JP2021021397A - 高電力密度および効率エピトロコイド回転機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼効率を改良したボトミングランキンサイクルを実装する「Ｘ機関」を提供する。【解決手段】種々の実施形態が、Ｘ機関の修正を説し、ボトミングランキンサイクルを実装するためのならびにシーリング、燃焼効率における追加の改良物を利用し、全てが高効率に寄与するであろう。一実施形態において、回転機械のロータの軸方向面と機械の側筐体との間の間隙をシールするためのシールアセンブリは、外側部材を有する面シールを備え、外側部材は、（ｉ）軸方向接触面であって、軸方向接触面は、側筐体に対して軸方向に負荷されており、軸方向接触面は、ロータの周辺角切り込み内にある、軸方向接触面と、（ｉｉ）少なくとも１つの他の流体圧力を受ける面と、（ｉｉｉ）流体圧力によってロータに対して半径方向に負荷されている内側半径方向接触面とを有する。【選択図】図２

Description

（関連出願の引用）
本願は、米国仮出願第６２／１３０，９５６号（２０１５年３月１０日出願、発明者：Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｓｈｋｏｌｎｉｋ，Ｎｉｋｏｌａｙ Ｓｈｋｏｌｎｉｋ，Ｍａｒｋ
Ｎｉｃｋｅｒｓｏｎ，Ｄａｎｉｅｌｅ Ｌｉｔｔｅｒａ，およびＡｌｅｘａｎｄｅｒ Ｋｏｐａｃｈｅ、名称「Ｅｐｉｔｒｏｃｈｏｉｄａｌ Ｒｏｔａｒｙ Ｅｎｇｉｎｅｓ」）からの優先権を主張し、および、米国仮出願第６２／１３７，５８４号（２０１５年３月２４日出願、発明者：Ａｌｅｘａｎｄｅｒ Ｓｈｋｏｌｎｉｋ，Ｎｉｋｏｌａｙ Ｓｈｋｏｌｎｉｋ，Ｍａｒｋ Ｎｉｃｋｅｒｓｏｎ，Ｄａｎｉｅｌｅ Ｌｉｔｔｅｒａ，およびＡｌｅｘａｎｄｅｒ Ｋｏｐａｃｈｅ、名称「Ｈｅａｔ Ｅｎｇｉｎｅ ｗｉｔｈ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｌｕｂｒｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｂｏｔｔｏｍｉｎｇ Ｃｙｃｌｅ」）からの優先権も主張する。上記出願の全ては、それらの全体が参照により本明細書に引用される。

本願は、以下の米国特許の全てまたはいずれかに関連し得る：
米国特許第８，３６５，６９８号（２０１３年２月５日、Ｓｈｋｏｌｎｉｋ、他に発行、名称「Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｙｃｌｅ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」）；
米国特許第８，５２３，５４６号（２０１３年９月３日、Ｓｈｋｏｌｎｉｋ、他に発行、名称「Ｃｙｃｌｏｉｄ Ｒｏｔｏｒ Ｅｎｇｉｎｅ」）；
米国特許第８，７９４，２１１号（２０１４年８月１５日、Ｓｈｋｏｌｎｉｋ、他に発行、名称「Ｈｙｂｒｉｄ Ｃｙｃｌｅ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄｓ」）；および、
米国特許第８，８６３，７２４号（２０１４年１０月２１日、Ｎ．Ｓｈｋｏｌｎｉｋ、他に発行、名称「Ｉｓｏｃｈｏｒｉｃ ｈｅａｔ ａｄｄｉｔｉｏｎ ｅｎｇｉｎｅｓ ａｎｄ ｍｅｔｈｏｄｓ」）；
上記出願の全ては、それらの全体が参照により本明細書に引用される。

（技術分野）
本発明は、回転機械に関し、より具体的には、回転機関、回転コンプレッサ、回転ポンプ、および回転エキスパンダに関する。

トッピングサイクル（典型的には、タービン機関または内燃機関）は、典型的には、排気中の燃料において利用可能な熱の３０％を上回るものを排除する。ボトミングサイクルは、単純に、トッピングサイクルから排除された熱を利用し、シャフトへの追加の機械的エネルギーに寄与し、それによって、全体的効率を上昇させることが可能な第２の熱機関である。大型（ＭＷ規模）天然ガス発電所が、そのトッピングサイクルにおいて４０％の効率を達成し、次いで、組み合わせサイクルを通して５０％〜６０％の全体的効率を達成することは、珍しくはない。これは、関連付けられるコストを伴う、余剰構成要素を犠牲にして成り立ち、通常、大型据え付け電力システムに対してのみ適している。

燃料噴射技術の進歩も、より高い噴射圧力を利用することによって効率を改良するために使用され、２，０００〜２，５００バール噴射圧力が、現代の機関において今日では典型的である。これは、機関への高い寄生損失（非常に高圧のポンプ等に起因する）を犠牲にして成り立ち、嵩張り、極めて高価である。より小型の機関は、多くの場合、これらのシステムの費用および大きさに堪えることができない。

電力密度を増加させるために、２ストローク機関が、多くの場合、使用される。ターボ過給または過給機関も、今日では広く受け入れられ、普及している。それらは、典型的には、製造および保守することが高価かつ複雑である。

水噴射（ＷＩ）が、航空機機関の電力を増加させるために、第２次世界大戦まで機関において使用されていた。研究者は、ＷＩも、サイクル中の水が噴射されるとき（圧縮、燃焼、もしくは膨張ストローク中、または追加のストローク中（いわゆる６ストローク機関））に応じて、約２〜５％効率を上昇させ得ることを示した。米国陸軍も、機関を内部冷却する手段として、直接水噴射に有利な機関水ジャケット（外部冷却）の排除に関する研究に成功している。

知る限りでは、整合的かつ相乗的な方法で利用可能な対策の全てまたは少なくとも大部分を利用して発電所を設計する、すなわち、そのような発電所の設計に対してシステムレベルのアプローチを行うことを試みた者はいない。

本発明は、システムレベルの設計の観点から、大型および小型機関の両方に対する高効率性ならびに高電力密度を解決する試みである。

本願は、コンパクトな回転機関の実施形態を説明し、複数の改良されたシールアセンブリを伴い、それはさらに、随意に、機関を内部冷却するためにシールアセンブリを通して水噴射を利用し、それによって、外部冷却への熱損失を低減させ、内部冷却剤が機関排気と組み合わせられる利益を伴い、組み合わせられた排熱および冷却に失われる熱を機関のボトミングサイクルに利用可能にし、機関は、随意に、一体的過給機構を組み込むことによって、その電力密度を改良することができる。

本発明の一実施形態によると、回転機械のロータの軸方向面と機械の側筐体との間の間隙をシールするためのシールアセンブリが、提供される。シールアセンブリは、（ｉ）側筐体（７４０）に対して軸方向に負荷されており、ロータの周辺角切り込み（７２５）内にある軸方向接触面（７１５）と、（ｉｉ）少なくとも１つの他の流体圧力を受ける面（７１４、７１８）と、（ｉｉｉ）流体圧力によってロータに対して半径方向に負荷されている内側半径方向接触面（７１９）とを有する外側部材（７１１）を有する面シールを含む。面シールおよびロータの周辺角切り込みは、面シールが切り込み内にあるように拘束されるように成形される。加えて、軸方向接触面および少なくとも１つの他の流体圧力を受ける面は、流体圧力が正味の力を引き起こし、それによって、軸方向接触面が側筐体に対して軸方向に押し付けられ、外側部材の内側半径方向接触面がロータに対して半径方向に押し付けられるように成形される。

回転内燃機関（例えば、１０１）の場合、シールを加圧する流体は、各作業チャンバを充填する空気燃料混合ガスであり得る。さらなる関連する実施形態では、面シールはさらに、外側部材に結合され、外側部材から内向きにある半径方向距離に及ぶブリッジ部材（７１３）を含む。

別の関連する実施形態では、面シールはさらに、側筐体に対する軸方向接触面の軸方向負荷を引き起こすように、ブリッジ部材とロータのある特徴（７２４）との間に配置されている軸方向に負荷されているばね（７５０）を含む。随意に、シールアセンブリは、軸方向に負荷されているばねとブリッジ部材との間に配置されている二次シール（７６０）を含み、それによって、二次シールは、一次シールに対するばねによって軸方向に予負荷される。このシールはさらに、一次シール（７１３）に対して軸方向に付勢され、内側半径方向接触面にブローバイした任意の流体の圧力によってロータ隆起（７２１）に対して半径方向に負荷される。

いくつかの実施形態はまた、ロータと面シールとの間に半径方向に配置されている可撓性二次シール（１３０４）を含む。

いくつかの実施形態はまた、面シールおよびロータに結合され、外側部材をロータ軸に向かって半径方向に引くように構成されているばね（９０３）の組を含む。

いくつかの実施形態はまた、外側部材に接続され、外側部材から半径方向に内向きの方向において軸方向面に沿って配置されている板部材（１００９）と、ロータに対する面シールの回転を防止するためのロータの対応する軸方向に突出する隆起（１００３）を受け取る板部材内に配置されている回転防止スロット（１０１０）とを含む。いくつかの実施形態では、板部材は、ロータを通した冷却空気の通行を可能にするために、その中に開口部（１０２０）の組を含む。

別の実施形態は、機関の可動部材の表面と筐体の表面と間の間隙を閉鎖するためにシールを使用するタイプの改良された内燃機関を教示し、機関は、作業チャンバと、排気とを有し、改良物は、加圧蒸発性液体源と、導管とを含み、導管は、シールのうちの少なくとも１つへの蒸発性液体の通路を画定し、それによって、蒸発性液体は、表面と接触し、蒸発性液体の少なくとも一部は、表面による熱にさらされると、気体への相変化を受け、気体は、機関の作業チャンバ中に逃散し、その後、機関排気の一部になり、熱が、相変化の結果として機関から除去される。随意に、内燃機関は、往復動ピストンタイプである。随意に、内燃機関は、回転タイプである。

蒸発性液体は、シール界面を潤滑化する一方、機関から熱を除去し、それによって、外部冷却要件を低減または排除することにも役立ち得る（例えば、典型的には、機関を冷却するために採用される「水ジャケット」は、十分な内部冷却が提供される場合、排除され得る）。そうでなければ、典型的には、外部冷却ジャケットに失われるであろう冷却剤のエネルギーは、作業チャンバ内の気体圧力に変換される。したがって、より多くの仕事が膨張（電力）ストローク中に行われるので、このエネルギーの一部は、回復される。

いくつかの実施形態はまた、蒸発性液体の相変化からのものを含む排気に関連付けられたエネルギーを利用するために、機関排気の経路内に熱交換器を含む。代替として、または加えて、機関はさらに、第２の熱機関を含み、第２の熱機関は、排熱からのエネルギーを追加の軸仕事に変換する。

いくつかの実施形態では、導管は、機関のシール内のチャネル網と連通する。

別の実施形態は、機関の可動部材の表面と筐体の表面と間の間隙を使用するタイプの改良された内燃機関を教示し、機関は、作業チャンバと、排気とを有し、改良物は、加圧蒸発性液体源と、導管とを含み、導管は、間隙のうちの少なくとも１つへの蒸発性液体の通路を画定し、よれによって、蒸発性液体は、シールを形成するように表面と接触し、蒸発性液体の少なくとも一部は、表面による熱にさらされると、気体への相変化を受け、気体は、機関の作業チャンバ中に逃散し、その後、機関排気の一部になり、熱が、相変化の結果として機関から除去される。

