JP5335433B2 - ダイヤフラム式循環機 - Google Patents

Description

本発明は、ダイヤフラム式循環機に関し、より具体的には、それにより、機械力を流体力に、すなわち、粒子が充満する又は充満しない流体又はガス状流体、あるいは、流動可能ないずれの物質（分離、粉末状、流動化又は乳化された物質）について流量と圧力の乗算の結果が、変換される装置に関する。

このような機能を実行するため、様々なタイプのポンプ、吸引装置、コンプレッサ、ファン等が存在する。機械力（変位と力の積を一定時間間隔にわたって積分したもの）を流体力（圧力と流量の積を同じ間隔にわたって積分したもの）に変換するための中間手段（移転手段）として動作するダイヤフラムにより、少なくとも流体に対してこの機能を提供するための新たな技術が登場し、この変換は、それ自体がダイヤフラムが接触している流体に対して徐々に移転される波状の動きと対応するエネルギーの形で伝達される、ダイヤフラムの変形ならびに運動エネルギーにより生じる。

文献ＥＰ ８８０ ６５０は、ダイヤフラムと流体間のエネルギー変換を効率的にするため充足すべき特定の要件を明確にし、これにより流体の流体力を増加させる、流体サーキュレータのいくつかの実施形態を例示する。これらの要件は、そこで波状の動きを伝播するためダイヤフラムに張力を生じさせることであり、他方、ダイヤフラム端部からそれが伝播する間に、機械的アクチュエータで生成される前記波状の動きの振幅を、反対の端部まで減衰させる手段を設けることである。

本書面は、循環機によって処理される流体用の吸入ポートから排出ポートのその間隔が狭く構成された、減衰生成手段(damping-creating means)としての剛性壁の使用を教示する。

これまで研究されていなかった関連する現象をよりよく特徴づけ、これらの現象を支配するパラメータを最適化するため、この新しい装置について、多くの研究がなされてきた。具体的に述べると、これらの研究は、この新しい技術のために先行技術を唯一例示している、文献ＥＰ８８０６５０において述べられた限られた範囲において充足すべき条件を、より明確に識別することを可能とするものである。

これは、このダイヤフラムの材料の機械的特性と相関する、ダイヤフラムの張力状態が、可変であることについて実験でどのように示されたのかを表したものである。実際の処、前記ダイヤフラムが少なくとも１つの方向において弾力的に変形可能な物質で構成され、伝播方向となるこの方向に沿う波の形状によってこの変形の伝播を可能にする前記方向においてダイヤフラムを変形させることで、そこに張力を生じさせるような構造と組み合わされる場合、非動作ダイヤフラムの初期張力の状態はゼロに等しい。以後、このタイプのダイヤフラムを、内部張力発生手段を有するダイヤフラムと呼ぶ。たとえば、その中央に開口を有し、あるいは、それを有さず弾性を有するディスク形状のダイヤフラムであって、初期ダイヤフラムには、張力が与えられず、アクチュエータによるその励起中、外縁は変形されないものを含んでいる。同様に、平らで弾性を有するダイヤフラムであって、そこにエネルギーが伝達される流体によってダイヤフラムに与えられる力に反対する力を受ける対象となる、二つの端部を有するもの、を含むようにしてもよい。これらの力が存在するので、一端部において、そこから他の端部への変形を伝播させるために必要な条件が存在する。

非動作時に平らで、その平面方向において、張力がかかっていても変形不可であるが、たとえば、この平面内に含まれる軸の周囲で曲げられた場合に弾力的に変形可能なシートから構成されるダイヤフラムであって、かかるダイヤフラムが、圧力を受け、その周りで折り曲られる軸に垂直な力を単に保持し、あるいは、前記軸に垂直なコンポーネントを有する場合に、本発明のダイヤフラムと同様の動作をすることを可能にする媒体を構成するものが観察される。この垂直方向が、伝播方向である。

さらに、理論かつ実験に基づく調査により、その間でダイヤフラムが波紋を生じさせる固定壁の間隔を狭くする必要を生じさせることなく、波紋の振幅を強制的に減衰可能であることを明確にすることができる。実際にアクチュエータを励起することにより、それを囲む壁がない状態で、流体中におかれた弾力性のダイヤフラムの端部において、往復運動を適用し、あるいは、与えられた周期で往復連結ならびに振幅力を生じさせることにより、この振幅の包絡表面により特徴づけられる自由振幅で、励起側と逆のその側面方向へ、ダイヤフラムに沿って伝播可能な波紋を生成する。これらの包絡表面を可視化するため、波又は波紋の反動の少ない伝播が考慮される。すなわち、（理論的又は仮想的には、）ダイヤフラムが無限の長さで形成され、あるいは、第一の瞬間と、それが生じた後に比較的短かい時間間隔で前記第一から分離される第二の瞬間との間に最初の波紋(primary ripple)の振幅が生じる場合には、ダイヤフラムの寸法が考慮される。これらの表面形状は、ダイヤフラムの端部の励起特性によって変化する。したがって、ダイヤフラムの端部を動作させるアクチュエータ手段による励起の場合、包絡表面は、分散的な釣り鐘形状(devergent bell-shaped)の外形を有するようになり、アクチュエータがダイヤフラムの端部にいくらかの力を伝達する場合、それに代えて、前記表面は、その周囲にトルクが伝達される前記軸を横切る２本の曲線形状を有するようになる。その間でダイヤフラムが波紋を生じさせる固定壁が、これらの包絡表面の間に位置する場合に、この波紋を減衰させる力を得ることができる。

