CN1200787A - 外界热能驱动的动力发生器 - Google Patents

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Abstract

如果转子叶片具有这样的形状,即在它们间形成通道,通道在出口和入口间具有一个窄的截面,那么当转子旋转时,从入口流到窄截面的流体加速达到一个增大的速度,该速度被这样引导,使得流体的动量作用驱动转子,然后转子产生动力,消耗流体的机械能,并当流体从通道窄的截面流到增大的截面时,所述动量被下游增加的流体压力吸收,于是,流体直接将自身的热能转换成它的机械能,该机械能等于驱动转子的能量与从通道流出的流体的动能的和,于是,从通道流出的流体相应地被冷却。

Description

外界热能驱动的动力发生器
本发明涉及由从外界吸收的热能驱动的动力发生器。
本发明的的基本技术已在本申请人的国际申请NO.PCT/AV 94/00482中进行了描述并在1995年，3月，16日的国际专利公报WO 95/07410中公开。这项发明介绍了更好地适应于一般用途的新型的动力发生器的结构。
根据本发明的动力发生器包括一个转子，依靠这个转子通过从一流体吸收的热能产生动力，所述流体流过在转子中特别形成的通道。所述通道具有一个收拢的入口和一个发散出口。所述入口和出口通过它们的相应的窄的端部彼此连接，在所述窄端部流过的流体在转子旋转时达到增高的速度。由所述的流体增高速度引起流体的动量的作用形成驱动转子的力，并且流体以所述的增高的速度进入通道的发散部分，在通道中，流体的动量由沿着通道下游增加的流体压力吸收。从而，通过通道发散部分的流体将其自身的热能直接转换成它的机械能，没有涉及到目前在此种转换中所采用的任何热循环过程。所述机械能等于产生的动力。因此，从转子流出的流体相应地被冷却。
现在参考附图通过例子说明根据本发明的动力发生器的以下结构，其中：
图1示出一个转子通道，用于清楚示出本发明的原理；
图1A是当流体通过转子时，流体具有的机械能的流动图(flowdiagram)；
图2示出具有固定通道的动力发生器纵剖面的一半和侧视图的一半；
图3是图2中的A-A剖面；
图4示出具有可调通道的动力发生器纵剖面的一半和侧视图的一半；
图5是图4中的B-B剖面；
图6示出适合较大动力输出的动力发生器纵剖面的一半和侧视图的一半；
图7是图6中的D-D剖面；
图8示出具有与转子一同旋转的扩散器的动力发生器纵剖面的一半和侧视图的一半；
图9是图8中的F-F剖面。
为了说明本发明的原理，需要用一些简单的数学表达式，并且需要解释在说明中用的一些符号。
E＝机械能
P＝流体压力
V＝流体相对于地面的绝对速度
W＝流体相对运动的转子的相对速度
m＝单位时间通过通道的流体质量
A＝截面积
q＝流体密度
U＝转速
a＝角
图1示出了在转子叶片4间形成的且当转子旋转时流体通过的通道中的一个。为了确定流体的作用，选定四点0，1，2和3。点0表示一个围绕点C旋转的通道外的静止流体。
在行1中示出三点0，2和3流体的单位质量的机械能，这里最初假设所述流体是液体。
行2示出V2值。行3表示在点3和2间的压差，因为流体排放到外部压力中，P3＝P0。
假设，如在点1所示的，流体以一个适当的角进入通道，行4表示在点0和2间的流体的能量差。行4所示的的方程式的最后推导的形式中示出速度W2的数值可使得该方程式或为正的值或为负的值。如果它是正值，流体在点0和2间失去它的机械能。这个能转换为由转子产生的动力，该转子便构成一个动力发生装置。如果所述的方程式为负值，为了维持这个旋转，必须施加一个外来的动力，这种设置构成一个泵或一个压缩机。速度W2可由在点2的通道的截面大小控制。
在行5中，方程式示出点3和2处流体机械能的差。它示出，当行4所述的方程式为正值时，在点3的流体机械能比在点2的大。在行5所示的方程式的最后推导形式中包括两个分量：第一分量是为克服流出速度V3的切线分量的作用力所消耗的机械能，这个能被流体吸收；第二分量代表流体将它的自己的热能直接转换成所述机械能而提供的能量，流体由于给出此能量而冷却。
行6所示方程式的推导形式中，确定转子产生的动力Er，从而流体以速度V3从转子流出，这个动能由一个涡轮转换成动力，或者通过将该流体引导通过一个扩散器转换成压力，该扩散器成为一个动力发生器和一个泵。通过选择一个要求的速度W2，如果由泵消耗的功等于产生的动力，这个设置将构成一个自驱动的泵。因此，这便能够形成由泵压流体的热能部分地或全部地驱动的一个泵或一个压缩机。而且，这便能够将一个在工作时的动力发生器转换成一个动力消耗装置。这种设置示于图4和5，它特别适合于推进车辆，用于驱动和制动。
因为在气体中，P/q＝R·T，其中，R＝气体常数，T＝绝对温度，所以上述的方程式也适应于气体。因此，驱动动力发生器的工作介质可以是液体或气体。
见图1A，该图示意地示出在图1示出的方程式限定的机械能的流动，流体进入转子，该流体具有初始机械能E0和温度T0。在通道的发散部分流体热能的一部分转换成机械能之后，在点3的流体的温度下降到T3，以这样的温度流出。由转子和涡轮产生的动力Er和Tt的总和，等于从流体吸取的热能。
图2和3所示动力发生器的说明如下。
上面已说明了工作原理，此说明仅限于说明动力发生器的结构，动力发生器包括一个在轴承6内旋转的轴5，一个转子圆盘7刚性地连接到轴5上。在圆盘7和曲面板8间牢固地固定转子叶片4。轴5，圆盘7，板8和转子叶片4构成转子，通过该转子产生动力并从转子叶片4间形成的通道中流过的流体中吸取热能。在转子出口设有一个涡轮9，将从通道流出的流体的动能转换成动力，这个动力通过传动装置10传递给轴5。转子和涡轮都在相同方向旋转，但速度不同，涡轮比转子旋转的速度低。箭头R和T表示旋转方向。
环11控制发生器的动力输出，环11可通过套筒12移动，并完全或部分地阻塞进入通道的入口。套筒12可由一个适当的常规控制器或手动移动。
侧板8向转子叶片弯曲，如图1所示，这样使得在点2的通道截面积更加减小，以便提高影响动力输出的速度W2。
转子叶片具有一个凸侧面和一个凹侧面，并通常位于转子内，使得凸侧面面向旋转方向。
图4和5所示的发动机的说明如下。
