatus to circulate the air whose temperature has risen and heating the compressed air cylinder 552. Since the pressure inside the device casing increases, it contributes to the waterproof property of simple waterproofing. In the case of a completely sealed waterproof device, it is necessary to be able to release air from a check valve or similar structure.
It is conceivable to embed the magnet 149 in the rotor 1 to obtain electric power for driving the electronic circuit, or to directly use the rotational force of the rotor.
Compressed air cannot supply a large amount of power because of its low energy density, but it can be used with peace of mind in environments where air can be filled at any time, without having to worry about battery degradation.

図18の(c)と(d)は、熱回収パネル型発電機363の1ユニットの横断面図と縦断面図である。多数並べてパネル状にして熱源に貼り付ける若しくは太陽光パネルの様に使用する。
歯数が5と6の螺旋状のトロコイド型ローター1c(r5、r6)によりトロコイド拡張器32cを構成し、外側のローター1c(r6)に磁石149を、筐体29に電磁コイル248を配置し発電機を構成している。
2つのトロコイド型ローター1cの間に生じる閉鎖したキャビティーは、図18(d)の右方向に向かって容積が増大している。ローター1cと筐体29及び中心軸150との間には隙間があり、ローター1cが自由に回転できるようになっている。受熱パネル291の側から輻射熱を加え、内部の空気を加熱し膨張させる。螺旋状の流路143及び243を通過しながら、ローター1cと熱交換する。キャビティー内の圧縮性流体が膨張することで、容積が増大する方向にローター1cが回転し、発電が始まる。圧縮性流体及び熱の循環が早くなが、ローター1cで熱交換が行われるので、熱を閉じ込めるように動作する。
熱交換されなかった熱は、パネル290から放熱する。パネル290を省略し、開放する方法も考えられる。
図18(d)のトロコイド型ローター31cの拡張比が大きいので、駆動するためには、大きな温度差が必要である。拡張比を小さく設計することは可能であるが、小さな温度差で作動させるには、磁性流体を用いた軸受を使用して、回転摩擦の影響を排除する他、キャビティーの密閉性を高める必要がある。液体に馴染みやすい表面加工を施し、油などの液体を使う方法の他、2つのローター1cの対向する面に磁性を持たせ、それぞれN極とS極となるように加工し、密着度を高めるとともに、嵌合箇所を磁性流体を用いて密閉性を得る方法が考えられる。
太陽光や輻射熱並びに温度が上昇した圧縮性流体をなるべく中央部に導くため、パネル291を透明にする、筐体29の内部に対流路を設ける、集光反射板514を設ける、ローター1cの表面を黒く着色するなどしている。
18C and 18D are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional view of one unit of the heat recovery panel generator 363, respectively. A large number of panels are arranged and attached to a heat source or used like a solar panel.
A trochoid expander 32c is constituted by a spiral trochoid rotor 1c (r5, r6) having 5 and 6 teeth, a magnet 149 is arranged on the outer rotor 1c (r6), and an electromagnetic coil 248 is arranged on the housing 29. It constitutes a generator.
The closed cavity generated between the two trochoidal rotors 1c increases in volume toward the right in FIG. 18 (d). There are gaps between the rotor 1c, the casing 29, and the central shaft 150 so that the rotor 1c can freely rotate. Radiant heat is applied from the heat receiving panel 291 side to heat and expand the internal air. Heat exchange with the rotor 1c is performed while passing through the spiral flow paths 143 and 243. As the compressive fluid in the cavity expands, the rotor 1c rotates in a direction in which the volume increases, and power generation starts. Although the circulation of the compressive fluid and the heat is quick, heat exchange is performed in the rotor 1c, so that the heat is confined.
The heat that has not been heat exchanged is dissipated from the panel 290. A method in which the panel 290 is omitted and opened is also conceivable.
Since the expansion ratio of the trochoidal rotor 31c in FIG. 18D is large, a large temperature difference is necessary for driving. Although it is possible to design a small expansion ratio, in order to operate with a small temperature difference, it is necessary to use a magnetic fluid bearing to eliminate the effects of rotational friction and to increase the sealing of the cavity There is. In addition to a method that uses a liquid such as oil to make the surface easy to be familiar with the liquid, the opposing surfaces of the two rotors 1c are magnetized and processed so as to be an N pole and an S pole, respectively, thereby increasing the degree of adhesion. At the same time, a method of obtaining a sealing property at the fitting portion using a magnetic fluid is conceivable.
The surface of the rotor 1c, in which the panel 291 is made transparent, a counter flow path is provided inside the housing 29, a condensing reflector 514 is provided, in order to guide sunlight, radiant heat, and a compressive fluid whose temperature has risen to the center as much as possible. Is colored black.

エアコン、冷蔵庫、冷凍庫のコンプレッサーとして使用することができるほか、キャビティーの個数を多くすることで、従来のポンプでは扱えなかったような大きな圧力差を取り扱うことができる。容積型ポンプであることから、極めて遅い速度で効率の高い運転ができるとともに、熱力学的に理想的な気体の圧縮や拡張を行うことができるので、効率の良いエンジンとしても利用できる。熱力学的な改革をもたらすとともに、従来の手法とは異なる全く新しい方法で自然エネルギーや資源の採取に応用できるなど、あらゆる分野での応用が期待できる。   In addition to being used as a compressor for air conditioners, refrigerators, and freezers, by increasing the number of cavities, it is possible to handle large pressure differences that cannot be handled by conventional pumps. Since it is a positive displacement pump, it is possible to operate with high efficiency at an extremely low speed and to perform compression and expansion of thermodynamically ideal gas, so that it can be used as an efficient engine. In addition to bringing about thermodynamic reforms, it can be applied to the collection of natural energy and resources in a completely new way that is different from conventional methods.

1 ローター(インナーローター)
1a 楕円型ローター 1b ヴァンケル型ローター
1c トロコイド型ローター 1d 楕円弧型ローター
10 ローター横断面 11 ローター縦断面 1s ローター側面・外観
143 ローター内の螺旋状の流路 148 電磁コイル 149 磁石
151 自在継手 152 駆動軸 153 防振クランク 154 ギア
159 切替えギア 161 電動機 162 プロペラ 165 発電機
166 フィン 171 仕切り板

2 ステーター(アウターローター)
2a トリカム型ステーター 2b ヴァンケル型ステーター
2c トロコイド型ステーター 2d カージオイド型ステーター
20 ステーター横断面 21 ステーター縦断面 2s ステーター側面・外観
24 開口部 240 吐出口 241 吸入口 242 駆動水給水口
243 螺旋状の流路 244 帰還パイプ 248 電磁コイル
249 磁石 250 支持ローラー 253 防振支持具 254 内歯車
255 空気室 261 燃料供給チューブ 263 点火装置
265 圧力緩和室
28 整合弁 280 円錐台形の円筒整合弁(吐出側)
281 円錐台形の円筒整合弁(吸入側) 28s 円錐台形の整合弁外観
283 逆止弁 284 逆止弁(開) 285 非圧縮性流体トラップ
287 制御弁 288 始動弁
29 筐体(外殻) 290 放熱パネル 291 受熱パネル 299 断熱材

