KR20130064724A

KR20130064724A - 로터리 압축-팽창기 시스템 및 사용 및 제조 관련 방법

Info

Publication number: KR20130064724A
Application number: KR1020127025499A
Authority: KR
Inventors: 스콧 알. 프레이저; 알렉산더 로; 존 텐들러; 제이콥 피츠제랄드; 브라이언 본 헤르젠
Original assignee: 브라이트 에너지 스토리지 테크놀로지스, 엘엘피
Priority date: 2010-03-01
Filing date: 2011-03-01
Publication date: 2013-06-18
Also published as: CN102859118A; US20110209477A1; US20110217197A1; US9057265B2; WO2011109449A1; JP2013521433A; EP2542761A1; US20110209480A1; EP2542761A4; CA2805220A1; US9062548B2

Abstract

본 기술은 일반적으로 로터리 변위 시스템 및 사용 및 제조 관련 방법에 관한 것이다. 시스템은 압축가능 유체를 압축하고/압축하거나 팽창하는데 사용될 수 있다. 일부 실시예에서, 로터리 변위 시스템은 제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징, 제1 포트를 통하여 챔버와 유체 연통하는 제1 통로 및 제2 포트를 통하여 챔버와 유체 연통하는 제2 통로를 포함한다. 시스템은 챔버 하우징 내에 배치되고 회전축을 중심으로 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축을 및 두 개 이하의 로브를 포함하는 회전자를 더 포함할 수 있다.. 회전자는 축에 의해 이송되고 축에 대하여 회전가능하며, 챔버를 통하여 제1 통로로부터 상기 제2 통로로 유동이 제공되는 제1 모드로 교번하여 작동 가능하다.

Description

로터리 압축-팽창기 시스템 및 사용 및 제조 관련 방법{ROTARY COMPRESSOR-EXPANDER SYSTEMS AND ASSOCIATED METHODS OF USE AND MANUFACTURE}

관련 출원의 상호참조

본 출원 2010년 3월 1일자로 출원된 "UNDERWATER COMPRESSED AIR ENERGY STORAGE"라는 표제의 미국 가출원 제61/309,415호에 대한 우선권 및 이익을 주장하며, 그 전체 내용을 본원에 참조로 통합한다.

본 기술은 일반적으로 압축된 유체를 압축, 저장 및/또는 배출하기 위한 로터리 압축-팽창기 시스템에 관한 것이다.

전기 시스템에서 전력 수요는 상당히 다양할 수 있다. 전기 시스템의 효율을 향상시키기 위하여, 수요가 많을 때 저장된 전기를 활용할 수 있도록, 사용량이 적은 시간대(off-peak)의 재생 가능한 초과 전기를 저장하는 것이 바람직하다. 나중에 전기를 생산하기 위해 사용되는 에너지를 저장하기 위한 몇 가지 가능한 방법이 있는 데, 이는 배터리, 높은 하이드로 시스템 및 압축 공기 에너지 저장(CAES) 시스템을 포함한다.

CAES 시스템은 전기 시스템으로부터의 에너지에 의해 구동되는 압축기 내에서 대기 공기를 압축시킨다. 압축 공기는 압축 공기 저장소, 예를 들어, 지질학적 구성 또는 다른 구조물에 저장된다. 에너지가 요구될 때, 압축 공기는 가열되고 팽창되어 전기를 생산할 수 있다. 다양한 장치들이 CAES 시스템을 위한 공기를 압축 및 팽창시키는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 전형적인 내연 기관, 왕복 공기 압축기 또는 로터리 변위 장치와 같은 정변위 기계(PDM)가 저장하기 위해 공기를 압축시킬 수 있다. CAES 시스템에 대한 비용 절감 방법 중 하나는 압축과 팽창 과정 모두를 위한 양방향 방식으로 PDM을 이용하는 것이다. 그러나, 양방향 PDM은 기계적으로 복잡하며, 높은 압력비로 작동하는 경향이 종종 있어 시스템 내의 높은 온도 변화를 야기한다. 이는 상대적으로 적은 양의 회수 에너지를 발생시킬 수 있다. 그 결과, CAES 시스템에서 사용하기 위한 효율적이고, 저렴한 양방향(예를 들어, 가역적인) 압축/팽창기에 대한 필요성이 존재한다.

따라서 본 발명의 목적은 효율적인 압축-팽창기 시스템을 제공하는데 있다.

본 기술은 일반적으로 압축된 유체를 저장 및 배출하기 위한 로터리 압축-팽창기 시스템과 관련 시스템 및 방법에 관한 것이다. 적어도 어떤 맥락에서 보면, 시스템은 압력-조절 챔버, 챔버와 제1 및 제2 통로 사이의 밸브리스(valveless) 유체 연통부, 일체형 열 교환기 및/또는 3-로브 또는 그보다 적은 로브(예를 들어, 2-로브)을 구비한 회전자를 포함한다. 몇몇 실시예에서, 회전자는 양방향으로 작동할 수 있는 데, 예를 들어, 유동이 챔버를 경유하여 제1 통로로부터 제2 통로까지 제공되는 제1 구성 또는 모드, 및 유동이 챔버를 경유하여 제2 통로로부터 제1 통로까지 제공되는 제2 구성 또는 모드로 작동할 수 있다. 다른 실시예에서, 이러한 기술과 관련 시스템 및 방법은 다른 구성, 모드, 구성 요소 및/또는 과정을 가질 수 있다. 또 다른 실시예는 특정 구성 요소 및 과정을 제거할 수 있다. 따라서, 당업자는 본 기술이 부가 구성 요소를 갖는 다른 실시예 및/또는 도 1 내지 도 11을 참조하여 이하 도시되고 설명된 특징들 중 몇 개를 구비하지 않는 다른 실시예를 포함하는 것으로 이해할 수 있다.

전술한 특징들 중 일부 또는 모두는 재생 에너지원의 맥락에서 특정 응용 및 이점을 갖는다. 특히, 많은 재생 에너지원(예를 들어, 태양 및 바람)은 시간이 지남에 따라 현저히 변하는 방식으로 에너지를 제공한다. 적절한 저장소와 결합하는 병용 압축/팽창기 시스템은 에너지를 저장하고 및 나중에 배출하는 효율적인 메커니즘을 제공한다. 이러한 압축/팽창기 시스템의 작동 효율을 향상시킴으로써, 현재 개시된 기술의 양태는 재생원으로부터 에너지가 얻어지고, 저장되며, 사용되는 효율을 향상시킬 수 있다.

아래에서 설명된 기술의 많은 실시예는 프로그램 작동이 가능한 컴퓨터에 의해 실행되는 루틴을 포함하는 컴퓨터-실행가능 인스트럭션의 형태를 취할 수 있다. 당업자는 본 기술의 양태가 아래에서 도시되고 설명된 것과는 다른 컴퓨터 시스템에서 실행될 수 있다는 것을 인정할 것이다. 본 기술은 특별하게 프로그램되거나, 구성 또는 구축되어 아래에 설명된 하나 이상의 컴퓨터-실행가능 인스트럭션을 수행하는 특정-목적 컴퓨터 또는 데이터 프로세서에서 구현될 수 있다. 따라서, 본원에서 일반적으로 사용되는 것처럼 "컴퓨터" 및 "컨트롤러" 라는 용어는 임의의 데이터 프로세서를 나타낼 수 있으며, 인터넷 제품 및 휴대용 장치들(예를 들어, 팜탑 컴퓨터, 착용 컴퓨터, 휴대폰, 멀티-프로세서 시스템, 프로세서-기반 또는 프로그램 가능한 가전 제품, 네트워크 컴퓨터, 소형 컴퓨터 등)을 포함할 수 있다. 이러한 컴퓨터에 의해 처리된 정보는 CRT 디스플레이 또는 LCD를 포함하는 적절한 디스플레이 매체에서 나타낼 수 있다.

본 기술은 또한 태스크 또는 모듈이 통신 네트워크를 통하여 연결된 원격 처리 장치에 의해 수행되는 분산 환경에서 실행될 수 있다. 분산 컴퓨팅 환경에서, 프로그램 모듈 또는 서브 루틴은 로컬 및 원격 메모리 저장 장치에 위치할 수 있다. 아래에 설명된 기술의 양태는 전체 네트워크에 전자적으로 분배될 수 있을 뿐만 아니라 자기 또는 광학 판독 가능하거나 제거 가능한 컴퓨터 디스크를 포함하는 컴퓨터 판독 가능한 매체에 저장 또는 분배될 수 있다. 본 기술의 특별한 양태에서 데이터 구축 및 데이터 전송은 또한 본 기술의 범위 내에서 포함될 수 있다.

본 발명에 따르면 효율적인 로터리 압축-팽창기 시스템을 제공할 수 있다.

본 개시의 많은 양태들은 다음의 도면을 참조하여 보다 더 이해될 수 있다. 도면에 있는 구성 요소들은 반드시 축척으로 도시되지 않는다. 대신에, 본 개시의 원리들을 명확하게 보여주도록 강조된다. 더욱이, 도면에서, 동일한 도면 부호는 다수의 도면을 통해 대응하는 부분들을 지시한다.
도 1은 본 개시의 몇몇 실시예에 따른 압축된 유체를 저장 및 배출하도록 구성된 압축 공기 에너지 저장 시스템의 부분 개략도이다.
도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 2-로브 로터리 변위 시스템의 부분 개략적 전면도이다.
도 3은 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 3-로브 로터리 변위 시스템의 부분 개략적 전면도이다.
도 4a는 본 개시의 실시예들에 따라 구성된 압축/팽창기 시스템의 전면 등축도이다.
도 4b 내지 4e는 작동 중 대표적인 시점에서 도 4a의 압축/팽창기 시스템의 개략적 도면들이다.
도 5는 도 3에 도시된 시스템(310)의 상부의 확대 단면도이다.
도 6a는 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 일체형 열 교환기를 구비한 로터리 변위 시스템의 부분 개략적 등축도이다.
도 6b는 본 개시의 다른 실시예에 따라 구성된 일체형 열 교환기를 구비한 멀티-스테이지 로터리 변위 시스템의 부분 개략적, 등축 측면도이다.
도 6c는 도 6b 시스템 내부의 부분 개략적 등축 단면도이다.
도 6d는 도 6b 시스템의 부분 개략적 등축 단면도이다.
도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 절연체를 구비한 로터리 변위 시스템의 전면도이다.
도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 일반적인 중공 회전자를 구비한 로터리 변위 시스템의 부분 개략적 등축도이다.
도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 병렬로 작동하는 다수의 회전자들을 구비한 로터리 변위 시스템의 부분 개략적 등축도이다.
도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따라 구성된 로터리 변위 시스템의 분해 측면 등축도이다.
도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 로터리 변위 시스템의 등축도이다.

개요

도 1은 나중에 사용하기 위하여 일 시점에서 생성된 에너지를 저장하기 위한 대표적인 전체 시스템(100)을 개략적으로 보여준다. 전체 시스템(100)은 파워 그리드(104) 상에서 전선을 경유하여 에너지 저장 장치(예를 들어, 저장소)(108)로 화살표 A의 방향으로 에너지를 공급하는 하나 이상의 에너지 공급원(102)을 포함할 수 있다. 공급된 에너지는, 예를 들어, 바람, 태양, 천연 가스, 오일, 석탄, 수력, 원자력 및/또는 기타 등을 포함하는 많은 적절한 소스로부터 생성될 수 있다.

파워 장치(106)(예를 들어, 모터, 발전기, 또는 모터/발전기)는 공급원(102)으로부터의 에너지를 이용하여 전기적으로 또는 기계적으로 양방향 압축/팽창기(110)를 구동하여 제1 구성 또는 모드로 작동한다. 제1 모드에서, 압축/팽창기는 유체, 예를 들어, 대기 공기를 압축한다. 압축시 생성된 열은 방열되거나 팽창 과정에서 나중에 사용하기 위해 저장될 수 있다. 공기가 압축된 후, 공기는 에너지 저장 장치(108)의 압축/팽창기 유체 저장 부피체(101)로 이동한다.

에너지 저장 장치(108)는 지질학적 구성, 수중 압축 유체 저장 용기, 고압 탱크 및/또는 적절한 부피체를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치(108)는 "수중 압축 공기 저장 장치(UNDERWATER COMPRESSED AIR ENERGY STORAGE)" 라는 표제의 미국 가출원 제61/309,415호에 개시되고, 본원에 참조로 통합된 수중 장치이다. 일부 실시예에서, 에너지 저장 장치(108)는 압축/팽창기 유체 저장 부피체(101) 및 열 저장 부피체(103)를 포함한다. 압축/팽창기 유체 저장 부피체(101)는 양방향 압축/팽창기(110)에 의해 처리된 작동 유체를 저장할 수 있다. 열 저장 부피체(103)는 양방향 압축/팽창기(110) 또는 다른 공정 또는 기계에서 사용된 가열 또는 냉각된 유체를 저장할 수 있다.

에너지 소비자(112)가 그리드(104)로부터 추가적인 에너지를 요구할 때, 에너지 저장 장치(108)는 제2 모드로 작동되어 압축 공기 또는 다른 유체를 팽창시키는 양방향 압축/팽창기(110)로 압축 공기 또는 다른 유체를 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 팽창 과정 동안 압축/팽창기(110)로 열이 부가될 수 있다. 열은 압축 과정의 산물일 수 있으며, 또는 다른 열원(예를 들어, 보온 액체 저장소, 가스 터빈으로부터의 배기 및/또는 기타 적절한 소스)으로부터 비롯될 수 있다. 압축/팽창기(110)에서 공기의 팽창은 파워 장치(106)를 구동시켜 화살표 B 방향으로 그리드(104)에 전기를 공급한다. 따라서, 전기는 에너지 소비자(112)로 공급된다. 압축/팽창기(110)는 에너지 수요 및 다른 요인에 근거하여 다양한 속도로 작동될 수 있다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 압축/팽창기(110)는 저속으로 작동하여, 고 효율이지만, 적은 양의 파워를 생산한다. 다른 실시예에서, 압축/팽창기(110)는 고속으로 작동하여, 저 효율로 많은 양의 파워를 생산한다.

시스템(100)은 또한 하나 이상의 시스템 구성 요소, 예를 들어, 파워 장치(106), 압축/팽창기(110) 및/또는 에너지 저장 장치(108)의 작동을 지시하는 컨트롤러(148)를 포함할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(148)는 컴퓨터 구현된 인스트럭션을 통하여 입력(117)(예를 들어, 센서 입력)을 받고, 출력(119)(예를 들어, 제어 신호)을 지시할 수 있다. 예를 들어, 컨트롤러(148)는 공급원(102)에 의해 생산되고 소비자(112)에 의해 요구된 에너지 레벨에 해당하는 입력을 받고, 이러한 레벨 간의 차이에 근거하여, 압축/팽창기(110)를 통하여 유체 유동의 방향을 제어할 수 있으며, 예를 들어, 에너지 공급이 수요를 초과할 때, 압축/팽창기(110)를 통하여 유체를 에너지 저장 장치(108)로 안내하거나, 수요가 공급을 초과할 때, 유체 유동을 역으로 할 수 있다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(148)는 공급 및 수요 레벨에 반응하는 것에 부가하거나 또는 대신하여, 운영자 입력 또는 다른 요인에 반응할 수 있다.

도 2는 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 2-로브 로터리 변위 시스템(210)의 부분 개략적 전면도이다. 시스템(210)은 제1 유체 통로(214), 제2 유체 통로(216), 및 내벽(220)과 외벽(222)을 갖는 챔버 하우징(218)을 포함할 수 있다. 제1 유체 통로(214)는 제1 압력에서의 작동 유체를 가지며, 제2 통로(216)는 제2 압력 또는 제1 압력보다 낮은 압력에서의 작동 유체를 가질 수 있다. 챔버 하우징(218)은 압력-조절 챔버(224)를 적어도 부분적으로 둘러싼다. 도 2에 도시된 특정 실시예에서, 압력-조절 챔버(224)는 대략 원형이지만, 다른 실시예는 변형된 타원형, 직사각형, 트로코이드(trochoidal)형 또는 다른 굴곡 형상을 가질 수 있다. 압력-조절 챔버(224)는 제1 통로(214)를 압력-조절 챔버(224)에 연결하는 제1 포트(226) 및 제2 통로(216)를 압력-조절 챔버(224)에 연결하는 제2 포트(228)를 더 포함할 수 있다. 따라서, 제1 및 제2 포트(226, 228)는 챔버 하우징(218)을 통하여 연장한다. 본 개시의 몇몇 실시예에서, 아래에서 상세하게 설명되는 바와 같이, 압력-조절 챔버(224)와 제1 통로(214) 사이 및/또는 압력-조절 챔버(224)와 제2 통로(216) 사이에 밸브가 존재하지 않는다.

