JP2012531550A - 回転装置 - Google Patents

Abstract

ロータリエンジン、又は圧縮機、又はタービンに使用する回転装置について記載され、回転装置は、相互に隣接して配置されて実質的に平行な回転軸の周囲で回転可能な２つのロータを備える。各ロータは、それぞれの周囲に一定の間隔で自身から延在する突起を有して、隣接する突起の間に密閉可能な圧縮室の開放部分を画定する。各突起は、２つの側面及び１つの突出した端面を有し、各側面と突出した端面とが合う点が先端を画定する。２つのロータは、ロータが逆回転すると、ロータの一方の突起が他方のロータ上にある１対の突起の間に係合し、係合しているロータの先端が突起対の対向する側面と所定の期間、密閉状態で一定に接触するように配置構成される。所定の期間中に密閉した室が形成され、室の容積が逆回転によって所定のレベルまで低減する。
【選択図】 図１

Description

本発明は回転装置に関する。特に本発明は、乗用車、バス、トラック及びオートバイのような自動車両、飛行機及びヘリコプタを含む航空機、及び船艇に使用する内燃機関、圧縮機、又はタービンとして使用する回転装置に関する。

自動車両に使用される内燃機関の設計は、主に往復ピストンの使用に基づいている。ピストンがシリンダ内に配置されて、シリンダ内で上下に移動する。ピストンがシリンダの頂部に近い時に、少量の燃料がピストンより上にあるシリンダの頂部内に噴射され、圧縮及び／又は火花によって点火される。燃料の点火は、ピストンより上にある気体を急速に膨張させて、ピストンの下方ストロークを補助する。ピストンはピストン棒を介してクランクシャフトに接続している。クランクシャフトが回転して、エンジンを駆動する力を提供する。

このタイプのエンジンは非常に効率が悪く、その原因の一部は燃料の点火から発生したエネルギーの非常に多くがピストンの往復運動に使用されているからであることが十分に認識されている。往復運動は、エンジンが達成できる速度も制限する。例えば、このようなエンジンは通常、最高約１８，０００ｒｐｍしか達成することができない。このエンジンの効率が悪い結果、エンジンの動力を妥協せずにそのサイズを小さくすることができない。

かなりの間、ロータリエンジンは上述したような通常のピストンエンジンより効率的であることが周知であるが、純粋に回転式のエンジンで成功したものはまだ達成されていない。その理由は、これまでのロータリエンジンがすべて、
ｉ）いまだに、上述したように効率の悪さをもたらす往復運動を少なくとも部分的に含み、
ｉｉ）容易に密閉可能であり、使用荷重で発生する圧力に耐えることができる室を組み込むことができず、及び／又は
ｉｉｉ）圧縮と燃焼を共通のゾーンで発生させることができない
からである。

本発明の第１の態様によれば、相互に隣接して配置され、実質的に平行な回転軸の周囲で回転可能な２つのロータを備える回転装置が提供され、
（ｉ）各ロータが、それぞれの周囲に一定の間隔で自身から延在する突起を有して、隣接する突起の間に密閉可能な圧縮室の開放部分を画定し、
（ｉｉ）各突起が２つの側面及び１つの突出した端面を有し、各側面と突出した端面とが合う点が先端を画定し、
（ｉｉｉ）ロータが逆回転すると、ロータの一方の突起が他方のロータ上にある１対の突起の間に係合し、係合しているロータの先端が突起対の対向する側面と所定の期間、密閉状態で一定に接触するように２つのロータが配置構成され、
上記所定の期間中に、密閉した室が形成され、室の容積が逆回転によって所定のレベルまで低減する。

回転装置はこのように配置構成されて、実質的に回転の運動を使用し、変化する正の排
出量を提供する。既知の装置とは異なり、本発明の回転装置は往復運動又は偏心運動に頼らず、ほぼ１０：１という高い圧力比を容易に提供することができ、したがって内燃機関、高圧圧縮ユニット、及びタービンのような広範囲の用途での使用に適している。圧縮機又はタービンがある本発明の回転装置の用途では、１００：１程度の圧力比が達成可能であることが考えられる。

各ロータの先端は、３次元で考察すると、そのロータの頂点又は縁を形成し、それは直線を形成することが好ましいことが理解されるであろう。

本発明の第２の態様によれば、ロータリエンジンは圧縮及び燃焼ゾーンを備え、圧縮及び燃焼ゾーンは、
（ｉ）相互に隣接して配置され、自身の実質的に平行な回転軸の周囲で回転可能である２つのロータを備え、
（ａ）各ロータが、周囲に一定の間隔で自身から延在する突起を有して、それぞれ隣接する突起の間に密閉可能な圧縮室の開放部分を画定し、
（ｂ）各突起が２つの側面及び１つの突出した端面を有し、各側面と突出した端面とが合う点が先端を画定し、
（ｃ）ロータが逆回転すると、ロータの一方の突起が他方のロータ上にある１対の突起の間に係合し、係合しているロータの先端が突起対の対向する側面と所定の期間、密閉状態で一定に接触するように２つのロータが配置構成され、さらに、
（ｉｉ）密閉可能な圧縮室内に燃料を噴射するインジェクタと、
（ｉｉｉ）密閉可能な圧縮室内で燃料に点火する点火装置と、
を備え、
所定の期間中に、密閉した圧縮室が形成され、密閉した圧縮燃焼室の容積が逆回転によって所定のレベルまで低減し、燃料が密閉可能な圧縮燃焼室内に噴射され、その後に点火される。

噴射機は密閉ハウジング内に配置し、電子燃料インジェクタタイプでよいことが好ましい。

代替的に又は追加的に、１つ又は複数のインジェクタを一方又は両方のロータに装着することができる。

点火装置は、ハウジングの内側に配置し、スパークプラグでよいことが好ましい。

代替的に又は追加的に、１つ又は複数の点火装置をロータの一方又は両方に装着することができる。

密閉ハウジングは、圧縮／燃焼／膨張プロセス中に圧縮室又は開放部分の実質的に半分を密閉するように配置構成することができる。本発明の第２の態様によるロータリエンジンの様々な実施形態は、既知のエンジンに対して幾つかの利点を提供することができる。このような利点は、燃料効率の上昇及び生産費の削減を含むことがある。幾つかの実施形態では、このようなエンジンの重量及びサイズを有意に低減することができる。従来の燃焼機関に見られるピストン、連接棒及び弁のような往復する塊がない状態で、本発明のエンジンは典型的なピストンエンジンより発生する振動を有意に低減することができ、動作をはるかに滑らかにすることができる。

一実施形態では、ロータリエンジンは、本発明の第１の態様の回転装置を組み込んでいる。回転装置は、少数の可動部品を含むコンパクトで簡単な設計を与えながら、係合する回転毎に多数の動力段階を提供する。したがって、第２の態様によるロータリエンジンの
実施形態は、一致した効率レベルに関連した高い出力トルク及び高い動力特性を発揮することができる。

本発明の第１及び第２の態様それぞれの実施形態は、以下の配置構成のうち１つ又は複数を含むことができる。

回転装置の基本的配置構成は、その最も簡単な形態では、一般的に多数の毎分回転数（ＲＰＭ）で回転する可動部品を２つしか備えていない。したがって、この構成のロータリエンジンの配置構成を使用して、ますます小型化しているが、比較的高いエネルギー出力を有するユニットを提供することができ、したがって自動車への用途に好まれることがあり、車両重量を低減し、燃料の節約を実現することができる。

本発明の第３の態様によれば、
（ｉ）相互に隣接して配置され、自身の実質的に平行な回転軸の周囲で回転可能である２つのロータを備え、
（ａ）各ロータが、それぞれの周囲に一定の間隔で自身から延在する突起を有して隣接する突起の間に密閉可能な圧縮室の開放部分を画定し、
（ｂ）各突起が２つの側面及び１つの突出した端面を有し、各側面と突出した端面とが合う点が先端を画定し、
（ｃ）ロータが逆回転すると、ロータの一方の突起が他方のロータ上にある１対の突起の間に係合し、係合しているロータの先端が突起対の対向する側面と所定の期間、密閉状態で一定に接触するように、２つのロータが配置構成され、さらに、
（ｉｉ）密閉可能な圧縮室が形成される場所に隣接して少なくとも１つの一方弁が配置されて、密閉可能な圧縮室内の気体が室を出られるようにし、
所定の期間中に、密閉した圧縮室が形成され、密閉した圧縮室の容積が逆回転によって所定のレベルまで低減し、このように圧縮した気体が少なくとも１つの一方弁を介して密閉した圧縮室から出ることができる回転圧縮機が提供される。

