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JPS6112081B2 - - Google Patents
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JPS6112081B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6112081B2
JPS6112081B2 JP1993776A JP1993776A JPS6112081B2 JP S6112081 B2 JPS6112081 B2 JP S6112081B2 JP 1993776 A JP1993776 A JP 1993776A JP 1993776 A JP1993776 A JP 1993776A JP S6112081 B2 JPS6112081 B2 JP S6112081B2
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JP
Japan
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vane
gas
stage
type gas
prime mover
Prior art date
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Application number
JP1993776A
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Japanese (ja)
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JPS52104644A (en
Inventor
Mitsuru Yano
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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  • Engine Equipment That Uses Special Cycles (AREA)
  • Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は気体原動装置に関し、特にベーン型気
体原動装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Field of Application] The present invention relates to a gas-powered device, and more particularly to a vane-type gas-powered device.

〔従来の技術及び問題点〕[Conventional technology and problems]

気体原動機、たとえば圧縮空気を動力源とする
空気原動機は、 (1) 軽量かつ小型であり、 (2) 安全であり換気を助け、 (3) 取扱いが簡単であり、 (4) 負荷変動に対し故障が少なく、 (5) 正逆転を含めて速度制御が容易である、 など数多くの利点を有するが、電動機に比べて効
率がはるかに低いという欠点がある。
Gas prime movers, such as those powered by compressed air, are (1) lightweight and compact, (2) safe and facilitates ventilation, (3) easy to handle, and (4) resistant to load fluctuations. They have many advantages, such as fewer failures and (5) easy speed control, including forward and reverse rotation, but they have the disadvantage of being much lower in efficiency than electric motors.

このため前記利点にもかかわらず気体原動機は
これまで広く利用されなかつた。
For this reason, despite the above-mentioned advantages, gas motors have not been widely used until now.

この理由として、気体原動機中で圧縮空気が断
熱膨張するために効率が低いことが挙げられる。
断熱膨張の場合、等温膨張の場合と比較して少な
い仕事量しかすることができない。これを第10
図を参照して説明する。第10図は断熱膨張及び
等温膨張における圧力(P)と体積(体積比V/
V0で表わす)との関係を示す。実線acは等温膨
張であり、点線ac′は断熱膨張である。そこで等
温膨張により仕事量と断熱膨張によりなす仕事量
を比較すると、前者は後者より斜線部分a―c―
c′―b―aだけ多いいことがわかる。
The reason for this is that compressed air expands adiabatically in the gas prime mover, resulting in low efficiency.
In the case of adiabatic expansion, less work can be done compared to the case of isothermal expansion. This is number 10
This will be explained with reference to the figures. Figure 10 shows pressure (P) and volume (volume ratio V/
(expressed as V 0 ). The solid line ac is isothermal expansion, and the dotted line ac' is adiabatic expansion. Therefore, if we compare the amount of work done by isothermal expansion and the amount of work done by adiabatic expansion, the former is better than the latter in the shaded areas a-c-
It can be seen that there are only c'-b-a.

次に圧縮空気を使用する場合、空気が断熱膨張
するときの急激な冷却効果によつて空気中に含ま
れる水分が凍結し、空気原動機の運転を阻害する
ため、有効な膨張量の約20%以下に膨張量が押え
られ、大部分のエネルギーが無駄に放出されてし
まうという問題もある。なおお圧縮空気の断熱膨
張による温度低下の一例を第9図に示す。この図
は20℃、7Kg/cm2の圧縮空気を1Kg/cm2まで断熱膨
張させた場合を示し、横軸V/V0は体積比を表
わす(V0は20℃、1気圧の条件に換算したとき
の体積であり、Vは与えられた圧縮比のときの実
際の体積である)。この場合、体積比が僅か0.17
まで増大すると0℃となり、0.20に達すると−17
℃になり、空気中の水分は完全に凍結する。
Next, when using compressed air, the moisture contained in the air freezes due to the rapid cooling effect when the air expands adiabatically, inhibiting the operation of the air prime mover, which accounts for approximately 20% of the effective expansion amount. Another problem is that the amount of expansion is suppressed and most of the energy is wasted. FIG. 9 shows an example of a temperature drop due to adiabatic expansion of compressed air. This figure shows the case where compressed air of 7Kg/cm 2 is adiabatically expanded to 1Kg/cm 2 at 20℃, and the horizontal axis V/V 0 represents the volume ratio (V 0 is at 20℃ and 1 atm). (V is the actual volume at a given compression ratio). In this case, the volume ratio is only 0.17
When it increases to 0℃, it becomes 0℃, and when it reaches 0.20, it becomes −17
℃, and the moisture in the air completely freezes.

そこで給気口と排気口を1つずつ有する気体原
動機を複数設け、その間を加熱装置を介して連結
することも考えられるが、この場合、各原動機に
おいては断熱膨張が行われているので、次段に行
く前に加熱されるとしても効率は等温膨張と比較
して著しく低いものである。
Therefore, it is conceivable to provide multiple gas prime movers each having one air supply port and one exhaust port, and connect them through a heating device, but in this case, each prime mover undergoes adiabatic expansion, so the next step is to Even if it is heated before going to the stage, the efficiency is significantly lower compared to isothermal expansion.

