| 说明书全文 |
로터리 기계{ROTARY MACHINE}
로터리(rotary) 기계와 압축기는 여러 종류로 알려져 있다. 왕복 압축기와 엔진들을 로터리 기계로 대체하는 것은 오래된 목표였고, 엔진의 경우 특히 더 요구되었지만, 성공한 적이 거의 없고, 널리 사용되는 로터리 기계도 거의 없다.
로터리 엔진 분야에서 가장 발달하고 유용한 디자인으로는 잘 알려진 방켈(Wankel) 엔진이 있다. 그러나, 방켈 엔진도 몇 가지 문제점이 있는데, 그 중 하나는 내부 로터리 시일(rotary seal)의 마모 문제이고, 또 하나는 균형을 맞추기 위한 두 개의 로터, 또는 회전하는 평형추가 일반적으로 필요한 편심 이동 부품들이 여전히 존재한다는 점에서 진정한 로터리 기계가 아니라는 점이다. 또한, 팁 시일(tip seal)들이 내부 로터에 위치하기 때문에, 엔진 전체를 분리하지 않고서는 교체도 불가능하다. 초기 버전인 DKM 엔진에서처럼 방켈 디자인을 사용하여 내부 로터와 외부 케이싱을 축 방향으로 회전시킴으로써, 편심 요소가 없도록 하는 것도 가능하다. 그러나, 이러한 디자인 형태에서는, 시일 지점들이 내부 로터상에 위치하게 되는데, 이는 주입 및 배출 포트들을 포함하는 미끄럼면이 쉘(shell)이나 케이싱 안에 존재해야 한다는 것을 의미한다. 이는, 유체 전달을 제어하기 위해 시일 지점들이 쓸고 지나가는 포트(port)와 덕트(duct)들이 쉘 안에 위치해야 한다는 것을 의미한다. 회전하는 쉘 상의 덕트(duct)들로부터 엔진 외부로 기체를 배출하기 위한 시일 배열 구성을 구현하는 것은 어려운 일이다. 다양한 디자인 형태의 로터리 엔진 및 압축기들이 기재되어 왔는데, 이들은 오프셋된 축들을 중심으로 회전하는 두 개의 로터들을 포함한다. GB764719, DE2916858, FR1124310 및 DE3209807 등이 그러한 예이다. GB764719를 먼저 예로 들면, 이 디자인 형태에서는 작동 챔버(working chamber)와의 사이에서 유체를 전달하기 위한 덕트들을 기재하고 있는데, 이러한 덕트들은 기계의 샤프트 안에 배치된다. 그러나, 이 덕트들은 작동 챔버들로부터 로터를 통과하여, 실질적으로 고정된 샤프트 안까지 연장형성되는데, 그러려면 이 두 구성 요소 사이에 시일(밀봉) 배열 구성이 필요하다. 이러한 배열 구성에 따르면, 작동 챔버들 사이의 유체 제어는 이 샤프트를 중심으로 회전하는 로터에 의해 이루어지는데, 이는 이 기계에서는 작동 챔버들을 형성하기 위해서도 시일이 필요하고, 작동 챔버들 사이에서 일어나는 (내부 및 외부 로터들 사이의 공간들) 유체의 유동을 제어하기 위한 시일들도 필요하다는 것을 의미한다. 또한, 내부 로터 안의 포트와 덕트들은 양방향으로 형성되어 있어서, 유체 과정의 속도를 늦출 수 있고, 작동 챔버들에도 영구적으로 연결되어 있기 때문에, 효과적인 작동 챔버들의 부피를 증가시키고 기계의 가능한 압축률을 감소시킨다. 여기에 언급된 다른 문헌들 DE2916858, FR1124310 및 DE3209807 등은 작동 챔버들에 대한 유체의 전달의 관점에서 모두 유사하다. 쿨리(Cooley)는 축을 중심으로 회전하는 두 개의 로터들을 사용하는, 본 발명과 매우 유사한 엔진(US 724994)을 제안했다. 그러나 주입 및 배출 경로들이 쉘과 케이싱 사이에서 미끄럼 시일들을 경유하는 디자인 때문에 문제점이 있고 누출에 취약하다. 그 외에도 다수의 로터리 엔진 디자인들에서 기체를 작동 챔버로 주입 및 배출하기 위한 방법들을 기재하고 있는데, 대부분 이동식 부품들을 몇 개 포함하는 비교적 복잡한 덕트들을 구비하고 있어서, 고온 배출 가스의 열 전달 및 시일에 있어서 문제를 일으킨다.
