(57)【要約】本発明は、液体を含むよう構成された、第１の空間(３)間の静止した壁(２)を貫通する挿通孔(１)をシールするための装置に関する。回転可能なシャフト(５)は、シャフトと壁との間にシャフトの周囲に延在するギャップが形成されるよう、壁を貫通して挿通孔内にて延在するよう意図されている。液体を含むチャンバー(８)は、ギャップと第１の空間との間に配置されており、しかも軸の周囲に延在している。回転可能なディスク(１４)はシャフトに固定的に設けられており、しかもシャフトから前記チャンバー内へと外側に向かって延在している。手段(１７',１７'')は、チャンバー内において、シャフトの回転速度を実質的に超過する回転速度で液体を回転させるよう構成されている。
2005503526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を含むよう構成された第１の空間(３)と、液体を含むよう構成された第２の空間(４)との間の静止した壁(２)を貫通する挿通孔(１)をシールするための装置であって、
回転可能なシャフト(５)が、前記シャフトと前記壁との間に前記シャフト(５)の周囲に延在するギャップが形成されるように、前記挿通孔(１)内で前記壁(２)を貫通して延在するよう意図されており、
前記装置はチャンバー(８)および回転可能なディスク(１４)を含み、前記チャンバー(８)は前記ギャップと前記第１の空間(３)との間に配置されてなると共に前記シャフトの周囲に延在しており、前記ディスク(１４)は前記シャフト(５)に固定的に設けられてなると共に前記シャフトから前記チャンバー(８)内へと外側に向かって延在しており、
前記チャンバー(８)は液体を含むよう構成されており、
前記チャンバー(８)内において、前記シャフト(５)の回転速度を実質的に超過する回転速度で、前記液体を回転させるよう構成された手段(１５,６０)を含むことを特徴とする装置。
【請求項２】
前記チャンバー(８)は、前記第２の空間(４)の前記液体の一部が前記チャンバー(８)内に流入することを可能とするよう、かつ、前記挿通孔の前記シールのために少なくともその一部が前記チャンバー(８)内に保持されることを可能とするよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記手段(１５,６０)は、前記ディスク(１４)と前記第１の空間(３)との間で前記チャンバー(８)内における前記回転をもたらすよう構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記手段は、前記シャフト(５)とは別個に回転するよう構成された羽根部材(１５)を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記手段は、前記羽根部材(１５)を前記シャフト(５)の回転速度よりも高い回転速度で回転させるよう構成された駆動要素(２３,４０,４１)を含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記羽根部材(１５)は、前記シャフト(５)、前記ディスク(１４)および前記壁(２)の少なくとも一つに連結された支持部材(２２)によって回転可能に支えられていることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記羽根部材(１５)は、前記チャンバー(８)内に配置された少なくとも一つの、羽根(１２,１２',１２'')のセットを含むことを特徴とする請求項４ないし請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記羽根部材(１５)は、前記チャンバー(８)内で外側に向かって延在するローター部材(１６,４０)を含むことを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
前記羽根部材(１５)は、羽根(１７')の第１のセットおよび羽根(１７'')の第２のセットを含み、前記羽根(１７')の第１のセットは前記ローター部材(１６,４０)に配置されておりかつ前記第１の空間(３)に面して回転させられ、前記羽根(１７'')の第２のセットは前記ローター部材(１６,４０)に配置されておりかつ前記ディスク(１４)に面して回転させられることを特徴とする請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ローター部材は、前記チャンバーの外側に設けられたステーター(４０)を有する電気モーターのローター(４０)を含むことを特徴とする請求項８または請求項９に記載の装置。
【請求項１１】
前記羽根部材(１５)は前記チャンバー(８)を形成することを特徴とする請求項４ないし請求項７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１２】
前記羽根部材は、羽根(１７')の第１のセットおよび羽根(１７'')の第２のセットを含み、前記羽根(１７')の第１のセットは前記チャンバー(８)の第１の制限壁(１１)に配置されておりかつ前記ディスク(１３)に面して回転させられ、前記羽根(１７'')の第２のセットは前記チャンバー(８)の第２の制限壁(１２)に配置されておりかつ前記第１の制限壁(１１)に面して回転させられることを特徴とする請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記手段(６０)は、前記チャンバー(８)内の液体が前記回転を強いられるような速度および方向にて、前記チャンバー(８)に液体を供給するよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１４】
