JPH04234600A - 圧力波機械のロータ - Google Patents
圧力波機械のロータInfo
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- JPH04234600A JPH04234600A JP3210606A JP21060691A JPH04234600A JP H04234600 A JPH04234600 A JP H04234600A JP 3210606 A JP3210606 A JP 3210606A JP 21060691 A JP21060691 A JP 21060691A JP H04234600 A JPH04234600 A JP H04234600A
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- JP
- Japan
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- rotor
- hub
- pressure wave
- cells
- compartment
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Links
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04F—PUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
- F04F13/00—Pressure exchangers
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Supercharger (AREA)
- Centrifugal Separators (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、第１のガス状媒体を第
２のガス状媒体の圧力波によって圧縮すべく運転中に前
記２種のガス状媒体を受け入れるために特定された、ロ
ータ全周に均等に分配して配置された複数の羽根隔室を
備えた、圧力波機械のロータに関するものである。
２のガス状媒体の圧力波によって圧縮すべく運転中に前
記２種のガス状媒体を受け入れるために特定された、ロ
ータ全周に均等に分配して配置された複数の羽根隔室を
備えた、圧力波機械のロータに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】圧力波機械では、該圧力波機械を内燃機
関用の過給機として使用する場合には周辺外気が過給空
気として圧縮され、また該圧力波機械をガスタービンの
高圧圧縮機段として使用する場合には予圧縮された空気
が高圧タービン部分用の駆動ガスを発生させるために更
に圧縮される。その場合空気の圧縮はロータ内で行なわ
れ、該ロータの外周は、当今の実施態様では、軸平行に
延びる複数の羽根隔室を有し、該羽根隔室内で空気は、
固定的な隔離エレメントなしに、エンジンの排ガス又は
、ターボ群の燃焼室から分岐された駆動ガスと直接接触
させられる。羽根隔室内への、又は羽根隔室からの空気
とガスの入口と出口とを制御するためにロータの両端面
には、圧力波プロセスに関与する両媒体の流入及び／又
は流出用の通路を有するケーシングが設けられている。 圧縮すべき空気の充満した羽根隔室が高圧ガス入口の前
に達すると、圧力波は当該羽根隔室内へ流入して該羽根
隔室内の空気を圧縮する。この圧力波は、該羽根隔室が
高圧空気出口を通過すると直ちに、該羽根隔室の端部に
到達する。空気は其処で押し出され、該羽根隔室にはそ
の場合ガスが完全に充填された状態にある。ロータが更
に回転すると膨張波によって、ガスは当該羽根隔室から
再び排出され、新気が吸込まれ、次いで圧縮動作が反復
される。
関用の過給機として使用する場合には周辺外気が過給空
気として圧縮され、また該圧力波機械をガスタービンの
高圧圧縮機段として使用する場合には予圧縮された空気
が高圧タービン部分用の駆動ガスを発生させるために更
に圧縮される。その場合空気の圧縮はロータ内で行なわ
れ、該ロータの外周は、当今の実施態様では、軸平行に
延びる複数の羽根隔室を有し、該羽根隔室内で空気は、
固定的な隔離エレメントなしに、エンジンの排ガス又は
、ターボ群の燃焼室から分岐された駆動ガスと直接接触
させられる。羽根隔室内への、又は羽根隔室からの空気
とガスの入口と出口とを制御するためにロータの両端面
には、圧力波プロセスに関与する両媒体の流入及び／又
は流出用の通路を有するケーシングが設けられている。 圧縮すべき空気の充満した羽根隔室が高圧ガス入口の前
に達すると、圧力波は当該羽根隔室内へ流入して該羽根
隔室内の空気を圧縮する。この圧力波は、該羽根隔室が
高圧空気出口を通過すると直ちに、該羽根隔室の端部に
到達する。空気は其処で押し出され、該羽根隔室にはそ
の場合ガスが完全に充填された状態にある。ロータが更
に回転すると膨張波によって、ガスは当該羽根隔室から
再び排出され、新気が吸込まれ、次いで圧縮動作が反復
される。
【０００３】圧力波機械のプロセスにとって決定的な臨
界的事情は、羽根隔室の寸法を任意に大きくすることは
