(57)【要約】  本発明は、膨張器の形態をした回転式機械（１）に関する。膨張器（１）は、キャビティ（９）を含んでいるハウジング（５）と、キャビティ（９）と連通している入口ダクト（１１）及び出口ダクト（１２）と、ロータ軸線（Ａ）を有しているロータ（２）と、ロータ（２）の溝（１８）それぞれに移動可能に受容されていると共に制御アーム（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の一方の端部に軸線（Ｃ）を中心として回転可能に接続されている多数のベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）であって、他方の端部において、ハウジング（５）のキャビティ（９）を貫通して中心に延在している固定式シャフト（２４）に回転可能に支持されている多数のベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と、キャビティ（９）の一部分である少なくとも１つの動作チャンバ（９ａ）とを含んでいる。ハウジング（５）は、ロータ（２）及びベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と相互作用する円筒状内側中間部分（５ｃ）を含んでいる。ロータ（２）が、ラジアル方向に延在しているフランジ部分（２ａ′，２ｂ′）を有しているリール状構造体を形成しており、リール状構造体は、ベーンと共に回転可能とされ、ベーンの端面それぞれが、リール状構造体に抗している。
2015505935.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
膨張器の形態をした回転式機械（１）であって、
円筒状内部キャビティ（９）と端部カバー（５ａ，５ｂ）それぞれとを有しているハウジング（５）と、
前記ハウジング（５）に配置されている共に前記円筒状内部キャビティ（９）と連通している入口ダクト（１１）及び出口ダクト（１２）と、
前記ハウジング（５）に受容及び支持されていると共にロータ軸線（Ａ）を有しているロータ（２）と、
前記ロータ（２）に形成された溝（１８）それぞれに移動可能に受容されている１つ以上のベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）であって、前記ベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）が、制御アーム（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の一方の端部に軸線（Ｃ）を中心として回転可能に接続されており、他方の端部において、前記ハウジング（５）の前記円筒状内部キャビティ（９）を貫通して中心に延在している軸線（Ｂ）と一致している中心軸線（Ｂ）を有しているシャフト（２４）に回転可能に支持されており、前記軸線（Ｂ）が、前記ロータ軸線（Ａ）と平行に且つ前記ロータ軸線（Ａ）から所定距離（ｄ）で離隔しており、ベーン先端部それぞれが、前記ベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と前記制御アーム（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）とを接続する継手を貫通した軸線に曲率中心を有している円筒状面区域を描く、１つ以上の前記ベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と、
前記円筒状内部キャビティ（９）の一部分である少なくとも１つの動作チャンバ（９ａ）であって、前記ハウジング（５）の内周面（５ｄ）、前記ロータ（２）の周面（１８ｃ）、及び少なくとも１つの前記ベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）の側面（１５′）の間に形成されている少なくとも１つの前記動作チャンバ（９ａ）と、
を備えている前記回転式機械（１）において、
前記ロータ（２）自体が、動力を出力するためのユニットを構成しており、
前記ロータ（２）が、リール状構造体として構成されており、前記リール状構造体が、ラジアル方向に延在しているフランジ部分（２ａ′，２ｂ′）を有しており、前記フランジ部分（２ａ′，２ｂ′）が、前記ベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と共に回転可能とされ、前記ベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）の端部面（１５ａ″，１５ｂ″，１５ｃ″）が、前記フランジ部分（２ａ′，２ｂ′）に対して抗しており、
ラジアル方向に延在している前記フランジ部分（２ａ′，２ｂ′）が、前記ハウジング（５）の円筒状中間部分（５ｃ）の前記円筒状内部キャビティの直径を越えて延在しており、これにより、前記ハウジング（５）の内部の前記円筒状中間部分（５ｃ）の端部それぞれにおいて前記端部カバー（５ａ，５ｂ）それぞれと共にラビリンスシールを形成していることを特徴とする回転式機械。
【請求項２】
前記ロータ（２）が、２つの本体（２ａ，２ｂ）から構成されており、
前記本体（２ａ，２ｂ）が共に、前記リール状構造体を形成していることを特徴とする請求項１に記載の回転式機械。
