KR20230093001A

KR20230093001A - 회전 구동 장치

Info

Publication number: KR20230093001A
Application number: KR1020237017087A
Authority: KR
Inventors: 데이비드 조지 롭슨
Original assignee: 데이비드 조지 롭슨
Priority date: 2020-10-23
Filing date: 2021-10-22
Publication date: 2023-06-26
Also published as: EP4232692A4; AU2021364867A9; CA3196006A1; EP4232692A1; US20250067210A1; JP2023547576A; AU2021364867A1; WO2022086348A1; US20230392542A1; US12158102B2

Abstract

본 발명은 하우징을 포함하는 회전 구동 장치에 관한 것으로, 상기 하우징 내에 제1 로터와 제2 로터가 배치되고, 제1 로터는 제1 축을 중심으로 회전 가능하고 그로부터 방사상으로 돌출하는 로터 요소를 갖고, 제2 로터는 제1 축과 평행한 제2 축을 중심으로 회전 가능하고 제1 로터와는 반대 방향에 있고, 제2 로터는 로터 요소를 수용할 수 있는 리세스를 포함하고, 제1 로터와 제2 로터 및 하우징은 로터 요소가 통과하는 제1 로터 둘레에 챔버를 한정하고, 챔버는 입구와 출구를 갖고 이들을 통해 유체가 챔버로 진입하고 유출될 수 있다.

Description

회전 구동 장치

본 발명은 호흡기 펌프를 포함하는 유체 펌프 또는 터빈으로서 적합한 회전 구동 장치에 관한 것이다. 본 발명의 회전 구동 장치는 회전 엔진으로도 적합하다.

원칙적으로, 회전 구동 장치는 구동 샤프트와 이동하는 또는 연소하는 유체 사이에 에너지를 전달한다. 회전 구동 장치를 위한 다수의 배열들은 공지되어 있고, 이들을 위한 광범위한 용도들이 있다.

터빈에서, 이동하는 유체는 구동 샤프트에 에너지를 부여한다. 현재의 터빈들은 터빈이 회전하도록 하기 위해 액체 또는 기체로부터 압력을 받는 블레이드들을 사용한다. 이러한 개념은 기체 또는 유체의 상당한 비율이 블레이드들과 접촉하지 않거나, 잠재적 에너지를 블레이드들에 전달하지 않고 터빈의 블레이드들을 미끄러져 지나가기 때문에, 기체 또는 유체에서 이용 가능한 모든 에너지를 활용하지 못한다.

회전 엔진에서, 에너지 전달은 연소 유체에서 구동 샤프트로 이루어진다. 피스톤이 필요 없는 내연 기관, 예를 들어 로터리 엔진은 공지되어 있다. 피스톤을 각 챔버들 내에서 상하로 이동시키는 데에 상당한 양의 에너지가 손실되기 때문에 피스톤 구동 엔진의 대안을 찾는 것에 특별한 이점이 있다. 종래의 "4-행정(4-stroke)" 엔진의 실제 효율은 연료에 의해 제공되는 잠재 에너지와 비교하여 낮다. 공지된 로터리 엔진의 개념은 피스톤 챔버들의 필요성을 구심 에너지(centripetal energy)에 의존하는 기계로 대체하려고 시도한다. 이전에는, 로터리 엔진과 펌프의 구성이 복잡하고 조립 방법이 까다로워서 생산 비용이 많이 들었다. 더욱이 기존 로터리 엔진 설계는 회전 운동 이외에도 좌우 운동을 포함하는 복잡한 메커니즘을 가지고 있다. 그 전반적인 결과는 출력과 효율성의 손실이다. 공지된 로터리 엔진은 종래의 4행정 엔진에 대해 유용한 대안이지만, 이를 완전히 대체할 수 있는 것은 아니다.

본 발명의 목적은 보다 효율적인 에너지의 사용, 또는 보다 원활한 작동을 제공하거나, 또는 적어도 대중에게 유용한 대안을 제공하는 회전 구동 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 제1 양태에서는 하우징을 포함하는 회전 구동 장치를 제공하고, 하우징 내에 제1 로터와 제2 로터가 배치되고, 제1 로터는 제1 축을 중심으로 회전 가능하고 그로부터 방사상으로 돌출하는 로터 요소를 갖고, 제2 로터는 제1 축과 평행한 제2 축을 중심으로 회전 가능하고 제1 로터와는 반대 방향에 있고, 제2 로터는 로터 요소를 수용할 수 있는 리세스(recess)를 포함하고, 제1 로터와 제2 로터 및 하우징은 로터 요소가 통과하는 제1 로터 둘레의 챔버를 한정하고, 챔버는 입구와 출구를 갖고 이들을 통해 유체가 챔버로 유입되고 유출될 수 있다.

일부 실시예들에서, 제1 및 제2 로터는 회전 동안 밀봉 맞물림 상태로 유지될 수 있다.

일부 실시예들에서, 로터 요소는 회전 동안 리세스의 플로어(floor)와 접촉하지 않는다.

선택적으로, 장치는 제1 로터와 하우징 및 제2 로터 사이에 밀봉 수단을 더 포함한다.

선택적으로, 장치는 제1 로터와 하우징 및/또는 제2 로터 사이에 밀봉을 형성할 수 있는 밀봉 수단을 더 포함한다.

선택적으로, 장치는 로터 요소와 하우징 및/또는 제2 로터 사이에 밀봉을 형성할 수 있는 로터 요소 상의 밀봉 수단을 더 포함한다.

선택적으로, 장치는 로터 요소에 인접한 제1 로터로부터 돌출하고 제1 로터의 사이클의 일부 동안 입구 및/또는 출구를 적어도 부분적으로 폐쇄하는 숄더(shoulder)를 더 포함한다.

선택적으로, 로터 요소 또는 숄더의 선행 면(preceding face) 및/또는 후행 면(trailing face)은 유체의 항력(drag)을 감소시키거나 완화시키는 형상을 포함한다.

바람직한 실시예 (a)에서, 장치는 가압된 유체를 입구 수단을 통해 도입하여 로터 요소에 에너지를 부여하도록 구성된다.

선택적으로, 유체는 제1 로터의 회전 축으로부터 오프셋된 각도로 입구에 진입하여, 로터 요소에 보다 직접적인 압력을 제공한다.

선택적으로 위 (a)의 실시예에서, 장치는 제2 로터와 하우징 사이에 밀봉 수단을 더 포함한다.

선택적으로 위 (a)의 실시예에서, 장치는 로터 요소에 인접한 제1 로터로부터 돌출하는 숄더를 더 포함한다.

선택적으로 위 (a)의 실시예에서, 장치는 로터 요소의 어느 한 측면 상에서 제1 로터로부터 돌출하는, 2개의 숄더들을 더 포함한다.

선택적으로 위 (a)의 실시예에서, 제1 로터의 회전 동안, 숄더는 로터 요소에 선행하여, 제1 로터의 사이클의 일부 동안 입구를 폐쇄한다.

일부 실시예들에서, 장치는 2개의 로터 요소들 및 상기 로터 요소들을 수용할 수 있는 제2 로터에서의 2개의 리세스들을 포함한다.

일부 실시예들에서, 제2 로터는 제1 로터의 2배의 직경을 갖고, 제2 로터는 로터 요소를 수용할 수 있는 2개의 리세스들을 포함한다.

일부 실시예들에서, 입구와 출구는 로터 요소가 이동하는 챔버의 존(zone)에 배치되고, 제2 로터가 이동하는 존을 회피하도록 배치된다.

선택적으로, 입구와 출구는 로터의 회전 축에 실질적으로 수직한 챔버 벽의 구역(region)에 배치된다.

일부 실시예들에서, 로터 요소가 리세스에 맞물리면, 로터 요소는 입구와 출구 양자를 동시에 폐쇄한다.

일부 실시예들에서, 로터 요소는 제1 로터의 축에 대해 약 60°내지 약 120°사이의 섹터를 점유한다.

일부 실시예들에서, 로터 요소는 제1 로터의 축에 대해 약 80 °의 섹터를 점유한다.

일부 실시예들에서, 장치는 입구 및/또는 출구의 연장부를 더 포함하여 배기 구역(venting region)을 더 생성한다.

일부 실시예들에서, 배기 구역은 제2 로터가 이동하는 존을 회피하는 한편, 다른 실시예들에서, 배기 구역은 제2 로터가 이동하는 존에 배치된다.

실용적으로, 실시예들에서, 로터 요소는: 로터의 회전 중에 로터 요소의 다른 부분들에 선행하는 선행 면(leading face), 선행 면에 대해 반대편에 있는 후행 면, 및 제1 로터의 회전 중에 챔버의 벽과 접촉하거나 거의 접촉하는 외부 면; 로터 요소의 선행 면과 외부 면 사이의 외부 선행 접속부(junction); 로터 요소의 후행 면과 외부 면 사이의 외부 후행 접속부; 제1 로터의 외부 벽과 로터 요소의 선행 면 사이의 내부 선행 접속부; 및 제1 로터의 외부 벽과 로터 요소의 후행 면 사이의 외부 후행 접속부에 의해 한정되고; 그리고 리세스는: 로터 요소의 선행 면과 후행 면을 수용하도록 이격된 벽들, 및 로터 요소가 리세스 내에 수용될 때 로터 요소의 외부 면과 접촉하거나 거의 접촉하는 플로어(floor); 리세스의 선행 벽과 플로어 사이의 내부 선행 접속부; 리세스의 후행 벽과 플로어 사이의 내부 후행 접속부; 리세스의 선행 벽과 제2 로터의 외부 벽 사이의 외부 선행 접속부; 및 리세스의 후행 벽과 제2 로터의 외부 벽 사이의 외부 후행 접속부에 의해 한정된다.

바람직한 실시예에서, 로터 요소의 외부 접속부들이 로터들의 축들을 연결하는 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치에서, 로터 요소의 내부 접속부들은 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +37°, -37°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치되고; 로터 요소의 외부 접속부들은 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +30°, -30°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고; 리세스의 내부 접속부들은 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +38°, -38°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고; 그리고 입구와 출구는 로터 요소가 이동하는 존에 배치되나, 입구와 출구는 제2 로터가 이동하는 존을 회피한다.

