(57)【要約】  【課題】  【解決手段】水素Ｇサイクル回転羽根内燃機関が、過剰燃焼熱を燃焼室に伝導するナトリウム蒸気室を有する。活性水冷装置が、エンジンハウジングステータ、ロータおよび摺動羽根からの熱を取り込んで、ピーク燃焼温度を低下させるように水素とそれを前もって混合し、かつ、ナトリウム蒸気室からの熱の伝達を助け、チャンバ温度を制御し、かつチャンバ蒸気圧力を増加させるように、初期および後期燃焼室噴射とそれを前もって混合することによって、それを燃焼サイクルへと戻るように伝達する。燃焼室シーリングシステムが、ロータとステータとの間の軸方向シール、羽根面シールおよび摺動羽根の外側周辺とステータとの間のトグル分割羽根シールを含む。摺動羽根は、羽根ベルトシステムによって補助されロータ内外に横に往復運動する。遮熱コーティングが、熱伝導および熱的変形を最小化する。固体潤滑剤が、高温潤滑および耐久性を提供する。【選択図】なし
2009510328.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃ロータリーエンジンにおいて、
吸気領域、圧縮領域、膨張領域および排気領域を含む変形楕円形空洞を画成する内面を含むステータと、
前記空洞の内部で回転可能であり、外部表面および複数の燃焼空洞、および、ロータの周囲に沿って位置する複数のスロットを含むロータと、
前記スロット内に配設され、前記ステータの前記内面に拡張し、かつ係合する複数の半径方向に突出しかつ移動可能な羽根であって、前記複数のロータ燃焼空洞内の着火のために燃料の混合物がその中で圧縮される複数の回転可能なチャンバを形成する羽根と、
一部が前記楕円形空洞の上に横たわる蒸気室であって、前記ロータ燃焼空洞が前記膨張領域を通して回転すると、前記燃焼空洞内の前記燃料混合物の前記着火からの熱を吸収して、前記燃焼空洞に熱を戻すための流体を含む、蒸気室と、
前記ロータリーエンジンを過熱から保護するための活性冷却システムであって、前記ステータ、前記複数の羽根および前記ロータ内に位置する冷却／熱伝達システムを具える冷却システムと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に冷気を吸入するための吸気ポートであって、前記ステータの前記外部表面の周囲に沿って前記吸気領域に先行する吸気ポートと前記複数の前記回転可能なチャンバの各々から燃焼ガスを排出するための排気ポートであって、前記ステータの前記内面の前記周囲に沿って前記膨張領域をたどる排気ポートとを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、前記ロータがそのまわりを回転するドライブシャフトを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記蒸気室流体が、着火中に熱を吸収すると、液体から気体に相を変え、前記燃焼空洞に熱が戻ると気体から液体に相を変えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記蒸気室作動流体が、アルカリ液状金属であることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６】
請求項５のロータリーエンジンであって、前記蒸気室作動流体が、ナトリウム、カリウムおよび硫黄からなるアルカリ液状金属の群から選択されることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記ステータの前記内面がほぼ円滑であり、前記ロータが前記ステータ内で回転すると、前記複数の羽根が前記ステータの前記内面に摺動可能に係合することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記複数の羽根が、第１群の交互の摺動羽根と第２群の交互の摺動羽根を具え、各羽根が、ほぼ平坦で細長い半楕円形状、外側周辺および２つの面を有することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、前記複数の羽根の各々と前記ステータの前記内面との間に複数のシールを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１０】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、前記複数の羽根上の遠心力を低下させるための羽根ベルトシステムを具え、それによって、前記羽根と前記ステータの前記内面との間の前記シールの摩耗が減少することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１】
請求項１０のロータリーエンジンであって、前記ロータ外部表面の周囲と前記ステータの内部表面の周囲との間の距離の変化に適合するように、前記羽根ベルトシステムが、半径方向に動く際に前記複数の羽根を補助するための第１および第２の組のベルトから成ることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２】
請求項１０のロータリーエンジンであって、前記羽根ベルトシステムが、
前記第１群の交互の摺動羽根を共に連結する第１の複数羽根ベルトセグメントと、
前記第２群の交互の摺動羽根を共に連結する第２の複数羽根ベルトセグメントと、
前記第１の複数羽根ベルトセグメントがその上で摺動する第１のアーチ型羽根ベルトプレートと、
前記第１の複数羽根ベルトセグメントがその上で摺動する第１のアーチ型羽根ベルトプレートと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１３】
請求項１２のロータリーエンジンがさらに、前記羽根ベルトセグメントを前記摺動羽根に取り付ける拡張羽根バーを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１４】
請求項１２のロータリーエンジンがさらに、
前記第１アーチ型羽根ベルトプレートに圧力を印加して、前記第１アーチ型羽根ベルトプレートを内部へ動的に圧迫するための第１のばねと、
前記第２アーチ型羽根ベルトプレートに圧力を印加して、前記第２アーチ型羽根ベルトプレートを内部へ動的に圧迫するための第２のばねと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１５】
請求項１２のロータリーエンジンであって、前記第１アーチ型羽根ベルトプレートおよび前記第２アーチ型羽根ベルトプレートが、少なくとも部分的に複数の隆起した丸い形状のリッジで覆われていて、かつ殆ど摩擦のないコーティングで覆われていることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１６】
請求項１５のロータリーエンジンであって、前記複数の隆起した丸い形状のリッジが、前記第１アーチ型羽根ベルトプレートおよび前記第２アーチ型羽根ベルトプレートの幅を拡張し、前記殆ど摩擦のないコーティングが固体潤滑剤のようなコーティングであることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１７】
請求項１３のロータリーエンジンであって、前記羽根ベルトセグメントが、センタ羽根ベルトセグメントおよび側面羽根ベルトセグメントを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１８】
請求項１２のロータリーエンジンであって、前記第１のアーチ型羽根ベルトプレートが、第１のセンタアーチ型羽根ベルトプレートおよび少なくとも一つの第１の側面アーチ型羽根ベルトプレートを具え、前記第２のアーチ型羽根ベルトプレートが、第２のセンタアーチ型羽根ベルトプレートおよび少なくとも一つの第２の側面アーチ型羽根ベルトプレートを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１９】
請求項１２のロータリーエンジンがさらに、
前記羽根ベルトセグメントに横向きに整列配置された複数のスピンドルと、
前記スピンドル上に配置される複数の中空のセグメントに分けられたローラーベアリングであって、中空のセグメントに分けられたローラーベアリングが前記スピンドルのまわりに自由に回転し、前記中空のセグメントに分けられたローラーベアリングが前記羽根ベルトセグメントに接触しているローラーベアリングと、
前記第１のアーチ型羽根ベルトプレートに取り付けられた第１の複数スピンドルばねと、
前記第２のアーチ型羽根ベルトプレートに取り付けられた第２の複数スピンドルばねと、を具え、
第１および第２のスピンドルばねが、前記羽根ベルトセグメントに平行して整列配置され、かつ前記スピンドルを支持することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２０】
請求項１９のロータリーエンジンであって、前記第１の複数スピンドルばねが、前記第１のアーチ型羽根ベルトプレートにスポット溶接され、前記第２の複数スピンドルばねが、前記第２のアーチ型羽根ベルトプレートにスポット溶接されていることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２１】
請求項１２のロータリーエンジンがさらに、前記羽根ベルトセグメント内に散在する複数のシーム、を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２２】
請求項２１のロータリーエンジンであって、前記シームが、ピンシームであることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２３】
請求項２１のロータリーエンジンであって、前記シームが、ヒンジシームであることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２４】
請求項１３のロータリーエンジンであって、前記羽根ベルトセグメントが、２つの端を有するセンタ羽根ベルトセグメントおよび２つの端を有する側面羽根ベルトセグメントを具え、前記羽根ベルトシステムが、更に、
前記拡張羽根バーに取り付けた複数のセンタトグルバーと、
前記第１のアーチ型羽根ベルトプレートから切り離される複数の第１の羽根ベルトバー通路であって、それぞれが、前記拡張羽根バーの異なる一つと整列配置される、第１の羽根ベルトバー通路と、
前記第２のアーチ型羽根ベルトプレートから切り離される複数の第２の羽根ベルトバー通路であって、それぞれが、前記拡張羽根バーの異なる一つと整列配置する、第２の羽根ベルトバー通路と、
複数のセンタ羽根ベルトバーであって、そのうちの２つが、前記センタトグルバーのそれぞれに取り付けられる、センタ羽根ベルトバーと、
複数の側面羽根ベルトバーであって、そのうちの２対が、前記センタトグルバーのそれぞれに取り付けられる、側面羽根ベルトバーと、
前記センタ羽根ベルトバーおよび前記側面羽根ベルトバーを覆う複数の金属ローラブッシングであって、前記センタ羽根ベルトセグメントのそれぞれの各端部が、前記センタ羽根ベルトバーを覆う前記金属ローラブッシングの異なる一つに掛けられ、前記側面羽根ベルトセグメントのそれぞれの各端部が、前記側面羽根ベルトバーを覆う前記金属ローラブッシングの異なる一つに掛けられる、金属ローラブッシングと、
摺動羽根に取り付けられ、かつそれを前記羽根ベルトシステムから熱的に断熱する複数の断熱ストリップと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２５】
請求項１１のロータリーエンジンがさらに、前記第１および第２の組のベルトの両側に設置された外側の一連のベルト、を具え、前記外側の一連のベルトが、前記第１および第２の組のベルトを共に接続する前記ベルトアーチ支持バーの前記端で小さいアーチ支持体上に乗っており、前記外側の一連のベルトが、前記ステータ表面輪郭に適合させる際に前記第１および第２のベルト群を補助することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２６】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記ロータが前記吸気領域、前記圧縮領域、前記膨張領域および前記排気領域を通して回転すると、前記ロータの前記外部表面の周囲から前記ステータの前記内面の周囲までの距離が変化し、前記ロータが回転すると、前記複数の半径方向に突き出る羽根が、前記距離の変化に対応するように半径方向に動き、それによって前記ステータの前記内面を摺動可能に係合し続けることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２７】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、前記蒸気室に接続される圧力解放システムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２８】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記燃料混合物が、水素、水および空気を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項２９】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、
前記ロータリーエンジンの前記圧縮比を制御する目的で変更される水量を、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に噴射するための第１の水噴射装置と、
前記複数の燃焼空洞の各々の中に前記空洞の中で点火された前記燃料を噴射するための燃料噴射装置と、
第２の水量を、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に噴射するための第２の水噴射装置であって、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中で、前記回転可能なチャンバ内に位置する前記ロータ燃焼空洞内の前記燃料の前記着火から生じるガスを部分的に急冷して、前記チャンバ内の前記ガスの前記温度を低下させるための、第２の水噴射装置と、
第３の水量を、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に噴射するための第３の水噴射装置であって、前記膨張領域の上に横たわる前記蒸気室から前記回転可能なチャンバまで伝達される熱に反応する前記回転可能なチャンバを具える前記ロータ、羽根およびシールを冷却するための第３の水噴射装置と、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３０】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、前記回転可能なチャンバの各々を密封するための複数のシール、を具え、前記複数のシールが、
前記ロータの第１および第２の側面に沿って軸方向に位置する第１および第２のシールであって、前記軸方向シールが、前記ロータ外部表面の円形輪郭に合致するように湾曲され、前記軸方向シールが、センタセクションおよび２つの端セクションにセグメント化され、前記軸方向シールセンタセクションが、前記軸方向端シールセグメントの角度をつけられた溝凹部と嵌合する両端に沿って角度をつけられたつまみ拡張部を有し、前記軸方向シールセンタセクションおよび端セグメントが各々、チャンバガス圧が前記ステータの内面の方へ前記軸方向シールをバイアスさせるように、傾斜する上面を有し、第１および第２のシールと、
前記軸方向シールの全長を切断し、それによって軸方向シールストリップの凹部を形成する溝を含む、前記軸方向シールセンタおよび端セグメントの各々の外側シール面と、
前記軸方向シールセンタセグメントの背後に位置する波形のばねであって、前記軸方向シールを外側にバイアスさせ、それによって、前記軸方向シールセンタセグメントがガス圧および前記波形ばねによって外に向かって圧迫されると、前記軸方向シールセンタセグメントが、前記軸方向シール端セグメントを外側に圧迫して前記ステータの内面に沿って、および、前記ロータより上に位置する前記羽根シールの前記下部セグメントに沿ってシールを提供する、波形ばねと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３１】
請求項３０のロータリーエンジンがさらに、
前記複数の羽根のうちの１つの前面と背面との双方の間にあり、前記ロータの前記外部表面の領域に直接に隣接した、ほぼ細長い半楕円リング形領域内に連続シールを提供するための複数の羽根面シールと、
前記複数の羽根のうちの１つの外側周辺と前記ステータの前記内面との間に連続シールを提供するための複数の羽根シールと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３２】
請求項３１のロータリーエンジンであって、前記複数の羽根の各々が、湾曲した羽根シール面を含み、前記ロータリーエンジンが、さらに、
前記羽根シールの間、および、前記羽根シールの各々と対応する羽根との間に、埋め込まれた複数のローラーベアリングチャンネルと、
前記ローラーベアリングチャンネル内に配設される複数のローラーベアリングであって、
前記羽根シールの各々が、前記羽根シールをガスバイアスさせるための角度をなす外側面を含み、それによって、前記羽根シールが、前記ロータリーエンジンの動作中に前記ステータの前記内面の方へ動的に圧迫される、ローラーベアリングと、
前記羽根シールを突き通す複数のガス通路であって、各ガス通路の領域が、前記ロータリーエンジンの動作中に前記ガス通路が動的に外側に拡張するにつれて増大し、前記ステータの前記内面の方へ半径方向に圧迫される、ガス通路と、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３３】
請求項３２のロータリーエンジンであって、前記羽根の各々が、ほぼ平坦で細長い半楕円形状、外側周辺および２つの面を有し、各羽根の前記外側周辺が、
前記外側周辺の全長のセンタに沿って拡張する羽根溝と、
前記外側周辺の前記全長に沿って拡張する２つの支持リッジであって、前記羽根溝が前記支持リッジによって取り囲まれ、前記羽根溝を越えて半径方向に突き出る支持リッジと、
前記外側周辺の前記全長に沿って拡張する２つの支持棚であって、前記支持棚が前記支持棚で束ねられ、前記羽根溝を超えるが、前記支持リッジより小さい、半径方向に突き出る支持棚と、
から成ることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３４】
請求項３３のロータリーエンジンであって、前記複数の側面ガス通路が、前記チャンバから前記支持リッジまで開チャンネルを形成することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３５】
請求項３１のロータリーエンジンであって、前記羽根シールの各々が、２つの界面によって最上部センタセグメントと２つの軸方向に拡張可能な側面下部セグメントに分割されることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３６】
請求項３５のロータリーエンジンであって、前記２つの側面下部セグメントが、前記ステータの前記内面の方へ圧迫されるように軸方向にバイアスされ、かつ前記最上部センタセグメントの方へ圧迫されるように半径方向にバイアスされている、ことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３７】
請求項３５のロータリーエンジンであって、各界面が、少なくとも一つの摺動キーストーン形状のつまみおよび溝連結から成ることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３８】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記複数の羽根の各々が、ほぼ平坦で細長い半楕円形状、外側周辺および２つの面を有し、前記ロータリーエンジンが前記羽根の各々の半径方向の動きを促進するためのベアリングシステムを更に具え、当該ベアリングシステムが、
前記羽根面の各々の中に埋め込まれた複数のローラーベアリングチャンネルであって、軸方向に向けられているローラーベアリングチャンネルと、
前記複数のローラーベアリングチャンネル内に配設された複数のローラーベアリングと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項３９】
請求項３８のロータリーエンジンであって、前記ベアリングシステムが、複数のロータ羽根プレートを更に具え、各プレートが、前記羽根がその中に配設される前記ロータ内の各スロットの２つの側面のうちの１つに取り付けられており、各ロータ羽根プレートが、ダイヤモンド形のリッジまたはジクザグのリッジで少なくとも部分的に覆われており、そして、前記複数の羽根の各面がダイヤモンド形のリッジまたはジクザグのリッジで少なくとも部分的に覆われており、前記リッジが、遮熱コーティングおよび酸化物潤滑剤で頂を覆われていることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４０】
請求項３９のロータリーエンジンであって、前記ベアリングシステムがさらに、
複数の軸方向指向のセンタスピンドルと、
前記ベアリングが前記スピンドルのまわりに自由に回転するように、前記センタスピンドル上に配置された複数の中空セグメント化されたローラーベアリングと、
各ロータ羽根プレートに取り付けられた複数の半径方向指向のローラーベアリング支持ばねであって、前記センタスピンドルが、前記ローラーベアリング支持ばねに取り付けられている支持ばね、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４１】
請求項８のロータリーエンジンがさらに、前記第１の群の交互の摺動羽根に取り付けられた外側羽根ベルトと前記第２群の交互の摺動羽根に取り付けられた内側羽根ベルトとを具える羽根ベルトシステムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４２】
請求項４１のロータリーエンジンであって、前記外側羽根ベルトおよび前記内側羽根ベルトが、各々複数の湾曲部を有し、前記羽根ベルトシステムが前記湾曲部に接触する複数のローラーベアリングを更に具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４３】
請求項４１のロータリーエンジンであって、前記羽根ベルトシステムが、前記外側羽根ベルトを前記第１群の交互の摺動羽根に取り付け、かつ前記内側羽根ベルトを前記第２の群の交互の摺動羽根に取り付ける複数の羽根ベルトピンを更に具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４４】
請求項４１のロータリーエンジンであって、前記外側羽根ベルトおよび前記内側羽根ベルトが、各々ピンおよびリンクによって接続された複数の高張力強度繊維でできていることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４５】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、
前記羽根スロットの間の前記ロータ内に散在する複数のロータ蒸気室と、
前記ロータ蒸気室内のロータ蒸気室水内部作動流体と、
半径方向に拡張しており、かつ前記ロータ内の前記外側ロータ表面輪郭に合致するように湾曲する複数のロータ蒸気室であって、各々が、前記ロータおよび２つの内側軸方向凝縮端の前記外部表面の下に中心をおく内側蒸発領域を具えるロータ蒸気室と、
前記ロータ蒸気室の前記蒸発器セクションの全体にわたって位置する複数の微細吸上メッシュと、
両方のコンデンサセクションの全体にわたって位置し、かつ前記複数のロータ蒸気室の微細吸上メッシュと接する、複数の粗い吸上メッシュと、
前記蒸発器微細吸上メッシュおよびコンデンサ粗い吸上メッシュと接触する前記ロータ蒸気室の前記内側周辺表面に沿って位置する複数の周辺中程度吸上メッシュと、
前記ロータ蒸気室を通して軸方向に伸びている複数の行に向けられる前記外側燃焼表面の下で、前記表面の反対側に前記ロータ蒸気室内カバーに沿って位置する複数のリッジと、
前記ロータ蒸気室リッジの間に位置する複数のロータ蒸気室空隙部と、
前記ロータ蒸気室を通して半径方向に伸びており、前記蒸発器微細吸上メッシュおよび周辺吸上メッシュを穿孔する、複数の吸上凍結チューブと、
１方のコンデンサ側面から他方まで前記ロータ蒸気室を通して軸方向に伸びており、前記コンデンサ粗い吸上メッシュおよび蒸発器微細吸上メッシュおよび周辺メッシュを穿孔する、複数の吸上凍結チューブと、
前記内側ロータ蒸気室コンデンサから前記活性冷却システムの前記冷却水に熱を伝達する複数のロータ蒸気室外側コンデンサと、
を具えるロータ熱伝達システム、を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４６】
請求項４１のロータリーエンジンであって、前記ロータ蒸気室内部作動流体が、水を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４７】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、前記ロータリーエンジンを過熱から保護するためのステータ熱伝達システムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４８】
請求項４７のロータリーエンジンがさらに、吸気ポートおよび排気ポート、を具え、前記ステータ熱伝達システムが、ステータ液体冷却装置を更に具え、前記ステータ液体冷却装置が、
前記吸気ポートの近くで前記ロータリーエンジンに入り、前記吸気ポートの近くで蛇行して、前記ドライブシャフトのまわりを回って、次いで、前記排気ポートの近くで前記ロータリーエンジンを出る、ステータ液体冷却チューブと、
前記ハウジング液体冷却チューブ内のステータ液体冷却剤と、
ハウジング液体冷却剤温度モニタと、
前記ハウジング液体冷却剤のフローを調整するための手段と、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項４９】
請求項４８のロータリーエンジンであって、前記ハウジング液体冷却剤が、水を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５０】
請求項３のロータリーエンジンがさらに、吸気ポートと、排気ポートと、を具え、前記蒸気室が前記ロータリーエンジンの前記燃焼および膨張セクションを等熱化するためのナトリウム蒸気室システムであり、前記ナトリウム蒸気室システムが、前記吸気ポートおよび前記排気ポートからほぼ反対側の前記ステータの前記周辺の実質的部分に沿って拡張していることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５１】
請求項５０のロータリーエンジンであって、前記ナトリウム蒸気室が、
前記ステータナトリウム蒸気室内に含まれるナトリウム流体と、
ステータナトリウム蒸気室の前記蒸発器セクション内の微細等級吸上メッシュ層であって、前記エンジンの前記着火および燃焼領域の方へ位置する微細等級吸上メッシュ層と、
前記ステータナトリウム蒸気室のコンデンサセクション内の粗い等級吸上メッシュ層であって、前記エンジンの前記膨張領域端の方へ位置する粗い等級吸上メッシュ層と、
前記ステータナトリウム蒸気室の前記微細層と粗い層との間で層にされる中程度等級吸上メッシュ層であって、前記エンジンの前記膨張セクションの中央に位置する中程度等級吸上メッシュ層と、
前記ステータナトリウム蒸気室の前記周辺全体をライニングし、前記微細、中程度および粗い吸上メッシュを覆う中程度等級吸上メッシュと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５２】
請求項５１のロータリーエンジンがさらに、前記ステータナトリウム蒸気室の外側カバーを具え、当該外側カバーが、
前記カバーの内面を覆い、かつ前記ステータナトリウム蒸気室の前記長さを走る、複数の平行のセグメント化された拡張部リッジと、
前記外側カバーの前記内面を覆う前記拡張リッジの間に前記ステータナトリウム蒸気室の内側に位置する複数の空隙部と、
前記外側カバーの前記内面を覆う遮熱コーティングと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５３】
請求項５０のロータリーエンジンがさらに、前記ステータ内の前記ドライブシャフトのまわりで角度をつける外側ステータ水蒸気室を具え、当該ステータ水蒸気室が、
前記ステータ水蒸気室内に含まれる水流体と、
前記ステータ水蒸気室の前記周辺に沿って並ぶ微細吸上メッシュと、
前記ステータ水蒸気室内の微細吸上メッシュ層と、
前記ステータ水蒸気室内の粗い吸上メッシュ層と、
前記ステータナトリウム蒸気室と前記ステータ活性冷却システムの前記水路との間に位置するステータ水室と、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５４】
請求項３０のロータリーエンジンであって、前記ロータが、８個の羽根スロットを有し、前記シーリング配置が、１６個の羽根面シールおよび８個の羽根シールを有することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５５】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記燃料の混合物が、少なくとも一つの点火プラグによって点火されることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５６】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記燃料の混合物が、自己着火によって点火されることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５７】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、前記ロータ燃焼空洞内に前記水素を直接噴射するための噴射装置を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５８】
請求項２のロータリーエンジンがさらに、前記排出ガスに含まれる水を凝縮して、濾過して、再循環するための活性冷却システムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項５９】
内燃ロータリーエンジンであって、
少なくとも圧縮領域および膨張領域を含む変形楕円形空洞を画成する内面を含むステータと、
前記空洞内に回転可能であり、外部表面と、複数のロータに沿って配置した複数の燃焼空洞と複数のスロットと、を含むロータと、
燃料の混合物が前記複数のロータ燃焼空洞の着火のために圧縮される複数の回転可能なチャンバを形成するために、前記スロット内に配設され、かつ前記ステータの前記内面に拡張して、それと摺動可能に係合する複数の半径方向に移動可能な羽根と、
一部が前記楕円形空洞の上に横たわり、前記ロータ燃焼空洞内の前記燃料混合物の前記着火から熱を吸収するための流体を含み、かつそれらが前記膨張領域を過ぎて回転すると前記燃焼空洞に熱を戻す蒸気室と、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６０】
請求項５９のロータリーエンジンがさらに、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に冷気を吸入するための吸気ポートと、前記複数の前記回転可能なチャンバの各々から燃焼ガスを排出するための排気ポートとを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６１】
請求項５９のロータリーエンジンがさらに前記ロータ外部表面の周囲と前記ステータの内部表面の周囲との間の距離の変化に適合するように、半径方向に動く際に、前記複数の羽根を補助するための羽根ベルトシステムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６２】
請求項５９のロータリーエンジンであって、前記ロータが前記エンジン内で回転すると、前記ロータの前記外部表面の周囲から前記ステータの前記内面の周囲までの距離が変化し、前記ロータが回転すると、前記複数の半径方向に移動可能な羽根が、前記距離の変化に対応するように半径方向に動き、かつそれによって前記ステータの前記内面と摺動可能に係合し続けることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６３】
請求項５９のロータリーエンジンであって、前記燃料混合物が、水素、水および空気を含むことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６４】
請求項５９のロータリーエンジンがさらに、
前記ロータリーエンジンの前記圧縮比を制御する目的で変更される水量を、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に噴射するための第１の水噴射装置と、
前記複数の燃焼空洞の各々の中に前記空洞の中で点火された前記燃料の一部である水素を噴射するための燃料噴射装置と、
