(57)【要約】  回転式熱交換器を含む蒸気圧縮蒸留器。往復運動するコンプレッサ（２６）がコンプレッサの蒸発室（４６）とその凝縮室（４４）との間の圧力差を維持する。コンプレッサが熱交換器と一緒に共通の回転アセンブリに組み立てされるため、蒸留器はコンプレッサと熱交換器との間に回転シールを必要としない。コンプレッサは、回転ピストンチャンバ（５４）内に、互いに反対方向に駆動される２本のピストン（５６および５８）を有する。ピストンが往復運動する方向は、回転アセンブリの軸に対して実質的に平行である。
2005511941.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
浄化すべき液体を受け取るための液体入口を有し、該液体入口から入ってきた液体から精製液を生成し、該精製液を排出するための液体排出口を有する蒸留器であって、
Ａ）回転運動源と、
Ｂ）前記回転運動源に接続され、回転軸を中心にした回転運動を受ける回転アセンブリとからなり、該回転アセンブリが、
i)当該蒸留器が浄化すべき液体を導き入れるための少なくとも１つの蒸発室と、当該蒸留器が精製液を引き出すための少なくとも１つの凝縮室とを形成する熱交換面を有する熱交換器であって、前記少なくとも１つの蒸発室で生成された気体を当該熱交換器から出すための熱交換器ガス出口を備え、前記少なくとも１つの凝縮室まで気体を送り届けるための熱交換器ガス入口を更に備えた、熱交換器と、
ii）前記熱交換器ガス出口と前記熱交換器ガス入り口の間に接続され、前記熱交換器ガス入り口の圧力を前記熱交換器ガス出口の圧力よりも高い圧力に維持する、コンプレッサとを含む、蒸留器。
【請求項２】
Ａ）前記蒸留器が往復運動源を含み、
Ｂ）前記コンプレッサが、ピストンチャンバと、該ピストンチャンバ内で回転軸に対して実質的に平行に往復運動するように、該ピストンチャンバの中にスライド可能に配置され、前記往復運動源に接続された少なくとも１本のピストンとを有する、請求項１の蒸留器。
【請求項３】
前記往復運動源が前記回転運動源および回転−往復運動コンバータを含む、請求項２の蒸留器。
【請求項４】
Ａ）前記回転−往復運動コンバータが、
i)  コンバータ静止部と
ii)  前記回転アセンブリの一部として含まれるコンバータ回転部とを有し、
Ｂ）前記コンバータ静止部と前記コンバータ回転部のうちのいずれか一方がカムを含み、他方がカムフォロアを含む、請求項３の蒸留器
【請求項５】
前記コンバータ静止部がカムを含み、前記コンバータ回転部は、前記回転アセンブリが回転する際に前記カムを往復運動させるためのカムフォロアを含む、請求項４の蒸留器。
【請求項６】
各ピストンの重心が実質的に前記回転軸上に配置される、請求項２の蒸留器。
【請求項７】
前記コンプレッサは、前記ピストンチャンバの中にスライド可能に配置され、前記ピストンチャンバ内で前記回転軸に対して実質的に平行に往復運動するように前記往復運動源に接続された複数のピストンを有する、請求項２の蒸留器。
【請求項８】
前記往復運動源は、少なくとも１本の前記ピストンを他のピストンに対して位相をずらして往復運動させる、請求項７の蒸留器。
【請求項９】
前記ピストンのうちの第１のピストンが第１のピストン棒によって前記往復運動源に接続され、前記第１のピストン棒が、前記ピストンのうちの第２のピストンに形成された棒状開口部を通して延び、前記第１のピストンが配置された側とは反対側にある前記第２のピストンの側から前記往復運動源によって駆動される、請求項７の蒸留器。
【請求項１０】
前記第２のピストンが第２のピストン棒によって前記往復運動源に接続され、該第２のピストン棒が、前記第１のピストンが配置された側とは反対側にある前記第２のピストンの側から前記往復運動源によって駆動され、前記第１のピストン棒を通すための第１の棒状通路を形成する、請求項９の蒸留器。
【請求項１１】
前記往復運動源は、少なくとも１本の前記ピストンに対し、他の前記ピストンとは位相がずれた往復運動をさせる、請求項９の蒸留器。
【請求項１２】
前記第２のピストンが第２のピストン棒によって前記往復運動源に接続され、該第２のピストン棒が、前記第１のピストンが配置された側とは反対側にある第２のピストンの側から前記往復運動源によって駆動され、前記第１のピストン棒を通すための第１のピストン棒通路を形成する、請求項１１の蒸留器。