【請求項３】
ハウジング（５ｃ′）が、２つの略Ｃ字状ハウジング部品（５ｅ，５ｆ）から構成されており、
前記略Ｃ字状ハウジング部品（５ｅ，５ｆ）が共に、アキシアル方向に延在している仕切り面を有しているハウジングを形成しており、一体化された前記リール状構造体の上に取り付けられるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の回転式機械。
【請求項４】
ラジアル方向に延在している前記フランジ部分（２ａ′，２ｂ′）が、前記フランジ部分（２ａ′，２ｂ′）の周囲面に、前記端部カバー（５ａ，５ｂ）それぞれの内周の表面に対する小さい間隙を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の回転式機械。
【請求項５】
ラジアル方向に延在している前記フランジ部分（２ａ′，２ｂ′）が、前記フランジ部分（２ａ′，２ｂ′）のラジアル方向に延在している表面に、前記端部カバー（５ａ，５ｂ）それぞれの内側端部の表面に対する小さい間隙を有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の回転式機械。
【請求項６】
ラジアル方向に延在している前記フランジ部分（２ａ′，２ｂ′）が、前記フランジ部分（２ａ′，２ｂ′）のラジアル方向に延在している表面に、中間ハウジング（５ｃ）のラジアル方向に延在している外側且つ反対側の表面に対する小さい間隙を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の回転式機械。
【請求項７】
前記表面同士の間に形成された前記小さい間隙が、非接触式ラビリンスシールの形態とされることを特徴とする請求項４〜６のいずれか一項に記載の回転式機械。
【請求項８】
前記表面同士の間に形成された前記小さい間隙のうち少なくとも１つの間隙には、例えば“ピストンリング”式のような機械式シールが設けられていることを特徴とする請求項４〜７のいずれか一項に記載の回転式機械。
【請求項９】
前記ベーンの数量が、３個より多いことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項に記載の回転式機械。
【請求項１０】
前記ベーンの数量が、６個であることを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項に記載の回転式機械。
【請求項１１】
前記ベーン先端部が、シール手段を含んでいることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一項に記載の回転式機械。
【請求項１２】
前記ベーンの前記溝（１８ａ）が、前記ベーン（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）それぞれと相互作用する滑り軸受（２２）を含んでいることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか一項に記載の回転式機械。
【請求項１３】
固定された前記シャフト（２４）が、前記シャフト（２４）の自由端において、偏心アダプタ（２５）によって前記ロータ（２）に支持及び固定されていることを特徴とする請求項１〜１２のいずれか一項に記載の回転式機械。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、膨張器の形態をした回転式機械であって、円筒状内部キャビティと端部カバーそれぞれとを有しているハウジングと、ハウジングに配置されている共に円筒状内部キャビティと連通している入口ダクト及び出口ダクトと、ハウジングに受容及び支持されていると共にロータ軸線を有しているロータと、ロータに形成された溝それぞれに移動可能に受容されている１つ以上のベーンであって、ベーンが、制御アームの一方の端部に軸線を中心として回転可能に接続されており、他方の端部において、ハウジングの円筒状内部キャビティを貫通して中心に延在している軸線と一致している中心軸線を有しているシャフトに回転可能に支持されており、軸線が、ロータ軸線と平行に且つロータ軸線から所定距離で離隔しており、ベーン先端部それぞれが、ベーンと制御アームとを接続する継手を貫通した軸線に曲率中心を有している円筒状面区域を描く、１つ以上のベーンと、円筒状内部キャビティの一部分である少なくとも１つの動作チャンバであって、ハウジングの内周面、ロータの周面、及び少なくとも１つのベーンの側面の間に形成されている少なくとも１つの動作チャンバと、を備えている回転式機械において、ロータ自体が、動力を出力するためのユニットを構成している、回転式機械に関する。
【０００２】
本明細書において説明及び図解する回転式機械は、特に膨張器として蒸気によって駆動されるように構成されている。
【背景技術】
【０００３】
また、回転式機械は、熱力学的動作機械であるが、特定の変更を施した後には、圧縮機、真空ポンプ、熱交換器、及び内燃機関としても利用可能とされる。回転式機械は、当該回転式機械の原理が過給機関の圧縮機ユニット及び内燃機関ユニットの両方のために利用されるように、同一のユニットを直列に組み付けて構成されている。この段階において既に、回転式機械がクランクシャフトを備えていないこと、及び、回転式機械がその動力をロータに供給するか、又はロータから引き出すことに留意すべきである。