さらに別の実施形態は、回転タイプの内燃機関において使用される改良されたロータを教示し、ロータは、回転軸を有し、改良物は、ロータの半径方向面をロータの中心部分に結合している複数の半径方向に配置された肋材（５１８）であって、ロータを通した軸方向における冷却流体の流動を促進し、かつロータの構造的完全性を提供する肋材を含む。冷却流体は、例えば、空気、または空気燃料混合物、または蒸発性液体と混合された空気を含み得る。

いくつかの実施形態はさらに、ロータの軸に略垂直であり、板が位置していない肋材間の少なくとも１つの開口部に肋材を覆う冷却流体の軸方向流動を運ぶように搭載される、少なくとも１つの板（５０７または５０８）を含む。これは、冷却流体をロータの熱交換領域の方に向かわせることができる。これは、例えば、ロータの軸に略垂直であり、板が位置していない肋材間の少なくとも１つの開口部のみに肋材を覆う空気の軸方向流動を運ぶように搭載される少なくとも１つの板（５０７または５０８）にロータからの熱伝達を促進するように、少なくとも１つの開口部内に配置され、ロータの半径方向面に結合される、冷却フィン（５０６）と、ロータからの熱伝達を促進するように、少なくとも１つの開口部内に配置される冷却フィン（５０６）の組とを含み得る。

いくつかの実施形態はさらに、ロータと冷却空気との間の熱交換を増加させるように、ロータの隣接する肋材間に配置されている少なくとも１つの熱伝導性フォーム（５０４）のブロックを含む。

別の実施形態では、本発明は、Ｎ個のローブを有するサイクロイドロータと、ロータが筐体に対して軸の周りに回転しているとき、ローブを連続的に受け取るためのＮ＋１個のローブ受け取り領域の対応する組を有する筐体とを含むタイプの改良された機関を提供し、筐体は、（ｉ）ロータの第１および第２の側に軸方向に配置されているカバーの対と、（ｉｉ）隣接するローブ受け取り領域の各対間に配置されている先端とを有し、少なくとも１つの作業チャンバが、ロータと筐体との間の空間内に形成される。本実施形態では、改良物は、吸気ポートと、排気ポートとを含み、各ポートは、カバーのうちの同一のものまたはカバーのうちの異なるものにおいて形成される。排気ポートは、作業チャンバから燃焼ガスを掃気し、新たな媒体を用いてチャンバを充填するように、吸気ポートに先立って開放し、機関の２ストローク動作を提供する。随意に、加圧流体媒体が、吸気ポートに供給される。さらなる関連する実施形態では、ポートは、非対称的に位置する。

いくつかの実施形態では、ポートは、異なるカバー上に非対称的に位置し、いくつかの実施形態では、ポートは、同一のカバー上に非対称的に位置する。

さらに別の実施形態では、回転機械のロータアセンブリが、半径方向面を有する、ロータ本体（１２０１）と、半径方向面を覆って円周方向に配置されているスリーブ（１２０２）とを含み、スリーブは、半径方向に内向きに突出するタング（１２０３）を有し、ロータ本体は、その中にタングを受け取るための対応する半径方向凹溝を有する。

いくつかのそのような実施形態はさらに、ロータ本体の半径方向面上に配置されている側シールアセンブリを含み、側シールアセンブリは、一次シール（１４０３）と、圧縮可能二次シール（１４０４）とを有し、二次シールは、一次シールと接触し、ロータ本体の溝内に配置される。いくつかの実施形態は、対応して成形される側シールのための周辺角切り込みも含む。いくつかの実施形態は、作業チャンバ中に新たな媒体を入れることを可能にするための吸気ポートと、燃焼ガスが作業チャンバから退出することを可能にするための排気ポートとも含む。

さらに別の実施形態は、Ｎ個のローブと、作業媒体の吸気のための吸気ポートと、排気ポートとを有するロータと、それに対してロータが筐体に対する回転運動のために搭載される筐体とを有するタイプの改良された回転機関を含み、筐体は、Ｎ＋１個のローブ受け取り領域と、（ｉ）隣接するＮ＋１個のローブ受け取り領域の各対間に配置されている先端と、（ｉｉ）側の対とを有し、Ｎ＋１個のローブ受け取り領域はさらに、チャンバを確立するように、ロータが筐体に対して回転しているとき、Ｎ個のローブを連続的に受け取るようにロータに関連して構成され、チャンバは、Ｎ＋１個のローブ受け取り領域のうちの各１つに関連付けられ、確立されたチャンバのうちの少なくとも１つのチャンバは、吸気、作業媒体の圧縮および燃料の噴射、燃焼、膨張、ならびに排気の段階を連続して処理するように構成され、改良物は、燃焼が起こる各チャンバに関連付けられる陥凹を筐体内に含み、陥凹は、圧縮および燃料の噴射の過程において、作業媒体内に渦を生成するように非対称的に成形される。いくつかのそのような実施形態では、陥凹は、その中に噴射される燃料のプルームに関連付けられる形状および体積を収容する細長い滴状形状を有する。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
回転機械のロータの軸方向面と前記機械の側筐体との間の間隙をシールするためのシールアセンブリであって、前記シールアセンブリは、外側部材（７１１）を有する面シールを備え、前記外側部材（７１１）は、
（ｉ）軸方向接触面（７１５）であって、前記軸方向接触面（７１５）は、前記側筐体（７４０）に対して軸方向に負荷されており、前記軸方向接触面（７１５）は、前記ロータの周辺角切り込み（７２５）内にある、軸方向接触面（７１５）と、
（ｉｉ）少なくとも１つの他の流体圧力を受ける面（７１４、７１８）と、
（ｉｉｉ）流体圧力によって前記ロータに対して半径方向に負荷されている内側半径方向接触面（７１９）とを有し、
前記面シールおよび前記ロータの周辺角切り込みは、前記面シールが前記切り込み内にあるように拘束されるように成形され、
前記軸方向接触面および前記少なくとも１つの他の流体圧力を受ける面は、前記流体圧力が正味の力を引き起こし、それによって、前記軸方向接触面が前記側筐体に対して軸方向に押し付けられ、前記外側部材の前記内側半径方向接触面が前記ロータに対して半径方向に押し付けられるように成形されている、シールアセンブリ。
（項目２）
前記面シールは、前記外側部材に結合されているブリッジ部材（７１３）をさらに含み、前記ブリッジ部材（７１３）は、前記外側部材から内向きに、ある半径方向距離に及ぶ、項目１に記載のシールアセンブリ。
（項目３）
前記面シールは、前記側筐体に対する前記軸方向接触面の軸方向負荷を引き起こすように、前記ブリッジ部材と前記ロータのある特徴（７２４）との間に配置されている軸方向に負荷されているばね（７５０）をさらに備えている、項目２に記載のシールアセンブリ。
（項目４）
前記軸方向に負荷されているばねと前記ブリッジ部材との間に配置されている二次シール（７６０）をさらに備え、それによって、前記二次シールは、前記ばねによって軸方向に負荷され、前記内側半径方向接触面にブローバイした任意の流体の圧力によって前記ロータに対して半径方向に負荷されている、項目３に記載のシールアセンブリ。
（項目５）
前記ロータと前記面シールとの間に半径方向に配置されている可撓性二次シール（１３０４）をさらに備えている、項目１に記載のシールアセンブリ。
（項目６）
前記シールアセンブリは、前記面シールおよび前記ロータに結合され、前記外側部材を前記ロータ軸に向かって半径方向に引くように構成されているばね（９０３）の組をさらに含む、項目１に記載のシールアセンブリ。
（項目７）
機関の可動部材の表面と筐体の表面と間の間隙を閉鎖するためにシールを使用するタイプの改良された内燃機関であって、前記機関は、作業チャンバと、排気とを有し、前記改良物は、
加圧蒸発性液体源と、
導管と
を備え、
前記導管は、前記シールのうちの少なくとも１つへの前記蒸発性液体の通路を画定し、それによって、前記蒸発性液体は、前記表面と接触し、前記蒸発性液体の少なくとも一部は、前記表面による熱にさらされると、気体への相変化を受け、前記気体は、前記機関の作業チャンバ中に逃散し、その後、前記機関排気の一部になり、前記相変化の結果として、熱が前記機関から除去される、改良された内燃機関。
（項目８）
前記内燃機関は、ピストンタイプである、項目７に記載の機関。
（項目９）
前記内燃機関は、回転タイプである、項目７に記載の機関。
（項目１０）
前記機関は、前記蒸発性液体の相変化からのものを含む排気に関連付けられたエネルギーを利用するために、前記機関排気の経路内に熱交換器をさらに備えている、項目７に記載の機関。
（項目１１）
前記機関は、第２の熱機関をさらに備え、前記第２の熱機関は、排熱からのエネルギーを追加の軸仕事に変換する、項目１０に記載の機関。
（項目１２）
前記導管は、前記機関のシール内のチャネル網と連通している、項目７に記載の機関。（項目１３）
機関の可動部材の表面と筐体の表面と間の間隙を使用するタイプの改良された内燃機関であって、前記機関は、作業チャンバと、排気とを有し、前記改良物は、
加圧蒸発性液体源と、
導管と
を備え、
前記導管は、前記間隙のうちの少なくとも１つへの前記蒸発性液体の通路を画定し、それによって、前記蒸発性液体は、シールを形成するように前記表面と接触し、前記蒸発性液体の少なくとも一部は、前記表面による熱にさらされると、気体への相変化を受け、前記気体は、前記機関の作業チャンバ中に逃散し、その後、前記機関排気の一部になり、前記相変化の結果として、熱が前記機関から除去される、改良された内燃機関。
（項目１４）
回転タイプの内燃機関において使用される改良されたロータであって、前記ロータは、回転軸を有し、前記改良物は、
前記ロータの半径方向面を前記ロータの中心部分に結合している複数の半径方向に配置された肋材（５１８）を備え、前記肋材は、前記ロータを通した軸方向における冷却空気の流動を促進し、かつ前記ロータの構造的完全性を提供する、改良されたロータ。
（項目１５）
前記ロータからの熱伝達を促進するように、前記ロータの半径方向面に沿って配置されている冷却フィン（５０６）の組をさらに備えている、項目１４に記載の改良されたロータ。
（項目１６）
前記ロータの軸に略垂直である少なくとも１つの板（５０７または５０８）をさらに備え、前記少なくとも１つの板（５０７または５０８）は、前記板が位置していない肋材間の少なくとも１つの開口部に前記肋材を覆う冷却剤の流動を運ぶように搭載されている、項目１４に記載の改良されたロータ。
（項目１７）
前記ロータと前記冷却空気との間の熱交換を増加させるように、前記ロータの隣接する肋材間に配置されている少なくとも１つの熱伝導性フォーム（５０４）のブロックをさらに備えている、項目１４に記載の改良されたロータ。
（項目１８）
Ｎ個のローブを有するサイクロイドロータと、前記ロータが筐体に対して軸の周りに回転しているとき、前記ローブを連続的に受け取るための対応するＮ＋１個のローブ受け取り領域の組を有する筐体とを含むタイプの改良された機関であって、前記筐体は、（ｉ）前記ロータの第１および第２の側に軸方向に配置されているカバーの対と、（ｉｉ）隣接するローブ受け取り領域の各対間に配置されている先端とを有し、少なくとも１つの作業チャンバが、前記ロータと前記筐体との間の空間内に形成され、前記改良物は、
吸気ポートおよび排気ポートを備え、各ポートは、前記カバーのうちの同一のものまたは前記カバーのうちの異なるものにおいて形成され、
前記排気ポートは、前記作業チャンバから燃焼ガスを掃気し、新たな媒体を用いて前記チャンバを充填するように、前記吸気ポートに先立って開放し、前記機関の２ストローク動作を提供する、改良された機関
（項目１９）
加圧流体媒体が、前記吸気ポートに供給される、項目１８に記載の改良された機関。
（項目２０）
前記ポートは、非対称的に位置している、項目１８に記載の改良された機関。
（項目２１）
前記面シールは、
前記外側部材に接続されている板部材（１００９）であって、前記板部材（１００９）は、前記外側部材から半径方向に内向きの方向において前記軸方向面に沿って配置されている、板部材（１００９）と、
前記板部材内に配置されている回転防止スロット（１０１０）と
をさらに含み、
前記回転防止スロット（１０１０）は、前記ロータに対する前記面シールの回転を防止するための前記ロータの対応する軸方向に突出する隆起（１００３）を受け取る、項目１に記載のシールアセンブリ。
（項目２２）
前記板部材は、その中に開口部（１０２０）の組を含み、前記ロータを通した冷却空気の通行を可能にする、項目２１に記載のシールアセンブリ。
（項目２３）
回転機械のロータアセンブリであって、前記ロータアセンブリは、
半径方向面を有するロータ本体（１２０１）と、
前記半径方向面を覆って円周方向に配置されているスリーブ（１２０２）と
を備え、
前記スリーブは、半径方向に内向きに突出するタング（１２０３）を有し、前記ロータ本体は、その中に前記タングを受け取るための対応する半径方向凹溝を有する、ロータアセンブリ。
（項目２４）
前記ロータ本体の前記半径方向面上に配置されている側シールアセンブリをさらに備え、前記側シールアセンブリは、一次シール（１４０３）と、圧縮可能二次シール（１４０４）とを有し、前記二次シールは、前記一次シールと接触し、前記ロータ本体の溝内に配置されている、項目２３に記載のロータアセンブリ。
（項目２５）
対応して成形される側シールのための周辺角切り込みを有する、項目２３に記載のロータアセンブリ。
（項目２６）
作業チャンバの中への新たな媒体を可能にするための吸気ポートと、燃焼ガスが前記作業チャンバから退出することを可能にするための排気ポートとを有する、項目２３に記載のロータアセンブリ。
（項目２７）
Ｎ個のローブと、作業媒体の吸気のための吸気ポートと、排気ポートとを有するロータと、筐体とを有するタイプの改良された回転機関であって、前記ロータは、前記筐体に対する回転運動のために前記筐体に対して搭載され、前記筐体は、Ｎ＋１個のローブ受け取り領域と、（ｉ）隣接するＮ＋１個のローブ受け取り領域の各対間に配置されている先端と、（ｉｉ）側の対とを有し、前記Ｎ＋１個のローブ受け取り領域は、チャンバを確立するように、前記ロータが前記筐体に対して回転しているとき、前記Ｎ個のローブを連続的に受け取るように前記ロータに関連してさらに構成され、チャンバは、前記Ｎ＋１個のローブ受け取り領域のうちの各１つに関連付けられており、前記確立されたチャンバのうちの少なくとも１つのチャンバは、吸気、前記作業媒体の圧縮および燃料の噴射、燃焼、膨張、ならびに排気の段階を連続して処理するように構成され、前記改良物は、
燃焼が起こる各チャンバに関連付けられた前記筐体内の陥凹を備え、前記陥凹は。圧縮および燃料の噴射の過程において、前記作業媒体内に渦を生成するように非対称的に成形されている、改良された回転機関
（項目２８）
前記陥凹は、その中に噴射される燃料のプルームに関連付けられた形状および体積を収容する細長い滴状形状を有する、項目２７に記載の改良された回転機関。