본 개시의 몇몇 실시예에서, 시스템(210)은 제1 모드에서 압축기로서 그리고 제2 모드에서 팽창기로서 작동하도록 구성된 양방향 압축/팽창기를 포함한다. 시스템(210)의 작동 모드에 따라(예를 들어, 압축기 또는 팽창기로서 작동하는지에 따라), 제1 포트(226)는 입력 포트 또는 출력 포트로서 작동하고, 제2 포트(228)는 반대 기능을 수행, 예를 들어, 출력 포트 또는 입력 포트로서 작동한다. 예를 들어, 시스템(210)이 압축기로서 작동하는 제1 모드에서, 회전자(232)는 제1 방향으로 회전하며, 제1 포트(226)는 입력 포트(저압 작동 유체를 공급하거나 압축 챔버(224)로 유동)로 기능하고, 제2 포트(228)는 출력 포트(압축된 작동 유체를 수용하고 이를 제1 통로(214)로 공급)로서 기능한다. 시스템이 팽창기로서 작동하는 제2 모드에서, 회전자(232)는 제1 방향에 반대하는 제2 방향으로 회전하며, 제1 포트(226)는 출력 포트로서 작동하고, 제2 포트(228)는 입력 포트로서 작동하며, 시스템을 통한 유동 방향은 역으로 된다. 다른 실시예에서, 시스템(210)은 전용 압축기 또는 팽창기로서 작동하고, 양방향으로 작동하지 않는다. 특정 실시예에서, 시스템(210)은 두 개 보다 많은 포트를 가질 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 시스템(210)은 두 개의 입력 포트 및 두 개의 출력 포트를 가질 수 있다. 포트(226, 228)는 둥근 모서리를 갖는 직사각형이거나 또는 그와 다른 형상을 가질 수 있다. 포트(226, 228)는 나중에 보다 자세히 설명되는 바와 같이, 본 개시의 다른 실시예와 다른 방식으로 챔버 하우징(218)에 위치될 수 있다. 이러한 실시예들 중 임의의 실시예에서, 개별 포트(예를 들어, 제1 포트(226) 및 제2 포트(228))는 챔버 하우징(218)의 분리부(230)에 의해 서로 분리된다.

시스템(210)은 회전자(232)의 중심부(236)를 관통하는 축(234)에 결합되며 축(234)에 대하여 편심적으로 회전 가능한 회전자(232)를 더 포함할 수 있다. 편심캠(268)은 축(234)에 더 결합되며, 회전자(236)의 중심부(236)에 위치된다. 회전자(232)는 다수의 로브(238)를 가질 수 있다. 도 2에 도시된 회전자(232)가 두 개의 로브(238)를 포함하는 반면, 다른 실시예에서는, 세 개 이상의 로브를 가질 수 있다. 로브(238)는 본 개시의 다른 실시예에서 다양한 형상, 곡률 및 치수를 가질 수 있다. 일반적으로, 각각의 로브(238)는 회전자(232)의 주변 경계부(233)가 비원형이 되도록 회전자(232)의 이웃 영역에서 보다 더 많은 양으로 회전자(232)의 중심(236)으로부터 반경방향 외측으로 연장한다. 각각의 로브는 로브(238)의 반경방향 최외각 지점에서 팁(239)을 갖는다. 축(234)은 도 2의 평면에 수직하는 회전축(RA)을 따라 챔버(224)로 연장된다(예를 들어, 챔버(224)를 가로지른다). 축(234)은 모터, 발전기 또는 모터/발전기에 전기적으로 그리고/또는 기계적으로 연결될 수 있다(도 1에 개략적으로 도시됨). 회전자(232)는 축(234) 및 캠(268)을 회전시켜 작동한다. 축(234)의 회전 방향은 회전자(232)의 회전 방향 및 시스템(210)이 압축기 또는 팽창기로서 작동하는지를 판단한다. 도 3을 참조하여 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 기어는 일부 실시예에 부가되어 회전자의 회전에 영향을 끼칠 수 있다.

도시된 실시예에서, 제1 포트(226) 및 제2 포트(228) 모두 반경방향으로 위치한다. 다시 말해, 포트(226, 228)는 대략 회전축(RA)에 평행한 챔버 하우징(218)의 표면에 위치한다. 회전자(232)가 축(234) 둘레를 공전함에 따라, 로브 팁(239)은 제1 및 제2 포트(226, 228)를 지나서 회전하며, 제1 및 제2 포트(226, 228)를 주기적으로 덮거나 오픈시킨다.

로브(238) 상의 씰(예를 들어, 팁 롤러(240))은 챔버 하우징(218)의 내벽(220)에 대하여 회전자(232)를 기밀시킨다. 팁 롤러(240)는 일반적으로 원통형일 수 있으며, 기어-프리 휠-차축 장치 또는 구형 휠 시스템과 같은 롤러 마운트(241)를 통하여 로브(238)에 장착된다. 롤러(240)는 스프링 또는 다른 압력 장치(예를 들어, US 특허 번호 제3,899,272호에 개시된 바와 같이)에 의해 조절된 방식으로 회전자 벽에 대해 밀어 챔버 하우징 내벽(220)과의 저-마찰 접촉을 제공하며, 또한 회전자의 위치를 안내할 수 있다. 롤러(240)는 또한 가압된 유체가 회전자(232) 및 하우징 내벽(220)에 의해 경계지어진 챔버 구역(242)으로부터 이탈되지 않도록 조력할 수 있다. 다른 실시예에서, 슬라이딩 씰, 액체 필름 및/또는 로브(238) 및 챔버 하우징(218)의 내벽(220) 사이에 의도적으로 배치된 이격 공간과 같은 다른 팁-씰링 특징부들이 사용될 수 있다. 일 실시예에서, 예를 들어, 액체 박막이 챔버 하우징(218) 또는 로브 팁(239)에 적용될 수 있다. 일부 실시예에서, 박막은 해수, 담수, 오일, 글리콜, 글리세린 및/또는 다른 물질 또는 물질들의 조합을 포함할 수 있다. 박막은 팁(239)과 챔버 하우징 내벽(220) 사이의 갭에 걸쳐 높은 유동 저항을 제공할 수 있다. 다른 실시예에서, 에어 베어링이 팁(239)에 적용되어 최소 마찰로 챔버 구역(242)을 기밀시킬 수 있다. 적어도 일부 실시예에서, 압력-조절 챔버(224)의 내벽(220) 및/또는 회전자(232)의 일부들은 하나 이상의 저-마찰 코팅(244)을 포함할 수 있다. 코팅(244)은 플라스틱, 세라믹 또는 다른 재료들을 포함할 수 있다. 저온 적용에 있어서, 저-마찰 코팅(예를 들어, 테프론, 에폭시, 폴리카보네이트, 가교 폴리에틸렌 및/또는 다른 물질)은 고온 씰의 비용 부담없이, 회전자(232)와 챔버(224) 사이에 상대적으로 낮은 마찰을 제공하면서, 씰의 무결성(integrity)을 향상시킬 수 있다.

제1 포트(226)와 제2 포트(228) 사이의 분리부(230)는 씰, 예를 들어, 가변 구조(geometry) 씰(246)을 가질 수 있다. 회전자(232)가 챔버(224) 내에서 편심적으로 회전함으로써, 가변 구조 씰(246)은 회전자(232)의 주변 경계부(233)와 맞물릴 수 있다. 회전자 주변부(233)와 챔버 하우징(218)의 내벽(220)에 접촉하는 롤러(240)의 조합으로 가변 구조 씰(246)은 챔버(224)를 개별 구역 압력을 갖는 각각의 챔버 구역들(242)로 나눈다. 도시된 위치에서, 챔버(224)는 회전자(232)의 궤도 지향성으로 인하여 단지 하나의 챔버 구역(242)을 갖는다. 도 4a 내지 4e를 참조하여 아래에서 보다 더 상세하게 설명되는 바와 같이, 회전자(232)의 회전은 구역(242)의 크기 및 수를 변화시킨다.

챔버 하우징 내벽(220)에 대하여 회전하는 회전자(232)의 궤도 위치는 챔버 구역(242)의 크기 및 구역(242) 내 유체의 압력을 판단할 수 있다. 예를 들어, 도 2에 도시된 회전자(232)는 하사점 위치에 상당하는 위치로 지향된다. 압축 모드에서, 회전자(232)는 편심축(234)을 중심으로 제1 회전 방향(예를 들어, 시계방향)으로 회전하여 압축된 작동 유체를 고압 통로(예를 들어 제2 통로(216))로 운반한다. 팽창 모드에서, 회전자(232)는 반대 방향으로 회전하여 팽창된 작동 유체를 저압 통로(예를 들어, 제1 통로(214))로 운반한다. 도 1을 참조하여 상술한 바와 같이, 시스템(210)은 컨트롤러(148)를 포함하여 시스템(210)이 압축 또는 팽창하도록 작동할지를 결국 판단하는 회전자(232)의 회전 방향을 제어할 수 있다. 따라서, 컨트롤러(148)는 (예를 들어, 센서 및/또는 작업자로부터)입력(117)을 받고, 출력(119)을 제공하여 회전자(232)를 제어할 수 있다. 컨트롤러(148)는 기계적, 전기적, 전자기적 및/또는 다른 적절한 장치에 의해 회전자(232)의 회전을 다시 제어할 수 있다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 컨트롤러(148)는 축(234)의 회전 방향 및 토크를 제어한다. 일부 실시예에서, 컨트롤러(148)는 시스템(210)의 양방향성 제어에 더하여 기능들을 수행할 수 있다. 이러한 실시예들 중 임의의 실시예에서, 컨트롤러(148)는 인스트럭션으로 프로그램된 임의의 적절한 컴퓨터-판독 가능한 매체를 포함하여 시스템(210)의 작동을 제어할 수 있다.

시스템(210)은 챔버 하우징(218)의 외측에 위치한 열 교환기(256)를 더 포함할 수 있다. 열 교환기(258)는 제1 및 제2 통로(214, 216) 및/또는 챔버(224) 중 하나 이상과 유체 연통하는 열 교환기 통로(256)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 열 교환기 통로(256) 및 제1 및/또는 제2 통로(214, 216) 사이에 위치된 열 교환기 하우징 벽(261)은 열 교환기 통로(256) 및 제1 및/또는 제2 통로(214, 216) 사이에서 유동을 안내한다. 열 교환기(256)와의 작동 유체접촉을 증가시키도록 유동이 안내될 수 있다. 열 교환기(258)는 가열 또는 냉각을 제공하도록 전용될 수 있거나, 압축시 챔버(224)에 의해 처리되는 유체를 냉각시키고, 팽창시 열을 부가하도록 양방향으로 작용할 수 있다. 다른 실시예에서, 유체는 분무 분사 노즐과 같은 하나 이상의 노즐(231)에 의해 챔버(224) 또는 통로(214, 216 또는 256)로 직접 주입된다. 주입된 유체는 챔버(224) 내의 작동 유체보다 더 냉각되거나 가열될 수 있으며, 따라서, 열 교환기(258)에 의해 제공된 열 전달 효과에 더하거나, 또는 열 전달 효과 대신에 작동 유체를 냉각 또는 가열시킬 수 있다. 열 교환기(258)의 또 다른 양태는 도 6a 내지 6d를 참조하여 이후에 설명될 것이다.

외부 하우징(250)은 챔버 하우징(218), 제1 통로(214) 및 제2 통로(216)을 적어도 부분적으로 둘러싸거나 감쌀 수 있다. 외부 하우징(250)은 내측을 향하는 내면(252) 및 외측을 향하는 외면(254)을 가질 수 있다. 외부 하우징(250)은 챔버 하우징(218)으로부터 반경방향으로 이격되어 통로(214, 216, 256), 열 교환기(258), 안정화 특징부(260)(예를 들어, 스탠드오프), 절연체 물질(도 2에서는 도시되지 않았지만, 도 7을 참조하여 이후에 더 자세히 설명됨) 및/또는 다른 구성 요소들을 위한 공간을 제공한다. 도 2에서, 외부 용기(250)는 일반적인 원통형으로 도시되지만, 다른 실시예에서, 다른 형상을 가질 수 있으며, 그리고/또는 챔버 하우징(218)을 단지 부분적으로 둘러쌀 수 있다. 외부 하우징(250)은 하나 이상의 벌크헤드(262)에 축방향으로 인접할 수 있다. 도시된 실시예에서, 시스템(210)의 내부 작용을 모호하게 하지 않도록 단지 하나의 축방향 벌크헤드(262)가 도시되지만, 다른 실시예에서, 외부 하우징(250)은 두 개의 축방향 벌크헤드(262) 사이에 개재될 수 있다. 본 방식에서, 외부 하우징(250) 및 벌크헤드(262)는 시스템(210) 내의 유동을 위한 압력 용기를 형성할 수 있다. 따라서, 외부 하우징(250)의 내면(252)과 벌크헤드(262)는 시스템(210)을 관통하는 가압된 유동과 접촉하고/하거나 가압된 유동을 함유한다. 압력 용기로서 외부 하우징(250)의 이용은 전체 시스템(210)을 위한 물질 요건들을 감소시킬 수 있다.

상술한 바와 같이, 챔버 하우징(218)의 내면(220)은 하나 이상의 코팅(244)을 구비하여 마찰을 감소시키고/시키거나 마모를 제어할 수 있다. 코팅(244)은 내열성 또는 내식성과 같은 원하는 기능적 또는 물질 특성들을 얻기 위하여, 시스템(210)의 다른 표면(내면(220)에 더하여 또는 내면(220) 대신에), 예를 들어, 챔버 하우징(218), 외부 하우징(250), 회전자(232), 통로(214, 216), 유체 통로(256), 열 교환기(258), 벌크헤드(262) 및/또는 축(234)의 다른 면들에 도포될 수 있다. 예를 들어, 시스템(210)이 연소 기관 적용을 위해 이용될 때, 세라믹과 같은 고온 코팅은 고온 유체로부터 표면을 보호하도록 이용될 수 있다. 저온 압축기 적용에 있어서, 플라스틱 코팅은 내식성을 향상시키며 저가로 마찰을 감소시키는데 이용될 수 있다.

도 3은 본 개시의 다른 실시예에 따라 구성된 3-로브 로터리 변위 시스템(310)의 부분 개략적 전면도이다. 시스템(310)은 도 2를 참조하여 상술되었으며, 내면(220) 및 외면(222)을 갖는 챔버 하우징(218), 압축/팽창기 챔버(224), 회전자(332), 축(234), 내벽(252) 및 외벽(254)을 갖는 외부 하우징(250)을 포함하는 많은 특징부를 포함한다. 시스템(310)은 제1 및 제2 통로(214, 216) 및 통로(214, 216)를 챔버(224)에 연결하는 제1 및 제2 포트(226, 228)를 더 포함한다. 도시된 실시예에서, 4개의 포트들이 존재하며, 다른 실시예에서는, 시스템(310)은 그 보다 많거나 적은 포트들을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 포트(226, 228) 내에 또는 통로(214, 216) 및 챔버(224) 사이에 밸브가 존재하지 않는다.

링 기어(366)(예를 들어, 유성 기어)는 회전자(332)의 중심부(336)의 내부 주변부에 배치되며, 축(234)의 외부 주변부에 배치된 피니언(364)과 맞물리도록 배치된다. 편심캠(368)은 축(234)에 장착되며, 회전자(336)의 중심부(336)에 위치된다. 회전자 기어(366)는 피니언(264)과 맞물려서 챔버(224) 주위에 회전자(332)를 편심적으로 공전시킨다. 다른 실시예에서, 도 2를 참조하여 상술한 캠과 같은 다른 메커니즘은 기어 없이 회전자(332)를 회전시킨다.

도시된 실시예에서, 회전자(332)는 대략 삼각형이며, 세 개의 만곡된 로브(338)를 포함하는 회전자 주변부(333)를 갖는다. 각각의 로브(338)는 팁(339)을 가지며, 각 팁(339)은 팁-확장부 특징부(370)를 갖는다. 다른 실시예에서, 회전자(332)는 세 개의 로브(338)보다 많거나 적은 로브를 가질 수 있으며, 로브들(338)는 다른 곡률을 가질 수 있다. 팁 확장부(370)는 로브 팁(339)로부터 반경방향 및 원주방향으로 연장되며, 챔버 하우징(218)의 내벽(220)과 접촉한다. 확장부(370)는 챔버(224)를 다수(예를 들어, 세 개)의 챔버 구역(342)으로 나눈다. 턴닝 회전자(332)의 로브(338) 및 팁 확장부(370)는 제1 및 제2 포트(226, 228)를 주기적으로 덮거나 오픈시킨다. 챔버 하우징 내벽(220)에 대한 회전하는 회전자(332)의 위치는 챔버 구역(342)의 크기 및 구역(342) 내의 해당 유동 압력을 결정한다. 일부 실시예에서, 팁 확장부(370)는 모든 로브(338)보다 적게 부착되거나 또는 함께 부재할 수 있다. 팁 확장부(370)는 도 5를 참조하여 이후에 더욱 상세하게 설명될 것이다.