第２の水量を、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に噴射するための第２の水噴射装置であって、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中で、前記回転可能なチャンバ内に位置する前記ロータ燃焼空洞の前記燃料の前記着火から生じるガスを部分的に急冷して、前記チャンバ内の前記ガスの前記温度を低下させるための、第２の水噴射装置と、
第３の水量を、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に噴射するための第３の水噴射装置であって、前記膨張領域の上に横たわる前記蒸気室から前記回転可能なチャンバまで伝達される熱に反応して前記回転可能なチャンバを具える前記ロータ、羽根およびシールを冷却するための第３の水噴射装置と、
を具えること特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６５】
請求項５９のロータリーエンジンがさらに、前記回転可能なチャンバの各々を密封するための複数のシール、を具え、前記複数のシールが、
前記ロータの第１および第２の側面に沿って軸方向に位置する第１および第２のシールであって、前記軸方向シールが、前記ロータ外部表面の円形輪郭に合致するように湾曲する、軸方向シールと、
前記複数の羽根のうちの１つの前面と背面の双方との間にあり、前記ロータの前記外部表面の領域に直接に隣接した、ほぼ細長い半楕円リング形の領域内に連続シールを提供するための複数の羽根面シールと、
前記複数の羽根のうちの１つの外側周辺と前記ステータの前記内面との間に連続シールを提供するための複数の羽根シールと、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６６】
請求項５９のロータリーエンジンがさらに、前記羽根の各々の半径方向の動きを促進するためのベアリングシステムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６７】
請求項５９のロータリーエンジンがさらに、前記ロータリーエンジンを過熱から保護するためのステータ熱伝達システムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６８】
請求項５９のロータリーエンジンがさらに、前記ロータリーエンジンを過熱から保護するためのロータ熱伝達システムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項６９】
請求項５９のロータリーエンジンであって、前記複数の羽根が、８枚の羽根から成ることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７０】
請求項５９のロータリーエンジンであって、前記複数の羽根が、６枚の羽根、８枚の羽根、９枚の羽根または１２枚の羽根からなる群から選択される複数の羽根から成ることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７１】
請求項５９のロータリーエンジンであって、前記複数の回転可能なチャンバが、６室、８室、９室または１２室からなる群から選択される多くの室から成ることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７２】
請求項５９のロータリーエンジンであって、前記複数のロータ燃焼空洞が、６個のロータ燃焼空洞、８個のロータ燃焼空洞、９個のロータ燃焼空洞または１２個のロータ燃焼空洞からなる群から選択される複数のロータ燃焼空洞から成ることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７３】
内燃ロータリーエンジンであって、
少なくとも圧縮領域および膨張領域を含む変形楕円形空洞を画成する内面を含むハウジングステータと、
前記空洞内に回転可能であり、かつ外部表面と、複数の燃焼空洞およびロータの周囲に沿って位置する複数のスロットを含むロータと、
燃料の混合物が前記複数のロータ燃焼空洞の着火のために圧縮される複数の回転可能なチャンバを形成するために、前記スロット内に配設され、かつ前記ステータの前記内面に拡張して、それと摺動可能に係合する複数の半径方向に突出する羽根と、
一部が、前記楕円形空洞の上に横たわり、前記ロータ燃焼空洞内の前記燃料混合物の前記着火から熱を吸収するための流体を含み、それらが前記膨張領域を過ぎて回転すると前記燃焼空洞に熱を戻す、蒸気室と、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７４】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記燃焼および膨張領域が、前記吸気および圧縮領域より大きく、それによって、前記ロータリーエンジンの燃焼室内の圧力が回転摩擦損失に匹敵するまで燃焼ガスが膨張し、かつ最大仕事を実行することができることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７５】
請求項２９のロータリーエンジンであって、前記ロータリーエンジンが、ナトリウム蒸気熱伝達、活性水冷装置熱回収、遮熱コーティング、水噴射および拡張膨張行程を使用して、より高いブレーキ熱力学的効率を達成することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７６】
請求項９のロータリーエンジンであって、前記羽根と前記ステータの前記内面との間の前記複数のシールの各々が、前記ステータの内面全体に円滑に摺動することができる小さい曲線状の丸い先端である獅子鼻先端を含むことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７７】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記エンジンが、ハウジングを含み、前記エンジンが、殆ど摩擦のない固体潤滑剤、熱応力および変形に耐性のある遮熱コーティング、複数の蒸気室システムおよび前記外側エンジンハウジングの等熱化のために過熱を運ぶ活性水冷装置を含むことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７８】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記エンジンが、高温合金から製造されるハウジングを含み、当該ハウジングが熱損失を最小化して、エンジン騒音を低下させるために厚い熱ブランケットで覆われていることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項７９】
請求項９のロータリーエンジンであって、前記ステータの前記内面が、前記ロータリーエンジンが動作すると、羽根およびシール変形を最小化する形状を有することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８０】
請求項２のロータリーエンジンがさらに、前記複数の羽根の各々と前記ステータの前記内面との間に複数のシールを具え、前記吸気および排気ポートが各々前記ステータの前記内面でまわりを囲む開口であり、各ポートが、前記ロータリーエンジンの二等分によって２つの部分に分割されており、各部分が、各ポート部分の中央全体にわたっており、前記ポート開口でわずかに角度が付いた支持リブを含み、前記複数の羽根およびシールが前記ポート開口の上を通り過ぎるときに、前記複数の羽根およびシールに対する支持を提供して変形を防ぐことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８１】
請求項１０のロータリーエンジンであって、前記複数の羽根の各々が、それが前記ステータの前記内面に対して動くと、前記羽根が移動することを可能にするための羽根ベルトトグルバーシステムを含み、前記ステータの前記内面に対してその対応する回転可能なチャンバのシーリング向上を提供することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８２】
請求項８１のロータリーエンジンであって、前記羽根ベルトトグルバーシステムが、前記羽根ベルトシステムの単一センタ羽根ベルトのための単一ベルトトグルバーシステムであることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８３】
請求項８１のロータリーエンジンであって、前記羽根ベルトトグルバーシステムが、前記羽根ベルトシステムの２本の外側羽根ベルトのための二重ベルトトグルバーシステムであることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８４】
請求項１０のロータリーエンジンがさらに、前記羽根ベルトシステムで使用される単一羽根ベルトまたは二重羽根ベルトの張力を調整するための羽根ベルト張力調整システムを具えるロータリーエンジン。
【請求項８５】
内燃ロータリーエンジンであって、
吸気領域、圧縮領域、膨張領域および排気領域を含む変形楕円形空洞を画成する内面を含むステータと、
前記空洞の内部で回転可能であり、外部表面、および複数の燃焼空洞と、ロータの周囲に沿って位置する複数のスロットを含むロータと、
前記ロータがそのまわりを回転するドライブシャフトと、
前記スロット内に配設され、および前記ステータの前記内面に拡張し、かつそれを係合する複数の半径方向に突出し移動可能な羽根であって、前記複数のロータ燃焼空洞内の着火のために、水素を含む燃料の混合物がその中で圧縮される複数の回転可能なチャンバを形成するための羽根と、
一部が前記楕円形空洞の上に横たわり、かつ、前記ロータ燃焼空洞が前記膨張領域を過ぎて回転するにつれて、前記燃焼空洞内の前記燃料混合物の前記着火からの熱を吸収して、前記燃焼空洞に熱を戻すための流体を含む蒸気室と、
前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に冷気を吸入するための吸気ポートであって、前記ステータの前記外部表面の周囲に沿って前記吸気領域に先行する吸気ポートと、
前記複数の前記回転可能なチャンバの各々から燃焼ガスを排出するための排気ポートであって、前記ステータの前記内面の前記周囲に沿って前記膨張領域をたどる排気ポートと、
前記複数の羽根上の遠心力を低下させるための羽根ベルトシステムであって、それによって、前記羽根と前記ステータの前記内面との間の前記シールの摩耗が、減少される、羽根ベルトシステムと、
前記回転可能なチャンバの各々を密封するための複数のシールと、
ロータ温度制御のための水蒸気室冷却／熱伝達システムと、
前記ロータリーエンジンの外側ハウジングから、前記エンジンのハウジングの前記内部から、圧縮行程、前記ドライブシャフトのベアリング領域および前記ロータおよび複数の羽根から、熱を取り込み、前記エンジンのサイクル内に再利用のために前記取り込まれた熱を戻す、水上記室冷／熱伝達システムと、
前記ロータリーエンジンの前記圧縮比を制御する目的で変更される水量を、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に噴射するための第１の水噴射装置と、
前記複数の燃焼空洞の各々の中に前記空洞の中で点火された前記燃料を噴射するための燃料噴射装置と、
第２の水量を、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に噴射するための第２の水噴射装置であって、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中で、前記回転可能なチャンバ内に位置する前記ロータ燃焼空洞の前記燃料の前記着火から生じるガスを部分的に急冷して、前記チャンバ内の前記ガスの前記温度を低下させるための、第２の水噴射装置と、
第３の水量を、前記複数の回転可能なチャンバの各々の中に噴射するための第３の水噴射装置であって、前記膨張領域の上に横たわる前記蒸気室から前記回転可能なチャンバまで伝達される熱に反応して前記回転可能なチャンバを具える前記ロータ、羽根およびシールを冷却するための第３の水噴射装置と、
を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８６】
請求項２のロータリーエンジンがさらに、前記吸気ポートによって取り入れられる前記空気を押し上げる吸気圧縮機を駆動する可変形状ターボチャージャタービンを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８７】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記蒸気室が前記燃焼および膨張領域の上に横たわり、それによって、前記蒸気室が、燃料着火がその中に生じる第１の複数ロータ燃焼空洞と前記蒸気室が前記第１の複数ロータ燃焼空洞内の前記着火から吸収される熱をそこに戻す第２の複数ロータ燃焼空洞の上に横たわることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８８】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記蒸気室によって吸収される熱が、前記燃焼領域を通して回転する第１の複数前記ロータ燃焼空洞内の前記燃料混合物に点火し、前記第１の複数ロータ燃焼空洞内の前記燃料混合物着火から生じる燃焼からの熱を吸収し、かつ、熱を、前記膨張領域を通して回転する第２の複数ロータ燃焼空洞の中へと戻るように伝達することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項８９】
請求項２９のロータリーエンジンであって、前記第３の水噴射装置によって噴射される前記回転可能なチャンバの前記水による冷却が、次の吸気サイクルに備えて前記チャンバ表面を冷却することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９０】
請求項２９のロータリーエンジンであって、前記第１の水噴射装置によって噴射される前記水量が、自己着火が生じることができる有効圧縮比に結びつくことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９１】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記ステータの前記内面が、前記ステータを一定の燃焼着火から保護して、前記ステータからの燃焼熱の伝達を減少させるためにペロスクバイト遮熱コーティングで覆われていることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９２】
請求項２８のロータリーエンジンであって、前記燃料混合物が、その前半分の中の水素と空気の混合物によって層状化され、かつその後半分の中の水が噴射され、それによって、前記水素および空気の混合物が容易に点火されることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９３】
請求項２９のロータリーエンジンであって、前記回転可能なチャンバを具えた前記ロータセグメント、羽根およびシールの前記冷却の結果、前記空洞内に回転する前記ロータによって生じる遠心力が、前記ステータの前記内面に対してより冷たくより重い水小滴を押しつけ、それによって前記蒸気室からの熱を吸収し、かつ前記蒸気室から前記回転可能なチャンバの中へと戻る熱伝達を促進し、前記回転可能なチャンバ内に高い蒸気圧および平均有効圧力を維持して仕事を実行することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９４】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記蒸気室が、前記流体としてナトリウムを使用して着火からの熱を吸収し、前記液体ナトリウムが前記燃焼領域からの熱を吸収して、前記蒸気室のコンデンサ領域の方へ前記蒸気室に沿って音速で動くと、前記液体ナトリウムが、前記蒸気室の蒸発器領域の中で、相をナトリウムガス蒸気に変え、前記コンデンサ領域で前記ナトリウムガスが熱を前記膨張領域に沿って前記回転ロータ燃焼空洞の中へと戻るように伝達して、前記コンデンサ領域の中でナトリウム液体に相を変えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９５】
請求項９４のロータリーエンジンであって、前記ナトリウム蒸気室が更に、前記コンデンサ領域から、前記液体ナトリウムが前記熱い燃焼領域からの追加の熱を吸収するために利用できる前記ナトリウム蒸気室の前記蒸発器領域まで、均一に前記液体ナトリウムを吸上げるために毛管活性を与える複数の吸上メッシュから成ることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９６】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記活性水冷装置および前記蒸気室が、熱を互いに伝達し合い、それによって前記燃料混合物の前記ロータリーエンジンの燃焼によって生成される熱の大部分が、前記ロータリーエンジンを通して戻るように絶えず伝達され、正のエクセルギーワークの利点を提供することができることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９７】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記ロータ外部表面が、前記ロータを燃焼熱害から保護して、前記ロータへの表面伝熱を最小化するための遮熱コーティングで覆われていることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９８】
請求項９７のロータリーエンジンであって、前記ロータが、前記ロータの外側表面の下に位置する水蒸気室を更に具え、前記水蒸気室が、前記ロータの遮熱コーティングを通過する燃焼からの熱を吸収することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項９９】
請求項９８のロータリーエンジンであって、前記ロータの水蒸気室が、水流体が前記ロータの遮熱コーティング中を通過する熱を吸収する蒸発器領域であり、それによって、相を液体から気体に変えて、前記吸収された熱を前記ロータの両側に位置するコンデンサへ伝達することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１００】
請求項９９のロータリーエンジンであって、前記ロータが前記コンデンサ熱を吸収するために回転すると、前記活性水冷装置が前記ロータコンデンサ全体に水を吹き付け、それによって、前記ロータ蒸気室水が冷えて、相を気体から液体に変えて、次いで高Ｇ遠心力によって前記蒸発器領域の方へ戻るように再循環することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１０１】
請求項９８のロータリーエンジンであって、前記ロータ水蒸気室が、前記ロータの前記外部表面全体にわたって熱分配を等熱化するのを助けることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１０２】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記ステータの前記内面が幾何学的輪郭を有し、前記ロータリーエンジンの熱力学サイクル性能が動作中に向上するように、前記燃焼および膨張領域が前記吸気および圧縮領域より大きいことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１０３】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、羽根冷却熱伝達システムであって、
各前記羽根内に位置する複数の羽根熱パイプ室と、
水内部作動流体を有する羽根熱パイプ室と、
前記外側羽根形状に合致するように湾曲する前記羽根の前記外側周辺に沿って拡張する複数の羽根熱パイプ室であって、前記熱パイプ室の各々が、前記ロータ軸方向シール直下の前記ロータの軸方向側面に沿って位置する前記羽根の前記外側表面および２つの内側軸方向凝縮端の下に中心を有する内側蒸発領域を具える複数の羽根熱パイプ室と、
１つのコンデンサ側面から他方までの前記羽根熱パイプ室を通して軸方向に走る、複数の吸上凍結チューブと、
前記内側羽根熱パイプ室コンデンサから前記活性冷却システムの前記冷却水に熱を伝達する複数の羽根熱パイプ室外側コンデンサと、を具えることを特徴とする熱伝達システム、
を具えるロータリーエンジン。
【請求項１０４】
請求項１０３のロータリーエンジンであって、前記羽根熱パイプ室内部作動流体が、水を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１０５】
請求項１０３のロータリーエンジンであって、前記羽根熱パイプ室センタ蒸発器セクションにおいて、前記水作動流体が、それが着火および燃焼中に熱を吸収すると、液体から気体に相を変え、前記コンデンサセクションにおいて、前記水作動流体が、それがその熱を前記活性冷却システムの前記冷却水に伝達すると、相を気体から液体に変えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１０６】
請求項８９のロータリーエンジンがさらに、ナトリウム蒸気室圧力調整破裂開放システムであって、
不活性の圧縮性のガスで満たされる圧力室と、
圧力調整ディスクと、
破裂ディスクと、
破裂信号旗と、
を具えるシステムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１０７】
請求項１０６のロータリーエンジンであって、前記不活性の圧縮性ガスが、窒素、アルゴンまたは好ましくはクリプトンであることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１０８】
請求項５９のロータリーエンジンであって、前記複数の羽根ベルトが、２および３であることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１０９】
請求項１０８のロータリーエンジンであって、前記２本羽根ベルトシステムを、各ベルト上の３枚または４枚の複数の羽根によって構成でき、その結果、６枚または８枚の羽根を有するエンジンとすることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１０】
請求項１０８のロータリーエンジンであって、前記３本羽根ベルトシステムが、各ベルト上の３枚または４枚の複数の羽根によって構成でき、その結果、９枚または１２枚の羽根を有するエンジンとすることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１１】
請求項１１０のロータリーエンジンであって、前記３本羽根ベルトシステムにおいて、前記第３のベルトが、第２の二重ベルト、アーチ、および前記第１の二重ベルトシステムのすぐ外側に向けられる羽根トグルシステムであることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１２】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記活性冷システムの前記水によって吸収される前記熱が、前記圧縮領域内の前記第１の水噴射および第２の水噴射初期状態燃焼／膨張領域中に、前記ロータ室の中へと戻るように噴射されることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１３】
請求項７６のロータリーエンジンであって、前記複数の丸形獅子鼻シールが、殆ど摩擦のないコーティングで覆われていることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１４】
請求項１１３のロータリーエンジンであって、前記複数の隆起した丸形獅子鼻シールにおいて、前記殆ど摩擦のないコーティングが、固体潤滑剤の類のコーティングであることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１５】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記ロータ表面上の前記遮熱コーティングが、前記ロータ冷却装置の中の熱損失を減らすことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１６】
請求項１のロータリーエンジンがさらに、直接の発電のためのアルカリ金属熱電気コンバータを具える蒸気室を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１７】
請求項１１６のロータリーエンジンであって、前記アルカリ金属熱電気コンバータが、ベータアルミナ固体電極の形状を具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１８】
請求項１１７のロータリーエンジンであって、前記ベータアルミナ固体電極が、大きな表面領域形状によって薄く作られることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１１９】
請求項１１７のロータリーエンジンであって、前記ベータアルミナ固体電極が、前記エンジン室加熱源の方の前記内面上がカソード材料で覆われており、および、前記他の外側表面上のアノードコーティングが前記外側蒸気室カバーに面することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２０】
請求項１１７のロータリーエンジンであって、前記ベータアルミナ固体電極が、イオン的に、および、電気的に前記液体ナトリウム作動流体および伝導性直接金属接触から絶縁されることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２１】
請求項１１７のロータリーエンジンであって、前記ベータアルミナ固体電極が、さらに、その内面上の不活性シリコンまたはモリブデン絶縁繊維メッシュ、その外部表面上のイットリウム安定化ジルコニウムから作られる遮熱コーティング、および、前記ナトリウム蒸気室内部で所定の場所に前記ベータアルミナ固体電極を固設するのを助ける絶縁および不活性ジルコニウムねじ、を用いて、イオン的に、および、電気的に絶縁されることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２２】
請求項１１７のロータリーエンジンであって、更に、加熱されたナトリウム蒸気がカソード表面からアノード表面まで前記ベータアルミナ固体電極をイオンによって通過するにつれて電気電子流を発生させるアルカリ金属熱電気コンバータ電極であることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２３】
請求項１１７のロータリーエンジンであって、前記アルカリ金属熱電気コンバータ電極が、前記ベータアルミナ固体電極のカソード表面およびアノード表面と独立に接する電極コネクタを含み、それによって、電気設備に接続される外側電気コネクタと接することができる前記ナトリウム蒸気室外側カバーの外側を通過するカソードおよびアノード物理的電気的接続回路を形成し、前記アルカリ金属熱電気コンバータベータアルミナ電極と前記電気設備との間に直接カソードおよびアノード電気回路接続を形成して前記カソード回路経路を通して前記電気設備に電子電気のフローを供給し、かつ前記電気設備から前記アノード回路経路を通して前記金属アルカリ熱電気コンバータベータアルミナ固体電極まで電子電気のフローを戻すことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２４】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記蒸気室カバーの内面上の前記遮熱コーティングが、前記蒸気室から前記雰囲気までの熱損失を減らすことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２５】
請求項９１のロータリーエンジンであって、前記遮熱コーティングが、イットリウム安定化ジルコニウムから成ることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２６】
請求項１２５のロータリーエンジンであって、前記ジルコニウムが、さらに、前記燃焼空洞から前記ステータを通して浸透し、かつステータハウジング合金材料から解離する、水素ガスを吸収することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２７】
請求項５０のロータリーエンジンであって、微細、中程度および粗い吸上メッシュ構造が、様々な密度に共に織られるステンレス鋼またはシリカまたは好ましくはモリブデンの繊維から作られて、前記微細、中程度および粗い吸上構造を形成することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２８】
請求項５０のロータリーエンジンであって、微細、中程度およびコース吸上メッシュ構造が、様々な密度に形成することができるニッケル−チタンＮｉＴｉから成る形状金属合金の繊維または焼結粉でできており、前記微細、中程度および粗い吸上構造を形成し、前記ナトリウム蒸気室作動流体の前記液体毛細管フローを最適化することを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１２９】
請求項１０６のロータリーエンジンであって、前記破裂開放システムが、前記蒸気室内部で前記蒸気圧を連続的に調整する圧力調整システムを具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１３０】
請求項１０６のロータリーエンジンであって、チャンバ圧力調整破裂開放システムが、圧力破裂制御および破裂信号を更に具えることを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１３１】
請求項１のロータリーエンジンであって、使用する前記燃料の種類が、前記ロータ室内へ噴射されることができ、かつ熱を生成するために点火できる任意の種類でよいことを特徴とするロータリーエンジン。
【請求項１３２】
請求項１のロータリーエンジンであって、前記燃料が、好ましくは水素であることを特徴とするロータリーエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は、２００５年９月２９日に出願の米国仮出願番号第６０／７２１，５２１号に対する優先権を主張し、その全体を参考として本願明細書に引用したものである。
【０００２】
本発明は、内燃機関、より詳しくは水素燃料熱力学的Ｇサイクルを使用する回転羽根エンジンに関する。
【０００３】
背景技術
世界中の様々な国の石油需要の増大はエネルギー価格の高騰に結びつき、同じ限られた石油備蓄を競う国家の間に、インフレや地政学的緊張を高める可能性がある。たとえ需要を満たすまでに石油の供給量が増やされたとしても、そうなれば、より多いＣＯ２エミッションを生じる可能性がさらにあり、より急速な地球温暖化の可能性を伴う。
【０００４】
現在、多数の運送、石油およびエネルギー会社や、政府が、化石燃料を徐々に代わってゆく燃料源を製造するために水素関連の研究および開発計画に何十億ものドルを投資している。例えば、多くの自動車会社が水素燃料電池車を開発している。しかし、燃料電池の耐久性、効率、燃料純度要件、水素貯蔵およびコスト限界が主要な実現障壁である。
【０００５】
自動車メーカは、また、現在の内燃機関車両と将来の燃料電池車両との間の移行段階として電気／内燃機関ハイブリッド推進システムも開発している。しかし、ハイブリッド電気推進システムが消費者に対して十分に高い付加価値効率の利点を提供して、それらのより高いコストを正当化するかどうかは不明である。
【０００６】
既存の内燃機関システムを水素で作動するように変換することも、また問題がないわけではない。水素の燃焼温度は、ガソリンの燃焼温度より非常に高く、大量のＮＯｘ排出物の形成に結びつく。潜在的ＮＯｘ排出物を減少させるために希薄な水素燃料混合物を用いると、パワー出力性能レベルを大いに低下させる。直接水素噴射はこの問題を改善することができるが、噴射装置はきわめて高価で、高圧および高い耐性を必要とする。噴射パルスは、限られた量の水素燃料しか供給しないので、より大きなパワー用途に対しては不十分になる。水素ガスの乾燥によっても、パルシング噴射装置の作動がより困難になり、噴射装置の摩耗が増大する。さらに、水素ガスの高い拡散性によって、しばしば、水素ガスがエンジンシーリングシステムを通過してクランクシャフト領域の中に入る結果、エンジンを損傷し、および／または油潤滑剤が発火するような、きわめて望ましくない燃焼が起きる。
【０００７】
発明の開示
高効率水素Ｇサイクル回転羽根内燃機関は熱力学エネルギーの利点を最大化し、ＮＯｘの低減とともに、より高い燃費経済性、エンジン重量および容積に対するより高い出力密度を求めて熱ブレーキ効率の改善を提供する。このエンジンは、また、回転羽根エンジンの機械的利点を最大化して、シール、ロータおよびハウジングシステムの改善によってＧサイクルの作動を補足して、熱損失、エクセルギーエネルギー破壊を最小化し、かつ、摩擦を減少させて信頼性、作動寿命ならびに雑音、振動、および不快感（ＮＶＨ）を改善させるように最適化もされる。
【０００８】
