(57)【要約】  この発明はロータリーマシンのためのロータ（２）と、前記ロータを装備するロータリーマシンに関する。ロータ（２）はガス状または液状の媒体の中で回転し、自身の横表面（４）のうちの１つの少なくとも上に、圧力差を作り出すための少なくとも１つの凸型上昇部（１９）を有するプロファイル（３）を有する。このロータ（２）は、凸型上昇部（１９）が航空機のエアーホイルプロファイル（３）として形成され、ロータ（２）がその内側に軸方向のキャビティ（６）を有するという事実によって特徴付けられる。この場合、ロータ（２）は供給される媒体を中にまたは去るようにガイドするための少なくとも１つのチャンバ（１２、２１）へ接続され、そこでは少なくとも１つの経路開口部（５）が、エアーホイルプロファイル（３）の領域において、キャビティ（６）と外側横表面（４）との間に設けられる。異なるハウジング構造（７）の中において、このようなロータ（２）はポンプ、コンプレッサ、コンデンサ、ブロワー、ターボマシン、タービン、または圧力中和装置として用いられ得るロータリーマシンを形成する。
2009511824.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス状または液状の媒体の中で回転し、自身の横表面（４）のうちの１つの少なくとも上に圧力差を作り出すための少なくとも１つの凸型上昇部（９）を有するプロファイル（３）を有するロータリーマシンのためのロータであって、前記凸型上昇部（１９）はエアーホイルプロファイル（３）として形成され、前記ロータ（２）は内側に軸方向キャビティ（６）を有し、前記ロータ（２）は前記媒体を供給または取除くための少なくとも１つのチャンバ（１２、２１）へ接続され、前記エアーホイルプロファイル（３）の領域において、前記外側横表面（４）と前記キャビティ（６）との間に少なくとも１つの経路開口部（５）が設けられることを特徴とする、ロータ。
【請求項２】
前記ロータは少なくとも１つの羽根車（２０）と、そこにねじり固定された態様で接続され、ステータ（７）に回転可能に搭載されるシャフト（９）とを含むことを特徴とする、請求項１に記載のロータ。
【請求項３】
前記羽根車（２０）は自身の構成において実質的に円筒形であり、内側に円筒形のキャビティ（６）を有し、前記エアーホイルプロファイル（３）は前記外側横表面（４）の上または内側横表面の上のいずれかに配されることを特徴とする、請求項１または２に記載のロータ。
【請求項４】
前記羽根車（２０）の前記横表面（４）のうちの１つの上に、少なくとも１つのエアーホイルプロファイル（３）が軸方向および接線方向に配され、前記エアーホイルプロファイル（３）は、細長く下降するランアウト領域（２４）と回転方向（１８）とは反対方向で一体化する少なくとも１つの半径方向凸型上昇部（１９）を有し、回転軸（２６）からのその距離は外側横表面（４）において減少するとともに内側横表面において増加し、その端部領域でまたはその端部領域の中において前記内側キャビティ（６）への少なくとも１つの経路開口部（５）が配されることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載されるロータ。
【請求項５】
前記羽根車（２０）は金属、プラスチック、ガラス繊維複合材、またはセラミック材料からなることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のロータ。
【請求項６】
前記羽根車（２０）はこの構造において層状であり、ともに軸方向に整列して結合される、少なくとも１つのエアーホイルプロファイル（３）を有する少なくとも１つの層状リング（１３）とエアーホイルプロファイル（３）を有する少なくとも１つの層状要素（１４）の配列とからなり、前記層状要素（１４）は互いに接線方向に十分に離れ、少なくとも１つの経路開口部（５）を形成することを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のロータ。
【請求項７】
前記凸型上昇部（１９）は、規定された半径を有し、直線的に、若干凸型にまたは若干凹型に延在し、その領域の中またはその端部において前記経路開口部（５）が配される前記下降するランアウト領域（２４）と回転方向（１８）と反対方向に一体化する基準円形表面を表わすことを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のロータ。