（カラー図面）
本特許または出願ファイルは、カラーで作成された少なくとも１つの図面を含有する。カラー図面を伴う本特許または特許出願公開文書のコピーは、要求および必要な手数料の支払に応じて、特許庁によって提供されるであろう。

前述の実施形態の特徴は、付随の図面を参照して検討される、以下の発明を実施するための形態を参照することによって、より容易に理解されるであろう。
図１Ａは、非常に高効率の組み合わせられた熱および電力システム（ＣＨＰ）の特徴を図式的に図示する。 図１Ｂは、図１Ｂに図式的に図示されるＣＨＰシステムの熱力学的利益を図式的に図示する。 図の説明なし 図２Ａ−２Ｅは、上記のＣＨＰにおいて使用され得るＸ機関幾何学形状およびサイクルに基づいて、機関の特徴を図式的に図示する。 図２Ａ−２Ｅは、上記のＣＨＰにおいて使用され得るＸ機関幾何学形状およびサイクルに基づいて、機関の特徴を図式的に図示する。 図３Ａ−３Ｂは、上記のＣＨＰシステムにおいて使用され得るピストン機関の特徴を図式的に図示する。 図４は、上記のＣＨＰシステムにおいて使用され得るピストン機関の特徴を図式的に図示する。 図５Ａ−５Ｅは、過給および追加の冷却を実装するように構成されるロータを図式的に図示する。 図６Ａ−６Ｃは、Ｘ機関幾何学形状に基づく２ストローク機関の実施形態を図式的に図示する。 図６Ａ−６Ｃは、Ｘ機関幾何学形状に基づく２ストローク機関の実施形態を図式的に図示する。 図７Ａ−７Ｆは、「Ｕ字形」面シールの設計を図式的に図示する。 図７Ａ−７Ｆは、「Ｕ字形」面シールの設計を図式的に図示する。 図７Ａ−７Ｆは、「Ｕ字形」面シールの設計を図式的に図示する。 図８は、シールの軸方向接触面上へのシールの流体圧力を受ける面の表面積の投影を図式的に図示する。 図９は、ロータと接触したままにするために、Ｕ字形シールを補助する追加のばねを組み込むことによって、「Ｕ字形」の設計の潜在的改良物を図式的に図示する。 図１０Ａ−１０Ｂは、「板シール」の実施形態を図式的に図示する。 図１１Ａ−１１Ｄは、静止したシールの実施形態を図式的に図示する。 図１２Ａ−１２Ｃは、スリーブ付きロータの実施形態を図式的に図示する。 図１３Ａ−１３Ｃは、シールの追加の実施形態を図式的に図示する。 図１４Ａ−１４Ｌは、シールの追加の実施形態を図式的に図示する。 図１４Ａ−１４Ｌは、シールの追加の実施形態を図式的に図示する。 図１４Ａ−１４Ｌは、シールの追加の実施形態を図式的に図示する。 図１５−１６は、燃焼チャンバの実施形態を図式的に図示する。 図１５−１６は、燃焼チャンバの実施形態を図式的に図示する。 図１７Ａ−１７Ｆは、「勾配特性」材料ロータを生産する方法の実施形態を図式的に図示する。 図１７Ａ−１７Ｆは、「勾配特性」材料ロータを生産する方法の実施形態を図式的に図示する。

種々の実施形態が、Ｘ機関に対する修正を説明し、それは、ボトミングランキンサイクルを実装するための専用チャンバと、シーリング、燃焼効率における追加の改良物とを利用し、全てが高効率に寄与するであろう。

定義。本説明および付随の請求項に使用される場合、以下の用語は、文脈が別様に要求しない限り、示される意味を有するものとする。

「回転機械」は、回転機関、回転コンプレッサ、回転ポンプ、および回転エキスパンダから成る群から選択される機械である。

ロータの「周辺角切り込み」は、ロータの半径方向面の軸方向範囲の低減を引き起こすように、ロータの半径方向端部に位置する、ロータからの切り込みである。

「可撓性二次シール」は、ポリマー等の可撓性の材料もしくは圧縮可能な材料、またはＯリング、Ｘリング、Ｅリング、Ｃリング、およびその他等の種々の薄断面鋼から作製されるシールであり、これらの可撓性二次シールの主要な特徴は、一次シールの運動を妨げることなく、ロータと一次シールとの間に同時接触を提供することである。

「蒸発性液体」は、内燃機関の筐体内で経験される温度および圧力において気体への相変化を受ける液体である。この文脈では、水は、「蒸発性液体」である一方、潤滑油は、蒸発性液体ではない。「Ｘ機関」は、ある機関であり、その実施形態が、米国特許第８，５２３，５４６号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）に説明されている。Ｘ機関は、高効率ハイブリッドサイクル（ＨＥＨＣ）下で動作する。

「高効率ハイブリッドサイクル」（または「ＨＥＨＣ」）は、米国特許８，５２３，５４６号に説明されるようなサイクルであり、それは、例えば、Ｘ機関等の機関によって実行され得る。

「媒体」は、吸気ストローク中に機関の作業チャンバに進入する新たな空気または空気／燃料混合物のいずれかである。

「粉末材料」は、重量、強度、摩損、摩擦、熱伝導率、熱膨張係数等の観点から回転機械のロータに有益であるセラミック、黒鉛、アルミニウム、マグネシウム、チタン、結合剤、および他の材料を含み得る。

「締固めおよび焼結プロセス」は、種々のタイプの構成要素を製造するために、粉末形態の供給原料を処理する、一連の生産技術から成る。これらの生産技術は、概して、以下のプロセスステップの全てまたは殆どを伴う。
ａ）混合粉末を成形体に形成すること。主な締固めプロセスは、ダイ、パンチ、および場合によってはマンドレルまたはコアロッドを含む固いツールセットにプレスすることを伴う。しかしながら、隙間市場用途において使用される、いくつかの他の締固めプロセスも存在する。
ｂ）完全性および強度を増進させるために成形体を焼結すること。このプロセスステップは、材料を、通常、保護雰囲気下において、主要構成物の融点を下回る温度まで加熱することを伴う。いくつかの場合、微量構成物が、焼結温度において液相を形成し得、そのような場合は、液相焼結として説明される。固相および液相焼結に関与する機構が、後の節において簡潔に議論される。

２０１４年７月３１に公開された、米国公開済特許出願第２０１４／０２０９０５６号（２０１４年１月２４日に出願された、特許出願第１４／１６３，６５４号）（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）は、圧送、圧縮、または他の目的のために使用され得る専用特殊チャンバを伴う一方、機関の残りのチャンバが従来の内部機関燃焼プロセスのために使用される、Ｘ機関幾何学形状を説明している。

特許第８，５２３，５４６号（参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）は、高効率ハイブリッドサイクル（ＨＥＨＣ）下で動作する、「Ｘ機関」と呼ばれるであろう回転機関を説明している。ＨＥＨＣサイクルは、本質的により効率的であり、過膨張によって排気から可能な限り多くのエネルギーを回収しようと試みるが、それにもかかわらず、有意な熱エネルギーが、排気および冷却において残留する。