前記手段は、少なくとも前記液体供給用のノズル(５０)を含み、前記ノズル(５０)は前記チャンバー(８)内へ実質的に接線方向に延在していることを特徴とする請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記手段は、前記液体供給のためのポンプ(５１)を含むことを特徴とする請求項１３または請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記チャンバー(８)は複数の部分チャンバー(８',８'',８''')および２枚の回転可能なディスク(１４',１４'')を含み、前記複数の部分チャンバー(８',８'',８''')は前記ギャップと前記第１の空間との間に配置されていると共に前記シャフト(５)の周囲に延在し、前記回転可能なディスク(１４',１４'')は前記シャフト(５)に固定的に設けられていると共に前記シャフトから前記部分チャンバー(８',８'')それぞれの中へと外側に向かって延在しており、前記部分チャンバーそれぞれは液体を含むよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
前記部分チャンバー(８',８'',８''')は、前記液体の一部が前記部分チャンバー内に流入することを可能とするよう、かつ少なくとも一部が前記挿通孔の前記シールのために保持されることを可能とするよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
液体が前記チャンバー(８)から前記第２の空間(４)へと流動することを可能とするよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
部分的に前記チャンバー(８)を形成すると共に前記ギャップから外側に向かって延在する壁部(１２,３０)を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１８のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２０】
前記ディスクと前記壁部(１２,３０)との間の前記チャンバー(８)は、前記チャンバー(８)から前記第２の空間(４)へと流動する前記液体の速度を低減するよう構成された出口流路を形成していることを特徴とする請求項１８または請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記出口流路は、前記ディスク(１４)の周囲における半径方向外側ポジションから前記シャフト(５)の近傍の半径方向内側ポジションへと延在していることを特徴とする請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記チャンバー(８)から前記第２の空間(４)へと流動する前記液体を輸送するための前記出口流路内には、ガイド羽根(６０)が配置されていることを特徴とする請求項２０または請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記ガイド羽根(６０)は、前記壁部(１２,３０)に配置されていることを特徴とする請求項２２に記載の装置。
【請求項２４】
前記壁部(１２,３０)は、前記壁(２)に固定的に結合されていることを特徴とする請求項２０ないし請求項２３のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２５】
気体を含む第１の空間(３)と液体を含む第２の空間(４)との間の静止した壁(２)を貫通する挿通孔(１)をシールするための方法であって、
回転するシャフト(５)は、シャフトと前記壁との間に前記シャフト(５)の周囲に延在するギャップが形成されるよう、前記挿通孔(１)内で前記壁(２)を貫通して延在しており、
チャンバー(８)および回転するディスク(１４)を含み、前記チャンバー(８)は前記ギャップと前記第１の空間(３)との間に配置されてなると共に前記シャフトの周囲に延在しており、前記ディスク(１４)は前記シャフト(５)に固定的に設けられてなると共に前記シャフトから前記チャンバー(８)内へと外側に向かって延在しており、前記チャンバー(８)が液体を含むよう構成された装置を配備するステップと、
前記チャンバー(８)内の前記液体を実質的に前記シャフト(５)の回転速度を超過する回転速度で回転させるステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項２６】
前記第２の空間(４)からの前記液体の一部が前記チャンバー(８)内へ流入することを可能にすると共に、前記挿通孔の前記シールのために少なくともその一部が前記チャンバー(８)内に保持されることを可能にするステップをさらに含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに従った装置および請求項２５のプリアンブルに従った方法に関する。本発明は、実質的に静止した壁と、この壁の挿通孔を貫通して延びる回転シャフトとの間のシールに特に好適である。応用分野の実例は、船舶およびこの船舶の船体を貫通して延びるプロペラシャフトである。他の応用分野においても同様に可能である。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、気体を含むよう構成された第１の空間と、気体を含むよう構成された第２の空間と、液体を含むよう構成された第２の空間との間の壁を貫通する挿通孔をシールするための装置が開示されている。回転するタービンシャフトは壁を貫通する挿通孔内で延びており、かつシャフトと壁との間でシャフトの周囲に延在するギャップを有するシャフト軸受によって支持されている。回転ディスクがシャフトに固定的に設けられており、かつシャフトから外側に向かって延在している。さらにディスクの形態となった静止壁が、シャフト軸受と回転ディスクとの間に設けられる。静止ディスクは、それが二つのディスク間に空間を形成するよう設計されている。さらに、二つのノズルを経てこの空間に液体を供給するための供給管が設けられる。液体は、この空間内に回転する液体リングを形成する。
