(57)【要約】  本発明は、滑らかな圧縮とガスの内部冷却とに特徴を有する圧縮方法である。本発明の実施形態は、ピンチポイントで、内部に引き込まれた静的ガスパケットに対してその壁部が収束する移動ダクト又はチャンバを形成するために、円筒状のチャンバと周回ロータとを採用する。この壁部の閉じる速度は亜音速で、ピンチポイントの速度は超音速であることが好ましい。これは、ダクトの狭まる端部で、高圧が、ダクト内の他の部位における低圧と共存することを可能とするもので、これは、ピンチポイントに先行する超音波で生成される圧力情報障壁による。本発明は更に、シリンダとロータとの間の移動する間隙を調整する手段、および、ロータを釣合わせる手段も開示する。
2010523881.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロータとステータとを有し、最も近接したポイントにピンチポイントを形成するために、一方が他方に対して相対的に横断するための閉じた内面を有し、圧縮されたガスの出口を有する、ガスコンプレッサ。
【請求項２】
前記ピンチポイントは、実質的に超音速で移動するように配置される請求項１に記載のガスコンプレッサ。
【請求項３】
使用中、ロータ面の固定されたポイントが、ピンチポイントに実質的に維持される請求項１又は２に記載のガスコンプレッサ。
【請求項４】
使用中、ロータの向きが、シリンダに対して実質的に変化しない請求項１又は２に記載のガスコンプレッサ。
【請求項５】
使用中、ロータは、このロータ面がステータ面に対して擦らないように、ステータ面の回りを転動する請求項１又は２に記載のガスコンプレッサ。
【請求項６】
ロータとステータとの少なくとも一方は、冷却通路を有する請求項１から５のいずれか１つの項に記載のガスコンプレッサ。
【請求項７】
ロータとステータとの少なくとも一方は、冷却フィンを有する請求項１から５のいずれか１つの項に記載のガスコンプレッサ。
【請求項８】
ロータが前記出口を有する請求項１から７のいずれか１つの項に記載のガスコンプレッサ。
【請求項９】
前記出口は、ピンチポイントの横断方向において、ロータまたはステータの上流側に配置される請求項１から８のいずれか1つの項に記載のガスコンプレッサ。
【請求項１０】
ステータが前記出口を有する請求項１から９のいずれか1つの項に記載のガスコンプレッサ。
【請求項１１】
ロータは、ピンチポイントの横断方向における下流側で、圧縮されていないガスの入口を有する請求項１から１０のいずれか１つの項に記載のガスコンプレッサ。
【請求項１２】
ガス入口と出口との少なくとも一方は、ステータとロータとの少なくとも一方の横断面上にオリフィスを備える請求項１から１１のいずれか１つの項に記載のガスコンプレッサ。
【請求項１３】
ガス入口と出口との少なくとも一方は、前記オリフィスから離隔する方向に変形可能で、ガスを流通可能とする周方向ストリップを備える請求項１から１２の少なくとも１つの項に記載のガスコンプレッサ。
【請求項１４】
ガス入口または出口の少なくとも一方は、ロータの周面に開口するダクトを備える請求項１から１３のいずれか１つの項に記載のガスコンプレッサ。
【請求項１５】
ロータは、ピンチポイントでステータに対する近接を変更可能に支持される請求項１から１４のいずれか１つに記載のガスコンプレッサ。
【請求項１６】
外壁ハウジングと、弁オリフィスと、前記ハウジングの回りに配置され、非変形状態で前記オリフィスを閉じ、変形してこのオリフィスを開いてガスを流通可能とする周方向の変形可能なストリップとを有するボディを備える弁装置。
【請求項１７】
ロータと閉じたステータ内面とを、最も近接したポイントで、その間に実質的に超音速で移動するピンチポイントを形成するために相手方に対して、相対的に横断させることを備える、ガス圧縮方法。
【請求項１８】
ロータは、ピンチポイントでステータに対する近接を変更可能に支持される請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
第１，第２部材を有し、最も距離が近接したポイントでガスを圧縮するように配置されたピンチポイントを形成するために、少なくとも一方が他方に対して相対的な回転運動が可能であるガスコンプレッサ。
【請求項２０】
実質的に明細書および図面に記載された装置及び方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスのポンピング及び圧縮の分野に関する。
【背景技術】
【０００２】
冷凍、空調および工場で使用されるガス圧縮装置は、発電された電力の大きな部分を消費する。ガスのポンピング効率が増大すると、二酸化炭素の放出が減少することになる。二酸化炭素を加圧して地下又は深海に封じ込める提案は、効率的で、不純なガス混合物を圧縮するときの相変化およびコンプレッサの各部の材料腐食等の問題を解消することが可能である圧縮方法を用いることに依存している。コンプレッサの効率の僅かな変化で、炭素の封じ込めを商業的に実行可能か否かが定まることがある。