Ｇサイクルおよび回転羽根内燃機関の熱力学的熱損失は、熱を除去して、ナトリウム蒸気室、チャンバ水噴射および幾何学的チャンバ過膨張を使用して、それを再挿入することによって制御され、それによって、さもなければ冷却装置および空気中へ失われているであろう熱および排出ガスエンタルピーを活用する。活性水冷システムが、ハウジングおよび排気から熱を取り込んで、それを噴射してエンジンサイクルへ戻す。これらの熱伝達流れを全て組み合わせると、きわめて高い出力密度で６５ないし８０％の全体的ブレーキ熱効率を有するエンジンが作り出され、それは、パワー発生および推進用途に理想的に適している。
【０００９】
この発明の水素エンジンは、改善された水素燃料供給、可変水圧縮比、より広い燃料／空気同値作動範囲、改善された水素点火、拡張された燃焼／膨張室、より長い燃焼持続時間、初期および後期水噴射を伴うエネルギー可逆的ナトリウム蒸気室熱伝達システム、を使用して、燃焼プロセスの改善、熱伝達冷却の改善、および熱排出損失の低減による水素高効率熱力学的Ｇサイクルを使用して、上述した目的を達成する。
【００１０】
この発明の水素エンジンは、分割羽根シール、獅子鼻先端、動的軸方向分割羽根シール、羽根シールガス通路、動的ロータ軸方向シール、羽根面シール、羽根構造、羽根熱パイプチャンネル冷却／熱伝達、および、羽根反遠心ベルトシステムから構成される改善されたシーリングシステムを有する。このエンジンは、水蒸気室冷却／熱伝達および羽根接線ベアリングシステムの改善による羽根摩擦の減少を用いて、ロータ熱制御を具えた改善されたロータ構造を有する。このエンジンは、より大きな膨張用に変形した楕円内側ハウジングステータ形状の改善されたハウジング、より高いハウジング作動温度、固体潤滑剤、活性水冷／熱伝達、減少した水素漏れ、外側水蒸気室、および断熱カバーを有する。
【００１１】
この発明は、さらにナトリウム蒸気室内に設置されたアルカリ金属熱電気変換器（ＡＭＴＥＣ）から改善された直接電力を供給する。
【００１２】
この発明の更なる一目的は、既存の内燃機関を超える、低い排気熱損失、低い冷却装置熱損失、および全体的熱ブレーキ効率の向上に結びつく低い摩擦熱損失を伴う改善された熱力学サイクルを提供することである。
【００１３】
熱力学第２法則に従って、熱の仕事への変換はカルノーサイクル効率によって最大化され、および、若干の熱量が低温シンクに送られなければならない。しかし、カルノーサイクル効率は単一室反応においてだけ有効である。Ｇサイクルは、反応熱力学サイクルとしてエンジン全体の熱力学的および機械的複合システムを使用する多室反応サイクルを用いて、カルノーサイクル効率限界を克服する。ナトリウム蒸気室は、燃焼／膨張領域に沿って複数室反応を共に結びつけるかまたは重ね合わせる。ナトリウム蒸気室によって、余熱を燃焼領域から膨張領域に沿って燃焼室へと戻るように伝達することができる。
【００１４】
Ｇサイクルエンジンは、最高出力および効率性能を達成するために、燃焼／膨張サイクル全体に熱力学的熱伝達特性を制御して維持する自動動的平衡システムである。このエンジンは、吸入／圧縮領域より、広い燃焼／膨張領域を使用しており、チャンバ圧力が回転摩擦損失に匹敵するまで、燃焼ガスが膨張することができ、かつ最大仕事を実行することができる。燃焼／膨張領域に沿って配置されたナトリウム蒸気室は、水素／水の予混合に点火して、燃焼領域から過剰燃焼熱を除去して、過膨張した膨張領域に沿って回転室の燃焼空洞の中へと戻るようにそれを伝達するのに用いられる。燃焼室への燃焼／膨張経路に沿った初期水噴射によって、拡張燃焼／膨張領域に沿って過剰燃焼熱およびナトリウム蒸気室からの熱がさらに吸収される。燃焼／膨張に沿った後期水噴射によって燃焼ガス温度が低下して排気熱損失が最小化され、および次の吸入サイクルのために燃焼室表面が冷却される。
【００１５】
活性冷却システムからの水は、燃焼空洞内への初期および後期水噴射に使われる。活性冷却システム内に吸収された熱は、水温を２５０ないし３５０度Ｃまたは５２３ないし６２３度Ｋまで上昇させる。この温度は、水の蒸気沸点のすぐ下であり、水を水圧液体として高圧で燃焼空洞内に注入することができる。１，８００度Ｋ前後の燃焼温度によって、水の噴射は、燃焼ガス温度を劇的に低下させる。これが、温度平衡が達成されるまで、ナトリウム蒸気室から燃焼室の中へ戻る熱伝達を促進する。
【００１６】
Ｇサイクルエンジンは、燃費経済性を向上させて、最新技術の内燃機関（ＩＣＥ）の排出ガスを減少させる大きな可能性を有する。燃費経済性改善に対する大きな可能性は、さもなければ無駄になるシリンダー壁からの熱および排出ガスを使用し、加熱された水を生成してシリンダー内にそれを噴射し、そこで加熱された水の相が追加の膨張出力のために液体から蒸気に変わることから来る。Ｇサイクルエンジンのサイクル効率は、Ｇサイクルでは、膨張出力を生成する作動媒体の質量が、（出力を消費する）圧縮比より、高い（出力を発生させる）膨張比である付加的利点と共に、このサイクル中に増加する一方、カルノーサイクルでは、作動媒体の重量および圧縮比／膨張比は固定される、という事実に起因して、カルノーサイクル効率に限定されない。また、Ｇサイクルエンジンの高いサイクル効率は、（カルノーサイクルが推奨するような）高い燃焼温度に依存せず、サイクル周辺の熱エネルギーを移動させるかまたは伝達することに依存する。このようにして、従来のＩＣＥにおけるＮＯｘ／煙／エンジンサイクル効率のトレードオフ障壁は、突破される。
【００１７】
Ｇサイクルは、内燃機関の熱全体を活用するだけでなく、また、冷却システム内に取り込まれて燃焼室内へと戻るように伝達される機械摩擦熱も使用し、可逆的エネルギーシステムに結びつく。
【００１８】
以下のものは、図７１にて図示するように、主要なＧサイクルプロセス事象である：
【００１９】
１．ロータ室は、吸気ポートを過ぎて回転し、そこで自然に吸い込まれ、または好ましくはターボブーストされた外気が完全充填される。
【００２０】
２．一旦、ロータ室が吸気を終わって、その最大吸気量に達すると、ハウジング形状は、吸気を圧縮し始める。活性冷却システムからの約２５０Ｃないし３５０Ｃまたは５２３Ｋないし６２３Ｋの可変量の加熱された水が、圧縮段階中に室の空洞内に噴射される。これが第１の可変水噴射である。加熱された水は、ロータ室の側面および後半分に沿って燃焼室の中で層をなし、有効室圧縮比を増大する。加熱された水は非圧縮性流体とみなされ、および、加熱された水量は室圧縮比を制御して、調整するように変更することができる。ロータ室は、前半分内の外気および後半分内の噴射された水によって層状になる。
【００２１】
３．加熱された水素ガスが、後期圧縮中にロータ室空洞内に直接噴射される。ロータ室空洞への水素の直接噴射を用いて、早点火ノックの問題は解消される。水素は、空気および水重量より低密度で、かつ、ロータ室の前半分の近くで層状化する傾向があり、同じくロータ室の前半分の方へ層状化される新しい吸気と容易に混合されて、水素の濃度を相対的に均質に保つ。均質な水素／空気濃度混合物の発生により、点火が容易になる。
【００２２】
４．点火プラグは、水素に点火することができ、または、有効圧縮比により、制御された自己着火が起こり得る。水素自己着火温度は、５８５Ｃまたは８５８Ｋである。
【００２３】
５．ロータ室が上死点中心（ＴＤＣ）を過ぎて回転するにつれて、６００Ｃまたは８７３Ｋより上の燃焼熱が外側ステータハウジングの内面上のペロスクバイト遮熱コーティング（ＴＢＣ）保護を通過して、ナトリウム蒸気室（ＳＶＣ）内に伝達される。ペロスクバイトＴＢＣは、ハウジングを１，８００Ｋで一定燃焼点火から保護する。ＳＶＣ内のナトリウムは、その相を液体から気体に変えて、膨張経路に沿って流れる。
【００２４】
６．ペロスクバイトＴＢＣの表面温度は、１，８００Ｋのピークガス温度に合致させることができる。この高温表面領域は、５８５Ｃまたは８５８Ｋの水素自己着火温度より十分高く、完全燃焼反応をさらに改善する。
【００２５】
７．活性冷却システムからの約２５０Ｃないし３５０Ｃまたは５２３Ｋないし６２３Ｋで加熱された水の第２の水噴射が、初期燃焼／膨張反応に噴射され、燃焼反応を部分的に急冷するかまたは冷却してピーク温度を約１，８００Ｋに制御し、かつ、チャンバガスおよび水温を約６００Ｃまたは７８３Ｋの温度に下げて、膨張経路に沿ってより高温のナトリウム蒸気室からロータ室への熱伝達の戻りを促進する。加熱された水は、相を液体から超加熱スチーム蒸気に変え、仕事を実行するチャンバの平均有効圧力（ＭＥＰ）の増加量を大きく拡大する。
【００２６】
８．ナトリウム蒸気室は、熱を回転室へと戻すように伝達し続け、チャンバ温度を約６００Ｃまたは８７３Ｋに保つ。ロータ室のガスおよび水が冷えるにつれて、遠心力が、外側ハウジング表面壁に対してより冷たくてより重い水滴を押しつけて、これがＳＶＣからの熱を吸収して、ＳＶＣからロータ室へと戻すように熱伝達を促進するのを助け、さらに、仕事を実行するために高い蒸気圧およびＭＥＰを維持する。
【００２７】
９．第３の水噴射冷却器において、３０Ｃまたは３０３Ｋの活性冷却システムからの水が排気ポートのすぐ前に後期燃焼／膨張に噴射され、燃焼反応ならびに燃焼室ロータ、羽根およびシール材を冷却して、次の吸気充填の熱スロットリングを防ぐ。冷水は、チャンバ蒸気圧力および密度を増加させるのを助ける。冷水は、また、水蒸気を凝縮するのを助け、回収をより容易にする。
【００２８】
１０．高圧、高速度、より低温度、および、水高密度排出ガスは、次いで可変形状ターボチャージャタービンを通過し、吸気コンプレッサを駆動する。
【００２９】
１１．排気からの水が、凝縮され、濾過されて、活性冷却システムの中へと戻るように再循環する。
【００３０】
低熱損失温度管理
Ｇサイクルエンジンにおいて、ヒートシンクが初期および後期水噴射によってナトリウム蒸気室および活性冷却システムに送られる。これらのシステムは可逆式であり、かつ熱力学的効率を向上させるために熱の流れをエンジン室へと戻るように再循環させることが可能である。通常はエクセルギー値または仕事を実行する能力を持たないであろう活性冷却システムからの水が、エンジン室へ戻すように噴射され、そこでそれは正のエクセルギー仕事を実行することができる。ＳＶＣ内に吸収された熱は、エンジン室へ戻るように逆吸収されるかまたは伝達されてエクセルギーワークを実行する。活性水冷システムおよびＳＶＣの双方からの熱は、相乗的に相互作用し、かつ、熱をシステム間で相互に伝送させることができる。これによって、熱の大部分がエンジンを通して絶えず戻るように伝達され、正のエクセルギーワークの利点を提供することができる。とはいえ、熱の若干の部分は、各伝動中に失われる。
【００３１】
ロータ燃焼室へと戻るように噴射される水量を調整することによって、燃焼ガス温度を低下させることは、全く容易である。その鍵は、チャンバおよびエンジンシステム内のエンジンの仕事およびエンタルピーも最大化するように水噴射をバランスさせることである。あまりに多くの水が加えられる場合、反応は急冷し、またはあまりに早く冷却し、空気流を適切に排出するのに十分なエンタルピーを有しない。あまりに少量の水しか噴射されない場合、全ての熱ポテンシャルが回収されず、高い排気熱損失および／または冷却熱損失が起こる。
【００３２】
ナトリウム蒸気室および熱伝達
Ｇサイクルエンジンにおいて、ナトリウム蒸気室（ＳＶＣ）は、燃焼における熱い領域から熱を吸収して、膨張行程中に回転室へと戻るようにそれを伝達する、２相ヒートパイプのように作動する。
【００３３】
ＳＶＣは、作動流体としてナトリウムを使用する。エンジン燃焼によって放出される熱は、ＳＶＣの蒸発器領域に伝達され、そこで液体ナトリウムが伝達された熱を吸収して、相を液体からガス蒸気に変える。ナトリウムガス蒸気は、次いでＳＶＣに沿ってコンデンサ領域の方へ音速で移動し、そこでナトリウムガスは、膨張領域に沿って回転燃焼室へ戻るようにその熱を伝達し、および、ナトリウムは相をガス蒸気から液体に変える。一連の吸上メッシュが毛管活性を与えて、液体ナトリウムバックアップをＳＶＣ蒸発器領域の方へ均一に吸上げ、そこでナトリウムが再び蒸発し、および、このサイクルが繰り返される。
【００３４】
活性冷却およびナトリウム蒸気室システム内に熱が吸収される時、および、それがエンジンの膨張サイクルへと戻るように伝達される時に、熱流遅れがある。しかし、この遅れは連続的な熱の流れによって作動するＧサイクルには重要でない。この遅れは、燃焼熱がＳＶＣおよび活性冷却システム内に吸収され、主としてそれらの作動温度範囲までそれらを満たす始動中にだけはっきり見える。
【００３５】
エンジンが回転数速度を変えるにつれて、過渡的な熱負荷は比例して変わる。これが、回転室との熱伝達遅延比率を変える。しかし、ＳＶＣはより高い負荷条件に自動的に調整する自己バランスシステムである。回転数速度が増加するにつれて、ＳＶＣへの熱伝達負荷が増加し、および、ロータ運動も遅れポテンシャルを増加させて熱をロータ室へと戻るように伝達する。ＳＶＣナトリウム温度が高くなればなるほど、熱いナトリウム蒸発器領域からコンデンサ領域への温度差異もより大きくなる。これは、ＳＶＣの内部の熱伝達を増加させる。燃焼熱負荷が続くにつれて、蒸発器およびコンデンサ双方の領域のＳＶＣ平均作動温度は増加する。これは、より多くの熱が非常に高率で戻るように伝達されるように、膨張経路に沿ってＳＶＣと回転室との間により大きい温度差がある状態に結びつく。また、より高い回転数では、ＳＶＣへの、およびそれからの、より短い持続時間の熱伝達がある。これは、ＳＶＣへの過剰な熱負荷を制限する。
【００３６】
ナトリウムは、水と非常に反応するので、発火することができる加熱水素ガスを発生させることができる。ナトリウム水相互作用および反応を減少させるには、第１に、ナトリウムの量は、きわめて大型エンジンでさえ、限られた損傷で済むように相対的に少なく保たれ、第２に、エンジンカバーは、容易に破壊しないようにきわめて強い超合金材料から作られ、第３に、ＳＶＣカバー形状設計の湾曲も破壊を防ぐように衝撃力を伝達する、驚異的な強度を与え、第４に、外側カバーは、ナトリウム蒸気室をも衝撃から保護する金属発泡断熱材またはブランケット材の極めて厚い層によってさらに保護され、第５に、内部ナトリウム作動熱の流れを最適化して、高い衝撃圧力を吸収して、破壊の危険を減らすのを助ける内部ＳＶＣ圧力レギュレータシステムが使われ、および、第６に、破壊の場合には、ナトリウム水相互作用が一般的にきわめて局所化され、反応速度が遅くなり、何らかの火災の可能性が存在するが、必ずしも金属飛散に結びつくであろう爆発の可能性はない。
【００３７】
外側ＳＶＣ断熱カバー
外側ＳＶＣ表面は、ＳＶＣを通して周囲環境への熱損失を減らすのを助ける断熱カバーで覆われている。この断熱カバーは、また、Ｇサイクルエンジン騒音レベルを著しく減らすのも助ける。断熱カバーは、セラミック材料または発泡金属の断熱ブランケットまたはセラミック材料から作ることができる。これらの材料はまた、ＳＶＣを破壊させるかもしれない事故からの衝撃損傷からＳＶＣを大いに保護する。
【００３８】
アルカリ金属熱電気コンバータ
本発明の更なる目的は、電気の直接供給源を提供することである。本発明は、燃焼領域に沿ってそれから余熱を除去して、膨張領域に沿ってそれを伝達するためのナトリウム蒸気室システムを提供する。ナトリウム作動流体の循環熱伝達プロファイルは、電気を発生させるためにアルカリ金属熱電気コンバータ（ＡＭＴＥＣ）を使用することに等しい。ＡＭＴＥＣはナトリウムを作動流体として使用し、それがベータアルミナ固体電極（ＢＡＳＥ）に対して加熱されて加圧され、ＢＡＳＥでナトリウムが液体から気体に変換され、およびナトリウムイオンは電気を発生させるＢＡＳＥを通過する。
【００３９】
ロータ冷却
ロータ表面は、最大１，４００Ｃで作動することが可能な欠陥集積ＴＢＣで覆われている。ＴＢＣは、ロータを燃焼熱被害から保護するのを助けて、ロータへの表面熱伝達を最小化する。ロータのＴＢＣを通過するロータ室からの熱は、ロータ表面の下方に位置する水蒸気室内に吸収される。ロータの最上部水蒸気室は、水作動流体が相を液体からガスに変える蒸発器領域であり、かつ、水蒸気室の内側の熱をロータの両側に位置するコンデンサに伝達する。ロータが回転してコンデンサ熱を吸収するにつれて、活性水冷装置はロータコンデンサ全体に水を吹き付け、それによって、ロータ蒸気室水が冷却して、相をガスから液体に変えて、次いで高Ｇ遠心力によって蒸発器領域の方へと戻るように再循環される。ロータ水蒸気室も、ロータ表面全体にわたって熱分配を均熱化するのを助ける。これは、チャンバの全体にわたる均一な燃焼を改善して、ロータ構造内のホットスポットおよび変形を防ぐのを助ける。
【００４０】
高いブレーキ熱力学的効率
そのナトリウム蒸気熱伝達、水噴射および長い膨張行程のため、Ｇサイクルエンジンはより高いブレーキ熱力学的効率を達成することができる。ハウジングおよび冷却装置に失われるであろう熱が、ナトリウム蒸気室システムから回収される。活性冷却システムに伝達される熱は、燃焼／膨張サイクルの中へ戻して、再利用される。水噴射を有する拡張燃焼／膨張室は最大量の燃焼熱がＭＥＰおよび仕事に変換されるのを可能にし、排気温度損失を減らす。圧縮行程からの摩擦損失ならびに摺動羽根およびロータからの熱が、活性冷却システムの水に取り込まれて、燃焼室および作動サイクルの中へと戻るように噴射される。サイクルとしてエンジン全体を使用すると、燃焼、熱伝達冷却、排気および摩擦からの全体的な熱損失が減り、最大出力およびブレーキ熱力学的効率が６５−８０％に到達するレベルに高まる。
【００４１】
Ｇサイクルは、ワンケルおよび他のロータリーエンジンとともに使用するように構成することができるが、好ましい実施態様は、Ｇサイクルの熱力学的および機械的作動を最適化するように設計された多くの独特な機械システムを有する本発明のＧサイクルエンジンのために、特に設計されている。
【００４２】
高均衡出力密度
本発明の更なる目的は、体積及び重量性能に対して、より高いエンジン出力も有する、より均衡した出力配分を提供することである。
【００４３】
このエンジンの目的は、４つのエンジンサイクル行程の各々を最適化して、高いエンジン効率を達成する完全に統合されたエンジンシステムにそれらの作動を統合し、同じく、エンジン体積および質量重量密度に高出力を統合することである。好ましいエンジン構成は、ロータがドライブシャフトの中心にある回転羽根タイプエンジンである。それが４つのエンジンサイクルの各々を独立に分離することができるという点で、ロータリ式エンジンは理想的である。それによってまた、全ての燃焼力および機械力が連続的に作用して、往復エンジンと対照的に１つの方向にだけに回転するように調節することができる。これは、少ない振動および応力を有する、より円滑な、より均衡のとれた回転を生成する。本発明のエンジンに使用されるチャンバは、相対的により小さく、それによって、エンジンが唯１つのロータで円滑に作動することができるように、燃焼反応をよりよく制御することができる。
【００４４】
このエンジンは、また、エンジンシステムの全体的な出力能力を増大させるために、同じドライブシャフト上へ連結される可変数のロータを有することができる。ロータの数は、全てのロータの作動負荷を処理するドライブシャフトの長さおよび強度により制限される。本発明のエンジンは、また、６室または、８室、９室または１２室の燃焼室を有することもできる。しかし、好ましい実施態様は８室エンジンである。６室、８室、９室、または１２室以上のチャンバによって、３６０度ＣＡ回転に対するエンジンスケールに従い、このエンジンは、小さいエンジン体積および質量重量の範囲内できわめて高い移動出力およびトルクを発生させることができる。
【００４５】
例えば、ロータに８室の燃焼室を有するエンジンで、このエンジンは３６０度クランク回転につき８個の出力パルスを供給する。
【００４６】
可変水噴射圧縮比
水素Ｇサイクルエンジン内のＳＶＣの使用によって燃焼空洞をエンジンから完全に除去することができるとはいえ、この種の空洞は、水素および水層形成特性を制御するのを助けて、着火を改善し、燃焼反応混合を向上させるための乱流を発生させる。しかし、燃焼空洞凹部の使用により、より多くのチャンバ空間が生成され、外側ハウジングステータ表面とロータ形状の相互作用に基づいて容易に圧縮できないチャンバ空間が加えられることにより、チャンバ圧縮比にマイナスの影響を及ぼす。Ｇサイクルエンジンにおいて、水噴射は燃料噴射から幾何学的に切り離される。２つの水噴射装置が、圧縮行程の初期で後部ロータ室羽根が吸気ポートを離れる点に設置される。これにより、水噴射が生じる前に、新しい吸気の完全充填が可能になる。ここで、活性冷却システムからの加熱水がロータステータハウジング側面上の２つの水噴射装置によって、ロータ室内に噴射される。水噴射は、軸方向シールの近くのロータおよびロータ室の両側面上で水を噴射する各噴射装置によってロータ回転方向に前方へ向けられる。水温は、蒸気点に近い２５０ないし３５０度Ｃである。ロータが内側ハウジングステータの中で回転すると、噴射水は遠心力および慣性力によりロータ室の後半分で層をなす。ロータ室は、次いで前半分内で外気によって層状化され、かつ、後半分内で水が噴射される。この点で、水は非圧縮性流体として扱われて、有効チャンバ空間を大いに減らす。水素燃料は、次いでロータ室の中心前半分に直接噴射される。加えられた水はピーク燃焼温度を制御するのを助け、更に、有効圧縮比を増大して燃料に点火するのを助ける。チャンバ内の水と燃料の層状化は、また、水希釈なしで燃料がより早く点火するのを助け、燃焼性能を向上させる。水と燃料の層状化は、また、燃焼反応をロータ室の前部内に保つ。これは、燃焼力の前方への影響力をさらに向上させる。この層状化なしでは、燃料は、また、ロータ室の後半分に向けてチャンバ内で層状化する傾向があり、所望の燃焼に向けられた力を最小化するであろう。一旦水素燃料が点火されると、水を過熱蒸気に気化させるのにはきわめて僅かの量の燃焼熱しか必要としない。この過熱蒸気は、燃焼する燃料と混合するため、相当なチャンバ乱流を発生させる極めて強い噴出運動を伴い回転方向に前方へ噴出する。この過熱された高度乱流燃料／水反応は、次いで１，８００Ｋまたは１，５２６度Ｃの表面温度を有するナトリウム蒸気室の燃焼表面の上を通り過ぎる。Ｇサイクルエンジンのこの幾何学的セクションは、チャンバ体積に対して極めて大きなハウジング表面領域を有して、燃料の燃焼速度および完全燃焼を改善するのを助ける。圧縮行程に噴射される水量は、異なる回転数条件の下でエンジン性能および効率を最適化するために有効圧縮比を変えるように変更することができる。
【００４７】
例えば、４００ｃｃの幾何学的吸気体積は１０：１の圧縮比で４０ｃｃに圧縮することができる。しかし、２０ｃｃの非圧縮性の水が噴射される場合、有効ガス圧縮体積は２０：１圧縮比で２０ｃｃである。水量は、有効圧縮比を理想エンジン作動状態に合わせるように調整することができる。
【００４８】
燃焼損失逆転
圧縮比は、水素／水／空気プリミックス温度が５８５度Ｃ、すなわち自己着火温度にきわめて近くなるように、調整される。水素は、きわめて拡散性の高い燃料であり、水との均質の充填物を素早く形成する。ナトリウム蒸気室からの熱は、水素／水／空気混合物に点火する。混合物に点火するためにハウジング表面領域を用いて、燃焼室全体が同時に点火される。燃焼エネルギーは、自己着火温度と平衡状態にある水素／水／空気混合物温度のために殆ど失われない。ハウジング全体が混合物に点火するのに用いられるので、反応していない燃料および空気との火炎前面交換から失われる燃焼エネルギーはごく僅かである。燃焼混合物が水素、水および空気だけであるので、成生物および反応物は、ただこれらの成分に限られる。これにより、より大きい炭化水素鎖で繋がれた燃料の分子結合を切ることに伴う燃焼運動エネルギー損失が減少する。均質の水素／水／空気混合物によって、水は水素に接近し、そして仕事を実行するために熱エネルギーを高蒸気圧付勢エネルギーに変換する燃焼反応を抑制するのを助ける。燃焼反応での水蒸気の加熱は、より可逆な反応であり、燃焼熱が殆どエネルギーを破壊することなく他の水分子の間を移行するかまたは伝達することができる。
【００４９】
改善された水素燃料供給
本発明の更なる目的は、既存のエンジンを超える水素燃料供給および着火性能の改善を提供することである。Ｇサイクルエンジンは全ての燃焼反応熱を活用してかつ再利用するだけでなく、それはまた、エンジンの機械的摩擦、サイクル圧縮および排出ガスフローから熱を取り込む活性水冷システムも使用する。活性冷却システムからの加熱水は、噴射、燃焼／膨張領域への初期および後期水噴射の前に水素ガスと前もって混合するのに用いられる。圧縮水素貯蔵システムは、１０，０００ないし１５，０００ｐｓｉの圧力に耐えるタンクを使用している。Ｇサイクルエンジンは、回転燃焼空洞に水素を圧力噴射するレギュレータを使用する。圧縮ガスが高圧から低圧に進むときに、ガス膨張から吸収される熱がある。ガス使用の圧力差および割合が十分に高い場合、それはレギュレータの着氷およびシステム故障に結びつく。Ｇサイクルエンジンは、それがエンジンの燃焼室に入る前に、水素ガスと前もって混合された活性冷却システムからの加熱水を使用し、かつガス膨張に必要とされる熱を供給してレギュレータを着氷から防ぐ。５８５度Ｃの高い自己着火温度を有する水素によって、適切な燃焼のためにその温度を急速により高く上昇させることが、重要である。
【００５０】
高圧縮
本発明のまた更なる目的は、作動吸気圧縮のより高いエンジンを提供することである。水素は、３３：１の高さであるきわめて高い圧縮比とすることが可能である。水と水素を前もって混合することによって、本発明のエンジンは、ノッキングまたは早点火の発生の可能性を低下させる、１４：１より高い圧縮比とすることができる。本発明は、水素／水／空気プリミックスを自己着火温度近くの、５８５度Ｃに近い温度まで上昇させる圧縮比を使用する。この燃焼平衡状態は、燃料プリミックスに点火する運動燃焼反応熱損失を減らすのを助ける。
【００５１】
より広い燃料／空気等価作動範囲
本発明の更なる目的は、きわめて希薄なものからストイキオメトリックまたは（＞＝０．４から＜＝１．０）まで調整可能な、より広い範囲のファイ（Ｐｈｉ）燃料と空気の混合物によってうまく作動することが可能な、水素エンジンを提供して、高い燃料効率または高い出力性能のために燃焼反応を最適化することである。水素および吸気は、低い等価比においてさえ優れた着火を行うために互いに集結される。水噴射は、着火性能を向上させることができる高圧縮を形成することができる。内側ステータ表面の高温は、希薄な燃料混合物着火および完全燃焼をさらに向上させる。
【００５２】
より低いＮＯｘ発生
本発明の更なる目的は、既存の内燃機関を超えるより高い出力性能を有する改善されたより低いＮＯｘ発生を提供することである。水と水素を前もって混合すると、燃料混合物を希釈して、ピーク温度を減少させ、約１，８００度Ｋに制御し、そこではごく僅かなＮＯｘ発生しか形成されない。
【００５３】
水素着火、燃焼持続時間および平均有効圧力
本発明の別のさらなる目的は、より少ない電気エネルギーを使用して、既存のエンジンシステムを超える、より即時で完全な燃焼を起こさせる点火装置を提供することである。
【００５４】
本発明のさらなる目的は、既存の内燃機関を超えて、完全燃焼性能を向上させて、燃焼反応乱流を改善して、燃焼反応速度を改善し、および、燃焼持続時間を延長させる、燃焼反応を提供することである。
【００５５】
本発明のさらなる目的は、既存のエンジンシステムを超える平均有効圧力（ＭＥＰ）がより高い燃焼サイクルを提供することである。
【００５６】
水素は低い急冷閾値を有し、および、燃焼反応は、それがハウジング表面領域を通してあまりに多くの熱を失う場合、急冷するかまたは止まる。本発明の回転羽根エンジンは、高い表面対容積比を有する燃焼空洞に結びつく拡張された燃焼／膨張領域を用いて設計されている。典型的なエンジンにおいて、これは、ハウジング表面を通して高い燃焼熱損失を発生させ、不完全燃焼、貧弱な燃料効率および純燃料エミッションによって急冷する燃焼反応に結びつく。本発明のエンジンにおいて、体積に対する広い表面領域は燃焼／膨張領域に沿ったナトリウム蒸気室の統合により大きな利点である。１つ、又は２つの点火プラグが、始動中に水素／空気／水プリミックスに点火する。一旦エンジン表面が作動温度に到達すると、点火プラグは電力を節約するために停止し、および、内側ハウジング表面を通してナトリウム蒸気室からの熱が、燃料混合物に点火するのに用いられる。水素は５８５度Ｃの自己着火温度を有し、および、ナトリウム蒸気室は６００度Ｃの作動温度を有する。一旦ナトリウム蒸気室が設置されている燃焼／膨張領域内へ、水素／空気／水プリミックスが回転し進入すると、それは即座に燃料混合物に点火する。体積に対する広い表面比率は、また、内側ハウジングステータ表面の剪断力のために高いガス乱流を生成する。これは、ナトリウム蒸気室によるさらに改善された完全燃焼性能および熱伝達に結びつく。水蒸気は空気より高い密度を有し、かつ、高い回転遠心力によって、ナトリウム蒸気室が存在する内側ハウジングステータの表面に沿って移動する傾向がある。内側ハウジングステータの広い表面領域に沿って動く水は、燃焼空洞内へのナトリウム蒸気室からの熱伝達を向上させる。これは、また、拡張された燃焼／膨張領域の長さ全体にわたって高い水蒸気圧およびＭＥＰワークを維持し続ける。高い水蒸気圧は、また、水素がシーリングシステムの背後でエンジンの内部コンパートメントに浸透することを防ぐのを助ける。
【００５７】
燃焼室シーリングシステム
本発明の目的は、また、既存のシーリングを超える、密封性の向上、摩擦摩耗の低下、摩擦熱ビルドアップの低下および強度と耐久性の向上を達成する、回転羽根内燃機関の燃焼室をシーリングするための手段を提供することである。
【００５８】
本発明のさらなる目的は、内側ハウジングステータの熱的変形による寸法変化に反応し、燃焼室ガスを活用してシーリング力を維持し、空気／ガス圧力に素早く反応し、異なる動的燃焼室力の下で理想的な前部および後部燃焼室シーリングを夫々維持して、既存のシーリングを超える改善された密封性をもたらす、燃焼室シールを提供することである。
【００５９】
本発明のさらなる目的は、既存のシールを超える、摺動分割羽根シール、軸方向シールおよび羽根面シールの間のシーリング界面を改善する、燃焼室シーリング界面システムの改善を提供することである。
【００６０】
本発明のさらなる目的は、既存のシールを超える、羽根屈曲変形を減らす燃焼室シールの改善を提供することである。
【００６１】
本発明のさらなる目的は、既存のシールを超える、内側ハウジングステータ表面に対するシールチャターリングマーク損傷を最小化して、作動上の振動および不快な応力を減らす燃焼室シールの改善を提供することである。
【００６２】
本発明のさらなる目的は、既存のシールを超えて、燃焼室ガス乱流を生成して燃焼反応を改善する、燃焼室シールの改善を提供することである。
【００６３】
燃焼室シーリングは、本発明の重要な側面である。摺動羽根は、全てのサイクルを通してそれらの前後の屈曲変形を通しての漏れを防ぐために高い圧縮および燃焼圧を維持しなければならない。シーリング摩擦は、また、本発明のエンジン効率における重要な役割を果たす。しかし、より多くのシーリング力を生成すると、通常より高い摩擦エネルギー損および摩耗も発生する。燃焼室シーリングの設計は、連続的な異なるチャンバサイズと関連する複雑な幾何学的表面界面を解決する。燃焼室シーリングシステムは、３つの主要なシーリングサブシステム、即ち：摺動羽根とエンジンハウジングとの間、摺動羽根とロータとの間、およびロータとエンジンハウジングとの間のシール、から構成される。このシーリングシステムの品質は、エンジンの出力、効率、耐久性およびエミッションにとって重要である。
【００６４】
Ｇサイクルエンジンシステムは、各羽根が２つの分割シールを含む特別な羽根分割シールシステムを使用する。回転遠心力およびガス圧は、内側ハウジングステータ表面に対してシールを押しつけるのを助ける。各羽根分割シールは、少量のガスをシールの下に浸透させ、内側ハウジングステータ表面に対して外に向かってシールを押しつけることを可能にするガス通路穴を有する。羽根シールのガス負荷によって、各チャンバからのシーリング力が過剰摩擦を発生させることなくシーリング力のバランスをとることができる。各羽根あたり２つのシールを使用することで、チャンバブローバイ（室からのガス漏れ）損失をさらに減少させる二重シーリングシステムが形成される。しかし、チャンバ間のチャンバブローバイはエンジンサイクルに寄生的ではない。発生するガスブローバイが、更にチャンバ内で有効に使用される。
【００６５】
羽根分割シールは、羽根面表面とロータとの間を密封する羽根面湾曲シールおよびロータと側面ハウジングとの間を密封する側面軸方向シールに連結される。一斉に、羽根分割シール、面シールおよび軸方向シールはロータ室の各々を密封する。
【００６６】
羽根面および軸方向シールは、また、波形のばねでプレロードされている。一旦エンジンが作動を開始すると、チャンバガスもシールを与圧する。羽根面および軸方向シールは、それらのシール面に沿って小さいシール帯も含んでいる。これらのシールを振動させる何らかの強い燃焼振動が、ガス漏れに結びつく可能性がある。これらの小さいシール帯は、追加のシーリング防護を提供する。
【００６７】
分割羽根シール
上述した目的に更に従って、本発明は回転羽根内燃機関内で概ね半円のＵ型摺動羽根の外側の周辺に沿って摺動可能に固定される分割羽根シールを提供する。各分割羽根シールは、エンジンのステータハウジングの内面との表面領域の接触を最大化するような輪郭の２つの羽根シールを含む。各シールリングの大きな輪郭表面は、既存の薄く縁取られたアペックスシールシステムと対照的により大きい表面領域の接触シーリングを提供する。これにより、高い燃焼圧および回転速度の下でより良い密封性を提供する。分割羽根シールがステータの内面のまわりを掃引すると、各羽根シールの大きな輪郭表面はまた、各羽根シールの前面、最上面および裏面全体にわたってシーリング接触力を分散させる。シーリング接触力のこの分散は、任意の一点での一定摩擦摩耗を最小化して、羽根シールの寿命、耐久性および密封性を大いに伸ばすのを助ける。
