JP2018513296A - 液体噴射冷却機能を備えた圧縮機 - Google Patents

液体噴射冷却機能を備えた圧縮機 Download PDF

Info

Publication number
JP2018513296A
JP2018513296A JP2017548268A JP2017548268A JP2018513296A JP 2018513296 A JP2018513296 A JP 2018513296A JP 2017548268 A JP2017548268 A JP 2017548268A JP 2017548268 A JP2017548268 A JP 2017548268A JP 2018513296 A JP2018513296 A JP 2018513296A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
casing
gate
compressor
seal
rotor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP2017548268A
Other languages
English (en)
Inventor
ウォルトン，ジョン
ネルソン，フィル
ピッツ，ジェレミー
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hicor Technologies inc
Original Assignee
Hicor Technologies inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hicor Technologies inc filed Critical Hicor Technologies inc
Publication of JP2018513296A publication Critical patent/JP2018513296A/ja
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/0007—Injection of a fluid in the working chamber for sealing, cooling and lubricating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01C—ROTARY-PISTON OR OSCILLATING-PISTON MACHINES OR ENGINES
    • F01C21/00—Component parts, details or accessories not provided for in groups F01C1/00 - F01C20/00
    • F01C21/08—Rotary pistons
    • F01C21/0809—Construction of vanes or vane holders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/34—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members
    • F04C18/356—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member
    • F04C18/3562—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and relative reciprocation between the co-operating members with vanes reciprocating with respect to the outer member the inner and outer member being in contact along one line or continuous surfaces substantially parallel to the axis of rotation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/40—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and having a hinged member
    • F04C18/44—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and having a hinged member with vanes hinged to the inner member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C18/00—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C18/30—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members
    • F04C18/40—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and having a hinged member
    • F04C18/46—Rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids having the characteristics covered by two or more of groups F04C18/02, F04C18/08, F04C18/22, F04C18/24, F04C18/48, or having the characteristics covered by one of these groups together with some other type of movement between co-operating members having the movement defined in group F04C18/08 or F04C18/22 and having a hinged member with vanes hinged to the outer member
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C23/00—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C23/001—Combinations of two or more pumps, each being of rotary-piston or oscillating-piston type, specially adapted for elastic fluids; Pumping installations specially adapted for elastic fluids; Multi-stage pumps specially adapted for elastic fluids of similar working principle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/001—Radial sealings for working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/005—Axial sealings for working fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C27/00—Sealing arrangements in rotary-piston pumps specially adapted for elastic fluids
    • F04C27/02—Liquid sealing for high-vacuum pumps or for compressors
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C29/00—Component parts, details or accessories of pumps or pumping installations, not provided for in groups F04C18/00 - F04C28/00
    • F04C29/12—Arrangements for admission or discharge of the working fluid, e.g. constructional features of the inlet or outlet
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04C—ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; ROTARY-PISTON, OR OSCILLATING-PISTON, POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04C2240/00—Components
    • F04C2240/50—Bearings
    • F04C2240/54—Hydrostatic or hydrodynamic bearing assemblies specially adapted for rotary positive displacement pumps or compressors

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Applications Or Details Of Rotary Compressors (AREA)

