(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
石油ガス産業で用いられる往復式圧縮機であって、
圧縮室と、
角変位を与えるように構成される作動装置と、
弁と、
を備え、
前記弁は、
固定子開口部を有する固定子と、
前記作動装置に接続し、前記作動装置により回転するように構成される作動装置軸と、
回転子開口部を有する回転子と、
を備え、
前記回転子および前記固定子の少なくとも１つは、前記回転子または前記固定子の表面からそれらの間の接点に向かって突出する密封プロフィールを有し、
密封プロフィールは、前記固定子開口部または前記回転子開口部のそれぞれ１つを取り囲み
前記弁が吸入弁であり、前記回転子は前記固定子よりも前記圧縮室の近くに位置する、
往復式圧縮機。
【請求項２】
前記回転子および前記固定子のうちの前記それぞれの少なくとも１つは、前記表面上に溝を有し、前記密封プロフィールは、前記溝の内部に固定的に取り付けられる、請求項１に記載の往復式圧縮機。
【請求項３】
前記密封プロフィールは、前記回転子および前記固定子のうちの前記それぞれの少なくとも１つに接着される、請求項１または２に記載の往復式圧縮機。
【請求項４】
前記密封プロフィールは、前記回転子および前記固定子のうちの前記それぞれの少なくとも１つと共に１片として形成される、請求項１乃至３のいずれかに記載の往復式圧縮機。
【請求項５】
前記回転子および前記固定子の両方は、それらの間の前記接点に向かうそれぞれの表面上に、密封プロフィールを有する、請求項１乃至４のいずれかに記載の往復式圧縮機。
【請求項６】
前記固定子上の固定子の密封プロフィールは、ほぼ同じ形状を有する２つの隣接する閉鎖ペリメータを備え、前記ペリメータのうちの１つは前記固定子開口部を取り囲み、
前記回転子上の回転子の密封プロフィールは、前記２つの隣接する閉鎖ペリメータのうちのいずれか１つとほぼ同じ形状を有する閉鎖ペリメータを備え、前記回転子の閉鎖ペリメータは前記回転子開口部を取り囲む、
請求項１乃至５のいずれかに記載の往復式圧縮機。
【請求項７】
前記回転子の密封プロフィールは、前記閉鎖ペリメータの周囲に延長する側であるシール延長部であって、前記シール延長部は前記回転子の表面に向けて一定の比率で減少する、請求項６に記載の往復式圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に開示された主題の実施形態は、概して、往復式圧縮機で用いられる回転弁に関し、さらに具体的には、固定子（シートと称されることもある）および回転子（カウンターシートと称されることもある）間に密封プロフィールを有する作動回転弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
石油ガス産業で用いる圧縮機は、例えば、圧縮流体が腐食性および可燃性である場合が多いことを考慮する業界固有の要求を満たす必要がある。米国石油協会（ＡＰＩ）という、石油ガス産業で利用される設備に対し一般的な産業基準を定めている機関により、往復式圧縮機に対する最小限の要求の一式を挙げている文書、ＡＰＩ６１８が発行されている。
【０００３】
圧縮機は、容積式圧縮機（例えば、往復式、スクリュー式、または翼形圧縮機）または動圧縮機（例えば、遠心式または軸圧縮機）として分類できる。容積式圧縮機において、一定の体積のガスを一定を閉じ込め、次いで体積を減少させることにより、ガスが圧縮される。動圧縮機においては、（羽根車などの）回転素子からそのガスへ運動エネルギーを伝達することにより圧縮機により圧縮されることにより、ガスが圧縮される。
【０００４】
図１は、石油ガス産業で利用される、従来の両室往復式圧縮機１０（すなわち、容積式圧縮機）を示す。圧縮はシリンダー２０内で起こる。圧縮される液体（例えば、天然ガス）は、入り口３０からシリンダー２０に入り、圧縮後、出口４０から出る。圧縮機は周期的なプロセスで動作し、その際、液体は、先端２６およびクランク端２８間のシリンダー２０内のピストン５０の動きにより圧縮される。ピストン５０は、シリンダー２０を、周期的なプロセスの異なる位相で動作する２つの圧縮室２２および２４に分割し、圧縮室２２の容積は、圧縮室２４の容積が最高値のときに最低値となり、またその逆の場合もある。
