(57)【要約】  本発明はそのポート付け（ｐｏｒｔｉｎｇ）コンフィギュレーションが摩擦を最小化し、効率を最大化するプライマリー及びセカンダリー室（２０８，２０２）を形成するために交差するローターを組み入れたドーナツ形交差ベーン機械を提供する。特に、本発明の目的は、そのローターの１つ又はもう１つの機能を“流体移動（ｆｌｕｉｄ  ｍｏｖｉｎｇ）”のそれから“バルブ動作（ｖａｌｖｉｎｇ）”のそれへ修正し、それによりかみ合い面のインターフエースでの圧力負荷と付随する非効率を減じることにより、外部ギアリングの必要無しで、かみ合い面による摩擦損失を大幅に減じるドーナツ形交差ベーン機械を提供することである。ここで説明する本発明はこれらの改良に関する。
2007517154.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側面を有する支持構造体と、前記支持構造体内に回転可能に設置された第１ローターと、そして少なくとも１つの交差する第２ローターと、を具備するドーナツ形交差ベーン機械に於いて、
（ａ）前記第１ローターは、前記第１ローターの半径方向に内方の周面上に位置付けられた複数のプライマリーベーンを備え、前記第１ローターは複数のプライマリー室を規定する前記プライマリーベーンと前記支持構造体の前記内側面の間の空間を備えており、該機械は又
（ｂ）前記プライマリー室内への流体の流れを可能にするインテークポートと、前記プライマリー室からの該流体のエグゾーストを可能にするエグゾーストポートと、を具備しており、
（ｃ）前記第２ローターは前記第２ローターの半径方向に外方の周面上に位置付けられた複数のセカンダリーベーンを備え、該第２ローターは複数のセカンダリー室を規定する前記セカンダリーベーンと前記支持構造体の前記内側面の間の空間を備えており、
（ｄ）前記第１ローターの第１回転軸線と前記第２ローターの第２回転軸線は、前記回転軸線が交差しないよう、配置されており、前記第１ローター、前記第２ローター、プライマリーベーンそしてプライマリーベーンは、前記プライマリーベーンと前記セカンダリーベーンがそれらの回転中、１箇所だけで交差するよう、配置されており、そして
（ｅ）該セカンダリーベーンは該プライマリー室を積極的に排気し、該プライマリー室内の該流体を加圧し、該セカンダリー室内の流体は実質的に加圧されないことを特徴とする該機械。
【請求項２】
前記インテークポートは同じプライマリー室内のエグゾーストポートと実質的に流体的連通関係にないことを特徴とする請求項１の該機械。
【請求項３】
少なくとも２つの連続するプライマリーベーンの前面は少なくとも２つの連続するセカンダリーベーンの後面と接触することを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項４】
更に、前記第１回転軸線の周りに半径方向に位置付けられた複数の前記第２ローターを具備しており、前記セカンダリー室はインテークポート及びエグゾーストポートと同時に流体的連通関係にはないことを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項５】
前記支持構造体は複数の楔型セクターを備えており、前記第２ローターは隣接するセクター間に閉じ込められることを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項６】
前記セカンダリーベーンの軸方向幅の前記プライマリーベーンの軸方向幅に対する比１が１：１より小さいことを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項７】
前記セカンダリーベーンの軸方向幅の前記プライマリーベーンの軸方向幅に対する比が０．５：１より小さいことを特徴とする請求項６の該機械。
【請求項８】
該セカンダリーベーンはセカンダリートラック内を進行し、前記エグゾーストポートは該セカンダリートラック内に配置されることを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項９】
該インテークポートは該プライマリーベーンとセカンダリーベーンの交差点に近接して配置されることを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項１０】
前記第２ローターの各々間の距離が同じであることを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項１１】
前記第２ローターの各々間の距離が異なることを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項１２】
