(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転する容器の半径方向内側領域に存在する液体に同伴するガスの等温圧縮方法であって、
前記容器内に、実質的に環状の容器空間内で終端する半径方向外側端部に半径方向に通じる複数の開放端マイクロチャネル毛管路を設けるステップと、
液体中にガスを、又はガス中に液体を放出するためのベンチュリインジェクタを含む乳化装置を用いて、前記ガスと前記液体との乳液を生成するステップと、
前記複数の開放端マイクロチャネル毛管路の半径方向内側端部に、前記ガスと前記液体との乳液を連続的に導入するステップと、
前記容器を回転させて前記マイクロチャネル毛管路内に気泡の形成を引き起こし、前記マイクロチャネル毛管路内の前記気泡を遠心力によって前記マイクロチャネル毛管路の前記半径方向外側端部に向けて圧縮するステップと、
液体及び同伴する圧縮気泡を含む前記マイクロチャネル毛管路からの出力を前記環状容器空間に収集するステップと、
前記環状容器空間から放出された圧縮ガスを取り出すステップと、
前記環状容器空間から液体を取り出すステップと、
を含むことを特徴とするガス圧縮方法。
【請求項２】
前記マイクロチャネル毛管路内で捕捉された気泡を、前記マイクロチャネル毛管路の半径方向の広がりに沿って遠心力によって等温圧縮するステップを含む、
請求項１に記載のガス圧縮方法。
【請求項３】
前記マイクロチャネル毛管路内の気泡を遠心力によって圧縮し、結果として生じた圧縮気泡及び中間液体を前記環状の容器空間内に単方向に移動させるステップを含む、
請求項１又は２に記載のガス圧縮方法。
【請求項４】
前記複数のマイクロチャネル毛管路は、
前記外側端部に半径方向に通じる複数の細長い実質的に放射状のマイクロチャネル毛管路、
前記外側端部に半径方向に通じる複数の細長い実質的に接線方向のマイクロチャネル毛管路、及び、
前記外側端部に半径方向に通じる複数の細長い実質的に連続して湾曲するマイクロチャネル毛管路、
のうちの１つのマイクロチャネル毛管路において圧縮気泡を形成する、
請求項１、２又は３に記載のガス圧縮方法。
【請求項５】
前記マイクロチャネル毛管路の各々は、該マイクロチャネル毛管路の半径方向の広がり全体にわたってサイズが実質的に均一であり、前記マイクロチャネル毛管路の半径方向内側付近において気泡の形成を引き起こす実質的に均一な小さな断面を有する、
請求項１、２、３又は４に記載のガス圧縮方法。
【請求項６】
前記ガス又は前記液体内に渦を生成するステップを含む、
請求項１、２、３又は４に記載のガス圧縮方法。
【請求項７】
前記気泡の圧縮は、中間液体スラグによって引き起こされ、前記スラグ及び前記気泡は、前記環状の容器空間に単方向に移動する、
請求項１、２、３又は４に記載のガス圧縮方法。
【請求項８】
ガス及び液体が供給される遠心ガス圧縮機を用いてガスを等温圧縮する装置であって、  軸を中心に回転する回転容器を備え、
前記回転容器は、半径方向内側キャビティと、複数の開放端マイクロチャネル毛管路とを有し、該複数の毛管路は、前記半径方向内側キャビティに開口する半径方向内側端部を有し、実質的に環状の容器空間内で終端する半径方向外側端部に半径方向に通じ、前記装置は、
前記ガス及び前記液体が供給されて前記複数の開放端マイクロチャネル毛管路内に気液混合物を供給する、前記半径方向内側キャビティ内の乳化装置をさらに備え、該乳化装置は、前記複数の開放端マイクロチャネル毛管路のそれぞれの中に、液体中にガスを、又はガス中に液体を連続的に放出するための、複数のベンチュリインジェクタを含み、
前記複数のマイクロチャネル毛管路は、前記回転容器の遠心力によって前記マイクロチャネル毛管路内の液体スラグ間に、前記注入され乳化された気液混合物内の気泡が捕捉されるようなサイズにされ、前記液体スラグに作用する前記遠心力は、前記マイクロチャネル毛管路内の前記気泡の浮力よりも大きく、これによって前記気泡及び前記液体スラグが前記環状の容器空間に移動して前記マイクロチャネル毛管路内で前記ガスが圧縮されるようになり、
前記環状の容器空間から圧縮ガスを取り出すための、前記環状の容器空間からのガス排出路と、
前記環状の容器空間から液体を取り出すための、前記環状の容器空間からの液体排出路と、
がさらに設けられる、
ことを特徴とするガス圧縮装置。
【請求項９】
前記複数のマイクロチャネル毛管路は、
前記外側端部に半径方向に通じる複数の細長い実質的に放射状のマイクロチャネル毛管路、
前記外側端部に半径方向に通じる複数の細長い実質的に接線方向のマイクロチャネル毛管路、及び、
前記外側端部に半径方向に通じる複数の細長い実質的に連続して湾曲するマイクロチャネル毛管路、
のうちの１つである、
請求項８に記載のガス圧縮装置。
【請求項１０】
前記マイクロチャネル毛管路の各々は、該マイクロチャネル毛管路の長手方向の広がり全体にわたって実質的に均一な断面サイズを有するマイクロチャネルである、
請求項８又は９に記載のガス圧縮装置。
【請求項１１】
さらに、前記ベンチュリインジェクタの上流に渦発生器を備える、
請求項８、９又は１０に記載のガス圧縮装置。
【請求項１２】
前記乳化装置は、前記容器の前記半径方向内側キャビティ内に、前記ガス及び前記液体を受け取る渦発生器を含み、
前記乳化装置は、乳化した気液混合物を前記複数のマイクロチャネル毛管路内に供給する前に、前記液体中に前記ガスを、又は前記ガス中に前記液体を注入する、前記渦発生器の下流の複数のベンチュリインジェクタも含み、
前記渦発生器は、前記半径方向内側キャビティの１つの軸方向領域内に、前記液体のためのインペラを定め、
前記複数のベンチュリインジェクタは、前記複数のマイクロチャネル毛管路に流体結合する複数の毛細管入口チャネルを定め、各毛細管入口チャネルは、それぞれの放射状のマイクロチャネル毛管路の長手方向中心線と実質的に整列する長手方向中心線を有し、前記毛細管入口チャネルの内径は、前記マイクロチャネル毛管路の内径と実質的に等しい、
請求項８から１１のいずれか１項に記載のガス圧縮装置。
【請求項１３】
各毛細管入口チャネルは、前記半径方向内側キャビティに開口する半径方向内側終端を有し、各半径方向内側終端は、
前記容器の回転軸に垂直な流体入口と、
前記容器の回転軸に正接する流体入口と、
ベンチュリ効果経路として形成される流体入口と、
を含む一群の流体入口からの１つの流体入口を有する、
請求項１２に記載のガス圧縮装置。
【請求項１４】
それぞれが前記複数のマイクロチャネル毛管路の一部を定めて保持する複数のディスクを含み、
前記複数の毛管路の一部は、前記マイクロチャネル毛管路が前記乳化した気液混合物を受け入れる半径方向内側ディスク端部と、前記環状の容器空間に開口する半径方向外側ディスク端部とを有する各ディスク内に形成され、各ディスクは、前記容器と同軸上に取り付けられる、請求項１２に記載のガス圧縮装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、遠心ガス圧縮機、環状収集キャビティに半径方向に通じる複数の毛管路において遠心力を用いてガスを圧縮する方法、及び遠心ガス圧縮システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガス圧縮機は、（バスケットボール、玩具及びタイヤを膨らませるために）消費者市場及び（ガスを圧縮して、輸送、空気圧工具への動力供給、及び源泉からユーザへの天然ガスの供給を行うために）産業市場において多くの物品に使用されている。
