JP6677754B2 - 調整可能な作動流体ポートを有する回転膨張室装置およびこれを内蔵するシステム - Google Patents
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Description
NoET=NoIT+1 式(1)
式中、
NoETは外歯車の歯数と定義される。
NoITは内歯車の歯数と定義される。
式1は、上述のN:N+1の条件を数学的に表している。それゆえ、外歯車の1回転につき、内歯車は(n+1)/n回転する。別の言い方をすれば、内歯車が1回転するたびに、それは外歯車に関する位置を歯1個分前進させ、この前進は外歯車の1回転の1/(n+1)thおよび内歯車の1回転の(1/n)thとなる。
Δ=NoIT・δ 式(4)
式中、
TH(1002と1202)は、歯の高さと定義され、これは歯車の回転軸と歯の先端1003と1203との間の距離である。
E(1004と1204)は、偏心度と定義され、これは内歯車の回転軸1005と1205と外歯車の回転軸1006と1206との間の距離である。
Δ(1007と1207)は、外歯車が回転した角度と定義される。
r(1008と1208)は、外歯車の中心から外歯車の歯のうちの1つの先端までの距離として定義され、それゆえ、外歯車の内壁を画定する。
δ(1010と1210)は、内歯車が外歯車に関して回転した角度と定義される。
θ(1012と1212)は、外歯車に関する「r」の角度と定義される。
実験を通じて発見された点として、
TH=E・NoIT 式(5)
が実行されると、上述のピストン運動が得られる。式4と5を式2と3に代入すると、
と
が得られ、図10は、その結果として得られるNoITが4の場合の谷部が1つの円弧1014を示す。E 1004と1204およびNoITがどちらも歯車の形状の一定の数値であるため、δ 1010と1210だけが各式の右辺の可変値として残り、E 1004と1204およびNoITの各組み合わせについて各式のパラメータ表示をプロットできる。(当業者であればわかるように、θを求める際、逆正接表現の結果に、それが不連続点を通過する時には必ずπを累積的に加算しなければならず、そうしないと不正確でばらばらなプロットになる。)あるいは、δ 1010と1210をθ 1012と1212について解き、それを式3または7に代入して、正しいプロットを得てもよい。どちらの式の組も、希望に応じてデカルト座標系に変換してもよい。
および
Δ=(NoIT+1)・δ 式(10)
実験を通じてわかったこととして、
TH=E・(NoIT+1) 式(11)
が実行されると、上述のピストン運動が得られる。式10と11を式8と9に代入すると、
と
が得られ、図12は、その結果として得られるNOITが3の時の1つの歯の円弧1216を示している。前述のように、E 1004と1204およびNoITはどちらも歯車の形状の一定の数値であるため、δ 1010と1210だけが各式の右辺の可変数として残り、E 1004と1204およびNoITの各組み合わせについて各式のパラメータ表示をプロットできる。前述のように、δ 1010と1210をθ 1012と1212について解き、それを式9または13に代入して、正しいプロットを得てもよい。前述のように、どちらの式の組も、希望に応じてデカルト座標系に変換してもよい。
Claims (24)
- 回転膨張室装置において、
ロータとベーンまたは内歯車と外歯車を含む第一の機構を含み、前記第一の機構は部分的に少なくとも第一の体積の境界を画定し、前記第一の体積は前記回転膨張室装置の動作中に前記ロータ、ベーン、内歯車、または外歯車の回転にしたがって移動し、
円周範囲を有するアクセス不能な第一の円弧を含み、
前記第一の機構と相互作用して前記アクセス不能な第一の円弧の円周範囲を制御するための2以上のスライドを有する第二の機構を含み、前記アクセス不能な第一の円弧にわたって前記第一の体積は前記第一および第二の機構によって閉鎖空間にされ、
前記アクセス不能な第一の円弧は第一端部と第二端部とを有し、
前記第一の体積は前記回転膨張室装置の動作中に大きさが変わり、
前記回転膨張室装置は、前記2以上のスライドを動かすことにより、前記アクセス不能な第一の円弧の第一端部と第二端部の各々の位置を、前記第一端部と第二端部のうちの他方の位置を変えることなく変化させて、前記第一の体積が前記アクセス不能な第一の円弧の第一端部に位置づけられているときに前記第一の体積の大きさを独立的に制御し、前記第一の体積が前記アクセス不能な第一の円弧の第二端部に位置づけられているときに前記第一の体積の大きさを独立的に制御できるように設計され構成されていることを特徴とする回転膨張室装置。 - 請求項1に記載の回転膨張室装置において、前記回転膨張室装置がアクセス不能な第二の円弧を有し、前記回転膨張室装置がさらに、