【０００３】
特許文献２には、回転部分と静止ディスクとの間に流路を有するラビリンス(labyrinth)シールが開示されている。この流路には供給流路を経てオイルが供給されるが、液体レベルは流路内にディスクの回転によって形成される。
【０００４】
特許文献３にはまた、回転ローターのフランジ部材によって形成された空間内への液体の供給を伴うラビリンスシールが開示されている。静止ディスクはこの空間内へ延在し、かつ上記液体供給用および空間からの液体排出用の流路を含む。
【特許文献１】
DE-A-1955016
【特許文献２】
DE 4212169
【特許文献３】
GB 1284596
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は、回転するシャフト用の挿通孔の十分なシールを可能にする装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、最初に規定した装置によって達成されるが、この装置は、前記液体をチャンバー内で、シャフトの回転速度を実質的に超過する回転速度で回転させるよう構成された手段を含むことを特徴とする。
【０００７】
そうした手段により、実質上、第２の空間から気体で満たされた第１の空間へ液体が運ばれないことを有効な様式で保証することが可能となる。液体（これはシャフトの速度よりも高い回転速度で回転する）は、チャンバーの半径方向外側部分に液体塊を形成する。この液体塊は、実質上、全ての媒体が挿通孔を経て運ばれることを阻止する。機械式シールに対して、低摩擦および主要なシール構成要素の磨耗が実質上ないという利点も、もちろん実現される。好ましくは、壁は静止しており、しかもたとえば船舶あるいは固定プラントの壁要素からなる。
【０００８】
本発明の実施形態によれば、チャンバーは、前記液体の一部がこのチャンバー内に流入し、かつ少なくともその一部が前記挿通孔の前記シールのためにチャンバー内に保持されることが可能となるよう構成される。この結果、密閉されるのに適した液体は、前記媒体が挿通孔を経て運ばれることを阻止する密閉液体塊を形成する。
【０００９】
本発明のさらなる実施形態によれば、前記手段は、ディスクと第１の空間との間のチャンバー内に上記回転をもたらすよう構成される。この結果、回転する液体塊は、ディスクと第１の空間との間のチャンバーの外側部分に形成される。したがってディスクは、液体が第２の空間から第１の空間へと直接先に流れるのを抑止する。その代わりに液体は、チャンバーの半径方向外側部分へと、すなわち遮断液体塊へと押しやられる。
【００１０】
本発明のさらなる実施形態によれば、前記手段は、シャフトとは別個に回転するよう構成された羽根部材を含む。そうした羽根部材により、望ましい回転が効率のよい様式で実現できる。好ましくは、前記手段は駆動要素を含み、この駆動要素は、羽根部材をシャフトの回転速度よりも高い回転速度で回転させるよう構成される。羽根部材は、シャフト、ディスクおよび壁の少なくとも一つに連結される支持部材によって回転可能に支えられてもよい。
【００１１】
本発明のさらなる実施形態によれば、羽根部材は、チャンバー内に配置された少なくとも一つの、羽根のセットを含む。好ましくは、羽根部材は、チャンバー内で外側に向かって延在するローター部材を含んでもよい。ローター部材は、一つあるいは二つのそうした羽根のセットを含んでいてもよい。あるそうしたローター部材は、環状であって、かつシャフトの周囲に延在していてもよく、ここで、羽根はローター部材に配置され、かつシャフトの周囲に均一に配される。
【００１２】
本発明のさらなる実施形態によれば、羽根部材は、羽根の第１のセットおよび羽根の第２のセットを含み、羽根の第１のセットはローター部材に配置されかつ第１の空間に面して回転させられ、羽根の第２のセットはローター部材に配置されかつディスクに面して回転させられる。
【００１３】
本発明のさらなる実施形態によれば、ローター部材は、チャンバーの外側に設けられたステーターを有する電気モーターのローターを含む。ステーターおよび電気的接続部は、したがってチャンバーの外側で、かつ第１の空間内に配置されていてもよい。
【００１４】
本発明のさらなる実施形態によれば、羽根部材はチャンバーを形成する。羽根部材は、好ましくは、羽根の第１のセットおよび羽根の第２のセットを含み、羽根の第１のセットはチャンバーの第１の制限壁に配置されかつディスクに面して回転させられ、羽根の第２のセットはチャンバーの第２の制限壁に配置されかつ第１の制限壁に面して回転させられてもよい。
【００１５】
本発明のさらなる実施形態によれば、前記手段は、チャンバー内の液体が上記回転を強いられるような速度および方向にてチャンバーに液体を供給するよう構成される。そうした手段は、上記液体供給用の少なくとも一つのノズルおよび上記液体供給用のポンプを含んでいてもよく、この場合、上記ノズルはチャンバー内へと実質的に接線方向に延在する。
