CN102791961B - 旋转式发动机 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种旋转式发动机，包括具有第一旋转室（120）和第二旋转室（130）的壳体（110）。第一旋转室（120）内设置有第一旋转体（150），而第二旋转室（130）内设置有第二旋转体（160）。第一旋转室（120）的边界面（122）离第一旋转体（150）的相对表面具有可变的距离。第一旋转体（150）上设置有一对阀瓣，包括第一阀瓣（170）和第二阀瓣（180）。在第一旋转体（150）旋转时，阀瓣（170，180）与第一旋转室（120）的边界面（122）接合并相对于第一旋转体（150）沿彼此相反的方向旋转，以便在第一旋转室（120）内形成两个彼此隔开的工作室（A，B）。

Description

旋转式发动机
本发明涉及一种旋转式发动机，所述旋转式发动机可以用作例如热力发动机或者用于利用再生能源产生能量。
EP1405996A1描述了一种基于热力学过程的旋转式发动机。在图9中示出了该旋转式发动机，与迄今为止已知的热力机相比，发明人所指的优势是该旋转式发动机的燃料效率提高且制造简单。在所示的旋转式发动机中，两个旋转体反向旋转，第一旋转体设置在工作室内，而第二旋转体设置在压缩室内。利用位于工作室内的旋转体将工作介质送入压缩室，工作介质独立于工作室被点燃并送回工作室，通过膨胀进行工作，从而驱动位于工作室内的旋转体。在所述文献中描述的这种机器的缺点在于，两个旋转体中都插入有滑块以对工作室和压缩室进行密封，所述滑块在所述旋转体旋转时由于所产生的离心力而被向外压靠在旋转式发动机的壳体1的内壳壁上，从而能够压缩介质。然而，所述滑块受到大量的磨损，所述滑块与内壳壁的接触压力以及密封性仅以所述旋转体旋转时所产生的离心力为基础，或者以设置在滑动元件与旋转体之间的弹簧为基础。随着时间的推移，所述弹簧可能会失去其张力，这可能会导致工作室和压缩室中的泄漏。同样不利的是两个旋转体在持续接触时沿相反方向运动，这导致旋转体的摩擦增加：这或者导致大量的磨损或者导致在旋转体的表面上应用昂贵的低磨损材料。
根据所示的这种现有技术，本发明的目的在于提供一种旋转式发动机，该旋转式发动机能够增加密封性，从而具有较长的使用寿命和持续有效的动力。
该目的通过权利要求1中所述的旋转式发动机实现。
本发明的核心理念为：当将包括第一阀瓣和第二阀瓣的一对阀瓣设置在第一旋转体上时，包括位于第一旋转室内的第一旋转体和位于第二旋转室内的第二旋转体的旋转式发动机可具有增加的密封性，从而在第一旋转体旋转时，所述阀瓣与第一旋转室的边界面接合并且相对于第一旋转体沿彼此相反的方向旋转。所述阀瓣的设置使得当第一旋转体旋转时，它们在第一旋转室内形成两个彼此分开的工作室。在第一旋转体的运动过程中，由于离心力，因此所述阀瓣压靠在壳体的内壁上，并且由于例如介质在工作室中压缩和膨胀时形成的月牙形（crescentshape），所述阀瓣甚至更强烈地压靠在内壳壁上，导致密封性的进一步增加。
因此，本发明的优势在于，利用阀瓣使旋转式发动机的工作室内包含的介质运动，实现介质压缩或膨胀时增加的密封性，使得发动机的效率因数（efficiencyfactor）增加。
此外，所述阀瓣叶片在第一旋转体上的可旋转设置能够使阀瓣不断地适应第一旋转体与内壳壁之间的距离。
下面将对本发明的优选实施方式进行更详细的说明。
图1示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机的俯视图；
图2A示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机的俯视图；
图2B示出了图2A中所示的旋转式发动机的剖视图；
图3A和图3B示出了用于本发明实施方式中的旋转室的剖视图；
图4示出了图2A中所示的旋转式发动机的俯视图，用于说明旋转式发动机的操作模式；
图5A示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机的俯视图；
图5B示出了图5A中所示的旋转式发动机的剖视图；
图6A示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机的俯视图；
图6B示出了图6A中所示的旋转式发动机的能量吸收室的剖视图；
图7示出了用于表示根据本发明实施方式的旋转式发动机中的压力曲线的示图；
图8示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机的示意图；以及
图9示出了根据现有技术的旋转式发动机的俯视图。
在下面参照附图对本发明进行更详细的说明之前，应指出的是图中的相同元件被赋予了相同或类似的参考标号，且无需对所述元件进行重复描述。