【０００５】
吸入弁３２および３４は、圧縮されることになっている液体（すなわち、第１／吸気圧力Ｐ1を有する）が、入り口３０から圧縮室２２および２４のそれぞれに注入可能となるように開いている。吐出弁４２および４４は、すでに圧縮されている液体（すなわち、第２／吐出圧力Ｐ2を有する）が出口４０を介して圧縮室２２および２４の各々から吐出できるように開いている。ピストン５０は、クロスヘッド７０およびピストンロッド８０を介してクランクシャフト６０から送られたエネルギーにより移動する。
【０００６】
従来、往復式圧縮機で用いられる吸入および圧縮弁は、弁の差圧により、閉じた状態および開いた状態の間で切り替わる自動弁である。図２Ａおよび２Ｂは、シート１１０およびカウンターシート１２０を有する自動弁１００の動作を示す。図２Ａは開いた状態の弁１００を示し、図２Ｂは閉じた状態の弁１００を示す。
【０００７】
図２Ａに示される開いた状態において、シャッター１３０は、入り口１４０および出口１５０を通して液体を流すことを可能にするカウンターシート１２０まで押し下げられる。シャッター１３０の形状は円板、ポペット、マルチポペットまたはリングであってもよく、これらの異なる形状により、弁の名称は、円板弁、ポペット弁、マルチポペット弁、またはリング弁となる。図２Ａおよび２Ｂは、シャッター１３０の実際の形状に関する詳細とは独立した一般的な構造を表す。
【０００８】
スプリング１６０は、シャッター１３０およびカウンターシート１２０間に位置する。その変形状態により、スプリング１６０は積極的に、弁の開口点の設置に能動的に関与し、その弾性変形力により、圧力が流路に沿って印加される（印加した圧力は、弾性変形力をシャッター１３０の面積で割った商と等しい）。開いた状態で、液体の源（図示せず）からの入り口１４０に沿った第１の圧力ｐ1は、液体の行き先（図示せず）において出口１５０に沿った圧力ｐ2より大きい。シャッター１３０がカウンターシート１２０に押し下げられたときにスプリング１６０が変形する場合（図２Ａに示されるように）、圧力差（ｐ1−ｐ2）はスプリング１６０による圧力（すなわち、弾性変形力をシャッターの面積で割った比率）より大きくなければならない。
【０００９】
図２Ｂで示される閉じた状態で、シャッター１３０は、液体が、入り口１４０から出口１５０に向けて流れることを防ぐ。多くの場合、スプリング１６０は、弁を素早く閉じること（また弁を閉じたままにすること）を支持するように構成されており、そのため、これは「戻り」スプリングとして知られている。スプリング１６０は、たとえ源ｐ1および行き先ｐ2における圧力が等しい（ｐ1＝ｐ2）としても、弁１００の閉鎖を助ける。
【００１０】
上述の弁は、弁の圧力差（ｐ1−ｐ2）（すなわち、液体の源での圧力ｐ1および液体の行き先での圧力ｐ2間の差圧）により、開いた状態および閉じた状態の間で切り替わる自動弁として知られている。
【００１１】
往復式圧縮機内の非効率性の１つの原因は、隙間容積、すなわち、そこから圧縮された流体が排出され得ない容積に関連する。隙間容積は、部分的に、弁に関連する容積によるものである。回転弁は隙間容積をあまり必要としないが、作動しているときにのみ動作する。回転弁の別の利点は増大した流れ面積である。回転弁は昔から知られており、例えば、米国特許第４，３２８，８３１号、Ｗｏｌｆｆ、および米国特許第６，５９８，８５１号、Ｓｃｈｉａｖｏｎｅ等において開示されている。
【００１２】
図３Ａおよび図３Ｂは、従来の回転弁２００を図示する。弁は、固定子２１０および回転子２２０を備える。固定子２１０および回転子２２０は、シャフト２３０の周囲で同じ大きさの区域に渡る開口部を備えた同軸円板である。回転子２１０は、シャフト２３０の周囲を、回転子の開口部２１２が固定子の開口部２２２に重なる第１の位置（図３Ａ）から、回転子の開口部２１２および固定子の開口部２２２（破線を用いて示す）が異なる区域に渡る第２の位置（図３Ｂ）まで回転するように作動してもよい。回転子２２０が第１の位置にあるとき、回転弁２００は、液体を、回転子の固定子面積の１つの側から回転子の別の側に流れるようにする開いた状態にある。回転子２２０が第２の位置にあるとき、回転弁２００は、液体が、回転子の固定子面積の１つの側から回転子の別の側に流れることを防ぐ閉じた状態にある。