Abstract

圧縮機は、圧縮室を画定する内壁を有するケーシングと、前記圧縮室へと導く吸入口と、前記圧縮室から導出する吐出口と、前記ケーシングに対して回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたロータと、前記ケーシングに対して移動するように前記ケーシングに結合されたゲートとを備える。前記ゲートは、旋回可能または平行移動可能に前記ケーシングに結合される。静圧軸受が前記ゲートと前記ケーシングとの間に配置されてもよい。複数の圧縮機を機械的に互いに接続して、これらの圧縮サイクルの位相をずらしてもよい。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０１５年３月３０日に出願された米国特許仮出願第６２／１３９，８８４号に対する優先権を主張し、この内容は参照により全体として本明細書に明示的に組み込まれる。
本発明は概して、圧縮機（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）や膨張機（ｅｘｐａｎｄｅｒ）のような流体ポンプに関する。
圧縮機は様々な用途に使用され、例えば、空気圧縮、冷却のための蒸気圧縮、工業用ガスの圧縮等に使用されている。圧縮機には主に２つの種類があり、容積型（ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）と速度型（ｄｙｎａｍｉｃ）に分けられる。容積型圧縮機は、圧縮室内の圧縮容積を減少させて、圧縮室内の流体の圧力を増加させる。これは、圧縮プロセスを駆動するドライブシャフトに力を加えることによって行われる。速度型圧縮機は、動いているブレードのセットから作動流体にエネルギーを移すことにより動作する。
容積型圧縮機は、様々な形態をとり得る。通常、往復（レシプロ）圧縮機またはロータリー圧縮機に分類される。往復圧縮機は一般的に、高い圧力比が必要となるような産業用用途で使用されている。これらの往復圧縮機は、多段の機械に容易に組み込み可能であるが、通常、８０ｐｓｉｇ以上の圧力では往復圧縮機を一段では使用しない。往復圧縮機は、蒸気、空気またはガスを圧縮するためにピストンを使用し、ドライブシャフトの回転を圧縮に使用される往復運動に変換するのを補助する多数の構成要素を備える。しかしながら、これによりコストが増加し、信頼性が低下する可能性がある。往復圧縮機はまた、高レベルの振動および騒音という問題がある。この技術は、天然ガス圧縮などの多くの産業用途に使用されている。
ロータリー圧縮機は回転部品を使用して圧縮を行う。当該技術分野で知られているように、ロータリー圧縮機は、一般的に以下の特徴を有する。（１）一つのまたは複数の回転要素を動かす入力軸を介して、圧縮機が圧縮するガスにエネルギーを与える。（２）間欠モードで圧縮を実行する。（３）吸入弁または吐出弁を使用しない（Ｂｒｏｗｎ著、圧縮機：選択とサイジング第３版の第６頁）。Ｂｒｏｗｎに記載されているように、ロータリー圧縮機の設計は一般的に、２０：１の圧力比および１０００ＣＦＭの流量よりも小さいことが要求される設計に対して適している。Ｒｏｙｃｅには、圧力比が２０：１を超えると、多段式往復圧縮機を代わりに使用すべきであると記載されている。
典型的なロータリー圧縮機の設計には、ローリングピストン、スクリュー圧縮機、スクロール圧縮機、ローブ、液体リングおよびロータリーベーン圧縮機が含まれる。これらの従来の圧縮機の各々は、高圧およびほぼ等温であるという状態を生成するのに十分でない。
流体の容積を徐々に減少させるべく、半径方向に動く要素／ピストンに対して回転する要素／ロータ／ローブの設計は、１９世紀半ばに「ユール・ロータリー蒸気エンジン（Ｙｕｌｅ Ｒｏｔａｒｙ Ｓｔｅａｍ Ｅｎｇｉｎｅ）」にすでに利用されていた。この方法を冷凍圧縮用途に利用する小型圧縮機の開発がなされている。しかしながら、現在のユール型設計は、機械的なばねの耐久性（ピストン要素を戻す）およびチャタリング（ロータとの接触を維持するためのピストンの不十分な加速）の問題による制限がある。
冷凍機のような商業的用途の圧縮機には、小型のローリングピストンまたは回転ベーン設計が典型的には使用されている（Ｐ Ｎ Ａｎａｎｔｈａｎａｒａｙａｎａｎ、Ｂａｓｉｃ Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ａｉｒ Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ（冷凍機およびエアコンの基本）第３版の１７１−１７２頁）。これらの設計では、典型的には密閉されたオイル潤滑システムが使用される。
典型的なローリングピストン設計では、偏心して取り付けられた円形ロータ、ケーシングの内壁および／またはロータに接触するベーンの間に、相当量の漏れが生じる可能性がある。ローリングピストンを速く回転させることによって、このような損失が生じても各用途における所望の圧力および流量に容易に到達することができることから、このような漏れは許容されると考えられる。より高い圧力比を追及するよりも、小型の独立型圧縮機の利点を生かすことが重要である。
ロータリーベーンの設計では、通常、ロータよりわずかに大きなシリンダ内に偏心して取り付けられる一つの円形ロータが使用される。複数の羽根（ベーン）がロータ内のスロットに配置され、典型的にはロータ内のばねまたは遠心力によってロータが回転する間、羽根はシリンダと接触した状態に維持される。このようなタイプの圧縮機の設計および操作については、Ｍａｒｋ’ｓ Ｓｔａｎｄａｒｄ Ｈａｎｄｂｏｏｋ ｆｏｒ Ｍｅｃｈ
ａｎｉｃａｌ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ（マークの機械技術者のためのスタンダードハンドブック）第１１版、１４：３３−３４に記載されている。
スライドベーン圧縮機の設計では、ロータの内側に羽根が取り付けられて、羽根がケーシング壁に対して摺動する。一方、ローリングピストン設計では、ロータに対して摺動するシリンダ内に、ベーンを取り付けて利用している。これらの設計は、提供され得る復元力の量、すなわち、生成可能な圧力の大きさによる制限がある。
これらタイプの従来の圧縮機はそれぞれ、提供可能な最大圧力差に限界を有する。典型的な要因としては、機械的応力および温度上昇がある。解決策の一つとして、多段構成を使用することが挙げられる。多段構成では、複数の圧縮機の段（ステージ）が順に適用される。中間冷却、すなわちステージ間の冷却は、次の圧縮段階に入るために作動流体を許容可能なレベルまで冷却するために行われる。これは、典型的には、低温の流体と熱的に連通する熱交換器に作動流体を通過させることによって行われる。しかしながら、中間冷却では、液体の凝縮が発生する場合があり、通常、液体要素の濾過が必要となる。また、多段構成は、圧縮システム全体の複雑さが増し、必要な部品の数が増えるためにコストが増加する。さらに、部品数が増加すると信頼性が低下し、システムの全体的なサイズおよび重量が著しく増加する。
工業用途では、単動および複動の往復圧縮機およびヘリカルスクリュー型の回転圧縮機が最も一般的に使用されている。単動型の往復圧縮機は、自動車に使用される型のピストンと同様に、クランクシャフトの回転毎にピストンの上側で圧縮が行われる。これらの機械は、２５〜１２５ｐｓｉｇの間の単一段のまたは二段階の吐出を行い、１２５〜１７５ｐｓｉｇまたはそれ以上の出力で動作する。２５ＨＰを超えるサイズの単動型の往復圧縮機はほとんど存在しない。このようなタイプの圧縮機は、通常、振動および機械的応力の影響を受けるため、頻繁なメンテナンスが必要となる。また、十分な冷却が行えず、効率が低いという欠点を有する。
複動型の往復圧縮機は、圧縮にピストンの両側を使用し、所与のシリンダサイズに対する機械の能力を事実上２倍にすることができる。複動型の往復圧縮機は、一段または多段階で動作することができ、典型的には、５０ｐｓｉｇを超える吐出圧力で１０ＨＰ以上のサイズである。一つのみまたは二つのシリンダを有するこの種の機械は、往復運動の力が不均衡なことから、大きな基礎を必要とする。複動型往復圧縮機は、安定性および信頼性が高いが、効率が良いとは言えず、頻繁な弁のメンテナンスを行う必要がありコストが高い。
潤滑油を用いるロータリースクリュー圧縮機は、一方の端部に吸入ポートを他方の端部に吐出ポートを有するハウジング内に設けられた２つの相互に噛み合うロータ間に、流体を供給することによって作動する。圧縮室に注入された潤滑剤が、ロータと軸受を潤滑し、圧縮熱を取り除き、２つのロータ間およびロータとハウジングとの間の隙間をシールするのを助ける。このような圧縮機は信頼性が高く、可動部品もわずかである。しかしながら、高い吐出圧力（約２００ｐｓｉｇ以上）では、噛み合った二つロータの配列状態が互いに離間して漏れが発生することがあり、この場合非常に非効率的となる。さらに、弁を使用しておらず固定された圧力比であることから、頻繁な過圧縮または圧縮不足が発生し、エネルギー効率の大幅な低下につながる場合がある。
ロータリースクリュー圧縮機は、圧縮室に潤滑剤がない場合でも動作可能であるが、このようなタイプの機械は、ロータ間のシールに役立つ潤滑剤がないことから非効率的である。食品や飲料、半導体、医薬品などの加工産業では、加工工程で使用される圧縮空気中の油分を許容できないものが存在する。乾式ロータリースクリュー圧縮機の効率は、同等な潤滑油注入式ロータリースクリュー圧縮機よりも１５〜２０％低く、一般的には１５０ｐｓｉｇ以下の吐出圧力の場合に使用される。
圧縮機を冷却することにより、熱の抽出によって圧縮プロセスの効率を改善し、エネルギーの大部分をガスに伝達させ、最小の温度上昇で圧縮することを可能にすることが知られている。リキッドインジェクション（液噴射）は、冷却目的で他の圧縮用途にも以前から利用されている。さらに、注入する液体を小さい液滴サイズにすることにより、利点があることが示唆されている。
米国特許第４，４９７，１８５号明細書に記載されているように、潤滑油を中間冷却し、噴霧ノズルを通してロータリースクリュー圧縮機の吸入口に注入する。同様に、米国特許第３，７９５，１１７号明細書では、ロータリースクリュー圧縮機の圧縮段階の早期に、霧化されていない冷媒を噴射している。米国特許第３，８２０，９２３号明細書に記載されるように、ロータリーベーン圧縮機においても微細噴霧液体噴射が試みられている。
国際公開第２０１０／０１７１９９号広報および米国特許出願公開第２０１１／００２３８１４号広報には、ロータ、燃焼サイクルに必要なチャンバを形成する複数のゲート、および、ゲート用の外部カムドライブを用いたロータリエンジン設計に関して記載されている。燃焼サイクルからの力によってロータが駆動され、それによって外部要素に力が印加される。エンジンは、チャンバ内の温度上昇と、エンジン内で発生する燃焼に伴う高温とを勘案して設計されている。効果的な圧縮機設計に必要とされる強化されたシール要件は、必ずしも必要でなく、達成するのが難しい。燃焼は、確実に接触するシール剤を使用してほぼ完全な密封を達成することを要求する一方、エンジン内の当該シールによって金属膨張を吸収できることから許容誤差を広くとることができる。また、冷却のために液体を注入することは望まない結果をもたらす場合があり、癒着の問題について対処されていない。
液体噴霧が圧縮機で採用されているが、有効性は限られている。米国特許第５，０２４，５８８号明細書には、液体噴霧について記載されているが、熱伝達の改良はなされていない。米国特許出願公開第２０１１／００２３９７７号広報には、圧縮開始前に液体は噴霧ノズルを通して往復ピストン圧縮機の圧縮室に圧送されることが記載されている。低圧用途では、液体は噴霧ノズルを通してのみ注入されることが記載されている。往復ピストン圧縮機のシリンダ内に液体が存在すると、往復運動するピストンまたは他の容積式圧縮機の隙間の空間に液体が蓄積して、液体は非圧縮性である結果、ハイドロロック現象が発生して、破損する危険性が高くなる。ハイドロロックが発生するのを防ぐために、液インジェクションを使用する往復ピストン圧縮機は、通常、非常に低速で作動しなければならず、圧縮機の性能を向上させることが難しい。
米国特許出願公開第２０１３−０２０９２９９号広報、発明の名称「Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ Ｗｉｔｈ Ｌｉｑｕｉｄ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ Ｃｏｏｌｉｎｇ（液インジェクション冷却付き圧縮機）」には、液体噴射冷却を使用した別のロータリー圧縮機が開示されている。米国特許出願公開第２０１３−０２０９２９９号公報に記載の内容は、参照により全体として本明細書に組み込まれる。
本発明の望ましい実施形態は、ロータリー圧縮機の設計に関する。この設計は、特に高圧用途に適しており、典型的には２００ｐｓｉｇを超える高圧用途に適し、既存の高圧容積型圧縮機の典型的な圧力比を上回る圧力比を有する。
一つのまたは複数の実施形態は圧縮機を提供する。当該圧縮機は、圧縮室を画定する内壁を有するケーシングと、前記ケーシングに対して共に回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたドライブシャフトおよびロータと、前記ケーシングに対して旋回するように前記ケーシングに結合されたゲートと、を備え、前記ロータは非円形の外形を有し、前記ゲートはシール縁部を有し、前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記ケーシングに対して移動可能である。
一つのまたは複数の実施形態は、圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有する圧縮室ケーシングと、前記圧縮室ケーシングに対して共に回転するように前記圧縮室ケーシングと結合されたドライブシャフトおよびロータと、前記圧縮室ケーシングに対して旋回するように前記圧縮室ケーシングに結合されたゲートと、を備える圧縮機を提供する。前記ロータは非円形の外形を有し、前記ゲートはシール縁部を有し、前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記圧縮室ケーシングに対して移動可能である。前記吸入口および前記吐出口は、前記シール縁部の両側に互いに対向するように配置されている。前記圧縮機は、前記吐出口と流体連通する吐出マニホールドを更に備え、前記吐出口は前記ドライブシャフトの回転軸と平行な方向に細長くなるように形成されており、前記吐出マニホールドは内側流路を画定し、前記内側流路は前記マニホールドへの入口と前記マニホールドからの出口との間の断面形状によって変化し、前記吐出マニホールドは、前記作動流体の流れを前記吐出マニホールドへと向かわせるべく前記内側流路に設けられた複数のベーンを含む。
一つのまたは複数の実施形態は、圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有するケーシングと、前記ケーシングに対して回転するように前記ケーシングに結合されたロータと、前記ケーシングおよび前記ロータのうちの一方に対して移動するべく、前記ケーシングおよび前記ロータのうちの前記一方に可動に結合されたゲートとを備える圧縮機を提供する。前記ゲートはシール縁部を有し、前記ゲートは、前記ロータが回転する時に、前記ケーシングおよび前記ロータのうちの他方に近接して前記シール縁部が位置するように構成される。前記圧縮機は更に、（１）前記ゲートと、（２）前記ケーシングおよび前記ロータのうちの前記一方との間に配置されて、前記圧縮機の動作中に前記ゲートが移動する時の摩擦を低減する静圧軸受装置を備える。
一つのまたは複数の実施形態は、圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有する圧縮室ケーシングと、前記圧縮室ケーシングに対して共に回転するように前記圧縮室ケーシングと結合されたドライブシャフトおよびロータと、前記圧縮室ケーシングに対して旋回するように前記圧縮室ケーシングに結合されたゲートと、を備える圧縮機を提供する。前記ゲートはシール縁部を有し、前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記圧縮室ケーシングに対して移動可能であり、前記吸入口および前記吐出口は、前記シール縁部の両側に互いに対向するように配置されている。前記圧縮機は、前記ゲートに結合されるゲート位置決めシステムを更に備える。前記ゲート位置決めシステムは、前記シール縁部が前記ロータが回転する間に前記ロータの近くに保持されるように、前記ロータが回転する間に前記ゲートを往復動させるように構成される。
様々な実施形態によれば、前記ゲート位置決めシステムは、前記圧縮室ケーシングに対して回転するように前記圧縮室ケーシングに回転可能に結合されるカムシャフトと、前記圧縮室ケーシングに対して前記カムシャフトと同心回転するように前記圧縮室ケーシングに回転可能に結合されるカムと、前記圧縮室ケーシングに対して前記ゲートが移動するように前記ゲートに取り付けられるカムフォロワと、を有し、前記カムシャフトは前記ドライブシャフトとは離間して配置され、前記ドライブシャフトによって回転駆動されるように前記ドライブシャフトに接続され、前記カムの回転によって前記カムフォロワおよび前記ゲートが前記圧縮室ケーシングに対して移動するように、前記カムフォロワが前記カムに当接する。
一つのまたは複数の実施形態は、複数の圧縮機を備える圧縮機システムを提供する。複数の圧縮機を備え、当該複数の圧縮機はそれぞれ、圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有するケーシングと、前記ケーシングに対して回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたロータと、前記ケーシングに対して旋回するように前記ケーシングに結合されたゲートと、前記ゲートはシール縁部を有し、前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記ケーシングに対して相対的に移動可能であり、前記吸入口および前記吐出口は、前記シール縁部の両側に互いに対向するように配置されている。前記システムは、前記複数の圧縮機の前記ロータ間を結合する機械的結合を備え、前記機械的結合は、前記複数の圧縮機の圧縮サイクルが互いに位相がずれた状態となるように前記ロータ間を結合する。
一つのまたは複数の実施形態は、圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有するケーシングと、前記ケーシングに対して共に回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたドライブシャフトおよびロータと、前記ドライブシャフトとケーシングとの界面であって前記ドライブシャフトが前記ケーシングを貫通する場所に設けられたメカニカルシールとを備える圧縮機を提供する。前記ロータが回転すると、前記圧縮機は前記吸入口から前記圧縮室に入った作動流体を圧縮し、圧縮された作動流体を前記吐出口を介して前記圧縮室から吐出させる。
様々な実施形態において、前記メカニカルシールは、前記ドライブシャフトと前記ケーシングロータとの間の漏れ経路に沿って連続して配置された、第１、第２および第３のシールと、加圧される油圧流体の源と、前記源と、前記第２シールおよび前記第３のシール間の前記漏れ径路に沿った空間とを接続して、前記空間が油圧流体によって加圧された状態を保つ油圧流路と、を有する。
一つのまたは複数の実施形態は、二つの可動部品の間の界面をシールする非円形シールを提供する。前記シールは、閉じた外周を有する非円形の構造的基礎（例えば、スチールで形成されている）と、前記基礎に貼り付けられる低摩擦シール材（例えば、グラファイトやテフロン（登録商標））とを備える。
一つのまたは複数の実施形態は、圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有するケーシングと、前記ケーシングに対して回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたロータと、前記ケーシングに対して往復運動するように前記ケーシングに結合されたゲートとを備える圧縮機を提供する。前記ロータが回転すると、前記圧縮機は前記吸入口から前記圧縮室に入った作動流体を圧縮し、圧縮された作動流体を前記吐出口を介して前記圧縮室から吐出させる。前記ゲートはシール縁部を有し、前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記ケーシングに対して相対的に移動可能である。前記圧縮機は、前記ゲートと前記ケーシングとの間の界面に配置されたメカニカルシールを更に備える。前記メカニカルシールは、前記ゲートと前記ケーシングとの間の漏れ経路に沿って連続して配置された、第１、第２および第３のシールと、加圧される油圧流体の源と、前記源と、前記第２シールと前記第３のシールとの間の前記漏れ径路に沿った空間とを接続して、前記空間が油圧流体によって加圧された状態を保つ油圧流路と、を備える。
様々な実施形態において、前記メカニカルシールは更に、前記第１のシールと前記第２のシールとの間に設けられたベントを有する。前記圧縮室から漏れ出した作動流体を前記第１のシールを通過させて前記吸入口へと戻るように導くべく、前記ベントが前記吸入口に流体接続されている。
様々な実施形態において、前記第１、第２および第３のシールは全て取り外し可能ハウジングによって支持され、前記第１、第２および第３のシールおよび前記ハウジングを一つのユニットとして前記ケーシング内に取り付け可能である。
様々な実施形態において、前記メカニカルシールは、前記ゲートと前記ケーシングとの間の前記漏れ経路に沿ってｎ個（３≦ｎ≦５０）のシールを含み、前記ｎ個のシールには、前記第１、第２および第３のシールが含まれる。前記ｎ個のシールの隣接するシール間の空間のうちの一つまたは複数は、加圧された油圧流体で満たされる。前記ｎ個のシールの隣接するシール間の空間のうちの一つまたは複数は、前記吸入口に流体接続されたベントを含む。
本発明の様々な非制限的な実施形態に係るこれらのまたは他の態様は、関連する構成要素の動作方法および機能、そして製造における各部分の組み合わせと経済性と同様に、添付図面を参照しつつ以下の詳細な説明と添付の特許請求の範囲を検討することによってさらに明らかになる。これらはいずれも本明細書の一部を構成する。本明細書において、同様の参照符号は種々の図における対応部分を表している。本発明の一の実施形態において、本明細書または図面で描写される構造部品は、必ずしも寸法通りには記載されていない。添付図面は例示および説明のためのものであり、本発明の発明特定事項を規定するものとして用いることは意図されていない。また、任意の一つの実施形態において説明した構造的な特徴は、他の実施形態においても用いられ得る。本明細書および特許請求の範囲における用法によれば、単数形の「ａ」、「ａｎ」および「ｔｈｅ」には複数のものへの言及が含まれる。ただし、文脈によって別に解すべきことが明白な場合はこの限りでない。
本明細書において開示されるすべての閉鎖式の値の範囲（例えば、「ＡとＢの間」）および開放式の値の範囲（例えば、「Ｃより大きい」）は、その範囲内のすべての範囲を明示的に含む。例えば、１から１０までと開示された範囲は、２から１０まで、１から９まで、３から９まで等の範囲をも開示しているものと理解される。
添付の図面を参照して、以下に本発明の実施形態を説明する。図面内の構成要素は必ずしも実寸で記載されておらず、本発明の原理を説明するべく強調がなされている。また、異なる複数の図面において、同様な参照番号は対応する同様な要素を指す。
本発明の一実施形態に係るばね付勢カム駆動のロータリー圧縮機の斜視図である。
本発明の一実施形態に係るばね付勢カム駆動のロータリー圧縮機の右側面図である。
本発明の一実施形態に係るばね付勢カム駆動のロータリー圧縮機の左側面図である。
本発明の一実施形態に係るばね付勢カム駆動のロータリー圧縮機の正面図である。
本発明の一実施形態に係るばね付勢カム駆動のロータリー圧縮機の背面図である。
本発明の一実施形態に係るばね付勢カム駆動のロータリー圧縮機の上面図である。
本発明の一実施形態に係るばね付勢カム駆動のロータリー圧縮機の底面図である。
本発明の一実施形態に係るばね付勢カム駆動のロータリー圧縮機の断面図である。
本発明の一実施形態に係るベルト駆動ばね付勢ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の斜視図である。
本発明の一実施形態に係るデュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の斜視図である。
本発明の一実施形態に係るデュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の右側面図である。
本発明の一実施形態に係るデュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の左側面図である。
本発明の一実施形態に係るデュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の正面図である。
本発明の一実施形態に係るデュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の背面図である。
本発明の一実施形態に係るデュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の上面図である。
本発明の一実施形態に係るデュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の底面図である。
本発明の一実施形態に係るデュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の断面図である。
本発明の一実施形態に係るベルト駆動・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の斜視図である。
本発明の一実施形態に係るオフセットゲートガイド位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の斜視図である。
本発明の一実施形態に係るオフセットゲートガイド位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の右側面図である。
本発明の一実施形態に係るオフセットゲートガイド位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の正面図である。
本発明の一実施形態に係るオフセットゲートガイド位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の断面図である。
本発明の一実施形態に係るリニアアクチュエータ・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の斜視図である。
本発明の一実施形態に係る磁気駆動ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の右側面図である。 本発明の一実施形態に係る磁気駆動ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の断面図である。
本発明の一実施形態に係るスコッチヨーク・ゲート位置決めシステムを備えたロータリー圧縮機の斜視図である。
本発明の一実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えたロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の一実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えたロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の一実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えたロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の一実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えたロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の一実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えたロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の一実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えたロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。
本発明の別の実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えないロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の別の実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えないロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の別の実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えないロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の別の実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えないロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の別の実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えないロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。 本発明の別の実施形態に係る、圧縮サイクルにおける接触チップシールを備えないロータリー圧縮機の一実施形態の内部の断面図である。
本発明の一実施形態に係るロータリー圧縮機の斜視断面図である。
本発明の実施形態に係る追加の液体噴射装置の左側面図である。
本発明の一実施形態に係るロータリー設計の断面図である。
本発明の様々な実施形態に係るロータリー設計の断面図である。 本発明の様々な実施形態に係るロータリー設計の断面図である。 本発明の様々な実施形態に係るロータリー設計の断面図である。 本発明の様々な実施形態に係るロータリー設計の断面図である。
本発明の一実施形態によるドライブシャフト、ロータおよびゲートの斜視図である。 本発明の一実施形態によるドライブシャフト、ロータおよびゲートの右側面図である。
本発明の一実施形態に係る排液ポートを有するゲートの斜視図である。
本発明の一実施形態に係るノッチを有するゲートの斜視図である。 本発明の一実施形態に係るノッチを有するゲートの拡大図である。
本発明の一実施形態に係るローリングチップを有するゲートの断面斜視図である。
本発明の一実施形態に係るリキッドインジェクションチャネルを有するゲートの正面断面図である。
断熱圧縮および等温圧縮と比較した、本発明の一つのまたは複数の実施形態に係る圧縮機によって達成される圧力−体積曲線のグラフである。
本発明の一つのまたは複数の実施形態に係る連続した圧縮サイクルおよび液体冷却剤噴射位置、方向、およびタイミングを示す図である。
他の実施形態に係る圧縮機の斜視図である。
圧縮機のドライブシャフトの軸に沿った図３９の圧縮機の断面図である。
図３９の圧縮機の分解図である。
図３９の圧縮機の端面図である。
図３９の圧縮機のドライブシャフトに垂直な平面に沿った圧縮機の断面図である。
図３９の圧縮機の図４３の表示における斜視図である。
図３９の圧縮機の吐出マニホールドの断面図である。
図４５の吐出マニホールドの斜視図である。
図４５の吐出マニホールドの端面図である。
図３９の圧縮機の静圧軸受配置を示す部分断面斜視図である。
図３９の圧縮機の静圧軸受およびゲートの斜視図である。
図３９の圧縮機の静圧軸受装置の概略図である。
図３９の圧縮機の静圧軸受の抵抗フロー図である。
図４０の部分断面図である。
他の実施形態に係る圧縮機の部分断面図である。
図５２の拡大部分断面図である。
他の実施形態に係る圧縮機の斜視図であり、内部の構成要素を表示するためにカムケーシングが取り外された状態が示されている。
圧縮機のドライブシャフトに垂直な平面に沿った図５５の圧縮機の断面図である。
圧縮機のドライブシャフトの軸に沿った図５５の圧縮機の断面図である。
図５５の圧縮機のカムケーシングを示す部分断面斜視図である。
他の実施形態に係る圧縮機の斜視図である。
圧縮機のドライブシャフトの軸に沿った、図５９の圧縮機の断面図である。
圧縮機のドライブシャフトの軸に垂直である断面に沿った、他の実施形態に係る圧縮機の断面図である。 圧縮機のドライブシャフトの軸に垂直である断面に沿った、他の実施形態に係る圧縮機の断面図である。
圧縮サイクルにおける異なる点における、図６１および図６２の圧縮機の端面図である。 圧縮サイクルにおける異なる点における、図６１および図６２の圧縮機の端面図である。 圧縮サイクルにおける異なる点における、図６１および図６２の圧縮機の端面図である。
圧縮機のドライブシャフトの軸に沿った他の実施形態に係る圧縮機の断面図である。
ドライブシャフトに垂直な断面に沿った図３９の圧縮機のロータの断面端面図である。
図６７のロータおよびドライブシャフトの６８−６８線に沿った断面図である。
圧縮機のドライブシャフトの軸に沿った他の実施形態に係る圧縮機の部分断面図である。
他の実施形態に係る圧縮機の側面図である。
図７０の圧縮機の端面図である。
図７０の圧縮機の斜視側面図である。
図７０の線７３−７３に沿った圧縮機の断面図である。
図７３の部分拡大断面図である。
本明細書において利用される以下の用語については、以下に記載する定義が適用可能である。
平衡回転：回転質量体の質量中心が回転軸上に位置すること。
チャンバ容積：圧縮に使用する流体を収容可能な容積。
圧縮機：圧縮性流体の圧力を上げるのに使用される装置。流体は、気体または蒸気のいずれかであってもよく、様々な分子量を有する。
同心：一の物体の中心または軸が、別の物体の中心または軸と一致すること。
同心回転：一の物体の回転中心が別の物体の回転中心と同じ軸上にある回転。
容積型圧縮機：チャンバ内の一定量のガスを集め、チャンバの容積を減らすことによって当該ガスを圧縮する圧縮機。
近接：高圧領域と低圧領域との間の流体の流れを制限するのに十分に近いこと。制限は絶対的である必要はなく、多少の漏れは許容可能とする。
ロータ：機械的な力によって駆動され軸周りに回転する回転要素。圧縮機の設計で使用される場合、ロータは流体にエネルギーを与える。