图1示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机100。图1中所示的旋转式发动机100包括具有第一旋转室120和第二旋转室130的壳体110。第一旋转室120内设置有第一旋转体150。第二旋转室130内设置有第二旋转体160。第一旋转体150具有可旋转地设置在其中的一对阀瓣，包括第一阀瓣170和第二阀瓣180。第一阀瓣170的开口和第二阀瓣180的开口指向相反的方向。距第一旋转室120的边界面122的距离（即从内壳体壁到第一旋转体150的相对表面152的距离）可变，从而在表面152与第一旋转室120的内壳壁或边界面122之间形成瓶颈190。第一旋转室120例如通过设置在瓶颈190处的第一通道192和第二通道194连接至第二旋转室130。位于第二旋转室130内的旋转体160密封地连接至第二旋转室130的边界面。另外，例如，旋转体160可包括一个或多个腔体162。介质196（例如气体）可包含在第一旋转室120和第二旋转室130内。
在下文中阀瓣有时也被称为阀瓣叶片或阀片。
两个阀瓣170、180与瓶颈190一起在第一旋转室120内形成两个单独的工作室A、B。通过实例的方式，空气被用作介质196，当然也可以使用任何其他气体混合物。由于例如压缩空气或电起动器可能引起的第一旋转体150的旋转，第一阀瓣170和第二阀瓣180翻转（turn）离开第一旋转体150，以便以流体密封的方式接触壳体110的内壳壁和/或第一旋转室120的边界面122。当第一旋转体150旋转时，利用第一阀瓣170对工作室A内包含的空气进行压缩。由于阀瓣170的形状，工作室A内的空气的压缩增加了施加给第一阀瓣170的反压力（counterpressure），由此进一步增加了第一阀瓣170相对于第一旋转室120的边界面122的密封性。瓶颈190被构造成可不透气或仅在很小的程度上透气，从而第一阀瓣170迫使在工作室A内压缩的空气经过通道192并进入第二旋转室130。位于第二旋转室130内的第二旋转体160优选地例如通过齿形带耦接至第一旋转体150，使得第一旋转体150的旋转导致第二旋转体160沿相同的方向旋转，并使得两个旋转体的角速度相同。由于第二旋转体160与第二旋转室130的内壳壁的流体密封连接，仅仅由第一阀瓣叶片170压缩并来自工作室A的空气可传输至第二旋转体160的腔体162。为了可将压缩空气传输至腔体162，在第一阀瓣叶片170经过通道192前不久，腔体162的开口面向通道192。当第一阀瓣叶片170经过通道192时，第二旋转体160已经旋转到腔体162内包含的压缩空气被紧密截留在腔体162的表面与第二旋转室130的边界面之间的程度；换句话说，空气不能通过通道192流回第二旋转室130。腔体162内截留的并且由于压力的增加和体积的减小而被加热的空气现在可通过提供能量（诸如热能）被进一步加热；换句话说，第二旋转室130内截留的空气可具有提供给它的另外的能量。因此，第二旋转室130也被称为能量吸收室130。这里所示的旋转式发动机100与可能已知的旋转式发动机相比，优势在于第二旋转体160的至少一半或一半以上的旋转可用于能量吸收室130内和/或第二旋转室130内的能量的吸收。为了向腔体162内截留的空气释放热量，第二旋转室130或能量吸收室130可具有加热装置。由于按截留空气的恒定体积提供热量，所以截留空气的压力也会由于热力学过程而增加。一旦第二阀瓣叶片180经过通道194，腔体162由于第二旋转体160的旋转而到达通道194。腔体162内截留的空气在很高的压力下于是可能突然逸出，从而进行工作，因为通过向第二阀瓣叶片180施加压力而将第一旋转体150设置为处于运动。与第一阀瓣叶片170布置在相反方向上的第二阀瓣叶片180由于高压逸出的空气而受到增大的压力，与第一阀瓣170类比，由于其形状，这利用增加的力将第二阀瓣叶片压靠在第一旋转室120的内壳壁或边界面122上，借此其密封性甚至进一步增加。因此，影响了第一旋转室120的工作室B内的气体膨胀和工作的进行。由于工作室B内的空气的膨胀，空气在工作室A内自动被压缩，结果再次启动循环过程。
与迄今为止已知的旋转式发动机相比，除旋转式发动机100的密封性增加以及因此有效性和效率因数增加之外，通过在与第一旋转室120分开的第二旋转室130内设置第二旋转体160，可以避免旋转体150、160彼此完全相反的接触；结果，可以再三地最小化由于旋转体150、160的磨耗导致的磨损，因此，旋转体150、160无需使用昂贵的耐磨涂层。另外，旋转体150、160可以配置成圆柱形的旋转体150、160，这种圆柱形的旋转体与也可行的椭圆形的旋转体150、160相比，使得制造更廉价，并且由于缺乏失衡而使得旋转体150、160的旋转的振动更低。
因此，图1中所示的旋转式发动机100比已知的旋转式发动机需要更少的维修且成本更低，尤其是，由于利用了相反的阀瓣170、180，其作用方式比已知的旋转式发动机的作用方式更有效。
在另一实施方式中，第一旋转体150可进一步包括正向包含（positiveinclusion）阀瓣170、180的阀瓣腔体250，当所述阀瓣折叠并向内朝第一旋转体150翻转时，所述阀瓣与第一旋转体150的表面形成正向表面。
虽然旋转式发动机100中所示的第二旋转体160具有腔体162，但在另一实施方式中，旋转体160包括多个腔体162也是可行的，所述多个腔体彼此独立地分布在第二旋转体160上。
虽然在图1所示的实施方式中，仅有一对阀瓣设置在第一旋转体150上，即第一阀瓣170和第二阀瓣180，但在本发明的另一实施方式中，多对阀瓣可设置在第一旋转体150上。在与第二旋转体160上设置有多个腔体162的组合中，在两个旋转体150和160的旋转期间，热力学循环过程因此可执行多次。