本発明の第３の態様による圧縮機の実施形態は、正の排出量とＲＰＭの向上と圧力比の向上との独特の組合せにより、向上した圧力及び空気流のレベルを提供する可能性を有する。通常、ピストン圧縮機は、高い圧力比で正の排出量を有するが、体積の割りに容量は少ないままである。このような配置構成は、往復する塊の配置構成による振動応力が大きい原因となるＲＰＭの制限により、体積の割りに少ない容量を有する。動圧縮機のような現在の他の圧縮機は、高い体積容量を有するが、正の排出量を生成しないので、高い圧力を提供する能力が非常に制限される。したがって、本発明のこの態様による圧縮機は、正の排出量の圧縮で改良された体積流量、高い圧力比、及びより高いＲＰＭの容量を提供することによってこれらの既知の圧縮機の特性の改良を実証することができる。

この第３の態様の圧縮機の別の潜在的な利点は以下を含む。
・標準的な圧縮機より有意に速く運転作業圧まで上昇させる容量。
・高いＣＦＭで改良される動的圧力蓄積で、したがって必要な貯蔵タンクが従来の圧縮機より有意に小型化されること。
・往復する塊がないので、ユニットの信頼性が向上して、必要な保守が少なくなり、振動が低減して静かになり、運転費が低減すること。
・気体を圧縮して液体の形態にするか、又は気体を長距離給送するために、天然ガス産業で使用する技術を改造する能力。

気体は、少なくとも１つの一方弁を出た後に収集装置内に収集されることが好ましい。収集装置に押し込まれる気体が多くなるにつれ、その収集装置内の気体が圧縮される。圧縮されたこの気体を、必要に応じて使用するために貯蔵することができる。

密閉ハウジングは、関連する圧縮プロセス中に圧縮室又は開放部分の実質的に半分を密閉するように配置構成することができる。

少なくとも１つの一方弁をハウジング内に配置することが好ましい。代替的に又は追加的に、少なくとも１つの一方弁をロータ内にも配置することができる。

圧縮機は、圧縮サイクルを駆動するために電動機のような駆動手段を使用するように配置構成することができる。駆動手段は、所望の速度レベル（毎分回転数）を達成するために速度制御するように構成することができる。

圧縮機は、動作状態でロータを相互に結合する駆動列を備えることができる。駆動手段と駆動列との間の接続は、歯付きベルト又は歯車によって行うことができる。

本発明の第４の態様によれば、
（ｉ）相互に隣接して配置され、実質的に平行な回転軸の周囲で回転可能である２つのロータを備え、
（ａ）各ロータが、それぞれの周囲に一定の間隔で自身から延在する突起を有して、隣接する突起の間に密閉可能で膨張可能な室の開放部分を画定し、
（ｂ）各突起が２つの側面及び１つの突出した端面を有し、各側面と突出した端面とが合う点が先端を画定し、
（ｃ）ロータが逆回転すると、ロータの一方の突起が他方のロータ上にある１対の突起の間に係合し、係合しているロータの先端が突起対の対向する側面と所定の期間、密閉状態で一定に接触するように、２つのロータが配置構成され、さらに、
（ｉｉ）密閉可能で膨張可能な室が形成される場所に隣接して少なくとも１つの一方弁が配置されて、密閉可能で膨張可能な室に圧縮した気体が入ることができるようにし、
所定の期間中に、密閉した膨張室が形成され、気体が、膨張可能な室を膨張させてロータを回転させるように、少なくとも１つの一方弁を介して密閉した膨張室に入ることができるタービンが提供される。

この態様によれば、回転タービンは、圧力下の気体を回転運動に転換するように配置構成される。

タービンの各ロータは、各々の内部弁アセンブリを有するように配置構成することができる。一実施形態では、各内部弁アセンブリは、膨張可能な室と圧縮された気体源との間に流体連絡を提供する導管を備える。

動作中に、圧縮された気体源からの気体が、各々の弁アセンブリを介して、２つのロータ間に形成された膨張可能な室に入る。入ってくる気体は膨張可能な室の容積を膨張させ、それによりロータの回転をもたらす。

一実施形態では、室の容積が最小である時に、加圧された気体がロータ間の膨張可能な室に入る。気体の圧力は室の容積を強制的に大きくし、それによりロータの回転を引き起こす。回転が生じるにつれて、気体の圧力が低下する。何故なら、そのエネルギーが室の膨張に使用されるからである。このようなタービンは、発電又は車両の推進のために加圧した気体を回転運動に変化する直接的で効率的な方法を提供することができる。動作時に、ロータは以上で画定した圧縮機の配置構成と比較して、弁及び／又はポートの位置決めに対して実質的に反対方向に回転する。

タービンは、低めの圧力で効率的に運転することができ、それにより大量の燃料を必要
とする現在の発電機のより高く過熱した蒸気圧を必要としない。このような低めの圧力の要件は、特に太陽熱及び地熱分野で蒸気生成による発電に適することになる。これは、石炭燃焼分野で効率利得を達成する用途も有することができる。

以上で画定した本発明の態様のいずれかによれば、各ロータは円筒形であることが好ましい。通常、ロータの各々の回転軸は位置合わせされる。例えば、用途にしたがって軸は垂直に位置合わせすることができるか、又は別の方向で位置合わせすることができる。第２の態様のロータリエンジンの実施形態を、航空機／陸上車両又は船艇の大きめの完全なエンジンに含めてよいことが理解されるであろう。

突起はロータとは別に形成することが好ましい。この配置構成では、突起は、例えば接着剤、溶接、圧入、ボルト、ねじ又は他の既知の締結配置構成などの任意の適切な手段で固定する必要がある。本発明の好ましい代替形態では、突起をロータと一体形成することができる。

ロータ毎に任意の数の突起を使用できることが理解されるであろう。突起の設計を使用して、室の形状を変化させ、したがって異なる出力特性を達成することができる。突起の高さも変化させて、室の形状を変更することができる。

通常、突起の突出した端面は凸曲線であるが、特定の室の容積を達成するために必要に応じて、凹状又は平面のように別の形態をとることができる。通常、ロータの突出した端面は、ロータの回転軸と同心の円弧である。この形態で、これはロータが室の開放部分に出入りするにつれて、その表面と係合しないように成形することができる。

通常、各突起の側面の形状は湾曲した凹表面である。この方法で、一方のロータが他方に対して回転すると、上記一方のロータの突起の突出した端面の先端がそれぞれ、上記他方のロータの突起の側面の凹曲線を辿る曲線を描き、全ストロークを通して先端と側面の間に一定の接触点を形成する。凹曲線の輪郭は、側面に適切な形状であることが分かっている。一実施形態では、指数凹曲線は各側面に特に適合するように構成されている。

シール材を各先端に組み込むか塗布して、室の密閉を補助することができる。これは、（例えば）使用荷重で通常形成される圧縮及び燃焼圧力に耐えるように、室への動的頂点又は縁の密閉を向上させ、全ストロークを通して室の密閉を補助する。シール材は、幾つかのマツダの車両で使用されるワンケル型ロータリエンジンのようなエンジンに使用するために自動車産業で広く入手可能なこれらの頂点又は縁部シールと同様でよい。

特定の用途に従って、圧縮室の密閉を補助し、必要な機械的環境を補助するために、選択された特性（特に潤滑性及び粘性）のシール流体を使用することが好ましい。

室が形成され、その後に分離される区域は、密閉ハウジングで囲むことが好ましい。この密閉ハウジングはロータ及び突起に当接する。これは（必要に応じて、塗布したシール流体との関連で）室の密閉をさらに確実にする。