【０００３】
先行技術による市販のガス圧縮機は、主に実用のためにガスを急速に圧縮する必要があるため効率が悪い。急速圧縮では、圧縮過程中の圧縮熱の散逸がほとんど不可能になる。この圧縮過程中における固有の発熱（本明細書では「Ｃ熱」と呼ぶ）では、「Ｃ熱」を完全に除去して同じ工程を行った場合よりも、原動機からの物理的作業を最大１００％高めることが求められる。通常、原動機は、内燃エンジン又は電気モータである。Ｃ熱をほとんど又は全く除去しない急速圧縮過程は、断熱圧縮と呼ばれる。ほとんどの最新式の圧縮機は、断熱又は準断熱圧縮サイクルで動作する。Ｃ熱に起因して失われるエネルギー又は労力は、圧縮機の最終目標圧が高くなるほど増加する。
【０００４】
圧縮ガスと共にＣ熱を蓄えることができれば、圧縮ガスの作業ポテンシャルは、ガスを圧縮するために必要な作業量とほぼ同等になる。しかしながら、ほとんどの圧縮ガスは、非断熱性の圧縮容器に蓄えられ、従ってガスを圧縮してからガスを使用するまでの時間により、ガス内に熱を保持することは実用的でない。従って、このガス圧縮のための５０〜１００％の追加作業が失われ、又は無駄になる。Ｃ熱を全て除去しながら行う圧縮は、等温圧縮と呼ばれる。等温圧縮を達成できれば、理論的には、圧縮ガスから同じだけの有用な作業出力を得るために必要なエネルギーを半減させることができる。換言すれば、同量のエネルギーコスト又はドルで２倍の量の圧縮ガスを生成することができる。従来、圧縮装置の壁からＣ熱を除去する時間には、熱の除去と圧縮によって生成される熱とが同じペースを保つように非常に遅い圧縮サイクルが必要であったため、等温圧縮の実現は非実用的又は不可能であった。
【０００５】
先行技術の圧縮機のうち、急速等温圧縮を実証するものはたった１つのタイプしか存在しない。１９０８年にＴａｙｌｏｒに特許が与えられた米国特許第８９２，７７２号には、無数の小さな球状気泡を注入した下降水柱を利用する水力空気圧縮機が開示されている。特定の高さから下降水柱を下降させると、水中の気泡が圧縮される。Ｔａｙｌｏｒは、約１２８ｐｓｉ（ポンド／平方インチ）（８．８ｂａｒ）の圧力を生み出す７０フィート（約２１ｍ）の水頭差圧（約２１ｍ）を用いて、５０００〜６０００馬力の等温圧縮機を駆動した。
【０００６】
Ｋｅｌｌｅｒに付与された米国特許第６，２７６，１４０号には、タービンエンジンを通じてエネルギーを生成する装置が開示されている。Ｋｅｌｌｅｒの装置も、下降水中の気泡を圧縮するために、漏斗状の垂直管又はトンネルを通じて供給される下降水を用いている。Ｋｅｌｌｅｒの文献における落水距離は３０ｍ〜１００ｍであった。Ｋｅｌｌｅｒの漏斗管の頂部の大まかな直径は約２〜７ｍであり、底部では、漏斗の出口領域が大まかに０．７〜２．０ｍである。
【０００７】
Ｒｅｅｓに付与された米国特許第１，１４４，８６５号には、ロータリポンプ、凝縮器及び圧縮機が開示されている。しかしながら、Ｒｅｅｓの‘８６５号特許のロータリポンプ圧縮機は、高度な湾曲形状の壁を有する大型キャビティを利用するものであり、このキャビティは、回転容器に対して放射状でない。Ｐｏｌｌａｒｄに付与された米国特許第８７１，６２６号には、タービン式空気圧縮機が開示されている。
【０００８】
Ｆｏｎｇに付与された米国特許出願公開第２０１１／００３０３５９号には、９６３、９６４、９５９及び９８３段落において、遠心分離器についての大まかな記載がある。しかしながら、遠心分離器についての詳述はない。Ｓｔａｈｌｋｏｐｆに付与された米国特許出願第２０１１／０１１５２２３号にも、遠心分離器についての記載がある。Ｆｏｎｇの‘３５９号特許にも、Ｓｔａｈｌｋｏｐｆの‘２２３号特許にも、水中又は液体中の気泡を等温方式で圧縮して圧縮空気又は圧縮ガスを抽出する遠心圧縮機は記載されていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】米国特許第８９２，７７２号明細書
【特許文献２】米国特許第６，２７６，１４０号明細書
【特許文献３】米国特許第１，１４４，８６５号明細書
【特許文献４】米国特許第８７１，６２６号明細書
【特許文献５】米国特許出願公開第２０１１／００３０３５９号明細書
【特許文献６】米国特許出願公開第２０１１／０１１５２２３号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明の目的は、液体又は乳液又は気液混合物に同伴するガスを圧縮する遠心ガス圧縮機及び方法を提供することである。
【００１１】
本発明の別の目的は、基本的に等温性の遠心ガス圧縮機及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この遠心ガス圧縮機は、液体に同伴するガスの圧縮方法を提供する。容器は、軸を中心に回転自在であり、実質的に環状の容器空間内で終端する半径方向外側端部に半径方向に通じる複数の毛管路を有する。この複数の毛管路の半径方向内側端部内に、気体と液体の乳液を供給する。容器が回転すると、毛管路内で気泡の形成が引き起こされ、毛管路内の気泡が、毛管路の半径方向外側端部に向かって圧縮される。圧縮された気泡は、環状の容器空間に強制された液体−気体混合物内に集まる。圧縮機は、環状の容器空間内の気液混合物から浮力によって出現する圧縮ガスを取り出す。毛細管は、（ｉ）実質的に放射状のもの、（ｉｉ）容器の回転軸に対して接線方向のもの、又は（ｉｉｉ）回転方向である前方又は容器の回転とは逆の後方に連続的に湾曲するもの、とすることができる。容器の半径方向内側領域付近の気体及び液体入口が、液体及び気体を取り込む。各毛細管はマイクロチャネルであり、毛細管の半径方向内側部分付近での気泡の形成を引き起こす実質的に均一な小さな断面を有する。気体−液体乳液は、混合物を毛細管内に供給する前に、液体中に気体を、又は気体中に液体を放出するエジェクタ、或いは渦発生器のベンチュリインジェクタの一方によって生成される。結果として得られる半径方向内側の容器キャビティからの乳液が毛細管に供給される。
【００１３】
乳液は、渦から毛細管への実質的に放射状の経路、渦から毛細管への接線方向の経路、又は渦から毛細管へのベンチュリ効果経路、のうちの１つを通じて毛細管内に供給される。気体は、等温過程で圧縮される。圧縮機は、毛細管内に捕捉された気泡を等温圧縮する。
【００１４】
遠心ガス圧縮機には、単一の又は別個の入口ポートを介して気体及び液体が供給される。容器は、その軸を中心に原動機によって回転する。半径方向内側キャビティ内の乳化装置は、気体及び液体の供給を受け、乳化した気液混合物を毛細管に供給する。乳化装置は、エジェクタ、ベンチュリインジェクタ、又は渦発生器のうちの１つを含む。別の実施形態では、エジェクタ又はベンチュリインジェクタの上流に渦発生器が存在する。エジェクタ又はベンチュリインジェクタは、毛細管に流体結合された複数の毛細管入口チャネルを定める。各毛細管入口チャネルは、それぞれの毛細管の長手方向中心線と実質的に整列する長手方向中心線を有する。各毛細管入口チャネルは、半径方向内側キャビティに開口する半径方向内側終端を有し、その入口は、容器の回転軸に対して垂直のもの、容器の回転軸に対して接線方向のもの、又はベンチュリ効果経路として形成された流体入口、とすることができる。毛細管は、複数のディスク内に定められる。これらのディスクは、容器と同軸上に互いに隣接して積み重なる。各ディスクの半径方向内縁は、毛細管の半径方向内側終端を定める。各ディスクの半径方向外縁は、毛細管の半径方向外側終端を定め、環状容器空間に開口する。