従つて、本発明の目的は圧縮空気のエネルギー
を最大限に利用するために、できるだけ等温膨張
に近いように作動するベーン型気体原動機を提供
することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, it is an object of the present invention to provide a vane-type gas prime mover that operates as close to isothermal expansion as possible in order to make maximum use of the energy of compressed air.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

圧縮気体を動力源とする本発明のベーン型気体
原動装置は、同期して回転するように連結された
複数段のベーン型気体原動機を有する。第1段原
動機は給気口を最終段原動機は排気口をそれぞれ
有し、前後する段の間では、前段の中間排気口と
後段の中間給気口とが加熱装置を経由する独立の
パイプにより連結されており、かつ中間排気口及
び中間給気口はそれぞれ原動機のベーンにより仕
切られた独立の空間に1つだけ開口するように位
置しており、パイプにより連通する前後段の空間
は原動機の回転に応じ対応関係を保ちながら回転
するとともに、その合計体積が増大することを特
徴とする。
A vane-type gas motor drive device of the present invention using compressed gas as a power source has a plurality of stages of vane-type gas motors connected to rotate synchronously. The first-stage prime mover has an air supply port, and the final-stage prime mover has an exhaust port. Between the front and rear stages, the intermediate exhaust port of the previous stage and the intermediate air supply port of the rear stage are connected by independent pipes passing through a heating device. The intermediate exhaust port and the intermediate air supply port are each located so that only one opens into an independent space partitioned by the vane of the prime mover, and the space between the front and rear stages, which are communicated by a pipe, It is characterized in that it rotates while maintaining a corresponding relationship as it rotates, and its total volume increases.

〔作用〕[Effect]

ここで第2図に本発明の気体原動装置の原理を
図式的に示す。圧力P1の圧縮空気は断熱膨張をす
ると曲線ABに沿つて圧力P2になるが、等温膨張
をすると曲線ACに沿つて圧力P2に達する。この
関係は第10図に示した通りである。次に、3段
の気体原動機を単純に連結し、第1段の圧縮空気
が全て混合して第2段に入り、また第2段の圧縮
空気も全て混合して第3段に入り、各段の間に適
当な加熱装置がある場合を考えると、膨張曲線は
A―D―E―F―G―Hのようになる。A―Dは
第1段の断熱膨張工程であり、D―Eは第1段と
第2段との間の加熱工程であり、E―Fは第2段
の断熱膨張工程であり、F―Gは第2段と第3段
との間の加熱工程であり、G―Hは第3段の断熱
膨張工程である。この場合、段階的ではあるが等
温曲線ACに近づいているので、その分だけ断熱
膨張だけの場合(A―B)よりエネルギー効率が
向上しているわけである。これに対し、本発明の
装置の場合、パイプで連結される前後段の気体原
動機の対応空間の合計体積は原動機の回転に応じ
次第に増大するとともに、対応空間は必ず加熱装
置を介して連結しているので、圧縮気体の膨張は
等温膨張に極めて近いものとすることができる。
本発明の膨張曲線を第2図に示すとAXのように
なる。このように本発明の膨張曲線は等温曲線に
一層近づいていることがわかる。特に圧力の高い
ところで等温曲線に近いことは重要な利点であ
る。これによりエネルギー効率も一層向上する。
このように本発明の気体原動装置は、(イ)複数段の
気体原動機を連結するとともに、(ロ)各段の空気の
圧縮空気が相互に混じり合わないようにしながら
膨張と加熱を行うことにより、全体の効率を等温
膨張の場合と非常に近いものにしたことを特徴と
するものである。
FIG. 2 schematically shows the principle of the gas-powered device of the present invention. When compressed air at pressure P 1 undergoes adiabatic expansion, it reaches pressure P 2 along curve AB, but when it expands isothermally, it reaches pressure P 2 along curve AC. This relationship is as shown in FIG. Next, the three stages of gas prime movers are simply connected, and all the compressed air from the first stage is mixed and enters the second stage, and all the compressed air from the second stage is also mixed and enters the third stage, and each Assuming there is a suitable heating device between the stages, the expansion curve will look like A-D-E-F-G-H. A-D is the first stage adiabatic expansion process, DE is the heating process between the first and second stage, E-F is the second stage adiabatic expansion process, and F- G is the heating step between the second and third stages, and GH is the third stage adiabatic expansion step. In this case, the isothermal curve AC is approached, albeit in stages, so the energy efficiency is improved by that much compared to the case of only adiabatic expansion (A-B). In contrast, in the case of the device of the present invention, the total volume of the corresponding spaces of the front and rear gas prime movers connected by pipes gradually increases as the prime movers rotate, and the corresponding spaces are always connected via a heating device. Therefore, the expansion of compressed gas can be very close to isothermal expansion.
The expansion curve of the present invention is shown in FIG. 2 as indicated by AX. It can thus be seen that the expansion curve of the present invention is closer to an isothermal curve. Particularly at high pressures, the closeness to the isothermal curve is an important advantage. This further improves energy efficiency.
In this way, the gas power device of the present invention is capable of: (a) connecting multiple stages of gas motors, and (b) expanding and heating the compressed air in each stage while preventing them from mixing with each other. , is characterized in that the overall efficiency is very close to that of isothermal expansion.