虽然图1中所示的旋转式发动机100仅包括一个具有位于其中的第二旋转体160的第二旋转室130，但也可使用包括具有位于其中的多个旋转体160的另外的第二旋转室130的其他实施方式。
还应被提到的是，第二旋转体160优选地由热传导性较差的材料制成，例如，在本上下文中可以使用陶瓷。
在本发明的实施方式中，这对阀瓣的两个阀瓣170、180的距离相对于第一旋转体150的圆周而言应尽可能小（例如小于30°，或小于10°，或甚至小于2°）。另外，优选地，当第一阀瓣叶片170经过通道192时，第二旋转体160的腔体162连接至待终止（terminated）的第一通道192，以便尽可能实现高紧凑。因此，同样优选地，在第二阀瓣叶片180经过第二通道194之后，腔体162直接连接至通道194，以便使扩展路径尽可能大。
在本发明的其他实施方式中，第一旋转体和/或第二旋转体可被配置为圆柱形的旋转体，这使得旋转体的制造简化，并且因此降低整个旋转式发动机的制造成本。
优选地，第一阀瓣170和第二阀瓣180可具有高耐磨涂层（例如钛涂层），这使得阀瓣的寿命周期更长且维修费用更低。通常，可设想无润滑应用（lubricant-freeapplication）。
为了进一步增加阀瓣170、180对第一旋转室120的边界面122的接触压力，阀瓣170、180例如可配置为月牙形，从而在阀瓣170、180上施加压力的同时，它们对边界面122的接触压力甚至进一步增加，从而产生甚至更高的密封性水平。
虽然在图1所示的旋转式发动机100中，壳体110由一个部件（例如铸造部件）制成，但在另一实施方式中，壳体110还可具有相对于旋转室内包含的介质196以流体密封方式互连的几个部分壳体，例如两个。
另外，图1中所示的旋转式发动机100可具有使第一旋转体150和与其连接的第二旋转体160设置为运动的起动器装置。所述起动器装置可以基于具有连接电池的电起动器的原理，例如类似于机动车辆中的内燃机用起动器装置。
但是，旋转式发动机100具有外部的压缩空气存储装置也是可行的，对启动发动机来说，压缩空气从该压缩空气存储装置引入第一旋转室120，发动机由此启动。通过旋转式发动机100，例如经由旋转式发动机100的道一工作过程，可迫使压缩空气存储装置内的高度压缩的空气进入所述压缩空气存储装置。
本发明的实施方式可进一步包括阀瓣170、180上的弹簧，所述弹簧偏压阀瓣170、180，使得阀瓣170、180最早在第一旋转体150静止时与第一旋转室120的边界面122接合。
根据其他实施方式，对于旋转体150，阀片170和180在旋转体150的旋转轴线240的轴向方向上可具有相同的长度。
根据其他实施方式，阀瓣叶片170、180可利用阀瓣腔体220插入旋转体150中，一方面使得所述阀瓣叶片可以经过旋转体150和内圆柱形（即工作室120的边界面122）的瓶颈190，与外部转子轮廓在正向方式上没有任何阻力，另一方面使得阀瓣叶片在转子圆周上枢转，以便阀瓣叶片170、180的自由端借助离心力或在弹簧力的支持下滑过气缸筒套110的内部形状122。
图2A示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机200的俯视图。
图2B示出了图2A中所示的旋转式发动机200的剖视图。现在通过图2A和图2B对旋转式发动机200的设计和操作模式进行描述。
在这里被构造为气缸筒套110的壳体110形成第一旋转室120，具有偏心设置的第一旋转体150，因为几乎接触邻接在气缸筒套110的内气缸侧122上，在这里被构造为直径特别小的旋转体150，该第一旋转室在这里被构造为在端面处用密封法兰210进行密封的腔体120。腔体120（以下有时也称为工作室120）通过旋转角度借助阀瓣170、180进而被分为几个工作室A、B、C、D，所述阀瓣成对地呈镜面对称方式设置，在这里被构造为阀瓣叶片170、180。所述阀瓣叶片170、180通过阀瓣腔体220插入旋转体150中，一方面使得所述阀瓣叶片可以经过旋转体150和内圆柱形（即工作室120的边界面122）的瓶颈190，与外部转子轮廓在正向方式上没有任何阻力，并且另一方面，使得所述阀瓣叶片在转子圆周上枢转，以便阀瓣叶片170、180的自由端借助离心力或在弹簧力的支持下滑过气缸筒套110的内部形状122。在转子旋转期间，在（旋转体150和气缸筒套110的）瓶颈190与阀瓣叶片170、180之间形成有用于包含在其中的介质196（在这里被构造为工作气体196或气体混合物196）的连续变化但非常紧密的部分工作室A、B、C、D，每个工作室面向瓶颈190。背向瓶颈190的两个阀瓣叶片170、180之间的自由空间对原理的功能来说是次要的。
优选地，尽可能靠近瓶颈190定位有另外的第二旋转室130，在这里被构造为圆柱形腔体130并且显然具有比气缸筒套110更小的直径尺寸。在瓶颈190的两侧上，圆柱形腔体130连接至细通道192、194，下文也称为开口192、194，以便形成待优化且包括工作室A和B的角度装置。如果旋转式发动机200是马达，则小型腔体130具有能量吸收室130的功能，如果旋转式发动机200是一种热泵，则其具有能量输出室130的功能。
下文中，小型腔体偶尔还被称为能量吸收室或能量输出室。