ロータリー圧縮機：一つまたは複数の回転要素を動かす入力軸を介して圧縮されるガスにエネルギーを与える容積式圧縮機。
図１〜図７は、ばね付勢カム駆動ゲート位置決めシステムを備えるロータリー圧縮機の本発明の一実施形態の外観図を示す。本体ハウジング１００は、本体ケーシング１１０および端板１２０を含み、各端板１２０はドライブシャフト１４０が軸方向に貫通する孔を有する。複数のリキッドインジェクタ（液体噴射）アセンブリ１３０は、本体ケーシング１１０に設けられた孔にそれぞれ位置する。本体ケーシングは、吸入口フランジ１６０用の孔、および、ゲートケーシング１５０用の孔を有する。
ゲートケーシング１５０は、本体ケーシング１１０の開口部の位置において本体ケーシング１１０の下側に位置し本体ケーシングに接続されている。ゲートケーシング１５０は、吸入側１５２と吐出側１５４の２つの部分からなる。ゲートケーシング１５０の他の実施形態では、単一構造であってもよい。図２８に示すように、吐出側１５４は、吐出弁４４０に通じる孔である吐出ポート４３５を含む。これに代えて、吐出弁アセンブリを使用してもよい。
図１〜図７に示すように、ばね付勢カム駆動ゲート位置決めシステム２００は、ゲートケーシング１５０およびドライブシャフト１４０に取り付けられている。ゲート位置決めシステム２００は、ロータ５００の回転に連動してゲート６００を移動させる。可動アセンブリは、ゲート支持アーム２２０および軸受支持板１５６に接続されたゲート支柱２１０およびカム支柱２３０を含む。軸受支持板１５６は、ボルト締めされたガスケット接続を介して吸入側部分および吐出側部分と面することにより、ゲートケーシング１５０を密封している。軸受支持板１５６は、ゲートケーシング１５０を密閉し、十分に平行な態様で軸受ハウジング２７０を搭載して、圧縮ばね２８０を制限するように構成される。一実施形態では、ゲートケーシング１５０の内部は、Ｏリング、ガスケットまたはその他のシール材を使用して軸受支持板１５６によって気密封止される。他の実施形態では、軸受を他の位置で支持してもよく、この場合、別のプレートを使用してゲートケーシング内部を封止してもよい。シャフトシール、メカニカルシール、または他のシール機構を使用して、軸受支持板１５６または他のシーリングプレートを貫通するゲート支柱２１０の周囲を封止することができる。軸受台とも称される軸受ハウジング２７０は、ゲート支柱２１０およびカム支柱２３０と同心になっている。
図示の実施形態では、圧縮構造はロータ５００を含む。しかしながら、他の実施形態では、他の実施形態に係る別の圧縮機を提供するために、別の種類の圧縮構造（例えば、歯車、ねじ、ピストンなど）を圧縮室と関連して使用することができる。
２つのカムフォロワ２５０が各カム２４０に対して接線方向に配置され、ゲートに下向きの力を提供する。ドライブシャフト１４０はカム２４０を回転させ、回転したカム２４０はカムフォロワ２５０に力を伝達する。カムフォロワ２５０は、両端に支持された貫通軸に取り付けられてもよいし、或いは、片持ち梁構造として片側のみ支持されてもよい。カムフォロワ２５０はカムフォロワ支持体２６０に取り付けられ、カムフォロワ支持体２６０はカム支柱２３０に力を伝達する。カム２４０が回転するとカムフォロワ２５０が押し下げられ、カム支柱２３０が下方に移動する。これにより、ゲート支持アーム２２０およびゲート支柱２１０が下降する。これにより、ゲート６００が下方に移動する。
ばね２８０は上向きの復元力を提供して、ロータ５００を密閉する位置にゲート６００を適切なタイミングで保持する。カム２４０が回転し続けカムフォロワ２５０に下向きの力を及ぼすことができない状態になると、ばね２８０は上向きの力を提供する。この実施形態に示すように、圧縮ばねが利用されている。当業者には明らかなように、所望の上向きの力または下向きの力を提供するように、引張ばねおよび軸受支持板１５６の形状を変更してもよい。ばね２８０の上向きの力によってカムフォロワ支持体２６０が押されて、ゲート支持アーム２２０が押し上げられて、ゲート支持アーム２２０がゲート６００を上方に動かす。
カムフォロワ２５０とカム２４０との間の圧力角が変化するため、好ましい実施形態は、ロータ５００の輪郭とは異なる外部カム輪郭を採用してもよい。輪郭を変化させることにより変化する圧力角を補償することを可能にし、ゲート６００の先端が圧縮サイクル全体を通じてロータ５００に近接した状態を保つことができる。
図３、図６および図７の線Ａは、図８の圧縮機の断面図の位置を示している。図８に示すように、本体ケーシング１１０は円筒形状を有している。ロータケーシング４００に開口部を設けるように、リキッドインジェクタハウジング１３２が本体ケーシング１１０に取り付けられている、または、本体ケーシングの一部として成型されている。本実施形態では本体ケーシングが円筒形状であるので、ロータケーシング４００はシリンダとも称される。内壁は、ロータケーシング容積４１０（圧縮室とも呼ばれる）を画定する。ロータ５００は、ドライブシャフト１４０と同心に回転し、キー５４０を介してドライブシャフト１４０に固定される。ロータ５００をドライブシャフト１４０に取り付けるための別の方法としては、例えばポリゴン、キー溝またはテーパー付きシャフトを使用することもできる。
図９は、ばねゲート位置決めシステムを有するタイミングベルトが利用される本発明の実施形態を示す。この実施形態２９０では、２つのタイミングベルト２９２を組み込んでおり、ベルトの各々が滑車２９４を介してドライブシャフト１４０に取り付けられている。タイミングベルト２９２は、滑車２９５を介して第２のシャフト１４２に取り付けられている。ゲート支柱ばね２９６は、ゲート支柱の周りに取り付けられる。ロッカーアーム（ｒｏｃｋｅｒ ａｒｍ）２９７は、ロッカーアーム支持体２９９に取り付けられている。ロッカーアーム２９７を押し下げるべく、滑車２９５がロッカーアームカム２９３に接続されている。内側リングがロッカーアーム２９７の一方の側を押し下げると、ロッカーアーム２９７の他方の側がゲート支持棒２９８を押し上げる。ゲート支持棒２９８は、ゲート支柱およびゲート支柱ばね２９６を押し上げる。これにより、ゲートが上方に移動する。ばね２９６は、ゲートを押し下げる下向きの力を提供する。
図１０〜図１７は、デュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステムを使用するロータリー圧縮機の実施形態の外観図を示す。本体ハウジング１００は、本体ケーシング１１０および端板１２０を含み、各端板１２０はドライブシャフト１４０が軸方向に貫通する孔を有する。複数のリキッドインジェクタ（液体噴射）アセンブリ１３０は、本体ケーシング１１０に設けられた孔にそれぞれ位置する。本体ケーシングは、吸入口フランジ１６０用の孔、および、ゲートケーシング１５０用の孔を有する。ゲートケーシング１５０は、上述したように本体ケーシング１１０に取り付けられ、本体ケーシング１１０の下方に配置される。
デュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステム３００は、ゲートケーシング１５０およびドライブシャフト１４０に取り付けられている。デュアルカムフォロワ・ゲート位置決めシステム３００は、ロータ５００の回転に連動してゲート６００を動かす。好ましい実施形態では、カムのサイズおよび形状は、ロータの断面サイズおよび形状とほぼ同一である。他の実施形態では、ロータ、カム形状、曲率、カムの厚さおよびカムのリップの厚さの変動は、カムフォロワの迎え角の変動を考慮して調整することができる。また、より大きいまたはより小さいサイズのカムを使用することができる。例えば、同様な形状の小さいサイズのカムを使用してローラ速度を低減させることができる。
可動アセンブリは、ゲート支持アーム２２０および軸受支持板１５６に接続されたゲート支柱２１０およびカム支柱２３０を含む。本実施形態では、軸受支持板１５７は真っ直ぐである。当業者には明らかであるように、軸受支持板は異なる幾何学的形状を有してもよく、ゲートケーシング１５０の封止を行うように設計された構造、または、封止をしないように設計された構造を含んでもよい。本実施形態では、軸受支持板１５７は、ボルト締めされたガスケット接続により、ゲートケーシング１５０の底部を封止する役割を果たす。軸受台とも称される軸受ハウジング２７０は、軸受支持板１５７に取り付けられ、ゲート支柱２１０およびカム支柱２３０と同心になっている。特定の実施形態では、この可動アセンブリを含む構成要素は、重量を低減するように最適化されて、ゲート６００の先端をロータ５００の近くに保持するために必要な加速を達成するのに必要な力を低減させる。いずれかの可動部品の外側から材料を除去すること、および、ゲート支柱２１０またはゲート６００のような可動部品の内部をくりぬくことによって、重量の低減を更に又および／または上記に代えて達成することができる。
ドライブシャフト１４０はカム２４０を回転させ、カム２４０は上側カムフォロワ２５２および下側カムフォロワ２５４を含むカムフォロワ２５０に力を伝達する。カムフォロワ２５０は、両端に支持された貫通軸に取り付けられてもよいし、或いは、片持ち梁構造として片側のみ支持されてもよい。本実施形態では、４つのカムフォロワ２５０が各カム２４０に使用されている。２つの下側カムフォロワ２５２が、カム２４０の下方に位置し、カム２４０の外側端に従動する。これらは貫通シャフトを使用して搭載される。２つの上側カムフォロワ２５４が、上記の２つのカムフォロワの上方に配置され、カム２４０の内側縁に沿って配置される。これらは片持ち梁接続を使用して搭載される。
カムフォロワ２５０はカムフォロワ支持体２６０に取り付けられ、カムフォロワ支持体２６０はカム支柱２３０に力を伝達する。カム２４０が回転すると、カム支柱２３０が上下に動く。これにより、ゲート支持アーム２２０およびゲート支柱２１０が上下に移動し、ゲート６００が上下に移動する。
図１１、図１２、図１５および図１６の線Ａは、図１７の圧縮機の断面図の位置を示している。図１７に示すように、本体ケーシング１１０は円筒形状を有している。ロータケーシング４００に開口部を設けるべく、リキッドインジェクタハウジング１３２が本体ケーシング１１０に取り付けられている、または、本体ケーシングの一部として成型されている。ロータ５００は、ドライブシャフト１４０の周りを同心回転する。
ベルト駆動システム３１０を使用する実施形態を図１８に示す。タイミングベルト２９２は、滑車２９４を介してドライブシャフト１４０と接続されている。タイミングベルト２９２はそれぞれ、別のセットの滑車２９５を介して第２のシャフト１４２に取り付けられている。本実施形態では、第２のシャフト１４２は、ゲートケーシング１５０の下に配置された外部カム２４０を駆動する。上側カムフォロワ２５４と下側カムフォロワ２５２からなる組がカム２４０に適用され、ゲート支柱２１０およびゲート支持アーム２２０を含む可動アセンブリに力を提供する。当業者には明らかなように、ベルトを鎖または他の部材で置き換えてもよい。
オフセットゲートガイドシステムを使用する本発明の実施形態が、図１９から図２２および図３３に示されている。圧縮ガスおよび注入された流体の排出は、内部照明機能を可能にするべく一緒にボルト止めされた２つの部分からなる開口ゲートシステム６０２によって達成される。流体は、ゲート６０２上部のチャネル６３０を通過して長さ方向に移動して、サイクル中にロータ５００の回転角に関連したタイミングで、排液ポート３４４を通って吐出口へと向かう。離散点ばね付勢スクレーパーシール３２６は、単一部品のゲートケーシング３３６内のゲート６０２の封止を提供する。リキッドインジェクションは、様々なフラットスプレーノズル３２２および噴射器ノズル１３０によって達成され、様々なリキッドインジェクタポート３２４の位置および角度で行われ得る。
ツーピースゲート６０２の往復運動は、オフセットばね付勢カムフォロワ制御システム３２０を使用して制御され、ロータ回転と協働してゲートの動きを実現する。カム支柱３３８を通ってカムフォロワ２５０に力が伝達されることにより、シングルカム３４２がゲートシステムを下方に駆動する。これにより、ボルト（一部が３２８と図示されている）によってツーピースゲート６０２に接続されているクロスアーム３３４が制御されて動作する。クロスアーム３３４には、カムシャフト３３２の長さ方向に沿って往復運動するリニアブッシング３３０が取り付けられ、ゲート６０２およびクロスアーム３３４の動きを制御する。カム軸３３２は、カム軸支持ブロック３４０を用いて本体ケーシングに精度良く固定される。圧縮ばね３４６はクロスアーム３３４に戻る力を提供するべく使用され、カムフォロワ２５０がカムと常に転がり接触を維持することを可能にし、これによりツーピースゲート６０２の制御された往復運動が可能となる。
図２３には、ゲート位置決めを行うリニアアクチュエータシステム３５０を使用した一実施形態が示されている。一対のリニアアクチュエータ３５２がゲートを駆動するのに使用される。この実施形態では、他の実施形態と同様にドライブシャフトをゲートに機械的に連結する必要はない。リニアアクチュエータ３５２は、ロータの回転に応じてゲートを昇降させるように制御される。アクチュエータは、電子式、油圧式、ベルト駆動式、電磁式、ガス駆動式、可変摩擦式、または他の手段によるものであってもよい。アクチュエータは、コンピュータ制御されてもよいし、他の手段によって制御されてもよい。
図２４Ａおよび図２４Ｂは、磁気駆動システム３６０を示す。ゲートシステムは磁場発生器を配置することによって往復運動で駆動または制御されてもよく、磁場発生器は、ロータ５００、ゲート６００および／またはゲートケーシング１５０の任意の組み合わせに設けられた永久磁石または電磁石であってもよい。このシステムの目的は、ゲート６００の先端からロータ５００の表面までの距離をサイクル全体のあらゆる角度において一定に保つことである。好ましい磁気システムの実施形態では、永久磁石３６６がロータ５００の端部に取り付けられ保持される。さらに、永久磁石３６４がゲート６００内に設置され保持される。磁石の極は、ロータの磁石３６６とゲートの磁石３６４との間に発生する磁力が反発力となるように配置され、この反発力がサイクル全体にわたってゲート６００を下向きに押して当該ゲートの動きを制御し一定の距離を保つようにする。ゲート６００に上向きの元に戻る力を与えるには、ゲート６００の底部およびゲートケーシング１５０の底部に更なる磁石（図示せず）を設置して、更なる反発力を提供する。磁気駆動システムは、ゲートの往復運動を正確に制御するように平衡がとられている。
他の実施形態では、ゲートの上部においてゲートとロータとの間に引力が提供され、ゲートの底部においてゲートとゲートケーシングとの間に引力が提供されるような、別の磁極配置を採用することができる。下に配置される磁石システムの代わりに、反発力を提供するべく、ばねを使用することができる。各実施形態において、永久磁石の代わりに電磁石を使用することができる。また、スイッチトリラクタンス電磁石を使用することもできる。別の実施形態では、電磁石はロータおよびゲート内でのみ使用されてもよい。電磁石の極は往復運動サイクルにおいてゲートの移動の各変曲点で切り替わり、引力および反発力で使用することができる。
これに代えて、直接油圧または間接油圧（ハイドロニューマチック）を使用してゲートに原動力／エネルギーを加えて、ゲートを駆動し、当該ゲートを適切な位置に配置してもよい。ソレノイドまたは他の流量制御弁を使用して、油圧要素または油空圧要素の位置および動きに動力を供給するおよび規制することができる。膜／ダイアフラムを使用するシリンダ式または直接式油圧アクチュエータを使用して、油圧力を、ゲートに作用する機械的力へと変換することができる。
図２５には、スコッチヨーク・ゲート位置決めシステム３７０を使用する実施形態が示されている。ここでは、一対のスコッチヨーク３７２がドライブシャフトおよび軸受支持板に接続されている。ローラは、ドライブシャフトに対して一定の半径で回転する。ローラはヨーク３７２内の溝に沿って動作し、往復運動に制限される。ヨークの形状は、所望のゲート運動をもたらすような特定の形状にすることができる。
当業者には明らかなように、これら代替の駆動機構は、ドライブシャフトとゲートとの間に、特定数の連結を必要としない。例えば、単一のばね、ベルト、連結棒またはヨークを使用することができる。設計の実装に応じて、２つ以上のこのような要素を使用することができる。
図２６Ａ−図２６Ｆは、チップシール（ｔｉｐ ｓｅａｌ）６２０を使用する実施形態の圧縮サイクルを示す。ドライブシャフト１４０が回転すると、ロータ５００およびゲート支柱２１０がゲート６００を押し上げるため、ロータ５００とゲートの動作のタイミングが合うようになっている。ロータ５００が時計回りに回転すると、ゲート６００は、ロータ５００が図２６Ｃに示す１２時の位置になるまで上昇する。ロータ５００が回転し続けると、ゲート６００は図２６Ｆの６時の位置に戻るまで下方に移動する。ゲート６００は、ロータ５００によって取り込まれていないシリンダの部分を、２つの構成要素、吸入部分４１２と圧縮部分４１４とに分けている。一実施形態では、チップシール６２０はゲート６００の中心に配置されていなくてもよく、その代わりに、圧力がゲートに下向きの力を及ぼすことができるゲート上部の領域を最小にするように、一方にシフトして配置されていてもよい。このようにすることで、システムの隙間容積を最小化する効果もある。別の実施形態では、チップシール６２０のロータ５００に近接する端部が丸く形成されていてもよく、丸くすることにより、チップシール６２０がその回転中に様々な点でロータ５００に接触する際に接触角が変化するのに対応できる。
図２６Ａ〜２６Ｆは、定常状態の動作を示している。したがって、ロータ５００が６時の位置にある図２６Ａでは、ロータケーシング容積４１０のサブセットを構成する圧縮容積４１４は既に流体を受容している。図２６Ｂでは、ロータ５００が時計回りに回転しゲート６００が上昇し、チップシール６２０がロータ５００と接触して、ロータケーシング容積４１０のサブセットを構成する吸入容積４１２を圧縮容積４１４から分離する。チップシール６２０の代わりに以下に説明するローラーチップ６５０を使用する実施形態も同様に動作する。図２６Ｃ〜Ｅにさらに示されるように、ロータ５００が回転すると吸入容積４１２が増加し、それにより吸入口４２０から流体がさらに吸入され、圧縮容積４１４は減少する。圧縮容積４１４の容積が減少すると、圧力が上昇する。加圧された流体は吐出口４３０から排出される。圧縮サイクル中に所望の高圧に達する時点で吐出弁が開き、高圧流体が圧縮容積４１４から流出する。この実施形態では、弁は圧縮ガスと圧縮室に注入された液体との両方を流出させる。
図２７Ａ〜図２７Ｆは、ゲート６００がチップシールを使用しない一実施形態を示す。代わりに、ゲート６００は、回転するにつれてロータ５００に近接するようにタイミング調整される。ゲート６００をロータ５００に近接させることにより、高圧流体が逃げる場所として非常に小さな経路のみ残される。（リキッドインジェクタ１３６またはゲート自体に配置されているインジェクタによる）液体に近接することにより、ゲート６００は吸入流体コンポーネント４１２および圧縮コンポーネント４１４を効果的に生成することができる。ノッチ６４０を組み込んだ実施形態も同様に動作する。
図２８は、ロータケーシング４００、ロータ５００およびゲート６００の断面斜視図である。吸入ポート４２０は、ガスが流入可能な経路を示している。吐出４３０は、吐出弁４４０に通じる吐出ポート４３５として機能するいくつかの孔からなる。ゲートケーシング１５０は、吸入側１５２と吐出側１５４の２つの部分からなる。戻り圧力経路（図示せず）をゲートケーシング１５０の吸入側１５２および吸入ポート４２０に接続して、ゲートシールを通過して漏れることによるゲート６００に対する背圧の蓄積を防ぐことができる。当業者であれば分かるように、完全な気密封止は必要ないが、気密封止を達成することが望ましい。
別の実施形態では、吐出ポート４３５は、ゲートケーシング１５０ではなくロータケーシング４００内に設けられてもよい。また、吐出ポートはロータケーシング内の様々な位置に配置することができる。吐出弁４４０は圧縮室に近い位置に配置され、吐出ポート４３０の容積を効果的に最小にして、吐出ポートに関連する隙間容積を最小にすることができる。１つ以上の吐出弁４４０を収容し、吐出弁４４０と吐出ポート４３５とが一列に並ぶようにロータケーシング４００またはゲートケーシング１５０に直接接続される弁カートリッジを使用することができる。これにより、吐出弁４４０の取り付けおよび取り外しが容易になる。
図２９には、フラットスプレー・リキッドインジェクタハウジング１７０が、ほぼ３時の位置で本体ケーシング１１０上に配置された他の実施形態が示されている。これらのインジェクタは、ゲートが高温に達しないように液体をゲート６００の吸入側に直接注入するのに使用され得る。これらのインジェクタはまた、ロータ５００上に液体のコーティングを提供するのに使用することもでき、圧縮機をシールするのに役立つ。
上述のように、好ましい実施形態では、ロータケーシング内で同心回転するロータを使用する。好ましい実施形態では、ロータ５００は、本体ケーシング１１０の長さ方向に延在する非円形の断面を有する直円柱形状を有する。図３０は、ロータ５００のシール部分および非シール部分の断面図を示す。ロータ５００の外形は、３つの部分からなる。区間Ｉおよび区間ＩＩＩにおける半径は、サイクロイド曲線によって定義される。この曲線はゲートの上昇と下降を表し、ゲートの最適加速度プロファイルを規定する。他の実施形態では、二重調和関数（ｄｏｕｂｌｅ ｈａｒｍｏｎｉｃ ｆｕｎｃｔｉｏｎ）のような半径を定義する異なる曲線関数を使用することができる。区間ＩＩは、ロータの最大半径に対応する一定の半径５７０を採用している。最小半径５８０は、ロータ５００の底部の区間Ｉと区間ＩＩＩとの交差点に位置する。好ましい実施形態では、Φは２３．８度である。他の実施形態では、圧縮機の所望のサイズ、ゲートの所望の加速度、および所望のシール面積に応じて、他の角度を利用することができる。
一の好ましい実施形態におけるロータ５００の半径は、以下の関数を用いて計算することができる。
別の実施形態によれば、ロータ５００の半径は３−４−５多項式関数として計算される。
好ましい実施形態では、ロータ５００は１つの軸に沿って対称である。一般的に、ロータの断面形状は卵形に似ている。ロータ５００は、ドライブシャフト１４０とキー５４０が取り付けられている孔５３０を有する。ロータ５００は、区間ＩＩに対応するロータ５００の外面であるシール部５１０と、区間Ｉおよび区間ＩＩＩに対応するロータ５００の外面である非シール部５２０とを有する。区間Ｉおよび区間ＩＩＩは、圧縮容積を生成する区間ＩＩよりも小さい半径を有する。シール部分５１０はロータケーシング４００の湾曲に対応するように成形され、それにより、吐出口４３０と吸入口４２０との間の連通を効果的に最小化するドエルシール（ｄｗｅｌｌ ｓｅａｌ）を形成する。ドエルシールには物理的接触は必要ない。代わりに、通過できる流体の量を最小限に抑える曲がりくねった経路を作成すれば十分である。好ましい実施形態では、この実施形態におけるロータとケーシングとの間の間隔は、０．００８インチ未満（約０．２０３ｃｍ）である。当業者には明らかであるように、この間隔は、ロータ５００およびロータハウジング４００の機械加工、温度、材料特性における許容誤差および他の特定の適用要件の両方に応じて変更することができる。
後述するように、液体が圧縮室に注入される。シール部分５１０とロータケーシング４００との間の隙間に取り込まれることにより、液体はドエルシールの有効性を高めることができる。
図３１Ａに示すように、ロータ５００は、切り取られる部分と釣合い錘とのバランスを考えて形成される。切欠き孔のいくつかは５５０として示されており、ロータ５００の軽量化が図られている。液体がロータ内部に侵入しないように、これらの軽量化孔を低密度材料で充填することができる。これに代えて、ロータ５００の端部にキャップを配置して軽量化孔を密封することもできる。参照番号５６０と示されている釣合い錘は、ロータ５００のその他残りの部分よりも密度の高い材料で形成されている。釣合い錘の形状は様々であり、必ずしも円筒状である必要はない。
ロータ設計にはいくつかの利点がある。図３１Ａに示すように、ロータ５００は、一方の側に７つの切欠き孔５５０を有し、他方の側に２つの釣合い錘５６０を有して、質量中心が回転中心に一致するようにしている。開口部５３０は、ドライブシャフトおよびキーを収容する空間を含む。この重量分布は、バランスの取れた同心運動を実現するように設計されている。切欠き孔および釣合い錘の数および位置は、構造的完全性、重量分布および平衡回転パラメータに応じて変更することができる。様々な実施形態では、バランスのとれたロータの回転を達成するために必要な切り欠き孔および／または釣合い錘を使用する、または、いずれも使用しない場合もある。
ロータ５００の断面形状は、ドライブシャフトの回転軸を中心とする同心回転、ドエルシール５１０部分、および、圧縮のためのガス容積を増加させるための非シール側の開放空間を実現するように構成されている。同心回転は、ドライブシャフトの主回転軸周りの回転を提供することから、より滑らかな運動となり、騒音も低減する。
別のロータ設計５０２が図３１Ｂに示されている。この実施形態では、３つの孔５５０および円形の開口部５３０を使用して異なる曲率の弧が実現される。別の設計５０４が図３１Ｃに示されている。この場合、堅固なロータ形状が使用され、（より大きいドライブシャフト用に）より大きな孔５３０が設けられている。図３１Ｄにさらに別のロータ設計５０６が示されており、容積減少曲線を平滑にする非対称形状が組み込まれ、高い圧力において熱伝達が生じる時間を増加させることを可能にしている。圧縮室内の増加した容積に対応するため、または、異なる湾曲に対応するべく、別のロータ形状を採用してもよい。
幾つかの実施形態では、チップシールが接触するロータ表面が滑らかに形成されており、チップシールの摩耗を最小にすることができる。別の実施形態では、非接触シールの性能を向上させることができる乱流を形成するために、ロータ表面にテクスチャを付けてもよい。他の実施形態では、密封および熱伝達の両方を改善するべく、ロータケーシングの内部円筒壁を、更なる乱流を生成するようにテクスチャ加工してもよい。テクスチャ加工は、部品の機械加工または表面コーティングを利用して達成することができる。テクスチャ加工を達成する別の方法としては、ウォータージェット、サンドブラストまたは類似の装置を用いたブラストが挙げられ、これによって不規則な表面を作り出すことができる。
本体ケーシング１１０には、取り外し可能なシリンダライナをさらに使用することができる。上述の利点を得るために乱流を誘発するべく、ライナはマイクロサーフェシング加工されてもよい。ライナはまた、ロータおよびケーシングの信頼性を高めるべく、摩耗表面として作用し得る。取り外し可能ライナは、推奨メンテナンススケジュールの一環として、定期的に交換されてもよい。ロータはまた、ライナを含んでもよい。ロータ５００のシール部分５１０に沿って好適な間隙が保たれるように、製造上の欠陥を修正するべく、ロータ５００またはロータケーシング４００に犠牲コーティングまたは摩耗コーティングを使用することができる。
本体ケーシング１１０の外面は、用途固有のパラメータを満足するように改質がなされてもよい。例えば、海中用途では、外圧に耐え得るようにケーシングを非常に厚くするか、または、二次圧力容器内に配置する必要がある場合がある。他の用途では、外部物体の取り付けまたは複数の圧縮機の積み重ねを容易にするために、ケーシングの外形を長方形または正方形にしてもよい。例えば、海中用途の場合、更なる熱伝達を達成するためにまたは圧力を均等にするために、ケーシング内で液体を循環させてもよい。
図３２Ａおよび図３２Ｂに示すように、ロータ５００（ここではロータ端部キャップ５９０で示す）、ゲート６００、およびドライブシャフト１４０の組み合わせは、シリンダ内の流体をより効率的に圧縮する方法を提供する。ゲートは、ロータの長さに沿って配置されて、ロータの回転に応じて吸入部分と圧縮部分とを分離して画定する。
好ましい実施形態では、各端板１２０に１つの球面ころ軸受を使用して端板１２０にドライブシャフト１４０が取り付けられている。総荷重キャパシティを増加させるために、複数の軸受を各端板１２０に使用することができる。軸受に潤滑油を供給するためにグリースポンプ（図示せず）が使用される。用途に特有のパラメータに応じて、ローラベアリング、ボールベアリング、ニードルベアリング、円錐ベアリング、円筒ベアリング、ジャーナルベアリングなどを含む様々なタイプの他の軸受を使用することができる。グリース、オイル、または他の潤滑剤を使用する異なる潤滑システムを使用することもできる。さらに、乾式潤滑システムまたは乾式潤滑材料を使用してもよい。また、動的不均衡が発生する可能性がある用途の場合、軸方向の漂遊負荷を支持するべく複数軸受構成を使用してもよい。
本発明の実施形態に係るゲートの動作は、図８，図１７，図２２，図２４Ｂ、図２６Ａ−２６Ｆ、図２７Ａ−２７Ｆ、図２８，図３２Ａ−３２Ｂおよび図３３−３６に示されている。図２６Ａ−２６Ｆおよび図２７Ａ−２７Ｆに示すように、ゲート６００は、吸入容積４１２と圧縮容積４１４との間の圧力境界を作り出す。吸入容積４１２は、吸入口４２０と連通している。圧縮容積４１４は、吐出口４３０と連通している。往復運動する長方形のピストンのように、ゲート６００は、ロータ５００の回転に伴って昇降する。
ゲート６００は、ロータ５００と接触してロータ５００とゲート６００との間の界面を提供するチップシール６２０を必要に応じて有してもよい。チップシール６２０は、ロータ５００上に乗っているゲート６００の先端部に設けられた帯状の材料からなる。チップシール６２０は、ポリマー、グラファイトおよび金属を含む様々な材料で作製することができ、湾曲した、平坦なまたは傾斜した表面のような様々な形状をとすることができる。チップシール６２０は、加圧流体によって、もしくは、ばねまたはエラストマーが提供するばね力によって支持されるようにしてもよい。このように構成すると、チップシール６２０をロータ５００と密封接触状態に保つ復元力を提供することができる。
異なる種類の接触先端（ｃｏｎｔａｃｔｉｎｇ ｔｉｐ）をゲート６００と共に使用することができる。図３５に示すように、ローラーチップ６５０を使用することができる。ローラーチップ６５０は、回転するロータ５００と接触すると回転する。また、異なる強度のチップを使用してもよい。例えば、チップシール６２０またはローラーチップ６５０は、ロータ５００の表面が摩耗する前に徐々に摩耗する柔らかい金属で形成されていてもよい。
これに代えて、非接触シールを使用してもよい。この場合、チップシールを省略することができる。これらの実施形態では、ゲート６００の最上部は、ロータが回転するとロータ５００の近傍に配置されるが、ロータ５００と必ずしも接触する必要はない。許容される間隙の大きさは、用途に応じたパラメータに合わせて調整することができる。
図３４Ａおよび図３４Ｂに示すように、ゲート６００の先端がロータ５００に接触しない実施形態では、当該先端は、ゲート６００の先端にポケット状にガスを保持するように働くノッチ６４０を有してもよい。気体または液体の形態の同伴流体は、非接触シールを提供するのに役立つ。当業者には明らかなように、ノッチの数およびサイズは、圧縮機の仕様に応じた設計選択の範囲である。
これに代えて、ゲート自体から液体を注入してもよい。図３６にはゲートの一部分の断面図が示されており、流体が通過することができる１つ以上のチャネル６６０をゲートに組み込むことができる。このような実施形態の１つでは、液体は複数のチャネル６６０を通過して、ロータ５００が回転すると、ゲート６００の最上部とロータ５００との間に液体シールを形成することができる。別の実施形態では、残留圧縮流体を１つ以上のチャネル６６０に挿入してもよい。さらに、ゲート６００は、ロータ５００のある部分の湾曲と一致するように成形されて、ゲート６００とロータ５００との間の隙間を最小にしてもよい。
好ましい実施形態では、ゲートケーシング内にゲートを包囲するようにする。図８および図１７に示すように、ゲート６００は、ノッチを有するゲートケーシング１５０によって包囲さる。ノッチの１つは参照番号１５８で示されている。ノッチは、ゲート６００が上下に動く時に圧縮された流体が圧縮容積４１４からゲート６００とゲートケーシング１５０との間の界面を通って放出しないことを確実にするゲートシールを保持する。このゲートシールは、ポリマー、グラファイトまたは金属を含む様々な材料で作られてもよい。シールは様々な形状を有してもよい。様々な実施形態において、ノッチがゲートケーシングを部分的または完全に貫通しているものを含めた、様々なノッチ形状を利用することができる。
別の実施形態では、シールは、ゲートケーシング１５０内ではなくゲート６００上に配置することができる。ゲート６００の周りにリング状にシールを形成し、当該シールはゲートと共にケーシング１５０に対して移動し、ゲートケーシング１５０の内部を封止し続ける。シールの位置は、ゲート６００の圧力中心がゲートケーシング１５０の内側のゲート６００の部分上に位置するように選択されてもよく、これにより、ロータケーシング４００内に延在するゲート６００の部分に対する片持ち梁構造の力の影響を低減または排除してもよい。この構成により、ゲート６００とゲートケーシング１５０との間の線接触を排除するのに役立ち、表面接触を提供して摩擦および摩耗の低減を可能にする。ゲート６００上で１つ以上の摩耗プレートを使用して、ゲートケーシング１５０との接触を行ってもよい。シールおよび摩耗プレートの位置は、摩耗プレートを横切る力の適切な分配を保証するように最適化される。
シールは、ばねまたはエラストマーによって提供される付勢力を使用して、ゲートケーシング１５０の組立体がシールを圧縮するようにすることができる。シールを加圧するのに、加圧流体を使用することもできる。
ゲート６００は、ゲートの端部に接続されたゲート支柱２１０を備える。様々な実施形態において、ゲート支柱２１０がその先端付近でゲート６００に接続できるように、ゲート６００をくり抜いて中空にしてもよい。これによりゲート６００が受ける熱膨張の量を低減することができる。中空にしたゲートにより、可動アセンブリの重量を減少させることができる。また、より低い温度を維持するために、ゲートの内部に油または他の潤滑剤および冷却剤を飛散させることを可能にする。ゲート支柱２１０がゲート６００に接続される相対的な位置およびゲートシールが配置される相対的な位置は、ゲート６００とゲート支柱２１０の偏向モードが等しくなるように最適化されてもよく、これにより、ゲート６００が圧力で撓んだ時に、圧力によって回転するのではなく、ゲート６００がゲートケーシング１５０の内壁と平行に保持されるのを可能にする。平行に保持されると、ゲート６００とゲートケーシング１５０とで負荷を分配し、摩擦および摩耗を低減することができる。
ロータ面シールをロータ５００上に配置して、ロータ５００と端板１２０との間の界面を提供することもできる。外側ロータ面シールはロータ５００の外縁に沿って配置されて、流体がロータ５００の端部を越えて流出するのを防止できる。第２の内側ロータ面シールは小さな半径でロータ面上に配置されて、外側ロータ面シールを越えて流出した流体が圧縮機から完全に逃げないようにする。このシールは、ゲートシールと同じ材料または他の材料を使用することができる。シールの有効性を最適化するために、様々な形状を使用することができる。これらのシールは、ばね、エラストマーまたは加圧流体によって供給される付勢力を利用することができる。油または他の潤滑剤を端板１２０の孔から注入することによって、ロータ面シールに潤滑を供給してもよい。
