(57)【要約】【課題】加圧または減圧雰囲気におかれる回転要素３を、軸シールやモータ配置等の問題を解消しつつ回転駆動できる回転装置を提供する。【解決手段】作動流体９を受けて回転する駆動要素４を回転装置に設け、回転要素３が駆動要素４に従動するようにする。回転要素３の回転軸６０を処理室１６の外部に持ち出す必要が無く、軸シールが不要である。また、処理室を流通する作動液体９により駆動要素４の駆動力を得ているため、モータ等を必要としない。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧または減圧雰囲気でありかつ作動液体が流通する処理室を有する基体と、
前記処理室に配設され、前記処理室内で回転可能である回転要素と、
前記処理室に配設されている回転軸と、
前記処理室に配設され、前記回転軸に一体化され、前記処理室に供給された前記作動液体を受ける入力部を有し、前記入力部で前記作動流体を受けると前記回転軸を中心に回転する駆動要素と、を有し、
前記回転要素は、前記駆動要素に機械的に接続され、前記駆動要素に従動して回転する回転装置。
【請求項２】
請求項１において、前記回転要素は前記回転軸に一体化されている回転装置。
【請求項３】
請求項１または２において、
前記回転装置は、前記処理室に配設されるとともに前記回転要素に隣接する塗布対象面を有する表面要素を有し、
前記処理室は前記作動液体を回収する貯槽部を有し、
前記回転要素は、
回転により前記貯槽部の内外に変位し、前記貯槽部の内部において前記作動液体を収容するとともに前記貯槽部の外部において前記作動液体を前記塗布対象面に付着させる汲上げ部と、
回転により前記塗布対象面に対して相対的に変位して、前記塗布対象面に付着している前記作動液体を前記塗布対象面に塗り広げる塗布部と、を有する回転装置。
【請求項４】
請求項１〜３の何れか一項において、
前記入力部は、所定量の前記作動液体を溜める容器状をなす回転装置。
【請求項５】
請求項１〜４の何れか一項において、前記表面要素は冷却可能である回転装置。
【請求項６】
請求項１〜５の何れか一項において、前記作動液体は吸収式ヒートポンプにおける吸収液であり、前記基体は吸収式ヒートポンプにおける吸収器の基体である回転装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加圧雰囲気、または減圧雰囲気の処理室内で回転する回転要素と、この回転要素を駆動する駆動要素とを有する回転装置に関する。本発明の回転装置は、例えば、吸収式ヒートポンプ（吸収式冷凍機）における吸収器に適用できる。
【背景技術】
【０００２】
加圧または減圧雰囲気の処理室と、この処理室の内部で回転する回転要素と、を有する回転装置において、回転要素の駆動源が問題になる。つまり、回転要素を駆動する方法としては、回転要素の回転軸を処理室外部に延ばし、処理室外部に設置したモータ等にこの回転軸を接続する方法が一般的である（例えば、特許文献１参照）。しかしこの場合には、処理室に連通口を設け、この連通口に回転軸を挿通するとともに、回転軸のシール対策を講じる必要がある。回転軸の回転に伴って回転軸と連通口の周縁部とが摺接するため、両者の間を気密にシールするのは困難である。シールが不十分であれば、処理室内の圧力が低下または上昇し、処理室内を加圧雰囲気または減圧雰囲気に保ち難くなる。モータ等を処理室内部に配置することも考えられるが、装置の更なる大型化を招く上に、モータ等を修理し難くなる問題が生じる。その上、加圧または減圧雰囲気で使用可能である特殊なモータが必要となる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特表2000-500221号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、加圧または減圧雰囲気におかれる回転要素を、軸シールやモータ配置等の問題を解消しつつ回転駆動できる回転装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明に係る回転装置は、