除了转子叶片4设置围绕它们的轴线13旋转之外，这个发动机在结构上与图2和3所示的发动机结构是相似的。为了实现所述旋转，在每个转子叶片上刚性地连接有齿轮14，齿轮14与齿轮15啮合，齿轮15可由套筒16旋转，并且，使所有的转子叶片同时旋转。为了减小流体的流动阻力，齿轮14和15凹入圆盘7中。
通过旋转转子叶片，通道的窄截面(即图1上的点2处)可以改变或完全关闭，并由此停止发动机的工作。套筒16可由一个常规的控制器或手动旋转。
参见图1中行6所示的方程式，通过改变在点2处的通道的截面积，速度W2将改变，使得方程式可变成正值或负值。这意味着发动机可以是一个动力发生器或动力消耗器。这样的发动机特别适合推进象轿车那样的车辆，因为它可用作驱动和制动。
涡轮9将从转子流出的流体动能的大部分转变成动力，并将该动力通过传动装置10传递到轴5。密封装置17防止流体通过转子和涡轮间的间隙选出。
下面说明图6和7所示的动力发生器。
这个动力发生器包括一个与已说明的图3所示的相似的转子。涡轮9在这里由静止的扩散器18代替，扩散器18将流体的动能转换成压力。动密封器17防止外来流体通过间隙进入扩散器。流体通过一个收集器19进入发生器。入口可由环20部分或完全关闭，在图7中环20是在关闭位置。这样使得发生器可停止工作，或使得它的动力输出得以控制。环20由套筒21操纵，套筒21通过一个在收集器壁22上的槽孔连接圆盘23，圆盘23连接环20。产生的动力由圆盘7传递到轴5，轴5在轴承6中旋转。
如图6纵剖面所示，将转子叶片加深，发生器可产生较大的动力。这个限度由作用在叶片上的离心力确定。插入圆盘24以承受该离心力。而且，为了减小所述的离心力，最好将叶片做成中空的，如由薄金属板制造。
如果流体从轮叶环18排放到一外部流体中，此外部流体具有的压力与进入发生器的流体的压力相同，那么，只产生动力。如果流体排放到一个压力容器中，那么，这样的设置将构成一个动力发生器和一个泵或一个压缩器。速度W2的数值决定产生的动力与转换成压力的速度V3之间的比值。所述的速度W2可通过截面积大小来选择，使得所述的泵或压缩器全部或部分地由转子驱动，转子在这情况下由泵压的流体的热能驱动。叶轮环18可由一个在常规泵中采用的蜗壳代替。
下面说明图8和9所示的动力发生器。
除了侧圆盘7和8的直径比通道的外径大，在通道间形成一个无叶轮的与转子一同旋转的扩散器24外，转子的结构与图2所示的相似。省去了旋转的蜗轮环9。
动力输出由环11控制，环11与转子一同旋转，并由杆26连接臂25，杆26通过在圆盘7上的孔连接臂25。臂25连接套筒27，套筒27可沿轴5移动，并可部分或全部关闭通向转子通道的入口。套筒27可手动或由一个适当的控制器移动。
以上说明并图示的动力发生器可以改变以适应具体的要求。动力发生器的图示的元件是可根据希望或要求更换的。
权利要求书
按照条约第19条的修改
1.一种动力发生器，所述发生器通过在所述动力发生器中用流体作为工作介质提供的热能产生动力，于是，所述热能全部转换成动力，在所述转换中没有任何热能损失，所述的动力发生器
其特征在于：它的结构包括一个转子，借助所述转子产生所述动力，实现热能向机械能的直接转换，所述转子带有这样形成和排列的叶片：在两个相邻叶片间形成一个通道，流体流过所述通道而改变它的压力和速度，所述通道在它的入口和出口间具有一个较窄的截面，使得当转子旋转时，通过所述通道流动的所述流体在入口和所述较窄的截面间加速，所述流体达到一个最大的速度，所述最大的的速度通过所述通道的结构被这样导引，使得由所述最大的速度产生的流体动量作用驱动所述转子，并当所述流体在所述较窄的截面和所述通道的出口间进一步流动时，所述流体减速，通过它的下游增加的压力吸收所述动量，于是，所述流体将其自身的热能转换成它的机械能，所述机械能通常等于驱动所述转子的能量与所述流体在通道出口具有的与在入口前具有的机械能的差值之和，于是所述流体被所述转子的旋转导引，进入并流过转子的通道，从所述通道以基本在进入所述动力发生器时具有的压力流出，并因为所述流体的热能已被转换成机械能，所述流体以相应地降低的温度从所述转子流出。
2.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，所述流体来自外界，并且，在它的热能的一部分被所述动力发生器转换成动力后，冷却的流体排回到外界环境中。
3.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，所述转子叶片围绕轴旋转地排列，所述轴是这样地设置，使得通过围绕所述轴旋转所述叶片，所述通道的较窄截面可改变，所述旋转是由通过与所述轴同心设置且固定连接到叶片的齿轮产生的，所述齿轮与一个所有的叶片共用的齿轮啮合，所述共用齿轮与转子的轴同心设置，使得通过所述共用齿轮围绕转子轴的旋转，所述转子的所有叶片同时旋转。
4.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，所述叶片是这样形成，它们的一侧是凹的，相反侧是凸的，所述叶片设置在转子中，使得凸侧面向所述转子旋转的方向。
5.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，附加一个涡轮，所述涡轮将从所述转子流出的所述流体具有的能量转换成动力。
6.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，从所述转子通道流出的流体通过一个扩散器导向，借助所述扩散器，通过在所述通道的出口形成一个较低压力，所述流体具有的动能转换成动力。
7.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，从所述转子流出的流体通过一个扩散器导向，借助所述的扩散器，所述流体的动能转换成流体的压力，从而构成由所述转子产生的能量驱动的一个泵。
8.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，从所述转子流出的流体通过一个扩散器导向，借助所述的扩散器，所述流体的动能转换成流体的压力，从而构成由所述转子产生的能量驱动的一个气体压缩器。
              按照条约19条修改的声明
为了避开国际检索报告中提到的文件，修改了两项权利要求1和3，并增加了新权利要求2。
修改没有超出提交的所述国际申请公开的范围并被说明书和附图支持。