【請求項８】
前記下降するランアウト領域（２４）はその構造において若干凹型であり、その端部において、スポイラーの態様で切取り縁部として半径方向外方向に向けられる先端部（２５）が配されることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のロータ。
【請求項９】
前記羽根車（２９）はその構造において軸方向に複数段が設けられ、各々が別個の羽根車（２０、２８）として動作する複数の相隔たる羽根車部分（２０、２８）が回転軸（２
６）の方向に軸方向に連続して配されるが、前記羽根車部分は互いに接続されるか、またはねじり固定された態様でシャフト（９）に接続されることを特徴とする、先行する請求項の１つに記載のロータ。
【請求項１０】
前記羽根車（２０）はその構造において半径方向に複数段が設けられ、異なる直径を有する複数の羽根車（２０）が互いに同軸方向に、かつ回転軸（２６）に対称に配され、互いにおよび／または前記シャフト（９）にねじり固定された態様で接続されることを特徴とする、請求項１から８の１つに記載されるロータ。
【請求項１１】
請求項１〜１０のうちの１つに記載のロータを含むロータリーマシンであって、前記ロータリーマシンは、前記ロータが搭載され、周りのガス状または液状の媒体との圧力差を回転時に示す少なくとも１つのチャンバ（１２、２１）を、前記ロータ（２）の外側横表面（４）および／または内側横表面とともに形成するハウジング（７）をステータとして有することを特徴とする、ロータリーマシン。
【請求項１２】
前記ハウジング（７）は、前記媒体が供給される前記チャンバ（１２、２１）として入口チャンバ（１２）を形成し、前記媒体が取除かれる前記チャンバとして出口チャンバ（２１）を形成することを特徴とする、請求項１１に記載のロータリーマシン。
【請求項１３】
前記ロータリーマシンは少なくとも１つのロータ（２）を含み、その外側横表面（４）はハウジング部分（７）によって取囲まれ、それと一緒に前記ロータ（２）の上に入口チャンバ（１２）または出口チャンバ（２１）を形成し、少なくとも１つの入口開口部（１０）および／または出口開口部（１１）を有することを特徴とする、請求項１１または１２に記載のロータリーマシン。
【請求項１４】
前記ロータリーマシンは少なくとも１つのロータ（２）を含み、その内側キャビティ（６）は少なくとも１つのハウジング部分（７）によって覆われ、前記キャビティ（６）とともに入口チャンバ（１２）または出口チャンバ（２１）を形成し、少なくとも１つの入口開口部（１０）および／または出口開口部（１１）を有することを特徴とする、請求項１１または１２に記載のロータリーマシン。
【請求項１５】
前記ロータリーマシンは少なくとも１つの入口チャンバ（１２）と出口チャンバ（２１）とを含み、各々のチャンバ（１２、２１）は入口開口部（１０）または出口開口部（１１）を有することを特徴とする、請求項１１〜１４の１つに記載のロータリーマシン。
【請求項１６】
前記ロータリーマシンは、軸方向において複数段が設けられる羽根車（２０、２８）を有する少なくとも１つのロータ（２）を含み、その外側横表面（４）はさらなる羽根車部分（２８）を有する後段のためのそれぞれの入口開口部（２７）または入口開口部（１０）もしくは出口開口部（１１）を有する別個のハウジング部分（７、２２）によって取囲まれることを特徴とする、請求項１１〜１５の１つに記載のロータリーマシン。
【請求項１７】
前記ロータリーマシンは、共通のハウジング部分（７）に取囲まれ、および／またはそのキャビティ（６）が少なくとも１つのハウジング部分（７）によって覆われる、半径方向に複数段が設けられる羽根車を有する少なくとも１つのロータ（２）を含み、少なくとも１つのハウジング部分（７）には入口開口部（１０）または出口開口部（１１）が設けられることを特徴とする、請求項１１〜１５のうちの１つに記載のロータリーマシン。
【請求項１８】
前記ロータリーマシンは駆動タービンとして形成され、羽根車（２０）を有するとともに円筒形のハウジング部分（７）によって取囲まれる少なくとも１つのロータ（２）を含み、前記ロータ（２）を取囲み、ガス状または液状の媒体を供給するためかつシャフト（