【０００４】
本発明における回転式機械は、参照のために本明細書に組み込まれている特許文献１に開示される回転式機械のさらなる発展形態であるが、依然として類似する多くの特徴を有している。
【０００５】
既知の回転式内燃機関は、回転式ピストンエンジンとして実現されている（ワンケル）。ここで、回転式ピストンは、湾曲した三角状の形状を有しているロータの形態とされ、円筒状チャンバ内で回転する。このような内燃機関は、複雑な構成を有しており、さらにはロータが円筒状壁に対するシールに関する重大な問題を有している。さらに、これら内燃機関の燃料消費は大きい。
【０００６】
特許文献２から知られるように、内燃機関は、連続的に回転可能とされるロータを受容する動作チャンバを燃焼ガスのための入口及び出口に加えて具備する、エンジンハウジングを有している。ロータは、略シリンドリカル状とされ、ロータは、ロータの表面とキャビティを形成しているハウジングの内面とによって形成されている、直径方向において反対側に位置する燃焼チャンバを含んでいるキャビティであって、楕円状に構成されているキャビティ内で回転している。ロータは、ラジアル方向に延在している滑り溝を具備して構成されており、滑り溝は、滑り溝内でラジアル方向において前後に滑動可能とされるガイドウィングピストンを受容及び案内する。ガイドウィングピストンは、ピストンロッドを介して、支承されたクランクシャフトの一部分であるクランクに回転可能に結合されている。ロータが回転する場合には、ガイドウィングピストンは、クランクに固定されたジャーナルに起因して、滑り溝の内部でラジアル方向において前後に移動する。このようにして、第１のウィングセットは、キャビティの一部分すなわち第１の燃焼チャンバの内部で動作する一方、第２のウィングセットは、直径方向において反対側のチャンバの内部で動作する。
【０００７】
特許文献３は、固定式ハウジングとロータを受容するキャビティとを有しているウィングタイプの回転式ポンプを開示している。ロータは、その内部でウィングそれぞれが移動するスリット溝を有しているが、ウィングは、ロータの回転それぞれのためにスリット溝内でハウジングの内周面に向かって又は離隔するように移動する。
【０００８】
特許文献４は、２つのチャンバを有しているがバルブを具備しない回転式蒸気エンジンを開示している。また、このエンジンは、各セットについて３つのブレードを有しているロータブレードの２つのセットを有している。ロータブレードの各セットは、楕円状のモータハウジングの内部において共通する固定式クランクシャフトの自身の偏心点の周りに回転する。ドラム式ロータは、モータハウジングの内部に且つ中央に取り付けられており、直径方向において反対側に位置すると共にラジアル方向に延在している２つの動作チャンバを形成している。また、当該特許文献では、それらの中央端部のウィングは、偏心配置された固定式シャフトスタブに支持されている。しかしながら、ウィングは、連接されていないが、ロータの周囲に配置された軸受に支持された状態で反対側の端部において傾斜可能とされる。
【０００９】
また、ベーンタイプのポンプ及び圧縮機が知られている。特許文献５は、高剛性のベーンとポンプハウジング内に偏心して支持されているロータとを有しているベーンタイプのポンプに関する。ロータは、ベーンがラジアル方向において貫通すると共に案内されるスリットを有している。滑り開口部の側面それぞれには、シールが配置されている。
【００１０】
特許文献６は、モータ、圧縮機又はポンプとして利用可能とされるベーンタイプの回転式機械を開示している。また、これは、偏心して取り付けられたロータであって、多数の高剛性のベーンがラジアル方向において通過するロータを有している。
【００１１】
特許文献７、特許文献８、及び特許文献９は、従来技術のさらなる実施例を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】国際公開第９９／４３９２６号
【特許文献２】独国特許第３０１１３９９号明細書
【特許文献３】米国特許第４０６１４５０号明細書
【特許文献４】米国特許第４４５１２１９号明細書
【特許文献５】米国特許第４４５１２１８号明細書
【特許文献６】米国特許第４３８５８７３号明細書
【特許文献７】米国特許第３５３７４３２号明細書
【特許文献８】米国特許第４７６７２９５号明細書
【特許文献９】米国特許第５１３５３７２号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の様々な目的は、利用及び用法に関して幾分相違するが、多相流体を揚水することと、低燃料消費と、一酸化炭素、亜硝酸ガスや未燃焼炭化水素のような汚染物質の低排出とを可能とする、高い効率を有する回転式機械を提供することである。
【００１４】
さらに、本発明における一の目的は、小さい構造すなわち効果に対して小さいエンジン容積及び小さい全体容積のの回転式機械を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、ハウジングが、内側の円筒状中間部品の端部それぞれにおいてロータ、ベーン、及び端部カバーと相互作用する内側の円筒状中間部品から組み立てられること、及び、ロータが、ラジアル方向に延在しているフランジ部分であって、ベーンと共に回転可能とされ、ベーンの側面それぞれに抗しているフランジ部分を有しているリール状構造体を形成することにおいて相違する、導入部の回転式機械を提供する。