다른 바람직한 실시예에서, 로터 요소의 외부 접속부들이 로터들의 축들을 연결하는 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치에서, 로터 요소의 내부 및 외부 접속부들은 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +40°, -40°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치되고; 리세스의 내부 접속부들은 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +43°, -43°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고; 리세스의 외부 접속부들은 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +46°, -46°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고; 그리고 입구와 출구는 로터 요소가 이동하는 존에 배치되나, 입구와 출구는 제2 로터가 이동하는 존을 회피한다.

다른 바람직한 실시예에서, 로터 요소의 외부 접속부들이 로터들의 축들을 연결하는 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치에서, 로터 요소의 내부 및 외부 접속부들은 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +40°, -40°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치되고; 입구는 로터 요소가 이동하는 존에 그리고 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +38°의 각도를 이루는 선 내에 배치되고, 제2 로터가 이동하는 존을 회피하고, 출구는 로터 요소가 이동하는 존에 그리고 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 -39°의 각도를 이루는 선 내에 배치되고, 제2 로터가 이동하는 존을 회피하고, 리세스의 내부 접속부들은 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +45°, -45°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고; 리세스의 외부 접속부들은 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +53°, -53°의 각도를 이루는 선에 의해 배치된다.

바람직한 실시예들에서, 입구와 출구 사이의 공간은 양 로터들의 축들로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +15°, -15°의 각도를 이루는 선들에 의해 한정된다.

다른 바람직한 실시예에서, 로터 요소의 외부 접속부들이 로터들의 축들을 연결하는 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치에서, 로터 요소의 내부 및 외부 접속부들은 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +40°, -40°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치되고; 입구는 로터 요소가 이동하는 존에 그리고 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +38°의 각도를 이루는 선 내에 배치되고, 제2 로터가 이동하는 존을 회피하고, 출구는 로터 요소가 이동하는 존에 그리고 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 -39°의 각도를 이루는 선 내에 배치되고, 제2 로터가 이동하는 존을 회피하고, 리세스의 내부 접속부들은 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +46°, -46°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고; 그리고 리세스의 외부 접속부들은 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +53°, -53°의 각도를 이루는 선에 의해 배치된다.

전술한 본 발명의 일부 실시예들 (b)에서, 장치는 제1 로터 또는 제2 로터에 회전 에너지를 부여하여, 입구 수단을 통해 유체를 끌어당기고 출구 수단을 통해 유체를 밀어내도록 구성된다.

바람직하게는, 위 (b)의 실시예에서, 유체는 공기 또는 공기/산소 혼합물이고, 장치는 호흡기용 펌프를 제공한다.

선택적으로, 위 (b)의 실시예에서, 제1 로터의 회전 중에, 숄더가 로터 요소를 따르고, 제1 로터의 사이클의 일부 동안 출구를 폐쇄한다.

선택적으로, 위 (b)의 실시예에서, 출구는 압력이 해제될 때 밀봉할 수 있는 일방향 밸브(one-way valve)를 포함한다.

본 발명의 일부 실시예들에서, 장치는 2개의 입구들을 포함한다.

일부 실시예들에서, 장치는 점화 수단을 더 포함하고, 연소용 입구를 통해 가연성 유체 또는 유체들의 혼합물을 도입하여 로터 요소에 에너지를 부여하도록 구성된다.

선택적으로, 점화 수단을 포함하는 실시예들에서, 장치는 로터 요소에 인접한 제1 로터로부터 돌출하는 숄더를 더 포함하고, 숄더는 제1 로터의 회전 동안 로터 요소에 선행하여 제1 로터의 사이클의 일부 동안 입구를 폐쇄한다.

본 발명의 제2 양태에서, 전술한 바와 같은 장치를 사용하여 유체로부터 에너지를 추출하는 방법을 제공하고, 이 방법은 가압된 유체를 입구를 통해 챔버 내로 도입하여 로터 요소에 에너지를 부여하는 단계; 및 가압된 유체가 출구를 통해 챔버를 빠져나가도록 허용하는 단계를 포함한다. 이와 관련하여, 본 발명은 터빈으로서의 본원에 기술한 장치의 용도를 제공한다.

본 발명의 제3 양태에서, 전술한 바와 같은 장치를 사용하여 가연성 유체로부터 에너지를 추출하는 방법을 제공하고, 이 방법은 가연성 유체를 입구(들)를 통해 장치의 챔버 내로 도입하는 단계; 가연성 유체를 점화하여 로터 요소에 에너지를 부여하는 단계; 및 연소된 유체가 출구를 통해 챔버를 빠져나가도록 허용하는 단계를 포함한다. 이와 관련하여, 본 발명은 연소 엔진으로서의 본원에 기술한 장치의 용도를 제공한다.

본 발명의 제4 양태에서, 전술한 바와 같은 장치를 사용하여 유체를 펌핑하는 방법을 제공하고, 이 방법은 장치의 입구(들)를 유체와 접촉하도록 배치하는 단계; 및 제1 로터 및/또는 제2 로터에 회전 에너지를 적용하여 유체를 입구 내로, 챔버를 통하여 그리고 출구 밖으로 끌어당기는 단계를 포함한다. 이와 관련하여, 본 발명은 펌프로서의 본원에 기술한 장치의 용도를 제공한다.

선택적으로, 제4 양태의 방법에서, 유체는 공기 또는 공기/산소 혼합물이고, 펌프는 호흡기 펌프이다.

이제, 본 발명의 회전 구동 장치를 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 예시적 실시예들로 하기에서 설명한다.
도 1은 펌프, 터빈 또는 내연 기관으로 사용하기에 적합한 회전 구동 장치의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 1a는 반 사이클 회전시킨 후 도 1의 회전 구동 장치의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 회전 구동 장치의 단면도이다.
도 3a는 본 발명에 따른 밀봉 수단을 도시하는 로터의 부분 사시도이다.
도 3b는 밀봉 수단이 없는 본 발명에 따른 로터의 부분 사시도이다.
도 3c는 로터 요소의 후행 면이 유체의 항력을 감소시키거나 완화시키는 형상을 포함하는 본 발명에 따른 로터의 부분 사시도이다.
도 3d는 하우징에서 함께 커플링된 두 개의 회전 구동 장치의 배열의 단면도이다.
도 4a는 터빈을 제공하기 위해 가압된 유체 매질과 함께 사용하기에 적합한 또 다른 실시예의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 4b는 터빈을 제공하기 위해 가압된 유체 매질과 함께 사용하기에 적합한 또 다른 실시예의 하우징의 내부를 도시한 도면으로서, 로터 요소의 양쪽 면들은 유체의 항력을 감소시키거나 완화시키는 형상을 포함하는 도면이다.
도 5는 터빈을 제공하기 위해 가압된 유체 매질과 함께 사용하기에 적합한 대안적 실시예의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 6은 터빈을 제공하기 위해 가압된 유체 매질과 함께 사용하기에 적합한 본 발명의 다른 실시예의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 7은 터빈을 제공하기 위해 가압된 유체 매질과 함께 사용하기에 적합한 본 발명의 다른 실시예의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 8은 호흡기 펌프와 같은 펌프로 사용하기에 적합한 본 발명의 다른 실시예의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 9는 호흡기 펌프와 같은 펌프로 사용하기에 적합한 본 발명의 다른 실시예의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 10, 도 11, 도 12a, 도 12b 및 도 13은 펌프 또는 터빈으로 사용하기에 적합한 본 발명의 다른 실시예들의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 14는 연소 엔진으로 사용하기에 적합한 본 발명의 다른 실시예의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.
도 15는 연소 엔진으로 사용하기에 적합한 본 발명의 다른 실시예의 하우징의 내부를 도시한 도면이다.

정의

본 발명의 설명 전반에 걸쳐, 그리고 청구범위에서, 문맥상 명시적인 언어 또는 필요한 함축으로 인해 달리 요구되는 경우를 제외하고는, 용어 "포함하다(comprises)" 또는 "포함한다" 또는 "포함하는(comprising)"과 같은 변형들은 포괄적인 의미, 즉 기재된 특징의 존재를 특정하기 위해 사용되지만, 본 발명의 다양한 실시예들에서 추가적인 특징의 존재 또는 추가를 배제하지 않는 의미로 사용된다. 또한, 부정관사 "a" 또는 "an"에 의한 요소의 지칭은 문맥상 요소들 중 하나 또는 하나만인 것을 명확히 요구하지 않는 한, 요소들 중 하나 이상의 요소가 존재할 가능성을 배제하지 않는다. 따라서 부정관사 "a" 또는 "an"은 일반적으로 "적어도 하나"를 의미한다.

본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "유체(fluid)"는 일반적으로 액체 또는 기체, 및 연료/공기 혼합물 또는 공기/산소 혼합물을 포함하는 이들 각각의 혼합물을 지칭하기 위해 사용된다.

본 발명에서, 용어 "밀봉(seal)" 또는 "밀봉 맞물림(sealing engagement)"의 요구사항 또는 정도는 유체의 성질 및 회전 속도를 포함하는 제안된 용도에 따라 달라질 것임이 명백할 것이다. 본 명세서에서 사용되는 용어 "밀봉 맞물림"은 완벽한 밀봉을 지칭하거나 또는 완벽한 밀봉이 모든 경우에 필요함을 의미하고자 의도하는 것은 아니다. 오히려, 용어 "밀봉 맞물림"은 로터 회전의 반대 방향으로의 유동이 적어도 실질적으로 방지된다는 것을 나타낸다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 각도와 관련하여 용어 "약(about)"은 명시된 값보다 5°, 바람직하게는 4°, 3°, 2°, 1° 또는 0.5°크거나 작은 범위를 포함하고, 백분율(percentage)과 관련하여서는 명시된 값보다 5%, 바람직하게는 4, 3, 2 또는 1% 크거나 작은 범위를 포함한다.

회전 구동 장치의 일반적인 형태

본 발명에 따른 회전 구동 장치의 일반적인 형태는 도 1 및 도 2에 도시되어 있다.

