JPH05503975A - 圧力交換装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 圧力交換装置 本発明は、一方の流体流から他方の流体流へ圧力ニネルキーを移転させるための 圧力交換装置の配置に関するものであり、その圧力交換装置は、各々の流体流の ための導入路と排出路を有するハウシング、およびそのハウジウンク円て縦方向 の軸の周囲で回転するように設計された回転子であって、その回転軸の方向で見 て、回転子の一端から他端・＼と延びる少なくともひとつの貫通路を有し、その 回転イーの回転の間、一方の流体のための導入路と排出路とを、そして他方の流 体の排出路と導入路（或いは逆）とを、それぞれ、交互に接続するようにされて いる回転子を含むものである。

ノルウェー国特許（Ｎｏ−ＰＳ）第１６１３４１号およびその他から、Ｊ：、記 の種類の圧力交換装置は知られており、そこでは回転子の各通路はほぼシリンダ 面に沿って延びており、その縦軸は、回転子の縦軸と一致していて、回転子は、 モータによって、あるいは流入および流出する流体の速度がその円周方向におい て異なる要素を育していて、その結果、その流体か回転子に回転モーメントを付 与するという事実により１回転するようにされている。さらにまた、流体流は循 環ポンプにより、あるいは回転する回転子によって達成されている場合もあるう 特に通過する流体流の圧力が低く、かつ容量が大きい場合には、ポンプは、装置 の構造を高価にし、また複雑にするため、回転子の回転か流れを起すようにする 方が有利である。しかし、上記の考えは、この方法にて機能する圧力変換装置が 低い供給圧しか提供できないのに１例えば逆浸透を含む方法のような圧力の回収 を利用するのが望ましい多くの方法では高圧側で高い供給圧を必要とするため、 その応用範囲か限られている。また、この回転子を作動させる方法では、低い始 動回転モーメントしか得られないため、回転子の回転は、流体流と一緒の持ち込 まれる粒子により簡単に妨害される。

大容量の貫通流と低圧力で作動する圧力交換装置もまた知られているが、それら は複雑で、高価である。

本発明の目的は、上記の不利益を持つことのない圧力交換装置を提供することに ある、。

本発明の配置は、特許請求の範囲に示された特徴的要件により明確にされる。

次に、本発明を、本発明に従う配置の各態様の模式図を示す図面を参照しながら 、更に詳しく説明する。

第１図は、本発明に従う圧力交換装置の第一の！ｍを示す斜視図である。

第２図は、第１図の圧力交換装置の斜視図であるが、その交換装置の部品は組立 分解図として示されており、その内の−−１％は断面図で示されている。

第３図は、本発明に従う圧力交換装置の第二の態様を示す斜視図である。

第４図は、回転子の縦軸、および回転子の互いに反対の位置に置かれた二つの通 路に沿った、非常に簡素化した縦断面図を示す。

第５図は、速度図である。

第６図は、本発明に従う圧力交換装置の第三の態様の回転子を示す縦断面図であ る。

第１図および第２図に示されているように、圧力交換装置のひとつの態様は、上 端部品と下端部品、あるいはそれぞれカバー１と２、モしてそわらのカバーの間 に延びているハウジング部品３のフランジ５．６に、フランジに対で供えられて いる孔８を通るスクリュウ（図下なし）により、それぞれ接合されているフラン ジ４．７を存するハウシングを含む。

各々の側のカバー１．２のそれぞれには、導入路９．１１および排出路１０．１ ２か供えられており、その内側の開口、すなわち開口１９．２１，２０．２２は 、ハウシング部品３に対面していて、約１８０度の円周弧に亙るように延びる実 質的に円周あるいは円周の一部の形態にある。各々の（ＱＩｋ７）カバーには回 転軸受１３が供えられており、回転子１５の各端部に設けられているジャーナル １４が装着されている。