本願は、（１）米国特許第８，８６３，７２４号および第８，５２３，５４６号に開示される一般的タイプのエピトロコイド回転機関、（２）回転コンプレッサ、または（３）回転ポンプのいずれかにおいて使用するためのロータの改良物ならびに関連するシールおよび構成要素に関する。図２は、本明細書に示される改良物が適用可能であるタイプの典型的な実施形態を示す。米国特許第８，８６３，７２４号および第８，５２３，５４６号は、本明細書に参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる。

（Ｘ機関動作サイクル）
ＨＥＨＣ Ｘ機関は、吸気、圧縮、燃焼および膨張、ならびに排気を組み込む４ストロークサイクルを使用する。これらのストロークの各々は、２つの機関チャンバの各々の中で連続的に起こる。機関は、ポートを付けられ、ポペット弁を使用することなく完全な４ストローク動作を可能にする。空気および燃料が、所与の燃焼チャンバに進入するか、またはそれから退出するようにロータを通して配送される。吸気および排気ポートの場所における非対称性は、過膨張を引き起こす。定積燃焼が、ロータが急回転している間、長期間にわたって隔離された燃焼チャンバの各々の中にその体積の空気および燃料を閉じ込めることによって達成され、ロータの上部の弧は、筐体の弧と整列する。したがって、機関幾何学形状の固有の側面は、機関がＨＥＨＣサイクルを具現化することを可能にする。

効率改良は、以下の統合を通した熱力学に基づく。１）ＬｉｑｕｉｄＰｉｓｔｏｎの特許第８，５２３，５４６号（その全体として本明細書に組み込まれる）に説明される、高効率ハイブリッドサイクル（ＨＥＨＣ）とも呼ばれる高度に最適化された熱力学サイクル：サイクルは、高圧縮比、定積燃焼、および過膨張を組み合わせる。２）機関が、外部から断熱され、内部（シリンダ内）水噴射（ＷＩ）（またはより一般的には、蒸発性流体噴射）を使用して冷却されること：この水が蒸気に変わる（蒸発性流体が気体に変わる）につれて、それは、チャンバ内に圧力を蓄積し、気体およびシリンダ温度を低下させながら、冷却損失の部分的回復を可能にする。３）排気からの熱ならびに水／蒸気による内部冷却からの熱の両方が、ベース機関に不可欠なボトミングランキンサイクルを通して回復されること。

Ｘ機関では、内部冷却のために使用される水噴射（ＷＩ）は、機関のシール点においてシリンダ中に噴射または挿入され、それによって、シールを改良し、潜在的には、油潤滑の必要性を排除または低減させることができる。油を伴わないと、機関は、より高温で稼働することができ、放出は、より良好になり、保守要件は、より少なくなるであろう。

図１Ａは、非常に高効率の組み合わせられた熱および電力システム（ＣＨＰ）１００の実施形態を図示する。例として、１ｋＷｅのシステムが、全体を通して使用されるであろうが、この概念は、はるかに大型のシステムに対しても同様に等しく適用可能である。

任意の好適な燃料で、例として、天然ガス（ＮＧ）で動作する回転Ｘ機関「Ｅ」が、交流機「Ａ」に結合され、１ｋＷの電力をグリッド相互接続／電力エレクトロニクスボックス「Ｉ」に提供する。機関は、３つのチャンバを含み、Ｅ_{＿ＨＥＨＣ}チャンバと呼ばれる、そのうちの２つが、天然ガスを燃焼し、Ｅ_{＿ＳＴＥＡＭ}と呼ばれる第３のものが、ランキン（蒸気）ボトミングサイクルのために使用される（チャンバの定義に関しては図２ａを、システムのエネルギー平衡に関しては図１Ｂを参照）。対応する噴射器が、Ｅ_{＿ＨＥＨＣ}チャンバ内にＮＧ（または設計によって要求されるような任意の他の燃料）を噴射し、蒸気噴射器が、Ｅ_{＿ＳＴＥＡＭ}チャンバ内に蒸気を噴射する。電子制御ユニット「ＥＣＵ」が、機関Ｅの燃料、交流機Ａ、および双方向弁「２−ｗ」を制御する。水噴射が、冷却、潤滑、および内部廃熱回収のために使用されるであろう。水は、水道の蛇口から脱イオン化装置「ｄｅ−Ｉ」に供給され、それは、次いで、交流機「Ａ」を冷却し、高圧ポンプ「Ｐ」に流入し、次いで、小型熱交換器「ＨＥ１」に流入し、そこで、排気ガスからの熱は、この水に伝達され、それを過熱された蒸気に変換し、過熱された蒸気は、機関Ｅ_{＿ＳＴＥＡＭ}のボトミングサイクルチャンバ中にさらに噴射される。接続された回路では、比較的に低温の水が、機関シールに直接給送され、機関のロータおよび他の構成要素を冷却し、この水は、チャンバ内で蒸気に変わり、そうでなければ冷却剤に失われるエネルギーが、部分的に回復される。燃焼後、排気は、触媒コンバータ「ＣＡＴ」１０８を通過し、そこで、それは、スクラビングされる。燃焼空気は、「ＨＥ１」に退出し、次いで、残留熱が必要とされない場合、それは、弁「２−ｗ」を通して大気中に破棄される。熱が必要とされる場合、排気は、代わりに、残留熱交換器「ＨＥ２」１３２に向かわせられる。外部熱損失を最小限にするために、機関、交流機、触媒コンバータ、およびＨＥ１は、完全に断熱され、したがって、いずれの冷却も、水のみを通して起こる。

随意に、動作コストを低下させるために、追加の資本コストではあるが、システムの水は、例えば、サイクロン分離器「ＣＳ」によって回収されることができ、その場合、排気流は、水凝縮点まで冷却され、気体から分離される。「ＣＳ」からの水は、フィルタ「Ｆ」を通して流動し、戻り水ライン１３５を介して「ｄｅ−Ｉ」に戻される。この選択肢は、外部水供給源に接続する要件を排除するが、追加の構成要素を含む。図１Ａの楕円内に示される構成要素も同様に、随意である。

以下では、どのように機関「Ｅ」が内部水冷却およびボトミングサイクルを用いて動作し、システムの残りの構成要素と相互作用するかを説明する。

（ＷＩ／冷却）
典型的には、機関は、水ジャケットを通して流動する冷却剤を用いて外部から冷却され、燃料エネルギーの約３分の１が、したがって、低品位熱に変換され、環境に排除される。本実施形態では、機関を内部冷却するために、異なる方略を実装する。吸気または圧縮ストローク中に噴射される水は、気体を冷却する効果を有し、それは、ＰＶ図の圧縮曲線を下方に引き下げる（効率を増加させる）。燃焼または膨張中に噴射された水も、充填物を冷却し、ピーク圧力および温度を低減させるであろう。これは、ＮＯｘ放出を減少させ、ノックリミットを増加させ、より高い圧縮比を可能にすることもできる（増加させられた熱効率を可能にする）。Ｘ機関アーキテクチャに固有のこととして、水噴射は、シールとロータとの間および／またはシールとカバーとの間の界面に直接行われ得、そのような水は、シールおよびロータまたはシールおよびカバーの両方を冷却する一方、蒸気に変わり、潤滑効果も有するであろう。噴射された水は、蒸気に変わる（機関を内側から冷却する）が、蒸気は、チャンバ圧力を増加させるであろう（蒸気によって占有される体積は、周囲条件における液体水の約１，４００倍である）一方、全体的温度は、低減させられる。この効果は、電力出力を増加させる一方、燃焼温度を低下させ、それはまた、ＮＯｘ放出を低減させる。さらに、気体の過膨張は、機関が、生成される蒸気からより多くの利益を得、そうでなければ冷却剤に失われるであろうより多くのエネルギーを捕捉することを可能にする。これは、例えば、超硬質であり、湿潤すると、非常に低い摩擦係数（０．０２）を有する、ＡｌＭｇＢ１４コーティングを使用することによって、代替潤滑方略（水／水蒸気による潤滑）のための道も開く。

（ボトミングサイクル）
ボトミングサイクルまたは組み合わせサイクルは、特に、より大型の発電所システムのために一般的に使用される方略である。トッピングサイクル（典型的には、タービン機関または内燃機関）は、典型的には、排気中の燃料において利用可能な熱の約３分の１を排除する。ＨＥＨＣサイクルは、本質的により効率的であり、４ストロークサイクル以内で可能な限り多くのエネルギーを変換しようと試みるが、それにもかかわらず、有意なエネルギーが、排気において残留する。上で説明されるように、提案されるシステムでは、断熱された機関は、チャンバ内からの水によって、すなわち、チャンバ外の冷却剤チャネルからではなく、ロータおよび／または筐体と水の直接接触によって冷却される。蒸気の形態である水は、次いで、排気と混合され、したがって、本質的に、機械的軸仕事のために使用されない熱の全て、例えば、通常、「冷却」または「熱伝達」に失われるものも、「排熱」と混合され、ボトミングサイクルのために利用可能にされる。典型的には、ボトミングサイクルは、トッピングサイクルから排除された熱を利用し、シャフトへの追加の機械的エネルギーに寄与し、それによって、全体的効率を上昇させることが可能な第２の熱機関によって実装される。大型（ＭＷ規模）天然ガス発電所が、そのトッピングサイクルにおいて４０％の効率を達成し、次いで、組み合わせサイクルを通して５０％〜６０％の全体的効率を達成することは、珍しくはない。提案される機関の新規の特徴は、全ての「冷却」損失が、排熱に加えて、ボトミングサイクルのために利用可能にされることである。本明細書に提案される本発明は、３つのチャンバ付き「Ｘ」機関に基づき、２つのチャンバは、トッピングＨＥＨＣサイクルを行い、第３のチャンバは、ボトミングランキンサイクルのためのエキスパンダとして使用される。蒸気噴射器以外に、いかなる新しいハードウェアも、提案される機関を実装するために必要ではない。結果は、非常にコンパクトかつコスト効果が高く、全組み合わせサイクルは、いくつかの可動部品（加えて周辺機器）のみを用いて達成される。

高ブレーキ効率を達成するために、機関は、冷却流および排気流の両方からエネルギーを回収する。

３つの機関のチャンバのうちの２つが、ＨＥＨＣで動作する。機関からの排気は、過熱蒸気を生産する熱交換器に通される。機関の第３のチャンバは、ＴＤＣにおいて噴射された蒸気を用いてランキンボトミングサイクルを使用する。

機関の提案される実施形態では、水／蒸気が、冷却、シール、潤滑、および熱回収機構として使用される。少量の水のみが、ロータ冷却目的のために必要であり（吸気の質量の約３０％）、油は、システムから完全に排除され得る。いかなる油膜も要求されないので、機関動作温度は、（油膜を用いて典型的である１８０℃の代わりに）最大４００℃に増加させられ得る。

図２ａ）に示されるものは、前部カバーが除去された、３チャンバＸ機関である。それは、筐体（２０１）と、カバー板（２０２）および（２０６、図２ｂ））と、ロータ（２０３）と、３つの頂点シール（２０４）と、２つの面シール（２０５）とを備えている。吸気充填物（２３５）が、シャフト（２３３）および吸気ポート（２３２）を通してチャンバに流入する。作業チャンバ空間は、ロータ、筐体、および２つのカバー板によって定められる。提案されるトッピングサイクルでは、「Ｅ＿_ＨＥＨＣ」と呼ばれる、作業チャンバのうちの２つは、２または４ストロークＨＥＨＣ−ＳＩサイクルを実行する燃焼チャンバとして構成されるであろう。「Ｅ＿_{ＳＴＥＡＭ}」と呼ばれる、第３のチャンバは、ボトミングサイクル専用となるであろう（図２ａ）参照）。