본 발명의 목적은 종래 로터리 기계들의 문제점들 중 일부를 극복하기 위한 것으로, 즉 기계 외부에서, 작동 챔버들 안으로 기체 또는 작동 유체를 주입 또는 배출하는데 있어서의 어려움을 극복하고; 편심 왕복 구성 요소들의 균형을 달성하고 기계적인 문제점들을 해결하고; 시일 교체 문제; 및 구성 요소 부품들을 고온 가스로부터 단열시키고; 그 외 전반적인 복잡성을 해결할 수 있는 로터리 기계를 제공하는 것이다. 본 발명은 엔진 또는 압축기로 사용하기 위해 설계된 로터리 기계에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명에 따른 엔진에서는, 미끄럼 시일 지점들이 외부 케이싱이나 쉘 안에 배치되고, 시일 지점들이 대고 미끄러지는 표면이 중앙 로터의 일부를 형성함으로써, 유체가 로터상의 하나 이상의 포트들을 통해 전달되도록 한다. 따라서, 로터와 쉘 사이에 위치하는 작동 챔버들로의 유체 전달 및 배출을 제어하는 일은 상기 포트들 사이를 이동하는 이러한 시일 지점들에 의해 이루어지고, 이러한 포트들 중 적어도 하나는 로터 안에 있는 덕트에 연결되고, 상기 덕트를 연결시키고 포트와도 일체시키는 로터 샤프트와도 연결되고, 기계 외부로까지 연장형성된다. 이를 통해 상기 덕트는 단일 방향성을 갖게 되는데, 이는 기계의 회전 방향에 따라, 유체를 작동 챔버들 안으로 전달하든지 작동 챔버들 밖으로 배출시키든지 간에, 하나의 방향으로 유체를 이동시킨다는 것을 의미한다. 이러한 배열 구성의 주된 이점은, 추가적인 제어 수단, 시일 또는 추가적인 이동 부품 등의 복잡성 없이도 로터 안의 단순한 덕트 및 샤프트만을 통해 유체가 포트와 기계 외부 사이를 이동하도록 할 수 있다는 것이다. 이를 통해 로터와 쉘은 둘 다 축을 중심으로 회전가능하게 되어, 진정한 로터리 기계가 되는 것이다. 이러한 기계를 고온 기체와 함께 사용하는 경우, 즉, 내연 기관의 경우, 로터 샤프트의 단순한 로터리 특성 및 고정 축을 중심으로 그 안에 포함하는 덕트의 구성으로 인해, 동축 로터리 시일을 통해 추가적인 덕트 또는 파이프까지 시일을 달성할 수 있다는 것을 의미하고, 엔진 구성 요소 안으로 열이 전달되지 못하도록 덕트를 단열하기도 쉽다는 것을 의미한다. 또 다른 이점은 시일 지점들을 기계 외부에서도 접근가능하기 때문에 교체가 용이하다는 것과, 더 저렴하고 신속한 소모 물질들을 사용할 수 있는 가능성도 열린다는 것이다. 유체 제어 수단을 포트와 덕트에 직접 인접하게 제공하는 것은 몇 가지 이점을 제공하는데, 그 중 하나는 덕트가 단일 방향성을 띠기 때문에 유체가 두 방향을 왔다 갔다 하기보다는 한 방향으로만 이동하므로 유체의 유동이 지속적으로 이루어지는 이점이 있다는 것이다. 