JP5809984B2 - 加圧ガス駆動コンプレッサおよび当該コンプレッサを備えるシステム - Google Patents
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Description
「加圧ガス」という用語は大気圧よりも大きい圧力を有するガスを定義するのに使用され、「加圧ガス」は後に凝縮されて液体状態になる場合もあり、ならない場合もある。
[ピストン−シリンダアセンブリ]
[戻りシステム]
[タイミングシステム]
[分配システム]
システム
加圧ガス駆動コンプレッサを用いて仕事を抽出するシステムであって、
a)加圧ガスによって駆動されるコンプレッサであって、該コンプレッサはこれに供給される出力流体に圧縮しながら動作するように構成された出力回路を備える、加圧ガスによって駆動されるコンプレッサと、
b)前記コンプレッサを駆動する前記加圧ガスを供給するように構成された加圧ガス入力システムと、
c)前記コンプレッサから使用済みガスを搬送するように構成された排気システムと、
d)前記出力流体を介して少なくとも部分的に前記コンプレッサから仕事を抽出するように構成された仕事抽出システムと、
を備えるシステム。
(項目2)
前記コンプレッサは、
a)2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリによって前記加圧ガスを導くように構成された入力回路であって、各入力ピストン−シリンダアセンブリは使用後に使用済みガスを放出するように構成される、2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリによって前記加圧ガスを導くように構成された入力回路と、
b)2つまたはそれ以上の出力ピストン−シリンダアセンブリを含む出力回路であって、各出力ピストン−シリンダアセンブリは流体入口用の吸気弁および圧縮流体の出口用の出力弁を含む、2つまたはそれ以上の出力ピストン−シリンダアセンブリを含む出力回路と、
c)前記入力ピストン−シリンダアセンブリで発生された力を前記出力ピストン−シリンダアセンブリに伝達するように構成された伝達システムと、
d)入力ピストン−シリンダアセンブリの動力行程に続く前記入力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも第1の1つの戻り行程を促進するように構成された戻りシステムと、
e)前記入力ピストン−シリンダアセンブリからの前記加圧ガスの入力および排気を制御するように構成されたタイミングシステムと、
f)前記タイミングシステムと、前記加圧ガス入力システムと、前記入力回路とに動作可能に結合された分配システムであって、該分配システムは加圧ガスを前記入力ピストン−シリンダアセンブリに協調的に供給するように構成される、前記タイミングシステムと、前記加圧ガス入力システムと、前記入力回路とに動作可能に結合された分配システムと、
を備える、項目1に記載のシステム。
(項目3)
前記戻りシステムは前記入力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも1つの運動によって駆動される回転クランクシャフトを備える、項目2に記載のシステム。
(項目4)
前記タイミングシステムは前記回転クランクシャフトの回転位置に従って少なくともある程度は直接的または間接的に駆動される、項目3に記載のシステム。
(項目5)
前記分配システムは前記回転クランクシャフトによって駆動される回転弁アセンブリを備え、該回転弁アセンブリは該回転弁アセンブリの回転位置に従って前記入力ピストン−シリンダアセンブリの1つまたは複数に加圧ガスを供給するように構成される、項目3に記載のシステム。
(項目6)
前記タイミングシステムは前記クランクシャフトの運動を前記分配システムに伝達するギアボックスを備える、項目3に記載のシステム。
(項目7)
前記タイミングシステムは前記入力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも1つにおける圧力の有無によって駆動される、項目2に記載のシステム。
(項目8)
前記分配システムは1つまたは複数の機械的または電気的に制御される弁を備える、項目2に記載のシステム。
(項目9)