熱障壁コーティングが、筐体およびカバーの内面上に使用されるか、または筐体の周囲の断熱（図示せず）が、使用され、燃焼熱の大部分をその中に保つ。頂点シールを除いて、任意の可動部品と筐体のいかなる接触も存在せず、したがって、筐体は、頂点シール専用の冷却を提供する場合、冷却されない。冷却されることが必要な構成要素は、ロータおよび全てのシールのみであり、これらは、機関シールを通して圧送される水によって内部冷却される。水の流動が、図２ｂ）に示される。赤色の矢印（２７１−入および２７１−出、２７２−入および２７２−出、２７３−入および２７３−出）は、頂点シール（２０４）の各々を通した軸方向におけるカバー板（２０６）内の計量オリフィス（２６２）を通した水の流動を示し、これらの流動は、カバー板（２０２、図２ａ））を通して機関の他方の側に退出する。図２ｅ）は、シール（２０４）を通した流動（２７１）の詳細を提供する。頂点シールは、以下だけではなく、２０１２年３月２９日に出願された、出願第１３／４３４，８２７号（本明細書に参照することによってその全体として本明細書に組み込まれる）（およびまた、米国第８，５２３，５４６号）に説明されている。それらは、２つの半体（２４１および２４２）から構成され、ばね（２４４）によって付勢され、これらの２つの半体は、緑色の矢印を用いて示されるように、互い対してスライドし、チャネル（２４３）を通して流動する水がこのスライド界面を通ってロータ（２０３）上に漏出することを可能にする。第２のバージョンの頂点シールが、図２ｄ）に示される。それは、ばね（２４４）と、付勢されるパッド（２４５）と、セラミックローラ（２４６）とを有する。水は、パッド内のチャネルを通って流動し、ローラは、それを引き込み、ロータ上にそれを拡散させる。頂点シールは筐体内で固定されているので、水は、それらを通って連続的に流動する。

面シール（２０５）上への水流は、３次元であり、図２ｂおよび２ｃに示される。水流（２８１−入）は、軸方向においてカバー板（２０６）内の計量オリフィス（２６１）に進入し、それは、Ｕ字形面シール（２０５、図２ｃ））の接触面上の溝に入る。Ｕ字形面シールは、以下の図８および１３において議論される。ここから、流動（２８１−入）は、破線矢印によって示されるように、２つの方向に分割される。水は、溝内を流動し、同一のカバー板から２つの場所において退出する（２８１−出）（どのように流動矢印が方向を変化させるかに留意されたい）。Ｘ機関の固有の幾何学形状に起因して、面シール（２０５）内の溝は、常時かつ同時に進入オリフィス（２６２）および退出オリフィス（２６３）の両方にさらされ、したがって、面シール／カバー界面を通した連続的水流を可能にする。

上で述べられたような水は、シールを冷却するだけではなく、シールすること自体も補助する。シールは、完全ではないが、しかしながら、一部の水が、チャンバ中に漏出し、それは、上で説明されるような水噴射を構成する。また、高温頂点シール／ロータおよび面シール／カバー界面を通って流動するこの水は、水／蒸気混合物を形成し、それは、部分的に、ロータおよびカバー板の壁上で蒸発および過熱する。この水／蒸気混合物は、６つの異なる機能を有する。

１）過熱蒸気は、消費されると、ロータおよびカバー板から抽出された熱を犠牲にして、追加の電力を発生させる。

２）部分的廃熱回収の結果として、効率が、増加させられる（この熱は、通常、機関ジャケット内の水冷却によって環境に失われる）。

３）ロータおよびカバー板の両方の冷却が、水を蒸発させることによって起こる。

４）ロータ（ピストン）とシリンダとの間の界面を潤滑化する。

５）ロータ（ピストン）をシールする。

６）チャンバに進入する蒸気が最終的に排気され、機関排気と組み合わせられるであろうため、より大きい高品質のエネルギープールを生成する。

図１Ｂを参照すると、シリンダの熱力学（機関のＥ＿_ＨＥＨＣ部分内のＨＥＨＣサイクル図の内側の点１−４）が、小型１ｋＷｅ機関のための１−Ｄ ＧＴ−電力シミュレーションコードを用いてモデル化される。排気ガスおよび水蒸気は、点（４）においてチャンバから退出し、触媒コンバータ（ＣＡＴ）に進入し、任意の未燃焼燃料が、さらに酸化され、パラメータ（５）とともに退出する。気体／蒸気混合物は、次いで、熱交換器番号１（ＨＥ１）に進入し、点（６）においてそれから退出し、ＨＥ１の第２のループに進入する水に熱を放出する。ＨＥ１の後、燃焼された気体／蒸気混合物は、噴射器に進入し、それはさらに、点（１０）においてＥ＿_{ＳＴＥＡＭ}から退出する低圧蒸気と混合する。

蛇口から供給され、「ｄｅ−Ｉ」（図１Ａ）において脱イオン化された水は、交流機に進入し、それを冷却し、点（７、図１Ｂ）においてポンプに進入する。水は、点（８、図１Ｂ）においてポンプから退出し、それは、上で説明されるように、ＨＥ１に進入する。水は、点（９、図１Ｂ）において過熱蒸気としてＨＥ１から退出し、Ｅ＿_{ＳＴＥＡＭ}に進入し、それは、点（１０、図１Ｂ）に膨張し、噴射器に進入し、それは、上で説明されたように、Ｅ＿_ＨＥＨＣからの排気と混合する。排気ガスおよび蒸気はさらに、双方向弁に向かわせられる。機関のＥ＿_{ＳＴＥＡＭ}チャンバは、したがって、ボトミングサイクルを実行し、そうでなければ機関の冷却および排気によって廃棄される廃熱の一部を回収する。

（熱力学モデル化分析）
機関は、既製の商業的交流機（ＦＯＡに従って９６％の効率であると仮定される）に給電する。効率は、ベースＨＥＨＣ機関ならびに追加のボトミングサイクル構成要素を含む。ＨＥＨＣ構成要素効率（ＷＩを伴う）は、

である。

機関の示される効率η_ｉｎｄは、燃焼非効率性η_ｃｏｍｂおよび機械的非効率性η_ｍによって低減させられる。水噴射（α_ＷＩ）に起因するＢＴＥの増加に関する消極的な推定値（１．０５２）を仮定する。

ボトミングランキンサイクル（ｂＲｃ）ブレーキ効率は、η_{Ｒａｎｋｉｎｅ}＝１９．６％である。排気／冷却熱の約７９％が、ランキンサイクルへの入力として利用可能であることに留意されたい。

Ｘ機関およびボトミングサイクル（ｂＲｃと一緒のＨＥＨＣ）ブレーキ効率は、

である。

最後に、全体的発電セット効率（交流機を含む）は、η_{ｇｅｎｅｒａｔｏｒ}＝４２．９×０．９６＝４１．２％である。

ＨＥＨＣサイクルは、水噴射を用いて増進され、機関および交流機の外部冷却を排除し、加えて単純な手段を効率的な「ボトミングサイクル」に提供するであろう。水および蒸気の存在は、環境および信頼性の両方の利益に拡大される。油の使用は、蒸気潤滑を選択して完全に排除され得る。外部断熱と組み合わせられる内部冷却は、システム内に熱を保つ一方、同時に、静かな動作を確実にする。

提案されるＣＨＰシステムの電気効率を推定するために、分析が、２組の仮定、すなわち、消極的な仮定および積極的な仮定を用いて実施された。Ｅ＿_ＨＥＨＣの１−Ｄモデルのために使用された仮定および取得された結果は、以下の通りである。［ブレーキ熱効率＝（ＢＴＥ）］：

モデルの詳細：機関プロセスの４つのストローク（Ｅ＿_ＨＥＨＣ）が、Ｘ機関のＧＴ−電力（１−Ｄ）シミュレーションにおいてモデル化される。モデルは、Ｘ−Ｍｉｎｉ機関の体積、表面積、ポート面積、および他の特徴を含む適切な幾何学形状情報を有する。

空気が、シャフトおよび吸気ポートを通して誘導される。

空気が、圧縮される（１→２）。熱伝達（Ｗｏｓｃｈｎｉタイプモデル）および漏出（ブローバイ）が、オリフィスを通してチャンバから退出する流動としてモデル化される。漏出の一部は、隣接するチャンバへのものであり、一部は、大気へのものである。

ＮＧが、吸気ポートの閉鎖後の任意の時点で噴射される。

空気／燃料は、時間段階的熱解放をエミュレートするために、Ｗｉｅｂｅ関数を使用して２→３に燃焼される。９５％の燃焼効率が、仮定される。この段階中の体積は、ほぼ一定である。

燃焼生産物は、３→４に膨張される一方、再び、漏出および熱伝達を考慮する。過膨張が、大気圧が達成されるまで継続する。

燃焼生産物は、ロータ内の排気ポートを通して、カバー内の窓を通して排気され、触媒コンバータ（ＣＡＴ、図１および２）に進入する。

ＣＡＴでは、残りの燃料は、さらに酸化され、排気温度が、増加させられる。

ＣＡＴから、排気は、熱交換器ＨＥ１に向かわせられる。

ＧＴ−電力シミュレーションにおいて水および蒸気をモデル化することは、困難である。ここに提示される分析では、ＨＥＨＣ（水噴射を伴わない）をモデル化するが、文献研究に基づいて、効率において５％（消極的）または２２％（積極的）の利得が可能であると仮定する。

残りの計算は、水／蒸気表を使用して実施された。熱交換ＨＥ１に対して：
Ｍ_Ｅ（ｈ_６−ｈ_５）＝Ｍ_ｗ（ｈ_９−ｈ_８）＝Ｑ_ＨＥ１＝１．３２ｋＷ（ＨＥ１において交換された熱） （１） 式中、
Ｍ_Ｅは、Ｅ＿_ＨＥＨＣから退出する排気ガスの質量である（Ｅ＿_ＨＥＨＣの１Ｄシミュレーションから）
ｈ_１−ｈ_６は、点１から６における気体のエンタルピである（１Ｄシミュレーションから）
ＨＥ１に進入する水の質量が、方程式（１）から見出されることができる：
Ｍ_ｗ＝０．０００４ｋｇ／秒は、水流である
ｈ_７−ｈ_１０は、点７から１０における水／蒸気のエンタルピである。

ｈ_７は、交流機から退出する水の条件を与える（交流機内の水温上昇は、最小の１２℃である）。ポンプ圧が選定されると（４０バールと仮定される）、Ｅ＿_{ＳＴＥＡＭ}の全ての他の点が、水／蒸気表から見出され得る。