【０００３】
効率的な圧縮は、ガス分子に与える運動エネルギが可能な限り小さいことが必要である。これは、ガスパケットが、急激に加速されることなく、可能な限りゆっくりとコンプレッサを通して移動しなければならないことを意味する。移動方向は、直線に沿うことが好ましい。高速時のショック形成を導く可能性のある体積の急激な変化はあってはならない。ガスの運動エネルギでガスノイズが引き起こされるため、ゆっくりかつ滑らかに圧縮するコンプレッサであれば、静粛に運転されることになる。
【０００４】
漏れまたは熱伝導により、吸入ガスまたは圧縮チャンバ内の圧縮度の低いガスに逆方向に拡散する圧縮熱は、コンプレッサに入る前および内部の双方のガスによって獲得される何らかの増加熱に等しい仕事エネルギをコンプレッサが追加して行う必要があり、効率の悪さの原因となる。圧縮熱の一部は、コンプレッサの壁部に伝達される。この熱は、十分迅速に除去することができないため、ガス中に熱が残留し、必要とする熱が上昇する。したがって、ガスが圧縮され、加熱されるときに、圧縮熱の一部または全部を、コンプレッサを通してガスが移動するときに、このガスから除去することが望ましい。通常、これはコンプレッサ壁を冷却し、または、水を噴射することで行われる。しかし、ピストンおよびシリンダ型のコンプレッサでは、変化しないが減少する面で規定される所定のボリューム圧縮され、したがって、このプロセス中に圧縮熱を除去することはほとんどできない。より高く上昇するほど、効率の低下が大きくなる。
【０００５】
従来の形式のコンプレッサは、一般に、効率を低下させる傾向のある問題を抱えており、これらの問題には、これに限定するものではないが以下に記載のものが含まれる。すなわち、
・圧縮されるガスに対して多大な運動エネルギが付与される
・急激なガスの加速が、騒音レベルの上昇およびエネルギ損失を招く
・高速のガス流が、圧縮されるガスに摩擦熱を生じさせ、仕事の必要量が増大する
・圧縮熱が吸込充填物（intake charge）に戻され、仕事必要量が増大する
・内面領域の変化が、圧縮されるガスから圧縮熱を除去する能力を減少させる
・内部部材間の高速摩擦が、磨耗および摩擦損失を生じさせる
・中間ステージの圧縮の上昇が低い
・ガス処理速度に対する大きな物理的サイズ
【発明の概要】
【０００６】
本発明は、特許請求の範囲に記載されている。
【０００７】
本発明の一つの実施形態では、シリンダおよびロータを備え、このロータは、シリンダの内周を横断し、シリンダの内壁にロータ周部の最も近接するポイントにピンチポイントが形成されるコンプレッサが提供される。ロータは、ピンチポイントが、超音速が好ましい高速で移動するように、シリンダの内周を横断する。一つの実施形態では、ロータは、シリンダ壁に対するロータ面の速度が低く又はゼロであるように、シリンダの内周の回りを転がり、したがって、この構成部材および圧縮されるガスの磨耗および摩擦熱を減少し、ここでは「転動（rolling）」と称し、したがって、コンプレッサ効率を促進する。必要に応じて、ロータ面上のストリップ弁装置が、ロータとシリンダとの間に形成されたチャンバ内にガスを導入することができる。必要な場合には、シリンダ壁上のストリップ弁装置が、このチャンバからのガスの排出を可能とし、その開位置を制御する駆動手段を選択的に組込むことができる。
【０００８】
本発明の他の実施形態では、シリンダとロータとを備え、ロータがシリンダの内周を横断し、シリンダの内壁にロータ周部の最も近接したポイントにピンチポイントが形成されるコンプレッサが提供される。このロータは、ピンチポイントが、超音速が好ましい高速で移動するように回転する。このロータは、ロータ上の固定ポイントがピンチポイントの近部に維持されるように、シリンダの内周の回りを回転し、ここでは「回転（rotating）」と称する。必要な場合には、ロータ内のポートが、シリンダの軸方向端部に連通する通路を介して、ガスの出入りを可能とする。
【０００９】
更に他の実施形態では、ロータは、ロータ自体が回転しないように、シリンダの回りを軌道を描いて回り、ここでは「周回（orbiting）」と称する。
【００１０】
本発明の実施形態は、圧縮されたガスをチャンバ内に供給可能で、チャンバから圧縮されたガスを排出可能とする弁装置を含む。
【００１１】
本発明の実施形態は、ロータ面とシリンダの内周との間の走行間隙を調整するための装置を含む。
【００１２】
本発明の実施形態は、ロータおよび関連する回転部材の回転質量にカウンターバランスを取る装置を含む。このようなカウンターバランス装置は、必要な場合に調整可能であってもよい。
【００１３】
本発明の実施形態は、コンプレッサ効率を増大するために、ロータ表面特徴を含む。
【００１４】