앞선 개요는 다양한 설정으로 효율적이고 효과적으로 유체를 압축 및 팽창시키기 위한 몇몇 시스템 및 방법을 소개했다. 예를 들어, 높은 외부 압력 및 높은 유체 체적을 갖는 수중 CAES 시스템에서, 세 개 또는 그보다 적은 로브 및 대형 포트를 구비한 양방향 압축/팽창기의 실시예는 낮은 유체 마찰을 갖는 유체의 높은 유동을 제공할 수 있다. 대형 포트는 다양한 설계 및 특징, 예를 들어, 위에 소개되고 아래에서 보다 더 상세하게 설명될 팁 확장부 및 가변 구조 씰에 의해 가능하게 된다.

상술한 시스템의 몇몇은 효율을 향상시키면서 작동 및/또는 재료 비용을 감소시키거나 최소화시킬 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 압축/팽창기는 일정한 열원 또는 냉각 에너지를 제공하는 큰 수조에 근접하게 놓여질 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 큰 수조는 압축 과정에 의해 따뜻해진 물을 위한 저장소를 제공할 수 있다. 만일 따뜻한 물이 함유된다면, 따뜻한 물은 이후 압축 열을 수집하는데 사용되는 방법과 동일한 열 교환 방법을 이용하여 팽창 과정 동안 사용될 수 있다. 더욱이, 감소된 로브 설계는 일반적으로 그들이 압축하는 가스의 체적을 위한 작은 질량 및 그에 따른 적은 비용을 요구한다. 압축/팽창기의 밸브 없는 양방향 작동은 더 높은 효율을 제공할 수 있으며, 장치의 복잡성 및 재료 비용을 감소시킬 수 있다. 다음의 섹션은 보다 더 상세하게 이러한 특징 및 이점들을 몇 가지 설명하며, 추가적인 관련 특징 및 장점들을 소개할 것이다.

2- 로브 회전자

도 4a는 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 압축/팽창기 시스템(410)의 전면 등축도이다. 시스템(410)은 도 2 및 3을 참조하여 상술한 것과 대략 유사한 몇 개의 특징부들을 포함한다. 예를 들어, 시스템(410)은 챔버 하우징(218)에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 압력-조절 챔버(224) 내에 위치하는 회전자(232) 및 축(234)를 구비하여, 축(234)에 의해 이송되고 축(234)에 대해 회전 가능한 회전자(232)를 포함한다. 회전자는 제1 로브(238a) 및 제2 로브(238b)를 포함하는 두 개의 로브를 포함한다. 챔버 하우징(218)은 내벽(220) 및 외벽(222)를 갖는다. 챔버(224)는 챔버를 저압 및 고압 통로(미도시)에 연결하는 제1 포트(226) 및 제2 포트(228)을 포함한다. 몇몇 실시예에서, 포트(226, 228) 내에 또는 포트와 통로 사이에 밸브가 존재하지 않는다.

시스템(410)은 제1 포트(226) 및 제2 포트(228) 사이에서 챔버 하우징(218)의 일부(230)에 슬라이딩 가능하게 결합되는 가변 구조 씰(246)을 더 포함할 수 있다. 가변 구조 씰(246)은 내부 스프링(447)을 포함하여 회전자(232)가 챔버(224) 내에서 편심적으로 회전함에 따라, 가변 구조 씰(246)을 회전자(232)의 주변 경계부(243)와 맞물리게 편향시킬 수 있다. 가변 구조 씰(246)은 가변 구조 씰(246)이 압축/팽창기 챔버(224)로 연장하는 전방 위치와 가변 구조 씰(246)이 챔버 하우징(218)의 내벽과 대략 동일 평면에 있는 수축 또는 함입된 위치 사이에서 반경방향으로 왕복함으로써 회전자(232)의 주변부(233)와 지속적인 씰링 맞물림을 유지할 수 있다. 본 실시예의 특정 양태에서, 가변 구조 씰(246)의 제1 부분은챔버 하우징(218)에 대하여 고정될 수 있는 반면, 제2 부분이 챔버 하우징(218)에 대하여 반경방향 및/또는 원주방향으로 이동 가능할 수 있다. 예를 들어, 씰(246)은 챔버 하우징(218)에 대하여 고정되는 시트 및 챔버(218)에 대하여 이동(예를 들어, 반경방향 왕복)하는 씰 표면을 포함할 수 있다. 가변 구조 씰(246)은, 챔버 내벽(220)(예를 들어, 롤러(240)를 경유)에 대하여 가압하는 회전자(232)와 조합하여, 도 4a 내지 4e에서 구역(442a 내지 442c)과 같은 개별적으로 식별된 하나 이상의 챔버 구역(예를 들어, 세 구역)(442)을 생성한다. 적어도 일부 실시예에서, 시스템(410)은 다중 가변 구조 씰(246)을 포함할 수 있다.

도 4a에 도시된 회전자(432)는 팁 롤러(240)을 포함한다. 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 롤러(240)는 롤러 로브(238) 및 챔버 하우징(218)의 내벽(220) 사이 및 롤러 로브(238) 및 가변 구조 씰(246) 사이에서의 마찰을 감소시킬 수 있다. 롤러(240)는 또한 회전자(232)가 챔버 하우징(218)의 외곽을 따르도록 하는 것을 더 가능하게 할 수 있다.

도 4b 내지 4e는 작동시 특정 지점에서 도 4a에 도시된 압축/팽창기 시스템(410)의 개략적 도면들이다. 먼저, 도 4b를 참조하면, 회전자(232)는 제1 및 제2 포트(226, 228)를 덮도록 배치된다. 제1 챔버 구역(442a)은 회전자의 궤도의 이 위치에 유체를 함유하며, 제1 구역(442a)의 체적은 최대로 된다. 화살표 R에 의해 지시되고, 도 4c에 도시된 바와 같이, 회전자(432)가 반시계 방향으로 대략 45°회전함에 따라, 저압 유체는 제1 포트(226)를 통하여 제2 구역(442b)로 진입한다. 제1 구역(442a)의 체적은 감소되어 제1 구역(442a) 내 유체를 압축한다. 가변 구조 씰(246)에 결합된 스프링(447)은 내측 반경방향으로 가변 구조 씰(246)을 밀어서 회전자 주변부(233)와의 맞물림을 유지시킨다.

틈새 구역(442c)은 가변 구조 씰(246)과 근접 제1 로브(238a) 사이에 형성된다. 틈새 구역(442c)은 제2 포트(228)를 통하여 고압 유체로 채워지지만, 일부 실시예에서는, 제1 로브(238a)가 가변 구조 씰(246)에 근접함에 따라, 낮은 손실로 제2 포트(228)로부터 작은 체적의 유체가 단순히 배출될 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(410)은 가변 구조 씰(246)과 제2 포트(228) 사이 챔버 하우징(218)의 내벽(220)에 홈(도 4c에서 미도시)을 포함하고, 따라서, 틈새 체적(442c)은 임의의 회전자 위치에서 고압 통로로 배출될 수 있다.

도 4d에서, 회전자(232)는 반시계 방향으로 회전이 지속된다. 이 위치에서, 제1 구역(442a) 내 유체는 원하는 압력비로 압축되고, 제2 포트(228)를 통하여 고압 통로로 배출을 시작한다. 제1 로브(238a)는 제2 포트(228)의 가장자리에 있다. 저압 유체는 제2 구역(442b)을 계속해서 채운다.

도 4e에서, 회전자(232)는 반시계 방향으로 회전이 지속되고, 이 위치에서, 회전자(232)의 일측 상의 유체는 다른 측 상의 유체가 챔버(224)로 진입하는 동안, 챔버(224)로부터 배출된다. 특히, 제1 구역(442a) 내에 가압된 유체(유입 유체에 대하여 원하는 압력비로)는 제2 포트(228)를 통하여 배출된다. 저압 유체는 제2 구역(442b)을 계속해서 채운다. 포트(226, 228)의 크기 및 간격을 선택함으로써, 설계자는 시스템의 다른 실시예와 다를 수 있는 원하는 압력비를 얻을 수 있다. 그런 다음, 회전자(232)는 도 4b에 도시된 위치로 회전을 지속하지만, 반대 위치에는 유체로 채워진 제2 구역(442b) 및 제1 및 제2 로브(238a, 238b)를 구비한다.

전술한 순서는 전형적인 압력 모드의 맥락에서 설명되었다. 이는 회전자(432)가 반대 방향으로 회전하여 팽창 모드에서 유체를 팽창시킬 수 있는 것으로 이해될 수 있다. 상술한 바와 같이, 압축 및 팽창 모드 사이의 변경은 컨트롤러(148)에 의해 제어될 수 있다 (도 2에서 개략적으로 도시됨).

전술한 제어 방법 중 하나의 특징은 포트(226, 228) 사이의 압력비가 최상으로, 예를 들어, 특정 실시예에서 대략 1.2로 설계될 수 있다는 것이다. 제어 방법의 이점은 시스템이 상대적으로 낮은 온도를 갖는 물질로 제조될 수 있는 압축시 온도 상승을 감소시킨다는 것이다. 이는 결국 시스템의 전체 비용을 감소시킬 수 있다는 것이다. 가장 큰 압력비에 의해 유체를 압축할 필요가 있을 때(일반적인 경유로서), 시스템은, 도 6b를 참조하여 이후 설명되는 바와 같이, 연속하여 배열된 멀티 스테이지를 포함할 수 있다. 전술한 방식의 다른 특징은 단 두 개의 로브를 갖는 회전자를 포함한다는 것이다. 이러한 특징의 이점은 제1 및 제2 포트의 위치 및/또는 크기를 조정에 있어, 보다 큰 유연성을 허용할 수 있다는 것이다. 이는 결과적으로, 나중에 더 설명되는 시스템의 효율을 향상시킬 수 있는 보다 큰 포트를 가능하게 한다는 것이다.

팁 확장부

도 5는 도 3에 도시된 시스템(310) 상부의 확대 단면도이다. 시스템(310)은 도 2 및 도 3을 참조하여 상술한 것과 대략 유사한 몇 가지 특징부들을 갖는다. 예를 들어, 시스템(310)은 압력-조절 챔버(224)를 둘러싸는 챔버 하우징(218)을 포함한다. 챔버(224)는 제1 통로(214) 및 제2 통로(216)에 각각 연결된 제1 포트(226) 및 제2 포트(228)를 가진다. 상술한 바와 같이, 적어도 일부 실시예에서, 포트 내에 또는 포트와 통로 사이에 밸브가 존재하지 않는다. 시스템(310)은 압력-조절 챔버(224)를 둘러싸는 외부 하우징(250) 및 통로(214, 216)를 더 포함한다. 팁(339)을 구비한 로브(338)를 갖는 회전자(332)는 챔버(224) 내에 위치한다. 시스템(310)의 도시된 부분은 로브 팁(339)에 이동 가능하게 결합될 수 있는 팁 확장부(370)를 강조한 것이다.

팁 확장부(370)는, 예를 들어, 부착점(594)에 위치된 토션 스프링(도 5에 미도시)에 의해 그리고/또는 암(592a, 592b)의 탄성 구조에 의해 반경방향 외측으로 강제되는 독립적인 플렉싱 암(592a, 592b)을 포함할 수 있다. 회전자(332)가 회전함에 따라, 챔버 하우징(218)의 내벽(220)을 따라 다양한 각도로 연속적으로 접촉하기 위하여, 암(592a, 592b)은 독립적으로 플렉시블할 수 있다. 예를 들어, 팁 확장부(370)는 플라스틱 또는 스프링 스틸과 같은 탄성적으로 구부릴 수 있는 미리 형성된 물질을 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 팁 확장부(370)는 두 개의 암(592a, 592b)보다 많거나 적은 암을 가질 수 있으며, 스프링 힘이 아닌 다른 힘에 따라 반경방향 외측으로 기울 수 있다. 팁 확장부(370)는, 예를 들어, 용접, 마찰 확보, 접착 및/또는 패스트너를 포함하는 많은 적절한 메커니즘에 의해 로브(338)에 부착될 수 있다.

또 다른 실시예에서, 화살표 P에 의해 도시된 바와 같이, 팁 확장부(371)는 로브(338)에 대하여 피봇팅하기 위하여 피봇 조인트를 포함하는 부착점(594)에서 로브(338)로 장착될 수 있다. 본 실시예에서, 팁 확장부(370)는, 상술한 바와 같이, 유연하거나 또는 더 단단할 수 있다. 만일 팁 확장부가 더 단단하다면, 팁 확장부가 피봇 운동함에 따라, 내벽(220)(화살표 T에 의해 지시된 바와 같이) 쪽으로 그리고 내벽에서 멀어지는 방향으로 이동하기 위해 팁 확장부는 슬롯(595) 상에 위치될 수 있다.

팁 확장부(370)는 제1 및 제2 포트(226, 228)의 원주 크기(C₂)보다 큰 원주 크기(C₁)를 가질 수 있다. 다시 말해, 팁 확장부(370)가 개별 포트 상에 위치될 때, 팁 확장부 암(592a, 592b)이 챔버(224)와 유체 연통부로부터 포트를 효과적으로 기밀시킨다. 따라서, 팁 확장부(370)는 입력 및 출력 포트(226, 228) 사이에 요구된 원주 간격을 줄일 수 있다. 일 예로서 3-로브 회전자(332)를 이용함으로써, 종래의 로브 팁 사이의 간격이 대략 120°이며 결과적으로, 포트가 하우징의 원주 둘레에서 매우 균일하게 이격될 필요가 있게한다. . 그러나, 팁 확장부(370)는 포트(226, 228)가 120°간격보다 더 작은 지점에 배치되도록 하여 로브(338)의 주변 확산을 증가시키는 효과를 야기한다. 이러한 포드 배치의 유연성은 장치(310)의 더 큰 변위 효율을 가능하게 한다. 팁 확장부(370)의 원주 크기(C₁)은 포트(226, 228)의 수 및 간격과 원하는 포트 개폐 타이밍에 의존하여 변할 수 있다. 팁 확장부(370)의 원주 크기(C₁)는 변화되어 로브(338) 사이에 원하는 원주방향으로 간격을 제공할 수 있다. 예를 들어, 네 개의 포드, 세 개의 로브 및 1.4의 압력비를 갖은 일 실시예에서, 각각의 근접한 한 쌍의 고압 및 저압 포트 사이의 원주방향 크기는 대략 89°, 팁 확장부 사이의 원주방향 크기는 대략 51°, 저압 포트의 오픈 크기는 대략 28°, 고압 포트의 오픈 크기는 대략 17.5°일 수 있다.

팁 확장부 및 가변 구조 씰 모두는 여전히 대형 포트 크기를 수용하면서, 역류 조건을 매우 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 팁 확장부는 챔버의 내벽을 따라 포트 사이의 효과적인 원주방향 간격을 효과적으로 축소함으로써 역류를 감소시키거나 최소화시킬 수 있다. 마찬가지로, 가변 구조 씰은 챔버의 고압 및 저압측을 역동적으로 분리하여 고압 및 저압 포트가 단일 구역 내에서 동시에 오픈할 기회를 감소시킨다. 역류 조건을 감소시키고, 대형 포트를 수용함으로써, 시스템은 감소된 팁 바이패스 유동으로부터 혜택을 볼 수 있으며, 포트 개폐 타이밍을 최적화하여 시스템 효율을 향상시킬 수 있다. 이러한 특징부들이 3-로브 회전자의 맥락에서 상술되었을 때, 그 특징들은 2-로브 회전자 단독 또는 조합으로 적용될 수 있다.

대형 포트

상술한 바와 같이, 개시된 시스템의 몇몇 실시예는 매우 큰 역류 조건을 생성함이 없이 기존의 포트보다 매우 큰 포트 크기를 포함한다. 예를 들어, 약 8 내지 약 1.2의 압력비를 갖는 다양한 전형적인 두 개의 로브 설계 배치에 있어서, 작동시 시스템이 큰 역류 조건을 직면하지 않고, 포트는 챔버 내면의 원주의 약 3% 내지 약 15% 또는 그 이상의 크기로 될 수 있다. 약 8 내지 약 1.2의 압력비를 갖는 다양한 전형적인 세 개의 로브 설계 배치에 있어서, 작동시 시스템이 큰 역류 조건을 직면하지 않고, 포트는 챔버 내면의 원주의 약 4% 내지 약 15%의 크기로 될 수 있다. 이러한 대형 포트는 가변 구조 씰 및/또는 팁 확장 특징부에 의해 가능할 수 있다.