第1の入力ピストン−シリンダアセンブリのピストンがその行程の端部に達するとき、第2の入力ピストンーシリンダアセンブリのピストンは、その行程の端部を既に通過しており、それゆえ、加圧ガスが前記シリンダに導入されるときに移動位置にあるように、前記入力ピストン−シリンダアセンブリの2つまたはそれ以上の軸は前記クランクシャフトの軸からずらされる、項目2に記載のシステム。
(項目10)
前記入力ピストン−シリンダアセンブリおよび前記出力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも一方は1つまたは複数の二重リングを装着されたピストンを備え、各二重リングは溝の中に配置されたOリングと低摩擦材料で作られた機械加工リングとを備え、前記Oリングは機械加工リングに外向きの圧力を加えるように構成され、それによって、各ピストンと関連シリンダ壁の間に気密シールを設けて潤滑の必要性を低減する、項目2に記載のシステム。
(項目11)
前記分配システムは、その入力ピストンがその行程を完了する前に入力ピストン−シリンダアセンブリへの加圧ガスの供給を遮断し、それによって、前記入力ピストンをさらに変位させて前記シリンダ内に既に存在する加圧ガスを広げうるように構成される、項目2に記載のシステム。
(項目12)
前記分配システムは、
a)弁本体ハウジングであって、
i)前記加圧ガス入力システムに接続された入力ポートと、
ii)前記排気システムに接続された出力ポートと、
iii)1つまたは複数のピストン−シリンダアセンブリに接続されたシリンダポートと、
を備える弁本体ハウジングと、
b)前記弁本体ハウジング内に回転可能に組み込まれた回転弁本体であって、該回転弁本体は低摩擦材料で作られた封止部とその面に部分的な切り欠きを備える弁カバーとを装着された部分ディスクを含み、前記回転弁本体の第1の回転位置において、チャネルが前記入力ポートと前記シリンダポートの間に形成され、前記出力ポートは阻止され、前記回転弁本体の第2の回転位置において、チャネルが前記出力ポートと前記シリンダポートの間に形成され、前記入力ポートは阻止される、前記弁本体ハウジング内に回転可能に組み込まれた回転弁本体と、
を備える、項目2に記載のシステム。
(項目13)
前記弁本体ハウジングは前記入力ポートに動作可能に結合された第2の密封アセンブリをさらに備え、該第2の密封アセンブリは、
a)前記入力ポートのチャネルの一部を形成する凹所と、
b)前記凹所内に形成された末端部であって、該末端部は可撓性材料を備える、前記凹所内に形成された末端部と、
c)開放位置と閉鎖位置の間の前記入力ポートのチャネルの縦軸に沿って移動可能な密封ディスクであって、該密封ディスクはその中に1つまたは複数の第2のチャネルを含み、前記開放位置にある末端部と相隔たる前記密封ディスクは、それによって、前記開放位置にあるとき、前記シリンダポートと前記入力ポートの間のガスの通過を促進し、前記密封ディスクは前記閉鎖位置で前記末端部と接しており、それによって、前記閉鎖位置にあるとき、前記シリンダポートを前記入力ポートから密封する、開放位置と閉鎖位置の間の前記入力ポートのチャネルの縦軸に沿って移動可能な密封ディスクと、
d)前記密封ディスクに動作可能に結合されたガイドアセンブリであって、該ガイドアセンブリは突起部を備え、該突起部は前記密封ディスクを前記閉鎖位置に移動させるために前記回転弁本体と係合するように構成され、前記突起部が前記回転弁本体によって係合されないとき前記密封ディスクを前記開放位置に移動させる、前記密封ディスクに動作可能に結合されたガイドアセンブリと、
を備える、項目12に記載のシステム。
(項目14)
少なくとも1つの出力ピストン−シリンダアセンブリは組込型吸気逆止弁を備え、該組込型吸気逆止弁は、
a)前記出力ピストン−シリンダアセンブリの一部に摺動可能に結合された内側フランジであって、該内側フランジは伸展位置と後退位置の間で移動可能であり、前記内側フランジは第1の組の1つまたは複数の孔をその場所に有し、前記第1の組の孔は前記内側フランジが後退位置にあるとき前記出力ピストン−シリンダアセンブリ内に形成された第2の組の孔と整合するように構成され、それによって、前記出力ピストン−シリンダアセンブリを流体で満たし易くする、前記出力ピストン−シリンダアセンブリの一部に摺動可能に結合された内側フランジと、