本明細書で説明したシールに加えて、それらのシールが接触する表面（対向面とも呼ばれる）もまた考慮され得る。様々な実施形態において、上記対向面の表面を、表面間の摩擦および摩耗を最小限に抑えるべく十分に滑らかに仕上げてもよい。他の実施形態では、潤滑剤の保持または漏出流体の乱流を促進するべく、表面を粗くするまたはクロスハッチングなどのパターンを与えることができる。シールが対向面よりも早く摩耗することを確実にするために，対向面はシールよりも硬質の材料で形成されてもよい、または、シールが対向面よりも硬い材料から構成されて対向面がシールよりも早く摩耗するように構成してもよい。対向面の所望の物理的特性（表面粗さ、硬度など）は、材料選択、焼入れ、焼き戻し、または加工硬化などの材料仕上げ技術、または、所望の特性を達成するコーティング剤の選択および塗布によって達成することができる。表面研削のような最終製造プロセスが、コーティングが適用される前または後に実施されてもよい。様々な実施形態において、対向面材料は、鋼またはステンレス鋼であってもよい。このような材料を、急冷または焼戻しによって硬化させてもよい。クロム、窒化チタン、炭化ケイ素または他の材料であるコーティングが適用され得る。
本体ハウジング１００の外部に流体が漏れる可能性を最小にすることが望ましい。部品間の外部接続を封止するために、ガスケットやＯリングなどの様々なシールが使用される。例えば、好ましい実施形態では、二重Ｏリングシールが本体ケーシング１１０と端板１２０との間に使用される。ドライブシャフト１４０の周囲には、ロータ面シールを通過して流体が漏れるのを防ぐために、さらなるシールが行われる。リップシールは、端板１２０を通過するドライブシャフト１４０をシールするのに使用される。様々な実施形態では、ドライブシャフト１４０に沿って複数のシールを使用して、それらの間に小さな隙間を設けてベントラインおよび油圧パッキンを配置し、圧縮室の外部のガス漏れを低減または排除することができる。メカニカルシールまたはラビリンスシールのような他の形態のシールも使用することができる。
おおよその等温圧縮を達成することが望ましい。圧縮プロセス中に冷却を行うために、リキッドインジェクション（液体噴射）が使用される。好ましい実施形態では、熱吸収のために、表面積を大きくするべく液体を噴霧する。他の実施形態では、噴霧の異なる適用または他の液体注入手段を使用することができる。
流体が圧縮される時に当該流体を冷却するのにリキッドインジェクションが使用され、圧縮プロセスの効率を高めることができる。冷却することにより、入力エネルギーの大部分をガスの熱生成ではなく圧縮に使用することを可能にする。液体は、気体に比べて非常に優れた吸熱特性を有し、液体が熱を吸収して作動流体の温度上昇を最小限に抑え、ほぼ等温圧縮を達成することができる。図８および図１７に示すように、リキッドインジェクタアセンブリ１３０は、本体ケーシング１１０に取り付けられる。リキッドインジェクタハウジング１３２は、液体源１３４（ノズルに含まれていない場合）のアダプタおよびノズル１３６を含む。液体はノズル１３６を介して直接ロータケーシング容積部４１０に噴射される。
リキッドインジェクションの量およびタイミングは、液体排液速度、圧縮室内の液位、および／または、液体蓄積による任意の回転抵抗を、様々なセンサを使用して測定することができるコンピュータベースのコントローラを含む様々な器具によって制御することができる。噴射タイミングを選択的に制御するために、弁またはソレノイドをノズルと組み合わせて使用してもよい。また、可変開口制御を使用して、リキッドインジェクションの量および他の特性を調節してもよい。
分析および実験結果を使用して、インジェクタ１３６の数、位置および噴霧方向を最適化する。インジェクタ１３６は、シリンダの周囲に配置することができる。リキッドインジェクションは、ロータまたはゲートを介して行われてもよい。このような設計の本実施形態では、１２時および１０時に位置する２つのノズルを有する。用途によって異なるパラメータに応じて、好ましいノズル配置も異なる。
液体の熱容量は一般に気体よりも非常に大きいので、熱は主に液体によって吸収され、気体の温度はリキッドインジェクションが行われない場合より低く保たれる。
次の式に示すように、流体が圧縮される場合、ポリトロープ指数にまで上昇した圧力×容積は、サイクルを通して一定のままである。
ポリトロープ圧縮では、２つの特別な場合が圧縮スペクトルの両側を表す。上限では、断熱圧縮は、空気の場合ｎ＝１．４、メタンについてはｎ＝１．２８のポリトロープ定数によって定義される。断熱圧縮は、作動流体の冷却が全くないことを特徴とする（等エントロピー圧縮は、断熱圧縮のサブセットであり、プロセスは可逆的である）。これは、流体の体積減少に応じて、圧力および温度がそれぞれ上昇することを意味する。流体中に熱を発生させるのに費やされるエネルギーが膨大である上に、後で再び冷却する必要があることが多く、非効率的なプロセスである。非効率的なプロセスであるにもかかわらず、往復ピストン型および遠心型圧縮機を含むほとんどの従来の圧縮技術は、本質的に断熱圧縮である。もう一つの特別な場合とは等温圧縮であり、ｎ＝１である。これは、流体中で発生した全ての熱が周囲に伝達されて、作動流体を一定の温度に維持できる理想的な圧縮サイクルである。これは達成不可能な完璧な場合であるが、等温圧縮は、流体を圧縮するのに必要なエネルギー量の下限を提供するという点で有用である。
図３７には、異なるいくつかの圧縮プロセスを比較するためのサンプルの圧力−容積（Ｐ−Ｖ）曲線が示されている。等温曲線は理論的に理想的なプロセスを示す。断熱曲線は断熱圧縮サイクルを表し、従来の圧縮機技術の多くがこれに従う。Ｐ−Ｖ曲線下の面積は圧縮に必要な仕事量を表すので、等温曲線に近づくということは、圧縮に必要な仕事量が少なくなることを意味する。本発明の様々な実施形態に係る一つまたは複数の圧縮機のモデルも示されており、等温プロセスとほぼ同じ結果を達成している。様々な実施形態によれば、上述の冷却剤噴射は、冷却剤による熱の吸収により、等温圧縮に近い状態を得るのを容易にする。このほぼ等温圧縮プロセスは必要とするエネルギーが少ないだけでなく、サイクルの終点におけるガス温度が、従来の圧縮機と比較して非常に低くなる。様々な実施形態によれば、このように圧縮作動流体の温度を下げることができることから、高価で効率の悪いアフタークーラーの使用は必要なくなるまたはそのサイズを小さくすることができる。
本発明の実施形態は、上述の液体冷却剤の噴射によって、このようなほぼ等温圧縮の結果を達成する。一のまたは複数の実施形態によれば、圧縮サイクルの間に液体を圧縮室に直接噴射することによって作動流体が冷却されるので、圧縮効率が改善される。様々な実施形態によれば、圧縮室内のガスが圧縮される領域に液体が直接噴射される。
圧縮点での作動流体と冷却液との間の急速な熱伝達は、高い圧力比の実現を容易にする。これは、熱伝達を改善し圧力比を上昇させるべく変更可能な本発明の様々な実施形態の幾つかの側面につながる。
考慮すべき事項の一つは、液体冷却剤の熱容量である。基本的な熱伝達方程式は次のように表される。
Ｑは熱、ｍは質量、ΔＴは温度変化、ｃｐは比熱である。
冷却剤の比熱が高いほど、より多くの熱伝達が生じる。
冷却剤の選択は、可能な限り高い熱容量を有する液体を単純に選択することよりも複雑な場合がある。コスト、入手可能性、毒性、作動流体との適合性などの他の要因も考慮することができる。加えて、粘度、密度および表面張力などの流体の他の特性は、後述するように冷却性能に影響を与える液滴形成等に影響を及ぼす。
様々な実施形態によれば、空気圧縮の冷却液体として水が使用される。メタン圧縮の場合、トリエチレングリコールと同様に、様々な液体炭化水素が有効な冷却剤であり得る。
考慮すべき別の事項として、作動流体に対する冷却剤の相対速度が挙げられる。作動流体の圧縮位置（熱発生点である）において当該作動流体に対して冷却剤を動かすことにより、作動流体から冷却液への熱伝達を高めることができる。例えば、圧縮が行われて熱が発生する時までに、圧縮機の吸入口から作動流体と共に動くように冷却剤を注入することは、冷却剤が冷却剤噴射の位置に隣接する作動流体の流れに対して垂直な方向または流れに逆らって注入される場合と比較して、冷却効率が低い。図３８（ａ）〜（ｄ）は、本発明の一実施形態に係る圧縮機における逐次圧縮サイクルの概略図である。図３８（ｃ）の点線の矢印は、システムの冷却性能を高めるために本発明の様々な実施形態に従って使用される噴射位置、方向およびタイミングを示す。
図３８（ａ）に示すように、圧縮行程は、圧縮室内の最大作動流体容積（灰色で示されている）で始まる。図示された実施形態では、圧縮行程は、ロータが６時の位置にあるときに開始する（図３８（ａ）〜（ｄ）に示すように、６時の位置にゲートが配置され、ゲートの左側に吸入ポートがゲートの右側に吐出口が配置される実施形態）。図３８（ｂ）では、圧縮が開始されてロータが９時の位置にあり、冷却液体が圧縮室に注入されている。図３８（ｃ）では、圧縮行程の約５０％が完了し、ロータは１２時の位置に配置されている。図３８（ｄ）には、圧縮行程がほぼ完了した（例えば、約９５％完了した）位置（３時）が示されている。ロータが図３８（ａ）の位置に戻ると、最終的に圧縮が完了する。
図３８（ｂ）および図３８（ｃ）において、点線の矢印は冷却剤噴射のタイミング、位置および方向を示している。
様々な実施形態によれば、冷却剤注入は、圧縮サイクルの一部の間にのみ行われる。例えば、各圧縮サイクル／行程において、冷却剤注入は、圧縮ストローク／行程の最初の１０％，２０％，３０％，４０％，５０％，６０％および／または７０％終了した時点またはそれ以降に実施されてもよい（圧縮ストローク／行程は、容積圧縮の観点で測定される）。様々な実施形態において、ロータがノズルを通り過ぎる直前に、冷却剤の噴射を各ノズルで終了させてもよい（例えば、各ノズルでの噴射が（図３８に示すように時計回りに）順次終了していく）。様々な別の実施形態では、冷媒の噴射は、ロータの位置にかかわらず圧縮サイクル全体にわたって連続して行われてもよい。
図３８（ｂ）および図３８（ｃ）に示すように、ロータの掃引方向に対して垂直な方向に圧縮室内に冷却剤を噴射する（すなわち、ロータの回転軸に向かって、ロータの回転軸線に対して内向き半径方向に噴射する）。しかしながら、別の実施形態では、噴射の方向は、より上流側を狙って行われてもよい（例えば、冷却剤がロータの掃引方向に対して部分的に逆流する方向に噴射されるように半径方向に対して鋭角になるように噴射する）。様々な実施形態によれば、鋭角とは、ロータの回転軸からインジェクタのノズルまで延びる半径方向線に対して上流側に向かって０度と９０度の間の任意の角度を言う。このような鋭角は、周囲の作動流体に対する冷却剤の速度をさらに増加させ、それによって熱伝達を高めることができる。
考慮すべき更なる事項として、ノズルが冷却剤を圧縮室内に噴射する位置によって規定される冷却剤噴射位置が挙げられる。図３８（ｂ）および図３８（ｃ）に示すように、おおよそ１時，２時，３時，４時方向に冷媒噴射ノズルが配置されている。これに限らず、本発明の範囲から逸脱することなく、追加のおよび／または代替の場所を選択可能である。様々な実施形態において、噴射の位置は、圧縮機の最高圧縮率（Δ容積／時間またはΔ容積／ロータの回転度合で見た場合、必ずしも両者が一致するとは限らないが）における圧縮容積（図３８の灰色で示す）内に配置される。図３８に示す実施形態では、最高圧縮率は、ロータが図３８（ｃ）に示す１２時の位置から図３８（ｄ）に示す３時の位置へと回転している間に発生する。この位置は、採用されている圧縮機構に依存し、本発明の様々な実施形態で異なり得る。液体を噴射する際の圧力を最小限にして冷却材噴射に必要な電力を削減するべく、圧縮室内のより早い位置（例えば、図３８（ａ）〜図３８（ｄ）の９時の位置）での噴射を選択することができる。更におよび／またはこれに代えて、作動流体が圧縮室に到達する前に、液体（例えば、冷却剤）を吸入ポートに注入してもよい。
当業者には明らかなように、ノズルの数および位置は、様々な要因に基づいて選択されてもよい。ノズルの数は、１個のように少なくてもよいし、２５６個以上のように多数であってもよい。様々な実施形態によれば、圧縮機は、（ａ）少なくとも１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１５，２０，３０，４０，５０，７５，１００，１２５，１５０、１７５、２００、２２５および／または２５０個のノズル、（ｂ）４００，３００，２７５，２５０，２２５，２００，１７５，１５０，１２５，１００，７５，５０，４０，３０，２０，１５および／または１０個未満のノズル、（ｃ）１〜４００個のノズル、および／または（ｄ）このような数字を境界とする任意の範囲の間の個数のノズルを有する。様々な実施形態では、液体冷却剤の噴射は、ノズルが使用されないように全く実施されなくてもよい。ロータケーシングの角度に沿った位置を変更するのに加えて、様々な個数のノズルをロータケーシングの長さに沿った様々な位置に設置することができる。ある実施形態では、同じ数のノズルが、ケーシングの長さに沿って様々な角度で配置される。他の実施形態では、ある角度のノズルが他の角度の長さに沿った全く同じ位置に別のノズルが存在しないように、複数のノズルをケーシングの長さに沿って異なる位置で散在させる／互い違いに配置することができる。様々な実施形態では、ロータケーシングに直接接続する１つ以上のノズルが設置されるマニホールドを使用して、複数のノズルの設置およびこれらのノズルへの液体ラインの接続を簡単にすることができる。
考慮すべき更なる事項として、冷却剤の液滴サイズが挙げられる。熱伝達率は、熱伝達が起こり得る液体の表面積に線形比例するので、上述の噴霧ノズルを介してより小さい液滴を生成することは、液体の表面積を増加させて熱伝達がより速くすることができることから、冷却を改善できる。冷却剤の液滴の直径を（所与の質量に対して）半分にすることにより、表面積を２倍に増加させることができ、熱伝達率を２倍にすることができる。さらに、小さな液滴の場合、通常、対流速度は導電率を大きく上回るので、液滴全体にわたって効果的に一定の温度にすることができ、温度勾配をなくすことができる。これは、大きい液滴では液滴の中心部の質量の一部分は冷却効果に寄与しない場合があるのとは対照的に、小さな液滴では気体を冷却するために液体の全質量が使用され得る。このように、可能な限り小さな液滴を噴射することが有利であると考えられる。しかし、図３８（ｂ）および図３８（ｃ）に示すように、高密度、高乱流領域に噴射された場合、小さすぎる液滴は作動流体によって掃き出されて、作動流体中を移動しなくなり、高い相対速度を維持するリスクがある。また、小さな液滴は蒸発し、圧縮機の内部表面上に固形物の堆積をもたらす場合がある。他の外的要因によって液滴サイズが影響を受ける場合もあり、例えば、ノズルを通って流れる冷却剤の力の損失や、圧縮機が内部で取り扱うことができる液体の量などが挙げられる。
様々な実施形態において、５０〜５００ミクロン、５０〜３００ミクロン、１００〜１５０ミクロン、および／またはこれらの範囲内の任意の範囲の平均液滴サイズが有効であり得る。
考慮すべき更なる事項として、冷却液の質量が挙げられる。上記の熱方程式によって証明されるように、より多くの質量（体積に比例する）は、より多くの熱伝達をもたらす。しかしながら、噴射される冷却剤の質量は、圧縮機が収容することができる液体の量と、多量の冷却剤を取り扱うために必要とされる外部電力損失との間のバランスをとるように決定されてもよい。様々な実施形態において、有効質量流量は、（様々な実施形態において、非連続噴射の場合であっても圧縮行程全体で平均として）１〜１００ガロン／分（ｇｐｍ）、３〜４０ｇｐｍ、５〜２５ｇｐｍ、７〜１０ｇｐｍ、および／またはそれらの間の任意の範囲である。様々な実施形態において、圧縮室への液体冷却剤の体積流量は、少なくとも１，２，３，４，５，６，７，８，９および／または１０ｇｐｍであってもよい。様々な実施形態において、圧縮室への液体冷却剤の流量は、１１００，８０，６０，５０，４０，３０，２５，２０，１５および／または１０ｇｐｍ未満であってもよい。
ノズルアレイは、１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０および／または１５ガロン／分を超える高い流量、４００ｐｓｉ，３００ｐｓｉ，２００ｐｓｉおよび／または１００ｐｓｉ未満の低差圧において、５００ミクロン未満および／または１５０ミクロン以下の非常に小さなサイズの液滴を扱うことができるように設計されてもよい。２つの代表的なノズルの例としては、Ｓｐｒａｙｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍｓ社製、部品番号：１／４ＨＨＳＪ−ＳＳ１２００７、および、Ｂｅｘスプレーノズル品番：１／４ＹＳ１２００７が挙げられる。これらに限定するわけではないが、様々な実施形態での使用に適する他のノズルとして、スプレーシステムズ社の部品番号１／４ＬＮ−ＳＳ１４および１／４ＬＮ−ＳＳ８が含まれる。好ましい流速および液滴サイズの範囲は、適用パラメータによって変化する。別の型のノズルを使用することもできる。例えば、一の実施形態において、シリンダに液体を噴射する用の微小穿孔を設けてし、孔のサイズを小さくすることにより十分に小さな液滴を生成することができる。他の実施形態では、アレイに組み合わされたときに、所与の用途に必要な注入要件を満たす様々な市販のまたはカスタム設計のノズルを使用することができる。
様々な実施形態によれば、上述した考慮すべき事項のうちの一つ、複数および／もしくは全て、ならびに／または、追加の／代替の外部検討事項とのバランスをとりながら、圧縮機の性能を最適化することができる。上記では特定の例が示されたが、異なる圧縮機の設計および用途によって異なる値が選択される場合がある。
様々な実施形態において、冷媒噴射タイミング、位置および／もしくは方向、他の要因、ならびに／または、圧縮機の効率が高いほど、より高い圧力比を得ることが容易になる。本明細書で使用される場合、圧力比とは、（１）圧縮室に入る元の作動流体の絶対吸入口圧力（上流圧力）と（２）圧縮された作動流体の絶対吐出口圧力との比（吐出口弁の下流側における下流圧力）によって規定される。したがって、圧縮機の圧力比は、作動流体が流れ着く下流の容器（パイプライン、タンクなど）の関数となる。本発明の様々な実施形態による圧縮機は、作動流体が周囲環境から取り出され且つ周囲環境に吐出される場合、１：１の圧力比（例えば、１４．７ｐｓｉａ／１４．７ｐｓｉａ）を有する。同様に、作動流体を周囲圧力（１４．７ｐｓｉａ上流圧力）から取り出し、３８５ｐｓｉａ（下流圧力）で吐出した場合、圧力比は約２６：１（３８５ｐｓｉａ／１４．７ｐｓｉａ））になる。
種々の実施形態によれば、圧縮機は、（１）少なくとも３：１、４：１、５：１、６：１、８：１、１０：１、１５：１、２０：１、２５：１、３０：１、３５：１および／または４０：１またはそれ以上の圧力比、（２）２００：１、１５０：１、１２５：１、１００：１、９０：１、８０：１、７０：１、６０：１、５０：１、４５：１、４０：１、３５：１および／または３０：１以下の圧力比、（３）そのような上限および下限の比の任意のおよび全ての組合せ（例えば、１０：１〜２００：１の間、１５：１〜１００：１の間、１５：１〜８０：１の間、１５：１〜５０：１の間など）を有する。
様々な実施形態では、液体容量が大きい作動流体（例えば、圧縮機の吸入ポートでの液体の体積割合が少なくとも、０．５，１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０，５０，６０，７０，７５，８０，８５，９０，９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８および／または９９％）に対して、低い圧力比（例えば、３：１〜１５：１）を使用してもよい。逆に、様々な実施形態において、ガス含有量と比較して低い液体容量を有する作動流体に対して、高い圧力比（例えば、１５：１を超える）を使用してもよい。しかしながら、本発明の様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、高い圧力比で湿った気体を圧縮することができ、低い圧力比で乾燥した気体を圧縮することができる。
本発明の様々な実施形態は、様々に異なる動作パラメータを使用する代替動作にも適している。例えば、一つ以上の実施形態における単一の圧縮機は、大きく異なる液体体積割合を有する作動流体を異なる圧力比で効率的に圧縮するのに適している。例えば、一つ以上の実施形態による圧縮機は、（１）３：１〜１５：１の圧力比で１０〜５０パーセントの液体体積率を有する作動流体を圧縮する、または、（２）少なくとも１５：１，２：２０，３０：１および／または４０：１の圧力比で１０パーセント未満の液体体積割合を有する作動流体を圧縮する、のに適している。
様々な実施形態によれば、圧縮機は、高圧比を使用して、湿ったガスと乾燥したガスの両方を効率的かつコスト効率的に圧縮する。
様々な実施形態によれば、圧縮機は、商業的に実行可能な速度（例えば、４５０〜１８００ｒｐｍ）で動作可能であり、運転可能である。様々な実施形態によれば、圧縮機は、（ａ）少なくとも３５０，４００，４５０，５００，５５０，６００および／もしくは６５０ｒｐｍの速度、（ｂ）３０００，２５００，２０００，１８００，１７００，１６００，１５００，１４００，１３００，１２００，１１００，１０５０，１０００，９５０，９００，８５０，および／もしくは８００ｒｐｍの速度、ならびに／または、（ｃ）３５０〜３００ｒｐｍ、４５０〜１，８００ｒｐｍおよび／もしくはこれらの非限定的な上限および下限の範囲内の任意の範囲の速度で動作し得る。様々な実施形態によれば、圧縮機は上記のような速度のうちの一つまたは複数で連続的に、少なくとも０．５，１，５，１０，１５，２０，３０，６０，９０，１００，１５０，２００，２５０，３００，３５０，４００，４５０および／もしくは５００分の間運転される、ならびに／または、少なくとも１０，２０，２４，４８，７２，１００，２００，３００，４００および／もしくは５００時間運転される。
様々な実施形態において、圧縮された流体の吐出口圧力は、（１）少なくとも２００，２２５，２５０，２７５，３００，３２５，３５０，３７５，４００，４２５，４５０，４７５，５００，６００，７００，８００，９００，１０００，１２５０，１５００，２０００，３０００，４０００および／もしくは５０００ｐｓｉｇ、（２）６０００，５５００，５０００，４０００，３０００，２５００，２２５０，２０００，１７５０，１５００，１２５０，１１００，１０００，９００，８００，７００，６００および／もしくは５００ｐｓｉｇ未満、（３）２００〜６０００ｐｓｉｇ、２００〜５０００ｐｓｉｇ、ならびに／または、（４）上記の高い圧力と低い圧力と間の範囲内の任意の圧力である。
様々な実施形態において、吸入口圧力は、圧縮機を取り囲む環境の周囲圧力（例えば、１気圧、１４．７ｐｓｉａ）である。これに代えて、吸入口圧力は、真空に近い（０ｐｓｉａに近い）、または、真空と真空付近の圧力との間の圧力であってもよい。別の実施形態では、吸入口圧力は、（１）少なくとも−１４．５，−１０，−５，０，５，１０，２５，５０，１００，１５０，２００，２５０，３００，３５０，４００，４５０，５００，５５０，６００，７００，８００，９００，１０００，１１００，１２００，１３００，１４００，および／もしくは１５００ｐｓｉｇ、（２）３０００，２０００，１９００，１８００，１７００，１６００，１５００，１４００，１３００，１２００，１１００，１０００，９００，８００，７００，６００，５００，４００および／もしくは３５０ｐｓｉｇ未満、ならびに／または（３）−１４．５〜３０００ｐｓｉｇ、０〜１５００ｐｓｉｇ、ならびに／または上記の大きな数値と小さな数値の組み合わせが上限下限となる範囲内の圧力、および／もしくは当該範囲内に存在する範囲の任意の圧力である。
様々な実施形態において、作動流体が圧縮室から吐出される時の作動流体の吐出口温度が、作動流体が圧縮室に入る時の作動流体の吸入口温度を超える場合、その温度差は、（ａ）７００，６５０，６００，５５０，５００，４５０，４００，３７５，３５０，３２５，３００，２７５，２５０，２２５，２００，１７５，１５０，１４０，１３０，１２０，１１０，１００，９０，８０，７０，６０，５０，４０，３０および／もしくは２０℃未満、（ｂ）少なくとも−１０，０，１０，および／もしくは２０℃、ならびに／または（ｃ）上記のうちの大きな数値と小さな数値との組み合わせが上限下限となる範囲内の温度差および／もしくは当該範囲内に存在する任意の範囲内の温度差である。
様々な実施形態において、作動流体の吐出口温度は、（ａ）７００，６５０，６００，５５０，５００，４５０，４００，３７５，３５０，３２５，３００，２７５，２５０，２２５，２００，１７５，１５０，１４０，１３０，１２０，１１０，１００，９０，８０，７０，６０，５０，４０，３０および／もしくは２０℃未満、（ｂ）少なくとも−１０，０，１０，２０，３０，４０，および／もしくは５０℃、ならびに／または（ｃ）上記のうちの大きな数値と小さな数値との組み合わせが上限下限となる範囲内の温度および／もしくは当該範囲内に存在する任意の範囲内の温度である。
吐出口温度および／または温度上昇は、作動流体の関数であり得る。例えば、吐出口温度および温度上昇は、一の作動流体（例えば、空気）の場合よりも他の作動流体（例えば、メタン）の方が低い場合がある。
様々な実施形態において、温度上昇は圧力比に相関する。様々な実施形態において、２０：１以下（または１５：１〜２０：１）の圧力比の場合、温度上昇は２００℃未満であり、２０：１〜３０：１の間の圧力比の場合、温度上昇は３００℃未満である。
様々な実施形態において、５％を超える吸入口液体体積比率を有する作動流体の圧力比は３：１〜１５：１であり、１〜２０％の吸入口液体体積比率を有する作動流体の圧力比は１５：１〜４０：１である。様々な実施形態において、圧力比は１５：１以上であるが、吐出口圧力は２５０ｐｓｉｇを超え、温度上昇は２００℃未満である。様々な実施形態において、圧力比は２５：１以上であるが、吐出口圧力は２５０ｐｓｉｇを超え、温度上昇は３００℃未満である。様々な実施形態において、圧力比は１５：１以上であるが、吐出口圧力は２５０ｐｓｉｇを超える、圧縮速度は４５０ｒｐｍを超える。
様々な実施形態によれば、本明細書に記載された様々なパラメータの異なる範囲の組み合わせ（例えば、圧力比、吸入口温度、吐出口温度、温度変化、吸入口圧力、吐出口圧力、圧力変化、圧縮機速度、冷却剤噴射速度など）は、本発明の様々な実施形態に従って組み合わせることができる。１つ以上の実施形態において、圧力比は３：１〜２００：１の間の任意の値であり、作動圧縮機速度は３５０〜３０００ｒｐｍの間であり、吐出口圧力は２００〜６０００ｐｓｉｇであり、吸入口圧力は０〜３０００ｐｓｉｇであり、吐出口温度が−１０〜６５０℃であり、吐出口温度が吸入口温度を０〜６５０℃越えており、圧縮機吸入口での作動流体の液体体積割合は１％〜５０％の間である。
１つ以上の実施形態において、空気は、吐出口温度が１００℃未満を保った状態で７００ｒｐｍの速度で、周囲圧力（１４．７ｐｓｉａ）から３８５ｐｓｉａ（２６：１の圧力比）に圧縮される。断熱環境における同様な圧縮では、約４８０℃の温度に達する。
図示の圧縮機はロータリー圧縮機であるため、図示の圧縮機の動作速度はｒｐｍで表される。しかし、本発明の別の実施形態では、他のタイプの圧縮機を使用することができる。当業者には周知のように、ＲＰＭの用語は、ストロークがクランクシャフトを介してＲＰＭにつながるピストン圧縮機を含む、他のタイプの圧縮機にも適用される。
様々な冷却液を使用することができる。例えば、水、トリエチレングリコールおよび種々のタイプの油ならびに他の炭化水素を使用することができる。相変化特性が望ましい場合には、エチレングリコール、プロピレングリコール、メタノールまたは他のアルコールを使用することができる。また、アンモニア等の冷媒を用いてもよい。さらに、所望の特性を達成するために、様々な添加剤を冷却液と組み合わせることができる。圧縮プロセスを冷却するのに役立つ液体の熱伝達および熱吸収特性に加えて、相変化による大きな冷却効果を利用する設計の実施形態では、液体の蒸発を利用することもできる。
液体合体（ｌｉｑｕｉｄ ｃｏａｌｅｓｃｅｎｃｅ）の効果も、好ましい実施形態で利用される。液体が蓄積すると圧縮機構に対する抵抗力となり、最終的に圧縮機の全ての動きが止められ潜在的に修復不可能な害を引き起こすハイドロロックをもたらす可能性がある。図８および図１７の実施形態に示されるように、吸入口４２０および吐出口４３０は、ロータケーシング４００の底部のゲート６００の両側に配置されて、圧縮される流体の吸込みならびに圧縮された流体および噴射された液体の排出を効率的に行うことができる位置に配置されている。吸入口４２０には弁は不要である。ドエルシールを含めることにより、吸入口４２０を開口とすることができ、システムを単純化し、吸入口弁に関する非効率性を低減できる。しかしながら、望ましい場合には、吸入口弁を組み込むことができる。更なる構造物を吸入口に追加して乱流を誘発し、熱伝達および他の利点を改善してもよい。液体／気体混合物がチョークおよび他のキャビテーションを誘発する条件になる場合、キャビテーションから保護するべく、硬化材料を圧縮機の吸入口および他の位置で使用することができる。
別の実施形態では、図面に示されている以外の位置に吸入口を配置してもよい。さらに、複数の吸入口がシリンダの周囲に沿って配置されてもよい。変動する圧力および流量を有する吸入流を受容するべく、複数の吸入口を単独でまたは組み合わせて利用することができる。吸入ポートは、自動または手動で拡大または移動させて、圧縮機の吐出容量を変化させることもできる。
このような実施形態では、多相圧縮が利用されるため、吐出口システムは気体および液体の両方の通過を可能にする。ロータケーシング４００の底部近傍に吐出口４３０を配置することにより、液体の排出が可能になる。これにより、他のリキッドインジェクション式圧縮機に見られるハイドロロックの危険性が最小限に抑えられる。小さな隙間容積を設けることにより、圧縮室内に残っている液体を収容することを可能にする。重力によって余分な液体が収集されて取り除かれ、その後のサイクルにおいて液体が蓄積するのを防止する役割をはたす。さらに、ロータの掃引運動は、液体を吐出口に向かわせ圧縮室の外に導くことによって、各圧縮サイクル中に大部分の液体が圧縮機から確実に除去されるようにするのに役立つ。
圧縮された気体と液体とを、圧縮機の下流で分離することができる。後述するように、液体冷却剤は冷却され、圧縮機内で再循環される。
これらの特徴の様々なものは、様々な実施形態による圧縮機が、作動流体のガス相成分および液相成分の予圧縮分離を行わずに、多相流体（例えば、気体成分および液体成分を含む流体（「湿ったガス」と呼ばれることもある））を効果的に圧縮することを可能にする。本明細書において、圧縮機の吸入ポートにおける多相流体の液体体積割合は、（ａ）少なくとも０．５，１，２，３，４，５，６，７，８，９，１０，１５，２０，２５，３０，３５，４０，５０，６０，７０，７５，８０，８５，９０，９１，９２，９３，９４，９５，９６，９７，９８，９９および／もしくは９９．５％、（ｂ）９９．５，９９，９８，９７，９６，９５，９４，９３，９２，９１，９０，８５，８０，７５，７０，６０，５０，４０，３５，３０，２５，２０，１５，１０，９，８，７，６，５，４，３，２，１および／もしくは０．５％以下、（ｃ）０．５〜９９．５％、ならびに／または、（ｄ）これらの上限値および下限値によって限定された範囲内の値、である。
圧縮室内が所望の圧力に到達すると、吐出口弁は、気体および液体（すなわち、湿性ガスおよび／または液体冷却剤からの気体および液体）を圧縮機から流出させることを可能にする。吐出口弁は、有効開口面積を増加させるまたは最大化することができる。作動流体中に液体が存在するため、流出する作動流体の方向の変化を最小限に抑えるまたは排除する弁を設けることが望ましいが、必須ではない。これにより、液体が方向を変える時に発生する水撃を防ぐことができる。さらに、隙間容積を最小にすることが望ましい。隙間容積を最小に抑えるために、使用されていない弁開口部をいくつかのアプリケーションに接続してもよい。様々な実施形態において、このような構成により、圧縮機の湿性ガスキャパシティならびにチャンバ内の液体冷却剤を利用する圧縮機の能力を改善することができる。
吐出口弁としてリード弁が望ましい場合もある。当業者には明らかなように、既知のまたは新規の他のタイプの弁を使用することができる。Ｈｏｅｒｂｉｇｅｒ社のＲ、ＣＯ型の弁およびリード弁を使用してもよい。さらに、ＣＴ、ＨＤＳ、ＣＥ、ＣＭ型の弁またはポペット弁の使用も考慮できる。他の実施形態では、ガスが所与の圧力に達した時にガスを排出させるべく、ケーシング内の他の位置に弁を使用することができる。このような実施形態では、様々な形式の弁を使用することができる。受動的な弁または直接作動の弁を使用し、弁コントローラを実装することもできる。
好ましい本実施形態では、吐出口弁はケーシングの底部の近くに配置され、高圧部分から液体および圧縮ガスを排出するように機能する。他の実施形態では、本体ケーシングの周囲に沿って、底部付近以外の位置に更なる吐出口弁を設けることが有用であり得る。いくつかの実施形態では、端板上に設けられた吐出口が有用である。さらに他の実施形態では、吐出口弁を２つのタイプに分けることが望ましい場合があり、一つは主に高圧ガス用であり、他方は液体排出用とする。これらの実施形態では、２以上のタイプの弁を、互いに近接して配置してもよいし、または、異なる位置に配置してもよい。
冷却液をガス流から除去し、冷却して、閉ループシステムの圧縮機に再循環させてもよい。インジェクタノズルをシステムの全圧にならない圧縮室内の場所に配置することにより、噴霧された液滴を送達するための追加のポンプ（およびその後の効率損失）を再循環システムに設けなくてもよい。しかしながら、別の実施形態では、インジェクタノズルを介して液体を圧縮室に再循環させるためにポンプが利用される。さらに、インジェクタノズルは、本発明の様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、システムの全圧にさらされる圧縮室内の場所に配置することができる。
様々な実施形態において、圧縮機によって圧縮された作動流体／ガス（例えば、天然ガス）は、冷却剤と共にインジェクタノズルを介して圧縮室内に再循環されて、冷却剤が噴霧されるのを良好にしてもよい（例えば、製氷装置が液体水流と圧縮ガス流とを組み合わせて水の噴霧化を増やす仕組みと同じまたは同様）。
１つ以上の実施形態では、熱負荷の大部分または全てが冷却液体中に存在することから、熱回収が簡単になる。様々な実施形態において、熱は圧縮機の下流の圧縮ガスからは除去されない。冷却液は、圧縮機から下流の能動冷却プロセス（例えば、冷凍および熱交換器）を通じて冷却されてもよい。しかし、様々な実施形態によれば、本発明の様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、（例えば、熱交換器を介して）圧縮ガスから熱をさらに回収することができる。