【００１６】
ロータが、２つの本体から構成されており、本体が共に、リール状構造体を形成している。２つの本体の間に形成された仕切り面は、典型的にはラジアル方向に延在している。
【００１７】
他の実施例では、ハウジングが、２つの略Ｃ字状ハウジング部品から構成されており、略Ｃ字状ハウジング部品が共に、アキシアル方向に延在している仕切り面を有しているハウジングを形成しており、一体化されたリール状構造体の上に取り付けられるように構成されている。この変形例は、アキシアル方向に延在している仕切り面を有している。従って、一体に形成された場合には、リール状構造体の上に２つのハウジング半体を取り付けることができる。
【００１８】
望ましい実施例では、ラジアル方向に延在しているフランジ部分が、フランジ部分の周囲面に、端部カバーそれぞれの内周の表面に対する小さい間隙を有している。
【００１９】
好ましくは、ラジアル方向に延在しているフランジ部分が、フランジ部分のラジアル方向に延在している表面に、端部カバーそれぞれの内側端部の表面に対する小さい間隙を有している。
【００２０】
さらに、ラジアル方向に延在しているフランジ部分が、フランジ部分のラジアル方向に延在している表面に、中間ハウジングのラジアル方向に延在している外側且つ反対側の表面に対する小さい間隙を有している。
【００２１】
連続的に向きを変更する上述の表面を有しているので、表面同士の間に形成された小さい間隙は、非接触式ラビリンスシールを形成している。
【００２２】
しかしながら、表面同士の間に形成された間隙が、一の形態又は他の形態をした機械式シールを備えていることに留意すべきである。一例として、スプリットを有している“ピストンリング”式シールや互いに対して係止されるための係止端部を有している金属製ピストンリング式シールが挙げられる。このタイプは、自動変速機のシールシャフトとして利用される場合がある。
【００２３】
好ましくは、ベーンの数量が、３個より多い。
【００２４】
一の適当な実施例では、ベーンの数量が、６個である。
【００２５】
一の実施例では、ベーン先端部が、シール手段を含んでいる。
【００２６】
好ましくは、ベーンの溝が、ベーンそれぞれと相互作用する滑り軸受を含んでいる。
【００２７】
適切には、固定されたシャフトが、シャフトの自由端において、偏心アダプタによってロータに支持及び固定されている。
【００２８】
本発明における回転式機械の一の例示的な実施例について、添付図面を参照しつつ詳述する。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】非常に小型なユニットとして完全に組み立てられた回転式機械の斜視図である。
【図２】図１に表わす回転式機械の分解斜視図である。
【図３】単独のロータの分解斜視図である
【図４】ロータから分離したベーンの斜視図である。
【図５】制御アームを含んでいる単一のベーンの斜視図である。
【図６】ベーンユニットとその支承シャフトと端部カバーとを表わす。
【図７】中間ハウジングが２つのＣ字状部品に分割されている変形例を表わす。
【図８Ａ】３つのベーンを有している第２の実施例における回転式機械の斜視図である。
【図８Ｂ】第２の実施例における回転式機械の斜視図である。
【図９Ａ】端部カバーを取り外した状態の、第２の実施例における回転式ユニットの斜視図である。
【図９Ｂ】ベーンユニットが引き出された状態の、第２の実施例における回転式機械の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図１は、既に組み立てられており、且つ、利用の際における態様である、本発明における回転式機械の、膨張器１の形態とされる一の実施例を表わす。当該回転式機械は、膨張器１は、ハウジング５を含んでおり、ハウジング５は、ハウジング５の内部で支持されているロータに外接している。ハウジング５は、蒸気のための入口１１と膨張した蒸気のための出口１２とを含んでいる。軸又はシャフト３は、動力を取り出すように形成されており、回転式機械のエネルギを利用するために他の機械に接続されている。
【００３１】
構成部品それぞれを表わすと共に膨張器１を形成するために構成部品がどのように組み付けられるかを示す図２を参照すると、回転式機械の構成を理解することができる。また、特許文献１を参照すると、回転式機械の動作モードを容易に理解することができる。
【００３２】
当該実施例が、膨張器として構成されている回転式機械についての一の実施例であることに留意すべきである。上述のように、当該構成は、様々な小さい変更及び適応をすれば、例えば燃焼機関、圧縮機、熱交換器やポンプを構成するために利用可能とされる。さらに、回転式機械が、シールの利用を最小限度に抑えることができるような精度で構成及び製造されることに留意すべきである。構成材料は、様々な鋼種とされるが、幾つかの用途では、プラスチック材料及びテフロン（登録商標）も十分に適応可能とされる。
【００３３】