能量吸收室130包含可旋转的第二旋转体160，该第二旋转体密封良好，并且在这里被构造为螺栓160并配备有专用腔体162a、162b，所述专用腔体首先将能量吸收室130划分为两个同等的半部，将其中一个能量吸收室半部与工作室120隔开，根据应用，通过与转子体150的同步旋转，将另一半部以交替方式连接到部分工作室A、B、C、D中的一个，使得所涉及的能量吸收室半部或者填充有工作气体196或者被排空。在一个能量吸收室半部与工作室120隔开的阶段期间，能量吸收基本上发生在小型压缩空间内，即腔体162a、162b内，或者发生能量输出。例如，当旋转式发动机200用作马达时，发生能量吸收，例如，当旋转式发动机200用作热泵时，发生能量输出。
从根本上来说，马达原理可以沿任何旋转方向进行操作。为了进行详细说明，应假设逆时针运动。
转子体在下文中也被简称为转子。
转子150在具有专用腔体120的壳体110内枢转，使得其几乎在通道192与通道194之间的瓶颈190处接触壳体110。例如，瓶颈190可被配置为下部瓶颈190。当针对操作模式要求交换气体填充和/或介质196时，在该瓶颈190的对面，可以设置另一瓶颈，这取决于旋转式发动机200的配置种类，在这里被配置为马达。如上文已经描述的，转子150在其圆周上包括两对相对的阀片170、180，这两对阀片具有相同的形状并彼此面对，在曲柄加厚端处转子150内分别具有枢轴轴承，并借助于离心力和/或以弹簧承载方式沿腔体120的内表面122随其自由端滑动。当阀片170和180邻接在转子150上并由此向内朝阀瓣腔体220翻转时，所述阀片与转子150一起形成封闭的圆形轮廓。对于转子体150，阀片170和180在转子体150的旋转轴线240的轴向方向上具有相同的长度。在旋转轴线240的轴向方向上，在各种情况下，用法兰盘210封闭腔体120。由于转子150的旋转，根据旋转方向，腔体或工作室120被细分为尺寸减小或增加的部分工作室A、B、C、D，以交替方式与阀片170、180一起形成，所述阀片沿外部边界面122（在这里被构造为腔体表面122）滑动。
部分工作室在下文中也可被简称为部分室。
由于尺寸减小，例如在部分室A内形成压缩，于是部分室B将用于膨胀，如果不存在上部瓶颈，即与瓶颈190相对的瓶颈，则部分室C和D将形成公共室。仅部分室C和D内包含的气体移位。
在上下文中应该注意的是，在另一实施方式中，第一瓶颈190可以被构造为设置在旋转式发动机200的轴向下部区域中的下部瓶颈190，并且与第一瓶颈190相对的第二瓶颈可以被构造为轴向设置在旋转式发动机200的上部区域中的上部瓶颈。
在需要上部瓶颈的应用中，所述上部瓶颈将具有位于其附近的两个外部开口，用于通过例如上部开口喷射燃烧空气（来自部分室C），并且用于通过例如下部开口吸入新鲜空气（吸入部分室B）。部分室C和D在此情况下不能够形成公共室。
图3A和图3B示出了用于本发明实施方式中的旋转室的剖视图，该旋转室例如可以被构造为旋转式发动机200的能量吸收室130。通往填充有可旋转螺栓160（还可被称为阀螺栓160）的底层圆柱形室130（即能量吸收室130）的多条狭窄通道192和194离旋转式发动机200的下部瓶颈190非常近。阀螺栓160通过如图2B所示的齿形带传动装置230和齿形带232随转子150同步旋转，并且也沿逆时针方向旋转。
根据应用，阀螺栓160和包围其的气缸室或能量吸收室130包括就体积而言不同形状的腔体162a、162b，然而所述腔体在螺栓160的整个长度上被分为两种相同的形式，然而这两种相同的形式相对于螺栓160的圆周彼此恰好相对。如上文已经描述的，这产生了两个能量室半部，因此每转还产生了两次压缩循环、两次膨胀循环以及两次能量吸收循环。在包括与第一瓶颈190相对的第二瓶颈的应用中，例如，还存在两次废气喷射循环和两次新鲜空气吸入循环。为了改善能量室半部中能量吸收循环期间的热传递，能量吸收室130可以具有图3A中额外示出的槽腔310，所述槽腔额外增加了能量吸收室130的导热性。特别是，槽腔310仅在螺栓160的部分区域中与圆周一致，即它们不会绕整个螺栓160延伸。
图4示出了图2A中所示的旋转式发动机200的俯视图，以便说明旋转式发动机200的操作模式。当相应的腔体162a经过通道192时，腔体162a通过第一对阀瓣的阀瓣叶片170填满了来自部分室A的压缩空气。当阀螺栓160进一步旋转时，腔体162a与部分室A隔开并在大约旋转一半时形成封闭室（就其体积而言，尺寸恒定），因此能量被引入该封闭室，在这个过程中产生非常高的压力。当腔体162a到达通道194时，具有其相关联的一对阀片（在此情况下为第二对）170、180的转子150沿旋转方向定位于通道194的后面。例如，热工作气体从该腔体162a流入工作室B，并进行工作。换句话说，由于压力较高，高压的工作气体流回工作室120，该气体对第二对阀瓣的阀片180施加压力，并且所述阀片180对转子150施加压力，并因此进行工作。用类推的方法，该原理同样适用于腔体162b，迫使来自第二对阀瓣的阀瓣叶片170的空气进入腔体162b，并且从腔体162b流出的空气对第二对阀瓣的阀瓣叶片180施加压力。