【００１６】
本発明のさらなる実施形態によれば、チャンバーは複数の部分チャンバーおよび２枚の回転可能なディスクを含み、複数の部分チャンバーは、ギャップと第１の空間との間に配置されていると共にシャフトの周囲に延在し、回転可能なディスクはシャフトに固定的に連結されていると共にシャフトから上記部分チャンバーそれぞれの中に外側に向かって延在しており、上記部分チャンバーのそれぞれは液体を含むよう構成される。好ましくは、上記部分チャンバーは、上記液体の一部が部分チャンバー内に流入することを可能とするよう、かつ少なくともその一部が挿通孔のシールのために保持されるよう構成してもよい。
【００１７】
本発明のさらなる実施形態によれば、装置は、液体がチャンバーから第２の空間へと流れるのを可能とするよう構成される。そうした場合には、液体がチャンバーから第１の空間内へと流動しないことが保証される。装置は、部分的にチャンバーを形成すると共にギャップから外側に向かって延在する壁部を含んでいてもよい。ディスクと壁部との間のチャンバーは、チャンバーから第２の空間へと流れる液体の速度を低減するよう構成された出口流路を形成していてもよい。そうした場合、圧力を回復することが、したがって装置のエネルギー消費を低減することが可能である。出口流路は、ディスクの周囲における半径方向外側ポジションから、シャフト近傍の半径方向内側ポジションへと延在していてもよい。圧力回復のさらなる向上のため、チャンバーから第２の空間へと流動する液体を運ぶための出口流路にはガイド羽根が配置されていてもよい。好ましくは、このガイド羽根は壁部に配置される。
【００１８】
上記目的はまた、独立請求項２５に規定される方法によって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明を、具体例を示すさまざまな実施形態についての記述により、添付図面を参照してさらに詳しく説明する。
【００２０】
図１、図２、図３、図５および図７には、第１の空間３(これは気体を含むよう構成される)と第２の空間４(これは液体を含むよう構成される)との間の壁２を貫通する挿通孔１をシールするための装置の異なる実施形態が開示されている。壁２は、船舶あるいは固定プラントの静止した壁要素を形成していてもよい。回転可能なシャフト５(たとえば船舶のプロペラシャフト)は、ギャップが形成されるよう壁２を貫通して挿通孔１内にて延びているが、このギャップは、シャフト５と壁２との間で、このシャフト５の周囲に延在する。シャフト５は、回転軸線Ｘを中心として回転できる。
【００２１】
本発明による装置はチャンバー８を含むが、このチャンバー８は第１の空間３と第２の空間４との間に設けられている。さらに正確には、第１の空間３と挿通孔１の上記ギャップとの間に設けられている。チャンバー８は環状であり、かつシャフト５の周囲に延在する。チャンバー８は、第１の制限壁１１、第２の制限壁１２および第３の制限壁１３からなる。これら三つの制限壁１１,１２,１３は、それゆえチャンバー８を取り囲む。第１の制限壁１１および第２の制限壁１２は、実質的に半径方向外側に向かって、かつ互いに平行に延在する。第３の制限壁１３は実質的にシャフト５と同軸状に、かつ第１の制限壁１１の半径方向外側端部と第２の制限壁１２の半径方向外側端部との間に延在する。この第１実施形態においては、制限壁１１,１２,１３は、静止した壁２に対して固定される。
【００２２】
本装置はまた回転可能なディスク１４を含むが、このディスク１４はシャフト５に固定的に設けられている。ディスク９は、シャフト５からチャンバー８内へと実質的に半径方向外側に向かって延在すると共に、チャンバー８を第１の容積部分８ａおよび第２の容積部分８ｂに分割する。
【００２３】
第２の空間４からの液体は、こうして挿通孔１および上記ギャップを経て、第２の空間４からチャンバー８内へと流入することができる。この結果、チャンバー８は液体で満たされる。さらに、本装置は異なる手段を含む。これについては、さまざまな実施形態の説明に関連して、さらに詳しく説明するが、この手段は、液体をチャンバー８内で比較的高い回転速度、すなわちシャフト５の回転速度を実質的に超過する回転速度にて回転させることで、液体がチャンバー８を通り抜けて第１の空間３に流れ込むのを抑止するよう構成される。この回転する液体は、こうしてディスク１４と第１の制限壁１１との間のチャンバー８の第１の容積部分８ａに回転する液体塊を形成する。
【００２４】
図１に開示された第１実施形態によれば、上記手段は羽根部材１５を含むが、この羽根部材１５は、回転可能なディスク１６および羽根１７',１７''の二つのセットの形態となったローター部材を含む。羽根１７'の第１のセットは回転可能なディスク１６の一方の面に設けられていると共に、羽根１７''の第２のセットは回転可能なディスク１６の他の面に設けられている。回転可能なディスク１６は、羽根部材１５の円筒形支持部材１８に設けられる。支持部材１８は、回転軸線Ｘに関して実質的に同心状にシャフト５の周囲に配置されている。回転可能なディスク１６は、チャンバー８内において、ディスク１４とチャンバー８の第１の制限壁１１との間で、支持部材１８から実質的に半径方向外側に向かって延在する。羽根１７'の第１のセットはゆえにディスク１４に面して回転させられ、かつ羽根１７''の第２のセットは第１の制限壁１１に面して回転させられる。羽根部材１５はまた二つのシール部材１９',１９''を含む。そうした第１のシール部材１９'はディスク１４に面して回転させられ、かつ第２のシール部材１９''は第１の制限壁１１に面して回転させられる。シール部材１９',１９''は、羽根部材１５が回転した際にはディスク１４および第１の制限壁１１にそれぞれ当接しないが、羽根部材１５が動かないで停止しておりかつ液体が第２の空間４から第１の空間３に向かって流れる際にはディスク１４および制限壁１１それぞれに密閉状態で接するよう設計される。