【請求項１３】
Ａ）回転運動源と、
Ｂ）往復運動源と、
Ｃ）前記回転運動源に接続され、回転軸を中心とした回転運動を受ける回転アセンブリであって、
i）ピストンチャンバを形成し、
ii）前記ピストンチャンバ内にスライド可能に配置され、前記往復運動源に接続され、前記ピストンチャンバ内で前記回転軸に対して実質的に平行に往復運動する少なくとも１本のピストンを含む、回転アセンブリと
を含むコンプレッサ。
【請求項１４】
前記往復運動源が前記回転運動源および回転−往復運動コンバータを含む、請求項１３のコンプレッサ。
【請求項１５】
Ａ）前記回転−往復運動コンバータが、
i）コンバータ静止部と、
ii）前記回転アセンブリの一部として含まれるコンバータ回転部とを含み、
Ｂ）前記コンバータ静止部および前記コンバータ回転部のうちのいずれか一方がカムを含み、他方がカムフォロアを含む、請求項１４のコンプレッサ。
【請求項１６】
前記コンバータ静止部が前記カムを含み、前記コンバータ回転部は、前記回転アセンブリが回転する際に前記カムを往復運動させるためのカムフォロアを含む、請求項１５のコンプレッサ。
【請求項１７】
各ピストンの重心が実質的に前記回転軸上に配置される、請求項１３のコンプレッサ。
【請求項１８】
前記コンプレッサは、前記ピストンチャンバの中にスライド可能に配置され、前記ピストンチャンバ内で前記回転軸に対して実質的に平行に往復運動するように前記往復運動源に接続された複数のピストンを有する、請求項１３のコンプレッサ。
【請求項１９】
前記往復運動源は、少なくとも１本の前記ピストンを他のピストンに対して位相をずらして往復運動させる、請求項１８のコンプレッサ。
【請求項２０】
前記ピストンのうちの第１のピストンが第１のピストン棒によって前記往復運動源に接続され、前記第１のピストン棒が前記ピストンのうちの第２のピストンに形成された棒状開口部を通して延び、前記第１のピストンが配置された側とは反対側にある前記第２のピストンの側から前記往復運動源によって駆動される、請求項１８のコンプレッサ。
【請求項２１】
前記第２のピストンが第２のピストン棒によって前記往復運動源に接続され、該第２のピストン棒が、前記第１のピストンが配置された側とは反対側にある前記第２のピストンの側から前記往復運動源によって駆動され、前記第１のピストン棒を通すための第１の棒状通路を形成する、請求項２０のコンプレッサ。
【請求項２２】
前記往復運動源は、少なくとも１本の前記ピストンに対し、他の前記ピストンとは位相がずれた往復運動をさせる、請求項２０のコンプレッサ。
【請求項２３】
前記第２のピストンが第２のピストン棒によって前記往復運動源に接続され、該第２のピストン棒が、前記第１のピストンが配置された側とは反対側にある前記第２のピストンの側から前記往復運動源によって駆動され、前記第１ピストン棒を通すための第１の棒状通路を形成する、請求項２２のコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体コンプレッサ、特に蒸留装置で用いられるものに関する。
【背景技術】
【０００２】
毎年何十億ドルもする浄水装置が製造されているが、そのうちの比較的わずかな装置にしか、あらゆる点で最も完全なアプローチ、すなわち蒸留が用いられていない。おそらくその主な理由は、最も簡単な蒸留法であってもエネルギーを大量に消費する傾向があり、浄化したい液体を蒸発させる際に多量のエネルギーを消費しなければならないからである。適当な措置を取れば気化熱のかなりの部分を回収することができるが、そのような措置はコストが高くつく可能性がある。熱回収と資本コストの間でなされなければならない妥協の本質を理解してもらうため、蒸気圧縮型の蒸留器について説明する。
【０００３】
蒸気圧縮型蒸留器では、熱伝達媒体によって蒸発室が熱凝縮室から隔離される。コンプレッサは、蒸発室内で液体から気化させた蒸気を引き出し、それをさらに高い圧力で凝縮室に送り込み、そこでその蒸気を凝縮させる。従って、蒸気圧は熱伝達材料の凝縮室側の方が高くなり、凝縮室内では、その液体が蒸発室内で気化する温度よりも高い温度で凝縮する。このように、熱伝達媒体は凝縮室から蒸発室へ熱を伝達し、液体を蒸発させるときに消費されたエネルギーが凝縮の際にある程度回収されるようにする。
