第八章:无燃油引擎 我们一直以来都有个观念,就是需要燃烧燃料来产生我们可以使用的动力。我们销售煤、焦炭、木材、石蜡/煤油、石油/汽油、柴油、丙烷等等,让我们燃烧来“获得”能源。尽管百分百地事实上燃烧这些东西的确可以导致能量以一种方便使用的形式来加热、制冷、给引擎提供动力等等,但我们谨慎地避而不谈的事实是,完全不必燃烧燃料去令我们想要提供动力的东西运行。这个“不方便”的事实至今已经被隐瞒和拒绝超过五十多年(很奇怪,就是被那些卖这些燃料给我们燃烧的人所隐藏——你是否也许认为他们可能出于某些动机,而不是我们最大利益,对此他们无疑是非常关注的?) 本章是关于“无燃油”引擎的。严格地说,它们不是自力式的,但由于它们不燃烧任何种类的燃料,日常生活用语中它们在可以被形容为“自力式”的。同样,在阳光下的太阳能电池板没有使用燃料而依然产出电功率,这些电动机从环境汲取能源并为我们提供机械功率。事实上,能量是永远不会“用尽”的,而只是从一个形式转换成另一种形式。在值得我们信赖的太阳能电池板的情况下,约17%来自太阳的辐射(主要是紫外线)被转换成电力,而83%则是加热和其他损失,但由于我们不必提供阳光,太阳能电池板吐出电力,这正是我们要的,无需做任何事就能让它发生,所以我们对它的极端低效一点儿也不在乎。而我们所关心的是,从太阳能板流出的电力是“自由能源”。 令人惊异的是我们一直以来被说服,我们必须燃烧燃料去获取电力。拿大排水量游艇来说,船长可以使用他的舷内柴油发动机航行:
这完全符合您需要燃烧燃料来得到动力的想法,因为游艇是通过燃烧柴油给引擎提供动力而推动前行的。但如果船长决定关闭引擎并把帆张开会怎样?
现在,同样的一条船,完全相同重量相同的机组人员,现在正在以相同的速度继续航行,但没有燃烧燃料。真正有趣的事情是,虽然我们知道这十分完美,而且我们都知道,人们已经用没有引擎的船完全航行在世界各地了,但似乎并没有提醒我们这已经确凿地说明,是可以不必燃烧燃料去为一些设备项目或运输形式提供动力的。 以我们的游艇来说,其能量来自太阳对大气加热的不均衡,导致风吹,而游艇主人用帆来使这些风为他的船提供动力而在水上行驶。因此,帆船实际上是由太阳供力,虽然我们通常这样想。 有许多水力发电的“发电站”,其电的“产生“是通过水压驱动机器。事实上,完全没有能量被“产生”,而是水体的势能转换成电能,通过水的下落而旋转机轴。那么,水是怎么跑到上游的?嗯,是雨。而雨又是怎样跑到天上去的?它的上升是太阳的加热导致的蒸发。所以,最终水电“能量”发电站还是由太阳提供动力。 风车也是由太阳提供动力。但是,而这里真正有意思的事情是,如果我说压缩空气发动机是完全有可能产生机械动力而无需燃烧任何燃料的,那么就会有即刻和强烈的反应,人们会说“不可能——这是永动机!” 他们说永恒运动是不可能的,但从未提供任何合理的证据来支持这个说法。地球已经在其自轴上旋转了千百万年,那么他们预计它到底在何时停止?太阳系里的所有行星已经在轨道上运行了千百万年,它们还要运行多久才能被认为是永恒运动?人们为什么如此抗拒永恒运动的观念?大概,因为永恒运动清楚表明不必燃烧燃料去“产生”能量,而这对于那些卖燃料的人是相当不利的,因此,我们大家从小就被告知永恒运动是“不可能”的。 嗯,没关系,我们这里正要看看空气压缩引擎放出太阳的加热。也就是说,它们是广被接纳的工程事实的热泵,而其运行完全采用标准的科学原理。一台普通的电冰箱在电功率驱动它时,输出三到四倍的热功率,而如果使用得当,它将有两倍的效能。这是一个3或4的性能系数(Coefficient Of Performance,COP),这应该是“不可能”的,但不幸的是,所有的冰箱都是这样工作的,而你总不能只是因为它们的表现似乎不符合某些理论就说冰箱并不存在吧。 其实,这里并没有涉及魔法,作为额外的能量是从当前当地空气的热含量中汲取的。冰箱的运行不是孤立的,而是与它周围的空气进行热交换。这个外部的能量导致COP>1的性能。顺便说一下,所有COP>1的设备运行都是从外部源(通常为零点能量场)汲入能量的,而它们当中没有哪一个实际上打破了科学“定律”。但是,这就够了。 