加圧または減圧雰囲気でありかつ作動液体が流通する処理室を有する基体と、
前記処理室に配設され、前記処理室内で回転可能である回転要素と、
前記処理室に配設されている回転軸と、
前記処理室に配設され、前記回転軸に一体化され、前記処理室に供給された前記作動液体を受ける入力部を有し、前記入力部で前記作動流体を受けると前記回転軸を中心に回転する駆動要素と、を有し、
前記回転要素は、前記駆動要素に機械的に接続され、前記駆動要素に従動して回転する回ものである。
【０００６】
本発明の回転装置においては、駆動要素の回転に従動して、回転要素が回転する。また、駆動要素は処理室に供給される作動液体を受けて回転する。つまり、本発明の回転装置においては、駆動要素および回転要素を回転させるための動力源として、もともと処理室内に供給されるものである作動流体を用いている。このため、駆動要素のためにその他の動力源（例えば電力等）を必要としない。また、駆動要素から回転要素への動力の供給、および、作動流体から駆動要素への動力の供給は処理室内で完結している。このため、上述した軸シールの問題を回避でき、かつ、特殊なモータ等を必要とすることもない。
【０００７】
本発明の回転装置は、下記の（１）〜（５）の何れかを備えるのが好ましく、複数を備えるのがより好ましい。
（１）前記回転要素は前記回転軸に一体化されている。
（２）前記回転装置は、前記処理室に配設されるとともに前記回転要素に隣接する塗布対象面を有する表面要素を有し、
前記処理室は前記作動液体を回収する貯槽部を有し、
前記回転要素は、
回転により前記貯槽部の内外に変位し、前記貯槽部の内部において前記作動液体を収容するとともに前記貯槽部の外部において前記作動液体を前記塗布対象面に付着させる汲上げ部と、
回転により前記塗布対象面に対して相対的に変位して、前記塗布対象面に付着している前記作動液体を前記塗布対象面に塗り広げる塗布部と、を有する。
（３）前記入力部は、所定量の前記作動液体を溜める容器状をなす。
（４）前記表面要素は冷却可能である。
（５）前記作動液体は吸収式冷凍機における吸収液であり、前記基体は吸収式冷凍機における吸収器の基体である。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、加圧または減圧雰囲気におかれる回転要素を、軸シールやモータ配置等の問題を解消しつつ回転駆動できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態の回転装置の概念を表す斜視図である。
【図２】実施形態の回転装置における駆動要素を模式的に表す要部拡大斜視図である。
【図３】実施形態の回転装置における駆動要素の動作を模式的に表す説明図である。
【図４】実施形態の回転装置における駆動要素の動作を模式的に表す説明図である。
【図５】実施形態の回転装置における駆動要素の動作を模式的に表す説明図である。
【図６】実施形態の回転装置を用いた吸収式ヒートポンプの概念を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の回転装置は、加圧または減圧雰囲気下で使用される回転要素を駆動要素で駆動するものである。本発明の回転装置は、加圧または減圧雰囲気の処理室内で回転する回転要素を有し、この処理室内に何らかの作動液体が供給される種々の装置に適用できる。このような装置として、例えば、吸収式ヒートポンプにおける吸収器であって、処理室内に配置された回転要素によって、処理室に滴下した作動液体（吸収液）を汲上げるとともに冷却器に接触させるものが挙げられる。或いは、吸収式ヒートポンプにおける蒸発器であって、同様の方法で作動液体（水）を冷却器に接触させるものが挙げられる。また、これに限らず、種々の装置に適用できる。
【００１１】