前記第２ローターの少なくとも１つの対間の距離は前記第２ローターの少なくとも１つの他の対の間の距離と異なることを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項１３】
該交差点に於ける前記第２ローターの少なくとも２つ間の距離は前記プライマリー室の長さより小さいことを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項１４】
該交差点に於ける前記第２ローターの少なくとも２つ間の距離は前記プライマリー室の長さより大きいことを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項１５】
該交差点に於ける前記第２ローターの少なくとも２つ間の距離は前記プライマリー室の長さより小さく、そして該交差点に於ける前記第２ローターの少なくとも２つ間の距離は前記プライマリー室の長さより大きいことを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項１６】
前記第２ローターは、ギア比により割り算された前記第１ローター上の前記プライマリーベーンの数と等しい数の前記セカンダリーベーンを有し、該ギア比は前記第１ローターの回転当たりの前記第２ローターの各々の回転に等しいことを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項１７】
前記ギア比が少なくとも１：１であることを特徴とする請求項１６の該機械。
【請求項１８】
前記ギア比が少なくとも１．５：１であることを特徴とする請求項１６の該機械。
【請求項１９】
該機械が前記第１及び／又は第２ローターをドライブするよう結合された入力動力供給用外部手段を有する圧縮機又はポンプとしてコンフィギュアされるか、又は前記第１及び／又は第２ローターに結合された出力動力を使うための外部手段を有するエクスパンダーとしてコンフィギュアされるか、又はそれらの組み合わせであることを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項２０】
該プライマリー室を通した合計流体流量が毎分少なくとも１７００回転の前記第１ローターのプライマリー速度で毎分少なくとも約７．０７５立方メートル（２５０立方フイート）であることを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項２１】
前記第２ローターの速度が、該プライマリー室を通した最大流体流量で毎分少なくとも３０００回転であることを特徴とする請求項２０の該機械。
【請求項２２】
該プライマリー室容積が少なくとも約１２．２９立方センチメートル（約０．７５立方インチ）であることを特徴とする請求項２１の該機械。
【請求項２３】
該セカンダリー室容積が約８．１９５立方センチメートル（約０．５立方インチ）より小さいことを特徴とする請求項２１の該機械。
【請求項２４】
第１プライマリー室の少なくとも１つのエグゾーストポートが第２プライマリー室のインテークポートと流体的に連通関係にあることを特徴とする請求項２の該機械。
【請求項２５】
内側面を有する支持構造体と、前記支持構造体内に回転可能に設置された第１ローターと、そして少なくとも１つの交差する第２ローターと、を具備するドーナツ形交差ベーン機械に於いて、
（ａ）前記第１ローターは、前記第１ローターの半径方向に内方の周面上に位置付けら
れた複数のプライマリーベーンを備え、前記第１ローターは複数のプライマリー室を規定する前記プライマリーベーンと前記支持構造体の前記内側面の間の空間を備えており、
（ｂ）前記第２ローターは前記第２ローターの半径方向に外方の周面上に位置付けられた複数のセカンダリーベーンを備え、該第２ローターは複数のセカンダリー室を規定する前記セカンダリーベーンと前記支持構造体の前記内側面の間の空間を備えており、該機械は又
（ｃ）前記セカンダリー室内への流体流れを可能にするインテークポートと、前記セカンダリー室からの該流体のエグゾーストを可能にするエグゾーストポートと、を具備しており、
（ｄ）前記第１ローターの第１回転軸線と前記第２ローターの第２回転軸線は、前記回転軸線が交差しないよう、配置されており、前記第１ローター、前記第２ローター、プライマリーベーンそしてセカンダリーベーンは、前記プライマリーベーンと前記セカンダリーベーンがそれらの回転中、１箇所だけで交差するよう、配置されており、そして