【０００４】
もちろん熱力学に言えば処理を促すためにいくらかのエネルギーが消費されるが、そのエネルギー量は蒸発室と凝縮室との間の圧力差を減らすことにより自由に少なくことができる。しかしながら、圧力差を減らすと、したがって温度差を減らすと、熱伝達媒体の単位面積あたりの熱伝達率も低下する。したがって、他の条件が全て同一であれば、圧力差を減らすと、所与の能力を維持するために熱伝達媒体の面積を拡大する必要が生じる。その結果起こる資本コストの増大は、熱回収能力を拡大することにより得られる節約を損なう傾向がある。
【０００５】
しかしながら、所与の圧力差（および温度）に対して単位面積あたりの熱伝達率を向上させることができれば、必要となる熱交換面積は減らすことができる。回転式熱交換器の使用は、それを行なう一つの方法である。回転式熱交換器は、モーターその他の回転運動源によって熱交換面を高速で回転させ、それらの表面上の液体に強い遠心力を与える。この遠心力は、表面張力によって生じる液膜の厚さを薄くし、膜を薄くすることにより所与の温度差に対する熱伝達率を向上させる。したがって、回転式熱交換器は、熱伝達効率と資本コストとの間の良い妥協点となる。しかしながら、回転式の熱交換面は回転シール等のような複雑さを招くため、そのような蒸留器の使用は、比較的小規模で低能力の用途に限定される傾向にあった。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００６】
回転式熱交換器の使用により生じる複雑性を低減する方法を開発した。本発明は、蒸発室と凝縮室との間の圧力差を維持するためのコンプレッサを、回転式熱交換器と一緒に回転させる。このように、コンプレッサと熱交換器を共通の回転アセンブリに設けることにより、通常ならば熱交換器とコンプレッサとの間に必要となる回転シールが不要になる。その結果、蒸留器の製造が簡単になるだけでなく、エネルギー損失や保守の必要性も少なくなる。
【０００７】
さらに、そのような蒸留器で使用するのに特に役立つコンプレッサも開発した。このコンプレッサは往復運動型であり、１以上のピストンがピストンチャンバ内で往復運動し、チャンバに格納された液体を圧縮する。本発明では、ピストンチャンバを回転アセンブリによって形成し、該ピストンチャンバの中に各ピストンをスライド可能に配置し、各ピストンを回転アセンブリの回転軸に対して実質的に平行な方向に往復運動させる。このような構成により、通常ならばコンプレッサの往復運動に影響を与えるであろうコリオリの力の影響を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
図１は、本発明の示唆を用いたコンプレッサを内部で使用する蒸留装置１０を示す外部等角図である。蒸留装置１０は、浄化すべき供給液（通常はいくらか汚染された水）を装置に供給するための供給口１２を有する。装置１０はその水を浄化し、不純物の無い凝縮液を凝縮液排出口１４に生成する。凝縮液が凝縮液排出口に生成されるときの体積比は、供給液が供給口１２に入ってゆくときよりも、たいていの場合ほんの僅かに少ないだけであり、残りははほぼ全て濃縮不純物の細い流れとなり濃縮物排出口１６を通して排出される。この装置は更に、安全排出口１８を有してもよい。
【０００９】
図示の蒸留装置は電気で作動し、遠隔から制御または監視される場合があるため、この図は電気ケーブル２０も含む。また、同図は蒸留装置が絶縁ハウジング２２を有するものとして描いてある。絶縁ハウジング２２は高能率で使用することを意図した一部の蒸留装置で用いられる場合がある。
【００１０】
図２は、蒸留装置の簡略化した断面図である。同図はハウジング２２が単層壁２４を有するものとして描いてある。単層構造の場合、この壁は熱伝達率の低い材料から作成するのが好ましい。あるいはこの壁は、層間を絶縁空間で隔離した2層構造にしてもよい。本発明を例示するコンプレッサ２６は、作動中回転するアセンブリ内に配置され、モーター３０で駆動される概ね円筒型の容器２８を有する。回転アセンブリの容器２８は静止した蒸気室ハウジング３２の中に配置され、蒸気室ハウジング３２の上にはギアハウジング３４が取り付けられる。ハウジング３２は、モーター３０を支持するとともに、容器２８を動かす動力伝達機構を取り囲み、従って回転アセンブリ全体を取り囲む。そして、蒸気室ハウジング３２は、便宜上図から省略した支持体に配置される。