駆動要素を回転させる作動液体は液状であれば良く、その比重や粘度等は特に問わない。本発明の回転装置を吸収式ヒートポンプの吸収器に適用する場合、作動液体は高粘度の液体であり、臭化リチウム、ヨウ化リチウム等のようにハロゲン元素とリチウムとの化合物が例示される。吸収式ヒートポンプの吸収器であれば、これらの作動液体は、処理室内において水蒸気、液相状の水、アルコール、有機溶媒等の希釈剤で希釈される。このような場合には、駆動要素は、作動流体のみによって回転しても良いし、作動液体および希釈剤の両方によって回転しても良い。
【００１２】
駆動要素と回転要素とは、駆動要素の回転運動を回転要素に伝達可能であるように機械的に接続されていれば良い。例えば駆動要素と回転要素とを回転軸により同軸的に一体化しても良いし、駆動要素と回転要素とをギアやプーリー等を介して機械的に接続しても良い。エネルギ損失を考慮すると、駆動要素と回転要素とは回転軸により同軸的に一体化するのが好ましい。また、駆動要素と回転要素とをギア等により非同軸的に接続する場合には、回転装置の形状の自由度が向上する。
【００１３】
駆動要素の回転速度を高めるためには、作動液体により駆動要素に加わる加重を高めれば良い。例えば、駆動要素のなかで作動液体を受ける部分（入力部）と、処理室における作動液体の供給口との距離を大きくするのが良い。或いは、所定量の作動液体を溜める液槽を入力部に設け、入力部に同時に加わる作動液体の加重（作動液体の質量）を多くしても良い。或いは、輸液ポンプ等で圧力を付加した作動液体を入力部にあてても良い。
【００１４】
基体は、加圧または減圧雰囲気を形成可能であり、作動流体が供給され、かつ回転要素および駆動要素を配置できる処理室を有する構造であれば良い。
【００１５】
回転要素は、処理室に供給された作動流体と何らかの関係をもって回転するものであっても良いし、或いは、処理室に供給された作動流体と関係なく回転するものであっても良い。例えば、後述するように、回転することで作動流体を表面要素に塗り広げるものであっても良い。
【００１６】
（実施形態）
図１〜図６は実施形態の概念を示す。本実施形態の回転装置は、図１に示すように、基体１と、回転要素３と、表面要素２と、駆動要素４と、回転軸６０とを有する。実施形態の回転装置は、吸収式ヒートポンプの吸収器である。作動液体は吸収式ヒートポンプ用の吸収液としての臭化リチウムである。
【００１７】
＜回転装置の構成＞
基体１は処理室１６を有する箱形状をなしている。気体の底部は、作動液体９が溜まる貯槽部１０を構成している。処理室１６は、その他、側壁１１、上壁１２、第１通路１３および第２通路１４を有する。第１通路１３は、図１中上方から下方に位置する処理室１６に向けて、重力を利用して作動液体９を供給する作動液体供給部として機能する。第２通路１４は、作動液体９を希釈するための希釈剤（実施形態においては水蒸気）を、供給部１５から処理室１６に向けて供給する希釈剤供給口として機能する。
【００１８】
処理室１６は、真空雰囲気（減圧雰囲気）である。表面要素２は冷却器である。以下、表面要素２を冷却器２と呼ぶ。冷却器２は中空の略リング状をなし、軸方向を図１中左右に向けている。冷却器２の略中央部には、その軸方向に延びる軸孔２２が貫通形成されている。冷却器２の内部には冷媒が流通する冷却室２０が区画形成されている。冷却室２０は供給通路５１を介して冷媒供給部５に連絡されている。したがって冷却室２０には冷媒供給部５１から供給された冷媒が流通する。冷却室２０と冷却器２の表面（塗布対象面２１）とは熱的に接続されている。したがって塗布対象面２1は冷却室２０を流通する冷媒によって冷却される。冷却器２は、処理室１６内において、図１中左右方向に所定間隔で配列している。なお、冷却器２は処理室１６に対して固定されている。
【００１９】