【００６８】
本発明の更なる目的は、内側ハウジングステータの変化する表面接触角で最適シーリング接触を形成する、前後に移動する羽根シールを提供することである。
【００６９】
各羽根シールの移動運動は、各分割羽根シール内で２つの羽根シールの間で、同じく各羽根シールとそのロータの隣接部との間に、挟まれる羽根ベアリングチャンネルの内側に位置するローラーベアリングによって促進される。羽根シールの内外の表面に埋め込まれたこれらの小さいローラーベアリングは、それらがステータ内部で回転するときに、羽根シールを前後に移動させるのを助ける。
【００７０】
獅子鼻シール先端
羽根シール先端は、内側ハウジングステータ表面の輪郭全体に円滑に摺動することができる羽根シールの最上部に小さい輪郭の丸い先端を提供する獅子鼻先端を含む。この小獅子鼻先端は、過剰な表面シーリング接触を最小化するためにピストンリングのようにより集中化している。燃焼の間、大きい応力および振動力が生じる。シールガス通路は、これらの力を吸収して、補償するのを助ける。しかし、獅子鼻シールは、内側ハウジングステータ表面を離れて振動させられる可能性がある。この動作は、ステータ表面に対するチャターリングマーク損傷に結びつく可能性がある。しかし、獅子鼻シールを僅かにより広くすることによって、衝突力が僅かにより広い表面領域に分配されることにより、チャタリングマーク損傷が生じる可能性が低い。獅子鼻先端はまた、酸化物潤滑剤でおおわれ、および、拡張したシール先端表面の残りは遮熱コーティングでおおわれている。獅子鼻シール先端の別の利点は、それが羽根の最上部センタから、軸方向および羽根面シールとの理想的な平坦接触界面表面に寄与する下部羽根セクションの外側に、遷移することができることである。
【００７１】
拡張先端エッジ
加えて、各羽根分割シールエッジの側面は広がり、または、最上部の近くで拡大し、表面に燃焼ガスを提供してステータの内面の方へ外に向かって各羽根シールを押す。この拡張した先端はスチール製の「Ｉ」ビーム羽根先端構造強化材として働き、羽根シールが内側ハウジングステータ輪郭のまわりで回転して、燃焼力によって影響されるときに、捩れるかまたは変形することを防ぐのを助ける。
【００７２】
羽根シールガス通路
羽根シールの各々は羽根突起部の最上部の上に乗り、各羽根シールが内側ハウジングステータ表面全体を動くにつれて、トルクにより定位置から外れることを防ぐのを助ける。各羽根シールは、また、移動動作で各摺動羽根の側面に沿ってロータの軸に垂直に内外に動くこともできる。これは、接触点を変えながら内側ハウジングステータ表面のまわりを動くにつれて、内側ハウジングステータ表面との表面接触を改善する。羽根シールが各摺動羽根の最上部で内外に移動するにつれて、各羽根シール内に位置するガス通路によって、燃焼室からのガスが、羽根突起部上の各羽根シール部分の下に流れ、それによって各羽根シールをステータの内面とより近くに接触するように押し付け、同じく燃焼室のガス圧と必要とされたシーリング力とをバランスさせる。羽根突起部ばねシールが、下部シール側面セクションの底部の近くに配置され、適切なガス通路圧力を維持して、羽根シールの底部からガスが洩出することを防ぐのを助ける。
【００７３】
動的軸方向分割羽根シール
羽根シールの別の動的側面は、それが、上部半円形中心部および２つの下部直線側面部に分割され、燃焼室が堅固に封止されたままであるように、各側面セグメントが特定の方向に動く自由度を有することである。両方のセグメントが、ロータの回転平面に沿って半径方向に内外に自由に動くことができる。下部側面セグメントも、ロータの軸とやや平行方向に、軸方向に内外に自由に動くことができる。小さなガスチャンネルが、下部側面セグメントの各々の内部を下に走る。このガスチャンネルは、上部半円形センタセクションのガス通路と連結する。燃焼室からのガスが、内側ハウジング表面に沿って半径方向のシーリングを圧力均等化するのを助けるように羽根シールガス通路を通過する。ガスは、次いで、側面内側ハウジングステータ表面に沿って軸方向のシーリングを圧力均等化するように下側ガスチャンネルに沿って流れる。ガスチャンネルばねシールが、適切なガスチャンネル圧力を維持して、ガスが羽根シールの底部から洩出することを防ぐのを助ける。センタおよび側面羽根シールセグメントの動的な動きは、追加のシーリング可動域および熱的に非対称なハウジング輪郭の熱膨張変化に反応する能力を提供する。これらの新規な設計は、各燃焼室を効果的に封止する手段を提供する。
【００７４】
動的ロータ軸方向シール
動的ロータ軸方向シールは、ロータの側面および内側ハウジングステータ表面に沿って封止する。各動的ロータ軸方向シールは、主要軸方向シールと、内側ハウジングステータとのシーリング接触面に沿って主要軸方向シール内の小さい溝内に存在する小さいシール帯とを具える。主要軸方向シールは、センタセクションおよび２個の端部セクションに分割される。それらは、ある角度をなす表面に沿って互いに連結され、そこで、センタ軸方向シールセクションがつまみ拡張部を使用し、端軸方向セクションが溝付の凹部を使用する。センタ軸方向シールセクションは、内側ハウジングステータ表面とシーリング接触するように燃焼室ガス圧および波形ばねによってロータから外へバイアスされる。ガス圧および波形ばねが外に向かって主要シールをバイアスさせると、それらもまた、外に向かってまたは同心方向に軸方向端部セグメントをバイアスさせ、内側ハウジングステータ表面上、および、摺動羽根シールの下部セクション上の双方にシーリング圧力を印加する。小シール帯が、主要軸中心および端部セグメントの面上を走る小さい溝に嵌まる。この小シール帯は、主要軸方向シールセグメント上に連続的なシール面を提供して、主要軸方向シールのまわりのガスブローバイを防ぐのを助ける。主要軸方向シールのシーリング面表面は、摩擦およびシーリング摩耗を減らすために固体潤滑剤でコーティングされる。
【００７５】
羽根面シール
上述した目的に従って、本発明は、ロータと各摺動羽根の面との間の堅固なシールを形成し、同じく、主要軸方向端部シールに対する支持を提供する、羽根面シールを提供する。羽根面シールは、二段に組み合わせた主要シールおよび小シール帯として構造化される。主要羽根面シールは、燃焼室ガス圧およびそれらの背後に位置する波形ばねから羽根面表面に対して外に向かってバイアスされて主要シールを押圧する。小シール帯は主要羽根面シールセグメント上に連続的なシール面を提供し、および、主要羽根面シールを通過するガスブローバイを防ぐのを助ける。主要羽根面シールのシーリング面表面は、摩擦およびシーリング摩耗を減らすために固体潤滑剤によってコーティングされる。
【００７６】
羽根構造
本発明の更なる目的は、熱応力および機械的変形をより受けにくい、より軽くてより強い羽根構造を提供することである。
【００７７】
半径方向の内側ハウジングステータ、ロータおよび羽根は、典型的な正方形の幾何学的輪郭の代わりに半円形幾何学的輪郭を使用している。これによって羽根がロータから拡張することができ、および、ロータに、羽根の半円形湾曲輪郭に合致する羽根のセンタに対して強い支持体を形成することができる。これは、シールが羽根の周辺に優れた支持体を提供して内側ハウジングステータ表面に対して押圧する。羽根上のこのロータ支持体は、燃焼およびシーリング力による羽根およびシール変形を最小化するのを助ける。
【００７８】
羽根の質量を減らすと、変形に結びつく可能性がある内側ハウジングステータに沿った遠心摺動力が大いに低減する。羽根の形状は半円形上部端を伴う逆Ｕ型の構造であり、羽根シールが内側ハウジングステータ表面に沿ってシーリングのために存在する。羽根のセンタは、垂直及び水平に連結された支持クロスバーだけを伴って切られている。大きな穴が水平支持バーセクション内に配置されて、羽根の材料質量をさらに減らす。
【００７９】
羽根は好ましくは、ヘインズ２３０の様に、高温耐性でもある高強度軽荷重量材料から作られる。羽根の前面および背面は、過剰な熱膨張または変形に結びつく可能性がある羽根構造への熱損傷を防ぐために、好ましくは遮熱コーティングでおおわれている。
【００８０】
羽根の熱パイプ冷却／熱伝達
羽根はまた、周辺シール表面の下方に熱パイプチャンネルシステムを具える。熱パイプチャンネルは、好ましくは羽根輪郭のような逆Ｕ型であって、好ましくは水を作動流体として使用する。熱パイプは、主として高Ｇ遠心力によって作動する。遠心力によって、水が蒸発器領域内のシールの下方の羽根の先端に向かって動くようになる。シールからの熱が熱パイプチャンネルに伝達され、および、水が加熱されて、相を液体からガスに変える。ガスは、次いで熱パイプチャンネルを通して２つの側面端のうちの１つに流れ、そこでそれがコンデンサに熱を伝達して、相をガスから液体に再び変える。液体は、次いで羽根の先端または蒸発器領域へ循環して戻り、再びサイクルを始める。活性冷却システムは、ロータに、および外側羽根コンデンサ全体に水を吹き付けて、羽根の熱を活性冷却システムの水に伝達する。加熱された水が、次いで噴射されて、エンジンサイクルへ戻って再利用される。多孔質逆Ｕ型ウイック構造が好ましくは熱パイプチャンネル内にあり、熱パイプ内に水およびガスを吸上げてまたは伝達して、更に凍結による水膨張の低温保護の提供を助ける。羽根熱パイプチャンネルは、羽根およびシール構造の温度を大いに低下させ、それらがそれらの構造的整合性および最適性能を維持することを可能にする。
【００８１】
羽根反遠心ベルトシステム
上述した目的に従って、本発明は、摺動羽根上の分割羽根シールとステータの内面との間に発生する摩擦を減らす羽根反遠心システムを提供する。羽根求心力システムは、迅速回転摺動羽根によって発生する遠心力に対抗するために求心力を印加する羽根ベルトシステムを具える。アーチ型羽根ベルト板を用いて、羽根ベルト上の応力を減らすことができる。
【００８２】
本発明の更なる目的は、既存の羽根求心力システムを超える、動きの作動可能範囲が増加し、および使用可能な回転数速度範囲が増加する、摺動羽根反遠心力ベルトシステムの改善を提供することである。
【００８３】
本発明の更なる目的は、既存の摺動羽根求心力システムを超える、摩擦摩耗が低下し、摩擦熱ビルドアップが低下し、および、作動上の振動が減少し、および強度と耐久性が改善される、摺動羽根反遠心力ベルトシステムの改善を提供することである。
【００８４】
羽根が内側ハウジングステータのまわりを回転すると、遠心力が、内側ハウジングステータ表面に対して羽根およびシールを押しつける。回転数速度が増加するにつれて、遠心力が大きくなりかなり大きな摩擦推力が生じ、この摩擦推力は、エンジンを駆動する燃焼室圧力に匹敵するかまたはそれより大きくなる可能性がある。この状態は、エンジンの出力密度および正味熱効率を大いに制限する。羽根遠心摩擦に対抗するために多くの方法がある。一つの方法は、羽根およびシールの質量重量を減らすことである。これは、遠心力の全体的力負荷を減らす。別の方法は、羽根を主要ドライブシャフトに接続するリングおよびコネクティングロッドを使用することである。これによって、羽根が内側ハウジングステータ表面から固定したまたは一定の距離で回転することができる。この方法は、羽根およびシール遠心摩擦問題を解決するのを助けるが、楕円形状の内側ハウジングステータ幾何学的輪郭でだけ作動する。これは、燃焼／膨張持続時間をＴＤＣ点火から９０度ＣＡ回転だけに制限する。別の方法は、羽根の底部に接続される菱形リンケージを使用する。菱形リンケージシステムの利点は、羽根およびシール遠心力がリンケージを通して求心力に変換されて、遠心力のバランスを取るかまたは相殺することである。菱形リンケージは、羽根が内側ハウジングステータ輪郭のまわりに回転するにつれて自動的に調整される切り抜きシステムのように作動する。２つの対向する羽根が輪郭をたどって、外に向かって拡張すると、それらは、他の２つの羽根を内部へ引き込めさせる。菱形リンケージによる問題は、やはり、内側ハウジングステータが、僅か９０度の燃焼／膨張持続時間となる楕円形の輪郭を持たなければならないことである。菱形リンケージはまた、摩擦および摩耗を受け易い多数のピンおよびリンクを使用する。システム故障に結びつく摩耗が生じる時、それらは調整されるかまたは再張力をかけることができない。別の方法は、大きいカムを羽根の底部に加え、かつ内側ハウジング内に回転輪郭をたどるカム溝を切ることである。遠心摩擦は、羽根およびシールの先端からカムチャンネル内のカムまで伝達される。羽根カムおよびカムチャンネルは、油で十分に潤滑され、および、さらに精巧なローラーベアリングシステムを使用することができる。これによって、羽根がＴＤＣから９０度ＣＡより大きい燃焼／膨張持続時間で拡張形状輪郭を使用することができる。このシステムによる問題は、カムチャンネルを封止して、注油することが困難なことである。このカムチャンネルシステムはまた、システム摩耗のために、いかなる種類の調整も可能にしない。それは、高い摩擦負荷を低下させるように設計されているカムおよびカムチャンネルへ負荷力を伝達することによって遠心摩擦問題を僅かに改善するだけである。羽根カムは、質量重量を羽根に加え、それらが減らそうと試みていた摩擦レベルを相殺するカムチャンネル内に追加の摩擦を加える。
【００８５】
本発明の羽根およびシール反遠心システムは、羽根の各々の底部に取り付けられているトグルシステムに接続される一連のベルトを使用する。２本のベルトが交互の羽根の間で分割されるところに２連のベルトが形成される。１本のベルトがエンジンの半径方向のセンタに沿って、かつドライブシャフトのまわりに設けられ、および、残りのベルトが半分に分割され、かつセンタベルトの外側に設けられている。外側ベルトの各々は、センタベルトの半分の幅である。このベルトシステムの作動は、プレーヤが自分の指でループを変形させることによって創造的な紐形状を作るように紐ループを使用する紐／指綾取りゲームと同様に作用する。創造的な紐形状を保つために、プレーヤは両方の手を使用しなければならず、紐に張力を加えるためには手を離さなければならない。プレーヤは、自分の指で紐を調整することによって紐形状または位置を変えることができるが、全ての指で紐に一定張力を維持しなければならない。本発明は、類似した方法で作動する。８枚羽根エンジンシステムにおいて、４枚の交互の羽根がセンタベルトシステムに接続され、および、４枚の羽根が外側ベルトシステムに接続される。各ベルトシステムにおいて、２枚の羽根が内側ハウジングステータ輪郭をたどって、ロータのセンタから拡張し始めると、それらが残りの２枚の羽根をロータに引き戻す。このシステムはまた、他の羽根およびシールの求心力と遠心羽根およびシール力のバランスを取ることによって菱形リンケージシステムにそっくりに作動する。本発明の利点は、羽根ベルトトグルシステムおよび輪郭ベルトを使用して羽根およびシールが、燃焼／膨張がＴＤＣから９０度ＣＡより大きい非対称内側ハウジング輪郭をたどることができることである。トグルによって、羽根セグメントを内側ハウジング輪郭歪を調整するように伸ばすかまたは短くすることができる。輪郭ベルトシステムは、２つの内側ベルトシステム外側の周辺で進む２本のより小さいベルトから成る第３のベルトシステムである。輪郭ベルトシステムは、一体化されたシステムとしてセンタおよび外側ベルトシステムを共に接続し、かつ、動的カムチャンネルのように働き、羽根およびシールを、それらが非対称か変形楕円形の内側ハウジングステータ輪郭のまわりに回転するにつれて、内側ハウジングステータ表面の適切な位置に保つのを助ける。この提案された発明の別の利点は、羽根トグルシステムの各々が、システム摩耗またはベルト伸張からベルト張力を調整することができる調整可能な張力バーに接続されることである。
【００８６】
ロータセンタに水を吹き付ける活性冷却システムを用いて、ベルトシステムのまわりの温度は、約１００度Ｃまたは２１２度Ｆに維持することができる。この温度で、多種多様な異なる材料をベルト材料として使うことができる。これらの材料には、編ネクステル６１０およびＡＧＹの９３３−Ｓ２ガラス、繊維ガラス、炭素繊維またはステンレス鋼ワイヤが含まれる。好ましいベルト材料は、平坦なベルトセグメントに編まれて、羽根トグルに接続される高抗張力ファイバである。羽根ベルトは、２枚の接続された羽根の間に位置するベルトアーチの上に乗る。ベルトアーチはローラーベアリングを含み、羽根アーチ全体のベルトの動きをさらに補助する。ローラーベアリングは、また、１，０００回転より速い回転数速度で圧縮するばねシステムに接続されている。これらの速度で、ローラーベアリングは羽根ベルトとの接触を断ち、ベルトは、固体潤滑剤で覆われたベルトアーチの小さい丸い表面上を摺動する。固体潤滑剤は、きわめて低い摩擦および摩耗によってベルトアーチ全体のきわめて高い羽根ベルト運動を可能にする。ベルトそれ自体もまた、摩擦および摩耗をさらに減らすために固体潤滑剤によってコーティングしてもよい。
【００８７】
ロータ構造
本発明の更なる目的は、他のロータシステムより軽くてより強い改良したロータ構造を提供することである。
【００８８】
エンジンロータは、サイズおよびエンジン構成に従い８個または６個のセグメントから構成される。ドライブシャフトは、好ましくは、それぞれ、８個または６個のロータセグメントに適合する８角形または６角形の形状である。ロータセグメントの各々の底部は、好ましくはドライブシャフトの一の平面上に載置される。丸い止め金が、ドライブシャフトの端の各々を通じて摺動し、かつ全ての異なるロータセグメントを共に固定して単一のロータを形成する。ロータは、好ましくは内側ハウジング輪郭に合致する最上部半円形形状を有する。ロータ最上部は、羽根のような逆Ｕ字型に、および、ロータ表面の下の広いオープンスペースから、ロータを作る２枚の側面プレートに接続している。最上部半円形形状は、強いアーチのように働いて、ロータに大きな強度を与えて、下方に広いオープンスペースをつくる。これは、エンジンの重量およびロータを製造する材料コストを減らす。それはまた、作動する羽根反遠心ベルトシステムの作動のためのスペースを提供する。
【００８９】
燃焼空洞渦乱流
燃焼空洞は、三日月形の形状を形づくって、典型的な燃焼室より狭い。水素は、ガソリンおよび軽油より非常に高い火炎伝播速度を有する。これは、チャンバガスで表面剪断、および外側ハウジング表面で水を発生させ、チャンバ全体を通して火炎前面伝搬を改善する混合乱流を発生させる。高い内側ハウジング表面温度によって、この加熱表面全体の剪断乱流は、燃焼および火炎前面伝搬をさらに促進する。
【００９０】
燃焼凹部は、第一に水素および水を僅かに層化することになる。これは、側面および背面にある水から離れた僅かな水素均質燃焼セクションを形成するのを助ける。燃焼凹部の湾曲はまた、水素燃焼を改善するチャンバ乱流を発生させ、かつ次いで水との混合を助ける。
【００９１】
一旦水素がチャンバの前部部分で点火されると、水がチャンバの後部セクションの方向へ層化される。ロータが９０ＣＡ度ＴＤＣを通して回転すると、燃焼凹部の湾曲によって、水を、チャンバの後部の圧縮固定された位置に留まることなくこの圧縮ポイントを通してより容易におよび円滑に音をたてて噴出させることができる。水は、また、ガス乱流および燃焼水素との混合を改善するために高速度で前方に進行している。
【００９２】
ロータ熱制御および水蒸気室冷却／熱伝達
本発明の更なる目的は、ロータへの熱浸透を最小化することであり、かつこの種の熱浸透を除去するためにロータ冷却システムの改善を提供することである。
【００９３】
ロータの上面および３個の燃焼空洞凹部の表面は、好ましくはイットリウム安定化ジルコニウムＹＳＺのような遮熱コーティング（ＴＢＣ）でおおわれている。ＴＢＣは、燃焼による熱がロータ表面に、および、内側ロータ構成部品内に浸透することを防ぐ。ロータ表面の下に位置する水蒸気室は、表面ＴＢＣを通過し、かつロータの中に浸透する熱をすべて収集する。ロータ水蒸気室は、ロータに対して表面を均熱化し、かつ表面上により一様な熱分配を形成するのを助け、燃焼反応を安定させるのを助ける。ロータ蒸気室は、羽根熱パイプシステムと同様に作動する。ロータ蒸気室は、最大２０２度Ｃの温度まで作動流体として水を使用する。蒸気室は、ロータ外側燃焼空洞表面の下にある蒸発器セクションと２個の側面コンデンサとの間で水を循環するために高Ｇ回転力を使用する重力循環システムである。ロータ蒸気室はまた、好ましくは細かいおよび粗い層の吸上メッシュを使用して、ロータの表面領域全体にわたる水分配を改善し、かつ蒸発器とコンデンサとの間の水循環を改善する。２本の多孔質ウイックチューブも、ロータ蒸気室内に配置されて作動流体循環を改善し、かつロータおよび／または水蒸気室に対する水凍結膨張損傷を防ぐのを助ける。１本の多孔質ウイックが、片側コンデンサから他の側面コンデンサまで軸方向にロータの半円形セクションのまわりを囲む。残りの多孔質ウイックは、半径方向に水蒸気室のセンタを横切って設けられている。活性冷却システムからの水が、両側から、および、ロータ側コンデンサ上にエンジンハウジング内に吹き付けられる。ロータ水蒸気室からの熱が、活性冷却システムからの水にコンデンサを通して伝達される。加熱された水は、次いでエンジンのハウジングから循環され、かつ燃焼空洞の中へと戻るように噴射されるか、またはプリミックスとして水素と混合される。
【００９４】
羽根接線ベアリングシステム
本発明の更なる目的は、既存の摺動羽根接線ベアリングシステムを超える、作動上の速度が増加し、摩擦摩耗が低下し、摩擦熱ビルドアップが低下し、および、強度と耐久性が改善された、摺動羽根接線ベアリングシステムの改善を提供することである。
【００９５】
ロータ面表面に沿ったロータ羽根通路は、好ましくは酸化物潤滑剤でコーティングされた小さく隆起したジクザグの表面が用いられ、羽根がロータに対して摺動して、それらの取り込まれた燃焼力をそれに伝達するのを助ける。この隆起したジクザグ表面は接触表面積を最小化し、および、酸化物潤滑剤は摺動摩擦を最小化する。この隆起したジクザグ表面はまた、小さいスチームチャンネルとして働く。羽根が羽根通路を通してロータの中へと戻して引き込められるにつれて、内側ロータ冷却装置からの水がジクザグチャンネルに入って、羽根からの高圧蒸気に変換される。蒸気は、羽根の一部に隆起した表面の負荷軽減を強いる圧力を生成して羽根摺動摩擦を最小化する。全方向に等しく圧力を発揮する蒸気によって、それはまた、羽根の燃焼力の一部をロータに伝達してエンジンを駆動する。ロータ羽根通路内の凹部に位置する小ローラーベアリングが、羽根の燃焼力をロータに伝達して、羽根摺動摩擦を最小化する。ローラーベアリングは、主として１，０００回転数の、またはそれ未満の低い回転数での作動中に使われる。より高い回転数速度では、ローラーベアリングが、回転遠心力によって圧縮する小ベアリングばねに接続され、ロータベアリング通路内にローラーベアリングを引き込める。この時点では、羽根があまりに素早くロータから拡張収縮するので、ローラーベアリングは慣性摩擦を加えて、エンジンの効率を低下させるだけであろう。１，０００回転数より低いエンジン回転数速度のとき、ローラーベアリングばねは、ローラーベアリングを復元および圧縮して摺動羽根表面と直接接触させ、摺動羽根摩擦を低下させて羽根燃焼力をロータに伝達する正の効率の利点を作る。
【００９６】
本発明の更なる目的は、既存の摺動羽根接線ベアリング減衰装置を超える、振動吸収能力の改善された、摺動羽根接線ベアリング減衰装置の改善を提供することである。
【００９７】
隆起ジクザグ水／蒸気チャンネルとローラーベアリングの組合せは、羽根摺動摩擦を減らし、かつロータに羽根燃焼力を伝達するだけでなく、燃焼パルスおよび羽根の拡張および収縮運動による耳ざわりな振動を大いに減らす。これは、全ての他のエンジン構成部品に対するＮＶＨ応力を最小化して、エンジンの作動および耐久性を改善する。
【００９８】
エンジンハウジング
本発明のエンジンは標準のエンジンより非常により高い温度で作動するので、重要部位の熱ビルドアップを最小化するために、以下の独特な要素の組合せを取り入れている：酸化物潤滑剤、遮熱コーティング、蒸気室システム、および外側エンジンハウジングの均熱化のために過剰熱を効率的に移動させる活性水冷システム。エンジンハウジングおよび構成部品は、熱応力および変形に耐性のある高温合金および遮熱コーティングを使用して製造される。外側エンジンハウジングは、熱損失を最小化して、エンジンノイズを減らすために好ましくは厚い熱ブランケットでおおわれている。
【００９９】
変形楕円形内側ハウジングステータ形状
本発明の更なる目的は、既存のエンジンシステムを超える最適熱力学サイクル性能を達成する一方、燃焼／膨張領域を最大化しまたは過拡張して、吸気／圧縮領域を最小化する形状輪郭を提供することである。
【０１００】
本発明の更なる目的は、既存のエンジンシステムを超える、羽根およびシール変形を最小化する内側ハウジングステータ形状の改善を提供することである。
【０１０１】
本発明は、内側ハウジングステータ形状輪郭を使用し、燃焼／膨張領域が拡張ポイントの端であるＴＤＣから約１４５クランク角度でＴＤＣから最大寸法まで徐々に拡張している。これは、既存の回転羽根エンジンを超える６１％より多くの燃焼／膨張持続時間を提供して、運動熱力学的熱のより多くが機械仕事に変換することを可能にする。同一チャンバの後部羽根が拡張ポイントの端に到達すると、排気ポートは前室摺動羽根のそばに配置される。燃焼／膨張領域を徐々に拡張させることによって、羽根およびシール構成部品上の燃焼応力を大いに減らす。ＴＤＣ位置のすぐ後ろで、燃焼力および圧力はそれらの最高になる。この位置で、羽根およびシールは、羽根およびシールの変形および損傷に結びつく可能性がある強い力に余り曝されないように、ロータの中に隠される。羽根が燃焼／膨張領域のまわりを回転すると、それらは、内側ハウジングステータ表面に沿ってロータからシールまで徐々に拡張する。羽根が拡張ポイントの端に到達すると、羽根はロータから最大の拡張に到達する。この時点では、燃焼室圧力は非常に小さく、および、羽根およびシール変形の危険性はより少ない。拡張ポイントの端の後で、内側ハウジング形状は排気掃気を改善するために迅速に縮小する。排気ポートはエンジンの軸に沿って半径方向に位置し、回転遠心力を用いて、排気ポートを通してより重い水蒸気ガスを容易にかつ完全に排出することを可能にする。排気ポートのそばのチャンバの後部羽根と吸気ポートのそばの前部羽根との間に一の燃焼室長さのギャップがある。吸気ポートも、新しい吸気が回転燃焼室の中に直接入ることができるようにエンジンの軸に沿って半径方向に位置する。同一チャンバの後部羽根が吸気ポートを通過するのが完了すると、吸気行程の間、前室羽根はその最大の吸気拡張ポイントに到達する。一旦このポイントに達すると、内側ハウジングステータ輪郭は圧縮領域に沿って素早く縮小する。圧縮行程が始まり、燃焼室圧力が上昇し始めると、羽根は、ロータの中へと戻して収縮し始める。これは、圧縮力による羽根およびシール変形を最小化するのを助ける。
【０１０２】
より高いハウジング作動温度
本発明のなおさらなる目的は、既存の内燃機関を超える、より高い燃焼作動温度で作動する燃焼反応を提供することである。種々のエンジンの燃焼ガス温度が本発明のエンジンのそれに類似するとはいえ、使用するエンジン材料は、３５０ないし４５０度Ｆの温度に冷却する必要がある。この冷却は、燃焼からの熱力学的熱の約２７％が冷却システムに失われることに結びつく。ディーゼルエンジンは、非常により大きいシリンダー容積対表面積比率によって冷却システムに対してそれらの燃焼熱の約２０％だけを失い、燃焼熱エネルギーのより多くが仕事に変換される。本発明のエンジンはヘインズ２３０のような高温耐性のある合金を使用し、９００度Ｃまでのピークハウジング温度を可能にする。それにもかかわらず、約６００度Ｃのハウジング拡張作動温度が、ナトリウム蒸気室によって熱力学サイクル性能を最適化するのに用いられている。６００度Ｃより高い温度で、より大量の熱伝達が外側ハウジングおよびナトリウム蒸気室を通して存在し、潜在的に周囲環境に失われる。またエンジンハウジングおよび機械構成部品に与えられるより大量の熱応力もあり、これが熱的変形、摩耗および損傷に結びつく可能性がある。
【０１０３】
固体酸化物および超硬質ナノコンポジット潤滑剤
本発明のなおさらなる目的は、油潤滑の使用を省いて、固体潤滑剤を完全に利用することである。二元酸化物潤滑剤、自己潤滑固体潤滑剤、ダイヤモンドコーティングおよびほぼ摩擦のない炭素コーティングが様々なエンジン構成部品に使われて、油を使用するエンジンを越えて、摩擦を減らして、構成部品耐久性を改善し、ＨＣエミッションを減らす。
【０１０４】
Ｇサイクルエンジンは、油性潤滑剤を使用しない。シール接触表面の全てが、好ましくは、ＮＡＳＡグレン社で開発されたプラズマスプレーＰＳ３０４のような、酸化物潤滑剤でおおわれている。ＰＳ３０４酸化物潤滑剤は、摂氏９００度までの温度に対して油を塗った表面と同じレベルの摩擦係数を与える。代替的に、アルゴンヌ国家研究所で開発されている超硬質ナノコンポジット（ＳＨＮＣ）潤滑剤コーティングを、使うことができる。ＰＳ３０４およびＳＨＮＣの双方が、低い摩擦係数さらに何百万もの摺動サイクルの例外的な耐久性を提供する。
【０１０５】
ＰＳ３０４かＳＨＮＣの層が、好ましくはシーリング接触表面の全ての上にプラズマ吹き付けされる。羽根分割シールに対して、特別に厚い層のＰＳ３０４またはＳＨＮＣが好ましくは丸い獅子鼻シール表面を形成するようにビルドアップされる。羽根分割シールの外部表面は、最高のシーリングおよび摩擦推力に直面する。このより厚い丸い獅子鼻シールは、摩擦を最小化する集中したシール表面およびシール摩耗に対してより長いシーリング操作性能を提供する。
【０１０６】
活性水冷／熱伝達
本発明のさらなる目的は、既存の内燃機関を超える、熱損失のより低い改善された外側ハウジングを提供することである。
【０１０７】
本発明のさらなる目的は、既存の内燃機関ロータ冷却／熱伝達システムを超える、ロータおよび羽根冷却／熱伝達の改善を提供することである。
【０１０８】
活性水冷／熱伝達システムは、ロータおよび羽根に対して圧縮行程、主要ドライブシャフトベアリング領域およびエンジンハウジングの内部から外側ハウジングを冷却するのに用いられる。圧縮および摩擦による熱が、これらのシステムから循環水に伝達される。加熱された水が、水素とのプリミックスならびに初期および後期状態燃焼／膨張領域噴射に対して反応サイクルへと戻るように熱を噴射する。冷却システムおよび摩擦に失われていたであろう熱は、それぞれ約２０％および１０％パーセントであり、水に取り込まれて、エンジンサイクルに戻って再利用される。これは、約３０％エンジンの正味熱効率を大いに改善するだけでなく、水が熱を付勢された水蒸気に変換することによって大量の燃焼室圧力を加えてＭＥＰ仕事を向上させる。噴射された水は、また、約３０％ある排気熱損失を減らすのを助け、燃焼空洞内部からの燃焼反応を冷却し、低い排気温度に結びつくが、きわめて高速度および高圧を伴う。排気内の水は、エンジンの活性冷却システムの中へと戻して凝縮させ、循環させることができる。
【０１０９】
水素漏れ
本発明のさらなる目的は、内側ロータ構成部品位置のチャンバシールの背後の水素ガスの点火を減らすこと、またはエンジンを通して外へ排出することである。活性冷却システムからの水が、エンジンの中央に吹き付けられてロータおよび羽根を冷却する。この水の多くは、ジクザグ冷却チャンネルを通して、ロータシールの下方に送られる。この水は、密封性を向上させて、シールによって水素の通を防ぐのを助ける。シールを通り過ぎる水素は、水によって希釈されて、活性冷却システムによって回収され、閉ループシステムでエンジンから除去される。回収された水素ガスは、水噴射によってチャンバの中へと戻るように、それを噴射することによって再び使われる。
【０１１０】
ＮＶＨの減少
本発明のさらなる目的は、既存の内燃機関を超える、燃焼動力パルス振動を減らす燃焼反応を提供することである。
【０１１１】
水と水素を使用前に混合して、燃焼空洞内に水を噴射することによって、ピーク燃焼温度は低下する。それは、そのピーク圧レベルがより低くて、より多くのクランク角度を通じて円滑に分配されるように、ピーク圧プロファイルを変換し、それによって仕事を実行する平均有効圧力（ＭＥＰ）を増加させる。これは、エンジン構成部品に対する苛酷な衝撃および応力に結びつく高出力パルススパイクを減少させて、より円滑なエンジン作動を生じる。
【０１１２】
ナトリウム蒸気室は、燃焼領域内のピーク燃焼温度を吸収して、膨張領域に沿って燃焼室までの中へと戻るように熱を伝達することによって燃焼／膨張領域を均熱化する。これはまた、ハウジング温度を安定させ、従ってハウジングの変形を最小化する。
【０１１３】
本発明のさらなる目的は、既存の内燃機関を超える、外側ハウジング雑音低減システムの改善を提供することである。
【０１１４】
ナトリウム蒸気室の上の燃焼／膨張領域に沿った外側エンジンハウジングは、熱損失を最小化して、エンジン雑音を減らすのを助けるために厚い断熱ブランケットまたは発泡金属でおおわれている。
【０１１５】
羽根シール支持リブを有する吸気／排気ポート
本発明のさらなる目的は、吸気および排気ポートの上を通り過ぎるときの、羽根およびシール変形を最小化することである。
【０１１６】