（ｅ）該プライマリーベーンは該セカンダリー室を積極的に排気し、該セカンダリー室内の該流体を加圧し、該プライマリー室内の流体は実質的に加圧されないことを特徴とする該機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は一般的に相互にかみ合い動作するローターを有する回転機械に関し、特に流体機械用のかみ合いローターを有する回転機械に関する。
【０００２】
本発明は全体で又は部分的にエネルギー省（Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ  ｏｆ  Ｅｎｅｒｇｙ）からの助成金によりサポートされた。政府は本発明の或る権利を有する。
【背景技術】
【０００３】
かみ合うローター（ｉｎｔｅｒｍｅｓｈｉｎｇ  ｒｏｔｏｒｓ）を組み入れた機械（Ｍａｃｈｉｎｅｓ）が説明されて来た。特許文献１及び２参照。該特許及び刊行物の内容はそれら全体で引用によりここに組み入れられる。しかしながら、これらの機械の効率の改良が望まれる。
【特許文献１】Ｃｈｏｍｙｓｚａｋ、米国特許第５，２３３，９５４号明細書、１９９３年８月１０日発行
【特許文献２】Ｔｏｍｃｙｚｋ、米国特許出願公開第２００３／０１１１０４０号明細書、２００３年６月１９日刊行
【特許文献３】米国特許第５，２３３，８５４号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
結果として、本発明の目的は、摩擦を減らし、効率を増すポート付けコンフィギュレーション（ｐｏｒｔｉｎｇ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）を有するプライマリー及びセカンダリー室（ｐｒｉｍａｒｙ  ａｎｄ  ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｃｈａｍｂｅｒｓ）を形成するために交差するローター（ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ  ｒｏｔｏｒｓ）を組み入れたドーナツ形交差ベーン機械（ｔｏｒｏｉｄａｌ  ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ  ｖａｎｅ  ｍａｃｈｉｎｅ）を提供することである。特に、本発明の目的はドーナツ形自己同期交差ベーン機械（ｔｏｒｏｉｄａｌ  ｓｅｌｆ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ  ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ  ｖａｎｅ  ｍａｃｈｉｎｅ）を含むが、それに限定しない、ドーナツ形交差ベーン機械を提供することであり、それは外部ギアリング（ｒｘｔｅｒｎａｌ  ｇｅａｒｉｎｇ）の必要が無く、かみ合い面（ｍｅｓｈｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅｓ）による摩擦損失を大幅に減ずる。これは、該ローターの１つ又はもう１つの機能を“流体移動（ｆｌｕｉｄ  ｍｏｖｉｎｇ）”のそれから“バルブ動作（ｖａｌｖｉｎｇ）”のそれへ修正し、それによりかみ合い面のインターフエースでの圧力負荷と付随する非効率を減じる、ことにより達成される。ここで説明される発明はこれらの改良に関する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
かくして、本発明は、内側面（ｉｎｓｉｄｅ  ｓｕｒｆａｃｅ）を有する支持構造体（ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｇ  ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）、前記支持構造内に回転可能に設置された、第１ローターそして少なくとも１つの交差する第２ローター、好ましくは複数の第２ローターがよいが、を備える交差ベーン機械を具備し、そこでは
（ａ）前記第１ローターは、前記第１ローターの半径方向に内方の周面（ａ  ｒａｄｉａｌｌｙ  ｉｎｎｅｒ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ）上に位置付けられた複数のプライマリーベーン（ｐｒｉｍａｒｙ  ｖａｎｅｓ）を備え、前記第１ローターは複数のプライマリー室を規定する前記プライマリーベーンと前記支持構造体の前記内側面の間の空間を備えており、該機械は又
（ｂ）前記プライマリー室内への流体の流れを可能にするインテークポート（ｉｎｔａｋｅ  ｐｏｒｔ）と、前記プライマリー室からの該流体のエグゾーストを可能にするエグ
ゾーストポート（ｅｘｈａｕｓｔ  ｐｏｒｔ）と、を具備しており、