９）を導入するための軸方向入口開口部（１０）を含み、その対向する軸方向の端部にボトルネック型の出口開口部（１１）を有することを特徴とする、請求項１１〜１７の１つに記載のロータリーマシン。
【請求項１９】
前記ロータリーマシンはポンプ、コンプレッサ、コンデンサ、タービン、ターボマシン、または圧力中和装置として形成されることを特徴とする、請求項１１〜１７の１つに記載のロータリーマシン。
【請求項２０】
前記ロータリーマシンはガス状または液状の媒体を用いて回転スピードを作り出すよう形成され、圧力をかけられたガス状または液状の媒体の方向性のある供給のために少なくとも１つの入口チャンバ（１２）を含み、前記入口チャンバは、流れの方向が回転可能に搭載される前記ロータ（２）の前記凸型上昇部（１９）に向かって方向付けされるように形成されることを特徴とする、請求項１１〜１７の１つに記載のロータリーマシン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は請求項１のプレアンブルに従ったロータリーマシンのためのロータおよび請求項１１のプレアンブルに従ったロータリーマシンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロータリーマシンは、ガス状もしくは液状の媒体において圧力差を作り出すか、またはこのタイプの媒体における圧力差によって駆動されるという点において特徴付けられる。この目的のために、このタイプのロータリーマシンは一般的に、ガス状もしくは液状の媒体の中でステータに対して回転可能に搭載されるロータを有し、その形状または構成により圧力差を作り出すか、またはこの媒体における圧力差を回転運動へと変換するロータを有する。このタイプのロータリーマシンの例としては、まず、広範囲のロータ設計を有し、通常はステータとしてのハウジング内に回転可能に搭載されるほとんどのタイプのポンプ、コンプレッサ、ターボマシン、タービン、または風力エネルギ変換機を含む。
【０００３】
ＤＤ  ２９３  １８１  Ａ５は、偏心してポンプハウジングに搭載される円筒形または円錐形のロータを有するポンプの形態のロータリーマシンを開示する。このロータは駆動部に接続され、液体として好ましくはオイルを入口開口部から出口開口部へと運ぶ、三日月の形をした回転ポンプチャンバを回転時に作り出す。このポンプは、流体力学の原理に基づいており、三日月の形をした回転ハウジング内における回転の間にオイルウェッジを作り出し、ポンプチャンバにおいて圧力が上昇することとなり、これによりこのオイルが入口開口部から出口開口部へと運ばれる。この場合ロータは、回転の偏心経路によってのみ、液体において圧力の上昇をもたらす相対的に平滑で丸い外側横表面を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、円筒のハウジング内にあるこのタイプの偏心して回転するロータは、ポンプチャンバにあるのがガス状の媒体である場合には、自身の構造化されていない横表面のためほとんど好適ではない。
【０００５】
ＤＥ  １０３  １９  ００３  Ａ１は、風力エネルギを電気エネルギへと変換する風力エネルギ変換機のロータを開示する。この場合、ロータは、ステータに搭載されるとともに外方向に突出するロータブレードが一定の角度間隔で上に配されるシャフトからなる。この場合、これらのロータブレードは、流れの方向において円筒形の横表面を有し、したがって鋭角で後方にテーパする凸型突出部を有する、航空機のエアーホイルの対称的な翼として形成される。この場合、ロータブレードは、吹き抜ける風がガス状の媒体として、ステータ内に搭載されるロータの回転運動を引起す圧力差をベルヌーイの式に従ってもたらすように風の方向に向けられる。このタイプの翼は、鋭角でテーパする自身の縁部において破壊的な渦の形成を引起すので、風方向に対して横方向に鋸歯状の刻み目が翼のプロファイルの上に設けられる。これにより、下側での圧力よりも上側での圧力が低くなり、さらなる揚力へと繋がり、その結果、渦の形成は低減され、より効率的なエネルギ変換が可能となるはずである。しかしながら、このタイプのロータは気状またはガス状の媒体における使用に対してのみ設けられ、その長いロータブレードとそれによって必要となるハウジング直径とのために液体媒体に対してはほとんど用いられ得ない。