【００１５】
以下の添付図面と併せて好ましい実施形態の詳細な説明を読むことにより、本発明のさらなる目的及び利点を理解することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】遠心ガス圧縮機の基本実施形態の概略図である。
【図２】遠心ガス圧縮機の基本動作、並びに同伴したガス及び液体の圧縮方法の概略図である。
【図３】毛細管内の液体スラグによって分離された同伴する気泡の概略図である。
【図４】少ない数の毛細管及び流路を有する遠心ガス圧縮機を示す、本発明の別の実施形態の概略図である。
【図５】図４に示す圧縮機の外部容器の概略図である。
【図６】ディスク内に形成された毛細管に気液混合物を供給するインペラカセットを有する容器を含み、ディスクが容器の回転軸に沿ってホイールスタックとして同軸上に積み重なった遠心ガス圧縮機のさらなる実施形態の概略図である。
【図７】複数の半径方向に配置された毛管路又は毛細管を有するホイール又はディスクの概略図である。
【図８】各々が複数の放射状毛細管を定める積み重なったホイール（ディスク）の概略図である。
【図９】２つのホイール又はディスクの弓形の小断片（約２〜３度）、及びディスク内の放射状毛細管又は毛管路の概略図である。
【図１０Ａ】圧縮機ディスクの半径方向内側のインペラ又は乳化装置も、圧縮機ディスクの毛細管に気液混合物を供給するインペラも示していない、小径圧縮機ディスク（図６〜図９には大径圧縮機を示す）の概略図である。
【図１０Ｂ】圧縮機ディスクの半径方向内側のインペラ又は乳化装置も、圧縮機ディスクの毛細管に気液混合物を供給するインペラも示していない、小径圧縮機ディスク（図６〜図９には大径圧縮機を示す）の概略図である。
【図１１Ａ】渦発生器及び毛細管入口チャネルを有するインペラ（乳化装置）の概略図である。
【図１１Ｂ】放射状に配置された毛管路又は毛細管（毛管路は、主に圧縮機ディスクによって定められる）に通じる入口チャネルの概略図である。
【図１２】容器の回転軸に対して接線角を成す毛細管入口ノズルを有するインペラ（乳化装置）の概略図である。
【図１３Ａ】第１の毛細管チャネルと、放射状に配置された毛管路に通じる第２の毛細管チャネルとの間に介在するベンチュリジェット（さらなる乳化装置）の概略図である。
【図１３Ｂ】第１の毛細管チャネルと、放射状に配置された毛管路に通じる第２の毛細管チャネルとの間に介在するベンチュリジェット（さらなる乳化装置）の概略図である。
【図１３Ｃ】第１の毛細管チャネルと、放射状に配置された毛管路に通じる第２の毛細管チャネルとの間に介在するベンチュリジェット（さらなる乳化装置）の概略図である。
【図１４】上流の渦発生器と、ジェットエジェクタセット又はベンチュリインジェクタセットとを含み、半径方向内側の供給キャビティからの液体を空中又はガス空間（又は空隙）内に排出して、概略的に示す毛細管の内側終端部に送り込む乳化装置の概略図である。
【図１５Ａ】２重壁スクリーンを有する別の乳化装置の概略図である。
【図１５Ｂ】外側スクリーン壁が、渦巻き状の突出するスクリーンウェーブセグメントを有する渦発生器として形成された、２重壁スクリーンを有する別の乳化装置の概略断面図である。
【図１５Ｃ】固定されたステータ内の半径方向内側空間にガスが供給され、焼結金属又は他の材料のスクリーンが、焼結スクリーンの周囲の環状空間内に供給されたガスと液体の乳化を引き起こし、これによって乳化した気液混合物を毛細管の半径方向内側ポートに供給する乳化装置の概略図である。
【図１６】接線方向毛細管の概略図である。
【図１７】環状収集キャビティに半径方向に通じる、連続的に湾曲する（後方掃引又は渦巻き）毛細管の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
本発明は、遠心ガス圧縮機内の液体に同伴するガス（水に同伴する空気、又は乳化した気液混合物、又は液化天然ガスに同伴する（気体状態の）天然ガスなど）の圧縮方法に関する。本特許明細書全体にわたり、同様の項目は同様の数字によって示す。
【００１８】
理想的な圧縮機は、球面に直径を縮小する力を加えてガスを圧縮する。ピストン圧縮機又はスクリュー圧縮機とは異なり、球形圧縮機の表面積は、その半径の３乗だけ球体を縮小させる。ピストンの表面積は一定のままであり、従って上昇するガス圧に打ち勝つには力を増加させる必要がある。しかしながら、球形圧縮機では、球の表面積の平方インチ数（ポンド毎平方インチ（ｐｓｉ、メートル法ではｂａｒ）に変換される）が体積変化の３乗根だけ減少する。従って、球形圧縮機は、上昇するガス圧の増加する力をほとんど相殺してしまう。理想的な球形圧縮機は、ピストン／シリンダー又は回転スクリューなどの固体の機械的機構で組み立てることができない。しかしながら、圧力上昇中の下降液柱に閉じ込められた球状ボイドは、この理想的な圧縮機を具体化する。Ｔａｙｌｏｒに付与された米国特許第８９２，７７２号を参照されたい。
【００１９】
気泡は理想的な球形を有し、無数の小気泡は、熱伝達を促すために必要な非常に大きな表面積を有する気液混合物を表す。この気液表面積は、圧縮中のガスにも密接に近接する。このシステムでは、圧縮熱の生成と同じ割合で各圧縮気泡から圧縮熱を抽出することができる。従って、気泡圧縮機は、理想的なガス圧縮機タイプ及び理想的な等温熱除去システムを１つの圧縮機設計で具体化する。
【００２０】
気泡は、遠心分離機によって生成される遠心力によって圧縮することができる。遠心力場では、システムは、水柱（半径方向内側の容器領域から半径方向外側の領域に向かう水又は液体）を数千Ｇの力に曝すことによって水柱の重量を増加させることができる。装置のＲＰＭ（毎分回転数）を変化させることにより、遠心気泡圧縮機の幅広い終圧を達成することができる。終圧は、圧縮機ハウジングの物理的強度によってしか制限されない。往復部品が存在しないので、超高ＲＰＭが可能である。
【００２１】
実験用遠心分離機の動作では、異なる半径（「Ｒ」）における回転水柱の遠心力がＧ力計算式を用いて計算される。本発明の遠心ガス圧縮機の初期バージョンにおける実験的試験では、これらの計算が正確であることが証明された。
【００２２】
本発明の遠心圧縮機では、液体に作用する遠心力と、圧力下における液体中の気泡の性能とのモデル化を行った。液体の表面に浮かび上がる気泡の性質は、ボイド（気体）内の物質の密度と、重力加速度に起因する液体の物理的重量との差分としての浮力である。気泡の浮力は、気泡ボイドの表面又は界面における液体との間の抵抗又は摩擦によって打ち消される。気泡の終端速度は、ストークスの法則を用いて計算される。従って、気泡を沈めるには、下降水柱の速度（Ｔａｙｌｏｒの‘７７２号特許を参照）が気泡の上昇速度を上回らなければならない。遠心ガス圧縮機では、気泡の浮力が、容器の回転軸の方向である半径方向内側に向かう。ガスを圧縮するには、気泡を強制的に半径方向外側に移動させなければならない。従って、浮力は、気泡に作用する遠心力よりも小さくなければならず、すなわち気泡と回転軸との間に介在する液体に作用する遠心力は、浮力よりも大きくなければならない。