【００１１】
コンプレッサ２６の目的は、同様に回転アセンブリの一部である回転式熱交換器３６の全域へわずかな圧力差を与えることである。静止した噴霧器３８は、逆流熱交換器４０により予熱した浄化すべき水を、熱交換器のスタックされた複数の円形薄板４２へ導く。円形薄板４２は、その軸を中心にして回転アセンブリの一部として回転する。図３は、熱交換器の半径方向内側部分を左側に、半径方向外側部分を右側に示したものであり、一連の薄板によって、開放された蒸発室４６の間に挟まれるようにして閉鎖された凝縮室４４が形成されることを示している。
【００１２】
後で詳しく説明するように、凝縮室４４はコンプレッサによって加圧された蒸気を有する。一方、蒸発室４６はコンプレッサの入口に連通していて、コンプレッサは薄板４２によって画定された半径方向に内向きの空間を通して蒸発室から蒸気を引き出す。その結果、蒸発室内の蒸気圧は凝縮室内の蒸気圧よりも低くなる。これは凝縮室内の沸点が蒸発室内の沸点よりも高くなることを意味し、薄板４２は凝縮室内の蒸気の凝縮によって得られた熱を蒸発室内で蒸発させている水に伝達し、コンプレッサはその結果得られた蒸発室内の蒸気を引き込む。
【００１３】
これにより、凝縮室内で凝縮された水は以下で詳しく説明するように除去され、入口の水を予熱するための逆流熱交換器４０（図２）を通って流れた後、その水が（浄化された）生成物として蒸留器の排出口１４（図１）から送出される。遠心力が蒸発室内のまだ蒸発していない水を容器２８の内面に向けて追いやり、その水が回転水受け５０に流れ込む。水の運動エネルギーがその水を静止スクープ５２へ追いやり、噴霧器２８へ再循環させる。
【００１４】
図４は、コンプレッサ２６の詳細を示す。このコンプレッサはコンプレッサシリンダ５４を有し、そのシリンダの中に２本のピストン５６および５８を有する。それらのピストンは、コンプレッサシリンダとともに回転し、以下で説明する回転−往復運動コンバータ６０により、位相が互いに一致しない往復運動をする。ピストン移動の方向は回転アセンブリの回転軸に対して平行であるため、コリオリの力の影響は実質的に受けない。またピストンの重心はその回転軸上に配置される。これには振動を最小限に抑える作用がある。ピストンが上昇する際は、各ピストンのピストンリング６２および６４がピストンとコンプレッサシリンダ５４の内面との間にシールを形成し、ピストンの下流側から上流側へ蒸気が流れるのを防止する。したがって、ピストンは熱交換器の中心部から蒸気を引き込む。一方、ピストンが下方へ移動する際は、各ピストンのピストンリングがピストンの表面から離れ、シリンダ壁とピストンとの間のシールが破壊される。環状ピストンリングリテーナ６６および６８は、それぞれの支持体７０および７２が各ピストン５６および５８に固定されていて、シールが破壊された後、各ピストンリング６２および６４を下方へ引きずりおろす。このようにしてピストンリングおよびストッパは、蒸気が下降移動中のピストンを通過して流れることを可能にする隙間をつくる。例示の実施形態において、各ピストンリングの面積はピストンチャンバの面積の４分の１よりも大きく、ピストンリングがその下流位置に流動抵抗の小さい大きな開口部をつくれるようにしている。
【００１５】
当然ながらこの文脈において、「可能にする」と「防止する」は相対語である。実際の実施形態ではシーリングが完璧でないため、ピストンリングがピストンに対して「密閉」されていても、ピストンを通過するある程度のわずかな流れは生じる。しかしながら、ピストンおよびリングは、ピストンが下流側へ移動するときの流動抵抗の方が上流側へ移動するときよりも大きくなるように設計されるため、上流側へ（この例では「下向き」）移動するピストンが、下流側へ（この例では「上向き」）移動するピストンが蒸気を上方へ流すときほど効率的に蒸気を上流側へ押し戻すことはない。このようにピストンリングがチェックバルブ（逆流防止弁）のように二重になっているので、個別のチェックバルブや、それらに必要とされる漏れ経路を追加する必要はない。以下で説明するように、ピストンの往復運動は、一方のピストンが常に上方へ移動するのと同時に他方のピストンが下方へ戻るように移動し、蒸気が上方へ効率的に流れるようになっている。