3 容積可変一軸偏心ネジポンプまたは容積可変一軸ネジポンプ
3a トリカム型 3b ヴァンケル型
3c トロコイド型・多重トロコイド型 3d カージオイド型
31 圧縮機 311 断熱圧縮機 312 真空ポンプ
315 熱交換圧縮機 31c 多重トロコイド圧縮機
32 拡張器 321 断熱拡張器 322 水蒸気拡張器
323 圧縮空気エンジン 324 空気エンジン発電機 325 熱交換拡張器
326 ガスエンジン 32c トロコイド拡張器
33 物理・化学反応器 331 空気調整機 332 空気液化装置
335 内燃機関 336 ガスエンジン
34 遠隔駆動ポンプ 341 遠隔揚水ポンプ 342 海底資源採取ポンプ
345 冷熱エネルギー回収器
35 圧縮性流体圧力変換器 350 圧縮性流体圧力調整機
351 熱エネルギー回収器 352 太陽光エネルギー回収器
353 地熱エネルギー回収器 361 温度差駆動発電機
362 圧縮空気駆動発電機 365 電動送風機
372 圧縮空気駆動温熱冷熱源器
38 物理・化学反応装置(その2)
1 Rotor (inner rotor)
1a Oval rotor 1b Wankel rotor
1c Trochoidal rotor 1d Elliptic arc rotor
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotor cross section 11 Rotor vertical cross section 1s Rotor side surface and external appearance 143 Spiral flow path in rotor 148 Electromagnetic coil 149 Magnet 151 Universal joint 152 Drive shaft 153 Anti-vibration crank 154 Gear 159 Switching gear 161 Electric motor 162 Propeller 165 Generator 166 Fin 171 Partition plate

2 Stator (outer rotor)
2a Tricam-type stator 2b Wankel-type stator
2c Trochoid type stator 2d Cardioid type stator
20 Stator cross section 21 Stator vertical section 2 s Stator side face / appearance 24 Opening 240 Discharge port 241 Suction port 242 Drive water supply port
243 Spiral channel 244 Return pipe 248 Electromagnetic coil
249 Magnet 250 Support roller 253 Anti-vibration support 254 Internal gear 255 Air chamber 261 Fuel supply tube 263 Ignition device
265 Pressure relief chamber
28 Alignment valve 280 Frustum-shaped cylindrical alignment valve
281 Frustum-shaped cylindrical alignment valve (suction side) 28s Appearance of frustum-shaped alignment valve
283 Check valve 284 Check valve (open) 285 Incompressible fluid trap
287 Control valve 288 Start valve
29 Housing (outer shell) 290 Heat radiation panel 291 Heat receiving panel 299 Heat insulation material

3 Volume-variable uniaxial eccentric screw pump or volume-variable uniaxial screw pump
3a Tricam type 3b Wankel type
3c Trochoid type / Multiple trochoid type 3d Cardioid type
31 Compressor 311 Adiabatic Compressor 312 Vacuum Pump
315 Heat Exchange Compressor 31c Multiple Trochoid Compressor 32 Expander 321 Insulation Expander 322 Steam Expander
323 Compressed air engine 324 Air engine generator 325 Heat exchange expander 326 Gas engine 32c Trochoid expander
33 Physical / Chemical Reactor 331 Air Conditioner 332 Air Liquefaction Device 335 Internal Combustion Engine 336 Gas Engine
34 Remote drive pump 341 Remote pumping pump 342 Seabed resource extraction pump 345 Cold energy recovery unit
35 Compressible fluid pressure transducer 350 Compressible fluid pressure regulator
351 Thermal energy recovery device 352 Solar energy recovery device
353 Geothermal energy recovery device 361 Temperature difference drive generator
362 Compressed air drive generator 365 Electric blower
372 Compressed air driven hot / cold heat source
38 Physical / Chemical reactor (Part 2)

50 ポンプ 501 一軸偏心ネジポンプ(定容積)
50c 内歯車ポンプ(定容積、トロコイド型等) 51 直流交流電力変換器
511 整流器 513 資源掘削船 514 太陽光集光反射板
521 LED照明器具 523 冷蔵・温蔵庫 524 床暖房
525 ノズル式送風機 53 真空容器 531 真空チェンバー
532 真空凍結乾燥室 541 貯湯タンク 545 高温蓄熱器
55 空気保存容器 550 低圧空気タンク 551 高圧空気タンク
552 圧縮空気ボンベ 56 ボルテック・チューブ
571 対向流式熱交換器 58 弁 582 逆止弁付き空気充填口
583 電極 584 ロック解除金具 59 断熱材・保温材

60 中心軸 61 偏心軸(ローターの回転軸) 610 偏心軸の軌跡
62 横断面の位置 63 中心軸と偏心軸の交点を中心とする円(球状の断面)
64 中心軸と偏心軸の交点 65 ギア(歯車)のピッチ円

71 太陽光 72 風 73 地面 74 地熱源 75 水面
76 海底資源泥

80 空気配管 801 低圧空気配管 802 高温高圧空気配管
803 常圧空気流路 805 高圧空気コンセント 806 高圧空気プラグ
81 水道管 811 給湯管 82 都市ガス配管
83 商用電力 831 直流配電 835 直流コンセント
840 チューブ上り 841 チューブ下り

90 圧縮性作動流体 900 空気 900H 高圧空気
901 低温水蒸気 904 窒素ガス
91 熱源流体 910 高温空気 910H 高温高圧空気
911 高温水蒸気 911H 高温高圧水蒸気 930 冷却空気
95 排気 99 非圧縮性流体 991 水 992 液体二酸化炭素
993 液体酸素 994 液体窒素
50 Pump 501 Uniaxial eccentric screw pump (constant volume)
50c Internal gear pump (constant volume, trochoid type, etc.) 51 DC / AC power converter 511 Rectifier 513 Resource drilling vessel 514 Solar condensing reflector
521 LED lighting fixtures 523 Refrigerated / hot storage 524 Floor heating
525 Nozzle blower 53 Vacuum container 531 Vacuum chamber
532 Vacuum Freeze Drying Chamber 541 Hot Water Storage Tank 545 High Temperature Regenerator
55 Air storage container 550 Low pressure air tank 551 High pressure air tank
552 Compressed air cylinder 56 Vortex tube
571 Counterflow heat exchanger 58 Valve 582 Air filling port with check valve
583 Electrode 584 Unlocking metal fittings 59 Heat insulation and heat insulation

60 Central axis 61 Eccentric shaft (rotor rotational axis) 610 Eccentric shaft locus
62 Position of transverse section 63 Circle (spherical section) centering on the intersection of the central axis and the eccentric axis
64 Intersection of central axis and eccentric shaft 65 Gear (gear) pitch circle

71 Sunlight 72 Wind 73 Ground 74 Geothermal Source 75 Water Surface
76 Submarine resource mud

80 Air piping 801 Low pressure air piping 802 High temperature high pressure air piping
803 Normal pressure air flow path 805 High pressure air outlet 806 High pressure air plug 81 Water pipe 811 Hot water supply pipe 82 City gas pipe 83 Commercial power 831 DC power distribution 835 DC outlet
840 Tube up 841 Tube down

90 Compressible working fluid 900 Air 900H High pressure air
901 Low temperature steam 904 Nitrogen gas
91 Heat source fluid 910 High temperature air 910H High temperature high pressure air
911 high temperature steam 911H high temperature high pressure steam 930 cooling air
95 Exhaust 99 Incompressible fluid 991 Water 992 Liquid carbon dioxide 993 Liquid oxygen 994 Liquid nitrogen

特開2013−53601「一軸偏心ネジポンプ及び流体モータ」大日本スクリーン製造株式会社JP 2013-53601 “Uniaxial Eccentric Screw Pump and Fluid Motor” Dainippon Screen Mfg. Co., Ltd. 特開2007−170374「軸流容積式ウォームガスゼネレータ」ゼネラル・エレクトリック・カンパニイJP 2007-170374 "Axial volume worm gas generator" General Electric Company