吸気および排気ポートは、ロータおよび羽根およびシールの回転によって半径方向に位置する。ポートの開口は、軸方向に半円形ハウジングのまわりを囲んでいる。これは、ガス交換に対して最高の配向性を与え、大きいポートサイズの開口を可能にする。ポートは、２つのエンジンハーフのボルトアップセクションによって半径方向にセンタで分割される。追加の支持リブが、各ポートハーフの中間全体にわたって、ポート開口の中で僅かに角度をつけられる。センタボルトアップセクションおよび２つの支持リブが、それらがポート開口の上を通り過ぎると、羽根およびシールを支持して変形を防ぐ。ポート内の支持リブに角度をつけると、接触ポイントが同じ位置を通じて常に生じないように、より広い領域上で羽根およびシールとの接触ポイントを分配する。ポート開口は、羽根およびシールがポートのエッジを通じてはさみで切るように僅かに角度をつけられる。羽根およびシールがポート開口に一致し、何らかの変形が生じ、羽根およびシールがポート開口エッジと衝突する場合に、これがあらゆる損傷を防ぐ。回転速度は遠心ガス力を生成し、さらにガス排気を改善する。内側ハウジングステータ形状輪郭は、排気ポートを通過すると、スペースがなくなるまで狭くなる。これは完全な掃気を改善して、全ての燃焼室ガスが排気ポートを通して排出されることを保証するのを助ける。内側ハウジングステータ形状輪郭は、吸気ポートの後で大きく開く。これは、吸気ポートを通して燃焼室に新しい吸気を引き込むのを大いに助けるベンチュリ吸引効果を提供する。
【０１１７】
ハウジング水蒸気室
本発明のさらなる目的は、既存のエンジンシステムを超えて、ハウジングの熱的変形を最小化することである。
【０１１８】
ナトリウム蒸気室は燃焼／膨張領域のまわりのハウジング温度を安定させ、および、活性水冷システムは他の主ハウジングセクションの温度を安定させるのを助ける。これらの２つのシステム間に大きい温度ギャップがある。ナトリウム蒸気室は６００度Ｃの温度で作動し、および、活性冷却システムは２５ないし９８度Ｃの間の温度で作動する。この温度差は、内部ロータ、シール、および、羽根構成部品を損傷する可能性があるハウジングの熱的変形に結びつく可能性がある。低い熱膨張率を有するヘインズ２３０のような高温耐性合金が、ナトリウム蒸気室セクションに対して好ましくは使われる。ステンレス鋼３１６Ｌまたは３３０のようなより低温水および水素耐性合金が、エンジンハウジングの他のセクションに対して好ましく使われる。遮熱コーティングが、ナトリウム蒸気室セクションからのエンジンハウジングの他のセクション内への熱伝達を最小化する２つのボルトアップセクションの間にプラズマ吹き付けされる。水蒸気室が、２つの温度領域間のギャップを埋める主ハウジングセクションの中で使われている。水蒸気室は、２０２度Ｃで作動して、ハウジング温度を均熱化するかまたは安定させるのを助けて、活性冷却システムによってナトリウム蒸気室と主ハウジング領域との間のハウジングの熱的変形を最小化する。ナトリウム蒸気室および主ハウジングセクションの安定した均熱化によって、正確な熱膨張モデルが、これらの熱膨張を考慮に入れることができるナトリウム蒸気室および主ハウジング形状に対する調整を算出することができ、エンジン作動中にハウジング変形を最小化する。
【０１１９】
軽重量材料、耐久性およびコスト
本発明のなおさらなる目的は、経済的に製造することができる強力な、軽重量で、耐久性があって信頼性が高い水素回転羽根内燃機関を提供することである。
【０１２０】
エンジン体積および質量の劇的な低減によって、Ｇサイクルエンジンにより高度でより高価な合金を活用することができる。Ｇサイクルエンジンは、好ましくは高温領域構成部品に対してヘインズ２３０のようにコバルト／ニッケルベースの合金を利用する。３１６Ｌ、３３０のようなステンレス鋼合金およびアルミニウムが、より低い温度の構成部品に対して好ましくは使われる。これらの先進合金の使用は、エンジン質量をさらに減らして、エンジン強度、耐久性を大いに改善して、熱的変形を最小化する。これらの合金は、また、水素透過および脆化に対する耐性がある。Ｇサイクルエンジンの特定の鍵となる構造の領域および構成部品に対して合金の利点を賢明にかつ戦略的に調整することによって、これらの合金の量はさらに減少され、コストを最小化し、かつエンジンに対するそれらの材料特性利点を最大化する。
【０１２１】
エンジン耐久性により、先端材料および構成部品設計の使用に至る。ヘインズ２３０のような超耐熱合金は、約３０，０００時間の寿命で高温および圧力を取り扱うことができる。これは、重要部位の遮熱コーティングによって保護される。酸化物潤滑剤は、実質上摩耗なしで何百万回もの摺動を処理することができる。シールは、それらが潤滑剤摩耗を考慮に入れて、密封性を維持するために動的に調整されるように設計される。熱機械解析および故障解析は、研究の重要な側面である。これらの合金および酸化物を有するナノ材料による追加の研究は、それらの性能および耐久性をさらに向上させる。
【０１２２】
アルカリ金属熱電気コンバータ
本発明のさらなる目的は、直接の電源を提供することである。本発明は、燃焼領域に沿って過剰熱を除去して、膨張領域に沿って熱を伝達するためのナトリウム蒸気室システムを提供する。ナトリウム作動流体の循環熱伝達プロファイルは、電気を発生させるためにアルカリ金属熱電気コンバータ（ＡＭＴＥＣ）を使用することに等しい。ＡＭＴＥＣはナトリウムを作動流体として使用し、それがベータアルミナ固体電極（ＢＡＳＥ）に対して加熱されて与圧され、ＢＡＳＥでナトリウムが液体からガスに変換され、およびナトリウムのイオンは電気を発生させるＢＡＳＥを通過する。
【０１２３】
実施態様の特徴および効果、同じく操作方法および関連部分の機能は、その全てが、本出願の一部を形づくる、以下の詳細な説明、添付の特許請求の範囲および図面の検討から、理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０１２４】
エンジン作動概要
Ｇサイクルエンジン１は、ロータ組立体１８３がその中で時計回りに回転する変形楕円形状の内側ハウジング表面３７を有する外側ハウジング２を具える。図３および４を参照されたい。ハウジング２は、エンジン１の、圧縮、燃焼および膨張領域３１、３２および３３のそれぞれから離れて、かつ、それらと連通しないナトリウム蒸気室２２９を具える。従って、ハウジング２の内面３７は円弧形に内方へ、ドライブシャフト１８の方へ傾き、そのまわりをロータ１８３が、約０°のクランク角にある吸気ポート６から約１０５°でナトリウム蒸気室２２９の始まりに隣接した周辺位置まで回転する。ナトリウム蒸気室２２９の始まりに隣接したハウジング２の内面３７および膨張領域３３の始まりは、ドライブシャフト１８から外側に離れてアーチ形に動き、膨張領域３３の始まりを越えて約１４７°でドライブシャフト１８の中心から最大の幾何学的距離に達する。ドライブシャフト１８の中心からの最大距離の点から、ハウジング２の内面３７は残りのクランク角を通して、すなわち圧縮領域３１を通して、ドライブシャフト１８の中心の方へアーチ形に内方へ徐々に拡張する。従って、ハウジング２の内部形状は燃焼空洞３４の膨張領域３３の上に横たわるナトリウム蒸気室２２９によって変形楕円または円環面を形成する。
【０１２５】
図３にて図示したように、ロータ１８３は、ハウジング２の内部面３７とシーリング接触するように半径方向に内外に移動可能な８枚のロータ羽根１１６を具える。羽根１１６は、周縁に、相互から、および隣接の羽根１１６の間に延在するロータ羽根セグメント３１０から間隔を置いて配置される。羽根１１６は、それぞれ、圧縮および膨張領域３１および３３の全体にわたる、ハウジング２の内面３７に対向するシーリングのための二重羽根シール８０、および、ロータセグメント３１０に対向するシーリングのための側面羽根面シール１１１を有する。
【０１２６】
ナトリウム蒸気室２２９は、ナトリウム、カリウムまたは硫黄を含む閉じたチャンバであるが、熱伝達能力を最大化するのでナトリウムが好ましい。チャンバ２２９内に、それぞれ細かい、中程度の、および粗い、吸上メッシュ２３０、２３１、および２３２がある（図３）。ナトリウム蒸気室２２９は、ナトリウム蒸気室の始まりから膨張領域３３の最大膨張点、すなわちナトリウム蒸気室の端近傍点まで、燃焼および膨張領域３２および３３の上に横たわっている。ナトリウム蒸気室２２９は、エンジンの作動中は、ロータ燃焼空洞１８６からの熱を流し、ナトリウムが発火点に近い液体から蒸気まで連続的に相を変えると、蒸気室２２９全体に実質的に均一に熱を分配する。吸気ポート６において、空気がエンジン１の中に供給される。高速で、空気、水および水素燃料は、ロータ燃焼空洞１８６が、上に横たわるナトリウム蒸気室２２９の始まりに隣接した燃焼領域３２内にある場合、空洞１８６の中で圧縮されて自己着火する。クランク角が大きくなり、燃焼領域の体積が増加するにつれて、羽根１１６は、遠心力の下で、ハウジング２の内部面３７に対して係合して密封する。従って、ナトリウム蒸気室２２９は、ナトリウム蒸気室２２９と燃焼領域３２との間の内側ハウジングを横切って、ナトリウム蒸発器領域３７９に、および、燃焼の後で膨張領域３３内に、実質的に熱損失なしで、すなわち、熱がナトリウム蒸気室コンデンサ領域３８０に沿って燃焼空洞３４システムの中へと戻されて、伝達される燃焼熱を吸収する。この均熱化によって、熱は絶えずナトリウム蒸気室２２９に、および、燃焼膨張反応へと戻るように伝達される。
【０１２７】
羽根ベルトシステムを用いて、遠心力を減少させ、従って羽根１１６とハウジング２の内面３７との間の摩耗を封止し、同じく、２枚の羽根が拡張し、および、他の羽根が収縮しまたは引込む場合に羽根１１６のバランスを取る。ハウジング２の変形楕円形の性質のため、ハウジング表面３７に対する羽根シール８０の不均一圧力はベルトシステムの使用によって平均化される。
【０１２８】
図３２および３４を参照すると、ロータ１８３は好ましくは８枚の羽根１１６を有することを認識して、単一羽根ベルトシステム（図３２）が、第１の組の４枚の直交関係の羽根に対する遠心力を最小化するのに用いられており、二重羽根ベルトシステムが、図３４にて図示したように、第２の組の残りの４枚の直交関係の羽根に対して用いられている。図３２および１１ならびに単一羽根ベルトシステムを参照すると、各羽根１１６は、ホルダ１５１の間に枢着される単一トグルバーシステム１４２を取り付ける、その二股の内端に沿った一対の端羽根ベルトロッドホルダ１５１を具える。トグル１４２は、ホルダ１５１に枢着される羽根ベルトロッド１４５内に取り付けられる一対の羽根ベルトバー１４６（図１１）を具える。図３２にて図示したように、単一羽根ベルトアーチ形ベアリング１５６がロータセグメントに固定されたロータ１８３の両側上のロータエンドプレートによって回転可能に支持されている。４本の単一羽根ベルト１３７が、隣接の羽根１１６の羽根ベルトバー１４６に対向端部に固着され、かつ、それらの羽根の間をアーチ形ベアリング１５６の内面に沿って延びている。従って、直交関係の羽根は、内側ハウジング表面の変形楕円形の形状に合致するように拡張するかまたは収縮することが可能であり、変形楕円形形状の偏心が、枢支されたトグルおよびアーチ形ベアリングによって達成される。
【０１２９】
図３４を参照すると、二重羽根ベルトシステムが残りの４枚の直交関係の羽根１１６に対して使用されている。二重ベルト羽根の各々が、羽根１１６のホルダ１５１によって枢支されるベルトロッド上に取り付けられた二重トグルバーシステム１４３を具える。一対のアーチ形ベアリング１５８（図３４）が、軸方向にお互いに間隔を置いて配置されて、ロータエンドプレートに対する枢軸運動のために取り付けられている。一対の羽根ベルト１３８が、隣接の羽根トグルの羽根ベルトバー１４３に対向端部に固着されており、アーチ形ベアリング１５８の内部に沿って延伸している。類似した作動が、羽根を内側ハウジングステータ壁表面の変形楕円形輪郭と合わせるための単一羽根ベルトシステムと同様に、これらの４枚の羽根に関して行われる。羽根ベルトシステムの単一および二重組の羽根ベルトが、それぞれのトグルおよびアーチ形ベアリングと同様に、互いに、軸方向に間隔を置いて配置されることに留意されたい。
【０１３０】
図２９および３６を参照すると、単一および二重羽根ベルトシステムは、単一および二重羽根ベルトシステムの軸方向に対向する側面上の一対の輪郭ベルト１３９によって共に結ばれている。図３６に最もよく例示されるように、一対の軸方向に間隔を置いた輪郭ベルト１３９が、アーチ形ベアリング１５６を取り付ける、単一羽根ベルトシステム内のベルトピン３６５、および、二重羽根ベルトシステム内のアーチ形ベアリング１５８の対を取り付けるピン１５９のまわりに取り付けられている。図３６にて図示したように、輪郭ベルト１３９の対は限界エンドプレート１５７の内側にピン３６５および１５９の遠方端のまわりに延在する。プレート１５７は、羽根１１６の間のロータセグメント３１０に固着されている。
【０１３１】
ナトリウム蒸気室と燃焼室との間の相互作用、同じく、ハウジングの内面に対してシールを維持する一方、羽根が半径方向に拡張収縮することを可能にするベルトシステム、を具える、エンジンの詳細が、以下に、および、以下の考察において参照される図面内に開示されている。
【０１３２】
水素Ｇサイクルエンジン１は、加熱された水および水素ガス噴射を使用する。図１、２および３を参照すると、２個の水噴射レギュレータ５７が、圧縮領域３１の始まりでエンジンのロータ燃焼空洞３４に加熱された水を供給する。２個の水素噴射レギュレータ２６が、圧縮領域３１内のエンジンのロータ燃焼空洞３４に水素を供給する。２個の点火プラグ２９が、水素／空気／水混合体に点火する。活性冷却システムが、冷水貯蔵タンクから、エンジン１の下部ハウジング２、吸気３０および圧縮領域３１、ドライブシャフトベアリング／膨張領域１９および内側ロータ１８３および摺動羽根５２を通して、および、熱水貯蔵タンク（図示せず）内に脱イオン水を循環させる。加熱された水は、水噴射装置５７、初期燃焼／膨張燃焼室噴射６０で圧縮領域３１の始まりでエンジン内に噴射され、冷水が後期燃焼／膨張室冷水噴射６１中に噴射される。ロータ燃焼室３４内の全ての水蒸気が、エンジン１から排気ポート９および排気管１０を通して、排出水コンデンサ（図示せず）内に排出され、そこで水蒸気がガスから液体に凝縮されて、冷水貯蔵タンクに戻され、空気がコンデンサ排気管から排出される。エンジン１および全てのその構成部品に対する水凍結膨張による損傷を防ぐために、エチルアルコール貯蔵タンク（図示せず）内に貯蔵されるエチルアルコールが、温度が３２度Ｆ未満であるエンジン停止中に、エンジン１の全体にわたって水／エチルアルコール混合物で循環する。電子制御装置（ＥＣＵ）（図示せず）が、全てのレギュレータおよび可変速ポンプ（図示せず）を制御する。ＥＣＵはまた、エンジン１が常に適切に作動していることを確認する全てのレギュレータおよび可変速ポンプを制御するのを助けるために多くの温度および水位センサを監視する。
【０１３３】
水素／水噴射
Ｇサイクルエンジン１の作動中に、水が水噴射レギュレータ５７および水チューブ３０８を通してエンジン１の燃焼空洞３４内に噴射される。水素ガスが、水素噴射レギュレータ２９３および水素チューブ２９４を通してエンジン１の燃焼空洞３４内に、および、水素レギュレータ２８０内に噴射される。レギュレータ２８０から、水素ガスが水素チューブ２８および２７を通過して、水素／水噴射レギュレータ２６内に、および、圧縮領域３１内の噴射位置３８で燃焼室３４内に移る。
【０１３４】
水素ガスが高圧縮からより低い噴射圧まで膨張すると、水素噴射レギュレータ２９３、水素チューブ２９４および水素レギュレータ２８０に対する凍結損傷に結びつく可能性がある熱エネルギーを吸収する。熱凍結の可能性に対抗するために、加熱された脱イオン水が、水素レギュレータ２８０の近くの水素チュービング２９４のまわりにコイル状に巻かれるチュービング内にポンプで送りこまれる。水によって吸収された熱は、水素レギュレータ２８０および水素噴射レギュレータ２６に対する凍結損傷を防ぐのを助けるために水素チュービング内の膨張水素ガス内に放出されて伝達される。水素レギュレータは、水素の混合を適切にバランスを取り、水素混合物を、水素チュービング２８および２７を通して、および、水素噴射レギュレータ２６内に、および、圧縮領域３１内の噴射位置３８で燃焼空洞３４内に噴射する。
【０１３５】
活性水冷システム
冷水貯蔵タンク（図示せず）内に貯蔵された脱イオン水が、吸気／圧縮領域内のエンジン外側ハウジング２、ドライブシャフトベアリングおよび膨張領域１９、および内側ロータ１８３および摺動羽根１１６を冷却するために用いられる。脱イオン水を使用するのは、エンジン１の構成部品に入る可能性がある汚染を伴わない水のより純粋な形であるため、および、それがチューブを通してポンピングされて、内側ロータ空洞３６３内部で、ハウジングステータ２および４の内側ハウジングステータ表面３７に沿って動くと、摩擦推力を最小化する低い表面張力を有するためである。エンジン１外側ハウジング２吸気３０および圧縮領域３１冷却のために、脱イオン冷却水が、冷水貯蔵タンクから、可変速度ウォーターポンプ、水冷却チュービング３２１、Ｔ字状管継手５６、分割水冷却チュービング４８、ハウジング９０度管継手５４によってハウジング吸気／圧縮領域冷却液注入口６２に、および、吸気／圧縮領域冷却液通路６３と、吸気／圧縮出口６４を通して、次いでハウジング９０度管継手５４、次いで分割戻り冷却液チュービング４９、Ｔ字状管継手５６を通して、および、単一戻り冷却液チュービング３２２を通して、次いで熱水フィルタを通して、次いで熱水貯蔵タンクの中に、ポンプで送出される。
【０１３６】
エンジン１のロータドライブシャフトベアリング１９および膨張領域３１を冷却するために、脱イオン冷却水が、可変速ポンプによって冷水貯蔵タンクから、水冷却チュービング３２３およびＴ字状の管継手５６、次いで分割水冷却チュービング５０とハウジング直線管継手５５を通してドライブシャフトベアリング／膨張領域水冷却注入口６５に、およびドライブシャフトベアリング／膨張領域水冷却通路６６を通して、ドライブシャフトベアリング／膨張領域水冷却通路出口６７、次いでハウジング直線管継手５５、次いで分割戻り冷却チュービング５１を通して、Ｔ字状管継手５６を通して、次に、単一戻り冷却チュービング３２４、次いで熱水フィルタを通して、熱水貯蔵タンクの中に、ポンプで送出される。
【０１３７】
内側ロータ組立体１８３と摺動羽根１１６を冷却するために、脱イオン冷却水が、可変速ポンプによって冷水貯蔵タンクから、水冷却チュービング３２５、Ｔ字状管継手５６、次いで分割水冷却噴射チュービング５２を通して、および、ハウジング９０−度管継手５４の中に、外側ロータコンデンサ２０２および摺動羽根コンデンサ１３２を横切って内側ロータ／羽根水噴射入口３３４を通してポンプで送出される。水は、可動摺動羽根１１６によって内側ハウジングステータ表面３７の側面に沿って集められ、図５に示すように、内側ハウジング水戻り凹部４４および水戻りカバーねじ４６によって水戻りカバー凹部２７６内にねじ込まれる水戻りカバー４５内の水戻りスロット４７を通して移動する。
【０１３８】
水は、次いで内側ロータ／羽根水出口３３５を通って、ハウジング９０度管継手５６内に、および、分割水冷却戻りチュービング５３を通って、Ｔ字状管継手５６を通って、次いで単一戻り冷却チュービング３２６、次いで熱水フィルタを通って、熱水貯蔵タンクの中に戻る。
【０１３９】
後期燃焼／膨張室水噴射６１は、冷水貯蔵タンク内に貯蔵され、かつ高圧ウォーターポンプによって、冷水高圧チュービング３２８を通って、高圧Ｔ字状管継手５９内に、および、高圧分割チュービング２７９内、高圧９０度ハウジング管継手５８内、および、後期冷水スプレーノズル３３７から後期圧縮／膨張噴射位置６１でロータ燃焼空洞３４の中に、ポンプで送出される脱イオン水３２０を使用する。
【０１４０】
活性水冷システム内で使用される全ての可変速ポンプは、水を汲み出すのに必要な最小量の電気エネルギーを使用するように電気的に制御されて、調整される。
【０１４１】
熱水噴射
エンジン１の作動中に加熱された水が熱水噴射レギュレータ５７および初期燃焼／膨張燃焼室噴射６０で圧縮領域３１の始まりに噴射される。熱水圧縮領域噴射に対して、加熱された脱イオン水３２０が熱水噴射チュービング３０８を通して、水噴射レギュレータ５７内に高圧ウォーターポンプによって熱水貯蔵タンクからポンプで送出される。水噴射レギュレータ５７が、圧縮領域３１内のロータ燃焼空洞３４内に噴射される加熱された水の量を調整する。圧縮領域３１内に噴射される脱イオン水３２０は、有効圧縮比を調整して、噴射された水素ガス３３６と部分的に混合する。初期燃焼／膨張熱水噴射に対して、加熱された脱イオン水は、別の高圧ウォーターポンプによって熱水貯蔵タンクから、熱水高圧チュービング３２７内に、および、高圧Ｔ字状チュービング管継手５９内に、および、高圧分割チュービング２７８と高圧９０度ハウジング管継手５８内に、および、ハウジング熱水噴射通路４２および連結チューブ４３を通して、初期熱水スプレーノズル４０から初期圧縮／膨張噴射位置６０でロータ燃焼室３４の中に、ポンプで送出される。初期６０燃焼／膨張において、ロータ燃焼室３４内の熱水噴射は、ピーク燃焼温度を調整するのを助けるために水素燃焼と相互作用する。噴射された脱イオン水も相互作用して、ナトリウム蒸気チャンバハウジングステータ表面４に沿ってナトリウム蒸気室からの熱を吸収し、更に、摺動羽根１１６分割羽根シール７９に、それらが内側ハウジングステータ表面３７全体に動くにつれて、若干の潤滑およびシーリング特性を与える。
【０１４２】
脱イオン水蒸気は、他の燃焼室３４ガスより重い質量を有する。ロータ１８３の回転速度および遠心力は、より重い脱イオン水蒸気を、内側ハウジングステータ表面３７に沿って、および、半径方向の排気ポート９を通しておよび排気管１０を通して外へ、半径方向に外に向かって押しつける。これは、脱イオン水がナトリウム蒸気室ステータ４との良好な接触および熱伝達をするのを助け、更に、排気ポート９および排気管１０を通して全ての脱イオン水蒸気を完全に排出する際に、極めて有利である。
【０１４３】
変形楕円ハウジングステータ形状
図４は、本発明の回転羽根エンジン１の側面断面図を示す。図３は、エンジン１の切欠斜視図を表す。エンジン１は、ステータ３７、ロータ１８３およびロータ羽根通路１８４から拡張収縮する多数の摺動羽根１１６を具える。下部ステータハウジング２および上部ナトリウム蒸気室ステータ４は、概ね円滑な内面３７を有する変形楕円形形状を形成する。下部ステータハウジング２および上部蒸気室ステータハウジング４は、金属ガスケット５によって分離され、種々のエンジンハウジングセグメント間の一様な嵌合およびシールを保証するのを助ける。摺動羽根１１６は、前部および後部羽根シール８０から成る分割羽根シール７９を使用して内側ステータ表面３７に沿って摺動羽根１１６を密封する。燃焼室３４は、２枚の隣接の摺動羽根１１６および２個のロータ軸方向シール１０２によって画成される。エンジン１はまた、空気取り入れ供給用の吸気ポート６を具える。吸気領域３０は、前部燃焼室羽根１１６の後部羽根シール８０が０クランク角度で吸気ポート３０の上を通過し始めると始まり、回転軸線に沿って、前部羽根シール８０が、約６０度の吸気クランク角度の回転で吸気ポート３０の上を通過するのを完了するまで続く。約６０度クランク角度で、内側ステータハウジング３７はロータ表面１８５からのその吸気最大距離にあり、かつ、ロータ表面１８５の内部へ戻るように鋭く傾斜して圧縮領域３１を形成する。圧縮領域３１は、１０５クランク角度の点火プラグ２９の位置まで約４５全角度のクランク角回転を与える。上死点（ＴＤＣ）は、１１０クランク角度である。燃焼領域３２は、点火プラグ位置２９から約１４５クランク角度の初期水噴射６０まで続く。膨張領域３３は、この点から前部摺動羽根１１６の後部羽根シール８０が２７０クランク角度の最大膨張点の上を通り過ぎ始めるまで続き、合計約１６０クランク角度の燃焼および膨張位置変化を提供する。内側ハウジングステータ３７は、それが約２７０クランク角度でその最大距離に到達するまで、燃焼領域３２および膨張３３領域に沿ってロータ表面１８５から離れて外に向かって徐々に傾斜する。この点で、内側ハウジングステータ表面３７は、ロータ表面１８５の方へ３３８クランク角度の下死点（ＢＤＣ）まで戻して鋭く傾斜する。後期水噴射６１も、内側ハウジングステータ表面３７がロータ表面１８５から最大距離である約２７５クランク角度で生じる。燃焼室３４排出は、前部燃焼室摺動羽根１１６の後部羽根シール８０が約２８０クランク角度で排気ポート９の上を通過し始めると生じて、かつ、後部燃焼室羽根１１６の前部羽根シール８０が、約３６０クランク角度で排気ポート９の上を通過するのを完了するまで続き、合計８０クランク角度を燃焼室３４排気に与える。一旦燃焼室３４がチャンバガスの排出を完了すると、前部燃焼室羽根１１６の後部羽根シール８０は、吸気ポート７をクロスオーバーし、かつ、次のサイクルを開始する準備ができる。
【０１４４】
上部ナトリウム蒸気室ステータ４は、１１０クランク角度のＴＤＣ点から燃焼３２および膨張領域３３に沿って位置して、２５５クランク角度まで続く。遮熱コーティング３６が、８５クランク角度の水素／水噴射位置のすぐ前から内側ハウジングステータ表面３７に施着され、および、約１６０クランク角度の初期水噴射６０位置を丁度過ぎるまで続く。
【０１４５】
ロータおよび羽根を有する内側ハウジングステータ
図３は、ハウジングステータ２の下半分を表す。ナトリウム蒸気室ステータ４の最上部断面半分、底部ステータ２半分の鏡像が、ハウジングステータ２および４の内側に位置する部分を示すために除去されている。ロータ１８３は、外部表面１８５を具えた概ね円形ディスク形状、および、その周辺に沿って垂直にスライスされた多数の羽根スロット１８４（図４）を有する。各摺動羽根１１６が、羽根スロット１８４内に嵌まる。エンジン１のスケールに従い、ロータ１８３は６個、８個、９個または１２個の羽根スロット１８４および摺動羽根１１６を有することができる。好ましい実施態様は、８枚の対応する摺動羽根１１６を保持する８個の羽根スロット１８４を有する。この構成は、ロータ１８３の外部ロータ表面１８５、ハウジングステータ２および４の内面３７および摺動羽根１１６によって取り囲まれる８室の別個の燃焼室３４を形成する。各摺動羽根１１６は、ステータ２および４の内面３７の形状と対応する外側半楕円形状を有する概ね平らな前面および背面を有する。作動中に、ロータ１８３はドライブシャフト１８のまわりを回転し、連続的な円運動でステータ２および４の内面３７に沿って掃引するように摺動羽根１１６を押しつける。この運動は、ロータ１８３のまわりで燃焼室３４を連続的に回転させる。摺動羽根１１６は、摺動羽根１１６の概ね円形の配列とハウジングステータ２および４の内面３７の概ね楕円形形状との間の一定表面接触を維持するように羽根スロット１８４の内外に移動する。
【０１４６】
燃焼室シール
エンジン１が効果的にかつ能率的に作動するために、燃焼室３４は、ロータ１８３側面ハウジングステータ３７、ロータ１８３と摺動羽根１１６および摺動羽根と内側ハウジングステータ表面３７との間のシーリングを維持しなければならない。図７は、個々の燃焼室３４を分離して、各燃焼空洞３４内に適切な燃焼ガス圧力を維持するのを助けるのに用いられる燃焼室シール７８を示す。燃焼室シール７８は、軸方向シール１０２、羽根面シール１１１および分割羽根シール７９を含む。
【０１４７】
軸方向シール
図３および７に示される軸方向シール１０２は、ロータ１８３と側面ハウジングステータ３７との間の密なシーリングを確実にする。軸方向シール１０２は、概ねアーク形のセグメントである。軸方向シール１０２はまた、羽根シールの軸方向シール接触面９５に沿った下部羽根分割シールセグメント８２とロータ１８３との間の密なシールを確実にする。軸方向シール１０２は、軸方向センタセクション１０３がつまみ界面１０６を含む軸方向中心と端シール界面１０５に沿って、互いに接続されたセンタ軸方向シールセクション１０３および２つの軸方向シール端セクション１０４から成り、軸方向端セクション１０４は溝界面１０７を含む。軸方向中心と端シール界面１０５は、前部シール面に対して角度をつけられる。これによって、軸方向センタセグメント１０３および軸方向端セグメント１０４の双方が界面１０５に沿って自由に動いて、内側ステータ表面３７と隣接するシールをなお維持することができる。軸方向端セグメント１０４の隣接した溝１０７が合う軸方向センタセグメント１０３のつまみ界面表面１０６は、高温潤滑剤および耐久性のための酸化物から成る固体潤滑剤３５で覆われて、軸方向中心と端セグメント界面１０５に沿った摺動摩擦を最小化し、かつそれらのシーリング運動の速度を増大させる。
【０１４８】
軸方向シール１０２の上面３５８は軸方向シールの前部シール面から戻るにつれて、僅かにテーパーが付いている。これによって、燃焼室３４の与圧されたガスが外に向かって軸方向シールをバイアスさせるのを助けるためにこの最上部テーパー面３５８に沿って進むことができ、内側ハウジングステータ表面３７とシーリング接触させることができる。
【０１４９】
波形ばね１１０が、軸方向シール１０２のセンタ軸方向セグメント１０３の背後に位置する。波形ばね１１０は、初めに圧力をセンタ軸方向シールセグメント１０３に印加するのに用いられ、それは、中心と端軸方向シール界面１０５に沿って摺動力を印加して、軸方向シール端セグメント１０４を、内側ハウジングステータ表面３７に対して軸方向に外に向かって、および、下部分割羽根シール８２の下部羽根シールセグメント表面９５に対して半径方向に押しつける。波形ばね１１０は、主要軸方向シール１０２間に最初のシールを形成するために限られた量の力を加える。燃焼およびチャンバ３４ガス圧は、内側ハウジングステータ２および４の内側ハウジングステータ表面３７に対して適切なシーリング状態を維持するために、軸方向センタシール１０３および軸１０２の軸方向端シールセグメント１０４に必要な力を平均化するようにそれらの密封性を決定する支配的な力である。
【０１５０】
小さい軸方向シール帯１０９が、軸方向センタセグメント１０３および軸方向端シール１０４両方のシーリング面の全長を走る軸方向シール帯溝１０８内に位置する。軸方向シール帯１０９は、軸方向シールトリップ溝１０７の上の最上部軸方向シールリップを通過する燃焼室ガスを密封するのを助ける。軸方向シール帯１０９の最上部バックエッジは、内側ハウジングステータ表面３７に対して外に向かって軸方向シール帯１０９をバイアスさせるのを助ける軸方向シール帯１０９の全長を走る小さいベベル３５１を有する。軸方向シール１０２と軸方向シール帯１０９の接触シール面は、高温作動および耐久性のために酸化物から成る固体潤滑剤で覆われている。
【０１５１】
軸方向センタセグメント１０３および軸方向シール１０３の軸方向端セグメント１０４、シール帯１０９、および波形ばね１１０は、ロータ１８３の輪郭に合致するように湾曲している。
【０１５２】
羽根面シール
図８は、燃焼室シーリングシステム７８、および、分解された羽根面シール帯１１３の燃焼室シーリングシステムの側面斜視図を示す。
【０１５３】
羽根面シール１１１が、ロータ羽根通路１８４内に位置し、ロータ１８３と摺動羽根１１６との間の堅固なシーリングを確実にする。羽根面シール１１１は、概ね半楕円逆Ｕ型であり、滑動羽根１１６の先端の湾曲形状輪郭に概ね一致する。従って、好ましい実施態様において１６個の羽根面シール１１１があり、１個が、８枚の摺動羽根１１６の羽根面３４９の両側面に隣接している。羽根面シール１１１は、シール１１１のバックエッジに達する僅かなテーパー付き上面３５９を有する。これによって、燃焼室３４のガス圧が羽根面シール１１１を外に向かってバイアスさせるのを助け、それによって羽根面表面３４９に対して密封することができる。
【０１５４】
羽根面シール１１１は、また、ロータ羽根面シールばね凹部１８９内に位置する波形ばね１１４によって外に向かってバイアスされる。羽根面シール１１１はまた、羽根面表面３４９に沿って追加のシーリングを与えるのを助けるために、羽根面シールシーリング面１１１の全長を走る小さいシール帯溝１１２内に位置するシール帯１１３を含む。羽根面シール帯１１３の最上部バックエッジは、羽根面表面３４９に対して外に向かって羽根面シール帯１１３をバイアスさせるのを助ける羽根面シール帯１１３の全長を走る小さいベベル３５２を有する。羽根面シール１１１と羽根面シール帯１１３の接触シール面は、高温潤滑および耐久性のために潤滑酸化物から成る固体潤滑剤３５で覆われている。羽根面シールの端１１５は、主羽根面シール１１１から９０度で外に向かって拡張して下部分割羽根軸方向シールセグメント８２全体に連結して密封するのを助け、表面９５とシーリング接触をして、軸方向シール端片１０４の上に適合してかつそれを支持するのを助ける。
【０１５５】
羽根面シール１１１、羽根面シール帯１１３および波形の羽根面シールばね１１４は、概ね半楕円逆Ｕ型であり、各摺動羽根１１６の先端の形状と概ね一致する。
【０１５６】
分割羽根シール
図８および１１を参照すると、１個の分割羽根シール７９が、各摺動羽根１１６の外側周辺３５０に沿って摺動可能に固定されている。分割羽根シール７９は、摺動羽根１１６とハウジングステータ２および４の内側ステータ表面３７との間の密なシーリングを確実にする。分割羽根シール７９は、概ね半楕円逆Ｕ型であり、全体的な形状で類似しているが、羽根面シール１１１より僅かに大きい。各分割羽根シール７９は、互いの鏡像である２個の羽根シール８０を有する。従って、好ましい実施態様において１６個の羽根シール８０があり、８枚の摺動羽根１１６の各々に対して２個ある。各摺動羽根１１６に対して２個の羽根シール８０を用いて、燃焼室３４に対する二重密封性が与えられ、および、羽根シール８０ブローバイ損失が最小化される。これによってまた、各摺動羽根１１６に対して２つの隣接の燃焼室３４が、それらの封止力を最適化させて、各チャンバの特定のシーリング要件を、最大化されたエンジン１の性能とバランスを取り、および、過剰な摩擦および摩耗を最小化する。
【０１５７】
セグメント化羽根シール