（ｃ）前記第２ローターは、前記第２ローターの半径方向に外部の周面（ａ  ｒａｄｉａｌｌｙ  ｏｕｔｅｒ  ｐｅｒｉｐｈｅｒａｌ  ｓｕｒｆａｃｅ）上に位置付けられた複数のセカンダリーベーン（ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  ｖａｎｅｓ）を備え、該第２ローターは複数のセカンダリー室を規定する前記セカンダリーベーンと前記支持構造体の前記内側面の間の空間を備えており、
（ｄ）前記第１ローターの第１回転軸線と前記第２ローターの第２回転軸線は、前記回転軸線が交差しないよう配置されており、前記第１ローター、前記第２ローター、プライマリーベーンそしてセカンダリーベーンは、前記プライマリーベーンと前記セカンダリーベーン（又は隣接物）がそれらの回転中１箇所だけで交差するよう配置されており、そして
（ｅ）該セカンダリーベーンは該プライマリー室を積極的に排気（ｄｉｓｐｌａｃｅ）し、該プライマリー室内の流体を加圧し、該セカンダリー室内の流体は実質的に加圧されない。
【０００６】
本発明は好ましくはドーナツ形交差ベーン機械であるのがよい。１実施例では、本発明は自己同期交差ベーン機械である。しかしながら、ここで説明する特徴は、例えば、円柱状交差ベーン機械（ｃｙｌｉｎｄｒｉｃａｌ  ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｎｇ  ｖａｎｅ  ｍａｃｈｉｎｅ）を含む他の交差ベーン機械にも同様に適用され得る。
【０００７】
１実施例では、第２ローターは前記第１ローターの前記第１回転軸線の周りに半径方向に位置付けられる。該支持構造体は簡便には複数の楔型セクター（ｗｅｄｇｅ−ｓｈａｐｅｄ  ｓｅｃｔｏｒｓ）を有し、該第２ローターは隣接するセクター間に閉じ込められる（ｅｎｃａｐｓｕｌａｔｅｄ）。該セクターは同じサイズか又は異なることが出来て、第２ローターを閉じ込めるか又は閉じ込めないことも可能である。該セクターは、組み合わせられると、該第１ローターにより創られる回転面に平行な円形面を完成する。すなわち、各楔を規定する角度の合計は３６０度である。このコンフィギュレーションは流量、圧力差、他での可変性（ｖａｒｉａｂｉｌｉｔｙ）を有する調整容易な機械を可能にする。
【０００８】
かくして、第２ローター（又は該ローターの各対）の各々間の距離は同じであるか又は異なることが出来る。１実施例では、前記第１ローターとの交差点での該第２ローターの少なくとも２つ間の距離は前記プライマリーベーン及び／又は室の長さより小さい。このコンフィギュギュレーションは、該インテークポートにより充たされる該プライマリー室の容積が、それが該セカンダリーベーンを完全にクリアする時、該室の容積より小さくなることを可能にする。もう１つの実施例では、前記ローターとの交差点での該第２ローターの少なくとも２つの間の距離は前記プライマリーベーン及び／又は室の長さより大きい。これは該プライマリー室内へ導入され得る流体量を最大化する。なおもう１つの実施例では、これらのコンフィギュレーションの組み合わせが含まれ得る。
【０００９】
第１及び第２ローターが交差するので、プライマリー及びセカンダリーベーンの移動路（ｐａｔｈｓ  ｏｆ  ｔｒａｖｅｌ）｛又はトラック（ｔｒａｃｋｓ）｝は交差する。エグゾーストポートは該交差点の近くに配置され得る。代わりに、該エグゾーストポートは該交差点に対し遠位に配置されることも出来る。１実施例では、該エグゾーストポートは該セカンダリーベーンの移動路に沿うことも出来る。更に、該インテークポートは該プライマリーベーンとセカンダリーベーンの交差点又は移動の通路の交差点に近接して配置され得る。該エグゾーストポートとインテークポートが各交差点に配置されるところでは、該エグゾーストポートは、該プライマリーベーンが該インテークポートと接触する前に、移動するプライマリーベーンに接触し得る。該エグゾーストポートは該インテークポートと流体的に連通関係に入らない（ｎｏｔ  ｉｎ  ｆｌｕｉｄ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ）。
【００１０】
該機械は圧縮機（ｃｏｍｐｒｅｓｓｏｒ）、ポンプ、エクスパンダー（ｅｘｐａｎｄｅｒ）又はそれらの組み合わせとしてコンフィギュアされ得る。それは該第１及び／又は第２ローターをドライブするよう結合された外部入力動力源（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｉｎｐｕｔ  ｐｏｗｅｒ  ｓｕｐｐｌｙ）を有することが出来るか、又はそれは外部出力動力ユーザー（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｏｕｔｐｕｔ  ｐｏｗｅｒ  ｕｓｅｒ）を有することが出来る。又それは内燃機関（ｉｎｔｅｒｎａｌ  ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ  ｅｎｇｉｎｅ）としてコンフィギュアされることが出来る。