例如，图2A至图4中描述的旋转式发动机200可以被配置为热气马达或热气发动机。在该上下文中，例如，可以通过利用热传导从外部加热能量吸收室130来将能量（即热能）提供给工作介质196；可以采用来自已知燃料（源自化石或再生能源）的任何可用热源或集中的太阳热、核电热、或工艺用热（废热）。在此情况下，总能在工作室120和能量吸收室130内获得相同的工作气体196或工作介质196。正如同已知的热气发动机一样，工作气体196可设置有较高的基本工作压力，以此增加能量密度。最终引入的热能的能量转换的影响在于，能量吸收室内130内的工作气体196的膨胀压力明显增加并在排空到膨胀工作室120中期间进行机械工作。与往复式发动机不同，操纵杆行程、压缩力及旋转角度的乘积基本上更有利，因为早在开始膨胀时几乎不变的操纵杆行程就可用于进行工作。与往复式发动机和内燃机不同，在工作室120排空时，损失的散热较少，但保留在循环过程中。因此，要求以最适宜的方式机械装载该发动机或旋转式发动机，以便实现最好的效率比。旋转式发动机的外部壳体上未转化的热能可用于加热目的。因为热能通过热交换机从外部引入能量吸收室130内的工作气体介质196，所以所描述的原理被称为热气发动机。然而，在这点上应注意的是，该原理与斯特林（Stirling）发动机没有任何进一步的关系，因为与斯特林发动机的情况不同，不存在内部热交换机，也不存在交互动力缸。
图5A示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机500的俯视图。旋转式发动机500在这里所描述的具体实施方式中被构造为内燃机。旋转式发动机500与旋转式发动机200相比具有本质的区别。第一个区别是旋转式发动机500包括第二瓶颈510，该第二瓶颈与第一瓶颈190相对设置并且具有进气口520和出气口530。旋转式发动机500与旋转式发动机200之间的第二个区别在于，旋转式发动机500包括被配置为将燃料注入阀螺栓160的腔体162a、162b中的燃料喷射器540。旋转式发动机500与旋转式发动机200之间的第三个本质区别在于阀螺栓160内的腔体162a、162b具有较大的体积，但在能量吸收室130的气缸表面上（即在外壳表面上）没有形成槽腔。
换句话说，当挥发性或气态燃料在能量室半部中内部燃烧时，旋转式发动机500可以被构造为内燃机。当相应的能量室半部与工作室120隔开时，通过计量方式引入燃料。通过适当地选择工作室半部（即相关联的部分工作室）与能量室半部之间的压缩比，可以无需使用点火装置，诸如火花塞。由于上述功能，在旋转式发动机500中，可以避免如随已知内燃机产生的爆震（knock）问题（例如当使用辛烷指数太低的燃料时）。
在工作室220内设置于第一瓶颈190相对侧上的第二瓶颈510用于将通过出气口530除去的压缩空气与通过进气口520吸入的新鲜空气隔开。紧邻第二瓶颈510设置的对应出气口530和进气口520被引入气缸套110中或者法兰210内。在图5A所示的旋转式发动机500中，空气通过进气口520吸入，利用阀瓣170之一（沿旋转方向位于前面的阀瓣）被压缩，并通过通道192进入阀螺栓160的腔体162之一。在压缩所吸入的新鲜空气或气体期间，新鲜空气或气体的温度由于压力增加以及体积减小而升高。当阀瓣170经过通道192时，压缩的新鲜空气或气体被包含在阀螺栓160的腔体162内。利用燃料供应装置540，将燃料注入该腔体162，由于压缩气体的温度较高，所述燃料立即点燃，由此在腔体162或能量室半部内产生极高的压力。如果阀瓣180之一（沿旋转方向最后经过的一对阀瓣中的那个阀瓣）然后经过通道194，则腔体162由于转子体150和阀螺栓160的耦接而将面向通道194。在极端压力之下的气体于是立即膨胀并因此对阀瓣叶片180施加压力，进行工作，并因此使转子体150旋转。由于阀瓣叶片的月牙形形状，阀瓣叶片180利用作用于其上的压力而压靠在工作室的外边界面122上，并因此提高相关联的部分工作室的密封性。当阀瓣叶片180经过出气口530时，膨胀的气体或燃烧空气从旋转式发动机500流出。然后再次开始循环。
应再次提到的是，由于图5A和图5B中所示的旋转式发动机500作为内燃机，所以阀螺栓160内的腔体162被构造得特别深。因此，在有限的空间内（即在腔体162内）发生燃烧。
因此，对所示原理有着绝对决定性的是在可能封闭的单独空间内（例如在工作室120外侧的能量吸收室130内）发生能量吸收，并且为此可利用几乎在转子150的一半旋转期间的较长持续时间。与传统类型的活塞发动机（诸如气体发动机、二冲程发动机和柴油发动机）相比，这些是决定性优势。对于这些类型，只有几个角度可用于上止点附近的能量开发。因此燃烧结果不完全。这尤其还适用于燃烧行为退化的汪克尔（Wankel）发动机，具体原因是对于高压缩而言表面面积和空间的比例非常不利。工作气体表面基本上通过与金属表面、活塞和气缸剖面接触而形成。要理解的是，由于金属的高热传导性，靠近金属的那些截留空气的区域不为燃料提供理想的燃烧条件。
这点与所提及的能量吸收室130不同，该能量吸收室的空间与表面之比为仅由阀转子螺栓160内的腔体162的几何形状规定的常量，而不会在旋转时发生改变。另一方面，该螺栓160通常优选地由热传导性较差（尽可能小）的材料（诸如陶瓷）制成。