【０００６】
ＤＥ  ４２  ２３  ９６５  Ａ１は、搭載されるシャフトの上に少なくとも一つの支持盤が搭載され、その外側円筒横表面の上にはガス状の媒体の中で回転する突出する短いブレードが配されるターボマシンロータを開示する。このロータはステータハウジングに配
され、高回転スピードでシャフトを介して駆動される。この場合、高い凝縮効果によりガス状の媒体は入口開口部から出口開口部へと押出される。しかしながら、このタイプのターボマシンロータは一般的に液状媒体に対しては好適ではない。なぜならば、このような媒体は圧縮可能ではないため、薄いブレードは簡単に損傷され得るからである。
【０００７】
ＤＥ  １９７  １９  ６９２  Ａ１は、内側に歯が設けられたロータを含み、内側に歯が設けられたロータの設計が非常に頑丈であるロータポンプを開示する。この場合、ポンプは外側羽根車および内側羽根車が回転可能に搭載される回転可能な偏心リングを含むハウジングからなる。この場合、内側羽根車はその外側横表面の上に配される複数の歯を有し、外側ロータに回転可能に配される内側ロータである。外側ロータは、内側方向に方向付けされた歯が同様に上に配される自身の内側横表面で内側ロータを囲い込む。この場合、内側および外側の歯は、横表面の全長にわたって延在し、凸型の対称の上昇部から実質的になる。すなわち、６つの凸型上昇部が内側ロータの外側横表面上に配され、７つの凸型上昇部が外側ロータの内側横表面上に配される。外側ロータの内側キャビティは、この場合、互いに対向する入口開口部および出口開口部にそれぞれ接続される。内側ロータの回転運動はさらに偏心リングにおける外側ロータの回転運動を引起し、これにより内側および外側ロータの歯の間に可変の体積を有するチャンバの連なりを形成する。結果として、これらチャンバに位置する流体は拡張するチャンバへと引込まれ、収縮するチャンバから引出される。この場合、供給される流体は、このように作り出された圧力差の結果、入口開口部から出口開口部へと押出される水圧のある液体である。このタイプのロータは、互いに同軸に配されるとともに、互いに異なる数の歯を有しかつ最大限の精度で設計されるときにのみ正確な嵌め合いをもって噛み合わなければならない、歯が設けられる少なくとも２つの部分からなる。そのためこのタイプのロータ構成は製造するのが非常に複雑であり、摩擦を受け、摩耗に左右される多くの部分を装備する。
【０００８】
したがってこの発明は、多くのロータリーマシン設計のために普遍的に使用可能であって、頑丈でほとんどメンテナンスが必要ないと同時に製造が簡単であるロータを提供するという目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的は請求項１および請求項１１に開示される発明によって達成される。この発明の発展例および有利である例示的な実施例は下位の請求項において開示される。
【００１０】
この発明は、ロータの横表面のうちの１つの上のエアーホイルプロファイルの結果として、ロータの運動またはガス状もしくは液状の媒体の流れの結果得られるベルヌーイ効果により、エアーホイルプロファイルの上に低減圧力効果が作り出され、これにより、このタイプのロータが液状およびガス状媒体の両方のためのロータリーマシンにおいて用いられることが可能になるという利点を有する。回転するシーリングチャンバの形成によって圧力または吸引効果が作り出されるわけではないので、固体が混入される媒体もしたがって有利に運ばれ得る。そのため、このタイプのロータはバルク材料または分散物の連続輸送にも非常に好適である。
【００１１】
同時にこの発明は、流れにとって有益なエアーホイルプロファイルが、用いられる媒体においてほんのわずかな渦しか引起こさず、ベアリングを除けばステータまたは他のロータ部分と接触がないため、このタイプのロータを装備するロータリーマシンはとくに静かに動作し、流れまたは摩擦の損失をほとんど示さないという利点を有する。この発明に従ったロータは内部が中空であり、横表面のうちの１つの上の平坦なエアーホイルプロファイルのみを用いて圧力差を作り出すので、ロータは特に軽く製造され得る。そのため、低質量化のみが促進される必要があり、これにより、低摩擦および低流量の乱流にもかかわらず、全体として非常に効率のよいロータリマシンを達成することを有利に可能とする。