b)前記出力ピストン−シリンダアセンブリ内の圧力が該出力ピストン−シリンダアセンブリ外の圧力と比べて所定量を超えると前記内側フランジをその前記伸展位置に付勢するように構成されたばねシステムと、
を備える、項目2に記載のシステム。
(項目15)
少なくとも1つの出力ピストン−シリンダアセンブリが組込型出力逆止弁を備え、該組込型出力逆止弁は、
a)前記出力ピストン−シリンダアセンブリの一部に対して摺動可能に結合された外側フランジであって、該外側フランジは伸展位置と後退位置の間で移動可能であり、前記外側フランジは該外側フランジが後退位置にあるとき1つまたは複数の端部孔の流体の通過を阻止するように構成され、前記外側フランジは該外側フランジが伸展位置にあるとき前記1つまたは複数の端部孔の流体の通過を阻止解除するように構成され、前記1つまたは複数の端部孔は前記出力ピストン−シリンダアセンブリの前記一部に形成され、前記外側フランジは出口ポートをさらに備える、前記出力ピストン−シリンダアセンブリの一部に対して摺動可能に結合される外側フランジと、
b)前記出力ポートから流体出力を受け入れるように構成されたチャネル内の圧力が前記出力シリンダ内の圧力に比べて所定量を超えると前記外側フランジをその後退位置に付勢するように構成されたばねシステムと、
を備える、項目2に記載のシステム。
(項目16)
前記入力回路は、第1の対の2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリと、第2の対の2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリとを備え、前記タイミングシステムは前記第1の対の2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリが前記第2の対の2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリと逆相で動作するように構成される、項目2に記載のシステム。
(項目17)
前記出力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも1つは万が一不整合が生じた場合に損傷防止を容易にするために十分な自由度に耐えるロッド端によって伝達システムに取り付けられた出力ピストン備える、項目2に記載のシステム。
(項目18)
前記システムは1つまたは複数の弁、アキュムレータ、およびモータの組み合わせを備える流体回路内の液体に圧力を与え、それによって、原動力を生み出す、項目1に記載のシステム。
(項目19)
前記システムは1つまたは複数の弁、アキュムレータ、およびモータの組み合わせを備える流体回路内の液体に圧力を与え、それによって、発電機を駆動して電力を生み出す、項目1に記載のシステム。
(項目20)
前記システムは、太陽放射から熱を濃縮する装置と、バイオマスの燃焼から熱を生成する装置と、他の再生可能または非再生可能な燃料の燃焼から熱を生成する装置を備える群から選択される1つまたは複数の装置によって発生される蒸気または別の加圧ガスによって駆動されるように構成される、項目1に記載のシステム。
(項目21)
前記システムはタンクに蓄えられる加圧空気を生成するように構成される、項目1に記載のシステム。
(項目22)
前記システムはタンクに蓄えられる加圧空気を生成するように構成され、前記加圧空気はモータまたはタービンを回転させるために様々な量で放出され、モータまたはタービンは前記タンク以外の蓄積装置なしで必要に応じて原動力または電力を生み出すために発電機をさらに駆動する可能性のある、項目1に記載のシステム。
(項目23)
前記仕事抽出システムはエネルギー蓄積装置を備える、項目1に記載のシステム。
(項目24)
前記仕事抽出システムは圧縮空気の発生、原動力の供給、および電力の発生からなる群から選択される1つまたは複数の動作を実施するように構成される、項目1に記載のシステム。
(項目25)
a)2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリによって前記加圧ガスを導くように構成された入力回路であって、各入力ピストン−シリンダアセンブリは使用後に使用済みガスを放出するように構成される、2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリによって前記加圧ガスを導くように構成された入力回路と、