できず、任意に大きくした場合には必ず圧力波機械のプ
ロセスに不都合な影響をおよぼすことになり、出力の異
なった圧力波機械の場合にはその都度異なった直径のロ
ータを準備しなければならない点にある。
界的事情は、羽根隔室の寸法を任意に大きくすることは
できず、任意に大きくした場合には必ず圧力波機械のプ
ロセスに不都合な影響をおよぼすことになり、出力の異
なった圧力波機械の場合にはその都度異なった直径のロ
ータを準備しなければならない点にある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、冒頭
で述べた形式の圧力波機械のロータにおいて、該圧力波
機械内で行なわれるプロセスに不都合な影響をおよぼす
ことなしに羽根隔室を任意に大きくすることができるよ
うに羽根隔室を構成することである。
で述べた形式の圧力波機械のロータにおいて、該圧力波
機械内で行なわれるプロセスに不都合な影響をおよぼす
ことなしに羽根隔室を任意に大きくすることができるよ
うに羽根隔室を構成することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
の構成手段は、ロータ羽根隔室がロータの回転軸線に対
して垂直な平面内に延びている点にある。
の構成手段は、ロータ羽根隔室がロータの回転軸線に対
して垂直な平面内に延びている点にある。
【０００６】
【作用】本発明の顕著な利点は、羽根隔室が開いた場合
にコリオリ力に基づいて混合プロセスが同一平面内で行
なわれることである。従って羽根隔室の寸法が周方向で
だけ小さく保たれればよく、羽根隔室の軸方向寸法はい
かなる制約も受けない訳である。これによって従来公知
のほぼ正方形の羽根隔室に対比して摩擦抵抗と熱伝達を
低下させることが可能になる。更に、異なった出力の圧
力波機械は、直径が等しいとすれば、単にロータ長だけ
を変化させることによって製造することができる。
にコリオリ力に基づいて混合プロセスが同一平面内で行
なわれることである。従って羽根隔室の寸法が周方向で
だけ小さく保たれればよく、羽根隔室の軸方向寸法はい
かなる制約も受けない訳である。これによって従来公知
のほぼ正方形の羽根隔室に対比して摩擦抵抗と熱伝達を
低下させることが可能になる。更に、異なった出力の圧
力波機械は、直径が等しいとすれば、単にロータ長だけ
を変化させることによって製造することができる。
【０００７】本発明の別の利点は、回転座標系内で半径
方向運動によって特に生じるコリオリ力を、羽根隔室を
周方向に適正に湾曲することによってプロセスの個々の
位相について完全に、又は部分的に補償することができ
ることである。
方向運動によって特に生じるコリオリ力を、羽根隔室を
周方向に適正に湾曲することによってプロセスの個々の
位相について完全に、又は部分的に補償することができ
ることである。
【０００８】本発明の課題を解決するための構成手段の
有利な実施態様は、請求項２以降に記載されている。
有利な実施態様は、請求項２以降に記載されている。
【０００９】
【実施例】次に図面に基づいて本発明の実施例を詳説す
る。なお本発明を理解する上で直接必要としないすべて
の構成エレメントの図示はここでは省いた。図１と図２
において同一の構成エレメントには同一の符号を付した
。また媒体の流動方向は矢印で示されている。
る。なお本発明を理解する上で直接必要としないすべて
の構成エレメントの図示はここでは省いた。図１と図２
において同一の構成エレメントには同一の符号を付した
。また媒体の流動方向は矢印で示されている。
【００１０】図１に示した羽根隔室式ロータ１は中空の
内部部分から成り、かつ該羽根隔室式ロータ１の回転軸
線に対して垂直な平面内にロータ羽根隔室２を支持して
いる。ロータ本体は一方の側にハブ３を有し、該ハブは
冷却流又は通過流の流動理由に基づいて孔を有している
。前記ハブ３は所定数の結合部材４を介してロータ羽根
隔室２の軸方向制限体と結合されている。この場合、流
動媒体の流入は矢印５，５ａに従って、また流動媒体の
流出は矢印６，６ａに従って、やはり羽根隔室式ロータ
１の回転軸線に対して垂直な方向に行なわれる。この構
成手段によって羽根隔室開放時には、かつ、ロータ羽根
隔室２の配置・構成によって生じるコリオリ力に基づい
て混合プロセスを同一平面内で行なわせることが可能に
なり、このことは殊にエネルギ交換プロセスにとって極
めて有利に作用する。従って前記の事実から出発すれば
ロータ羽根隔室の寸法は周方向でだけ小さくされればよ
く、他面においてロータ羽根隔室の軸方向寸法には如何
なる制限も与えられない。これによって、従来技術によ
るほぼ正方形のロータ羽根隔室に対比して摩擦抵抗及び
熱伝達を減少させることが可能である。従って異なった
出力の圧力波機械は単に羽根隔室式ロータ１の長さを変
化させることだけで得られ、直径を変化させる必要はな
い。これによって、よりコンパクトな構造系列が開発さ
れ、該羽根隔室式ロータ１の使用可能性も、比較になら
ないほど増大する。それというのは、大抵の場合羽根隔
室１の直径増大は、手に余る構造上の対策を要求するか
らである。前記結合部材４の幾何学上の構成に関しては
、図２に示した実施例に関連して説明する。
内部部分から成り、かつ該羽根隔室式ロータ１の回転軸