以下の全ての残りのパラメータは、スペースを節約するために、「消極的」仮定に対して示される。

Ｑ_ｉｎ＝２．４５ｋＷ（燃料入力のより低い加熱値が、パラメータとして与えられる）
Ｗ_ＯＵＴ＝Ｗ_ＨＥＨＣ＋Ｗ_{ＳＴＥＡＭ}−Ｗ_ＰＵＭＰ
＝０．７９２ｋＷ＋０．２６０４ｋＷ−０．００１６ｋＷ＝１．０５ｋＷ
Ｗ_{ＨＥＨＣ＿Ｉｎｄｉｃａｔｅｄ}＝０．９３１ｋＷ（ＨＥＨＣ機関のＧＴ−電力モデルから示される正味の仕事）

Ｅ＿_ＨＥＨＣ機関に関する効率「階層」は、以下である：

（ブレーキ効率）（η_ｃｏｍｂ＝９５％（仮定される燃焼効率）；η_ｉｎｄ＝３８％（「消極的」仮定によるＧＴ−電力からの１−ｄシミュレーション結果）；η_ｍ＝８５％・・・ＬＰＩにおいて測定された（５％のＢＴＥ合計摩擦損失に対応する）；η_ＷＩ＝１．０５２（ＷＩの使用からの効率利得に関する消極的仮定）；
Ｗ_Ｓ＝Ｍ_ｗ（ｈ_１０−ｈ_９）η_{ｉｓｅ＿Ｓ}＝０．２６０４ｋＷ、Ｅ＿_{Ｓｔｅａｍ}おける蒸気によって生産された仕事であり、以下を仮定する
η_{ｉｓｅ＿Ｓ}＝０．７（典型的には、η_{ｉｓｅ＿Ｓ}は、６５％〜８５％に変動する）；
Ｗ_Ｐ＝Ｍ_ｗ（ｈ_８−ｈ_７）η_{ｉｓｅ＿ｐ}＝０．００１６ｋＷ（ポンプを駆動するために要求される仕事）
したがって、

ＷＩおよびランキンボトミングを用いる完全なＸ機関効率は、次いで：

であり、
９６％の交流機効率を考慮し、以下の合計発電機効率を得る：

積極的なシナリオに関して繰り返すこと（および詳細をスキップすること）によって、η_{ｇｅｎｅｒａｔｏｒ}＝４７．７％を得る。

したがって、消極的および積極的シナリオの両方に対して、提案される発電機の効率は、要求される４０％を超える一方、１ｋＷｅおよび１ｋＷをわずかに上回る使用可能な熱を１００℃を上回る温度において提供するであろう。

圧縮空気もしくは窒素または高圧液体空気もしくは窒素を使用することが有益である場合、気体噴射器が蒸気噴射器の代わりに使用され得ることに留意されたい。

図３Ａ、図３Ｂ、および図４に示される提案される発明の別の実施形態では、内燃機関３００のピストン構成が、利用され、２シリンダ機関３００を形成する単発ピストン３０３のみが、示されるが、それは、多発ピストン幾何学形状に対して等しく好適である。

図３ａ）は、機関３００の一般図を提供し、図３ｂは、筐体を通してピストンに、および溝を通過する水を示す断面である。図４は、ピストンおよび筐体の両方の中の溝３０４ならびに「供給ライン」３０５を示す断面である。示される実施形態では、水は、可動部材（ピストン３０３）内の導管を通して供給されるが、代替実施形態（図示せず）では、水は、筐体内の導管によってシール面に直接供給され得る。

弁と燃料噴射器３０７および水噴射器（３０８）の両方を伴う燃焼チャンバ３０６が、１つの可能な構成として、機関の傍らに示される。燃料および水噴射器に加えて、またはそれらの代わりに、一方または両方のチャンバが、蒸気および／または気体噴射器（図示せず）を使用し得、蒸気および／または高圧高温気体が、機関の外側に形成されるであろう。必要に応じて、スパークプラグ（図示せず）も、空気／燃料混合物に点火するために使用され得る。水噴射は、燃料および／または気体噴射とともに断続的に、または同時に使用され得る。蒸気噴射器の包含は、上で説明されるＸ機関と類似するボトミングランキンサイクルの実行を可能にするであろう。水の流動が、図３Ｂにおいて青色の破線として示される。冷却水３０１−入は、ピストン内の水供給ラインを通って筐体に進入し、ピストン溝に進入する（図４）。ピストンの溝内を流動するこの水は、シリンダおよびピストンを同時に冷却し、ピストンとシリンダとの間の間隙をシールし、したがって、シールとしての役割も果たす。水は、部分的に蒸発し、水／蒸気混合物を形成し、それも同様に、潤滑剤としての役割を果たすであろう。再び、Ｘ機関の場合のように、そのようなシールから逃散する蒸気は、シリンダ内の気体と混合し、最終的に、機関から排気され、熱交換器（ボイラ／過熱器）に向かわせられ、新たな蒸気が、蒸気噴射器を通して機関に噴射されるように形成され、したがって、ボトミングランキンサイクルを実装するであろう。

Ｘ機関に対して概説される同じ６つの利益は、図３Ａ、３Ｂ、および４のピストン機関に対しても適用されるであろう。

図５ａ）およびｂ）は、一方の側の板（５０１）を用いて排気ポート肋材エリアを方略的に遮断し、それによって、加圧排気ポート（５０３）からの冷却空気（５０２）を遮断することによって、過給機関への加圧冷却空気の損失を防止するために有用であり得る、ロータに対する修正のいくつかの詳細を提供する。図５ａ）は、空気冷却用途において、ロータの周縁（５０５）からの熱伝達の効率を増進させるための熱伝導性フォーム（５０４）の使用も実証する。フォームに加えて、ロータの周縁に一体的な小さい肋材または「フィン」（５０６）が、ロータを冷却するために非常に効果的である。ロータのハブに近接する冷却空気流は、この領域内の肋材の温度が比較的に低いので、効果的ではない。板（５０７）が、空気の流動を肋材のエリアのみに向かわせ、冷却空気流要件を節約するために使用され得る。代替として、ロータの異なる軸方向面に位置する、板（５０８）が、ジグザク空気流パターンを与え、それは、ひいては、熱交換の有効性を増加させ得る。

（２ストローク設計）
上で言及されたように、Ｘ機関設計は、２ストロークおよび４ストロークの両方の動作に対して好適である。Ｘ機関の２ストローク実施形態が、図６ａ）およびｂ）に示され、側ポート付きＸ機関が、２つのローブ付きロータおよび３つのローブ付き筐体を利用する。この図では、前部カバー板は、より容易な視認を可能にするために示されない。下死点位置に示されるロータ（６０２）が、ギヤ機構を介して、筐体（６０１）およびカバー板（６０４）とタイミングを合わせて、クランクシャフト（６０５）の周りに回転する。ロータ（６０２）が回転するにつれて、そのシール（図示せず）は、ポート（６０３、６０６、および６０７）を横断し、それらをそれらのそれぞれの作業チャンバに対して効果的に閉鎖または開放する。ポート（６０３、６０６、および６０７）は、いずれかの側板内に作製されるが、潜在的には、ポート（６０３、６０６、および６０７）に対して、異なる形状または場所において作製され得、同一の側カバー（６０４）および／または対向する側カバー（図示せず）上に作製され得、吸気または排気ポート（本図では隠される）として作用するように位置付けられ、配管される。

窓（６０９）は、随意である。この構成の機関は、利用可能な燃焼方法（スパーク点火、圧縮点火、ＨＣＣＩ等）のいずれかと共に使用され得る。

示されるようなロータ（６０２）は、本質的に対称であるが、非対称設計も、可能であり、同様に機能するであろう。この構成では、ロータの両方のローブは、サイクルの圧縮および膨張部分のために使用される。このロータ内に示される肋材（６０８）は、随意である。ロータの両側は、中実にされ得る（図示せず）。

図６ｂ）は、２ストロークＸ機関アーキテクチャポートエリアの可能な構成を示す。ポート３−ａ（吸気）および３−ｂ（排気）は、一方または両方の側カバー上に位置し得、および／または重複し得る。概して、排気ポートは、最初に開放し、膨張された気体に排気を開始させるであろう。ポート付き２ストロークピストン機関に関して典型的であるように、排気ポートに向かう空気の流動は、吸気口が開放されると再開され、この流動は、吸気充填物を引き込むことに役立つ。別のアプローチは、吸気口を通して加圧空気、例えば、「空気ナイフ」を流動させ、新たな空気が機関に進入し、排気ガスが排出されることを確実にすることである。

ロータ（６０２）のシール（図示せず）は、これらのポートを横断し、作業チャンバ（６０４）との連通からそれらを離すように効果的に開放および閉鎖する。ポート（６０３−ａ、６０３−ｂ）の形状および場所は、ポートタイミング、ポート流動面積、ポート重複、圧縮比、および他の重要な機関パラメータを決定する。従来のポート付き２ストロークピストン機関（下死点についてポート対称性を伴う）に優るこれが有する１つの利点は、機関下死点について非対称なポートタイミングを有する能力である。この利点を使用するための一方法は、サイクルを通して移動するとき、排気ポートが閉鎖された後に吸気ポートを閉鎖することである。これは、いくつかの様式の強制誘導（スーパーチャージャもしくはターボチャージャ、または上で示されるように、特に、出射圧縮過給）と結合され、作業チャンバが新たな空気を用いて外部から加圧され、より多くの新たな気塊を効果的に閉じ込めることを可能にし、それによって、機関がより多くの電力を生産することを可能にする。下死点または上死点について非対称ポートタイミングが使用され得る別の方法は、過膨張サイクルを生産することである。強制誘導は、この設計においても使用され、ポート重複期間中に残留物を掃気し、それらを新たな作業流体と置換する。ポート形状、面積、ならびに上流設計および形状が、所望の性能特性を生産するために重要であり、多くの異なる形態をとることができる。

この２ストローク動作は、任意のＮ個のローブ付きロータおよび（Ｎ＋１）個のローブ付き筐体に対しても適用可能である。Ｎ＝１であるときの具体的事例が、図６ｃ）に示され、すなわち、ロータは、１つのローブ付きであり、筐体は、２つのローブ付きである。窓（６０３）の形状、機能、または場所は、図６に示されるものと同一であることも、異なることもある。

機関は、吸気および排気のためにポートまたはポペット弁の組み合わせを使用し得る。

（シール）
サイクルまたは設計がどの程度効率的であるかにかかわらず、シールが良好に機能していない場合、機関から高効率を期待することはできない。したがって、機関の効率をさらに増加させるために、シールの有効性を増加させることが、最重要である。以下の実施形態は、Ｘ機関幾何学形状のためのシール改良物に対する概念を実証する。Ｘ機関幾何学形状のために設計および実装されたシール、特に、以下のＵ字形シールは、回転Ｘ機関の測定される性能を有意に改良し、シール性能は、標準バンケル式機関のものを上回り、従来のピストン機関のものに近づいた。これらのシールは、任意の機関に加えて、コンプレッサまたはポンプにおいて使用され得、したがって、シールされることが必要な媒体として、流体（気体または液体）について記載するであろうことに留意されたい。多くの場合、シールは、他のタイプの回転もしくはピストン機関、コンプレッサ、またはポンプにおいて機能するように一般化されることができる。