【００１２】
さらに、ロータの低質量ならびに実質的に対称な構造および中心回転によってでは低い遠心力効果しか引起こされないため、このタイプのロータは高回転スピードで有利に動作されうる。これにより、高流速での高圧力差すら作り出されることが可能になり、その結果、供給されるガス状もしくは液状媒体またはそれに含まれる固体の高出力が同時に有利に達成され得る。
【００１３】
作り出すことが可能な圧力差が上昇すると、この発明に従ってこのようにプロファイルが設けられたロータスリーブにおいては、回転スピードにほとんど比例して、一定のロータスピードでは有利にもほとんど圧力または体積の変動が起こり得ない。横スリーブの上のエアーホイルプロファイルは、モータが駆動されているときにずっと、媒体の雰囲気圧と無関係である圧力差を作り出し、これにより、静圧がかけられる際に、高濃度のガス状媒体さえもが運ばれるのを、または非常に低い深さにある液体さえもが表面へとポンピングされるのを有利に可能とする。
【００１４】
この発明に従ったロータおよびそれを装備したロータリーマシンは、輸送のためまたは圧力を作り出すために駆動状態においてのみ利用され得るものではなく、圧力をかけられた媒体の流れ修正の導入時には、たとえば電気のようなエネルギを水力または風力から有利に作り出すよう、回転スピードを作り出すのにも用いられ得る。
【００１５】
この発明に従ったロータの複数段の構成およびそれを装備したロータリーマシンにおいては、軸方向の段の場合、一定の流量ではより高い圧力が有利に作り出され得、または同軸の段の場合は、圧力差は一定のまま、プロファイル表面を上昇させることで、運ばれる流量がさらに高くなることを可能にする。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
この発明は以下にさらに詳細に、図面において図示される例示的な実施例を参照して記載される。
【００１７】
図１は、内側キャビティ６への通路開口部５が間に配される９つのエアーホイルプロファイル要素３を外側横表面４に有するポンプロータとしての単一段の中空ロータ２を有するロータリーマシンとしてのポンプ１の斜視図である。
【００１８】
図示されるポンプ２は、液体媒体としては好ましくは水とともに動作する設計である。ポンプ２は実質的には、ポンプロータ２が配されるステータとしての固定ハウジング７からなる。ロータは、ハウジング７において２つのベアリング８に回転可能に搭載され、駆動モータ９（図示せず）に接続されるシャフト９を自身の中心に有する。ハウジング７は自身の構造において実質的に円筒形であり、ポンピングされるべき水を除去するための出口開口部１１を自身の外側横表面上に含む。供給ライン（図示せず）に接続可能である入口開口部１０がハウジング７の左端面または横表面上に設けられ、ポンピングされるべき水がキャビティ６へ入ることを可能とする。入口開口部１０はロータ２のキャビティ６へと接続され、それと一緒に入口チャンバ１２を形成する。このタイプのポンプ１は原理上はたとえば水、オイルなどのすべての液体媒体とともに、たとえば分散物のような固体と混ぜられたすべての液体も運ぶのに用いられ得る。
【００１９】
図２は前述したポンプ１の正面図であって、ロータ２の構成および構造を詳細に示す。この場合ロータ２は実質的に、図示されるポンプ１の場合には入口チャンバ１２を形成する円筒形のキャビティ６を内側に有する円筒形の羽根車２０からなる。ロータ２の外側接線方向横表面４の上を軸方向に延在するエアーホイルプロファイルを形成する９つの凸型上昇部３が、ロータ２の外側横表面４の上に配され、同じ角度部分に分布する。ロータ２
は自身の外側接線方向横表面４の上に、回転の際にベルヌーイ効果の結果として、たとえば空気のようなガス状の媒体の中にさえ圧力が低減された領域を形成する複数のエアーホイルプロファイル要素３を有する。そのため、バルク材料に浸透するガス状の媒体のようなすべてのガス状の媒体もしたがって運ばれ得、凝縮され得、または引込まれ得る。
【００２０】