線に対して垂直な平面内にロータ羽根隔室２を支持して
いる。ロータ本体は一方の側にハブ３を有し、該ハブは
冷却流又は通過流の流動理由に基づいて孔を有している
。前記ハブ３は所定数の結合部材４を介してロータ羽根
隔室２の軸方向制限体と結合されている。この場合、流
動媒体の流入は矢印５，５ａに従って、また流動媒体の
流出は矢印６，６ａに従って、やはり羽根隔室式ロータ
１の回転軸線に対して垂直な方向に行なわれる。この構
成手段によって羽根隔室開放時には、かつ、ロータ羽根
隔室２の配置・構成によって生じるコリオリ力に基づい
て混合プロセスを同一平面内で行なわせることが可能に
なり、このことは殊にエネルギ交換プロセスにとって極
めて有利に作用する。従って前記の事実から出発すれば
ロータ羽根隔室の寸法は周方向でだけ小さくされればよ
く、他面においてロータ羽根隔室の軸方向寸法には如何
なる制限も与えられない。これによって、従来技術によ
るほぼ正方形のロータ羽根隔室に対比して摩擦抵抗及び
熱伝達を減少させることが可能である。従って異なった
出力の圧力波機械は単に羽根隔室式ロータ１の長さを変
化させることだけで得られ、直径を変化させる必要はな
い。これによって、よりコンパクトな構造系列が開発さ
れ、該羽根隔室式ロータ１の使用可能性も、比較になら
ないほど増大する。それというのは、大抵の場合羽根隔
室１の直径増大は、手に余る構造上の対策を要求するか
らである。前記結合部材４の幾何学上の構成に関しては
、図２に示した実施例に関連して説明する。
【００１１】図２の側面図では、図１に示した同一の羽
根隔室式ロータ１が示されている。回転座標系における
半径方向運動の場合、殊にコリオリ力が生じる。特に図
２から良く判るように、ロータ羽根隔室２を周方向に適
正に湾曲することによって、エネルギ交換プロセスの個
々の位相に対して、前記コリオリ力、もしくは該コリオ
リ力によって惹起される混合プロセスは完全に又は部分
的に補償される。この場合に重要な点は、ロータ羽根隔
室２の湾曲が回転方向に凸面状を成していることである
。これによって前述の要件が満たされる。このように羽
根隔室式ロータ１を構成した場合、比較的熱いロータ周
壁１ａと比較的冷たいハブ３との間に大きな熱膨張差が
生じる。この大きな熱膨張差は、結合部材を所謂弾性的
に構成することによって補償することができる。すなわ
ち該結合部材は、羽根隔室式ロータの放射相称歪みに対
してだけ軟性であって、熱い区域から冷たい区域へ応力
ピークを変位させうるように成形されている。このよう
に構成した場合の第１の利点は、ハブ３を低温に保つこ
とができるので、ロータ周壁１ａだけを耐熱材料で製作
すればよいことである。更に使用材料の膨張係数を異な
らせることも可能である。また（運転状態の変化又は緊
急遮断に基づく）極めて急速な温度変動も応力の問題な
しに克服することができる。それというのは温度バラン
スを予測する必要がないからである。また前記結合部材
は、放射相称でないすべての変形に対して極めて高い曲
げ剛さを有しているので、固有周波数を伴う付加的な問
題が生じることはない。本発明の結合部材４（スポーク
）の幾何学的形状は次のように選ばれる。すなわち：（
ａ）遠心力と異なった熱膨張とに基づく応力が冷たいハ
ブにおいて重畳するのに対して、熱い羽根隔室式ロータ
１では部分的に補償されるようにする。
根隔室式ロータ１が示されている。回転座標系における
半径方向運動の場合、殊にコリオリ力が生じる。特に図
２から良く判るように、ロータ羽根隔室２を周方向に適
正に湾曲することによって、エネルギ交換プロセスの個
々の位相に対して、前記コリオリ力、もしくは該コリオ
リ力によって惹起される混合プロセスは完全に又は部分
的に補償される。この場合に重要な点は、ロータ羽根隔
室２の湾曲が回転方向に凸面状を成していることである
。これによって前述の要件が満たされる。このように羽
根隔室式ロータ１を構成した場合、比較的熱いロータ周
壁１ａと比較的冷たいハブ３との間に大きな熱膨張差が
生じる。この大きな熱膨張差は、結合部材を所謂弾性的
に構成することによって補償することができる。すなわ
ち該結合部材は、羽根隔室式ロータの放射相称歪みに対
してだけ軟性であって、熱い区域から冷たい区域へ応力
ピークを変位させうるように成形されている。このよう
に構成した場合の第１の利点は、ハブ３を低温に保つこ
とができるので、ロータ周壁１ａだけを耐熱材料で製作
すればよいことである。更に使用材料の膨張係数を異な
らせることも可能である。また（運転状態の変化又は緊
急遮断に基づく）極めて急速な温度変動も応力の問題な
しに克服することができる。それというのは温度バラン
スを予測する必要がないからである。また前記結合部材
は、放射相称でないすべての変形に対して極めて高い曲
げ剛さを有しているので、固有周波数を伴う付加的な問
題が生じることはない。本発明の結合部材４（スポーク
）の幾何学的形状は次のように選ばれる。すなわち：（
ａ）遠心力と異なった熱膨張とに基づく応力が冷たいハ
ブにおいて重畳するのに対して、熱い羽根隔室式ロータ
１では部分的に補償されるようにする。
【００１２】（ｂ）外側の接続点（羽根隔室式ロータ）
では熱応力が遠心力応力の約半分の大きさになるように