【００１３】
固定子および回転子間を密封することは効果的ではなく、また作動は正確ではないため、従来の回転弁は、石油ガス産業で利用される往復式圧縮機には現在、用いられていない。さらに、回転子を作動させる際、高い摩擦力が、（１）回転子を固定子に向けて押す圧力の差、およびそれによる摩擦力の増加と（２）大きな摩擦表面とにより発生することもある。さらに、静止摩擦は、おそらく、動的摩擦よりかなり大きく、その差異により、作動力の時間を適切に測り、それを制御することがかなり困難になる。
【００１４】
したがって、上述の問題および欠点を克服する、石油ガス産業用の往復式圧縮機で使用可能な回転弁を提供することが望ましい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】英国特許第２，１９５，３９５号公報
【発明の概要】
【００１６】
実施形態のうちのいくつかは回転弁における摩擦力を最小限にして、弁の迅速で正確な作動を可能にし、それによって、これらの回転弁を、石油ガス産業の設備用の往復式圧縮機で使用可能にする。往復式圧縮機で回転弁を用いることは、吸入および／または吐出位相を強化することにより、流路面積を拡大して、圧縮機の効率を高めるという利点を有する。
【００１７】
１つの例示的な実施形態によれば、石油ガス産業用に使用可能な作動回転弁が提供され、弁は往復式圧縮機のノズルおよび圧縮室の間に位置している。弁は、（１）それを通るノズルから圧縮室に向かう方向に固定子開口部を有する固定子と、（２）作動装置により回転されるように構成される作動装置軸と、（３）それを通るノズルから圧縮室に向かう方向に回転子開口部を有し、作動装置軸に固定的に取り付けられる回転子とを備える。回転子および固定子は同軸円板であり、それを通過する作動装置軸と同軸である。回転子および固定子のうちの少なくとも１つは、回転子または固定子の表面からそれらの間の接点に向かって突出する密封プロフィールを有し、密封プロフィールは回転子開口部または固定子開口部のそれぞれ１つを取り囲む。
【００１８】
別の例示的な実施形態によれば、石油ガス産業で利用される往復式圧縮機は、（１）吸入ノズルを介して圧縮室に入り、吐出ノズルを介して圧縮室から排出される液体を圧縮するように構成される圧縮室と、（２）角変位を与えるように構成される作動装置と、（３）吸入ノズルまたは吐出ノズルを介して、液体が圧縮室の内側または外側を流れることを阻止するように構成される弁とを備える。弁は、（１）それを通る圧縮室に向かう方向に固定子開口部を有する固定子と、（２）作動装置に接続し、作動装置により回転するように構成される作動装置軸と、（３）それを通る圧縮室に向かう方向に回転子開口部を有し、作動装置軸に固定的に取り付けられる回転子とを備える。回転子および固定子は同軸円板であり、それを通過する作動装置軸と同軸である。回転子および固定子の少なくとも１つは、回転子または固定子の表面からそれらの間の接点に向かって突出する密封プロフィールを有し、この密封プロフィールは、回転子開口部または固定子開口部のそれぞれ１つを取り囲む。
【００１９】
別の例示的な実施形態によれば、石油ガス産業で利用され、当初、自動弁を有する往復式圧縮機を改良する方法が提供される。本方法は、往復式圧縮機のノズルおよび圧縮室を結合させるように位置する自動弁を除去することと、作動回転弁の固定子をノズルおよび圧縮室の間に固定的に取り付けることとを含む。本方法は、角変位を与えるように構成される作動装置を提供することと、固定子を通過し、回転子に取り付けられる作動装置軸をその作動装置に接続することとをさらに含む。
【００２０】
明細書に組み込まれ、その一部を成す添付の図面は、説明とともに１つまたは複数の実施形態を示し、これらの実施形態を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】従来の両室往復式圧縮機の概略図である。
【図２Ａ】自動弁の動作を示す概略図である。
【図２Ｂ】自動弁の動作を示す概略図である。
【図３Ａ】従来の回転弁を示す図である。
【図３Ｂ】従来の回転弁を示す図である。
【図４】例示的な一実施形態による少なくとも１つの回転弁を備える圧縮機の概略図である。