この条件は、文献ＥＰ ８８０ ６５０で記載されているように、それらの間隔を減少させる必要がない。特定形状およびタイプのダイヤフラムについて、特に、ガス状の流体中のものついては、包絡線(envelope curve)が、励起されたダイヤフラムの端部と反対側の端部との間で発散することを実際に観察可能であり、これにより、発散度合いを単純に減少させることによって、流体力がうまく流体中に伝達される。この減少が大きければ大きいほど、このエネルギーに与えられる圧力要素の優先度も多くなる。ダイヤフラムを構成する物質のタイプは、波紋が伝達する方向における、その波紋の伝達方向の均一性あるいはその不均一性と同様に、それがダイヤフラム内を伝播する間の波紋の振幅の包絡表面の形状を決定する要因であり、これにより、この波紋の制振力を生じさせる剛性壁の形状ならびに相対的な間隔を決定する要因となる。具体的に述べると、平坦なダイヤフラムについては、その厚みを、波紋が伝達する方向において減少させることは有益である。このように先細になったダイヤフラムの包絡線は、均一な厚みのダイヤフラムよりも分岐するが、その他の事項は全て同じである。このようなダイヤフラムの外形のため、固定壁がこれらの包絡線内に十分存在することから、高い減衰率を得ることができる。

ＥＰ８８０６５０

これらの観察と実験的な調査は、本発明の対象を、少なくとも１の物質吸入ポート、１の推進チャンバ、および、前記物質を排出する少なくとも１の排出ポート、が設けられた内部回路をそこに配した循環本体を備え、前記推進チャンバは、その間に、その１つの端部が前記吸入ポートの近傍であり、もう１つの端部が前記排出ポート近傍である変形可能なダイヤフラムが設けられる、剛性壁を有し、前記ダイヤフラムの対応する端部に対して波紋を生じさせる機械的エネルギーを伝達するため、当該ダイヤフラムのための往復機械励起装置は、前記吸入ポート上で前記ダイヤフラムに接続されているとともに、前記ダイヤフラムは、波紋の形になるように構成されており、当該循環機の前記剛性壁は、前記ダイヤフラムに沿って伝播される前記波紋の自由振幅の包絡面の内側に配され、当該ダイヤフラムは、少なくとも前記波紋を作る間、その端部の少なくとも１つを介して、前記ダイヤフラムに張力を作り出す効果を有する手段と関連づけられ、これにより、動作中、前記ダイヤフラムにおける張力が、前記排出ポート側の高い値と前記吸入ポート側の低い値の間で変化する、ことを特徴とする流動性物質のためのダイヤフラム式循環機として定義することを可能にした。

ダイヤフラムにおける張力のこのような変化は、推進チャンバ全体にわたって流体エネルギーを有する流体によるダイヤフラムのトラス効果(trussing effect)によって生じる。

本発明に基づく循環機についての上記の定義において、波紋の自由振幅は、上で定義された、理論的あるいは仮想振幅を意味するものとして理解すべきである。この定義は、従来技術（ＥＰ ８８０ ６５０）の循環機、すなわち、その壁が吸入ポートから排出ポートに向かって互いに覆っている循環チャンバ、ならびに、その中で、流体の流れの方向に張力が任意に確立されるダイヤフラムの両方を有するものに開示されておらず示唆もされていない。しかし、この定義は、被覆壁を伴う循環チャンバを有し、伝播方向に弾力的に変形可能な物質から構成され、あるいは、そのような物質から構成されていないダイヤフラムにおいて初期張力がなくても、波紋の生成を伴うダイヤフラムの伸びが、波紋が伝播する方向への張力を生じさせるよう、適切な手段により、波紋が伝播する方向におけるその直径が設定されるダイヤフラムを有する、全ての循環機に関するものである。これらは、伝播のために必要なこの張力条件を生じさせるための内部的手段である。このタイプの手段の他の例としては、その内部平面において、このフレームの交差部材の終端にダイヤフラムが取り付けられるフレームであって、前記ダイヤフラムがこれら二つの交差部材間で伸縮可能である場合には拡張不可能な手段、あるいは、前記ダイヤフラムが交差部材（その平面方向に折り曲げ可能な、金属製あるいは合成複合材製のフラットシート等）間で伸縮不可である場合には拡張可能な手段により取り付けられるものが存する。ダイヤフラムがフレームに取り付けられた際、初期張力が生じても生じなくてもよい。これらの構成は、半径方向への伸張性を有する管状のダイヤフラムの場合に置き換え可能である。

ディスク形状のダイヤフラムの場合、かかるダイヤフラムの周縁が、変形不可のバンドと一体化されていると、この条件を満たす。前記ダイヤフラムは、開口を有し、その端部が、波紋の伝播方向においてダイヤフラムのトラスを固定化する手段であるとともに、その中央が、中空でない又は穴が開いている可能性を有する。その中央穴の端に、前記開口の拡張抵抗力を破壊してしまう半径方向の切り込みが設けられている場合には、かかるダイヤフラムの構造的特徴を達成することができない。

ダイヤフラムの変形しない外部バンドは、そこに課せられる軽い負荷によって変形しない当該ダイヤフラム自体に属するパッドから構成することが可能である。

用語”剛性壁”は、絶対的な意味での壁を意味しているが、ある程度の柔軟性を有してもよく、使用時には、装置に関係する他の全て物質に対して剛性壁として機能するものとして理解されるべきである。