那些不想让自力引擎用于当今世界的人,寄希望于对有关热泵的工程事实继续装糊涂。一台自维持的空气压缩机的确放出来自太阳的能量,就像帆船、风车和水力发电站所做的那样。抱歉,伙计们,这里没有魔术,只是普通的工程。不可否认,很少人知道或认识到此标准工程的含义: 1. 压缩空气进入存储罐,被转换成热,然后在大气中散失热量,所有工作完成;因此,存储罐里的压缩空气里的能量与空气中所产生的大气加热是相同的,但由于现在更多的在罐里,有额外的势能可以做功。在空气压缩前,通过大气加热,这个额外能量被饲入到空气中。 热力学第一定律指出,凡热能转换成机械能,或机械能转化为热能,热量完全等于机械能量。我们于是有了一个耐人寻味的情形,这里所有的机械能处于压缩空气状态进入存储罐都作为热量而散失,可是,罐里的内容物现在却有一个更高的势能在做工。此信息来自工程教科书。 2. 如果膨胀的冷空气用于离开引擎去冷却压缩机的进气,那么当它在缸内升温时会有一个额外的增益,从本地环境拉入热量。 3. 如果压缩的热转移到贮气容器饲给引擎而且不给定时间消散,那么对引擎则有进一步的功率增益。 4. 如果压缩空气被允许迅速膨胀,温度则会有一个显着的下降。勒罗伊•罗杰斯(Leroy Rogers)引擎设计,在本章后来所示的,应用了这一因素来创建一个压缩空气引擎驱动的汽车空调系统。 那么OK,概括地说,压缩空气罐的可用能源直接来自大气中所含的热量,尽管事实上我们总是想像罐中的能量是通过我们的高能泵浦放进去的。 让我们来查看一下哪些引擎使用这些原理而提供了无燃料运行吧,我们就从鲍勃•尼尔的设计开始。鲍勃的完整设计收录在附件里。鲍伯•尼尔空气压缩引擎 鲍勃•尼尔(Bob Neal)的设计是压缩空气操作的引擎和压缩机,引擎的运行是继续再供给压缩空气罐:
这是引擎的透视视图,
而这是一个垂直穿过引擎的压缩机部分的横剖面视图。在他的专利中,鲍勃避免任何直接提及他的引擎设计是无燃料的事实。这样的声明是不受专利审查员欢迎的,即使它完全是事实。
斯科特•罗伯逊压缩机系统 鲍勃•尼尔(Scott Robertson)的系统可以做一些进一步的解释,所以这里有一个斯科特•罗伯逊的用一个吹扫器可能运行压缩机系统的设想,他的网站是:http://www.aircaraccess.com/index.htm。
尽管它看来相当复杂,其实一点也不。让我们依次看看各个部分:
首先,你有一个普通的空气引擎,提供来自发压力罐的压缩空气。这个引擎把冷的、膨胀的气体排放到环境中去。引擎在在两台压缩机之间并为它们提供动力,以保持气罐充满压缩空气。
第一台压缩机是一台简单的落叶吹扫器,它提供了大量的低压空气。最大的问题是“你怎样使这大量的低压空气进入到有着高压气体的气罐里去的?” 这看似不可能完成的任务是由第二台压缩机的辅助下——一个精巧的、超简单的设计完成的:
在这里,低压空气送入粉红色标记的低压区。把它从高压隔离开的是一个绿色标记的金属塞。装在这个塞的是一个有着五个单向空气阀的圆环,标注为红色。由于通过一个“喷射驱动压缩机”而产生的空气的高速喷射,这些单向阀让低压空气进入高压区。初看起来街,这似乎是不可能的,但实际上它正是一个标准的工程技术的应用。高速喷气直接通过一个特殊形状的喷嘴,在这个喷射的周围创建一个局部的低压区:
在“A”点的低压空气流经有五个单向阀的环进入盘形低压区“B”,然后通过大功率空气喷射掀开穿过标注为黄色的环形圈而被吹入高压区“C”。高速喷气导致低压环“B”快速运动,由于标注为黄色的环形圈的形状和定位而产生了一个涡流。这个巧妙的配置使得大量的低压空气被扯进一个装有高压气体的罐子里。 你还会注意到,双级压缩机生产这种高速喷射气体的工作区域实际上是在罐子里的。这意味着压缩热用来加热罐内的空气,并提高其压力,进一步增强其运行。应当记住,新鲜空气进入系统已经被太阳加热过的了,而且它是带有驱动系统的能量的。