〔実施例〕〔Example〕

本発明を添付図面を参照して詳細に説明する。 The present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明の一実施例によるベーン型気体
原動装置の概略図である。本装置は第1段気体原
動機1、第2段気体原動機2及び第3段気体原動
機3を有し、各原動機は回転軸8により同期する
ように連結されている。各気体原動機1,2,3
との偏心したロータ91,92,93を有し、各
ロータに等間隔に設けられた半径方向溝には8枚
のベーン41,42,43が摺動自在に設けられ
ている。ベーンはロータの回転による遠心力によ
り半径方向外方に突出し、気体原動機のケーシン
グ101,102,103の内壁に先端が摺接す
る。これにより、ケーシング内壁と隣接するベー
ン対とロータ外壁により圧縮空気用空間が形成さ
れる。第1図において、これらの空間にa〜xの
記号を付してある。
FIG. 1 is a schematic diagram of a vane type gas power device according to an embodiment of the present invention. This device has a first-stage gas prime mover 1, a second-stage gas prime mover 2, and a third-stage gas prime mover 3, and each prime mover is synchronously connected by a rotating shaft 8. Each gas prime mover 1, 2, 3
It has eccentric rotors 91, 92, and 93, and eight vanes 41, 42, and 43 are slidably provided in radial grooves provided at equal intervals in each rotor. The vanes protrude outward in the radial direction due to the centrifugal force caused by the rotation of the rotor, and the tips of the vanes come into sliding contact with the inner walls of the casings 101, 102, and 103 of the gas motor. As a result, a compressed air space is formed by the casing inner wall, the adjacent vane pair, and the rotor outer wall. In FIG. 1, these spaces are labeled a to x.

圧力気体源7は第1段気体原動機1の給気口S0
に連結している。給気口S0は第1段気体原動機1
の4つの空間に開口するように形成されている。
また給気口S0の反対側には4つの中間排気口
D11,D12,D13,D14がシリンダー壁上に等間隔に
形成されている。各ベーンも等間隔に配置されて
いるので、給気口S0と反対側の空間には常に1つ
の中間排気口が存在することになる。
The pressure gas source 7 is the air supply port S 0 of the first stage gas prime mover 1
is connected to. Air supply port S 0 is the first stage gas prime mover 1
It is formed to open into four spaces.
There are also four intermediate exhaust ports on the opposite side of the air supply port S 0 .
D 11 , D 12 , D 13 , and D 14 are formed at equal intervals on the cylinder wall. Since each vane is also arranged at equal intervals, there is always one intermediate exhaust port in the space opposite to the air supply port S0 .

第2段気体原動機2のケーシング102にも等
間隔に中間給気口S21,S22,S23,S24と中間排気
口D21,D22,D23,D24が設けられている。中間給
気口S21,S22,S23,S24は第1段気体原動機1の
中間排気口D11,D12,D13,D14とそれぞれパイプ
P11,P12,P13,P14により連結している。またパ
イプP11〜P14はいずれも加熱装置5を通過してい
る。なお第2段気体原動機2のロータ92も等間
隔に8枚のベーンを有し、各隣接ベーンとロータ
92とケーシング102の内壁とにより8つの空
間が形成されるので、中間給気口S21〜S24及び中
間排気口D21〜D24は各各1つの空間に開口するこ
とになる。また第2段気体原動機2は第1段のも
のより幾分大きく形成されているので、各空間も
第1段のものより大きい。
The casing 102 of the second stage gas prime mover 2 is also provided with intermediate air supply ports S 21 , S 22 , S 23 , S 24 and intermediate exhaust ports D 21 , D 22 , D 23 , D 24 at equal intervals. Intermediate air supply ports S 21 , S 22 , S 23 , and S 24 are connected to intermediate exhaust ports D 11 , D 12 , D 13 , and D 14 of the first stage gas prime mover 1, respectively, and pipes.
They are connected by P 11 , P 12 , P 13 , and P 14 . Moreover, all the pipes P 11 to P 14 pass through the heating device 5. Note that the rotor 92 of the second stage gas prime mover 2 also has eight vanes equally spaced, and eight spaces are formed by each adjacent vane, the rotor 92, and the inner wall of the casing 102, so that the intermediate air supply port S 21 ~ S24 and intermediate exhaust ports D21 ~ D24 each open into one space. Furthermore, since the second stage gas motor 2 is formed somewhat larger than that of the first stage, each space is also larger than that of the first stage.