膨張器１は、中間ハウジング５ｃと第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂとを含んでおり、第１のカバー５ａ及び第２のカバー５ｂは共に、ロータ２を囲んでいる。中間ハウジング５ｃは、ロータ２に外接している円筒状内面５ｄを有しており、ロータ２は、円筒状内面５ｄに関して偏心して配置されている。図１及び図２は、ロータ２からの動力を取り出すシャフト３を表わす。回転式機械は、クランクシャフトを備えていないので、動力が、ロータ２からシャフト３を通じて直接取り出されることに留意すべきである。ロータ２は、図２ではＢが付された長手方向軸とは異なる、中間ハウジング５ｃの回転軸線Ａを中心として回転する。
【００３４】
図面は、一連のボルト１０によって中間ハウジング５ｃを端部カバー５ａ，５ｂと共に中間ハウジング５ｃの周囲に組み付ける方法を表わす。中間ハウジング５ｃの円筒状内面５ｄは、キャビティ９に外接している。円筒状内面５ｄは、円筒状内面５ｄに凹状に形成されたダクトを有しており、当該ダクトは、入口１１及び出口１２を有している。
【００３５】
膨張器１のさらなる物理的構造、特にロータ２については、図２と共に図３を参照する。図３は、２つのロータハウジング半体２ａ，２ｂとロータ２のベーンユニット１７とによって構成されているロータハウジングを表わす。図５を参照すると、ベーンユニット１７それぞれは、６つのロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等によって構成されている。ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等それぞれは、ロータハウジング半体２ａ，２ｂ内に形成されていると共にラジアル方向に延在しているスリット１８ａと滑動可能に協働する。膨張器１が動作状態にある場合には、スリット１８ａの側面によって、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等それぞれが支持されており、スリット１８ａの側面には、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等それぞれが滑動可能に装着されている。“全開運転（full throttle）”の状態において、周方向においてロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等それぞれに作用する力は、非常に大きく、スリット１８ａの出口開口部に沿った直線を中心としてロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等に作用するチルティングモーメントやピッチングモーメントに貢献する。
【００３６】
また、分解図である図４及び図５に明確に表わすように、ベーンユニット１７は、多数の制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等を有しており、２つずつの当該制御アームが、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等それぞれに設けられるように構成されている。各組の制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等とロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等とは、同一の機能を有しており、軸線Ｃを有している軸を介して互いに回動可能に接続されている。制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等は、制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃから成る集合体のために、制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃの比較的大きい穴が共通するシャフト２４に位置合わせされるように組み立てられる。これら構成部品が共に取り付けられた場合には、図６に明確に表わすように、当該構成部品は、シャフト２４に取り付けられて動作するロータ２のベーンユニット１７を形成する。
【００３７】
ベーン先端部１５ａ′，１５ｂ′，１５ｃ′等は、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等を制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等に接続するための継手を貫通する軸線Ｃに曲率中心を有している円筒状表面部分を描いている。このことの背景には、ベーン先端部が、ロータの回転軸線Ａと平行に延在している想像線に沿って、常に中間ハウジング５ｃの円筒状内面５ｄに“接触”可能とされるが、依然として延長上内面５ｄに直接接触していないという技術的思想が存在する。当該想像線は、ロータ２が回転している際にベーン先端部上において前後に“移動”するので、常に中間ハウジング５ｃの円筒状内面５ｄと略同一である円筒状表面を描いているが、ベーン先端部と中間ハウジング５ｃの円筒状内面５ｄとの間に間隙が形成されている点においてのみ相違する。ベーン先端部と円筒状内面５ｄとの間に形成された当該間隙は、実際には可能な限り小さくするべきである。
【００３８】