塗布対象面２１は、冷却器２の軸方向の左右端面であり、平坦な円板状をなす。冷却器２の下部２ｄは、処理室１６の貯槽部１０に溜まっている作動液体９に浸漬されている。このため冷却器２には、貯槽部１０に溜まっている作動液体９を下部２ｄを介して冷却する機能も期待できる。なお、作動液体９を冷却することで、作動液体９の粘度を低下させ、作動液体９の希釈性を向上させ得る。
【００２０】
冷却器２の軸孔２２には、回転軸６０が挿通されている、回転軸６０は冷却器２と同軸的に配置され図１中左右に延びている。回転軸６０の軸方向の両端部は、それぞれ、支持脚６１に設けられている軸支孔６２に挿通されている。支持脚６１は、処理室１６の貯槽部１０に固定されている。
【００２１】
各冷却器２の隣（実施形態においては図１中左隣）には、それぞれ、一ずつの回転要素３が配置されている。つまり、各冷却器２の塗布対象面２１は、それぞれ、各回転要素３に隣接している。回転要素３は、塗布対象面２１に付着している作動液体９を強制的に広げるため部材である。回転要素３は、複数の腕部３１、複数の塗布部３２、および複数の汲上げ部３３を有し、回転軸６０に一体化されている。回転要素３は、回転軸６０を中心として、図１中矢印Ａ方向に回転可能である。腕部３１および塗布部３２は、回転軸６０に一体化され、回転軸６０の径方向外方（つまり放射方向）に延びている。汲上げ部３３は、何れかの腕部３１に一体化されている。各塗布部３２は短冊状をなす。各汲上げ部３３は略箱状をなし、回転要素３の回転方向Ａの後側に開口している。各塗布部３２および各汲上げ部３３は、互いに隣設する冷却器２の間に配置されている。
【００２２】
図１に示すように、駆動要素４は回転軸６０の一端部側（図１中右端部）に一体化されている。図２に示すように、駆動要素４は、中空の略リング状をなし、軸方向を図１中左右に向けている。駆動要素４の軸心には、回転軸６０が一体化されている。駆動要素４の内部は、回転軸６０を中心として放射状に延びる複数の隔壁４０によって、複数の液槽４１が区画形成されている。駆動要素４の周壁４２には各液槽４１に対して一つずつの開口が貫通形成されている。この開口を流体入口４３と呼ぶ。液槽４１は流体入口４３を介して外部（処理室１６の内部）に連絡している。つまり液槽４１は、流体入口４３を通じて処理室１６の内部に作動液体９を出し入れ可能である。液槽４１は本発明の回転装置における入力部に相当する。なお、液槽４１の容積は、作動流体の流量、比重、および、駆動要素４の回転に必要なトルクに応じて適宜設定できる。
【００２３】
＜回転装置の動作＞
第１通路１３を介して処理室１６に作動液体９が供給されると、図２および図３に示すように、重力により下方に滴下した作動液体９は流体入口４３を介して液槽４１に流入する。つまり、液槽４１（入力部）は作動流体９を受ける。図４に示すように、所定量の作動液体９が液槽４１に溜まると、液槽４１に溜まった作動流体９の位置エネルギにより、駆動要素４が回転軸６０を中心として図２中方向（図３〜５中時計回り）に回転する。このとき、回転軸６０に一体化されている回転要素３もまた駆動要素４とともに回転する。表面要素２には回転軸６０が挿通されているだけであり、表面要素２は処理室１６に対して固定されているため、表面要素２はこのとき回転しない。図５に示すように、駆動要素４が所定角度回転すると、液槽４１に溜まった作動流体９は流体入口４３を経て液槽４１の外部に流出し、処理室１６の底部つまり貯槽部１０に溜まる。このとき他の液槽４１が第１通路１３の下方に配置され、作動流体９を受ける。各液槽４１は駆動要素４の回転に伴って、作動流体９を溜める過程と放出する過程とを繰り返す。
【００２４】
