(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
容積式圧縮機であって、
第１の端部と第２の端部と湾曲した内側表面とを有する円筒形状のケーシング（４００）を含む圧縮室（４１０）と、
前記圧縮室（４１０）内に軸方向に配置されたシャフト（１４０）と、
前記シャフト（１４０）と同心で回転するように設置され、前記円筒形状のケーシング（４００）の前記湾曲した内側表面に対応する湾曲した表面を有するシーリング部分（５１０）と非シーリング部分とを有する非円形のローター（５００，５０２，５０４，５０６）と、
第１の端部と第２の端部とを有するゲート（６００）と、
前記ゲート（６００）の前記第１の端部を回転する前記非円形のローター（５００，５０２，５０４，５０６）に近接して配置させるように動作可能なゲートポジショニングシステム（２００，３００，３７０）と、
を備える容積式圧縮機。
【請求項２】
請求項１に記載の容積式圧縮機であって、
前記圧縮室（４１０）内に注入される流体を提供するために配置された少なくとも１つの液体注入ノズル（１３０，１３６，３２２）を更に備え、
前記少なくとも１つの液体注入ノズル（１３０，１３６，３２２）は、霧状の液体スプレーを提供するように構成される、
容積式圧縮機。
【請求項３】
請求項１に記載の容積式圧縮機であって、
前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）は、水平方向に位置決めされた第１の端部と第２の端部とを有し、
前記ゲート（６００）は、前記ケーシング（４００）の底部に配置され上下に動作可能であり、
入口（４２０）が、前記ゲート（６００）の一方側の前記ケーシング（４００）に配置され、
出口ポート（４３０）が、前記ゲート（６００）の反対側の前記ケーシング（４００）に配置される、
容積式圧縮機。
【請求項４】
前記圧縮機は、前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）が前記圧縮機の動作中に水平軸の周りを回転するような向きに構成される請求項１に記載の容積式圧縮機。
【請求項５】
前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００，３７０）の一部が、前記圧縮室（４１０）の外側に配置される請求項１に記載の容積式圧縮機。
【請求項６】
前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００）は、前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００）を駆動する少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）を備える請求項１に記載の容積式圧縮機。
【請求項７】
前記カム（２４０，２９３，３４２）は、前記圧縮室（４１０）の外側に配置される請求項６に記載の容積式圧縮機。
【請求項８】
請求項６に記載の容積式圧縮機であって、
前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００）は、
前記少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）に接続する少なくとも１つのカムフォロワー（２５０，２５２，２５４）と、
前記少なくとも１つのカムフォロワー（２５０，２５２，２５４）の動作が前記ゲート（６００）の動作を引き起こすように、前記ゲート（６００）を前記カムフォロワー（２５０，２５２，２５４）に接続するゲート支持アーム（２２０）と、を備える、
容積式圧縮機。
【請求項９】
前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００）は、前記カムフォロワー（２５０，２５２，２５４）に前記カム（２４０，２９３，３４２）との接触を維持させるように、前記カムフォロワー（２５０，２５２，２５４）に接続する少なくとも１つのスプリング（２８０）を備える請求項８に記載の容積式圧縮機。
【請求項１０】
請求項６に記載の容積式圧縮機であって、
前記少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）は、前記シャフト（１４０）及びローター（５００，５０２，５０４，５０６）と共に回転するように設置され、
前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００）は、
前記少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）の外縁に接続する少なくとも１つのカムフォロワー（２５０，２５２，２５４）ベアリングと、
前記少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）の内縁に接続する少なくとも１つのカムフォロワーベアリングと、
前記カムフォロワーベアリング、及び前記ゲート（６００）を囲むゲートケーシング（１５０，３３６）に接続するゲート支持アーム（２２０）と、を更に備え、
前記少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）の回転は前記ゲート（６００）を上下させる、
容積式圧縮機。
【請求項１１】
前記圧縮機の動作中に圧縮が生じる前記圧縮室（４１０）内の領域に液体を注入するように配置された少なくとも１つの液体注入器（１３０）を更に備える請求項１に記載の容積式圧縮機。
【請求項１２】
前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）は、前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）が釣合いをとるのを助ける少なくとも１つの機構（５５０）を含む請求項１に記載の容積式圧縮機。
【請求項１３】
前記円筒状のケーシング（４００）の断面底部の近くに配置された出口ポート（４３０）を更に備える請求項１に記載の容積式圧縮機。
【請求項１４】
容積式圧縮機であって、
第１の端部と第２の端部とを有するケーシング（４００）の内側によって定められる圧縮室（４１０）と、
前記圧縮室（４１０）内に配置され、前記ケーシング（４００）に対して回転するように前記ケーシング（４００）に設けられたシャフト（１４０）と、
前記圧縮室（４１０）内に配置され、前記ケーシング（４００）に対して前記シャフト（１４０）と共に回転するように設置され、シーリング部分（５１０）を有するローター（５００，５０２，５０４，５０６）と、
第１の端部と第２の端部とを有するゲート（６００）と、
前記ゲート（６００）の前記第１の端部を回転する前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）に近接して配置させるように動作可能なゲートポジショニングシステム（２００，３００，３７０）と、を備え、
前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００，３７０）の一部が、前記圧縮室（４１０）の外側に配置され、
前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００）は、前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００）を駆動する少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）を備え、
前記カム（２４０，２９３，３４２）は、前記圧縮室（４１０）の外側に配置される、容積式圧縮機。
【請求項１５】
容積式圧縮機であって、
入口ポート（４２０）、出口ポート（４３０）、及び、ローターケーシング容積を定める内壁を有する円筒状のローターケーシング（４００）と、
前記ローターケーシング（４００）の前記内壁の湾曲に対応するシーリング部分（５１０）を有するローター（５００，５０２，５０４，５０６）と、
前記ローターケーシング容積に液体を注入するように前記ローターケーシング（４００）に接続された少なくとも１つの液体注入器（１３０）と、
第１の端部と第２端部とを有し、前記第１の端部を回転する前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）に近接するように配置するために前記ローターケーシング（４００）内で移動するように動作可能なゲート（６００）と、を備え、
前記ゲート（６００）は前記ローターケーシング容積において吸入容積と圧縮容積とを分離し、前記入口ポート（４２０）は気体の吸引を可能とするように構成され、前記出口（４３０）は液体及び気体の両方の排出を可能とするように構成され、
ドライブシャフト（１４０）を更に備え、
前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）は同心で前記ドライブシャフト（１４０）に設置される、容積式圧縮機。
【請求項１６】
請求項１５に記載の容積式圧縮機であって、
前記ゲート（６００）の前記第１の端部を回転する前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）に近接して配置させるように動作可能なゲートポジショニングシステム（２００，３００，３７０）を更に備え、
前記ゲートポジショニングシステム（２００，３００，３７０）の一部が、前記圧縮室（４１０）の外側に配置される、
容積式圧縮機。
【請求項１７】
請求項１５に記載の容積式圧縮機であって、
前記ドライブシャフト（１４０）と同心で回転するように設置された少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）と、
前記カム（２４０，２９３，３４２）に接続する少なくとも１つのカムフォロワー（２５０，２５２，２５４）と、
少なくとも１つのスプリング（２８０）と、
前記スプリング（２８０）及び前記カムフォロワー（２５０，２５２，２５４）に接続するゲート支持アーム（２２０）と、を更に備える容積式圧縮機。
【請求項１８】
請求項１５に記載の容積式圧縮機であって、
前記ドライブシャフト（１４０）と同心で回転するように設置された少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）と、
前記少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）の外縁に接続する少なくとも１つのカムフォロワーベアリングと、
前記少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）の内縁に接続する少なくとも１つのカムフォロワーベアリングと、
前記カムフォロワーベアリング、及び前記ゲート（６００）を囲むゲートケーシング（１５０，３３６）に接続するゲート支持アーム（２２０）と、を更に備え、
前記少なくとも１つのカム（２４０，２９３，３４２）の回転は前記ゲート（６００）を上下させる容積式圧縮機。
【請求項１９】
請求項１５に記載の容積式圧縮機であって、
前記ドライブシャフト（１４０）及びセカンダリシャフト（１４２）に接続するベルト（２９２）と、
前記セカンダリシャフト（１４２）に接続するカム（２４０，２９３，３４２）と、
前記カム（２４０，２９３，３４２）に接続する複数のカムフォロワーベアリングと、