【図５】例示的な一実施形態による固定子とその回転子との間に密封プロフィールを有する回転弁の断面図である。
【図６Ａ】例示的な一実施形態による固定子および回転子それぞれの表面図、または密封プロフィールを有する回転弁の表面図である。
【図６Ｂ】例示的な一実施形態による固定子および回転子それぞれの表面図、または密封プロフィールを有する回転弁の表面図である。
【図７】例示的な一実施形態による往復式圧縮機の吸入弁として用いられる回転弁の概略図である。
【図８】例示的な一実施形態による往復式圧縮機の吐出弁として用いられる回転弁の概略図である。
【図９】例示的な一実施形態による固定子と回転子との間に密封プロフィールを有する少なくとも１つの回転弁を有するように圧縮機を改良する方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
例示的な実施形態の以下の説明は、添付の図面を言及する。異なる図面における同一の参照符号は、同一または類似の要素を特定する。以下の詳細な説明は本発明を限定しない。その代わり、本発明の範囲は添付の特許請求の範囲により定義される。以下の実施形態は、説明を簡単にするために、石油ガス産業で利用される往復式圧縮機の用語および構造に関して検討される。しかしながら、次に検討される実施形態は、この設備に限定されることはなく、他の設備に適用されてもよい。
【００２３】
明細書を通して「１つの実施形態」または「ある実施形態」を参照することは、実施形態と関連して説明される開示される主題の特定の特徴、構造、または特性が、開示された主題の少なくとも１つの実施形態に含まれていることを意味する。こうして、明細書を通して種々の場所に見られる「１つの実施形態において」または「ある実施形態において」という表現は、必ずしも同一の実施形態を意味しているわけではない。さらに、特定の特徴、構造、または特性は、１つまたは複数の実施形態における任意の適切な方法で組み合わされてもよい。
【００２４】
以下に説明するいくつかの実施形態において、回転子と固定子間の接点における少なくとも１つの表面に設けられた密封プロフィールを有する作動回転弁は、（１）隙間容積を減少させることにより、往復式圧縮機の効率を高め、（２）回転弁の高い摩擦力に関連する問題を克服するために、自動弁の替わりに用いられる。回転弁が往復式圧縮機で用いられるとき、圧縮機の内側および外側間の流路面積は増加する。流路面積が増大した結果、より短くより効率的な吸入および／または吐出位相により圧縮機の効率が高まる。
【００２５】
図４は、密封プロフィールを備えた１つまたは複数の回転弁を有する往復式圧縮機３００の概略図である。圧縮機３００は、両室往復式圧縮機である。しかしながら、これ以降に説明される実施形態と類似した実施形態による弁組立は、単一室の往復式圧縮機でも用いられてよい。圧縮はシリンダー３２０内で起こる。圧縮される液体（例えば、天然ガス）は、入り口３３０からシリンダー３２０に入り、圧縮された後、出口３４０から出る。圧縮は、ピストン３５０のシリンダー３２０に沿った前後移動により、先端３２６およびクランク端３２８間で起こる。ピストン３５０は、シリンダー３２０を、周期的なプロセスの異なる位相で動作する２つの圧縮室３２２および３２４に分割し、圧縮室３２２の容積は、圧縮室３２４の容積が最高値のときに最低値となり、またその逆の場合もある。
【００２６】
吸入弁３３２および３３４は、圧縮されることになっている液体（すなわち、第１圧力ｐ1を有する）が、入り口３３０から圧縮室３２２および３２４のそれぞれに注入可能となるように開いている。吐出弁３４２および３４４は、すでに圧縮されている液体（すなわち、第２圧力ｐ2を有する）が出口３４０を介して圧縮室３２２および３２４の各々から吐出できるように開いている。ピストン３５０は、クロスヘッド（図示せず）およびピストンロッド３８０を介して、例えば、クランクシャフト（図示せず）から受けたエネルギーにより移動する。図４において、弁３３２、３３４、３４２、および３４４は、シリンダー３２０の側壁上に位置しているように図示される。しかしながら、弁３３２および３４２、ならびに弁３３４および３４４は、先端３２６および／またはシリンダー３２０のクランク端３２８上にそれぞれ、位置していてもよい。