【００２３】
ガスが空気である場合には、一定体積のボイドが同じ体積の水に取って代わり、気泡が回転中心から離れて運動又は移動すればするほど水の重量も増加するので、気泡の浮力が線形的に増加する。水の重量は気泡体積が収縮するよりも速く増加するので、気泡が最初に遠心力を受けた時には、ｐｓｉ（ｂａｒ）が１〜３ＡＴＭの場合には浮力の初期急上昇が見られる。この現象は、初期の試作品試験中に発見された。この問題は、気泡を水と共に半径方向外側に強制して半径方向外側の容器空間内に移動させるのが困難であることも示す。遠心圧縮機におけるＧ力は、回転中心からの距離と共に増加するので、気泡の浮力は（半径方向内側領域において）最初に急上昇してから減少する。その後、気泡体積は、水重量の増加よりも速く収縮し始める。
【００２４】
毛細管の長手方向の広がりに沿った水の速度が気泡の終端上昇速度よりも大きい限り、実験では、気泡が「沈降」又は半径方向外側に移動して、半径方向外側の容器領域に入り込まざるを得なかった。半径方向外側の容器領域では、気泡が急速に水から分離し、圧縮された空気−水混合物から姿を現し、圧縮ガス収集容器領域に移動する。半径方向外側の容器領域内の気泡は、遠心力によって浮力が高まるため、半径方向内側の水面から姿を現す（圧縮ガスを含む水は半径方向外側領域に押しやられる）。この半径方向外側の容器領域内の急速な空気分離が、遠心圧縮機の明白な利点である。この浮力現象に起因する、外側領域における同伴、及び内側領域における気泡の初期圧縮が、（とりわけ）本発明の複数の重要な特徴の一部である。
【００２５】
環状収集キャビティに半径方向に通じる毛細管内の中間スラグ又は液体貯蔵物に作用する遠心力は、（ａ）毛細管が実質的に放射状である（図１及び図７を参照）か、（ｂ）毛細管が回転軸に正接する（図１６参照）か、それとも（ｃ）毛細管が連続的に湾曲しているが外側収集チャンバに通じている（図１７）かに関わらず、一般に同じである。移動経路は、気泡の移動に対する毛細管作用ほどは重要でないと思われる。
【００２６】
本発明の毛細管設計は、Ｒｅｅｓに付与された米国特許第１，１４４，８６５号（遠心ガス圧縮機）に関連して特定も検討もされていかった課題を解決する。事実上、Ｒｅｅｓの‘８６５号特許の遠心ガス圧縮機は、うまく機能したことがなく、製品化されたことも、或いは十分な売り上げを得たこともない。Ｒｅｅｓの‘８６５号特許には、遠心ガス圧縮機の放射状に整列した毛細管システムは開示も記載もされていない。
【００２７】
Ｒｅｅｓの‘６８５号特許のシステムの１つの問題点は、遠心力場で生み出される非常に強力な気泡浮力効果を誰も分析しなかった点である。実際に、この気泡浮力特性は、気液混合物を遠心力場で回転させて液体から気泡を分離するために、業界で幅広く使用されている。気泡浮力は非常に大きいので、圧縮しないと液体からガスが失われてしまう。
【００２８】
毛細管を用いて気泡サイズを操作し、さらには圧縮気泡が半径方向内側の液体周囲の経路を発見するのを防ぐことは、とりわけ本発明の重要な特徴である。毛細管内の液体スラグは、中間気泡を圧縮して、回転する圧縮機の周辺部（回転する容器の半径方向外側領域）に強制するピストンに類似する。気泡が液体ピストンスラグの速度ベクトルに対して横向きに移動できる場合、外側収集キャビティにおいて気泡が脱出し、それ自体の浮力によって回転する圧縮機の中心に向かって戻る。この毛管路内における気泡の横向きの動きは、従来の圧縮機における漏出又は不適切に設定されたピストンリングに類似する。気泡の横向きの動きを排除できれば、気泡の重量の８００倍の重量を有する液体ピストンスラグは、液体ピストンにより、遠心力場において最大の圧力を有する圧縮機周辺部に気泡を強制するようになる。
【００２９】
毛細管の寸法は、気泡が管を密封し、液体が気泡の周囲に通路を発見するのを防ぐようにする管の内径によって決まる。本明細書の毛細管又は毛管路は、約３．０ｍｍ〜０．５ｍｍのサイズのマイクロチャネルである。このように、マイクロチャネル毛細管では、気泡の上方（気泡に対して半径方向内側）の液体が、気泡を浮力によって管の低圧側（管の半径方向内側領域）に戻すのではなく、気泡を強制的に毛細管の長さを移動させ、管の高圧端部において排出させなければならない。本発明の遠心ガス圧縮機の初期試作品では、４５０本の半径方向に配置された毛細管を用いて、１又は複数の収集キャビティに半径方向に通じる毛細管内における液体スラグとの気泡同伴、及び本遠心ガス圧縮機の有効性が完全に証明された。
【００３０】
気泡が所定の直径を超えて成長しないようにするために、本発明は、一実施形態において、最大気泡直径を管の内径に物理的に制約する非常に多くのマイクロチャネル毛細管を使用する。最大気泡直径又はサイズは、ｘ軸及びｙ軸が限定され、管外への長手方向移動はｚ軸である。毛細管の内径は、半径方向の広がり全体にわたって均一であることが好ましい。通常、マイクロチャネルは、１桁ｍｍ又はそれ未満であり、一実施形態では、０．０６２５インチ（約１．６ｍｍ）の内径を有する毛細管が３６００〜４０００ｒｐｍで回転して、容器の外側領域に１２０〜２００ＡＴＭを生成する。１つの問題点は、気泡が互いに自然に結合してさらに大きな気泡を形成し、これによって奪われる水の体積、従って浮力が増加する点である。奪われる水の重量は、遠心加速度によって中心から遠ざかるほど大きくなるので、奪われる水の重量が増すことによって比例的に浮力が増加する。空気は圧縮性であるため、半径方向内側の液体によって圧縮されると、その体積は減少する。
【００３１】
毛細管を用いて空気／水の乳液における気泡の浮力増加を防ぐことに加え、等温圧縮では、最大量の表面積が水と直接接触することが必要である。気泡が小さければ小さいほど、水と接触する表面積は劇的に大きくなる。この高い表面対体積比によって水への急速な（ほぼ瞬間的な）熱伝達が促され、このため圧縮過程中に空気が一定温度に保たれる。水は、等体積ベースで空気よりも３５００倍大きな熱容量を有する。従って、圧縮熱のエネルギーは水によって急速に吸収されるので、空気が圧縮熱によって温度を上昇させることはほとんど不可能である。
【００３２】
数ある重要な特徴の中でも、マイクロチャネル／毛細管の別の重要な特徴は、気泡が、管内径まで成長すると、気泡の浮力によって気泡及び水の半径方向外側方向への流れが逆行するのを防ぐ逆止弁のように作用する点である。本発明のこの特徴は、マイクロチャネル毛細管に長手方向に沿った単方向圧縮ガス又は気泡流と呼ぶことができる。この中間液体スラグを含む毛細管逆止弁機構は、回転中心から遠ざかって圧縮毛細管の高圧出口に向かう動きが気泡の動きのみであることを必要とする。この動きは、液体の表面張力に起因する。この気泡は、気泡が管の内径に触れる気泡の赤道周囲に「乾いた表面」を効果的に作り出す。この乾いた表面部分は、気泡の上方（半径方向内側）の水スラグが次の半径方向外側スラグに至る気泡周辺の経路を発見することを防ぐ。水又は液体が気泡の周囲を流れている場合、その同伴する中間気泡に働く推進力は失われ、気泡は、圧縮管の半径方向出口の方よりもむしろ回転中心の方に近付いて移動する。従って、毛細管逆止弁の作用又は単方向流は、とりわけ本発明の重要な特徴の１つである。