特許文献1の特開2013−53601「一軸偏心ネジポンプ及び流体モータ」において、ヴァンケル型の断面を持つ、定容積の一軸偏心ネジポンプが提案されている。
ヴァンケル型の断面を持つ一軸偏心ネジポンプは、偏心半径を軸方向で変化することによって、図6(f)の縦断面図のとおり、容積を可変しながら回転することができる容積可変一軸偏心ネジポンプになる。ステーター2bの中心軸60とローター1bの回転軸すなわち偏心軸61との交点を中心とする各円63は、縦断面図(f)の各位置における球面上の断面の様子を(g1)から(g5)に表している。球面上の様子であるから平面上に正しく表すことは出来ないが、球面上に投影したローター1bが各球面63に沿って偏心回転するとともに、球面上に拡張したペリトロコイド曲線により規定されるステーター2bの繭型の穴の中を回転往復運動していることを示している。偏心半径eの他、波長λs(ピッチ)を変化させることでも、容積を可変することができる。
非特許文献5及び6に、カージオイド型(h1)とともに、ヴァンケル型(h2)、さらに次数の高いもの(h3)、カージオイド型より円形に近い形状のもの(h4)が紹介されている。
特許文献2の特開2007−170374「軸流容積式ウォームガスゼネレータ」において、図6(h5)に示すように、エピサイクロイド形状のステーターとハイポサイクロイド形状のローターとが、何れもほぼ基本形状のものが用いられている。
Japanese Patent Application Laid-Open No. 2013-53601 “Uniaxial Eccentric Screw Pump and Fluid Motor” in Patent Document 1 proposes a constant volume uniaxial eccentric screw pump having a Wankel type cross section.
The uniaxial eccentric screw pump having a Wankel-type cross section is a variable volume uniaxial eccentric screw pump that can rotate while changing the volume as shown in the longitudinal sectional view of FIG. 6 (f) by changing the eccentric radius in the axial direction. Become. Each circle 63 centering on the intersection of the center axis 60 of the stator 2b and the rotation axis of the rotor 1b, that is, the eccentric shaft 61, shows the state of the cross section on the spherical surface at each position in the longitudinal sectional view (f) from (g1) ( g5). Although it is a spherical surface, it cannot be represented correctly on a plane, but the rotor 1b projected onto the spherical surface rotates eccentrically along each spherical surface 63 and is a stator defined by a peritrochoidal curve expanded on the spherical surface. It shows that the reciprocating motion is reciprocating in the bowl-shaped hole 2b. The volume can be varied by changing the wavelength λs (pitch) in addition to the eccentric radius e.
Non-Patent Literatures 5 and 6 introduce a cardioid type (h1), a Wankel type (h2), a higher order (h3), and a shape closer to a circle than the cardioid type (h4).
In Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-170374 “Axial Flow Displacement Warm Gas Generator” in Patent Document 2, as shown in FIG. 6 (h5), an epicycloid-shaped stator and a hypocycloid-shaped rotor are both substantially basic shapes. Things are used.

表1及び2に分類した図形は、何れの図形でも、軸方向に螺旋状にひねりながら延長することで、定容積の軸流ポンプ(容積可変の一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ)に拡張でき、ステーターの開口面積からローターの断面積を差し引いた、面積Sは、
S = T・e
と記述できる。
ここで、eは偏心半径、Tは、ステーターとローターの形状、条数および組み合わせごとに決まる形状定数で、楕円弧の使用の有無や形状、包絡線を生成する円の直径Dcなどの多数の要素で変化する。
また、一軸偏心ネジポンプとして使用する場合、波長λrのローター1回転あたりに吐出される容積Qは、次式であらわされる。
Q = S・Ns・λr
= T・e・Nr・λs
ここで、Nr:ローターの条数、Ns:ステーターの条数、λs:ステーターの1波長の長さである。
なお、モーノ型の形状定数Tは、ローターが偏心移動する方向と、直径Drが寄与する方向とが直交しているので、
= 4・Dr/e
とすれば、モーノ型の吐出容積Qは、Nrが1であるから、
= 4・e・Dr・λs
と表現でき、段落0006に掲げた容積Qの式と一致する。
なお、直径Dcの円を転がしてできる包絡線により補正しているので、モーノ型では、
Dr = 2・Dc
である。
また、閉鎖したキャビティーの長さは、ハイポサイクロイドステーターでは1波長分、エピサイクロイドのステーターでは2波長分(2条以上のエピサイクロイドの基本図形では、2波長より長くなり、補正したものは、補正の方法により異なるが、2波長程度になる。)のステーターの長さが必要になる。
ステーターをローターとともに回転させる一軸ネジポンプの吐出容積Qは、ステーターとローターの回転数の差が1となる場合に対応する。
表1及び表2に分類した図形、並びに、表には整理されなかった図形は、軸方向に螺旋状にひねりながら延長するとともに、軸方向に偏心半径e、形状定数T、及び、波長λs(ピッチ)を変えることで、容積可変の一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプに拡張することができる。
ここに、軸方向に偏心半径e、形状定数T(補正に使用する円の直径Dcを連続的に可変することを意味する。基本形状の変更では連続的に可変することは困難である。)及び波長λsを可変することで、キャビティーの容積を可変することができる軸流ネジポンプ(容積可変一軸偏心ポンプ及び容積可変一軸ネジポンプ)を提案する。
The graphics categorized in Tables 1 and 2 can be extended to constant-volume axial flow pumps (uniaxial eccentric screw pumps and uniaxial screw pumps with variable volume) by twisting them in the axial direction in a spiral manner. The area S obtained by subtracting the cross-sectional area of the rotor from the opening area of
S = T · e 2
Can be described.
Here, e is an eccentric radius, T is a shape constant determined by the shape, number of stripes, and combinations of the stator and rotor, and a number of elements such as the presence / absence and shape of the elliptical arc and the diameter Dc of the circle that generates the envelope It changes with.
When used as a uniaxial eccentric screw pump, the volume Q discharged per one rotation of the rotor of wavelength λr is expressed by the following equation.
Q = S · Ns · λr
= T ・ e 2・ Nr ・ λs
Here, Nr: number of rotor stripes, Ns: number of stator stripes, λs: length of one wavelength of the stator.
The MONO type shape constant T M is such that the direction in which the rotor moves eccentrically and the direction in which the diameter Dr contributes are orthogonal,
T M = 4 · Dr / e
If so, the MONO-type discharge volume Q M has Nr of 1, so
Q M = 4 · e · Dr · λs
Which is consistent with the equation for volume Q M listed in paragraph 0006.
In addition, since it correct | amends with the envelope formed by rolling the circle | round | yen of diameter Dc, in the MONO type,
Dr = 2 · Dc
It is.
The length of the closed cavity is one wavelength for a hypocycloid stator and two wavelengths for an epicycloid stator (in the basic figure of two or more epicycloids, it is longer than two wavelengths, and the corrected one is The length of the stator is required depending on the correction method.
The discharge volume Q of the uniaxial screw pump that rotates the stator together with the rotor corresponds to the case where the difference between the rotation speeds of the stator and the rotor is 1.
The graphics classified in Table 1 and Table 2 and the graphics not arranged in the table are extended while spirally twisting in the axial direction, and the eccentric radius e, the shape constant T, and the wavelength λs ( By changing the (pitch), it can be expanded to a uniaxial eccentric screw pump and a uniaxial screw pump with variable volume.
Here, the eccentric radius e and the shape constant T in the axial direction (meaning that the diameter Dc of the circle used for correction is continuously varied. It is difficult to vary continuously by changing the basic shape). In addition, an axial flow screw pump (a variable volume uniaxial eccentric pump and a variable volume uniaxial screw pump) that can vary the volume of the cavity by changing the wavelength λs is proposed.