図１１ないし１８を参照すると、各分割羽根シール８７内の２個の羽根シール８０の各々が、適切な密封状態を維持するためにハウジングステータ２および４の内面３７の輪郭に合致する摺動羽根１１６上部で前後に移動する。しかし、一定のより冷たい吸気−圧縮領域とより熱い燃焼−膨張領域による二極式のエンジン熱プロファイルに起因して、下部羽根シールセグメント８２または各分割羽根シール８７の側面直線状部は、摺動羽根１１６の軸方向側面に沿って適切なシーリング状態を維持するために外に向かって拡張する必要がある。これを達成するために、各分割羽根シール８７は最上部センタセグメント８１および２つの側面下部セグメント８２に分割される。最上部センタ羽根シールセクションは、各先端で２つの傾斜した角度のキーストーン界面溝８４を有する。下部セグメント８２の各々は、マッチした傾斜した角度のキーストーン形状のつまみ界面拡張部８５を有する。各羽根シール８０の最上部羽根シールセンタセグメント８１および２つの下部セグメント８２は、傾斜した角度のキーストーンつまみと溝の界面８３と共にインタリーブされる。この傾斜角度羽根シールセグメント界面８３によって、下部セグメント８２が傾斜角度羽根シール界面８３に沿って内外に僅かに摺動することができ、従って、それが回転するにつれて摺動羽根１１６によって掃引される、僅かに収縮拡張する内側ステータ表面３７を密封する。下部羽根シールセグメント８２の背後の側面ガスチャンネル９７は、内側ステータ表面３７に対して各下部羽根シールセグメント８２を押圧するために燃焼室３４ガス圧を使用する。セグメント化された羽根シール８０は、内側ステータ表面３７の輪郭、燃焼振動の変化から摺動羽根１１６の密封性を改善するのを助けるだけでなく、それはまた、摩耗による羽根シール８０の使用可能な耐久性を改善する。下部羽根シールセグメントの外部表面が内側ハウジングステータ表面３７との摺動摩擦に起因して摺り減少する可能性があるので、下部羽根シールセグメント８２は、内側ハウジングステータ表面３７とのシーリング接触をし続けるように羽根シールセグメント界面８３に沿って外に向かって摺動することが可能である。これは、羽根シールの使用可能な耐久性を大いに向上させて、シーリング故障に対する可能性を低下させる。
【０１５８】
輪郭獅子鼻羽根シール先端
図９および１４を参照すると、羽根シール８０先端は、内側ハウジングステータ表面輪郭全体に円滑に摺動することができる小輪郭の丸い先端を与える獅子鼻先端９０を具えている。小獅子鼻先端９０は、過剰な表面シーリング接触を最小化するためにより集中されている。燃焼中に大きい応力および振動力が形成される。しかし、獅子鼻シールは内側ハウジングステータ表面から離れて振動されることができる。この働きは、内側ハウジングステータ表面３７に対するチャターリングマーク損傷に結びつく可能性がある。しかし、獅子鼻シール９０を僅かにより広くすることによって、衝突力は僅かにより広い表面領域を通じて分配されて、チャターリングマーク損傷に結びつきそうにない。摺動羽根１１６およびロータ１８３が内側ハウジングステータ２および４を中心に回るにつれて、獅子鼻先端９０の湾曲した輪郭は、変化する角度の内側ハウジングステータ表面３７と良好な接触を保つ。これはまた獅子鼻先端９０の湾曲した輪郭表面全体に接触シーリング点を分配し、羽根シール８０の使用可能な耐久性を拡大して、シーリング故障を最小化するのを助ける。獅子鼻シール先端９０は、羽根シール８０のセンタ羽根シールセグメント８１の最上部センタ輪郭のまわりに湾曲して、羽根シール８０の下部羽根シールセクション８２に沿って外側羽根シール側面９２に移行する。側面獅子鼻シール９２は、下部羽根シールセグメント８２ならびにステータハウジング２および４の側面内側ステータ表面３７の良好な軸方向シーリングを提供する。また、羽根シール８０が軸方向シール１０２および羽根面シール１１１とのシーリング界面を形成することができる。平坦下部羽根シールセグメント面表面９５が、軸方向シール端セグメント１０４および羽根面シール界面拡張部１１５との平坦な接触界面表面を提供する。ガスが、獅子鼻シール先端９０をブローバイして、２個の羽根シール８０の間を進み、ロータ１８３の内側セクション内に入るのを防ぐために、獅子鼻シール表面は、羽根シール８０の底部エッジ９３のまわりを囲み続ける。獅子鼻シール表面９０は、次いで、内側羽根シール端９４に沿って囲んで支持し、そこで２個の羽根シール８０が合って、共に摺動する。この短い内側獅子鼻シール端９４は、羽根シール８０が移動する場合に、それらが互いになお重なり合うように十分に長く、内側羽根シールガスが、羽根シール８０の底部のギャップから洩出することを防ぐ。活性冷却システムからの水および水噴射が、獅子鼻シール先端９０間を移動して、獅子鼻シールならびに内側ハウジングステータ表面２および４に摺動潤滑を与えるのを助ける。水の一部が、蒸気に変換され、２つの獅子鼻シール９０間の隙間を充填して、与圧する。これは、隣接した燃焼室３４の間のブローバイを防ぐのを助ける。
【０１５９】
羽根シール８０の獅子鼻羽根最上部シーリング先端９０、サイドエッジ９２、底部エッジ９３、内部エッジ９４および平坦面表面９５は、高温潤滑および耐久性のために酸化物から成る固体潤滑剤３５で覆われている。
【０１６０】
羽根シールガスバイアス
図１４を参照すると、エンジン１の作動中に、燃焼室３４内の燃焼ガスは、羽根シール８０と内側ステータ表面３７との間のガス空隙３５５に押し入り、羽根シール８０を内面３７から離れて押しつけ、従って燃焼室３４のシーリングを損なう傾向がある。これらの極めて強い燃焼力に効果的に対抗するために、各羽根シール８０は、燃焼ガスの迅速な利用のために好ましくはガスバイアスされ、羽根シール８０を内側ステータ表面３７から切り離す力を平均化する。好ましい実施態様において、このガスバイアスは、角度をなす表面２５６および底部２５７を具えた拡張羽根シール先端９１を用いる方法と、羽根シール８０の羽根シールガス通路９６を用いる方法の、２つの方法で達成される。
【０１６１】
角度をなす拡張羽根シール先端
再び図１４を参照すると、ガス空隙３５５内のガス力に対抗するための第１のガスバイアス方法は、各羽根シール８０上の角度をなす外端表面３５６および底面３５７を具える拡張羽根シール先端９１を使用する。角度をなす外側３５６は、１つが内側ステータ表面３７により近く動くにつれて、各羽根シール８０の幅を増大する。拡張羽根シール先端９１の角度をなす外側３５６および底面３５７は、従って、外に向かってある角度に曲げられる表面領域を形成し、それで、膨張燃焼ガスが、ステータ２および４の内側ステータ表面３７の方へ羽根シール８０を押し、それによって各燃焼室３４をより効果的に密封するのに役立つ。
【０１６２】
内側ハウジングステータ表面３７の分割羽根シール７９の密封性を改善し、かつその作動耐久性寿命をのばすために、遮熱コーティング（ＴＢＣ）３６が、分割羽根シール７９熱応力および変形を最小化するように拡張羽根シール先端９１の上面および羽根シール８０の角度をなす外側３５６に施着されている。
【０１６３】
羽根シールガス通路
さらに図１４を参照すると、ガス空隙３５５内の燃焼ガス力に対抗するための第２のガスバイアス方法は、ガス通路９６の使用である。複数のガス通路９６が、各羽根シール８０を、角度をなす羽根シーリング表面３５６から羽根シール８０が摺動羽根１１６の支持突起部１１８より上の内側羽根シール表面３５４に接触する位置まで貫通している。ガス通路９６摺動羽根１１６の支持棚１１８は、従って、燃焼ガスに対する表面を形成して内側ステータ表面３７に向かって上方へ羽根シール８０をバイアスさせ、それによって燃焼室３４をより効果的に密封する。ガス通路９６は、図１１ないし１３に示すように羽根シール８０の湾曲したセンタ羽根シールセクション８１全体に沿って分配される。これらのガスバイアス方法のどちらか、または、両方とも、使うことができる。
【０１６４】
軸方向ガスチャンネル９７が、摺動羽根１１６の下部羽根シールセグメント８２の背後に羽根支持突起部１１８の側面の最上部を横切って燃焼ガスを導くために羽根シール８０内に割り込む。これは、下部羽根シールセグメント８２を内側ハウジングステータ表面３７の側面に対して外に向かって押しつけ、摺動羽根１１６の羽根シール８２とハウジングステータ２および４の内側ステータ表面３７との間をより密にシーリング接触させる。このより密なシーリング接触は、分割羽根シール８７を通しての燃焼ガス漏れを最小化するのを助ける。それはまた、燃焼ガスからの急速な高エネルギーバーストによる分割羽根シール８７の急な動きを減少させるのを助ける少量の摩擦推力を生成する。
【０１６５】
ガス通路９６および側面ガスチャンネル９７と共に分割羽根シール８７を使用する利点は、それらが優れた密封性を提供するだけではなく、それらによって分割羽根シール８７内の各羽根シール８０が各隣接した燃焼室３４に対して分離することができ、かつ個々の燃焼室３４の圧力状態に基づいてシーリング力を与えることができることである。従って、摺動羽根１１６の前部および後部燃焼室３４の各々は、異なる圧力およびシーリング要件を有する可能性があり、ならびに、ガス通路９６および側面ガスチャンネル９７を有する分割羽根シール８７は、シーリング力がそれらの圧力およびシーリング要件に合致するように自動的に調整する。燃焼室３４ガス圧とチャンバシーリング力のバランスを取ることは、エンジン１の性能ポテンシャルを低下させる可能性があり、かつ羽根シール８０および内側ハウジングステータ表面３７摩耗を増加させる可能性がある過剰なシーリング摩擦に結びつくような過度のシーリング力でなく、丁度十分なシーリング力だけが、燃焼室３４を適切に密封するために、内側ハウジングステータ表面３７に対して印加される、ことを確実にする。羽根シール８０ガス通路９６および軸方向ガスチャンネル９７は、羽根シール８０に損傷を与える可能性がある内側ハウジングステータ表面３７上のチャッターマークに結びつく可能性がある苛酷な燃焼着火力を吸収して、補償するのを助ける。羽根シール８０のガスバイアスは、羽根シール８０とハウジングステータ２および４の内側ハウジングステータ表面３７の耐久性を拡大する円滑な摺動作動によって燃焼室３４密封性を最適化するのを助ける。
【０１６６】
羽根シールトグル動作
作動中に、各分割羽根シール７９内の２個の羽根シール８０は、それらが概ねディスク形のロータ１８３の平面内でロータ１８３に対して内外に横に移動するにつれて、互いに対して往復運動で互いに対して摺動する。このトグル動作は、摺動羽根１１６自体のトグル動作を補足し、内面３７の幾何学的輪郭によりよく合致することによって追加の燃焼室３４シーリング能力を与える。
【０１６７】
分割羽根ローラーベアリング
図１５は、摺動羽根組立体１１６を、分解された分割羽根シール７９の羽根シール８０と共に示し、それによって内側羽根シール組立体３５１および外側羽根シール組立体３５２を示す。分割羽根シール７９の羽根８０のトグル動作を促進するのを助けるために、内側羽根シールベアリング組立体３５１および外側の羽根シールベアリング組立体３５２が、使われる。内側ベアリングに対して、組立体３５１は、小ローラーベアリング９８から成り、かつ、内側羽根シール表面３５３に沿って分割羽根シール７９内に埋め込まれる内側羽根シールローラーベアリングチャンネル９９内に位置し、そこで各分割羽根シール７９内の２個の羽根シール８０が合わさり、かつ共に移動する。外側羽根シールベアリング組立体３５２は、内側ローラーベアリング９８より小さい小ローラーベアリング１００から成り、かつ、摺動羽根１１６の内側羽根溝表面１１７と接触する外側羽根シール表面３５４に沿って分割羽根シール７９内の外側羽根シールベアリングチャンネル１０１内に位置する。
【０１６８】
内側ローラーベアリング９８および内側ローラーベアリングチャネル９９の位置は、羽根シール８０の構造強度を弱めないために羽根シール８０上の外側ローラーベアリング１００および外側ローラーベアリングチャンネル１０１から離される。
【０１６９】
羽根シール８０の内側羽根シール表面３５３は、高温潤滑および耐久性のために酸化物から成る固体潤滑剤３５で覆われている。固体潤滑剤３５はまた、それらの内側羽根シール接触面３５３に沿って摩擦を減少させることによって羽根シール８０のトグル作動を補助する。酸化物から成る固体潤滑剤３５が、また、羽根シール８０と摺動羽根１１６との間のトグル摩擦をさらに減少させるために摺動羽根１１６分割羽根シール支持突起部１１８の外側面に施着される。
【０１７０】
羽根シール支持突起部
図１４、１５および１６に示すように、２つの羽根シール支持突起部１１８が、分割羽根シール溝１１７によって分離され、各摺動羽根１１６の外側周辺３５０に沿って位置している。支持突起部１１８は、各摺動羽根１１６の細長い半楕円形のＵ型の外側周辺３５０の全長を縁どり、各分割羽根シール７９を各摺動羽根１１６の外側周辺３５０に沿って摺動可能に固定するように保つのを助ける。支持突起部１１８なしでは、分割羽根シール７９は、ステータハウジング２および４の内側ステータ表面３７に沿って掃引するにつれて、捩れて位置から外れる傾向があるであろう。
【０１７１】
羽根シール溝および突起部ばねシール
図２２、２４および２７を参照すると、作動中に、羽根シール８０の下部羽根シールセグメント８２の底部エッジが、分割羽根溝１１７および羽根シール突起部１１８の最上部内の羽根シール８０下方に位置する燃焼ガスがエンジン１内により深く浸透するのを防ぐために、閉鎖されなければならない。従って、下部羽根シールセグメント８２の底部内部エッジはばねシール凹部チャネル８７内に埋め込まれるばねシール８６を具える。ばねシール８６は、底部分割羽根溝１１７を密封するのを助けるために摺動羽根１１６に向かって内部へ押圧する。羽根溝ばねシール８６の前部シール面は、高温潤滑および耐久性のために酸化物から成る固体潤滑剤３５で覆われている。摺動羽根１１６の底部羽根シール支持突起部１１８は、羽根シール支持突起部１１８の底部の近くに位置する突起部ばね凹部１２０内に埋め込まれた突起部ばねシール１１９によって密封される。突起部ばねシール１１９は、軸方向ガスチャンネル９７を閉鎖する下部羽根シール８２の内面に対して羽根突起部１１８シーリングから、外に向かって押し、ガスチャンネル９７からの燃焼ガスが、下部羽根シール８２の底部から出て、および、ロータ１８３の内側セクション内に移るのを防ぐ。突起部ばねシール１１９のシール面は、また、高温作動および耐久性のために酸化物から成る固体潤滑剤３５で覆われている。
【０１７２】
水ドレイン通路
図１８を参照すると、分割羽根シール７９の摺動羽根８０の底部エッジはその摺動羽根１１６の方へ戻して角度をつけられている。これは、摺動羽根シール８０が、摺動羽根１１６上に設置されたままで、摺動羽根１１６の最上部から拡張しないことを確実にするのを手伝う。これはまた、活性冷却システム３６２の内側ロータおよび羽根冷却領域３６１からの少量の脱イオン水３２０が、それが上面上の燃焼ガスおよび底部からの脱イオン水３２０を密封する羽根突起部ばねシール１１９に到達するまで、羽根支持突起部１１８に沿って羽根シール８０の底部の下方に入ることができる水ドレイン通路１２５を形成する。水ドレイン通路１２５内部の活性冷却システム３６２からの脱イオン水３２０も、燃焼力、ハウジングステータ２および４の内側ハウジングステータ表面３７との滑り接触から、および羽根シールが前後に移動するにつれて、分割羽根シール７９の羽根シール８０の衝撃および振動を弱めるのを助ける。これは、より円滑なエンジン動作となり、羽根シール８０密封性および耐久性を改善する。
【０１７３】
固体潤滑剤
図８ないし２８を参照すると、酸化物材料に基づく固体潤滑剤が、燃焼室シール７８の全ての負荷接触面に施着されている。これは全ての可動部分間の摩擦を減らし、従って、熱ビルドアップを減少させるのを助ける。また、燃焼室３４内部の燃焼反応と混合しない、あるいはそれを汚染しない潤滑システムを提供する。特別な二元酸化物およびアルゴンヌ国立研究所で開発されている超硬質ナノコンポジット（ＳＨＮＣ）潤滑剤コーティングをこの用途に使うことができる。好ましくは、摂氏９００度の最大作動範囲を有するプラズマ溶射酸化物ＰＳ  ３０４酸化物固体潤滑剤を使うことができる。
【０１７４】
摺動羽根構造
図１８ないし２７を参照すると、摺動羽根１１６は、概ね半楕円逆Ｕ型であり、全体的な形状において内側ハウジングステータ２および３の内側ハウジングステータ表面３７形状輪郭と類似している。摺動羽根は、分割羽根シール７９のシーリング羽根８０を保持して、羽根シール支持突起部１１８を支持する分割羽根溝１１７を有し、分割羽根シール７９の羽根シール８０が、ハウジングステータ２および４の内側ハウジングステータ表面３７との適切なシーリング接触位置をねじ曲げておよび／または変形することを防ぐのを助ける。
【０１７５】
逆Ｕ型中心セクション
図１８を参照すると、摺動羽根１１６の逆中心または逆Ｕ型セクション３６０が、摺動羽根の材料質量を軽減するために切り取られている。摺動羽根１１６が内側ハウジングステータ表面３７を中心に回ると、摺動羽根の質量重量は、分割羽根シール７９および内側ハウジングステータ表面３７に対して、相当な遠心力を発揮する可能性があり、低いエンジン１性能、摺動羽根１１６変形および分割羽根シール７８摩耗になる、過剰な摩擦推力に結びつく可能性がある。摺動羽根１１６のこのセンタ逆Ｕ型セクション３６０を除去すると、不必要な摺動羽根１１６質量重量および過剰な摩擦推力を大いに減らし、エンジン１の性能、羽根１１６耐久性および分割羽根シール７８密封性および耐久性を向上させる。摺動羽根構造１１６が大きい逆Ｕ型セクション３６０除去に起因して変形しないことを保証するために、小さい垂直１２１および水平１２２支持バーが、摺動羽根構造１１６の逆Ｕ型開口３６０を横切って配置されている。摺動羽根１１６水平支持バー１２２は、その表面を通して穿設される複数の穴部１２３を有し、水平支持構造物１２３の質量重量を減らし、更に、活性水冷システム３６２の内側ロータおよび摺動羽根領域３６１の脱イオン水３２０の自由な動きを可能にする。摺動羽根の下端部表面１２６は、摺動羽根１１６の中心から側面ステータハウジング２および４の方へ外に向かって角度が付いているかまたは傾斜しており、それによって、ロータ１８３の中心内部の活性冷却システム３６２からの脱イオン水３２０が、下部内側ハウジングステータ２の両側上に位置する側面内側ハウジング水戻り凹部４４の方へ外に向かって、次いで熱水貯蔵タンク３００の中に向きを変えることができる。
【０１７６】
遮熱コーティング
図１８ないし２８を参照すると、遮熱コーティング（ＴＢＣ）３６が、摺動羽根１１６の前面および背面３４９に施着されている。ＴＢＣ３６は、摺動羽根１１６を傷つけるかまたは軟化させる可能性があり、熱的変形に結びつく可能性がある、燃焼室３４から来る高い燃焼ガス温度から、摺動羽根を保護する。摺動羽根１１６の熱的変形は、燃焼室３４からの、および、ハウジングステータ２および４の内側ハウジングステータ表面３７との摺動羽根接触からの燃焼力に起因して、よりひどくなる可能性がある。これは、羽根シール８０が内側ハウジング表面３７との誤整列に結びつく可能性があり、かつ、羽根シール８０および／または内側ハウジングステータ表面３７に対する損傷またはシーリング故障を引き起こす可能性がある。ＴＢＣ３６は、摺動羽根１１６を熱的変形に結びつくであろう高い燃焼温度から保護するのを助ける。これは、ハウジングステータ２および４の内側ハウジングステータ表面３７に沿った燃焼室３４の分割羽根シール７９密封性に関する摺動羽根１１６の羽根シール８０シーリングを改善するのを助ける。
【０１７７】
遮熱コーティング３６はまた、基板材料の酸化を防ぐのを助ける。追加の酸化物によってドーピングされたイットリウム安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）でできている低熱伝達率遮熱コーティングが、熱伝達率を低下させて、ロータ表面との接着粘着力を改善するために、調整された範囲の欠陥集積サイズを有する熱力学的に安定な、高度に偏向的な格子構造を生成するように選択される。欠陥集積ＹＳＺ  ＴＢＣは、摂氏４００乃至１４００度の間でメートル度摂氏あたり（／ｍ・℃）１．５５ないし１．６５ワットの熱伝達率を有する。
【０１７８】
熱パイプチャンネル
図１８ないし２７を参照すると、摺動羽根１１６の各々は、逆Ｕ型で摺動羽根の周辺３５０に類似しており、羽根シール溝１１７のすぐ下に位置する、内側熱パイプチャンネル１２７を具える。羽根内側熱パイプチャネル１２７は、羽根熱パイプ蒸発器領域１２９からの熱を、摺動羽根の周辺３５０のあたりから羽根熱パイプ内側コンデンサ１３０まで伝達する作動流体としての水で僅かに満たされる。作動流体水を、液体からガスに、および、次いで再び液体に戻して連続的に変えることによって、大量の熱を音速で伝達することができる。羽根熱パイプチャンネル１２７は、摂氏２４乃至２０２度または華氏７５乃至３９７度との間で作動し、羽根熱パイプ蒸発器領域１２９と内側コンデンサ１３０との間の温度差が大きくなればなるほど、熱伝達速度がより早くなる。
【０１７９】
熱パイプ蒸発器領域は、摺動羽根１１６の摺動羽根周辺３５０、分割羽根シール７９の羽根シール８０、羽根シール突起部１１８、および、羽根分割シール溝１１７に影響を与える、燃焼室３４からの熱を吸収して、伝達するのを助ける。また、摺動羽根１１６の前面および背面表面３４９に沿ってＴＢＣ３６を通過する熱を伝達するのを助ける。これらの構成部品から離れて熱を伝達することは、摺動羽根１１６および分割羽根シール７８、内側ハウジングステータ表面３７を傷つけ、シーリングおよび構成部品故障に結びつく可能性がある熱損傷および変形を防ぐのを助ける。
【０１８０】
羽根熱パイプチャンネル１２７の作動中に、燃焼室３４からの熱が、摺動羽根１１６の湾曲した羽根周辺３５０セクションの最上部に沿って熱パイプ室蒸発器領域１２９によって吸収され、そこで、水作動流体が羽根熱パイプ蒸発器領域１２９の表面に沿って相を液体からガスに変えるように、摺動羽根１１６前面および背面表面３４９、分割羽根シール７９、羽根支持突起部１１８および分割羽根シール溝１１７からの熱が熱パイプチャンネル１２７内に伝達される。加熱されたガス蒸気は、摺動羽根１１６の底部コーナーに位置する２個の内側コンデンサ１２６のうちの１個に羽根熱パイプチャンネルを通して伝達され、そこで、このガスからの熱が、内側熱パイプコンデンサに伝達され、このガスは水へと戻して相を変え、熱パイプ蒸発器領域１２９へ戻るように循環する。内側羽根熱パイプコンデンサ内の熱は、伝達によって外側羽根熱パイプコンデンサに伝えられ、そこで、伝達によって、活性冷却システム３６２から内側ロータおよび羽根領域３６１の中に吹き付けられる脱イオン水３２０に熱を伝える。加熱された水３２０は、内側ハウジング水戻りチャンネル４４内に集められて、内側ロータおよび羽根戻りチュービング３２６を通して、熱水貯蔵タンク３００内に循環される。
【０１８１】
脱イオン水３２０は、羽根熱パイプチャンネル１２７内部に対する好ましい作動物質である。熱パイプは、一般的に重力または吸上システムを用いて作動する。重力システムにおいて、熱は底部羽根熱パイプチャンネル蒸発器内に吸収され、内部作動物質を、固体または液体から、対流によって最上部羽根熱パイプチャンネルコンデンサまで上昇するガス蒸気に変化させ、それによって熱を伝達し、放出する。しかし、本発明の摺動羽根１１６において、羽根熱パイプチャンネル１２７は、ロータ１８３の中で回転して羽根熱パイプチャンネル１２７内の熱伝達の重力作動方向を逆転させる大きなＧ力を生成する強い遠心力を発生させ、理想的な熱伝達方向が、摺動羽根１１６の外側周辺または上面３５０から、羽根熱パイプ蒸発器領域１２９に沿って、および、またドライブシャフト１８より上のロータ１８３の中心の方へある羽根熱パイプチャンネル内側コンデンサ１３０の方へ摺動羽根１１６の内側底端部の方へ生じる。
【０１８２】
羽根熱パイプチャンネル１２７は、摺動羽根１１６の周辺表面３４９のまわりを囲み、そこで、燃焼からの強い力および内側ステータ表面３７との表面接触が、この周辺表面３４９に沿って熱的および機械的応力に結びつく可能性がある。羽根熱パイプチャンネルは摺動羽根１１６を冷却することによって熱応力を制御するのを助けるが、それはまた、羽根熱パイプチャンネル１２７に与圧して摺動羽根１１６に対する構造強さを加える。羽根熱パイプ内部の水が加熱されるにつれて、より高い圧力ガスにその相状態を変え、羽根熱パイプチャンネル１２７の内部圧力を上昇させて外部からの燃焼室圧力３４によりよく適合する。これによって、いかなる構造的整合性も失うことなく羽根熱パイプチャンネルの含有によって摺動羽根１１６からさらに付加質量を減らすことができる。
【０１８３】
内側および外側羽根熱パイプチャンネルコンデンサ
図２７を参照すると、内側羽根チャンネルコンデンサ１３０は、好ましくはアルミニウムのような高熱伝達材料から構成され、それは水および水素酸化に対して耐性があり、かつ羽根熱パイプチャンネルの端部内に編組(braise)され、羽根熱パイプチャンネルシステム１２７を完全に密封して、封入する。内側羽根チャンネルコンデンサ１３０は、伝達によって熱を外側羽根熱パイプコンデンサ１３２へ伝える。外側羽根熱パイプチャンネルコンデンサ１３２の前面表面は、角のある突起部および溝１３４で覆われている。熱は、次いで活性冷却システム３６２の脱イオン水３２０に伝達される。
【０１８４】
外側羽根熱パイプチャンネルコンデンサは、好ましくは、内側羽根熱パイプコンデンサの突起部および溝セクション１３１に編組されるアルミニウムのような、高伝導性の物質から構成される。外側羽根コンデンサ１３２の底面は、内側ハウジングステータ２および４の側面の方へ外に向かって角度をつけられているかまたは傾斜状態にある。これは、下部内側ハウジングステータ２上に位置するハウジング水戻り凹部４４によって集められる内側ステータ２および４の両側の方へ向きを変えられるロータ１８３の内側センタセクションの内側にある活性冷却システム３６２から脱イオン水３２０の向きを変えるのを助ける。脱イオン水３２０が２つの側面内側ハウジングステータ２および４に隣接して両方の表面全体に円滑に向きを変えることができるように、羽根熱パイプ外側コンデンサのこの底部の角度をつけられた表面は、摺動羽根１１６の底部の角度をつけられた表面１２６に合致している。
【０１８５】
羽根熱パイプチャンネル多孔質ウイック／凍結チューブ
再び図２７を参照すると、羽根熱パイプチャンネル１２７内に、一方の内側熱パイプコンデンサ１３０から他方の熱パイプコンデンサ１３０まで羽根熱パイプチャンネル１２７の全長のまわりを囲む多孔質ウイック／凍結チューブ１２８が配置されている。多孔質ウイック／凍結チューブ１２８は、ステンレス鋼メッシュまたは、好ましくは銅亜鉛アルミニウム（ＣｕＺｎＡｌ）合金から作られる形状金属合金（ＳＭＡ）から作られ、チューブ形状に共に織られるか、編組されるかまたはスポット溶接される。羽根熱パイプチャンネル１２７がそれの内部の作動流体水によって完全に密封されるので、エンジン１が３２度Ｆ以下の温度にさらされると、冷気の水凍結膨張損傷を被りがちである。水凍結膨張に対処するために、多孔質チューブが多孔質ウイック／凍結チューブ１２８の中心内部の水作動流体の一部を断熱している。作動流体が凍結して、膨張し始めるにつれて、多孔質ウイック／凍結チューブの中心の凍ってない水作動流体が多孔質ウイック／凍結チューブ１２８に沿って吸上げられる。これによって、水作動流体が外側に破裂することなくむしろ内部へ内側に破裂することによって膨張することができて、羽根熱パイプチャンネル１２７または摺動羽根１１６に対する損傷に結びつく可能性がある膨張圧力を除去する。多孔質ウイック／凍結チューブ１２８に対してＳＭＡを用いて水作動流体が多孔質ウイック／凍結チューブ１２７を膨張させて、内側に破裂すると、多孔質ウイック／凍結チューブ１２８の下部セクションは変形できる。一旦羽根熱パイプ室１２７の温度が約３２度Ｆまで上昇し、および、作動流体が相を氷から液体へと戻すと、多孔質ウイック／凍結チューブはその元の形状へと戻って再形成される。
【０１８６】
ロータ１８３が停止位置にあると、摺動羽根１１６は、２つの位置のうちの１つに水作動流体をプールする様々な角度に向けられる。第１の位置は底部の２個の羽根内側熱パイプコンデンサ１３０に沿っており、および、もう一方の位置は熱パイプ蒸発器領域１２９の表面に沿っている。多孔質ウイック／凍結チューブ１２９を、羽根熱パイプチャンネル１２７の全体の長さのまわりを囲ませることによって、多孔質ウイック／凍結チューブの端は、２つの内側羽根熱パイプコンデンサによってプールする凍結作動流体を制御する。多孔質ウイックが羽根熱パイプチャンネル１２７のまわりを囲むと、熱パイプ蒸発器領域１２９の中央の最上部または外部表面との直接の接触をする。これは、熱パイプ蒸発器領域１２９に沿ってプールする凍結作動流体を、多孔質ウイック／凍結チューブ１２８の中心から２つの多孔質ウイック／凍結１２８チューブ端部の方へ２つの方向に吸上げられるように制御する。これによって、ロータ１８３上の任意の方位角でプールする凍結作動流体水を多孔質ウイック／凍結チューブ１２８によって制御することができる。
【０１８７】
羽根ベルトトグルシステム
図１８、２５、２７および２９を参照すると、摺動羽根１１６Ｕ型開口上の底部セクションは、羽根ベルトトグルバーシステム３６３を具え、それは羽根ベルトシステム１３６の単一センタ羽根ベルト１３７用の単一ベルトトグルバーシステム１４２、または羽根ベルトシステム１３６の２本の外側羽根ベルト１３８用の二重ベルトトグルバーシステム１４３のどちらかである。単一１４２および二重１４３トグルバーシステムは、摺動羽根に羽根ベルトシステム１３６の単一１３７および二重１３８羽根ベルトを接続する。単一１４２および二重１４３トグルバーシステムのトグル動作は、羽根ベルトシステム１３６により広範囲に単一１４２および二重１４３ベルト伸張および収縮を与え、ハウジングステータ２および４の内側ハウジング表面輪郭３７の内側幾何学的変形楕円形状によりよく適合させる。羽根ベルトトグルバーシステム３６３はセンタ支持ベルトロッド１４５から成り、それはセンタトグルバー穴部１４４を通して単一組または二重組のベルトトグルリンク１４７のいずれかを保持する。トグルリンクは、トグルバーリンク１４７の各々の端に位置する羽根ベルトバー穴部１４８を通してトグルリンク１４７に取り付けられる２本のより小さい羽根ベルトバー１４６を保持する。トグルバーブッシング１４９が、羽根ベルトバー１４６を通じて摺動する。単一１３７および二重１３８羽根ベルトのベルトループ界面３６７ではなくむしろ金属バーブッシング１４９が、トグル運動摩耗の大部分を占める。センタトグルバー穴部１４４およびより小さい羽根ベルトバー１４６は好ましくは、殆ど摩擦のない炭素またはダイヤモンドのような炭素潤滑剤から成る、固体潤滑剤で覆われており、高速トグル動作をさらに改善して、羽根ベルトリンク１４７の摩耗および金属羽根バーブッシング１４８の回転運動を減少させる。
【０１８８】
交互に摺動する羽根１１６の羽根ベルトバーブッシング１４８に単一１４０および二重１４１羽根ベルトセグメントを取り付けると、それらを互いに連結し、単一１３７または二重１３８羽根ベルト閉ループベルトシステムのいずれかを形成して、それらが内側ステータ表面３７内でロータ１８３によって回転すると、摺動羽根１１６の位置を制御するのを助ける。単一１４２および二重１４３羽根ベルトトグルシステムによって、ベルトはただ１つのベルトセグメントとして構成される必要がなく、羽根ベルトセグメントの端と、連続的なベルトシステムとして接続することができる。これは、単一１３７および二重１３８羽根ベルトが、ベルト応力および破損に結びつく可能性がある、狭いロータ羽根通路１８４内部の各摺動羽根１１６の下に、極めて堅固な屈曲を作ることを要求するであろう。
【０１８９】
羽根ベルト張力調整システム
再び図１８、２７および２９を参照すると、羽根ベルトシステム１３６の単一１３７または二重１３８羽根ベルトのいずれかに適切な張力を維持するために、摺動羽根１１６内側逆Ｕ型開口３６０上の底部側部部分は、羽根ベルト張力調整システム１５０を具え、主要ベルトロッドの位置、従って、接続された単一１３６または二重１３８羽根ベルトの張力を調整することができる。主要羽根ベルトロッド１４５は、支持羽根ベルトロッド穴部１５２を通して２つの端部支持羽根ベルトロッドホルダ１５１に接続される。２つの羽根ベルトロッドホルダ１５１が、摺動羽根１１６の内側底部センタ逆Ｕ開口３６０の両側に位置する羽根ベルト張力調整チャンネルの底部に設置される。２本の張力調整ねじ１５３が、摺動羽根１１６、羽根ベルトロッドおよび端羽根ベルトロッドホルダ１５１の底部の張力調整ねじ穴１５４を通して挿入される。羽根張力調整ねじ１５５は、ねじ山のついていない摺動羽根１１６ねじ穴１５４の中で自由に回るが、羽根ベルトロッド１４５および端羽根ベルトロッドホルダ１５１の中でねじ切られたねじ穴１５４を使用して羽根ベルト張力調整チャンネル１２４内部でそれらの位置を上下に調整する。一旦適切なベルト張力が設定されると、張力調整ねじ１５３が張力ねじ止めナット１５５によって適所にロックされる。代替の羽根ベルト張力調整システムは、異なる組の羽根ベルトロッド１４５張力位置を有する異なる組の端羽根ベルトロッドホルダ１５１の使用であるだろう。小さいシステムを、所定の場所に張力をさらにロックするためにベルトロッドホルダ１５１の下に置くことができる。
【０１９０】
羽根反遠心システム
羽根ベルトシステム
図２９を参照すると、反遠心羽根ベルトシステム１３６が、内側ハウジングステータ表面３７の非対称または変形楕円形状輪郭のまわりを回転して、過剰な摺動羽根１１６シーリング遠心力を最小化する能力を提供する。エンジン１の回転数速度に関係なく、内側ハウジングステータ表面３７に対する摺動羽根１１６シーリング力は、周辺全体のまわりで比較的一定のままである。
【０１９１】