第2段気体原動機2より幾分大きな第3段気体
原動機3は、ケーシング103に等間隔に設けら
れた中間給気口S31,S32,S33,S34と、ケーシン
グ103の反対側に設けられた排気口D0とを有
する。なお中間給気口S31〜S34の角度間隔は他段
の気体原動機の中間給気口及び中間排気口の角度
間隔と等しい。排気口D0は常に4つの隣接空間
に開口するように形成されている。また中間給気
口S31,S32,S33,S34は第2段気体原動機2の中
間排気口D21,D22,D23,D24とそれぞれパイプ
P21,P22,P23,P24により連結しており、パイプ
P21〜P24はいずれも加熱装置6を経由している。
The third stage gas prime mover 3, which is somewhat larger than the second stage gas prime mover 2, has intermediate air supply ports S 31 , S 32 , S 33 , and S 34 provided at equal intervals in the casing 103 and on the opposite side of the casing 103. It has an exhaust port D 0 provided. Note that the angular interval between the intermediate air supply ports S 31 to S 34 is equal to the angular interval between the intermediate air supply ports and the intermediate exhaust port of the gas prime mover at the other stage. The exhaust port D 0 is always formed to open into four adjacent spaces. In addition, intermediate air supply ports S 31 , S 32 , S 33 , and S 34 are connected to intermediate exhaust ports D 21 , D 22 , D 23 , and D 24 of the second stage gas prime mover 2, respectively, and pipes.
Connected by P 21 , P 22 , P 23 , P 24 , pipe
All of P 21 to P 24 pass through the heating device 6.

以上の構成からなるベーン型気体原動装置の作
動について説明する。
The operation of the vane type gas power device having the above configuration will be explained.

第1図に示す状態において、給気口S0は第1段
気体原動機1の空間a〜dに開口し、中間排気口
D11,D12,D13,D14はそれぞれ空間e,f,g,
hに開口している。また第2段気体原動機2の中
間給気口S21,S22,S23,S24はそれぞれ空間i,
j,k,に開口し、中間排気口D21,D22
D23,D24はそれぞれ空間m,n,o,pに開口し
ている。さらに第3段気体原動機3の中間給気口
S31,S32,S33,S34は空間q,r,s,tに開口
し、排気口D0は空間u,v,w,xに開口して
いる。
In the state shown in FIG. 1, the air supply port S0 opens into spaces a to d of the first stage gas prime mover 1, and the intermediate exhaust port
D 11 , D 12 , D 13 , and D 14 are spaces e, f, g, and
It opens at h. Further, the intermediate air supply ports S 21 , S 22 , S 23 , and S 24 of the second stage gas prime mover 2 are space i, S 22 , S 23 , and S 24 , respectively.
j, k, and intermediate exhaust ports D 21 , D 22 ,
D 23 and D 24 open to spaces m, n, o, and p, respectively. Furthermore, the intermediate air supply port of the third stage gas prime mover 3
S 31 , S 32 , S 33 , and S 34 open to spaces q, r, s, and t, and the exhaust port D 0 opens to spaces u, v, w, and x.

圧力気体源7から第1段気体原動機1の給気口
S0に圧力気体、例えば圧縮空気を供給すると、圧
縮空気は各空間a,b,c,dに入るが、圧縮空
気の膨張作用によりロータ91は矢印の方向に回
転する。この圧縮空気はロータ91の回転により
空間e,f,g,hの位置に順次移動し、そこで
中間排気口D11,D12,D13,D14から排出される。
ここで各空間a〜hはベーン41で仕切られてい
るので、中間排気口D11,D12,D13,D14からそれ
ぞれ膨張比の異なる空気が排出される。
Air supply port from pressurized gas source 7 to first stage gas prime mover 1
When pressurized gas, for example compressed air, is supplied to S 0 , the compressed air enters each space a, b, c, d, and the rotor 91 rotates in the direction of the arrow due to the expansion action of the compressed air. This compressed air moves sequentially to the positions of spaces e, f, g, and h by the rotation of the rotor 91, and is discharged there from intermediate exhaust ports D 11 , D 12 , D 13 , and D 14 .
Here, since each of the spaces a to h is partitioned by the vane 41, air having different expansion ratios is discharged from the intermediate exhaust ports D 11 , D 12 , D 13 , and D 14 .

ここで空間eに注目すると、その中の圧縮空気
はパイプP11を経て第2段気体原動機2の空間i
に入るが、各段の気体原動機は同期するように連
結しているので、空間eがロータ91の回転によ
り空間fの位置にいくと、空間iも同時に空間j
の位置にいく。そこで空間eにあつた空気は、空
間fに開口している中間排気口D12から、パイプ
P12を経てS22を通り、空間j(空間iにあつた空
気が来ている)に入る。このように、前後段の空
間はe―i,f―j,g―k,h―lと常に対応
関係を保ちながら回転することがわかる。そこで
圧縮空気は混じることなく順次パイプP11,P12
P13,P14を経て後段の原動機2に入る。圧縮気体
の体積は順次(e+i)→(f+i)→(g+
k)→(h+l)のように増大するのであるか
ら、その圧力もその逆に低下していく。この圧力
低下の際、加熱装置5により適当な加熱が行われ
るので、膨張過程を等温曲線に近いものとするこ
とができる。換言すれば、各膨張における温度低
下は加熱装置5によるエネルギー補給により防止
することができる。従つて加熱装置5における加
熱温度を最適化することにより、膨張曲線は最大
限に等温曲線に近づけることができる。なお、重
要なことは前後段の空間の合計体積が増大するこ
とであるが、前段の空間e〜hは必ずしも増大す
る必要はない。これは後段の空間i→lの増大の
割合が大きいので、e→hと体積が減少しても全
体として1コ増大するからである。
If we pay attention to the space e, the compressed air therein passes through the pipe P 11 to the space i of the second stage gas prime mover 2.
However, since the gas prime movers at each stage are connected in synchronization, when the space e moves to the space f due to the rotation of the rotor 91, the space i also moves to the space j at the same time.
go to the position. The air that has entered the space e is then passed through the pipe from the intermediate exhaust port D12 that opens into the space f.
It passes through P 12 and S 22 , and enters space j (where the air that was in space i is coming from). In this way, it can be seen that the spaces in the front and rear stages rotate while always maintaining a corresponding relationship with ei, fj, gk, and hl. Therefore, the compressed air is passed through the pipes P 11 , P 12 , P 12 ,
It passes through P 13 and P 14 and enters the prime mover 2 in the latter stage. The volume of compressed gas is sequentially (e+i) → (f+i) → (g+
Since the pressure increases as k)→(h+l), the pressure also decreases. During this pressure reduction, appropriate heating is performed by the heating device 5, so that the expansion process can be made to approximate an isothermal curve. In other words, the temperature drop during each expansion can be prevented by energy supply by the heating device 5. Therefore, by optimizing the heating temperature in the heating device 5, the expansion curve can be brought as close as possible to the isothermal curve. What is important is that the total volume of the spaces in the front and rear stages increases, but the spaces e to h in the front stages do not necessarily need to increase. This is because the rate of increase in the space i→l in the subsequent stage is large, so even if the volume decreases from e→h, the total increases by 1 space.