本発明の第一の実施形態において、推進チャンバの一部は、循環機本体によって定義され、ダイヤフラムの面の１つは、処理される、具体的には、推進される物質の外部供給のため吸入ポート、ならびに、それ自体が循環機本体および前記ダイヤフラムの他の面により定義される前記推進チャンバの他の部分の吸入ポートに接続されている排出ポートに接続され、これの他の部分は、前記循環機排出ポートで終了しており、２つのチャンバ部は、互いに分離している。

この実施形態においては、弾性率は低いが、化学的特性が使用により適しているダイヤフラム材料を選ぶことができるので、ダイヤフラムの各サイドに、通常はすべてが等しく、より高いポンプ圧あるいは同等の性能を得ることが可能な循環ステージが作り出される。具体的は、この向上された性能が、全体の構造を変更することなく得ることが可能である。

他の実施形態において、循環機は、その外縁が、可動往復機械励起アセンブリディスクに取り付けられている形状のダイヤフラムであって、前記循環機本体と一体の中央ガイドコラムにより、前記ダイヤフラムの面に垂直な軸に沿って案内されるものを備えている。このタイプの励起装置は、モーター駆動ならびにガイド機能の全てを、その機能が小さい外形において提供可能で、これにより安いコストでかかる機能を提供できる循環機の中央軸に集中させているので有利である。可動部分のモーター駆動ならびにガイド機能は、実際の処、循環機中で最もコストがかかる機能である。たとえば、ダイヤフラムの周囲に対するその取り付けのためにスターラップクランプ(stirrup cramp)に取り付けられているガイドコラムに沿ってスライドするコアを、伸縮バネを有するプランジャコア電磁石によってモーター駆動することは簡単であり、これにより可動アセンブリが構成される。

より簡易な実施形態において、前記可動アセンブリは、前記ガイドコラムを取り囲む環状の永久磁石であって、磁石コイルならびに当該永久磁石周囲に配された固定アーマチュアのためのプランジャコアを形成するもの、を備えている。

本発明に基づく循環機は、吸入ポートと排出ポートとの間に直列に接続された、いくつかの重畳する推進スペースを定義する実質的に円筒の本体を有してもよく、各空間の前記ダイヤフラムは、前述のその外縁を介して単一の可動モーター駆動アセンブリに接続されている。これにより、循環機は、高圧下でも流体を供給することができるコンパクトなデザインを得る。

本発明の他の応用例としては、前記ダイヤフラム（又はその支持材）の周囲に、周囲の処理対象物のためのせん断部材(shearing member)を構成する起伏面が設けられる構造が提供される。かかるせん断動作であって、研磨動作に変更されるものの効率を上げるため、前記可動アセンブリならびにダイヤフラムは、前述のガイド軸の周囲を、補完的に連続、あるいは、往復回転運動するよう駆動される。

静かな循環機を提供する目的のため、後者は、循環機本体に、可動アセンブリの往復運動と逆の振動を発生させる振動発生器を備える。実際の処、可動アセンブリの運動は、実質的に往復で、直線的かつ制御された周期である。この特性自体が、能動的な遮音をするのに非常に役立つ。振動発生器は、電磁機械的又は圧電タイプのいずれであってもよい。

他の実施形態において、ダイヤフラムは、対向する２つの平行な側面を有する四辺形形状であり、波紋生成器は、可変往復運動結合器(variable reciprocating force couple)である。

この構造は、気体を推進するファンのように面密度が低い比較的薄いダイヤフラムに特に適している。実際の処、この用途においては、圧力よりも流量に重点を置き、これにより、大きな振幅の波紋を生じさせ、伝播したほうが有用である。励起されているものと逆のダイヤフラムの端部は、伝播の効果によるその長さ、ならびに、流体の動きによるダイヤフラムのトラスの両方の変化に対抗するための保持の対象である。

さまざまな空気循環機への適用が可能である。送風タービンの回転部の形状によって表される既存のものと比べると全く新しい形状を有するハンドドライヤー又はヘアドライヤー等の器具の具体例について述べる。

また、この循環機を、電機製品ならびに基板の冷却に適用することについて得られるある効果についても述べておく。実際の処、後者は、それが小型化されているので、非常に強力かつコンパクトであって、携帯又は非携帯のパーソナルコンピュータ、あるいは、車両に搭載されるコンピュータ等のどのようなコンピュータにも設けることができる。この適用例において、前記循環チャンバの壁の少なくとも１つが、冷却されるコンポーネントのラジエターを形成する。このように、このチャンバ内は、推進される空気によって掃かれることになる。かかるチャンバを、伝熱面を増加させる起伏面、小型のフィンあるいはリブにより同様に加工してもよい。

最後に、本発明の循環機についての他のさまざまな適用において、輸送手段としての特定の船舶（浮揚式あるいは潜水式）用の推進ユニットを備えたものであって、流体が、循環チャンバを通過して、ダイヤフラムのエネルギーを受け取ることにより船体を推進する反発力を作り出すとともに、前記循環機がその本体を介して船体にしっかりと取り付けられているものについて述べた。

本発明のいくつかの例示的実施形態に関する以下の記載から、本発明の他の特徴ならびに効果が明らかになる。

発明の詳細な説明

図１には、１つの端部（あるいは、１つの縁部）２を有しており、ダイヤフラム平面と垂直なこの端部２の往復運動による機械的な励起力３であって、電子機械式アクチュエータにより生成されたものを前提とする、ダイヤフラム１の断面図が示されている。かかるダイヤフラムは、他の端部４を備えるとともに、推進方向5は、機械的な励起力３により生成される波紋の動きに対して２つの端部の間で定義される。