この羽根ベルトシステム１３６は、単一センタベルト１３７、二重外側ベルト１３８および輪郭ベルト１３９システムを具える。図４４を参照すると、単一センタ羽根ベルト１３７が４枚の交互の摺動羽根１１６の単一ベルトトグルシステム１４２の羽根ベルトバーブッシング１４８に接続されている。図４６を参照すると、二重外側羽根ベルト１３８は、単一センタ羽根ベルト１３７の半分の広さであり、他の４枚の交互の摺動羽根１１６の羽根二重ベルトトグルシステム１４３の羽根ベルトバーブッシング１４８に接続されている。羽根ベルトシステム１３６の作動中に、単一センタ羽根ベルト１３７はロータ１８３のセンタ半径方向の回転で作動し、外側の２本の羽根ベルト１３８は、単一センタ羽根ベルト１３７および二重外側羽根ベルト１３８が互いに干渉せず、かつ、適切な均衡を維持するように、内側センタ羽根ベルト１３７の両側の外側で作動する。
【０１９２】
羽根ベルトシステム１３６は、内側ハウジングステータ表面３７形状回転変形楕円形輪郭に合致する際に極めて動的である。羽根単一ベルトトグル１４２および羽根二重ベルトトグル１４３は、ロータからのより広い作動範囲のベルト伸張を、単一羽根ベルト１３７および二重羽根ベルト１３８にそれぞれ与え、かつ羽根をロータの中へと戻して引き込めるのを助けて、摺動羽根１１６応力を低下させる。
【０１９３】
図２９ないし３６を参照すると、単一センタベルト１３７または外側二重ベルト１３８システムの作動中に、４枚のベルト連結摺動羽根１１６の一つ以上がロータ１８３中心から外へ拡張するにつれて、他のベルト接続した摺動羽根１１６は、ロータ１８３中心の方へ内部に戻して引き込められ、摺動羽根１１６の内部の求心力と外部の遠心力をつりあわせ、内側ハウジングステータ表面３７に対して相対的に一定の外部シーリング力を達成する。しかし、摺動羽根１１６が最大拡張位置３３で生じる、ロータ１８３から最も遠く拡張される点で、高いピーク遠心力がなお生じ得る。このピーク力点を最小化するのを助けるために、２本の小さい輪郭ベルト１３９が、図４１および４８に示すように、交互の単一１３７および二重１３８羽根ベルトのアーチ支持バー１５９の外側端に取り付けた輪郭ベルトベアリング１７５に取り付けられる。２本の輪郭ベルト１３９は、単一羽根ベルト１３７および二重羽根ベルト１３８システムの動きを１つの一体化された羽根ベルトシステム１３６として共に連結する。それによって、なお両方のベルトが、摺動羽根１１６を拡張収縮することによって、内側ハウジングステータ表面３７に合致するが、内側ハウジングステータ表面３７輪郭の変形楕円により円滑に合致するより制限されるかまたは平均化された方法で、独立に作動することができる。内側ハウジングステータ表面３７に合致するように丁度４枚の交互の摺動羽根１１６を使用する代わりに、輪郭ベルト１３９は、内側ハウジングステータ表面３７輪郭によりよく合致する単一１３７および二重１３８ベルトシステム双方の全８枚の摺動羽根１１６を共に連結して使用することが可能である。これは、最も遠い拡張位置でピーク遠心力を大いに減少させる。しかし、ピーク遠心力は、ベルトシステム１３６全体をこの最も遠い拡張点に引き入れて変形させるのになお十分に強い。図２９を参照すると、これを制御するために、ベルトアーチ制限ばね２１２が、ベルトアーチ支持バー１５９の各々の端が取り付けられる輪郭ベルト側面アーチ１７６と並ぶ、内側ロータ空洞３６３内に埋め込まれている。ベルトアーチ制限ばね１６９は、内側ハウジングステータ表面３７を回転させて、全体に摺動すると、摺動羽根１１６の最大拡張点に対応する定位置内にある。各輪郭ベルト側面アーチ１７６は、各ベルトアーチ支持バー１５９に２個のベルトアーチ制限ばね２１２を有し、各ベルトアーチ支持バー１５９に対して合計４個のベルトアーチ制限ばね２１２を有する。摺動羽根１１６の各々の下に向けられている１つのベルトアーチ支持バー１５９がある。回転摺動羽根１１６が膨張領域３３内の最も遠い拡張点に到達すると、２本の輪郭ベルト側面アーチ１７６が、ベルトアーチ支持バー１５９および対応する摺動羽根１１６の拡張を制限する、つりあっている４個のベルトアーチ制限ばね２１２を圧縮する。これは、摺動羽根１１６の全てを、エンジン回転数速度を問わず全体のロータ１８３回転の全体にわたってハウジングステータ２および４の内側ハウジングステータ表面３７に沿って均一に印加される、一定の遠心力との均衡に保つ。この一定の遠心力は、内側ハウジングステータ表面３７に対する摺動羽根１１６の全体的な摺動摩擦を有意に減らし、特に、ガス圧が低下している、後期燃焼膨張中に役立ち、摺動羽根１１６は、遠心力がそれらの最高水準にある、ロータ１８３から外へ最も遠くへ拡張される。
【０１９４】
ベルトアーチ制限ばね２１２は、また、羽根摺動羽根１１６および羽根ベルトシステム１３６の苛酷な振動力を吸収して、弱めるのを助ける。
【０１９５】
アーチ型羽根ベルト支持体
図３２および３４を参照すると、交互の摺動羽根１１６を共に接続する際に、単一１３７および二重１３８羽根ベルトは、２枚の隣接の接続した摺動羽根１１６間で９０度に曲がらなければならない。羽根ベルト構想に伴う問題の１つは、ベルト材料が高速で角のまわりを曲がる必要があることである。これを達成するために、単一１５６および二重１５７アーチベアリングシステムが、それぞれ単一１３７および二重１３８羽根ベルトシステムに使われている。
【０１９６】
図３８および３９を参照すると、単一１３７および二重１３８アーチ型羽根ベルトベアリングシステムは、好ましくはセンタアーチ型羽根ベルト支持体１５８、一連の複数羽根ベルトローラーベアリング１７８および摺動突起部１６１を具える。
【０１９７】
センタアーチ支持体
単一および二重ベーンベルトアーチ支持体１５８の上面の各々は、大きい円弧で曲がっており、交互の摺動羽根１１６の間の９０度角にわたって単一１３７および二重１３８羽根ベルトの鋭い曲げ角を最小化する。アーチ支持体の各々は、また、ローラーベアリング１７８の各々の間にベルトローラーベアリング１７８および４個の羽根ベルト摺動突起部１６１を保持する３つのローラーベアリング凹部１６０、および、活性冷却システム３６２から内側ロータ空洞３６３からの脱イオン水３２０を排出して水がローラーベアリング凹部１６０内にビルドアップすることを防ぐ水排水穴部を具える。脱イオン水３２０は、羽根ベルトシステム１３６および羽根ベルトローラーベアリングに若干の潤滑および冷却を提供する。これは、ベルト摩擦を減らして、ベルト耐久性および強度を増加させるのを助ける。
【０１９８】
側面アーチ止め金
各羽根ベルトアーチ支持体１５８は、羽根ベルトアーチ支持体１５８を貫く４本のリベット１６６によって羽根ベルトアーチ支持体１５８に固着する２個の側面アーチ止め金１６３を有する。側面アーチ止め金１６３およびリベット１６６は、構造強度を支持アーチ１５８に加える。側面アーチ止め金１６３の上部端は、羽根ベルトアーチ支持体表面１５８より広く拡張されて丸い羽根ベルトガイド突起１６４を形成し、それらが羽根ベルト支持アーチ１５８全体に動くにつれて、可動単一１３７および二重１３８羽根ベルトを適切な調整位置に保つのを助ける。
【０１９９】
羽根ベルトアーチローラーベアリング
ベルトアーチ支持体１５８の最上部上の羽根ベルトローラーベアリング１７８の使用は、羽根ベルト１３６の動きを改善する。羽根ベルトローラーベアリング１７８は、質量加減速慣性力を減少させる小さい直径を有するローラーベアリング１８０からなり、ベルトアーチ支持体１５８全体のベルト運動を改善するのを助ける。外側ローラーベアリング１８０は、ベアリングを通して穿設される小開口１８１を有し、脱イオン水３２０が羽根ベルトローラーベアリング１８０およびローラーベアリングスピンドル１７９を潤滑して、冷却するのを助けることができる。スピンドル１７９は、また、殆ど摩擦のない炭素またはダイヤモンド様炭素潤滑剤の類の固体潤滑剤３５で覆われている。スピンドル１７９端は、羽根ベルトアーチ支持体１５８の両側面に置かれる側面アーチ止め金１６３上のベアリングばね支持体開口１６５内に取り付けられるローラーベアリングばね支持体１８２にねじ込まれる。ベアリングばね支持体開口１６５は、側面アーチ止め金１６３上に配置され、ローラーベアリング凹部１６０内部で適切にローラーベアリング１８０の向きを適切に定め、かつ、単一１３７と二重１３８羽根ベルトとを良好に接触させる。
【０２００】
エンジン作動中に約１，０００回転以下の低い回転数速度で、羽根ベルトシステム１３６の単一１３７および二重１３８羽根ベルトは、羽根ベルトローラーベアリング１８０の表面と接触し、運動速度を向上させて、羽根ベルトアーチベアリング支持体１５８の前後にわたる単一１３７および二重１３８羽根ベルトの運動摩擦を減少させるのを助ける。羽根ベルトベアリングスピンドルばね支持体１８２も、円滑な作動運動のために単一１３７または二重１３８羽根ベルトの任意の振動を弱めるのを助ける。
【０２０１】
約１，０００回転より大きいより高い作動速度では、ローラーベアリングの質量は単一１３７および二重１３８羽根ベルト運動を制限する大きい加速および慣性力に結びつく。しかし、より高いエンジン作動速度中に羽根ベルトローラーベアリングスピンドルばね支持体は、より高い遠心ロータ１８３回転力によって圧縮し、単一１３７および二重１３８羽根ベルトがローラーベアリング１８０とのいかなる接触もすることなく羽根ベルトアーチ支持体１５８全体に動くことができる。高速作動中に羽根ベルトローラーベアリング１８０は、エンジンの作動速度が約１，０００回転以下に減速するまで、アーチ支持体１５８ローラーベアリング凹部１６０内部で圧縮されたままであり、そこで、羽根ベルトローラーベアリングが羽根ベルトシステム１３６の可動単一１３７および二重１３８羽根ベルトとの支配的な接触を回復する。単一１３７および二重１３８羽根ベルトの動きを向上させて、羽根ベルトアーチ支持体１５８全体の摩擦を減らし続けるために、羽根ベルト摺動突起部１６１が使われる。
【０２０２】
羽根ベルト摺動突起部
図３８および３９を参照すると、単一１３７および二重羽根ベルトが羽根ベルトアーチ支持体１５８の最上部を通じて高速で移動するにつれて、羽根ベルトローラーベアリング８０がローラーベアリング凹部１６０内に圧縮され、単一１３７および二重１３８羽根ベルトが摺動突起部１６１全体に動く。摺動突起部１６１は、潤滑用の殆ど摩擦のない炭素またはダイヤモンド様の炭素から成る固体潤滑剤３５で覆われ、または、好ましくは、アルゴンヌ国立研究所で開発されている超硬質ナノコンポジット（ＳＨＮＣ）潤滑剤コーティングを使うことができる。摺動突起部１６１とローラーベアリング凹部は、乱気流を生成し、それが次に、単一１３７および二重１３８羽根ベルトとアーチ支持体１５８の上面との間に空気のクッションを形成する。これによって、単一１３７および二重１３８羽根ベルトが羽根ベルト摺動突起部１６１全体に極めて低い接触摩擦でさらにより高い速度で動くことができる。
【０２０３】
動的アーチ支持バー
アーチ支持バー１５９は、単一１５６または二重１５７羽根ベルトアーチベアリングのいずれかを保持する。単一１５６および二重１５７羽根ベルトアーチベアリングが、単一１５６または二重１５７羽根ベルトアーチベアリング支持体の両側に置かれているアーチクリップ凹部１７３内にあるアーチ支持クリップ１７２によって、アーチ支持バー１５９上の適切な位置に保持される。
【０２０４】
アーチ支持バー１５９の各々の端が輪郭ベルトワッシャ１７４を保持し、輪郭ベルト１３９が輪郭ベルトベアリング表面１７５を通じて半径方向に自由に動くことができるようにする輪郭ベルトベアリング１７５の内部エッジに沿った位置に輪郭ベルト１３９を保持するのを助ける。輪郭ベルトアーチ１７６は、輪郭ベルトベアリング１７５の外部エッジに沿った位置に輪郭ベルト１３９を保持する。
【０２０５】
ロータ１８３の回転数が約１，０００回転以上である、エンジン１の高速作動中に、ベルトアーチ支持ばね１６９は圧縮し、および、アーチ支持バー１５８は側面アーチ支持プレート１６３内のアーチ支持バー開口１６８内で、アーチ支持バーチャンネル３６８内で下方へ動き、単一１５６および二重１５７羽根ベルトアーチ支持体が外に向かって拡張することができ、羽根ベルト摺動突起部１６１が単一１３７および二重１３８羽根ベルトとの適切な接触を維持することができる。エンジン１の作動速度が約１，０００回転以下に減速すると、ベルトアーチ支持ばね１６９、同じく羽根ベルトローラーベアリング支持ばね１８２が伸張し、アーチ支持バー１５９が側面アーチ支持プレート１６３内のアーチ支持バー開口１６８の中で、アーチ支持バーチャンネル３６８の中で上方へ動き、羽根ベルトローラーベアリング１８０が単一１３７および二重１３８羽根ベルトと一次接触することができる。ベルトアーチ支持ばね１６９はまた、耳ざわりな作動振動を弱めるのを助け、羽根ベルトシステム１３６の円滑な作動を与えるのを助ける。
【０２０６】
羽根ベルト材料
図３６を参照すると、羽根ベルト１３７および１３８は好ましくはベルトの中に織り込んだ高張力強度ファイバの微細繊維でできている。ネクステル６１０およびＡＧＹの９３３−Ｓ２ガラスは、これに用いる可能性のあるファイバである。ファイバは、各端３６７に２つのループを有する平坦な平滑面ベルトに織られ、単一ベルト１４２および二重ベルト１４３トグルシステムの分割羽根１１６トグル羽根ベルトブッシング１４８と連結する。内側ロータ空洞３６３の中に脱イオン水３２０を循環させる活性冷却システム２６２によって、羽根ベルトシステム１３６は、約２５０度Ｆのピーク作動温度を有する。これは、ファイバ強度を維持して、ファイバ熱膨張を最小化するのを助ける。代替的に、繊維ガラスまたはケブラーファイバを羽根ベルトシステム１３６用のベルトに織ることができる。これらの材料は、軽量で、４５０度Ｆの最大連続作動温度で高い抗張力、低い伸長度を有する。
【０２０７】
ベルトの性能および耐久性を向上させるために、羽根ベルト１３７および１３８は好ましくは複数層のファイバによって構成されて、次いで縫合される。主要な表層は、より大きいサイズのファイバを含んで、その結果、より粗いフィリングおよび包装織り生地を有する強度層１６９である。このテクスチャーは、支持体アーチ突起部構造１６１全体に摺動するにつれて、より大量の摩擦、振動および摩耗を発生させる。摺動性能を向上させるために、材料の底部シアー層１７１が、好ましくは最上部強度層と共に縫い付けられる。この底部シアー層は、好ましくはより微細な繊維サイズおよび結果として生じるより微細なフィリングおよび包装織り生地を有する。
【０２０８】
ベルトファイバは、また、テフロンまたは殆ど摩擦のない炭素のような固体潤滑剤で覆われており、それらの摩擦および摩耗をさらに減少させることができる。テフロンＰＴＦＥコーティングは、０．０６の摩擦係数を有する。殆ど摩擦のない炭素は、０．０２の摩擦係数を有する。
【０２０９】
羽根ベルトピンヒンジシーム
図３２ないし３６を参照すると、アーチ型羽根ベルトベアリング１５８が、移動する単一１３７または二重１３８羽根ベルトに対する大きい平坦なアーチ型表面を形成されている。これは、羽根ベルトベルト材料上の曲げ応力を大いに減少させる。単一１３７および二重１３８羽根ベルトの、および、輪郭ベルトの撓み性をさらに改善するために、ヒンジ継ぎ目３６６を有するリンクピン３６５を単一１４０および二重１４１、および、輪郭３６４羽根ベルトセグメント内に配置することができる。接合ピン３６５は、ステンレス鋼または非金属材料でもよい。このピンは、テフロン、殆ど摩擦のない炭素、またはダイヤモンド様の炭素の固体潤滑剤で覆われていることができ、ピン３６５摩耗を減らして、ヒンジ３６６の運動速度を向上させて、摩耗を減少させる。余分の耐久性を与えるために、ピンヒンジ３６６は好ましくはステンレス鋼から作ることができる。
【０２１０】
図３３、３５および３７を参照すると、ピンヒンジ３６６がベルトに含まれる場合、それらはベルトと同一平面上でない小さい界面表面を付加する。この界面表面は、粗いベルト作動に結びつく可能性がある。このオフセットを補償するために、ピンヒンジ３６６の厚さに合致する別のシアー充填層１７０を、加えることができる。これは最上部強度層１６９と底部シアー層１７１との間に位置することができ、全ての３つの層を縫合することができる。これによって、底部シアー層がアーチ支持突起部１６１全体に極めて円滑に作動することができる。
【０２１１】
ベルトおよびトグルブッシング連結
単一１３７および二重１３８羽根ベルトを単一１４２および二重１４３トグルに取り付けるために、この複合ベルトは金属ローラブッシング１４９のまわりを囲んで、ベルトブッシングロックカバー３６９によって適所に保持される。ベルトブッシング１４９のまわりのベルト曲げを最小化するために、小さい三角ベルトブッシングくさび３７０（図示せず）がベルト取付け角度をベルト上のより少ない応力によってより緩やかにするように挿入される。
【０２１２】
ロータ構造
図３を参照すると、エンジン１の構成に従い、ロータ組立体１８３は６個または、８個のロータセグメント組立体３１０を具える。エンジン１の好ましい実施態様は、８個のロータセグメント組立体３１０を使用することである。摺動羽根１１６は、各ロータセグメント組立体３１０の間に配置され、かつ入ってくる摺動羽根１１６の羽根通路１８４を形成する。全てのロータセグメント組立体３１０は、側面止め金２１５によって共に保持され、ロータ１８３を形成する。
【０２１３】
ロータセグメント組立体
図４０を参照すると、各ロータセグメントアッセンブル３１０は最上部ロータ燃焼セグメント３１１、ロータ熱制御システム、ロータ側面プレート２０９、ロックタブ２０８、内側プレートカバー２１０、摺動羽根１１６接線ベアリング２２３、羽根面シール１１１、ロータ軸方向シール１０２および羽根輪郭ベルト制限ばね２１２を具える。
【０２１４】
ロータ燃焼セグメント
ロータ１８５およびロータ燃焼凹部１８６の外部表面も、遮熱コーティングで覆われている。遮熱コーティングは、燃焼からの熱が、ロータ燃焼セグメント３１１、ロータ水蒸気室１９０および内側ロータ空洞３６３に浸透し、ロータ１８３、摺動羽根１１６または摺動羽根ベルトシステム１３６に対する熱損傷および変形に結びつくことを防ぐのを助ける。
【０２１５】
ロータ軸方向および羽根面シール
図４０および５０を参照すると、ロータ燃焼セグメント３１１はまた、軸方向シール１０２および軸方向シールばね１１０を保持するためにロータ燃焼セグメント３１１の側面に沿ってカーブする軸方向羽根シール凹部１８７および軸方向ばね凹部３７８を具える。ロータ燃焼セグメント３１１の前部および後部ロータ摺動羽根面３７１両方の上に位置する羽根面シール凹部１８８および羽根シールばね凹部１８９が、羽根面シール１１１および羽根面シールばね１１４を保持する。
【０２１６】
摺動羽根接線ベアリングシステム
図４０および４７を参照すると、ロータ１８３からの摺動羽根１１６の「内外の」動きを改善するために、ロータ摺動羽根スロット１８４を形成するロータ燃焼セグメント３１１の前部および後部ロータ摺動羽根面３７１の全体にわたって、小ローラーベアリング２２３が埋め込まれている。各ローラーベアリング２２３は、高温潤滑および耐久性のための酸化物から作られる固体潤滑剤で覆われているローラーベアリングスピンドル２２７を具える。外側ローラーベアリング２２５は中空であり、ベアリングスピンドル２２７を通じて配置され、摺動羽根１１６の可動前面および背面表面３４９と直接の接触をして、ともに回転する。外側ローラーベアリングはまた、活性冷却システム３６２からの水／蒸気３２０が外側接線ベアリング２２５および内側ベアリングスピンドル２２７を潤滑して、冷却するのを助けることができるように、その表面の全体にわたって小開口２２６を有する。スピンドル２２７は、好ましくは高強度合金から作られて、酸化物潤滑剤でコーティングされている。ローラーベアリングスピンドルばね支持体２２８が、ローラーベアリングスピンドル２２７の各先端に取り付けられる。
【０２１７】
ローラーベアリング２２３は、ロータ１８３の回転に対して４５と９０度の間に、しかし、好ましくは４５度に向きを決められて、摺動羽根１１６がロータ１８３の摺動羽根通路１８４内で前後に動くのを助けるのに用いることができる。エンジン作動中に、ロータ１８３の回転数が約１，０００回転以下の場合、それらがロータ羽根通路１８４内部で前後に動くにつれて、外側ローラーベアリング２２５は摺動羽根１１６の前面および背面表面３４９と直接接触して摺動摩擦および摩耗を減少させる。エンジン高速作動中にロータ１８３回転数が約１，０００回転より大きい場合、ローラーベアリング２２５の加速および回転慣性力は、ずっと顕著で、より大きな摩擦を可動摺動羽根１１６に加える。しかし、この時点で、羽根接線ローラーベアリングばね支持体が、羽根接線ローラーベアリング凹部２２４の中に羽根接線ローラーベアリング２２３を圧縮してかつ引き込め、摺動羽根１１６の可動面表面３４９との外側羽根接線ローラーベアリング２２５表面の接触を断つ。これによって、摺動羽根１１６が非常により高い速度でかつ低い摩擦でロータ羽根通路１８４内の隆起ジクザグ羽根摺動突起部２２１に沿って動くことができる。
【０２１８】
ジクザグ羽根摺動突起部
再び図４０を参照すると、摺動羽根１１６の羽根スロット１８４内の「出入り」運動をさらに改善するために、前部および後部ロータ羽根摺動面表面３７１の全体にわたって垂直に続いているジクザグ突起部２２１がある。これらのジクザグ突起部の最上部は、高温潤滑および耐久性のための酸化物から成る固体潤滑剤で覆われている。代替的に、超硬質ナノコンポジット（ＳＨＮＣ）潤滑剤被覆を使うことができる。酸化物潤滑剤は、極めて低い摩耗率０．２以下である摩擦係数を生成する。
【０２１９】
水／蒸気チャンネル
さらに図４０を参照すると、ジクザグ突起部の間に水／蒸気チャンネル２２２がある。摺動羽根１１６がロータ１８３の摺動羽根通路１８４の中で内外に動くにつれて、ジクザグ形状の突起部２２１は水／蒸気チャンネル２２２の内側に高い乱流を生成し、次に接触表面の間に空気のクッションを形成する。これは、摺動羽根１１６の動きをさらに高めて、それらの摩擦を減少させる。内側ロータおよび活性冷却システム３６２の摺動羽根領域３６１からの脱イオン水３２０が、水／蒸気チャンネル２２２に入って中を流れると、それが燃焼室３４内の燃焼への曝露のために加熱された摺動羽根１１６の前面および背面表面３４９に対して流れ、脱イオン水３２０を蒸気に変える。脱イオン水３２０が摺動羽根１１６の熱い前面および背面表面３４９を冷却するのを助けるにつれて、脱イオン水３２０は高圧の蒸気に相を変える。この高圧蒸気は、水／蒸気チャンネル２２２の中でさらに膨張してジクザグ摺動突起部２２１の摺動羽根１１６の前面および背面表面３４９を僅かに上に持ち上げ、それらが減少した摩擦および摩耗で摺動羽根通路１８４内部でより自由に動くことができる。水蒸気３２０はまた損傷および摩耗をさらに減少させるために苛酷な振動を吸収するのを助け、エンジン１のより円滑な作動を提供する。加熱された蒸気および、または、凝縮された蒸気水は、内側ハウジングステータ側面２および４に沿って、ロータ１８３の外側に循環し、水／蒸気戻り凹部４４を通して、活性冷却システム３６２の温水貯蔵タンクに圧入される。
【０２２０】
ロータ熱制御システム
燃焼プロセス中に熱がロータ表面１８３を貫通し、ロータの燃焼セグメント３１１の中におよびロータセンタ空洞３６３の中に浸透し、羽根ベルトシステム１３６およびロータ組立セグメント３１０構成部品に対する熱損傷に結びつく可能性がある。燃焼ロータセグメント３１１および内側ロータ空洞３６３から余熱を能動的に除去するために、活性水冷システム３６２と連携してロータ蒸気室システム１９０が用いられる。
【０２２１】
ロータ高温合金
ヘインズ２３０または１８８の類の、高温耐性のある合金材料が、燃焼ロータセグメント３１１の構成に好ましく使われる。これらの材料は、摂氏６００度で３５，０００時間にわたる燃焼状態で高温および長い露出において強度特性を保持する。これらの合金は、華氏温度につき約８．２×１０−６の低い熱膨張率を有する。これは、熱的変形および熱疲労を最小化するのを助ける。
【０２２２】
ロータ遮熱コーティング
遮熱コーティング３６はまた、基板材料の酸化を防ぐのを助ける。追加の酸化物によってドーピングされたＹＳＺでできている低熱伝達率遮熱コーティングが、熱伝達率を低下させる調整された範囲の欠陥集積サイズで熱力学的に安定な、高度に偏向的な格子構造を形成し、ロータ表面との接着粘着力を向上させるように選択される。
【０２２３】
イットリウム安定化ジルコニウムの欠陥集積ＴＢＣ（ＹＳＺ）が、摂氏４００と１４００度との間でメートル度摂氏につき１．５５ないし１．６５ワットの熱伝達率を有する。
【０２２４】
ロータ蒸気室システム
図４３、４４、４５、４７、４８、４９、５０および５１を参照すると、高温合金を有するロータ燃焼セグメント３１１の様に、高い燃焼温度に直接さらされるエンジン１の構成部品を構成して、それらを遮熱コーティング３６でコーティングすると、熱損傷を大いに減らして、熱が内側ロータ空洞３６３内に浸透するのを減速する。しかし、最終的にはロータ表面１８３に浸透して、ロータセグメント組立体３１０の内側ロータ空洞３６３内に伝達する余熱を除去することは、なお必要である。ロータ水蒸気室１９０が、ロータ１８３の各ロータセグメント３１０内で使われる。ロータ水蒸気室１９０は、ロータ燃焼セグメント３１１の最上部ロータ表面１８５および燃焼空洞凹部１８６のすぐ下に位置する。これらの表面に浸透する熱は最上部または外側蒸発器表面１９１に沿ってロータ水蒸気室１９０内部の水を加熱し、それは半径方向に、および軸方向に最上部ロータ表面１８３輪郭湾曲の形状に合致する。水がロータ蒸気室蒸発器表面１９１に沿って加熱されるにつれて、相を液体からガスに変え、蒸発器表面１９１から大量の熱を吸収して、それを水蒸気ガスに変える。内部チャンバ圧力は、ロータセグメント組立体３１０の両方の軸方向の側面に位置する内側ロータコンデンサまで加熱された水蒸気を循環させ、そこで、加熱された水蒸気が熱を内側コンデンサ２００へ伝達して、および液体へと戻して相変化させ、ロータ蒸気室蒸発器表面１９１へ戻って循環する。
【０２２５】
脱イオン水３２０は、ロータ蒸気室１９０内に対する好ましい作動物質である。作動流体水を、液体からガスに、次いで再び液体に戻して連続的に相を変えることによって、大量の熱を音速で伝達することができる。ロータ水蒸気室１９０は、摂氏２４乃至２０２度または華氏７５乃至３９７度の間で作動し、ロータ蒸気室蒸発器領域１９１とロータ内側コンデンサ２００との間の温度差が大きくなればなるほど、熱伝達速度がより早くなる。
【０２２６】
ロータ水蒸気室は、丁度重力または吸上システムが作動流体を循環させるのに用いられる熱パイプのように作動する。重力システムにおいて、熱が蒸気室の底部蒸発器表面に沿って吸収され、内部作業物質を固体または液体からガス蒸気に変え、対流によって最上部蒸気室コンデンサまで上昇してその熱を伝達して放出させる。しかし本発明のロータ１８３では、ロータ蒸気室１９０は、水蒸気室１９０内の熱伝達の重力作動方向を逆にする高いＧ力を生成する強い遠心力を発生させるロータ１８３内部で回転している。この熱伝達の逆の方向は、本発明のエンジン１に対して理想的であり、理想的な熱伝達がロータの外部表面１８５のすぐ下のロータ蒸気室１９０の最上部蒸発器表面１９１から生じ、かつ、吸収された熱をロータ蒸気室１９０の下部側面底部端の方へロータ内側コンデンサ２００まで伝達することができる。ロータ蒸気室内側コンデンサ２００において、ロータ内側コンデンサ２００に熱が伝達するにつれて、内部作動水蒸気が相をガスから液体に変える。水液体は、次いでロータ蒸気室蒸発器表面１９１の方へ外に向かって戻るように循環して再び再循環する。
【０２２７】
図４４および５０を参照すると、ロータ水蒸気室１９０の外側蒸発器表面領域１９１の近くの水作動流体の毛細管流れを改善するために、微細な吸上メッシュの層１９２が、好ましくは使われる。これによって、高圧の小液体水滴が外側ロータ蒸発器表面１９１に沿って容易に流れて、相を液体から気体に変えることができる。粗い吸上毛細管メッシュ層１９３が、ロータ蒸気室１９０の側面に沿って端ロータ内側コンデンサ２００から使われ、微細なメッシュ層１９３とインターフェイスする。これによって、低圧のより大きい液体水滴が外側蒸発器表面領域１９１に沿ってロータ蒸気室１９０内の任意の位置まで作動液体の外側微細吸上毛細管メッシュ層１９３へと容易に流れることができる。粗い吸上メッシュ１９３は、メッシュ界面３６９で微細吸上メッシュ１９２の下に僅かに延在する。これによって、より大きい水小滴がロータ蒸気室蒸発器表面１９１のより近くに動くことができる。それによっても、より小さい水小滴がロータ蒸気室内側コンデンサ２００により近く補助的に吸上げることができる。微細１９２および粗い１９３吸上メッシュの両方共、微細周辺メッシュ１９４によって取り囲まれている。周辺吸上メッシュ１９４は、ロータ水蒸気室１９０の全ての表面のまわりに作動流体を分配するのを助ける。それはまた、ロータセグメント組立体３１０の前面および背面表面に沿って作動流体を保つのを助け、摺動羽根通路１８４内の羽根面シール１１１から伝達された熱を冷却するのを助ける。
【０２２８】
作動流体ガス循環を改善するために、底部ロータ蒸気室カバー１９５の内面側面の蒸気室拡張突起部１９６が、微細１９２および粗い１９３吸上メッシュ層を共に保持して押圧する。それらも、作動流体ガスが容易に流れるための、拡張突起部１９６間の大きいロータ蒸気室空隙またはチャンネル１９７を形成する。
【０２２９】
ロータ水蒸気室は、ロータ表面１８３および燃焼空洞１８４を良好な作動温度に保つのを助ける。それはまた、これらの表面温度を均熱化するのを助けていかなる熱ホットスポットも最小化し、熱損傷を最小化して、燃焼室３４内部の燃焼反応状態を安定させる。
【０２３０】
内側および外側ロータ蒸気室コンデンサ
図４１、４３および５０を参照すると、内側ロータ蒸気室コンデンサ２００は、好ましくはアルミニウムのように高度に熱伝導性の材料から構成されかつロータ燃焼セグメント３１１の端部内に編組され、ロータ水蒸気室システム１９０を完全に密封して、取り囲んでいる。内側ロータ蒸気室コンデンサ２００の外部表面は、また、好ましくはアルミニウムのような高度に伝導性の物質から構成され、かつ外側ロータ蒸気室コンデンサ２０２の突起部および溝２０３とインターフェイスするのに用いられる垂直突起部および溝２０１を具える。外側ロータ蒸気室コンデンサ２０２の前面表面は、また、湾曲突起部および溝２０４と半径方向直線突起部および溝２０５との組合せで覆われている。湾曲２０４および半径方向直線２０５突起部および溝の両方が、熱伝達のための脱イオン水３２０との接触表面積を増大し、外側ロータ蒸気室コンデンサ２０２から熱を吸収する。
【０２３１】
ロータ水蒸気室多孔質ウイック／凍結チューブ
図４３および４５を参照すると、軸方向１９８および半径方向１９９指向多孔質ウイック／凍結チューブが、ロータ水蒸気室１９０の中に配置されている。軸方向多孔質ウイック／凍結チューブは、１つの内側ロータ蒸気室コンデンサ２００から残りの側面内側ロータ蒸気室コンデンサ２００までロータ水蒸気室１９０の全長にわたって囲む。半径方向多孔質ウイック／凍結チューブ１９９は、半径方向に内側ロータ水蒸気室１９０の最上部センタセクションを横切って伸びている。軸方向１９８および半径方向１９９多孔質ウイック／凍結チューブは、ステンレス鋼ワイヤメッシュまたは、好ましくは銅亜鉛アルミニウム（ＣｕＺｎＡｌ）合金から作られる形状金属合金（ＳＭＡ）から作られて共に織られ、かつチューブ形状に編組されるかまたはスポット溶接される。半径方向多孔質チューブ１９９は、ロータ水蒸気室１９０の上面全体に半径方向に水を吸上げるのを助ける。さらに重要なことに、ロータ水蒸気室１９０が作動流体水によって内側に完全に密封されるので、エンジン１が３２度Ｆ以下の温度にさらされる場合、水凝固膨張損傷を受けやすい。水凍結膨張に対処するために、多孔質チューブは軸方向１９８および半径方向１９９多孔質ウイック／凍結チューブ内部で水作動流体の一部を断熱する。作動流体が凍結して、膨張し始めると、多孔質ウイック／凍結チューブの中心の凍ってない水作動流体が軸方向１９８および半径方向１９９多孔質ウイック／凍結チューブに沿って上に吸上げられる。これによって、水作動流体が外に向かって破裂するより、むしろ多孔質ウイック／凍結チューブ上で内部へ内側に破裂することによって膨張して、ロータ１８３のロータ水蒸気室１９０またはロータ組立体３１０に対する損傷に結びつく可能性がある膨張圧力を発生させる。軸方向１９８および半径方向１９９多孔質ウイック／凍結チューブに対してＳＭＡを用いて、水作動流体が軸方向１９８および半径方向１９９多孔質ウイック／凍結チューブを凍結して、膨張させて内側に破裂すると、それらの下部セクションが変形され得る。一旦ロータ水蒸気室の温度が約３２度Ｆまで上昇し、作動流体が氷から液体へ相を変えると、軸方向１９８および半径方向１９９多孔質ウイック／凍結チューブは元の形状へ戻って再形成される。
【０２３２】
軸方向１９８および半径方向１９９の多孔質吸上／凍結チューブは、微細１９２、粗い１９３、および、周辺１９４吸上メッシュで、チャンネル軸方向２６４および半径方向２６５開口および送り穴内に配置される。これは、エンジン１の作動中にそれらの適切な位置に全ての異なる吸上物質およびチューブを保持するのを助ける。それによっても、軸方向１９８および半径方向１９９チューブが、水作動流体がプールする底部コーナーおよび表面のずっと中に入ることができる。
【０２３３】
ロータ水蒸気室カバー
図５０を参照すると、ロータ水蒸気室カバー１９５は、ロータ燃焼セグメント３１１の底部に嵌まる。ロータの内面は、ロータ水蒸気室１９０内部で水性ガス蒸気の急速な運動を可能にするロータ水蒸気室空隙１９７を形成する突起部拡張部１９６を含む。内面突起部はまた、エンジン１の作動中に所定の場所に内側微細１９２および粗い１９３吸上メッシュを保持するのを助ける。
【０２３４】