第2段気体原動機2と第3段気体原動機3との
関係も同様である。すなわち、空間mの空気は空
間qに入るとともに、ロータ92,93の同期的
回転によりm→r(中間排気口D22)、o→s(中
間排気口D23)、p→t(中間排気口D24)と第3段
気体原動機3の対応空間に入つていく。この場合
にも各空間の空気は混合することはない。また中
間排気口D21〜D24と中間給気口S31〜S34との間の
パイプP21〜P24は加熱装置6により独立して加熱
されている。
The same holds true for the relationship between the second stage gas prime mover 2 and the third stage gas prime mover 3. That is, the air in space m enters space q, and due to the synchronous rotation of rotors 92 and 93, m → r (intermediate exhaust port D 22 ), o → s (intermediate exhaust port D 23 ), p → t (intermediate exhaust port D 22 ), and air in space m enters space q. It enters the space corresponding to the opening D 24 ) and the third stage gas prime mover 3. In this case as well, the air in each space does not mix. Further, the pipes P 21 to P 24 between the intermediate exhaust ports D 21 to D 24 and the intermediate air supply ports S 31 to S 34 are independently heated by the heating device 6.

第3図は加熱装置の一例を示す。第1段気体原
動機である程度膨張した各膨張段階ごとの空気
は、夫々膨張比が異なるので温度も当然異なるも
のである。すなわち、中間排気口D11から排出さ
れる空気は比較的高温であるがD12,D13,D14
ら排出される空気は膨張比が次第に増大するの
で、パイプP11,P12,P13,P14内を流通する空気
の温度も降下する。従つて比較的高温のパイプ
P11を最上部に設置し、以下P12,P13についてP14
を最下部に設置して上方の送風口11から熱風を
送風し、下方の排風口12から排風すると加熱効
果を増大するとができるものである。
FIG. 3 shows an example of a heating device. The air expanded to a certain extent in the first stage gas prime mover at each expansion stage has a different expansion ratio, and therefore has a different temperature. That is, the air discharged from the intermediate exhaust port D11 has a relatively high temperature, but the expansion ratio of the air discharged from D12 , D13 , and D14 gradually increases, so that the air discharged from the pipes P11 , P12 , P13 , the temperature of the air flowing through P 14 also decreases. Therefore relatively hot pipes
Install P 11 at the top, and below P 12 and P 13 P 14
The heating effect can be increased by installing the hot air at the bottom and blowing hot air from the upper air outlet 11 and exhausting the air from the lower air outlet 12.

以上の説明はベーン型気体原動装置に用いる圧
力気体に圧縮空気を用いたものであるが、第4図
に示すように圧力気体に蒸気を用いても同じ目的
を達成し得ることは勿論である。圧力気体に蒸気
を用いた場合には蒸気発生装置53の排熱を気体
原動装置の加熱装置5の熱源として利用すること
ができるので、気体原動装置の効率をさらに向上
せしめることができる。54は復水器、55は加圧
ポンプを示すものである。
The above explanation uses compressed air as the pressure gas used in a vane-type gas-powered device, but it is of course possible to achieve the same purpose by using steam as the pressure gas, as shown in Figure 4. . When steam is used as the pressurized gas, the exhaust heat of the steam generator 53 can be used as a heat source for the heating device 5 of the gas-powered device, so the efficiency of the gas-powered device can be further improved. 54 is a condenser, and 55 is a pressure pump.