또한, 덕트의 부피가 작동 챔버의 일부가 되지 않기 때문에, 기계의 최대 압축을 감소시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에 따르면, 로터리 기계가 제공되는데, 이 로터리 기계는, 제1 축을 중심으로 회전하는 내부 로터, 상기 제1 축과 평행하고 상기 제1 축으로부터 오프셋된 제2 축을 중심으로 회전하는 외부 쉘, 상기 제1 축 및 제2 축을 서로 정렬된 상태로 유지하는 외부 지지 구조체로서, 외부 지지 구조체에 대해 상기 제1 축 및 제2 축이 거의 고정되어 있는, 외부 지지 구조체, 및 제1 회전 축과 동축으로 상기 로터에 부착되는 샤프트를 포함하고, 상기 쉘은, 그 내부 표면상에, 상기 로터와 상기 쉘 사이에 두 개 이상의 작동 챔버를 형성하도록 상기 로터의 외부 표면과 상호 작용하는 두 개 이상의 시일 지점을 구비하고, 상기 외부 표면은 유체 전달 포트를 포함하고, 상기 샤프트는 상기 제1 회전 축과 거의 평행하는 덕트를 포함하고, 상기 덕트는 상기 로터 내의 추가 덕트와 연결되고, 상기 추가 덕트는 상기 포트에 연결되고, 상기 덕트와 추가 덕트는 함께, 상기 포트에서부터 상기 샤프트가 상기 지지 구조체와 상호 작용하는 지점까지, 유체를 전달하기 위한 연속 경로를 형성하고, 상기 경로는 연속적으로 개방되어 실질적으로 막혀있지 않고, 상기 지지 구조체에 대해 실질적으로 고정된 축을 중심으로 회전함으로써, 작동 시, 상기 쉘에 대한 상기 로터의 상대적 회전은 상기 작동 챔버의 크기가 변동되도록 하여, 상기 포트에서의 상기 시일 지점의 상대적 이동이 상기 포트와 상기 작동 챔버 간의 유체 전달을 제어하고, 상기 로터의 주어진 회전 방향에 대하여, 상기 유체는, 상기 샤프트가 상기 지지 구조체와 상호 작용하는 지점과 상기 작동 챔버 사이에 형성된 경로를 통해 단일 방향으로 전달된다. 로터는 로터의 회전 축에 실질적으로 평행인 외부 표면을 구비하는 것이 바람직하고, 쉘은 쉘의 회전 축에 실질적으로 평행인 내부 표면을 구비하는 것이 바람직하다. 내부 로터의 외부 표면은 실질적으로 하나 이상의 로브(lobe)를 포함하는 에피트로코이드(epitrochoid)의 형태로 형성되는 것이 바람직하나, 작동 시 쉘의 시일 지점들이 로터의 표면을 접촉하거나 매우 근접하게 위치된다는 가정 하에, 로터의 외부 표면은 그 외 다른 적합한 형태로도 구성될 수 있다. 쉘의 내부 표면 또한 실질적으로 에피트로코이드 형태로 구성되는 것이 바람직하다. 로터 샤프트는 로터의 일측에 부착될 수도 있고, 또는 로터를 일측면에서 타측으로 통과하도록 연장형성될 수도 있다. 또 다른 배열에 따르면, 두 개의 샤프트를 로터의 각 측에 사용할 수도 있다. 로터와 쉘은, 그 축들을 서로에 대해 정확하게 배치하기 위해, 프레임, 구조물 또는 케이싱 안에 장착하는 것이 바람직하다. 로터 표면은 일반적으로 두 개의 로브(lobe)들을 포함하고, 쉘은 세 개의 시일 지점들을 포함하나, 그 외 다른 배열도 가능하다. 가령, 세 개의 로브를 갖는 로터와 네 개의 시일 지점을 갖는 쉘을 사용할 수도 있다. 그 외 조합도 가능한데, 일반적으로 쉘 안의 시일 지점의 개수보다 하나 적은 로브를 갖는 로터가 사용된다. 