b)2つまたはそれ以上の出力ピストン−シリンダアセンブリを含む出力回路であって、各出力ピストン−シリンダアセンブリは流体入口用の吸気弁および圧縮流体の出口用の出力弁を含む、2つまたはそれ以上の出力ピストン−シリンダアセンブリを含む出力回路と、
c)前記入力ピストン−シリンダアセンブリで発生された力を前記出力ピストン−シリンダアセンブリに伝達するように構成された伝達システムと、
d)入力ピストン−シリンダアセンブリの動力行程に続く前記入力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも第1の1つの戻り行程を促進するように構成された戻りシステムと、
e)前記入力ピストン−シリンダアセンブリからの前記加圧ガスの入力および排気を制御するように構成されたタイミングシステムと、
f)前記タイミングシステムと、前記加圧ガス入力システムと、前記入力回路とに動作可能に結合された分配システムであって、該分配システムは加圧ガスを前記入力ピストン−シリンダアセンブリに協調的に供給するように構成される、前記タイミングシステムと、前記加圧ガス入力システムと、前記入力回路とに動作可能に結合された分配システムと、
を備える加圧ガスによって駆動されるコンプレッサ。
(項目26)
前記戻りシステムは前記入力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも1つの運動によって駆動される回転クランクシャフトを備える、項目25に記載のコンプレッサ。
(項目27)
前記タイミングシステムは前記回転クランクシャフトの回転位置に従って直接的または間接的に駆動される、項目26に記載のコンプレッサ。
(項目28)
前記分配システムは前記回転クランクシャフトによって駆動される回転弁アセンブリを備え、該回転弁アセンブリは該回転弁アセンブリの回転位置に従って前記入力ピストン−シリンダアセンブリの1つまたは複数に加圧ガスを供給するように構成される、項目26に記載のコンプレッサ。
(項目29)
第1の入力ピストン−シリンダアセンブリのピストンがその行程の端部に達するとき、第2の入力ピストン−シリンダアセンブリのピストンはその行程の端部を既に通過しており、それゆえ、加圧ガスが前記シリンダに導入されるときに移動位置にあるように、前記入力ピストン−シリンダアセンブリの2つまたはそれ以上の軸は前記クランクシャフトの軸からずらされる、項目25に記載のコンプレッサ。
(項目30)
前記入力ピストン−シリンダアセンブリおよび前記出力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも一方は1つまたは複数の二重リングを装着されたピストンを備え、各二重リングは溝の中に配置されたOリングと低摩擦材料で作られた機械加工リングとを備え、Oリングは機械加工リングに外向きの圧力を加えるように構成され、それによって、各ピストンと関連シリンダ壁の間に気密シールを設けて潤滑の必要性を低減する、項目25に記載のコンプレッサ。
(項目31)
前記分配システムは、その入力ピストンがその行程を完了する前に入力ピストン−シリンダアセンブリへの加圧ガスの供給を遮断し、それによって、前記入力ピストンをさらに変位させて前記シリンダ内に既に存在する加圧ガスを広げうるように構成される、項目25に記載のコンプレッサ。
(項目32)
前記分配システムは、
a)弁本体ハウジングであって、
i)前記加圧ガス入力システムに接続された入力ポートと、
ii)前記排気システムに接続された出力ポートと、
iii)1つまたは複数のピストン−シリンダアセンブリに接続されたシリンダポートと、
を備える弁本体ハウジングと、
b)前記弁本体ハウジング内に回転可能に組み込まれた回転弁本体であって、該回転弁本体は低摩擦材料で作られた封止部とその面に部分的な切り欠きを備える弁カバーとを装着された部分ディスクを含み、前記回転弁本体の第1の回転位置において、チャネルが前記入力ポートと前記シリンダポートとの間に形成され、前記出力ポートは阻止され、前記回転弁本体の第2の回転位置において、チャネルが前記出力ポートと前記シリンダポートの間に形成され、前記入力ポートは阻止される、前記弁本体ハウジング内に回転可能に組み込まれた回転弁本体と、