また、図面に表わすように、ベーン先端部１５ａ′，１５ｂ′，１５ｃ′等それぞれは、ベーン自体とは相違する材料から形成されている場合がある。ベーン先端部１５ａ′，１５ｂ′，１５ｃ′等それぞれは、インサートの形態とされる場合がある。また、幾つかの用途では、ベーン先端部１５ａ′，１５ｂ′，１５ｃ′等は、円筒状内面５ｄと接触しており、円筒状内面５ｄに対してバネで係止されている。
【００３９】
図２は、第１の端部カバー５ａが第１の軸受Ｌ１を備えており、第１の軸受Ｌ１は、一方の端部において、すなわち軸シャフト３を介して、第１の端部カバー５ａの中心に且つ回転軸線Ａに沿って、ロータ２を支持している。対応して、第２の端部カバー５ｂは第２の軸受Ｌ２を備えており、第２の軸受Ｌ２は、他方の端部において、第２の端部カバー５ｂの中心に且つ回転軸線Ａに沿って、ロータ２を支持している。ロータ２は、軸シャフト２４に支持されていないが、第２の軸受Ｌ２を介して中央軸受ボス５ｂ′に支持されていることに留意すべきである。中央軸受ボス５ｂ′は、第２の端部カバー５ｂの内部に同軸に配置されている。
【００４０】
さらに、ロータハウジング半体２ａ，２ｂそれぞれが中央ハウジング５ｃの側部から互いに向かって移動するように、ロータが中央ハウジング５ｃに取り付けられることを必要とすることに留意すべきである。ロータ２は、リール状の形態を有しており、構成部品が互いに対して取り付けられた場合に中間ハウジング５ｃの側面を越えて延在している側部壁又は端部壁を有している。従って、ベーン先端部１５ａ′，１５ｂ′，１５ｃ′等のみが、中間ハウジング５ｃの円筒状内面５ｄの内側に配置されている。
【００４１】
従って、ロータハウジング５は、内部に配置された円筒状の中間部品５ｃによって構成されている。内部に配置された円筒状の中間部品５ｃは、内部に配置された円筒状の中間部品５ｃの端部それぞれにおいて、ロータ２とロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等と第１の端部カバー５ａ及び第２の端部カバー５ｂと協働する。ロータ２は、２つの本体２ａ，２ｂによって構成されている。２つの本体２ａ，２ｂは共に、リール状構造体を形成しており、当該リール状構造体は、ベーンと共に回転可能とされ且つラジアル方向に延在しているフランジ部分２ａ′，２ｂ′それぞれを有しており、ベーンの側面それぞれが、フランジ部分２ａ′，２ｂ′に抗している。
【００４２】
実際の実施例では、ラジアル方向に延在しているフランジ部分２ａ′，２ｂ′は、フランジ部分２ａ′，２ｂ′の周囲面に、第１の端部カバー５ａ及び第２の端部カバー５ｂそれぞれの内周面に対する小さい間隙を有している。さらに、ラジアル方向に延在している又はラジアル方向に向いているフランジ部分２ａ′，２ｂ′は、フランジ部分２ａ′，２ｂ′のラジアル方向に向いている面に、第１の端部カバー５ａ及び第２の端部カバー５ｂそれぞれの内側端面に対する小さい間隙を有している。また、ラジアル方向に向いているフランジ部分２ａ′，２ｂ′は、フランジ部分２ａ′，２ｂ′のラジアル方向に向いている面に、中間ハウジング５ｃのラジアル方向に向いている外側且つ反対側の表面に対する小さい間隙を有している。従って、上述の面同士の間に形成された上述の小さい間隙が、ある種の非接触のラビリンスシールを形成していることに留意すべきである。幾つかの環境又は状況では、当該小さい間隙を有している１つ以上の表面同士の間に適切な物理的シール構造を据え付けることが適当とされる場合がある。さらに、ラビリンスシール効果を高めるために、１つ以上の溝が、フランジ部分２ａ′，２ｂ′の周囲面に形成されている場合がある。代替的には、１つ以上の溝が、第１の端部カバー５ａ及び第２の端部カバー５ｂの内部に形成されている場合がある。この場合には、フランジ部分２ａ′，２ｂ′が第１の端部カバー５ａ及び第２の端部カバー５ｂの内部に延在しており、当該周囲面が第１の端部カバー５ａ及び第２の端部カバー５ｂに干渉している。
【００４３】
しかしながら、幾つかの実施例では、当該表面同士の間に形成された当該小さい間隙のうち少なくとも１つの間隙が、一の又は他の形態をした機械式シール手段を備えている。一例としては、割りが入った “ピストンリング”式シールや互いに対して係止するための係止端部を具備する金属製ピストンリンク式シールが挙げられる。このようなタイプのシールは、自動変速機においてシャフトシールとして利用される場合がある。“ピストンリング”は、ハウジングに対して跨設されており、リール状構造体の側部壁又は端部壁に形成された対応する溝と共に１つ以上のさらなるラビリンスを形成している場合がある。
【００４４】
速度、温度、及び純度に関する要求、並びに圧力は、適切な材料のタイプを決定するための要素であるが、上述のように、リール状構造体の壁自体が、既にラビリンス構造を有している。既に知られているように、間隙は、可能な限り小さく形成されており、通過させるべき物質に適合している。
【００４５】
図６は、ベーンユニット１７の内部に導入され、制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等それぞれを支承するための軸シャフト２４を表わす。シャフト２４は、回転軸線Ａとは相違する中心軸線Ｂを有している。図６は、シャフト２４と、シャフト２４の端部に据え付けるための準備が整った軸受２５とを表わす。軸受２５は、中央軸受ボス５ｂ′に偏心して配置されている。ロータハウジングカバー５ａ，５ｂは、回転軸線Ａに関する中心に位置しているが、中間ハウジング５ｃ及び軸シャフト２４の長手方向軸Ｂに関して偏心している。同時に、軸シャフト２４は、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等それぞれを長手方向軸Ｂに関する中心に支持しているが、長手方向軸線Ａに関して偏心している。