する。
では熱応力が遠心力応力の約半分の大きさになるように
する。
【００１３】結合部材４の幾何学的形状をこのように選
ぶことによって、始動状態（冷えた羽根隔室式ロータを
定格回転数で運転開始する状態）から出発して、羽根隔
室式ロータの温度上昇に伴って応力がハブ３においては
増大し、羽根隔室式ロータ１では減少することが保証さ
れている。このことは、温度上昇に伴う材料の負荷耐性
の低下を考慮するものである。熱応力と遠心力応力との
比を特別に選択することによって、羽根隔室式ロータが
高熱状態にあっても全回転数範囲にわたって外側接続点
における応力レベルが遠心力応力の１／２の値を上回る
ことがないようにすることが保証される。これが特に重
要になるのは、緊急遮断の場合や、エンジン駆動式車両
において本発明の羽根隔室式ロータ１を圧力波機械とし
て採用する場合のように、運転中に強い変動に曝される
機械の場合である。
ぶことによって、始動状態（冷えた羽根隔室式ロータを
定格回転数で運転開始する状態）から出発して、羽根隔
室式ロータの温度上昇に伴って応力がハブ３においては
増大し、羽根隔室式ロータ１では減少することが保証さ
れている。このことは、温度上昇に伴う材料の負荷耐性
の低下を考慮するものである。熱応力と遠心力応力との
比を特別に選択することによって、羽根隔室式ロータが
高熱状態にあっても全回転数範囲にわたって外側接続点
における応力レベルが遠心力応力の１／２の値を上回る
ことがないようにすることが保証される。これが特に重
要になるのは、緊急遮断の場合や、エンジン駆動式車両
において本発明の羽根隔室式ロータ１を圧力波機械とし
て採用する場合のように、運転中に強い変動に曝される
機械の場合である。
【００１４】スポークとして構成された前記結合部材４
はハブ３に接線方向に導かれており、この場合前記スポ
ーク４はロータ周壁１ａに達するまで湾曲して延びるよ
うに保たれている。この湾曲形状は、前記の応力上の技
術的観点に基づいて羽根隔室式ロータ１の回転方向ωに
対して凹面状に保たれているのが殊に有利である。スポ
ーク４の本数と材料強度は、羽根隔室式ロータ１の各サ
イズ並びに、該羽根隔室式ロータ１が曝される動的な応
力に関連している。
はハブ３に接線方向に導かれており、この場合前記スポ
ーク４はロータ周壁１ａに達するまで湾曲して延びるよ
うに保たれている。この湾曲形状は、前記の応力上の技
術的観点に基づいて羽根隔室式ロータ１の回転方向ωに
対して凹面状に保たれているのが殊に有利である。スポ
ーク４の本数と材料強度は、羽根隔室式ロータ１の各サ
イズ並びに、該羽根隔室式ロータ１が曝される動的な応
力に関連している。
【図１】羽根隔室式ロータの横断面図である。
【図２】湾曲した羽根を有する羽根隔室式ロータの側面
図である。
図である。
Claims (4)
- 【請求項１】 第１のガス状媒体を第２のガス状媒体
の圧力波によって圧縮すべく運転中に前記２種のガス状
媒体を受け入れるために特定された、ロータ全周に均等
に分配して配置された複数の羽根隔室を備えた、圧力波
機械のロータにおいて、ロータ羽根隔室（２）がロータ
（１）の回転軸線に対して垂直な平面内に延びているこ
とを特徴とする、圧力波機械のロータ。 - 【請求項２】 ロータ羽根隔室（２）が回転方向（ω
）に凸面状の湾曲形状を有している、請求項１記載のロ
ータ。 - 【請求項３】 ロータ（１）がハブ（３）を有し、該
ハブとロータ（１）のロータ周壁（１ａ）との結合部材
が、前記ハブ（３）に対して接線方向に係合する複数本
のスポーク（４）によって形成されている、請求項１記
載のロータ。 - 【請求項４】 スポーク（４）が回転方向（ω）に凹
面状又はほぼ凹面状の湾曲形状を有している、請求項４
記載のロータ。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| EP90116313A EP0472748A1 (de) | 1990-08-25 | 1990-08-25 | Rotor einer Druckwellenmaschine |
| CH90116313.9 | 1990-08-25 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04234600A true JPH04234600A (ja) | 1992-08-24 |
Family
ID=8204373
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3210606A Pending JPH04234600A (ja) | 1990-08-25 | 1991-08-22 | 圧力波機械のロータ |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5154583A (ja) |
| EP (1) | EP0472748A1 (ja) |
| JP (1) | JPH04234600A (ja) |
| KR (1) | KR920004734A (ja) |
| CA (1) | CA2049438A1 (ja) |
| RU (1) | RU2013666C1 (ja) |