本発明に使用するベーン型気体原動機として、
ベーンがロータの回転により半径方向に出入りす
る型式のものを使用することができるが、第5図
に示す軸方向摺動翼型のものを使用することもで
きる。なお第6図〜第8図はその要部の断面を示
す。この実施例では、軸方向摺動翼型気体原動機
56は2段であり、第1段作動室57には給気口
S0があり、また第2段作動室58には排気口D0
がある。また第1段作動室57には中間排気口
D11,D12,D13,D14を備え、また第2段作動室5
8には中間給気口S21,S22,S23,S24を備える。
これらの相互に隣接する中間排気口間および中間
給気口間には常にベーン41,42を介在させ、
また中間排気口D11,D12,D13,D14とこれに対応
する中間給気口S21,S22,S23,S24との間は夫々
加熱装置5を経由するパイプ群P11,P12,P13
P14によつて連結されている。さらに第1段作動
室57の給気口S0は圧力気体源(図示せず)と連
結されている。
As a vane type gas prime mover used in the present invention,
A type in which the vanes move in and out radially as the rotor rotates may be used, but an axially sliding airfoil type as shown in FIG. 5 may also be used. Note that FIGS. 6 to 8 show cross sections of the main parts thereof. In this embodiment, the axially sliding vane type gas prime mover 56 has two stages, and the first stage working chamber 57 has an air supply port.
There is an exhaust port D 0 in the second stage working chamber 58.
There is. Also, the first stage working chamber 57 has an intermediate exhaust port.
D 11 , D 12 , D 13 , D 14 , and a second stage working chamber 5
8 is provided with intermediate air supply ports S 21 , S 22 , S 23 , and S 24 .
Vanes 41 and 42 are always interposed between these mutually adjacent intermediate exhaust ports and intermediate air supply ports,
Further, between the intermediate exhaust ports D 11 , D 12 , D 13 , D 14 and the corresponding intermediate air supply ports S 21 , S 22 , S 23 , S 24 , a group of pipes P 11 are connected via the heating device 5, respectively. , P 12 , P 13 ,
Connected by P 14 . Furthermore, the air supply port S 0 of the first stage working chamber 57 is connected to a pressure gas source (not shown).

以上の構成よりなるベーン型気体原動装置の作
用効果について説明する。まず圧力気体源から第
1段作動室57の給気口S0に圧力気体、例えば圧
縮空気が供給されるとロータ91とベーン41と
ケーシング101によつて囲まれた圧縮空気は、
その体積の膨張作用によつてロータ91を矢印方
向に回転させる。つまりロータ91に装着された
ベーン41は第1段作動室57のカム59および
最終段作動室58のカム60にならい、密接して
軸方向に摺動しながら回転するので、回転軸8に
対し矢印方向の回転力を与えるものである。この
膨張過程にある空気が中間排気口D11,D12
D13,D14より逐次排出される。これらの排気口
D11,D12,D13,D14から排出された空気は、夫々
パイプP11,P12,P13,P14を通り途中の加熱装置
5によつて加熱され第2段作動室58の中間給気
口S21,S22,S23,S24に導かれる。このとき第1
段作動室57の中間排気口D11とD13、D12とD13
D13とD14の間には常にベーン41が介在している
ので、夫々膨張比の異なる空気が排出されるので
ある。この膨張比の異なる空気が第2段作動室5
8の中間給気口S21,S22,S23,S24に供給され、
再び膨張し回転軸8に回転力を与えながら各膨張
段階ごとに中間排気口D21,D22,D23,D24より排
出される。この第2段作動室58においても中間
給気口S21とS22、S22とS23、S23とS24の間には常
にベーン42が介在しているので各膨張段階の空
気が混じることはない。
The effects of the vane type gas power device having the above configuration will be explained. First, when pressure gas, for example compressed air, is supplied from a pressure gas source to the air supply port S0 of the first stage working chamber 57, the compressed air surrounded by the rotor 91, vane 41, and casing 101 is
The rotor 91 is rotated in the direction of the arrow by the expansion effect of its volume. In other words, the vanes 41 mounted on the rotor 91 follow the cams 59 of the first stage working chamber 57 and the cams 60 of the final stage working chamber 58, and rotate while sliding in close contact with each other in the axial direction. It provides rotational force in the direction of the arrow. The air in this expansion process flows through the intermediate exhaust ports D 11 , D 12 ,
It is sequentially discharged from D 13 and D 14 . these exhaust ports
The air discharged from D 11 , D 12 , D 13 , and D 14 passes through pipes P 11 , P 12 , P 13 , and P 14 , respectively, and is heated by the heating device 5 on the way to the second stage working chamber 58 . The air is guided to intermediate air supply ports S 21 , S 22 , S 23 , and S 24 . At this time, the first
Intermediate exhaust ports D 11 and D 13 , D 12 and D 13 of the stage working chamber 57,
Since the vane 41 is always interposed between D 13 and D 14 , air having different expansion ratios is discharged. This air with different expansion ratios flows into the second stage working chamber 5.
8 intermediate air supply ports S 21 , S 22 , S 23 , S 24 ,
It expands again and is discharged from the intermediate exhaust ports D 21 , D 22 , D 23 , and D 24 at each expansion stage while applying rotational force to the rotating shaft 8 . Also in this second stage working chamber 58, since the vanes 42 are always interposed between the intermediate air supply ports S 21 and S 22 , S 22 and S 23 , and S 23 and S 24 , air from each expansion stage is mixed. Never.