たとえば水のようなポンピングされるべき媒体を含むポンプ１の内側キャビティ６または入口チャンバ１２への経路開口部５は、エアーホイルプロファイル３の端部領域に設けられる。図３はポンプ１の軸方向の構造の詳細平面図である。図３は、ロータ２が軸方向において自身の構造では層状であることを明らかにする。これらの層状物は、平坦な金属シートからなるエアーホイルプロファイル３のため、レーザの助けを借りて切出されるかまたは打出されるのが好ましい。この場合ロータ２は主に、層状リング１３と、羽根車２０を形成する層状要素１４の配列とからなる。
【００２１】
図４は層状リング１３のより詳細な図である。図５は、一群の軸方向の層状物として、接線方向の横表面４を有する羽根車２０を形成する層状要素１４のより詳細な図である。図３に示されるロータ１は層状要素１４の３つの配列からなり、それぞれの層状リング１３はその外側横表面に固定される。この場合、層状リング１３は、水溶性の液体によって引起される腐食に対して保護される平坦なスチールシートからなるか、またはステンレスのハイグレード鋼からなるのが好ましい。層状リング１３および層状要素１４は通常同じ材料からなるが、それらは利用される媒体に依拠して、他の金属、硬質プラスチック材料、合成繊維複合材料またはセラミックからもなり得る。各層状リング１３は、内側にたとえば２５０ｍｍの直径を有する円形の穴２３を有し、約３６０ｍｍの最小外径を有する。この場合、層状リング１３は各々が好ましくは４０°である９つの同様の角度領域を含み、各々の場合、その外側接線方向横表面４上に配される、下降傾斜で平坦にランアウト領域２４へと回転方向１８と反対方向に一体化してエアーホイルプロファイル３を形成する凸型上昇部１９を有する。凸型上昇部１９は、ランアウト端部に対して好ましくは約４５ｍｍの上昇部１９を有し、約２０ｍｍの半径を有する。回転方向１８と反対方向に延びる下降プロファイル領域２４は半径１６７ｍｍの凹型湾曲部を有し、約７０ｍｍの長さにわたって延在する。したがって、下降凹型ランアウト領域２４とともに凸型上昇部１９は、横表面４の上にて航空機のエアーホイル翼のプロファイルを模倣する。エアーホイルプロファイル３はこの場合、スポイラーとして働く、切取り縁部上での乱流を実質的に防ぐ若干そそり立つ先端部２５で終端する。
【００２２】
回転方向１８とは反対方向において、この乱流防止先端部２５の後には、回転軸２６から最も短い距離にあり、約５ｍｍの長さにわたって接線方向にそこへと延在する接線方向のまっすぐな表面がある。このまっすぐな表面は軸方向において経路開口部５を区切り、ロータ２の接線方向の外側横表面４の上において各々の個々のエアーホイルプロファイル３を終端させる。この場合、各層状リング１３は、同一の角度領域において配されるとともに回転軸２６から同じ距離に配される好ましくは同様のエアーホイルプロファイル３によって形成される。
【００２３】
図示されるポンプロータ２を実施するよう、２つの外側層状リング１３の間に配されるのは、各々の場合、層状リング１３と同じエアーホイルプロファイル３を自身の外側半径方向端部に有する９つの層状要素１４の３つの層状層である。ロータ２の羽根車２０を形成するよう、個々の層状要素１４はエアーホイルプロファイル３と一致して一列に整列されて、層状リング１３または他の層状配列に接続され、したがって均一な軸方向に向いたエアーホイルプロファイル３を外側接線方向横表面４の上に形成する軸方向羽根車または羽根車部分を構成する。しかしながらこの場合、層状要素１４は接線方向において互いに離れるように配され、全体として層状リング１３へと接続される。これら層状要素の間の距離は、供給される媒体が、低減された圧力の結果、ベルヌーイ効果により下降エアーホ
イルプロファイル３に沿って内側円筒形キャビティ６から外方向へ吸引によって引出される経路開口部５を形成する。
【００２４】
これらの経路開口部５を流れにとって有益に形成するために、個々の層状要素１４にはそれらの後方領域において凸型湾曲部１５が設けられ、それらの前方領域において凹型湾曲部が設けられる。これらにより、回転の間、渦が実質的にない流れを可能とする。この場合、内側縁部の上の凹型湾曲部１５はさらに、たとえば１２５ｍｍの層状リング１３の穴２３の半径に対応する凹型湾曲部と一体化する。結果として、ロータ２は内側に、入口チャンバ１２として、軸方向に連続する円筒形のキャビティ６を形成する。
【００２５】