도 1은 본 발명의 회전 구동 장치의 "반대편 인터로킹 로터(opposing interlocking rotor)들"의 개념을 도시한다. 하우징(10)은 제1 로터(11)와 제2 로터(14)를 둘러싼다. 로터(11)는 제2 로터(14)의 리세스(13)에 의해 수용되는 단일 돌출 로터 요소(projecting rotor element)(12)를 포함한다.

각 로터들(11, 14)의 주변 벽(peripheral wall)들(16, 17)과 함께, 하우징(10)은 로터 요소(12)가 통과하는 제1 로터 둘레에 챔버를 한정한다. 챔버는 적어도 하나의 입구(18)와 적어도 하나의 출구(19)를 갖고, 이들을 통해 유체가 챔버로 유입되고 유출될 수 있다. 도면들에서, 입구(18)와 출구(19)는 로터의 회전 축에 실질적으로 수직한 챔버 벽(15a)의 구역(region) 상에 도시되어 있다. 그러나 입구와 출구의 배열은 다양할 수 있는데, 예를 들어 입구는 유체가 장치의 일 측면(Sa)(도 2)으로부터 챔버로 유입되고 반대편 측면(Sb)(도 2)에서 챔버를 빠져나가도록 배열될 수 있고, 또는 선택적으로 입구와 출구는 편심(eccentricity)을 감소시키기 위해 장치의 측면들(Sa, Sb)에 각각 제공될 수 있다. 로터 요소 및 리세스와 관련하여 입구와 출구의 위치는 또한 본 명세서에서 더 상세히 설명되는 바와 같이 다양할 수 있다.

도 1 및 도 2에서, 돌출 로터 요소(12)와 리세스(13)는 사이클 당 한 번씩 함께 맞물린다. 로터 요소(12)와 리세스(13)가 서로 맞물리지 않을 때, 제1 로터는 제2 로터와 접촉한 상태로 유지되고, 따라서 제2 로터는 회전 중에 제1 로터와 밀봉 맞물림 상태를 유지한다. 따라서 로터들(11, 14)의 회전 속도가 동일할 것임이 명백할 것이다. 컨시스턴시(consistency)는 타이밍 벨트, 코그(cog)들(인터로킹 톱니 포함) 또는 본 기술 분야에 공지된 다른 타이밍 수단에 의해 달성될 수 있다. 도 1에서, 각 로터(11, 14)의 직경은 실질적으로 동일하다. 직경이 상이하다면, 더 큰 직경의 로터는 더 작은 직경의 로터보다 더 빠르게 회전해야 하므로, 메커니즘이 복잡해질 것이다.

도 1a는 도 1의 장치로부터 반 사이클 오프셋된 장치를 도시한다. 돌출 로터 요소(12)는 리세스(13)로부터 맞물림 해제되고(그리고 이제 챔버(15)의 벽(15a)으로 밀봉됨), 각 로터들(11, 14)의 주변 벽들(16, 17)은 잔여 사이클 동안 이들이 맞물리는 곳에서 밀봉을 형성한다. 벽들(16, 17)이 회전 동안 함께 밀봉되는 것이 바람직한 경우, 높은 수준의 가공 정밀도가 필요하다.

로터 요소 및 리세스의 상세한 기하학적 구조

로터 요소와 리세스의 상세한 기하학적 구조는 다양할 수 있다. 로터 요소는 도 1에서 도면부호 12a, 12b 및 12c로 도시된 다양한 면(face)들을 갖는다. 도 1에 도시된 회전 방향에서, 도면부호 12b는 로터 요소의 선행 면(leading face)이고, 도면부호 12a는 후행 면(trailing face)이며, 도면부호 12c는 로터 요소의 외부 면(outer face)이다. 선행 면은 로터 요소의 다른 부분들에 선행하고 디바이스의 고정 부분들(예를 들어, 입구 및 출구)에 가장 먼저 도달하는 면이다. 리세스(13)는 일반적으로 벽들(13a, 13b)과 플로어(13c)를 갖는다(도 1a에 표시됨). 벽(13b)은 로터(14)가 로터(11)와는 반대 방향으로 회전할 때 리세스의 다른 부분들보다 선행하는 리세스의 선행 벽이다.

로터 요소와 리세스의 상이한 면들은 목적에 따라 상이한 기하학적 구조를 가질 수 있고, 예를 들어 직선적이거나 보다 복합적인 곡선들을 가질 수 있다. 이어지는 설명에서, 로터 요소와 리세스의 기하학적 구조는 각각 4개의 접속부(junction)들을 특징으로 한다. 접속부는 예리한 모서리 또는 곡선일 수 있다.

도 1을 참조하면, 로터 요소(12)의 기하학적 구조는 로터(11)의 벽(16)과 로터 요소(12)의 선행 면(12b) 사이의 접속부인 내부 선행 접속부(121); 로터(11)의 벽(16)과 로터 요소(12)의 후행 면(12a) 사이의 접속부인 내부 후행 접속부(122); 로터 요소(12)의 선행 면(12b)과 외부 면(12c) 사이의 접속부인 외부 선행 접속부(123); 및 로터 요소(12)의 후행 면(12a)과 외부 면(12c) 사이의 접속부인 외부 후행 접속부(124)에 의해 설명된다.

유사하게, 리세스(13)의 기하학적 구조는 리세스(13)의 선행 벽(13b)과 플로어(13c) 사이의 접속부인 내부 선행 접속부(131); 리세스(13)의 후행 벽(13a)과 플로어(13c) 사이의 접속부인 내부 후행 접속부(132); 리세스(13)의 선행 벽(13b)과 로터(14)의 벽(17) 사이의 접속부인 외부 선행 접속부(133); 및 리세스(13)의 후행 벽(13a)과 로터(14)의 벽(17) 사이의 접속부인 외부 후행 접속부(124)에 의해 설명된다.

예를 들어, 도 1에서, 접속부들(131, 132)은 모서리들을 한정하는 것을 알 수 있다. 접속부들(133, 134)이 복합적인 곡선의 일부에 있지만, 이들은 벽(17)의 원형 프로파일이 끝나는 지점들을 나타낸다.

샤프트들(A, B)의 축들을 연결하는 개념적인 선 X는 도 1에 점선으로 도시되어 있고, 접속부들의 위치는 선 X를 참조하여 설명될 수 있다. 이는 로터 요소(12)의 외부 선행 접속부(123)와 외부 후행 접속부(124)가 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치를 참조하여 이루어진다.

이러한 맞물린 위치에서, 접속부들(121, 122, 123, 124)의 위치들은 두 개의 선들, 즉 접속부와 샤프트(A)의 축을 연결하는 선과 선 X 사이에서 이루어지는 각도에 의해 설명될 수 있다. 이는 도면들에 도시되고 특정 실시예에 대해 아래에서 더 설명된다. 접속부들(121, 123)의 위치는 예를 들어, 약 +5°, +10°, +15°, +16°, +17°, +18°, +19°, +20°, +21°, +22°, +23°, +24°, +25°, +26°, +27°, +28°, +29°, +30°, +31°, +32°, +33°, +34°, +35°, +36°, +37°, +38°, +39°, +40°, +41°, +42°, +43°, +44°, +45°, +46°, +47°, +48°, +49°, +50°, +51°, +52°, +53°, +54°, +55°, +56°, +57°, +58°, +59°, +60°, +65°, +70°, +75°, +80°, +85°, +90°, +95° 또는 +100°의 각도로 독립적으로 설명될 수 있다. 접속부들(122, 124)의 위치는 예를 들어 약 -5°, -10°, -15°, -16°, -17°, -18°, -19°, -20°, -21°, -22°, -23°, -24°, -25°, -26°, -27°, -28°, -29°, -30°, -31°, -32°, -33°, -34°, -35°, -36°, -37°, -38°, -39°, -40°, -41°, -42°, -43°, -44°, -45°, -46°, -47°, -48°, -49°, -50°, -51°, -52°, -53°, -54°, -55°, -56°, -57°, -58°, -59°, -60°, -65°, -70°, -75°, -80°, -85°, -90°, -95° 또는 -100°의 각도로 독립적으로 설명될 수 있다. 유사하게, 접속부들(131, 132, 133, 134)의 위치들은 두 개의 선들, 즉 접속부와 샤프트(B)의 축을 연결하는 선과 선 X 사이에서 이루어지는 각도에 의해 설명될 수 있다. 접속부들(131, 133)의 위치는 예를 들어 약 -5°, -10°, -15°, -16°, -17°, -18°, -19°, -20°, -21°, -22°, -23°, -24°, -25°, -26°, -27°, -28°, -29°, -30°, -31°, -32°, -33°, -34°, -35°, -36°, -37°, -38°, -39°, -40°, -41°, -42°, -43°, -44°, -45°, -46°, -47°, -48°, -49°, -50°, -51°, -52°, -53°, -54°, -55°, -56°, -57°, -58°, -59°, -60°, -65°, -70°, -75°, -80°, -85°, -90°, -95° 또는 -100°의 각도로 독립적으로 설명될 수 있다. 접속부들(132, 134)의 위치는 예를 들어, 약 +5°, +10°, +15°, +16°, +17°, +18°, +19°, +20°, +21°, +22°, +23°, +24°, +25°, +26°, +27°, +28°, +29°, +30°, +31°, +32°, +33, +34°, +35°, +36°, +37°, +38°, +39°, +40°, +41°, +42°, +43°, +44°, +45°, +46°, +47°, +48°, +49°, +50°, +51°, +52°, +53°, +54°, +55°, +56°, +57°, +58°, +59°, +60°, +65°, +70°, +75°, +80°, +85°, +90°, +95° 또는 +100°의 각도로 독립적으로 설명될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 바와 같이, 양의 각도, 예를 들어 +40°는 지정된 축(A 또는 B)을 중심으로 선 X로부터 시계 방향으로 측정된 각도이다. 음의 각도, 예를 들어 -40°는 지정된 축(A 또는 B)을 중심으로 선 X로부터 반시계 방향으로 측정된 각도이다.

상술한 설명은 로터 요소와 리세스의 외부 범위에 대한 기하학적 구조들의 범위를 커버한다. 이러한 특징들은 리세스, 및 입구와 출구와의 로터 요소의 맞물림 및 후속적인 맞물림 해제를 위한 다양한 상이한 프로파일들을 제공한다. 이제 단면도에서 시스템의 기하학적 구조가 설명된다.