【００３３】
例示として、圧縮管の動作は、水又は液体のスラグが小型液体ピストンとして作用することに相当する。液体ピストンプラグは、遠心力により、圧縮管に沿って半径方向外側に強制されている。気泡は、各液体ピストン間に介在し、遠心力に起因して液体ピストンによって圧縮されている。ピストンの機能を維持するには、空気がピストンに捕捉された状態を保つようにシールが必要である。気泡がマイクロチャネル圧縮管の内壁に触れる部分の乾いたリングは、液体ピストンに関連する位置に気泡を保つとともに、ピストンを気泡の半径方向内側又は上部に保つシールである。これが、「捕捉」気泡である。水−空気−水−空気−水−空気のシーケンス（２つの液体スラグ間に同伴する気泡）は、「気泡トレイン」と呼ぶことができる。
【００３４】
一実施形態では、この気泡−空気シーケンスが、調整された目標流量において管当たり毎秒１９２０回循環する。４５０本の毛細管の場合、入口における気泡／空気循環の頻度は、毎秒８６４，０００回である。１００ＣＦＭモデルでは、この吸気と小型液体ピストンの繰り返しが（技術設計目標流量で）毎秒１５００万回になる。これらの理由により、この毛細管設計は、Ｒｅｅｓの‘８６５号特許の遠心システムの問題点を解決する。Ｒｅｅｓは、遠心力場で非常に強力な気泡浮力が生じることに起因する問題点を特定も解決もしなかった。毛細管を用いて（気泡直径を制御して気泡の凝集を防ぐように）気泡サイズを操作し、液体が気泡の周囲に経路を発見するのを防ぐことは、とりわけ本発明の重要な特徴の一部である。
【００３５】
液体は、回転する圧縮機の周辺部に気泡を圧縮するピストンとなるように設計される。気泡が液体ピストンの速度ベクトルに対して横向きに移動できる場合、気泡が脱出し、それ自体の浮力によって回転する圧縮機の中心に向かって戻る。この気泡の横向きの動きは、従来の圧縮機における漏出又は欠落したピストンリングに類似する。気泡の横向きの動きを排除できれば、気泡の重量の８００倍の重量を有する液体ピストンが勝ち、液体ピストンにより、遠心力場において最大の圧力を有する圧縮機周辺部に気泡を強制するようになる。
【００３６】
毛細管の寸法は、気泡が管を密封し、液体が気泡の周囲に通路を発見するのを防ぐようにする管の内径によって決まる。このように、気泡の上方の液体は、気泡を浮力によって管の低圧側に戻すのではなく、気泡を強制的に毛細管の長さを移動させ、管の高圧端部において排出させなければならない。先行技術文献の科学的再検討により、異なるサイズの管及び材料の毛細管効果、並びに様々な液体に対する毛細管効果を確認することができる。従って、この毛細管マイクロチャネル管を通じ、様々な液体を用いて異なるガスを圧縮することができる。
【００３７】
気泡は、表面積対体積比が比較的高いので、この圧縮は等温事象である。従って、圧縮ガスの出口温度は、ガスの入口温度と実質的に同じである。圧縮動作は、一般に一定温度で行われる。
【００３８】
図１に、遠心ガス圧縮機を概略的に示し、図２に、圧縮ガスを生成中の圧縮機を示す。本明細書では、図１及び図２について同時に説明する。
【００３９】
図１には、原動機又はモータ１４によって回転軸を中心に回転する、容器１２によって形成された遠心ガス圧縮機１０を示している。モータ１４は、伝達駆動装置１５及びベルト又はチェーン１６に取り付けられる。
【００４０】
容器１２は、ガス及び液体が供給される入口１８を有する。入口１８は、半径方向内側のキャビティ１７に通じる。ガス及び液体は乳化され、この乳化された気液混合物は、液体に同伴するガスの小泡を含む。液体は、乳液内の連続相である。気泡は、乳液内の不連続相である。いくつかの点で、ガスと液体は混合しない。圧縮機１２は、収集キャビティ空間２２に半径方向に通じる複数の毛管路２０を有する。各毛管路は、半径方向内側の入口１９と、半径方向外側の出口又は終端部２１とを有する。毛細管入口１９は、容器１２の半径方向内側空間１７に開口する。容器は、環状容器空間２２も形成又は構築する。環状容器空間２２は、実質的に環状である。環状空間２２内には、ガス圧縮機１０の内部構成部品を安定させるいくつかの支持壁又は支持リブが存在することができる。一方で、この環状空間は、毛細管からの出力を捕捉する。異なる一群の管は、セグメント化された環状キャビティ又は領域内で終端することができる。
【００４１】
図１及び図２に示す単純化した実施形態では、圧縮機１０、主に容器１２が、最終的にガス排出路を介してガス出力ポート又は出口ポート２５に通じるガス分離チャンバ２４を含む。液体排出路を介して液体出力排管又は出力ポート３１に通じる液体排管３０が設けられる。液体抜き取り縁部４２は、ガス領域２４から液体を分離する。
【００４２】
図２には、ガス及び液体が入口１８に入り込み、容器１２の半径方向内側キャビティ１７において乳化される様子を示す。毛管路２０は、比較的細いマイクロチャネルであり、毛管路の内部では気泡が生じる。気泡は、液体スラグによって分離される。容器が回転すると、気泡内のガスに比べて、液体は相対的に圧縮されない。従って、気泡は、毛細管出口２１に近い半径方向外側領域に比べ、回転軸に近い半径方向内側領域から移動する際に圧縮される。気泡は、単一の又は単方向の流れで外側に移動する。液体も、遠心力によって半径方向外側の環状空間２２内に強制される。同伴する液体に作用する遠心力の方が気泡の浮力に打ち勝つので、圧縮気泡は環状空間に移動して捕捉される。圧縮気泡を含む液体が分離チャンバ２４に到達すると、毛管路を通じて半径方向外側に移動する液体スラグが存在しないので、気泡に作用する遠心力よりも気泡の浮力の方が大きくなる。従って、気泡は、液体表面２３に上昇し、又は液体表面２３から出現し、破裂することによってガス分離チャンバ２４内に圧縮ガスを放出する。ガスは、ガス放出口２５に通じる適当なガス流路によって分離チャンバ２４から引き出される。環状空間２２からは、適当な流路を介して液体又は水が抜き取られて液体排出口３１に至る。
【００４３】
図３に、毛管路３７を定める毛細管３５内の気泡形成を概略的に示す。図３の左側が、毛細管３５の半径方向内側端部である。従って、半径方向内側領域３９では、気泡が形成されていない。一方で、内側領域３９から半径方向に離れた領域では、気泡３８ａ及び３８ｂが形成されている。気泡３８ａ及び３８ｂは、液体スラグ３６によって分離される。気泡３８ａ及び３８ｂの浮力は、「上昇」して図３の左側に向かう力を与えようとする。液体スラグ３６に作用する遠心力である逆向きの力は、気泡３８ａ及び３８ｂを回転する容器の半径方向外側である右側に強制する。実験では、半径方向内側領域３９内で気泡を形成することが最も困難であった。マイクロチャネル毛細管は、この問題を解決する。絶対圧が約３気圧（ＡＴＭ）を超えるレベルになると、その領域で気泡形成が行われると思われる。
【００４４】
