JP2018509563A - 動作流体の流れを整流する装置 - Google Patents

Abstract

本開示は、脈動を弱めコンプレッサーの効率を改善する整流装置について記載する。１つの方法では、ディフューザー装置には、第１の端部及び第２の端部を有するハウジング部が含まれ、ハウジング部はコンプレッサーの吐出口と結合し、ディフューザー部はハウジング部内に配置される。ディフューザー部はコンプレッサーから送り出される動作流体と連通し、ディフューザー部の縦軸に沿って延びるコア部と、コア部から放射状に延びる複数の襞とを含む。いくつかの方法では、ハウジング部の第１の端部から第２の端部へと送動作流体を送り出すための複数の流体チャンネルを、複数の襞とハウジングの内表面とで画定する。いくつかの方法によれば、ディフューザー部は、ハウジング部に回転可能に結合する。【選択図】図９

Description

（関連出願の相互参照）
本特許出願は、２０１５年２月２３日に出願された米国仮特許出願番号６２／１１９，５６５、表題「動作流体の流れを整流する装置及びその実施」に基づく優先権を主張するものであり、これらの開示内容は、そのすべてを本出願に組み込むものとする。

ここに開示した内容は、一般にコンプレッサー及びコンプレッサー技術に関し、更に詳細には、コンプレッサーの吸入口及び／又は吐出口で動作流体の整流を行う装置に関する。

コンプレッサーは、動作流体に作用する機械で、例えば、動作流体に圧力をかけてプロセスラインに分配する。コンプレッサーには、ロータリーコンプレッサー、遠心コンプレッサー、等を含めることができる。プロセスラインの例は、化学、水処理、石油化学、資源の回収及び配送、精製、その他の部門及び産業を含む種々の応用分野で見ることができる。

ロータリー型コンプレッサーには、吸入口及び吐出口を有するチャンバーを形成するハウジングを有する装置が含まれる。チャンバーの内部に、この装置はしばしば１対の構成要素を有し、一般にこの構成要素は、相互にかみ合う１つ以上のローブ型インペラーを具現する。使用に当たって、ローブ型インペラーは互いに反対方向に回転し既知量の流体を吸入口から吐出口に送り出す。ポンプとして、この装置は活発にこの構成要素を回転させ、チャンバーの吸入口から吐出口への流体の動きを円滑にする。一方、計器として、この装置は、動作流体の流れをこの構成要素に作用させるよう構成する。流体の力によりこの構成要素が回転し、これにより、流体の流れの１つ以上の特性を反映する出力（例えば、電気信号）を発生させることができる。

ローブ型インペラーは、ロータリー型コンプレッサーの動作中大きな圧力と流量の脈動を生じさせることがあることが知られている。これらの流量の脈動は下流を共振させ、そして、コンプレッサーの下流にある設備に大きな損傷を与え、及び／又は、工業用途での設定に対してさえ容認できないようなレベルのノイズを生じさせるのに十分な強さの振動を生じさせる。

流量の脈動による問題の対策として、コンプレッサーの吸入口及び／又は吐出口でのエネルギーを分散させる方法が一般に追求されてきた。この解決手段ではノイズ低減装置（例えば、消音器）を使用して動作流体中の音波や振動を減衰させる。これらの装置は、動作流体の流れの方向（及び他の要素）を変え、効果的にノイズや振動を減少させるための、部品（例えば、バッフル）を用いる。残念ながら、従来の実施形態では、消音器は機械の外部に取り付けられる。この構成では、機械の全体的な占有面積が大きくなり、しばしば４００％以上にもなる。

ここでは、脈動を減衰させコンプレッサーの効率を完全することができる整流装置の実施形態について記載する。１つの方法では、ディフューザー装置は、第１の端部及び第２の端部を有するハウジング部であって、このハウジング部がコンプレッサーの吐出口と結合されることを特徴とするハウジング部と、このハウジング部内に設置されたディフューザー部とを含む。ディフューザー部はコンプレッサーから送り出された動作流体と連通し、ディフューザー部の縦軸に沿って延びるコア部と、コア部から放射状に延びる複数の襞とを含む。いくつかの方法によれば、複数の襞とハウジングの内側面とにより、ハウジング部の第１の端部から第２の端部動作流体を送り出すための複数の流体チャンネルが画定される。いくつかの方法によれば、ディフューザー部は、ハウジング部に回転可能に結合する。