1 ローター(インナーローター)
1a 楕円型ローター 1b ヴァンケル型ローター
1c トロコイド型ローター 1d 楕円弧型ローター
10 ローター横断面 11 ローター縦断面 1s ローター側面・外観
143 ローター内の螺旋状の流路 148 電磁コイル 149 磁石
151 自在継手 152 駆動軸 153 防振クランク 154 ギア
159 切替えギア 161 電動機 162 プロペラ 165 発電機
166 フィン 171 仕切り板

2 ステーター(アウターローター)
2a トリカム型ステーター 2b ヴァンケル型ステーター
2c トロコイド型ステーター 2d カージオイド型ステーター
20 ステーター横断面 21 ステーター縦断面 2s ステーター側面・外観
24 開口部 240 吐出口 241 吸入口 242 駆動水給水口
243 螺旋状の流路 244 帰還パイプ 248 電磁コイル
249 磁石 250 支持ローラー 253 防振支持具 254 内歯車
255 空気室 261 燃料供給チューブ 263 点火装置
265 圧力緩和室
28 整合弁 280 円錐台形(円筒型)の整合弁(吐出側)
281 円錐台形(円筒型)の整合弁(吸入側) 28s 円錐台形(円筒型)の整合弁外観
283 逆止弁 284 逆止弁(開) 285 非圧縮性流体トラップ
287 制御弁 288 始動弁
29 筐体(外殻) 290 放熱パネル 291 受熱パネル 299 断熱材

3 容積可変一軸偏心ネジポンプまたは容積可変一軸ネジポンプ
3a トリカム型 3b ヴァンケル型
3c トロコイド型・多重トロコイド型 3d カージオイド型
31 圧縮機 311 断熱圧縮機 312 真空ポンプ
315 熱交換圧縮機 31c 多重トロコイド圧縮機
32 拡張器 321 断熱拡張器 322 水蒸気拡張器
323 圧縮空気エンジン 324 空気エンジン発電機 325 熱交換拡張器
326 ガスエンジン 32c トロコイド拡張器
33 物理・化学反応器 331 空気調整機 332 空気液化装置
335 内燃機関 336 ガスエンジン
34 遠隔駆動ポンプ 341 遠隔揚水ポンプ 342 海底資源採取ポンプ
345 冷熱エネルギー回収器
35 圧縮性流体圧力変換器 350 圧縮性流体圧力調整機
351 熱エネルギー回収器 352 太陽光エネルギー回収器
353 地熱エネルギー回収器 361 温度差駆動発電機
362 圧縮空気駆動発電機 363 熱回収パネル型発電機
372 圧縮空気駆動温熱冷熱源器
38 物理・化学反応装置(その2)
1 Rotor (inner rotor)
1a Oval rotor 1b Wankel rotor
1c Trochoidal rotor 1d Elliptic arc rotor
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotor cross section 11 Rotor vertical cross section 1s Rotor side surface and external appearance 143 Spiral flow path in rotor 148 Electromagnetic coil 149 Magnet 151 Universal joint 152 Drive shaft 153 Anti-vibration crank 154 Gear 159 Switching gear 161 Electric motor 162 Propeller 165 Generator 166 Fin 171 Partition plate

2 Stator (outer rotor)
2a Tricam-type stator 2b Wankel-type stator
2c Trochoid type stator 2d Cardioid type stator
20 Stator cross section 21 Stator vertical section 2 s Stator side face / appearance 24 Opening 240 Discharge port 241 Suction port 242 Drive water supply port
243 Spiral channel 244 Return pipe 248 Electromagnetic coil
249 Magnet 250 Support roller 253 Anti-vibration support 254 Internal gear 255 Air chamber 261 Fuel supply tube 263 Ignition device
265 Pressure relief chamber
28 Alignment valve 280 frustoconical (cylindrical) alignment valve (discharge side)
281 Conical trapezoidal (cylindrical) matching valve (suction side) 28s Appearance of frustoconical (cylindrical) matching valve 283 Check valve 284 Check valve (open) 285 Incompressible fluid trap
287 Control valve 288 Start valve
29 Housing (outer shell) 290 Heat radiation panel 291 Heat receiving panel 299 Heat insulation material

3 Volume-variable uniaxial eccentric screw pump or volume-variable uniaxial screw pump
3a Tricam type 3b Wankel type
3c Trochoid type / Multiple trochoid type 3d Cardioid type
31 Compressor 311 Adiabatic Compressor 312 Vacuum Pump
315 Heat Exchange Compressor 31c Multiple Trochoid Compressor 32 Expander 321 Insulation Expander 322 Steam Expander
323 Compressed air engine 324 Air engine generator 325 Heat exchange expander 326 Gas engine 32c Trochoid expander
33 Physical / Chemical Reactor 331 Air Conditioner 332 Air Liquefaction Device 335 Internal Combustion Engine 336 Gas Engine
34 Remote drive pump 341 Remote pumping pump 342 Seabed resource extraction pump 345 Cold energy recovery unit
35 Compressible fluid pressure transducer 350 Compressible fluid pressure regulator
351 Thermal energy recovery device 352 Solar energy recovery device
353 Geothermal energy recovery device 361 Temperature difference drive generator
362 Compressed air drive generator 363 Heat recovery panel type generator 372 Compressed air drive hot and cold source
38 Physical / Chemical reactor (Part 2)

空気圧を調整するために一般的には絞り弁が使用されるが、絞り弁を通過する際の圧力損失が大きいため、圧縮空気のエネルギーを十分利用することができない。
図9(a)の実施例では、円錐台形(円筒形)の整合弁281を使用し、その回転角ごとにキャビティーの小さい方から順番に開口部24を開き、高圧空気を充填する構造になっている。
必要なトルクを得るために、円筒弁281を操作し、負荷に応じたキャビティーに高圧空気を充填するように調整する。
A throttle valve is generally used to adjust the air pressure. However, since the pressure loss when passing through the throttle valve is large, the energy of the compressed air cannot be fully utilized.
In the embodiment of FIG. 9A, a frustoconical (cylindrical) matching valve 281 is used, and the opening 24 is opened in order from the smallest of the cavities for each rotation angle, and high pressure air is filled. It has become.
In order to obtain the required torque, the cylindrical valve 281 is operated and adjusted so that the cavity corresponding to the load is filled with high-pressure air.

円錐台形(円筒形)の整合弁281は、高圧空気室255の圧力の影響を受けずに、外部から調整できる構造とする必要がある。
高圧空気室255の圧力が低下したときは、円錐台形(円筒形)の整合弁281を回転し、数段階多く開放することで、回転力の低下を補う。
吐出側にも円錐台形(円筒形)の整合弁280を設けており、圧縮空気の適切な拡張を行うように調整することができる。
The frustoconical (cylindrical) matching valve 281 is required to have a structure that can be adjusted from the outside without being affected by the pressure of the high-pressure air chamber 255.
When the pressure in the high-pressure air chamber 255 decreases, the frustoconical (cylindrical) matching valve 281 is rotated and opened several stages to compensate for the decrease in rotational force.
A frustoconical (cylindrical) matching valve 280 is also provided on the discharge side, and can be adjusted to appropriately expand the compressed air.

ステーター2の2条ネジの突出部にそって螺旋状に複数の穴24を開け、円錐台形(円筒形)の整合弁28に設けた開口部24により開閉するようになっている。
図9(c)に円錐台形(円筒形)の整合弁28の開口部24を含む断面図を示す。円錐台形(円筒形)の整合弁28を回転し、その開口部24がステーター2の開口部24と重なったときにキャビティーを開放する。ステーター2の螺旋状に並んだ開口部24及び円錐台形(円筒形)の整合弁28の形状は、図9(c)に相似(円錐台形(円筒形)の整合弁の開口部24の開口角度が異なる。)の形状である。
A plurality of holes 24 are spirally formed along the projecting portion of the double thread of the stator 2 and are opened and closed by an opening 24 provided in a frustoconical (cylindrical) matching valve 28.
FIG. 9C is a sectional view including the opening 24 of the frustoconical (cylindrical) matching valve 28. The frustoconical (cylindrical) alignment valve 28 is rotated, and the cavity is opened when the opening 24 overlaps the opening 24 of the stator 2. The shapes of the spirally aligned openings 24 and the frustoconical (cylindrical) matching valve 28 of the stator 2 are similar to those of FIG. 9C (opening angle of the frustoconical (cylindrical) matching valve opening 24. Is different).