一実施形態では、空気と水との乳化物から圧縮空気を得るには、３６００〜４０００ｒｐｍの容器速度で動作する、０．０６２５インチ（約１．６ｍｍ）の内径を有する毛管路で十分である。試験では、５０％の空気−水乳液を利用した。
【００４５】
本発明の遠心ガス圧縮機の動作及び方法を向上させる上では、放射状の毛管路又はチャネルの数を１０００本を上回るだけ増やし、これらの毛管路の直径を非常に細い毛細管に縮小することによってシステムが効率的に動作できるという発見が１つの重要な進歩であった。気泡のサイズを毛細管寸法に物理的に制約することを目標とした。細い毛細管を有することによって気泡の凝集が減少し、この結果、浮力の高い大きな気泡直径が排除されるようになる。気泡は、圧縮されて高圧に到達するために、半径方向外側に向かう液体流と共に半径方向外側に移動しなければならないので、浮力は、遠心圧縮に対する物理的障害である。
【００４６】
非常に多くの毛細管を使用する第２の有利な特徴は、毛細管直径が細いため、気泡が水面下に捕捉される点である。気泡は、小口径の毛細管に捕捉されるので、半径方向内側の毛細管入口に向かって逆方向に浮かび上がることができない。このように、気泡が毛細管から離れるには、毛細管の半径方向外側端部に達するまで液体スラグに押され、液体によってさらに圧縮されるしか方法はない。気泡は、毛細管の終端において、この半径及びｒｐｍ条件における最大水圧まで十分に圧縮される。非常に多くの毛細管を使用しなければ、気泡が遠心圧縮機の内径側に戻ってしまい、空気又はガスの圧縮は行われない。
【００４７】
図４に、遠心ガス圧縮機の一実施形態を概略的に示す。使用時に、半径方向内側キャビティ１７は、図４の左半球の１８０°〜３６０°、すなわち円周点「ａ」から反時計周りに円周点「ｂ」までの間に示すように、液体−気体乳液で溢れる。容器１２は、円周点「ａ」から時計周りに円周点「ｂ」までは動作状態で示されていない。図４の円周点「ｃ」から時計回りに円周点「ａ」までの９０°領域には、液体４１中に圧縮気泡を示している。放射状部分ｂ〜ｃには気泡が示されていないが、圧縮気液領域２２内に存在する。管７は、毛細管入口１９と、半径方向に離れた終端出口２１とを含む毛管路２０を有する。容器１２は、図４に矢印８で示すように時計回り方向に回転する。液体４４ａ及び圧縮気泡４４ｂは、容器１２の内壁に近い環状容器空間内に蓄積する。（図１に示す）液体排出分離壁２の半径方向外端部４２では、空間２２から液体を抜き取ることができる。圧縮された気液混合物の液位４０が壁縁部４２を上回っている限り、空間４６から圧縮ガスを抜き取ることができる。上述したように、毛管路２０内では気泡が形成され、圧縮ガス、気泡及び気泡間の液体スラグが環状容器空間２２に入るまで毛細管７の半径方向外側に強制される。圧縮された気泡及び液体が環状空間２２内に存在する時には、気泡がその浮力によって上昇し、液体表面３から姿を現すようになる。この気泡を、図４の扇形部分ｃ〜ａに発生した気泡４４ｃとして示す。ガス分離路領域２４は、ガスを図１の放出口２５に運ぶ。
【００４８】
図５に、本発明の別の実施形態を概略的に示す。原動機（図示せず）が、ベルト又はチェーン１６によって容器１２を回転させる。容器１２は、スタンド５０、５１に回転自在に取り付けられる。ガスは、ホース５２によって圧縮ガス出口２５（図１）から抜き取られる。
【００４９】
図６に、本発明の別の実施形態を示す。ホイールスタック５４は、複数のディスクを含み、各ディスクは、後述する複数のマイクロチャネル毛細管を定めて保持する。各毛細管の終端は、環状空間２２に開口する。従って、容器１２が回転すると、液体及び同伴する圧縮ガスが環状空間２２内に蓄積する。半径方向内側キャビティでガスと液体の乳液を生成し、毛細管内での急速な気泡形成を強化するために、遠心ガス圧縮機１２の半径方向内部内側空間に、カセット５６として形成されるインペラを配置する。このカセットインペラは、乳化装置である。カセットをインペラとする理由は、インペラが、ガス圧縮機の半径方向内側において気泡のさらなる分解及び混合を引き起こすからである。
【００５０】
図７に、複数の半径方向に配置された毛細管を有するホイール又はディスク６０を概略的に示す。各管は、管を通じて毛管路を形成する。半径方向内部空間６２は、ディスクによって形成されたホイール内のキー溝６４に固定されるインペラカセット又はその他の乳化装置を受け入れる。図７には示していないが、隣接するディスク内のキー溝と協働するキー６６によって複数のディスク６０が積み重ねられる。毛細管は、ディスク内で実質的に放射状に配置される。内側毛細管端部は、互いに対して軸方向に変位させることができ、外側毛細管端部は、ディスクの外周において単一面を成すことができる。インペラ上の入口の空間的配向には、このわずかな軸方向のねじれが必要である。
【００５１】
図８に、ホイールスタック５４を形成する複数のディスクを示す。図９には、ディスクの約２〜３°分の円弧状断片を示しており、２つの積層ディスクの２つの円弧状断片を示す。図９の図では、ディスクの半径方向内側リム６０ｂから半径方向外側リム７６まで３つの毛細管７１、７２、７３が延びている。図９には、毛細管７３の外側終端７８も示している。半径方向内側領域では、キー６６が、隣接するディスクのキー溝と協働する。図９の下側ディスクは、図９の上側ディスクのキー溝と協働するキーを有する。半径方向内側端部には、インペラカセット５６を概略的に示している。ディスク毛細管は、回転する容器の中心に位置し、すなわちホイールは、圧縮機の軸方向中心点に存在することが好ましい。ガス分離チャンバは、ホイールを形成する積み重なった毛細管から軸方向に間隔を空けて配置される。
【００５２】
空気及び水を用いて試験を行った。これらの試験では、本発明の動作上の利点が立証された。しかしながら、様々な液体に多くの種類のガスを同伴させ、本明細書で説明した遠心ガス圧縮機において圧縮することもできる。
【００５３】
図６、図７、図８及び図９には、比較的大きな直径の圧縮機ディスク又は毛細管／毛管路装置（約１６インチ（約４１ｃｍ））、並びに約６インチ（約１５ｃｍ）の管／流路の乳化ユニットを含めた半径方向長さを示している。図１０Ａ及び図１０Ｂには、小型の圧縮機ディスク（直径約５〜６インチ（約１２〜１５ｃｍ））、及び約２インチ（約５ｃｍ）の管／流路の半径方向長さを示す。大直径の圧縮機ディスクは、約７８００本の毛細管を有し、小型ディスクは、約７２本の毛細管を有する。
【００５４】
図１０Ａ及び図１０Ｂには、（乳化ユニット又は装置を取り外した）本発明の別の圧縮機ディスクを概略的に示している。圧縮機ディスク７９は、回転する容器内に配置される。図１０Ａでは、毛細管又は毛管路８２の半径方向外側端部が、回転する装置内の圧縮ガス収集空間に開口する。ディスクの半径方向外側端部８０は、収集空間内に存在する。
【００５５】
図１０Ａでは、ディスク７９内の放射状毛細管８２と半径方向に整列した毛細管入口チャネルをインペラ（図１０Ａには図示せず）が定める。整列は、実質的にチャネル又は毛管路の中心線に沿って行われる。インペラは、半径方向内側のキャビティ８６内に取り付けられる。空気及び水は、インペラによって定められたこれらの放射状流路の内側端部において毛管路に入り込む。キー６４ａは、次のディスクの相補的なキー溝に入り込む。図８には、単純なインペラが取り付けられてホイール５４内に固定された様子を示している。