１つの方法では、アセンブリーには、第１の端部及び第２の端部を有するハウジング部が含まれ、ハウジング部は、ロータリー置換装置に結合されている。このアセンブリーには、ハウジング部に配置されたディフューザー部がさらに含まれ、このディフューザー部は、ディフューザー部の縦軸に沿って延びるコア部と、コア部から放射状に延びる複数の襞とを有する。

他の方法では、コンプレッサーアセンブリーには、コンプレッサーとコンプレッサーに結合されたディフューザー装置とが含まれ、ディフューザー装置は第１の端部及び第２の端部を有するハウジング部を含み、ハウジング部は動作流体を受け入れるために、コンプレッサーの吐出口と結合している。ディフューザー装置には、ハウジング部に配置されたディフューザー部がさらに含まれ、ディフューザー部は、ディフューザー部の中央縦軸に沿って延びるコア部と、コア部から放射状に延びる複数の襞とを有する。

他の実施形態では、ディフューザー装置には、第１の端部及び第２の端部を有するハウジング部が含まれ、ハウジング部は、コンプレッサーの吐出口と結合している。ディフューザー部は、コンプレッサーから送り出された動作流体と連通し、ディフューザー部の縦軸に沿って延びるコア部と、コア部から放射状に延びる複数の襞とを有する。

例示として、開示した装置の具体的な実施形態を添付図を参照して説明する。
本開示の実施形態による例示的な整流装置の斜視図を示す。 本開示の実施形態による図１の整流装置の斜視図を示す。 本開示の実施形態による図１の整流装置の斜視図を示す。 本開示の実施形態によるロータリー置換装置に取り付けた整流装置の例示的な整流装置の１つの実施例を示す。 本開示の実施形態によるロータリー型コンプレッサーの斜視図を示す。 本開示の実施形態による図５のロータリー型コンプレッサーの断面を示す。 本開示の実施形態による図５及び６のロータリー型コンプレッサーに取り付けた整流装置の例示的な整流装置の１つの実施例を示す。 本開示の実施形態による図５、６、及び７のロータリー型コンプレッサーに取り付けた整流装置の例示的な整流装置の１つの実施例を示す。 本開示の実施形態による図８におけるロータリー型コンプレッサーの断面を示す。

類似する参照番号は同一または対応する構成要素を意味し、特記なき場合は、縮尺は考慮していない。さらに、ここに開示した実施形態には、１以上の図面に又は図面の組み合わせに現れる構成要素が含まれることがある。

種々の方法を示した添付図を参照して本開示について説明する。当然のことながら、本開示は、多くの異なる形状で実施することができ、ここに述べる方法に限定するものと解釈すべきでない。むしろ、これらの方法は、この開示が完全なものであることを示すため、及び当業者に対して開示の範囲をすべて伝達するために示される。図において、類似する番号は類似する構成要素を意味する。

ここに用いたように、１つであるとして挙げたエレメント又は動作は、明示的に記載がない限り複数のエレメント又は動作を除外するものではない。さらに、本開示での「１つの方法」又は「１つの実施の形態」は、列挙した特徴を組み込んだ別の方法又は実施の形態の存在を除外することを意図するものではない。

さらに、「下に」、「下部に」、「低い」、「中央の」、「上方に」、「上部に」、「上に」、「覆って」、その他のような、空間的に相対位置を表す用語は、図に示すように、１つの構成要素の他の構成要素に対する関係をわかりやすくするために用いることがある。当然のことながら、空間的相対位置を表す用語には、図に示した位置に加えて、使用中または動作中の装置での異なる位置も包含することができる。