を備える、項目25に記載のコンプレッサ。
(項目33)
前記弁本体ハウジングは前記入力ポートに動作可能に結合された第2の密封アセンブリをさらに備え、該第2の密封アセンブリは、
a)前記入力ポートのチャネルの一部を形成する凹所と、
b)前記凹所内に形成された末端部であって、該末端部は可撓性材料を備える、前記凹所内に形成された末端部と、
c)開放位置と閉鎖位置との間の前記入力ポートのチャネルの縦軸に沿って移動可能な密封ディスクであって、該密封ディスクはその中に1つまたは複数の第2のチャネルを含み、前記開放位置にある末端部と相隔たる前記密封ディスクは、それによって、前記開放位置にあるとき、前記シリンダポートと前記入力ポートの間のガスの通過を促進し、前記密封ディスクは前記閉鎖位置で前記末端部と接しており、それによって、前記閉鎖位置にあるとき、前記シリンダポートを前記入力ポートから密封する、開放位置と閉鎖位置との間の前記入力ポートのチャネルの縦軸に沿って移動可能な密封ディスクと、
d)前記密封ディスクに動作可能に結合されたガイドアセンブリであって、該ガイドアセンブリは突起部を備え、該突起部は前記密封ディスクを前記閉鎖位置に移動させるために前記回転弁本体と係合するように構成され、前記突起部が前記回転弁本体によって係合されないとき前記密封ディスクを前記開放位置に移動させる、前記密封ディスクに動作可能に結合されたガイドアセンブリと、
を備える、項目32に記載のコンプレッサ。
(項目34)
少なくとも1つの出力ピストン−シリンダアセンブリは組込型吸気逆止弁を備え、該組込型吸気逆止弁は、
a)前記出力ピストン−シリンダアセンブリの一部に摺動可能に結合された内側フランジであって、該内側フランジは伸展位置と後退位置の間で移動可能であり、前記内側フランジは第1の組の1つまたは複数の孔をその場所に有し、前記第1の組の孔は前記内側フランジが後退位置にあるとき前記出力ピストン−シリンダアセンブリ内に形成された第2の組の孔と整合するように構成され、それによって、前記出力ピストン−シリンダアセンブリを流体で満たし易くする、出力ピストン−シリンダアセンブリの一部に摺動可能に結合された内側フランジと、
b)前記出力ピストン−シリンダアセンブリ内の圧力が該出力ピストン−シリンダアセンブリ外の圧力と比べて所定量を超えるとき前記内側フランジをその前記伸展位置に付勢するように構成されたばねシステムと、
を備える、項目25に記載のコンプレッサ。
(項目35)
少なくとも1つの出力ピストン−シリンダアセンブリが組込型出力逆止弁を備え、該組込型出力逆止弁は、
a)前記出力ピストン−シリンダアセンブリの一部に対して摺動可能に結合された外側フランジであって、該外側フランジは伸展位置と後退位置の間で移動可能であり、前記外側フランジは該外側フランジが後退位置にあるとき1つまたは複数の端部孔の流体の通過を阻止するように構成され、前記出力フランジは該出力フランジが伸展位置にあるとき前記1つまたは複数の端部孔の流体の通過を阻止解除するように構成され、前記1つまたは複数の端部孔は前記出力ピストン−シリンダアセンブリの前記一部に形成され、前記外側フランジは出口ポートをさらに備える、前記出力ピストン−シリンダアセンブリの一部に対して摺動可能に結合された外側フランジと、
b)前記出力ポートから流体出力を受け入れるように構成されたチャネル内の圧力が前記出力シリンダ内の圧力に比べて所定量を超えると前記外側フランジをその後退位置に付勢するように構成されたばねシステムと、
を備える、項目25に記載のコンプレッサ。
(項目36)
前記入力回路は、第1の対の2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリと、第2の対の2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリとを備え、前記タイミングシステムは前記第1の対の2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリが前記第2の対の2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリと逆相で動作するように構成される、項目25に記載のコンプレッサ。