スライドまたはウェッジを含み、前記第一および第二の機構のうちの1以上と相互作用して前記第一の体積の境界を前記アクセス不能な第二の円弧に沿った第一の位置に画定する第三の機構を含み、前記第一の体積の大きさは前記第一の位置においてゼロであることを特徴とする回転膨張室装置。 - 請求項2に記載の回転膨張室装置において、前記回転膨張室装置がさらに、前記アクセス不能な第一および第二の円弧の間に複数のアクセス円弧を含むことを特徴とする回転膨張室装置。
- 請求項3に記載の回転膨張室装置において、さらに、
前記回転膨張室装置によって部分的に境界が画定される、前記第一の体積と断続的に連通する複数の体積を含み、
前記複数の体積が部分的または全体的に、前記回転膨張室装置によって互いに離間されていることを特徴とする回転膨張室装置。 - 請求項4に記載の回転膨張室装置において、前記第二の機構が複数のスライドを含み、前記アクセス不能な第一の円弧は、上に前記複数のスライドが互いに重なる円弧であることを特徴とする回転膨張室装置。
- 請求項4に記載の回転膨張室装置において、前記第二の機構が複数のスライドを含み、前記アクセス不能な第一の円弧は前記複数のスライドによって規定される円弧の合体であることを特徴とする回転膨張室装置。
- 請求項4に記載の回転膨張室装置において、前記回転膨張室装置は作動流体から機械的な回転動作にエネルギーを変換するモータとして動作するよう構成され、前記モータは、当該モータをまたがる前記作動流体の圧力差、前記モータに入る前記作動流体の第一の圧力、前記モータを出る前記作動流体の第二の圧力、前記モータをまたがる前記作動流体の温度差、前記モータに入る前記作動流体の第一の温度、前記モータを出る前記作動流体の第二の温度、前記モータを通る前記作動流体の質量流量、および前記モータを通る前記作動流体の流れる方向のうちの1以上に関係なく、生成される回転速度、生成される回転方向、および生成されるトルクのうちの1以上を選択的かつ独立的に変化できるよう設計および構成されることを特徴とする回転膨張室装置。
- 請求項4に記載の回転膨張室装置において、前記回転膨張室装置は、回転の入力速度、回転の入力方向、および入力トルクのうちの1以上に関係なく、前記回転膨張室装置にまたがる作動流体の圧力差、前記回転膨張室装置に入る前記作動流体の第一の圧力、前記回転膨張室装置を出る前記作動流体の第二の圧力、前記回転膨張室装置をまたがる作動流体の温度差、前記回転膨張室装置に入る前記作動流体の第一の温度、前記回転膨張室装置を出る前記作動流体の第二の温度、前記回転膨張室装置を通る前記作動流体の質量流量、および前記回転膨張室装置を通る前記作動流体の流れる方向のうちの1以上を選択的かつ独立的に変更できるよう設計され構成されていることを特徴とする回転膨張室装置。
- エネルギー回収システムにおいて、
それぞれ請求項4に記載の回転膨張室装置を第一のものと第二のものとで二つ含み、
前記第一の回転膨張室装置は前記第二の回転膨張室装置に機械的に結合され、
前記第一および第二の回転膨張室装置に流体連結された熱交換器を含み、
前記エネルギー回収システムが、作動流体を前記第一の回転膨張室装置で膨張させ、前記作動流体を前記熱交換器で冷却し、その後に前記作動流体を前記第二の回転膨張室装置で圧縮することにより、作動流体からエネルギーを回収するよう設計され構成されていることを特徴とするエネルギー回収システム。 - エネルギー回収システムにおいて、
それぞれ請求項4に記載の回転膨張室装置を第一のものと第二のものとで二つ含み、
前記第一の回転膨張室装置は前記第二の回転膨張室装置に機械的に結合され、
前記第一および第二の回転膨張室装置に流体連結された燃焼室を含み、
前記エネルギー回収システムが、作動流体を前記第一の回転膨張室装置で圧縮し、前記燃焼室で加熱し、前記作動流体が前記第二の回転膨張室装置の前記第一の体積を出る前に、前記作動流体を前記第二の回転膨張室装置で膨張させるよう設計され構成されていることを特徴とするエネルギー回収システム。 - 単相冷却システムにおいて、
それぞれ請求項4に記載の回転膨張室装置を第一のものと第二のものとで二つ含み、
前記第一の回転膨張室装置は前記第二の回転膨張室装置に機械的に結合され、
前記第一および第二の回転膨張室装置に流体連結された第一および第二の熱交換器を含み、