ダイヤフラムの端部２ならびに４は、直線あるいは同心円内にあってもよい。その端部のそれぞれが管の端部にある、管状のダイヤフラムについても述べる。

それ自身の休止状態、あるいは、この機械的ストレスの影響の下でその伸長に対する抵抗から生じる、既存のダイヤフラムにおける張力は、６ａならびに６ｂによって表される。現在伸張しているこのダイヤフラムは、張力方向への波の推進力の源である。

推進方向５に進むにつれてダイヤフラムの厚みが減少し、および／又は、波動の反動が少ない場合に、波紋の理論上の自由振幅は、端部２から端部４へと大きくなり、端部４が無限であると仮定する。かかる振幅は、図１、７ならびに８で表された２つの波紋の包絡表面(ripple envelope surface)の間に含まれている。

ここで、図２Ａに示すように、端部２および４の間で伝播するダイヤフラムの波紋の振幅は、包絡表面７および８の内部に位置する剛体表面９ならびに１０により、自由な状態よりも低い値に制約され、流量に応じて変化する圧力を示す図１Ｂの曲線で表される流体の流体力を上昇させる、ダイヤフラムと流体との間でエネルギーの移動が生じる。このエネルギーは、壁の間に定義された間隔の吸入ポート２ａと排出ポート４ａ間の流体の進行経路全体にわたって伝達される。図２Ａの表面構造の場合、図２Ｂのグラフに示すように、システムは、流体へのエネルギー伝達において流量に重点を置く。これには、図面から推察可能な流体の容量移動を含まない。一般に、クリアランスは、波紋のピークと表面９ならびに１０との間に存する。しかし、波紋の各ピークと固定壁との間に接触を確立するよう所望してもよい。この場合、壁の表面特性は、接触の目的（たとえば、推進チャンバにおいて特定の流量を創り出す等）によって変わる。波紋の振幅が、その自由振幅より小さい値に制約されるので、表面９ならびに１０により定義された循環空間の内部に加えられたダイヤフラムの変形ならびに運動エネルギーが流体に伝えられる。この振幅の減少は、波長の変化に伴って生じ、ダイヤフラムと流体間でのエネルギー移動を可能にする。

たとえば、図３Ａに示すように、壁９および１０が収束している場合、図３Ｂのグラフに示すように、移転されたエネルギーにおいて有力なのは、圧力の要素である。

動作中に、吸入ポート端の方向にダイヤフラムが束ねられる等の現象が生じた場合、流体に伝達された流体力が大きくなるにつれ、その強度が比例的に大きくなることに注意すべきである。この結果、推進チャンバの排出ポート４ａ近傍のダイヤフラム１の端部４において最も高い力６ｂが見られるよう、伝播方向へのダイヤフラムの張力が変化する。したがって、ダイヤフラムにおける張力は一定ではなく、ダイヤフラムでそれを一定にするには、かかる変化の結果について、吸入ポートと排出ポートとの間での波紋の長さを延長することが必要である。同じ状況下において、循環チャンバ内部の流体の速度は、循環チャンバの吸入ポート２ａから排出ポート４ａに行くにつれて早くなる。

ダイヤフラム１の端部２は、図示された例のように往復運動している線形運動ではなく、往復角運動をこのダイヤフラムに与える往復運動結合生成器に取り付け可能である。こうすることにより、ダイヤフラムは同じ内因あるいは外因引張条件の影響を受けるので、ダイヤフラムの応力が波紋を生じさせる。

図４Ａならびに４Ｂは、ディスク型ダイヤフラムを用いたポンプの形式による本発明の実施形態を示している。この循環機あるいはこのポンプの本体は、２つの部品から構成される。第一部分２０は、全体として、推進チャンバの剛性壁の１つを有する底部２１ならびに側面スカート２２を有するカップの形状に形成されている。このパーツ２０には、２つの端末金具２３ならびに２４であって、端末金具２３は、循環機の吸入ポートを形成し、底部２１の周囲で終わるもの、ならびに、端末金具２４は、循環機の排出金具であって、循環機本体の部品２０と対称な中央軸Ｘ上に位置するもの、が設けられている。

カップ２０又は一部は、スカート２２による開口を閉じる循環機本体の第二部分２５を受け入れ、この第二部分２５は、流体推進チャンバを定義するため、第一部分２０の壁２１と対になるよう設けられた固定壁２６を備え、かかる部分は、半径方向の外延２７を有し、これにより、推進チャンバを包囲する２つの壁２１ならびに２６の相対的位置ならびに間隔を確立するため、スカート２２内部で、それが第一部分２０と協働する。２つの部分２０および２５の接続は、既知の手段（クランプによる固定、接着、ねじ止め、溶接等）により確保される。循環機と対称な軸において、部分２５は、端末金具２４の反対側に、以下に述べる可動アセンブリ用のガイド部を形成する中央コラム２８をも備えている。