排出された空気は、膨張過程で温度が低下するので、室内の冷房に使用することができる。
円錐台形(円筒形)の整合弁281を全て閉じることで、次第にキャビティー内が負圧となり回転を抑制するので、ブレーキ動作を行うことができる。走行中に変速ギアを逆回転状態とすることで、圧縮空気エンジン323のローター1を逆方向に回転させ、空気を吸込み圧縮し、高圧空気室255に充填することで、回生動作を行うことができる。制動量は、円錐台形(円筒形)の整合弁280と281で調整する。
Since the temperature of the discharged air decreases during the expansion process, it can be used for indoor cooling.
By closing all of the frustoconical (cylindrical) matching valves 281, the inside of the cavity gradually becomes negative pressure and rotation is suppressed, so that a braking operation can be performed. A regenerative operation can be performed by rotating the rotor 1 of the compressed air engine 323 in the reverse direction by sucking and compressing the air and filling the high pressure air chamber 255 by turning the transmission gear in the reverse rotation state during traveling. it can. The braking amount is adjusted by the frustoconical (cylindrical) matching valves 280 and 281.

図12は、内燃機関335(実施例6)の縦断面図(a)と車載イメージ(b)である。
容積可変一軸偏心ネジポンプ2基を圧縮機31と拡張器32として回転対象に配置して、短径側で結合し、中央部に高圧空気室255を形成している。ローター1の回転軸とステーター2の中心線とが、それぞれ一直線となるように配置し、直結している。拡張器32の長径側から自在継手151を経由して駆動軸152に動力を伝達している。
ステーター2の螺旋状の突出部分に複数の整合弁開口部24を設けており、円錐台形(円筒形)の整合弁280、281を配置している。円錐台形(円筒形)の整合弁280、281は、その回転によりキャビティーの大きい方から順番に開口部24を開く構造になっている。図12(a)では、およそ半分が開いている状態を表している。
FIG. 12 is a longitudinal sectional view (a) and an in-vehicle image (b) of the internal combustion engine 335 (Example 6).
Two volume-variable single-shaft eccentric screw pumps are arranged as rotation targets as a compressor 31 and an expander 32, and are coupled on the short diameter side to form a high-pressure air chamber 255 at the center. The rotating shaft of the rotor 1 and the center line of the stator 2 are arranged in a straight line and are directly connected. Power is transmitted from the long diameter side of the dilator 32 to the drive shaft 152 via the universal joint 151.
A plurality of matching valve openings 24 are provided in the spiral projecting portion of the stator 2, and frustoconical (cylindrical) matching valves 280 and 281 are arranged. The frustoconical (cylindrical) alignment valves 280 and 281 are structured to open the opening 24 in order from the larger cavity by rotation thereof. FIG. 12A shows a state where approximately half is open.

圧縮機31に付属する円錐台形(円筒形)の整合弁281を回転することで、空気の圧縮行程を調整する。拡張器32に付属する円錐台形(円筒形)の整合弁280を回転することで、膨張行程を調整することができる。圧縮空気量、燃料の投入量並びに膨張行程を、広い範囲で変えることができるので、回転数、発生トルクを広い範囲で調整することができる。稼働中に制御弁287を開き、高圧空気室155に圧縮空気を補填する。燃料供給を止め、制御弁287を開くことで、制動及び回生動作を行うことができる。停止状態において、制御弁287を開き、圧縮機31に高圧空気を送り込み、拡張器として動作させることで逆回転することができ、車両の後退動作を行うことができる。
By rotating a frustoconical (cylindrical) matching valve 281 attached to the compressor 31, the air compression stroke is adjusted. By rotating a frustoconical (cylindrical) matching valve 280 attached to the dilator 32, the expansion stroke can be adjusted. Since the amount of compressed air, the amount of fuel input, and the expansion stroke can be changed in a wide range, the rotational speed and the generated torque can be adjusted in a wide range. During operation, the control valve 287 is opened, and the high-pressure air chamber 155 is filled with compressed air. By stopping the fuel supply and opening the control valve 287, braking and regenerative operations can be performed. In the stop state, the control valve 287 is opened, high-pressure air is sent to the compressor 31 and operated as an expander, so that it can be rotated in reverse and the vehicle can be moved backward.

吸入口241Aから熱源流体91Hを吸入し、拡張器32のステーター2の周囲の螺旋状の流路243を巡らせ、熱をステーター2に移し、外気温に近い温度で吐出口240Aから熱源流体を排気95している。ステーター2が熱せられキャビティー内の空気が膨張すると、ローター1が回転を始める。中央部の吸入口241Bから取り入れた空気900は、左右に分かれ、右に進んだ空気は、熱せられて膨張し、高温空気910となり、折り返して拡張器32の螺旋状の流路を巡り、ステーター2に熱を戻して、低温となった空気を吐出口240Bから排気95している。一方、左に進んだ空気は、圧縮機31で圧縮され、高温の高圧空気910Hを作り出し、逆止弁283をとおして吐出口240Cから吐出している。
熱源流体91Hと高温空気910は、共に螺旋状の流路243を巡るが、経路は異なっており、混合しない。拡張器32の温度分布を考慮して、高温空気910の折り返す位置を決定する。
拡張器32のステーター2の内面とローター1の表面は、なめらかではなく、角度30度ごとの回転する階段状になっている。その形状はローターの回転に支障なく、熱交換の表面積を広げるとともに、キャビティー内部の空気を撹拌し、熱交換を効率的にするものである。熱交換拡張器325は、スターリングエンジンのような外燃機関であるが、冷熱源側の熱交換器が不要な、解放型の熱機関である。
Inhalation of source fluid 91H from the intake port 241 A, the spiral flow path 243 around the stator 2 of the dilator 32 speculating, heat transferred to the stator 2, a heat source fluid from the discharge port 240A at a temperature close to ambient temperature The exhaust is 95. When the stator 2 is heated and the air in the cavity expands, the rotor 1 starts to rotate. The air 900 taken from the suction port 241B in the center is divided into left and right, and the air that has advanced to the right is heated and expanded to become high-temperature air 910, and then folds around the spiral flow path of the dilator 32, and the stator Heat is returned to 2, and the low-temperature air is exhausted 95 from the discharge port 240B. On the other hand, the air that has advanced to the left is compressed by the compressor 31 to produce high-temperature high-pressure air 910H, and is discharged from the discharge port 240C through the check valve 283.
The heat source fluid 91H and the hot air 910 both travel around the spiral flow path 243, but the paths are different and do not mix. In consideration of the temperature distribution of the dilator 32, the position where the hot air 910 is folded is determined.
The inner surface of the stator 2 of the dilator 32 and the surface of the rotor 1 are not smooth, but have a stepped shape that rotates every 30 degrees. Its shape does not hinder the rotation of the rotor, increases the surface area of the heat exchange, and stirs the air inside the cavity to make the heat exchange efficient. The heat exchange expander 325 is an external combustion engine such as a Stirling engine, but is an open type heat engine that does not require a heat exchanger on the cold heat source side.