前記複数のカムフォロワーベアリング及び前記ゲート（６００）に接続するゲート支持アーム（２２０）と、
を更に備える容積式圧縮機。
【請求項２０】
前記円筒状のローターケーシング（４００）の断面底部の近くに配置された出口ポート（４３０）を更に備える請求項１５に記載の容積式圧縮機。
【請求項２１】
液体及び気体の排出を可能とするために前記圧力室（４１０）と流体のやり取りが可能な少なくとも１つの出口バルブ（４４０）を更に備える請求項２０に記載の容積式圧縮機。
【請求項２２】
前記少なくとも１つの液体注入器（１３０）は、霧状の液体スプレーを提供するように構成されたノズル（１３０，１３６，３２２）を備える請求項１５に記載の容積式圧縮機。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの液体注入器（１３０）は、前記圧縮機の動作中に圧縮が生じる前記ローターケーシング容積内の領域に液体を注入するように配置される請求項１５に記載の容積式圧縮機。
【請求項２４】
前記圧縮機は、前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）が前記圧縮機の動作中に水平軸の周りを回転するような向きに構成される請求項１５に記載の容積式圧縮機。
【請求項２５】
前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）は、前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）が釣合いをとるのを助けるための少なくとも１つの軽量化機構（５５０）を有する請求項１５に記載の容積式圧縮機。
【請求項２６】
請求項１５に記載の圧縮機を用いて流体を圧縮する方法であって、順に、
前記入口ポート（４２０）を介して流体を前記吸入容積に受け入れるステップと、
前記吸入容積を増加させ前記圧縮容積を減少させるために前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）を回転させるステップと、
前記少なくとも１つの液体注入器（１３０）を介して前記ローターケーシング（４００）に冷却液体を注入するステップと、
更に前記吸入容積を増加させ前記圧縮容積を減少させるために前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）を回転させるステップと、
液体及び圧縮された気体を前記出口ポート（４３０）の外に排出するステップと、
を備える方法。
【請求項２７】
注入される冷却液体は、注入されるときに霧状とされており、熱を吸収し、前記出口ポート（４３０）に向けられる請求項２６に記載の方法。
【請求項２８】
請求項２６に記載の方法であって、
前記圧縮機は、前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）に設置されたドライブシャフト（１４０）を備え、
前記方法は、更に前記吸入容積を増加させ前記圧縮容積を減少させるために前記ローター（５００，５０２，５０４，５０６）を回転させる前記ステップの間、及び、液体及び圧縮された気体を前記出口ポート（４３０）の外に排出する前記ステップの間に、前記ドライブシャフトを水平方向に合わせるステップを更に備える、
方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２０１０年８月３０日に出願された米国仮出願番号６１／３７８，２９７、及び、２０１１年５月１１日に出願された米国仮出願番号６１／４８５，００６に対して優先権を主張する。
【０００２】
本発明は、概して圧縮機や膨張機等の液体ポンプに関する。より具体的には、好適な実施形態は、２００ｐｓｉを超える高圧条件及び１０ＨＰを超える定格電力での空気、蒸気又は気体の圧縮に、新規なローター圧縮機の設計を適用するものである。
【背景技術】
【０００３】
圧縮機は、一般に、空気圧縮、冷却用の蒸気圧縮及び工業用ガスの圧縮等の様々な用途に用いられている。圧縮機は、容積式及び運動エネルギー式という二つの主なグループに分けることができる。容積式圧縮機は、圧縮室内の流体の圧力を上昇させるために圧縮室の容積を減少させる。これは、圧縮プロセスを駆動するドライブシャフトに対して力を作用させることにより行われる。運動エネルギー式圧縮機は、運動する一式のブレードから作動流体へとエネルギーを移転させることによって機能する。
【０００４】
容積式圧縮機は、様々な形式を採用することができる。これらの方式は、一般に往復圧縮機（レシプロ圧縮機）又はロータリー圧縮機として分類される。往復圧縮機は一般に高圧力比が必要とされる工業用途において用いられる。単段往復圧縮機は、一般的に８０ｐｓｉｇを超える圧力では用いられないものの、これらの圧縮機は容易に多段型の装置として統合することができる。往復圧縮機では、蒸気、空気又は気体を圧縮するためにピストンが用られ、ドライブシャフトの回転を圧縮に用いられる往復運動へと変換するための非常に多くの部品を有する。このことは、コストの上昇と信頼性の低下をもたらしてしまう。また、往復圧縮機では高レベルの振動及びノイズにも悩まされる。この技術は、天然ガスの圧縮等の多くの工業用途に用いられてきた。
【０００５】
ロータリー圧縮機は、圧縮を実行するために回転する部品を用いる。この技術分野において言及されているように、ロータリー圧縮機は一般に次のような共通する特徴を有する。（１）単一又は多数の回転要素を動かす入力シャフトによって圧縮される気体に対してエネルギーを付与する、（２）間欠モードで圧縮を実行する、（３）入口弁、又は、吐出弁を用いない。（Ｂｒｏｗｎ，Ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒｓ：  Ｓｅｌｅｃｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｉｚｉｎｇ，  ３ｒｄ  Ｅｄ．，  ａｔ  ６）。Ｂｒｏｗｎにおいて更に言及されているように、ロータリー圧縮機の設計は、概して２０：１より小さい圧力比及び１０００ＣＦＭの流量が要求される設計に適している。２０：１を超える圧力比の場合には、代わりに多段型の往復圧縮機を用いるべきであるとＲｏｙｃｅは提案する。
【０００６】
一般的なロータリー圧縮機の設計は、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、液封、及びロータリーベーン型の圧縮機を含む。これらの伝統的な圧縮機では、等温状態に近い条件で高圧力を生成する能力に欠けている。
【０００７】
流体の体積を次第に減少させるために、放射状に運動する要素／ピストンに対して回転する要素／ローター／ローブの設計は、「Ｙｕｌｅ回転蒸気機関」が導入された１９世紀中期には早くも利用されていた。この方法を冷却圧縮の用途で用いる小型圧縮機のために開発がなされてきた。しかし、現在のＹｕｌｅ型の設計は、チャタリング（ローターとの接触を維持するためのピストンの不十分な加速）はもちろんのこと機械ばねの耐久性（ピストン要素を戻す）に付随した問題に起因して制限されている。
【０００８】
冷却機用の圧縮機等の商業用途には、小型のローリングピストン型又はロータリーベーン型の設計が一般に用いられている。（ＰＮ  Ａｎａｎｔｈａｎａｒａｙａｎａｎ，  Ｂａｓｉｃ  Ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ａｉｒ  Ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｉｎｇ，  ３ｒｄ  Ｅｄ．，  ａｔ  １７１−７２）。これらの設計においては、密閉型の潤滑油システムが一般に用いられている。
【０００９】
ローリングピストンの設計では、一般に、偏心して設置された円形のローター、ケーシングの内壁、及び／又は、ローターと接するベーンの間において、著しい量の漏出が生じることがある。ローリングピストンをより速く回転させることによって、こうした損失を伴っても用途に応じて要求される圧力及び流量に容易に到達することができるから、漏出は許容されていると思われる。小型で自己充足型の圧縮機（self-contained compressor）による利点は、より高い圧力比を追及することよりも重要である。
【００１０】
ロータリーベーンの設計では、一般に、シリンダー内に偏心して設置された単一の円形のローターを用いており、このシリンダーはローターよりも少し大きい。多数のベーンは、ローターのスロットに配置され、ローターが回転するときに、一般にばね又はローター内部の遠心力によってシリンダーに接触し続けるようにされている。こうした種類の圧縮機の設計及び動作は、Ｍａｒｋ’ｓ  Ｓｔａｎｄａｒｄ  Ｈａｎｄｂｏｏｋ  ｆｏｒ  Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ  Ｅｎｇｉｎｅｅｒｓ，  Ｅｌｅｖｅｎｔｈ  Ｅｄｉｔｉｏｎ，  ａｔ  １４：３３−３４、に見られる。
【００１１】
スライドベーン型圧縮機の設計においては、ケーシングの壁部に対して滑るようにベーンがローターの内部に設置されている。あるいは、ローリングピストンの設計では、ローターに対して滑るシリンダーの内部に設置されたベーンを用いる。これらの設計では、生じる復元力の量及びこれによって生じる圧力による制限がある。
【００１２】
こうした種類の先行技術の各圧縮機は、提供できる最大圧力の差異に関する制限を有する。典型的な要因としては、機械的な圧力、及び、温度の上昇が含まれる。提案される解決方法の一つは、多段式を用いることである。多段式においては、複数の圧縮段階が順次に適用される。中間冷却、又は、段階間の冷却は、圧縮の次の段階に入力するのに許容されるレベルまで作動流体を冷却するために用いられる。これは、一般的には、作動流体を、より冷たい流体との間で熱交換させる熱交換器内を通過させることによって行われる。しかしながら、中間冷却は液体の凝結をもたらすことがあり、一般に液体要素の外側にしみ出ることを必要とする。多段式は、圧縮機システム全体の複雑さを極めて増大させ、必要とされる部品数の増加によるコストの増大を招いてしまう。さらに、部品数の増加は、信頼性の低下をもたらし、システム全体の大きさや重量を著しく増大させてしまう。
【００１３】
工業用途には、単動式及び複動式の往復圧縮機、並びに、ヘリカルスクリュー型のロータリー圧縮機が最も一般的に用いられている。単動式の往復圧縮機は、クランクシャフトの各回転の間、ピストンの上側に生じる圧縮を伴う自動車型のピストン（automotive type piston）に類似している。これらの機械は、２５から１２５ｐｓｉｇを吐き出す単段式、又は、１２５から１７５ｐｓｉｇの出力範囲若しくはそれより高い２段式にて動作することができる。単動式の往復圧縮機は、２５ＨＰを超えるサイズではほとんど見られない。これらの種類の圧縮機は、一般に、振動及び機械的圧力による影響を受け、頻繁なメンテナンスを必要としてしまう。これらは不十分な冷却に起因する低効率にも悩まされる。
【００１４】
複動式の往復圧縮機は、圧縮のためにピストンの両側を用い、所与のシリンダーの大きさに対する機械の能力を事実上２倍にする。これらは、単段式として、又は、多段式として動作することができ、一般に５０ｐｓｉｇを超える吐出圧力で１０ＨＰより大きいサイズとなる。ただ１つ又は２つのシリンダーを有するこうした種類の機械は、不安定な往復運動によって生じる力のために大きな土台を必要とする。複動式の往復圧縮機は、非常に強固で信頼性を有する傾向にあるが、十分に効率的とは言えず、頻繁なバルブのメンテナンスを必要とし、極めて高い資本コストを有する。