このように第1段作動室57から膨張比の異な
る空気が独立してパイプに導かれ途中の加熱装置
を通るので加熱効果を一段と向上させることがで
きる。第5〜第8図では2段の作動室と1個の加
熱装置を用いたが、作動室と加熱装置をさらに増
加させることにより、理想的な等温膨張に極めて
近似させることができる。つまり圧力気体源から
第1段作動室57の給気口S0に供給される圧縮空
気が、最終段作動室の排気口D0ら大気圧で排出
される場合に圧縮空気の持つエネルギーのすべて
を最も有効に活用し得るものである。さらに第1
段〜最終段を構成する作動室の給気量と排気量は
第1段作動室から最終段作動室に移行する膨張曲
線上に位置するよう選定することが最も望まし
い。
In this way, the air having different expansion ratios from the first stage working chamber 57 is independently led to the pipe and passes through the heating device in the middle, so that the heating effect can be further improved. In FIGS. 5 to 8, two stages of working chambers and one heating device are used, but by further increasing the number of working chambers and heating devices, it is possible to closely approximate ideal isothermal expansion. In other words, when the compressed air supplied from the pressure gas source to the air supply port S 0 of the first stage working chamber 57 is discharged from the exhaust port D 0 of the final stage working chamber at atmospheric pressure, all of the energy possessed by the compressed air is can be utilized most effectively. Furthermore, the first
It is most desirable that the supply air amount and the exhaust amount of the working chambers constituting the stages to the final stage be selected so as to be located on an expansion curve transitioning from the first stage working chamber to the final stage working chamber.

第5〜第8図は軸方向摺動翼型の多段作動室に
よつて空気を膨張させ回転力を得る構成としたの
で、気体原動装置そのものを極めてコンパクトな
装置とすることができる。
5 to 8 have a configuration in which rotational force is obtained by expanding air using multi-stage working chambers in the form of axially sliding vanes, so that the gas-powered device itself can be made extremely compact.

さらに第5〜第8図は軸方向摺動翼型の多段作
動室によつて空気を膨張させ回転力を得る構成と
したが、これに限定されるものではなく、直径方
向摺動翼型の並列多段型の気体原動機によつて構
成された気体原動装置でも全く同じ目的を達成す
ることができる。
Furthermore, although FIGS. 5 to 8 show a configuration in which rotational force is obtained by expanding air by using a multi-stage working chamber of an axially sliding blade type, the configuration is not limited to this, and the configuration is not limited to this. Exactly the same purpose can be achieved with a gas prime mover constructed of parallel multi-stage gas prime movers.

また圧力気体として圧縮空気のかわりに蒸気を
用いても同じ目的を達成することができるし、こ
の蒸気を用いた場合には蒸気発生装置の排熱を加
熱装置の熱源として利用することができるので気
体原動装置の効率をさらに向上せしめることがで
きる。
The same purpose can also be achieved by using steam instead of compressed air as the pressure gas, and when using steam, the exhaust heat from the steam generator can be used as a heat source for the heating device. The efficiency of the gas-powered device can be further improved.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上の説明で明らかなように本発明によるベー
ン型気体原動装置は、従来品にみられない新規な
機能を具備するもので、下記の如き多くのすぐれ
た効果を有する。
As is clear from the above description, the vane-type gas motive power device according to the present invention has novel functions not found in conventional products, and has many excellent effects as described below.

(1) 複数段の気体原動機からなり、かつ各気体原
動機のロータ、ベーン及びケーシングにより形
成される空間が中間排気口および中間給気口に
より独立に連結されているので、各膨張段階ご
とに独立した膨張を繰り返すことができ、かつ
中間排気口と中間給気口との間に加熱装置があ
るために、装置全体における膨張を理想的な等
温膨張に近ずけるとができる。
(1) It consists of a multi-stage gas prime mover, and the space formed by the rotor, vane, and casing of each gas prime mover is independently connected by an intermediate exhaust port and an intermediate air supply port, so each expansion stage is independent. Since this expansion can be repeated and there is a heating device between the intermediate exhaust port and the intermediate air supply port, the expansion of the entire device can be brought close to ideal isothermal expansion.

(2) 理想的な等温膨張に近いために、圧縮気体の
もつエネルギーを最大限利用することができ、
効率が良好である。
(2) Because it is close to ideal isothermal expansion, the energy of compressed gas can be utilized to the maximum,
Good efficiency.

(3) また等温膨張に近いために、断熱膨張に伴う
水分の凍結の問題を有効に防止することができ
る。
(3) Also, since it is close to isothermal expansion, it is possible to effectively prevent the problem of water freezing caused by adiabatic expansion.

さらに付随的な効果として、以下の点がある。 Additionally, there are the following additional effects:

(4) 中間排気口から中間給気口に通じるパイプ群
は途中で加熱装置に介装されているため気体は
効果的に加熱される。
(4) The group of pipes leading from the intermediate exhaust port to the intermediate air supply port is interposed with a heating device midway, so the gas is effectively heated.

(5) ベーン両面の圧力差が小さくなるので摩耗と
摩擦損失が軽減される。
(5) The pressure difference between both sides of the vane is reduced, reducing wear and friction loss.

(6) 多段で膨張させるため各膨張段階の流量差が
少なく加熱効果が著しく増大する。
(6) Since the expansion is performed in multiple stages, the difference in flow rate between each expansion stage is small, and the heating effect is significantly increased.

(7) 構造が簡単で小型かつ軽量である。(7) The structure is simple, small, and lightweight.