回転子１５は円鱈台（ｆｒｕｓｔ、ｏｃｏｎｉｃａｌ）の形状にあり、ハウジン グ部品３内に、その縦軸の周囲で回転するように回転可能に設けられている。回 転子の頂面１７から、その底面へと通路１６が延びており、その通路の中心線は 、回転子の縦軸を含む各面に沿って延びている。回転子の通路の頂面における開 口部の縦軸からの距離は、回転子の通路の底面における開口部の縦軸からの距離 に比へて大きくなっている。従って、回転子の通路は、通路のＩ真向側の関口部 から、縦軸に向って）降するように延びており、通路の中心軸は回転子の端面に 対して実質的に垂直に、カリ近傍まで延びていてることが、ｍｔｚに関しては有 利であるため、この場合においては、通路の中心線は実質的にＳ型の形状をして いる。

ハウジングの端部カバー１．２は、回転子に、その両端部を実質的に封止するよ うに接触しており、その結果、各カバーと回転子との間の隙間を介しての回転子 通路間およびカバ→路間における流体の漏れは最小限となる。

第２図からは、両側のカバーの通路（ダクト）９．１０．１１．１２、そして所 望により回転子の通路１６も、流九の方向から見ると、そわらの断面積が徐々に 変化してもよいことがわかる。この変化により、通路内を流れる流体の速度およ び静圧力が徐々に変化するようになる。

第３図は、本発明に従う圧力交換装置の別の態様を示している。この態様におい ては、排出口１１０．１１２か頂面側カバー１０１に設けられていて、排出口１ ０９．１１１は底面側のカバーに設けられている。

第６図は、別の形態の回転子２１５の縦断面図を示す。この回転子の導入路およ び排出路の開口部は軸方向になく、回転子の端部でその半径方向に設けられてい る。導入路と排出路の開口を有するカバーの代りに、このような開口部がハウジ ング部品の壁部に、約１８０度の角距離に亙るように延びる貫通隙間を形成して いてもよい。

圧力交換装置の機能について、ふたつの互いに反対側に供えられた回転子通路２ ５．２６を示す第４図を参照しながら、以下に詳しく述へる。通路の前側および 後側の壁は、それぞれ回転方向における前側および後側の壁とする。通路を通る 流れの方向は、それぞれ矢印ＡとＢにて示されており、回転子の回転方向は矢印 Ｃの方向で示されている、。

最初にＡとＢの両矢印が−Ｆ側に向いていると仮定すると、流体は両通路２５． ２６内を同し方向に軸方向に流れる。このことは第３図に示された圧力交換装置 においては事実である。

回転子か回転し、流体がその底側導入口にて絶対速度Ｃ１を持つとし、そしてそ の通路人口における回転速度かｕｌであるとすると、第５図に示した速度図から 明らかなように、流体の相対速度はＶｌとなる。　ｒｉ面の排出口では、通路開 口部の回転速度をｕ２とし、回転子の通路を通る流体の軸方向の速度が一定であ ると仮定すると、流体の絶対排出速度はＣ２となる。回転子の一定の回転速度を 維持するためには、例えばモータによって、回転子に回転モーメントを供給しな ければならない。

回転子の回転速度および流体の流わ速度は、この場合において互いに適応し合う ため、例えば、図の左側において流入してくる流体はその側の通路を満たし、回 転子が、流わが中断するまで回転し、これにより通路と図の右側の導入路と排出 路との間が連絡するようになり、通路内の流体は第２の流入流体により押し出さ れる。このように、第３図の導入路１０９から人ってくる第一種の流体の流４は 、その導入路の開口と連絡する通路内を最初に流れ、そこに在った第二１種の流 体は排出口１１２から押し出される。

上記の通路か満たされると、回転子が回転し、導入路１０９と排出路１１２との 間の連絡か中断し、そこで導入路１１１と排出路１１０との間の連絡か発生する 。

第二種の流体が通路に導入路１１１かう臥し、第一種の流体を排出路１１０より 押し出し、これにより通路と導入路１０９そして排出路１１２との間の連絡が再 度発生し、この過程が繰り返される。

この場合において通路は、斜め方向に延びていてもよく、また接線方向にあって もよく、流体の回転子内での通過方向がいつでも同一となるため、回転子の回転 速度に適合するようにしてもよい。