【００１５】
潤滑剤で浸すロータリースクリュー圧縮機（Lubricant-flooded rotary screw compressors）は、一方の端部に入口ポートを有し他方の端部に吐出ポートを有するハウジング内の２つの交差反転式ローター間に流体を押し入れることによって動作する。潤滑剤は、ローターとベアリングとを潤滑するために圧縮室内に注入され、圧縮熱を取り除き、２つのローター間及びロータとハウジング間の隙間の密封を促す。このスタイルの圧縮機は、少数の動作部品による信頼性を有する。しかしながら、別々に押される交差反転式ローターの形状、及び、生じる漏出のため、高い吐出圧力（約２００ｐｓｉｇを超える）において非常に効率が悪くなる。また、バルブの欠落及び固有圧力比によって頻繁な圧縮超過又は圧縮不足がもたらされ、これはエネルギー効率の大きな損失となる。
【００１６】
ロータリースクリュー圧縮機は圧縮室内の潤滑剤なしでも使用可能ではあるが、こうした種類の機械は、ローター間の密封を促す潤滑剤の不足のために非常に効率が悪い。これらは、プロセスで用いられる圧縮される空気内における油の存在を許容できない食品、飲料、半導体、及び、医薬等の装置産業においては必要条件である。ドライロータリースクリュー圧縮機の効率は、同等の潤滑剤注入型のロータリースクリュー圧縮機よりも１５−２０％低く、１５０ｐｓｉｇより低い吐出圧力の用途で一般に用いられる。
【００１７】
圧縮機内で冷却を行うことは、熱を抜き出すことによって圧縮プロセスの効率を改善することと理解され、エネルギーの大部分を気体に伝達させることができ、最低限の温度上昇で圧縮することができる。液体注入は、冷却する目的で他の用途の圧縮において従来から用いられてきた。さらに、注入される液体の液滴の大きさをより小さくすることが更なる利益をもたらすことが提案されてきた。
【００１８】
米国特許番号４，４９７，１８５においては、潤滑油が中間冷却され、噴霧ノズルを介してロータリースクリュー圧縮機の入口に注入される。同様に、米国特許番号３，７９５，１１７では、霧状とする方法ではないものの、ロータリースクリュー圧縮機の圧縮段階の早期に注入される冷却剤を用いる。ロータリーベーン圧縮機では、米国特許番号３，８２０，９２３に見られるように、微細に霧状とされた液体の注入も試みられている。
【００１９】
各例において、圧縮される流体の冷却が要望されている。ロータリースクリュー圧縮機内の液体注入は、一般に入口において行われ圧縮室内では行われない。このことは、いくらかの冷却による利益をもたらすものの、液体は癒合（coalesce）するために圧縮サイクル全体に対して与えられ、その有効な熱伝達率を低減する。さらに、これらの例は、主要な利益として潤滑及び密封を有する液体を用いる。このことは、用いる液体の選択に影響し、熱伝達及び熱吸収の特性に不利に影響し得る。さらに、こうしたスタイルの圧縮機は、圧力容量が制限され、これにより潜在的な市場での用途を制限してしまう。
【００２０】
エンジンにおける回転式の設計もまた知られているが、効率的な圧縮機の設計には不適切となり得る欠陥に悩まされている。ロータリーエンジンの最も有名な例は、ヴァンケルエンジンである。このエンジンは、従来のエンジンを超える利益を有することが示されており、いくつかの成功事例と共に商用化されているものの、低い信頼性や高いレベルの炭化水素の排出を含む複数の問題になお悩まされている。
【００２１】
公開された国際特許出願番号ＷＯ２０１０／０１７１９９及び米国特許公開番号２０１１／００２３８１４は、ローター、燃焼サイクルに必要な燃焼室を形成する複数のゲート、及び、ゲート用の外部カムドライブを用いるロータリーエンジンの設計に関するものである。燃焼サイクルによって生じる力がローターを駆動し、外部要素に力を付与する。エンジンは、燃焼室内の温度上昇、及び、エンジン内で生じる燃焼に伴う高温を考慮して設計される。有効な圧縮機の設計に必要である増大する密封の要求は、不必要であり実現するのが難しい。燃焼は、密封される金属の膨張に対する広範な耐性を残すものの、エンジン内でシールによってなされる完全に近い密封を実現するために積極的に接触するシールの使用を強いる。さらに、冷却用の液体の注入は逆効果でありコアレッセンスは示されていない。
【００２２】
液体噴霧の注入は圧縮機において用いられているが、その有効性は制限されている。米国特許番号５，０２４，５８８において、液体注入される噴霧が記載されているが、熱伝達の改善については示されていない。米国特許公開番号２０１１／００２３９７７においては、液体は、圧縮の開始前に、往復ピストン圧縮機の圧縮室内に噴霧ノズルを介して注入される。液体は、低圧力の用途において噴霧ノズルを介して注入されるのみであろうことが明記されている。往復ピストン圧縮機のシリンダー内に存在する液体は、ハイドロロック（hydrolock）に起因する破壊的な故障の高リスクを生じ、液体が往復ピストン圧縮機（又は、他の容積式圧縮機）内のすきま容積内で増大した場合には液体の非圧縮性という結果を生じる。ハイドロロック状態を避けるためには、液体注入を用いる往復ピストン圧縮機は、一般に非常に遅い速度で運転しなければならず、圧縮機の性能に不利に影響してしまう。
【００２３】
先行技術は、冷却のための液体注入が、等温に近い用途で望ましい結果をもたらすような圧縮機の設計に欠けている。これは、圧縮室内に十分な量の液体を収容することができると共にその液体を損害なしに圧縮機の出口まで通すことができるような容積式圧縮機の適切な設計の欠如が主な原因である。
【発明の概要】
【００２４】
現時点で好適な実施形態では、ロータリー圧縮機の設計が示される。これらの設計は、特に高圧力の用途に適しており、典型的には既存の高圧用の容積式圧縮機よりも高い圧縮比において一般に２００ｐｓｉｇよりも高い高圧圧力の用途に適している。
【００２５】
例示される本設計の一実施形態は、円筒状のケーシング内で回転し、シリンダーに軸方向に挿入されたドライブシャフトに同心に設置された非円形状のローターを含む。このローターは、サイクロイドの半径の部分と一定の半径の部分を有し、ドライブシャフトからケーシングへと進む軸に沿って釣り合っている。一定の半径の部分は、円筒状のケーシングの湾曲に対応し、これによりシーリング部分を提供する。他の部分における湾曲の変化率は非シーリング部分を定める。この例示される実施形態において、ローターは穴と釣り合い錘によって釣合いを保たれる。
【００２６】
長方形の往復ピストンと同様に構成されたゲートは、回転するローターの表面にピストンの先端が接触、又は、十分に近接したままとなるように、定期的にシリンダーの底部に挿入されシリンダーの底面から引き出される。ゲート及びローターの協調した動作は、圧縮室を低圧力領域と高圧力領域とに分離する。
【００２７】
ロータがシリンダー内で回転すると、圧縮容積は次第に減少し流体の圧縮が生じる。このとき、吸い込み側は入口を介して気体で満たされる。入口と排気口は、流体が適切なタイミングで圧縮室に入り圧縮室から出るように配置されている。圧縮プロセスの間、霧状の液体は、圧縮される気体と注入された冷却用の液体との間で高く急速な熱伝達率が実現されるような方法で圧縮室内に注入される。このことは、等温圧縮に近い圧縮をもたらし、非常に高効率の圧縮プロセスを可能とする。
【００２８】
等温圧縮に近い圧縮を実現するのに十分なロータリー圧縮機の実施形態は、高効率での高圧力の圧縮を実現することが可能である。気体のみの圧縮、気体と液体の混合物の圧縮、又は、液体の吸い出しも可能である。当業者によって認識されるように、この設計は膨張機として用いることもできる。
【００２９】
特定のローター及びゲートの設計は、用途に応じたパラメータに応じて変更し得る。例えば、異なるサイクロイド及び一定の半径を用い得る。または、ダブルハーモニック（double harmonic）や他の関数を可変的な半径のために用いても良い。ゲートは、１又は多数の部品として構成しても良い。接触型の先端シール、液体チャネル（liquid channel）を実装し、又は、回転するローターにゲートが近接するための非接触型のシールを提供しても良い。
【００３０】
いくつかの実施形態は、メインケーシングの外側のゲートを駆動するための機構を提供する。一実施形態においては、スプリング支持型のカムドライブシステムが用いられる。他の実施形態においては、スプリングを有する又は有しないベルトベースのシステムを用い得る。さらに他の実施形態においては、二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムが用いられる。さらに、オフセットゲートガイドシステムを用い得る。さらにまた、リニアアクチュエーター型、磁気駆動型、及びスコッチヨーク型システムを用い得る。
【００３１】
現時点で好適な実施形態は、先行技術において見られない長所を提供する。本設計は、入口から入ってくる液体及び冷却目的で注入される液体の両方のシステム内の液体に対して対応することができる。有効な冷却技術によって高い圧縮比を実現可能である。低い振動レベル及び低いノイズがもたらされる。バルブは、従来のロータリー圧縮機において一般的な圧縮超過及び圧縮不足に起因する非効率を最小化するために用いられる。シールは、他のロータリー圧縮機における典型的な値よりも高い圧力および遅い速度を可能とするために用いられる。ローターの設計は、安定した同心の動作、ゲートの低減された加速、及び、圧縮室の高圧力領域と低圧力領域との間の有効な密封を実現する。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
本発明は、後続する図面及び詳細な説明を参照することによって、より一層理解することができる。各図における要素は必ずしも縮尺されておらず、むしろ本発明の本質を図示することが強調されている。さらに、各図において、同様の参照番号は異なる図においても対応する部分を示す。
【００３３】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に従うスプリング支持型のカムドライブを有するロータリー圧縮機の斜視図である。
【００３４】
【図２】図２は、本発明の一実施形態に従うスプリング支持型のカムドライブを有するロータリー圧縮機の右側面図である。
【００３５】
【図３】図３は、本発明の一実施形態に従うスプリング支持型のカムドライブを有するロータリー圧縮機の左側面図である。
【００３６】
【図４】図４は、本発明の一実施形態に従うスプリング支持型のカムドライブを有するロータリー圧縮機の正面図である。
【００３７】
【図５】図５は、本発明の一実施形態に従うスプリング支持型のカムドライブを有するロータリー圧縮機の背面図である。
【００３８】
【図６】図６は、本発明の一実施形態に従うスプリング支持型のカムドライブを有するロータリー圧縮機の上面図である。
【００３９】
【図７】図７は、本発明の一実施形態に従うスプリング支持型のカムドライブを有するロータリー圧縮機の下面図である。
【００４０】
【図８】図８は、本発明の一実施形態に従うスプリング支持型のカムドライブを有するロータリー圧縮機の断面図である。
【００４１】
【図９】図９は、本発明の一実施形態に従うベルト駆動型のスプリングバイアスドゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の斜視図である。
