(57)【要約】      （修正有）【課題】大きなエネルギーを投入する事無く、大きな圧縮力を実現する。【解決手段】対数曲線を用いる事によって、大きなエネルギーを投入する事無く、大きな圧縮力を実現する最良なる手段であり、区同軸を必要以上に回転する事無く断熱圧縮による気体の温度上昇を抑えながら圧縮する事が更なる省エネルギーとなる。また、圧縮気体のポートを１箇所に限定し、所望圧力排出後吸入工程においてシリンダ内に高速気体流入が有る事は、断熱拡散と同等であり、シリンダ内の温度を吸収し、温度を下げる事は断熱圧縮における気体温度の上昇を抑圧する。チェックバルブによって、気圧切り替え後所望の圧力タンクに貯蔵し、圧力保存はエネルギー保存と等価であり、その気体圧力によって発電等多義にわたるエネルギーを発生させる事が可能な装置である。また、低回転駆動軸として風力による風車回転装置からの駆動エネルギーは最適であると思われる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
数学的計算方法としての対数を用いた、平面的カム、立体的カム、対数によるネジ溝を用いた機構において、その周動、圧縮、連携リンク機構を用いて気体の圧縮を行う機構とそれに付帯する装置。
【請求項２】
請求項１の圧縮を実施する装置として既に述べた運動に連携する装置としてのシリンダとピストンによって構成される気体圧縮装置。
【請求項３】
圧縮シリンダに適当なる圧力を有する気体を圧入し、その気体圧力によってシリンダロッドを駆動し、対数を用いた、平面的カム、立体的カム、対数によるネジ溝を用いた機構による、対数運動発生装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は対数を用いた気体圧縮装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
気体を圧縮する事により様々な産業分野で大きな力或いは回転力を発生させる事が可能になり、製造業にとっては無くてはならない存在である。
一般的にはコンプレッサーという名称が使われている。また、コンプレッサーの種類は多品種にわたるが、レシプロ、ロータリーのタイプが多く使用されている。
【０００３】
これらのコンプレッサーは気体をシリンダー内に取り込み、シリンダー体積を変化させる事により気体圧縮を実施しているが、クランク或いは傾斜回転する円盤によって取り込んだ気体を圧縮するのみで、圧縮工程においてはピストンが単純に規定ストローク内を往復運動するのみである。
【０００４】
気体を圧縮すれば、気体分子運動が盛んになり結果として多くの熱を発生する。この圧縮に伴う熱の発生は該当気体の熱膨張係数に従って圧縮工程でありながら、熱膨張に打勝たなければならないと言う矛盾が発生する。この矛盾は圧縮工程における損失として、コンプレッサーを駆動する原動機に大きな負担が掛かる。
【０００５】
圧縮工程において、対数を用いたピストンの圧縮動作速度を用いる事によって気体圧縮時の発熱が大きく抑えられる事が判明した。この事実は気体圧縮に伴う気体膨張係数が軽減されることであり、駆動原動機の負担が軽くなる。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】ボイル・シャルルの法則
【非特許文献２】「理科年表」丸善  ２０００年
【非特許文献３】フェルミ(加藤正昭訳)「熱力学」三省堂1973年
【非特許文献４】佐々真一「熱力学入門」共立出版2000年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
気体圧縮工程において通常のコンプレッサは、主たる構成部品であるシリンダ、ピストンと往復運動のためのピストンの連結ロッドより構成され、シリンダ内壁との摩擦抵抗軽減のためにピストンリング、Oリング、低摩擦樹脂等或いは潤滑油を用いて摩擦における温度上昇を低減する工夫がなされている。しかしながら、圧縮主体であるピストンは圧縮工程の最初から最後まで等速運動である。所望する圧力に到達以前から到達圧力時に必要とされるであろうトルクを供給している。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この様な無駄なトルクを対数に準じたシリンダの圧縮肯定に取り入れる事により、低トルクな原動機を用いる事が出来る。さらに、カム方式での対数圧縮以外にネジジャッキ方式を用いれば、原動機の軸出力を大幅に落としたトルクであっても、ネジ機構自体が減速機の役割を果たし大トルクを必要とする気体の高圧縮を実現可能である。
カム式対数圧縮を実施するうえで低圧縮から高圧縮に移行する時間軸は比較的高速であるが、断熱圧縮時の気体密度変化は対数変化であるため通常いわれる断熱圧縮に伴う発熱量は低い値となる。
【０００９】
ネジ機構を対数に従ってネジピッチを変化させたクロスネジを作成して、シリンダの中を移動するピストンが往復で対数に従った動きをする事により、プッシュプル動作の気体圧縮が可能となる。対数ネジ機構を用いた往復動作気体圧縮機構はネジ機構計算に伴う減速比率が発生するが、圧縮工程のほぼ中間点が最も少ないトルクで気体圧縮が実現出来極めて省エネルギーの圧縮機となる。