ロータ水蒸気室突起部１９６およびロータ水蒸気室カバー１９５のチャンネル１９７双方の内面が、遮熱コーティング３６で覆われている。遮熱コーティング３６は、熱をロータ水蒸気室１９０の内側に保って、熱が、水蒸気室カバー１９５を通して、内側ロータ空洞領域３６３に伝達されることを制限するのを助ける。
【０２３５】
内側ロータカバープレート
図４２、４５および６９を参照すると、内側ロータカバープレート２１０が、ロックタブ２０８の上のロータ水蒸気室１９７のカバーの上に進んで、ロータ側面プレート２０９の内面に沿って溶接される燃焼空洞セグメント３１１の底部に溶接される。ロータカバー２１０は、若干の構造強さをロータセグメント組立体３１０に加える。それは、また、断熱空隙を形成するのに用いられて、ロータ表面１８５およびロータ水蒸気室１９０からの腐食が内側ロータ空洞３６３内に侵入するのを防ぐ。それは、また、内側ロータ空洞３６３内部の大きい開いた領域を閉じるのに用いられる。これは、摺動羽根通路１８４の前部および後部ロータ滑動羽根面３７１に沿って活性冷却システム３６２から水／蒸気チャネル２２２の主要な領域まで脱イオン水３２０を制限するのを助ける。それはまた、可動摺動羽根１１６および羽根ベルトシステム１３６の運動からロータ空洞３６３の中に強い乱流チャンネルを形成する。この強い乱流は、ロータ空洞３６３の内部の全体にわたって脱イオン水３２０および活性冷却システム３６２からの蒸気を均一に分配するのを助ける。
【０２３６】
内側ロータカバープレート２１０の外部表面２１１は、内側ロータ空洞３６３中心から外側ロータ１８３側面まで角度が付いている。
【０２３７】
羽根輪郭ベルト制限ばね
図４２、４８および４６を参照すると、羽根輪郭ベルト制限ばね２１２が、内側ロータ空洞３６３領域の内側ロータ側面プレート２０９表面に配置されたキーストーン凹部２１４に適合するキーストーン拡張部２１３を有する。羽根輪郭ベルト制限ばねキーストーン拡張部２１３は、適所に仮付け溶接されて、内側ロータ側面プレート２０９のキーストーン凹部２１４内にしっかりとそれらを保持する。羽根ベルト制限ばね２１２は、側面輪郭羽根ベルトアーチ１７６の最大拡張部を制限し、輪郭ベルト１３９および羽根ベルトシステム１３６の残りおよび摺動羽根１１６をハウジングステータ２および４の内側ハウジングステータ表面３７との適切な整列を保つのを助ける。
【０２３８】
ナトリウム蒸気室システム
図３、６および７１を参照すると、エンジン１は、ナトリウム蒸気室熱伝達システム２２９を使用して、高温燃焼領域３２からの熱を膨張領域３３の中期および後期へ伝達する。ナトリウム蒸気室２２９は、作動流体としてナトリウムを使用して、摂氏６００から１，１００度までの間で、しかし、好ましくは摂氏９００度まで作動する。エンジン１に対して、ナトリウム蒸気室２２９は、燃焼３２および膨張３３領域のナトリウム蒸気室ステータ４全体の温度を摂氏約６００度の作動温度に均熱化する。燃焼中に、水素／水／空気混合物は燃焼室３２の中で点火して、約１，８００度ケルビンまたは摂氏１，５２６度の最高温度に到達する。遮熱コーティング３６が、ナトリウム蒸気室を一定の過剰な熱負荷温度から保護するためにナトリウム蒸気室ステータ４の前部内側ステータ表面３７に沿って遮熱コーティング凹部２７７に施着される。燃焼熱の一部は、遮熱コーティング３６を貫通し、ナトリウム蒸気室ステータ４が、ナトリウム作動流体が相を液体からガスに変化する蒸発器セクション３７９に沿ってナトリウム蒸気室２２９内に侵入する。膨張室３３領域内の燃焼−膨張の中期および後期中に、膨張ガス温度はナトリウム蒸気室２２９の温度より低くなり得、ナトリウム作動流体は相を気体から液体に変え、ナトリウム蒸気室ステータ４を通してコンデンサ領域３８０に沿ってその熱をナトリウム蒸気室２２９から、燃焼室３４の中へと戻るように伝達し、高い後期ガス圧を維持するのを助ける。ナトリウム液体は、次いでウイックおよび毛細管圧力を通して蒸発器領域３７９へ吸上げられる。
【０２３９】
ナトリウム蒸気室吸上メッシュ
図５７ないし６２を参照すると、ナトリウム蒸気室システム２２９は、一連の吸上メッシュを使用して、ナトリウム作動流体を動かすのを助けている。ナトリウム蒸気室２２９の外側蒸発器表面領域３７９近くのナトリウム作動流体の毛細管流れを改善するために、微細吸上２００−メッシュの層２３０が用いられる。これによって、外側ナトリウム蒸気室蒸発器表面３７９に沿って容易に流れる高圧の小さい液体ナトリウム滴が液体から気体に相を変えるができる。粗い吸上毛細管１００−メッシュ層２３２が、コンデンサ領域３８０に沿ってナトリウム蒸気室２２９の他端で用いられる。これによって、低圧のより大きい液体ナトリウム滴が蒸発器領域３７９の方へ戻って容易に流れることができる。ナトリウム作動流体の吸上をなおさらに改善するために、中程度の吸上毛細管１５０−メッシュ２３１が、微細２３０および粗い２３２吸上メッシュのセクションの間に配置され、遷移吸上メッシュを中程度の大きさの液体ナトリウム小滴に提供する。
【０２４０】
全ての３つのメッシュセクション微細２３０、中程度２３１および粗い２３２吸上メッシュが、中程度周辺１５０−メッシュ２３４によって取り囲まれている。周辺吸上メッシュ２３４は、ナトリウム蒸気室２２９の全ての表面の全体にわたって作動流体を分配するのを助ける。それはまた、蒸発器領域３７９の液体ナトリウムの小プールを形成することによってナトリウム凍結始動状態を改善するのを助ける。超過熱する可能性のある乾いたスポットに結びつく、蒸発器領域内の作動流体が充分でないので、蒸気室始動問題および損傷が生じる可能性がある。エンジン１において、ナトリウム蒸気室２２９の湾曲形状が、ナトリウム蒸気室２２９の両方の端の近くでナトリウム作動流体を蒸発器端３７９およびコンデンサ端３８０へ向けてプールする。これによって、ナトリウムの一部が始動中に蒸発器領域３７９内で直ちに利用できるようになり、中程度吸上周辺メッシュを用いて、ナトリウム作動流体の一部がナトリウム蒸気室蒸発器領域３７９のまわりに分配されて、ナトリウム蒸気室ステータ４と直接接触することができる。
【０２４１】
図５７、６１および６２を参照すると、ナトリウム作動流体ガス循環を改善するために、ナトリウム蒸気室突起部２５２が、外側ナトリウム蒸気室カバー２５１の内面側面から拡張している。ナトリウム蒸気室突起部拡張部２５２はまた、ナトリウム蒸気室２２９内部のそれらの適切な位置に微細２３０、中程度２３１および粗い２３２吸上メッシュセクションを保持するのを助ける。突起部拡張部２５２はまた、ナトリウム作動流体ガスが容易に流れるように、突起部拡張部２５２の間に大きいナトリウム蒸気室空隙またはチャンネル２５３を形成する。
【０２４２】
図５２および５９ないし６４を参照すると、ナトリウム蒸気室カバー２５１の外部表面は、構造強化強度を外側ナトリウム蒸気室カバー２５１に加える一連の軸方向および半径方向支持リブ２５７を有する。強化突起部２５７はまた、ナトリウム蒸気室カバー２５１と外側断熱材２５８との間に空隙部を形成し、ナトリウム蒸気室システム２２９の外側蒸気室カバー２５１を通しての熱損失を防ぐために熱的な熱ブロックを形成するのをさらに助ける。
【０２４３】
ナトリウム蒸気室圧力調整破裂室
図５２、５７、６０および６２ないし６４を参照すると、ナトリウムは、水と高度に反応可能であり、および、エンジン１の作動から加熱される場合、ナトリウム蒸気室２２９の中に、高圧を発生させる。ナトリウム蒸気室が、事故による高い衝撃から、またはナトリウム蒸気室２２９内部の過度の圧力から破裂することを防ぐのを助けるために、ナトリウム蒸気室カバー２５１の外部表面は、破裂室システム２４５を具えている。これは、安全システムを提供し、ナトリウム蒸気室内部の圧力を軽減して、ナトリウム蒸気室２２９が破裂してナトリウムを放出することを防ぐ。ナトリウム蒸気室破裂システム２４５は、破裂シリンダ２４６、ガス室２４８、ナトリウム圧力調整ディスク２４７、破裂信号ディスク２４９および破裂信号旗２５０を具える。圧力調整破裂シリンダ２４６は、最上部ナトリウム蒸気室カバー２５１内にねじ込められ、そこで圧力調整ディスク２４７が内側作動ナトリウム蒸気室２２９にさらされる。破裂シリンダ２４６の最上部は、圧力調整ディスクと破裂信号ディスク２４９との間のガススペース２４８を形成する破裂信号ディスク２４９によって、閉じられる。ガススペース２４８は、アルゴンまたは好ましくはクリプトンのような圧縮性の不活性ガスで満たされる。外側ナトリウム蒸気室２２９表面が高い衝撃を有するか、または、内部の圧力があまりに高くなる場合、ガススペース２４８の中に圧力調整ディスクを圧入し、かつガスを圧縮する。ナトリウム蒸気ガスは、また、破裂シリンダ２４６の圧力調整室２４８の中に入り、全体的な内部のナトリウム蒸気室２２９圧力を低下させてナトリウム蒸気室の外側カバー２５１を通してのナトリウム破裂を防ぐ。ガス圧が大きくなると、破裂信号ディスク２４９を中央で外に向かって押しつけ、破裂板２４７が壊れて、置換する必要がある信号として、外側断熱材２５８内の破裂信号穴部２６７を通して破裂信号旗２５０を押しつける。ナトリウム蒸気室２２９はなお作動するが、破裂室システム２４５の付加された量の真空室２４８に対するナトリウムアクセスによって、より安全な低圧力領域で作動する。
【０２４４】
ナトリウム蒸気室圧力調整システム２４５は、また、内部ナトリウム蒸気室圧力を調整することによって理想的な内部蒸気室作動状態を保つのを助ける。熱がナトリウム蒸気室２２９内に伝達されるにつれて、温度および圧力は上昇する。理想的な蒸気流を維持するために、より低い圧力が、有利である。これを達成するために、圧力調整ディスク２４７は、破裂シリンダ２４６に達して、ガス２４８を圧縮し、従ってナトリウム蒸気室２２９の相対的な内部作動圧力を、低下させる。
【０２４５】
アルカリ金属熱電気コンバータ（ＡＭＴＥＣ）
図６２ないし６４を参照すると、ナトリウム作動流体、作動温度およびナトリウム蒸気室２２９内部のナトリウム循環プロファイルは、アルカリ金属熱電気コンバータ（ＡＭＴＥＣ）２３５に必要とされる動作とに同じである。ナトリウムは、ナトリウム蒸気室２２９内部で液体から気体に、および、液体へと戻して相を変えることができる液状金属である。ナトリウムは、また、そのイオンをベータアルミナ固体電極（ＢＡＳＥ）２３６に通して電気を発生させることができる。ＢＡＳＥ  ２３６は、波形形状の表面を具えたポテトチップＵ型構造であり、ＢＡＳＥ  ２３６の表面領域と、その容量を増やして電気を発生させる。ＢＡＳＥ  ２３６の端は、外部表面３８１に沿って閉じられてＢＡＳＥ  ２３６の下に高いナトリウムガス圧を封じ込めるのを助け、ナトリウムイオンがＢＡＳＥ  ２３６の最上部アノード表面２３８までＢＡＳＥ  ２３６の正の底部カソード表面２３７を通過するのを助ける。ＢＡＳＥ  ２３６は、ＢＡＳＥ  ２３６を通して、ナトリウム蒸気室カバー２５１内のネジ穴２４１にねじ込まれるＢＡＳＥねじ２４１によって、ナトリウム蒸気室カバー２５１の内面に取り付けられる。
【０２４６】
電気的に、および、イオンによってＢＡＳＥ  ２３６を絶縁するために、ＢＡＳＥねじ２４１はジルコニウムのように電気およびイオン不活性材料でできており、ＢＡＳＥ  ２３６がショートするのを防ぐ。ナトリウム蒸気室の内面は、また、イットリウム安定化ジルコニウム（ＹＳＺ）のようなＴＢＣ  ３６で覆われ、それはまた、ＢＡＳＥ  ２３６の最上部アノード２３８表面を電気的に、および、イオンによって絶縁するのを助ける。電気的に、および、イオンによって底部カソード２３７を絶縁するために、シリカファイバ２３３から作られる薄い吸上メッシュとしてのＢＡＳＥ  ２３６表面が、ＢＡＳＥ  ２３６の下に直接、および、微細２３０および中程度２３１吸上メッシュセクションの最上部の上に配置される。外側周辺吸上メッシュ２３４は、また、ＢＡＳＥ  ２３６を絶縁するためにシリカファイバまたはフェルトのような電気的に、およびイオンによって不活性の物質から作られる。ＢＡＳＥ２３６を電気的に、および、イオンによって絶縁することによって、最も多量の電力を、損失または電気もしくはイオン伝導性材料表面との接触による短絡なしで発生することができる。
【０２４７】
図５３、５４および５９を参照すると、内側電気コネクタ２４２が、ＢＡＳＥ  ２３６の外部エッジ３８１上のスロット凹部２４４内に摺動する。底部カソード２３８および最上部アノード２３７層が、スロット凹部２４４内に入り、内部のハーネスコネクタ２４２の底部エッジがカソード層２３８と接触し、内側電気コネクタ２４２の上部セクションがアノード層２３７と接触して、ＢＡＳＥ  ２３６と電気回路を作る。内側電気コネクタは、ナトリウム蒸気室カバー２５１内のＢＡＳＥコネクタ穴２３９を通過し、適所に溶接されるかまたは編組されてナトリウム蒸気室２２９を密封する。外側ＢＡＳＥ電気コネクタ２４４は、内側ＢＡＳＥ電気コネクタ２４４とインターフェイスする。外側ＢＡＳＥ電気コネクタ２４４は、次いで外側ナトリウム蒸気室断熱材２５８のコネクタ穴２６６を通り抜ける。次いでワイヤが、電気パワーインバータ３７０まで外側ＢＡＳＥ電気コネクタに接続されてＢＡＳＥと回路を作って、アルカリ金属熱電気コンバータシステム２３５のＢＡＳＥ２３６によって発生される電力を調節する。
【０２４８】
外側ナトリウム蒸気室カバーおよび断熱材
図５６ないし６４を参照すると、雰囲気へのナトリウム蒸気室２２９からの潜在的熱損失をさらに減少させるために、突起部拡張部２５２およびチャンネル２５３とともにナトリウム蒸気室カバー２５１の内面が、ＹＳＺ遮熱コーティング３５で覆われいる。ジルコニウムは、また、水素獲得作用を提供してハウジングステータ４から離れるかまたはそれを通過する場合がある遊離した水素を吸収する。加えて、ナトリウム蒸気室カバー２５１の外側は、外部ケーシングによって封じ込められる断熱ブランケット、金属またはセラミック泡または断熱ボール、または、ペレットのような、厚い断熱材２５８で覆われている。この断熱材はまた、ナトリウム蒸気室カバー２５１を通過する可能性がある雑音および振動を吸収するのを助ける。
【０２４９】
図５３ないし６４を参照すると、外側ナトリウム蒸気室カバー２５１は、ナトリウム蒸気室ステータ４上へ溶接されている。小ワイヤガスケット２５４が、ナトリウム蒸気室２２９の外側周辺を走り回るワイヤガスケットチャンネル２５５内に嵌入する。ワイヤガスケットは、ナトリウム蒸気室カバー２５１からのナトリウム漏れを防ぐのを助ける。
【０２５０】
外側ハウジング水蒸気室
図６７および７０を参照すると、セグメント化された吸気−圧縮および燃焼−膨張領域によって、両極性の熱／冷熱勾配がエンジン１の全体にわたっており、ハウジングステータ２および４の強い熱的変形に結びつく可能性がある。上部ナトリウム蒸気室ステータ４の温度は、摂氏約６００ないし９００度で作用する。下部ステータハウジング２は、活性冷却システムによって冷却されて、摂氏９８度の最高温度で作動する。遮熱コーティングが、上部ナトリウム蒸気室ステータ４のボルトアップ表面に沿って配置されて下部ハウジングステータ２内への熱的な伝達を最小化する。下部ハウジングステータ２の熱的変形を最小化するのを助けるために、２つのハウジング水蒸気室システム６８が上部ナトリウム蒸気室ステータ４との接続表面に沿って下部ステータハウジング２内に配置されている。
【０２５１】
水蒸気室は、上部ナトリウム蒸気室ステータ４のボルトアップセクションに沿って下部ハウジングステータ２表面を均熱化するのを助ける。これは、ボルトアップ表面に沿って一様な温度を維持し、熱的変形が生じる可能性がある任意の潜在的ホットスポットを最小化するのを助ける。
【０２５２】
ハウジング水蒸気室６８内の水作動流体は、隣接のナトリウム蒸気室ステータ４からボルトアップ表面に沿ってＴＢＣ３６を通して浸透し、かつ、吸気／圧縮６３および活性冷却水循環システム２６２のロータベアリング／膨張６６水循環通路と隣接するその底面コンデンサ冷却表面７７へ伝達する、最上部蒸発器表面６９に沿ってそれから熱を吸収する。水がハウジング蒸気室蒸発器表面６９に沿って加熱されるにつれて、相を液体から気体に変え、蒸発器表面６９から大量の熱を吸収して、水蒸気ガスに変える。内部チャンバ圧力は、加熱した水蒸気をハウジング水蒸気室コンデンサ表面７７まで循環させる。加熱された水蒸気がコンデンサ表面領域７７に熱を伝達するところで、液体へ戻って相を変化させて、ハウジング水蒸気室蒸発器表面６９へ戻るように循環させる。
【０２５３】
ハウジング水蒸気室６８は、摂氏２４乃至２０２度または華氏７５乃至３９７度の間の温度で作動する。ナトリウム蒸気室ステータ４に沿った水蒸気室蒸発器表面６９と活性水循環装置２６２の吸気／圧縮６３およびロータベアリング／膨張６６水循環通路に沿った水蒸気室コンデンサ表面７７との間の温度差が大きくなればなるほど、熱伝達の速度がより高速になる。
【０２５４】
ハウジング水蒸気室６８は、相対的に長くてせまい形状を有する。コンデンサ表面領域７７にせまいハウジング水蒸気室を横切って蒸発器表面領域６９からの熱を伝達することは重要であるが、ハウジング水蒸気室６８の全長に沿って熱を伝達し、下部ハウジングステータ２を均熱化し、一様な下部ハウジングステータ２を維持して、ホットスポットおよび熱的変形を防ぐこともまた、重要である。水作動流体の毛細管流れを改善するために、Ｕ型周辺吸上メッシュ７２が、微細７１および粗い７２層の毛細管吸上メッシュを囲んでいる。Ｕ型周辺吸上は、ハウジング水蒸気室蒸発器表面領域６９との直接の接触して、ハウジング水蒸気室６８の両方の側面端面に沿って配置される。Ｕ型周辺吸上は、微細メッシュから作られて高圧の小液体水滴がハウジング水蒸気室蒸発器表面６９の全長に沿って容易に流れることができ、水作動流体が相を液体から気体に変えることができる。微細吸上メッシュ７１の層が、ハウジング水蒸気室凹部２７０の底面に沿って使われている。これによって、高圧の小液体水滴がハウジング水蒸気室６８の全長に沿って、および、外側ロータ蒸発器表面６９まで容易に流れることができ、水作動流体が相を液体から気体に変えることができる。粗い吸上毛細管メッシュ層７０が、微細吸上メッシュ層７１の最上部を通じて配置されている。これによって、低圧のより大きい液体水滴がハウジング水蒸気室６８の全長に沿って、および、底部微細吸上細管メッシュ層７１まで容易に流れることができる。
【０２５５】
図６７を参照すると、作動流体ガス循環を改善するために、ハウジング蒸気室カバー７３の内面側面のハウジング水蒸気室拡張部突起部７４は、作動流体ガスが容易に流れるように拡張部突起部７４の間にハウジング水蒸気室空隙またはチャンネル７５を形成している。ハウジング蒸気室突起部７４はまた、微細７１および粗い７０吸上メッシュ層を適所に共に保持してかつ押圧する。ハウジング拡張部突起部７４は、ハウジング水蒸気室コンデンサ表面側面の方へより大きい突起部拡張部端３８２を有し、全突起部拡張部を僅かにＬ字状にする。このより大きい突起部拡張部端３８２はまた、微細７１および粗い７０吸上メッシュ層およびハウジング水蒸気室コンデンサ表面７７の背後に空隙エリアを形成する。これによって、加熱された水蒸気がハウジング水蒸気室コンデンサ表面領域７７と容易に接触することができ、かつその熱を放出して、相を気体蒸気から液体に変える。
【０２５６】
ハウジング水蒸気室吸上／凍結チューブ
図６５ないし６７を参照すると、水蒸気室７６が作動流体水によって完全に内部に密封されているので、エンジン１が温度３２度Ｆ以下にさらされる場合、水凍結膨張損傷をうけやすい。水凍結膨張に対処するために、多孔質ウイック／凍結チューブ７６が、ハウジング水蒸気室６８内を配置している。多孔質ウイック／凍結チューブ７６は、形状金属合金（ＳＭＡ）から作られ、チューブ形状に共に織られ、かつ包まれ、共に編組されるかまたはスポット溶接されている。作動流体が凍結して、膨張し始めるにつれて、多孔質ウイック／凍結チューブの中心の凍ってない水作動流体が多孔質ウイック／凍結チューブ７６に沿って吸上げられるように、多孔質チューブは多孔質ウイック／凍結チューブ７６の中心内部で水作動流体の一部を断熱する。これによって、水作動流体は、外側に破裂するよりむしろ内部へ内側に破裂することによって膨張することができ、従ってハウジング水蒸気室６８または下部ハウジングステータ２に対する損傷に結びつく可能性がある膨張圧力が除去される。多孔質ウイック／凍結チューブ７６に対してＳＭＡを用いて、水作動流体が多孔質ウイック／凍結チューブ７６を膨張させて、内側に破裂すると、多孔質ウイック／凍結チューブ７６の下部セクションが変形され得る。一旦ハウジング水蒸気室６８の温度が約３２度Ｆまで上昇し、作動流体が相を氷から液体へと戻して変えると、多孔質ウイック／凍結チューブ７６は損傷なしでその元の形状へ戻って再形成する。
【０２５７】
多孔質吸上／凍結チューブは、粗い吸上メッシュ７０内のスロット開口部２６８内に保持されている。粗い吸上メッシュ７０は、凍結して、膨張する大きい水滴をより含むようである。多孔質吸上／凍結チューブの端はまた、穴部送り穴２６９の周辺吸上メッシュに浸透して水作動流体がプールすることができる、ハウジング水蒸気室６８の底面端により近くなる。
【０２５８】
内側ハウジング遮熱コーティング
再び図６７を参照すると、燃焼室３４内部の高い作動温度のために、遮熱コーティング３６を、燃焼領域３２および膨張領域３３のエッジに沿って下部ハウジングステータ２の内側ステータ表面３７に用いて下部ハウジングステータ２およびハウジング水蒸気室システム６８内への過剰な熱伝達を最小化する。
【０２５９】
外側熱断熱カバー２５８は、その周辺２６０のまわりに小チャンネル開口を有し、ハウジングステータ２および４連結ボルト１３、ナット１４および座金１５の最上部の上に適合する。外側熱断熱カバー２５８は、外側断熱カバー２５８のネジ穴２６２を通り抜ける一連の六角ねじ１６によってエンジン１に、および、２つの下部ハウジングステータ２エッジの周辺に沿ってネジ穴１７に固着される。外側断熱カバー２５８内のねじ凹部２６１によって、六角ねじ１６は外側断熱カバー表面と同じ高さにし得る。
【０２６０】
本発明が、現在最も実際的で好ましい実施態様であるとみなされるものと関連して記述されたとはいえ、理解されるべきは、本発明が、開示された実施態様に限定されるべきでなく、添付の特許請求の範囲の趣旨および範囲内に含まれる様様な修正および等価な配置に適用されることが意図されていることである。
【図面の簡単な説明】
【０２６１】
【図１】図１は、水素Ｇサイクルエンジンの側立面図である。
【図２】図２は、水素Ｇサイクルエンジンの最上部透視図である。
【図３】図３は、水素Ｇサイクルエンジンの一部を切り取った透視図である。
【図４】図４は、クランク角によってロータおよびエンジン室を示すＧサイクルエンジンハウジングの側面断面図である。
【図５】図５は、分解された水戻り構成部品と共に内部エンジンハウジング水戻り通路を表す。
【図６】図６は、水素Ｇサイクルエンジンの切取平面図を表す。
【図７】図７は、燃焼室シールの透視図を表す。
【図８】図８は、燃焼室シールの詳細な側部、最上部および下部透視図を表す。
【図９】図９は、燃焼室シールの詳細な側部、最上部および下部透視図を表す。
【図１０】図１０は、燃焼室シールの詳細な側部、最上部および下部透視図を表す。
【図１１】図１１は、分割羽根シールを取り付けられた前部、底部および後部摺動羽根組立体を表す。
【図１２】図１２は、分割羽根シールを取り付けられた前部、底部および後部摺動羽根組立体を表す。
【図１３】図１３は、分割羽根シールを取り付けられた前部、底部および後部摺動羽根組立体を表す。
【図１４】図１４は、分割羽根シール、摺動羽根および羽根面シールの側部詳細断面裁ち切り図を表す。
【図１５】図１５は、２個の分解された羽根シールと共に摺動羽根および分割羽根シールの前部、側部および最上部透視図を表す。
【図１６】図１６は、２個の分解された羽根シールと共に摺動羽根および分割羽根シールの前部、側部および最上部透視図を表す。
【図１７】図１７は、２個の分解された羽根シールと共に摺動羽根および分割羽根シールの前部、側部および最上部透視図を表す。
【図１８】図１８は、摺動羽根および分割羽根シール組立体の前部、最上部、底部および側部透視図を表す。
【図１９】図１９は、摺動羽根および分割羽根シール組立体の前部、最上部、底部および側部透視図を表す。
【図２０】図２０は、摺動羽根および分割羽根シール組立体の前部、最上部、底部および側部透視図を表す。
【図２１】図２１は、摺動羽根および分割羽根シール組立体の前部、最上部、底部および側部透視図を表す。
【図２２】図２２は、摺動羽根、分割羽根シールおよび羽根ベルトトグル組立体の最上部断面図を表す。
【図２３】図２３は、摺動羽根、分割羽根シールおよび羽根ベルトトグル組立体の最上部断面図を表す。
【図２４】図２４は、摺動羽根および分割羽根シールの底部断面図を表す。
【図２５】図２５は、摺動羽根および分割羽根シールの側部断面図を表す。
【図２６】図２６は、摺動羽根および分割羽根シールの側部断面図を表す。
【図２７】図２７は、摺動羽根および分割羽根シールの前部断面図を表す。
【図２８】図２８は、摺動羽根および分割羽根シール組立体の分解図を表す。
【図２９】図２９は、摺動羽根および反遠心ベルトシステムと共にエンジンハウジングの切欠斜視図を表す。
【図３０】図３０は、ロータおよび摺動羽根反遠心ベルトシステムの側部斜視図を表す。
【図３１】図３１は、ロータおよび摺動羽根反遠心ベルトシステムの側部斜視図を表す。
【図３２】図３２は、摺動羽根反遠心ベルトおよびベルトアーチシステムの詳細斜視図を表す。
【図３３】図３３は、摺動羽根反遠心ベルトおよびベルトアーチシステムの詳細斜視図を表す。
【図３４】図３４は、摺動羽根反遠心ベルトおよびベルトアーチシステムの詳細斜視図を表す。
【図３５】図３５は、摺動羽根反遠心ベルトおよびベルトアーチシステムの詳細斜視図を表す。
【図３６】図３６は、摺動羽根反遠心ベルトおよびベルトアーチシステムの詳細斜視図を表す。
【図３７】図３７は、摺動羽根反遠心ベルトおよびベルトアーチシステムの詳細斜視図を表す。
【図３８】図３８は、単一および二重ベルトアーチ組立体の側部斜視図を表す。
【図３９】図３９は、単一および二重ベルトアーチ組立体の側部斜視図を表す。
【図４０】図４０は、組立てられたロータセグメントの側面図を表す。
【図４１】図４１は、ロータセグメント組立体の側面および正面図を表す。
【図４２】図４２は、ロータセグメント組立体の側面および正面図を表す。
【図４３】図４３は、ロータセグメント組立体の前部断面図を表す。
【図４４】図４４は、ロータセグメント組立体の中心を外れた断面正面図を表す。
【図４５】図４５は、ロータセグメント組立体の側部断面図を表す。
【図４６】図４６は、羽根輪郭ベルト制限ばねの詳細図を表す。
【図４７】図４７は、羽根接線ローラーベアリング組立体を示すロータセグメント組立体の側部断面図を表す。
【図４８】図４８は、ロータセグメント組立体の底部断面図を表す。
【図４９】図４９は、ロータセグメント組立体の底部断面図を表す。
【図５０】図５０は、ロータセグメント組立体の最上部および底部分解図を表す。
【図５１】図５１は、ロータセグメント組立体の最上部および底部分解図を表す。
【図５２】図５２は、ナトリウム蒸気室およびＡＭＴＥＣの最上部外側斜視図を表す。
【図５３】図５３は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の内側最上部および側面図を表す。
【図５４】図５４は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の内側最上部および側面図を表す。
【図５５】図５５は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の内側最上部および側面図を表す。
【図５６】図５６は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の外側、側部断面および前部断面図を表す。
【図５７】図５７は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の外側、側部断面および前部断面図を表す。
【図５８】図５８は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の外側、側部断面および前部断面図を表す。
【図５９】図５９は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の外側、側部断面および前部断面図を表す。
【図６０】図６０は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の外側、側部断面および前部断面図を表す。
【図６１】図６１は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の外側、側部断面および前部断面図を表す。
【図６２】図６２は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の側部、底部および最上部分解図を表す。
【図６３】図６３は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の側部、底部および最上部分解図を表す。
【図６４】図６４は、ナトリウム蒸気室およびアルカリ金属熱電気コンバータ組立体の側部、底部および最上部分解図を表す。
【図６５】図６５は、分解された水蒸気室構成部品と共に下部エンジンハウジングの最上部、側部および下面図を表す。
【図６６】図６６は、分解された水蒸気室構成部品と共に下部エンジンハウジングの最上部、側部および下面図を表す。
【図６７】図６７は、分解された水蒸気室構成部品と共に下部エンジンハウジングの最上部、側部および下面図を表す。
【図６８】図６８は、ナトリウム蒸気室および分解されたアルカリ金属熱電気コンバータ断熱カバーと共にエンジン組立体の側部透視図を表す。
【図６９】図６９は、エンジン組立体全体の側部および前部断面図を表す。
【図７０】図７０は、エンジン組立体全体の側部および前部断面図を表す。
【図７１】図７１は、Ｇサイクル回転羽根エンジンプロセスを表す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【図４６】
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【図４７】
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【図４８】
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【図４９】
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【図５０】
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【図５１】
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【図５２】
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【図５３】
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【図５４】
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【図５５】
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【図５６】
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【図５７】
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【図５８】
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【図５９】
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【図６０】
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【図６１】
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【図６２】
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【図６３】
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【図６４】
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【図６５】
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【図６６】
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【図６７】
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【図６８】
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【図６９】
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【図７０】
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【図７１】
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【国際調査報告】
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