上述の通り、ここに記載したのは、コンプレッサー及びコンプレッサーと結合しているディフューザー装置を有するコンプレッサーアセンブリーであり、ディフューザー装置には、第１の端部及び第２の端部を有するハウジング部が含まれる。ハウジング部は、動作流体を受け入れるためにコンプレッサーの吐出口と結合している。ディフューザー装置は、ハウジング部内に配置されたディフューザー部をさらに有し、ディフューザー部は、ディフューザー部の中央の縦軸に沿って延びるコア部及びコア部から放射状に延びる複数の襞を有する。いくつかの方法では、ディフューザー部はハウジング部に対して相対的に回転することができ、それにより、圧力の脈動を減らし信号を平滑化すること、すなわち、変動が無いか少ない吐出圧力を得ることができる。

以下に詳細説明するように、ディフューザー部の襞により、吐出圧力を向上させ吐出圧力の脈動を減少させる渦巻き又はらせん構成を有する複数の流体チャンネルが画定される。吐出圧力の脈動を減少させることにより、コンプレッサー吐出口の排出消音器の必要性が少なくなるか又はこれをなくすことができる。いくつかの方法では、ディフューザー装置は、新たなロータリーコンプレッサーに取り付けること、又は、現在現場にある古いコンプレッサーの改装として取り付けることができる。既設の古い装置の場合、例えば、ディフューザー装置を含む新しいスプール部を取り付けることにより、吐出配管を改修することができる。

図１、２、及び３に戻って、例示的ディフューザー装置を詳細に説明する。図示の通り、ここに記載の実施形態には、例えばコンプレッサーとともに用いるための整流ディフューザー装置１００（以降、装置１００と称す）が含まれる。図１は、装置１００の斜視図を示す。図２及び３は、分解した形状での装置１００の斜視図を示す。

図１において、装置１００には、第１の端部１０４（あるいは、上流端１０４）及び第２の端部１０６（あるいは、下流端１０６）を有するハウジング部１０２が含まれる。ハウジング部１０２は少なくとも部分的にディフューザー部１０８を囲む。つまり、ディフューザー部の一部１０９が第１の端部１０４を越えてハウジング部１０２から突き出ている。装置１００の端部１０４、１０６は、以下に詳細説明するように、コンプレッサーと及び／又は付属配管及び／又はコンジットと結合するよう構成することができる。ハウジング１０２には、例えば、フランジ、及び／又は、コンプレッサー（及び／又は付属配管）の対応するフランジと合致する類似の構成要素を含めることができる。この構成により、動作流体Ｆ（例えば、気体及び液体）は、ディフューザー部１０８にぶつかるように、装置１００に導かれる。

図２及び３を参照して、ディフューザー部１０８は、縦軸１１４を有するコア部１１２を含むボディー１１０を有する。ボディー１１０はまた、縦軸１１４の周りに配置された、複数の襞１１６（あるいは、ブレード、フィン、又はベーンとして知られる）を有する。襞１１６の各々は、縦軸１１４の全長にわたって延びる襞ボディー１１８を有する。襞１１４は、１対の襞１１４がハウジング部１０２（図１）の内表面１０５とともに、いくつかの流体チャンネル又は流路１２０の境界を形成する。この構成において、流路１２０の形状は、事実上、襞ボディー１１４の輪郭（及び／又は形状）に依存する。１つの実施形態において、流路１２０はコア部１１２の周りを螺旋状に広がる。

このように、ディフューザー部１０８は、流路１２０を通って流れる動作流体Ｆと連通している。渦巻き／らせん形状は、動作流体Ｆの流れを、例えば、上流端１０４での第１の流れのパターンから下流端１０６での第２の流れにパターンに整えるよう構成されている。１つの実施例では、襞ボディー１１８の形状は、襞１１６のらせん形状により渦巻く流れ及び／又は渦巻パターンとなって動作流体Ｆを流路１２０から吐出させる。