仮に回転子内での流体の通過方向を逆、すなわち第４図で頂面から下降方向、に すると、回転子の一定の回転速度を維持するためには回転子にブレーキをかける 必要かある。このように、最初のケースにおいては回転子はポンプのように働き 、第−丁のケースにおいてはタービンのように作動する。仮に通路での流体の通 過方向を第４図の矢印ＡとＢとにより示された方向とすると、Ｔなわち流体か通 路２５の内部を上昇方向に流れ、通路２６の内部を下降方向に流れるものと仮定 すると、通路２６内の流体流は回転子を加速的に駆動するようになり、こむによ り通路２５内の流体流は回転子の速度を落すように慟〈。従って、このような方 法により流体が供給される回転子を育する装置はタービン駆動ポンプのように作 動し、第４図の左側に示されている位置にある通路はタービンの一部として働き 、一方、逆１１に７）通路は羽根車の一部のように働く。

導入通路と排出通路においてタービン部または羽根車部に付与される静圧力のレ ベルはタービンおよびポンプのそれぞれの効果にとっては重要ではなく、基本的 な作動条件を構成するにすぎない。その理由は、流体速度と遠心力とにより引き 起される圧力成分は、流れの静圧力に付加されるか、静圧力から削減されるにす ぎないからである。

この場合、流れが回転子内で両方向に通過するため、通路は一方の方向に流れを 増大させたり、圧力を増大させるような形状であってはならない。従フて、それ らは回転子の縦軸を含む面で、両流れ方向に均一の条件を付与し、導入口および 排出口のそれぞれにおいて高い流れ速度を発生させ、その半径方向の距離が回転 軸から最も大きい面に沿って延びるようにする必要がある。このように、タービ ン側の流体流は、円周方向に増大する速度を受け取るように導入ノズル内を通過 する必要かあり、そしてポンプ側から出る流体は、速度を低減させ、速度エネル ギを圧力エネルギーに変換させることのできる排出拡散装置を通って流れるよう にする必要かある。

Ｃ １警　ＷＸ　慣　審　ｔＩｇ　出 国際調査報告 ＰＣＴ／Ｎｏ　９０１００１６２

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. １．各々の流体流のための導入路と排出路（それぞれ、９，１１：１０９，１１ １、および１０，１２：１１０，１１２）を有するハウジング、およびそのハウ ジウング内で縦方向の軸の周囲で回転するように設計された回転子（１５．２１ ５）であって、その回転軸の方向で見て、回転子（１５，２１５）の一端から他 端へと延びる少なくともひとつの貫通路（１６，２１６）を有し、その回転子の 回転の間、一方の流体のための導入路（９，１０９）と排出路（１０，１１０） とを、そして他方の流体の排出路（１２，２１２）と導入路（１１，１１１）（ 或いは逆）とを、それぞれ、交互に接続するようにされている回転子を含み、回 転子の通路（１６，２１６）の開口部の各々が、回転子（１５，２１５）の回転 軸から見て異なった距離に位置することを特徴とする、一方の流体流から他方に 圧力エネルギーを移転させるための圧力交換装置の配置。
2. ２．回転子の通路の開口部が、回転子（１５）の縦軸を含む共通面上に実質的に 位置することを特徴とする、特許請求の範囲第１項記載の配置。
3. ３．回転子の縦軸の周りに等しい角間隔で、かつ縦軸から同一の距離に配置され た等しい形状の回転子通路を複数含むことを特徴とする、特許請求の範囲第１項 記載の配置。
4. ４．導入路と排出路の内側の関口部が回転子の回転の間、実質的に１８０度の角 度に亙って通路と連続的な連絡が可能となるようにされていることを特徴とする 、上記の特許請求の範囲のいずれか一つに記載の配置。
5. ５．１つの流体のための導入路（１０，１２）と他の流体のための排出路（１０ ，１２）が、回転子の回転方向から見てハウジングの同一の端部に配置されてい ることを特徴とする、上記の特許請求の範囲のいずれか一つに記載の配置。
6. ６．導入路（１０９，１１１）が、回転子（１５）の回転軸方向から見て、ハウ ジングの同一の端部に配置されていること特徴とする、特許請求の範囲第１〜４ 項のいずれか一つに記載の配置。