【００４２】
【図１０】図１０は、本発明の一実施形態に従う二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の斜視図である。
【００４３】
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態に従う二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の右側面図である。
【００４４】
【図１２】図１２は、本発明の一実施形態に従う二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の左側面図である。
【００４５】
【図１３】図１３は、本発明の一実施形態に従う二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の正面図である。
【００４６】
【図１４】図１４は、本発明の一実施形態に従う二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の背面図である。
【００４７】
【図１５】図１５は、本発明の一実施形態に従う二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の上面図である。
【００４８】
【図１６】図１６は、本発明の一実施形態に従う二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の下面図である。
【００４９】
【図１７】図１７は、本発明の一実施形態に従う二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の断面図である。
【００５０】
【図１８】図１８は、本発明の一実施形態に従うベルト駆動型のゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の斜視図である。
【００５１】
【図１９】図１９は、本発明の一実施形態に従うオフセット型のゲートガイドポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の斜視図である。
【００５２】
【図２０】図２０は、本発明の一実施形態に従うオフセット型のゲートガイドポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の右側面図である。
【００５３】
【図２１】図２１は、本発明の一実施形態に従うオフセット型のゲートガイドポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の正面図である。
【００５４】
【図２２】図２２は、本発明の一実施形態に従うオフセット型のゲートガイドポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の断面図である。
【００５５】
【図２３】図２３は、本発明の一実施形態に従うリニアアクチュエーター型のゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の斜視図である。
【００５６】
【図２４】図２４Ａ及びＢは、それぞれ、本発明の一実施形態に従う磁気駆動型のゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の右側面図及び断面図である。
【００５７】
【図２５】図２５は、本発明の一実施形態に従うスコッチヨーク型のゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機の斜視図である。
【００５８】
【図２６】図２６Ａ−Ｆは、本発明の一実施形態に従う圧縮サイクルにおいて接触先端シールを有するロータリー圧縮機の実施形態の内部の断面図である。
【００５９】
【図２７】図２７Ａ−Ｆは、本発明の他の実施形態に従う圧縮サイクルにおいて接触先端シールを有しないロータリー圧縮機の実施形態の内部の断面図である。
【００６０】
【図２８】図２８は、本発明の一実施形態に従うロータリー圧縮機の断面斜視図である。
【００６１】
【図２９】図２９は、本発明の追加の液体注入器の実施形態の左側面図である。
【００６２】
【図３０】図３０は、本発明の一実施形態に従うローター設計の断面図である。
【００６３】
【図３１】図３１Ａ−Ｄは、本発明の様々な実施形態に従うローター設計の断面図である。
【００６４】
【図３２】図３２Ａ及びＢは、本発明の一実施形態に従うドライブシャフト、ローター、及びゲートの斜視図及び右側面図である。
【００６５】
【図３３】図３３は、本発明の一実施形態に従う排気ポートを有するゲートの斜視図である。
【００６６】
【図３４】図３４Ａ及びＢは、それぞれ、本発明の一実施形態に従うノッチを有するゲートの斜視図及び拡大図である。
【００６７】
【図３５】図３５は、本発明の一実施形態に従うローリングチップを有するゲートの斜視断面図である。
【００６８】
【図３６】図３６は、本発明の一実施形態に従う液体注入チャネルを有するゲートの正面断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６９】
次の用語は、本明細書において用いられる限りにおいて、次の定義が適用され得る。
【００７０】
釣合いのとれた回転：回転する塊の重心が回転の軸上に存在する。
【００７１】
圧縮室容積：圧縮のための流体を含むことができるあらゆる容積。
【００７２】
圧縮機：圧縮可能な流体の圧力を増加させるために用いられる装置。この流体は、気体又は蒸気のいずれであっても良く、広範な分子量の範囲をとり得る。
【００７３】
同心である：ある物体の中心又は軸が他の物体の中心又は軸と一致する。
【００７４】
同心の回転：ある物体の回転の中心が他の物体の回転の中心と同じ軸上に位置するような回転。
【００７５】
容積式圧縮機：圧縮室内に一定の体積の気体を収容し、圧縮室容積を減少させることによって気体を圧縮する圧縮機。
【００７６】
近接している：高圧力領域と低圧力領域との間の流体の流れを制限するのに十分に近づいていること。制限は、完全である必要はなく、いくらかの漏出は許容される。
【００７７】
ローター：軸に対して回転させる機械的な力によって駆動される回転する要素。圧縮機の設計において用いられる場合、ローターはエネルギーを流体に付与する。
【００７８】
ロータリー圧縮機：１又は複数の回転する要素を動かす入力シャフトによって圧縮される気体に対してエネルギーを付与する容積式圧縮機。
【００７９】
図１から７は、スプリング支持型のカムドライブゲートポジショニングシステムを有するロータリー圧縮機である本発明の一実施形態の外観図である。メインハウジング１００はメインケーシング１１０とエンドプレート１２０を含み、各エンドプレート１２０は、ドライブシャフト１４０が軸方向に貫通する穴を有する。液体注入アセンブリ１３０は、メインケーシング１１０の穴上に設けられている。メインケーシングは、入口フランジ１６０用の穴、及び、ゲートケーシング１５０用の穴を含む。
【００８０】
ゲートケーシング１５０は、メインケーシング１１０の穴においてメインケーシング１１０に接続すると共にメインケーシング１１０の下方に位置する。ゲートケーシング１５０は二つの部分、入口側１５２及び出口側１５４、によって構成されている。図２８に示すように、出口側１５４は出口ポート４３５を含み、この出口ポート４３５は出口バルブ４４０へと導く穴である。代わりに出口バルブアセンブリを用いても良い。
【００８１】
図１−７に戻り、スプリング支持型のカムドライブゲートポジショニングシステム２００は、ゲートケーシング１５０及びドライブシャフト１４０に取り付けられている。ゲートポジショニングシステム２００は、ローター５００の回転と連動してゲート６００を動かす。動作可能なアセンブリとしては、ゲート支持アーム２２０及びベアリング支持プレート１５６に接続されたゲート支柱２１０及びカム支柱２３０が含まれる。ベアリング支持プレート１５６は、ボルト止めされたガスケット結合によって入口側及び出口側と接合することによりゲートケーシング１５０を密封する。ベアリング支持プレート１５６は、ゲートケーシング１５０を密封し、ベアリングハウジング２７０を十分に平行となるように設置し、圧縮力のあるスプリング２８０を押さえるような形状で形成されている。ベアリングハウジング２７０は、ピローブロックとしても知られており、ゲート支柱２１０及びカム支柱２３０と同心である。
【００８２】
二つのカムフォロワー２５０が各カム２４０に接して配置されており、ゲートに対して下向きの力を与える。ドライブシャフト１４０はカム２４０を回転させ、このカム２４０がカムフォロワー２５０に力を伝える。カムフォロワー２５０は、両端を支持され、又は、片持ちで一端のみを支持されるスルーシャフトに設置しても良い。カムフォロワー２５０は、カムフォロワー支持部２６０に取り付けられており、このカムフォロワー支持部２６０が力をカム支柱２３０へと伝える。カム２４０が回転すると、カムフォロワー２５０は押し下げられ、これによりカム支柱２３０を下方向に動かす。これにより、ゲート支持アーム２２０及びゲート支柱２１０が下方向に動く。同様に、ゲート６００が下方向に動く。
【００８３】
スプリング２８０は、ゲート６００が適切にタイミングを合わせてローター５００に対して密封するように上方向の復元力を提供する。カム２４０が回転を続けてカムフォロワー２５０に下方向の力が生じなくなると、スプリング２８０は上方向の力を提供する。この実施形態において示されるように、圧縮ばねが用いられている。当業者に理解されるように、引張ばねやベアリング支持プレート１５６の形状は、所望の上方向又は下方向の力を定めるために変更することができる。スプリング２８０の上方向の力は、カムフォロワー支持部２６０を押し、これによりゲート支持アーム２２０が上昇し、同様に、ゲート６００を上方向に動かす。
【００８４】
カムフォロワー２５０とカム２４０との間の変化する押圧角度のために、好適な実施形態は、ローター５００のプロファイルと異なる外部カムプロファイルを用いても良い。こうしたプロファイルの変化は、圧縮サイクル全体を通じてゲート６００の先端がローター５００に近接したままとなることを確実にするために、押圧角度の変化を埋める。
【００８５】
図３，６及び７における線Ａは、図８の圧縮機の断面図の位置を示す。図８に示すように、メインケーシング１１０は円筒形状である。液体注入器ハウジング１３２は、ローターケーシング４００内の開口部を提供するためにメインケーシング１１０に取り付けられており、又は、メインケーシング１１０の一部として鋳造されても良い。この実施形態においては円筒形状に形成されているため、ローターケーシング４００は、シリンダーとして参照されることもある。内壁はローターケーシング容積４１０を定める。ローター５００は、ドライブシャフト１４０と同心に回転し、キー５４０及びプレスばめによってドライブシャフト１４０に取り付けられている。
【００８６】