일체형 열 교환기

도 6a는 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 일체형 열 교환기(658a)를 구비한 로터리 변위 시스템(610)의 부분 개략적 등축도이다. 시스템(610a)은 도 2 및 3을 참조하여 상술한 것과 대략 유사한 몇 개의 특징부들을 포함한다. 예를 들어, 시스템(610a)은 내벽(220) 및 외벽(222)을 갖는 챔버 하우징(218), 압력-조절 챔버(224), 축(234)에 회전 가능하게 결합된 회전자(332), 제1 및 제2 통로(214, 216) 및 챔버(224) 및 개별 통로(214, 216) 사이에서 유체 연통을 제공하는 챔버(224) 내의 제1 및 제2 포트(226, 228)을 포함한다.

열 교환기(658a)는 챔버 하우징(218)과 통로(214, 216)의 외측에 반경방향으로 배치된다. 열 교환기(658a)는 가열 또는 냉각된 열 교환기 유체를 운반하는 하나 이상의 열 교환기 공급관(659)을 포함한다. 도시된 실시예에서, 열 교환기(658a)는 챔버 하우징(218)의 일부를 둘러싸며, 압력-조절 챔버(224)로부터 작동 유체와 유체 연통한다. 특히, 제2 포트(228)를 통하여 챔버(224)에 존재하는 작동 유체는 제2 통로(216)를 통하여 열 교환기 통로(256)로 화살표 F₁의 방향으로 반경방향 외측으로 유동하여 열 교환기(658a)와 접촉한다. 작동 유체는 공급관(659) 내의 가열 또는 냉각된 열 교환기 유체와 열 교환한다.

시스템은 내면(252) 및 외면(254)을 갖는 (일부가 도 6a에 도시되어 있는)외부 하우징(250을 더 포함한다. 외부 하우징(250)은 챔버 하우징(218), 압력-조절 챔버(224), 통로(214, 216) 및 열 교환기(658a)를 적어도 부분적으로 둘러싸고/싸거나 감쌀 수 있다. 몇몇 실시예에서, 열 교환기(658a)를 관통하는 가압된 작동 유체는 압력 용기로서 역할하여 작동 유체를 함유하는 외부 하우징(250)의 내면(252)과 접촉한다. 압력 용기로서 외부 하우징(250)의 내부를 이용하는 것은 압력-조절 챔버(224)와 포트(226, 228), 통로(214, 216) 및 열 교환기(658a) 사이, 그리고 멀티-스테이지 시스템에서 하나의 스테이지와 다음 스테이지 사이에 몇몇 파이프-설비 및 통로의 필요성을 제거한다.

도 6a에 도시된 열 교환기(658a)는 핀-튜브 열 교환기이다. 다른 실시예는 쉘-및-튜브 열 교환기, 플레이트 열 교환기, 가스-대-가스 열 교환기, 직접 접촉 열 교환기, 유체 열 교환기, 상-변화 열 교환기, 폐열 회수 장치 또는 다른 타입의 열 교환기와 같은 다른 타입의 열 교환기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 열 교환기(658a)는 고온 가스 스트림으로부터 열 교환 유체로 열을 전송하는 폐열 회수 유닛(미도시)을 포함할 수 있다. 고온 가스 스트림은 가스 터빈 또는 디젤 엔진으로부터의 배기 가스 스트림, 또는 정유 공장 또는 다른 산업 시스템으로부터의 폐기 가스 스트림일 수 있다.

열 교환기 유체는 담수, 해수, 스팀, 냉각수, 오일 또는 다른 적절한 가스 액체 및/또는 2상 유체를 포함할 수 있다. 열 교환기(658a)는 압축 및 팽창 모드 모두에서 작동하여 양방향 압축/팽창기를 지원할 수 있으며, 유동이 챔버(224)로 유입되기 전 또는 후에 압축/팽창된 유동과 상호 작용할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 교환기 유체는 다른 실시예에서 다른 열 교환기 유체가 사용됨에도 불구하고, 장치 작동의 압축 및 팽창 모드 모두에서 동일하다. 일부 실시예에서, 압축 모드에서 작동시 가열된 열 교환기 유체는, 예를 들어, 팽창 단계에서 작동시 사용하기 위한 외부 열 저장소에 저장될 수 있다. 열 교환기(658a)는 금속, 세라믹 또는 플라스틱을 포함하는 다수의 적절한 재료 또는 그들의 조합으로 제조될 수 있다. 몇몇 실시예서, 열 교환기는 열 교환기 유체의 다양한 사용을 허용하기 위해 적어도 부분적으로 내식 재료(예를 들어, 구리, 큐프로-니켈, 티타늄, 스테인리스 스틸 등)로 제조된다.

도 6b를 참조하여 아래에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 멀티 압력-조절 챔버(224)(예를 들어, 스테이지)는 유동적으로 연결되고 연속적으로 작동될 수 있다. 어떤 멀티-스테이지 실시예에서, 방사형 열 교환기(658a)는 멀티 챔버 하우징(218)의 외벽(222)을 따라 축방향으로 연장한다. 이러한 실시예에서, 압축/팽창된 작동 유체는 열 교환기(658a)를 따라 축방향으로 제1 스테이지(화살표 F₁에 의해 지시된 바와 같이)의 제1 포트(228)로부터 열 교환기(658a)로 반경방향 외측으로, 그런 다음, 반경방향 내측으로 이동하여 제2 압력-조절 챔버(미도시)의 제2 포트로 진입한다. 시스템이 압축 모드로 작동할 때, 작동 유체는 스테이지 사이에서 냉각될 수 있다. 시스템이 팽창 모드로 작동할 때, 작동 유체는 스테이지 사이에서 가열될 수 있다. 스테이지 간가열 및 냉각은 시스템(610a)의 작동 효율을 빼앗을 수 있는 스테이지 사이에서 온도 변화를 감소(예를 들어, 최소화)시킬 수 있다. 챔버 하우징(218)로부터 반경방향 외측으로 통로(214, 216) 내 작동 유체를 안내함으로써, 시스템은 스테이지 사이에서 압력 진동을 감소시키며 상당한 열 교환기 길이를 가능하게 할 수 있다.

도 6b는 본 개시의 다른 실시예에 따른 다수의 일체형 열 교환기(658b)를 구비한 멀티-스테이지 로터리 변위 시스템(610b)의 부분 개략적, 등축 측면도이다. 시스템(610b)는 축(234)을 따라 축방향으로 정렬된 멀티 스테이지(스테이지 672 내지 675로서 개별적으로 넘버링됨)를 포함한다. 명확한 목적을 위하여, 축(234)에 의해 이송되는 회전자는 도 6b에 도시되지 않는다. 각각의 스테이지는 제1 및 제2 포트(226, 228), 제1 통로(214) 및 제2 통로(216)를 구비한 챔버 하우징(218)을 포함할 수 있다. 각각의 스테이지(672 내지 675)는 해당 챔버 하우징(218)에 축방향으로 인접하게 배치된 하나 이상의 벌크헤드(662)를 추가적으로 포함할 수 있다.

시스템(610b)는 압축/팽창 스테이지(672 내지 675) 사이에 축방향으로 정렬된 다수의 축형 열 교환기(658b)를 더 포함한다. 열 교환기(658b)는 제1 및/또는 제2 통로(214, 216)에서 작동 유체와 유체 연통한다. 특히, 작동 유체는 화살표 F₂ 방향으로 하나의 스테이지로부터 다음 스테이지로 이동한다. 예를 들어, 작동 유체는 해당 제2 포트(228)를 통하여 제1 스테이지(672)를 나가서 축방향으로 인접한 열 교환기(658b)로 축방향으로 유동한다. 그런 다음, 작동 유체는 인접한 스테이지(673)의 제1 포트(226)로 진입하고, 작동 유체가 도 6b에서 우측으로부터 좌측으로 이동함에 따라, 공정은 반복된다. 일부 실시예에서, 작동 유체는 제1 통로(216)로부터 열 교환기(658b)로 직접 이동하며, 다른 실시예서, 작동 유체는 인접한 벌크헤드(662)(도 6c를 참조하여 아래에서 보다 상세히 설명됨) 내의 하나 이상의 구멍을 통하여 인접한 열 교환기(658b)로 이동한다. 작동 유체는 열 교환기(658b)로 열 에너지를 전송하고, 인접한 제2 스테이지(673)의 제1 통로(214) 및 제1 포트(226)로 축방향으로 지속된다. 연속 스테이지의 제1 포트(226) 및 제2 포트(228)는 시스템(610b)을 통하여 작동 유체를 보다 더 안내하기 위해 서로에 대하여 시계 또는 반시계 방향으로 오프셋될 수 있다.

도 6a를 참조하여 상술한 방사형 열 교환기(658a)와 같이, 축형 열 교환기(658b)는 압축 및 팽창 모드 모두에서 작동하여 양방향 압축/팽창기를 지원할 수 있다. 상술한 임의의 타입의 열 교환기 및 열 교환기 유체는 축형 열 교환기(658b)에서 또한 사용될 수 있다. 비록 세 개의 열 교환기(658b) 및 네 개의 압축/팽창 스테이지(672 내지 675)가 도 6b에 도시되었지만, 다른 실시예는 더 많거나 적은 스테이지 및/또는 열 교환기(658b)를 포함할 수 있으며, 스테이지(672 내지 675) 및 열 교환기(658b)의 배열은 가변될 수 있다. 예를 들어, 멀티-스테이지 설계는 일체형 열 교환기를 구비하지 않는 시스템에서 사용될 수 있다. 더욱이, 압축/팽창 스테이지(672 내지 675)와 열 교환기의 축방향 길이는 시스템(610b)내에서 가변될 수 있다. 예를 들어, 다른 축방향 길이는 스테이지로부터 스테이지까지 작동 유체의 밀도 변화에 의하여, 하나의 스테이지로부터 다음 스테이지까지 대략 일정한 압력비를 유지하도록 사용될 수 있다.

도 6c를 참조하면, 시스템(610b)은 강화 리브(684)를 구비한 다공 벌크헤드를 더 포함할 수 있다. 개별 벌크헤드(662)는 작동 유체로 하여금 통로 및 인접한 스테이지의 해당 챔버 포트로 유동하도록 하는 하나 이상의 구멍(682)을 포함한다. 외부 하우징 및 벌크헤드(662)가 시스템(610b)을 관통하는 작동 유체를 위한 압력 용기로서 작용하는 실시예에서, 벌크헤드(662)는 특히, 벌크헤드(662)가 외부 하우징에 결합된 벌크헤드(662)의 주변부 근처에 위치된 구멍(682) 주변에서, 내부 압력으로부터 상당한 굽힘 힘을 받을 수 있다. 따라서, 강화 리브(684)는 용접되거나 구멍(682)을 가로질러 부착되어, 내부 열 교환기(658b)로 유체를 유동하게 함과 동시에 내부 압력에 기인한 벌크헤드의 변형을 방지 또는 제한할 수 있다. 강화 리브(684)가 축형 열 교환기(658b)를 구비한 시스템(610b) 상에 도시되었지만, 그들은 방사형 열 교환기(예를 들어, 도 6a에 도시된 열 교환기(658a)를 구비한 실시예 또는 열 교환기를 구비하지 않는 실시예에 사용될 수 있다.

도 6d를 참조하면, 시스템(610b)은 개별 압력-조절 챔버(224)와 인접한 열 교환기(658b) 사이에 위치된 분배 플레이트(686)를 더 포함할 수 있다. 분배 플레이트(686)는 압력-조절 챔버(224)의 모두 또는 일부에 걸쳐있을 수 있으며, 다수의 개구부(685)를 포함할 수 있다. 분배 플레이트(686)는 더욱 효과적으로 열 교환기(658b) 전반에 작동 유체를 퍼트리도록 배치된다. 특히, 작동 유체가 반경 방향으로 제2 포트(228)를 나감에 따라, 화살표 C₃에 의해 지시된 바와 같이, 챔버(224)의 외부 둘레를 원주방향으로 지나가고, 그런 다음, 개구부(685) 및 열 교환기(658b)를 통하여 축방향으로 지나간다. 다양한 실시예에서, 분배 플레이트(686) 상의 개구부(685)는 다른 크기 및 형상을 가질 수 있으며, 분배 플레이트(686)는 더 많거나 적은 개구부(685)를 가질 수 있고, 그리고/또는 개구부(685)는 다른 구성으로 배열될 수 있다. 분배 플레이트(686)는 양방향 압축/팽창기 시스템에 적절하게 양방향으로 유동하는 작동 유체를 수용할 수 있다. 분배 플레이트(686)가 축형 열 교환기(658b)를 구비한 시스템(610b)의 맥락에서 도시되었지만, 유사한 판이 도 6a에서 묘사된 것과 유사한 방사형 열 교환기와 사용될 수 있다. 예를 들어, 분배 플레이트(686)는 열 교환기의 굴곡과 일치하도록 굴곡될 수 있으며, 통로 및 해당 방사형 열 교환기 사이에서 반경방향으로 배치될 수 있다. 더욱이, 회전자(332)가 3-로브 회전자(332)로써 도시되었지만, 다른 실시예에서, 일체형 열 교환기 설계 및/또는 멀티-스테이지 설계는 더 많거나 적은(예를 들어, 두 개) 회전자 로브를 구비한 회전자와 사용될 수 있다.

방사형 및 축형 열 교환기는 로터리 변위 시스템과 별도로 또는 로터리 변위 시스템과 조합하여 사용될 수 있다. 치수적인 특징은 특정 시스템에서 사용되도록 일체형 열 교환기에 영향을 끼칠 수 있다. 예를 들어, 축형 열 교환기는 좁고 긴 시스템을 제공하는 반면, 방사형 열 교환기는 넓지만짧은 시스템을 제공하여 (두 개의 인접한 스테이지가 공용 디바이더 벌크헤드를 공유함에 따라) 적은 수의 스테이지 간 벌크헤드를 필요로 한다. 어떤 열 교환기 타입을 선택하는 지와는 상관 없이, 장치 내 일체형 열 교환기는 로터리 변위 장치의 더 일정한 온도 작동을 제공할 수 있다. 양방향 시스템에서, 일체형 열 교환기는 팽창 사이클로 압축시 생성되는 열의 효율적인 복원을 가능하게 한다. 압축된 공기 에너지 저장 적용에 있어서, 일체형 열 교환기의 사용은 압축/팽창기와 에너지 저장 시스템 사이에서 공기의 라운드-팁 에너지 효율을 매우 향상시킬 수 있으며, 팽창 공정 동안 열을 부가하도록 일반적으로 요구된 천연 가스를 감소 또는 제거함으로써 작동 비용을 감소시킬 수 있다.

유체 주입은 로터리 변위 장치에서 열을 교환하는데 추가적으로 또는 대안적으로 사용될 수 있다. 도 2를 참조하여 소개된 바와 같이, 유체 주입은 주입 유체(전형적으로, 액체)를 압력-조절 챔버(224)로 도입하여 챔버(224) 내에서 유체와 유동 사이에 열 전달을 발생 시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 주입 유체는 해수, 담수, 오일(식물성 오일 또는 미네랄 오일과 같은) 또는 플루오르 카본과 같은 냉매를 포함할 수 있다. 주입 유체의 선택은, 예를 들어, 주입 유체의 표면 장력, 비열, 열 전달 계수, 주입 유체를 원자화시키는데 드는 비용, 윤활 특성 및 환경 친화성을 포함하는 다수의 주입 유체 특성에 의존할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 주입 유체는 비 가연성이며/이거나 챔버(224) 또는 연소 없는 다른 영역으로 주입되도록 특별하게 선택된다.