図１に示すように、回転要素３が回転すると、回転要素３の汲上げ部３３もまた回転し、貯槽部１０を出入りする。貯槽部１０に入った汲上げ部３３は、回転により、貯槽部１０に溜まった作動液体９を汲み上げて冷却器２の塗布対象面２１にふりかける。このとき回転要素３の塗布部３２もまた回転し、冷却器２の塗布対象面２１に沿って移動する。これにより塗布対象面２１に存在する作動液体９を塗布対象面２１において塗り広げて、広面積化させることができる。作動液体９は比較的高粘度の液体であり処理室１６内の希釈剤（水蒸気）と混ざり難いが、作動液体９が広面積化されることで作動液体９と希釈剤との接触面積が増大する。また、作動液体９を塗布対象面２１上で広面積化することで、作動液体９（吸収液）と希釈剤（水蒸気）との反応により生じた熱を、冷却器２内部の冷却室２０を流通する冷媒により熱交換し易くなる。なお、冷媒は冷媒供給部５から供給通路５１を介して冷却室２０に供給される。また、排出通路５２を介して冷却室２０から冷媒供給部５に戻される。冷媒供給部５に戻された冷媒は冷媒供給部５で冷却された後、冷媒供給部５から供給通路５１を介して再び冷却室２０に供給される。貯槽部１０には、処理室１６の内外を連絡する連絡路１８が設けられている。連絡路１８には必要に応じてポンプ１９（搬送源）を設けることができる。ポンプ１９が駆動すると、処理室１６の貯槽部１０に溜まった作動液体９が、連絡路１８を通じて処理室１６の外部に輸送される。よって作動流体９は処理室１６を流通する。
【００２５】
実施形態の回転装置によると、駆動要素４を回転させるための動力源として処理室１６に供給される作動流体９を用い、回転要素３を駆動要素４に従動させることで、モータ等を必要とせず回転要素３を回転させている。また、作動流体９を動力源として用いることで、駆動要素４、回転要素３、回転軸６０の全てを処理室１６内部に配設している。このため、軸シールの必要もない。
【００２６】
参考までに、実施形態においては作動液体９として、比重１．７の臭化リチウム溶液を使用し、処理室１６内部への作動液体９の流速（つまり、液槽４１で受ける作動液体９の流速）を１０Ｌ／分（１７ｋｇ／分）とした。また、駆動要素４が常時回転するのに必要なトルクを約１Ｎ／ｍとした。例えば駆動要素４の回転半径を０．２ｍとした場合、液槽４１への作動流体９の流入開始から約２秒で液槽４１に０．３Ｌの作動液体９が溜まり、駆動要素４の回転が開始する。駆動要素４は同形状且つ等間隔で開口する４つの液槽４１を持ち、各々の液槽４１に作動液体９が溜まると１／４回転する。この駆動要素４は８ｒｐｍで回転し続ける。なお、例えば真空雰囲気下等、動摩擦係数が著しく小さい場合には、作動流体９の運動エネルギにより駆動要素４の回転数はさらに増大する。回転軸６０と軸支孔６２との間に、例えば軸受け（ベアリング）等の摺動部材を介装することで、摩擦抵抗をさらに低減することも可能である。
【００２７】
ところで、回転軸６０と軸支孔６２との摩擦抵抗は、回転開始時（静摩擦抵抗）に比べて回転開始後（動摩擦抵抗）の方が小さい。このため、駆動要素４の回転が一度始まると、その後は処理室１６を出入りする作動液体９の運動エネルギによって駆動要素４の回転を維持できる。この場合、回転開始後には入力部すなわち液槽４１に作動液体９が溜まらない場合もある。つまり本発明の回転装置においては、入力部は作動液体９を溜めなくても良い。例えば、入力部を単なるフィン状にしても良い。この場合には、作動流体の流量や流速を高める等すれば、回転開始時における回転軸６０と軸支孔６２との摩擦抵抗に抗することができる。さらに、処理室１６に流通する作動液体９の流量が多い場合等には、作動液体９の一部のみを入力部が受けるようにし、他の作動液体９を表面要素や回転要素３が受けるようにしても良い。
【００２８】
実施形態において駆動要素４は一のみであったが、駆動要素４の数や大きさ、回転要素３に対する位置は、回転装置毎に適宜設定すれば良い。
【００２９】
＜吸収式ヒートポンプ＞
一般的な吸収式ヒートポンプの概念を表す図６を用いて、実施形態の吸収式ヒートポンプを説明する。実施形態の吸収式ヒートポンプは、吸収器以外は一般的な吸収式ヒートポンプと同様に構成されている。なお、図６においては、実施形態の吸収式ヒートポンプへの更なる理解を促すため、一般的な吸収式ヒートポンプにおける吸収器に表面要素２、回転要素３、駆動要素４を描き加えた。作動流体９０は水である。
【００３０】