【００１１】
１実施例では、１つのローターのベーンの前面、又は前縁（ｌｅａｄｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ，  ｏｒ  ｅｄｇｅ）が、それらが幾何学的に同期化され、それにより外部ギアトレイン（ｅｘｔｅｒｎａｌ  ｇｅａｒ  ｔｒａｉｎ）の使用を除くよう、ベーンのスペーシングを有してもう１つのローターのベーン又は隣接物（ａｂｕｔｍｅｎｔ）の後面、又は後縁（ｔｒａｉｌｉｎｇ  ｓｕｒｆａｃｅ，  ｏｒ  ｅｄｇｅ）をドライブする。例えば、少なくとも２つの連続するプライマリーベーンの前面は少なくとも２つの連続するセカンダリーベーンの後面に接触する。該実施例は関連デューティを提供するために交差するベーン機構の固有な設計（ｉｎｈｅｒｅｎｔ  ｄｅｓｉｇｎ）に依存する。外部ギアトレイン用特別装置の除去はそれにより複雑さとコストの節約に帰着する。
【００１２】
１実施例では、自己同期ドーナツ形交差ベーン機械は圧縮機、ポンプ又はエクスパンダー又はそれらの組み合わせとしてコンフィギュアされ、そこでは初期入力動力を供給する外部手段は前記第１又は第２ローターへの中央シャフトコネクト（ｃｅｎｔｒａｌ  ｓｈａｆｔ  ｃｏｎｎｅｃｔ）に結合される。
【００１３】
該機械は広範囲のギア比を有し得る。１実施例では、該第２ローターは｛ギア比（ＧＥＡＲ  ＲＡＴＩＯ）｝で割り算した（前記第１ローター上の前記プライマリーベーンの数）に等しい前記セカンダリーベーンの数を有し、そこではギア比（ＧＥＡＲ  ＲＡＴＩＯ）は前記第１ローターの回転当たりの前記第２ローターの各々の回転に等しい。好ましくは、該ギア比は少なくとも１：１、好ましくは少なくとも１．５：１、そしてもっと好ましくは約２：１がよい。
【００１４】
更に、該機械は広範囲の流体流量及び／又は各ローター用の回転速度に適合出来る。勿論、該流体流量は各室の容積及び該ローターの回転速度に依存する。例えば、該流体流量は、少なくとも約０．８４９立方メートル／分（約３０ＣＦＭ）、好ましくは少なくとも約７．０７５立方メートル／分（約２５０ＣＦＭ）、又は少なくとも約２８．３立方メートル／分（約１０００ＣＦＭ）、の様に、約０．０００１４１５立方メートル／分｛０．００５立方フイート／分（ＣＦＭ）｝より大きく出来る。一般に、該流体流量は約０．１４１５×１０６立方メートル／分（５×１０６ＣＦＭ）より小さいだろう。又ローターの回転速度は広く変化し得る。例えば、第１ローターは毎分１回転（ＲＰＭ）より少ない速度で回転し得る。しかしながら、それは、少なくとも約５００ＲＰＭｓ、好ましくは少なくとも約１０００ＲＰＭ、もっと好ましくは少なくとも１５００ＲＰＭの様な、遙かに高い速度で一般に回転する。同様に、該第２ローターは毎分１回転（ＲＰＭ）より少ない速度で回転し得る。しかしながら、それは、少なくとも約５００ＲＰＭｓ、好ましくは少なくとも約１０００ＲＰＭ、もっと好ましくは少なくとも２０００ＲＰＭの様な、遙かに高い速度で一般に回転する。
【００１５】
１実施例では、該プライマリー室を通る流体の全流量は、少なくとも毎分１７００回転の前記第１ローターのプライマリー速度で少なくとも毎分約７．０７５立方メートル（２５０立方フイート）とすることが出来る。１実施例では、前記第２ローターの速度は少なくとも毎分３０００回転とすることが出来る。この好ましいコンフィギュレーションでは、前記プライマリーベーンの軸方向幅に対する前記セカンダリーベーンの軸方向幅の比は１：１より少なく、好ましくは０．５：１より少なくすることが出来る。該プライマリー室容積は少なくとも約１２．２９立方センチメートル（約０．７５立方インチ）、好ましくは少なくとも約２４．５８５立方センチメートル（約１．５立方インチ）、より好ましくは約３２．７８立方センチメートル（約２立方インチ）とすることが出来て、そして／又は該セカンダリー室容積は約８．１９５立方センチメートル（約０．５立方インチ）より少なくすることが出来る。
【００１６】
もう１つの実施例では、該ポート付けコンフィギュレーション（ｐｏｒｔｉｎｇ  ｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）は、上記に比較して、逆にされる。かくして、該セカンダリー室がポート付けされ（ｐｏｒｔｅｄ）、該セカンダリー室の加圧を可能とさせ、該プライマリー室はポート付けされず、加圧されない。