ねじり固定された態様でドライブシャフト９に接続され、層状リング１３の少なくとも１つに好ましくは接続される星型の接続要素が、羽根車２０をドライブシャフト９に固定するために設けられる。この発明の別の実施例において、エアーホイルプロファイル３は内側接線方向横表面の上にも配され得、そうならばロータ２は外側に円形の横表面４を有する。その結果、流れの方向は反転し、羽根車２０またはロータ２のキャビティ６において出口チャンバ２１が形成される。
【００２６】
ポンプ１を動作させるために、ロータ２は所定の回転スピードで所定の回転方向１８に駆動されるため、低減された圧力または周りのガス状もしくは液状の媒体との圧力差がベルヌーイの効果に従って、外側横表面４の上に、回転方向１８において凸型上昇部１９の後に形成される。そのため、圧力がより高い内側チャンバ６から外方向に媒体が引出される。この場合、圧力の違いは羽根車２０の回転スピードまたは円周スピードに実質的に依存する。この圧力の差は、切取り縁部の上での渦の形成またはその他の乱流要素が大きくなり、かなりの逆圧を発生させるまでおおよそ直線的に上昇する。しかしながら、これは特に、切取り縁部の有利な形成ならびに円形入口および出口チャンバ１２、２１の形成によって低減され得るため、少なくとも１０，０００ｒｐｍの回転スピードで圧力は直線的に上昇する。
【００２７】
高い圧力差は同時に、単位時間ごとの流量の増加も可能にし得る。しかしながら、これは経路開口部５の断面表面面積によって制限されるが、流量または体積流量はエアーホイルプロファイル３の表面面積を拡大することによっても容易に増加され得る。原理上、圧力差は、ロータ２のまたは羽根車２０の円周上にただ１つエアーホイルプロファイル３があれば生み出され得る。しかしながら、流量を増加し流量比を改善するよう、９つのエアーホイルプロファイル３が接線方向の外側ロータスリーブ４の周りに円形状に配されるのが好ましかった。しかし、これより少ない数および大きい数のプロファイル表面がさらに実施され得る。少なくとも１つのエアーホイルプロファイル３を含むこのタイプのロータ２は円筒形である必要はなく、その代わりに圧力差が同様に作り出され得る球形または円錐形の外側横表面４を有し得る。この場合、このタイプのロータは、如何なる閉じられた入口または出口チャンバ１２、２１も必要としない。なぜならば、単純に、ハウジング部分なしでガス状または液状の媒体の中で回転することにより、入口または出口チャンバ１２、２１のうちの１つにのみ接続されなければならない排出または供給ラインによってのみ活用され得る圧力差を低減するからである。この場合、圧力補償を用いるかどうかによりロータリーマシンの設計が実質的に決定される。したがって、吸引マシンとしてラインに接続される閉じられた入口チャンバを有するロータリーマシンはさらに、ガス状媒体用にまたはバキュームクリーナとして形成され得る。反対に、閉じられた出口チャンバ２１を有するロータ２はガス状媒体のためのコンプレッサもしくはブロワーとして、または運ぶためもしくは液体媒体の圧力補償のためのポンプとして有利に用いられ得る。このタイプのロータ２はしかしながら、周りの媒体と圧力に差があるならば、回転スピードを作り出し、水または空気の圧力に差があるならば、エネルギを作り出すようにも用いられ得る。
【００２８】
図６に図示されるこの発明の特定の実施例において、複数の羽根車２０が軸方向において互いに隣り合うよう配され、分離出口チャンバ２１によって互いに離される。この場合、図示される４つの羽根車２０は、ステータおよびハウジング部分の上の２つのベアリング８に搭載される共通のドライブシャフト９の上に配される。羽根車２０はすべて、３つの中間壁２２を有し、したがって、各々において同様の羽根車２０が回転可能に配される４つの出口チャンバ２１を形成する複部構成ハウジング７によって取囲まれる。
【００２９】