【００１６】
直ぐに明らかになる理由から、ピストン５６および５８が上方へ押し上げた蒸気は、コンプレッサのシリンダヘッド７４を越えて上へ通り抜けることができない。しかしながら、コンプレッサ壁の上部の縁に形成されたスロット７６は、熱交換器の中心部から引き込まれた蒸気を、コンプレッサシリンダ５４の外面と回転アセンブリ容器２８との間に形成された環状通路７８を通して下方へ流すことが可能な通路として働く。この通路は、コンプレッサシリンダ５４と回転アセンブリ容器２８との間にＯリング８４および８６で密閉された環状カバープレート８２に設けられた開口部８０へと通じる。開口部８０は、凝縮室４４（図３）間に通路を形成する熱交換器プレート４２の開口部８８と整列して配置される。
【００１７】
簡単に言うと、コンプレッサシリンダ５４、シリンダヘッド７４および回転アセンブリ容器２８は合わせて、蒸気を蒸発室４６から凝縮室４４まで蒸気通路に沿って蒸気を導くガイドを形成する。そしてコンプレッサはその通路を通る蒸気を圧縮する。したがって、上で述べたように蒸気圧は凝縮室４４の蒸気圧の方が蒸発室４６よりも高い。コンプレッサと熱交換器との間のシールが単純なＯリングシール８４および８６であることにも注意してほしい。コンプレッサと熱交換器が一緒に回転するので、回転シールを使用する複雑さや、それに付随する電力損失を無くすことができる。
【００１８】
例示の実施形態において、回転アセンブリは７００〜１０００rpmといった比較的速い回転率で回転する。そのため、生じる遠心力により、浄化された凝縮液が凝縮室の外周部に集まる。この凝縮液は、熱交換器プレートの開口部８８によって形成された通路を通して凝縮室間を流れることができる。したがって、図５に示すように、この凝縮液は、熱交換器の上部に設けられた開口部８０を通って流れ出て、熱交換器の中へ圧縮蒸気を流し込むための通路７８に沿って移動する。
【００１９】
この凝縮液は、圧縮蒸気と同様に、コンプレッサ壁の縁部に設けられた開口部７６を通って流れることができる。しかしながら、シリンダヘッド７４と回転アセンブリ容器２８との間には隙間９０があるため、凝縮液はシリンダヘッド７４を通過して流れることができるが、圧縮蒸気は、その隙間に存在する凝縮液により、シリンダヘッドを同じように通過することができない。Ｏリング９２は回転アセンブリ容器２８とシリンダヘッド７４に固定された回転環状通路形成部材９４との間を密閉するが、シリンダヘッド７４に間隔を空けて形成された突起部９６は、シリンダヘッドと通路形成部材との間に隙間を空け、コンプレッサによって加えられた圧力差により、凝縮液が通路形成部材９４の内側に流れ込むことができるようにする。
【００２０】
通路形成部材９４は、通路形成部材が固定される相手方のシリンダヘッド７４と同様に、回転式熱交換器と一緒に回転する。そのため、通路形成部材９４の中に収容された浄化された凝縮液は、遠心力により、その通路の半径方向外側の端に集まる。回転する凝縮液の運動エネルギーは、その凝縮液を静止スクープチューブ９６の中へ押し込む。そして、その凝縮液は、静止スクープチューブ９６から図２の逆流熱交換器４０を含む経路を通って図１の凝縮液排出口１４まで流れる。
【００２１】
次にコンプレッサ駆動装置の説明に移る。ピストンに往復運動を行なわせるために使用される特定タイプの駆動装置は、本発明の種々の実施形態にとって必須のものではないので、従来のクランク軸／ピストン棒を用いてもよい。しかしながら、クランク軸構成とは対照的に、圧力パルスが小さく、実質的に軸方向の力だけをピストンに与える駆動装置が好ましい。実質的に軸方向の力しかピストンに与えない駆動装置は、ピストンリングの摩擦の発生が少ないため、ピストンリングの設計上の柔軟性を向上させることができる。例示の実施形態におけるそのような駆動装置の例としては、モーター３０、ギアハウジング３４に収容された歯車列、モータにより歯車列を通して駆動される回転アセンブリ容器２８、回転−往復運動コンバータ６０などが挙げられる。
【００２２】