勒罗伊•罗杰斯的改型压缩空气汽车系统 这里所示的勒罗伊•罗杰斯(Leroy Rogers)电机没有声称有什么惊人的运行,但尽管如此,但勒罗伊在一个采访中承认,这台电机确实有一个比应用输入更大的输出,只要不让电机只是空转。该电机就像下面所示的希伯•冯•法肯伯格(Eber Van Valkinburg)的美国专利3,744,252的“应用压缩流体的封装动力系统”。然而,这里显示的罗杰斯专利具有独特的优势,它使用现成的电机和容易买到的硬件,而且对于罗杰斯引擎没有什么是真正奇特的或麻烦的——即一个人无法从阀门供应商或从金属制造公司获得的构造。 然而,虽然勒罗伊说过他的设计在每小时超过30英里时是自维持的,一个关键的设计特点是他的非常高性能的压缩机组,后来他申请了专利,如下所示。现今汽车发动机是低传动的,在相当低的转速运行。如果给它们不同的传动系统,这些同样的引擎能在更高的转速下高效运行。以罗杰斯电机,高压气瓶中所载的空气是足以驱动活塞向上和向下。空气可以被具有更高得多的传动装置和低得多的每活塞冲程量的压缩机抽回高压气瓶。引擎退出的膨胀空气的温度比环境空气低得多,而如果它在一个缓冲罐内被捕获,并用于压缩机的输出,那么重新充入的气瓶效率会更高,假如气瓶从周围环境吸收热量,在瓶内提高其温度,因而使瓶内压力得到额外提升,远远超过由压缩机提供的压缩。 勒罗伊设计的一个实际细致要素是他设想要适应普通车辆引擎,并提供了大量实用的详细信息,作为如何适应方能实施。 用罗特伏特(RotoVerter,如第 2 章中所述) 驱动压缩机将降低压缩机驱动的功率需求,在某种程度上,这种电机的适应应该是自我维持的。罗特伏特凭其本身的条件提供了主要的能源增益,而且特别适于驱动像压缩机一类的机械载荷,而且它尤其“'喜欢”恒负载应用,如压缩机。 专利中的适应引擎是这样的:
这项专利显示了如何可以在压缩空气上处理运行的引擎的具体细节。它没有显示的是实际能量流动的背景细节和压缩空气的效应,然后让它膨胀。这些东西都不是我们日常生活中通常遇到的,所以像这一类的系统将如何运作的,我们并没有一个实时直观的感受。考虑膨胀的影响。虽然大家都熟知让压缩气体膨胀会导致冷却,而其实际效应却很少被意识到。 勒罗伊的压缩机专利如下所示:
梗概: 一台为发动机提供增压空气的增压器,组成了一台闭式轴向压缩机,一台径向式压缩机处于轴向式压缩机和外壳的下游。外壳由四个部分组成,包括一个高度聚集的部分,“截头锥形”的过渡管道利于引导轴向式压缩机的排放到径向式压缩机的入口,而一个中空的、高度聚集的、尾喷口整流锥部分直接下行至径向式压缩机,由它聚集进入增压器的排气口。环流分布器用于引导径向式压缩机的排放进入尾喷口整流锥。 描述: 增压器给引擎的气体或/燃料混合物施加附加压力,使得气缸收到空气或空气/燃料混合物的、每体积单位比之用其它的方法所供应的,有更大的重量。结果,引擎的容积效率和功率输出得到改进。 根据以往的做法,增压器一般包括一个单一的鼓风机,迫使空气或空气/燃料混合物进入引擎汽缸。通常情况下,风机是由连接到引擎机轴的传动机构驱动的,其齿轮齿数比约为6∶1。这些早先的增压器类型曾广泛用于赛车发动机和径向式飞机发动机。然而,由于其高运行速度和传动机构的原因,这些增压器被认为太复杂、太沉重、太昂贵,难以应用于发动机的大规模生产,如轿车和卡车。 最近,一些汽车制造商纷纷推出涡轮增压发动机,通过涡轮机驱动径向式压缩机扩充引擎的排气。虽然涡轮增压器在涡轮机可以提供大量的功率给压缩机上有优势,但其极度的运行速度需要有特殊的轴承、润滑和维护。此外,涡轮增压器需要特殊的管道,如旁路配置,这只会增加它们的成本和维护要求。因此,涡轮增压器在汽车行业里只是作为一个昂贵的选项提供。 此外,在一种新型的汽车引擎中还有近期兴趣,其运行从压缩气罐到影响其活塞的往复运动。这种引擎的一个例子,可以在美国专利号4,292,804、由本发明的同一个发明人发布的专利中找到。在引用的专利中,至少气缸的部分扩充排气被引到压缩机再压缩,然后返回到它所来自的储罐。如果不是上述排气的全部再压缩,至少有一部分,能以皮带驱动、旋转器来来实现,这样容易制造和维护,还能提供充足的再压缩。 本发明的目标: 因此,本发明的一个目标是提供适合于提高汽车、直升机或类似工具的引擎性能的增压器,这种增压器是可以廉价生产的和易于维护的。 