通常、この密閉ハウジングは、空気を室の開放部分に導入する空気入口を含む。このような空気は、圧縮空気源から入口に提供することができる。密閉ハウジングは、各室内で圧縮される空気の体積を増加させ、それにより最大圧縮比を上げるように、その後の室の開放部分も覆うことができる。一実施形態では、密閉ハウジングは、各室内で圧縮される空気の体積を２倍にし、それにより最大圧縮比を上げるように、その後の室の開放部分を覆うように配置構成される。

密閉ハウジングは、燃焼が起きた後に室からの排気ガスを受ける排気出口も含むことができる。

圧縮室の開放部分に入る吸気量を増加させる遠心圧縮機ユニットを配置構成することができる。さらに、このような遠心圧縮機ユニットは、室からの空気／気体の排気を増加させるように配置構成することもできる。

本明細書及び請求の範囲では、弁に言及している場合、これは動作可能に１つ又は複数の閉鎖要素と関連するポートを含み、該ポート又は各ポートを開閉するように配置構成された様々な配置構成を備えることができることが理解されるであろう。例えば、弁配置構成は、回転装置の動作中にポートを通る空気／気体の所望の流れに従って、各々のポートを覆う／覆いを外すように動く弁要素として、ロータの１つが動作するように構成することができる。したがって、発明を実施するための形態及び請求の範囲で弁に言及する場合、それは１つ又は複数のポートを開閉するように構成された閉鎖機構を含むこのような配置構成をすべて含むものとする。

本発明の第５の態様によれば、本発明の第３及び第４の態様の回転圧縮機及びタービン配置構成は、再生可能なエネルギー源を提供するために動作可能に相互に関連するように構成することができる。

一実施形態では、回転圧縮機及びタービン配置構成は、再生可能なエネルギー源の貯蔵システムを提供するために動作可能に相互に関連するように構成される。

風力タービン、太陽光電発電機及び太陽熱発電機は、本発明の第３の態様による圧縮機配置構成によって、その断続的な出力を圧縮空気として貯蔵させることができる。貯蔵された圧縮空気は、短期間又は長期間にわたってエネルギー損が少なく、次に本発明の第４の態様のタービンからのエネルギー移動を通して、要求に応じて効率的に電気に戻すことができる低コストのエネルギー貯蔵設備を提供する。

本発明の上述した態様の様々な実施形態に、様々な弁／ポートの配置構成及び組合せを適用することができる。例えば、気体を各々の室へ、又は各々の室から配向するために、各ロータの内部に弁アセンブリを設けることができる。あるいは、必要に応じて室内の気体が入る／排気できるように、密閉ハウジング内で各々の室に隣接する位置に出口ポートを設けることができる。

各々の弁アセンブリのアパーチャ開放は、ポートのタイミングを可能にするために変動するように配置構成することができ、アパーチャ開放の継続時間は、圧縮機、エンジン又はタービンの効率を最適化するために調節できることが理解されるであろう。

次に本発明のロータリエンジンの形態を、添付図面を参照にしながら例示によってのみさらに説明し、図示する。
本発明の１つの形態による圧縮室の形成の早期段階を示す回転装置の部分断面図である。 最大圧縮時の図１の回転装置の部分断面図である。 ロータがさらに回転した状態で、遠心圧縮機及び密閉ハウジングの１つの形態も示す、図１の回転装置の部分断面図である。 図１に示した１つのロータの部分断面図である。 図４に示したロータの斜視図を示す。 ロータが４５°回転する図１の回転装置の圧縮シーケンスを示すものであり、０°の回転のロータを示す。 ロータが４５°回転する図１の回転装置の圧縮シーケンスを示すものであり、１５°の回転のロータを示す。 ロータが３０°回転する図１の回転装置の圧縮シーケンスを示すものであり、３０°の回転のロータを示す。 ロータが４５°回転する図１の回転装置の圧縮シーケンスを示すものであり、４５°の回転のロータを示す。 ２つの圧縮段階中の図１のロータ装置を示すものであり、第１の圧縮段階中のロータを示す。 ２つの圧縮段階中の図１のロータ装置を示すものであり、第２の圧縮段階中のロータを示す。 燃料インジェクタ及び／又は点火装置を配置する位置を示す、ロータリエンジンとして配置構成された場合の回転装置の別の形態の部分断面図である。 図８の回転装置のロータの部分断面図である。 図９のロータの断面図Ｘ₁−Ｘ₂である。 遠心圧縮機及び代替密閉ハウジングの別の形態を示す、図８のロータリエンジンの部分断面図である。 突起の開放区域と境界を接する面の曲率を計算する際に使用するために２つのロータ間の基準点にある頂点先端「Ａ」を示す。 各々のロータ突起の一実施形態について、側面の完成した輪郭を示す。 一方のロータの他方に対する運動の順次運動図である。 側面４ａを描く代替方法を示す。 代替密閉ハウジングがある図８のロータリエンジンの断面図である。 別の代替密閉ハウジングがある図８のロータリエンジンの断面図である。 密閉ハウジングの動作を説明するように注釈が付いた図１５Ａの回転装置の断面図である。 上記密閉ハウジングが部分的に図示された状態で、密閉ハウジングの動作を説明するように注釈が付いた図１５Ａの回転装置の断面図である。 圧縮機として動作するように配置構成された図１に示した回転装置の略図を示す。 図１８に示した圧縮機配置構成の前面図を示す。 図１９に示した圧縮機配置構成の背面図である。 図１８、図１９及び図２０の圧縮機内に組み込まれた歯車列配置構成の部分断面図を示す。 本発明の様々な形態の回転装置とともに使用する弁アセンブリの一実施形態の部分断面図を示す。 図２２Ａの断面Ａ−Ａを通した図を示す。 本発明の様々な形態の回転装置とともに使用する弁アセンブリの別の実施形態の部分断面図を示す。 図２３Ａの断面Ａ−Ａを通る図を示す。 断面Ａ−Ａを通る図とともに、本発明の様々な形態の回転装置とともに使用する弁アセンブリの別の実施形態の部分断面図を示す。 図２４Ａの断面Ａ−Ａを通る図を示す。 弁のアパーチャ開放を変更するように配置構成された可変アパーチャ弁の一実施形態の斜視図を示す。 本発明の様々な実施形態の回転装置とともに使用する別のハウジング配置構成の部分断面図を示す。

回転装置の一実施形態を図１から図５に示す。回転装置１は２つの円筒形ロータ２及び３を有する。ロータ２及び３はそれぞれ突起４を有する。

ロータ２及び３は、その各々の軸５及び６の周囲で回転する。ロータ２及び３の軸５及び６は、相互に対して実質的に平行に配置構成される。ロータの軸の方向は、特定の用途の必要に応じて垂直、又はその他の方向にすることができる。上のロータ２は反時計回り方向に回転し、下のロータ３は時計回り方向に回転する。

突起４は、ロータ２及び３の周囲に正規の位置で位置される。開放部分１３が、隣接する突起４の間で、ロータ２、３のそれぞれの周囲に形成される。各突起４は２つの側面４ａ及び突出した端面４ｂを有し、各側面４ａと突出した端面４ｂが合う点は頂点又は先端４ｃを画定する。２つのロータ２、３は、逆回転すると、ロータの一方の突起４が他方のロータ上にある１対の突起４間に係合し、係合するロータの突起の先端４ｃが、所定の機関だけ突起４の対の対向する側面４ａと密閉状態で一定に接触するように配置構成される。ロータの面４ｄは、隣接する突起４の間に画定される。ロータ２及び３が回転すると、突起４及び開放部分１３が密閉された圧縮室８を形成する。圧縮室８の形状及び容積は、ロータ２、３が回転するにつれて変化する。