図６、図７、図８は、カム／フォロア機構の形をした回転−往復運動コンバータを示す。図６に示すＯリング１００は、円筒形のカム機構ハウジング１０２を概ね環状のカム機構キャップのハブ部１０３に対して密閉する。図５に示すように、ハブ部１０３は、キャップのスポーク１０４および縁１０５により、カバープレート８２を通して回転アセンブリ容器２８に結合されている。したがってキャップが回転されると、その回転はカム機構ハウジング１０２に伝わり、カム機構ハウジング１０２に固定されＯリング１０８によってカム機構ハウジング１０２に密閉された概ね円形の末端部１０６（図６）にも伝わる。末端部１０６およびハウジング１０２は、図２に示す蒸気チャンバハウジング３２のポケット部１１３の中に固定された静止したカム軸１１２に取り付けられたベアリング１１０により、定位置に維持される。縁部シール１１４は末端部１０６をカム軸１１２に対して密閉する。カム軸１１２の上端には、（静止した）カム１１６が形成される。
【００２３】
図７は、キャップ１０４およびハウジング１０２を除去し、カム１１６を一部分解した状態でカム／フォロア機構を示す略立面図である。同図は、第１のカムフォロア１１８がころ軸受１２０とスライダ１２２とを含み、ころ軸受１２０がスライダ１２２に回転可能に取り付けされることを示している。下側ピストン棒１２４はスライダ１２２に固定され、図６に示すように、カム機構キャップのハブ部１０３に設けられた中央開口部を通して伸び、Ｏリングによりハブ部１０３に対して密閉される。図８は、ハウジング１０２に取り付けられた、図６および７では便宜上省略されているガイド１２８および１３０を示している。それらのガイドは、ハウジングが回転する際に、スライダをハウジングに対して一定の角度位置に維持しつつ、ハウジングの軸方向にスライドさせることを可能にするためのものである。スライダ１２２の中央開口部１３４（図６）の中に配置され、カム機構キャップのハブ部１０３に形成されたバネ軸１３６によって位置合わせされたバイアスバネ１３２は、カム機構キャップとスライダ１２２の間で、ころ軸受１２０をカム１１６のカム面に対して押しつける働きをする。カムが静止していて、ころ軸受１２０がスライダ１２２と一緒にハウジング軸の周りを旋回するため、スライダは軸方向に往復運動し、それによってピストン棒１２４の往復運動が生じ、従ってピストン棒１２４に固定されているピストン５８（図４）の往復運動が生じる。
【００２４】
もちろん、ピストンは回転アセンブリの回転源を用いない方法で駆動することもできる。駆動装置はカム／フォロア構成の回転−往復運動コンバータを用いたものが好ましいが、それ以外のコンバータを用いたものでもよい。また、カム／フォロアセンブリ自体も、例示したタイプのものとは大きく異なるものでもよい。例えば、特徴的な側面形状をもつカムを回転アセンブリの方に取り付けて、特徴的な側面形状をもたない「フォロア」を静止させておいてもよい。さらに、カムフォロアが回転アセンブリ側に配置される場合であっても、フォロアは例示したフォロアのように直線運動しかしないとは限らない。例えばフォロアは旋回するように取り付けてもよい。このように、ピストン駆動装置は様々な形態で形成することができる。
【００２５】
上側ピストンを駆動するため、駆動機構は第２のカムフォロア１４０を含む。第２のカムフォロア１４０は同様に、第２のころ軸受１４２および第２のスライダ１４４を含み、ころ軸受１４２がスライダ１４４に回転可能に取り付けられる。下側ピストン棒１２４の中央穴を通って伸びる上側ピストン棒１４６は、その両端がそれぞれ第２のスライダ１４４と上側ピストン５６に固定される。第２のスライダ１４４の中央開口部１５０の中に配置され、カム機構キャップのハブ部１０３に形成された第２のバネ軸１５２によって位置合わせされた第２のバイアスバネ１４８は同様に、カム機構キャップと第２のスライダ１４４との間で、第２のころ軸受１４２をカム１１６のカム面に対して押しつける働きをする。そして、下側ピストン５８が駆動される際は、上側ピストン５６も駆動され、往復運動をする。カム１１６に対する第２のカムフォロアの位置が第１のカムフォロアの位置に対して正反対になっているため、上側ピストンの往復運動は下側ピストンの往復運動に対して位相が１８０°ずれる。
【００２６】