推進チャンバ２９は、壁２１と２６との間に弾力的に変形可能なダイヤフラム３０を含んでいる。ディスク型であるこのダイヤフラム３０は、周縁ビード部ならびに端部３２ａにより境界が定められる中央開口３２を有している。ダイヤフラムの両側に取り入れられた流体を分布させるため、ダイヤフラムに貫通開口部３２ｂが設けられている。周縁ビード部３１は、その一部が円環形状を有し、その自由端には、固定壁２１および２６の外縁において、前記チャンバを密封するよう閉じる円筒ビーズ部３３ａ、３３ｂが設けられた、２つの弾力性リップ３３および３４を備えている。端末金具２３の近傍においては、循環機本体の部分２０とリップ３４が接続することで、剛性壁２１および２６間に含まれる空間である推進チャンバ２９を吸入ポートの端末金具２３の内側の空間に永久に接続する流入導管２３が解放されたままとなり、これにより、推進チャンバへの取り込み用の環状分布チャンバが形成される。

循環機本体の第二部分２５は、その軸が循環機の回転軸であるコイル３７を備えた電磁装置のためのハウジングを形成するコラム２８を取り囲む円筒壁３６、ならびに、空隙３９を有するアーマチュア３８を備えている。空隙端末３９において、アーマチュアは、巻き線３７内を流れる電流の各々が逆転するにより反転する２つの極を定義する。かかるアーマチュアは、純鉄、又は、ケイ素鉄、樹脂基体による粉末ベースの複合物質（商標ＳＯＭＡＬＬＯＹとして、商業的に知られている）により、あるいは、積層構造により構成してもよい。

最後に、説明した循環機は、図中でＭＳＮと表されている３つの重複する円筒の極表面を有するよう、コラム２８上にスライド可能に設けられた中央コア４１を有するスターラップ(stirrup)４０を備え、さらに、空隙３９をふさぐ磁気リング４２が設けられている。製造中に磁化方向を制御するとともに、磁化されたプラスチック材料において、このタイプの磁気リングを可塑磁石タイプ（すなわち、フェライト、希土類、サマリウム、鉄あるいはコバルトの粉末等）で構成してもよいことが指摘される。かかる磁石は、永久磁石のアセンブリならびに適合するアーマチュアとして設計することが可能である。

コア４１から始めて半径方向に進むと、可動アセンブリは、スカート３６の下で、それがダイヤフラムのビード部３１に接続されるアーム４３を備えている。図４Ｂでは、これらのアームを見ることができるが、図４Ａは、前述のものに対し直角な断面図であり、循環機の回転軸を貫通している。アーム４３は、図４Ａで図示された剛性リング４４によって、ビード部３１をしっかりと取り囲むことに注意すべきである。アーム４３は、循環機本体の第二部分２５のラグ２７の間を通過する。図４Ｂにおいて、切断平面は、スカート３６の２つのスロットであって、そこでアーム４３が自由に動作可能なものを通過することに注意すべきである。

これらの図面４Ａならびに４Ｂには、非常に簡易な構造のポンプが見られる。実際には、最大で８つの部品、つまり、図４Ａに示すように、２つの部品からなる本体、ダイヤフラム、スターラップ、永久磁石、２つの部分からなるアーマチュア、ならびに、巻き線を有している。この構造においては、コストを抑えるため、最も高価な部品である永久磁石、巻き線、ならびに、そのアーマチュアを最も小型にすることにも注意すべきである。他の部品は、磁石でない部品であり、プラスチックで構成することが好ましく、ダイヤフラムは、エラストマー又はシリコン、あるいは、他の適切な合成物質で形成することができるので、そのコストは非常に安価である。従って、これにより、これらの図面で提案される構造が、非常に廉価なポンプあるいは循環機の提供を可能にする。

図５Ａに示された実施形態は、図式化され、左半分の図を備えて、図４Ｂのものと同様の切断平面を作りだすとともに、右半分の図は、図４Ａのものと同様の切断平面を作りだす。この実施形態において、循環機の動作部分は、前述のものと同じであり、同じ部分には同じ参照番号が付されている。この循環機は、循環機本体の２つの部分によって定義された推進チャンバを、２つの部分５１および５２に分割する、中央開口を有しないダイヤフラム５０を備えている。循環機本体の２つの部分５３および５４においては、下にある部分５３が、推進チャンバの部分５１に取り入れられた流体を分布させるため環状チャンバ５１ａに放出する流入導管５５を備え、推進チャンバの前記部分５１の排出ポートは、本体内の部分５３に設けられている導管５６にも繋がっているとともに、循環機本体の部分５４は、チャンバ部分５１からチャンバ部分５２の吸入ポート用の周辺分布チャンバ５２ａへ流体を運搬するため、導管５６と連結する導管５７を備えている。チャンバ部分５２は、本体部分中に排出ポート５８を有する。導管５５は、流体源を示さない方法で接続されるとともに、開口５８は、その接続手段を有し、同様に、加圧された流体についての放出経路が示されていない。

この実施形態において、導管５５を介してチャンバ部分５１内に導かれた流体が、循環され、推進チャンバ部分５２内で最初の加圧が施されることが理解される。したがって、流体の１つの流量において二度の圧力上昇が生じることになる。前述の実施形態にあるように、巻き線３７に交流電力を供給することで、スターラップ４０に往復運動をさせ、ダイヤフラム５０の外縁を、その中央平面に直角に往復励起(reciprocal excitation)させる。この実施形態においては、前述の実施形態にあるように、ポンプあるいは循環機の構成部品の数が少ないので、コスト的に非常に安価である。また、構造的な観点から、条件が同じであれば、この実施形態は、処理済流体について前述の実施形態で得られたものよりも高い排出圧を得ることが可能である。