【００５６】
図１０Ｂに示すディスク７９では、インペラ７７がディスクに固定されている。インペラは、開口端８２で終端するディスク内の放射状毛細管８１と半径方向に整列する毛細管入口チャネルを有する。毛細管入口チャネルの内径は、気泡の同伴及び半径方向外側の終端８２に向かう単方向の流れを生じるように毛細管の内径と実質的に同じである。遠心圧縮機の半径方向内側部分から環状容器空間まで半径方向に延びる毛管路の内部直径又は内径は、その長手方向の広がりに沿ってほぼ均一であることが重要である。他の毛細管８４ａ、８４ｂも示している。
【００５７】
図１１Ａ及び図１１Ｂに、インペラとしての乳化装置を概略的に示す。この乳化ユニットは、図１０Ａに示す圧縮機ディスクに嵌め込むことができる。図７〜図９の大型ディスクでは、修正した乳化ユニットを使用することができる。インペラ９４は、毛細管８１ｂ及び８１ａに流体結合された放射状毛管路８４ａ、８４ｂを有する。また、インペラ９４は、異なる軸方向位置９６において渦発生器９０を形成して定める。渦発生器は、インデューサと呼ばれることもある螺旋形の装置であり、ガス及び液体を螺旋状に乳化混合物に変えて毛細管入口又は入口開口部に送り込むことが主な目的である。図１１Ａに示す実施形態では、液体及び／又はガスが左側から入り込み、渦発生器又はスクリュー型のフィンが気液混合物を回転させることにより、さらなる混合、気泡破裂を引き起こして、液体内にガスが混合（乳化）された状態を保つ。インペラの領域９７に軸方向に液体が入り込むと、毛細管入口チャネル又は流路１２０の半径方向内側入口に気液混合物が入り込み、回転する容器によって引き起こされる高遠心力によって半径方向外側の毛細管８１、８１ｂへと移動する。上述したように、各気泡間の液体スラグの遠心力は、管内の同伴する気泡による浮力よりも大きく、従って液体に同伴するガスが図１、図２、図４及び図６に示す容器環状空間２２に入るまで、気泡が半径方向外側に（単方向に）移動するにつれて液体スラグの中間にあるガスが収縮するようになる。
【００５８】
図１１Ｂには、放射状流路８４ａが容器の回転軸に対して垂直であることを示す。
【００５９】
図１２には、毛細管への入口が容器の回転軸中心線に角度を成して正接する、異なるインペラ９４又は乳化装置を示す。接線方向ノズル１１０は、前の図１１Ａ、図１１Ｂに示すように回転軸に垂直（直角）ではなく正接する。ノズル開口部は、インデューサ又は渦発生器（図示せず）に従う液体−気体混合物の流れの方向に面することが好ましい。上述したように、毛細管の半径方向内側部分は、複数の異なる構造によって形成される。図１２では、放射状チャネル１１２が、放射状毛細管８１ａに比べて半径方向内側に存在する。管８１ａは、接合部１１４において管１１２に接合又は結合される。
【００６０】
図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃに、別の乳化装置インペラ９４を概略的に示す。図１３Ａでは、インペラ９４が、図の右側に入口を有し、図１３Ａの右側から左側に液体が移動する際に、渦発生器９０が液体を回転させる。乳化ユニットの毛細管入口チャネル又は流路の軸方向位置は、（ディスクによって定められる放射状流路の軸方向位置に比べてガス圧縮機の入口１８との中間に存在する）渦発生器を越えている（同軸上ではあるが、渦発生器から軸方向に変位している）。
【００６１】
図１３Ａ、図１３Ｂ及び図１３Ｃに示す実施形態では、乳化装置が、２部品毛細管入口チャネルによってベンチュリジェットを形成するインペラである。第１の内側毛細管チャネル１２０は液体を運び、中心線が整列する第２の毛細管チャネル８１ａから分離又は離間する。チャネル１２０、８１間の半径方向分離空間１２２は、空間内の気体にベンチュリ効果を与える。空隙１２２を液体ジェットが通過すると、この液体ジェットにガスが捕捉される。放射状流路は、ノズル１２１内で終端する半径方向内側チャネル１２０を有する。ノズル１２１ａも参照されたい。ノズル１２１と、毛細管８１ａの半径方向内側開口部１２４との間には、間隙又は空間１２２が定められる。このようにして、ガスで満たされた空間１２２を高速で移動する液体が通過することにより、ベンチュリジェットが形成される。ノズル１２１、１２１ａを離れた液体は、毛細管ノズル１２４に入り込む前に、間隙１２２、１２６内のガスを液体ジェットとさらに混合させる。毛細管ノズル１２４は、放射状毛細管８１ａに通じる。この実施形態では、インペラの内側キャビティ内に若干の液体が存在する。インペラハブは、第１の内側毛細管チャネル１２０を定め、インペラは、ガスで満たされた半径方向外側の環状空間（間隙１２２を参照）を有する。第１の毛細管チャネル１２０からのベンチュリジェットは、ノズル１２１から排出され、インペラの半径方向外側環状空間１２２を通過し、ベンチュリジェットの液体にガスを引き込み、ジェット流が毛細管８１ａの半径方向内側開口部１２４に入り込む。管１２０、１２１、１２４及び８１ａの中心線は、図示のように管８１ｂ付近の中心線１２６に整列する。毛細管８１ａ、８１ｂは、放射状に配置された毛管路にさらに通じて結合される第２の毛細管入口チャネルである。第１の内側毛細管チャネル１２０、第２の毛細管チャネル８１ａ、及び半径方向に配置された毛管路の長手方向中心線は整列する。中心線１２６を参照されたい。
【００６２】
図１３Ｂには、インペラ９４及びノズル１２１ａを示す。図１３Ｃには、ノズル１２１ａが容器の回転軸の中心線に対して垂直な角度であることを示す。
【００６３】
図１４に、上流の渦発生器１３２と、一般に渦発生器１３２の下流であってガス圧縮機の半径方向内側領域１７（図１）内に構成されるエジェクタジェットセット又はベンチュリインジェクタセットとを有する乳化装置１３０を概略的に示す。エジェクタジェットセット又はベンチュリインジェクタセットは、渦発生器に対して同軸上に存在する。しかしながら、渦発生器は、エジェクタジェットセット又はベンチュリインジェクタセットの半径方向内側に存在することができる。図示の実施形態におけるエジェクタジェットセット又はベンチュリインジェクタセットは、渦発生器１３２と同軸上の構造１３６を含む。ベンチュリインジェクタセットは、図１３Ａに示すシステム、或いは圧縮機と同様の他の流体システムにおいて使用されることがある他のタイプのエジェクタを含むことができる。エジェクタジェット又はベンチュリインジェクタには、半径方向内側空間１３７（図１４の破線を参照）に送り込む液体が供給され、この液体は、エジェクタ又はベンチュリ装置１３６を形成する非常に多くの穴１３８のうちの１つから噴出又は排出される。ガスは、中間の半径方向キャビティ１３５内に供給される。液体は、エジェクタ／インジェクタ１３６から排出されると、環状キャビティ１３５内で空気に混入され、毛細管又は流路の半径方向内側ポートに乳化した空気−ガス混合物が供給される。毛細管２０ａの半径方向内側ポート１９ａを参照されたい。ベンチュリ装置１３６は、乳化した気液混合物を毛細管の内側ポートに注入する。
【００６４】
図１４には、各々が複数のマイクロチャネル毛管路２０、２０ａを含む複数のディスクを有するホイール５４を示している。空気−水又は気体−液体混合物は、乳化装置によって毛細管２０ａ、２０の内側終端１９ａに強制される。