【発明の効果】
【００１０】
一般的に気体圧縮を行う場合、特に顕著なシリンダによる圧縮機において圧縮機構を稼動させる原動機はそのストローク全般に原動機の持つパワーを全投入しているのが現状であるが、対数圧縮を用いた場合表１、図１から明らかなように圧縮工程の終盤において最もトルクを必要としているが、カムは円周上を周動する機構であるため駆動軸と作用点の比率で応力は変化する。
【００１１】
対数変化をネジピッチとした構造の場合は、円周上にネジ溝が設けて有るため、駆動軸１回転当りに進むピッチで対数を表現できる。１回転に進む距離が対数に応じて変化するため、対数減速機構とも表現できる。また、クロスネジとして応用する場合には、往復で対数に一致するネジ溝が設けて有るため、往復での圧縮が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１はピストン位置とシリンダ内圧縮比率を示した説明図である。
【図２】図２は対数比率に従い同心円を描画した軌跡を示した説明図である。
【図３】図３は周回角度と対数との交点をスプライン曲線で接続した軌跡の説明図である。
【図４】図４は図３より軌跡抽出して得た図形を示した説明図である。
【図５】図５は対数カムと圧縮シリンダのアッセンブリ実装した説明図である。
【図６】図６は１方向の対数によるスパイラルスクリューの説明図である。
【図７】図７は双方向の対数によるスパイラルスクリューの説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
希望する気体圧縮率を求め、何分割でその軌跡を求めるかにより表１の如く表を作成しカム構成であるならば、その軌跡に従って同心円と角度の交点をスプライン曲線を用いて順次接続すれば、図３に示す曲線が導き出される。
【００１４】
対数を用いたスパイラルの場合、表１によって導き出された値に従って円柱軸にネジ溝を作成し、軸１回転当りの周動距離が決定される。周動に当ってはネジ溝中を移動する入れ子が必要になるが、周動距離、ネジピッチなどの条件で入れ子のサイズは変化する。
【実施例】
【００１５】
実施例としてカム式対数圧縮について説明する。図１は対数圧縮を実施した場合の気圧変化を図示したものである。その様子を数値化した物が表１であり、圧縮率に圧縮倍率の細分化した数値のべき乗である。
Powerは例えば圧縮率１０において１０％圧縮するに、１０の０．１乗として計算すれば、１．２５８９２５４１の解を得る事が出来る。その場合の圧縮率は、目標圧縮率の０．２０５６７１７７である事は表１より明らかである。
【００１６】
カム式圧縮において最も大きなトルクを発生する部位は軸中心である事は明白である。実用的に考えれば、中心に近い所に最高圧縮率を示すポイントを設定し、その円周上の距離が大きくなるほど駆動力は低下する。
よって、中心最低直径を６０ｍｍとすれば、圧縮率１０と定義した場合、最大直径は６００ｍｍとなる。その様子を示した図が図３である。
【００１７】
図３より得られた軌跡に従い図４対数プロットより得られた図形の１を周動中心軌跡として、さらに、図５対数カム実装図７は周動抵抗を小さくする為にベアリングを使用しているが、嵌め合いにおける微小勘合を含めた幅を持って溝が作成される。
【産業上の利用可能性】
【００１８】
比較的低速回転で大きなエネルギーを消耗することなく、高い効率を示す圧縮装置であり、断熱圧縮方式でありながら圧縮気体が圧縮後半のみに大きく圧縮される事から気体自体が大きく発熱する事がない圧縮方式であり、圧縮気体を積極的に使用して風力発電などへの応用が考えられる。
【符号の説明】
【００１９】
1  対数シリンダ中心軌跡
2  対数シリンダ下死点
3  対数カム取り付け穴 
4  対数シリンダ上死点
5  対数カム本体
6  対数カム駆動シャフト
7  対数カム周動ローラー
8  シリンダピストン接続シャフト
9  シリンダピストン接続シャフトスリーブ
10  シリンダピストン接続シャフトスリーブ固定台
11  圧縮シリンダ
12  圧縮ピストン
13  圧縮シリンダベースプレート
14  取り付け台
15  スパイラルシャフト
16  スパイラルスタートポイント
17  スパイラルエンドポイント
18復路スパイラル溝
【図１】
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【図２】
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【図６】
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【図７】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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