(項目37)
前記出力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも1つは万が一不整合が生じた場合に損傷防止を容易にするために十分な自由度に耐えるロッド端によって伝達システムに取り付けられた出力ピストン備える、項目25に記載のコンプレッサ。
本発明の前述の実施形態は、例示であって、多くの方法で変更されうる。このような現在または将来の変更形態は、本発明の趣旨および範囲からの逸脱と見なされるべきではなく、当業者にとっては明白であるこうしたすべての修正形態は以下の特許請求の範囲に含まれることが意図されている。
Claims (6)
- 加圧ガス駆動コンプレッサを用いて熱から仕事を抽出するシステムであって、
a)熱を作動流体に移動させ、前記作動流体を気体状態に変換する装置と、
b)気体状態における前記作動流体によって駆動される前記コンプレッサであって、
i)2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリによって前記加圧ガスを導くように構成された入力回路であって、各入力ピストン−シリンダアセンブリは、使用後に使用済みガスを放出するように構成される、2つまたはそれ以上の入力ピストン−シリンダアセンブリによって前記加圧ガスを導くように構成された入力回路と、
ii)前記入力ピストン−シリンダアセンブリよりも小さな直径を有する2つまたはそれ以上の出力ピストン−シリンダアセンブリを含む出力回路であって、各出力ピストン−シリンダアセンブリは、流体入口用の吸気弁および圧縮流体の出口用の出力弁を含む、2つまたはそれ以上の出力ピストン−シリンダアセンブリを含む出力回路と、
iii)前記入力ピストン−シリンダアセンブリで発生された力を前記出力ピストン−シリンダアセンブリに伝達するように構成された伝達システムと、
iv)入力ピストン−シリンダアセンブリの動力行程に続く前記入力ピストン−シリンダアセンブリの少なくとも第1の1つの戻り行程を促進するように構成された戻りシステムと、
v)前記入力ピストン−シリンダアセンブリからの前記加圧ガスの入力および排気を制御するように構成されたタイミングシステムと、
vi)前記タイミングシステムと、加圧ガス入力システムと、前記入力回路とに動作可能に結合された分配システムであって、前記分配システムは、加圧ガスを前記入力ピストン−シリンダアセンブリに協調的に供給するように構成される、前記タイミングシステムと、前記加圧ガス入力システムと、前記入力回路とに動作可能に結合された分配システムと、
を備えているコンプレッサと、
を備え、
c)前記加圧ガス入力システムは、前記コンプレッサを駆動する前記加圧ガスを供給するように構成されており、
d)前記コンプレッサから使用済みガスを搬送するように構成された排気システムと、
e)出力流体を介して少なくとも部分的に前記コンプレッサから仕事を抽出するように構成された仕事抽出システムと、
をさらに備え、
前記仕事抽出システムは、圧縮空気の発生、原動力の提供、および発電で成る仕事群から、1以上の運用を実行するように構成されている、システム。 - 前記仕事抽出システムは、1つまたは複数の弁、アキュムレータ、およびモータの組み合わせを備える流体回路内の液体に圧力を与え、それによって、原動力を生み出すように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記システムは、1つまたは複数の弁、アキュムレータ、およびモータの組み合わせを備える流体回路内の液体に圧力を与え、それによって、発電機を駆動して電力を生み出す、請求項2に記載のシステム。
- 熱を作動流体に移動させる前記装置は、産業プロセス、内燃機関によって生成される熱、太陽放射からの熱を濃縮する装置、およびバイオマスを含む再生可能または非再生可能な燃料の燃焼から熱を生成する装置、を含む群から選択される1つまたは複数の装置によって発生される熱によって駆動される、請求項1に記載のシステム。
- 前記出力回路は、前記出力流体に圧力を加えるように構成されている、請求項1に記載のシステム。
- 前記戻りシステムは、前記出力流体によって駆動される、請求項1に記載のシステム。
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