다양한 실시예에서, 유체는 제1 포트(226), 챔버 하우징 내 하나 이상의 별도의 유체-운반 포트 및/또는 회전자 내 하나 이상의 유체 포트(도 8을 참조하여 아래에서 보다 더 상세하게 설명됨)를 경유하여 유입될 수 있다. 다른 실시예에서, 주입 유체는 제1 또는 제2 통로(214, 216) 또는 열 교환기 통로(256)으로 유입된다. 또 다른 실시예에서, 주입 유체는 여러 위치로부터 유입되어 보다 더 균일한 주입 유체 분포를 압력-가변된 유체에 제공한다. 몇몇 실시예에서, 주입 유체는 분무 분사 노즐과 같은 노즐(도 2에서 개략적으로 도시)을 통하여 유입된다. 일부 실시예에서, 주입 유체는 분무되어 표면적 및 작동 유체 내에서 주입 유체 현탁액을 증가시킨다. 일 실시예에서, 예를 들어, 주입 유체는 약 500 미크론 또는 그 이하이다. 특정 실시예에서, 주입 유체는 약 20 내지 약 100 미크론의 크기로 분무된다. 분사시, 주입 유체는 압축 열을 흡수하거나 챔버 내에서 작동 유체와 직접 접촉함으로써 팽창 열을 제공할 수 있다. 일부 실시예에서, 열 교환 주입 유체는 팽창 또는 압축에 앞서 가스 스트림으로 주입되거나, 가스 스트림이 열 교환기 유체를 통하여 스며들도록 할 수 있다. 일부 실시예에서, 작동 유체 또는 주입 유체 출력 온도를 모니터링 하는 하나 이상의 온도 센서로부터의 피드백은 컨트롤러에 의해, 가능하게는, 열 에너지 저장 및 다른 파라미터에 관한 정보와 함께, 높은 작동 효율 또는 원하는 온도 범위를 포함하는 다양한 목적들을 얻도록 액체의 양 및 주입 방법을 조절하는데 사용될 수 있다.

주입 유체는 압력-조절된 유체와 배출 포트(228)를 통해 추출되거나, 섬프와 같은 장치, 결로장치(열 교환기(658a, 658b)의 결로 방지장치), 원심 분리기 또는 통로(214, 216, 256) 내의 배플 플레이트와 같은 다양한 메커니즘으로 별도로 추출될 수 있다. 추출시, 열 교환 액체는 열 저장소에 저장될 수 있다. 일부 실시예에서, 주입 유체는 압축 후 유체로부터 열을 추출하거나, 팽창 전에 유체로 열을 제공하는 액체-대-액체 열 교환기를 통과할 수 있다. 원하는 작동 조건 및 액체의 상대적인 질량 유동 및 비열에따라, 액체 주입은 별도의 열 교환 메커니즘의 필요성을 제거하거나 감소시킬 수 있다. 유체 주입 열 교환은 저렴할 수 있으며, 작동 유체 및 주입 유체 사이에 보다 근접한 접근 온도를 허용할 수 있다. 다수의 액체는 도 6a 내지 6d를 참조하여 상술한 것들 중 임의의 것을 포함하는 액체 주입 열 교환을 위해 사용될 수 있다. 추가적으로, 일부 실시예에서, 안개(예를 들어, 액체 방울 또는 응축된 증기의 서스펜션)는 열 교환 유체로서 사용될 수 있다.

전술한 열 교환기의 일 특징을 시스템의 일 위치에서 그리고/또는 시스템의 다른 부분에서 일 작동 모드 동안 그리고/또는 다른 작동 모드 동안 생성된 열을 재사용할 수 있다. 이 방식은 시스템의 전반적인 열역학적 효율을 향상시킬 수 있으며, 그 결과 시스템 작동 비용을 감소시킬 수 있다. 특정 실시예에서, 열은 로터리 변위 장치 및 주변 환경 사이 또는 로터리 변위 장치 및 별도의 열 저장소 사이 또는 둘다에서 교환될 수 있다. 일반적으로, 온도가 교환 유체에서 허용되는 온도가 상승함에 따라, 나중에 회수하기 위한 열을 저장하는 이점은 크질 수 있다.

절연

도 7은 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 절연체(798)를 구비한 로터리 변위 시스템(710)의 전면도이다. 시스템(710)은 도 2 및 3을 참조하여 상술한 것과 대략 유사한 몇 개의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 시스템(710)은 제1 통로(214) 및 제2 통로(216)를 가지며 압력-조절 챔버(224)를 둘러싸는 챔버 하우징(218) 및 축(234)에 의해 이송되고 그리고 축에 대해 회전 가능한 회전자(232)를 포함한다. 또한, 시스템은 열 교환기(258) 및 내면(252) 및 외면(254)을 갖는 외부 열 교환기(250)를 포함한다.

특정 실시예에서, 절연체(798)는 외부 하우징(250)의 반경방향 외측에 배치된다. 도시된 실시예에서, 절연체(798)는 외부 하우징(250)의 외면(254)을 원주방향으로 접촉 및 둘러싸지만, 다른 실시예에서는 외부 하우징(250)의 단지 일부만을 둘러쌀 수 있다. 다른 실시예에서, 절연체(798)는 외부 하우징(250) 내부에 있을 수 있으며, 외부 하우징(250)의 내면(252)을 접촉할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 절연체(798)는 챔버 하우징(224), 열 교환기(258) 및/또는 통로(214, 216)를 접촉할 수 있으며, 외부 하우징은 부재하거나 절연체(798)의 반경방향 외측에 존재할 수 있다. 절연체(798)는 에어갭에 의해 외부 하우징으로부터 이격된 외부 쉘을 포함할 수 있거나, 도시된 바와 같이,, 갭은 적절한 절연 충진제 물질(797)로 채워질 수 있다. 일부 실시예에서, 충진제 물질(797)은 유리 섬유 또는 다른 물질일 수 있다. 다른 실시예에서, 갭은 비워져서 절연 효과를 제공할 수 있다. 이러한 실시예들 중 임의의 실시예에서, 절연체(798)는 시스템(710) 내에서, 특히, 일체형 열 교환기(258) 내에서 유체 온도를 유지시키는데 기여할 수 있다.

중공 회전자

도 8은 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 일반적인 중공 회전자(832)를 구비한 로터리 변위 시스템(810)의 부분 개략적 등축도이다. 시스템(810)은 도 2 및 도 3을 참조하여 상술한 것과 대략 유사한 몇 개의 특징들을 포함한다. 예를 들어, 시스템(810)은 외부 하우징(250), 챔버 하우징(218) 및 압력-조절 챔버(224)를 포함한다.

도시된 실시예에서, 회전자(832)의 단부면은 절취되어 회전자(832)가 회전자 벽(890)에 의해 틀에 낀 일반적인 중공 내부(891)를 갖는 것을 보여준다. 일부 실시예에서, 예를 들어, 회전자(832)의 나머지 부분은 남겨두고, 회전자(832) 부피체의 작은 일부만이 적어도 부분적으로 회전자 벽(890)을 포함하고, 그리고 일부 실시예에서는, 대부분 중공형이다. 일 실시예에서, 예를 들어, 회전자 벽(890)은 회전자 부피체의 5% 또는 그 이하를 포함한다. 일부 실시예에서, 회전자 벽(890)은 회전시에 회전자의 균형을 맞추도록 국부적으로 두꺼울 수 있다. 다른 실시예에서, 회전자 벽(890)은 층을 분리하는 벌집 구조 또는 필러로 강화된 둘 이상의 물질층으로 제조될 수 있다.

회전자(832)는 다양한 내부 특징을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 회전자 내부(891)에는 증강 구조체(888)를 포함하여 회전자(832) 구조에 지지부를 부가한다. 증강 구조체(888)는 또한 축 및 캠과의 결합을 위한 중심 구조(836)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조하여 상술한 바와 같이, 중심 구조(836)는 링 기어(366)를 지지할 수 있다. 회전자(832)는 내부 캐비티(889)를 추가적으로 또는 대안적으로 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 내부 캐비티(889)는 충진제 물질로 채워져서 원하는 회전자(832) 무게를 얻을 수 있다. 다른 실시예에서, 도 6을 참조하여 상술한 바와 같이, 내부 캐비티(889)는 열 교환 방법으로서 열 주입 유체를 압력-조절 챔버(224)로 공급하기 위한 내부 유체 통로(889) 및 출력 포트(883)를 포함한다.

일부 실시예에서, 회전자(832)는 주조되거나 플레이트 물질로부터 제조될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 회전자(832)는 절단, 성형 및 용접된 플레이트 물질로부터 제조될 수 있다. 도 8에 도시된 회전자(832)가 2-로브 회전자(832)이지만, 다른 실시예에서 회전자(832)는 세 개 이상의 로브를 가질 수 있다.

중공 회전자(832)의 일 특징은 쉽게 제조될 수 있고, 저렴하며, 가볍다는 것이다. 따라서, 중공 회전자(832)는 그것이 설치되는 시스템의 비용 및 복잡성을 감소시킬 수 있다. 중공 회전자(832)의 다른 특징은 관성 가속에 기인한 축 상에서의 편심 하중을 감소시킬 수 있다는 것이다. 따라서, 피로 하중을 감소시키며, 그 결과 그것이 설치되는 시스템의 수명을 늘릴 수 있다.

병렬 회전자

도 9는 본 개시의 일 실시예에 따른 병렬로 작동하는 다수의 회전자(932)(예를 들어, 세 개)를 구비한 로터리 변위 시스템(910)의 부분 개략적 등축도이다. 시스템(910)은 도 2 및 도3을 참조하여 상술한 것과 대략 유사한 몇 개의 특징부들을 포함한다. 예를 들어, 시스템(910)은 챔버 하우징(218), 압력-조절 챔버(224) 및 축(234)을 포함한다. 챔버 하우징(218)은 명확하게 하기 위하여 도 9에서 투명한 것으로 도시되지만, 몇몇 실시예에서, 챔버 하우징(218)은 투명하지 않다. 세 개의 회전자(932)는 챔버 하우징(218) 내에서 병렬로 작동한다. 회전자(932)는 각각이 챔버 하우징(218)을 따라 축방향으로 이동하는 공용 제1 포트(226) 및 공용 제2 포트(228)를 공유할 수 있다. 회전자(932)는 공용 제1 및 제2 통로(도 9에서 미도시)를 더 공유할 수 있다. 각각의 회전자(932)가 별도의 챔버(224)에 위치되도록, 시스템(910)은 각 회전자(932) 사이에 축방향으로 배치된 벌크헤드(명확성을 위해서 감춰짐)를 더 포함한다.

각각의 회전자(932)가 주어진 모멘트에서 그 챔버(224) 내의 다른 궤도 위치에 배치되도록, 회전자(932)는 서로에 대하여 시계 방향 또는 반시계 방향으로 오프셋될 수 있다. 병렬로 오프셋 회전자를 작동시키는 것은 몇 가지 이점을 제공한다. 예를 들어, 회전자(932)의 오프셋 각은 축(234)에 결합되는 모터/발전기에 토크의 균형을 맞출 수 있다. 특히, 단일 회전자(932)의 편심 운동으로부터 야기되는 진동 및 축-굽힘 하중은 부가적인 회전자(932)의 카운터-이동에 의해 균형 맞춰질 수 있다. 추가적으로, 오프셋 각은 다른 위상 각에서 작동하는 회전자에 걸쳐 흡입 및 배출 진동을 평균하고 또한 이 유동 채널에서 체적을 증가시킴으로써 제1 및 제2 통로 내에서 압력 진동을 더 제한한다. 유동 채널 내에서 보다 높은 체적은 바람직하지 않게 높은 배출 압력 및 바람직하지 않게 낮은 흡입 압력으로 되는 위험을 줄인다. 상술한 바와 같이, 하나의 스테이지로부터의 배출은 다음 스테이지의 흡입과 일치하도록 시간 조절될 수 있으며, 이에 따라 전반적인 유동을 부드럽게 할 수 있으며, 원하지 않는 압력 진동을 회피할 수 있다.

제조 기술

도 10은 본 개시의 다른 실시예에 따라 구성된 로터리 변위 시스템(1010)의 분해 측면 등축도이다. 시스템(1010)은 제조 비용 및 재료를 감소시키는 "링 및 플레이트”기술을 이용하여 제조된다. 제조 방법은 원통형 부분에 챔버 하우징(1018) 및 외부 하우징(1050)을 형성하는 단계를 포함한다. 이는 플레이트 재료를 압연 및 용접하는 단계를 포함하는 다양한 방법에 의해 또는 원통형 형상에 재료를 단조시킴으로서 수행될 수 있다. 포터 개구부(1026)는 챔버 하우징(1018)을 형성하는데 사용되는 플레이트 재료에 미리 절단될 수 있다. 스탠드오프(1045)는 형성되거나 챔버 하우징(1018)에 결합되어 결과의 시스템(1010) 내부의 통로 사이에 분리부를 생성할 수 있다.

일부 실시예에서, 방법은 하나 이상의 재료 또는 구조, 예를 들어, 열 교환기, 분배 플레이트, 챔버 하우징(1018) 및/또는 외부 하우징(1050)을 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예에서, 방법은 내식성을 위한 스틸과 같은 구조적 재료 상에 플라스틱과 같은 코팅을 화염-분사시키는 단계를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 몰리브덴 황화물 또는 흑연과 같은 건조 윤활제가 도포될 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 테프로, 에폭시, 폴리 카보네이트와 같은 저-마찰 코팅이 임의의 표면에 도포될 수 있다. 다른 실시예에서, 시스템(1010)의 하나 이상의 구성 요소들이 세라믹 물질로 코팅될 수 있다. 방법은 축(234), 회전자(332), 챔버 하우징(1018) 및 외부 하우징(1050)을 축방향으로 정렬시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 축, 회전자 및 챔버 하우징(1018)은 외부 하우징(1050) 내에서 반경방향으로 끼워 넣을 수 있다. 어떤 멀티-스테이지 실시예에서, 축(234)은 암-수 스플라인 특징부 또는 핀 소켓 조인트와 같은 분리가능한 조인트와 결합된 몇 개의 세그먼트부를 포함한다. 특정 실시예에서, 축은 중공형일 수 있다.

회전자(332), 축(234) 및 챔버 하우징(1018)이 외부 하우징(1050) 내에 축방향으로 정렬될 때, 방법은 외부 하우징(1050)의 제1 축방향 측(1053) 상에 제1 벌크헤드(1062a)를 위치시키는 단계 및 외부 하우징(1050)의 제2 축방향 측(1055) 상에 제2 벌크헤드(1062b)를 위치시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 제1 및 제2 벌크헤드(1062a, 1062b)는 각각 제1 및 제2 벌크헤드 직경을 가지며, 제1 및 제2 벌크헤드 직경은 외부 하우징(1050)의 직경 및/또는 챔버 하우징(1018)의 직경보다 크다. 벌크헤드(1062a, 1062b)는 도 6c를 참조하여 위에서 더욱 자세하게 설명된 바와 같이, 하나 이상의 유동 구멍(682)을 포함할 수 있다.

제조 방법은 다수의 텐션 부재(1096)(멀티-부 텐션 부재(1096a, 1096b 및 1096c)로서 식별됨)를 이용하여 제1 벌크헤드(1062a)를 제2 벌크헤드(1062b)에 연결시켜, 제1 벌크헤드(1062a) 및 제2 벌크헤드(1062b) 사이에 외부 하우징(1050)을 확보하고, 내부 가압가능한 부피체를 둘러싸는 단계를 추가적으로 포함할 수 있다. 텐션 부재(1096)는 로드 및 볼트, 래치, 패스너 및/또는 다른 커넥터를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 텐션 부재(1096)는 외부 하우징(1050) 반경방향 외측에 제1 벌크헤드(1062a)를 제2 벌크헤드(1062b)로 고정시킨다. 벌크헤트(1096)는 외부 하우징(1050)으로 추가적으로 기밀될 수 있다. 다른 실시예에서, 외부 하우징(1050)은 부재될 수 있으며, 벌크헤드(1062)는 챔버 하우징(1018)의 제1 및 제2 축방향 측들 상에 위치될 수 있다. 멀티-스테이지 구조의 경우, 인접한 스테이지는 축방향 스테이지 사이에 가스켓 씰을 구비하여 내부 압력 하중 전달을 조력하는 공용 벌크헤드를 공유할 수 있다. 텐션 부재(1096)에 의해 가압된 가스켓 또는 O-링 씰은 튼튼하고 제거 가능한 조인트를 만들 수 있다. 더욱이, 벌크헤드(1062)는 챔버 하우징(1018) 또는 외부 하우징(1050)중 적어도 하나에 용접 또는 기밀될 수 있다.

링-및-플레이트 제조의 실시예는 용이한 조립 및 분리내부 캐비티로의 빠르고 직접적인 관리 접근을 포함하는 몇 가지 이점을 제공한다. 설계의 다른 특징은 그것이 모듈화될 수 있다는 것이다. 예를 들어, 다른 스테이지는 동일하거나 유사한 공용부를 이용하여 생산 및 가공 비용을 감소시킬 수 있다. 도 6b에 도시된 것과 유사한 멀티-스테이지 시스템은 멀티 스테이지를 위한 동일한 구멍 및 축-개구부를 갖는 동일한 벌크헤드를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 하나의 스테이지로부터 다음 스테이지까지 유사한 압력비를 유지하고 적은 증가율로 공기를 압축 및 팽창시키기 위하여 스테이지 길이는 다를 수 있다. 다른 스테이지 길이에도 불구하고, 동일한 도구 및 조립체들이 다른 스테이지의 챔버 하우징 및 외부 하우징 실린더를 형성하는데 이용될 수 있다. 상술한 모듈화된 설계를 이용함으로써, 스테이지의 수는 쉽게 조정될 수 있다.