その意図は、カム１１６の側面形状を示す図９を検討すると、最も分かりやすいであろう。カム１１６の側面形状は、圧縮行程での速度を一定に保ち、両方のピストンがいずれも上へ動いていないという長い時間が無いように設計される。カムフォロアが直線状の特性１５６で表されたカム部分を通るとき、すなわち圧縮工程において、そのカムフォロアはピストンを下流側へ動かす。カム位置の特性が直線的であるため、回転アセンブリの回転速度が一定であれば、この区間におけるピストンの速度は一定になる。少なくとも１本のピストンが常にこの直線圧縮領域にあるようにするためには、直線圧縮領域の範囲をカムの側面形状のうちの少なくとも１８０°（または、ピストンが３本以上ある場合は、ピストン数をＮとしたときに、少なくとも３６０°／Ｎに）にしなければならない。図９は、直線圧縮領域の範囲が１８０°であるものとして描いてある。図９では、復帰部分１５８および２つの反転部分１６０および１６２が、カム側面形状の残りの１８０°の部分を構成している。
【００２７】
次に、下側ピストンがその圧縮行程の直線部分において上方へ移動し、上側ピストンが下方へ移動する状況を説明する。下側ピストン両側の圧力差は下側ピストンのピストンリングをピストン面に対して密封した状態に維持し、それによってチェックバルブを閉じたときと同じような働きをする。最初に、流動抵抗および摩擦は逆に、上側ピストンのピストンリングをピストン面から離した状態に維持し、それによってチェックバルブを開いたときと同じような働きをする。しかしながら、下側ピストンがその直線領域の最後に到達する前に、上側ピストンがカム部分１６２に対応する位置に到達するため、上側ピストンは減速する。したがって、慣性により、上側ピストンのピストンリングがピストン面に対して密閉される傾向がある。すなわち、チェックバルブが時期尚早に閉まる傾向がある。その結果、上側ピストンがその直線圧縮工程に達する前に下側圧縮ピストンからコンプレッサ出口までの経路が閉ざされ、コンプレッサの流れにパルスが生じる場合がある。
【００２８】
このような中断を防止するため、図４に参照符号１６４で示すような環状ストッパ１６４をコンプレッサシリンダ５４の内面に形成する。環状ストッパ１６４は、上側ピストン５６がその直線領域よりも大幅に下にあるときに、すなわち図９の範囲１６６に対応する上側ピストンの位置よりも大幅に下にあるときに、上側ピストンリング６２が上側ピストン５６の面に対して密閉されるのを防止するような位置に配置される。同様のストッパ１６８により、下側ピストン５８がそのような中断を引き起こすのを防止する。
【００２９】
本発明は、コンプレッサと熱交換器を共通の回転アセンブリに設けることにより、熱交換器とコンプレッサの間に回転シールを設ける必要性をなくしている。また、本発明は、往復運動の方向を回転軸と平行にすることにより、通常ならば影響を受けているであろうコリオリの力の影響を最小限にする。従って、本発明は当該技術分野における著しい進歩に貢献する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明を実施するコンプレッサを含む蒸留器を示す等角図である。
【図２】蒸留器の垂直方向の断面図である。
【図３】蒸留器の熱伝達プレートの詳細を示す断面図である。
【図４】コンプレッサの等角切断図である。
【図５】蒸留器の圧縮蒸気の戻り経路を示す詳細な断面図である。
【図６】コンプレッサ駆動装置に含まれるカム／フォロアアセンブリを一部の部品を取り除いた状態で示す断面図である。
【図７】カム／フォロアアセンブリを一部の部品を取り除いた状態で示す垂直方向の部分断面図である。
【図８】カム／フォロアアセンブリを図６の線８−８で切って見たときの断面図である。
【図９】カム／フォロアアセンブリのカムの側面図である。
【図１】
2005511941.tif 000003
【図２】
2005511941.tif 000004
【図３】
2005511941.tif 000005
【図４】
2005511941.tif 000006
【図５】
2005511941.tif 000007
【図６】
2005511941.tif 000008
【図７】
2005511941.tif 000009
【図８】
2005511941.tif 000010
【図９】
2005511941.tif 000011
【国際調査報告】
2005511941.tif 000012