本発明の実施形態について、一例として図を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】コンプレッサハウジングおよびロータの概略図である。
【図２】（Ａ）から（Ｇ）に「転動」ロータの作動を示す図である。
【図３】（Ａ）から（Ｇ）に「周回」ロータの作動を示す図である。
【図４】（Ａ）から（Ｇ）に「回転」ロータの作動を示す図である。
【図５】ストリップ弁装置を示す図である。
【図６】ロータポート装置を示す図である。
【図７】ロータ表面特徴を示す図である。
【図８】スパイラルダクトの実施形態を示す図である。
【図９】ロータのバランス／ドライブ装置を示す図である。
【図１０】ストリップ弁およびバランス装置を示す図である。
【図１１】ストリップ弁作動装置を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１に示すように、本発明は、ガスの滑らかな圧縮および内部冷却の望ましい特徴を有する圧縮方法を提供する。この方法は、円筒状チャンバ（１０）とロータまたはオービター（２０）とを用い、形状およびサイズが変化しない移動ダクトまたはチャンバ（４０）を形成するもので、これらの壁部は移動ダクト（４０）内に引き込まれた静的ガスパケット（a static gas packet）に対して収束する。このダクト（４０）の壁部は、壁部の最接近ポイント（以下では、ピンチポイント（５０）と称する）がダクト（４０）に沿って移動するよりも低速で収束する。好ましい作動では、壁部が閉じる速度は、亜音速であり、ピンチポイント（５０）の速度は超音速である。ピンチポイント（５０）が前進すると、最大圧力／温度にあるガス体も、高温ガスに隣接するのが最も後であるために冷却されている壁部の領域に前進する。ピンチポイント（５０）が超音速で移動するコンプレッサがこのように作動すると、ダクト（４０）の狭小化（narrowing）に起因する圧力上昇についての情報は前方に伝わらず、ガスを前方に押圧する。これは、ダクト（４０）の狭小化する端部で、高い圧力が、ダクト（４０）の他の場所の低い圧力と共存するのを可能とし、この理由は、ピンチポイント（５０）およびにピンチポイント（５０）の超音速の前進で生成された圧力情報バリア（pressure information barrier）（４０）より、ガス体が物理的に分けられるためである。これは、遠心および軸流機械の滑らかな脈動なしの出口流を組み合わせた、高い圧力比特性を有する容積式コンプレッサを提供するものである。
【００１７】
本発明は、シリンダ（１０）の内周と、このシリンダ（１０）内を移動する成形壁（２０）との間に形成されるダクト（４０）を採用することにより、種々の実施形態を実現することができるもので、この成形壁は２つの部材の最も近接するポイント（５０）でダクト（４０）の狭小化部を形成する。
【００１８】
以下、シリンダ（１０）内におけるロータ（２０）の運動についてバリエーションを例示する３つの実施形態について説明する。
【００１９】
図２の（Ａ）から（Ｇ）に示すように、以下に説明する第１の実施形態に使用可能なように、ロータ（２０）がシリンダ（１０）の内周を横断（traverse）するときに、「転動」ロータ（２０）がシリンダ（１０）の内周の回りを転がる。ロータ（２０）の方向は、図２の（Ａ）に矢印Ａ，Ｂ，Ｃで示してある。図２の（Ｂ）から（Ｇ）に連続的に示す６つの図の順序は、ロータ（２０）がシリンダ（１０）の内周の回りを転がるときに、シリンダ（１０）に対してロータ（２０）の方向がどのように変化するかにを示す（それぞれの矢印Ａを参照）。ロータが転がるときに、このロータ（２０）の表面の速度が、シリンダ（１０）の内周部の表面に対して、実質的に低いか、又は、ゼロとなるように、方向を変化する。ロータ（２０）は、シリンダ（１０）の内面に実質的に接触でき、または、２つの表面が僅かに離隔できるように配置することができる。ロータ（２０）は、シリンダ（１０）の内面との接触により転がるように配置し、または、ギアまたは圧縮されるガスによる同伴（entrainment）等の他の手段により回転させることも可能である。この特徴により、ロータ（２０）の表面とシリンダ（１０）の内面との間は、実質的に低またはゼロの摩擦速度となり、これにより、これらの面の磨耗性能が向上することになる。この特徴による他の効果には、摩擦損失が少ないこと、圧縮されるガスに与える運動エネルギが少ないこと（エントレイメントが低いこと）、圧縮されるガスに与える摩擦熱が少ないことがある。これらの結果の全てがコンプレッサの効率をより大きくすることに寄与する。
【００２０】