图6A示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机600的俯视图。图6B示出了旋转式发动机600的能量吸收室130的剖视图。在该实施方式中，旋转式发动机600被构造为太阳能发动机。旋转式发动机600的特征在于，在其作为太阳能发动机的应用中，能量吸收室130的空间延伸至内部截面非常小的管道610中。优选地弯曲成U形的所述管道610设置成使得每个U形支腿可以位于抛物面镜的内半部的焦线内，该抛物面镜在足够的表面区域上在太阳能发动机的两侧上成对地扩展。由U形管道610的内部截面和长度形成的空间（即延伸的能量吸收室130）的尺寸优选地使得与旋转式发动机或发动机600的工作室120的尺寸一同形成适当的压缩比。另一方面，因为在填充和排空管道610（即能量吸收室130）期间会损失一部分能量，所以确保管道610内的流动阻力不会变得太高。
阀螺栓160中的腔体162在旋转式发动机600中的尺寸使得在第一旋转体150旋转时，压缩空气可以经由腔体162通过通道192直接流入U形弯曲管道610。于是，例如利用太阳能对包含在U形弯曲管道610内的气体进行加热，U形弯曲管道610内的压力增加。然后，高度加压的气体可回流，一旦阀瓣叶片180从弯曲的U形管道610通过腔体162而经过通道194并经通道194进入工作室120，高度加压的气体可能膨胀，并因此进行工作并驱动旋转体150。
图7示出了用于表示在根据本发明实施方式的旋转式发动机700的一个完整旋转的过程中存在的压力的三个示图。用于获取数据的旋转式发动机700包括用于将工作室120划分为四个部分工作室A、B、C、D的两对阀瓣。另外，旋转式发动机700中所使用的阀螺栓160包括两个互相独立的腔体162a、162b，例如，这两个腔体可轴向设置在阀螺栓160的不同高度处，如图2B所示，或者以彼此相对的方式定位时可在阀螺栓160的圆周上延伸至阀螺栓160的全长。图7中所示的示图的横坐标以角度绘制两个转子体的位置。示图的纵坐标绘制两个上部中的压力以及下部中的控制状态。为了清晰起见，将部分工作室A、B、C、D内的压力曲线划分为上部示图和中心示图。下部示图提供关于腔体162a或162b是否连接至通道192或194的信息。
在阶段I，腔体162b连接至通道194。腔体162b内包含的压缩的、高度加压的气体爆发性地逸出到部分工作区域B中并在此进行工作。这通过部分工作区域B中的压力可清楚地认识到，该压力起初急剧增加，然后下降。
在阶段II，腔体162b连接至通道192。阀瓣叶片170然后压缩部分工作区域A内的气体并迫使气体进入腔体162b。这通过工作区域A内的压力增加可清楚地认识到。
在阶段III，腔体162a连接至通道194。腔体162a内包含的加热的、高度加压的气体爆发性地通过通道194逸出到部分工作区域D中。与阶段I的情况一样，这通过部分工作区域D中的压力增加和随后的压力下降可清楚地认识到，同时气体进行工作。与气体进行工作并行，对阶段II中被迫进入腔体162b中的气体在腔体162b内提供能量，例如热能。这使得腔体162b内的压力增加，这可通过最顶端示图中的虚线认识到。
在阶段IV，腔体162a连接至通道192。气体通过部分工作室C内的阀瓣叶片170被压缩并被迫进入腔体162a。与该工艺并行，对室162b内包含的气体继续提供能量，例如热能，这使得腔体162b内的压力进一步增加，这可通过最顶端示图中的虚线认识到。
阶段IV之后再次是阶段I。与阶段III和IV期间对腔体162b内包含的气体提供能量的情况一样，在阶段I和II期间对腔体162a内包含的气体进行同样的操作。这类似于最顶端示图，并且可通过中心示图中的虚线认识到。
图8示出了根据本发明实施方式的旋转式发动机800。旋转式发动机800被构造为太阳能发动机。旋转式发动机800设置在抛物面镜半部820的聚焦面中，使得入射到抛物面镜半部820上的光线聚焦在旋转式发动机800的能量吸收室130上。为了改进热吸收，壳体110具有包围能量吸收室130的锯齿状表面轮廓810。该锯齿状表面轮廓形状810明显增加了聚焦的光线可以照射的表面面积，从而改进了抛物面镜半部820聚焦的光线的热吸收，因此实现了改进的效率因数。如上文已经描述的包含在能量吸收室130内的第二旋转体160可以具有分布在第二旋转体160的长度上且不互连的多个腔体162，同时设置在第一旋转体150上的阀瓣叶片170、180沿着第一旋转体150按其长度继续延伸，所述第一旋转体设置在第一旋转室或旋转空间120内。包围旋转式发动机800的壳体110的发电机830可根据旋转式发动机800内所产生的旋转产生例如电流和/或热能形式的能量。
根据其他实施方式，例如可通过壳体110上的冷却软管来驱散旋转式发动机800内产生的热量，从而进一步利用。
旋转式发动机800的操作模式与图2A和图2B中所描述的旋转式发动机200的操作模式相同，能量吸收室130（第二旋转室）内的能量吸收受由抛物面镜半部820聚焦的光线的影响。利用聚焦光线形成在表面轮廓形状810上的热量被传递至腔体162内包含的介质并加热该介质，从而腔体162内的压力增加，如上所述。
其他的实施方式可以被构造为热泵。利用热泵，可以将所产生的压缩热通过适当的热交换机传递至其他流动介质。与图5中所示的旋转式发动机500的工作室120类似，工作室120设置有用于将工作气体推入外部的热交换机便于能量吸收的相对的第二瓶颈。因此，该原理可用作热泵或用作冷却系统。
本发明的其他实施方式可以被构造为压缩机，在此情况下，所产生的热量可以用于加热目的。