動作流体Ｆを渦巻型の流れのパターンにすることにより、より高い吐出圧力を得ることが出来る。この現象は証明することが可能であり、例えば、気体が渦巻型の捕集器に投入され渦巻部に巻き込まれるような標準的で対称な渦巻部の間にある、４００Ｈｐの遠心型テストリングについて推定される効率の向上は、効率で１ポイント、圧力効率で約４．５％の向上であった。襞ボディー１１８の形状／構成によりハウジング１０２を通過することで分散化が向上するので、最終的に吐出流の混合がよくなり、その結果吐出圧力の脈動が減少する。

いくつかの構成において、ディフューザー部１０８は、ハウジング１０２内に取り付けられ、動作流体Ｆの流れに対して固定される。他の実施例では、ディフューザー部１０８は回転可能にハウジング１０２に取り付けられ、したがって、受動的に及び／又は能動的に（例えば、コラテラルモーター又は他の動力源要素により）、ハウジング１０２に対してコア１１２の周りに回転可能にする。固定又は回転可能な構成のどちらであっても、装置１００には、装置１００を通る動作流体Ｆの流れに邪魔にならないようにしてディフューザー部１０８をハウジング部１０２とそして又はコンプレッサーと結合させるための１つ以上の構成部品（例えば、ベアリング、筋交い、等）を含めることが出来る。

図４は、ロータリー置換装置１２２と関連して、装置１００の１つの実施例を概略的に示す。ロータリー置換装置１２２の例には、動作流体Ｆを受け入れるポンプとメーターが含まれる。ロータリー置換装置１２２には、ハウジング１２４とカバー１２６とが含まれる。ハウジング１２４は、内部空間１３０を形成する周囲壁１２８を有する。置換装置１２２が組み立てられるとき、ハウジング１２４とカバー１２６とは内部空間１３０に回転要素１３２、１３４を収容するために結合される。この構成により、動作流体Ｆが漏れるのを防止するために内部空間１３０がシールされる。

図４に示すように、１つ以上の開口（例えば、第１の開口１３６及び第２の開口１３８）が周囲壁１２８を貫通している。開口１３６、１３８により、ハウジング１２４の外から内部空間１３０への侵入及び退出を可能にする。１つの例では、開口１３６、１３８には、動作流体Ｆが内部空間１３０に（例えば、吸入口を通って）流れ込むことが出来、内部空間１３０から（例えば、吐出口を通って）流れ出ることが出来るように、吸入口及び吐出口（又は排出口）が含まれる。装置１００は、排出された動作流体Ｆを受け入れるために、開口１３８の周りの周囲壁１２８に結合することが出来る。

ロータリー置換装置１２２は、所望により、動作流体Ｆの動き及び／又は内部空間１３０に流れる動作流体Ｆの計測動作を促進することが出来る。１つの実施例では、例えば、ロータリー置換装置１２２は、それぞれ吸入口及び吐出口を通って、内部空間１３０に流体を引き込み内部空間１２４から流体を吐き出す、ポンプ及び／又はブロワーとして動作することが出来る。別の実施例では、ロータリー置換装置１２２は、吸入口から吐出口へと流れる流体の流れの特性（例えば、流量）を監視するメーター及び／又は計測装置として動作することが出来る。

図５及び６はそれぞれ、ロータリー型コンプレッサー１４０を形成するロータリー置換装置１２２を例示する斜視図及び断面図である。非限定的実施形態において、図６に示すように、コンプレッサー１４０には、そこから延びる吸入口開口１４５ａ及び吐出開口１４７を有する２つの曲がった互いに向かい合う壁１４３及び１４５を有するハウジング１４１が含まれる。開口１４５ａ及び１４７はチャンバー１４９と連通する。

回転要素１３２、１３４は、チャンバー１４９とともに回転するためにシャフト（不図示）に取り付けられる。いくつかの実施形態では、回転要素１３２、１３４はそれぞれ概略「８の字」形をしている。そして、回転要素１３２、１３４は、例えば、図示したように、各インペラーの「ネスト」の端部が他のインペラーの細くなった部分に入り込むように、それぞれのシャフトに角度を付けた状態で配置される。