図３の（Ａ）から（Ｇ）に示すように、後述する第１の実施形態に使用可能なように、周回ロータ（２０）は、このロータ（２０）がシリンダ（１０）の内周を横断するときに、シリンダ（１０）に対する方向を変化しない。図３の（Ａ）は、順に一連の位置２０ａ，２０ｂ，２０ｃを示し、対応する方向を矢印Ａ，Ｂ，Ｃで示す。図３の（Ｂ）から（Ｇ）は、一連のロータ位置と対応する方向Ａとを示す。周回するロータ（２０）は、図２に示す転動ロータ（２０）との関係よりも、ロータ（２０）の表面とシリンダ（１０）の内面との間により大きな相対速度を生じさせるが、以下の段落で説明するように、転動ロータ（２０）との関係におけるよりも低い相対速度を生じさせる。したがって、周回ロータ（２０）が採用されるときの効率の損失は、連動ロータ（２０）のものと回転ロータ（２０）のものとの間の範囲となる傾向がある。
【００２１】
図４の（Ａ）から（Ｇ）に示すように、後述する第１の実施形態または第２の実施形態に使用可能なように、回転ロータ（２０）が、この回転ロータ（２０）の表面上の固定ポイントＡ，Ｂ，Ｃを図４の（Ａ）内の一連の位置２０ａ，２０ｂ，２０ｃでピンチポイント（５０）に近接させてシリンダ（１０）の内周を横断するときに、回転ロータ（２０）の方向が変化する。ポイントＡの動きは、図４の（Ｂ）から（Ｇ）に順に一連の位置で示してある。この回転ロータ（２０）では、ロータ（２０）の表面とシリンダ（１０）の表面との間の相対速度が、図２に示す転動ロータ（２０）又は図３に示す周回ロータ（２０）よりも大きくなる。したがって、回転ロータ（２０）を採用したときの効率の損失は、図２に示す転動ロータ（２０）又は図３に示す周回ロータ（２０）のものよりも高い範囲となる傾向がある。図４に示す回転ロータ（２０）の利点は、他の２つの形式のロータ（２０）よりもより広範囲（greater range）の弁装置（valve arrangement）を実際に使用することができることである。回転ロータ（２０）を組込んだコンプレッサは、他の２つの形式のロータを組込んだコンプレッサよりも、より少ない可動部品で形成することができる。
【００２２】
図５に示すように、第１の実施形態では、ダクト（４０）は、一方がステータとして作用する比較的静的（１０）で、他方がその内部で転動、周回又は回転するロータとして作用する２つのシリンダ間に形成されたチャンバである。後述する弁機構を使用すると、ダクト（４０）の一端の拡張（すなわち、ロータがステータの反対側に近接したとき）に起因する希薄化により、ガスがダクト（４０）内に引き込まれる。ガスは、シリンダ（１０，２０）の一方の壁部又は両端壁の入口を通り、ステータ壁に近接する周回部材（２０）に起因するダクト（４０）の相対的な狭小化で圧縮された後、ダクト（４０）の他端でより高い圧力で放出される。ロータ（２０）の内側にブレードを装着することにより、ある程度の前圧縮を行うことができる。このような実施形態では、ロータ（２０）は転動又は回転面を有してもよく、または、回転することなく周回してもよい。
【００２３】
このような第１の実施形態にしたがって構築された装置では、図５および１０に示すように、シリンダ（１０）内に円筒状ロータ（２０）が設けられる。このロータ（２０）には、表面チャンネル（２１０）を設けられ、その深さを、このチャンネル（２１０）内に嵌合するストリップ（２２０）の厚さと等しく形成してある。このストリップ（２２０）は、ロータ（２０）の外周よりも大きな外周を有し、ストリップ（２２０）がロータ（２０）上に押圧されたときに、ガス密のシールを形成する。しかし、ストリップ（２２０）がロータ部分（２０）よりも大きな外周に形成されるため、このストリップ（２２０）は、これに作用する締付力（squeezing force）により、最終ポイントから離れてロータ（２０）の表面上から常時突出し、チャンネル（２１０）の基部の開口（２３０）を介してロータ（２０）の外側に流れるのを可能とする。
【００２４】
シリンダ（１０）は、同様に、チャンネル（２４０）とストリップ（２５０）とを外側に設けられ、ガスがシリンダ（１０）の内側から外側の導管手段に通過するのを可能とする。この出口ストリップ（２５０）は、その幅を横切る補強材を設け、高いガス圧に対して支えるようにしてもよい。
【００２５】
作動する場合、ロータ（２０）は、好ましくは、ロータ（２０）とシリンダ（１０）との間のピンチポイント（５０）が超音速で回転することになる速度で周回する。ピンチポイント（５０）が回転すると、ピンチポイント（５０）の背部（回転方向に関して）に低圧が追従し、ストリップ弁（２２０）をロータ（２０）から離して引っ張り、チャンバ（４０）内にガスを連続的に導く（inducing）。チャンバ（４０）の他端では、ロータ（２０）とシリンダ（１０）との収束する面が先に誘導した（induct）ガスを圧縮し、ピンチポイント（５０）の前部のガスの圧力で開位置に付勢されかつ保持される出口ストリップ（２５０）を介して、チャンバ（４０）から押し出される。出口ストリップ（２５０）がピンチポイント（５０）に重なり、高圧部（high pressure volume）から低圧部へのガスの漏出を可能とするのを防止するため、出口ストリップ（２５０）を、機械的、電気的又は磁気的手段で作動し、ピンチポイント（５０）からのその開口（２７０）の距離を制御してもよい。