【００２５】
羽根部材１５は、この第１実施形態によれば、軸受部材２１を用いて、シャフト５によって回転可能に支持されるが、この軸受部材２１は、第１の制限壁１１の実質的に円筒形の凸部２２を介して、円筒形の支持部材１８と静止した壁２との間に設けられ、かつそれらに連結される。羽根部材１５は、概略的に示す駆動モーター２３により、シャフト５とは別個に回転させられるが、この駆動モーター２３は、ドライブベルト２４あるいは他の動力伝達部材を介して、円筒形の支持部材１８に接続されている。ゆえに、駆動モーター２３は、シャフト５の回転速度よりも高い回転速度で羽根部材１５を回転させるよう、そしてチャンバー８の半径方向外側部分に回転する液体塊を創出するよう構成されている。回転する液体のレベルは、矢印２５によって示されている。
【００２６】
さらに、本装置は、液体がチャンバー８から、さらに正確にはチャンバー８の第２の容積部分８ｂから第２の空間４へと流れるのを可能にするよう構成されている。第２の容積部分８ｂはゆえに、ディスク１４と、上記ギャップから実質的に半径方向外側に向かって延在する壁部３０を形成する第２の制限壁１２との間に配置されている。第２の容積部分８ｂとギャップとはそれゆえ出口流路を形成するが、この出口流路は、ディスク１４の周縁における半径方向外側ポジションからシャフト５近傍の半径方向内側ポジションまで延在する。
【００２７】
図２には、羽根部材１５がチャンバー８を形成し、したがってこのチャンバー８が回転可能である第２実施形態が開示されている。さまざまな実施形態において、実質上同じ機能を有する構成部品には同じ参照符号が付されていることに注意されたい。この第２実施形態におけるチャンバー８は、それゆえ別体の壁要素１１,１２,１３から形成されるが、これらは、シャフト５の回転とは別個に、このシャフト５を中心として回転可能であり、しかもまた第１の制限壁１１、第２の制限壁１２および第３の制限壁１３を含む。また、この実施形態では、制限壁１１および制限壁１２は実質的に半径方向外側に向かって、かつ互いに平行に延在し、制限壁１３はシャフト５と実質的に同軸状に、かつ制限壁１１および制限壁１２の半径方向外側端部同士の間に延在する。ディスク１４は、シャフト５から、そしてチャンバー８内へと実質的に半径方向外側に向かって延在する。壁部３０は上記ギャップから実質的に半径方向外側に向かって、かつ実質的にディスク１４と平行に延在する。この壁部３０は静止した壁２に固定的に接続されている。第２実施形態においては、チャンバー８の第２の容積部分８ｂ、したがってチャンバー８の半径方向外側部分からの液体の出口流路は、ディスク１４と壁部３０との間に形成される。この第２実施形態においては、第１の容積部分８ａは、一部が第１の制限壁１１とディスク１４との間に形成されており、かつ一部が第２の制限壁１２と壁部３０との間に形成されている。
【００２８】
第２実施形態によれば、羽根部材１５は羽根１７'の第１のセットを含むが、この羽根１７'の第１のセットは第１の制限壁１１に配置されており、かつディスク１３に面して回転させられる。また羽根部材１５は羽根１７''の第２のセットを含むが、この羽根１７''の第２のセットは第２の制限壁１２に配置されており、かつ壁部３０に面して回転させられる。羽根１７'の第１のセットおよび羽根１７''の第２のセットは、それゆえそれぞれの容積部分８ａの半径方向外側部分に、回転する液体塊を創り出す。これによって液体は、矢印２５によって示されたレベルまで達する。
【００２９】
羽根部材１５は、第２実施形態によれば、第１の軸受部材２１'および第２の軸受部材２１''を用いて静止した壁２によって回転可能に支持されるが、第１の軸受部材２１'は、静止した壁２と第１の制限壁１１の実質的に円筒形の凸部３１との間に配置され、かつそれらに連結されており、第２の軸受部材２１''は、静止した壁２と第２の制限壁１２の実質的に円筒形の凸部３２との間に配置され、かつそれらに連結されている。第１のシール部材１９'は、実質的に円筒形の第１の凸部３１とシャフト５との間に、羽根部材１５が回転しているときは第１のシール部材１９'はシャフト５に当接せず、羽根部材１５が動かずに停止しているときのみ当接するよう配置されている。第２のシール部材１９''は、実質的に円筒形の第２の凸部３２と静止した壁２の実質的に円筒形の部分３３との間に配置されている。実質的に円筒形の部分３３は、実質的に同心状に、壁部３０からシャフト５と凸部３２との間で延在する。ここで、上記ギャップは部分３３とシャフト５との間に形成される。シール部材１９''は、羽根部材１５が回転しているときは部分３２に当接せず、羽根部材１５が動かずに停止しているときのみ当接する。
【００３０】