図８および図１７に示すように、ロータのシール部分５１０は、ドエルシールの形成によって吐出ポートと吸入ポートとの間の流体連通を不可能にする。さらに、ロータ５００とゲート６００との間の界面では非接触シールまたはチップシール６２０を使用して、吐出口と吸入口との間の流体連通を不可能にする。このように、圧縮機は低速で作動しているときであっても、流体の戻りおよび放出を防止することができる。既存のロータリー圧縮機は、低速で運転する場合、吐出口から吸入口への漏れ経路が存在し、この流路を通る流体の排出／漏れ損失を最小にするには回転速度に依存する。
高圧作動流体は、ゲート６００に大きな水平方向の力を印加する。ゲート支柱２１０が剛性を有するにもかかわらず、この水平方向の力によってゲート６００が曲げられて、当該ゲートをゲートケーシング１５２の入口側に押し付ける。ゲート６００のゲートケーシング１５２に対する摺動による摩耗および磨耗を最小にするために、非常に硬く摩擦係数が低い特殊コーティングで両面を被覆してもよい。流体軸受を利用することができる。あるいは、ペグ（図示せず）をゲート６００の側面からゲートケーシング１５０内に延在させて、水平力に抗してゲート６００を支持するのを補助することができる。ゲート６００の非加圧側から非対称的にゲートを構成している材料を除去して、ゲート６００がゲートケーシング１５０と干渉する前にゲートが屈曲するためのより多くのスペースを確保してもよい。
ゲートが遭遇する大きな水平方向の力の存在により、ゲートの往復運動の摺動摩擦を減少させるべく追加の考慮が必要になる場合もある。グリースまたは油のような種々の潤滑剤を使用することができる。これらの潤滑剤を更に加圧して、ゲートをゲートケーシングに押圧する力に抗するのに役立ててもよい。潤滑剤が含浸したまたは自己潤滑する材料を使用して、部品を摺動させるための受動的な潤滑剤供給源を提供してもよい。潤滑なしでまたは潤滑と併せて、交換可能な摩耗要素を摺動部品に使用することにより、保守スケジュールを守りさえすれば信頼性の高い動作を保証することができる。摩耗要素を、ゲートケーシング内でゲートを正確に位置決めするのに使用してもよい。当業者には明らかなように、交換可能な摩耗要素を圧縮機内の様々な他の摩耗面に使用してもよい。
圧縮機構造は、アルミニウム、炭素鋼、ステンレス鋼、チタン、タングステンまたは真ちゅうなどの材料から構成することができる。材料は、耐食性、強度、密度およびコストに基づいて選択される。シールは、ＰＴＦＥ、ＨＤＰＥ、ＰＥＥＫ（登録商標）、アセタールコポリマーなどのポリマー、グラファイト、鋳鉄、炭素鋼、ステンレス鋼またはセラミックから構成されてもよい。その他周知のまたは未知の材料を利用することができる。コーティングはまた、材料特性を高めるために使用されてもよい。
当業者であれば理解できるように、設計の特定の特徴に影響を及ぼす可能性のある本発明の実施形態を製造し、組み立てるために様々な技術を利用することができる。例えば、鋳造工程を用いて本体ケーシング１１０を製造することができる。この場合、ノズルハウジング１３２、ゲートケーシング１５０または他の構成要素は、本体ケーシング１１０と一体化して形成されてもよい。同様に、ロータ５００とドライブシャフト１４０とは、強度要件または選択された製造技術のいずれかに起因して、単一部品として形成することができる。
圧縮機の外部に設けられる要素を利用してもよい。回転中のトルク曲線を滑らかにするために、ドライブシャフト１４０にフライホイールを追加してもよい。フライホイールまたは他の外部シャフト金具を使用して、バランスのとれた回転になるようにしてもよい。複数の圧縮機を必要とする用途では、単一のドライブシャフトに複数の圧縮機を組み合わせて、滑らかなトルク曲線を実現するべく位相をずらして複数のロータを取り付けてもよい。不整列の影響を最小にしトルク伝達効率を高めるべく、エンジンまたは電気モータなどの駆動力に駆動軸を取り付けるのにベルハウジングまたは他の軸継手を使用してもよい。ベルト、直接継手、歯車または他の伝達機構を使用してドライブシャフトによりポンプやジェネレータなどの付属構成要素を駆動してもよい。適切な場合には、付属構成要素を同期させるためにタイミングギアまたはベルトを利用してもよい。
弁を出た後、液体と気体の混合物は、以下の方法のいずれかまたはそれらの組み合わせのいずれかによって分離することができる。１．メッシュ、羽根、絡み合った繊維等を使用した捕捉。２．表面への慣性衝突。３．噴射された他のより大きな液滴への合体。４．液体カーテンを通す。５．液体貯蔵器を通じた気泡撹拌。６．凝集を助けるブラウン運動。７．方向を変える。８．壁および他の構造への合体のための遠心運動。９．急減速による慣性変化。１０．吸着剤または吸収剤を使用した脱水。
圧縮機の吐出口において、脈動室が円筒状ボトルまたは他のキャビティおよび要素から構成されてもよく、脈動減衰および減衰ならびに最初の液体合体または最終液体合体を達成するために、当該脈動室を前述の分離方法のいずれかと組み合わせてもよい。液体と気体を分離する他の方法も同様に使用することができる。
図３９〜図４４には、別の実施形態に係る圧縮機１０００が示されている。圧縮機１０００は概して、上述の圧縮機と同様である。したがって、類似または同一の構成要素についての不必要な説明は省略する。圧縮機１０００は、圧縮室１０２０を画定する本体ケーシング１０１０、ドライブシャフト１０３０、ロータ１０４０、カム１０５０、カムフォロワ１０６０、カムフォロワ１０６０に接続されるゲート支持体１０７０（例えば、カムフォロワ支持体、カム支柱、ゲート支持アーム、ゲート支柱等）、ゲートケーシング１０１０に取り付けられ（またはケーシング１０１０と一体的に形成され）ゲート支持体１０７０に接続されてゲート支持体１０７０の往復直線運動を可能にするゲート支持ガイド１０７５、ゲート支持体１０７０をカム１０５０に向けて付勢するばね１０８０、本体ケーシング１０１０および／またはゲート支持ガイド１０７５によって部分的に形成および／または取り付けられるゲートハウジング１１００、ゲートハウジング１１００によって摺動可能に支持されるゲート１１１０、圧縮室１０２０への吸入口１１５０に流体接続された吸入口マニホールド１１４０、圧縮室１０２０から導かれる吐出口１１７０に流体接続された吐出／出口マニホールド１１６０、吐出口１１７０に設けられた吐出口弁１１８０、冷却剤インジェクタ（噴射器）１１９０、ケーシング１０１０とゲート１１１０との間の静圧軸受装置１３００（図４８〜図５１参照）、および、駆動軸１０３０の周りの周囲環境から圧縮室１０２０を密閉する機械／油圧シール１５００を備える。
図示された実施形態では、冷却剤インジェクタ１１９０は、冷却剤を圧縮室１０２０に直接向ける。しかしながら、一つまたは複数の別の実施形態によれば、冷却剤インジェクタ１１９０は、作動流体または冷却剤が圧縮室に到達する前に、吸入口マニホールド１１４０内の作動流体に冷却剤を更におよび／または上記に代えて噴射してもよい。この実施形態によれば、製造コストを削減し、および／または、冷却剤を注入するのに必要な電力量を低減することができる。
図４１、図４３および図４４に示すように、吐出出口弁１１８０は、圧縮流体を吐出口１１７０に導き、圧縮流体が圧縮室１０２０に逆流しないようにしている。図４１に示すように、弁１１８０は、本体ケーシング１０１０とは別体に形成され、吐出口１１７０に嵌合されている。しかし、様々な別の実施形態によれば、弁１１８０またはその一部は、ケーシング１０１０と一体的に形成されてもよい。
図４５〜図４６に示すように、吐出マニホールド１１６０は複数のベーン１１６０ａを含む。吐出出口１１７０（すなわち、マニホールド１１６０への入口）から円形吐出マニホールド出口１１６０ｂ（すなわちマニホールド１１６０の下流出口）までのマニホールド１１６０内の流路の断面は、）吐出出口１１７０における軸方向に細長い断面（例えば、ドライブシャフト１０３０の回転軸に平行な方向にゲート１１１０の長さに沿って細長くされている）から円形吐出マニホールド出口１１６０ｂへと変化している。様々な実施形態では、断面積は、吐出流路全体にわたって相対的に一定のままである。ベーン１１６０ａは、圧縮室１０２０から吐出マニホールド１１６０の吐出マニホールド出口１１６０ｂまでの圧縮流体の所望の流路に対して概ね垂直に向けて配置されている。ベーン１１６０ａは、流路の断面形状が変化するにつれて圧縮流体の層流を促進するように配向されている。様々な実施形態によれば、ベーン１１６０ａは、圧縮流体（例えば、多相液体／気体流体）が吐出口１１７０およびマニホールド１１６０を通って流れる時に、乱流を低減し、圧縮機１０００の効率を高め、および／または、摩耗を低減する。
ベーン１１６０ａおよび弁１１８０は、圧縮流体の流路を完全に横切って（例えば、図４５に示すように紙面の中へと、図４７に示すように上下に、図４３に示すように左上から右下へと）延在している。したがって、ベーン１１６０ａおよび弁１１８０は、軸方向に伸びた吐出口１１７０のいずれかの側におけるケーシング１０１０の円周方向に離間した部分１０１０ａ、１０１０ｂ（図４３参照）を構造的に支持する。したがって、ベーン１１６０ａおよび弁１１８０は、（例えば、圧縮機１０００の使用中にゲート１１１０とケーシング１０１０との間に生成される反作用力によって促進され得る）変形に抗するようにケーシング１０１０を補助する。
図４８に示すように、複数のベーン／リブ１１５５が、圧縮室１０２０の円周方向に沿って（図４８に示すように左下から右上へ）吸入口１１５０内に吸入口１１５０を横切って延在する。これらのリブ１１５５は、吸入口１１５０の領域においてケーシング１０１０を強化し、ケーシング１０１０がゲート１１１０の周りで撓むのを防止する役割をする。様々な実施形態によれば、吸入口１１５０は、複数の別個の孔１１５０（例えば、圧縮機１０００の軸方向に沿って間隔を置いて配置された孔）に軸方向に分割されており、このような複数の孔の間のケーシング１０１０の部分によってベーン／リブ１１５５が構成されている。
図４８〜図５１に示すように、圧縮機１０００は、ロータ１０４０との密接な接触を維持しながらゲート１１１０をゲートハウジング１１００に対して上下に往復運動させる静圧軸受装置１３００を備える。静圧軸受装置１３００は、ゲート１１１０とゲートハウジング１１００との間の摩擦を低減する。
図４３、図４８および図５０に示すように、ゲート１１１０は、圧縮室１０２０の吸入口側１０２０ａと圧縮室１０２０の吐出口側１０２０ｂとを分離する。吸入口側１０２０ａの圧力は、吸入口１１５０を介して圧縮室１０２０に流入する流体の圧力に比較的近いままである。圧縮室１０２０の吐出口側１０２０ｂの圧力は、各圧縮行程／回転中に増加し、吐出口１１７０を通って吐出される圧縮流体の出力圧力に達する。図５０に示すように、これは、吸入口側１０２０ａよりもゲート１１１０の吐出口側１０２０ｂに高い圧力を生じさせ、その結果、入口側１０２０ａに向かってゲートが押される。図５０に示すように、この差圧はゲート１１１０に片持ち梁力を生じさせ、圧力室１０２０の圧力はサイクル毎において吐出するまで増加するので、片持ち梁力は常に循環する。静圧軸受装置１３００は、この循環する片持ち梁力に適応して、ゲート１１１０上の片持ち梁モーメント／曲げモーメントを等しくする。
図４８〜図５１に示すように、静圧軸受装置１３００は、ゲート１１１０の吸入口側１０２０ａの上側静圧軸受１３１０と、ゲート１１１０の吸入口側１０２０ａの下側静圧軸受１３２０と、ゲート１１１０の圧縮／吐出口側１０２０ｂの上側静圧軸受１３３０と、ゲート１１１０の圧縮／吐出口側１０２０ｂの下側静圧軸受１３４０とを含む。
図４９に示すように、各軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０はそれぞれ３つずつ存在して圧縮機１０００の軸方向／長手方向に沿って（すなわち、図５０の紙面に向かって）互いに間隔を空けて配置され、軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０の３つの縦列（または、両側面１０２０ａ、１０２０ｂが分離していると考えられる場合は６つの縦列）が存在する。これに限定されないが、様々な実施形態によれば、軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０の複数列を使用することにより、油圧流体が横方向に移動する必要がある長さを縮めることができる。これにより、油圧流体が軸受パッドの全表面にわたってより均等に分布する。軸受の数を増やすことによって、種々の問題（例えば、ごみ、軸受表面の撓み、軸受パッド表面の磨耗、オイルシステムの詰まりなど）を軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０それぞれのうちの一つに集約して、軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０それぞれの残りの軸受は正常に動作するように構成可能である。しかしながら、様々な実施形態から逸脱することなく（例えば、異なる軸受１３１０を単一の縦方向に長い軸受に組み合わせることによって）、より多くのまたはより少ない列数の軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０を使用することができる。１つ以上の実施形態において、ゲートの両側に４列の軸受が設けられる。
様々な実施形態によれば、軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０の複数の列を使用することにより、１つの列（または１つの列内の軸受）の抵抗器１４１０を他の列に対して微調整して、ゲート１１１０の長さに沿って変化する条件に対応するようにしてもよい。例えば、油圧によってスリーブ１３６０が中央で撓んでしまう場合、軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０の中央の列をより下の位置に調整して、大きくなった隙間へと流れる量を減少させ、隙間が小さくゲートとスリーブとが最初に接触する端部列への流れを増加させるように調整することができる。
図４８〜図５０に示すように、静圧軸受装置１３００は、ケーシング１０１０と嵌合する静圧軸受インサート／スリーブ１３６０内に形成されている。シムまたは他の適切な機構を使用して、スリーブ１３６０を小さな誤差で嵌合および位置決めを確実にすることができる。スリーブ１３６０は、スリーブ１３６０の交換および／またはメンテナンスを容易にするために、ケーシング１０１０から取り外し可能になっている。しかしながら、別の実施形態では、インサート１３６０はケーシング１０１０と一体的に形成されてもよい。
図５１に示すように、軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０はそれぞれ、ゲート１１００と係合するインサート１３６０の側面のポケット溝１３１０ｂ、１３２０ｂ、１３３０ｂ、１３４０ｂへと開口する供給口１３１０ａ、１３２０ａ、１３３０ａ、１３４０ａを有する。溝１３１０ｂ、１３２０ｂ、１３３０ｂ、１３４０ｂはそれぞれ、ゲート１１１０と密に嵌合するランド／軸受パッド１３１０ｃ、１３２０ｃ、１３３０ｃ、１３４０ｃによって取り囲まれている。パッド１３１０ｃ、１３２０ｃ、１３３０ｃ、１３４０ｃは、軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０の全てに共通であり得るドレイン１３７０によって取り囲まれている。
図５１に示すように、油圧ポンプ１３８０は、リザーバ１３９０からの油圧流体（例えば、オイル）を油圧流路１４００を介して、軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０のそれぞれの抵抗流バルブ１４１０に圧送する。次に、油圧流路１４００は、それぞれの給口１３１０ａ、１３２０ａ、１３３０ａ、１３４０ａ、溝１３１０ｂ、１３２０ｂ、１３３０ｂ、１３４０ｂ、ランド／軸受パッド１３１０ｃ、１３２０ｃ、１３３０ｃ、１３４０ｃ、ドレイン１３７０へと油圧流体を導き、最後にリザーバ１３９０へと戻る。
既に知られているように、静圧軸受けは２つの流れ抵抗器（ｆｌｏｗ ｒｅｓｉｓｔｏｒ）を使用することによって機能する。この実施形態では、第１の流れ抵抗器は、動作中一定に保たれる軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０に先行するインラインの流れ抵抗弁１４１０である。第２の流れ抵抗器は、軸受パッド１３１０ｃ、１３２０ｃ、１３３０ｃ、１３４０ｃ自体である。軸受パッド１３１０ｃ、１３２０ｃ、１３３０ｃ、１３４０ｃの抵抗は変化し、ゲート１１１０と軸受パッド１３１０ｃ、１３２０ｃ、１３３０ｃ、１３４０ｃとの間の隙間の大きさに依存する。この隙間が減少すると、軸受パッド１３１０ｃ、１３２０ｃ、１３３０ｃ、１３４０ｃおよびポケット溝１３１０ｂ、１３２０ｂ、１３３０ｂ、１３４０ｂの圧力は上昇し、同様に隙間が大きくなると、パッド１３１０ｃ、１３２０ｃ、１３３０ｃ、１３４０ｃおよび１３４０ｃ、ポケット溝１３１０ｂ、１３２０ｂ、１３３０ｂ、１３４０ｂの圧力は下降する。隙間は、ゲート１１１０に対する片持ち梁の押圧力によって生成された負荷によって変化する。
様々な実施形態によれば、流れ抵抗弁１４１０は、それぞれの流路１４００内に設けられた軸受パッド抵抗器と同様に動作する設置された流れ抵抗器または環状体で置き換えることができる。弁パッド１３１０ｃ、１３２０ｃ、１３３０ｃ、１３４０ｃに環状体を設計することができ、環状体は、隙間の大きさに応じた抵抗力を有しそこを流体が通過することを可能にする。典型的には、環状体は、油圧的に接続される軸受パッドの反対側の面に配置される。潤滑剤は軸受の一方の側の環状体を通って流れた後、対応する反対側の軸受パッドに流れる。したがって、様々な実施形態において、軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０は、対向する軸受に組み込まれた流れ抵抗を有する自己補償軸受を含む。例えば、軸受１３１０用の流れ抵抗弁１４００は、軸受１３３０の隙間が縮小された時に軸受１３１０への流れが減少するように、反対側の軸受１３３０に組み込まれてもよい。これは、（対向する軸受上の隙間が小さいために）大きな隙間を有する軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０を過剰な油圧流体が通過するのを防止する、または、より高い負荷を有する軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０へと流れるより大きな流量を可能にする。軸受１３２０，１３４０は、互いに対向して、同じように動作することができる。この種の自己補償静圧軸受は、米国特許第７，２８７，９０６号明細書に記載されており、その全内容は参照により本明細書に組み込まれる。
図５０に示されるように、様々な実施形態によれば、下側軸受１３２０，１３４０から分離された上側軸受１３１０，１３３０を使用することにより、圧縮室１０２０，１０２０ｂ内およびロータ１０４０内の加圧された流体によってゲート１１１０に及ぼされる片持ち梁モーメント／曲げモーメントに軸受装置１３００を適合させることを可能にする。圧縮室１０２０の入口側１０２０ａおよび出口側１０２０ｂならびに軸受１３１０，１３２０，１３３０，１３４０によってゲート１１１０に及ぼされる力の大きさは、矢印の大きさによって表されている。図５０に示すように、入口側１０２０ａと比較して出口側１０２０ｂの力が大きい場合、モーメントは、上側遠位側の軸受１３１０および下側近位側の軸受１３４０からの大きな力によってバランスがとられて、隙間は最小となる。反対に、軸受の隙間は、ゲート１１１０と軸受１３２０，１３３０との間でより大きく、その結果、軸受１３２０，１３３０によって加えられる力は小さくなる。様々な別の実施形態によれば、ゲート１１１０に加えられる曲げモーメントを特に相殺するために、更なる上側、下側および／または中間の静圧軸受を追加することができる。しかしながら、別の実施形態によれば、上側および下側の静圧軸受（例えば、軸受１３３０，１３４０；軸受１３１０，１３２０）を、様々な実施形態の範囲から逸脱することなく組み合わせることができる。
本明細書で使用される、軸受１３１０，１３３０，１３２０，１３４０に関する方向を示す用語「上側」および「下側」は、ゲート１１１０の往復運動の方向に沿って規定され、（様々な実施形態において、重力の上下方向とゲート１１１０の上下往復運動方向とが一致するが）必ずしも重力の上下方向に沿っているとは限らない。
様々な実施形態によれば、静圧軸受装置１３００は、ゲート１１１０と圧縮室１０２０の吸入口側１０２０ａのケーシング１０１０との間に流体膜隙間を形成し、これによりゲート１１１０とケーシング１０１０との間の摩耗接触を低減またはなくすことができ、および／または、ゲート１１１０をその往復経路に沿って移動させるのに必要な力を低減することができることから、ゲート１１１０および／またはケーシング１０１０の有効寿命を長くすることができる。
様々な別の実施形態において、静圧軸受は、ケーシングの代わりにロータと共にベーンが回転してロータに対して往復動するロータリーベーン圧縮機に使用される。このような実施形態では、軸受１３００のような静圧軸受が、ケーシングとゲートとの間ではなく、ロータとゲートとの間に配置される。
図５０に示すように、ゲート１１１０は、ゲート１１１０の本体１４４０の溝１４４０ａに取り付けられるシール１４３０を有する。図５０に示すように、シール１４３０および溝１４４０ａは、圧縮機１０００の動作中にシール１４３０を溝１４４０ａに保持するのを助ける相補的な「＋」形状の外形を有する。様々な別の実施形態によれば、溝１４４０ａおよびシール１４３０は、ゲート本体１４４０からシール１４３０が剥がれるのを防ぐ任意の他の適切な相補的な外形を有してもよい（例えば、狭い上部開口および大きな中間部断面を有する外形（例えば、球根のような形状）、上向きの三角形等）。
図５０に示すように、様々な実施形態によれば、ゲート本体１４４０および／またはスリーブ１３６０は、摩耗に強い硬質材料（例えば、４４０Ｃ鋼、１７−４鋼、Ｄ２工具鋼またはインコネル、特に、３５，４０，４５，５０，５５，６０，６５等を超えるＨＲＣを有するもの）から形成される、または、耐摩耗性コーティングで被覆されているもしくは硬度を高めるために処理されている（例えば、窒化鋼、硬質セラミックコーティングされた鋼、表面硬度を高める表面熱処理を施した鋼など）。このように構成することにより、スリーブ１３６０とゲート本体１４４０とが互いに擦れ合った場合またはその時に、磨耗しないようにしている。更におよび／またはこれに代えて、スリーブ１３６０およびゲート本体１４４０のうちの一方が硬い表面（例えば、鋼）を有し、スリーブ１３６０およびゲート本体１４４０のうちの他方は比較的柔らかく形成されて（例えば真鍮のブロンズで形成される）、当該他方が運転中に犠牲となってすり減り、最終的に交換されてもよい。１つ以上の実施形態によれば、スリーブ１３６０は鋼などの硬質表面材料で形成され、ゲート本体１４４０は青銅などの軟質材料で形成される。１つ以上の別の実施形態によれば、スリーブ１３６０は青銅などの軟質材料で形成され、ゲート本体１４４０は鋼などの硬質材料で形成される。
様々な実施形態によれば、ゲート１１１０および／またはスリーブ１３６０の表面（またはそのコーティング）はマット加工されるまたは油の流れに乱流を生じさせるように構成されて、隙間に当該油が押し込まれて通過する時に油の剪断力を増大させて、静圧軸受圧力を増加させる。
別の実施形態によれば、静圧軸受装置１３００を流体力学的軸受装置に置き換えて、流体力学的軸受装置は、ゲート本体１４４０とスリーブ１３６０との間の界面に作動液（例えば、油）を供給する。流体力学的軸受は、ゲート本体１４４０とスリーブ１３６０との間の相対運動に依存し、交差部を油圧流体によって加圧するおよび／または潤滑させる。
図４０に示すように、圧縮機１０００の各軸方向端部のメカニカルシール１５００は、ドライブシャフト１０３０の周りの圧縮室１０２０の外側の環境に対して圧縮機１０００の圧縮室１０２０を気密封止する。
２つのメカニカルシール１５００の各々は、面シール１５１０，１５２０、ラジアルシャフトシール１５５０、ベント１５６０および油圧パッキン１５９０を備える。図４０、図５２および図５４に示すように、内面シール１５１０および外面シール１５２０は、圧縮室１０２０を画定するケーシング１０１０の軸方向面に対してロータ１０４０の軸方向端部をシールする。図５２に示すように、シール１５１０，１５２０は、ロータ１０４０の円周方向（シール１５２０の場合は非円形）面の溝１０４０ｂ内に取り付けられて軸方向の移動（すなわち、図４０における左右方向の移動）を可能とし、および、ばね１５３０，１５４０（例えば、ベルビルワッシャ、弾性特性を有するＯリング、シール１５０１，１５２０の周囲に配置された一連の圧縮ばね）は、シール１５１０，１５２０を軸方向に圧縮室１０２０を画定するケーシング１０１０に対して付勢する。内面シール１５１０は円形であり、ドライブシャフト１０３０の回転軸と同心である。図４１に示すように、外面シール１５２０はロータ１０４０の非円形周囲に沿って配置され、ロータ１０４０と共にドライブシャフト１０３０の軸の周りを回転する。様々な実施形態によれば、内面および外面シール１５１０，１５２０の外側シール部分は、より強い裏材（例えば、鋼）が貼り付けられた低摩擦材料（例えば黒鉛）を含む。
様々な実施形態によれば、シール１５１０，１５２０の磨耗表面（例えば、シール１５１０，１５２０のグラファイト部分）が摩耗しても、シール１５１０，１５２０はその溝１０４０ｂに保持される。例えば、図６７および図６８に示すように、シール１５１０，１５２０は、ロータの端面の凹部１０４０ｃに（例えば、ボルト１５４２または他の締結具を介して）接続されたロックワッシャ１５４１（例えば、シール１５１０，１５２０毎に複数のワッシャ）によって保持される。ロックワッシャ１５４１は嵌合するシール溝１０４０ｂからシール１５１０，１５２０が分離するのを防止するためにシール１５１０，１５２０内の肩部を有する溝１５１０ａ、１５２０ａ内に延在する。そして、シール１５１０，１５２０が溝１０４０ｂ内で軸方向に移動して、シール１５１０，１５２０を圧縮室の係合面（例えば、摩耗プレート１５４５（図５２参照）の面）に近接して保持できるようにする。
図５２に示すように、圧縮室１０２０の各軸方向端部に配置されたエンドキャップ摩耗プレート１５４５は、ケーシング１０１０の残りの部分に（例えば、ボルトを介して）取り外し可能に取り付けられ、シール１５１０，１５２０に当接する。シール１５１０，１５２０とプレート１５４５との間に摩耗接触により、プレート１５４５が大幅に摩耗して交換可能となった時には、プレート１５４５を交換してもよい。
図５４に示すように、ラジアルシャフトシール１５５０は、ドライブシャフト１０３０とケーシング１０１０の端部キャップとの間で半径方向に延在する。図５４および図４０に示すように、ベント１５６０は軸方向にラジアルシャフトシール１５５０よりも外側に配置される。図５４に示すように、流路１５７０は、ベント１５６０を圧縮機１０００の吸入口１１５０に流体接続させる。図５４に示すように、油圧パッキン１５９０は対向する半径方向シール１６００，１６１０と、それらの間に油圧流路１６２０とを有する。油圧ポンプ１３８０（または任意の他の適切な油圧流体源）は、シール１６００，１６１０間の空間に通じるポート／流路１６３０を介して油圧パッキン１５９０へと、加圧された油圧流体を供給する。図５４に示すように、回転軸受１６５０は、ドライブシャフト１０３０をケーシング１０１０に対して支持し、ドライブシャフト１０３０がケーシング１０１０に対して回転することを可能にする。
メカニカルシール１５００の動作を図５２および図５４を参照して説明する。作動流体（例えば、天然ガスが圧縮されている）が圧縮室１０２０から漏出する場合、流体がシール１５２０，１５１０，１５５０を順次通って漏れると考えられる。作動流体が３つのシール１５２０，１５１０，１５５０全てを通過して漏れた場合、流体はベント１５６０に到達して、流路／ポート１５７０を介して流体が圧縮機吸入口１１５０に戻り、吸入口１１５０との流体連通によって当該流体は吸入口１１５０での圧力に維持される。ベント１５６０の軸方向外側の油圧パッキン１５９０は、油圧流体を介して吸入口１１５０の圧力よりも高い圧力に加圧されて、作動流体が油圧パッキン１５９０を越えてさらに漏れるのを防止する。吸入口１１５０は油圧パッキン１５９０よりもかなり低い圧力にあるので、漏れた作動流体は、油圧パッキン１５９０を通過するのではなく流路／ポート１５７０を通って吸入口１１５０に戻る。したがって、油圧パッキン１５９０を通る作動流体の漏れが低減される、好ましくは排除される。軸受１６５０の軸受穴内の圧力は、環境大気圧に維持される。
様々な実施形態において、メカニカルシール１５００は、圧縮機の軸受のモーメント荷重をより小さくする軸方向にコンパクトなシールを提供する。
図５２に示すように、圧縮機１０００において、ドライブシャフト１０３０は、別個の回転軸受１６５０とスラスト軸受１６６０との組み合わせによりケーシング１０１０の各軸方向端部に取り付けられている。しかしながら、図５３に示すように、別個の回転軸受１６５０およびスラスト軸受１６６０は、様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、スラスト軸受機能および回転軸受機能の両方を行う統合軸受１６７０で置き換えることができる。軸受１６７０をドライブシャフトから容易に取り外すために、ドライブシャフトを貫通して潤滑流路を延在させ、ドライブシャフトと軸受１６７０との間の境界面に開口させるようにしてもよい。様々な別の実施形態によれば、軸受１６５０，１６６０は、様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、ドライブシャフト１０３０とケーシング１０１０との間の任意の他のタイプの回転結合器（例えば、他のタイプの軸受、ブッシングなど）で置き換えることができる。
図示された実施形態において、シール１５００は様々な構造を含むものとして記載されているが、本発明の範囲から逸脱することなく、シール１５００はより多くのまたはより少ない構造を含むことができる。例えば、シール１５１０，１５２０，１５５０のうちの一つまたは複数は、本発明の範囲から逸脱することなく省略されてもよい。
図６９は、圧縮機５１５０がメカニカルシール１５００の代わりにメカニカルシール５２００の代替の実施形態を使用する点を除いて、圧縮機１０００と概ね同様の構成を有する圧縮機５１５０を示す。メカニカルシール５２００は、概してシール１５００と同様であるので、同様のまたは同一の構成要素の重複する説明は省略する。メカニカルシール１５００の様々な構成要素（例えば、ラジアルシール１５５０、ベント１５６０、ラジアルシール１６００，１６１０および加圧された油圧流体流路１６２０）が軸方向に間隔を空けて配置された実施形態とは対照的に、メカニカルシール５２００の様々な構成要素は軸方向に互いに間隔を空けて配置されていることから、軸方向によりコンパクトなシールを提供することができる。図６９に示すように、圧縮機５１５０は、異なる形状のメカニカルシール５２００を収容するべくケーシング５２１０がわずかに異なる形状を有することを除いて、ケーシング１０１０と概ね同一のケーシング５２１０を備える。
図６９に示すように、シール５２００は、ケーシング５２１０に対してドライブシャフト１０３０と共に回転するようにドライブシャフト１０３０にしっかりと密封的に接続されるかまたは一体的に形成される環状カラー５２２０を含む。様々な実施形態において、カラー５２２０は様々な別の方法によってドライブシャフト１０３０に取り付けられてもよい（例えば、シャフト１０３０上に熱収縮される、シャフト１０３０上に接着される、シャフト１０３０上に溶接される、シャフト１０３０上に圧入される等）。様々な実施形態において、カラー５２２０とシャフト１０３０との間の漏れを防止するために、カラー５２２０とシャフト１０３０との間にＯリング５２３０が配置される。内側環状シール溝５２２０ａ、ｂ、および、外側環状シール溝５２２０ｃ、ｄが、ロータ１０４０に向かうおよびロータ１０４０から離れる方向のカラー５２２０の軸方向面に設けられる。面シール５２４０，５２５０，５２６０，５２７０は溝５２２０ａ、ｂ、ｃ、ｄに配置されて、カラー５２２０から離れる方向であってケーシング５２１０の嵌合する軸方向面５２１０ａ、５２１０ｂに向かってばね付勢されている。カラー５２２０とケーシング５２１０との間にベント５２９０が配置され、半径方向にカラー５２２０よりも外側に配置されている。ベント５２９０は、ケーシング５２１０内の流路５３００を介して圧縮機５１５０への吸入口に流体接続される。油圧流路５３１０は、加圧油圧流体（または他の流体）（例えば、ポンプ１３８０）の源を、シール５２５０，５２７０、面５２１０ｂ、およびカラー５２２０の間の空間５３３０に接続し、この空間５３３０を油圧流体によって加圧状態に保つ。
メカニカルシール５２００の動作を図６９を参照して説明する。作動流体が圧縮室１０２０から、面シール１５２０、面シール１５１０、面シール５２４０および面シール５２６０を順次通過して漏れると、漏れた作動流体はベント５２９０へと漏れ、漏れた作動流体は流路５３００を介して圧縮機５１５０の吸入口へと戻される。シール１５００と同様に、シール５２５０，５２７０によって形成された油圧パッキンと、空間５３３０内に配置された加圧流体は、ベント５２９０内に漏出した作動流体がシール５２５０，５２７０をさらに越えて漏れるのを防止する。圧縮機５１５０への吸入口の圧力は空間５３３０の圧力よりも低いので、漏れた流体は油圧パッキンを通って漏れるのではなく、吸入口へと戻るように流れる。
様々な実施形態において、シール５２００は様々なシールを追加または除去することによって変更がなされる。例えば、圧縮機５１５０は、圧縮室とベントとの間に、圧縮機１０００に含まれるよりも１つ多いシールを有する。特に、圧縮機５１５０では、圧縮室１０２０とベント５２９０との間に４つのシールが設けられている（すなわち、シール１５２０，１５１０，５２４０，５２６０）が、図示の圧縮機１０００は３つのシール（すなわちシール１５２０，１５１０，１５５０）が設けられている。しかしながら、別の実施形態では、より多くのまたはより少ない数のシールが、様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、圧縮室とベントとの間に配置され得る。例えば、シール１５２０，１５１０，５２４０，５２６０のうちの一つまたは複数を省略することができる。これに代えて、シール５２４０，５２６０のような更なるシールをカラー５２２０とケーシング５２１０の面５２１０ａとの間に延在させて、圧縮室１０２０からの漏れをさらに低減し、好ましくは、メカニカルシール全体を軸方向に伸ばすことなく、カラー５２２０および面５２１０ａ、ｂを半径方向に拡張してこのような追加のシールを配置してもよい。これに加えておよび／またはこれに代えて、シール５２００は、シール１５１０，５２４０の間の漏れ経路に沿って、ケーシング５２１０とシャフト１０３０との間に（例えば、シール１５５０のような）ラジアルシールを追加することによって変更されてもよい。これに加えておよび／またはこれに代えて、ベント５２９０は、シール１５２０，１５１０，５２４０，５２６０のうちの異なるもの同志の間の漏れ経路に沿って配置されてもよい。例えば、これに代えて、ベントを内面シール５２４０と外面シール５２６０との間の漏れ経路に配置してもよい。