図９は、スプリングゲートポジショニングシステムと共にタイミングベルトが用いられている本発明の一実施形態を示す。この実施形態２９０は、二つのタイミングベルト２９２が組み込まれており、これらはそれぞれ綱車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、綱車２９５を介してセカンダリシャフト１４２に取り付けられている。ゲート支柱スプリング２９６は、ゲート支柱の周りに設置されている。ロッカーアーム２９７は、ロッカーアーム支持部２９９に設置されている。綱車２９５は、ロッカーアーム２９７を押し下げるためのロッカーアームカム２９３に接続されている。内部リングがロッカーアーム２９７の一方側を押し下げると、他方側がゲート支持棒２９８を押し上げる。ゲート支持棒２９８はゲート支柱及びゲート支柱スプリング２９６を押し上げる。これにより、ゲートが上に動く。スプリング２９６はゲートを押し下げる下方向の力を提供する。
【００８７】
図１０から１７は、二重カムフォロワーゲートポジショニングシステムを用いるロータリー圧縮機の実施形態の外観図である。メインハウジング１００はメインケーシング１１０とエンドプレート１２０を含み、各エンドプレート１２０は、ドライブシャフト１４０が軸方向に貫通する穴を有する。液体注入アセンブリ１３０は、メインケーシング１１０の穴上に設けられている。メインケーシングは、入口フランジ１６０用の穴、及び、ゲートケーシング１５０用の穴を含む。ゲートケーシング１５０は、前述したように、メインケーシング１１０に設置されると共にメインケーシング１１０の下方に位置する。
【００８８】
二重カムフォロワーゲートポジショニングシステム３００は、ゲートケーシング１５０及びドライブシャフト１４０に取り付けられている。二重カムフォロワーゲートポジショニングシステム３００は、ローター５００の回転と連動してゲート６００を動かす。好適な実施形態においては、カムの大きさ及び形状は、断面の大きさ及び形状がローターとほぼ同一である。他の実施形態においては、ローター、カムの形状、湾曲、カムの厚さ、及び、カムの縁の厚さの変化は、カムフォロワーを押す角度の変化を考慮して調整され得る。さらに、より大きな又はより小さなカムを用いることもできる。例えば、ローラー速度を低減させるために、同様の形状であってより小さなカムを用いることも可能である。
【００８９】
動作可能なアセンブリとしては、ゲート支持アーム２２０及びベアリング支持プレート１５６に接続されたゲート支柱２１０及びカム支柱２３０が含まれる。この実施形態においては、ベアリング支持プレート１５７は、ストレート状である。当業者によって理解されるように、ベアリング支持プレートは異なる形状を用いることができ、ゲートケーシング１５０を密封するように、又は、しないように設計された構造が含まれる。この実施形態においては、ベアリング支持プレート１５７は、ボルト止めされたガスケット結合によってゲートケーシング１５０の底部を密封するように機能する。ベアリングハウジング２７０は、ピローブロックとしても知られており、ベアリング支持プレート１５７に設置され、ゲート支柱２１０及びカム支柱２３０と同心である。
【００９０】
ドライブシャフト１４０はカム２４０を回転させ、このカム２４０が、上方カムフォロワー２５２及び下方カムフォロワー２５４を含むカムフォロワー２５０に力を伝える。カムフォロワー２５０は、両端を支持され、又は、片持ちで一端のみを支持されるスルーシャフトに設置しても良い。この実施形態において、４つのカムフォロワー２５０が各カム２４０のために用いられている。２つの下方カムフォロワー２５２は、カム２４０の下方に位置し、カム２４０の外縁を追従する。これらは、スルーシャフトを用いて設置されている。２つの上方カムフォロワー２５４は、先の２つの上方に位置し、カム２４０の内縁を追従する。これらは、片持ち結合（cantilevered connection）を用いて設置される。
【００９１】
カムフォロワー２５０は、カムフォロワー支持部２６０に取り付けられており、このカムフォロワー支持部２６０は、カム支柱２３０へと力を伝える。カム２４０が回転すると、カム支柱２３０は上下に動く。これにより、ゲート支持アーム２２０及びゲート支柱２１０が上下に動く。同様に、ゲート６００が上下に動く。
【００９２】
図１１、１２、１５及び１６における線Ａは、図１７の圧縮機の断面図の位置を示す。図１７に示すように、メインケーシング１１０は円筒形状である。液体注入器ハウジング１３２は、ローターケーシング４００の開口部を提供するためにメインケーシング１１０に取り付けられており、又は、メインケーシング１１０の一部として鋳造されても良い。ローター５００は、ドライブシャフト１４０と同心に回転する。
【００９３】
ベルト駆動型のシステム３１０を用いる実施形態を図１８に示す。タイミングベルト２９２は、綱車２９４を介してドライブシャフト１４０に接続している。各タイミングベルト２９２は、他の綱車２９５のセットを介してセカンダリシャフト１４２にも接続している。セカンダリシャフト１４２は外部カム２４０を駆動し、この外部カム２４０はこの実施形態におけるゲートケーシング１５０の下方に配置されている。上方カムフォロワー２５４のセット及び下方カムフォロワー２５２のセットはカム２４０に適用され、ゲート支柱２１０及びゲート支持アーム２２０を含む動作可能なアセンブリに対して力を提供する。当業者によって理解されるように、ベルトはチェーン又は他の部材に置き換えても良い。
【００９４】
オフセット型のゲートガイドシステムを用いる本発明の一実施形態を図１９から２２及び３３に示す。圧縮されたガス及び注入流体の出口は、内部に軽量化の特徴を有し一緒にボルト止めされた２つの部品を含むポート型のゲートシステム６０２によって実現される。流体は、ゲート６０２のチャネル６３０の上部を通過し、サイクルにおけるローター５００の回転角度と連携したタイミングで排気ポート３４４を介して出口へと長さ方向に移動する。離散点スプリング支持型のスクレーパーシール３２６は、単一部品であるゲートケーシング３３６におけるゲート６０２の密封をもたらす。液体注入は、液体注入器ポート３２４の様々な位置及び角度において、様々な平らな噴霧ノズル３２２及び注入ノズル１３０によって実現される。
【００９５】
２つの部品よりなるゲート６０２の往復運動は、ローターの回転と協調したゲートの動作を実現するためのオフセット・スプリング支持型カムフォロワー制御システム３２０を用いることによって制御される。単一カム３４２は、カム支柱３３８を介してカムフォロワー２５０に伝えられる力によってゲートシステムを下方向に駆動する。これがクロスアーム３３４の制御された動作をもたらす。クロスアーム３３４は、ボルト（その一部は３２８の参照番号が付されている）によって２つの部品よりなるゲート６０２に接続されている。リニアブッシング３３０に設置されたクロスアーム３３４は、ゲート６０２及びクロスアーム３３４の動作を制御する。ここで、リニアブッシング３３０は、カムシャフト３３２の長さ方向に沿って往復運動する。カムシャフト３３２は、カムシャフト支持ブロック３４０を利用することによってメインケーシングに対して精密に固定されている。圧縮スプリング３４６はクロスアーム３３４に復元力を提供するために用いられており、カムフォロワー２５０にカムと接触した一定の回転を維持させることができ、これにより、２つの部品よりなるゲート６０２の制御された往復運動を実現する。
【００９６】
図２３は、ゲートポジショニングのためにリニアアクチュエーター型のシステム３５０を用いる実施形態を示す。一組のリニアアクチュエーター３５２がゲートを駆動するために用いられている。この実施形態においては、他の実施形態のようにドライブシャフトとゲートを機械的に連結させる必要がない。リニアアクチュエーター３５２は、ローターの回転に従ってゲートを上下させるように制御される。アクチュエーターは、電子式、油圧式、ベルト駆動式、電磁式、ガス駆動式、可変型摩擦式、その他の手段であり得る。アクチュエーターは、コンピュータによって制御され、又は、他の手段によって制御され得る。
【００９７】
図２４Ａ及びＢは、磁気駆動型のシステム３６０を示す。ゲートシステムは、ローター５００、ゲート６００及び／又はゲートケーシング１５０のあらゆる組合せに対する磁界生成器の配置によって往復運動するように駆動又は制御され、磁界生成器は永久磁石でも電磁石でも良い。このシステムの目的は、サイクルを通じた全ての角度において、ゲート６００の先端からローター５００の表面までの一定の距離を維持することである。好適な磁気システムの実施形態においては、永久磁石３６６がローター５００の端部にはめられて保持されている。また、永久磁石３６４がゲート６００に取り付けて保持されている。磁極は、ローターの磁石３６６とゲートの磁石３６４との間に生成される磁力が反発力となるように位置決めされ、ゲート６００の動作を制御すると共に一定の距離を維持するためにサイクルを通じてゲート６００を下方向に押しつける。上方向の復元力をゲート６００に作用させるために、追加の磁石（図示しない）がゲート６００の底部に取り付けられ、及び、更なる反発力を提供するためにゲートケーシング１５０の底部に取り付けられる。磁気駆動型のシステムは、ゲートの往復運動を正確に制御するために安定している。
【００９８】
代替の実施形態では、ゲートとゲートの上部のローターとの間の引力、及び、ゲートとゲートの底部のゲートケーシングとの間の引力を提供するために、磁極の方向が交互となるようにしても良い。下方の磁石システムに代えて、反発力を提供するためにスプリングを用いても良い。各実施形態において、永久磁石に代えて電磁石を用いても良い。また、磁気抵抗切替式の電磁石を用いることもできる。他の実施形態においては、ローター及びゲートのみに電磁石を用い得る。磁極は  ゲートの往復サイクルにおける移動の各変化点において切り替わるようにすることができ、これにより、吸引及び反発の方法として用いることができる。
【００９９】
また、ゲートを適切に駆動し配置するための原動力／エネルギーをゲートに適用するために、直接液圧又は間接液圧（液空圧）を用いることができる。燃料を供給し、液圧又は液空圧要素の位置及び動作を制御するためにソレノイド又は他の流量制御バルブを用いることができる。液圧力は、シリンダー式又は薄膜／隔壁（diaphragms）を用いる直接液圧アクチュエーターの使用によってゲートに作用する機械的な力に変換され得る。
【０１００】
図２５は、スコッチヨーク型のゲートポジショニングシステム３７０を用いる実施形態を示す。ここで、一組のスコッチヨーク３７２は、ドライブシャフト及びベアリング支持プレートに接続されている。ローラーはシャフトに対して一定の半径で回転する。ローラーはヨーク３７２内のスロットを追従し、これにより往復運動が実現される。ヨークの形状は、所望のゲートの動きをもたらす特定の形状に加工することが可能である。
【０１０１】
当業者によって理解されるように、これらの代替的な駆動機構は、ドライブシャフトとゲート間の特定の数の連結を必要としない。例えば、単一のスプリング、ベルト、連結バー、又はヨークを用いることができる。設計の実装に応じて、２つより多くのこうした要素を用いることもできる。
【０１０２】
図２６Ａ−２６Ｆは、先端シール６２０を用い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、ローター５００の動作に合わせてローター５００及びゲート支柱２１０がゲート６００を押し上げる。ローター５００が時計回りに回転すると、ローター５００が図２６Ｃに示される１２時の位置となるまでは、ゲート６００は上昇する。ローター５００が回転を続けると、図２６Ｆに示される６時の位置に戻るまでは、ゲート６００は下方向に動く。ゲート６００は、ローター５００によって占められないシリンダーの部分を、二つの構成部分、吸入部４１２及び圧縮部４１４に分離する。