【実施例１】
【００１７】
本発明はここで開示される実質的に改良されたドーナツ形交差ベーン機械を提供する。１実施例では、本発明は自己同期ドーナツ形交差ベーン機械である。本発明は支持構造体内に回転可能に設置された２つ以上のローターであるが、該ローターの各々のベーンが共通の領域又は交差部（ｃｏｍｍｏｎ  ｒｅｇｉｏｎ  ｏｒ  ｉｎｔｅｒｓｅｃｔｉｏｎ）を通過するよう設置された該２つ以上のローターを有する。各プライマリーローターのベーン間には、作動流体（ｗｏｒｋｉｎｇ  ｆｌｕｉｄ）を含み、交換する室がある。該ベーンの相互作用により該室の容積の変化が可能である。ローターとそれらのベーンは連続的に回転するので、それらはサイクリックな積極的排気ポンプ作用（ｃｙｃｌｉｃ  ｐｏｓｉｔｉｖｅ  ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ  ｐｏｍｐｉｎｇ  ａｃｔｉｏｎ）をもたらし、該作用は、ポンプ、圧縮機又はエクスパンダーの様な、作動流体の処理を可能にする。もし該過程に熱が付加されるなら、該機械はエンジンとして使われ得る。もし該過程から熱が除去されるなら、該機械は冷凍デバイス（ｒｅｆｒｉｇｅｒａｔｉｏｎ  ｄｅｖｉｃｅ）として使われ得る。
【００１８】
本発明やその追随する実施例が基づくドーナツ形の形状は非常に柔軟な設計プラットフオーム（ｖｅｒｙ  ｆｌｅｘｉｂｌｅ  ｄｅｓｉｇｎ  ｐｌａｔｆｏｒｍ）を提供する。それは非常にコンパクトな機械的パッケージを許容するのみならず、それは多数の属性（ａｔｔｒｉｂｕｔｅｓ）を提供するが、該属性は本発明が利用するポンプ作用を最適化し、熱力学的サイクルに益するよう、調整され得る。本発明のキーとなる特徴は、その作動流体の初期と最終の容積間でコンフィギュア可能な容積比を許容するその能力である。例えば、エンジンの場合、この１つの特徴は熱効率の重要な増加の能力を提供する。
【００１９】
図１Ａはプライマリー室２０８とセカンダリー室２０２に役立つポートを有する従来技術の略図を示す。セカンダリーベーン１２０はプライマリーベーン１２２と交差し、セカンダリー室２０２は流体入り口ポート２４０と流体的に連通し、プライマリー室２０８は流体出口ポート２３２と流体的に連通する。
【００２０】
図１Ｂは該プライマリー室２０８用流体入り口ポート２３０とセカンダリー室２０２用流体出口ポート２４２とを有する従来技術の略図を示す。
【００２１】
図２は本発明の実施例の略図を示し、該プライマリー室だけポート付けされ、それにより選択されるポートを除いている。図１Ａ及び１Ｂの番号付けシステムが保存されている。
【００２２】
図３は本発明の実施例の略図を示すが、該エグゾーストポート２３２はセカンダリーベーン１２０の通路内にコンフィギュアされる。この略図は又、該プライマリー室の長さ以
上である、ローター間の距離、Ａを描いている。
【００２３】
図４は本発明の実施例の略図を示すが、２つのローターは該プライマリー室の長さより短いＢだけ隔てられ、そして２つのローターはプライマリー室の長さより長いＡだけ隔てられる。
【００２４】
本発明は、例えば、引用によりここに組み入れられる特許文献３で説明される機械及びエンジンに使われてもよい。
【００２５】
良好なかみ合いと改良されたシーリングを可能にするために、特許文献３で説明される様に、第１ローター及びプライマリーベーン内周面は横方向に凹（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｌｙ  ｃｏｎｃａｖｅ）であり、該第２ローター及びセカンダリーベーンの外周面は横方向に凸（ｔｒａｎｓｖｅｒｓｅｌｙ  ｃｏｎｖｅｘ）である。
【００２６】
該機械は第１ローターにより課される幾何学的限界内でどんな数の第２ローターを有するよう設計されてもよい。該第２ローターを第１ローターのスピン軸線の周りに半径方向配向で配置するのが好ましい。該ローターの寸法を変えるか、又は使用されるローターの数を変えるか、何れかにより該機械の排気量（ｄｉｓｐｌａｃｅｍｅｎｔ）を変えることが可能である。ローター当たりのセカンダリーベーンの数は｛ギア比（ＧＥＡＲ  ＲＡＴＩＯ）｝で割り算した（前記第１ローター上の前記プライマリーベーンの数）に等しい。
【００２７】
自己同期した実施例（ｓｅｌｆ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ  ｅｍｂｏｄｉｍｅｎｔ）では、該機械は、好ましいとは言え必ずしも必要ではないが、該ローターの１つ上の中央に配置されたドライブシャフトか、又は該システム内へ接線方向に入る流体の流れか、何れかにより、スタートさせられる。該ドライブシャフトは１つ以上のローター上に在り得る。更に、該ドライブシャフトはプライマリー又はセカンダリーローター上に在り得る。