図４１および図４３に示すように、様々な実施形態によれば、一つまたは複数の孔１０４０ａがロータ１０４０全体の軸方向に延在して、ロータ１０４０の軸方向両端部をシール１５２０から半径方向内向き方向に流体的に接続する。これらの孔１０４０ａは、圧縮された作動流体がロータ１０４０の一方の軸方向端部上のシール１５２０の１つを非対称的に通過してロータ１０４０の反対側の軸方向端部を超えて漏れ出す場合に、ロータ１０４０が圧縮室１０２０の軸方向の一端に向かって軸方向に押されるのを防いでいる。これに加えておよび／またはこれに代えて、ロータ１０４０の軸方向の両端部間の流体連通を、ロータ１０４０を通過するのではなく、ケーシング１０１０の端板１５４５（図５２参照）を通る流路を延ばすことによって提供してもよい。
図５２に示すように、様々な実施形態によれば、近接センサ１５８０（例えば、接触センサまたは非接触センサ、容量センサ、磁気センサなど）は、端板１５４５またはケーシング１０１０他の部分に対するロータ１０４０の軸方向の位置を監視する。センサ１５８０および関連するコントローラ（例えば、電子制御ユニット、アナログまたはデジタル回路、ＰＣなどのコンピュータ）は、検出された距離が所定の距離を超えるまたは所定の距離を下回った場合に、一つまたは複数のアクション（例えば、オーディオまたはビジュアルアラーム、圧縮機の非アクティブ化）を発生させてもよい。
図５５〜図４４には、別の実施形態に係る圧縮機２０００が示されている。圧縮機２０００は概して、上述の圧縮機と同様である。したがって、類似または同一の構成要素についての不必要な説明は省略する。圧縮機２０００は、圧縮室２０２０を画定する本体ケーシング２０１０と、ドライブシャフト２０３０と、ドライブシャフト２０３０に取り付けられドライブシャフト２０３０と共にケーシング２０１０に対して回転するロータ２０４０と、ケーシング２０１０に摺動可能に接続されて往復運動するゲート２０５０と、ゲート位置決めシステム２０６０とを備える。圧縮機２０００のゲート位置決めシステム２０６０は、上述の圧縮機のゲート位置決めシステムとは異なる。
図５５〜図５８に示すように、ゲート位置決めシステム２０６０は、本体ケーシング２０１０に（例えば、ボルトを使用してまたは一体形成によって）取り付けられたゲート位置決めシステムケーシング２０７０（図５６および図５８参照）、ドライブシャフト２０３０と共に回転するべくドライブシャフトに取り付けられた駆動プーリ２０８０、主ドライブシャフト２０３０の軸に平行なカム軸線を中心に相対回転するべくケーシング２０７０に回転可能に取り付けられたカムシャフト２０９０と、ケーシング２０７０に対してカムシャフト２０９０と共に回転するべくカムシャフト２０９０に取り付けられた従動プーリ２０９５と、プーリ２０８０，２０９５に接続されたベルト２１００と、カムシャフト２０９０と共に回転するべくカムシャフト２０９０に取り付けられた２つのカム２１１０と、シャフト２０３０，２０９０の回転軸と平行な軸周りにゲート支持部２１３０に対して回転するように、ゲート支持部２１３０に回転可能に取り付けられたカムフォロワ２１２０と、ケーシング２０７０，２０１０とゲート支持部２１３０との間に延在するばね２１４０と、を備える。
ゲート支持部２１３０は、ゲート２０５０の往復運動を駆動するためにゲート２０５０に取り付けられる。図５７に示すように、ゲート支持部２１３０は、ゲート２０５０内の大きな下側開口２０５０ａを通り抜けて、ゲート２０５０の上側シール縁部２０５０ｂ近くのゲート２０５０の上側部分に（例えば、ネジ接続、保持キーまたはリング、保持ピン２１３５（図５７に示すように）などを介して）しっかりと取り付けられている。下側開口部２０５０ａは、ゲート支持部２１３０がゲート２０５０の下部に接触しないように、ゲート支持部２１３０と比較して大きく形成されている。様々な実施形態によれば、大きく形成された下側開口２０５０ａを通過させてゲート支持部２１３０を延在させることにより、ゲート支持部２１３０の位置に対するゲート２０５０のシール２０５０ｂの位置決めに熱膨張／熱収縮が及ぼす影響を制限する。特に、ゲート２０５０がゲート支持部２１３０に取り付けられる部分下方のゲート２０５０の熱膨張は、ゲート支持部２１３０に対するゲートのシール２０５０ｂの位置決めに影響を与えない。様々な実施形態によれば、これにより、圧縮機２０００の使用中にゲート２０５０が熱膨張または熱収縮するとき、ロータ２０４０に対してより精密で正確にゲートシール２０５０ｂを位置決めできる。
図５６および図５７に示すように、ゲート支持部２１３０は、リニア軸受２１３７（またはブッシングなどの他の直線的な接続部）を介してケーシング２０７０および／または２０１０に摺動可能に取り付けられて、ゲート支持部２１３０がゲート２０５０の往復方向 （図５６および図５７に示す上下方向）に移動可能にする。ばね２１４０の上端は、ケーシング２０７０および／またはケーシング２０１０のばね保持部分に当接する。ばね２１４０の下端は、ばね固定部２１５０または他の適切な結合部材を使用してゲート支持部２１３０に接続される。その結果、圧縮ばね２１４０は、ロータ２０４０から離れる方向に下方に且つカム２１１０に向かってゲート支持部２１３０およびゲート２０５０を押す。
圧縮機２０００の動作中、ドライブシャフト２０３０はプーリ２０８０を回転駆動し、プーリ２０８０はベルト２１００を回転駆動し、ベルト２１００はカム２１１０を回転駆動するシャフト２０９０を回転駆動する。カム２１１０の回転は、ばね２１４０のばね付勢に抗して、カムフォロワ２１２０、ゲート支持部２１３０およびゲート２０５０を、ロータ２０４０に向かって上方に駆動する。ベルト２１００およびプーリ２０８０，２０９５は、圧縮機２０００の動作中にロータ２０４０が回転する間に、ゲート位置決めシステム２０６０がゲート２０５０のシール２０５０ｂをロータ２０４０に近接した状態（例えば、ロータの０．１、０．０５、０．０４、０．０３、０．０２、０．０１、０．００５、０．００４、０．００３、０．００２および／または０．００１ｍｍの範囲内）に保つようにタイミングがとられ、カム２１１０はそのように構成される。したがって、ゲート位置決めシステム２０６０は、概して、図１に示したゲート位置決めシステムと同様に動作するが、圧縮機２０００ではスプリングとカムとの相対的な役割が逆になっている（すなわち、カム２１１０はゲート２０５０をロータ２０４０から離れるように付勢するのではなく、ロータ２０４０に向かって押し、ばね２１４０はゲート２０５０をロータ２０４０に向かって付勢するのではなく、遠ざける方向に付勢する）。
これに限定されないが、様々な実施形態によるゲート位置決めシステム２０６０において、往復運動構成要素（例えば、ゲート２０５０、ゲート支持部２１３０、カムフォロワ２１２０、ばね２１４０の一部分およびばね固定部２１５０）の質量は、そのような往復運動を駆動するのに必要な力を小さくするべく、相対的に小さく保たれる。様々な実施形態によれば、往復運動質量を小さくすることにより、圧縮機２０００の運転速度（ＲＰＭの点で）を大きくすることができる、ならびに／または、ばね２１４０およびシステム２０６０の他の構造的構成要素の小型化を容易にすることができる。
図示の実施形態では、カムシャフト２０９０は、プーリ２０８０，２０９５およびベルト２１００を介してベルト駆動される。しかしながら、別の実施形態によれば、カムシャフト２０９０は、ドライブシャフト２０３０からカムシャフト２０９０に回転を伝達するための他の適切な機構（例えば、チェーン駆動、歯車駆動など）によって駆動されてもよい。
図５６〜図５８に示すように、ケーシング２０７０は、ゲート位置決めシステム２０６０の多くの構成要素を取り囲む。図示の実施形態では、ゲート２０５０／ケーシング２０１０境界面を介した周囲環境への唯一の作動流体漏れ経路は、ケーシング２０７０の穴２０７０ａとケーシング２０７０の側面のカムシャフト２０９０との間の交差部を介した経路であり、カムシャフト２０９０はプーリ２０９５によって駆動されるべくケーシング２０７０を通って当該交差部に突出している。図５７に示すように、油圧パッキン２１７０は、カムシャフト２０９０とケーシング２０７０との間のこの漏れ経路／交差部をシールする。様々な実施形態によれば、油圧パッキン２１７０は、上述した油圧パッキン１５９０と同様または同一の構成であってもよく、（例えば、シール１６００，１６１０に類似または同一の）対向ラジアルシールを備え、当該対向するラジアルシールの間に油圧流路（例えば、流路１６２０と類似または同一である）を有する。油圧ポンプ１３８０は、シール間の空間に通じる開口／流路（例えば、開口／流路１６３０と同様または同一）を介して油圧パッキン２１７０へと、加圧された油圧流体を供給することができる。その結果、油圧パッキン２１７０内の圧力がケーシング２０７０内の圧力を超え、流体（例えば、ゲート２０５０を通ってケーシング２０７０の容積に漏れた作動流体）のケーシング２０７０からの漏出が防止される。ケーシング２０７０は、圧縮室２０２０を出た作動流体によって加圧されてもよく、その圧力によって流路を通じた更なる漏れを防止することができる。
これに加えておよび／またはこれに代えて、図５６に示されるように、ベント通路２１８０は、ケーシング２０７０の内部を吸入口と（例えば、吸入口マニホールド２１９０またはケーシング２０１０の吸入口への直接接続を介して）流体的に接続することができる。このようなベント通路２１８０は、ケーシング２０７０内の圧力が油圧パッキン２１７０内の油圧よりも低く保たれるようにして、ケーシング２０７０内の作動流体が油圧パッキン２１７０を通って漏れないようにする役割をする。
別の実施形態では、油圧パッキン２１７０は、任意の他の適切なシールで置き換えてもよく（例えば、対向するシール間に著しい圧力差が生じる場合に回転シャフトをシールするように設計された従来の気密シール）、または、様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、油圧パッキンを全て設けなくてもよい（例えば、ゲート２０５０のシールが十分である場合）。
別の実施形態によれば、ケーシング１０１０および２０７０はプーリ２０８０，２０９５およびカムシャフト２０９０を完全に囲むように軸方向に延在し、圧縮機２０００の主ドライブシャフト２０３０のみがケーシング２０１０，２０７０から延出し、圧縮機２０００を密閉するには、ドライブシャフト２０３０と細長いケーシングとの間のシール２１７０のような一つのメカニカルシールのみが必要である。
図５９〜図６０には、別の実施形態に係る圧縮機３０００が示されている。圧縮機３０００は概して、上述の圧縮機２０００と同様である。したがって、類似または同一の構成要素についての不必要な説明は省略する。圧縮機３０００は、互いに軸方向に離間した更なる２つの副圧縮機が追加されている点で、圧縮機２０００とは異なる。したがって、圧縮機３０００は、３つの副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃを備える。圧縮機３０００は、３つの圧縮室３０２０ａ、３０２０ｂ、３０２０ｃを画定する本体ケーシング３０１０と、駆動軸３０３０と、駆動軸３０３０と共にケーシング３０１０に対して回転するように駆動軸３０３０に取り付けられた３つのロータ３０４０ａ、３０４０ｂ、３０４０ｃと、ケーシング３０１０に摺動可能に接続されて往復運動をする３つのゲート３０５０ａ、３０５０ｂ、３０５０ｃと、カムシャフト３０９０に取り付けられた３つのカム３１１０ａ、３１１０ｂ、３１１０ｃを有するゲート位置決めシステム３０６０と、３つのカムフォロワ３１２０ａ、３１２０ｂ、３１２０ｃと、３つのゲートサポート３１３０ａ、３１３０ｂ、３１３０ｃと、３つのばね３１４０ａ、３１４０ｂ、３１４０ｃとを備える。圧縮機２０００のゲート位置決めシステム２０６０は、上述の圧縮機のゲート位置決めシステムとは異なる。符号に付与されているａ、ｂ、およびｃのセット（例えば、圧縮室３０２０ａ、ロータ３０４０ａ、ゲート３０５０ａ、カム３１１０ａ、カムフォロワ３１２０ａ、ゲート支持部３１３０ａおよびばね３１４０ａ）はそれぞれ、圧縮機２０００の対応する構成要素とほぼ同じ態様で動作する。
圧縮機３０００の入口マニホールド３５００は、副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃのそれぞれの入口に流体接続する。様々な実施形態によれば、３つの副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃの作動流体吸入口は、マニホールド３５００の各下流に流体接続する。同様に、３つの副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃの圧縮された作動流体の吐出口は、圧縮機の吐出マニホールド３５１０に再結合する。様々な実施形態によれば、吐出流路が互いに結合する場所の上流の各副圧縮機の吐出口に逆止弁が配置される。
様々な実施形態によれば、逆止弁は、各副圧縮機の入口の下流に配置され、そこから入口流路がそれぞれの副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃに向かって分岐して（例えば、下流または入口マニホールド３５００内に）、副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃの異相運転中に、チャンバ３０２０ａ、３０２０ｂ、３０２０ｃの一つから別のチャンバ３０２０ａ、３０２０ｂ、３０２０ｃへと逆流するのを防ぐ。
図５９および図６０に示すように、圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃの圧縮サイクルは互いに１２０°位相がずれている。したがって、副圧縮機３０００ａがその圧縮サイクルを開始する時、副圧縮機３０００ｂはそのサイクルの途中であり、副圧縮機３０００ｃはそのサイクルの２／３である。副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃをこのように位相をずらして配置することにより、圧縮機３０００に印加される最大瞬時トルクが低減され、圧縮機３０００の駆動軸３０３０を駆動するために使用されるエンジン、モータまたは他の回転駆動装置のサイズ／出力／ＨＰを低減することができる。また圧縮機３０００の三相動作では、ゲート位置決めシステムの往復運動が３つの副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃにわたって概ね平衡になるので、振動を低減することができる。圧縮機３０００の三相動作は、（圧縮機２０００における単一の大きなバーストとは異なり）圧縮流体流がドライブシャフト３０３０の１回転毎に連続した３つのバーストに分割されるので、圧縮機３０００の下流（例えば、吐出マニホールド３５１０内）の圧力スパイクを減少させることもできる。さらに、圧縮機２０００では単一のゲートスロットであったが、圧縮機３０００を三相動作とすることにより補強構造を有する３つのゲートスロットとなるので、ケーシング３０１０の強度を増加させ、ゲートの周りのケーシング３０１０の必要となる補強を削除できる。より狭いゲート３０５０ａ、３０５０ｂ、３０５０ｃまたはロータ３０４０ａ、３０４０ｂ、３０４０ｃ（または圧縮機３０００の他の構成要素）は長くないことから、より簡単に製作できるので、圧縮機３０００を三相動作とすることは圧縮機３０００のコストを低減することができると言える。圧縮機３０００の三相動作では、隣接する圧縮室３０２０ａ、３０２０ｂ、３０２０ｃの間に軸受を配置することができるため、ドライブシャフト３０３０の撓みを減少させることができ、 ロータ３０４０ａ、３０４０ｂ、３０４０ｃとケーシング３０１０との間の小さな許容誤差を依然として維持しつつより安価な駆動軸３０３０および他の構成要素を採用可能となることから、圧縮機３０００のコストを低減できる。
図示された圧縮機３０００は、３つの副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃを備えるが、様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、圧縮機はより多くのまたはより少ない副圧縮機を備えることができる（例えば３６０／ｎ、ｎは１より大きい整数であり、好ましくは１００より小さい整数（例えば、２，３，４，５，６，７，８，９，１０））。
これに代えて、３つの別個の圧縮機（例えば、圧縮機１０００，２０００，５１５０のような上述の圧縮機のいずれか）を使用して圧縮機３０００の多相化を導入してもよい。この場合、それぞれのドライブシャフトを（例えば、歯車、ベルト等を介して、共通の駆動軸に沿って互いに軸方向に離間するように軸方向に圧縮機が配置されるような共軸上の直接搭載によって）接続され、上記で説明した副圧縮機３０００ａ、３０００ｂ、３０００ｃが互いに位相がずれているのと同様に、圧縮機１０００，２０００，５１５０も互いに位相がずれるように設けられる。
図６１〜図６５には、別の実施形態に係る圧縮機４０００が示されている。圧縮機４０００は、直線的に往復運動するゲート１１１０ではなく、旋回ゲート４０５０を使用する点を除いて、概して上述の圧縮機２０００と同様である。したがって、類似または同一の構成要素についての不必要な説明は省略する。圧縮機４０００は、圧縮室４０２０（図６１〜図６２参照）を画定する本体ケーシング４０１０、ケーシング４０１０に回転可能に取り付けられたドライブシャフト４０３０、ケーシング４０１０に対してドライブシャフト４０３０と共に回転するようにドライブシャフト４０３０に取り付けられたロータ４０４０（図６１〜図６２を参照）、ゲート軸４０５５の周りでケーシング４０１０に対して共通の旋回運動をするべくゲートシャフト４０５２に取り付けられたゲート４０５０、ゲート位置決めシステム４０６０、圧縮室４０２０の吐出口４１６０と流体連通する吐出口マニホールド４１５０、圧縮室４０２０の吸入口４１８０と流体連通する吸入口マニホールド４１７０とを備える。
図６１〜図６２に示すように、吸入口４１８０はゲート４０５０を貫通している。これにより、より大きな吸入口４１８０面積ならびにより効率的なガス流路を実現している。しかしながら、別の実施形態では、吸入口４１８０は、様々な実施形態の範囲から逸脱することなく、ゲート４０５０から離間していてもよい。
図６３〜図６５に示すように、ゲート位置決めシステム４０６０は、ドライブシャフト４０３０と共に回転するようにドライブシャフト４０３０に取り付けられるカム４１１０を有する。カム４１１０のカム外形は、一般的に、ロータ４０４０の輪郭を模倣（ただし、カム４１１０がカムフォロワ４１２０をゲート４０５０に対して駆動するように旋回位置に基づく変化を考慮して変更可能である）し、更に、カム４１１０に当接し軸４０５５（図６３〜図６５参照）周りにケーシング４０１０に対してシャフト４０５２およびゲート４０５０と共に共通回動するようにゲートシャフト４０５２に取り付けられたカムフォロワ４１２０、および、ケーシング４０１０とゲート４０５０の間に配置されてゲート４０５０を枢動させるようにロータ４０４０に向かって付勢するばね４１４０の輪郭を模倣する。ロータ４０４０が回転すると、ゲート位置決めシステム４０６０は、ゲートのシール縁部４０５０ａをロータ４０４０の近くに保持する。ばね４１４０は、ゲート４０５０をロータ４０４０に向けて付勢する一方、カム４１１０およびカムフォロワ４１２０はその力を相殺して、シール縁部４０５０ａが圧縮機４０００の動作中にロータ４０４０の表面に近接して追従するようにしている。
旋回ゲート４０５０は、圧縮室４０２０内で旋回ゲート４０５０の圧縮流体吐出口４１６０側に蓄積する圧力抗する役割をする。図６１〜図６２に示すように、圧縮室４０２０の圧縮容積（図６１および図６２に示す右側）の高圧に曝されるゲート４０５０の凸状の半円筒形の面は、ゲートシャフト４０５２およびゲート軸４０５５と同心である。このように構成することにより、ゲート４０５０を枢動させることなく、圧力負荷がゲート４０５０を介してシャフト４０５２に直接伝達される。シャフト４０５２を介してケーシング４０１０へと直接力が伝達することで、ゲート４０５０の撓みを減少させ、シール縁部４０５０ａをロータ４０４０の近くに保ちながら、圧縮機４０００の圧縮サイクル毎にゲート４０５０を往復回動させるのに必要な力を低減する。
様々な実施形態によれば、ゲート４０５０およびシャフト４０５２は一体的に形成されてもよい。
図示の実施形態では、ねじりばね４１４０は、ゲート４０５０をロータ４０４０に向かって付勢する。しかしながら、本発明の範囲から逸脱することなく、任意の他の適切な力付与機構（例えば、シャフト４０５２およびゲート４０５０上にトルクを付与するべく、ゲート４０５０またはシャフト４０５２に取り付けられたレバーアームとケーシング４０１０との間に設けられた圧縮ばねまたは引っ張りばね、モータ、磁石など）を使用してもよい。
図６６には、別の実施形態に係る圧縮機５０００が示されている。圧縮機５０００は、圧縮機１０００のゲート支持ガイド１０７５とは異なるタイプのゲート支持ガイド５０７５を使用する点を除いて、圧縮機１０００と同じである。同一構造についての重複する説明は省略する。
図６６に示すように、ゲート支持ガイド５０７５は、３つの部分５０７５ａ、５０７５ｂ、５０７５ｃに分けられる。ガイド部５０７５ａ、５０７５ｃは、ゲート支持部５０５０の往復直線運動を（図６６に示すように上下方向に）可能にするようにゲート支持部５０５０を案内するゲート支持ブッシングまたは軸受５０８０を備える。中央ガイド部５０７５ｂは、筐体１０１０に取り付けられている（または筐体１０１０と一体的に形成されている）。中央ガイド部５０７５ｂは、リニア軸受５０９０を介してガイド部５０７５ａ、５０７５ｃに接続されている。リニア軸受５０９０は、外側ガイド部５０７５ａ、５０７５ｃが中央ガイド部５０７５ｂに向かっておよび中央ガイド部５０７５ｂから離れるように（図６６に示す矢印５１００に沿って、図６６における左右方向）移動することを可能にする。リニア軸受５０９０は、外側ガイド部５０７５ａ、５０７５ｃが矢印５１００に垂直な方向（すなわち、図６６の紙面に向かう／離れる方向）に中央ガイド部５０７５ｂに対して移動することを防止する。リニア軸受５０９０は、圧縮機５０００の様々な部分（例えば、ゲート支持ガイド５０７５とゲート支持クロスアーム５０５５との間）の相対的な熱膨張を補正するために使用される。リニア軸受５０９０が使用されない場合、ゲート支持軸受５０８０が、ゲート支持部５０５０を矢印５１００の方向に押すまたは引っ張って支持部５０５０が軸受５０８０に対して拘束されてしまう場合がある。
様々な別の実施形態によれば、リニア軸受５０９０は、ゲート支持部５０５０が矢印５１００の方向に移動することを可能にする別の直線運動デバイスと置き換えることができる。例えば、リニア軸受５０８０に対してゲート支持部５０５０をわずかに小さく形成することによって、熱成長を説明することができる。これに加えておよび／またはこれに代えて、リニア軸受５０８０が必要に応じて熱的な成長のために軸方向（矢印５１００の方向）に動くことができるようにゲートケーシング５０７５のスロット孔にリニア軸受５０８０を嵌合してもよく、垂直方向（すなわち、図６６の紙面の方向に）移動することが制限されるまたは排除される。
図７０〜図７４には、別の実施形態に係る圧縮機６０００が示されている。圧縮機６０００は、以下に記載される点以外は、圧縮機１０００とほぼ同じまたは同一である。よって、圧縮機１０００の構造または特徴と同一または類似の圧縮機６０００の構造および特徴の重複する説明は省略される。
図７０〜図７３に示すように、圧縮機６０００には、圧縮機６０００の一つまたは複数の端部から外側へと延在するドライブシャフト６０２０以外の圧縮機６０００の多くのまたは全ての可動部品を囲むケーシング６０１０が追加されている。
図７３に示すように、ケーシング６０１０の上部６０３０は、圧縮機６０００の圧縮室６０４０を画定する本体ケーシングと一体的に形成されてもよい。吸入口および吐出口マニホールド６０５０，６０６０はそれぞれ、ケーシング６０１０の上側部分６０３０に一体的に形成されてもよい。上側部分６０３０は、静圧軸受６０７０およびゲート６０８０を構造的に支持し、ケーシングを補強するための補強構造を有して軸受６０７０およびゲート６０８０からの圧力によって引き起こされる撓みに抗するようにしてもよい。
図７０および図７１に示すように、ケーシング６０１０はまた、ばね６１１０を収容する内部空洞を有する下側部分６１００を含む。上側部分６０３０は下側部分６１００にボルト止めされるまたは他の方法で取り外し可能に取り付けられて、上側部分６０３０および圧縮機６０００の主要構成要素が下側部分６１００から（例えば、保守または交換のために）取り外し可能になるようにしてもよい。ばね６１１０は、上側部分６０３０および圧縮機６０００の主要構成要素と共にユニットとして構成されて取り外し可能であってもよい。これに代えて、上側部分６０３０が取り外されたときに、ばねは下側部分６１００に残るようにしてもよい。
様々な実施形態によれば、下側部分６１００は、流体リザーバがケーシング６０１０内に設けられるように、圧縮機の油圧システムおよび潤滑システムからの油溜めを備えてもよい。
図７０に示すように、ケーシング６０１０は、カムおよびカムフォロワ（例えば、図４０に示すようにカム１０５０およびフォロワ１０６０）を包囲して保護するカムカバー６１３０も含む。潤滑剤分配システム６１４０（例えば、オイルポンプおよびオイル充填リザーバ）は、導管６１５０を介してカバー６１３０の内部に接続されて、潤滑剤をカムおよびカムフォロワに、特にカムとカムフォロワとの間の界面（図３９に示されている）に塗布（例えば、噴霧または滴下）する。様々な実施形態では、システムはオイルバスを形成するように構成されてもよく、カムおよびカムフォロワの一部が、動作の一部または全体の間、オイルバスに沈められてもよい。このシステムは、カムおよびカムフォロワに提供される潤滑を最大にするように最適なオイルレベルを生成すると同時に、オイル飛散、オイル内の気泡の発生などの悪影響を最小限に抑えるように構成され得る。図７０では、システム６１４０がケーシング６０１０の外側にあるものとして示されているが、例えば、これに代えて、システム６１４０全体および導管６１５０がケーシング６０１０の内側に配置されてもよい。図７２に示すように、回転シール６１６０は、シャフト６０２０とカバー６１３０との間の回転界面をシールする。このようなシール６１６０は、メカニカルシール（例えば、リング）を含んでもよい。ドライブシャフトを通過してカバー６１３０の内部に漏れる可能性のある作動流体が、カバー６１３０およびケーシング６０１０外部の周囲環境にさらに漏出するのを防止するために、シール６１６０は、排水および静水圧を提供するシール１５００，６２００のようなマルチパート油圧シールを含んでもよい。
図７３に示すように、上側部分６０３０内のオイル導管６１７０は、静圧軸受６０７０にオイルを供給することができる。静圧軸受６０７０は、（単一のＯ型または楕円形の軸受ではなく）ゲート６０７０をその間に挟む別の２つの軸受パッド６０７０ａ、ｂ（図７３の右側および左側に示す）を含む。ツーピース軸受６０７０は、軸受６０７０およびゲート６０８０がケーシング６０１０の上側部分６０３０に形成された合致するスロットに挿入された時に、軸受６０７０およびゲート６０８０の研削を容易にすることによい、軸受６０７０およびゲート６０８０の間の隙間を減少させる。
図７４に示すように、ゲート環状機械的／油圧シール６２００がゲート６０８０を取り囲み、圧縮室６０４０の内部を、静圧軸受６０７０およびケーシング６０１０の下側部分６１００から密封する。ゲート環状油圧シール６２００は、シール６２００が回転ドライブシャフトではなく往復ゲート６０８０をシールする以外は、シール１５００と同様に圧縮室６０４０を外部環境から隔離するよう機能する。シール６２００は、圧縮室６０４０から軸受６０７０に向かって順に、第１のシール６２１０、排出溝（例えばベント）６２２０、第２のシール６２３０、油圧流体溝６２４０、および第３のシール６２５０を含む。様々な実施形態によれば、シール６２１０，６２３０，６２５０および溝６２２０，６２４０は、ゲート６０８０の全周囲に連続して延在する。シール６２１０，６２３０，６２５０は、それぞれ、Ｏ−リングのような単一の連続シールであってもよい、または、ゲート６０８０の周りに完全な外周を合わせて形成する複数の部分からなるシールであってもよい。
別の実施形態では、シール６２１０，６２３０，６２５０および溝６２２０，６２４０は、ゲート６０８０の周りに連続的に延在するのではなく、二組のシールおよび溝によって形成される。一組はゲート６０８０の吸入口側に配置され、もう一組はゲート６０８０の吐出口側に配置される。
図７４に示すように、排出溝（例えば通気口）６２２０は流路６２８０を介して吸入口マニホールド６０５０に流体接続され、圧縮室６０４０から第１のシール６２１０を越えて漏れた作動流体は低圧吸入口マニホールド６０５０へと戻されて、圧縮室６０４０に再注入される。
図７４に示すように、静圧流体溝６２４０は、加圧流体源（例えば、油圧ポンプ１３８０）から流路６２９０を介して溝６２４０に圧送される油圧流体（または他の適切な流体）によって加圧される。
図７４に示すように、シール６２００は、シール６２１０，６２３０，６２５０および溝／ベント６２２０，６２４０を支持し、流路６２８０，６２９０の一部を画定するハウジング／本体６３００を含む。流路６２８０，６２９０の他の部分は、ケーシング部分６０３０または他の構造によって画定されてもよい。シール６２００およびその構成要素は、好ましくは、単一ユニットとしてケーシング部分６０３０内の所定位置に取り外し可能に挿入される。図７４に示すように、シール６２００は、ケーシング部分６０３０の嵌合スロットに下方から挿入される。更なるシールリング６３１０によって、シール６２００の本体６３００とケーシング６０３０との間の境界面がシールされる。
シール６２００の機能を図７４を参照して説明する。ゲート６０８０が貫通する開口部を介して圧縮室６０４０から作動流体（例えば、圧縮されている天然ガス）が漏出する場合、作動流体はシール６２１０とゲート６０８０との間で漏出している可能性がある。作動流体がシール６２１０を通過して漏れた場合、流体はベント６２２０に到達して、流路／ポート６２８０を介して流体が低圧圧縮機吸入口６０５０に戻り、吸入口６０５０との流体連通によって当該流体は吸入口６０５０での圧力に維持される。第２のシール６２３０と第３のシール６２５０との間の領域は、流路６２９０および溝６２４０を通って供給される油圧流体によって、入口６０５０の圧力より高い圧力まで加圧される。それにより、作動流体がシール６２３０，６２５０および溝６２４０を越えてさらに漏れることを防ぐ。吸入口６０５０が溝６２４０よりもかなり低い圧力にあるので、漏出した作動流体は、シール６２３０，６２５０および溝６２４０を通過するのではなく、溝６２２０および流路６２８０を通って吸入入口６０５０に戻る。したがって、シール６２００を通る作動流体の漏れが低減される、好ましくは排除される。
様々な代替の実施形態によれば、シール６２１０，６２３０，６２５０のような追加のシール、および、ベント６２２０，６２４０のような対応するベントは、これらシールのうちの第１のシールとこれらシールのうちの最後のシールと間の漏れ経路に沿って配置されてもよく、これらシールがベント／溝６２２０，６２４０のそれぞれを分離し、複数の排出ベント６２２０を吸入口および／または複数の加圧されたベント／溝６２４０へと戻す。様々な実施形態によれば、漏れ経路に沿ったそのようなシールの総数は、３〜５０個のであってもよい。
別の実施形態によれば、第１のシール６２１０およびベント６２２０を設けずに、メカニカルシール６２００が加圧溝／ベント６２４０に依存してシール６２００を横切るような漏れを阻止するようにしてもよい。代替の実施形態によれば、第３のシール６２５０およびベント／溝６２４０を設けずに、メカニカルシール６２００がベント６２２０に依存してシール６２３０を越える漏れを阻止するようにしてもよい。
様々な実施形態では、圧縮機６０００の動作中にドライブシャフト６０２０上のねじり負荷を低減するべく、ドライブシャフト６０２０の一端または両端にフライホイールを追加することができる。
様々な実施形態によれば、上記で説明した圧縮機（例えば、圧縮機１０００，２０００，３０００，４０００，５０００，５１５０，６０００）のいずれかの構成要素または特徴（例えば、静圧軸受１３００、メカニカルシール１５００、多相流体の圧縮等）を、上記で説明した別の圧縮機で採用してもよい。例えば、吐出マニホールド１１６０が、図２８に示す圧縮機のゲートケーシング１５０の吐出口側１５４に取り付けられ、吐出ポート４３５を通って排出される圧縮流体を受け取るようにしてもよい。
上記の好ましい実施形態を、膨張機として動作するように変更することができる。また、説明するために、上側および下側ならびに他の方向を用いたが、構成要素（例えば、ロータケーシング４００の底部のゲート６００）の向きは、本発明の実施形態を限定する事項として解釈されるべきではない。
上述した様々な実施形態は、ロータおよびドライブシャフトが圧縮室に対して一緒に回転するように、ドライブシャフトにしっかりと取り付けられたロータに依存するロータリー圧縮機を備えるが、これらの実施形態または本発明の範囲から逸脱することなく、上述した様々な特徴を、他のタイプの圧縮機（例えば、ローリングピストン、スクリュー圧縮機、スクロール圧縮機、ローブ圧縮機、液封圧縮機、および、ロータリーベーン圧縮機）に使用することができる。例えば、上述した静圧軸受装置１３００は、そのような実施形態または発明の範囲から逸脱することなく、移動ゲート／ベーンを使用する様々な他のタイプの圧縮機（例えば、ローリングピストン圧縮機、ロータリーベーン圧縮機など）に組み込むことができる。
本発明の様々な実施形態の上記の説明は、当業者が現在その最良の形態であると考えられるものを製造し使用することを可能にするが、当業者であれば、本明細書で説明した本発明の特定の実施形態、方法および実施例の変形、組み合わせおよび等価物が存在することは理解できる。したがって、本発明は、上述の実施形態、方法および実施例によって限定されるものではなく、本発明の範囲および精神のすべての実施形態および方法によって限定されるべきである。
したがって、前述の詳細な説明は、限定ではなく例示としてみなされるべきであり、本発明の精神および範囲を規定する全ての等価物を含む以下の特許請求の範囲であると理解されるべきである。クレーム要素の要件を満足する要素が複数である可能性を強調するために「少なくとも１つ」とのフレーズが使用されるが、冠詞「ａ」は単数のみを意味するものと解釈されるべきではない。冠詞に「Ａ」および「ａ」が使用された構成要素であっても、特に明記しない限り、複数の要素である場合も含まれる。