其他的实施方式可以被构造为蓄压器所提供的压缩空气发动机。例如，压缩空气发动机可应用于叉车，该叉车利用压缩空气进行操作，并且比电池供电的叉车具有更长的运行时间，同时具有相同的驱动力，与柴油发动机或气体发动机操作的发动机相比自然是无排放。工作室120在此可类似于图5中所示的旋转式发动机500的工作室120配置。仅仅当要进行工作时或要发生主动减速时，能量吸收室130才会作为工作室120与压缩空气储气罐之间的阀门操作。在工作阶段期间，可将压缩重新引入到户外或引入到完全空的另一蓄压器中。然后，与旋转式发动机500中的废气相比，工作室的膨胀空气仅释放到户外。如果压缩是一种阻碍，则可以对旋转式发动机升级，使得进气侧封闭，以便不产生抵消膨胀功的明显的压缩。
总之，可以声明的是，本发明的实施方式可以被当作例如热气发动机、内燃机、太阳能发动机、热泵、压缩机、压缩空气发动机或其他旋转式发动机。
对作为内燃机的应用来说，阀螺栓内的腔体被构造得特别深。因此，这里的燃烧发生在有限的空间内，即能量吸收室内。对作为热气发动机、太阳能发动机、热泵、压缩机或压缩空气发动机的应用来说，阀螺栓内的腔体可以设计得非常平坦并且仅用于使充入设置在部分圆柱形室内的阀螺栓周围的槽形腔体内的气体改变方向。形成该室的材料必须是良好的导热体，因为例如在热气发动机的情况下能量是从外部引入的，和/或例如在热泵的情况下将能量排放到外部。
总之，可以声明的是，由于利用阀瓣来压缩介质且由于阀瓣的具体形状和配置，本发明的实施方式实现了较高的密封性水平，并且因为操纵杆行程几乎不变，这些实施方式与迄今为止已知的旋转式发动机相比，实现了较高的效率因数。
另外，与迄今为止已知的旋转式发动机相比，基本上简单的设计和少数的部件预示着成本的显著降低。
此外，由于在相互独立的旋转室中使用了圆柱形旋转体，两个旋转体没有任何接触，其他的实施方式可以实现较低的制造成本和较少的维修费用。

Claims (20)

1.一种旋转式发动机，包括：
壳体(110)，包括第一旋转室(120)和能量吸收室(130)；
第一旋转体(150)，位于所述第一旋转室(120)内；
所述壳体(110)被配置成使得所述第一旋转室(120)的边界面(122)距所述第一旋转体(150)的相对表面(152)一定距离，所述距离相对于所述第一旋转体(150)的圆周是可变的；
第二旋转体(160)，位于所述能量吸收室(130)内；以及
一对阀瓣，包括第一阀瓣(170)和第二阀瓣(180)，所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)可旋转地设置在所述第一旋转体(150)上，使得在所述第一旋转体(150)旋转时，所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)与所述第一旋转室(120)的边界面(122)接合并相对于所述第一旋转体(150)沿彼此相反的方向旋转，以便在所述第一旋转室(120)内形成两个彼此隔开的工作室(A，B)，
所述第一旋转室(120)连接至所述能量吸收室(130)，使得在所述第一旋转体(150)旋转时，由阀瓣叶片压缩的工作气体(196)从所述第一旋转室(120)的工作室(A)传输至位于所述能量吸收室(130)内的第二旋转体(160)的腔体(162)内，并截留在所述腔体(162)的表面与所述能量吸收室(130)的边界面之间；并且
所述旋转式发动机被配置为对截留在所述第二旋转体(160)的腔体(162)内的工作气体(196)提供能量，以便增加所述腔体(162)内包含的工作气体(196)的压力。
2.根据权利要求1所述的旋转式发动机，
其中，所述第一旋转体(150)包括正向包含所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)的阀瓣腔体(220)，使得所述腔体内包含所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)时，所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)与所述第一旋转体(150)的所述表面(152)形成连续表面。
3.根据权利要求2所述的旋转式发动机，
其中，所述壳体(110)包括第一瓶颈(190)，使得在所述第一旋转体(150)旋转时，所述第一旋转体(150)的所述表面(152)的区域在经过所述第一瓶颈(190)时与所述第一旋转室(120)的边界面(122)的区域接合，所述区域位于所述第一瓶颈(190)内；并且
其中，当所述第一阀瓣和所述第二阀瓣经过所述第一瓶颈(190)时，所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)在所述第一旋转体(150)旋转时被包括在所述阀瓣腔体(220)中。
4.根据权利要求3所述的旋转式发动机，
其中，所述能量吸收室(130)通过包围所述第一瓶颈(190)的第一通道(192)和第二通道(194)连接至所述第一旋转室(120)，使得在所述第一旋转体(150)旋转时，所述工作气体(196)能够从所述第一旋转室(120)内的第一工作室(A)通过所述第一通道(192)流入所述能量吸收室(130)，并且能够从所述能量吸收室(130)通过所述第二通道(194)流入所述第一旋转室(120)内的第二工作室(B)。