【０１０３】
図２６Ａ−Ｆは、安定した状態における動作を描いている。従って、ローター５００が６時の位置にある図２６Ａにおいて、ローターケーシング容積４１０の一部を構成する圧縮容積４１４は、既に流体を受け入れている。図２６Ｂにおいては、ローター５００は、時計回りに回転し、ゲート６００は、先端シール６２０がローター５００と接触して吸入容積４１２を圧縮容積４１４から分離するように上昇する。ここで吸入容積４１２もまた、ローターケーシング容積４１０の一部を構成する。先端シール６２０の代わりに後述するローラーチップ６５０を用いる実施形態は同様に動作する。ローター５００が回転すると、さらに図２６Ｃ−Ｅに示すように、吸入容積４１２が増加し、これによって入口４２０からさらに流体を吸い込み、圧縮容積４１４が減少する。圧縮容積４１４の容積が減少すると、圧力が増加する。加圧された流体は、その後、出口４３０を介して吐き出される。圧縮サイクルにおいて所望の高圧力に達したときに、出口バルブが開き、高圧力の流体が圧縮容積４１４から出られるようになる。この実施形態において、バルブは、圧縮された気体及び圧縮室内に注入された液体の両方を出力する。
【０１０４】
図２７Ａ−２７Ｆは、ゲート６００が先端シールを用いない実施形態を示す。その代わりとして、ゲート６００は、回転するローター５００とタイミングを合わせて近接する。ゲート６００がローター５００に対して十分に近接することにより、高圧力の流体が逃げるための非常に小さな経路のみが残される。十分な近接は、液体の存在（液体注入器１３６又はゲート自体に設けられた注入器に起因する）と合わせて、ゲート６００に吸入流体部４１２及び圧縮部４１４を有効に形成させる。ノッチ６４０を組み入れる実施形態は同様に動作する。
【０１０５】
図２８は、ローターケーシング４００、ローター５００及びゲート６００の斜視断面図を示す。入口ポート４２０は、気体が入ることができる経路を示す。出口４３０は、出口バルブ４４０へと導く出口ポート４３５として機能する数個の穴によって構成されている。ゲートケーシング１５０は、入口側１５２及び出口側１５４によって構成されている。戻り圧力経路（図示しない）は、ゲートシールからの漏出に起因して増大するゲート６００に対する逆圧が生じないことを確実にするために、ゲートケーシング１５０の入口側１５２及び入口ポート４２０と接続するようにしても良い。当業者によって理解されるように、完全な密封である必要はないが、ハーメチックシール（hermetic seal）を実現することが望ましい。
【０１０６】
図２９は、平坦な噴霧液体注入器ハウジング１７０をメインケーシング１１０の約３時の位置に配置した場合の代替的な実施形態を示す。これらの注入器は、ゲート６００の入口側に直接に液体を注入するために用いることができ、高温に達しないことを確実にする。これらの注入器は、ローター５００に液体のコーティングを提供するためにも用いられ、圧縮機の密封に資する。
【０１０７】
上述したように、好ましい実施形態はローターケーシング内で同心に回転するローターを用いる。好ましい実施形態において、ローター５００は、メインケーシング１１０の長さ方向の断面が非円形な直角円柱である。図３０は、ローター５００のシーリング部分及び非シーリング部分の断面図を示す。ローター５００のプロファイルは、３つのセクションによって構成されている。セクションＩ及び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、ゲートの上昇及び下降も表現し、ゲートの最適な加速プロファイルを定義する。他の実施形態では、ダブルハーモニック関数等の半径を定義する異なる曲線関数を用いても良い。セクションＩＩでは、一定の半径５７０が用いられ、この半径５７０はローターの最大半径に対応する。最小半径５８０は、ローター５００の底部において、セクションＩ及びＩＩＩが交わる部分に位置する。好ましい実施形態においては、Φは２３．８°である。代替的な実施形態においては、要求される圧縮機の大きさ、要求されるゲートの加速、要求されるシーリング面積に応じて、他の角度を用いても良い。
【０１０８】
好適な実施形態におけるローター５００の半径は、次の関数を用いて計算される。
【数１】
0005998140.tif 000002
【０１０９】
好適な実施形態において、ローター５００は１つの軸に沿って釣合いがとれている。これは概して卵の断面の形状に似ている。ローター５００は、ドライブシャフト１４０及びキー５４０が設置され得る穴５３０を含む。ローター５００は、セクションＩＩに対応するローター５００の外面であるシーリングセクション５１０と、セクションＩ及びＩＩＩに対応するローター５００の外面である非シーリングセクション５２０とを有する。セクションＩ及びＩＩＩは、圧縮容積を形成するセクションＩＩよりも小さな半径を有する。
【０１１０】
シーリング部分５１０は、ローターケーシング４００の湾曲に対応する形状をしており、これにより、出口４３０と入口４２０との間のやり取りを有効に最小化するドエルシール（dwell seal）を形成する。ドエルシールのために物理的な接触は必要とされない。その代わりとして、通過できる流体の量を最小化する蛇行状の経路を形成することでも十分である。好適な実施形態において、この実施形態におけるローターとケーシングとの間の隙間は、０．００８インチよりも小さい。当業者によって理解されるように、この隙間は、ローター５００及びローターハウジング４００を製造する際の公差の両方、温度、材料の特性、及び、その他の特定の用途の要件に応じて変更し得る。
【０１１１】
また、後述するように、液体が圧縮室に注入される。液体は、シーリング部分５１０とローターケーシング４００との間の隙間に乗せられることによって、ドエルシールの効果を増大させることができる。
【０１１２】
図３１Ａに示すように、ローター５００は切り抜かれた形状と釣り合い錘とによって釣合いがとれている。穴（その一部は５５０の参照番号が付されている）は、ローター５００を軽くする。釣り合い錘（その一部は５６０の参照番号が付されている）は、ローター５００の残りの部分よりも高密度な材料で形成されている。釣合い錘の形状は変更することができ、円柱状である必要はない。
【０１１３】
ローターの設計はいくつかの利点を提供する。図３１Ａの実施形態において示されるように、ローター５００は、重心が回転の中心と一致するように、一方側に７つの切り抜き穴５５０を含み、他方側に２つの釣合い錘５６０を含む。開口部５３０は、ドライブシャフト及びキーのための空間を含む。この重量配分は、釣合いのとれた同心の動作を実現するために設計される。切り抜き及び釣合い錘の数及び位置は、構造上の完全性（structural integrity）、重量配分、及び、釣合いのとれた回転のパラメーターに応じて変更され得る。
【０１１４】
ローター５００の断面形状は、ドライブシャフトの回転軸に対する同心の回転、ドエルシール５１０部分、及び、圧縮される気体体積の増大を考慮した非シーリング側の開口空間をもたらす。同心の回転は、ドライブシャフトの回転主軸に関する回転を定め、より円滑な動作とノイズの低減をもたらす。
【０１１５】
代替的なローターの設計５０２を図３１Ｂに示す。この実施形態では、３つの穴５５０及び円形の開口部５３０を用いた異なる湾曲の孤形で実装されている。他の代替的な設計５０４を図３１Ｃに示す。ここでは、ソリッドローターの形状が用いられ、より大きな穴５３０が（より大きなドライブシャフトのために）実装されている。非対称な形状を採用したさらに他の代替的なローター設計５０６を図３１Ｄに示す。この非対称な形状は、容積の減少曲線を滑らかにし、高圧力において生じる熱伝達のための時間を増大させる。代替的なローターの形状は、異なる湾曲、又は、圧縮室内の増大する容積の必要性のために実装され得る。
【０１１６】
接触型の先端シールを有する実施形態において、先端シールの摩耗を最小化するために、ローターの表面を滑らかにしても良い。代替的な実施形態において、非接触型のシールの性能を向上し得る乱流（turbulence）を生成するために、ローターに対して表面テクスチャリング（surface texture）を施すことは有利となり得る。他の実施形態においては、密封及び熱伝達の両方に対する利点を考慮してさらなる乱流を生成するために、ローターケーシングの円筒状の内壁に対してさらにテクスチャリングを施し得る。このテクスチャリングは、部品の機械加工を介して、又は、表面コーティングを用いることによって、実現することができる。テクスチャリングを実現する他の方法は、ウォータージェットを用いたブラスティング、又は、でこぼこした表面を形成するための同様の装置を用いることである。
【０１１７】
メインケーシング１１０は、着脱可能なシリンダーライナーをさらに用いることもできる。このライナーは、上述した利点のために乱流を引き起こす微細な表面加工処理（microsurfacing）という特色をなす。ライナーは、ローター及びケーシングの信頼性を向上させるための摩耗面としても機能し得る。着脱可能なライナーは、推奨されるメンテナンススケジュールの一部として定期的に交換し得る。ローターがライナーを含むようにしても良い。
【０１１８】
メインケーシング１１０の外面もまた、用途に特定のパラメータに適合するように変更し得る。例えば、サブシー（subsea）へ適用する場合、外部圧力に耐えるためにケーシングは非常に厚くする必要があり、又は、補助的な圧力容器内に配置する必要がある。他の用途では、外側の物品を設置しやすくしたり、複数の圧縮機を重ねやすくするために、長方形又は正方形のプロファイルを有するケーシングの外面が有利であり得る。液体は、さらなる熱伝達を実現し、又は、例えばサブシーへ適用する場合において圧力を均等にするために、ケーシングの内部で循環させても良い。
【０１１９】
図３２Ａ及びＢで示すように、ローター５００（ここでは、ローターエンドキャップ５９０と共に図示される）、ゲート６００及びドライブシャフト１４０の組合せは、シリンダー内で流体をより効率的に圧縮する方法を定める。ゲートは、ローターの回転に応じて入口部分と圧縮部分とを分離して定めるために、ローターの長さ方向に沿って位置決めされている。
【０１２０】
各エンドプレート１２０に一つの球面ころ軸受を用いる好適な実施形態では、ドライブシャフト１４０はエンドプレート１２０に設置される。全体の荷重容量を増加させるために、各エンドプレート１２０において１つより多いベアリングを用いても良い。ベアリングを潤滑するためにグリースポンプ（図示しない）が用いられる。用途に特定のパラメータに応じて様々な種類の他のベアリングを用いても良く、ころ軸受、玉軸受、ニードル軸受、円錐軸受、円筒軸受、ジャーナル軸受等が含まれる。グリース、油、又は他の潤滑剤を用いる異なる潤滑システムを用いても良い。また、ドライ系の潤滑システム又は潤滑剤を用いても良い。さらに、動的不釣合（dynamic imbalance）が生じ得る用途では、軸上の漂遊負荷（stray axial loads）を支持するために、複数のベアリングの配置が有利となり得る。
【０１２１】
本発明の実施形態に従うゲートの動作が、図８、１７、２２、２４Ｂ、２６Ａ−Ｆ、２７Ａ−Ｆ、２８、３２Ａ−Ｂ、及び、３３−３６に示される。図２６Ａ−Ｆ及び２７Ａ−Ｆに示すように、ゲート６００は、吸入容積４１２及び圧縮容積４１４の間に圧力の境界を形成する。吸入容積４１２は、入口４２０とつながっている。圧力容積４１４は、出口４３０とつながっている。往復する長方形のピストンのように、ゲート６００はローター５００の回転と同調して上下する。