브레이턴 사이클

상술한 많은 로터리 변위 장치들이 양방향 압축/팽창기 시스템의 맥락에서 설명되었지만, 본원에서 설명된 특징 및 방법들은 전용 압축기 및 전용 팽창기에 또한 사용될 수 있다. 도 11은 본 개시의 일 실시예에 따라 구성된 전용 압축기(1176) 및 전용 팽창기(1177)를 구비한 로터리 변위 시스템(1110)의 내부를 보여주는 등축도이다. 시스템(1110)은 작동 유체가 가스로서 압축되고, 가열되며, 팽창되는 브레이턴 사이클 열기관으로서 사용하도록 구성된다. 시스템(1110)은 축(234)을 따라 축방향으로 정렬된 전용 압축기(1176), 열 공급원(1178) 및 전용 팽창기(1177)를 포함한다. 압축기(1176), 열원(1178) 및 팽창기(1177)는 천공된 벌크헤드(262) 또는 다른 타입의 유체 통로를 통하여 유동적으로 연통할 수 있다. 일부 실시예에서, 시스템(1110)은 멀티 스테이지 압축기 및/또는 팽창기를 포함한다.

개별 압축기(1176) 및 팽창기(1177)는 상술한 특징들 중 임의의 특징을 포함할 수 있다. 예를 들어, 도시된 압축기(1176)는 입력 및 배출 포트(도 11에 도시되지 않음)를 구비한 압축 챔버(1179), 축(234)에 회전 가능하게 결합된 2-로브 회전자(232), 저압 통로(1116), 고압 통로(1114), 열 교환기(1158) 및 외부 하우징(250)을 포함한다. 압축기(1176)는 저압 통로(1116)로부터 유체가 압축되고 고압 통로(1114)로 배출되는 압축 챔버(1179)로 유동을 유입시키도록 구성된다. 압축기(1176)과 일체로 된 열 교환기(1158)는 도 6a 내지 도 6d를 참조하여 상술한 것과 유사할 수 있으며, 멀티-스테이지 압축기에 있어서, 스테이지 사이의 유동을 냉각시켜 압축 공정의 효율을 더 증가시킨다. 일부 실시예에서, 시스템(1110)은, 공간 조절(예를 들어, 가열 및 열-구동 냉각)을 위한 압축시 생성된 열을 분배하도록 구성된 열 분배 시스템 또는 유체 분배기(미도시)에 연결된다. 다른 실시예에서, 압축기(1176)는 3-또는-그 이상의 로브 회전자, 가변 구조 씰, 팁 확장부, 축형 열 교환기 또는 다른 특징부와 같은 대체 특징부들을 가질 수 있다.

열원(1178)은 실시예에 따라 가변될 수 있다. 예를 들어, 도시된 실시예의 열원(1178)은 다수의 연소 챔버(1181)를 포함한다. 다른 실시예에서, 열원(1178)은 단일 연소 챔버일 수 있다. 열원은 바이오 매스 또는 석탄과 같은 고체 연료, 가솔린 또는 디젤과 같은 액체 연료 또는 천연 가스 또는 수소와 같은 가스 연료를 이용할 수 있다. 다른 실시예에서, 열원(1178)은 하나 이상의 열 교환기, 예를 들어, 위에서 도 6a 내지 6d를 참조하여 설명된 임의의 타입의 열 교환기를 포함할 수 있다. 예를 들어, 열원(1178)은 자동차 엔지 또는 파워 플랜트 가스 터빈의 배기에 의해 가열된 열 교환기 유체를 갖는 "폐열 회수” 열 교환기를 포함할 수 있다. 다른 실시예는 연소 챔버에 따른 열 교환기와 같은 두 종류의 이상의 열원을 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 열원(1178)은 압축기 및 팽창기와 공용 외부 하우징을 공유한다. 열원 외부 하우징은 명확성을 위하여 도 11에서 도시되지 않는다.

팽창기(1177)가 고압 통로로부터 유체가 팽창되고 저압 통로로 배출되는 팽창 챔버 내부로 유동을 유입시키도록 구성된다는 점을 제외하고는, 팽창기(1177)는 압축기(1176)와 구조적으로 유사하거나 동일할 수 있다. 일체형 팽창기 열 교환기는 멀티-스테이지 팽창기 내 스테이지 사이에서 유동을 가열시킬 수 있다. 일부 실시예에서, 팽창기(1177)는 압축기 축방향 길이(L_C)보다 긴 축방향 길이(L_E)를 가져서 가열된 유동의 증가된 체적을 수용한다. 도시된 실시예에서, 압축기(1176), 열 공급원(1178) 및 팽창기(1177)는 축방향으로 정렬되지만, 다른 실시예에서, 그들은 반경방향 또는 그와 다른 방향으로 지향될 수 있다. 더욱이, 다양한 실시예에서, 압축기(1176), 열 공급원(1178) 및/또는 팽창기(1177)는 공용 축(234)을 공유하거나 별도의 축을 가질 수 있다.

본원에서 설명된 로터리 변위 장치의 다양한 실시예는 많은 이점을 제공하며, 이들 이점 중 일부는 특정 특징부들에 대해 상술되었다. 2-및 3-로브 실시예는 다양한 메커니즘(예를 들어, 가변 구조 씰 및/또는 팁 확장부)을 이용하여 압력-조절 챔버 및 통로 사이에 체크 밸브의 필요성을 없앴다. 시스템은 역류 조건 및 어떤 포트도 열려 있지 않은 시간을 감소시키거나 제거할 수 있다. 이러한 메커니즘은 또한 시스템 비용 및 복잡성을 감소시켜, 결과적으로 초기 시스템 비용 및 이후의 유지 보수 비용을 감소시킬 수 있다. 전술한 방식은 또한 시스템이 압축 및 팽창 모드 사이에서 보다 더 빠르고 역동적으로 대체 가능하게 할 수 있다. 더욱이, 몇몇 장치에서 상대적으로 큰 포트 크기는 흡입 및 배기 포트를 통한 압력 손실을 감소시켜, 장치의 전반적인 효율을 또한 증가시킨다.

본원에서 설명된 몇 가지 제조 기술은 종래의 기술 이상의 비용 절감을 제공한다. 이들 중 일부는 재료 요구를 감소, 코팅을 통한 재료 내구성을 향상, 공용부 및 생산 방법, 폐열의 효과적인 사용 및 감소된 조립 및 분리 시간을 포함한다. 단일 효율적 구조에서 압축기와 팽창기를 조합하고, 공용 열 교환기와 같은 동일한 내부 구성 성분을 이용함으로써, 각 작동 모드는 별도의 압축기 및 팽창기를 구비한 장치 전반에 걸쳐 시스템 비용을 매우 감소시킨다. 더욱이, 본원에서 설명된 몇몇 장치들은 축을 통하여 전기 모터에 직접 결합되어 작동한다. 이는 기어박스와 관련된 비용을 감소시키거나 제거하며, 시스템의 전반적인 기술적 복잡성을 감소시킨다.

전술한 특징들은 도 1에 도시된 바와 같이, 에너지를 저장 및 배출하는데 사용되는 압축/팽창기 시스템의 맥락에서 특히 유리하다. 특히, 전술한 특징들은 간헐적이거나, 비-연속적이거나 또는 기타 변수에 기초하여 에너지를 제공할 수 있는 공급원에 의해 공급된 에너지를 저장 및 배출하기 위한 비용을 감소시킬 수 있다. 예를 들어, 몇 가지 재생 에너지 서비스(예를 들어, 태양 에너지 및 풍력 에너지)는 전형적으로 높은 가변 방식으로 에너지를 제공한다. 이러한 에너지 공급원을 이용하기 위한 비용을 효율적이고 효과적으로 감소시키는 시스템 및 방법은 화석 연료의 사용을 줄이고, 그에 따라, 지구 온난화 및 외국 에너지원에 대한 의존도를 감소시키는 것을 포함하는 상당한 이익을 창출할 수 있다.

전술로부터, 기술의 특정 실시예들이 예시의 목적을 위하여 여기에 설명되었지만, 다양한 변형이 본 기술을 벗어남이 없이 가능하다는 것으로 평가될 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 개시의 몇 가지 특징들은 양방향 로터리 변위 시스템의 맥락에서 설명된다. 팁-확장부, 가변 구조 씰, 일체형 열 교환기, 중공 회전자, 제조 기술, 물질 및 챔버/회전자 구조를 포함하는 이러한 특징들 중 많은 수는 양방향이 아닌 시스템의 맥락에서 적용될 수 있다. 특정 실시예에서, 이러한 특징 및 다른 특징들은 전용 압축기 또는 팽창기 시스템 및/또는 본원에서 상술한 것과 대략 유사한 다른 특징들을 갖는 시스템에 적용될 수 있다. 특정 실시예에서, 특징들의 일부 또는 모두는 2-로브 회전자 및/또는 세 개 이상의 로브를 갖는 회전자, 멀티스테이지 시스템 및/또는 일체형 열 교환기를 구비하거나 구비하지 않은 병렬 흡입 및 출력 장치의 맥락에서 사용될 수 있다.

특정 실시예의 맥락에서 설명된 기술의 임의의 양태는 다른 실시예와 조합되거나 제거될 수 있다. 예를 들어, 일부 실시예는 팁 롤러 또는 다른 씰링 특징부, 팁 확장부, 가변 구조 씰, 멀티 스테이지, 물질 코팅, 링-및-플레이트 제조 기술, 중공 회전자 또는 본원에서 설명된 다른 특징부들을 포함하는 특징들 중 하나 이상의 특징을 포함하지 않을 수 있다. 더욱이, 임의의 실시예와 관련된 이점들이 이러한 실시예들의 맥락에서 설명되었지만, 다른 실시예들은 또한 이러한 이점들을 나타낼 수 있으며, 모든 실시예들이 본 기술의 범위 내에 속하기 위해 이러한 이점들을 반드시 나타낼 필요는 없다. 따라서, 본 개시 및 관련 기술은 여기에 명시적으로 설명하거나 언급되지 않은 다른 실시예들을 포함할 수 있다.

