(57)【要約】【課題】液体リング圧縮機【解決手段】シャフトと；シャフトに回転可能に連結された、コア及び複数の放射状に伸びる羽根とを持つ羽根車と；羽根車に対して内方表面と外方表面とを偏心的に回転可能に配置させた円筒形ケーシングと；羽根に、及び／またはコアに側面で連結された円盤状部分と；を含む液体リング回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）を提供する。ケーシングは羽根車と共に、羽根の縁部がケーシングの内方表面に次第に接近して回転する圧縮領域と、羽根の縁部がケーシングの内方表面に沿って次第に離間した状態で回転する拡張領域とを画成する。入口ポートは拡張領域と連通し、出口ポートは圧縮領域と連通する。さらにケーシングに回転運動を与える駆動装置も設けられる。【選択図】図３
2008544141.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シャフトと；
前記シャフトに回転可能に連結された、コア及び複数の放射状に伸びる羽根とを有した羽根車と；
前記羽根車に対して内方表面と外方表面とを偏心的に回転可能に配置させた円筒形ケーシングであって、前記羽根車と共に、前記羽根の縁部がケーシングの内方表面に次第に接近して回転する圧縮領域と、前記羽根の縁部がケーシングの内方表面に沿って次第に離間した状態で回転する拡張領域とを画成する円筒形ケーシングと；
前記羽根に及び／または前記コアに側面で連結される円盤状部分と；
前記拡張領域と連通する入口ポートと；
前記圧縮領域と連通する出口ポートと；
前記ケーシングに回転運動を与える駆動装置と；を具備することを特徴とする液体リング回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）。
【請求項２】
請求項１に記載のＬＲＲＣＣにおいて、前記シャフトは中空であることを特徴とするＬＲＲＣＣ。
【請求項３】
請求項１に記載のＬＲＲＣＣにおいて、羽根車に対するケーシングの偏心ｅｃｒはｅｃｒ<（１−ｃ）／３で与えられることを特徴とし、ここでｅｃｒ＝ｅ／Ｒ、ｅは羽根車とケーシング軸との距離、ｃはシャフト６の半径Ｃとケーシング８の半径Ｒとの比であるＬＲＲＣＣ。
【請求項４】
請求項１に記載のＬＲＲＣＣにおいて、羽根車の羽根の数は少なくとも１０であることを特徴とするＬＲＲＣＣ。
【請求項５】
請求項１に記載のＬＲＲＣＣにおいて、前記羽根車の羽根は、円盤状部分の内方と外方の縁部に結合され、前記羽根は前記外方縁部より短寸で終端することを特徴とするＬＲＲＣＣ。
【請求項６】
請求項１に記載のＬＲＲＣＣにおいて、前記羽根車とケーシングとは機械的に連結されることを特徴とするＬＲＲＣＣ。
【請求項７】
請求項６に記載のＬＲＲＣＣにおいて、前記機械的連結はギア手段によりなされることを特徴とするＬＲＲＣＣ。
【請求項８】
さらに、前記ケーシングを回転させる手段を具備することを特徴とするＬＲＲＣＣ。
【請求項９】
請求項１に記載のＬＲＲＣＣにおいて、さらに、前記圧縮領域にまたはこの領域に隣接して配置され、圧縮領域に低温の流体を導入する吹付けノズルを具備することを特徴とするＬＲＲＣＣ。
【請求項１０】
請求項９に記載のＬＲＲＣＣにおいて、前記低温流体は、平均容積直径ｄ<２００ミクロンの液滴であることを特徴とするＬＲＲＣＣ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体リング圧縮機（ＬＲＣ）、特に回転するケーシングを持つＬＲＣに関する。
【背景技術】
【０００２】
本願にその内容を引用して援用する米国特許第５，６３６，５２３号が開示したＬＲＣとエキスパンダは、回転するジャケットを有する。
【特許文献１】米国特許第５，６３６，５２３号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが既知のこのＬＲＣには幾つか欠点がある。すなわち、回転子で駆動される液体リングによりジャケットが自由に回転する間に、回転ケーシングの速度は回転子の先端より遅れて流れを不安定にさせる。特に角運動量が大半径とともに小さくなると、慣性不安定の原因となる（半径ｒに位置する液体要素の角運動量は積ｕ・ｒで定義される。ここでｕは接線速度）。ジャケット近傍の液体速度がジャケットの速度に従うにつれて、ジャケットの速度が回転子の速度より遅れると、液体とジャケットとの間でおこる摩擦と、液体リングと回転子の羽根との間の液体とは圧縮機の不安定さの要因となる。
【０００４】