前記単相冷却システムが、圧縮性の作動流体による閉ループ冷却サイクルとして機能するように構成され、前記第一と第二の回転膨張室装置はどちらも、前記作動流体の質量流量を、前記ロータとベーンまたは内歯車と外歯車の回転速度、あるいは前記第一および第二の回転膨張室装置にまたがる温度または圧力差に関係なく独立的に制御するよう設計および構成されることを特徴とする単相冷却システム。 - 熱を制御環境に伝えるように構成された加熱システムにおいて、当該加熱システムが、
閉サイクルエンジンに連結された開サイクルエンジンを含み、前記開サイクルエンジンはそれぞれ請求項4に記載の回転膨張室装置を第一のものと第二のものとで二つ含み、前記閉サイクルエンジンはそれぞれそれぞれ請求項4に記載の回転膨張室装置を第三のものと第四のものとで二つ含み、前記第一、第二、第三、および第四の回転膨張室装置は相互に機械的に連結され、
前記開サイクルエンジンは燃焼室を有し、これは前記第一と第二の回転膨張室装置に連結され、前記第一の回転膨張室装置によって圧縮されていた第一の作動流体を加熱するように構成され、前記第二の回転膨張室装置は前記燃焼室によって加熱された前記第一の作動流体を膨張させ、
前記閉サイクルエンジンは、前記第一の作動流体から第二の作動流体に熱を伝達するように構成された第一の熱交換器によって前記開サイクルエンジンに熱連結され、
前記第三と第四の回転膨張室装置は、前記第一の熱交換器と第二の熱交換器に連結されて閉ループを形成し、前記第二の熱交換器は制御環境に熱連結され、それによって前記加熱システムが熱を制御環境に伝えるように構成されることを特徴とする加熱システム。 - 回転膨張室装置において、
回転するよう構成されたロータとベーンまたは内歯車と外歯車を含む第一の機構と、第一の回転円弧にわたって前記第一の機構と相互作用して第一の体積を閉鎖空間にするための2以上のスライドを有する第二の機構とを含み、前記回転膨張室装置の動作中に前記第一の体積が前記ロータ、ベーン、内歯車、または外歯車の回転とともに移動し、
前記回転膨張室装置が、前記回転膨張室装置の動作中に前記第一の体積が増大する膨張体積円弧、前記回転膨張室装置の動作中に前記第一の体積が同じ大きさのままである一定体積円弧、および前記回転膨張室装置の動作中に前記第一の体積が減少する収縮体積円弧のうちの少なくとも1つを含む、回転体積円弧を少なくとも1つ有し、
前記第一の回転円弧は第一端部と第二端部を有し、前記第二の機構は、前記2以上のスライドを動かすことにより、前記第一の回転円弧の第一端部と第二端部それぞれの位置を他端の位置に関係なく制御するよう設計され構成され、これにより前記第一の体積が前記第一の回転円弧の第一端部に位置づけられるときに前記第一の体積の大きさを個別に制御し、前記第一の体積が前記第一の回転円弧の第二端部に位置づけられるときに前記第一の体積の大きさを個別に制御することを特徴とする回転膨張室装置。 - 請求項13に記載の回転膨張室装置において、前記回転膨張室装置が第二の回転円弧を有し、前記回転膨張室装置がさらに、
スライドまたはウェッジを含み、前記第一および第二の機構のうちの少なくとも一方と相互作用して、前記第二の回転円弧に沿った第一の位置に前記第一の体積の境界を定める第三の機構を含み、ここで前記第一の体積の大きさは前記第一の位置においてゼロであることを特徴とする回転膨張室装置。 - 請求項14に記載の回転膨張室装置において、前記回転膨張室装置がさらに、前記第一および第二の回転円弧間に位置づけられた複数のアクセス円弧を含むことを特徴とする回転膨張室装置。
- 請求項15に記載の回転膨張室装置において、さらに、
前記回転膨張室装置によって部分的に境界が画定される、前記第一の体積と断続的に連通する複数の体積を含み、
前記複数の体積が部分的または全体的に、前記回転膨張室装置によって互いに離間されていることを特徴とすることを特徴とする回転膨張室装置。 - 請求項16に記載の回転膨張室装置において、前記第二の機構が複数のスライドを含み、前記第一の回転円弧は、上に前記複数のスライドが互いに重なる円弧であることを特徴とする回転膨張室装置。
- 請求項16に記載の回転膨張室装置において、前記第二の機構が複数のスライドを含み、前記第一の回転円弧は前記複数のスライドによって規定される円弧の合体であることを特徴とする回転膨張室装置。