Claims

제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제1 통로;
상기 제2 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제2 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축를 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축; 및
상기 압력-조절 챔버 내에 배치되고, 두 개 이하의 로브를 포함하는 회전자로서, 상기 축에 의해 이송되고 상기 축에 대하여 회전가능하며, 상기 챔버를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 제1 통로로 유동이 제공되는 제1 모드 및 상기 챔버를 통하여 상기 제1 통로로부터 상기 제2 통로로 유동이 제공되는 제2 모드로 교번하여 작동 가능한 회전자를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제1항에 있어서,
(a) 상기 챔버와 상기 제1 통로 사이 및 (b) 상기 챔버와 상기 제2 통로 사이에 유동을 제어하는 밸브가 배치되지 않는 로터리 변위 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 배치되고, 가변 방사형 크기를 가져서 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자의 상기 로브와 기밀가능하게 접촉하는 씰을 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제1항에 있어서,
상기 회전자는 제1 회전자를 포함하고, 상기 압력-조절 챔버는 제1 압력-조절 챔버를 포함하며, 상기 시스템은 제2 압력-조절 챔버 내에 배치된 제2 회전자를 더 포함하고,
상기 제1 회전자는 제1 회전자 방향성을 가지고, 상기 제2 회전자는 제2 회전자 방향성을 가지며, 상기 제1 회전자 방향성은 상기 제2 회전자 방향성으로부터 시계 또는 반시계 방향으로 오프셋되고;
상기 제2 회전자는 두 개 이하의 로브를 포함하고;
상기 제2 회전자는 상기 제1 회전자와 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로를 공유하고; 그리고
상기 제2 회전자는 상기 제1 회전자와 평행한 축에 의해 이송되고 상기 축에 대하여 회전가능한 로터리 변위 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 포트 및 상기 제2 포트 중 적어도 하나는 상기 회전축에 대략 평행한 상기 챔버 하우징의 표면에 배치되는 로터리 변위 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1 포트 및 상기 제2 포트 사이에 배치된 가변 구조 씰을 더 포함하되,
(a) 상기 챔버와 상기 제1 통로 사이 및 (b) 상기 챔버와 상기 제2 통로 사이에 유동을 제어하는 밸브가 배치되지 않고; 그리고
상기 회전자 및 상기 가변 구조 씰은 상기 압력-조절 챔버를 챔버 구역으로 나누며, 개별 챔버 구역은 주어진 시점에서 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로 중 단지 하나와 연통하는 로터리 변위 시스템.
제6항에 있어서,
각각의 회전자 로브는 로브 팁을 포함하고, 상기 시스템은 상기 챔버 하우징과 개별 로브 팁 사이에 배치되고, 롤링 실린더, 액체 박막 및 저-마찰 코팅 중 적어도 하나를 포함하는 팁-씰러를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제1항에 있어서,
상기 축에 결합되며, 상기 축의 회전 방향을 반전시킴으로써 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드 작동 사이에서 상기 회전자를 재조정하도록 작동할 수 있는 컨트롤러를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제8항에 있어서,
상기 제1 및 상기 제2 통로와 유체 연통하는 유체 저장소; 및
상기 축에 결합하는 전기 모터/발전기를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제1 통로;
상기 제2 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제2 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축;
상기 축에 의해 이송되고 상기 축에 대하여 회전가능하며, 회전자 주변부를 갖는 회전자; 및
상기 제1 포트 및 상기 제2 포트 사이에서 상기 챔버 하우징에 결합되고, 상기 회전자 주변부와 기밀되게 맞물리는 가변 구조 씰을 포함하는 로터리 변위 시스템.
제10항에 있어서,
(a) 상기 챔버와 상기 제1 통로 사이 및 (b) 상기 챔버와 상기 제2 통로 사이에 유동을 제어하는 밸브가 배치되지 않는 로터리 변위 시스템.
제10항에 있어서,
상기 가변 구조 씰은 수축된 위치 및 상기 가변 구조 씰이 상기 압력-조절 챔버로 반경방향으로 연장하는 연장된 위치 사이에서, 상기 회전자의 회전에 따라, 반경방향으로 왕복하도록 배치되며;
상기 가변 구조 씰은 상기 연장된 위치로 상기 가변 구조 씰을 제공하는 스프링을 포함하며; 그리고
상기 가변 구조 씰은 상기 회전자의 로브가 상기 가변 구조 씰에 대하여 가압함에 따라, 상기 수축된 위치로 진행하는 로터리 변위 시스템.
제10항에 있어서,
상기 가변 구조 씰의 제1 부분은 상기 챔버 하우징에 고정되게 결합되고, 상기 가변 구조 씰의 제2 부분은 상기 챔버 하우징에 대하여 원주방향으로 이동 가능한 로터리 변위 시스템.
제10항에 있어서,
상기 제1 포트 및 상기 제2 포트는 상기 회전축에 대략 평행한 상기 챔버 하우징의 표면에 배치되는 로터리 변위 시스템.
제10항에 있어서,
(a) 상기 챔버와 상기 제1 통로 사이 및 (b) 상기 챔버와 상기 제2 통로 사이에 유동을 제어하는 밸브가 배치되지 않으며;
상기 회전자는 상기 챔버를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 제1 통로로 유동이 제공되는 제1 모드 및 상기 챔버를 통하여 상기 제1 통로로부터 상기 제2 통로로 유동이 제공되는 제2 모드로 교번하여 작동 가능하며; 그리고
상기 회전자 및 상기 가변 구조 씰은 상기 압력-조절 챔버를 상기 제1 통로와 유체 연통하는 제1 챔버 구역 및 상기 제2 통로와 유체 연통하는 제2 챔버 구역으로 나누는 로터리 변위 시스템.
제10항에 있어서,
상기 축에 결합되며, 상기 축의 회전 방향을 반전시킴으로써 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드 작동 사이에서 상기 회전자를 재조정하도록 작동할 수 있는 컨트롤러; 및
상기 축에 결합되는 모터, 발전기 또는 복합 모터/발전기 중 적어도 하나를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제1 통로;
상기 제2 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제2 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로상기 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축;
상기 압력-조절 챔버 내에 배치되고, 두 개 이하의 로브를 포함하는 회전자로서, 상기 축에 의해 이송되고 상기 축에 대하여 회전가능하며, 상기 챔버를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 제1 통로로 유동이 제공되는 제1 모드 및 상기 챔버를 통하여 상기 제1 통로로부터 상기 제2 통로로 유동이 제공되는 제2 모드에서 교번하여 작동 가능한 회전자;
상기 제1 및 제2 통로들을 통하여 상기 압력-조절 챔버와 유체 연통하는 유체 저장 부피체; 및
상기 축에 결합되고, 실행시, 상기 축의 회전 방향을 반전하는 인스트럭션으로 프로그램되는 컨트롤러를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제17항에 있어서,
상기 제1 포트와 상기 제2 포트 사이에 배치되고, 가변 방사형 크기를 가져서 상기 회전자가 회전함에 따라 상기 회전자의 상기 로브와 기밀되게 접촉하는 씰을 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제18항에 있어서,
상기 씰과 상기 회전자는 상기 로브의 수에 하나를 더한 수와 같은 수로 상기 압력-조절 챔버 내에 다수의 구역을 형성하는 로터리 변위 시스템.
제17항에 있어서,
(a) 상기 챔버와 상기 제1 통로 사이 및 (b) 상기 챔버와 상기 제2 통로 사이에 유동을 제어하는 밸브가 배치되지 않는 로터리 변위 시스템.
제17항에 있어서,
상기 축에 결합되는 모터, 발전기 또는 복합 모터/발전기 중 적어도 하나를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제17항에 있어서,
상기 유체 저장 부피체는 지질학적 구성, 수중 저장 용기 또는 고압 탱크를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제17항에 있어서,
상기 컨트롤러는 에너지 공급 레벨에 해당하는 제1 입력 및 에너지 수요 레벨에 해당하는 제2 입력의 적어도 일부에 근거하여, 실행 시, 상기 축의 회전 방향을 반전시키는 인스트럭션을 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제1 통로;
상기 제2 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제2 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축; 및
상기 압력-조절 챔버 내에 배치되고, 다수의 로브를 포함하는 회전자를 포함하되,
개별 로브는 상기 로브의 반경방향 최외곽부에 팁을 포함하고;
상기 팁은 팁 원주 길이를 가지며;
상기 회전자는 상기 팁에 근접하여 결합되고 그들로부터 원주방향으로 연장하는 팁 확장부를 포함하고;
상기 팁 확장부는 상기 팁 원주 길이보다 긴 팁 확장부 원주 길이를 가지며; 그리고
상기 회전자는 상기 축에 의해 이송되며 상기 축에 대하여 회전가능한 로터리 변위 시스템.
제24항에 있어서,
상기 회전자는 상기 챔버를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 제1 통로로 유동이 제공되는 제1 모드 및 상기 챔버를 통하여 상기 제1 통로로부터 상기 제2 통로로 유동이 제공되는 제2 모드로 교번하여 작동 가능한 로터리 변위 시스템.
제24항에 있어서,
상기 팁 확장부는 플렉시블 암을 포함하는 로터리 변위 시스템.
제24항에 있어서,
상기 제1 포트는 제1 포트 원주 길이를 가지고;
상기 제2 포트는 제2 포트 원주 길이를 가지고; 그리고
상기 팁 확장부 원주 길이는 상기 제1 포트 원주 길이 및 상기 제2 포트 원주 길이 각각 보다 크거나 같은 로터리 변위 시스템.
제24항에 있어서,
상기 팁 확장부는 상기 로브에 피봇가능하게 결합된 암을 포함하는 로터리 변위 시스템.
제24항에 있어서,
(a) 상기 챔버와 상기 제1 통로 사이 및 (b) 상기 챔버와 상기 제2 통로 사이에 유동을 제어하는 밸브가 배치되지 않는 로터리 변위 시스템.
제24항에 있어서,
상기 팁 확장부는 제1 팁 확장부를 포함하고,
상기 회전자는 제2 팁 확장부 및 제3 팁 확장부를 더 포함하되, 각각의 팁 확장부는 개개의 팁에 결합되고;
(a) 상기 챔버와 상기 제1 통로 사이 및 (b) 상기 챔버와 상기 제2 통로 사이에 유동을 제어하는 밸브가 배치되지 않는 로터리 변위 시스템.
제24항에 있어서,
상기 축에 결합되는 모터, 발전기 또는 복합 모터/발전기 중 적어도 하나;
상기 축에 결합되며, 상기 축의 회전 방향을 반전시킴으로써 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드 작동 사이에서 상기 회전자를 재조정하도록 작동할 수 있는 컨트롤러; 및
상기 제1 및 제2 통로와 유체 연통하는 유체 저장소를 더 포함하되, 상기 축의 상기 회전 방향은 상기 저장소 및 상기 제1 및 제2 통로 사이의 유동을 제어하는 로터리 변위 시스템.
제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제1 통로;
상기 제2 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제2 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축;
상기 압력-조절 챔버 내에 배치되며 상기 챔버를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 제1 통로로 유동이 제공되는 제1 모드 및 상기 챔버를 통하여 상기 제1 통로로부터 상기 제2 통로로 유동이 제공되는 제2 모드로 교번하여 작동 가능한 회전자;
상기 압력-조절 챔버 외측에 배치되며, 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로 중 적어도 하나와 유체 연통하는 열 교환기; 및
내면 및 외면을 갖는 압력 용기로서, 상기 챔버 하우징, 상기 제1 통로, 상기 제2 통로 및 상기 열 교환기를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 그리고 그 내면은 상기 시스템을 통하여 유동하는 작동 유체와 접촉하도록 배치되는 압력 용기를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제32항에 있어서,
상기 회전자는 제1 회전자를 포함하고, 상기 압력-조절 챔버는 제1 압력-조절 챔버를 포함하고, 상기 제1 회전자 및 상기 제1 압력-조절 챔버는 제1 스테이지를 포함하며, 그리고
상기 시스템은:
제1 포트 및 제2 포트를 구비한 제2 압력-조절 챔버 및 제2 회전자를 포함하는 제2 스테이지;
상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지 사이에서 축방향으로 배치된 벌크헤드;
상기 제1 스테이지의 상기 제2 포트를 상기 열 교환기로 유동적으로 연결하는 제1 통로; 및
상기 열 교환기를 상기 제2 스테이지의 상기 제1 포트와 유동적으로 연결하는 제2 통로를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제33항에 있어서,
상기 제1 스테이지는 제1 축방향 길이를 가지며, 상기 제2 스테이지는 상기 제1 축방향 길이와 다른 제2 축방향 길이를 갖는 로터리 변위 시스템.
제33항에 있어서,
상기 제1 스테이지의 상기 제1 포트와 상기 제2 스테이지의 상기 제1 포트는 시계 또는 반시계 방향으로 원주방향 오프셋되는 로터리 변위 시스템.
제33항에 있어서,
상기 열 교환기는 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지 사이에 축방향으로 배치되는 로터리 변위 시스템.
제36항에 있어서,
다수의 구멍을 가지는 분배 플레이트를 더 포함하되, 상기 분배 플레이트는 상기 제1 스테이지 챔버 하우징과 상기 열 교환기 사이에 축방향으로 배치되는 로터리 변위 시스템.
제32항에 있어서,
상기 열 교환기는 상기 챔버 하우징과 상기 압력 용기 사이에 반경방향으로 배치되는 로터리 변위 시스템.
제32항에 있어서,
상기 열 교환기는 상변화 열 교환기를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제32항에 있어서,
상기 제1 및 제2 통로 중 적어도 하나에 결합되며, 상기 축의 회전 방향을 반전시킴으로써 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드 작동 사이에서 상기 회전자를 재조정하도록 작동할 수 있는 컨트롤러를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제32항에 있어서,
상기 열 교환기는 상기 챔버 하우징으로부터 반경방향 외측으로 배치되며; 그리고
상기 제1 포트 및 상기 제2 포트 중 적어도 하나는 (a)상기 회전 축에 대략 평행한 상기 챔버 하우징의 표면에 배치되고, (b)상기 챔버와 상기 열 교환기 사이에 유체 연통을 제공하는 로터리 변위 시스템.
제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제1 통로;
상기 제2 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제2 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축;
상기 압력-조절 챔버 내에 배치되며, 상기 챔버를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 제1 통로로 유동이 제공되는 제1 모드 및 상기 챔버를 통하여 상기 제1 통로로부터 상기 제2 통로로 유동이 제공되는 제2 모드로 교번하여 작동 가능한 회전자;
상기 압력-조절 챔버 외측에 배치되며, 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로 중 적어도 하나와 유체 연통하는 열 교환기;
내면 및 외면을 갖는 압력 용기로서, 상기 챔버 하우징, 상기 제1 통로, 상기 제2 통로 및 상기 열 교환기를 적어도 부분적으로 둘러싸며, 그 내면은 상기 시스템을 통하여 유동하는 유체와 접촉하도록 배치되는 압력 용기;
상기 제1 및 제2 통로 중 적어도 하나에 결합되며, 상기 축의 회전 방향을 반전시킴으로써 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드 작동 사이에서 상기 회전자를 재조정하도록 작동할 수 있는 컨트롤러; 그리고
상기 제1 및 제2 통로와 유체 연통하는 유체 저장소를 포함하되, 상기 축의 상기 회전 방향은 상기 저장소 및 상기 제1 및 제2 통로 사이의 유체 유동을 제어하는 로터리 변위 시스템.
제42항에 있어서,
상기 열 교환기는 상기 챔버 하우징과 상기 압력 용기 사이에서 반경방향으로 배치되는 로터리 변위 시스템.
제42항에 있어서,
상기 회전자는 제1 회전자를 포함하고, 상기 압력-조절 챔버는 제1 압력-조절 챔버를 포함하고, 상기 제1 회전자 및 상기 제1 압력-조절 챔버는 제1 스테이지를 포함하며,
상기 시스템은:
제1 포트 및 제2 포트를 구비한 제2 압력-조절 챔버 및 제2 회전자를 포함하는 제2 스테이지;
상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지 사이에서 축방향으로 배치된 벌크헤드;
상기 제1 스테이지의 상기 제2 포트를 상기 열 교환기로 유동적으로 연결하는 제1 통로; 및
상기 열 교환기를 상기 제2 스테이지의 상기 제1 포트와 유동적으로 연결하는 제2 통로를 더 포함하고, 그리고
상기 열 교환기는 상기 제1 스테이지 및 상기 제2 스테이지 사이에서 축방향으로 배치되는 로터리 변위 시스템.
제42항에 있어서,
상기 유체 저장소는 지질학적 구성, 수중 저장 용기 또는 고압 탱크를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제42항에 있어서,
상기 축에 결합되는 모터, 발전기 또는 복합 모터/발전기 중 적어도 하나를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제1 통로;
상기 제2 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제2 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축; 및
상기 압력-조절 챔버 내에 배치된 회전자를 포함하되,
상기 회전자는 상기 축에 의해 이송되고 상기 축에 대하여 회전가능하며,
상기 회전자 상기 챔버를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 제1 통로로 유동이 제공되는 제1 모드 및 상기 챔버를 통하여 상기 제1 통로로부터 상기 제2 통로로 유동이 제공되는 제2 모드로 교번하여 작동 가능하며, 그리고
상기 회전자는 하나 또는 그 이상의 내부 캐비티를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제47항에 있어서,
상기 개별 로터리 캐비티 내에 배치된 필러 물질을 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제47항에 있어서,
상기 회전자는 용접된 플레이트를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제47항에 있어서,
상기 회전자는 회전자 프레임을 포함하며,
상기 회전자는 회전자 부피체를 차지하며, 그리고
상기 회전자 프레임은 상기 회전자 부피체의 약 5% 또는 그 이하를 차지하는 로터리 변위 시스템.
제47항에 있어서,
상기 내부 캐비티는 유체를 상기 챔버로 안내하도록 배치된 포트를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제47항에 있어서,
상기 회전자 내에 배치된 증강 구조체를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
입력 포트를 통하여 통로로부터 로터리 챔버로 작동 유체를 유입시키는 단계;
상기 로터리 챔버 내에 다수의 로브를 구비한 회전자를 이송시키는 축을 회전시킴으로써 상기 로터리 챔버 내의 작동 유체를 압축시키거나 팽창시키는 단계;
노즐을 통하여 주입 유체를 상기 로터리 챔버로 주입시키는 단계;
상기 주입 유체를 연소시키지 않고, 상기 주입 유체와 상기 작동 유체 사이에 열을 전달시키는 단계; 및
출력 포트를 통하여 상기 로터리 챔버로부터 상기 작동 유체 및 상기 주입 유체를 배출시키는 단계를 포함하는 로터리 변위 장치의 작동 방법.
제53항에 있어서,
상기 로터리 챔버로 상기 주입 유체를 주입시키는 단계는 상기 입력 포트, 상기 회전자 내의 유체 포트, 또는 상기 로터리 챔버 내의 유체 포트 중 적어도 하나를 통하여 유체를 주입시키는 단계를 포함하는 작동 방법.