図５Ｂには、前の図面の別の実施形態の例が示されている。チャンバ部分５１およびチャンバ部分５２間の排出は、ダイヤフラム５０内部の導管であって、５６ａ、５６ｂならびに５６cとして示されているものを介しての連通する。ダイヤフラムの厚み内に、星形に接続された半径方向への導管(star-connected radial conduits)をいくつか設けるようにしてもよい。この代替実施形態を用いる効果は、ある構造を有する循環機の範囲について、異なる特徴の循環機を有するためにダイヤフラムを交換することが可能ということである。内部に導管を有するこのダイヤフラムを簡単に製造するため、これを２つの部分から構成する可能性について述べる。まず、ディスク形状の部分は、中央スルー開口を備え、これもディスク形状であるもう１つの部分は、重畳され、周縁スルー開口、ならびに、その表面上に前記第一のダイヤフラム部分と面する起伏面(relief surface)を備え、後者とともに、第一部分の周縁スルー開口（吸入ポート）および第一部分の中央スルー開口（排出ポート）を接続する半径方向の導管を定義するとともに、いずれの適切な手段により連結された２つの部分の間に挟まれるもの、を備えている。

図６は、２のダイヤフラムを備えた、処理済みの流体用の２の分離する推進ステージを有する循環機の一実施形態を示している。２の推進ステージを有する循環機の本体６０は、３つの部分６１、６２、６３を備えている。部分６１は、部分６２とともに、第一の推進チャンバ６５の壁であってその吸入ポートが６６とされるものを定義する。部分６２は、それに追加されたディストリビュータ６４の下で終了する中央排出ポートを有し、このディストリビュータ６４は、循環機本体の第三部分６３によって定義された第二推進チャンバ６８の剛性壁の１つを形成する。半径方向の導管６９を介し、ディストリビュータ６４は、排出ポート６７から来る流体を、通常の排出ポート７１に排出する第二の推進チャンバ６８に代えて第二の吸入チャンバ７０内に搬送することを可能にする。循環機本体の部分６１、６２、６３は、ディストリビュータ６４とともに、接着、溶接等あるいは他の既知の手段により相互に固定される。

前述の例にあるように、循環機の部分６１は、前述と同様の素子を有するモーターのためのガイドコラム２８であって、同じ参照符号を有するものを備えている。これが、図６の特定の場合において、ダイヤフラム７４および７５にそれぞれ接続された２の重畳された剛性の頂部７２、７３に、スターラップ４３がどのように取り付けられたかである。かかる頂部７２、７３は、循環機の回転軸の方向と平行に振動させることが可能であり、これらは、循環機の２のステージを互いに分離する、柔軟性のある隔壁(flexible partitions)７５および７６を介して循環機本体を貫通する。

流体が、第二の推進ステージの吸入チャンバ７０に達し、排出ポート６７ならびに半径方向の導管６９を介して排出されるようにするため、６６において導かれた流体は、リッピングダイヤフラム７４によって推進チャンバ６５に吸い込まれ、これにより振動ダイヤフラム７５によって処理され、排出ポート７１を介して循環機から排出されてくること、が理解される。

前のステージから来る同じ流量の流体についての圧力が１つ以上の追加の推進チャンバでもう一度上昇する他のステージを見込んでいるので、図６に示す例は、限定的ではなく、本発明の範囲を超えるものではない。このように構成される循環機のため、駆動素子の力を、要求されるパフォーマンスレベルに適応させることはもちろん必要である。

図４Ａおよび図４Ｄに示された循環機の他の実施形態を図７に示す。前述の素子の一部が、ここで同じ符号により用いられている。この場合、ダイヤフラムは、リップ３３ならびに３４を有しておらず、推進チャンバの環状分布チャンバ７８が、ダイヤフラム３０の周辺、ならびに、コラム２８に沿ってスライドし、推進チャンバ２９の吸入ポートに対して環状分布チャンバ７８の可動内部壁を形成する駆動アセンブリと一体であるスリーブ７９により、ダイヤフラム３０の周囲に定義されている。このスリーブは、その上部外面上に、チャンバ７８に面する起伏面７９ａであって、このチャンバの同一の内部を往復運動することで、チャンバ７８の内容物を磨く手段(means of grinding)を構成するものを備えている。また、駆動アセンブリは、巻き線７９ｂならびに永久磁石コア７９cから構成される電磁手段であって、コラム２８の周囲でスリーブ、ダイヤフラムならびに起伏面に回転運動を伝達するものを備え、これにより、研磨効率を向上させる。連続的で段階的に往復する、この回転運動は、コラム２８に沿ったスリーブの直線的な往復運動と組み合わされる。

図８に、本発明に基づく空気循環機８０の略図が示されている。この空気循環機に用いられるダイヤフラム８１は、その端部の１つを介して、モーター８３による振動回転運動(oscillating rotational movement)を付与することが可能な羽根８２にしっかりと取り付けられる。羽根８２は、往復運動している力を結合するダイヤフラムに与え、そのほとんどが、ダイヤフラムを変形させるために用いられることを可能にする。ここで、循環機８０の壁は、その２つの側壁が、推進される空気用の吸入ポート８４から排出ポート８５までを覆う、循環チャンバを定義する。

この図においては、たとえば、ダイヤフラム８１を保持するための静磁手段（アーマチュア８６により引きつけられた磁石８１）であって、ダイヤフラムにおける外部張力を確立し、それをトラス化する傾向(trussing tendency)に抵抗するために必要な手段を形成するもの、が示されている。