【００２７】
弁の可動部の両側上の差圧に応じて開いた状態または閉じた状態にある自動弁とは対称的に、図４の３３２などの作動回転弁は、図４の３３７などの作動装置がシャフト３３５により伝達された力（トルク）を弁３３２の可動部（すなわち、回転子）３３３に加えるときに開き、それにより、可動部３３３の角変位を誘発する。往復式圧縮機３００の１つ、いくつか、またはすべての弁は、密封プロフィールを有する作動回転弁であってもよい。作動回転弁（密封プロフィールを有する）と自動弁との組み合わせもまた、いくつかの実施形態においてなされてもよい。例えば、１つの実施形態において、吸入弁は回転弁であってもよい一方、吐出弁は自動弁であってもよく、別の実施形態においては、吐出弁は作動回転弁であってもよい一方、吸入弁は自動弁であってもよい。
【００２８】
図５は、固定子５１０とその回転子５２０との間に密封プロフィールを有する作動回転弁５００の断面図である。固定子５１０は、それを通る開口部５１２を有し、回転子５２０はそれを通る開口部５２２を有する。回転子５２０は、作動装置（図５には図示せず、例えば、図４の３３７）により供給される力（トルク）により軸５３５の周囲を回転する作動装置軸５３０に取り付けられる。固定子５１０は、圧縮機のシリンダー（例えば、図４の３２２）の壁５４０および、弁および作動装置軸５３０につながるノズル（ダクト）の壁５４５との間に固定的に位置付けられる。回転子５２０の開口部５２２が固定子５１０の開口部５１２に重なっているとき（図５に図示するように）、弁は開いて、液体を、弁（例えば、ノズル）の１つの側から弁（例えば、圧縮室）の反対側に流す。回転子５２０の開口部５２２が固定子５１０の開口部５１２に重なっていないとき、弁は閉じられ、液体が弁の１つの側（例えば、ノズル）から弁の反対側（例えば、圧縮室）に流れるのを阻止している。
【００２９】
図５に示される実施形態において、第１の密封プロフィール５１５は固定子５１０の表面から回転子５２０に向けて突出するように形成され、第２の密封プロフィール５２５は回転子５２０の表面から固定子５１０に向けて突出するように形成される。密封プロフィール５１５および５２５は、固定子５１０および回転子５２０との接触帯においてよりむしろ、それらの接点においてより広くなっていてもよい。図５に示される回転弁は、固定子５１０および回転子５２０の両方に設けられた密封プロフィールを有しているものの、別の実施形態において、単一の密封プロフィールが形成されて、固定子５１０および回転子５２０のうちの１つに取り付けられてもよい。
【００３０】
固定子５１０および回転子５２０は、ステンレス鋼および合金鋼から製造されてもよい。密封プロフィール５１５および５２５は、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはステンレス鋼などの非金属材料から製造されてもよい。１つの実施形態において、第１の密封プロフィール５１５および固定子５１０は単体として形成されてもよい、および／または第２の密封プロフィール５２５および回転子５２０は、例えば、ステンレス鋼から製造された単体として形成されてもよい。あるいは、密封プロフィール５１５および５２５は固定子５１０および回転子５２０のそれぞれとは別々に（かつ、それらとは異なる材料から）形成されてもよく、それらに固定的に取り付けられる。１つの実施形態において、溝はその上に各密封プロフィールが取り付けられる表面上に形成されてもよく、溝の高さは各密封プロフィールの高さより小さい。密封プロフィールは、（密封プロフィールを製造するために用いられる材料にも依存して）各表面上に接着または溶接されてもよい。
【００３１】
圧縮機シリンダーおよびノズル間から液体が漏れるのを防ぐために、シール５５０は、固定子５１０と圧縮機のシリンダーの壁５４０との間の接点に設けられている。シール５４０はＯリングでもよく、固定子５１０本体に形成された溝の中に設けられてもよい。さらに、同じ液体密封の目的で、放射状ブッシング５５５は、固定子５１０および作動装置軸５３０間に設けられる。
【００３２】