단면도에서 로터 요소, 리세스 및 챔버

본 발명에 따른 회전 구동 장치의 단면도가 도 2에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 로터 요소(12)는 리세스(13)의 수용을 허용하는 반원형 외부 면(12c)을 갖는다. 도 2는 로터 요소(12)의 특징들(12a, 12b, 12c)을 위한 단지 하나의 가능성을 도시함을 이해할 수 있다. 도 2의 실시예에서, 구동 샤프트(A)는 로터(11) 상에 도시되고, 로터(14)는 다른 샤프트(B)를 중심으로 회전한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 일반적으로 도면번호 20으로 지시된 밀봉 링들은 챔버(15)의 무결성(integrity)을 유지하기 위해 제공될 수 있다. 다른 밀봉 수단(21)은 선택적으로 로터 요소(12)의 표면에 매립되어 챔버 벽(15a)과 밀봉되도록 제공될 수 있다. 로터(11) 및 밀봉 수단(21)을 갖는 로터 요소(12)의 구성은 도 3a에 도시되어 있다. 밀봉 링들은 간극(clearance)들이 매우 작은 경우에는 필요하지 않을 수 있음을 이해할 수 있다. 도 3b에 도시된 바와 같이 밀봉 링들이 없는 실시예는 상당히 향상된 효율을 달성할 것으로 예상된다.

도 2 및 도 3a 내지 도 3c가 로터 요소(12)와 챔버 벽(15a)을 위한 곡선형 프로파일을 도시하지만, 제조하기 더 용이한 편평한 프로파일을 포함하여 다른 프로파일들이 가능하다는 것을 이해할 수 있다. 이러한 예시는 로터 요소들(112, 212)이 하우징(100)과 접촉하는 축들(A, B)에 평행한 편평한 표면을 갖는 도 3d에 도시되어 있다.

직경에 대한 로터들의 두께는 다양할 수 있으며, 예를 들어 직경의 약 10%, 20%, 30%, 40% 또는 50% 두께일 수 있다.

돌출 로터 요소의 형상과 크기는 다양한 결과들을 달성하기 위해 유체 역학 법칙에 따라 조정될 수 있다.

예를 들어, 도 3c는 돌출 로터 요소의 후행 면(12a)이 유체의 항력을 감소시키거나 완화시키는 형상을 포함하는 본 발명의 실시예를 도시한다. 이 예시에서, 상기 형상은 로터 요소(12)의 후행 면(12a)에서 복합적인 형상이다. 복합적인 형상의 최후방 에지(12x)는 표면(16)으로부터 돌출 로터 요소(12)의 최외각 지점(12y)까지 매끄러운 곡선으로 연장한다. 돌출 로터 요소의 한쪽 면 또는 양쪽 면들에 대한 이러한 복합적인 형상은 효율성을 향상시킬 수 있다. 일반적으로, 복합적인 형상은 터빈, 연소 엔진 및 펌프/호흡기를 위해 한쪽 또는 양쪽 측면(12a, 12b)에 있을 수 있다. 도 4b는 로터 요소(12)의 양쪽 측면들(12a, 12b)에 복합적인 형상을 포함하는 예시를 도시한다. 도 4b에서, 로터 요소(12)의 간단한 형상이 비교를 위해 그리고 본 발명의 이해를 돕기 위해 점선으로 도시되어 있고, 복합적인 형상들 뒤의 입구(18)와 출구(19)의 일반적인 위치도 또한 점선으로 도시되어 있다. 복합적인 형상은 유체 유동을 개선하고 항력을 감소시키거나 완화시키면서 행정 체적(stroke volume)을 감소시킬 수 있다. 이러한 복합적인 형상은 로터 요소에 인접한 숄더(들)를 포함할 수 있고, 이러한 숄더(들)는 하기에서 더 설명되는 바와 같이 사이클의 특정 부분들에서 입구(들)와 출구(들)를 폐쇄하기 위해 작용할 수 있다. 일반적으로, 입구(들) 및/또는 출구(들)는 도면들에 도시된 바와 같이 한쪽 측면에만 있는 것이 아니라 챔버(15)의 양 측면에 있을 수 있다.

각각의 로터 표면들(16, 17)의 임의의 고정된 지점은 동일한 상대 속도로 이동하는 것이 바람직하다. 이는 불필요한 마찰을 방지하고, 따라서 효율의 손실을 방지한다.

2 이상의 회전 구동 유닛들이 연결될 수 있고, 로터들(11, 14)의 각 배향들이 오프셋되어, 사이클의 "전원 모드"에 있는 유닛이 현재 전원을 공급하지 않는 유닛에 대해 오프셋된다. 이는 시스템의 더 원활한 기능을 제공하는 것으로 예상된다. 예를 들어, 두 개의 커플링된 유닛들은 180°, 세 개의 유닛은 120°, 네 개의 유닛은 90° 등으로 오프셋된 각 로터들(11, 14)의 배향을 갖는다. 이러한 예시는 도 3d에 도시되어 있다. 하우징(100) 내부의 두 개의 유닛들은 샤프트들(A, B)을 공유하고, 타이밍 벨트 또는 톱니 메커니즘(T)에 의해 커플링된다. 제1 유닛의 로터(112)는 맞물림 해제된 상부 위치에 있고, 로터(111)는 로터(114)와 접촉한다. 리세스(113)는 유닛의 저부로 이동되어 있다. 이 위치에서, 제2 유닛의 로터 요소(212)는 로터(214)에서 리세스를 점유한다. 따라서 챔버(115)의 일부는 제2 유닛의 상단에서 보여진다.

유체 -구동 회전 구동 장치

회전 구동 장치가 터빈으로서 작동하는 본 발명의 일 양태는 도 4a 내지 도 7에 도시된 실시예들에서 예를 들어 설명된다. 본 발명은 거의 모든 물(water)이 구동력을 발생시키기 때문에 터빈으로서 효율적으로 작동하는 것으로 여겨지고; 포착되지 않는 극소량의 에너지만이 사이클의 다양한 단계들에서 매우 작은 간극들을 미끄러져 지나가는 유체에 있는 에너지이다.

일부 터빈 실시예들에서, 제1 및 제2 로터는 회전 동안 밀봉 맞물림 상태를 유지할 수 있는데, 즉 로터 요소가 리세스와 접촉하거나 또는 표면들(16, 17)이 서로 접촉한다. 이는 유체가 로터 요소를 우회하여 접촉이 끊어지는 사이클의 부분 동안 동력 손실이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 이러한 동력 손실은 부분적일 수 있지만(하기에서 설명하는 바와 같이 복수의 터빈들을 연결함으로써 오프셋될 수 있음), 터빈의 효율을 감소시킬 수 있다. 펌프 실시예의 경우, 이러한 효율 감소는 유체의 원활한 유동을 제공하는 것보다 덜 중요할 수 있다.

도 4a, 도 4b 및 도 5를 참조하면, 유체 압력은 입구 포트(18)에 의해 챔버(15)로 도입되고 출구(19)를 통해 챔버(15)를 빠져나간다. 유체 압력은 물 또는 증기를 포함하는 유체 공급원으로부터, 예를 들어 수력 또는 증기-구동 터빈으로서 제공된다. 이러한 방식으로, 로터 요소는 제1 로터의 회전을 구동하는 구동 요소로서 작동한다. 도시된 바와 같이 (로터(11)의) 시계 방향 회전 축 실시예에서, 입구(18)는 선 X에 대해 축(A)을 중심으로 대략 7시 또는 8시 방향(즉, +30°내지 +60°)에 위치되는 것이 바람직하고, 출구(19)는 선 X에 대해 축(A)을 중심으로 4시 또는 5시 방향(즉, -30°내지 -60°)에 위치되는 것이 바람직하다. 이는 가장 큰 "행정(stroke)"(동력이 적용되거나, 또는 기체 또는 유체가 챔버(15) 밖으로 강제 배출되는 아크(arc)임)을 제공하지만, 다른 위치들이 추가적 실시예들에서 가능할 수 있다.

바람직하게는, 동력 사이클은 입구(18) 바로 위의 위치, 예를 들어, 선 X에 대한 축(A)을 중심으로 +60°내지 +90°(즉, 8시 또는 9시 방향)에서 로터 요소(12)로 시작될 수 있다. 이 위치에서 벽들(16, 17)은 입구(18) '뒤'에서 밀봉 맞물림 상태에 있으므로 유체 압력이 로터 요소(12)의 후행 면(12a)에 부여됨으로써 로터(11)를 이 예시에서 지시된 시계 방향으로 밀게 된다. 로터(11)는 구동 샤프트(A)(도 2)에 추가로 장착되고, 그 회전 에너지는 종래의 방식으로 전기 발전기를 사용하여 전기를 생성하기 위한 사용을 포함하여 추가적으로 사용될 수 있다.

돌출 로터 요소(12)가 출구(19)에 도달하면, 구심 운동(centripetal motion)은 리세스(13) 내의 로터 요소(12)의 맞물림을 지나서 양 로터들(11, 14)을 계속 회전시키고 새로운 사이클이 시작된다.

도 1과 비교하면, 도 4a, 도 4b 및 도 5에서 로터(11)는 로터 요소(12)의 베이스에서 추가 숄더(들)(26)를 포함한다. 로터(11)가 숄더를 포함하는 경우, 로터 요소(12)가 로터(11)의 벽(16)에 직접 연결되지 않기 때문에, 로터 요소(12)의 내부 접속부들(121, 122)은 존재하지 않는다. 그러나, 로터 요소의 형상은 여전히 개념적 내부 접속부를 참조하여 설명될 수 있다. 숄더들(26)은 사이클의 특정 단계들에서 입구(18)에 대한 폐쇄 밸브가 되는 효과를 가져서 증기 및 물 구동 터빈들의 성과와 효율성을 개선할 수 있다. 일부 실시예들에서, 숄더(들)(26)는 로터 요소에 강도를 제공할 수 있다. 예를 들어, 터빈 실시예에서, 숄더는 로터 요소에 적용된 압력에 저항하기 위한 지지대(buttress)로서 작동할 수 있다. 이러한 실시예에서, 숄더는 플랜지(flange)로 설명될 수 있다. 도 4a에서 숄더들(26)은 로터 요소(12)가 로터(14)의 리세스(13)와 맞물리면서 입구(18)와 출구(19)를 커버한다. 터빈 실시예에서, 로터 요소(12)의 양 측면에서 2개의 숄더들(26)의 사용은 로터가 회전할 때, 입구(18)가 선행 숄더에 의해 커버되는 동시에 출구(19)가 후행 숄더에 의해 커버되지 않아서 터빈을 통한 일정한 유동을 제공하기 때문에 유리하다. 입구(18)와 출구(19)에 대한 숄더들(26)의 정확한 형상은 입구(18)의 완전한 커버 및 출구(19)의 불완전한 커버를 제공하기 위해 조절될 수 있다. 이는 챔버(15)를 빠져나가는 유체의 보다 자유로운 이동을 제공하여 압력 축적을 방지한다.