吸収式ヒートポンプ（吸収式冷凍機）１００は、凝縮室１０１を有する凝縮器１０２と、高真空状態に維持されている蒸発室１１１を有する蒸発器１１２と、処理室１２０を有する吸収器１１０と、再生室１３１を有する再生器１３２とを有する。更に、再生器１３２の再生室１３１と吸収器１の処理室１２０とを繋ぐ吸収液供給路１４２（図１における第１通路１３）が設けられている。蒸発器１１２の蒸発室１１１と吸収器１１０の処理室１２０とを繋ぐ水蒸気供給路１４０が設けられている。
【００３１】
図６に示すように、凝縮器１０２は冷水が流通する冷却パイプ１０３を有する。凝縮器１０２では、再生器１３２から流路１５１を介して供給された水蒸気を、冷却パイプ１０３で冷却し凝縮させて液相水に相変化させるとともに、凝縮潜熱を得る。凝縮器１０２で形成された凝縮水（すなわち液相水）は、流路１５２を介して蒸発器１１２に移動する。流路１５２にはバルブ１９２が設けられ、蒸発器１１２に供給する液相水の流量を調整可能である。蒸発器１１２では、流路１５２の孔から液相水が蒸発室１１１に滴下する。滴下された液相水は、直接（または蒸発器１１２に回転装置を配設する場合には回転要素３に輸送されて）、熱交換器１１３の熱交換面２５に到着する。熱交換器１１３には、冷水（クーラント）が流通している。蒸発器１１２の内部は真空雰囲気であるため低温であり、熱交換器１１３を流通する冷水は、これに比べると温かい。このため、熱交換面２５は冷水により温められている。熱交換面２５に付着した液相水は、高真空状態の蒸発室１１１において熱交換面２５に温められて水蒸気となる。このように蒸発器１１２では、凝縮器１０１で形成された凝縮水である液相水を蒸発させて水蒸気に相変化させるとともに、気化潜熱（吸熱作用）を得る。この気化潜熱によって熱交換面２５が冷却され、熱交換器１１３を流通する冷水は冷却される。冷却された冷水は、熱交換器１１３により空調器１９０に輸送され、外気と熱交換（冷房作用）して温められ、熱交換器１１３に戻される。蒸発器１１２で蒸発した水蒸気は、水蒸気供給路１４０（図１における第２通路１４）を介して吸収器１１０の吸収処理室１２０に供給される。
【００３２】
吸収器１１０では、高濃度の吸収液（作動液体９）が、吸収液供給路１４２から重力により滴下する。駆動要素４は滴下した吸収液を受けて回転し、回転要素３が駆動される。回転した回転要素３は吸収液を汲み上げ、表面要素２にふりかけ、表面要素２の塗布表面２１に塗り広げる。吸収液は、吸収処理室１２０において水蒸気（希釈剤）を吸収し、希釈吸収液９ｃとなる。希釈吸収液９ｃは、流路１４６のポンプ１８０を介して再生器１３２の再生室１３１に移動する。再生室１３１に移動した希釈吸収液９ｃは、排気ガス或いは燃焼バーナや電気ヒータ等の熱源１６０により加熱され、吸収液と水蒸気とに分離する。この水蒸気は、流路１５１から凝縮器１０２に供給される。これにより希釈吸収液９ｃは再生室１３１において濃縮されて高濃度の吸収液となる。再生された高濃度の吸収液は、再生室１３１から吸収液供給路１４２を介して再び吸収器１１０に戻される。
【００３３】
このように吸収式ヒートポンプでは、凝縮器１０２で生じる凝縮熱により加熱作用が得られる。また、蒸発器１１２で生じる気化潜熱により吸熱作用（冷却作用）が得られる。
【００３４】
（その他）本発明は上記し且つ図面に示した実施形態のみに限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できる。
【符号の説明】
【００３５】
１は基体、２は表面要素、３は回転要素、４は駆動要素、９は作動液体、１０は貯槽部、１６は処理室、２１は塗布対象面、３２は塗布部、３３は汲上げ部、４１は入力部（液槽）、６０は回転軸を示す。
【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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