弁組立の上述の主要構成要素に加えて、作動回転弁５００は、弁の（および／または圧縮機の）動作を強化するために提供された、ならびに／あるいは支持構造として複数の他の構成要素を備える。ブッシング５６０は、作動装置軸５３０のカラー５３２および固定子５１０間に設けられてもよい。放射状ブッシング５５５とは異なるタイプでかつ異なる場所の別のシール５６５もまた、固定子５１０および作動装置軸５３０間に設けられている。押さえリング５７０は、その対象とする位置に放射状ブッシング５５５を維持するために、固定子５１０の溝に設けられてもよい。作動装置軸５３０に取り付けられるスプリング５７５、スペーサ５８０、およびカウンターナット５８５は、回転子５２０を支持し、固定子５１０に対し押し付ける。
【００３３】
図６Ａは密封プロフィール６１５を有する固定子６１０の表面図であり、図６Ｂは密封プロフィール６２５を有する回転子６２０の表面図である。固定子６１０および回転子６２０は、開口部６１２および６２２をそれぞれ有している。作動回転弁において、回転子６２０が、回転子の開口部６２２が固定子の開口部６１２に重なる第１の位置にあるとき、回転弁は開いている。回転子６２０が、回転子の開口部６２２が固定子の開口部６１２に重ならない第２の位置にあるとき、回転弁は閉じている。
【００３４】
密封プロフィール６１５および６２５は、固定子６１０および回転子６２０のそれぞれの表面から突出している。密封プロフィールの高さは２〜３ｍｍであってもよい。固定子６１０の表面上の密封プロフィール６１５は２つの隣接した同様の形状の閉鎖ペリメータ６１７および６１９を備え、第１の閉鎖ペリメータ６１７は固定子６１０を通る開口部６１２を囲み、第２の閉鎖ペリメータ６１９は第１の閉鎖ペリメータ６１７と一体になった共通側６１８を有する。回転子６２０の表面上の密封プロフィール６２５は、回転子の開口部６２２を囲み、閉鎖ペリメータ６１７および６１９とほぼ同じ形状を有する閉鎖ペリメータ６２７と、ペリメータ６２７の周囲に延長する側であるシール延長部６２９、６３１、６３３、および６３５とを備える。シール延長部６２９、６３１、６３３、および６３５は、回転子６２０の表面に向けて減少する高さ（すなわち、一定の比率で減少する高さ）を有してもよい。
【００３５】
第１の位置で、密封プロフィール６２５のペリメータ６２７は密封プロフィール６１５のペリメータ６１７と適合し、第２の位置で、密封プロフィール６２５のペリメータ６２７は密封プロフィール６１５のペリメータ６１９と重なる。
【００３６】
厚さの薄い境界枠にのみ密封プロフィールを用いることにより回転子および固定子間の接点の接触面積が削減し、そのせいで摩擦力は小さくなる。回転子が第２の位置から第１の位置に切り替わるように作動するときには、圧縮機シリンダー内部の圧力は、回転弁の反対側のノズル内の圧力を依然として超えていてもよい。作動力（またはトルク）は惰性と摩擦の両方を克服する必要がある。摩擦力は接触面積に比例する。接触面積が小さくなればなるほど、摩擦力も小さくなる。さらに、回転子および固定子間の接点に付着する液体のせいで発生し得るなんらかの毛管力もまた、接触面積に比例する。
【００３７】
当技術分野で知られているように、静止摩擦は動的摩擦より大きい。このため、摩擦が大きい場合には、回転子の作動開始時点で大きな力が加わらなければいけない。回転子が動き始めた後に加えられた力に対して最初に加えられた力が大きければ大きい程、作動を制御することは困難になる。作動時間は数ミリ秒であり、角変位は１２０°までであり得る。作動の正確な時間および範囲は、圧縮機が優れた性能を発揮するためには重要である。このため、強化された制御が可能な作動回転弁を提供することにより、回転弁の使用は、より容易に、石油ガス産業で利用される往復式圧縮機にとって魅力的な技術的解決になる。
【００３８】
回転弁を往復式圧縮機に設置する方法は、弁が閉じているときの密封を強化するための手段になる。
【００３９】
図７は、往復式圧縮機の吸入弁として用いられる回転弁７００の概略図である。作動装置７１０は作動装置軸７２０を回転させる。回転弁の回転子７３０は、作動装置軸７２０に取り付けられ、第１の位置および第２の位置の間で切り替わる。回転子７３０が第１の位置にあるとき、回転子７３０の開口部７３２は固定子７４０を通して開口部７４２に重なり、回転弁は開いて、液体を、吸入ノズル７５０から圧縮機シリンダーの内側に流す。回転子７３０が第２の位置にあるとき、回転子７３０および固定子７４０の開口部７３２および７４２はそれぞれ、重ならず、弁は閉じられ、液体は弁を通して流れない。回転子７３０は固定子７４０よりも圧縮室の近くに位置する。少なくとも１つの動的シール７６０は固定子７４０および作動装置軸７２０間に設けられ、少なくとも１つの静的シール７６５は固定子７６０と圧縮機本体７７０間に設けられる。図７における弁組立は、圧縮機本体７７０に接続されるカバー７８０も含む。