Claims (36)

  1. 圧縮室を画定する内壁を有するケーシングと、
    前記ケーシングに対して共に回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたドライブシャフトおよびロータと、
    前記ケーシングに対して旋回するように前記ケーシングに結合されたゲートと、を備える圧縮機であって、
    前記ロータは非円形の外形を有し、
    前記ゲートはシール縁部を有し、
    前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記ケーシングに対して移動可能である、圧縮機。
  2. 前記圧縮機は容積型ロータリー圧縮機を含む、請求項１に記載の圧縮機。
  3. 前記ゲートに結合されるゲート位置決めシステムを更に備え、
    前記ゲート位置決めシステムは、前記シール縁部が前記ロータが回転する間に前記ロータの近傍に保持されるように、前記ロータが回転する間に前記ゲートを往復回動させるように構成される、請求項１に記載の圧縮機。
  4. 前記ゲートは、前記圧縮容積に晒される半円筒形の面を有し、
    前記ゲートは、ゲート軸周りに前記ケーシングに対して旋回するように前記ケーシングと結合され、
    前記半円筒形の面は前記ゲート軸と同心である、請求項３に記載の圧縮機。
  5. 前記圧縮室は、吸入口および吐出口を有し、
    前記圧縮機は、前記吸入口を介して作動流体を前記圧縮室に吸い込み、前記吐出口を介して前記圧縮室から前記作動流体を吐出し、
    圧縮比は、（ｂ）前記吐出口を介して前記圧縮室から吐出される前記作動流体の絶対吐出圧力に対する、（ａ）前記吸入口における前記作動流体の絶対入口圧力の比、である、請求項３に記載の圧縮機。
  6. 前記圧縮比は、１５：１〜１００：１である、請求項５に記載の圧縮機。
  7. 前記圧縮機は、作動流体が、前記吸入ポートにおける液体体積割合が少なくとも１％である多相流体になるように構成される、請求項３に記載の圧縮機。
  8. 前記圧縮機は、動作時に、圧縮された作動流体が２７５〜６０００ｐｓｉｇの吐出圧力で前記圧縮機から吐出されるように構成される、請求項３に記載の圧縮機。
  9. 前記圧縮室は、吸入口および吐出口を有し、
    前記内壁は円筒形状を有し、
    前記ロータは、前記内壁の湾曲に対応し一定半径を有するシール部分と、前記シール部分の前記一定半径よりも小さい一つまたは複数の半径を有する非シール部分と、を備える、請求項３に記載の圧縮機。
  10. 圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有するケーシングと、
    前記ケーシングに対して共に回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたドライブシャフトおよびロータと、
    前記ケーシングに対して移動するように前記ケーシングに結合されたゲートと、を備える圧縮機であって、
    前記ロータは非円形の外形を有し、
    前記ゲートはシール縁部を有し、
    前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記ケーシングに対して移動可能であり、
    前記吸入口および前記吐出口は、前記シール縁部の両側に互いに対向するように配置されており、
    前記圧縮機は、前記吐出口と流体連通する吐出マニホールドを更に備え、
    前記吐出口は、前記ドライブシャフトの回転軸と平行な方向に細長くなるように形成されており、
    前記吐出マニホールドは内側流路を画定し、
    前記内側流路は、前記マニホールドへの入口と前記マニホールドからの出口との間の断面形状によって変化し、
    前記吐出マニホールドは、前記作動流体の流れを前記吐出マニホールドへと向かわせるべく前記内側流路に設けられた複数のベーンを含む、圧縮機。
  11. 前記複数のベーンは、前記吐出マニホールドを通過する作動流体の層流を促進するように構成されている、請求項１０に記載の圧縮機。
  12. 圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有するケーシングと、
    前記ケーシングに対して回転するように前記ケーシングに結合されたロータと、
    前記ケーシングおよび前記ロータのうちの一方に対して移動するべく、前記ケーシングおよび前記ロータのうちの前記一方に可動に結合されたゲートと、を有する圧縮機であって、
    前記ゲートはシール縁部を有し、
    前記ゲートは、前記ロータが回転する時に、前記ケーシングおよび前記ロータのうちの他方の近傍に前記シール縁部が位置するように構成され、
    前記圧縮機は、（１）前記ゲートと、（２）前記ケーシングおよび前記ロータのうちの前記一方と、の間に配置されて、前記圧縮機の動作中に前記ゲートが移動する時の摩擦を低減する静圧軸受装置を更に備える、圧縮機。
  13. 前記ケーシングおよび前記ロータのうちの前記一方は、前記ケーシングであり、
    前記ゲートは、前記ケーシングに対して移動するように前記ケーシングと結合され、
    前記ゲートは、前記圧縮室内を吸入容積と圧縮容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記ケーシングに対して移動し、
    前記吸入口および前記吐出口は、前記シール縁部の両側に互いに対向するように配置されている、請求項１２に記載の圧縮機。
  14. 前記静圧軸受装置は、前記ゲートの吸入口側に設けられた第１および第２の吸入側静圧軸受、ならびに、前記ゲートの吐出口側に設けられた第１および第２の吐出側静圧軸受を含み、
    前記第１および第２の吸入側静圧軸受は、前記ゲートの移動方向に沿って互いに間隔を空けて並べられており、
    前記第１および第２の吐出側静圧軸受は、前記ゲートの移動方向に沿って互いに間隔を空けて並べられている、請求項１３に記載の圧縮機。
  15. 前記ケーシングに対して前記ロータと共に回転するように前記ケーシングと結合されたドライブシャフトを更に備え、
    前記ロータは非円形の外形を有する、請求項１２に記載の圧縮機。
  16. 圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有する圧縮室ケーシングと、
    前記圧縮室ケーシングに対して共に回転するように前記圧縮室ケーシングと結合されたドライブシャフトおよびロータと、
    前記圧縮室ケーシングに対して移動するように前記圧縮室ケーシングに結合されたゲートと、を備える圧縮機であって、
    前記ゲートはシール縁部を有し、
    前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記圧縮室ケーシングに対して移動可能であり、
    前記吸入口および前記吐出口は、前記シール縁部の両側に互いに対向するように配置されており、
    前記圧縮機は、前記ゲートに結合されるゲート位置決めシステムを更に備え、
    前記ゲート位置決めシステムは、前記シール縁部が前記ロータが回転する間に前記ロータの近傍に保持されるように、前記ロータが回転する間に前記ゲートを往復動させるように構成され、
    前記ゲート位置決めシステムは、
    前記圧縮室ケーシングに対して回転するように前記圧縮室ケーシングに回転可能に結合されるカムシャフトと、
    前記圧縮室ケーシングに対して前記カムシャフトと同心回転するように前記圧縮室ケーシングに回転可能に結合されるカムと、
    前記ゲートと共に前記圧縮室ケーシングに対して移動するように前記ゲートに取り付けられるカムフォロワと、を有し、
    前記カムシャフトは、前記ドライブシャフトとは離間して配置され、前記ドライブシャフトによって回転駆動されるように前記ドライブシャフトに接続され、
    前記カムの回転によって前記カムフォロワおよび前記ゲートが前記圧縮室ケーシングに対して移動するように、前記カムフォロワが前記カムに当接する、圧縮機。
  17. 前記ゲート位置決めシステムは更に、前記カムフォロワに接続されて前記カムフォロワを前記カムに向かって付勢するばねを更に有する、請求項１６に記載の圧縮機。
  18. 前記ゲートと前記圧縮室ケーシングとの交差部、前記カム、前記カムフォロワ、および、前記カムシャフトの少なくとも一部分を包囲する、ゲート位置決めシステムケーシングを更に備える、請求項１６に記載の圧縮機。
  19. 前記ゲート位置決めシステムケーシングの内部と前記吸入口とを流体接続するベントを更に備える、請求項１８に記載の圧縮機。
  20. 前記カムシャフトは前記ゲート位置決めシステムケーシングに形成された孔を貫通し、
    前記圧縮機は更に、前記カムシャフトと前記ゲート位置決めシステムとの間に延在して前記ゲート位置決めシステムケーシング内部の流体が前記孔から漏出するのを防ぐ油圧パッキンを備える、請求項１８に記載の圧縮機。
  21. 複数の圧縮機を備え、当該複数の圧縮機はそれぞれ、
    圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有するケーシングと、
    前記ケーシングに対して回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたロータと、
    前記ケーシングに対して移動するように前記ケーシングに結合されたゲートと、
    前記複数の圧縮機の前記ロータ間を結合する機械的結合と、を備える圧縮機システムであって、
    前記ゲートはシール縁部を有し、
    前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記ケーシングに対して相対的に移動可能であり、
    前記吸入口および前記吐出口は、前記シール縁部の両側に互いに対向するように配置されており、
    前記機械的結合は、前記複数の圧縮機の圧縮サイクルが互いに位相がずれた状態となるように前記ロータ間を結合する、圧縮機システム。
  22. 前記複数の圧縮機はｎ個の圧縮機を含み、
    前記ｎ個の圧縮機それぞれの前記圧縮サイクルが、前記ｎ個の圧縮機のうちの位相的に隣接する圧縮機が３６０／ｎ°（２≦ｎ≦１００）位相がずれた状態になるように、前記機械的結合が前記ロータを結合する、請求項２１に記載の圧縮機。
  23. 前記機械的結合は、前記複数の圧縮機のそれぞれに延在する共通のドライブシャフトを含み、
    前記複数の圧縮機それぞれの前記ケーシングに対して共通に回転するように、前記共通のドライブシャフトは前記複数の圧縮機それぞれの前記ロータに結合される、請求項２１に記載の圧縮機。
  24. 圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有するケーシングと、
    前記ケーシングに対して共に回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたドライブシャフトおよびロータと、
    前記ドライブシャフトとケーシングとの界面であって前記ドライブシャフトが前記ケーシングを貫通する場所に設けられたメカニカルシールと、を備える圧縮機であって、
    前記ロータが回転すると、前記圧縮機は前記吸入口から前記圧縮室に入った作動流体を圧縮し、圧縮された作動流体を前記吐出口を介して前記圧縮室から吐出させ、
    前記メカニカルシールは、
    前記ドライブシャフトと前記ケーシングロータとの間の漏れ経路に沿って連続して配置された、第１、第２および第３のシールと、
    加圧される油圧流体の源と、
    前記源と、前記第２シールと前記第３のシールとの間の前記漏れ径路に沿った空間とを接続して、前記空間が油圧流体によって加圧された状態を保つ油圧流路と、を備える、圧縮機。
  25. 前記メカニカルシールは更に、前記第１のシールと前記第２のシールとの間に設けられたベントを有し、
    前記圧縮室から漏れ出した作動流体を前記第１のシールを通過させて前記吸入口へと戻るように導くべく、前記ベントが前記吸入口に流体接続されている、請求項２４に記載の圧縮機。
  26. 前記メカニカルシールは、前記第２シールと前記第３シールとの間の油圧を、前記吸入口における圧力よりも高い圧力に維持するように構成される、請求項２５に記載の圧縮機。
  27. 前記第１、第２および第３のシールはそれぞれ、前記ドライブシャフトと前記ケーシングとの間に半径方向に延在するラジアルシャフトシールを含み、
    前記シャフトシールはそれぞれ、前記ドライブシャフトの外周面に当接する、請求項２４に記載の圧縮機。
  28. 前記第１、第２および第３のシールはそれぞれ、前記ドライブシャフトと共に回転する軸面と前記ケーシングとの間に軸方向に延在する面シールを含む、請求項２４に記載の圧縮機。
  29. 二つの可動部品の間の界面をシールする非円形シールであって、当該シールは、
    閉じた外周を有する非円形の構造的基礎と、
    前記基礎に貼り付けられる低摩擦シール材と、を備えるシール。
  30. 前記シール材がグラファイトを含む、請求項２９に記載のシール。
  31. 前記基礎がスチールを含む、請求項２９に記載のシール。
  32. 前記シールは面シールを含み、前記シール材が前記面シールの軸面を横断するように延在する、請求項２９に記載のシール。
  33. 圧縮室を画定する内壁、前記圧縮室へと導入する吸入口、および、前記圧縮室から導出する吐出口を有するケーシングと、
    前記ケーシングに対して回転するように前記ケーシングに回転可能に結合されたロータと、
    前記ケーシングに対して往復運動するように前記ケーシングに結合されたゲートと、を備える圧縮機であって、
    前記ロータが回転すると、前記圧縮機は前記吸入口から前記圧縮室に入った作動流体を圧縮し、圧縮された作動流体を前記吐出口を介して前記圧縮室から吐出させ、
    前記ゲートはシール縁部を有し、
    前記ゲートは、前記圧縮室内を圧縮容積と吸入容積とに分割するように前記ロータが回転する時に前記シール縁部を前記ロータの近傍に位置させるように前記ケーシングに対して相対的に移動可能であり、
    前記圧縮機はさらに、前記ゲートと前記ケーシングとの間の界面に配置されたメカニカルシールを備え、
    前記メカニカルシールは、
    前記ゲートと前記ケーシングとの間の漏れ経路に沿って連続して配置された、第１、第２および第３のシールと、
    加圧される油圧流体の源と、
    前記源と、前記第２シールと前記第３のシールとの間の前記漏れ径路に沿った空間とを接続して、前記空間が油圧流体によって加圧された状態を保つ油圧流路とを有する、圧縮機。
  34. 前記メカニカルシールは更に、前記第１のシールと前記第２のシールとの間に設けられたベントを有し、
    前記圧縮室から漏れ出した作動流体を前記第１のシールを通過させて前記吸入口へと戻るように導くべく、前記ベントが前記吸入口に流体接続されている、請求項３３に記載の圧縮機。
  35. 前記第１、第２および第３のシールは全て取り外し可能ハウジングによって支持され、前記第１、第２および第３のシールおよび前記ハウジングを一つのユニットとして前記ケーシング内に取り付け可能である、請求項３３に記載の圧縮機。
  36. 前記メカニカルシールは、前記ゲートと前記ケーシングとの間の前記漏れ経路に沿ってｎ個（３≦ｎ≦５０）のシールを含み、
    前記ｎ個のシールには、前記第１、第２および第３のシールが含まれ、
    前記ｎ個のシールの隣接するシール間の空間のうちの一つまたは複数は、加圧された油圧流体で満たされ、
    前記ｎ個のシールの隣接するシール間の空間のうちの一つまたは複数は、前記吸入口に流体接続されたベントを含む、請求項３３に記載の圧縮機。
JP2017548268A 2015-03-30 2016-03-29 液体噴射冷却機能を備えた圧縮機 Pending JP2018513296A (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562139884P 2015-03-30 2015-03-30
US62/139,884 2015-03-30
PCT/US2016/024803 WO2016160856A2 (en) 2015-03-30 2016-03-29 Compressor with liquid injection cooling