図１１に示すように、ドライブシャフト（６６０）上のカム（２６１）は、出口ストリップ（２５０）を上昇させるために作動するプッシュロッド（２６０）を作動する。この作動は、更に、始動および停止状態を制御し、ある程度の能力制御（capacity control）を付与するのに役立つ。転動または回転ロータの実施形態（下記参照）では、ピンチポイント（５０）の高圧の出口側は、低圧の入口側からある程度の距離だけ分離することができ、開口（２７０）をピンチポイント（５０）を部分的に超えて移動することにより、出口の領域を規制し、装置の圧力比を制御するためにストリップ（２５０）の移動を用いてもよい。したがって、1つの実施形態では、ストリップは、特に、ロータ、例えばロータドライブシャフトに連結されたカム及びプッシュロッド等のアクチュエータによる機械的な作動により変形することができる。
【００２６】
図６に示すように、１または複数の盲通路（２７５）がロータ内に設けられ、軸方向の面で開口し、ロータ面の内側に隣接して終端する。この通路（２７５）は、ロータ（２０）の軸方向の面に連通し、ロータ（２０）の周面の背部で冷却流体が循環することができる。チャンバ（１０）の壁部及び端板に、冷却流体を循環するための通路が更に設けられる。フィン付手段（２７６）を設けて、チャンバ（１０）の冷却すべき壁部から冷却流体内への熱流を増大してもよい。
【００２７】
作動する場合、ロータ（２０）は、入口管路（３３０）を先にして、ダクト（４０）がロータ（２０）と共に局所的な音速（local speed of sound）を超えるのが好ましい速度で回転するように、回転する。入口管路（３３０）の通路を好適に湾曲させることにより、ガスがロータ（２０）の軸方向面から管路（３３０）内に実質的に半径方向に引かれる。ダクト（４０）すなわちロータとステータとの間のスペースがステータの周りを回転すると、ガスは、ロータ（２０）の表面とシリンダ（１０）の壁部との間に形成された収束するダクト（４０）に閉じ込められる。接近するピンチポイント（５０）の超音速は、増大する圧力についての情報を上流側に伝達する時間を与えない。ガスが着実に圧縮され、ピンチポイント（５０）がこのガスに到達すると、高圧状態で、出口（３４０）およびロータ（２０）内の通路を通してロータ（２０）の半径方向端に抜け、ここから、装置の外に導かれる。ダクト（４０）内で圧縮される際、ガスの温度が上昇する。圧縮熱は、ロータ（２０）の壁部を通してこの壁部の背部を循環する冷却流体と、チャンバ壁を通してここで循環する冷却流体（２７７）との双方に連続的に移行する。
【００２８】
図７に示すように、ロータ（２０）の表面に螺旋状の溝（４００）及び／又は通路（４１０）を設け、ピンチポイント（５０）を通りまたはチャンバの軸方向端に沿って高圧ガスを、ダクト（４０）内の選択または制御したポイント（４２０）に戻してもよい。ガスはチャンバに戻るその通路で冷却され、これは、装置に効率にとって、チャンバ（３３０）の入口端に再度戻す（re-emerge）ようにするよりも有効である。複雑な装置では、ロータ表面の微細孔（４３０）を通してこのガスを抽気し、層流の形成を助長してもよい。
【００２９】
この第２の実施形態では、この装置は、シリンダ（１０）の壁部とロータ（２０）の表面との間に収束するダクト（４０）を形成する（図６を参照）ロータ（２０）を備えてもよく、又は、収束するダクト（４０）をシリンダの壁部（１０）とロータ（２０）の断面が縮小するチャンネル（３３０）との間に形成してもよく、この場合のロータはステータと同心である（図８を参照）。
【００３０】
例えば図７および８を参照すると、本発明の目的はガスの加速を防止することであるため、与えられたダクト（４０）の断面について、可動ダクト（４０）面に対する静止面の比を可能な限り高くすることが重要である。ロータ（２０）内のチャンネル（３３０）を使用する実施形態では、ダクト（４０）はロータ（２０）の周面を螺旋状に巻いて降下する溝（５８０）で形成し、これにより、ダクト（４０）の高圧／高温端部を含むダクト（４０）の全ての部分が新たな表面領域に露出し、ダクト（４０）から熱を導くようにすることができる。この実施形態では、シリンダの静止壁（１０）の熱移動上昇（heat transfer up）は、面の背部のフランジ（３５０）により減少される（図６参照）。ロータ（２０）は、ダクト（４０）の側部およびロータ（２０）の側部に沿って流れる内部流体により、更に冷却することができる。
【００３１】