突起の先端４ｃは側面４ａを描き、したがって先端４ｃが対向する側面４ａに沿って移動するにつれて圧縮室８が形成される。側面４ａは、全体的に湾曲した凹面の形状であるが、凹状の指数形状でもよい。シール材を各々の側面４ａに塗布して、各々の先端４ｃと対向する側面との間に縁部又は頂点シールを形成し、それにより圧縮室８が使用荷重で発生する圧縮圧（及びロータリエンジン装置の場合は燃焼圧）で密閉状態を確実に維持できるようにする。シール材は、幾つかのマツダの車両で使用されるワンケル型ロータリエンジンのようなエンジンに使用するために自動車産業で広く入手可能なこれらの頂点又は縁部シールと同様でよい。

特定の用途に従って、圧縮室の密閉を補助し、必要な機械的環境を補助するために、選択された特性（特に潤滑性及び粘性）のシール流体を使用することが好ましい。

回転装置１は、図３、図８から図１１及び図１５ａから図１７に示したようなロータリエンジン１ａを提供するように配置構成することができる。このような配置構成では、圧縮室８が各々の圧縮燃焼室を提供する働きをする。図を参照すると、密閉ハウジング７が、圧縮／燃焼プロセスの生じる区域を囲むように配置構成される。密閉ハウジング７はロータ２、３及び突起４と当接し、それにより圧縮室８を密閉する。これは、燃焼から得られるエネルギーを最大にする。したがって、密閉ハウジング７は、２つのロータ２と３の間の領域、及び特にロータ２、３の突起４及び開放部分１３によって形成された圧縮室８を囲む。

密閉ハウジング７は様々な形態をとれることが理解されるであろう。図１５Ａは代替密閉ハウジング７Ａを示す。図１５Ａから図１７では、空気が区域Ｐの大気圧にて空気流路１０ａを介してロータリエンジン１ａに導入される。Ｑは、各区域Ｐにて空気流路１０ａを介して導入されている空気の量を示す。各突起４が他方のロータ２、３上にある突起間の区域Ｑ（図１６参照）に貫入し始めると、空気が排出される。したがって、この排出された空気が区域Ｔに押し込まれる。排出される空気の量が増加するにつれ、区域Ｔは１次圧縮区域（特に図１７を参照）になる。排出空気の体積（Ｒ）は、他方のロータ２、３上にある２つの突起４間の開放部分１３に入る一方のロータ２、３の突起４の量と同等である。任意のタイプの可変弁を、区域Ｔに隣接する密閉ハウジング７ａに取り付けて、区域Ｔ中の圧縮又は圧力を上昇又は低下させることができる。区域Ｔ中の圧力を上昇又は低下させると、エンジン速度がそれぞれ増加又は低下する。

上述したように、ロータ２、３が回転すると、突起４及び開放部分１３が圧縮室８を形成する。圧縮室８は、図１に示すように最初は比較的大きい。ロータ２及び３が回転すると、圧縮室８の形状が変化して、図２に示すように最小容積を形成する。圧縮室８は、図３に示すように、分離する前の圧縮室８の形状を示す。

回転装置／エンジン１／１ａの圧縮サイクルの順序を図６Ａから図６Ｄに示す。図示の実施形態では、ロータ２、３はそれぞれ６つの突起を備える。ロータの面４ｄとそれに対向するロータの対向して突出した端面４ｂとの間に圧縮が生じ、ロータが回転する毎に生じる１２の圧縮サイクルを提供する。したがって、この順序は、ロータ２、３の１回転内に生じ得る１２の圧縮ストロークのうち１つを示す。

圧縮ストロークが回転の度数で画定された状態で、図６Ａ〜図６Ｄに示したストロークシーケンスは０°で開始し（図６Ａに図示）、４５°で終了する（図６Ｄに図示）。ストロークは２つの段階で構成される。すなわち、第１の圧縮段階は回転の０°と３０°の間で生じ、第２の段階は回転の３０°と４５°の間で生じる。各ストロークに１５°のオーバラップが存在し、したがって３６０°の１回転は１２の個々の圧縮ストロークを含む。シーケンスは以下の通りである。
図６Ａ：０°回転−圧縮なし。気体の体積がここでは圧縮室８内に密閉されているが、圧縮はまだ生じていない。
図６Ｂ：１５°回転−圧縮サイクルの段階１が開始している。ロータ３のロータ突起４が圧縮室８の開放部分１３の容積に押しつけられ、圧縮を引き起こす。
図６Ｃ：３０°回転−ここで段階１が終了する。この時点で圧縮比は２：１である。ロータの運動が３０°を超えると、圧縮の第２の段階が開始する。この時点で圧縮ストロークのオーバラップが開始することも留意されたい。
図６Ｄ：４５°回転−圧縮サイクルの段階２がここで終了し、ストロークが最大圧縮点に到達している。

潜在的圧縮比の推定は、図７Ａ及び図７Ｂに示したような２段階の圧縮ストロークに基づく。第１の段階（図７Ａに図示）の圧縮比は、２：１程度であると推定され、圧縮の第２の段階（図７Ｂに図示）は約４．５：１と推定される。さらに、圧縮の初期段階は、第２の段階を増加させる効果を有し、その結果、最終圧縮比が約９：１になると考えられる。ロータの輪郭も圧縮効率に貢献し、突起４（すなわち側面４ａ、突出した端面４ｂ、先端４ｃ及びロータ表面４ｄ）の幾何学的形態の変動は圧縮比に影響する。

通常、燃焼は最大圧縮（又は上死点）のわずか前に生じ、これが図２に示されている。しかし、例えばエンジンによって動力を与えられる車両が加速しているか、減速しているか、空転しているか、などに応じて燃焼の生じる場所を大きく変更することができる。通常、燃焼は上死点より前の約２５°と５°の間で生じる。したがって、燃料は、燃焼が生じるより多少前に、燃料噴射装置（図示せず）によって圧縮室８（ここでは燃焼室として働く）内に噴射しなければならない。（燃料インジェクタなどの）燃料噴射装置は様々な形態をとることができる。これらの形態は当技術分野で周知である。しかし、通常は電子燃料噴射システムを使用する。

燃焼を起こす場合、点火装置９によって火花を提供しなければならない。点火装置９は一般的にスパークプラグである。しかし、各々の圧縮室８内で燃料に点火することができる限り、点火装置は様々な形態をとることができる。点火装置９は様々な位置に位置することができる。都合のよい位置は、密閉ハウジング７内の点火装置を、燃焼が望ましい時に圧縮室８に対応する位置に位置することである。これは突起４のいずれかの側でよい。あるいは、点火装置９は、ロータ２又は３上に、又は突起４上に位置することができる。
スパークプラグは通常、密閉ハウジング７の外側から密閉ハウジング７にねじ込まれ、スパークプラグは密閉ハウジングの内面を越えて突き出さないことが理解されるであろう。密閉ハウジング７がロータ２、３及び突起４に接触する場合、これは各々の点火装置９の配置によって決定されることが理解されるであろう。燃料インジェクタ装置は、密閉ハウジング７の内側、又はロータ２又は３上、又は突起４上を含めて様々な位置に位置することもできることが明らかである。最も都合のよい位置は、これも密閉ハウジング７の内側である。点火装置９の場合のように、燃料インジェクタは、密閉ハウジング７の壁から内側に突き出さないように位置する必要があることが理解されるであろう。

図８に関して、燃料噴射装置及び／又は点火装置９は、以下のように、適切な圧縮室８の位置に隣接する密閉ハウジング７の上面又は底面に装着することができる。
・燃料インジェクタ及び／又はスパークプラグは、ロータの面４ｄ及び突出した端面４ｂ上に、例えばそれぞれ位置１０４及び１０８に装着することができる。
・燃料インジェクタは、前面に、例えば密閉ハウジング７の面１０３の位置１１２及び１１６に装着することができる。
・燃料インジェクタ及び／又はスパークプラグは、密閉ハウジング７の頂部又は底部、例えば各々の圧縮室８に隣接する位置１２０／１２４に装着することができる。

燃焼の結果、圧縮室８内の空気が加温され、燃焼時に圧縮室内の粒子の化学的構造も変化する。すなわち、圧縮され、点火された空気と燃料の混合物が膨張する力は、（噴射された時間に応じて）空気及び燃料を圧縮するために必要な力より大きい。したがって、燃焼が起きると、ロータ２、３は回転し続け、燃焼によって発生した力の大部分が、強制的にロータ２、３を既に回転していた方向にさらに高速で回転させる。