Claims (7)

1.一种动力发生器，所述发生器通过将流体的热能直接转换成机械能产生动力，
其特征在于：它的结构包括一个转子，借助所述转子产生所述动力，实现热能向机械能的所述转换，所述转子带有这样设置的叶片，在两个相邻叶片间形成一个通道，流体流过所述通道而改变它的压力和速度，所述通道在入口和出口间具有一个较窄的截面，使得当转子旋转时，流过所述通道的所述流体在入口和所述较窄的截面间加速，所述流体达到一个增加的速度，所述增加的速度被这样导引，使得由所述增加的速度产生的流体动量作用驱动所述转子，并当所述流体在所述较窄的截面和所述通道的出口间流动时，所述流体减速，通过它的下游增加压力吸收所述动量，于是所述流体将其自身的热能转换成它的机械能，所述机械能通常等于驱动所述转子的能量和所述流体在通道出口具有的与在入口前具有的机械能的差之和，于是由所述通道流出的所述流体相应地被冷却。
2.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，所述转子叶片围绕轴旋转地设置，所述轴是这样地设置，使得所述通道的较窄截面通过围绕所述轴旋转所述叶片可改变。
3.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，所述转子叶片是这样形成的，它们的一侧是凹的，相反侧是凸的，所述叶片设置在转子中，使得凸侧面向所述转子旋转的方向。
4.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，附加一个涡轮，所述涡轮将从所述转子流出的所述流体具有的能量转换成动力。
5.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，从所述转子通道流出的流体通过一个扩散器导向，借助所述扩散器，通过在所述通道的出口形成一个较低的压力，使所述流体具有的动能转换成动力。
6.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，从所述转子流出的流体通过一个扩散器导向，借助所述的扩散器，所述流体的动能转换成流体的压力，从而构成由所述转子产生的能量驱动的一个泵。
7.根据权利要求1所述的动力发生器，其中，从所述转子流出的流体通过一个扩散器导向，借助所述的扩散器，所述流体的动能转换成流体的压力，从而构成由所述转子产生的能量驱动的一个气体压缩器。
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