図８に示すように、第２の実施形態は、回転ロータ（２０）を採用する。この装置では、ロータ(２０)がシリンダ（１０）内に設けられ、このロータ（２０）は、内壁を横断するときに、ロータ（２０）の周面のかなりの部分が、シリンダ（１０）の内壁に対して回転可能に近接近した状態を維持するように外形を形成されている。ロータ（２０）の残りの周面（remaining circumferential surface）は、これとシリンダ（１０）の壁部との間に、狭小化する端部（５３０）を有するダクト又は溝（４０）を形成するように、成形または切削されている。ダクトの幅広の端部（５４０）は、ロータ（２０）の軸方向面の中央部に連通する入口管路（５２０）を設けられている。ダクト（４０）から離隔して、ロータ（２０）の周面に、ロータ（２０）の軸方向面の他の部分に連通する出口管路（５５０）が設けられている。大きな装置の場合には、１つ以上の成形ダクト（４０）を設けてもよい。
【００３２】
螺旋状のダクト（５００）の実施形態では、ロータ（２０）とシリンダ（１０）との間に可動スリーブ（５１０）を設けることにより、出力圧比を制御することができる。作動する場合、ガス入口（５２０）はチャンバ（４０）の一方の端部を通り、出口（５５０）は他方の軸方向端部を通る。スリーブ（５１０）をロータ（２０）に対して軸方向に移動することは、出口領域を変更し、それで、装置の圧力比を変更および制御する。
【００３３】
上述の実施形態のいずれも、収容するシリンダ（１０）の中心軸からのロータ（２０）のオフセットを調節し、それで、ピンチポイント（５０）におけるロータ（２０）とシリンダ（１０）との間の間隙を調節する手段を設けてもよい。これは、磨耗を補償し、熱膨張比の差を調節し、漏れを減少し、能力を制御するために有益である。
【００３４】
図９に示すように、組立体を駆動し、更に、収容するシリンダ（１０）の中心軸からのロータ（２０）のオフセットを調節し、これにより、ピンチポイント（５０）におけるロータ（２０）とシリンダ（１０）との間の間隙を調整するための装置がここに記載されている。全体的には、ロータ（２０）はロータ軸（６７０）を有し、各端部はドライブロータサポートおよびアイドルロータサポート（６８０，６９０）にそれぞれ連結され、ドライブロータサポートおよびアイドルロータサポート（６８０，６９０）のそれぞれは、更にドライブシャフトおよびアイドルシャフト（６６０，６５０）に連結されており、これらのシャフトは、シリンダ（１０）の中心軸上となるように配置され、それぞれ軸受サポート（６３０）で支えられている。
【００３５】
より詳細には、ロータ軸（６７０）の一端はカップリング（６００）によりドライブロータサポート（６８０）に結合され、ロータ軸（６７０）の他端はカップリング（６００）によりアイドルロータサポート（６９０）に結合されている。アイドルロータサポート（６９０）はカップリング（６００）により固定シャフト（６５０）に結合されている。ドライブロータサポート（６８０）はカップリング（６００）によりドライブシャフト（６６０）に結合されている。ドライブシャフト（６６０）とアイドルシャフト（６５０）との双方は、ロータ軸（６７０）に平行で、シリンダ（１０）の中心軸上に置かれるように配置される。各ロータサポート（６８０，６９０）は、ロータ（２０）の表面がシリンダ（１０）の内周に実質的に近接して位置するように、ロータ軸（６７０）を支えるために配置されている。アイドルシャフト（６５０）とドライブシャフト（６６０）との双方は、軸受サポート（６３０）で支えられ、内部で回転可能であり、前記軸受サポート（６３０）に対して軸方向に拘束されている。各軸受サポート（６３０）は、ロータ軸（６７０）の中心からのその軸方向距離が、他の軸受サポート（６３０）の軸方向距離と等しくなるように配置され、更に、制御可能である。ロータ軸（６７０）の中心からの軸受サポートの距離を制御することにより、各ロータサポート（６８０，６９０）の位置および角度を変化し、この結果、ロータ（２０）とハウジング（１０）との間の走行間隙を変更することができる。
【００３６】
３つの種類（class）のカップリング（６００）を先行する装置に採用することが有益である。第１の種類のカップリング（６００）は、２つのシャフト間の２軸内で関節結合するジョイントを形成するのに好適であるが、軸トルクを伝達することはできないカップリングを包含する。この第１の種類に含まれる一般的に知られているカップリング（６００）の例はボールジョイントである。第２の種類のカップリング（６００）は、２つのシャフト間の２軸内で関節結合され、軸トルクを伝達することができるジョイントを形成するのに好適なカップリングである。この第２の種類に含まれる一般的に知られているカップリングの例には、等速ジョイント、ハーディ−スパイサ（Hardy-Spicer）ユニバーサルジョイント、特定の形式のゴムカップリングまたは柔軟ゴムチューブがある。第３の種類のカップリングは、１軸内で連接（articulating）可能で軸トルクを伝達可能なジョイントを形成するのに好適なカップリングを含む。このようなジョイントの例は、ヒンジ付ジョイントである。
【００３７】