Ｕ字形シール（７１０）が、ロータ（７２０）および頂点シール（７３０、図７ｃ））とともに、図７ａ）からｄ）に示される。これは、Ｕ型断面（図７ｃ）−ｅ））を有し、前部脚部（７１１）と、後部脚部（７１２）と、これらの２つの脚部を接続するブリッジ（７１３）とから成る。シール（７１０）は、ロータの対応して成形された隆起（７２１）上に置かれる。Ｕ字形シールの前部脚部の半径方向面（７１４）は、シールされている流体（液体または気体）にさらされる。この表面（７１４）は、ロータのＯＤ（７２２）に等しいか、またはそれよりもわずかに小さいＯＤを有し、該ロータの半径方向面（７２２）上に乗っている頂点シール（７３０）との接触を回避する。表面（７１４）に作用する流体圧力は、隆起（７２１）との接触をとるようにシールの脚部（７１１）を押し付け、したがって、流体のための漏出経路をシールする。Ｕ字形シールの前部脚部の軸方向面（７１５）は、機関の静止した側カバー（７４０）と接触する。後部脚部（７１２）の機能は、シールが随意の間隙（７１７、図７ａ））を有し得るので、シールが半径方向に外れること、またはロータの隆起（７２１）から滑り落ちることを防止することである。シール上の回転防止特徴（７１６、図７ａ））は、ロータ内の凹部と一致する。ロータの隆起の孔（７２２）内に位置するばね（７５０）によって提供される初期予荷重を除いて、Ｕ字形シールは、気体作動させられ、流体にさらされた第２の面（７１８）に作用する流体の圧力は、矢印の方向に軸方向の力を提供し、それは、シールを側カバー（７４０）に向かって押し付ける。したがって、流体は、表面（７１４）および（７１８）を加圧し、シールを静止したカバーに対して、かつ隆起（７２１）に対して押し付ける。静止した部材（カバー）からのシールのいかなる離昇も存在しないであろうことを確実にするために、カバーと接触する表面（７１５）の面積は、表面（７１５）上への面積（７１４）および（７１８）の投影の合計を下回るべきである。例えば、図８は、シールの軸方向接触面７１５上へのシールの流体圧力を受ける面（例えば、７１８；７１４）の表面積の投影７２６、または代替として、側カバー７４０によって画定される平面上へのシールの流体圧力を受ける面（例えば、７１８；７１４）の表面積の投影７２６、同一の側カバー７４０上への流体圧力を受ける面（例えば、７１８；７１４）の投影７２７を図式的に図示する。この面積（７１５）の計算は、幾分複雑であるが、一般的原理は、Ｕ字形シールに作用する動的外力（ばね予荷重、気体圧力、摩擦および慣性力）がシールを側カバー（７４０）から離昇させず、また、摩擦力が最小化されるべきであるということである。二次（随意の）ストリップシール（７６０、図７ｄ））も、Ｕ字形シールのシール特性をさらに改良するために使用され得、一次Ｕ字形シールのために付勢し、安定性を提供することにも役立ち得る。ロータ内の従来の溝内に配置されるそのような二次シール（図７ｆ）は、隆起（７２１）の代わりに使用され得る。

さらに別の改良物が、図７ｅ）に示される。この構成は、ロータの隆起ではなく、ロータ（７２２）の縁上に配置されるＵ字形シールと、４片の頂点シール（７３１、７３２、７３３、および７３４）（したがって、名称は「４Ｐシール」）とから成る。ロータ−シールアセンブリは、ロータ（７２０）と、Ｕ字形シール（７１０）と、筐体（７７０）と、随意の内部ストリップシール（７６０）と、頂点シール三角形（７３３）と、頂点シール長片（７３２）と、ボタンシール（７３１および７３４）と、コイルばね（７５０）と、板ばね（７８０）とから成る。Ｕ字形シール（７１０）のＯＤは、ロータ（７２０）のＯＤよりも大きく、頂点シール三角形（７３３）および頂点シール長片（７３２）は、ロータ（７２０）と接触する一方、２つのＵ字形シール（７１０）は、ボタン（７３１および７３４）とＯＤ上で接触する。全てのシールの構成要素は、ばねおよび流体起動させられる。筐体（７７０）は、ロータが上死点位置にあるとき、Ｕ字形シールが嵌入するように切り抜かれた溝（図示せず）を有する。頂点シールのボタン区画は、Ｕ字形シールの半径方向面の上を連続的に延びているので、Ｕ字形シールの分割は、静止した部材に接触する表面に垂直ではなく、むしろ、鋭角、例えば、１５度において行われる必要がある。これは、ボタンシールが分割部の上を平滑に延びることを可能にする。

図９は、ロータの「腰部」において隆起と接触したままであるようにＵ字形シールを補助し得る随意のばね（９０３）を示す（これらの区画は、遠心力および摩擦に起因して、隆起から離れるように移動する傾向がある）。

図１０では、面シールの別の実施形態が、示され、板面シール（１００２）が、ロータ（１００１）の縁上に置かれる。板面シール（１００２）は、化学エッチング、レーザ切断、機械加工、または任意の他の好適な技術によって製造されることができる。板シールは、隆起（１００３）と接触する回転防止スロットを有する。加えて、板が、高強度、高弾性限、かつ低弾性率材料を用いて作製される場合、いかなる追加のばねも、シールを付勢するために必要とされず、ロータ上の小さい隆起（１００６）が、板シールをカバーに向かって押すであろう一方、流体圧力が、このデバイスの動作中、引き継ぐであろう。

シールの適切な動作を確実にするために、板面シール（１００４）のＩＤは、ロータ溝（１００５）のＯＤよりもわずかに大きい一方、板のＯＤは、ロータのＯＤよりもわずかに小さくなるべきである。

静止した部材からのシールのいかなる離昇も存在しないであろうことを確実にするために、Ｕ字形シールのために使用される同一のルールが、ここでも適用され、すなわち、静止した面と接触するシールの脚部の面積は、該表面上への加圧流体にさらされる面積の投影の合計を下回るべきである。

図１１では、面シールの別の実施形態が、示され、静止したストリップシール（１１０２）が、カバー（１１０４）における溝内に置かれる。シールアセンブリは、ロータ（１１０１）と、静止したシール（１１０２）と、ボタンシール（１１０３）と、カバー（１１０４）と、頂点シールアセンブリ（１１０５）と、板ばね（１１０６）とから成る。静止したシール（１１０２）およびボタンシール（１１０３）は、カバー（１１０４）におけるシール溝内に着座している。ロータ（１１０１）は、側上に平坦面を有する。ロータ（１１０１）、頂点シールアセンブリ（１１０５）、静止したシール（１１０２）、およびボタンシール（１１０３）、および筐体は、一緒にシールチャンバを形成した。板ばね（１１０６）は、頂点シールアセンブリ（１１０５）をロータ（１１０１）ＯＤに向かって押している。コイルばねは、静止したシール（１１０２）およびボタンシール（１１０３）をロータ（１１０１）側面上に押している。

機関のロータは、鋼、アルミニウム、セラミック等の単一材料から作製されるか、または２つ以上の材料から作製され得る。図１２は、低摩損および摩擦率、高温能力等のいくつかの高度な特性をロータに与え得るスリーブとともにロータが作製され得る方法の例を示す。ロータ（１２０１）は、図１２ａ）においてスリーブ（１２０２）に挿入されて示される。スリーブおよびロータ内の「実矧ぎ」特徴（１２０３）は、ロータとのスリーブの一致ならびに減回転特徴を保つために使用され得る。加えて、スリーブは、上で提示される多くのシール設計において要求されるロータ隆起として使用され得る（例として、スリーブ（１２０２）上に搭載されるＵ字形式シール（１２０５）を示す図１２ｃ）参照）。最後に、スリーブまたはロータ自体は、潜在的に、吸気ストローク中に燃焼ガスの戻る量を限定し得る、いくつかの流動特徴（１２０４）を有し得る。

図１３ａ）−ｃ）は、シール性能を補助するために種々の可撓性シール要素（ポリマーまたは金属：ストリップ、中空Ｏリング、Ｃリング、Ｅリング、クオッドリング、Ｘリング等）を含む、Ｕ字形シールの追加の変形例を表示する。これらの可撓性要素は全て、圧力および温度の大部分を経験する一次シールと協働する。可撓性要素は、その独自の弾性特性によって付勢される一方、動作中、一次シールを過ぎて逃散する流体によって付勢されるであろう、二次シールを形成する。

図１３ａ）−ｃ）および図１４ａ）−ｌ）は、そのような可撓性要素が使用され得る方法の可能な例を実証する。（１３０１、１４０１）−ロータ、（１３０２、１４０２）−スリーブ、（１３０３、１４０３）−一次シール要素、（１３０４、１４０４）−可撓性二次シール、（１３０５、１４０５）−予荷重ばね、（１４０６）−コンテナ金属リング、ならびに一次シールとロータとの間の気体圧力および楔によって起動させられる（１４０７）−タングステンワイヤ。この最後の概念も、図１０に説明される板シールと良好に機能するであろう。

前述のように、タングステンワイヤを使用するシールでは例外的に、全てのこれらのシールのシール面、すなわち、側カバー（板）と接触する表面は、カバーと接触する表面の面積が、この表面上への加圧気体にさらされる面積の投影の合計を下回るべきであるように作製されるべきである。これらの接触面は、他の特徴の明確化のために、図１４に示されない。

図１３Ａは、カテゴリ（１）の機関、または（２）回転コンプレッサ、または（３）回転ポンプのための改良されたシールの実施形態を例証する。本実施形態では、軸の周りに回転するエピトロコイドロータと、筐体と、第１および第２の側方に配置されるカバーとを有するタイプの改良された回転機関（またはコンプレッサまたはポンプ）が、提供される。改良物は、筐体と第１のカバーの接合部によって形成される第１のエピトロコイド状に成形された角内に配置される第１の面シールを含み、第１の面シールは、軸を通過する平面内に略Ｕ型断面を有し、したがって、第１の面シールは、軸に対して遠位である外側脚部と、軸に対して近位である内側脚部とを有し、２つの脚部は、Ｕ形状のブリッジによって接合され、外側脚部は、ロータの対応する外側切り欠き内に配置され、内側脚部は、ロータの対応する内側切り欠き内に配置される。随意に、本実施形態は、回転防止特徴を有し、それは、ロータに対するシールの回転を防止し、図１５に示されるものと同様に、シールに取り付けられ、軸に向かって半径方向に内向きにロータ内の対応する陥凹中に突出する、略丸形パッドを採用する。

さらなる関連する実施形態では、改良物は、筐体と第２のカバーの接合部によって形成される第２のエピトロコイド状に成形された角内に配置される第２の面シールを含み、第２の面シールは、軸を通過する平面内に略Ｕ型断面を有し、したがって、第２の面シールは、軸に対して遠位である外側脚部と、軸に対して近位である内側脚部とを有し、２つの脚部は、Ｕ形状のブリッジによって接合され、外側脚部は、ロータの対応する外側切り欠き内に配置され、内側脚部は、ロータの対応する内側切り欠き内に配置される。

随意に、第１の面シールのＵ形状のブリッジは、第１のカバーと接触するその表面に配置されるチャネルを含み、チャネルは、その中にある成分を保持し、その成分は、水、潤滑剤、ならびに水および潤滑剤の組み合わせから成る群から選択される。

タングステンワイヤが二次シールとして使用される場合、側シールのシール面、すなわち、側カバー（板）と接触する表面は、カバーと接触する表面の面積が、この表面上への加圧気体にさらされる面積の投影の合計にタングステンの投影を加えたものを下回るべきであるように作製されるべきである。