【００４６】
このことは、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等が、ロータベーンを個別に又は別々に考えた場合に、実際にはラジアル方向内方にもラジアル方向外方にも移動しないが、ロータ２が回転した場合に軸線Ｃを中心として小さく上下方向に又は斜め方向に移動することを意味する。ロータハウジングのロータハウジング半体２ａ，２ｂは、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等に関して偏心して配置されている、すなわちロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等とは相違する回転軸線を有しているので、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等は、見かけ上溝１８ａの内部に出入りするように移動する。ロータ２が回転している際には、ベーンの後方に位置する一のチャンバは、最大容積に到達するまで膨張し、その後に再度収縮する。さらに、ラジアル方向において作用する質量力がアンバランスを引き起こさないという非常に重大な結果が得られた。
【００４７】
当業者であれば理解可能なように、軸シャフト２４は、依然として機能せず、固定状態で保持されている。軸シャフト２４の役割は、制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等を溝１８ａに対して移動させる際に、制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等を介して、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等を制御することである。さらに、軸シャフト２４が回転可能とされるか、又は“固定”されていない変形例を想到することができる。
【００４８】
ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等それぞれは、上述のように、制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等の一方の端部に回転可能に接続されている。制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等は、その他方の端部において、固定された軸シャフト２４に回転可能に支承されている。制御アーム１４ａ，１４ｂ，１４ｃ等は、動作力を伝達させない。しかしながら、ロータ２が回転している際に常にベーン先端部１５ａ′，１５ｂ′，１５ｃ′等が中間ハウジング５ｃの円筒状内面５ｄに接している（接触することなく触れている）ように、ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等は、案内溝又はスリット１８ａ内において強制運動によって制御される。
【００４９】
キャビティ９は、膨張チャンバ９ａ及び出口チャンバ９ｂに分割されており、膨張チャンバ９ａ及び出口チャンバ９ｂは、回転の際に変位し、入口１１及び出口１２に対するベーンの位置によって決定される。
【００５０】
回転式機械の動作については、図面を参照して説明する。上述のように、実施例は膨張器を表わす。例えば蒸気のような推進媒体が入口に供給される。蒸気は、ベーン先端部に衝突し膨張するので、ベーンを押圧する。新しいベーン先端部が出現することによって膨張チャンバ９ａが徐々に遮断されたとしても、その前のベーンに向かっている作用面が、一層大きくなるので、同一方向の力を受ける。膨張チャンバが最大に達した直後に、出口チャンバ９ｂが開放され、膨張された蒸気を出口１２から排出させる。
【００５１】
ロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等が入口ダクト１１を通過して膨張チャンバ９ａに至る場合に、膨張プロセスが開始され、ベーンが出口チャンバ９ｂ及び出口ダクト１２のために開放されるまで継続される。当業者であれば理解可能なように、回転方向Ｒの反対側に面しているロータベーン１５ａ，１５ｂ，１５ｃ等の側面が、膨張器の正圧側を構成している。技術的に考慮すれば、膨張プロセスは、チャンバの充填フェーズと膨張フェーズとを含んでいる。ロータ、ハウジング、ロータベーン１５ａ（回転の際に先頭に位置する）、及びロータベーン１５ｂ（回転の際に最後尾に位置する）によって形成されているチャンバについては、充填フェーズは、ロータベーン１５ａが入口の開始位置を通過したときに開始され、ロータベーン１５ｂが入口の終了位置を通過したときに終了する。膨張フェーズは、充填フェーズが終了したときに開始され、ロータベーン１５ａが出口の開始位置を通過したときに終了する。
【００５２】