図３および図４には、羽根部材１５が電気モーターの環状ローター４０を含んでいる第３実施形態が開示されている。羽根部材１０およびローター４０はチャンバー８内に、さらに正確には第１の容積部分８ａ内に配置されている。同様にこの実施形態においては、チャンバー８は、第１の制限壁１１、第２の制限壁１２および第３の制限壁１３から形成されており、ゆえにこれらはチャンバー８を取り囲む。第１実施形態と同様に、この三つの制限壁１１,１２,１３は静止した壁に固定的に連結されている。電気モーターはまたステーター４１を含むが、このステーター４１は巻線４２を有し、それはチャンバー８の外側に、さらに正確には第１の制限壁１３の外側に配置されている。電気モーターは、たとえば非同期モーターあるいはいわゆるＰＭＳＭモーターであってもよい。羽根部材１５は、第１の軸受部材２１'および第２の軸受部材２２'を用いて、シャフト５によって回転可能に支持されている。図３にはシール部材を示していないが、たとえば、シャフト５と、制限壁１１および制限壁２２それぞれの実質的に円筒形の凸部４３,４４との間に配置できる。
【００３１】
羽根部材１５は、羽根１７'の第１のセットおよび羽根１７''の第２のセットを含むが、羽根１７'の第１のセットはローター４０に配置されかつ第１の制限壁１１に面して回転させられ、羽根１７''の第２のセットはローター４０に配置されかつディスク１４に面して回転させられる。
【００３２】
図４には、第３実施形態の羽根１７''のセットの実例が概略的に示されている。この羽根１７''は、環状ローター４０に取り付けられる環状キャリア４５に配置される。
【００３３】
図５には本発明の第４実施形態が開示されている。チャンバー８はまたここでも、第１の制限壁１１、第２の制限壁１２および第３の制限壁１３から形成される。この三つの制限壁１１,１２,１３は、それゆえチャンバー８を取り囲み、かつ静止した壁２に固定的に接続されている。この実施形態では、上記手段は、チャンバー８内の液体がシャフト５の回転速度を超過する回転速度で回転させられるような速度および方向にて、チャンバー８の第１の容積部分８ａに液体を供給するよう構成されている。この手段は、上記液体供給のためのノズル５０のセットを含む。このノズル５０はチャンバー８内に、軸断面で見て実質的に接線方向に延在している。液体は、導管部材５２を介して、概略的に示すポンプ５１によってノズル５０に供給される。シール部材１９は、第１の制限壁１１とシャフト５との間に配置される。
【００３４】
上述した出口流路(これは一部が上記実施形態の第２の容積部分８ｂから形成される)は、チャンバー８から第２の空間４へと流れる液体の速度を低減させるよう構成されている。この出口流路は、ディスク１４の周縁部における半径方向外側ポジションからシャフト５近傍の半径方向内側ポジションへと延びる。上記速度低減により圧力が回復し、したがって装置のエネルギー消費が低下する。圧力回復をさらに向上させるため、図６に示すタイプのガイド羽根６０を、チャンバー８から第２の空間８ｂへと流れる液体を運ぶための出口流路内に配置することもできる。第４実施形態においては、ガイド羽根６０は壁部３０を形成する第２の制限壁１２に配置され、そして第２実施形態においては壁部３０に配置される。同様に、第１および第３実施形態による装置も、そうしたガイド羽根を備えていてもよい。
【００３５】
図７には第５実施形態が開示されているが、これは、チャンバー８が三つの部分チャンバー８',８''および８'''を含んでいるという事実によって他の実施形態とは異なっている。この差異を除けば、図７の第５実施形態による装置の構造および機能は、図２の第２実施形態の構造および機能と同じである。部分チャンバー８',８''および８'''は、二つの中間壁７１および中間壁７２によって形成されているが、これらはそれぞれ羽根１７'''および羽根１７''''を備え、そして第３の制限壁１３から実質的に半径方向内側に延在している。さらに第５実施形態は、それぞれ各自の部分チャンバー８'および部分チャンバー８''内に延在する２枚の回転可能なディスク１４'および１４''と、それぞれガイド羽根６０'およびガイド羽根６０''を備えた二つの壁部３０'および壁部３０''と、を含む。ガイド羽根６０'およびガイド羽根６０''は、図２のガイド羽根６０に対応する。壁部３０'および壁部３０''は、それぞれ、円筒形の部分３３から各自の部分チャンバー８''および部分チャンバー８'''内へと実質的に半径方向外側に向かって延在している。中央部分チャンバー８''は第２の容積部分８ｂを含み、したがって図２のチャンバーと実質的に同一である。これに対して、部分チャンバー８'は単にディスク１４'を収容し、部分チャンバー８'''は単に壁部３０''を収容する。チャンバー８は、図示された実施形態に見出される以外の数の部分チャンバーを含んでいてもよいことに注意すべきである。たとえば、それは二つの部分チャンバー８'および部分チャンバー８''と、２枚の回転可能なディスク１４'およびディスク１４''と、単一の壁部３０'と、を含んでいてもよい。同様に、他の構造も可能であり、特にチャンバー８は図示された三つの部分チャンバーよりも多くの部分チャンバーを含んでいてもよいことに注意すべきである。
【００３６】
本発明は上述した実施形態には限定されず、特許請求の範囲内での変形および変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の第１実施形態による装置の図である。
【図２】本発明の第２実施形態による装置の図である。
【図３】本発明の第３実施形態による装置の図である。
【図４】図３の装置の羽根のセットの図である。
【図５】本発明の第４実施形態による装置の図である。
【図６】図５の装置のガイド羽根のセットの図である。
【図７】本発明の第５実施形態による装置の図である。
【符号の説明】
【００３８】
１  挿通孔
２  壁
３  第１の空間
４  第２の空間