도 4b를 참조하면, 샤프트들(A, B) 사이에서 그려진 선 X는 점선으로 도시되고, 다른 점선들은 선 X의 양 측면에서 양 축들(A, B)로부터 연장하여 선 X와 +50°, -50°의 각도를 이루어 도시된다. 도면들에서 이러한 점선들은 부분들 간의 상호관계를 설명하고 본 발명의 이해를 돕기 위해 도움이 된다. 예를 들어, 도 4b에서, 내부 선행 접속부(121)와 내부 후행 접속부(122)는 선 X와 대략 +50°, -50°의 각도를 이룬다. 리세스(13)의 내부 선행 접속부(131)와 내부 후행 접속부(132)는 축(B)으로부터 이 선들과 정렬되어 선 X와 +50°, -50°의 각도를 이룬다.

입구(18)와 출구(19)의 형상들 자체도 조정될 수 있다. 도 1 내지 도 11에서, 이들은 입구(18)와 출구(19)가 로터들(11, 14)에 의해 커버되지 않고 로터 요소(12) 및 존재하는 경우 숄더(들)(26)에 의해서 간헐적으로만 커버되지 않는다는 원칙에 따라 개략적으로 도시되어 있다. 그러나, 바람직한 실시예들에서, 입구(18)와 출구(19)의 형상들은 도면들에 도시된 바와 같다.

도 4a 및 도 4b에서, 입구(18)는 주변 벽들(16, 17)의 맞물림에 인접한 챔버(15)의 후면 벽에 배치된다. 챔버(15)의 무결성을 유지하기 위해 제2 로터와 하우징 사이에 추가 밀봉 수단(20)이 도시되어 있다. 그러나, 일부 실시예들에서, 밀봉 수단(20)은 특히 하우징(10)과 벽(17) 사이의 간극이 매우 작은 경우, 필요하지 않거나 유익하지 않을 수 있다.

도 5는 입구(18)를 커버하도록 형성된 단지 하나의 숄더(26)를 갖는 추가의 실시예를 도시한다. 이 도면에서, 외부 선행 접속부(123)와 외부 후행 접속부(124)가 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치에서, 입구(18)를 배치하기 위한 영역(area)은 숄더(26)의 대응하는 형상 내에 있고, 축(A)으로부터 연장하고 선 X와 +50°의 각도를 이루는 점선으로 도시되어 있다. 출구(19)를 배치하기 위한 영역은 샤프트들(A, B)로부터 연장하고 각각이 선 X와 각각 -50°, +50°의 각도를 이루는 점선으로 도시되어 있다. 로터 요소(12)가 도시된 위치에 있을 때, 입구(18)는 숄더(26)에 의해 차단되어 유체(물)가 입구(18)를 통해 하우징에 유입될 수 없고, 로터들은 이전 사이클로부터의 모멘텀으로 인해 회전한다. 로터 요소(12)가 입구(18)를 지나가면, 입구(18)를 통해 유입된 유체는 로터 요소(12)의 표면(12a)과 로터(14)의 노출된 표면에 동시에 압력을 부가하여 다음 사이클을 구동한다.

이해될 수 있는 바와 같이, 추가의 밀봉들이 효율을 증가시키기 위해 제공될 수 있다. 예를 들어, 도 4a에 도시된 바와 같이, 로터(14)의 벽(17)과 하우징(10)의 벽 사이에 선형 밀봉들(20)이 제공될 수 있다. 그러나, 전술한 바와 같이, 벽(17)과 하우징(10) 사이의 간극이 매우 작은 실시예들에서, 밀봉 수단은 필요하지 않을 수 있고, 실제로 효율을 감소시킬 수 있다.

효율을 증가시키는 추가의 수단은 각 로터의 편평한 면들 중 하나 또는 양쪽에 로터 내로 리베이트(rebated)되고 상기 면의 둘레 부근에서 로터를 중심으로 연장되는 트랙에 O-링과 같은 밀봉을 제공하는 것이다.

예를 들어, 석탄, 오일, 원자력 또는 지열 에너지로부터 생성된 고압의 물 또는 증기의 동력을 활용하는 터빈으로서 사용되는 경우, 돌출 로터 요소(12)가 출구(19)로부터 입구(18)를 막 지난 지점(예를 들어, 9시 방향)으로 회전할 때 순간적으로 흡기를 폐쇄하기 위해 밸브를 입구(18)(도시 생략)에 포함시키는 것이 가능할 것이다. 대부분의 경우들에서, 출구(19)에 밸브를 사용할 필요는 없는데, 이는 단지 다음 사이클에서 돌출 로터 요소(12)가 힘을 받으면서 기체/물의 배출을 허용하기 때문이다.

입구 밸브들은 사이클의 단계와 관련하여 다른 이동 부품들로부터 구동되는 캠(cam)에 의해 활성화될 수 있다. 입구 밸브들은 필요하지 않을 수 있고, 도 5 또는 도 6에는 도시되어 있지 않다.

도 6은 로터(14) 상에 2개의 리세스들이 있고, 챔버(15)로 유입되는 유체로부터 로터 요소(12)에서 힘을 받는 면들(12a)을 갖는 2개의 돌출 로터 요소들(12)이 있는 추가의 실시예를 도시한다. 따라서, 제2 로터 내의 2개의 리세스들은 2개의 로터 요소들을 수용하고, 로터 요소들이 리세스들과 맞물릴 때 밀봉 맞물림을 유지한다.

이러한 배열은 로터들의 편심을 제거하고 로터들(11, 14)의 균형을 개선함으로써 효율성을 향상시킬 수 있다. 이는 매우 높은 분당 회전수가 요구될 때 특히 유리하다.

도 7은 로터(14)가 로터(11)의 직경의 실질적으로 두 배이고, 로터(14)에 두 개의 리세스들(13)이 필요한 추가의 실시예를 도시한다. 로터들 중 하나 또는 다른 로터의 직경을 배가(multiply)하는 원리는 본 발명의 다른 바람직한 실시예들, 연소 엔진 및 호흡기 펌프에도 적용될 수 있음에 유의할 수 있다.

펌프로서의 회전 구동 장치

회전 구동 장치가 물 또는 호흡기 펌프와 같은 펌프를 제공하는 본 발명의 다른 양태는 도 8 및 도 9에 도시된 실시예들에 의해 설명된다. 본 발명의 이러한 양태는 응축기 장치로서도 적용 가능하다.

입구(18)에서 유체 저장소(물, 기체 또는 공기)에 연결된 상태에서 구동 샤프트를 통해 로터(11 또는 14)에 회전 운동이 외부적으로 가해지면, 장치는 펌프로서 작동한다. 도 8에 도시된 바와 같이, 공기 또는 공기-산소 혼합물과 같은 유체는 입구(18)를 통해 흡입되어 로터 요소(12)의 면(12b)에 의해 챔버(15) 주변에서 로터(11)의 회전 속도에 의해 정의된 압력으로 출구(19)로 밀리게 된다. 도 8 및 도 9에서, 제1 로터의 회전 동안 숄더는 로터 요소를 따르고, 제1 로터의 사이클의 일부 동안 출구를 폐쇄하고, 고속 펌프 실시예에서 유용하다.

선택적으로, 펌프 실시예 또는 호흡기 실시예에서, 제1 및 제2 로터는 회전 동안 밀봉 맞물림 상태를 유지할 수 있는데, 즉 회전의 임의의 단계에서 로터 요소(12)가 리세스(13)와 접촉하거나 또는 표면들(16, 17)이 서로 접촉한다. 그러나 일부 실시예들에서, 제1 로터와 제2 로터는 회전의 일부 동안(예를 들어, 로터 요소(12)가 리세스(13)와 접촉하지 않는 경우) 잠시 서로 접촉하지 않을 수 있다. 이러한 회전 단계에서, 펌프/호흡기에 의해 흡입되는 유체/공기의 체적이 감소될 수 있다. 유체/공기의 흡입은 제1 로터와 제2 로터 사이의 밀봉이 다시 설정될 때 회전의 다음 단계에서 최대 수준으로 복귀할 것이다.

예시들이 하기에 더 상세하게 설명된다.

예시: 도 8의 펌프 실시예

도 8에서, 입구(18)는 샤프트(A)로부터 연장하고 선 X와 +50°의 각도를 이루는 점선으로 한정된 섹터 내부에 배치되고, 출구(19)는 샤프트(A)로부터 연장하고 선 X와 -50°의 각도를 이루는 점선으로 한정된 섹터 외부에 배치된다. 이러한 배열은 출구(19)가 로터 요소(12)와 숄더(26)에 의해 폐쇄될 때까지 출구(19)를 빠져 나가는 유체/기체에 최대 압력을 제공하고, 그 후 로터 요소(12)가 리세스(13)와 접촉하지 않으면서 로터들 사이의 밀봉이 제거된다. 로터들 사이의 밀봉이 다시 설정되면 출구(19)에 대한 압력이 재개된다. 도 10의 실시예는 고압 펌프와 같은 고속 회전에 특히 적합할 것으로 예상된다. 이러한 펌프는 매우 작은 간극들을 갖고 임의의 밀봉들을 필요로 하지 않는다.