로터는 제2 포트, 제2 덕트, 제2 추가 덕트를 포함하는데, 여기서 제2 덕트는 샤프트에서 제1 덕트와는 반대편 단부에 위치함으로써, 작동 시 유체가 로터 샤프트의 일단부로 진입하여 타단부에서 배출되도록 하는 것이 바람직하다. 또는, 로터는 로터 안의 빈 공간(void)에 연결되는 제2 유체 전달 포트를 포함할 수 있는데, 이 제2 유체 전달 포터 또한 쉘 안의 덕트를 통해 기계 외부로 연결됨으로써, 작동 시 유체가 쉘 샤프트를 통해 기계로 진입하고 로터 샤프트를 통해 배출되거나, 로터 샤프트를 통해 진입하여 쉘 샤프트를 통해 배출될 수 있다. 로터 샤프트 안의 덕트는 로터리 시일을 통해 기계의 외부에 부착되는 고정식 덕트, 파이프 또는 다기관(manifold)에 연결될 수 있다. 경로를 형성하는 덕트와 추가 덕트는 일체형, 즉 별도로 이동하는 부품들로 구성되는 것이 아닌 단일 피스로 형성될 수 있다. 쉘은 로터에 부착된 외부 기어 휠과 맞물리는 내부 기어 휠(gear wheel)을 포함하는 것이 바람직한데, 이렇게 로터에 부착된 외부 기어 휠과 맞물림으로써 이 두 부품들이 서로에 대해 정확하게 움직이도록 하여, 이에 따라 시일 지점들과 표면들의 내부 마모를 최소화한다. 시일 지점들은 쉘의 외부에서 용이하게 접근할 수 있는 이동 가능한 스트립(strip)들을 포함함으로써 용이한 교체를 가능케 한다. 로브(lobe)가 두 개인 로터를 사용하는 디자인의 기계인 경우, 이 기계가 4 행정 내연 기관으로서 작동하도록 하기 위해, 하나의 주입 포트와 하나의 배출 포트를 로터상의 적합한 위치에 마련하는 것이 바람직하다. 또는, 두 개의 주입 포트와 두 개의 배출 포트를 로터상의 적합한 위치에 마련함으로써, 상기와 유사한, 두 개의 로브를 포함하는 디자인의 기계를 펌프나 압축기로 사용할 수도 있다. 이 기계가 엔진으로 사용되는 경우, 쉘 주변에는 점화 플러그(spark plug)가 마련될 수 있다. 엔진에 연료를 공급하고 엔진에 대한 공기의 유동을 조절하기 위한 주입 시스템(injection system) 또는 기화기(carburetor, 카뷰레터) 등의 수단이 제공될 수 있는데, 이는 로터와 쉘을 지지하는 프레임에 용이하게 부착될 수 있고, 배출 유체 전달 포트와 덕트들은 배출 시스템에 연결될 수 있다. 엔진으로서 작동 시, 배출 가스는 로터 샤프트 안의 통로를 통해 기계에서 배출되는 것이 바람직하다. 이 통로의 내부 표면에는, 로터 및/또는 샤프트가 고온의 배출 가스로 인해 과열되는 것을 방지하기 위한 단열재가 마련될 수 있다. 이 통로는 일체형으로 형성되기 때문에 단열재 제공에도 유리하다.
도 1은 엔진의 구성 요소들을 회전 축에 수직인 방향에서 본 단면도이다.
도 2는 로터가 반시계 방향으로 90도 회전한 후의 도 1의 엔진 구성 요소들을 도시한 도면이다.
도 3은 도 2의 엔진을 회전 축 방향에서 본 도면이다.
도 4는 시일 지점들의 변경 예를 도시한 도면이다.
도 5는 네 개의 포트를 포함하는 압축기를 도시한 도면이다.
도 6은 네 개의 로브(lobe)를 포함하는 로터와 다섯 개의 시일 지점을 포함하는 쉘을 포함하는 엔진을 도시한 도면이다.