Families Citing this family (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5546814A (en) * | 1994-10-26 | 1996-08-20 | The Foxboro Company | Parallel-flow coriolis-type mass flowmeter with flow-dividing manifold |
| AU7049200A (en) | 1999-04-26 | 2000-11-21 | Advanced Research And Technology Institute, Inc. | Wave rotor detonation engine |
| WO2002004794A2 (en) | 2000-07-06 | 2002-01-17 | Advanced Research & Technology Institute | Partitioned multi-channel combustor |
| AU2002356501A1 (en) | 2001-07-06 | 2003-03-24 | Advanced Research And Technology Institute | Rotary ejector enhanced pulsed detonation system and method |
| DE102009023217B4 (de) * | 2009-05-29 | 2014-08-28 | Benteler Automobiltechnik Gmbh | Gebaute Nabe für einen Druckwellenlader |
| US9618013B2 (en) | 2013-07-17 | 2017-04-11 | Rotational Trompe Compressors, Llc | Centrifugal gas compressor method and system |
| US9919243B2 (en) * | 2014-05-19 | 2018-03-20 | Carnot Compression, Llc | Method and system of compressing gas with flow restrictions |
| US11209023B2 (en) | 2017-02-10 | 2021-12-28 | Carnot Compression Inc. | Gas compressor with reduced energy loss |
| US11835067B2 (en) | 2017-02-10 | 2023-12-05 | Carnot Compression Inc. | Gas compressor with reduced energy loss |
| US10359055B2 (en) | 2017-02-10 | 2019-07-23 | Carnot Compression, Llc | Energy recovery-recycling turbine integrated with a capillary tube gas compressor |
| US11725672B2 (en) | 2017-02-10 | 2023-08-15 | Carnot Compression Inc. | Gas compressor with reduced energy loss |
Family Cites Families (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| US2440865A (en) * | 1944-08-26 | 1948-05-04 | Frank W Lynch | Compressor |
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| US2766928A (en) * | 1949-07-25 | 1956-10-16 | Jendrassik Developments Ltd | Pressure exchangers |
| DE955557C (de) * | 1953-04-05 | 1957-01-03 | Max Adolf Mueller Dipl Ing | Gasturbinentriebwerk mit Zellenradschleuse und isochorer Eindverdichtung |
| US3101168A (en) * | 1961-06-15 | 1963-08-20 | Ite Circuit Breaker Ltd | Aerodynamic wave machine formed rotor blades to minimize thermal stress |
| CH405827A (de) * | 1963-07-10 | 1966-01-15 | Bbc Brown Boveri & Cie | Zellenrad für Druckwellenmaschinen |
-
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