５  シャフト
８  チャンバー
８',８'',８'''  部分チャンバー
８ａ  第１の容積部分
８ｂ  第２の容積部分
９  ディスク
１１  第１の制限壁
１２  第２の制限壁
１３  第３の制限壁
１４,１４',１４''  ディスク
１５  羽根部材
１６  ディスク
１７',１７'',１７''',１７''''  羽根
１８  円筒形支持部材
１９',１９''  シール部材
２１  軸受部材
２１'   第１の軸受部材
２１''  第２の軸受部材
２２  円筒形の凸部
２３  駆動モーター
２４  ドライブベルト
２５  矢印
３０,３０'，３０''  壁部
３１，３２  円筒形の凸部
３３  円筒形の部分
４０  環状ローター
４１  ステーター
４２  巻線
４３,４４  円筒形の凸部
４５  環状キャリア
５０  ノズル
５１  ポンプ
５２  導管部材
６０,６０',６０''  ガイド羽根
７１,７２  中間壁
【国際公開パンフレット】
2005503526.tif 000003
2005503526.tif 000004
2005503526.tif 000005
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2005503526.tif 000026
2005503526.tif 000027
【手続補正書】
【提出日】平成15年9月3日(2003.9.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体を含むよう構成された第１の空間(３)と、液体を含むよう構成された第２の空間(４)との間の静止した壁(２)を貫通する挿通孔(１)をシールするための装置であって、
回転可能なシャフト(５)が、前記シャフトと前記壁との間に前記シャフト(５)の周囲に延在するギャップが形成されるように、前記挿通孔(１)内で前記壁(２)を貫通して延在するよう意図されており、
前記装置はチャンバー(８)および回転可能なディスク(１４)を含み、前記チャンバー(８)は前記ギャップと前記第１の空間(３)との間に配置されてなると共に前記シャフトの周囲に延在しており、前記ディスク(１４)は前記シャフト(５)に固定的に設けられてなると共に前記シャフトから前記チャンバー(８)内へと外側に向かって延在しており、
前記チャンバー(８)は液体を含むよう構成されており、
前記装置は、前記チャンバー(８)内において、前記シャフト(５)の回転速度を実質的に超過する回転速度で、前記液体を回転させるよう構成された手段(１５,６０)を含み、
前記チャンバー(８)は、前記第２の空間(４)の前記液体の一部が前記チャンバー(８)内に流入することを可能とするよう、かつ、前記挿通孔の前記シールのために少なくともその一部が前記チャンバー(８)内に保持されることを可能とするよう構成されていることを特徴とする装置。
【請求項２】
前記手段(１５,６０)は、前記ディスク(１４)と前記第１の空間(３)との間で前記チャンバー(８)内における前記回転をもたらすよう構成されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記手段は、前記シャフト(５)とは別個に回転するよう構成された羽根部材(１５)を含むことを特徴とする請求項２に記載の装置。
【請求項４】
前記手段は、前記羽根部材(１５)を前記シャフト(５)の回転速度よりも高い回転速度で回転させるよう構成された駆動要素(２３,４０,４１)を含むことを特徴とする請求項３に記載の装置。
【請求項５】
前記羽根部材(１５)は、前記シャフト(５)、前記ディスク(１４)および前記壁(２)の少なくとも一つに連結された支持部材(２２)によって回転可能に支えられていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記羽根部材(１５)は、前記チャンバー(８)内に配置された少なくとも一つの、羽根(１２,１２',１２'')のセットを含むことを特徴とする請求項３ないし請求項５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
前記羽根部材(１５)は、前記チャンバー(８)内で外側に向かって延在するローター部材(１６,４０)を含むことを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
前記羽根部材(１５)は、羽根(１７')の第１のセットおよび羽根(１７'')の第２のセットを含み、前記羽根(１７')の第１のセットは前記ローター部材(１６,４０)に配置されておりかつ前記第１の空間(３)に面して回転させられ、前記羽根(１７'')の第２のセットは前記ローター部材(１６,４０)に配置されておりかつ前記ディスク(１４)に面して回転させられることを特徴とする請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記ローター部材は、前記チャンバーの外側に設けられたステーター(４０)を有する電気モーターのローター(４０)を含むことを特徴とする請求項７または請求項８に記載の装置。
【請求項１０】
前記羽根部材(１５)は前記チャンバー(８)を形成することを特徴とする請求項３ないし請求項６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１１】