도 7은 로터 샤프트의 변경 예를 도시한 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조로 실시 예들을 예로 하여 본 발명을 상세히 설명한다. 먼저 도 1에서는 본 발명에 따른 4 행정 내연 기관의 주요 이동 구성 요소(19)들을 도시하고 있다. 구성 요소들이 잘 보이도록 하기 위해, 구성 요소들을 제자리에 유지시키는 구조체는 도시하지 않았다. 이 엔진에서, 내부 로터(1)는, 축(2)으로부터 오프셋된 축(4)을 중심으로 회전하는 외부 쉘(3) 안에서, 상기 축(2)을 중심으로 회전한다. 이때 회전 방향은 화살표(2r 및 3r) 방향과 같다. 이 실시 예에, 로터는 두 개의 로브(40)(lobe)들을 포함하고 쉘은 세 개의 시일 지점(5)들을 포함한다. 시일 지점들은 스프링 장치(7)와 유지 플레이트(retaining plate, 8)들을 포함하는 이동 가능한 시일 스트립(6)들을 포함한다. 쉘(3)과 로터(1)는 같은 방향으로, 2:3 비율의 회전 속도로 회전한다. 로터 표면이 에피트로코이드(epitrochoidal) 형태로 되어 있다는 점, 그리고 로터와 쉘의 상대적인 속도 때문에, 시일 지점들은 로터 표면에 대해 기밀한(gas tight, 기체가 새지 않는) 미끄럼 시일을 유지한다. 로터 샤프트(9)는 원통형이고 중앙에 덕트(10)를 포함한다. 관찰자에 최근접한 로터 샤프트 안의 덕트는 로터를 통과하여 추가 덕트(11)까지 연장형성되어, 로터의 외부 표면의 포트(12)(주입 포트)에서 끝나며, 상기 덕트, 추가 덕트 그리고 포트는 경로(17)를 형성한다. 관측자(미도시)로부터 가장 멀리 떨어진 샤프트 안의 덕트는 로터를 통해 덕트(13)로 연장형성되어, 포트(14)(배출 포트)에서 마무리된다. 이러한 제2 덕트, 제2 추가 덕트 그리고 제2 포트는 제2 경로(18)를 형성한다. 세 개의 작동 챔버(A, B, C)들이 쉘과 로터 표면 안의 시일 지점들의 상호 작용에 의해 형성된다. 당업자라면 작동 시 로터와 쉘의 회전으로 작동 챔버들의 크기가 다양해진다는 것을 이해할 것이고, 이는 주입 및 배출 포트들의 위치와 함께, 기체(가스)가 표준 4 행정 엔진에서처럼 주입되고, 압축되고, 연소되고, 팽창되고, 배출되도록 한다는 것을 이해할 것이다. 이 도면에서는, 로터와 쉘 사이의 챔버 A는 배출 포트(14)를 통해 기체를 배출하는 과정에 있고, 방향은 화살표 방향과 같다. 한편, 챔버 B는 주입 포트(12)를 통해 기체를 유입하고 있으며, 이때 기체의 유동도 화살표 방향과 같다. 챔버 C는 점화를 위해 완전히 압축된 위치에 있다. 외부 쉘은 압축된 기체를 유지하기 위한 하나 이상의 연소 캐비티(15)(빈공간)를 포함할 수 있다. 압축된 기체는 최대 압축 지점에서 점화 플러그(16)들에 의해 점화된다. 도 2는 로터의 반시계 방향으로의 90도 회전 및 그에 상응하는 쉘의 60도 회전 후의 도 1의 엔진 구성 요소들을 도시한 도면이다. 챔버 A는 부피가 감소했고, B는 최대 부피에 도달했고, C는 이제 막 확장되기 시작한 상태이다. 따라서, 상기 회전으로 기체 유동이 4 행정 엔진 사이클과 호환 가능하게 되었다는 것을 볼 수 있다. 주목해야 할 것은 쉘(50)과 로터(51)에 형성된 두 개의 맞물리는 기어 휠들의 위치이다. 이 기어들은 로터가 쉘에 대한 적합한 상대적 관계를 유지하며 이동하도록 하여, 로터 표면이 쉘 표면(단 시일 지점에서는 제외)과 접촉하는 것을 방지하고 쉘, 시일 지점들 및 로터 표면에 대한 응력(stress)와 마모를 감소시킨다. 