5.根据权利要求4所述的旋转式发动机，
其中，所述第二旋转体(160)被配置为圆柱形旋转体(160)并包括用于存储所述能量吸收室(130)内的工作气体(196)的第一腔体(162，162a)，以便吸收流过所述第一通道(192)的工作气体(196)并在所述第一旋转体(150)旋转时通过所述第二通道(194)释放该工作气体。
6.根据权利要求5所述的旋转式发动机，
其中，所述第二旋转体(160)耦接至所述第一旋转体(150)，使得所述第一旋转体(150)的旋转导致所述第二旋转体(160)沿相同方向旋转。
7.根据权利要求6所述的旋转式发动机，
进一步包括具有第三阀瓣和第四阀瓣的另一对阀瓣，所述另一对阀瓣可旋转地设置在所述第一旋转体(150)上且与第一对阀瓣相对，并且所述另一对阀瓣在公差范围内与所述第一对阀瓣相同，并且
其中，所述第二旋转体(160)具有用于容纳工作气体(196)的第二腔体(162，162b)，所述腔体设置成与所述第一腔体(162，162a)相对并以偏置方式设置在所述第二旋转体(160)的长度上。
8.根据权利要求7所述的旋转式发动机，
其中，所述能量吸收室(130)被配置为将热量传递至所述第二旋转体(160)的第一和第二腔体(162，162a，162b)内包含的工作气体(196)。
9.根据权利要求7所述的旋转式发动机，
进一步包括与所述第一瓶颈(190)相对设置的第二瓶颈(510)；
所述第二瓶颈(510)设置在所述壳体(110)的介质出口(530)和介质入口(520)之间，使得在所述第一旋转体(150)旋转时，一部分工作气体通过所述介质出口(530)离开所述旋转式发动机(500)并使得另外的介质通过所述介质入口(520)进入所述旋转式发动机(500)；并且
进一步包括将燃料注入所述能量吸收室(130)的第一和第二腔体(162，162a，162b)中的燃料喷射器(540)。
10.根据权利要求7所述的旋转式发动机，
进一步包括与所述第一瓶颈(190)相对设置的第二瓶颈(510)；所述第二瓶颈(510)设置在第三通道与第四通道之间，并且所述第三通道被配置为散热装置的输入端，而所述第四通道被配置为所述散热装置的输出端，使得在所述第一旋转体(150)旋转时，一部分工作气体通过所述第三通道进入所述散热装置，而另一部分工作气体(196)通过所述第四通道离开所述散热装置。
11.根据权利要求7所述的旋转式发动机，
进一步包括U形管道(610)；
所述管道(610)的第一端连接至所述能量吸收室(130)，使得在所述第一旋转体(150)旋转时，一部分工作气体(196)从所述第一旋转体(150)的第一工作室(A)通过所述第一通道(192)流经所述第二旋转体(160)的第一和第二腔体(162，162a，162b)之一并流入所述管道(610)中；并且
所述管道(610)的第二端连接至所述能量吸收室(130)，使得在所述第一旋转体(150)旋转时，一部分工作气体(196)从所述管道(610)流经所述第二旋转体(160)的第一和第二腔体(162，162a，162b)之一通过所述第二通道(194)并流入所述第一旋转室(120)内的第二工作室(B)。
12.根据权利要求11所述的旋转式发动机，
其中，所述管道(610)设置在聚光装置的焦线内。
13.根据权利要求1所述的旋转式发动机，
其中，所述第二旋转体(160)由低热导率材料制成。
14.根据权利要求1所述的旋转式发动机，
其中，这对所述第一阀瓣和所述第二阀瓣的第一阀瓣(170)离这对所述第一阀瓣和所述第二阀瓣的第二阀瓣(180)的距离相对于所述第一旋转体(150)的圆周尽可能小。
15.根据权利要求1所述的旋转式发动机，
其中，所述第一旋转体(150)为圆柱形和/或所述第二旋转体(160)为圆柱形。
16.根据权利要求1所述的旋转式发动机，
其中，所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)包括耐磨材料的涂层。
17.根据权利要求1所述的旋转式发动机，
其中，所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)为月牙形并在其一个端部处具有用于附接在所述第一旋转体(150)上的增厚的曲率。
18.根据权利要求1所述的旋转式发动机，
其中，所述壳体(110)由两个部分壳体构成，第一部分壳体包括所述第一旋转室(120)，而第二部分壳体包括所述能量吸收室(130)，并且所述第一部分壳体以流体密封方式连接至所述第二部分壳体。
19.根据权利要求1所述的旋转式发动机，
进一步包括被配置为将所述第一旋转体(150)设置为旋转运动的起动器装置。
20.根据权利要求1所述的旋转式发动机，
其中，所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)具有被配置为使所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)旋转的弹簧，使得在所述第一旋转体(150)静止时，所述第一阀瓣(170)和所述第二阀瓣(180)与所述第一旋转室(120)的边界面(122)接合。
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