前記羽根部材は、羽根(１７')の第１のセットおよび羽根(１７'')の第２のセットを含み、前記羽根(１７')の第１のセットは前記チャンバー(８)の第１の制限壁(１１)に配置されておりかつ前記ディスク(１３)に面して回転させられ、前記羽根(１７'')の第２のセットは前記チャンバー(８)の第２の制限壁(１２)に配置されておりかつ前記第１の制限壁(１１)に面して回転させられることを特徴とする請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記手段(６０)は、前記チャンバー(８)内の液体が前記回転を強いられるような速度および方向にて、前記チャンバー(８)に液体を供給するよう構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の装置。
【請求項１３】
前記手段は、少なくとも前記液体供給用のノズル(５０)を含み、前記ノズル(５０)は前記チャンバー(８)内へ実質的に接線方向に延在していることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記手段は、前記液体供給のためのポンプ(５１)を含むことを特徴とする請求項１２または請求項１３に記載の装置。
【請求項１５】
前記チャンバー(８)は複数の部分チャンバー(８',８'',８''')および２枚の回転可能なディスク(１４',１４'')を含み、前記複数の部分チャンバー(８',８'',８''')は前記ギャップと前記第１の空間との間に配置されていると共に前記シャフト(５)の周囲に延在し、前記回転可能なディスク(１４',１４'')は前記シャフト(５)に固定的に設けられていると共に前記シャフトから前記部分チャンバー(８',８'')それぞれの中へと外側に向かって延在しており、前記部分チャンバーそれぞれは液体を含むよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１４のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１６】
前記部分チャンバー(８',８'',８''')は、前記液体の一部が前記部分チャンバー内に流入することを可能とするよう、かつ少なくとも一部が前記挿通孔の前記シールのために保持されることを可能とするよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１５のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１７】
液体が前記チャンバー(８)から前記第２の空間(４)へと流動することを可能とするよう構成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項１６のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１８】
部分的に前記チャンバー(８)を形成すると共に前記ギャップから外側に向かって延在する壁部(１２,３０)を含むことを特徴とする請求項１ないし請求項１７のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１９】
前記ディスクと前記壁部(１２,３０)との間の前記チャンバー(８)は、前記チャンバー(８)から前記第２の空間(４)へと流動する前記液体の速度を低減するよう構成された出口流路を形成していることを特徴とする請求項１７または請求項１８に記載の装置。
【請求項２０】
前記出口流路は、前記ディスク(１４)の周囲における半径方向外側ポジションから前記シャフト(５)の近傍の半径方向内側ポジションへと延在していることを特徴とする請求項１９に記載の装置。
【請求項２１】
前記チャンバー(８)から前記第２の空間(４)へと流動する前記液体を輸送するための前記出口流路内には、ガイド羽根(６０)が配置されていることを特徴とする請求項１９または請求項２０に記載の装置。
【請求項２２】
前記ガイド羽根(６０)は、前記壁部(１２,３０)に配置されていることを特徴とする請求項２１に記載の装置。
【請求項２３】
前記壁部(１２,３０)は、前記壁(２)に固定的に結合されていることを特徴とする請求項１９ないし請求項２２のいずれか１項に記載の装置。
【請求項２４】
気体を含む第１の空間(３)と液体を含む第２の空間(４)との間の静止した壁(２)を貫通する挿通孔(１)をシールするための方法であって、
回転するシャフト(５)は、シャフトと前記壁との間に前記シャフト(５)の周囲に延在するギャップが形成されるよう、前記挿通孔(１)内で前記壁(２)を貫通して延在しており、
チャンバー(８)および回転するディスク(１４)を含み、前記チャンバー(８)は前記ギャップと前記第１の空間(３)との間に配置されてなると共に前記シャフトの周囲に延在しており、前記ディスク(１４)は前記シャフト(５)に固定的に設けられてなると共に前記シャフトから前記チャンバー(８)内へと外側に向かって延在しており、前記チャンバー(８)が液体を含むよう構成された装置を配備するステップと、
前記チャンバー(８)内の前記液体を実質的に前記シャフト(５)の回転速度を超過する回転速度で回転させるステップと、
前記第２の空間(４)からの前記液体の一部が前記チャンバー(８)内へ流入することを可能にすると共に、前記挿通孔の前記シールのために少なくともその一部が前記チャンバー(８)内に保持されることを可能にするステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【国際調査報告】
2005503526.tif 000028
2005503526.tif 000029
2005503526.tif 000030