この場合、各羽根車は、図１から図５を参照して記載された羽根車２０のように形成され、外側横表面４の上に配され、間に内側キャビティ６への経路開口部５が設けられる９つのエアーホイルプロファイル３から基本的になる。第１の羽根車２０において、ハウジング７の外側領域への第１の入口開口部１０が、入口チャンバ１２として第１の羽根車２０のキャビティ６への接続を確立する円形の窪みとして設けられる。供給されるガス状または液状の媒体はこの第１の入口開口部１０へと供給されるため、ガス状または液状の媒体がキャビティ６として形成される第１の羽根車２０の第１の入口チャンバ１２へと入る。ロータ２が所定の回転スピードで駆動されるならば、圧力差がエアーホイルプロファイル３の上で経路開口部５の領域において作り出され、その結果、媒体は羽根車２０を取囲む第１の出口チャンバ２１の中へと外方向に引込まれる。これは、この出口チャンバ２１において、第２の羽根車２８のキャビティまたは入口チャンバで第２の入口開口部２７を介して作用する圧力の上昇を引起す。この回転する第２の羽根車２８により再び圧力差が作り出されるため、媒体は圧力の上昇により第２の出口チャンバ２９へと入る。第３の羽根車への入口開口部がさらに第２の出口チャンバ２９において設けられているため、後の２つの出口チャンバの各々において同じ量だけ圧力がさらに上昇する。そのため、このタイプの４段のポンプは、たった１つの羽根車２０を含む単一段のポンプ１においてよりも圧力が４倍大きく上昇することになる。ロータリーマシンとしてのこのタイプの複数段ポンプは多くの圧力上昇段を装備し得、これにより、与えられる回転スピードに依拠して、ほとんどの任意の望ましい圧力の上昇を確立することを可能にする。
【００３０】
ロータリーマシンとしてのこのタイプの複数段のポンプはさらに、半径方向段とともに形成され得る。この目的のために、異なるサイズの外径を有する複数の羽根車２０が互いに同軸に配され、共通のドライブシャフト９により回転される。このような同軸の構造のロータリーマシンは非常に高い圧力が作り出されることを可能とするだけでなく、エアーホイルプロファイルの高い有効表面面積の結果、単位時間ごとに高い体積流量を運ぶことを可能とする。
【００３１】
図９は、好ましくは液体媒体のための駆動タービンを示すこの発明の実施例のさらなる特定のタイプを示す。この目的のために設けられるのは、その外側横表面の上に配されるエアーホイルプロファイル３と円筒形のハウジング７において配されるそのキャビティへの経路開口部５とを有する単一段の円筒形のロータ２である。ハウジング７は、その一方の軸方向端部に入口開口部１０を含み、その他方の軸方向端部にボトルネックの態様で形成される出口開口部１１を含む。ハウジング７に配されるロータ２は、たとえばそれにより水のような液体媒体も好ましくは供給されるシャフト９を介して入口開口部１０により駆動される。回転により水が出口チャンバ２１としての取囲むハウジングの中に引込まれ、これによりその中において、流れにとって有益な狭いボトルネックタイプの出口開口部１１から周りの媒体へと生じる過剰な圧力が作り出される。駆動回転スピードおよび出口開口部１１の断面表面面積に依拠して、水は特定の流出速度で周りの停滞している水の中へと流れ込み、これによりタービンのような反動効果を作り出す。これにより、同様または異なる媒体へ、方向の関数として高い圧力で好ましくは水媒体が押しやられるかまたは液体が噴出することを可能とする。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】単一段のポンプロータを含むポンプの斜視図である。
【図２】ポンプロータを含むポンプの正面図である。
【図３】ポンプロータを含むポンプの平面図である。
【図４】ポンプロータのための羽根車の層状リングを示す。
【図５】ポンプロータのための羽根車の層状要素の配列を示す。
【図６】複数段のポンプロータを含むポンプの断面図である。
【図７】駆動タービンの断面図である。
【図１】
2009511824.tif 000003
【図２】
2009511824.tif 000004
【図３】
2009511824.tif 000005
【図４】
2009511824.tif 000006
【図５】
2009511824.tif 000007
【図６】
2009511824.tif 000008
【図７】
2009511824.tif 000009
【国際調査報告】
2009511824.tif 000010
2009511824.tif 000011
2009511824.tif 000012
2009511824.tif 000013
2009511824.tif 000014
2009511824.tif 000015