(8) 故障が少なく保守管理が容易である。(8) There are few breakdowns and maintenance is easy.

(9) 製作費が低廉で寿命が長い。(9) Low production cost and long life.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例によるベーン型気体
原動装置の概略図であり、第2図は本発明の気体
原動装置における圧縮気体の膨張曲線と等温膨張
及び断熱膨張の曲線との関係を示すP―Vグラフ
であり、第3図は本発明の装置における加熱装置
の一例を示す図であり、第4図は本発明の別の実
施例によるベーン型気体原動装置の概略図であ
り、第5図は本発明の装置に使用する軸方向摺動
翼型原動機の一例を示す概略図であり、第6図は
第7図のX―X断面図であり、第7図は第8図の
Y―Y断面図であり、第8図は第9図のZ―Z断
面図であり、第9図は圧縮空気の体積と温度との
関係を示すグラフであり、第10図は圧縮空気の
体積と圧力との関係を示すグラフである。 1,2,3:気体原動機、41,42,43:
ベーン、5,6:加熱装置、7:圧力気体源、
8:回転軸、91,92,93:ロータ、10
1,102,103:ケーシング、53:蒸気発
生装置、56:軸方向摺動翼型原動機、S0:給気
口、D0:排気口、D11〜D24:中間排気口、S21
S34:中間給気口。
FIG. 1 is a schematic diagram of a vane-type gas prime mover according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows the relationship between the expansion curve of compressed gas and the isothermal expansion and adiabatic expansion curves in the gas prime mover of the present invention. 3 is a diagram showing an example of a heating device in the apparatus of the present invention, and FIG. 4 is a schematic diagram of a vane type gas power device according to another embodiment of the present invention, FIG. 5 is a schematic diagram showing an example of an axial sliding vane type prime mover used in the device of the present invention, FIG. 6 is a sectional view taken along line XX in FIG. 7, and FIG. 8 is a Z-Z sectional view of FIG. 9, FIG. 9 is a graph showing the relationship between compressed air volume and temperature, and FIG. 10 is a graph showing the relationship between compressed air volume and temperature. It is a graph showing the relationship between volume and pressure. 1, 2, 3: Gas prime mover, 41, 42, 43:
Vane, 5, 6: heating device, 7: pressure gas source,
8: Rotating shaft, 91, 92, 93: Rotor, 10
1, 102, 103: Casing, 53: Steam generator, 56: Axial sliding vane type prime mover, S0: Air supply port, D0: Exhaust port, D11 to D24 : Intermediate exhaust port, S21 to
S 34 : Intermediate air supply port.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 圧縮気体を動力源とするベーン型気体原動装
置において、同期して回転するように連結された
複数段のベーン型気体原動機を有し、第1段は給
気口を最終段は排気口をそれぞれ備え、前後する
段の間では前段の中間排気口と後段の中間給気口
とが加熱装置を経由する独立のパイプにより連結
されており、かつ前記中間排気口及び中間給気口
はそれぞれ前記ベーン型気体原動機のベーンによ
り仕切られた独立の空間に1つだけ開口するよう
に位置しており、パイプにより連通する前後段の
空間は気体原動機の回転に応じ対応関係を保ちな
がら回転するとともに、その合計体積が増大する
ことを特徴とするベーン型気体原動装置。 2 特許請求の範囲第1項に記載のベーン型気体
原動装置において、前記複数段のベーン型気体原
動機の回転軸が一体的に連結していることを特徴
とする装置。 3 特許請求の範囲第1項又は第2項に記載のベ
ーン型気体原動装置において、前記圧縮気体が加
熱蒸気であり、前記加熱装置が蒸気発生装置の排
熱側と接続していることを特徴とするベーン型気
体原動装置。 4 特許請求の範囲第1項乃至第3項のいずれか
1項に記載のベーン型気体原動装置において、前
記ベーン型気体原動機を多段軸方向摺動翼型とし
たことを特徴とするベーン型気体原動装置。
[Claims] 1. A vane-type gas-powered device using compressed gas as a power source, which includes a plurality of stages of vane-type gas-powered motors connected to rotate synchronously, and the first stage has an air supply port. Each of the final stages is equipped with an exhaust port, and between the preceding and succeeding stages, the intermediate exhaust port of the previous stage and the intermediate air supply port of the latter stage are connected by an independent pipe passing through a heating device, and the intermediate exhaust port and the intermediate Each of the air supply ports is located so that only one opens into an independent space partitioned by the vane of the vane-type gas prime mover, and the spaces in the front and rear stages, which are communicated by pipes, have a corresponding relationship according to the rotation of the gas prime mover. A vane-type gas-powered device characterized by rotating while maintaining its position and increasing its total volume. 2. The vane type gas prime mover according to claim 1, wherein the rotating shafts of the plurality of stages of vane type gas prime movers are integrally connected. 3. The vane type gas power device according to claim 1 or 2, wherein the compressed gas is heated steam, and the heating device is connected to the exhaust heat side of the steam generator. A vane-type gas-powered device. 4. The vane-type gas motor according to any one of claims 1 to 3, wherein the vane-type gas motor is of a multi-stage axially sliding blade type. prime mover.
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