도 3은 도 2의 엔진(37)을 회전 축 방향에서 본 단면도로, 로터와 쉘의 상대적 위치는 도 2에서와 같으나, 도 2에는 미도시된 추가적인 구성 요소들을 포함한다. 지지 구조체(20)는 베어링(23)들을 통해 로터(21)과 쉘(22)을 위치시킨다. 로터에는, 쉘(22)의 내부에 대한 시일(밀봉)을 제공하는 측면 시일들이 그 둘레(24)에 마련된다 (쉘의 시일 지점들은 본 도면에는 미도시됨). 로터(28) 안의 포트는 로터 안의 덕트(27)와 연결되는데, 이 덕트(27)는 샤프트와 로터의 회전 축(43)과 평행하고 동축인 샤프트(25) 안의 덕트(26)까지 연장형성된다. 이 덕트(26)는 샤프트가 베어링(23)을 통해 지지 구조체와 상호 작용하는 지점(41)까지 연장형성되는데, 이러한 덕트들의 배열 구성은 작동 챔버 A와 지점(41) 사이의 유체 전달을 위한 경로(ef)를 포함한다. 이 경로는 서로에 대해 움직이는 부품들이 아닌, 함께 결합된 부품들에 의해 그 경계가 정해졌다는 점에서 일체형으로 구성됨을 알 수 있다. 샤프트(25)와 그 내부의 덕트(26)의 연속부는 지점(41)을 지나서, 샤프트가 마무리되는 지점(42)까지 연장된다. 로터리 시일(35)은 샤프트를 지지 구조체에 시일(밀봉)함으로써, 지지 구조체에 부착된 고정식 덕트(44)까지 덕트가 더 연장형성되도록 한다. 지점(41)을 지나 지점(42)까지에서는, 샤프트가 그 일체형 덕트와 함께 지지 구조체에 대하여 고정된 축(43)을 중심으로 회전하고 지지 구조체에 인접하다는 것을 알 수 있는데, 이는 지점(41)에서부터 로터에서 멀어질수록 엔진으로의 기체 전달 또는 엔진으로부터의 기체 전달이 용이하게 배치된다는 것을 의미한다. 제2 포트(29)는 로터 안의 덕트(30) 및 샤프트(36) 안의 덕트(31)에 연결되는데, 이 배열 구성은 챔버 B와, 샤프트(36)가 지지 구조체와 상호 작용하는(이 경우 지지 구조체와 근접함으로써) 지점(45) 사이의 유체의 전달을 위한 제2 경로를 포함한다. 이 샤프트는 지점(45)을 지나도록 연장형성되고, 덕트는 시일(34)에 의해 지지 구조체에 대해 시일(밀봉)된다. 샤프트(36)를 고온 배출 가스로부터 보호하기 위한 단열재(38)가 샤프트(36)에 장착된다. 로터 안의 덕트(30)에는 추가 단열재(39)가 장착된다. 경로(gh)를 형성하는 덕트들이 일체형으로 구성되고 함께 움직이기 때문에 이 경로에 단열재를 설치하는 일이 훨씬 용이하다는 것을 알 수 있다. 엔진이 최대 압축 위치에 있을 때, 점화 플러그(33)에 근접한 전극(32)에 고압 전류가 공급되어, 연소가 시작된다. 도 4에서는 도 1의 실시 예의 시일 지점들에 대한 변형 예를 도시하고 있다. 도 4에서는, 시일 지점(60)들이 쉘(61)과 인접하게 형성되고, 로터(62)와 매우 근접한 상태를 유지함으로써 기밀(gas tight sealing) 밀봉 상태를 달성한다. 도 5에서는 두 개의 주입 포트(70)와 두 개의 배출 포트(71)들을 포함하는 압축기를 도시하고 있다. 여기서도 도 1의 엔진에서와 같이 챔버 크기 가변성 원리를 사용하나, 연소/확장 사이클을 생략하는 대신 로터가 360도 회전할 때마다 두 번의 압축 사이클을 실시한다. 도 6에서는 다섯 개의 시일 지점(102)들을 포함하는 쉘(101)과 네 개의 로브(104)들을 포함하는 로터(103)를 포함하는 엔진(100)을 도시하고 있다. 