【００２８】
１実施例では、該機械のエネルギー出力は圧縮システム内の圧縮空気である。もう１つの実施例では、該エネルギー出力はエクスパンダーシステム内のドライブシャフトを経由する。なおもう１つの実施例では、例えば、多段圧縮又は膨張で使われる様な、圧縮及び／又は膨張システムの組み合わせが１つのプライマリーローター上で現出する。
【００２９】
該機械は多段圧縮機としてコンフィギュアされ得る。この様なデバイスの典型的応用は種々の工業的使用のための空気の圧縮に於いて現出する。この様なシステムで共通である様に、空気は１気圧の初期圧力から例えば中間圧力の約３気圧に圧縮される。該空気はオプションではインタークーラーを経由して冷却され、次いで中間圧力の３気圧から、例えば最終圧力の９気圧まで圧縮され、そしてそこでセパレーター（ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ）、ドライヤー（ｄｒｙｅｒｓ）、フイルター、他を有してもよい残りの空気システムへ放出される。この例では、各段階の圧力比は３：１にセットされるが、しかしながら、該機械は他の圧力比で同様に動作することも出来る。
【００３０】
図５を参照すると、該機械が反時計方向の仕方でＳ１からＳ９へラベル付けされた９つのセクター（ｓｅｃｔｏｒｓ）を有して示される。Ｓ１からＳ６のセクターは第１段階の圧縮用に使用される。セクターＳ７とＳ８は第２段階の圧縮用に使われる。この実施例はバッフアー、セクターＳ９の使用を示すが、それは第１段階と第２段階のセクターの間の最大圧力差を減じるために使われる。バッフアーの使用はオプションであるが、しかしながら、第１及び第２段階セクター間の圧力差を減じることはシーリング及び洩れの展望から有利である。
【００３１】
この実施例では、空気は１気圧の圧力で該機械に入る。入り口フイルターは空気流れか
ら微粒子を除去するためにオプションで提供される。該空気は第１段階入り口を通過し各セクターＳ１からＳ６の入り口ポートへ配分される。該機械のポートの各々に示される数は各ポートにある圧力（気圧での）を表す。空気はそれぞれの第１段階セクターの各々で３気圧の中間圧力まで圧縮され、出口ポートを通して放出され第１段階出口で集められる。かくして第１のプライマリー室のエグゾーストポートは第２のプライマリー室のインテークポートと流体的に連通している。典型的に、その空気はその温度を下げるためにインタークーラーを通過し、かくして第２段階で該空気を圧縮するのに必要な仕事量（ａｍｏｕｎｔ  ｏｆ  ｗｏｒｋ）を減じる。該空気は第２段階入り口を通過し、セクターＳ７とＳ８の入り口ポートに入り、該２つのセクターの各々で９気圧の最終圧力まで３：１の圧力比だけ再び圧縮される。該空気はそれらのそれぞれの出口ポートを経由して該セクターを出て、それが該圧縮空気システムの下流部分を通過する第２段階出口で該機械を離れる。
【００３２】
Ｓ１からＳ６の該第１段階セクター間の最大圧力差は、該出口圧力が３気圧であり、入り口圧力が１気圧であるとすれば、２気圧である。Ｓ７とＳ８の該第２段階セクター間の最大圧力差は、９気圧であるそれらの出口圧力と３気圧であるそれらの入り口圧力が与えられると、６気圧である。Ｓ６とＳ７の間の最大圧力差は、Ｓ６の出口圧力が３気圧に等しく、Ｓ７の入り口圧力も３気圧に等しいとすれば、０気圧である。Ｓ８とＳ９の間の最大圧力差は、Ｓ８の出口圧力が９気圧に等しく、Ｓ９の入り口圧力が３気圧に等しいとすれば、６気圧である。Ｓ９とＳ１の間の最大圧力差は、Ｓ９の出口圧力が３気圧に等しく、Ｓ１の入り口圧力が１気圧に等しければ、２気圧である。
【００３３】
もしセクターＳ９がバッフアー（ｂｕｆｆｅｒ）として作用するよう提供されないなら、セクターＳ１はセクターＳ８に隣接して配置され、その場合Ｓ１とＳ８の間の最大圧力差は、Ｓ８の出口圧力が９気圧に等しく、Ｓ１の入り口圧力が１気圧に等しければ、８気圧になるであろう。バッフアー、Ｓ９は該機械内の最大圧力差を８気圧から６気圧に減じる。該バッフアーは第２段階入り口を経由して３気圧の中間空気を提供される。該バッフアー内の空気は、圧縮が起こるために必要なシールの除去により圧縮を受けない。
【００３４】
２つより多い段階が適用され得て、追加のバッフアーが含まれ得ること、該段階が似た圧力比で運転され得ること又は各段階がそれ自身の独立した圧力比を有し得ることは、当業者には明らかである。又、該機械が種々の他の明らかなコンフィギュレーションと共に、多段エクスパンダーとしても、或いは恐らくは多段圧縮機及びエクスパンダーとしてコンフィギュアされ得ることも明らかである。