【０１２２】
ゲート６００は、ローター５００と接触しローター５００とゲート６００との間のインターフェースを提供する任意の先端シール６２０を含んでも良い。先端シール６２０は、ローター５００に支えられて動くゲート６００の先端における材料の一片によって構成される。先端シール６２０は、ポリマー、グラファイト、及び金属を含む異なる材料で形成しても良く、湾曲した、平坦な、又は、傾斜した表面等の様々な形状とすることができる。先端シール６２０は、加圧された流体又はスプリングやエラストマーによる弾性力によって支持されるようにしても良い。このことは、シーリング内の先端シール６２０がローター５００に接触し続けるための復元力を提供する。
【０１２３】
異なる種類の接触する先端部をゲート６００に用いても良い。図３５に示すように、ローラーチップ６５０を用いても良い。ローラーチップ６５０は、回転するローター５００と接触しながら回転する。また、異なる強度の先端部を用い得る。例えば、先端シール６２０又はローラーチップ６５０は、ローター５００の表面が摩耗する前に徐々にすり減るより軟らかい金属によって形成しても良い。
【０１２４】
また、非接触型のシールを用いても良い。従って、先端シールは省略し得る。これらの実施形態においては、ゲート６００の一番上の部分は、回転するローターに近接するものの必ずしも接触しない位置に配置される。許容される隙間の量は、用途に応じたパラメータに依存して調整され得る。
【０１２５】
図３４Ａ及び３４Ｂに示すように、ゲート６００の先端部がローター５００に接触しない実施形態においては、先端部は、ゲート６００の先端部に対して気体を収容するためのノッチ６４０を含んでも良い。乗せられた流体は、気体形状でも液体形状でも、非接触型のシールの提供を後押しする。当業者によって理解されるように、ノッチの数及び大きさは、圧縮機の仕様に応じて選択される設計上の選択事項である。
【０１２６】
また、液体はゲート自体から注入されても良い。ゲートの一部の断面図である図３６に示すように、流体が通過する１又は複数のチャネル６６０をゲートに組み込んでも良い。こうした一実施形態においては、液体は、ゲート６００の一番上の部分と回転するローター５００との間の液体シールを形成するために複数のチャネル６６０を通過することができる。他の実施形態においては、過剰な圧縮された流体が１又は複数のチャネル６６０に入り込むようにしても良い。さらにまた、ゲート６００は、ゲート６００とローター５００との間の隙間を最小化するために、ローター５００の部分の湾曲と一致するような形状に形成しても良い。
【０１２７】
好適な実施形態は、ゲートケーシング内のゲートを含む。図８及び１７に示すように、ゲート６００は、ゲートケーシング１５０によって囲まれ、その１つが要素１５８として示されるノッチを含む。ノッチはゲートシールを保持し、このことは、ゲート６００が上下に動作したときに、圧縮された流体がゲート６００及びゲートケーシング１５０の間の境界を通って圧縮容積４１４から逃げ出さないことを確実にする。ゲートシールは、ポリマー、グラファイト、又は金属を含む様々な材料によって形成しても良い。これらのシールのために様々な異なる形状を用い得る。様々な実施形態は、様々な異なるノッチの形状を用いても良く、ノッチがゲートケーシングの一部又は全部を通るような形状が含まれる。
【０１２８】
シールは、ゲートケーシング１５０のアセンブリが有するスプリング又はエラストマーによって提供されシール上での圧縮を引き起こすエネルギーを与える力（energizing forces）を用いても良い。加圧された流体をシールにエネルギーを与えるために用いても良い。
【０１２９】
ローター表面シールを、ローター５００とエンドプレート１２０との間の境界を定めるためにローター５００に配置しても良い。外側のロータ表面シールはローター５００の外側の端に沿って設けられ、流体がローター５００の端を通って逃げるのを防止する。補助的な内側のロータ表面シールは、外側のローター表面シールを通って逃げ出す流体が、圧縮機全体から逃げ出すのを防止するために、より小さな半径でロータの表面に設けられる。このシールは、ゲートシールと同じ又は他の材料を用いても良い。シールの効果を最適化するために様々な形状が用いられ得る。これらのシールは、スプリング、エストラマー又は加圧された流体によって提供されるエネルギーを与える力を用いても良い。
【０１３０】
メインハウジング１００の外側に流体が漏出する可能性を最小化することが望ましい。ガスケット及びＯリング等の様々なシールが、部品間の外部との接合を密封するために用いられる。例えば、好適な実施形態においては、メインケーシング１１０とエンドプレート１２０との間に二重Ｏリングシールが用いられる。ローター表面シールを通過する流体の漏出を防止するために、さらなるシールがドライブシャフト１４０の周りに用いられる。エンドプレート１２０を貫通するドライブシャフト１４０を密封するためにリップシールが用いられる。他のシールの構造、例えば、機械的シール又はラビリンスシールを用いることもできる。
【０１３１】
等温圧縮に近い圧縮を実現することが望ましい。圧縮プロセスにおいて冷却を提供するために、液体注入が用いられる。好適な実施形態においては、液体は、熱吸収のための表面面積を増加させるために霧状とされる。他の実施形態においては、異なるスプレーの実装又は液体を注入する他の手段を用いても良い。
【０１３２】
液体注入は、圧縮される流体を冷却するために用いられ、圧縮プロセスの効率を上げる。冷却は、入力エネルギーの多くが気体の発熱よりも圧縮のためにに用いられるようにする。液体は、気体と比較して非常に優れた熱吸収特性を有し、液体に熱を吸収させると共に作動流体の温度上昇を最小化させ、等温圧縮に近い圧縮を実現する。図８及び１７に示すように、液体注入アセンブリ１３０はメインケーシング１１０に取り付けられている。液体注入器ハウジング１３２は液体ソース１３４（ノズルに含まれていない場合）及びノズル１３６のためのアダプターを含む。液体は、ノズル１３６を介してローターケーシング容積４１０に直接注入される。
【０１３３】
液体注入の量及びタイミングは、様々なセンサーを介して、液体の排出率、圧縮室内の液体レベル及び／又は液体の蓄積に起因する回転抵抗を計測可能なコンピュータによるコントローラーを含む様々な手段によって制御され得る。選択的に注入タイミングを制御するために、ノズルと併せてバルブ又はソレノイドを用いても良い。液体注入の量及び他の特性を制御するために、可変オリフィス制御を用いても良い。
【０１３４】
注入器１３６の数、位置、噴霧方向を最適化するために分析的及び実験的な結果が用いられる。これらの注入器１３６は、シリンダーの外周面に配置しても良い。液体注入は、ローター又はゲートを介して生じるようにしても良い。本設計の実施形態は、１２時及び１０時に配置された２つのノズルを有する。異なる適用パラメータもまた、好適なノズルの配列に影響する。
【０１３５】
ノズルの配列は、５ガロン／分より高い流量で設計され、１００ｐｓｉよりも低い差圧において１５０ミクロン又はそれより小さい非常に小さな液滴サイズを可能とするように設計される。２つの典型的なノズルは、Spraying Systems Co.の部品番号：1/4HHSJ-SS12007及びBex Spray Nozzlesの部品番号：1/4YS12007である。好適な流量及び液滴サイズの範囲は、適用パラメーターと共に変化する。代替的なノズルのスタイルを用いても良い。例えば、一実施形態は、液体を注入するマイクロパーフォレーション（micro-perforations）をシリンダー内で用いることにより、十分に小さな液滴を生成するための小さな大きさの穴を可能とする。他の実施形態は、アレイとして組み込まれた場合に、所与の用途に必要とされる注入要件に適合する様々な既製又はカスタム仕様のノズルを含み得る。
【０１３６】
上述したように、熱伝達率は、圧縮室内に非常に小さな液滴を注入するための噴霧ノズルを用いることによって改善される。熱伝達率は、熱伝達が生じ得る液体の表面面積に比例するから、より小さな液滴を生成することは冷却を改善する。多数の冷却用の液体が用いられ得る。例えば、水、トリエチレングリコール、様々な種類の油、及び他の炭化水素を用いても良い。相変化の特性が望まれるケースでは、エチレングリコール、ポリプレングリコール、メタノール、又は他のアルコールを用い得る。アンモニア等及びその他の冷却剤を用いても良い。さらに、所望の特性を実現するために、様々な添加剤を冷却液に混ぜ合わせても良い。圧縮プロセスを冷却するのを促す液体の熱伝達特性及び熱吸収特性と共に、相変化による大きな冷却効果の利点を得るための設計の実施形態においては、液体の蒸発を用いても良い。
【０１３７】
液体コアレッセンス（liquidcoalescence）の効果も、好適な実施形態において示される。液体の蓄積は圧縮メカニズムに対する抵抗となることがあり、最終的に、圧縮機の全ての動作が停止するハイドロロックをもたらし、潜在的に回復不能な危害の原因となり得る。図８及び１７の実施形態に示されるように、入口４２０及び出口４３０は、ゲート６００の反対側のローターケーシング４００の底部に位置しており、これにより圧縮される流体の吸入並びに圧縮された流体及び注入された液体の排気の両方にとって効率の良い位置を提供する。バルブは入口４２０において必要ではない。ドエルシールを含むことは、入口４２０を開口ポートとし、システムを簡素化すると共に入口バルブに伴う非効率を低減する。しかしながら、望ましいようであれば、入口バルブを組み込むこともできる。強化された熱伝達や他の利益を提供する乱流を引き起こすために、入口に更なる特徴を追加しても良い。液体／気体の混合物がチョーク状態（choke）及び他のキャビテーションを引き起こす状態となった場合のキャビテーションから保護するために、硬化された材料を入口又は圧縮機の他の場所において用いても良い。
【０１３８】
代替的な実施形態は、各図で示した以外の位置に配置された入口を含み得る。さらに、多数の入口をシリンダーの外周面に配置し得る。これらは、変化する圧力及び流量の入口における流れを収容するために、分離して又は組み合せて用いることができる。入口ポートは、圧縮機の排気量を変化させるために、自動又は手動で、拡張又は移動させることもできる。
【０１３９】
これらの実施形態において、多段式圧縮が用いられ、これにより出口システムは気体及び液体の両方を通過させる。ローターケーシング４００の底部近辺への出口４３０の配置は、液体のドレインを定める。このことは、他の液体注入式の圧縮機に見られるハイドロロックの危険性を最小化する。小さなすきま容積によって、圧縮室内に残る液体を収容することができる。重力が、過剰な液体の収集及び排除を後押しし、引き続くサイクルにおいて液体が蓄積するのを防止する。さらに、ローターの押し流す動作（sweeping motion）は、各圧縮サイクルにおいて圧縮機から多くの液体が取り除かれることを確実にすることを促す。
【０１４０】
出口バルブは、圧縮室内が所望の圧力となったときに、気体及び液体が圧縮機の外に流れるようにする。作動流体内の液体の存在を考慮すると、外側に流れ出る作動流体の方向の変化を最小化又は排除するバルブが望ましい。このことは、液体が方向を変えたときの槌音（hammering effect）を防止する。さらに、すきま容積を最小化するのが望ましい。
【０１４１】