２つのロータが各々の方向に動くと（図６Ａ〜図６Ｄ参照）、吸気区域Ａ₂及びＡ₃（図３に図示）からの周囲空気が圧縮室８に入る。次に、燃料が圧縮室８内に噴射され、混合気が圧縮プロセスを継続する。最大圧縮に近い点で、混合気が点火される。混合気が燃焼し、圧力が蓄積すると、これは圧縮室８の境界に力を加えて、室の容積を増加させる。圧縮室８の容積を強制的に増加させることにより、既に確立されている回転方向に大きいレベルのトルクが与えられる。使用済み燃焼サイクルからの排気ガスは、圧縮室８から排気区域Ｅ₂及びＥ₃へと渡される。この時点の排気ガスは、圧縮室８から放出されると直線の軌跡を辿り、したがって関連するロータの開放部分１３を空にする。その結果のトルク、すなわち圧縮室８内で生じた回転動力は、次の新鮮な空気の体積を次の圧縮室８内に追いやり、したがってサイクルが続行する。

パートスロットルの用途では、トルク又は動力の生成を以下のように幾つかの方法で変更することができる。１つの方法は、圧縮室８内の圧力を低下させ、最終圧縮のために送出される新鮮な空気を低減することである。したがって、適正な空燃比を構成するために噴射する必要がある燃料が低減する。このような圧縮室８の内圧の低下は、密閉ハウジング７の面１０３に可変弁の開口又はポートを設けて、圧縮室８内の圧力蓄積を低減することによって達成することができる。圧縮室８の内圧を低下させる別の方法は、密閉ハウジング７の面１０３にソレノイドで作動する板弁を設けることである。

別の方法は、空気供給及び排気を補助する動的圧縮機ユニットを使用することを含む。例えば２つの圧縮機ユニット（１つの圧縮機ユニットが各ロータに関連する）を、吸気を吸入部門に直接供給するように配置構成することができ、２つの別の圧縮機ユニット（１つの圧縮機ユニットが各ロータに関連する）を、空気／気体を排気部門から直接引き出すように配置構成することができる。吸入部門への新鮮な吸気及び排気排出はすべて、別々のスロットルボディを通して引き出すことができ、スロットルボディの操作に委ねることができる。吸入部門の圧縮機ユニットは、圧縮機の圧力側から吸入部門に空気を供給し、
この区域の圧力を変化させることができる。排気部門の圧縮機は、圧縮機の真空側から排気部門を空にして、この区域の真空を変化させることができる。排気部門の各々の開放区域１３で発生した真空は、ロータが回転すると吸気部門に渡される。吸入及び排気部門のスロットルボディを制御すると、吸入部門で真空から比較的高圧まで圧力を広範囲に変化させることができ、これは低荷重から高荷重までの用途の範囲に対応する。

別の方法は、順番にインジェクタを停止して、１回転毎の動力段階の数を（ロータ毎に６つの突起を使用する場合の）１２から１２未満の任意の数に変化させることを含む。全荷重では１回転毎に１２の動力段階が必要となるが、これより低い荷重の要件では、１回転毎に対応して少ない数の動力段階が必要になる。「非噴射」事象の圧縮段階で投入されるエネルギーは、圧縮室８の膨張で回収される。

荷重要件を変化させるために動力発生を変化させる上述の方法は、個々に、又は組み合わせて使用できることが理解されるであろう。

圧縮室８は、ディーゼルのような圧縮点火燃料を使用できるように、圧力が十分高くなるように配置構成することもできる。この配置構成では、動力出力を低下させるためにインジェクタを希薄にする通常のディーゼルエンジンの荷重制御プロセスを通して達成される。ディーゼルエンジンは、動力出力を低下させるために圧縮室８の空気充填を低減する必要がなく、ただ噴射される燃料の量を低減するだけである。したがって、このような配置構成は通常の「燃料希薄」動作を使用し、スロットルを低下させる他の手順を必要としない。

回転装置１の部品によって生じる摩擦は最小化される。さらに、ピストンを利用するエンジンの場合のように、主要構成要素の方向転換でエネルギーが浪費されることがない。

一方のロータ上にある突起４の側面４ａの形状は、他方のロータ上にある突起の先端４ｃによって描かれる曲線に対して、圧縮室８の形成及び分離の全段階で一定の接点を生成し、それにより頂点又は縁部シールを介した室の密閉を容易にする。

密閉ハウジング７は、空気流路１０（図１１参照）も含む。空気流路１０は、空気を密閉ハウジング７内に、従って圧縮室８にも導入するように配置構成される。

密閉ハウジング７によって、燃焼による排気をロータリエンジン１ａの近傍から除去することもできる。幾つかの実施形態では、排気路１５を設けることができる。新鮮な空気を圧縮室８に導入すると、燃焼から得られるエネルギーの最大化を補助する。

空気流路１０は、圧縮した空気を圧縮室８に提供し、それにより図１１に示すような強制誘導のロータリエンジンを提供するために使用することができる。これは、圧縮室８に空気を供給できるように、空気流路１０を配置構成した遠心圧縮機ユニット１４を設けることによって達成することができる。遠心圧縮機１４は、空気流路１０を介して回転装置／エンジン１／１ａに圧縮空気を提供する１つの方法にすぎない。空気圧縮機ユニット１４に個別に動力を加えることも可能である。

圧縮空気を提供するということは、燃焼室８内の圧縮がさらに大きくなることであり、したがってロータ２及び３を駆動する力が増大する。

突起４は、図９及び図１０に示すように、ボルト又はねじ１１によってロータ２及び３に取り付けることができる。突起４がロータ２及び３に確実に取り付けられる限り、取り付け方法は重要でないことが理解されるであろう。ロータ２又は３と突起４を一体化する
（すなわち１つの部片にする）ことが可能である。図９及び図１０に関して、各突起４は、４本のボルト又はねじ１１によって各々のロータ２又は３に取り付けられる。ロータ２、３の周囲は、突起４を容易に取り付けられる表面１２を提供するように成形することができる。

ロータ２、３の各々の軸５／６は、軸受け（図示せず）によって支持される。これは、ロータ２、３の滑らかな回転を確実にする。各々の突起４の湾曲表面４ａの輪郭は、回転装置／エンジン１／１ａの動作に大きく影響を及ぼすことができ、様々な圧縮要件に合わせて変更することができる。図１２Ａ及び図１２Ｂに関して、各々の曲線の輪郭は、最初に図示のように描いた基準線「ＤＬ」上にロータ３の突起４’の頂点「Ａ」（先端４ｃ）を画定することによって生成することができる。この頂点「Ａ」は、突起４の設定深さとされる。直線の初期表面が、ロータ２の中心線から半径方向に生成される。ロータ２の陰影部分は、両方のロータが同時に回転するにつれて、ロータ３の点「Ａ」が通過する空の突起として「四角に区切られる」。

次のステップは、ロータ２の対向する（四角にして陰影を付けた）突起を通して頂点「Ａ」の軌跡を描くことである。現在の精密機械加工プロセスを使用して、±０．５°の正確さを達成することができ、したがって必要な輪郭を描くための基線増分としてこの程度の角度を使用することができる。したがって頂点「Ａ」の開始点からの累積角度及び距離が重ねられて、基線の輪郭を生成する。

図１２Ｂは、その結果得られ、必要とされる側面４ａの曲線の輪郭を示す。点「Ｃ」が原点「Ａ」の開始位置に位置決めされると、側面４ａの曲線の正確な位置を識別することができる。

１対の側面４ａから各突起４を生成したら、各曲線を、半径Ｒ_A及び半径Ｒ_Bによって指示された円弧と関連づけることによって、ロータの輪郭が完成する。これで、完全な輪郭を図５に示すような固定幅まで拡大することができる。輪郭は、次にロータを製造するためにコンピュータ数値制御（ＣＮＣ）機械への直接の入力として使用することができる。