さらに従来技術のＬＲＣでは、圧縮機の側方の円盤状壁部は静止している。このため、湿れた静止壁部に沿って回転する液体リングもまた摩擦を生じさせ、圧縮機全体の効率を低減させる。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
したがって本発明の一般的な目的は上述した欠点を解消し、液体リングと回転ケーシングとの摩擦が最小になる液体リング回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）を提供することにある。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、摩擦を軽減するために側方壁が静止しないＬＲＲＣＣを提供することにある。
【０００７】
本発明のまたさらなる目的は、羽根車の速度の７０％より早い速度でケーシングを駆動するＬＲＲＣＣを提供することにある。
【０００８】
本発明の別の目的は、外部手段によりケーシングを制御可能に駆動するＬＲＲＣＣを提供することにある。
【０００９】
本発明によればこのために、シャフトと；前記シャフトに回転可能に連結された、コア及び複数の放射状に延びる羽根とを有する羽根車と；前記羽根車に対して内方表面と外方表面とを偏心的に回転可能に配置させた円筒形のケーシングであって、前記羽根車と共に、前記羽根の縁部がケーシングの内方表面に次第に接近して回転する圧縮領域と、前記羽根の縁部がケーシングの内方表面に沿って次第に離間した状態で回転する拡張領域とを画成する円筒形ケーシングと；前記羽根に及び／または前記コアに側面で連結された円盤状部分と；前記拡張領域と連通する入口ポートと；前記圧縮領域と連通する出口ポートと；前記ケーシングに回転運動を与える駆動装置と；を具備する液体リング回転ケーシング圧縮機（ＬＲＲＣＣ）が提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明のより完全な理解のために、本発明を以下の例示的図面を参照しながら一定の好ましい実施形態について記述する。
【００１１】
図面について細かく説明すると、図示した細目は専ら本発明の好ましい実施形態の例示のため、また説明的議論のためであり、本発明の原理と概念的態様について最も役に立ちかつ容易に理解される説明と思われるものを提供するために示してある。これに関連して、本発明の基本的理解に必要とされる以上には、本発明の構造的細目を示していない。図面と併せた説明は、本発明の幾つかの形態が実地にどう具体化できるかを当業者に明らかにしよう。
【００１２】
図１に、本発明のＬＲＲＣＣ２の、一部を露出させた斜視図が示してある。概ね円筒形状の圧縮機２は３つの主たる部品から成る。すなわちシャフト６に取り付けた内部の羽根車４と円筒体の湾曲表面として構成したケーシング８。シャフト６は静止し有利に中空にされ、これに、図３で詳しく見るように羽根車４を回転可能に連結する。図２に示す羽根車４は、コア１４の周りに取り付けた複数の放射状に延びる羽根１０と、同心の内方縁部１６と外方縁部１６'とを持つ環状の側壁１２とから成る。図から分かるように、羽根１０は以下に議論する理由により外方縁部１６より短寸に終端させるのが得策である。さらに図１には、羽根車４に対して偏心的に回転可能に連結され、羽根１０の外方縁部を跨いで両側壁１２間に渡されるケーシング８が示してある。随意に、ケーシング８は機械的に羽根車４に連結される。この目的のため、これには内側の歯２０を持つ側方リング１８が取り付けてあり、内側の歯２０が、側壁１２の外側に取り付けるリング２４に作られた外側の歯２２と噛み合うようにされている。したがって、歯２０と２２とが噛み合うと、羽根車４はケーシング８の速度に対して一定の速度でシャフト６の周りを回転する。好ましくは、ケーシング８の速度は羽根車４の速度の７０％より大きくすべきである。
【００１３】
羽根車４に対するケーシング８の偏心ｅｃｒは、式：
ｅｃｒ<（１−ｃ）／３
で与える。ここでｅｃｒ＝ｅ／Ｒ。ｅは羽根車とケーシング軸との距離、ｃはシャフト６の半径Ｃとケーシング８の半径Ｒとの比である。
【００１４】
図３、４も併せて参照すれば分かるように、シャフトに取り付けた羽根車とケーシングとを組み立てると、ケーシング８の内部には、ケーシング８の内方表面と羽根車４とで画成される２つの別領域、すなわち羽根１０の縁部がケーシング８の内方表面に次第に接近して配され回転する圧縮領域Ｚｃｏｍと、羽根１０の縁部がケーシング８の内方表面に沿って次第に離間した状態で配され回転する拡張領域Ｚｅｘとが形成される。図３にはまた、羽根車４をシャフト６に連結する軸受２６と、中空シャフトの入口部分６ｉｎと、仕切り２８により入口部分６ｉｎから隔離される出口部分６ｏｕｔも示してある。