예시: 도 9의 펌프/호흡기 실시예

도 9의 실시예는 2개의 입구들(18)을 포함하고, 호흡기와 같은 저속 펌프에 더 적합하다. 입구들(18) 중 하나는 내부에 배치되고, 다른 하나는 샤프트(A)로부터 연장하고 선 X와 +50°의 각도를 이루는 점선으로 한정된 섹터 외부에 배치된다. 이러한 배열은 로터 요소(12)가 제1 입구(18)에 도달하면 로터들(11, 14)이 밀봉 맞물림 상태에 있으므로, 새로운 기체가 흡입되기 시작할 수 있다는 것을 의미한다. 이것은 또한 로터들(11, 14)이 로터 요소(12) 뒤에서 밀봉되면 진공이 생성되는 것을 방지할 수 있다. 대안적인 배열은 두 개의 입구들이 로터(11)에 대해 방사상으로 정렬되도록 할 수 있는데, 각 입구의 크기가 더 작아야 한다. 선택적으로, 그러한 펌프는 설계에 통합된 고무처리된 밀봉들을 가질 수 있다. 도 9의 실시예는 로터 요소(12)가 출구(19)를 지나갈 때 밀봉할 수 있는 출구(19) 상의 일방향 밸브를 포함한다. 출구(19)의 밀봉은 배압(back pressure)이 유체를 챔버(15) 내로 다시 밀어 넣는 것을 방지할 수 있다. 출구(19)와 관련하여, 일방향 밸브는 장치의 본체(10)와 접촉하거나 또는 장치와 분리되어 있을 수 있다. 출구(19)는 샤프트(A)로부터 연장하고 선 X와 -50°의 각도를 이루는 점선으로 한정된 섹터 외부에 배치된다.

로터(11) 또는 로터(14)에 대한 회전 운동의 적용의 선택은 호흡기 디바이스와 같은 펌프의 일부로서 본 발명의 장치를 구성하는 데 있어서 유연성을 제공한다.

실시예들에서, (도 9에 도시된 바와 같이) 호흡기용 펌프는 각각 공기와 산소를 위한 2개의 입구들을 구비할 수 있고, 환자에게 공기/산소 혼합물을 공급할 수 있다. 두 개의 입구들의 사용은 공기/산소 혼합물을 보다 정밀하게 공급할 수 있고, 또한 실시간으로 조정할 수 있는 옵션을 제공할 수 있어서, 호흡기 실시예를 위해 유리하다.

폭이 넓은 로터 요소를 갖는 회전 구동 장치

도 10 내지 도 13은 폭이 넓은 로터 요소를 갖는 회전 구동 장치를 도시한다. 이들 도면에 도시된 실시예들은 터빈 또는 펌프로서 적합하지만, 폭이 넓은 로터 요소를 갖는 연소 엔진도 하기에서 설명된다. 도 10 내지 도 13의 실시예들에서, 로터(11) 및 로터(14)는 동일 반경을 갖고, 로터 요소(12)는 로터(11 또는 14)의 반경의 약 30%의 거리만큼 로터(11)를 넘어서 방사상으로 연장한다.

일반적으로, 폭이 넓은 로터 요소는 도 10 내지 도 13에 도시된 맞물린 위치에서, 입구(18)와 출구(19) 양자를 동시에 폐쇄하는 로터 요소이다. 이러한 방식으로, 챔버(15) 둘레에서 유체 유출이 방지될 수 있다. 입구(18)가 약 +30°내지 +90°, 바람직하게는 +30°내지 +60°의 범위에서 선 X와 양의 각도를 이루는 선에 의해 위치 설정되고, 출구(19)가 약 -30°내지 -90°, 바람직하게는 -30°내지 -60°의 범위에서 선 X와 음의 각도를 이루는 선에 의해 위치 설정되므로, 로터 요소는 일반적으로 약 60°내지 약 180°, 바람직하게는 약 60°내지 120°사이의 섹터를 점유하고, 접속부들 모두가 이 섹터 내에 속하는 것을 의미한다. 예를 들어, 폭이 넓은 로터 요소는 약 60°, 70°, 80°, 90° 또는 100°의 섹터를 점유하는 것이 바람직할 수 있다. 바람직하게는, 로터 요소는 약 80°의 섹터를 점유한다. 이는 챔버(15)의 행정 체적을 유지하면서 동시에 입구(18)와 출구(19) 양자의 커버를 허용하는 균형을 이루는 커버 정도를 제공한다.

도 10에서, 로터 요소(12)의 내부 접속부들(121, 122)은 샤프트(A)로부터 연장하고 선 X와 +37°, -37°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치된다. 후행 면(12a)과 선행 면(12b)은 로터(11)로부터 방사상으로 연장되지 않는다. 대신에, 외부 접속부들(123, 124)은 샤프트(A)로부터 연장하고 선 X와 +30°, -30°의 각도를 이루는 선에 의해 배치된다. 후행 면(12a)과 선행 면(12b)의 방사상 배향은 동일한 결과를 달성할 것으로 예상된다. 리세스(13)를 살펴보면, 리세스의 내부 접속부들(131, 132)은 샤프트(B)에서 연장하고 선 X로부터 +38°, -38°의 각도를 이루는 섹터에 의해 배치된다.

로터(12)의 외부 표면은 샤프트(A)로부터 더 먼 거리에 있고, 이 표면은 리세스(13)의 표면보다 더 빠르게 이동한다. 따라서, 로터 요소(12)와 리세스(13) 사이의 밀봉 맞물림은 발생하지 않고, 오히려 그 표면들 사이에서 공칭 갭(nominal gap)만을 갖고 그 표면들 사이에서 거의 접촉이 이루어진다. 내부 접속부들(131, 132)과 비교하여 내부 접속부들(121, 122)을 위한 약간 더 작은 각도(이 경우 1도의 차이인 각각 37°및 38°)를 갖는 것은 리세스가 로터 요소를 수용할 수 있게 한다. 거의 접촉됨(near-contact)은 갭을 통해 약간의 유동을 야기하여, 효율이 약간 감소한다. 폭이 넓은 로터 요소는 도 10에 도시된 맞물린 배향에서 입구(18)와 출구(19)의 완전한 커버를 제공한다.

이 예시에서, 입구(18)와 출구(19)는 로터 요소(12)가 이동하는 존(zone)에 배치되지만, 이들은 로터(14)가 이동하는 존을 회피한다. 도 10에 도시된 맞물린 위치에서, 입구(18)와 출구(19) 양자는 로터 요소에 의해 폐쇄된다. 따라서, 입구(18)와 출구(19)의 위치는 유동이 로터(11)의 진행에 의해 영향을 받지만, 로터(14)의 진행에 의해서는 영향을 받지 않도록 한다.

도 11을 참조하면, 이 실시예에서 후행 면(12a)과 선행 면(12b)은 로터(11)로부터 방사상으로 연장되고, 도시된 배향에서 샤프트(A)로부터 연장하고 선 X로부터 +40°, -40°의 각도를 이루는 선과 정렬한다(내부 접속부들(121, 122) 및 외부 접속부들(123, 124)도 그러하다). 따라서 폭이 넓은 로터 요소는 약 80°의 섹터를 점유한다. 입구(18)는 로터(14)가 이동하는 존을 회피하도록 형성되는 한편, 입구의 연장부는 작은 배기 구역(18a)을 생성한다. 마찬가지로, 출구(19)의 연장부는 로터(14)의 존 안으로 연장하는 더 큰 배기 구역(19a)을 생성한다. 배기 구역(들)은 장치를 정지시키거나 또는 회전을 상당히 느리게 할 수 있는, 배압이 유체를 챔버(15) 내로 다시 밀어 넣는 것을 방지하여, 장치의 보다 원활한 작동을 제공한다.

도 11의 실시예에서, 내부 접속부들(131, 132)은 샤프트(B)로부터 연장하고 선 X로부터 +43°, -43°의 각도를 이루는 섹터에 의해 배치되는 한편, 외부 접속부들(133, 134)은 샤프트(B)로부터 연장하고 선 X로부터 +46°, -46°의 각도를 이루는 섹터에 의해 배치된다. 따라서 내부 접속부들(131, 132)과 비교하여 내부 접속부들(121, 122)을 위한 약간 작은 각도(이 경우 3도의 차이인 각각 40°및 43°)는 또한 리세스가 로터 요소를 수용하도록 허용한다.

도 11과 마찬가지로, 도 12의 실시예에서, 후행 면(12a)과 선행 면(12b)은 로터(11)로부터 방사상으로 연장하고, 도시된 맞물린 위치에서, 샤프트(A)로부터 연장하고 선 X로부터 +40°, -40°의 각도를 이루는 선들과 정렬된다(내부 접속부들(121, 122) 및 외부 접속부들(123, 124)도 그러하다). 입구(18)는 선 X와 축(A)으로부터 연장하고 선 X와 +38°의 각도를 이루는 점선으로 한정된 섹터 내에 있다. 출구(19)는 선 X와 축(A)으로부터 연장하고 선 X와 -39°의 각도를 이루는 점선으로 한정된 섹터 내에 있다. 입구(18)와 출구(19)를 한정하는 각각 +38° 및 -39°의 선택은 맞물린 위치에서 로터 요소(12)에 의해 양자가 폐쇄되도록 보장한다(하기에 설명되는 바와 같이 배기 구역들(18a, 19a)은 제외됨). 전술한 바와 같이, 입구와 출구 포트들(18, 19) 양자의 동시 폐쇄는 챔버(15) 주변으로 유체의 유출을 방지함으로써 에너지의 손실을 방지할 수 있다.

입구(18)는 또한 로터(14)가 이동하는 존을 회피하도록 형성되는 한편, 입구의 연장부는 작은 배기 구역(18a)을 생성한다. 출구(19)는 또한 로터(14)가 이동하는 존을 회피하도록 형성되는 한편, 입구의 연장부는 작은 배기 구역(19a)을 생성한다. 따라서, 도시된 맞물린 위치에서, 입구(18)와 출구(19)는 로터 요소(12)에 의해 폐쇄되지만, 배기 영역들(18a, 19a)은 그렇지 아니하다. 배압을 회피하도록 입구(18)는 출구(19)보다 약간 작은 것이 바람직하다. 입구(18)와 출구(19)의 상대적인 크기는 장치의 기능에 따라 다양할 수 있다. 터빈의 경우, 배압의 감소는 바람직하므로, 입구가 출구보다 작을 수 있지만, 펌프(또는 응축기)에서는 생성되는 압력을 증가시키기 위해 그 반대일 수 있다.