ドライブシャフト（６６０）は、ドライブカップリング（６４０）を介して回転トルクを伝達することができる。ドライブシャフト（６６０）は、第３の種類のカップリング（６００）により、ドライブロータサポート（６８０）に連結される。ロータ軸（６７０）に連結されるドライブロータサポート（６８０）の端部は、これにより、ドライブシャフト（６６０）の軸を周る円運動に拘束される。
【００３８】
転動ロータを採用する実施形態では、ドライブロータサポート（６８０）は、第１の種類のカップリング（６００）によりロータ軸（６７０）に連結される。ロータ軸（６７０）は、第１または第２の種類のカップリングにより、アイドルロータサポート（６９０）に連結される。このような実施形態では、ロータ軸（６７０）をアイドルロータサポート(６９０)に連結するカップリング（６００）とアイドルロータサポート（６９０）をアイドルシャフト（６５０）に連結するカップリング（６００）との少なくとも１つは、第１の種類であり、及び／又は、アイドルシャフト（６５０）は回転自由である。これにより、ロータ（２０）はドライブシャフト(６４０)の方向およびアイドルシャフト（６５０）の方向に対して、独立して自由に転動することができるが、ロータ（２０）は、ドライブシャフト（６４０）からドライブロータサポート（６８０）に伝達される駆動力でシリンダ（１０）の内周を横断するように強制される。
【００３９】
周回ロータを採用する実施形態では、ドライブロータサポート（６８０）は、第１の種類のカップリング（６００）により、ロータ軸（６７０）に連結される。この実施形態では、ロータ軸（６７０）をアイドルロータサポート（６９０）に連結するカップリング（６００）とアイドルロータサポート（６９０）をアイドルシャフト（６５０）に連結するカップリング（６００）との双方が第２の種類であり、アイドルシャフト（６５０）は固定され、回転することはできない。これにより、ロータ（２０）は、固定されたアイドルシャフト（６５０）に対するその結合により、シリンダ（１０）に対するその方向を維持するように拘束される。ロータ（２０）は、ドライブシャフト（６４０）からドライブロータサポート（６８０）に伝達される駆動力により、シリンダ（１０）の内周を横断するように強制される。
【００４０】
回転ロータを採用する実施形態では、ドライブロータサポート（６８０）は、第２または第３の種類のカップリング（６００）により、ロータ軸（６７０）に連結されている。このロータ軸（６７０）は、第１または第２の種類のカップリングによりアイドルロータサポート（６９０）に連結されている。このような実施形態では、ロータ軸（６７０）をアイドルロータサポート（６９０）に連結するカップリング（６００）と、アイドルロータサポート（６９０）をアイドルシャフト（６５０）に連結するカップリング（６００）との少なくとも一方が第１の種類であることと、及び／又は、アイドルシャフト（６５０）が回転自由であることとの、いずれかである。これにより、ロータ（２０）はドライブロータサポート（６８０）に対してその方向を維持するように拘束され、アイドルロータサポート（６９０）の方向に対して拘束されておらず、この結果、ロータ（２０）の表面上の固定ポイントは、ピンチポイント（５０）に隣接して維持される。ロータ（２０）は、ドライブシャフト（６４０）からドライブロータサポート（６８０）に伝達される駆動力により、シリンダ（１０）の内周を横断するように強制される。
【００４１】
転動、周回および回転ロータの拘束装置について、上述のカップリングの種類の特別の組合せを使用して説明してきたが、ここに記載のロータの特性は、説明してない他の組合せによっても達成できることが明らかである。したがって、周回、固定され、回転ロータの説明は、本発明の範囲を制限することを意図したものではなく、本発明は特許請求の範囲で定まるものである。
【００４２】
図９に示すように、ロータ（２０）を釣合わせるための手段が設けられている。ドライブロータサポート（６８０）は、ドライブロータサポート（６８０）をドライブシャフト（６６０）に連結するカップリング（６００）を超えて、ロータ（２０）から離隔する方向に延びる。釣合い重り（６２０）は、ドライブロータサポート（６８０）の延長部から分離して、または、これと一体に設けられる。同様に、アイドルロータサポート（６９０）は、アイドルロータサポート（６９０）をアイドルシャフト（６５０）に連結するカップリング（６００）を超えてロータ（２０）から離隔する方向に延びる。釣合い重り（６２０）が、アイドルロータサポート（６９０）の延長部から分離して、または、一体に設けられる。それぞれの釣合い重り（６２０）は、シリンダ（１０）の中心軸の反対側の回転部材の重さとバランスするように、重さと、シリンダ（１０）の中心軸からの距離とを有するように配置されている。釣合い重り（６２０）の質量または位置は、コンプレッサの作動中に調節することができ、熱膨張、または、コンプレッサの回転部材のバランスを狂わせる可能性のある他の影響を補償することができる。これは、ロータサポート（６８０，６９０）上の釣合い重りの位置を調整するためのアクチュエータを用いることで達成可能である。これに代え、例えば、流体またはガスリザーバを組込み可能な釣合い重り（６２０）に流体またはガスを圧送または排出することにより、釣合い重り（６２０）の質量を変更することができる。