図14(b)は、風力エネルギー利用システムで、熱エネルギー回収器351を効果的に使用するための説明図である。風車のプロペラ262により圧縮機31を駆動して高圧空気を作る。このときに、断熱圧縮されるため多量の熱が発生する。高圧空気は、圧縮空気タンク551で保存できるが、熱の保存が困難であることから、自然エネルギーの効率的な利用を阻害する要因のひとつであった。
風車の圧縮機31が作った高温高圧空気を、熱源流体91Hとして熱エネルギー回収器351の吸入口241Aに送り、螺旋状の流路243を巡り吐出口240Aに吐出している。吸入口241Bから取り込んだ空気900と熱交換を行い、空気の膨張力を回転力に変えている。この回転力から圧縮機31により高圧空気910Hを作っている。この高圧空気910Hも熱を含むので、熱源流体91Hと混合し、再度、熱を回収した後、吐出口240Aから高圧空気900Hを高圧空気タンク551に送り保存する。高圧空気を保存するには、高圧空気タンクがあればよく、二次電池の様に希少で高価な資源を使う必要がないので、経済的に大規模なシステムを構築することができる。
FIG. 14B is an explanatory diagram for effectively using the thermal energy recovery device 351 in the wind energy utilization system. The compressor 31 is driven by a wind turbine propeller 262 to generate high-pressure air. At this time, a large amount of heat is generated due to adiabatic compression. Although high-pressure air can be stored in the compressed air tank 551, it is one of the factors that hinder the efficient use of natural energy because it is difficult to store heat.
The high-temperature and high-pressure air produced by the wind turbine compressor 31 is sent to the suction port 241A of the thermal energy recovery device 351 as the heat source fluid 91H , and discharged to the discharge port 240A through the spiral flow path 243. Heat exchange is performed with the air 900 taken from the suction port 241B, and the expansion force of the air is changed to a rotational force. High-pressure air 910H is produced by the compressor 31 from this rotational force. Since this high-pressure air 910H also includes heat, it is mixed with the heat source fluid 91H and recovered again, and then the high-pressure air 900H is sent from the discharge port 240A to the high- pressure air tank 551 for storage. In order to store high-pressure air, a high-pressure air tank is sufficient, and it is not necessary to use scarce and expensive resources like a secondary battery, so an economically large-scale system can be constructed.

図17(a)の高温高圧空気配管802、高圧空気コンセント805、高温高圧空気を利用する器具及びこれらに繋ぐホースは二重構造となっており、外側に常温の空気を流して、ホースの外皮が高温になるのを防ぐ構造になっている。高温高圧空気を利用する器具内に、図17(c)の圧縮性流体圧力調整器350を内蔵し、円錐台形(円筒形)の整合弁281により圧力を調整するとともに、二重構造のホースの外側の常圧空気流路から空気を吸込み冷却し、さらに変動する圧力を一定に調整している。
The high-temperature and high-pressure air pipe 802, the high-pressure air outlet 805, the equipment using high-temperature and high-pressure air, and the hose connected to these have a double structure, and air at normal temperature is allowed to flow outside, It is structured to prevent the temperature from becoming high. A compressible fluid pressure regulator 350 shown in FIG. 17 (c) is built in a device using high-temperature and high-pressure air, and the pressure is adjusted by a frustoconical (cylindrical) matching valve 281. Air is sucked and cooled from the outside atmospheric pressure air flow path, and the fluctuating pressure is adjusted to be constant.

図18の(c)と(d)は、熱回収パネル型発電機363の1ユニットの横断面図と縦断面図である。多数並べてパネル状にして熱源に貼り付ける若しくは太陽光パネルの様に使用する。
歯数が5と6の螺旋状のトロコイド型ローター1c(r5、r6)によりトロコイド拡張器32cを構成し、外側のローター1c(r6)に磁石149を、筐体29に電磁コイル248を配置し発電機を構成している。
2つのトロコイド型ローター1cの間に生じる閉鎖したキャビティーは、図18(d)の右方向に向かって容積が増大している。ローター1cと筐体29及び中心軸150との間には隙間があり、ローター1cが自由に回転できるようになっている。受熱パネル291の側から輻射熱を加え、内部の空気を加熱し膨張させる。螺旋状の流路143及び243を通過しながら、ローター1cと熱交換する。キャビティー内の圧縮性流体が膨張することで、容積が増大する方向にローター1cが回転し、発電が始まる。圧縮性流体及び熱の循環が早くなが、ローター1cで熱交換が行われるので、熱を閉じ込めるように動作する。
熱交換されなかった熱は、パネル290から放熱する。パネル290を省略し、開放する方法も考えられる。
図18(d)のトロコイド型ローター31cの拡張比が大きいので、駆動するためには、大きな温度差が必要である。拡張比を小さく設計することは可能であるが、小さな温度差で作動させるには、磁性流体を用いた軸受を使用して、回転摩擦の影響を排除する他、キャビティーの密閉性を高める必要がある。液体に馴染みやすい表面加工を施し、油などの液体を使う方法の他、2つのローター1cの対向する面に磁性を持たせ、嵌合箇所に磁性流体を用いて密閉性を得る方法が考えられる。
太陽光や輻射熱並びに温度が上昇した圧縮性流体をなるべく中央部に導くため、パネル291を透明にする、筐体29の内部に対流路を設ける、集光反射板514を設ける、ローター1cの表面を黒く着色するなどしている。
18C and 18D are a cross-sectional view and a vertical cross-sectional view of one unit of the heat recovery panel generator 363, respectively. A large number of panels are arranged and attached to a heat source or used like a solar panel.
A trochoid expander 32c is constituted by a spiral trochoid rotor 1c (r5, r6) having 5 and 6 teeth, a magnet 149 is arranged on the outer rotor 1c (r6), and an electromagnetic coil 248 is arranged on the housing 29. It constitutes a generator.
The closed cavity generated between the two trochoidal rotors 1c increases in volume toward the right in FIG. 18 (d). There are gaps between the rotor 1c, the casing 29, and the central shaft 150 so that the rotor 1c can freely rotate. Radiant heat is applied from the heat receiving panel 291 side to heat and expand the internal air. Heat exchange with the rotor 1c is performed while passing through the spiral flow paths 143 and 243. As the compressive fluid in the cavity expands, the rotor 1c rotates in a direction in which the volume increases, and power generation starts. Circulation of compressible fluid and heat may turn faster, but because heat is exchanged rotor 1c, operates to confine heat.
The heat that has not been heat exchanged is dissipated from the panel 290. A method in which the panel 290 is omitted and opened is also conceivable.
Since the expansion ratio of the trochoidal rotor 31c in FIG. 18D is large, a large temperature difference is necessary for driving. Although it is possible to design a small expansion ratio, in order to operate with a small temperature difference, it is necessary to use a magnetic fluid bearing to eliminate the effects of rotational friction and to increase the sealing of the cavity There is. In addition to a method that uses a surface treatment that is easy to adjust to the liquid and uses a liquid such as oil, a method is conceivable in which the opposing surfaces of the two rotors 1c are made magnetized, and a sealing property is obtained by using a magnetic fluid at the fitting portion. .
The surface of the rotor 1c, in which the panel 291 is made transparent, a counter flow path is provided inside the housing 29, a condensing reflector 514 is provided, in order to guide sunlight, radiant heat, and a compressive fluid whose temperature has risen to the center as much as possible. Is colored black.