【００６５】
図１５Ａ及び図１５Ｂには、別の乳化装置１３０を概略的に示す。乳化装置１３０は、固定されたステータ１４０の周囲を容器１２が方向１４１に回転する形で固定される。液体は、ステータ１４０の半径方向内側部分１４７に導入される。ガスは、環状キャビティ１４２内に供給される。
【００６６】
図１５Ａに示す実施形態の乳化装置１３０は、内側キャビティ１４７（破線を参照）からの液体が供給されて環状キャビティ１４２内で気体と混合する２重壁スクリーンを含む。乳化装置１３０の２重壁スクリーンは、内部に複数の穴又は開口部１４６を有する半径方向内側スクリーン１４８を含む。剪断構造及び渦発生器の両方として、外壁スクリーン又は開口部を定める壁１４４がさらに形成される。外側開口部を定める壁１４４は、窪んだスクリーン−壁部分１４７によって分離された波状の又は突出するスクリーン−壁部分１４４を有する。
【００６７】
図１５Ｂには、乳化装置の内部液体空間１４７、並びに内側スクリーン−壁１４８及び外側スクリーン−壁１４４を示している。内側スクリーン−壁の高い地点又は隆起領域１４５は、低レベルの又は窪んだスクリーン−壁部分１４７の中間に存在する。外側スクリーン−壁部分は、スクリュー状の渦発生器を定める。
【００６８】
図１５Ｃには、別の乳化装置１３０を概略的に示す。乳化装置１３０は、固定されたステータ１４０の周囲を容器１２が方向１４１に回転する形で固定される。ガスは、ステータ１４０の半径方向内側部分１４７に導入される。液体は、環状キャビティ１４２内に供給される。
【００６９】
図１５Ｃの実施形態の乳化装置１３０は、微小スクリーン１４８ａとして示す微細なサブミクロン流路を有する単一壁を含む。これらのミクロ流路を形成するために、焼結金属スクリーンを使用することができる。焼結壁スクリーン１４８ａには、内側キャビティ１４７（破線を参照）からのガスが供給され、環状キャビティ１４２内で液体と混合される。乳化装置１３０の焼結壁スクリーン１４８ａは、内部に複数のマイクロチャネルを含む。図１５Ｃの焼結スクリーン材料内のマイクロチャネルの寸法サイズは、図１５Ａのスクリーンに比べて大きく誇張している。
【００７０】
図１１Ａ、図１２、図１３Ａ、図１４及び図１５Ａに示す乳化装置は、最終的に気体と液体を分離して混合するために使用できる様々なタイプの乳化装置を示すものである。なお、乳化した気液混合物を取得し、マイクロチャネル毛細管の半径方向内側ポートに供給するために、これらの乳化装置の様々な組み合わせを変更することができる。液体ストリームの機械的剪断又は圧力ジェットの誘導を通じて、液体と気体の混合相乳液が生成され、放射状装置内で回転する一群の毛細管の内側端部に導入され、毛細管の外側端部において収集される。
【００７１】
図１６に、（圧縮機の半径方向内側キャビティ１７に近い）毛細管入口１９からから環状キャビティ２２における半径方向外側口に半径方向に通じる接線方向毛細管２０を図に示す。毛細管は、一般に回転する容器内に放射状に配置される。毛細管又は流路２０は、ホイール５４内に取り付けられるディスク内に形成される。さらに小型のディスクを使用することもできる（図１０Ａを参照）。容器１２は、回転軸１５０の周囲を方向１５１に回転する。一般に、図１６の毛細管２０は、回転軸に対して約９０度である。
【００７２】
図１７に、内側ポート１９から環状の圧縮ガス収集空間２２及び出口ポート２１に半径方向に通じる、連続的に湾曲する毛細管２０を概略的に示す。図１７に示すように、毛細管２０は、回転軸１５０及び方向１５１に対して後方掃引曲線又は渦を形成する。図１６の接線方向管は、回転流（半径方向内側キャビティ１７（図１）内の流れ）の方向に連続的に湾曲することもできる。この回転流の方向への連続的な湾曲は、前方掃引チャネルと呼ばれることもある。改善した実施形態では、複数の毛細管又は流路の半径方向内側部分が、図１６の接線方向の配向と実質的に同様の接線方向進入経路として構成される。
【００７３】
従って、図１、図１６及び図１７に示すように、毛細管は、圧縮機の軸方向中心線に対して直接放射状である必要はない。毛細管内で気泡によって分離された中間液体に作用する遠心力は、圧縮機の半径方向最外部の収集キャビティに向かって単方向に移動する。毛細管又は毛管路は、中間液体スラグ間に同伴する気泡の単方向流を損なうことなく様々な経路を取ることができる。
【００７４】
高効率を達成するために、毛細管の内径は、管内に気液混合物を供給する半径方向内側キャビティから、毛細管の長手方向の広がり全体にわたって均一である。この均一性は、ノズル、内側チャネル及び放射状毛細管にも当てはまる。均一な直径は、気泡の生成を引き起こし、毛細管の長手方向の広がり全体にわたって気泡の完全性及びガス圧縮を維持する。
【００７５】
本明細書に添付する特許請求の範囲は、本発明の範囲及び思想の範囲内における修正及び変更を対象範囲とすることが意図されている。
【符号の説明】
【００７６】
２  液体排出分離壁
１０  圧縮機
１２  容器
１４  モータ
１５  伝達駆動装置
１６  ベルト又はチェーン
１７  半径方向内側キャビティ
１８  入口
１９  毛細管入口
２０  毛管路
２２  環状空間
２４  ガス分離チャンバ
２５  ガス出力ポート
３０  液体排管
３１  液体出力排管
４２  液体抜き取り縁部
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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【図１１Ａ】
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【図１１Ｂ】
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【図１２】
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【図１３Ａ】
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【図１３Ｂ】
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【図１３Ｃ】
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【図１４】
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【図１５Ａ】
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【図１５Ｂ】
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【図１５Ｃ】
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【図１６】
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【図１７】
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