図面にある本発明の概念を図示するために、ロータ毎に６つの突起しか示していない。ロータ毎に任意の数の突起を使用できることが理解されるであろう。突起の数を使用して、燃焼室の形状を操作し、したがって様々な出力特性を達成することができる。燃焼室８の形状を変更するために、突起の高さ（又は図１２Ａの半径Ｒ_Bに対する半径Ｒ_Aの比率）も変化させることができる。本発明ではこれらの組合せのいずれも使用することができる。ロータ毎の突起の数及び半径Ｒ_Aと半径Ｒ_Bとの比率が選択されると、側面４４の曲線を生成することができる。燃焼室８の形状は、ロータの面４ｄ及び突出した端面４ｂの形状を変化させることによって操作することもできる。各半径を変更するか、凸半径から凹半径に変化させると、圧縮比が変化し、これは本発明の様々な用途にとって重要になる。

図１３及び図１４を参照すると、側面４ａを計算する別の方法の図が示されており、これについて以下で説明する。

図１３では、ロータ２’の一方が静止軸の周囲に保持され、他方のロータ３’は動くことができる。シーケンス７／１から７／７で明らかであるように、ロータ３’は、ロータ２’に対して１８０°を描く過程で、自身の軸の周囲で約３６０°回転している。

ロータ２’を固定すると、ロータ３’は常に自身の軸の周囲で、ロータ２’の軸の周囲で回転する度数の２倍回転する。

図１４は、点Ｕ、Ｖ、Ｗ、Ｘ、Ｙ、Ｚを通る曲線４ａについて曲線Ｕ−Ｖを描く方法の例である。ロータ２’の軸と点Ｕとの間の線は、ロータ２’の半径である。

ロータを図１３／１のように配向すると、ロータ３’の半径は点Ｚと分度器Ｂ上の０°（ゼロ度）の間の線になり、この線は言うまでもなく１２ｃｍとなり、ロータ２’の半径と同じである。この例の突起の高さは２ｃｍ、すなわち点Ｕと点Ｚの間の最短距離である。

図１４は、ロータ２’が静止状態で保持されているので、ロータ３’の軸が（ロータ２’の軸に対して）右に任意の度数動くと、ロータ３’は自身の軸上でその度数の２倍回転するという概念を示す。

例えば図１４で、ロータ２’の軸とロータ３’の瞬間的な軸（分度器Ｂ上で０°）との間の仮説的な線を考えてみる。点Ｚと分度器Ｂ上の０°との間を辿ったロータ３’の半径は、南北線と平行である。この線に、突起の距離又は高さ２ｃｍを加算すると、点Ｕが確立される。点Ｕと分度器Ｂ上の０°との間の仮説的な線の長さは１４ｃｍ（ロータの半径に突起を加えた合計高さ）である。

この仮説的な線がロータ２’の軸上で回転する、例えば（分度器Ａ又はＢで）右に５°動くと、ロータ３’の軸はここで瞬間的に分度器Ｂの５°点になる。ロータ３’の軸は、これでロータ２’の軸に対して右に５°動いている。そのロータ３’は、自身の軸上でその度数の２倍回転しているはずであり。したがって１０°が描かれる。

ロータ３’の軸が分度器Ｂ上の５°点にある場合、仮説的な線（元は点Ｕに対して分度器Ｂ上で０°）はこの時、元の南北方向に対して１０°でなければならない。その距離又は長さはまだ１４ｃｍである。この仮説的な線はこの時、分度器Ｂ上の５°点からゲートＡ上のＧ１（南北方向から１０°の基準点にすぎない）を通って１４ｃｍ延び、点Ｖで終了する。

同じ方法を使用して、点Ｗ、Ｘ及びＹを生成する。分度器Ｂの１０°点にて、仮説的な線が（その南北方向に対して）２０°の角度でＧ２を通り、１４ｃｍ引かれ、点Ｗで終了する。点Ｚは、突起が接触を開始又は終了する点にすぎない。

ＵとＺの間にこれらの点を多数描くと、曲線Ｕ−Ｚがさらに明らかに画定され、これは側面４ａの凹形状を再現している。

この回転装置では、基準ロータ半径比率に対する突起の高さの比率が完全に変動可能である。圧縮した容積になる限り、任意の適切な比率を考慮することができる。しかし、任意のシナリオで圧縮を最大にするために、圧縮の持続時間は最長であることが望ましく、ロータ毎の突起の数、及び突起高さと半径の比率は両方とも、その結果の圧縮比に影響を及ぼす。

以下で２つの例について述べる。
例１
ロータ毎に５つの突起（ロータ毎に１０の突起間隔）
−ロータ軸から突起毎に３６°
−突起高さと基礎ロータ半径との比率が２５／４０
−圧縮比⇒約３．６：１

例２
ロータ毎に６つの突起（ロータ毎に１２の突起間隔）
−ロータ軸から突起毎に３０°
−突起高さと基礎ロータ半径との比率が９／２４
−圧縮比⇒約４．６：１

回転装置１は、圧縮機ユニットとして使用することもできる。図１８、図１９、図２０及び図２１を参照すると、回転圧縮機３０の実施形態が示されている。回転圧縮機３０の大半は上述したロータリエンジンアセンブリ（参照１ａ）と同様である。しかし、燃料噴射及び点火装置が燃焼室（ここでは圧縮可能な室８ａとして作用する）の隣に位置しているのではなく、１つ又は複数の一方弁又はポートが圧縮可能な室８ａの隣に位置する。一方弁は、室が最小になる位置で圧縮可能な室８ａの隣に位置することが好ましい。この方法で、一方弁は圧縮可能な室８ａから気体が出るのを容易にする。圧縮可能な室８ａの容積が減少し、したがって一方弁を通って圧縮可能な室から出る気体の排出量が減少する。

一方弁を出る気体は、収集装置内に収集される。強制的に収集装置に入れられた気体が多くなると、収集装置内の気体が圧縮される。圧縮したこの気体は、必要に応じて使用するために貯蔵することができる。

この場合も、密閉ハウジング７を使用し、一方弁を密閉ハウジング７内に、又は一方又は両方のロータ２、３内に位置することが可能である。密閉ハウジング７はロータ２、３及びその各々の突起４に当接し、圧縮可能な室８ａをそれぞれ密閉する。上述したように、さらに圧縮するために圧縮気体を圧縮可能な室８ａに導入することも可能である。

図１８、図１９、図２０及び図２１に示した回転圧縮機の実施形態では、圧縮機３０は圧縮サイクルを駆動するように配置構成された電動機３５を備える。電動機３５は、必要な圧縮機ＲＰＭを達成するために速度制御されるように配置構成される。圧縮機３０は、ロータ２、３の適正な回転を確実にするために、歯車の配置構成を有する歯車列４０配置構成（図２１に図示）を使用して各々のロータ２、３の両方のロータシャフト５ａ、６ａを接続する。パッケージングのサイズを考慮すると、図示の回転圧縮機３０で使用するには、４つの歯車のレイアウトが容易に適応可能であると見なされる。

電動機３５と歯車列４０との接続は、図２１に示すように歯車列の外側に配置構成された歯付きベルト４５を介する。圧縮機３０は１次圧縮機ハウジング４７内に収容され、歯車列４０はギアボックスクロージャ５１を有するギアボックスハウジング４９内に収容される。圧縮機３０は、吸気領域５３及び１つ又は複数の排気弁５５をさらに備える。

図２２及び図２３に示した様々な弁／ポートの配置構成及び組合せを、特定の用途により必要に応じて回転装置１の様々な実施形態に適用することができる。例えば、一方板弁を両側の弁（図２３に図示）又は内部弁構成（図２２に図示）で、あるいは両タイプのポートポーティングの組合せが必要である場合に使用することができる。製造費、効率、所望の圧力及びユニットサイズはすべて、任意の用途にどの弁／ポートの組合せが適切であるかを割り出す場合に考慮する要素である。