リードバルブを出口バルブとして用いるのが望ましい。当業者によって理解されるように、知られている又はまだ知られていない他の種類のバルブを用いても良い。ＨｏｅｒｂｉｇｅｒタイプのＲ、ＣＯ、リードバルブを用いることができる。また、ＣＴ、ＨＤＳ、ＣＥ、ＣＭ又はポペットバルブを考慮しても良い。他の実施形態は、気体が所与の圧力となったときに気体が出るようなケーシング内の他の配置でバルブを用いても良い。こうした実施形態では、様々なスタイルのバルブを用い得る。受動型又は直接駆動型のバルブを用いても良く、バルブコントローラーを実装しても良い。
【０１４２】
現時点で好適な実施形態において、出口バルブはケーシングの底部近くに配置され、液体及び圧縮された気体の高圧力部分からの排出を可能とするように機能する。他の実施形態においては、底部近くとは異なる場所であるメインケーシングの外周面に配置された追加の出口バルブを備えることが有用である。ある実施形態では、出口をエンドプレートに配置することによって利益を得る。さらに他の実施形態では、出口バルブを２種類のバルブに分離する（一方を主に高圧の気体用とし、他方を液体の排水用とする）ことが望ましい。これらの実施形態では、２つ又はより多い種類のバルブを相互に近く、又は、異なる場所に配置しても良い。
【０１４３】
図８及び１７に示すように、ローターのシーリング部分５１０は、ドエルシールの形成によって出口ポートと入口ポートの間の流体のやり取りを効果的に妨げる。ローター５００とゲート６００の間の境界では、非接触型のシール又は先端シール６２０の使用によって、出口ポート及び入口ポートの間の流体のやり取りをさらに妨げる。このように、圧縮機は、低速で運転される場合であっても、流体の戻りや漏出を防止することができる。従来のロータリー圧縮機では、低速で運転される場合に、出口から入口への漏洩経路を有し、この流路を介した漏出／漏洩の損失を最小化するために回転速度に依存してしまう。
【０１４４】
高圧の作動流体は、ゲート６００に対して大きな水平方向の力を働かせる。ゲート支柱２１０の剛性にもかかわらず、この力は、ゲート６００を撓ませ、ゲートケーシング１５２の入口側を押し付ける原因となる。非常に硬く摩擦係数の小さい特別なコーティングは、ゲートケーシング１５２に対してゲート６００が滑ることによる摩擦及び摩耗を最小化するために、両方の表面を覆うことができる。流体ベアリングを用いることもできる。また、この水平方向の力に対してゲート６００を支持するために、ペグ（図示しない）をゲート６００側からゲートケーシング１５０へと達するように設けることができる。
【０１４５】
ゲートに生じる大きな水平方向の力は、ゲートの往復運動の滑り摩擦を低減するためのさらなる考慮を必要としてしまう。グリース又は油等の様々な種類の潤滑剤を用いても良い。ゲートケーシングに対してゲートを押し付ける力に抵抗するのを促すためにこれらの潤滑剤をさらに加圧しても良い。コンポーネントは、潤滑油が浸透した（lubricant-impregnated）材料又は自己潤滑性（self-lubricating）の材料を介して滑る部品のための受動的な潤滑源（passive source oflubrication）を提供する。潤滑剤がない場合、又は、潤滑剤と共に、メンテナンススケジュールに従うことを条件に信頼性のある運転を確実にするために、滑る部品に対して取り替え可能な摩耗要素を用いても良い。当業者によって理解されるように、取り替え可能な摩耗要素は、圧縮機内の他の様々な摩耗表面に対しても用い得る。
【０１４６】
圧縮機の構造は、アルミニウム、炭素鋼、ステンレス鋼、チタン、タングステン、真鍮等の材料によって構成し得る。材料は、耐腐食性、強度、比重、及びコストに基づいて選択され得る。シールは、ＰＴＦＥ、ＨＤＰＥ、ＰＥＥＫＴＭ、アセタールポリマー等のポリマー、グラファイト、鋳鉄、又は、セラミクスによって構成され得る。知られ又は知られていない他の材料を用い得る。材料の特性を強化するためにコーティングを用いても良い。
【０１４７】
当業者によって理解されるように、設計の特定の特徴に影響を及ぼす発明を作製及び組み立てるために様々な技術を用い得る。例えば、メインケーシング１１０は、鋳造法を用いて作製しても良い。この場合、ノズルハウジング１３２、ゲートケーシング１５０又は他の部品は、メインケーシング１１０と一体に形成しても良い。同様に、ローター５００及びドライブシャフト１４０は、強度要件のためであっても、製造技術の選択のためであっても、一体の部品として形成し得る。
【０１４８】
圧縮機を包む外側の要素を用いることによって、さらなる利益を実現しても良い。回転時に生じる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加えても良い。フライホイール又は他の外部シャフト付属物は、安定した回転を実現するために用い得る。多数の圧縮機を必要とする用途では、円滑なトルク曲線を実現するために、位相を異にして設置されたローターを有する複数の圧縮機を単一のドライブシャフト上に統合しても良い。ミスアライメントの影響を最小化し、トルク移送の効率を向上させるために、エンジン又は電気モーター等の駆動力にドライブシャフトを取り付けるためにベルハウジング又は他の軸継手を用いても良い。ポンプ又は発電機等の付属部品を、ベルト、直結、ギア、又は他の伝達機構を用いてドライブシャフトによって駆動しても良い。付属部品を同調させるために、タイミングギヤ又はタイミングベルトを必要に応じて更に用いても良い。
【０１４９】
バルブを出た後に、液体と気体の混合物を、次の方法又はこれらの組合せによって分離しても良い。１．メッシュ、ベーン、絡み合わせられたファイバー（intertwined fibers）を用いたインターセプション、２．表面に対する慣性衝突、３．他の大きな注入された液滴に対するコアレッセンス、４．液体カーテンの通過、５．液体リザーバによるバブリング、６．コアレッセンスを支援するブラウン運動、７．方向の変更、８．壁部及び他の構造に癒合するための遠心力を利用した動作、９．急速な減速による慣性変化、１０．吸着剤又は吸収剤（adsorbents or absorbents）を用いることによる脱水。
【０１５０】
圧縮機の出口において、脈動室（pulsationchamber）を円筒状のボトル又は他の空洞及び要素によって構成しても良く、主な又は最終的な液体コアレッセンスと同様に、脈動の減少又は減衰を実現するために、前述した分離方法の何れかを組み合せても良い。液体と気体を分離する他の方法を用いても良い。
【０１５１】
現時点で好適な実施形態は、膨張機として作動するように変更することができる。また、詳細な説明では、上部及び底部、並びに他の方向の記載を用いたが、要素の方向（例えば、ローターケーシング４００の底部におけるゲート６００）は、本発明を限定するものとして解釈すべきでない。
【０１５２】
前述した本発明の詳細な説明が、当業者によって本発明の最良の形態であると現時点で考えられるものを製造し、使用することを可能とする限りにおいて、当業者は、変形、組合せ及び、特定の実施形態、方法、実施例の均等物の存在をここに理解する。本発明は、従って、上述した実施形態、方法、及び実施例によって限定されるべきではなく、本発明の範囲及び要旨に含まれる全ての実施形態及び方法によって解釈されるべきである。
【０１５３】
前述した詳細な説明は、従って、限定というよりも例示として考慮されることを意図し、後述する特許請求の範囲、及び、全ての均等物が本発明の要旨及び範囲を定義することを意図すると理解される。請求項の構成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（at least one）」が用いられている場合、「a」が単数形のみを意味することを要求していると解釈すべきではない。「A」又は「an」の要素は、特別に明記しない限り、複数の要素であり得る。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４Ａ】
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【図２４Ｂ】
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【図２５】
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【図２６Ａ】
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【図２６Ｂ】
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【図２６Ｃ】
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【図２６Ｄ】
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【図２６Ｅ】
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【図２６Ｆ】
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【図２７Ａ】
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【図２７Ｂ】
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【図２７Ｃ】
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【図２７Ｄ】
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【図２７Ｅ】
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【図２７Ｆ】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１Ａ】
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【図３１Ｂ】
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【図３１Ｃ】
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【図３１Ｄ】
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【図３２Ａ】
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【図３２Ｂ】
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【図３３】
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【図３４Ａ】
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【図３４Ｂ】
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【図３５】
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【図３６】
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