【００４０】
図８は、往復式圧縮機の吐出弁として用いられる回転弁８００の概略図である。作動装置８１０は、作動装置軸８２０を回転させる。回転弁の回転子８３０は、作動装置軸８２０に取り付けられ、第１の位置および第２の位置の間で切り替わる。回転子８３０が第１の位置にあるとき、回転子８３０の開口部８３２は固定子８４０を通して開口部８４２と整列し、回転弁は開いて、液体を、圧縮機シリンダーから吐出ノズル８５０に向けて流す。回転子８３０が第２の位置にあるとき、回転子８３０および固定子８４０の開口部８３２および８４２はそれぞれ、整列しておらず、弁は閉じて、液体は弁を通して流れない。回転子８３０は固定子８４０よりも圧縮室から離間して位置する。少なくとも１つの動的シール８６０は固定子８４０および作動装置軸８２０間に設けられ、少なくとも１つの静的シール８６５は固定子８６０および圧縮機本体８７０間に設けられる。図８における弁組立もまた、圧縮機本体８７０に接続されるカバー８８０を含む。
【００４１】
図７および図８に関して記述された方法で回転弁を設ける利点を理解するためは、理想的な圧縮サイクルの概要が必要である。理想的な圧縮サイクルは、少なくとも４つの位相、すなわち膨張、吸入、圧縮、および吐出を含む。圧縮流体が、圧縮サイクルの最後で、圧縮室（例えば、図４の３２２または３２４）から排出されると、供給圧力の少量の液体は、隙間容積（すなわち、圧縮室の最小容積）で封入されたままである。圧縮サイクルの膨張位相および吸入位相において、ピストン（例えば、図４の３５０）は動いて、圧縮室の容積を増加させる。膨張位相の開始時に、（吸入弁は閉じたままで）供給弁は閉じ、その後、液体に利用可能な圧縮室の容積が増加するため、封入された液体の圧力は低下する。圧縮サイクルの吸入位相は、圧縮室内部の圧力が減少して吸入圧力と等しくなるとき始まる。吸入位相において、圧縮室容積および（圧力ｐ1で）圧縮される液体量は、圧縮室の最大容積に達するまで増加する。その後、吸入弁は閉じる。
【００４２】
圧縮サイクルの圧縮位相および吐出位相において、ピストンは、膨張および圧縮位相において、動く方向の反対方向に動き、圧縮室の容積を減少させる。圧縮位相において吸入弁および供給弁の両方は閉じられ、圧縮室の容積は減少するため、圧縮室内の液体の圧力は（吸入圧力から供給圧力まで）増加する。圧縮サイクルの供給位相は、圧縮室内部の圧力が供給圧力と等しくなるときに始まり、供給弁を開かせる。供給位相において、供給圧力の液体は、圧縮室の容積が最小（隙間）容積に達するまで、圧縮室から排出される。
【００４３】
圧縮室内部の圧力は、吸入弁が閉じている圧縮サイクル（膨張、圧縮、および吐出）のすべての位相において、吸入圧力より大きい。それにより、これらの位相において、弁の圧力差は、固定子７４０に向かう吸入弁として用いられる回転弁の回転子７３０を押す力を生み出し、このようにして、それらの間の密封を強化する。
【００４４】
圧縮室内部の圧力は、吐出弁が閉じている圧縮サイクル（吸入、膨張、および圧縮）のすべての位相において、吐出圧力より小さい。それにより、これらの位相において、弁の圧力差は、吐出弁として用いられる回転弁の回転子８３０を固定子８４０に対して押す力を生み出し、このようにして、それらの間の密封を強化する。
【００４５】
石油ガス産業で利用され自動弁を有する往復式圧縮機は、密封プロフィールを有する作動回転弁を用いるように改良されてもよい。石油ガス産業で利用され、当初、自動弁を有する往復式圧縮機（例えば、１０）を改良するための方法９００のフローチャートは、図９に示される。方法９００は、Ｓ９１０で往復式圧縮機の自動弁を除去することを含む。方法９００は、Ｓ９２０で自動弁が除去された位置に作動回転弁を載置することをさらに含む。作動回転弁の回転子および固定子のうちの少なくとも１つは、回転子または固定子の表面からそれらの間の接点に向けて突出する密封プロフィールを有し、密封プロフィールは、固定子開口部または回転子開口部のそれぞれ１つを取り囲む。