리세스(13)의 내부 접속부들(131, 132)은 샤프트(B)로부터 연장하고 선 X와 +45°, -45°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치된다. 외부 접속부들(133, 134)은 샤프트(B)로부터 연장하고 선 X와 +53°, -53°의 각도를 이루는 선에 의해 배치된다. 따라서 내부 접속부들(131, 132)과 비교하여 내부 접속부들(121, 122)의 약간 작은 각도(이 경우 5도의 차이인 각각 40°및 45°)는 또한 리세스가 로터 요소를 수용할 수 있도록 허용한다.

입구(18)와 출구(19)의 기하학적 구조는 도 12b에 도시되어 있다. 도면에서 볼 수 있듯이, 입구와 출구 사이의 공간은 양 로터들의 축들로부터 연장하고 상기 선 X와 +15°, -15°의 각도를 이루는 선들에 의해 한정된다.

도 12에 도시된 것과 유사한 실시예가 도 13에 도시되어 있다. 이 실시예에서, 리세스(13)의 내부 접속부들(131, 132)은 샤프트(B)로부터 연장하고 선 X와 +46°, -46°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치된다. 이는 도 12의 예시와 비교하여 약간 더 넓은 리세스를 제공한다. 도 13의 다른 기하학적 구조는 도 12에 도시된 것과 동등하다. 이러한 기하학적 구조를 갖는 장치는 어떠한 마찰이 발생하지 않고 펌프로서 매우 효율적으로 작동한다.

이 장치를 터빈으로서 작동시키기 위해, 유체가 입구(18) 내로 진입하는 각도를 증가시킴으로써 효율을 향상시킬 수 있다. 바람직하게는, 유체는 로터(11)의 회전 축으로부터 오프셋된 각도로 입구(18)로 진입하여, 로터 요소를 직접적으로 밀게 된다. 이것은 로터(11)가 올바른 정렬에서 밀려날 위험을 최소화한다. 터빈 실시예에서 편심을 감소시키는 다른 방법들은 양 로터들을 통해 구멍들을 뚫어서 로터들의 양 측면에 압력을 보다 균등하게 분산시키는 것을 포함한다.

연소-구동 회전 구동 장치

회전 구동 장치가 연소 엔진으로서 작동하는 본 발명의 또 다른 양태는 도 14 및 도 15에 도시된 실시예들에 의해 설명된다. 적합한 연료는 명확하고, 휘발유(가솔린) 또는 수소 및 산소를 포함할 수 있다.

연소 엔진 실시예에서, 각 로터들(11, 14)의 주변 벽들(16, 17)은 적어도 사이클의 흡입 및 연소 단계들 동안 밀봉 맞물림 상태를 유지할 수 있고, 따라서 연소를 위한 한정된 공간을 제공하여 로터 요소에 동력을 전달할 수 있다. 내연 기관은 점화 플러그(들)(22)를 부가적으로 필요로 하고, (단지 예시적으로만) 본 기술 분야에 공지된 바와 같이 연료/공기 혼합물을 공급하는 두 개의 입구들(23, 24)(도 14에는 도시되어 있지 않고, 도 15에 도시됨)를 활용한다. 이는 정밀한 공기/연료 혼합을 가능하게 하고, 또한 실시간으로 조정될 수 있는 옵션을 제공한다. 입구들(23, 24)은 원형 일방향 밸브들일 수 있다. 밸브들은 입구들(23, 24)에서 혼합물의 분배를 제어하기 위해 필요할 수 있다. 입구 밸브들은 사이클의 단계와 관련하여 다른 이동 부품들로부터 구동되는 캠에 의해 활성화될 수 있다. 또한, 도 15에 도시된 바와 같이, 점화 플러그 헤드 부근의 연소 섹션에서 챔버 벽(15a)은 점화 플러그 헤드를 지나서 로터 요소(12)의 회전을 허용하기 위해 약간 리세스됨(recessed)을 유의해야 한다.

연소는 바람직하게는 세그먼트(12)가 마지막 점화 플러그(22)를 막 지난 지점에 있을 때의 사이클의 단계에서 개시된다. 이것은 또한 기체들의 적절한 혼합을 위한 시간을 허용한다.

연료/공기의 폭발은 축(A)을 중심으로 로터 요소(12)에 힘을 가하고, 로터(11)가 장착된 샤프트를 구동한다. 배기 가스들은 출구(19)를 통해 빠져나간다. 새로운 사이클이 시작될 때 세그먼트(12)가 이전 사이클로부터의 배기 가스를 효과적으로 강제 배출하기 때문에, 출구(19)는 밸브를 포함할 필요가 없을 것이다.

2 이상의 회전 구동 유닛들은 연결될 수 있고, 로터들(11, 14)의 각 배향들이 오프셋되어, 사이클의 "전원 모드"에 있는 유닛이 현재 전원을 공급하지 않는 유닛에 대해 오프셋된다. 이는 더 원활한 엔진 회전을 제공할 것으로 예상된다. 예를 들어, 두 개의 커플링된 유닛들은 180°, 세 개의 유닛은 120°, 네 개의 유닛은 90°등으로 오프셋된 각 로터들(11, 14)의 배향을 가질 것이다. 2개 이상의 유닛을 갖는 일부 종래의 "2-행정" 또는 "4-행정" 연소 엔진은 이러한 유닛들의 배열을 사용하여 오프셋된 "동력 모드"를 갖는다.

"2-행정" 연소 엔진에서, 피스톤을 상하로 이동시켜야 하므로 에너지가 손실된다. 본 발명에서 피스톤을 상하로 이동시킬 필요가 없으므로 절약되는 에너지는 밀봉 등을 지나는 압축 손실로 인한 효율성의 손실보다 더 클 것으로 여겨진다. 또한, 4-행정 내연기관이 폐기체를 배출하고 새로운 가연성 기체 혼합물을 흡입하기 위해 한 사이클이 필요한 반면, 모든 사이클이 동력을 생성한다.

돌출 로터 요소(12)의 크기 및 리세스(13)의 깊이는 또한 비례적으로 더 큰 추력(thrust)을 위해 조정될 수 있다. 또한, 리세스(13) 내로의 로터 요소(12)의 특정 형상은 최적의 작동 특성들을 배치하기 위해 변경될 수도 있다.

숄더(26)가 도 14에 도시되어 있지만, 연소 구동 실시예에서는 이것이 필요하지 않을 것으로 예상된다. 본 발명의 범위 내에서, 이러한 대안적인 '밸브' 배열에 대한 다른 변형이 가능할 수 있다.

연소 엔진 실시예에서, 도 10 내지 도 13에 도시된 유형의 폭이 넓은 로터 요소(12)를 사용하는 것이 더 양호한 효율을 제공할 수 있음에 유의해야 한다.

본 발명의 회전 구동 장치는 높은 효율을 가질 수 있고, 잠재적으로 종래의 펌프, 터빈 또는 엔진 설계들을 대체할 수 있다고 여겨진다. 적어도, 본 발명은 "회전" 구동 장치의 구성의 현재 방법들에 대한 대안으로 간주되어야 한다.