図２２Ａ、図２２Ｂは、内部弁アセンブリ５８及び５９の例示的実施形態を示す。図示の状況で、内部弁アセンブリ５８は、排気状態で開くように配置構成され、内部弁アセンブリ５９は閉じる。内部弁アセンブリ５８は、ロータ３内に配置された掃気導管６０、及び上板６４に装着された対応する掃気導管６２で構成され、これによってロータ３のロータ表面４ｄに設けた弁６６から高圧の空気を掃気することができる。この配置構成によって、ロータの輪郭から独立してポートのタイミング及び継続時間を制御することができる。

図２３Ａ、図２３Ｂは、上板６４にポート６８及び７０が設けられた側弁アセンブリの一実施形態の例を示す。ポート６８及び７０は、ロータ２、３が回転するにつれて開閉するように構成され、これによりポートを覆う／覆いを外す。ポートの位置、形状及びロータの輪郭の変動によって、ポートのタイミング及び継続時間を制御することができる。ポート６８、７０は底板７４にも設けることができる。あるいは、ポート６８、７０を上板６４及び底板７４の両方に設けることができる。

小型の携帯用圧縮機ユニットは、製造（製造が簡単）及び重量（より軽量）の考慮事項に関して、側部に装着する板弁アセンブリを使用するのに都合がよいと認識される。再生可能な発電用のエネルギー貯蔵システムのような大規模な圧縮機ユニットは、効率を上げるためにポーティングの継続時間が変動可能である内部弁アセンブリを使用するのに都合がよい傾向があることがある。

図２４Ａ、図２４Ｂを参照すると、回転装置１は、回転タービン８０として使用するように配置構成することもでき、多くの面で上述した回転圧縮機３０と同様であるが、ただし回転タービン８０のロータは弁／ポートの位置決めに対して反対方向に回転する。回転タービン８０は、圧力下で気体を回転運動に変換するように配置構成される。回転圧縮機３０の配置構成とは対照的に、加圧された気体は圧縮機構成内の気体の反対方向に流れる。したがって、ここでは圧縮室８はそれぞれ膨張可能な室８ｂとして働く。

タービンとして配置構成すると、回転装置１は発電又は車両推進の目的で、加圧した気体を回転運動に変換する直接的で効率的な方法を提供する。加圧した気体は、室の容積が最小である時にロータ間の室に入る。気体の圧力は室の容積を大きくさせ、したがってロータの回転をもたらす。回転が生じると、気体の圧力は、そのエネルギーが膨張可能な室８ｂの膨張に使用されるにつれて低下する。初期推定は、膨張可能な室８ｂが最大の容積になると、気体圧力がゼロ（０ｋｐａ）になる傾向があり、気体中に保存されたエネルギーはほぼ全部がロータの回転に移行することを示唆する。これは、発電又は車両推進のために加圧した気体／空気／蒸気からのエネルギーが機械的回転に非常に効率的に移行することを表す。

回転タービン８０は内部弁アセンブリ８２及び８４を備え、これはそれぞれ掃気導管８８と流体連通する出口８６を有する。図２４に示すサイクルの段階で、弁アセンブリ８２は作動し、弁アセンブリ８４は閉じている。

気体は最初に、内部弁アセンブリ８２を通って回転タービン８０に入る。気体は、膨張可能な室内の容積が最小である場合に、２つのロータ２、３間の膨張可能な室８ｂのロータ面９２にある弁口９０を通って流れる。入ってくる気体の圧力が作用して、膨張可能な室８ｂの容積を最大まで膨張させ、２つのロータ２、３の回転をもたらす。次に、この回転を使用して、発電のような作業をすることができる。排気ガスは、排気領域９４によって回転タービン８０から排気される。

各々の弁及びポートのアパーチャ開放は、変動可能になるように配置構成できることが理解されるであろう。アパーチャ開口９７を変更できるようにする可変アパーチャ弁アセンブリ９６の一実施形態が、図２５に示されている。可変アパーチャ弁アセンブリ９６は、ハウジング９９内に設けられた各々の相補的な溝１０２／１０２’とスライド可能に係合するように配置構成された***１０１／１０１’を有する摺動弁９８を備える。可変アパーチャ弁配置構成９６によって、圧縮機、エンジン又はタービンの効率を最適化するためにアパーチャ開口９７のタイミング及び継続時間を調節することができる。

タービン配置構成は、比較的低い圧力で効率的に動作し、それにより大量の燃料を必要とする現在の発電の過熱蒸気圧の必要性が低下すると考えられる。タービン配置構成の比較的低い圧力要件は、特に太陽熱及び地熱分野で蒸気生成からの発電に適しているようである。石炭燃焼分野で効率的な利得を達成するための用途もあり得る。

回転装置１の別の配置構成は、再生可能なエネルギー源として使用するために回転圧縮機３０とタービン８０の配置構成を組み合わせることを含む。この性質の配置構成は、再生可能なエネルギー源のエネルギー貯蔵システムとして有用になり得る可能性がある。風力タービン、太陽光電発電機及び太陽熱発電機は、上述したものに従った回転圧縮機配置構成を使用し、その断続的な出力を圧縮空気として貯蔵させることができる。貯蔵された圧縮空気は、短期間又は長期間にわたってエネルギー損が少なく、次に上述したような回転タービン配置構成からのエネルギー移動を通して、要求に応じて効率的に電気に戻すことができる低コストのエネルギー貯蔵設備を提供する。

エネルギーを貯蔵し、その後にタービン配置構成を使用して電気に変換するために空気を圧縮する風力タービンは、弁の前後で必要なエネルギー損が最少になる。圧縮機とタービンの構成の両方でポーティングの継続時間が可変である内部弁アセンブリを使用すると、再生可能エネルギーシステムのエネルギー貯蔵及び生成の効率を上げる傾向がある。

上述したタービン配置構成は、（例えば蒸気圧からの）発電に使用する場合、圧力容器で生成した蒸気から使用可能な比較的一定の圧力により、変動しない内部弁アセンブリの効果を得ることができる。

別のハウジング配置構成１１８が図２６に示され、これは回転装置１の様々な用途にも提供することができ、図３に示した密閉ハウジング７の変形版である。修正された配置構成では、適切に収容されて密閉された有効な室８ｃの約半分しか有していないハウジング配置構成１１８が構成される。この「半室」の配置構成（以降では半室ハウジング１１９とする）の原理を、圧縮機３０及びタービン８０の配置構成の両方の回転装置に適用することができる。

半室ハウジング１１９は、一方のロータの突起が対向するロータの開放部分１３の容積の内側と係合する一方、同じプロセスが同時に対向するロータにも起きているということを前提とする。突起４の対応する突出端面１２０が対向するロータの面１２１と近く、したがって各々の「嵌合」する面の間を通る気体を停止するための効果的なシールになる。例えば図２６を参照すると、ロータ２の開放区域１２２の内側にあるロータ３の突出端面１２０は、ロータ２のロータ面１２１との効果的なシールになり、それによりガスシール（「Ｈ」のラベルを付ける）を形成する。図示の場合、これで室８ｃが動作可能な室となる。図示の配置構成では、ロータ面１２１とロータ２の側面１２４が合う場所に、又はその付近に内部ポート１２３が設けられる。このようなポートは、動作が連続的になるように、ロータＢにも同様に設けられる。圧縮機が必要か、タービン構成が必要かに応じて、ロータの相対的回転及び各々のポートを通る気体の流れが異なってくる（通常は反対になる）ことが認識される。

半室ハウジング１１９の顕著な特徴は、最小である時に室８ｃの容積が「理論的にゼロ」になる傾向があることである。図２６のロータ３が時計回り方向に約１５°回転しようとする場合、その頂点（室８ｃの隅の１つを構成する）は、内部ポート１２３が位置しているロータ面１２１の領域とほぼ接触する。この時点で、室８ｃの容積は理論的なゼロに近くなる。回転圧縮機の構成に半室ハウジング１１９を使用することの利点は、室８ｃ内の圧力発生を有意に増加させることである。

標準的な回転設計の配置構成は、ほぼ１０：１の圧力比を含む。対照的に、半室配置構成を組み込むと、これより有意に大きい圧力比を含むようである。回転タービン８０の構成に半室ハウジング１１９を使用することの利点は、入ってくる気体の圧力へと持ち越される室８ｃ内の残留容積が最小になることである。したがって、入ってくる気体は、室に入った瞬間に回転運動（トルク）を生成し始めることができる。これは、加圧された気体中の非常に高レベルのエネルギーがトルクに直接変換される結果になると認識される。