이 장치에서는, 두 쌍의 포트(110, 111)가 필요하다. 이러한 장치에서는 로터의 대칭적 배열 덕분에 기계적으로뿐만 아니라 열 팽창에 있어서도 균형이 잘 잡힌 로터가 구현된다는 것을 알 수 있다. 도 7에서는 도 3에 도시된 엔진의 변형 예를 도시하고 있다. 로터 샤프트(80)는 엔진 외부로까지 연장형성된다. 배출 가스들은, 기체의 열기로부터 엔진 구성 요소들을 보호하기 위한 단열재(82)를 포함하는 샤프트를 통해 배출된다. 샤프트에는 소음 장치(silencer, 81)가 장착되고, 이 소음 장치(81)는 샤프트와 함께 회전됨을 알 수 있다. 도 8에서는 도 3에 도시된 엔진의 변형 예를 도시하고 있다. 로터(90)는 빈공간(void, 92)로 개방되는 포트(91)를 포함한다. 유체를 위한 경로는, 포트에서부터 빈공간(void)을 통과하도록 연장형성되고, 이어 쉘의 회전 축과 동축인 일련의 구멍(93)들을 통과하여, 쉘 샤프트가 지지 구조체(127)와 상호 작용하는 지점까지 쉘(94)의 샤프트 안으로 연장형성된다. 이러한 경로는 지지 구조체(96) 내에서 덕트(95)를 통과하여 더 연장형성되고, 시일(97, 126)들을 통해 시일(밀봉)된다. 로터를 지지하는 샤프트(98)는 본 실시 예에서처럼 속이 채워진 강체(solid)로 이루어지거나, 이전의 실시 예들에서처럼 덕트를 포함할 수 있다. 로터(90)의 타측에는, 제2 포트(120)가 단열재(124)를 포함하는 로터 안의 덕트(121)에 연결되는데, 이는 역시 단열재(125)를 포함하는 제2 로터 샤프트(99) 안의 덕트까지 연장형성된다. 이를 통해, 포트(120)에서 시작해, 샤프트가 지지 구조체와 상호 작용하는 지점(122)을 거쳐, 나아가 배출 덕트(125)까지 연속적인 경로(mn)을 형성한다. 이러한 경로 배열 구성(mn)의 이점, 특히 엔진의 고온 배출 측에 사용되었을 때의 이점은 앞서 설명했었다. 주입 경로는 연속적이지 않고 일체형으로 구성되기 때문에 효율적으로 기능하기 위해 더 많은 시일(밀봉)을 필요로 하고, 또한 단열하기가 더 어렵지만, mn 보다 단면적이 넓은 이점을 갖기 때문에 기체를 더 효율적으로 전달한다. 이 경로(pq)는 차가운 주입 기체들이 엔진 안으로 유입되도록 하는데 사용된다. 도 9는 도 3에 도시된 엔진에 대한 변형 예를 도시하고 있다. 엔진(130)은 그 외부 표면에 다수의 핀(fin, 132)들을 포함하는 쉘(131)을 포함한다. 이 핀들은 쉘이 회전할 때 팬(fan)처럼 기능함으로써, 지지 구조체 안의 환풍기(vent, 133)들을 통해 공기를 유입한다. 쉘에 공기가 유입되면 핀들에 의해 제공되는 증가된 표면적의 도움으로 쉘을 냉각시키게 된다. 이를 통해, 엔진의 쉘을 회전시키는 것은 외부 냉각 시스템의 필요성을 없애주기 때문에 이점이 된다는 것을 알 수 있다. 또 다른 변형으로, 환풍기(134)들을 통해 배출되는 공기가 덕트(135, 136)를 통과하여 엔진(137)의 공기 유입 경로 안으로 유입되도록 된 디자인 형태가 도시되었다. 이것은 유입된 공기의 압력을 높이고 이에 따라 엔진의 고출력을 높인다는 것을 당업자는 이해할 것이다. 도 10에서는 도 9의 쉘(131)을 회전 축의 방향에서 본 도면으로, 만곡된 방사상 핀(141)들의 배열된 구조를 도시하고 있다. 지지 구조체에는 추가적인 핀들이 형성되어 (여기서는 미도시됨) 쉘 핀(141)들과 상호 작용하여 추가적인 공기 압축을 제공할 수 있다. |