【００１５】
本発明によれば、ケーシング８はモーター（図示せず）などの外部駆動手段により駆動され、駆動手段はベルト、ギア等の任意適当な手段でケーシングに連結される。図３に、軸受３２を介してシャフト６に取り付けたケーシング／駆動装置連結手段３０が示してある。駆動装置連結手段３０はケーシング８のどちらかの側部、または（図示したように）両側部に設けることができる。または別法として、ケーシング８はその外側表面に設けた手段で駆動してもよい。突条３４にはモーターにつながる案内駆動ベルト（図示せず）が設けられる。
【００１６】
圧縮領域Ｚｃｏｍと拡張領域Ｚｅｘとの境界近傍での半径方向の液体の流れは、羽根１０とケーシング８との各区画間の液体速度の大きなばらつきと関連する。この接線速度のばらつきは散逸的である。散逸速度を減じるために、本発明では羽根１０の端部を羽根車の側壁１２に比して短くしてある。こうすることで、羽根１０の端部とケーシング８との間の間隔が大きくなり、散逸速度は減じられて効率が増す。
【００１７】
圧縮領域Ｚｃｏｍでシャフトの仕事は熱に変換される。本発明の別の特徴によれば、圧縮領域Ｚｃｏｍに低温の流体を導入でき、熱は圧縮領域から低温の液体により取り出される。こうして圧縮ガスは低温となり、高温のガスでなく低温のガスの圧縮にシャフトの仕事は少ししか要しないから、圧縮機の効率はさらに高まる。
【００１８】
好ましい実施形態では、流体（通常低温の水）を噴霧化して直接圧縮領域Ｚｃｏｍに吹き付ける。効果的には、液滴容積の平均直径を２００ミクロンより小径にするのが得策である。発生した熱の大部分を取り出し気温を低レベルで保つために、液体のマスフローｍｌ（ｋｇ／ｓ）を空気のマスフローと比較できるように例えばｍｌ>ｍａ／３にすべきである。
【００１９】
図４に、周りに羽根１０を取り付けたコア１４内に形成される吹付けノズル３６が示してある。図から分かるように、吹付けノズル３６は仕切り２８上に形成され、噴霧化流体を２方向に仕向けることができる。
【００２０】
２領域の境界または界面近傍の圧縮領域Ｚｃｏｍでは、液体の波が発生する。波は、本来散逸的な、拡張領域Ｚｅｘへの圧縮空気の漏れと連動する。波の振幅に加えて漏れは、隣接する２つの羽根の間隔と共に大きくなる。この漏れを少なくするために、羽根の数は１０より多数にすべきである。さらに、漏れた空気は拡張領域Ｚｅｘに広がる要がある。このため、羽根１０は中心シャフト６に接近させて、羽根とダクトとの間隔を小さくし、狭隘個所Ｔｅｃと低圧の入口の開放部Ｔｅとの角度αは１／２ラジアンを超えるようにすべきである。
【００２１】
当業者には明らかなように、本発明は上述の説明的実施形態の細目に限定されず、また本発明は本発明の精神または本質的特性から逸脱することなくその他の具体的形態で具現化できる。したがって本発明の実施形態は全ての点で説明のためであって限定するものではない。本発明の範囲は上述の説明ではなく添付クレームにより示され、したがってクレーム等価物の意味と範囲とに入る全ての変更はクレームに包含されるものとする。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明によるＬＲＲＣＣの、一部を露出させた斜視図である。
【図２】本発明によるＬＲＲＣＣの羽根車の斜視図である。
【図３】本発明によるＬＲＲＣＣの、図１の線ＩＩＩ−ＩＩＩでの断面図である。
【図４】図３の線ＩＶ−ＩＶでの断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
２    ＬＲＲＣＣ
４    羽根車
６    シャフト
６ｉｎ    シャフト入口部分
６ｏｕｔ    シャフト出口部分
８    ケーシング    
１０    羽根
１２    環状側壁
２６、３２    軸受
２８    仕切り
３０    駆動装置連結手段
３４    突条
Ｚｃｏｍ    圧縮領域
Ｚｅｘ    拡張領域
【図１】
2008544141.tif 000003
【図２】
2008544141.tif 000004
【図３】
2008544141.tif 000005
【図４】
2008544141.tif 000006
【国際調査報告】
2008544141.tif 000007
2008544141.tif 000008
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