そのうちの２つは参照番号１５１で示した複数の角度を付けたジェット通路は、吐出開口１４７に対して半径方向外向きに空間を空けて壁１４３に形成される。通路１５１は、壁１４３から突き出て、拡張され丸くなった外側部を有した環状突出部、又はフランジ１５３により部分的に画定される。フランジ１５３は、動作流体（例えば、空気）の一部を、ジェット通路１５１を通ってチャンバー１４９に戻すよう導く機能を有する。

吸入口プレナム１５２は、壁１４５から突き出て、動作流体Ｆを受け入れる吸入口開口１５４と、壁１４３から突き出ている吐出口プレナム１５８と、動作流体Ｆを排出する吐出開口１６０とを有する。当然のことながら、少なくとも１つのモーター（不図示）を、シャフトを反対方向に駆動するためにハウジング１４１中に設けられる。さらに示すように、コンプレッサー１４０には、吐出口プレナム１５８に設けられた円錐台形隔壁１６２（以降、隔壁１６２）と、吐出口プレナム１５８の中心に吐出チャンバー１６４を画定する隔壁１６２と、吐出チャンバー１６４を囲む環状再循環チャンバー１６６とが含まれる。

図７及び８に戻ると、本開示の実施形態によるコンプレッサーアセンブリー１８０の斜視図が示されている。このように、コンプレッサーアセンブリー１８０にはロータリー型コンプレッサー１４０に結合された装置１００が含まれる。具体的には、ハウジング部１０２の第１の端部１０４は、動作流体Ｆを受け入れるために吐出口１３８でコンプレッサー１４０の吐出口プレナム１５８と結合している。

１つの実施形態において、図８に示すように、コンプレッサーアセンブリー１８０には、１対の補助配管又はコンジット（例えば、第１のコンジット１４２及び第２のコンジット１４４）が含まれる。例えば、第１のコンジット１４２は、動作流体Ｆのコンプレッサー１４０への流れを容易にするための吸入口１３６で吸入口プレナム１５２と結合している。一方、第２のコンジット１４４は、コンプレッサー１４０の吐出口１３８で吐出口プレナム１５８と結合している、装置１００の第２の端部１０６と結合している。

図９は、ライン９−９で切り取った図８のコンプレッサーアセンブリー１８０の断面図を示す。この例において、ディフューザー部１０８は、少なくとも部分的にコンプレッサー１４０の内部に延びているのを見ることが出来る。具体的には、１つ以上の襞１１６が、図示の通り、吐出口プレナム１５８に延びている。ディフューザー部１０８がハウジング部１０２に対して回転する場合、襞１１６は、吐出チャンバー１６４内で回転することが出来る。いくつかの実施形態では、ハウジング部１０２の第１の端部１０４は、任意の種々の取り付け具で吐出口プレナム１５８の下流側壁１８２に固定される。

ここに用いたように、１つであるとして挙げたエレメント又は機能は、明示的に記載がない限り複数のエレメント又は機能を除外するものではない。さらに、本開示での「１つの実施形態」は、列挙した特徴を組み込んだ別の実施形態の存在を除外することを意図するものではない。

ここに記載の表現は、最良の形態を含む本発明の実施例を示し、そして、あらゆる装置又はシステムを用いて作ること及びあらゆる方法を組み込むことを含んで、本発明を実施することが当業者にできることを示す。本発明の特許の範囲は請求項により画定され、当業者なら気が付く他の実施例も含むことが出来る。このような他の実施例は、請求項の逐語的に異なることのない構成要素を持つ場合、又は、請求項の逐語的にごくわずか差異があるが均等な構成要素を含む場合は、特許請求の範囲に含まれるものである。

Claims (20)