1 ローター(インナーローター)
1a 楕円型ローター 1b ヴァンケル型ローター
1c トロコイド型ローター 1d 楕円弧型ローター
10 ローター横断面 11 ローター縦断面 1s ローター側面・外観
143 ローター内の螺旋状の流路 148 電磁コイル 149 磁石
151 自在継手 152 駆動軸 153 防振クランク 154 ギア
159 切替えギア 161 電動機 162 プロペラ 165 発電機
166 フィン 171 仕切り板

2 ステーター(アウターローター)
2a トリカム型ステーター 2b ヴァンケル型ステーター
2c トロコイド型ステーター 2d カージオイド型ステーター
20 ステーター横断面 21 ステーター縦断面 2s ステーター側面・外観
24 開口部 240 吐出口 241 吸入口 242 駆動水給水口
243 螺旋状の流路 244 帰還パイプ 248 電磁コイル
249 磁石 250 支持ローラー 253 防振支持具 254 内歯車
255 空気室 261 燃料供給チューブ 263 点火装置
264 圧力緩和室
28 整合弁 280 円錐台形(円筒形)の整合弁(吐出側)
281 円錐台形(円筒形)の整合弁(吸入側) 28s 円錐台形(円筒形)の整合弁外観
283 逆止弁 284 逆止弁(開) 285 非圧縮性流体トラップ
287 制御弁 288 始動弁
29 筐体(外殻) 290 放熱パネル 291 受熱パネル 299 断熱材

3 容積可変一軸偏心ネジポンプまたは容積可変一軸ネジポンプ
3a トリカム型 3b ヴァンケル型
3c トロコイド型・多重トロコイド型 3d カージオイド型
31 圧縮機 311 断熱圧縮機 312 真空ポンプ
315 熱交換圧縮機 31c 多重トロコイド圧縮機
32 拡張器 321 断熱拡張器 322 水蒸気拡張器
323 圧縮空気エンジン 324 空気エンジン発電機 325 熱交換拡張器
326 ガスエンジン 32c トロコイド拡張器
33 物理・化学反応器 331 空気調整機 332 空気液化装置
335 内燃機関 336 ガスエンジン
34 遠隔駆動ポンプ 341 遠隔揚水ポンプ 342 海底資源採取ポンプ
345 冷熱エネルギー回収器
35 圧縮性流体圧力変換器 350 圧縮性流体圧力調整機
351 熱エネルギー回収器 352 太陽光エネルギー回収器
353 地熱エネルギー回収器 361 温度差駆動発電機
362 圧縮空気駆動発電機 363 熱回収パネル型発電機
372 圧縮空気駆動温熱冷熱源器
38 物理・化学反応装置(その2)
1 Rotor (inner rotor)
1a Oval rotor 1b Wankel rotor
1c Trochoidal rotor 1d Elliptic arc rotor
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Rotor cross section 11 Rotor vertical cross section 1s Rotor side surface and external appearance 143 Spiral flow path in rotor 148 Electromagnetic coil 149 Magnet 151 Universal joint 152 Drive shaft 153 Anti-vibration crank 154 Gear 159 Switching gear 161 Electric motor 162 Propeller 165 Generator 166 Fin 171 Partition plate

2 Stator (outer rotor)
2a Tricam-type stator 2b Wankel-type stator
2c Trochoid type stator 2d Cardioid type stator
20 Stator cross section 21 Stator vertical section 2 s Stator side face / appearance 24 Opening 240 Discharge port 241 Suction port 242 Drive water supply port
243 Spiral channel 244 Return pipe 248 Electromagnetic coil
249 Magnet 250 Support roller 253 Anti-vibration support 254 Internal gear 255 Air chamber 261 Fuel supply tube 263 Ignition device
H.264 pressure relief chamber
28 Alignment valve 280 frustoconical (cylindrical) alignment valve (discharge side)
281 Conical trapezoidal ( cylindrical ) alignment valve (suction side) 28s Appearance of frustoconical ( cylindrical ) alignment valve 283 Check valve 284 Check valve (open) 285 Incompressible fluid trap
287 Control valve 288 Start valve
29 Housing (outer shell) 290 Heat radiation panel 291 Heat receiving panel 299 Heat insulation material

3 Volume-variable uniaxial eccentric screw pump or volume-variable uniaxial screw pump
3a Tricam type 3b Wankel type
3c Trochoid type / Multiple trochoid type 3d Cardioid type
31 Compressor 311 Adiabatic Compressor 312 Vacuum Pump
315 Heat Exchange Compressor 31c Multiple Trochoid Compressor 32 Expander 321 Insulation Expander 322 Steam Expander
323 Compressed air engine 324 Air engine generator 325 Heat exchange expander 326 Gas engine 32c Trochoid expander
33 Physical / Chemical Reactor 331 Air Conditioner 332 Air Liquefaction Device 335 Internal Combustion Engine 336 Gas Engine
34 Remote drive pump 341 Remote pumping pump 342 Seabed resource extraction pump 345 Cold energy recovery unit
35 Compressible fluid pressure transducer 350 Compressible fluid pressure regulator
351 Thermal energy recovery device 352 Solar energy recovery device
353 Geothermal energy recovery device 361 Temperature difference drive generator
362 Compressed air drive generator 363 Heat recovery panel type generator 372 Compressed air drive hot and cold source
38 Physical / Chemical reactor (Part 2)

50 ポンプ 501 一軸偏心ネジポンプ(定容積)
50c 内歯車ポンプ(定容積、トロコイド型等) 51 直流交流電力変換器
511 整流器 513 資源掘削船 514 太陽光集光反射板
521 LED照明器具 523 冷蔵・温蔵庫 524 床暖房
525 ノズル式送風機 53 真空容器 531 真空チェンバー
532 真空凍結乾燥室 541 貯湯タンク 545 高温蓄熱器
55 空気保存容器 550 低圧空気タンク 551 高圧空気タンク
552 圧縮空気ボンベ 56 ボルテック・チューブ
571 対向流式熱交換器 573 放熱器 58 弁 582 逆止弁付き空気充填口
583 電極 584 ロック解除金具 59 断熱材・保温材

60 中心軸 61 偏心軸(ローターの回転軸) 610 偏心軸の軌跡
62 横断面の位置 63 中心軸と偏心軸の交点を中心とする円(球状の断面)
64 中心軸と偏心軸の交点 65 ギア(歯車)のピッチ円

71 太陽光 72 風 73 地面 74 地熱源 75 水面
76 海底資源泥

80 空気配管 801 低圧空気配管 802 高温高圧空気配管
803 常圧空気流路 805 高圧空気コンセント 806 高圧空気プラグ
81 水道管 811 給湯管 82 都市ガス配管
83 商用電力 831 直流配電 835 直流コンセント
840 チューブ上り 841 チューブ下り

90 圧縮性作動流体 900 空気 900H 高圧空気
901 低温水蒸気 904 窒素ガス
91 熱源流体 91H 高圧熱源流体 910 高温空気 910H 高温高圧空気
911 高温水蒸気 911H 高温高圧水蒸気 930 冷却空気
95 排気 99 非圧縮性流体 991 水 992 液体二酸化炭素
993 液体酸素 994 液体窒素
50 Pump 501 Uniaxial eccentric screw pump (constant volume)
50c Internal gear pump (constant volume, trochoid type, etc.) 51 DC / AC power converter 511 Rectifier 513 Resource drilling vessel 514 Solar condensing reflector
521 LED lighting fixtures 523 Refrigerated / hot storage 524 Floor heating
525 Nozzle blower 53 Vacuum container 531 Vacuum chamber
532 Vacuum Freeze Drying Chamber 541 Hot Water Storage Tank 545 High Temperature Regenerator
55 Air storage container 550 Low pressure air tank 551 High pressure air tank
552 Compressed air cylinder 56 Vortex tube
571 Counterflow type heat exchanger 573 Radiator 58 Valve 582 Air filling port with check valve
583 Electrode 584 Unlocking metal fittings 59 Heat insulation and heat insulation

60 Central axis 61 Eccentric shaft (rotor rotational axis) 610 Eccentric shaft locus
62 Position of transverse section 63 Circle (spherical section) centering on the intersection of the central axis and the eccentric axis
64 Intersection of central axis and eccentric shaft 65 Gear (gear) pitch circle

71 Sunlight 72 Wind 73 Ground 74 Geothermal Source 75 Water Surface
76 Submarine resource mud

80 Air piping 801 Low pressure air piping 802 High temperature high pressure air piping
803 Normal pressure air flow path 805 High pressure air outlet 806 High pressure air plug 81 Water pipe 811 Hot water supply pipe 82 City gas pipe 83 Commercial power 831 DC power distribution 835 DC outlet
840 Tube up 841 Tube down