Claims

하우징을 포함하는 회전 구동 장치로서, 상기 하우징 내에 제1 로터와 제2 로터가 배치되고, 상기 제1 로터는 제1 축을 중심으로 회전 가능하고 그로부터 방사상으로 돌출하는 로터 요소를 갖고, 제2 로터는 상기 제1 축과 평행한 제2 축을 중심으로 회전 가능하고 상기 제1 로터와는 반대 방향에 있고, 상기 제2 로터는 상기 로터 요소를 수용할 수 있는 리세스(recess)를 포함하고,
상기 제1 로터와 상기 제2 로터 및 하우징은 상기 로터 요소가 통과하는 상기 제1 로터 둘레의 챔버를 한정하고, 상기 챔버는 이들을 통해 유체가 상기 챔버로 유입되고 빠져나갈 수 있는 입구와 출구를 갖는, 회전 구동 장치.
제1 항에 있어서,
상기 제1 및 제2 로터는 회전 동안 밀봉 맞물림 상태로 유지될 수 있는, 회전 구동 장치.
제1 항에 있어서,
상기 로터 요소는 회전 동안 상기 리세스의 플로어(floor)와 접촉하지 않는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 로터와 상기 하우징 및/또는 상기 제2 로터 사이에 밀봉을 형성할 수 있는 밀봉 수단을 더 포함하는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 요소와 상기 하우징 및/또는 상기 제2 로터 사이에 밀봉을 형성할 수 있는 상기 로터 요소 상의 밀봉 수단을 더 포함하는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 요소에 인접한 상기 제1 로터로부터 돌출하고 상기 제1 로터의 사이클의 일부 동안 상기 입구 및/또는 상기 출구를 적어도 부분적으로 폐쇄하는 숄더(shoulder)를 더 포함하는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 요소 또는 상기 숄더의 선행 면 및/또는 후행 면은 유체의 항력(drag)을 감소시키거나 완화시키는 형상을 포함하는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 가압된 유체를 상기 입구 수단을 통해 도입하여 상기 로터 요소에 에너지를 부여하도록 구성된, 회전 구동 장치.
제8 항에 있어서,
상기 유체는 상기 제1 로터의 회전 축으로부터 오프셋된 각도로 상기 입구에 진입하여 상기 로터 요소에 보다 직접적인 압력을 제공하는, 회전 구동 장치.
제8 항 또는 제9 항에 있어서,
상기 제2 로터와 상기 하우징 사이에 밀봉 수단을 더 포함하는, 회전 구동 장치.
제8 항 내지 제10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 요소에 인접한 상기 제1 로터로부터 돌출하는 숄더를 더 포함하는, 회전 구동 장치.
제11 항에 있어서,
상기 로터 요소의 어느 한 측면 상에서 상기 제1 로터로부터 돌출하는, 2개의 숄더들을 포함하는, 회전 구동 장치.
제11 항 또는 제12 항에 있어서,
상기 제1 로터의 회전 동안 숄더는 상기 로터 요소에 선행하여, 상기 제1 로터의 사이클의 일부 동안 상기 입구를 폐쇄하는, 회전 구동 장치.
제8 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
2개의 로터 요소들 및 상기 로터 요소들을 수용할 수 있는 상기 제2 로터의 2개의 리세스들을 포함하는, 회전 구동 장치.
제8 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제2 로터는 상기 제1 로터의 2배의 직경을 갖고, 상기 제2 로터는 상기 로터 요소를 수용할 수 있는 2개의 리세스들을 포함하는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제15 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입구와 상기 출구는 상기 로터 요소가 이동하는 상기 챔버의 존(zone)에 배치되고, 상기 제2 로터가 이동하는 존을 회피하도록 배치되는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제16 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 입구와 상기 출구는 상기 로터의 회전 축에 실질적으로 수직한 상기 챔버 벽의 구역(region)에 배치되는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제17 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 요소가 상기 리세스에 맞물리면, 상기 로터 요소는 상기 입구와 상기 출구 양자를 동시에 폐쇄하는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제18 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 요소는 상기 제1 로터의 축에 대해 약 60°내지 약 120°사이의 섹터를 점유하는, 회전 구동 장치.
제19 항에 있어서,
상기 로터 요소는 상기 제1 로터의 축에 대해 약 80 °의 섹터를 점유하는, 회전 구동 장치.
제18 항 내지 제20 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 입구 및/또는 상기 출구의 연장부를 더 포함하여 배기 구역을 더 생성하는, 회전 구동 장치.
제21 항에 있어서,
상기 배기 구역은 상기 제2 로터가 이동하는 존을 회피하는, 회전 구동 장치.
제21 항에 있어서,
상기 배기 구역은 상기 제2 로터가 이동하는 존에 배치되는, 회전 구동 장치.
제18 항 내지 제23 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 로터 요소는
상기 로터의 회전 동안 상기 로터 요소의 다른 부분들에 선행하는 선행 면, 상기 선행 면의 반대편에 있는 후행 면, 및 상기 제1 로터의 회전 동안 상기 챔버의 벽과 접촉하거나 거의 접촉하는 외부 면;
상기 로터 요소의 선행 면과 외부 면 사이의 외부 선행 접속부(junction);
상기 로터 요소의 후행 면과 외부 면 사이의 외부 후행 접속부;
상기 제1 로터의 외부 벽과 상기 로터 요소의 선행 면 사이의 내부 선행 접속부; 및
상기 제1 로터의 외부 벽과 상기 로터 요소의 후행 면 사이의 외부 후행 접속부에 의해 한정되고;
상기 리세스는
상기 로터 요소의 선행 면과 후행 면을 수용하도록 이격된 벽들, 및 상기 로터 요소가 상기 리세스 내에 수용될 때 상기 로터 요소의 외부 면과 접촉하거나 거의 접촉하는 플로어(floor);
상기 리세스의 선행 벽과 플로어 사이의 내부 선행 접속부;
상기 리세스의 후행 벽과 플로어 사이의 내부 후행 접속부;
상기 리세스의 선행 벽과 상기 제2 로터의 외부 벽 사이의 외부 선행 접속부; 및
상기 리세스의 후행 벽과 상기 제2 로터의 외부 벽 사이의 외부 후행 접속부에 의해 한정되는, 회전 구동 장치.
제24 항에 있어서,
상기 로터 요소의 외부 접속부들이 상기 로터들의 축들을 연결하는 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치에서,
상기 로터 요소의 내부 접속부들은 상기 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +37°, -37°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치되고;
상기 로터 요소의 외부 접속부들은 상기 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +30°, -30°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고;
상기 리세스의 내부 접속부들은 상기 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +38°, -38°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고; 그리고
상기 입구와 상기 출구는 상기 로터 요소가 이동하는 존에 배치되지만, 상기 입구와 상기 출구는 상기 제2 로터가 이동하는 존을 회피하는, 회전 구동 장치.
제24 항에 있어서,
상기 로터 요소의 외부 접속부들이 상기 로터들의 축들을 연결하는 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치에서,
상기 로터 요소의 내부 및 외부 접속부들은 상기 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +40°, -40°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치되고;
상기 리세스의 내부 접속부들은 상기 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +43°, -43°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고;
상기 리세스의 외부 접속부들은 상기 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +46°, -46°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고; 그리고
상기 입구와 상기 출구는 상기 로터 요소가 이동하는 존에 배치되나, 상기 입구와 상기 출구는 상기 제2 로터가 이동하는 존을 회피하는, 회전 구동 장치.
제24 항에 있어서,
상기 로터 요소의 외부 접속부들이 상기 로터들의 축들을 연결하는 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치에서,
상기 로터 요소의 내부 및 외부 접속부들은 상기 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +40°, -40°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치되고;
상기 입구는 상기 로터 요소가 이동하는 존에, 그리고 상기 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +38°의 각도를 이루는 선 내에 배치되고, 상기 제2 로터가 이동하는 존을 회피하고,
상기 출구는 상기 로터 요소가 이동하는 존에, 그리고 상기 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 -39°의 각도를 이루는 선 내에 배치되고, 상기 제2 로터가 이동하는 존을 회피하고,
상기 리세스의 내부 접속부들은 상기 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +45°, -45°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고;
상기 리세스의 외부 접속부들은 상기 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +53°, -53°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되는, 회전 구동 장치.
제27 항에 있어서,
상기 입구와 출구 사이의 공간은 양 로터들의 축들로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +15°, -15°의 각도를 이루는 선들에 의해 한정되는, 회전 구동 장치.
제24 항에 있어서,
상기 로터 요소의 외부 접속부들이 상기 로터들의 축들을 연결하는 선 X로부터 등거리에 있는 맞물린 위치에서,
상기 로터 요소의 내부 및 외부 접속부들은 상기 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +40°, -40°의 각도를 이루는 선들에 의해 배치되고;
상기 입구는 상기 로터 요소가 이동하는 존에, 그리고 상기 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +38°의 각도를 이루는 선 내에 배치되고, 상기 제2 로터가 이동하는 존을 회피하고,
상기 출구는 상기 로터 요소가 이동하는 존에, 그리고 상기 제1 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 -39°의 각도를 이루는 선 내에 배치되고, 상기 제2 로터가 이동하는 존을 회피하고,
상기 리세스의 내부 접속부들은 상기 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +46°, -46°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되고;
상기 리세스의 외부 접속부들은 상기 제2 로터의 축으로부터 연장하고 상기 선 X와 약 +53°, -53°의 각도를 이루는 선에 의해 배치되는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 상기 제1 로터 또는 상기 제2 로터에 회전 에너지를 부여하여, 상기 입구 수단을 통해 유체를 끌어당기고 상기 출구 수단을 통해 유체를 밀어내도록 구성되는, 회전 구동 장치.
제30 항에 있어서,
상기 유체는 공기 또는 공기/산소 혼합물이고, 상기 장치는 호흡기용 펌프를 제공하는, 회전 구동 장치.
제30 항 또는 제31 항에 있어서,
상기 제1 로터의 회전 동안 숄더가 상기 로터 요소를 따르고, 상기 제1 로터의 사이클의 일부 동안 상기 출구를 폐쇄하는, 회전 구동 장치.
제30 항 내지 제32 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 출구는 압력이 해제될 때 밀봉할 수 있는 일방향 밸브(one-way valve)를 포함하는, 회전 구동 장치.
제30 항 내지 제33 항 중 어느 한 항에 있어서,
2개의 입구들을 포함하는, 회전 구동 장치.
제1 항 내지 제6 항 또는 제16 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 장치는 점화 수단을 더 포함하고, 연소용 입구 수단을 통해 가연성 유체 또는 유체들의 혼합물을 도입하여 상기 로터 요소에 에너지를 부여하도록 구성되는, 회전 구동 장치.
제35 항에 있어서,
상기 로터 요소에 인접한 상기 제1 로터로부터 돌출하는 숄더를 더 포함하고, 상기 숄더는 상기 제1 로터의 회전 동안 상기 로터 요소에 선행하고 상기 제1 로터의 사이클의 일부 동안 상기 입구를 폐쇄하는, 회전 구동 장치.
제8 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 유체로부터 에너지를 추출하는 방법으로서,
상기 방법은 가압된 유체를 상기 입구를 통해 상기 챔버 내로 도입하여 상기 로터 요소에 에너지를 부여하는 단계; 및 상기 가압된 유체가 상기 출구를 통해 상기 챔버를 빠져나가도록 허용하는 단계를 포함하는, 방법.
제8 항 내지 제29 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 터빈으로서의 용도.
제30 항 내지 제34 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 유체를 펌핑하는 방법으로서,
상기 방법은 상기 장치의 입구(들)를 유체와 접촉하도록 배치하는 단계; 및 상기 제1 로터 및/또는 상기 제2 로터에 회전 에너지를 적용하여 상기 유체를 상기 입구(들) 내로, 챔버를 통하여 그리고 상기 출구 밖으로 끌어당기는 단계를 포함하는, 방법.
제39 항에 있어서,
상기 유체는 공기 또는 공기/산소 혼합물이고, 상기 펌프는 호흡기 펌프인, 방법.
제30 항 내지 제34 항 중 어느 한 항에 따른 장치의 펌프로서의 용도.
제41 항에 있어서,
상기 유체는 공기 또는 공기/산소 혼합물이고, 상기 펌프는 호흡기 펌프인, 용도.
제35 항 또는 제36 항에 따른 장치를 사용하여 가연성 유체로부터 에너지를 추출하는 방법으로서,
상기 방법은 가연성 유체를 상기 입구(들)를 통해 상기 장치의 챔버 내로 도입하는 단계; 상기 가연성 유체를 점화하여 상기 로터 요소에 에너지를 부여하는 단계; 및 상기 연소된 유체가 상기 출구를 통해 상기 챔버를 빠져나가도록 허용하는 단계를 포함하는, 방법.
제35 항 또는 제36 항에 따른 장치의 연소 엔진으로서의 용도.