（燃焼）
機関の効率をさらに増加させるために、燃焼プロセスを増進させることが、必要である。図１５は、高速燃焼チャンバ（１５０１）を示す。燃焼チャンバは、筐体（１５０２）内の陥凹であり、非対称形状を有する。例えば、陥凹１５０１の形状は、陥凹１５０１と筐体１５０２の中心点とを通過する線について非対称であるとして説明され得る。

内部筐体外形（１５０３）は、２つのエリア、すなわち、前縁（１５０４）および後縁（１５０５）において燃焼チャンバと出合う。ロータがＴＤＣに接近すると、鋭的な前縁（１５０４）は、燃焼チャンバ（１５０１）内に反時計回りの空気渦を発生させ、空気渦は、維持され、後縁によって誘導される。空気渦は、充填物運動を増加させ、燃料および空気混合を改良する一方、燃焼プロセスを加速させ、両方とも、機関効率および性能のための重要なパラメータである。空気渦は、通常の自動車機関速度において動作しながら、４５ｍ／秒のピークを伴う旋回空気速度に到達する。図１６は、噴射プルーム（１５０６）を収容する、高速燃焼チャンバの追加の特徴を提示する。機関が直接燃料噴射を用いて動作しているとき、燃焼チャンバの細長い形状は、全燃料プルームを収容し、したがって、燃焼不良およびより高い毒性の放出物の原因として公知である、燃料壁衝突を排除することができる。

図１５および１６は、Ｎ個のローブ有するロータ１５０９と、作業媒体の吸気のための吸気ポートと、排気ポートと、ロータが筐体に対する回転運動のために搭載される筐体とを有するタイプの回転機関を図式的に図示し、筐体は、Ｎ＋１個のローブ受け取り領域と、（ｉ）隣接するＮ＋１個のローブ受け取り領域の各対間に配置されている先端と、（ｉｉ）側の対とを有し、Ｎ＋１個のローブ受け取り領域はさらに、チャンバを確立するように、ロータが筐体に対して回転するとき、Ｎ個のローブを連続的に受け取るようにロータに関連して構成され、チャンバは、Ｎ＋１個のローブ受け取り領域のうちの各１つに関連付けられ、確立されたチャンバのうちの少なくとも１つのチャンバは、連続して、吸気、作業媒体の圧縮および燃料の噴射、燃焼、膨張、ならびに排気の段階を処理するように構成される。機関は、燃焼が起こる各チャンバに関連付けられる陥凹１５０１を筐体内に含み、陥凹は、一連の圧縮および燃料の噴射において、作業媒体内に渦を生成するように非対称的に成形される。いくつかの実施形態では、陥凹１５０１は、狭小端部（例えば、燃料噴射器１５１０が燃料のプルーム１５０６を噴射する場所）と、狭小端部から遠位のより広い端部とを有する細長い滴状形状を有し、それは、図１６に最も分かりやすく見られる。その形状は、その中に噴射される燃料のプルーム１５０６に関連付けられる形状および体積を収容する（例えば、上で留意されるように、燃焼チャンバ／陥凹１５０１の細長い形状は、燃料プルームを収容し、したがって、燃焼不良およびより高い毒性の放出物の原因として公知である、燃料壁衝突を排除することができる）。

（改良された燃料噴射）
燃焼効率をさらに増進させるために、燃料および燃焼空気の良好な混合を提供することが、重要である。上で説明される高速渦を発生させることは、その貫通長が小さく、非常に小さいサイズ（５〜１０ミクロンの範囲内）の液滴を発生させる噴射器によって補完され得る。典型的には、これは、空気補助下噴射器（Ｏｒｂｉｔａｌら；また、米国特許第５，５２０，３３１号も参照（これは、消防用途において水の消費を最小限にするために使用される空気補助下液体噴霧ノズルを説明している））を用いて遂行され、それは、加圧空気を提供するために、別個の小型コンプレッサを要求する。本発明では、米国第５，５２０，３３１号に説明されるものに類似するが、空気コンプレッサを要求しないアプローチを提示する。

（ロータ製造）
Ｘ機関の効率および電力をさらに増加させるために、機関の動作温度を増加させ、摩擦（および摩損）を低減させることが、有益である。全体的にセラミックから作製されたロータが、これらの目標を達成するために非常に有望であるが、製造することが極めて高価である。より安価かつより優れた解決策が、例えば、［「Ｄｒｙ Ｐｏｗｄｅｒ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ Ｃｏｍｐａｃｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｌｙ Ｇｒａｄｅｄ Ｃｅｒａｍｉｃｓ」Ｚａｃｈａｒｙ Ｎ．Ｗｉｎｇ およびＪｏｈｎ Ｗ．Ｈａｌｌｏｒａｎ，Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｍａｔｅｒｉａｌｓ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｍｉｃｈｉｇａｎ，Ａｎｎ
Ａｒｂｏｒ，Ｍｉｃｈｉｇａｎ ４８１０９]に説明される勾配粉末堆積金属粉末冶金
プロセスを使用して特別に製造されるロータによって提供され得る。ロータの周縁は、セラミックおよび／または金属ならびに／もしくは黒鉛粉末の混合物を利用して作製される一方、ロータの中心部分は、アルミニウムまたはチタンもしくは任意の他の軽金属粉末から作製され得る。そのようなロータを作製する方法が、図１７に示される。ロータは、全てが図１７ｆ）に示される、基部（１７０２）と、挿入部（１７０３）と、取り外し可能薄ガイド（分離器）（１７０４）と、カバー（１７０５）とから成る、金型（１７０１、図１７ａ））の内側に製作される。粉末が、基部と、カバーと、挿入部との間の空間中に「勾配して」（すなわち、３Ｄ空間において非均一に）堆積される（図１７ｂ））。勾配堆積は、半径方向および／または軸方向において遂行され得、幾何学形状の観点からだけではなく、粉末組成物の観点からも同様に非対称に作製され得る。勾配は、取り外し可能薄ガイド（１７０４）の助力により、計量式ロボット粉末分注システムによって、または手動で生成される。そのガイドが除去された後、基部と挿入部との間に材料の勾配混合物（１７０６）が残され（図１７ｄ））、金型カバーが、次いで、基部上に配置され（図１７ｅ））、金型は、高い圧力および随意に高い温度下で、締固めならびに焼結を受ける。金型はまた、互いへの粉末層の分散を増進させるために、振動させられ得る。

（参照番号）

本発明の種々の実施形態は、この段落に続く（かつ本願の最後に提供される実際の請求項の前の）段落において列挙される潜在的請求項によって特徴付けられ得る。これらの潜在的請求項は、本願の記載される説明の一部を形成する。故に、以下の潜在的請求項の主題は、本願または本願に基づいて優先権を主張する任意の出願に伴う後の手続において、実際の請求項として提示され得る。そのような潜在的請求項の包含は、実際の請求項が潜在的請求項の主題を網羅していないと意味するように解釈されるべきではない。したがって、後の手続においてこれらの潜在的請求項を提示しないという決定は、公共へのこの主題の贈与として解釈されるべきではない。

限定ではないが、主張され得る潜在的主題（以下に提示される実際の請求項との混同を回避するように文字「Ｐ」で始められる）は、以下を含む。

Ｐ１．静止した部材と可動部材との間の間隙をシールするように意図され、２つの脚部と、これらの脚部を接続するブリッジとから成り、したがって、前部脚部は、２つの表面上で加圧流体にさらされ、第３の表面は、静止した面と接触し、第４の表面は、可動部材の隆起の整合面と接触し、静止した面と接触するシールの脚部の面積は、該表面上の加圧流体にさらされる面積の投影の合計を下回る、Ｕ字形に成形されたシール。

上で説明される本発明の実施形態は、単に、例示的であることが意図され、多数の変形例および修正が、当業者に明白となるであろう。全てのそのような変形例および修正は、任意の添付される請求項に定義されるように、本発明の範囲内であることが意図される。

Claims (9)

1. Ｎ個のローブを有するサイクロイドロータと、筐体とを含むタイプの改良された機関であって、前記筐体は、前記ロータが前記筐体に対して軸周りに回転しているときに前記ローブを連続的に受け取るためのＮ＋１個のローブ受け取り領域の対応する組を有し、前記筐体は、（ｉ）前記ロータの第１および第２の側に軸方向に配置されているカバーの対と、（ｉｉ）隣接するローブ受け取り領域の各対間に配置されている先端とを有し、少なくとも１つの作業チャンバが、前記ロータと前記筐体との間の空間内に形成され、改良は、
   吸気ポートと、排気ポートとを含み、各ポートは、前記カバーのうちの同一のものまたは前記カバーのうちの異なるものにおいて形成され、
   Ｎ≧２であり、
   前記排気ポートは、前記作業チャンバから燃焼ガスを掃気し、新たな媒体で前記チャンバを充填するように、前記吸気ポートに先立って開放し、これにより、前記機関の２ストローク動作を提供する、改良された機関。
2. 前記ロータの半径方向面は、略凸形であり、凹形である部分を含む、請求項１に記載の改良された機関。
3. 前記排気ポート、前記吸気ポート、およびそれらの組み合わせから成る群から選択された各部材は、対応するポペット弁によって制御される、請求項１に記載の改良された機関。
4. 前記吸気ポートおよび排気ポートは、高効率ハイブリッドサイクル（ＨＥＨＣ）である熱力学サイクルにおける過膨張を達成するように前記機関を構成するような態様で非対称に位置する、請求項１に記載の改良された機関。
5. 外側部材を有する面シールをさらに備え、前記外側部材は、前記ロータ周りに円周方向に配置されている、請求項１に記載の改良された機関。
6. Ｎ個のローブを有するサイクロイドロータと、筐体とを含むタイプの改良された機関であって、前記筐体は、前記ロータが前記筐体に対して軸周りに回転しているときに前記ローブを連続的に受け取るためのＮ＋１個のローブ受け取り領域の対応する組を有し、前記筐体は、（ｉ）前記ロータの第１および第２の側に軸方向に配置されているカバーの対と、（ｉｉ）隣接するローブ受け取り領域の各対間に配置されている先端とを有し、少なくとも１つの作業チャンバが、前記ロータと前記筐体との間の空間内に形成され、改良は、
   吸気ポートと、排気ポートとを含み、各ポートは、前記カバーのうちの同一のものまたは前記カバーのうちの異なるものにおいて形成され、
   前記排気ポートは、前記作業チャンバから燃焼ガスを掃気し、新たな媒体で前記チャンバを充填するように、前記吸気ポートに先立って開放し、これにより、前記機関の２ストローク動作を提供し、
   前記吸気ポートおよび排気ポートは、高効率ハイブリッドサイクル（ＨＥＨＣ）である熱力学サイクルにおける過膨張を達成するように前記機関を構成するような態様で非対称に位置する、改良された機関。
7. 前記ロータの半径方向面は、略凸形であり、凹形である部分を含む、請求項６に記載の改良された機関。
8. 前記排気ポート、前記吸気ポート、およびそれらの組み合わせから成る群から選択された各部材は、対応するポペット弁によって制御される、請求項６に記載の改良された機関。
9. 外側部材を有する面シールをさらに備え、前記外側部材は、前記ロータ周りに円周方向に配置されている、請求項６に記載の改良された機関。