1. 第１の端部及び第２の端部を有するハウジング部であって、前記ハウジング部がロータリー置換装置と結合されていることを特徴とするハウジング部と、
   前記ハウジング部内に設置されたディフューザー部であって、前記ディフューザー部は、
   前記ディフューザー部の縦軸に沿って延びるコア部と、
   前記コア部から放射状に延びる複数の襞と、
   を含むことを特徴とするディフューザー部と、
   を具備するアセンブリー。
2. 前記複数の襞の各々は、前記縦軸の全長にわたって延びる襞ボディーを含むことを特徴とする請求項１に記載のアセンブリー。
3. 前記ロータリー置換装置は、コンプレッサーであることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリー。
4. 前記ハウジング部の前記第１の端部は、コンプレッサーからの動作流体を受け入れるために、前記コンプレッサーと結合していることを特徴とする請求項３に記載のアセンブリー。
5. 前記コンプレッサーは、
   前記動作流体を受け入れるための吸入口と、
   前記ハウジング部に前記動作流体を送り込むための吐出口であって、前記吐出口は、前記ハウジングの前記第１の端部を越えて突き出ているディフューザー部の一部を含有する吐出口ハウジングを含むことを特徴とする吐出口と、
   を具備することを特徴とする請求項４に記載のアセンブリー。
6. 前記コンプレッサーの前記吸入口と結合している第１のコンジットと、前記ハウジングの前記第２の端部と結合している第２のコンジットとをさらに具備することを特徴とする請求項５に記載のアセンブリー。
7. 前記ディフューザー部は、前記ハウジング部と回転可能に結合していることを特徴とする請求項１に記載のアセンブリー。
8. 前記複数の襞と前記ハウジングの内表面とで複数の流体チャンネルを画定することを特徴とする請求項１に記載のアセンブリー。
9. 前記複数の流体チャンネルは、前記コア部の周りに螺旋状に広がることを特徴とする請求項８に記載のアセンブリー。
10. コンプレッサーと
    コンプレッサーと結合したディフューザー装置であって、前記ディフューザー装置は、
    第１の端部及び第２の端部を有するハウジング部であって、前記ハウジング部は動作流体を受け入れるためにコンプレッサーの吐出口と結合していることを特徴とするハウジング部と、
    前記ハウジング部に配置されたディフューザー部であって、前記ディフューザー部は、前記ディフューザー部の中央縦軸に沿って延びるコア部と、前記コア部から放射状に延びる複数の襞とを有する、ディフューザー部と、
    を具備することを特徴とするディフューザー装置と、
    を具備するコンプレッサーアセンブリー。
11. 前記複数の襞の各々は、前記中央縦軸の全長にわたって延びる襞ボディーを含むことを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサーアセンブリー。
12. 前記ディフューザー部の一部は前記ハウジングの前記第１の端部を越えて突き出ていることを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサーアセンブリー。
13. 前記コンプレッサーは、前記ディフューザー部の一部を囲む吐出口ハウジングを具備することを特徴とする請求項１２に記載のコンプレッサーアセンブリー。
14. 前記コンプレッサーの吸入口と結合している第１のコンジットと、前記ハウジングの前記第２の端部と結合している第２のコンジットとをさらに具備することを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサーアセンブリー。
15. 前記ディフューザー部は、前記ハウジング部と回転可能に結合していることを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサーアセンブリー。
16. 前記複数の襞と前記ハウジングの内表面とで複数の流体チャンネルを画定することを特徴とする請求項１０に記載のコンプレッサーアセンブリー。
17. 前記複数の流体チャンネルは、前記コア部の周りに螺旋状に広がることを特徴とする請求項１６に記載のコンプレッサーアセンブリー。
18. 第１の端部及び第２の端部を有するハウジング部であって、前記ハウジング部は、コンプレッサーの吐出口と結合していることを特徴とするハウジング部と、
    前記ハウジング部に配置されたディフューザー部であって、前記ディフューザー部は、前記コンプレッサーから送り出された動作流体と連通し、前記ディフューザー部は、
    前記ディフューザー部の縦軸に沿って延びるコア部と、
    前記コア部から放射状に延びる複数の襞と、
    を具備することを特徴とするディフューザー部と、
    を具備するディフューザー装置。
19. 前記複数の襞の各々は、前記ディフューザー部の全長にわたって渦巻構成で延びる襞ボディーを含むことを特徴とする請求項１８に記載のディフューザー装置。
20. 前記複数の襞と前記ハウジングの内表面とで複数の流体チャンネルを画定することを特徴とする請求項１８に記載のディフューザー装置。

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