- 請求項16に記載の回転膨張室装置において、前記回転膨張室装置は作動流体から機械的な回転動作にエネルギーを変換するモータとして動作するよう構成され、前記モータは、当該モータをまたがる前記作動流体の圧力差、前記モータに入る前記作動流体の第一の圧力、前記モータを出る前記作動流体の第二の圧力、前記モータをまたがる前記作動流体の温度差、前記モータに入る前記作動流体の第一の温度、前記モータを出る前記作動流体の第二の温度、前記モータを通る前記作動流体の質量流量、および前記モータを通る前記作動流体の流れる方向のうちの1以上に関係なく、生成される回転速度、生成される回転方向、および生成されるトルクのうちの1以上を選択的かつ独立的に変化できるよう設計および構成されることを特徴とする回転膨張室装置。
- 請求項16に記載の回転膨張室装置において、前記回転膨張室装置は、回転の入力速度、回転の入力方向、および入力トルクのうちの1以上に関係なく、前記回転膨張室装置にまたがる作動流体の圧力差、前記回転膨張室装置に入る前記作動流体の第一の圧力、前記回転膨張室装置を出る前記作動流体の第二の圧力、前記回転膨張室装置をまたがる作動流体の温度差、前記回転膨張室装置に入る前記作動流体の第一の温度、前記回転膨張室装置を出る前記作動流体の第二の温度、前記回転膨張室装置を通る前記作動流体の質量流量、および前記回転膨張室装置を通る前記作動流体の流れる方向のうちの1以上を選択的かつ独立的に変更できるよう設計され構成されていることを特徴とする回転膨張室装置。
- エネルギー回収システムにおいて、
それぞれ請求項16に記載の回転膨張室装置を第一のものと第二のものとで二つ含み、
前記第一の回転膨張室装置は前記第二の回転膨張室装置に機械的に結合され、
前記第一および第二の回転膨張室装置に流体連結された熱交換器を含み、
前記エネルギー回収システムが、作動流体を前記第一の回転膨張室装置で膨張させ、前記作動流体を前記熱交換器で冷却し、その後に前記作動流体を前記第二の回転膨張室装置で圧縮することにより、作動流体からエネルギーを回収するよう設計され構成されていることを特徴とするエネルギー回収システム。 - エネルギー回収システムにおいて、
それぞれ請求項16に記載の回転膨張室装置を第一のものと第二のものとで二つ含み、
前記第一の回転膨張室装置は前記第二の回転膨張室装置に機械的に結合され、
前記第一および第二の回転膨張室装置に流体連結された燃焼室を含み、
前記エネルギー回収システムが、作動流体を前記第一の回転膨張室装置で圧縮し、前記作動流体を前記燃焼室で加熱し、前記作動流体が前記第二の回転膨張室装置の前記第一の体積を出る前に、前記作動流体を前記第二の回転膨張室装置で膨張させるよう設計され構成されていることを特徴とするエネルギー回収システム。 - 単相冷却システムにおいて、
それぞれ請求項16に記載の回転膨張室装置を第一のものと第二のものとで二つ含み、
前記第一の回転膨張室装置は前記第二の回転膨張室装置に機械的に結合され、
前記第一および第二の回転膨張室装置に流体連結された第一および第二の熱交換器を含み、
前記単相冷却システムが、圧縮性の作動流体による閉ループ冷却サイクルとして機能するように構成され、前記第一と第二の回転膨張室装置はどちらも、前記作動流体の質量流量を、前記ロータとベーンまたは内歯車と外歯車の回転速度、あるいは前記第一および第二の回転膨張室装置にまたがる温度または圧力差に関係なく独立的に制御するよう設計および構成されることを特徴とする単相冷却システム。 - 熱を制御環境に伝えるように構成された加熱システムにおいて、当該加熱システムが、
閉サイクルエンジンに連結された開サイクルエンジンを含み、前記開サイクルエンジンはそれぞれ請求項16に記載の回転膨張室装置を第一のものと第二のものとで二つ含み、前記閉サイクルエンジンはそれぞれ請求項16に記載の回転膨張室装置を第三のものと第四のものとで二つ含み、前記第一、第二、第三、および第四の回転膨張室装置は相互に機械的に連結され、
前記開サイクルエンジンは燃焼室を有し、これは前記第一と第二の回転膨張室装置に連結され、前記第一の回転膨張室装置によって圧縮されていた第一の作動流体を加熱するように構成され、前記第二の回転膨張室装置は前記燃焼室によって加熱された前記第一の作動流体を膨張させ、
前記閉サイクルエンジンは、前記第一の作動流体から第二の作動流体に熱を伝達するように構成された第一の熱交換器によって前記開サイクルエンジンに熱連結され、
前記第三と第四の回転膨張室装置は、前記第一の熱交換器と第二の熱交換器に連結されて閉ループを形成し、前記第二の熱交換器は制御環境に熱連結され、それによって前記加熱システムが熱を制御環境に伝えるように構成されることを特徴とする加熱システム。
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