本説明及び請求の範囲で使用する「備える」という言葉、及び「備える」という言葉の形態は、いかなる変形又は追加も除外すると本発明の請求の範囲を制限するものではない。

本発明の変形及び改良は、当業者には容易に明らかとなる。そのような変形及び改良は、本発明の範囲内に入るものとする。

Claims (38)

1. ロータリエンジン、圧縮機、又はタービンに使用する回転装置であって、相互に隣接して配置され、実質的に平行な回転軸の周囲で回転可能な２つのロータを備え、
   （ｉ）前記各ロータが、それぞれの周囲に一定の間隔で自身から延在する突起を有して、隣接する突起の間に密閉可能な圧縮室の開放部分を画定し、
   （ｉｉ）各突起が２つの側面及び１つの突出した端面を有し、各側面と前記突出した端面とが合う点が先端を画定し、
   （ｉｉｉ）前記ロータが逆回転すると、前記ロータの一方の突起が他方のロータ上にある１対の突起の間に係合し、該係合しているロータの先端が前記突起対の対向する側面と所定の期間、密閉状態で一定に接触するように前記２つのロータが配置構成され、
   前記所定の期間中に、密閉した室が形成され、該室の容積が逆回転によって所定のレベルまで低減する回転装置。
2. 前記突起又は各突起が、所定の室の容積を達成するように成形される、前記請求項に記載の回転装置。
3. 各突起の側面又は各側面の形状が、他方のロータに対して一方のロータが回転すると、前記一方のロータ上にある突起の突出端面の先端がそれぞれ、前記他方のロータ上にある前記突起の側面の形状を辿る曲線を描き、全ストロークを通して前記先端と前記側面が一定の接触点を形成する、請求項１又は２に記載の回転装置。
4. 前記突出端面又は各突出端面が、前記圧縮室の開放部分に出入りするにつれ、前記ロータ表面と係合しないように成形される、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
5. 各突起の突出端面が、凸曲線として成形される、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
6. 各突起の前記側面又は各側面が、
   （ｉ）凹曲面、又は
   （ｉｉ）指数凹曲線
   として成形される、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
7. 前記圧縮室が全ストロークを通して密閉されるように、前記先端又は各先端が、前記圧縮室を密閉するシール材を備える、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
8. 前記シール材が、典型的な圧縮及び燃焼圧に耐えることができる、請求項７に記載の回転装置。
9. 前記圧縮室が形成される区域が密閉ハウジングに囲まれ、前記圧縮室が実質的に閉じるように配置構成される、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
10. 前記密閉ハウジングが、前記圧縮室の開放部分に空気を導入する空気入口を備える、請求項８又は請求項９に記載の回転装置。
11. 前記密閉ハウジングが、各室内で圧縮される空気の体積を増加させ、それにより最大圧縮比を上げるように、その後の圧縮室の開放部分を覆うように配置構成される、請求項９又は請求項１０に記載の回転装置。
12. 前記密閉ハウジングが、燃焼が起きた後に前記圧縮室からの排気ガスを受けるように配
    置構成された排気出口を備える、請求項９から１１のいずれか１項に記載の回転装置。
13. 各々のロータと関連して、前記圧縮室の開放部分に入る吸気量を増加させるように、遠心圧縮機ユニットが配置構成される、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
14. 各々のロータと関連して、前記圧縮室からの空気／気体の排気を増加させるように、遠心圧縮機ユニットが配置構成される、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
15. 前記突起が別々の構成要素として形成され、それぞれが各々のロータに取り付け可能であるように構成される、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
16. 前記突起が、その各々のロータと一体形成される、請求項１から１４のいずれか１項に記載の回転装置。
17. 前記ロータが、それぞれ円筒形である、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
18. 前記ロータの回転軸が、相互に位置合わせされる、前記請求項のいずれか１項に記載の回転装置。
19. 圧縮及び燃焼ゾーンがあるロータリエンジンであって、
    （ｉ）請求項９から１８のいずれか１項に記載の回転装置と、
    （ｉｉ）前記密閉可能な圧縮室内に燃料を噴射するインジェクタと、
    （ｉｉｉ）前記密閉可能な圧縮室内で前記燃料に点火する点火装置と、
    を備え、
    前記所定の期間中に、密閉した圧縮室が形成され、該密閉した圧縮燃焼室の容積が逆回転によって所定のレベルまで低減し、燃料が前記密閉した圧縮燃焼室内に噴射され、その後に点火されるロータリエンジン。
20. 前記インジェクタが、前記ハウジング内に位置する、請求項１９に記載のロータリエンジン。
21. １つ又は複数のインジェクタが、前記ロータの一方又は両方に装着される、請求項１９又は請求項２０に記載のロータリエンジン。
22. 前記点火装置が、前記ハウジングの内側に位置する、請求項１９から２１のいずれか１項に記載のロータリエンジン。
23. １つ又は複数の点火装置が、前記ロータの一方又は両方に装着される、請求項１９から２２のいずれか１項に記載のロータリエンジン。
24. 前記密閉ハウジングが、燃焼が起きた後に前記圧縮室から排気ガスを受けるように配置構成された排気出口を備える、請求項１９から２３のいずれか１項に記載のロータリエンジン。
25. （ｉ）請求項９から１８のいずれか１項に記載の回転装置と、
    （ｉｉ）前記密閉した圧縮室が形成される場所に隣接して位置し、前記密閉した圧縮室内の気体が室を出られるようにする少なくとも１つの一方弁と、
    を備え、
    所定の期間中に密閉した圧縮室が形成され、前記密閉した圧縮室の容積が逆回転によって所定のレベルまで低減し、このように圧縮した気体が前記少なくとも１つの一方弁を介
    して前記密閉した圧縮室から出ることができる圧縮機。
26. 前記出て行く気体が、前記少なくとも１つの一方弁を出た後に収集装置内に収集される、請求項２５に記載の圧縮機。
27. 前記密閉ハウジングが、前記圧縮プロセス中に圧縮室又は開放部分の実質的に半分を密閉するように配置構成される、請求項２５又は請求項２６に記載の圧縮機。
28. 前記少なくとも１つの一方弁が、前記ハウジング内に位置する、請求項２５から２７のいずれか１項に記載の圧縮機。
29. 前記少なくとも１つの一方弁が、前記ロータの一方又は両方内に位置する、請求項２５から２８のいずれか１項に記載の圧縮機。
30. 前記圧縮サイクルを駆動する駆動手段を備える、請求項２５から２９のいずれか１項に記載の圧縮機。
31. 前記ロータを動作状態で相互に関連させる駆動列配置構成を備える、請求項２５から３０のいずれか１項に記載の圧縮機。
32. （ｉ）請求項９から１８のいずれか１項に記載の回転装置と、
    （ｉｉ）前記密閉可能で膨張可能な室が形成される場所に隣接して位置し、前記密閉可能で膨張可能な室に圧縮した気体が入ることができるようにする少なくとも１つの一方弁と、
    を備え、
    前記所定の期間中に密閉した膨張可能な室が形成され、気体が、前記密閉した膨張可能な室を膨張させて前記ロータを回転させるように、前記少なくとも１つの一方弁を介して前記密閉した膨張可能な室に入ることができるタービン。
33. 前記ロータの一方又はそれぞれに、各々の内部弁アセンブリが設けられる、請求項３２に記載のタービン。
34. 前記内部弁アセンブリが、前記膨張可能な室と圧縮気体源との間に流体連絡を提供する導管を備える、請求項３２又は請求項３３に記載のタービン。
35. 実質的に本明細書に記載した、添付図面のいずれか１つに関連する回転装置。
36. 実質的に本明細書に記載した、添付図面のいずれか１つに関連するロータリエンジン。
37. 実質的に本明細書に記載した、添付図面のいずれか１つに関連する圧縮機。
38. 実質的に本明細書に記載した、添付図面のいずれか１つに関連するタービン。