Related Child Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020157698A Division JP2021001607A (ja) 2015-03-30 2020-09-18 液体噴射冷却機能を備えた圧縮機

Publications (1)

Publication Number Publication Date
JP2018513296A true JP2018513296A (ja) 2018-05-24

Family

ID=55702142

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2017548268A Pending JP2018513296A (ja) 2015-03-30 2016-03-29 液体噴射冷却機能を備えた圧縮機
JP2020157698A Pending JP2021001607A (ja) 2015-03-30 2020-09-18 液体噴射冷却機能を備えた圧縮機

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2020157698A Pending JP2021001607A (ja) 2015-03-30 2020-09-18 液体噴射冷却機能を備えた圧縮機

Country Status (7)

Country Link
US (3) US20190136858A1 (ja)
EP (2) EP3277961A2 (ja)
JP (2) JP2018513296A (ja)
CN (2) CN107567543A (ja)
AU (4) AU2016242821A1 (ja)
CA (1) CA2979254C (ja)
WO (1) WO2016160856A2 (ja)

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10833555B2 (en) * 2015-11-27 2020-11-10 Foundation Of Soongsil University Industry Cooperation Motor for reducing a repulsive force
NO344059B1 (en) * 2018-01-11 2019-08-26 Tocircle Ind As A rotary sliding vane machine with hydrostatic slide bearings for the vanes
NO344060B1 (en) * 2018-01-11 2019-08-26 Tocircle Ind As A rotary sliding vane machine with slide bearings and pivot bearings for the vanes
CN112564356A (zh) * 2020-10-28 2021-03-26 西安交通大学 一种电机具有冷却通道的电动涡旋压缩机
CN112377410A (zh) * 2020-11-10 2021-02-19 湖南创源生物科技有限公司 一种密封效果好的机械真空泵
US11563366B1 (en) * 2021-09-28 2023-01-24 Kaney Aerospace, Inc. Electromagnetically-controlled magnetic cycloidal gear assembly and method of operating same
FR3129991B1 (fr) * 2021-12-08 2024-04-19 Pfeiffer Vacuum Ligne de vide, dispositif de pompage destiné à être raccordé à la ligne de vide et installation comportant la ligne de vide

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62101895A (ja) * 1985-10-25 1987-05-12 テクムゼ・プロダクツ・カンパニ− 羽根スロツト圧力溝を有する回転コンプレツサ−
WO1989002533A2 (en) * 1987-09-18 1989-03-23 Macleod Mitchell & Associates Ltd Rotary hydraulic machines
US5007813A (en) * 1988-06-15 1991-04-16 Empresa Brasileira De Compressores S/A - Embraco Rotary rolling piston compressor with fixed vane having a relieved incline section
JP2003097205A (ja) * 2001-09-21 2003-04-03 Honda Motor Co Ltd 回転流体機械
DE102007037666A1 (de) * 2007-08-09 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Flügelzellenpumpe mit verringerter Flächenpressung der Flügel
JP2013536916A (ja) * 2010-08-30 2013-09-26 オスコンプ システムズ インク 液体注入による冷却を行う圧縮機

Family Cites Families (55)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3795A (en) 1844-10-12 Stay for
FR402111A (fr) * 1909-04-16 1909-09-29 Charles Dickie Perfectionnements dans les pompes ou compresseurs rotatifs
FR890933A (fr) * 1942-01-19 1944-02-22 Escher Wyss & Cie Const Mec Compresseur à piston rotatif, comportant un piston monté excentriquement dans son enveloppe et un tiroir séparant la chambre de refoulement de la chambre d'aspiration
FR908605A (fr) * 1944-02-11 1946-04-15 Clapet et son logement pour pompes, compresseurs, moteurs et machines analogues
US2463155A (en) * 1944-04-10 1949-03-01 Bailey P Dawes Rotary engine
US3451381A (en) * 1965-08-24 1969-06-24 Fullerton George Gordon Armstr Rotary internal combustion engines
DE2240018C3 (de) 1971-12-01 1979-01-25 Airfina Ets., Vaduz Ein- oder mehrstufiger Flügelzellen- oder Schraubenkolbenverdichter
US3795117A (en) 1972-09-01 1974-03-05 Dunham Bush Inc Injection cooling of screw compressors
JPS58104381U (ja) * 1981-12-08 1983-07-15 セイコ−精機株式会社 気体圧縮機
JPS58134694U (ja) 1982-03-05 1983-09-10 株式会社日立製作所 密閉形電動圧縮機
US4507064A (en) * 1982-06-01 1985-03-26 Vilter Manufacturing Corporation Rotary gas compressor having rolling pistons
JPS5986756A (ja) 1982-11-10 1984-05-19 Mitsubishi Petrochem Co Ltd 圧縮機のシ−ル機構
US4497185A (en) 1983-09-26 1985-02-05 Dunham-Bush, Inc. Oil atomizing compressor working fluid cooling system for gas/vapor/helical screw rotary compressors
DE8434465U1 (de) * 1984-11-24 1986-03-27 Robert Bosch Gmbh, 7000 Stuttgart Flügelabdichtung in Flügelzellenpumpen
JPS6312683U (ja) 1986-06-24 1988-01-27
JPS63189683A (ja) * 1987-02-03 1988-08-05 Matsushita Electric Ind Co Ltd 密閉型圧縮機の仕切りベ−ン
JPH0240489A (ja) * 1988-07-29 1990-02-09 Furukawa Electric Co Ltd:The リフロー炉
JPH02140489A (ja) * 1988-11-19 1990-05-30 Hitachi Ltd 圧縮機
CN1046018A (zh) * 1989-03-28 1990-10-10 伊三泉 风冷分缸转子式内燃机
US5024588A (en) 1989-09-07 1991-06-18 Unotech Corporation Rotary compressor and process of compressing compressible fluids with intake and discharge through piston shaft and piston
JPH03185292A (ja) * 1989-12-13 1991-08-13 Matsushita Refrig Co Ltd 密閉型回転圧縮機
JPH06159259A (ja) * 1992-11-30 1994-06-07 Kyocera Corp ポンプ
JPH06346880A (ja) 1993-06-11 1994-12-20 Matsushita Refrig Co Ltd 回転式圧縮機
US5540199A (en) * 1994-06-01 1996-07-30 Penn; Jay P. Radial vane rotary engine
JPH0821388A (ja) * 1994-07-06 1996-01-23 Shuichi Kitamura 無給油式回転ポンプ
KR19980067770A (ko) 1997-02-12 1998-10-15 구자홍 로터리 압축기의 베인 실링장치
KR19990081137A (ko) * 1998-04-27 1999-11-15 윤종용 밀폐형 회전 압축기
JP3792417B2 (ja) * 1998-10-26 2006-07-05 ナブテスコ株式会社 真空チャンバーに用いる回転軸のシール機構
JP2001066757A (ja) * 2000-08-07 2001-03-16 Seiko Epson Corp 露光方法
JP2003097207A (ja) * 2001-09-21 2003-04-03 Honda Motor Co Ltd 回転流体機械
US20040042689A1 (en) 2002-08-30 2004-03-04 Hardinge Inc. Hydrostatic bearing for linear motion guidance
US20040119241A1 (en) 2002-11-21 2004-06-24 Castleman Larry J. Cartridge seal assembly
KR100556970B1 (ko) * 2003-12-19 2006-03-03 엘지전자 주식회사 회전식 트윈압축기의 토출장치
US7073477B2 (en) * 2004-06-15 2006-07-11 Gorski Raymond W Gorski rotary engine
US8833338B2 (en) * 2005-03-09 2014-09-16 Merton W. Pekrul Rotary engine lip-seal apparatus and method of operation therefor
US20070092390A1 (en) * 2005-10-26 2007-04-26 Copeland Corporation Scroll compressor
JP5300727B2 (ja) * 2007-08-28 2013-09-25 三菱電機株式会社 ロータリ圧縮機
KR101299370B1 (ko) * 2007-11-09 2013-08-22 엘지전자 주식회사 로터리식 2단 압축기
JP5265705B2 (ja) 2008-01-29 2013-08-14 大▲豊▼▲豊▼泰流体▲機▼械科技有限公司 回転式圧縮機
JP2011530044A (ja) 2008-08-04 2011-12-15 リキッドピストン， インコーポレイテッド 等積熱添加エンジンおよび方法
CN101408176A (zh) * 2008-09-10 2009-04-15 珠海格力电器股份有限公司 具有喷气装置的旋转式压缩机
AT507564B1 (de) 2009-01-12 2010-06-15 Hoerbiger Kompressortech Hold Dichtanordnung zur abdichtung einer kolbenstange eines kolbenkompressors
CN101839240A (zh) * 2009-03-20 2010-09-22 上海日立电器有限公司 一种叶片背压柔性变化的转子式压缩机
US8196395B2 (en) 2009-06-29 2012-06-12 Lightsail Energy, Inc. Compressed air energy storage system utilizing two-phase flow to facilitate heat exchange
NO330659B1 (no) 2009-09-10 2011-06-06 Statoilhydro Asa Lagersystem for hoyhastighetsrotasjonsmaskin, fortrinnsvis i et undervannsmiljo.
JP5385873B2 (ja) * 2010-08-11 2014-01-08 日立アプライアンス株式会社 冷媒圧縮機
US9267504B2 (en) 2010-08-30 2016-02-23 Hicor Technologies, Inc. Compressor with liquid injection cooling
US8794941B2 (en) * 2010-08-30 2014-08-05 Oscomp Systems Inc. Compressor with liquid injection cooling
CN103492720B (zh) * 2010-08-30 2016-08-03 海客尔技术公司 通过液体喷射进行冷却的压缩机
AT510171B1 (de) 2011-02-17 2012-02-15 Hoerbiger Kompressortech Hold Dichtpackung für eine hin- und hergehende kolbenstange eines kolbenkompressors
JP5724785B2 (ja) * 2011-09-21 2015-05-27 株式会社豊田自動織機 圧縮機
IN2014DN07964A (ja) 2012-03-01 2015-05-01 Torad Engineering Llc
KR101386485B1 (ko) * 2012-09-24 2014-04-18 엘지전자 주식회사 베어링을 구비한 스크롤 압축기
CN103047140A (zh) * 2012-12-09 2013-04-17 马燕翔 一种滑片泵及具有类似结构的压缩机
JP2014196680A (ja) * 2013-03-29 2014-10-16 株式会社日立製作所 冷媒圧縮機

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62101895A (ja) * 1985-10-25 1987-05-12 テクムゼ・プロダクツ・カンパニ− 羽根スロツト圧力溝を有する回転コンプレツサ−
WO1989002533A2 (en) * 1987-09-18 1989-03-23 Macleod Mitchell & Associates Ltd Rotary hydraulic machines
US5007813A (en) * 1988-06-15 1991-04-16 Empresa Brasileira De Compressores S/A - Embraco Rotary rolling piston compressor with fixed vane having a relieved incline section
JP2003097205A (ja) * 2001-09-21 2003-04-03 Honda Motor Co Ltd 回転流体機械
DE102007037666A1 (de) * 2007-08-09 2009-02-12 Robert Bosch Gmbh Flügelzellenpumpe mit verringerter Flächenpressung der Flügel
JP2013536916A (ja) * 2010-08-30 2013-09-26 オスコンプ システムズ インク 液体注入による冷却を行う圧縮機

Also Published As

Publication number Publication date
AU2022200060B2 (en) 2024-05-02
CA2979254C (en) 2023-10-24
AU2020207876B2 (en) 2021-10-07
US20200025202A1 (en) 2020-01-23
EP3978758B1 (en) 2024-05-15
AU2020100220A4 (en) 2020-03-26
AU2022200060A1 (en) 2022-02-03
US20190136858A1 (en) 2019-05-09
WO2016160856A2 (en) 2016-10-06
WO2016160856A3 (en) 2016-11-10
JP2021001607A (ja) 2021-01-07
US11306722B2 (en) 2022-04-19
CN107567543A (zh) 2018-01-09
AU2016242821A1 (en) 2017-10-26
CA2979254A1 (en) 2016-10-06
EP3978758A3 (en) 2022-07-27
AU2020100220B4 (en) 2020-07-16
US20210396232A1 (en) 2021-12-23
EP3277961A2 (en) 2018-02-07
CN111648959A (zh) 2020-09-11
AU2020207876A1 (en) 2020-08-13
EP3978758A2 (en) 2022-04-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10962012B2 (en) Compressor with liquid injection cooling
AU2022200060B2 (en) Compressor
US8794941B2 (en) Compressor with liquid injection cooling
JP5784093B2 (ja) 回転式流体変位アセンブリ
JP5998140B2 (ja) 液体注入による冷却を行う圧縮機
KR101157258B1 (ko) 압축기
CN103492720B (zh) 通过液体喷射进行冷却的压缩机
KR101143142B1 (ko) 압축기
RU2798894C1 (ru) Компрессорный элемент с улучшенным масляным инжектором
Henshaw 14.1 DISPLACEMENT PUMPS

Legal Events

Date Code Title Description
A529 Written submission of copy of amendment under article 34 pct

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A529

Effective date: 20171108

A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181227

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191224

A601 Written request for extension of time

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A601

Effective date: 20200323

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20200414

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20200623

A02 Decision of refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20210202