90 Compressible working fluid 900 Air 900H High pressure air
901 Low temperature steam 904 Nitrogen gas
91 Heat source fluid 91H High pressure heat source fluid 910 High temperature air 910H High temperature high pressure air 911 High temperature steam 911H High temperature high pressure steam 930 Cooling air
95 Exhaust 99 Incompressible fluid 991 Water 992 Liquid carbon dioxide 993 Liquid oxygen 994 Liquid nitrogen

Claims (9)

雄ネジ形の螺旋状のローターと、雌ネジ形の螺旋状のステーターとを備え、ローターとステーターとが嵌合し、閉鎖したキャビティーを1つ以上構成し得る形状で、ローターの偏心回転に伴いキャビティーを軸方向に移送するとともに、キャビティーの容積を決める要素である、偏心半径、ローターとステーターの断面形状によって決まる形状係数、波長(ピッチ)のうち、任意の1つ、2つ、あるいは全部の要素を、軸方向に変化させることを特徴とする、一軸偏心ネジポンプ。   Equipped with a male-screw-shaped spiral rotor and a female-screw-shaped spiral stator, and the rotor and stator are fitted together to form one or more closed cavities. As a result, the cavity is transported in the axial direction, and any one or two of the eccentricity radius, the shape factor determined by the cross-sectional shape of the rotor and the stator, and the wavelength (pitch), which are the factors that determine the volume of the cavity, Alternatively, the uniaxial eccentric screw pump is characterized in that all elements are changed in the axial direction. ローターまたはステーターの中心軸に対して垂直な断面、若しくは、偏心半径を変化する場合は、中心軸と偏心軸の交点を中心とする球状の断面において、
ステーターの形状が2条以上のハイポサイクロイドで規定される形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの断面形状がステーターより1条少ないハイポサイクロイドで規定される形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、
ステーターの形状が3条以上の角を丸めた正多角形の形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの断面形状がステーターより1条少ないハイポサイクロイドで規定される形状で、その条数に等しい数の楕円弧(円弧、サイクロイド曲線の一部を含む。以下同じ。)に置き換えてできる中央部を膨らせた形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、
並びに、ステーターの形状が1条以上のエピサイクロイドで規定される形状を基に、ローターに加えた修正を考慮した開口形状であり、ローターの形状がステーターより1条多いハイポサイクロイドで規定される形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状であるもの、または、ローターの条数に等しい数の楕円弧に置き換えてできる中央部を膨らせた形状を基に、円を転がしてできる包絡線に修正した断面形状である、請求項1の一軸偏心ネジポンプ。
In a cross section perpendicular to the central axis of the rotor or stator, or when changing the eccentric radius, in a spherical cross section centering on the intersection of the central axis and the eccentric axis,
Based on the shape of the stator defined by two or more hypocycloids, it is an open shape that takes into account the modifications made to the rotor, and the shape of the cross section of the rotor is defined by the hypocycloid that is one fewer than the stator. Based on a cross-sectional shape modified to an envelope made by rolling a circle,
The shape of the stator is based on the shape of a regular polygon with three or more rounded corners, and is an open shape that takes into account modifications made to the rotor. The cross-sectional shape of the rotor is defined by a hypocycloid that is one fewer than the stator. The shape is an envelope that is formed by rolling a circle based on the shape of the center part that is replaced by elliptic arcs (arcs, including a part of a cycloid curve; the same shall apply hereinafter) equal to the number of streaks. A modified cross-sectional shape,
In addition, based on the shape of the stator defined by one or more epicycloids, it is an open shape that takes into account modifications made to the rotor, and the shape of the rotor is defined by a hypocycloid that is one more than the stator. Roll the circle based on the shape of the cross-section modified to an envelope created by rolling the circle, or by expanding the central part by replacing it with the number of elliptical arcs equal to the number of strips of the rotor. The uniaxial eccentric screw pump according to claim 1, wherein the uniaxial eccentric screw pump has a cross-sectional shape corrected to an envelope that can be formed.
請求項1から2のステーターを回転可能なアウターローターとして構成し、ローターの回転軸が偏心回転をしないように固定した構造の、ローターとステーターが共に回転する一軸ネジポンプ。   A uniaxial screw pump in which the rotor and the stator rotate together, wherein the stator according to claim 1 is configured as a rotatable outer rotor and is fixed so that the rotation shaft of the rotor does not rotate eccentrically. 請求項1から3の軸流ネジポンプ(一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ。)を、ローターの回転軸を共有して組み合せた構造、複数のローターを多重に重ねた構造、並びに、さらにこれらを組み合わせた構造の軸流ネジポンプ(一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ。)。   A structure in which the axial flow screw pumps (uniaxial eccentric screw pump and uniaxial screw pump) according to claims 1 to 3 are combined by sharing a rotating shaft of a rotor, a structure in which a plurality of rotors are overlapped, and a structure in which these are combined. Axial-flow screw pump (uniaxial eccentric screw pump and uniaxial screw pump.) 圧力緩和室、空気室、逆止弁、整合弁、調整弁、制御弁、始動弁、非圧縮性流体トラップ、並びに、複数の開口部を設けたステーター(アウターローターを含む。)と円錐台形の円筒とが嵌合して回転することで複数の開口部を順に開閉することができる円錐台形の円筒弁のうち、1つ以上の弁を備えた、キャビティー内の圧力調整機能を有する、請求項1から4までの軸流ネジポンプ(一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ。)。   Pressure relief chamber, air chamber, check valve, alignment valve, regulating valve, control valve, start valve, incompressible fluid trap, and a stator (including outer rotor) provided with a plurality of openings and a truncated cone shape A pressure adjusting function in the cavity having one or more valves among the truncated conical cylinder valves capable of sequentially opening and closing a plurality of openings by fitting and rotating with the cylinder. Item 1 to 4 axial flow screw pumps (uniaxial eccentric screw pump and single screw pump). ステーター(アウターローターを含む。)の周囲あるいはローターの内部に、熱交換を行う流体の螺旋状の流路を設けた請求項1から5までの軸流ネジポンプ(一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ。)。   6. An axial screw pump (uniaxial eccentric screw pump and uniaxial screw pump) according to claim 1, wherein a spiral flow path for fluid for heat exchange is provided around the stator (including the outer rotor) or inside the rotor. ローター、ステーター(アウターローターを含む。)または外殻(筐体)に、永久磁石と電磁コイルを対向して備え、発電、電気駆動、若しくは、回転状態のモニターが可能な請求項1から6までの軸流ネジポンプ(一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ。)。   A rotor, a stator (including an outer rotor), or an outer shell (housing) are provided with permanent magnets and electromagnetic coils facing each other, and can generate power, be electrically driven, or monitor the rotational state. Axial-flow screw pump (uniaxial eccentric screw pump and uniaxial screw pump.) ローター、ステーター(アウターローターを含む。)または外殻(筐体)の回転しながら接触する面(嵌合してキャビティーを構成する接触面及び軸受となる部分。)に磁性流体を使用した請求項1から7までの軸流ネジポンプ(一軸偏心ネジポンプ及び一軸ネジポンプ。)。   Claims using magnetic fluid on the rotor, the stator (including the outer rotor) or the surface that contacts the outer shell (housing) while rotating (the contact surface and the bearing that forms the cavity). Item 8. An axial screw pump according to items 1 to 7 (uniaxial eccentric screw pump and uniaxial screw pump). 圧縮性流体ポンプ、圧縮性流体圧縮器、圧縮性流体拡張器、物理化学反応装置(内燃機関)、遠隔駆動ポンプ、圧縮性流体圧力変換器、熱エネルギー回収器(外燃機関)などの請求項1から8までの軸流ネジポンプを使用した製造物。   Claims for compressible fluid pumps, compressible fluid compressors, compressible fluid expanders, physicochemical reactors (internal combustion engines), remote-driven pumps, compressible fluid pressure transducers, thermal energy recoverers (external combustion engines), etc. Products using 1 to 8 axial flow screw pumps.
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