제53항에 있어서,
상기 로터리 챔버로부터 상기 주입 유체를 추출하는 단계는 상기 챔버로부터 상기 주입 유체를 제거하는 단계 및 열 저장소 내에 상기 주입 유체를 저장하는 단계를 포함하는 작동 방법.
제53항에 있어서,
상기 로터리 챔버로 상기 주입 유체를 주입시키는 단계는 안개를 주입하는 단계를 포함하는 작동 방법.
제53항에 있어서,
상기 작동 유체의 온도, 상기 주입 유체의 온도, 상기 작동 유체의 압력 또는 상기 작동 유체의 유동 속도 중 하나 이상을 센싱하는 단계; 및
상기 센싱에 기초하여 상기 주입 유체의 체적, 압력, 양 또는 온도 특징을 조절하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제1 통로;
상기 제2 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제2 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축;
상기 압력-조절 챔버 내에 배치된 회전자로서, 상기 축에 의해 이송되고 상기 축에 대하여 회전가능하며, 상기 챔버를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 제1 통로로 유동이 제공되는 제1 모드 및 상기 챔버를 통하여 상기 제1 통로로부터 상기 제2 통로로 유동이 제공되는 제2 모드로 교번하여 작동 가능한 회전자; 그리고
상기 하우징 챔버, 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로의 적어도 일부 둘레에 배치된 절연체를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제58항에 있어서,
상기 절연체는 유리섬유 필러를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제58항에 있어서,
상기 절연체는 에어 갭 절연체를 포함하는 로터리 변위 시스템.
제58항에 있어서,
상기 절연체에 의해 적어도 부분적으로 둘러싸인 열 교환기를 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
제56항에 있어서,
내면 및 외면을 갖는 압력 용기를 더 포함하되,
상기 압력 용기는 상기 챔버 하우징, 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로를 적어도 부분적으로 둘러싸며; 그리고
상기 절연체는 상기 압력 용기의 상기 외면의 적어도 일부를 둘레에 배치되는 로터리 변위 시스템.
제1 통로 및 압력-조절 챔버 사이에 밸브를 작동시키지 않고, 제1 포트를 통하여 상기 제1 통로로부터 상기 압력-조절 챔버로 작동 유체의 제1 체적을 유입시키는 단계;
축 둘레에 제1 회전 방향으로 상기 챔버 내부에 배치되고 세 개 또는 그보다 적은 로브를 갖는 회전자를 회전시켜 상기 챔버 내부의 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 압축시키는 단계;
개개의 회전자 로브를 상기 챔버 하우징의 내벽과 기밀되게 맞물리는 단계;
제2 포트를 통하여 상기 챔버로부터 제2 통로로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 배출시키는 단계;
상기 제2 통로 및 상기 챔버 사이에 밸브를 작동시키지 않고, 제2 포트를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 압력-조절 챔버로 상기 작동 유체의 제2 체적을 유입시키는 단계;
상기 제1 방향에 반대하는 제2 회전 방향으로 상기 챔버 내부의 상기 회전자를 회전시켜 상기 챔버 내부의 상기 작동 유체의 제2 체적을 팽창시키는 단계; 및
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버로부터 상기 제1 통로로 상기 작동 유체의 상기 제2 체적을 배출시키는 단계를 포함하는 로터리 변위 장치의 작동 방법.
제63항에 있어서,
상기 로터리 변위 장치의 작동시 생성되는 열을 전달 또는 저장하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제63항에 있어서,
상기 개별 회전자 로브를 상기 내벽과 기밀되게 맞물리는 단계는 상기 개별 로브에 의해 이송된 팁 롤러를 맞물리게 하는 단계를 포함하는 작동 방법.
제63항에 있어서,
상기 개별 회전자 로브를 상기 내벽과 기밀되게 맞물리는 단계는 상기 개별 로브에 의해 이송된 팁 확장부를 맞물리게 하는 단계를 포함하는 작동 방법.
제63항에 있어서,
가변 구조 씰을 왕복시켜, 상기 회전자가 상기 축을 중심으로 회전함에 따라 상기 회전자를 역동적으로 맞물리게 하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제63항에 있어서,
상기 제1 및 제2 통로와 유체 연통하는 유체 저장소 내부의 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 저장하는 단계; 및
상기 제1 내지 제2 통로 내부의 압력을 제어함으로써 상기 회전자의 상기 회전 방향을 재조정하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제63항에 있어서,
에너지 공급 레벨과 관련된 정보를 컨트롤러로 전송하는 단계;
에너지 수요 레벨과 관련된 정보를 상기 컨트롤러로 전송하는 단계; 및
상기 컨트롤러를 이용하여 인스트럭션을 실행하여 상기 축의 상기 회전 방향을 반전시키는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제63항에 있어서,
상기 작동 유체의 상기 제2 체적을 가열하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
반경방향 직경, 제1 축방향 측 및 제2 축방향 측을 가지며, 제1 포트 및 제2 포트를 구비한 압력-조절 챔버를 갖는 챔버 하우징;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제1 통로;
상기 제2 포트를 통하여 상기 챔버와 유체 연통하는 제2 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전 가능한 축;
상기 축에 의해 이송되고 상기 축에 대하여 회전가능한 회전자;
상기 챔버 하우징의 상기 제1 측에 축방향으로 인접하게 배치된 제1 벌크헤드 플레이트 및 상기 챔버 하우징의 상기 제2 측에 축방향으로 인접하게 배치된 제2 벌크헤드 플레이트; 및
상기 제1 벌크헤더 플레이트를 상기 제2 벌크헤드 플레이트에 고정시키는 다수의 커넥터들을 포함하는 로터리 변위 시스템.
제71항에 있어서,
상기 제1 벌크헤드 플레이트는 제1 직경을 가지고, 상기 제2 벌크헤드 플레이트는 제2 직경을 가지며; 그리고
상기 제1 벌크헤드 직경과 상기 제2 벌크헤드 직경은 상기 챔버 하우징 직경보다 큰 로터리 변위 시스템.
제71항에 있어서,
상기 커넥터들은 볼트들을 포함하는 로터리 변위 시스템.
제71항에 있어서,
상기 챔버 하우징, 상기 제1 통로 및 상기 제2 통로를 둘러싸는 외부 하우징을 더 포함하는 로터리 변위 시스템.
물질 시트를 외부 하우징 직경, 제1 축방향 측 및 제2 축방향 측을 갖는 원통형 외부 하우징으로 형성하는 단계;
상기 외부 하우징 내에 챔버 하우징, 축방향-정렬된 축 및 회전자를 끼워 넣는 단계;
상기 외부 하우징의 상기 제1 축방향 측에 인접한 제1 벌크헤드 및, 상기 외부 하우징의 상기 제2 축방향 측에 인접한 제2 벌크헤드를 축방향으로 배치시키는 단계를 포함하되, 상기 제1 벌크헤드는 제1 벌크헤드 직경을 가지고, 상기 제2 벌크헤드는 제2 벌크헤드 직경을 가지며, 상기 제1 벌크헤드 직경 및 상기 제2 벌크헤드 직경은 상기 외부 하우징 직경보다 크며; 그리고
다수의 텐션 부재들을 이용하여 상기 제1 벌크헤드를 상기 제2 벌크헤드에 연결시킴으로써 상기 제1 벌크헤드와 상기 제2 벌크헤드 사이에 상기 외부 하우징을 고정시키는 단계를 포함하는 로터리 변위 장치의 제조 방법.
제75항에 있어서,
상기 물질 시트를 상기 원통형 외부 하우징으로 형성하는 단계는 원통형상으로 상기 시트를 압연 및 용접하는 단계를 포함하는 제조 방법.
제75항에 있어서,
상기 회전자, 상기 축, 상기 벌크헤드들, 상기 챔버 하우징 또는 상기 외부 하우징 중 적어도 하나에 내열성, 내부식성 또는 저-마찰성 물질을 적어도 부분적으로 코팅시키는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
제75항에 있어서,
상기 외부 하우징에 상기 제1 벌크헤드 또는 상기 제2 벌크헤드 중 적어도 하나를 용접 또는 씰링하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
제75항에 있어서,
상기 외부 하우징 내에 상기 회전자를 끼워 넣는 단계는 실질적으로 중공 내부를 갖는 회전자를 끼워 넣는 단계를 포함하는 제조 방법.
제75항에 있어서,
상기 외부 하우징에 상기 제1 및 제2 벌크헤드를 씰링하여 유체-기밀 압력 용기를 형성하는 단계를 더 포함하는 제조 방법.
로터리 압축기, 상기 로터리 압축기와 유체 연통하는 열원, 및 상기 열원과 유체 연통하는 로터리 팽창기를 포함하는 엔진 시스템으로서,
상기 로터리 압축기는:
제1 입력 포트 및 제1 배출 포트를 구비한 제1 압력-조절 챔버를 갖는 제1 챔버 하우징;
상기 제1 입력 포트를 통하여 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 저압 통로;
상기 제1 배출 포트를 통하여 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 고압 통로로서, (a) 상기 제1 챔버와 상기 제1 저압 통로 사이 및 (b) 상기 제1 챔버와 상기 제1 고압 통로 사이에 유동을 제어하는 밸브가 배치되지 않는 제1 고압 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전가능한 제1 축; 및
상기 제1 압력-조절 챔버 내에서 상기 제1 축에 의해 이송되고 상기 제1 축에 대하여 회전가능한 제1 멀티-로브 회전자를 포함하고;
상기 팽창기는:
제2 입력 포트 및 제2 배출 포트를 구비한 제2 압력-조절 챔버를 갖는 제2 챔버 하우징;
상기 제2 입력 포트를 통하여 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 고압 통로;
상기 제2 배출 포트를 통하여 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 저압 통로로서, (a) 상기 제2 챔버와 상기 제2 저압 통로 사이 및 (b) 상기 제2 챔버와 상기 제2 고압 통로 사이에 유동을 제어하는 밸브가 배치되지 않는 제2 저압 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전가능한 제2 축; 및
상기 제2 압력-조절 챔버 내에서 상기 제2 축에 의해 이송되고 상기 제2 축에 대하여 회전가능한 제2 멀티-로브 회전자를 포함하는 엔진 시스템.
제81항에 있어서,
상기 열원은 열 교환기를 포함하는 엔진 시스템.
제82항에 있어서,
상기 시스템 열 교환기는 상변화 열 교환기, 핀-튜브 열 교환기 또는 가스-대-가스 열 교환기 중 적어도 하나인 엔진 시스템.
제81항에 있어서,
상기 압축기 또는 상기 팽창기 중 적어도 하나와 유체 연통하는 유체 분배기를 더 포함하는 엔진 시스템.
제81항에 있어서,
상기 제1 축은 공통 축의 제1 부분을 포함하고, 상기 제2 축은 상기 공통 축의 제2 부분을 포함하는 엔진 시스템.
로터리 압축기, 상기 로터리 압축기와 유체 연통하는 열원, 및 상기 열원과 유체 연통하는 로터리 팽창기를 포함하는 엔진 시스템으로서,
상기 로터리 압축기는:
제1 입력 포트 및 제1 배출 포트를 구비한 제1 압력-조절 챔버를 갖는 제1 챔버 하우징;
상기 제1 입력 포트를 통하여 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 저압 통로;
상기 제1 배출 포트를 통하여 상기 제1 챔버와 유체 연통하는 제1 고압 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전가능한 축; 및
상기 축에 의해 이송되고 상기 축에 대하여 회전가능한 제1 멀티-로브 회전자를 포함하되, 상기 압축기는 개별 제1 회전자 로브로부터 원주방향으로 연장하는 제1 팁 확장부 또는 상기 제1 입력 포트와 상기 제1 배출 포트 사이의 상기 제1 챔버 하우징에 배치되는 제1 가변 구조 씰 중 적어도 하나를 더 포함하고,
상기 팽창기는:
제2 입력 포트 및 제2 배출 포트를 구비한 제2 압력-조절 챔버를 갖는 제2 챔버 하우징;
상기 제2 입력 포트를 통하여 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 고압 통로;
상기 제2 배출 포트를 통하여 상기 제2 챔버와 유체 연통하는 제2 저압 통로;
상기 챔버 하우징 내에 배치되고, 회전축을 중심으로 상기 챔버 하우징에 대하여 회전가능한 제2 축; 및
상기 축에 의해 이송되고 상기 축에 대하여 회전가능한 제2 멀티-로브 회전자를 포함하되, 상기 팽창기는 개별 제2 회전자 로브로부터 원주방향으로 연장하는 제2 팁 확장부 또는 상기 제2 입력 포트와 상기 제2 배출 포트 사이의 상기 제2 챔버 하우징에 배치되는 제2 가변 구조 씰 중 적어도 하나를 더 포함하는 팽창기를 포함하는 엔진 시스템.
제86항에 있어서,
상기 열원은 열 교환기를 포함하는 엔진 시스템.
제86항에 있어서,
상기 열원은 연소기를 포함하는 엔진 시스템.
제88항에 있어서,
상기 연소기는 상기 압축기와 상기 팽창기 사이에 축방향으로 배치되는 엔진 시스템.
제86항에 있어서,
상기 열원은 상기 로터리 압축기와 상기 로터리 팽창기 외부의 열원에 결합되는 열 회수 유닛을 포함하는 엔진 시스템.
제86항에 있어서,
상기 제1 회전자는 두 개 이하의 로브를 가지며, 상기 제2 회전자는 두 개 이하의 로브를 갖는 엔진 시스템.
제86항에 있어서,
상기 제1 축은 공통 축의 제1 부분을 포함하고, 상기 제2 축은 상기 공통 축의 제2 부분을 포함하는 엔진 시스템.
제1 포트를 통하여 제1 통로로부터 상기 압력-조절 챔버로 작동 유체의 제1 체적을 유입시키는 단계;
축을 중심으로 제1 회전 방향으로 상기 챔버 내부에 배치되고 두 개의 로브를 갖는 회전자를 회전시켜 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 압축시키는 단계;
개개의 회전자 로브를 상기 챔버의 내벽과 기밀되게 맞물리는 단계;
제2 포트를 통하여 상기 챔버로부터 제2 통로로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 배출시키는 단계;
상기 제2 포트를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 압력-조절 챔버로 상기 작동 유체의 제2 체적을 유입시키는 단계;
상기 제1 방향에 반대하는 제2 회전 방향으로 상기 챔버 내부의 상기 회전자를 회전시켜 상기 작동 유체의 제2 체적을 팽창시키는 단계; 및
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버로부터 상기 제1 통로로 상기 작동 유체의 상기 제2 체적을 배출시키는 단계를 포함하는 로터리 변위 장치의 작동 방법.
제93항에 있어서,
상기 제1 통로로부터 상기 압력-조절 챔버로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 유입시키는 단계는 상기 제1 통로와 상기 압력-조절 챔버 사이에 밸브를 작동시키지 않고 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 유입시키는 단계를 포함하며, 그리고
상기 제2 통로로부터 상기 압력-조절 챔버로 상기 작동 유체의 상기 제2 체적을 유입시키는 단계는 상기 제2 통로와 상기 챔버 사이에 밸브를 작동시키지 않고 상기 제2 체적을 유입시키는 단계를 포함하는 작동 방법.
제93항에 있어서,
상기 내벽에 상기 개별 회전자 로브를 기밀되게 맞물리는 단계는 상기 개별 로브에 의해 이송되는 팁 롤러들을 맞물리는 단계를 포함하는 작동 방법.
제93항에 있어서,
상기 제1 통로로부터 상기 압력-조절 챔버로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 유입시키는 단계는 가변 구조 씰에 의해 적어도 일부 경계지어진 상기 챔버의 제1 구역으로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 유입시키는 단계를 포함하는 작동 방법.
제93항에 있어서,
상기 압력-조절 챔버를 다수의 챔버 구역으로 나누되, 적어도 하나의 챔버 구역은 가변 구조 씰에 의해 적어도 일부 경계 지어지는 단계; 및
수축 위치와 상기 가변 구조 씰이 상기 압력-조절 챔버 내부로 반경방향으로 연장하는 팽창 위치 사이에서 회전하는 회전자와 접촉을 통하여 상기 가변 구조 씰을 반경방향으로 왕복시키는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제93항에 있어서,
에너지 공급 레벨에 해당하는 제1 정보를 컨트롤러로 전송하는 단계
에너지 수요 레벨에 해당하는 제2 정보를 상기 컨트롤러로 전송하는 단계; 및
상기 제1 정보 및 상기 제2 정보의 적어도 일부에 근거하여, 컨트롤러-기반 인스트럭션을 실행하여 상기 축의 상기 회전 방향을 반전시키는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제1 포트를 통하여 제1 통로로부터 상기 압력-조절 챔버로 작동 유체의 제1 체적을 유입시키는 단계;
축을 중심으로 제1 회전 방향으로 상기 챔버 내부의 회전자를 회전시켜 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 압축시키는 단계;
제2 포트를 통하여 상기 챔버로부터 제2 통로로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 배출시키는 단계;
상기 제2 포트를 통하여 상기 제2 통로로부터 상기 압력-조절 챔버로 상기 작동 유체의 제2 체적을 유입시키는 단계;
상기 제1 방향에 반대하는 제2 회전 방향으로 상기 챔버 내부의 상기 회전자를 회전시켜 상기 작동 유체의 제2 체적을 팽창시키는 단계;
상기 제1 포트를 통하여 상기 챔버로부터 상기 제1 통로로 상기 작동 유체의 상기 제2 체적을 배출시키는 단계;
열 교환기 및 상기 압력-조절 챔버를 적어도 부분적으로 둘러싸는 압력 용기 내부로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적 및 상기 작동 유체의 상기 제2 체적 중 적어도 하나를 안내하는 단계; 및
상기 압력-조절 챔버 외측 및 상기 압력 용기의 내부에 배치된 상기 열 교환기에서 상기 열 교환기 내부의 열 교환기 유체와 상기 작동 유체의 상기 제1 체적 및 상기 작동 유체의 상기 제2 체적 중 적어도 하나 사이에서 열을 전달하는 단계를 포함하는 로터리 변위 장치의 작동 방법.
제99항에 있어서,
상기 로터리 변위 장치의 작동시 생성되는 열을 저장하는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제99항에 있어서,
상기 열 교환기 유체와 상기 작동 유체의 상기 제1 체적 및 상기 작동 유체의 상기 제2 체적 중 적어도 하나 사이에서 열을 전달하는 단계는:
상기 작동 유체의 상기 제1 체적으로부터 상기 열 교환기 유체로 열을 전달하는 단계; 및
상기 열 교환기 유체로부터 상기 작동 유체의 상기 제2 체적으로 열을 전달하는 단계를 포함하는 작동 방법.
제99항에 있어서,
상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 상기 압력-조절 챔버로 유입시키는 단계는 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 제1 압력 조절 챔버로 유입시키는 단계를 포함하고, 그리고 상기 회전자를 회전시키는 단계는 제1 회전자를 회전시키는 단계를 포함하되, 상기 방법은:
상기 제2 통로로부터 상기 열 교환기로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 반경방향 외측으로 배출시키는 단계;
상기 작동 유체의 상기 제1 체적으로부터 상기 열 교환기 내의 상기 열 교환기 유체로 열을 전달하는 단계; 및
제2 압력-조절 챔버로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 유입시키는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제99항에 있어서,
상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 상기 압력-조절 챔버로 유입시키는 단계는 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 제1 압력 조절 챔버로 유입시키는 단계를 포함하고, 상기 회전자를 회전시키는 단계는 제1 회전자를 회전시키는 단계를 포함하되, 상기 작동 방법은:
상기 제2 통로로부터 상기 열 교환기로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 축방향으로 배출시키는 단계;
상기 작동 유체의 상기 제1 체적으로부터 상기 열 교환기 내의 상기 열 교환기 유체로 열을 전달하는 단계; 및
상기 제1 압력-조절 챔버 및 상기 열 교환기와 축방향으로 정렬된 제2 압력-조절 챔버로 상기 작동 유체의 상기 제1 체적을 유입시키는 단계를 더 포함하는 작동 방법.
제99항에 있어서,
에너지 공급 레벨에 해당하는 제1 정보를 컨트롤러로 전송하는 단계
에너지 수요 레벨에 해당하는 제2 정보를 상기 컨트롤러로 전송하는 단계; 및
상기 제1 정보 및 상기 제2 정보의 적어도 일부에 근거하여, 컨트롤러-기반 인스트럭션을 실행하여 상기 축의 상기 회전 방향을 반전시키는 단계를 더 포함하는 작동 방법.