【００４３】
図１０は、ロータ（２０）を釣合わせるための他の装置を示し、ここでは、ドライブシャフト（６６０）とロータ軸（６７０）と釣合い重り（６２０）とがシリンダ（１０）内に収容されており、これはチャンバの密閉が容易であるという利点がある。
【００４４】
種々のチャンバを密封し、管路で導く方法について、全ての場合を詳細に説明するものではないが、本発明の実施形態では、高圧部（high pressure volumes）から低圧部（low pressure volumes）へのガス漏洩を防止するために、コンプレッサの分野における通常のスライドシール手段を設けることが好ましい。低圧ガスを装置内に導き、高圧ガスをこの装置から排出するダクト手段も設けられる。
【００４５】
上述の実施形態のいずれでも、当該分野の通常の制御手段、例えば弁を、流れの制御および調節のために組合せて使用することができる。
【００４６】
静的シリンダ（１０）と可動ロータ（２０）とを有する実施形態について説明してきたが、可動シリンダ（１０）と静的ロータ（２０）、または、双方が可動のロータ（２０）とシリンダ（１０）とを採用する他の実施形態とすることもできる。
【００４７】
本発明によって形成されるコンプレッサは、エキスパンダ（expander）として作用させるため、好適なバルブ（valving）で逆転してもよい。
【００４８】
本発明の利点は、ガスに運動および摩擦エネルギをほとんど与えることなくガスを圧縮することにより、高圧縮効率および高段階の圧力上昇（high stage pressure rise）が達成されることにある。更に本発明は、ガスが圧縮される間にこのガスの冷却を可能とする。
【００４９】
軸流および遠心コンプレッサでは、各段の圧力上昇が低いことに起因する多数の段の必要性を、圧縮段間に中間冷却を設けるために利用することができる。高効率の圧縮のためには、ガスを囲む全ての面が冷却され、ガス及び／又は面を絶えず変化させ、圧縮中にガスが新たに冷却された面と接触させることがよい。ガスは、摩擦熱の原因となるため、壁部に対して流れを生じさせないことが好ましい。
【００５０】
本発明は、従来のコンプレッサに対して種々の利点を有する。すなわち、
ピンチポイントの超音速回転を採用することにより、本発明の簡単な機械的配置が可能となり、これは、高い圧力がチャンバの低圧領域に伝達されず、したがって、チャンバの低圧および高圧領域の間の機械的な分離の必要がないためである。
【００５１】
本発明の連続的な回転圧縮手段は、滑らかで連続的な圧縮を可能とする。滑らかで連続的な圧縮手段を採用することにより、本発明は、圧縮されるガスに与えるエネルギが減少する点で有益である。
【００５２】
調整可能な走行間隙手段、及び／又は、シリンダの内周を横断するときに転動するロータを採用することにより、摩擦損失が減少し、これは、圧縮されるガスの加熱を減少し、これにより効率を増大する。
【００５３】
本発明の固定チャンバ容積は、高度の熱伝達特性を可能とし、これは、最大のチャンバ面領域が常に、圧縮されるガスと接触しているためである。これは、圧縮されるガスがより効果的に冷却されるのを可能とし、これは、コンプレッサの効率を促進する。
【００５４】
各回転で処理されるガスの量は、円筒状チャンバの内部容積およびロータの容積よりも大きい。押出し容積（swept volume）は、シリンダ容積よりも、（シリンダ軸からのロータ軸の半径方向オフセットを差引いたロータの半径）に等しい半径を有するロータの容積だけ少ない。換言すると、ピンチポイントの径方向反対側のロータ面の移動路（sweep path）は、押出し容積を規定する。
【００５５】
本発明の他の利点は、例えば、同様な物理的サイズを有する軸流または遠心コンプレッサに比較して、高流動性を示すことである。この結果、本発明のコンプレッサは、従来のコンプレッサよりも物理的に小さく形成することができる。
【００５６】
本発明について好ましい実施形態との関係で説明してきたが、これらの実施形態は本発明を限定することを意図したものではない。当該分野における熟練者であれば、請求の範囲に記載の発明の範囲から逸脱することなく、種々の変形および変更が可能である。種々の実施形態およびその特徴は、並置させ又は好適に交換することができる。
【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１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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