このような換気装置あるいは送風機は、本当に少ない構成要素のみを備えているので、非常に有利である。また、実験で示されたように、その全体構成と比べて、流量が大きい。空気の流れる方向の変化に関連する内部的なヘッドロスがないので、その効率は有利である。最後に、この換気装置によって生じる雑音は、ヘアドライヤー、ハンドドライヤー等の市場で見られるもの、特に動作周波数が低い製品とは比較にならないほど小さい。

図９は、そこでダイヤフラム９１が保持されるフレーム９０を備えた換気装置のためのダイヤフラムアセンブリを示している。これには様々な場合が想定される。前記ダイヤフラムが、弾性物質で、フレームが、剛性物質でできている場合、かかるダイヤフラムは、その取り付けの際伸張する。ダイヤフラムが非弾性で、フレームがアークのように湾曲する場合、そのダイヤフラムは、弦状(chord)である。また、ダイヤフラムが非弾性で、フレームが剛性物質である場合、ダイヤフラムをフレームに接続する手段９２は弾性物質で構成される。ダイヤフラムが非弾性の場合、たとえば、非動作時に平坦である後者は、その平面の全てあるいは一部の方向において伸ばすことができないが、この平面の軸周囲で折り曲げ可能とするため、ダイヤフラムが柔軟性を残している。他の様々な方法で述べられされた手段の剛性と柔軟性を組み合わせることにより、他の実施形態も可能である。

図１０は、ダイヤフラム９１に関連し、フレーム９０に保持される往復運動結合生成器を示す略図である。この生成器は、その内部に永久磁石が収納されている固定アーマチュア９３（図外のハウジングと一体化され、それによりフレーム９０も一体となるもの）を備えている。アーマチュアと磁石間の空隙には、それを通じて移動する交流電流効果の下で振動が可能となるよう、コイル９５が収納されている。この振動は、アーム９６を介してダイヤフラムに伝達され、これにより、その端部の１つにおいてダイヤフラムの振動が強制される。図８の略図に示すように、このダイヤフラムは２枚のエンドプレートの間に設けられている。

図１１に、本発明に基づく換気装置の使用の一例を示す。この図は、その面の１つに、その動作中に生じた熱を放散するためのラジエターが既知の方法によって設けられた電子部品１００を表している。本発明によれば、このラジエターは、２枚のエンドプレート１０１および１００を有するトンネルのような形状になっている。このトンネルは、本発明に基づく換気装置の本体であって、図９に示すように、その内部に、図１０に示す形式のモーターにより動作するダイヤフラム９１を収納するものを構成する。ラジエターと循環機により推進された空気との間の伝熱面を増加させるため、ダイヤフラムに面するラジエターの表面には、溝を設けることが好ましい。非常にコンパクトで、特に超平坦な換気装置の構造を達成可能な空気循環機の本体全体が、このラジエター機能を充足可能であることが理解される。

図４Ｂに戻ると、循環機本体の内側に、スターラップ４３、永久磁石ならびにダイヤフラム３０から構成される駆動アセンブリの往復運動と位相が逆の調節可能な振幅の振動を生じさせることを可能にする、圧電あるいは電気機械バイブレータ等の励振器９７が、循環機２０の部分２５の壁２６の下に示されている。この振動装置により、循環機を静粛にすることが可能な能動的遮音が行われる。この構造により、循環機への適用から、雑音が重要な問題となる他のいずれの分野への適用の途が開かれる。家庭用水槽用ポンプへの適用が最も具体的であるとされる。

最後に、本発明に基づく循環機の重要な適用分野について言及する。これには、それ自体の推進ユニットとして使用を含む。実際の処、図８を参照すると、たとえば、循環機本体８０をいずれの船舶の船体に取り付けた場合、排出ポート８５を通じて循環機中の流体吸入開口とその排出ポートとの間に創り出されたフローは、船体に対する反動力を創り出し、この流体が水等の液体である場合には、循環機本体を推進し、これにより、それを取り付けた船体を図示した矢印と反対方向に進めることが理解される。従って、本発明に基づく発明は、それが浮くものあるいは沈むものであれ、どのような船舶であっても、その推進手段を構成する。

以下添付された図面を参照する。
図１は、本発明にかかるダイヤフラム、ならびに、その端部の１つに沿って維持される反動の少ない波紋の自由な伝播についての包絡線を示す図である。 図２Ａは、図１に示されたダイヤフラムの制振に関する概念であって、流体力において、流量に重点を置くものを示しており、図２Ｂは、対応する流量／圧力曲線の状況を示している。 図２Ａは、図１に示されたダイヤフラムの制振に関する概念であって、流体力において、流量に重点を置くものを示しており、図２Ｂは、対応する流量／圧力曲線の状況を示している。 図３Ａは、図１に示されたダイヤフラムの制振に関する概念であって、流体力において、圧力に重点を置くものを示しており、図３Ｂは、対応する流量／圧力曲線の状況を示している。 図３Ａは、図１に示されたダイヤフラムの制振に関する概念であって、流体力において、圧力に重点を置くものを示しており、図３Ｂは、対応する流量／圧力曲線の状況を示している。 図４Ａならびに図４Ｂは、本発明によるサーキュレータを実現するポンプの外形の中心軸を貫通するポンプ配置の２つの直角断面図である。 図５Ａならびに図５Ｂは、推進力の２つの段階を有するダイヤフラムポンプの他の２つの実施形態を示す断面図である。 図６は、流体推進サーキットに直列に配置された複数の循環チャンバを備えた、循環機を示す断面図である。 図７は、ポンピングならびに伝播を介した廃水処理に適用される、本発明による循環機の略図である。 図８は、本発明による換気装置の略図である。 図９は、換気装置に挿入可能なダイヤフラムの実施形態を示す。 図１０は、換気装置の動力化の一例を示す略図である 図１１は、一組の電子部品の冷却に適用された、本発明に基づいて実行される換気機能を示す。