さらに、ベーン先端部がロータ２と共に回転する際に、ベーン先端部が中間ハウジング５ｃの円筒状内面５ｄに対して“転動”することに留意すべきである。ロータ２が半回転することによって、ベーン先端部それぞれが、ベーン先端部等の外側縁部同士の間において一回転の転動をする。従って、ロータ２が一回転する間に、ベーン先端部は、両方向において回転している。
【００５３】
図７は、中間ハウジング５ｃ′が２つの略Ｃ字状のハウジング部品５ｅ，５ｆによって構成されている回転式機械のハウジングを表わす。ハウジング部品５ｅ，５ｆは共に、アキシアル方向に延在している仕切り面を有しているハウジングを形成している。ハウジング部品５ｅ，５ｆは共に、頂部及び底部においてボルト締結されており、最終仕上げ微細機械加工の旋削及び適応が、リール状構造体について最終的な組み立てが完了する前に実施される。その後に、リール状構造体は一体に形成されるが、必ずしも必要ではない。なお、図７において、入口ダクト及び出口ダクトは省略した。
【００５４】
図８Ａ〜図９Ｂに表わす実施例では、ロータが３つのベーンのみを有しており、外接するハウジングが幾分単純化されている。回転式機械の全体構成についての説明は、第１の実施例と相違する構成部品を除いて省略する。
【００５５】
図８Ａは、回転式機械１Ａすなわち膨張器の斜視図であり、回転式ユニット２Ａは、ハウジング５Ａから引き出されている。また、図８Ａは、ハウジング５Ａの内部に配置された出口ダクトＵと、接続手段として利用可能な入口穴Ｈとを表わす。図８Ｂは、ロータユニット２Ａの斜視図を表わす。
【００５６】
図９Ａは、第１の端部壁を具備せず３つのベーンＶ１，Ｖ２，Ｖ３を有している、第２の実施例における回転式ユニット２Ａの斜視図である。図９Ｂは、回転式ユニット２Ａから引き出されたベーン集合体１７Ａの斜視図である。
【００５７】
上述のように、回転式機械１Ａは、円筒状内部キャビティ９Ａと端部カバーそれぞれとを有しているハウジング５Ａを含んでいる。一の端部カバー５Ａのみが図示されている。入口チャネル及び出口チャネル又は入口ダクト及び出口ダクトＨ，Ｕは、ハウジング５Ａに設けられており、キャビティ９Ａと流通している。ロータ２Ａは、ハウジング５Ａに受容及び支持されており、ロータ２Ａ溝それぞれに移動可能に受容される１つ以上のベーンＶ１，Ｖ２，Ｖ３を有している。ベーンＶ１，Ｖ２，Ｖ３それぞれは、制御アーム１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃの一方の端部に至るまで軸線ＣＡを中心として回転可能に接続されており、他方の端部において、ハウジング５Ａのキャビティ９Ａを貫通して中心に延在している軸線と一致する中心軸線を有している軸シャフトに懸架された状態で回動可能とされる。ベーン先端部それぞれは、一のベーンＶ１，Ｖ２，Ｖ３を制御アーム１４Ａ，１４Ｂ，１４Ｃと接続している継手を通じた軸線に曲率中心を有している円筒状表面区間を描いている。ロータ２Ａは、ラジアル方向に向いているフランジ部分２Ａ′，２Ｂ′それぞれを含んでいるリール状構造体として製造されている。フランジ部分２Ａ′，２Ｂ′はベーンＶ１，Ｖ２，Ｖ３と共に回転し、ベーンの端部面１５Ａ″，１５Ｂ″，１５Ｃ″がフランジ部分２Ａ′，２Ｂ′に対して作用する。ラジアル方向に向いているフランジ部分２Ａ′，２Ｂ′は、端部カバーそれぞれと内部の円筒状中間部品と共にラビリンスシールを形成するために、ハウジング５Ａの円筒状中間部分の内部にキャビティの直径を越えて延在している。
【符号の説明】
【００５８】
１      膨張器
２      ロータ
２ａ    ロータハウジング半体
２ｂ    ロータハウジング半体
２ａ′  フランジ部分
２ｂ′  フランジ部分
３      軸（シャフト）
５      ハウジング
５ａ    第１のカバー
５ｂ    第２のカバー
５ｃ    中間ハウジング
５ｄ    円筒状内面
５ｅ    ハウジング部品
５ｆ    ハウジング部品
５ｂ′  中央軸受ボス
９      キャビティ
９ａ    膨張チャンバ
９ｂ    出口チャンバ
１１      （蒸気のための）入口
１２      （膨張した蒸気のための）出口
１４ａ    制御アーム
１４ｂ    制御アーム
１４ｃ    制御アーム
１５ａ    ロータベーン
１５ｂ    ロータベーン
１５ｃ    ロータベーン
１５ａ′  ベーン先端部
１５ｂ′  ベーン先端部
１５ｃ′  ベーン先端部
１７      ベーンユニット
１８ａ    スリット
２４      シャフト
２５      軸受
Ａ      （中間ハウジング５ｃの）回転軸線
Ｂ      長手方向軸
Ｃ      軸線
Ｒ      回転方向
Ｌ１    第１の軸受
Ｌ２    第２の軸受
【図１】
2015505935.tif 000003
【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】
2015505935.tif 000008
【図７】
2015505935.tif 000009
【図８Ａ】
2015505935.tif 000010
【図８Ｂ】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【国際調査報告】
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