【００４６】
方法９００はまた、Ｓ９３０で、角変位を与えるように構成される作動装置を提供することと、Ｓ９４０で、作動装置軸を介して、その作動装置を弁に接続することとを含む。方法９００において、（１）弁が吸入弁である場合、回転子は、固定子より圧縮室の近くになるように載置されてもよく、（２）弁が吐出弁である場合、固定子は、回転子より圧縮室の近くになるように載置されてもよい。
【００４７】
方法９００は、（１）固定子および圧縮室の壁間の液漏れを防ぐように設けられ構成されるシールを提供することと、（２）固定子および作動装置軸間の液漏れを防ぐように置かれ構成される放射状ブッシングを提供することとのうちの少なくとも１つをさらに含んでもよい。
【００４８】
開示された例示的な実施形態は、回転子およびその固定子間に密封プロフィールを有する作動回転弁と、これらの弁および関連方法を用いる往復式圧縮機とを提供する。この説明が本発明を限定する意図がないことを理解されたい。それどころか、例示的な実施形態は、添付の特許請求の範囲により定義される本発明の精神および範囲に含まれる代替例、修正例および等価物を網羅することを意図している。さらに、例示的な実施形態の詳細な説明において、請求された発明を包括的に理解するために、特定の詳細が多数、記載される。しかしながら、当業者は、このような特定の詳細がなくても、種々の実施形態が実施可能であることを理解するであろう。
【００４９】
実施形態において、本発明の例示的な実施形態の特徴および要素が具体的な組み合わせで説明されているが、各特徴または要素は、実施形態の他の特徴および要素なしに単独で用いることが可能であり、または本明細書に開示された他の特徴および要素とともに、あるいはそれらなしに、種々の組み合わせで用いることが可能である。
【００５０】
この記載された説明は、任意の装置またはシステムを作成し用いること、および任意の組み込まれた方法を実行することを含む開示された主題の例を用いて当業者がだれでもこれを実施できるようにする。主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲により定義され、これらの当業者が思い至る他の例を含んでもよい。このような他の例は特許請求の範囲の範疇にあることが意図される。
【符号の説明】
【００５１】
５００  作動回転弁
５１０  固定子
５１２  開口部
５１５  密封プロフィール
５２０  回転子
５２２  開口部
５２５  密封プロフィール
５３０  作動装置軸
５３２  カラー
５３５  軸
５４０  壁
５４５  壁
５５０  シール
５５５  ブッシング
５６０  ブッシング
５６５  シール
５７０  押さえリング
５７５  スプリング
５８０  スペーサ
５８５  カウンターナット
６１０  固定子
６１２  開口部
６１５  密封プロフィール
６１７  閉鎖ペリメータ
６１８  共通側
６１９  閉鎖ペリメータ
６２０  回転子
６２２  開口部
６２５  密封プロフィール
６２７  閉鎖ペリメータ
６２９  シール延長部
６３１  シール延長部
６３３  シール延長部
６３５  シール延長部
７００  回転弁
７１０  作動装置
７２０  作動装置軸
７３０  回転子
７３２  開口部
７４０  固定子
７４２  開口部
７６０  固定子
７６５  静的シール
７７０  圧縮機本体
７８０  カバー
８００  回転弁
８１０  作動装置
８２０  作動装置軸
８３０  回転子
８３２  開口部
８４０  固定子
８４２  開口部
８５０  吐出ノズル
８６０  動的シール
８６５  静的シール
８７０  圧縮機本体
９００  方法
Ｓ９１０  工程（自動弁の除去）
Ｓ９２０  工程（作動回転弁の取り付け）
Ｓ９３０  工程（作動装置の提供）
Ｓ９４０  工程（作動装置を作動回転弁に接続）
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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