Claims (11)

1. 流動性のためのダイヤフラム循環機であって、１の推進チャンバ、物質のための１のチャンバ吸入ポート、当該物質のための少なくとも１のチャンバ排出ポートを備えた第１の推進空間を少なくとも有し、
   前記推進チャンバは、その間に、その１つの端部が前記チャンバ吸入ポートの近傍であり、もう１つの端部が前記チャンバ排出ポート近傍である変形可能な第１のダイヤフラムが設けられる、剛性壁を有し、前記第１のダイヤフラムの対応する端部に対して波紋を生じさせる機械的エネルギーを伝達するため、当該第１のダイヤフラムのための往復機械励起装置は、前記チャンバ吸入ポート上で前記ダイヤフラムに接続されているとともに、前記ダイヤフラムは、波紋の形になるように構成されており、
   当該推進チャンバの前記剛性壁は、前記第１のダイヤフラムに沿って伝播される前記波紋の自由振幅の包絡面の内側に配され、当該第１のダイヤフラムは、少なくとも前記波紋を作る間、その端部の少なくとも１つを介して、前記第１のダイヤフラムに張力を生じさせる効果を有する手段と関連づけられ、これにより、動作中、前記第１のダイヤフラムにおける張力が、前記チャンバ排出ポート側の高い値と前記チャンバ吸入ポート側の低い値の間で変化する循環機であって、
   前記循環機は、１の推進チャンバ、物質のためのチャンバ吸入ポート、当該物質のための少なくとも１のチャンバ排出ポートを備えた第２の推進空間を有しており、
   当該第２の推進空間の当該推進チャンバは、その間に変形可能な第２のダイアフラムが設けられる剛性壁を有し、当該第１および第２の推進空間は、物質のための推進吸入ポートと推進排出ポートとの間で、重なって直列に接続されており、前記第１および第２の推進空間の、それぞれのダイアフラムは、その端部を介して、前記往復機械励起装置に付随する単一の可動アセンブリに取り付けられており、前記単一の可動アセンブリに取り付けられた前記ダイアフラムの端部は、当該ダイアフラムの外側の端部であることを特徴とする循環機。
2. 請求項１の循環機であって、前記第１の推進空間のチャンバは、第１の部分および第２の部分を備え、
   前記第１の部分は、前記循環機本体および前記第１のダイアフラムの一方の面によって定義され、
   前記推進チャンバの第２の部分は、前記循環機本体および前記第１のダイアフラムの他方の面によって定義され、
   前記第１の部分は、物質の外部からの供給のため、前記チャンバの第１の部分において、第１の推進空間のチャンバの吸入ポートに接続され、前記推進チャンバの第２の部分の吸入ポートに接続され、
   前記第２の部分は、前記第１の推進空間のチャンバのチャンバ排出ポートに接続されていることを特徴とする循環機。
3. 請求項２の循環機であって、前記チャンバの第１の部分と第２の部分との接続は、前記循環機本体内部の導管によって確保されることを特徴とする循環機。
4. 請求項２の循環機であって、前記第１の部分と第２の部分との接続は、前記第１のダイヤフラム内部の導管によって確保されることを特徴とする循環機。
5. 請求項１〜４のいずれかで請求された循環機であって、
   前記可動アセンブリは可動直線往復機械励起アセンブリであり、
   前記第１のダイアフラムは、その外縁が、前記可動直線往復機械励起アセンブリに取り付けられているディスク形状のダイヤフラムであり、
   前記可動アセンブリは、前記循環機本体と一体の中央ガイドコラムにより、前記第１のダイヤフラムの面に垂直な軸に沿って案内されることを特徴とする循環機。
6. 請求項５の循環機であって、前記可動アセンブリは、前記ガイドコラムを取り囲む環状の永久磁石であって、当該永久磁石周囲に配された固定アーマチュア内部の磁石コイルのためのプランジャコアを形成するもの、を備えることを特徴とする循環機。
7. 請求項１〜６のいずれかで請求された循環機であって、かかる循環機は、前記循環機本体に、前記可動アセンブリの往復運動と位相が逆の振動を発生させるための振動発生器を備えることを特徴とする循環機。
8. 請求項１の循環機において、前記ダイヤフラムは、２つの対向する平行の側面を備えた四辺形形状を有する羽根であり、前記往復機械励起装置は、往復運動結合生成器であることを特徴とする循環機。
9. 請求項８の循環機であって、前記往復運動結合生成器近傍の前記ダイヤフラムの端部は、波紋伝播のために必要とされる張力を与えるために前記ダイヤフラムと協働するフレーム状のハウジングに取り付けられたのものと逆のものであることを特徴とする循環機。
10. 請求項８または９のいずれかで請求された循環機であって、前記ダイヤフラムは、台形の輪郭により構成されることを特徴とする循環機。
11. 請求項８〜１０のいずれかで請求された循環機であって、前記推進チャンバを定義する前記本体の壁の少なくとも１つは、前記循環物質により一掃される伝達面を有する熱伝導壁を形成することを特徴とする循環機。
    
    

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