【００３５】
１実施例では、該機械のローターの全ては圧縮システムとして作用し得る。もう１つの実施例では、該ローターの全てはエクスパンダーシステムとして作用し得る。なおもう１つの実施例では、少なくとも１つの圧縮システムが少なくとも１つのエクスパンダーシステムと、該２システム間のエネルギー流れを伴って、結合され得る。該エネルギー流れは単方向であるか又は双方向であり得る。なおもう１つの実施例では、燃焼デバイスが、１つのシステム、好ましくは自己同期システム（ｓｅｌｆ−ｓｙｎｃｈｒｏｎｉｚｅｄ  ｓｙｓｔｅｍ）、に組み合わされる２つのこの様なシステム間内に置かれ得る。
【００３６】
エンジンでの熱力学的サイクルの該段階は、引用によりここに組み入れられる特許文献１で説明される。本発明のベーン機械の改良は、そこで説明される様に、エンジン内に容易に適合され得る。
【００３７】
ローターのベーンは、圧縮及び膨張位相中そして圧縮又は膨張が望まれるトラックで、シールを保持する必要があるだけである。これらの位相は比較的短い時間に、現実のローターの少量の回転内で起こるので、シーリングによる摩擦は大幅に減じられ得る。該ロー
ター回転の大きなパーセンテージはシーリングデバイスによっては邪魔されない。
【００３８】
室が加圧される又はシールされる必要のないところでは、トラック内の流体がそのトラック内で流れか又はもう１つのベーンをバイパスすること、そして加圧を避けることを可能にするよう製造されることが好ましい。１実施例では、該トラックの高さ及び／又は幅が該ベーン（その中又はその上に配置される何等かのシールと共に）の高さ又は幅より大きく、該ベーンが該トラック内で移動すると、該流体が該ベーンをバイパスすることを可能にする。もう１つの実施例では、該ベーンの頂面はその長さに沿う溝（ｇｒｏｏｖｅ）を有するようコンフィギュアされ、該溝は流体が該ベーンをバイパスすることを可能にする。
【００３９】
該機械は１種類の流体（ｓｉｎｇｌｅ  ｆｌｕｉｄ）又は多種類の流体（ｍｕｌｔｉｐｌｅ  ｆｌｕｉｄｓ）で作動するよう適合され得る。ここで使われる時、用語“流体（ｆｌｕｉｄ）”は何等かの液体又はガスを意味するよう意図される。流体の例は、空気、水そして燃料を含むがそれらに限定されない。多種類の流体が使われる時、それらは同じ又は異なる入力及びエグゾーストポートを通り、同じ又は異なるセカンダリーローター又はプライマリーローターを通るようポート付けされ（ｐｏｒｔｅｄ）得る。
【００４０】
ここで説明される改良の適用は特許文献１及び２で説明される機械と、他のドーナツ形ベーン機械の実施例に行われ得る。該特許及び刊行物の内容はそれら全体で引用によりここに組み入れられる。
【００４１】
寸法と範囲はここでは典型的デバイス寸法を図解する目的用としてのみ表明されている。本発明の原理で作られるデバイスの現実の寸法はそれらの基本的原理から発して列記した範囲外に変わっても良いのは明らかである。更に、当業者には、示され、説明された本発明の形式と詳細での種々の変化が行われてもよいことは明らかである。この様な変化はここに付属する請求項の精神と範囲内に含まれるよう意図されている。
【００４２】
本発明の前記及び他の目的、特徴そして利点は、付随する図面で図解された、本発明の好ましい実施例の上記のより特定的な説明から明らかになるが、その図面では種々の図を通して同じ部品は同様な参照文字で呼ばれる。該図面は必ずしもスケール合わせされておらず、代わりに本発明の原理の図解に力点が置かれている。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１Ａ−１Ｂ】従来技術の略図を示し、プライマリー及びセカンダリーの両室がポート付け（ｐｏｒｔｅｄ）されている。
【図２】本発明の実施例の略図を示し、プライマリー室だけがポート付けされている。
【図３】本発明の実施例の略図を示し、そのエグゾーストポートはセカンダリーベーンの通路内にコンフィギュアされている。又この略図はローター間の距離が同じであり、プライマリー室の長さを超えることを描いている。
【図４】本発明の実施例の略図を示し、２つのローターがプライマリー室の長さより少なく隔てられ、２つのローターはプライマリー室の長さより大きく隔てられている。
【図５】空気が２段階で圧縮される多段圧縮機を有する本発明の実施例の略図を示す。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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