本发明的另一个目标是提供一种增压器,它无需诉诸极端的运行速度而能提供足够的提升,因此可以避免伴随着高速运行所带来的高昂代价的难题。 本发明还有一个目标是提供一个相对小巧、轻便的增压器,便于廉价制造和维护。 本发明的另一个目的是提供一个皮带驱动的增压器,具有一个在相对低的运行速度上提供增压压缩的设计。 本发明还有一个目标是提供一种增压器,它可以很容易拆卸和重新装配,其目的是低成本的保养和维修。 本发明还有一个目标是提供一种增压器,它可以大批量生产组装配件,从而降低制造成本。 本发明的另一个目标是提供一种皮带驱动增压器,它提供增压压缩而无需压缩机的多级压缩。 而本发明的另一个目标是为气体运行的引擎提供一个旋转的增压器,这种增压器容易制造和维护,而且能对再循环传动液提供充分的再压缩。
发明摘要: 通过本发明实现这些和其它目标是提供一个增压器,它包括一个有着入口和出口的外壳,一台闭式轴向压缩机和一台径向式压缩机可转动地安装在外壳内,一个高度收敛的、浅的截头圆锥过渡管顺利地引导轴向式压缩机的排气进入径向式压缩机的入口。 根据本发明的另外一个方面,上述增压器还包括一个尾喷口整流锥在径向式压缩机的下游位置,而导流器用于径向式压缩机向尾喷口整流锥排气。 在优选的实施中,外壳本身由四个部分组成:一个柱形前端的外壳部分,它规定一个轴向的直接入口;第二,柱形管道部分封装轴向式压缩机;一个尾段外壳部分规定过渡管以及径向式压缩机的入口和套管;而尾喷口整流锥部分规定其外壳出口的终点。为驱动压缩机传动轴,一个双面滑轮被安在普通轴的前端,其滑轮适于接收引擎的曲轴轮的一条或多条传动皮带。外壳部分的前端的边孔用于连接传动皮带。 以此披露的配置,压缩的实现可以通过增压作用而无需诉诸多级压缩机和高运行速度。此外,披露的增压器设计可避免轴向式压缩机和径向式压缩机之间的导向叶片的要求。尾喷口整流锥部分同样有利于避免对径向压缩机的背压的积累。设计也很简单,由此得以廉价地制造和维护。 本发明的其它目标、优势和新颖特征将从下面的发明详述并与图示相配时变得清晰可见。 图示简介: 本发明的一个优选实施以相关配图而得以更详尽的描述,其中以相关数字表示相关元件,而这里:
图.1 是依照本发明的优选实施的一个增压器的剖视图的侧视图;
图.2 是图.1的增压器的侧视图;
图.3 是图.1增压器叶轮的前视图;
图.4 是图.1沿4—4线所取的剖视图;
图.5 是图.1沿5—5线所取的剖视图;
图.6 是图.1沿6—6线所取的剖视图;
图.7是图.1增压器叶轮的一个部分的透视图;而
图.8 是图.1带有衔接头的增压器的局部视图。 优选实施的详细说明:
参考图.1 和图.2,增压器10用于提供超动力空气给汽车引擎类似器械,以使引擎接收到每单位体积的空气、或燃料/空气混合物,比用其它方式提供的有着更大的分量。根据本发明的优选实施,增压器10由外壳12构成,外壳有一用于接收环境空气的轴向导入口14和一个用于传送增压的空气到汽车引擎入口的轴向导出口16。可旋转的安装在外壳12内的是轴18,其上是固定的轴向压缩机24和位于轴向压缩件下游的径向压缩机26。皮带轮28锁在轴的前端30以接收传动皮带31,传动皮带连接轴18到引擎机轴上的皮带轮(未显示)。传动皮带31传送扭矩到轴18作为所需驱动增压器10的压缩机24和26。 外壳12由四个部分构成,它们最好用法兰以端对端连接的形式用螺栓连接在一起。它们包括外壳前端部分32,径向压缩机管道部分34,外壳尾段部分36和尾喷口整流锥部分38。轴18沿着外壳12的纵轴延伸。
外壳前端部分32是一个空心圆筒,向前延伸到前轴承座40。外壳前端部分32封装轴18的前端30,并配有皮带轮28。在其前端,外壳前端32部分规定入口14接收来自外部源(未显示)的空气。 特别参考图.2,外壳前端部分32包括在侧面上的边孔44,使得传动皮带31由此连接到皮带轮28。外壳前端部分32还包括前法兰46,用于连接空气滤清器、汽化器,导气罩或类似的增压器10的上游——根据特定的引擎布局。 这是可以理解的,即在平时的引擎布局中,增压器10通过其入口14从外部源接收空气或燃料/空气混合物,压缩的空气或燃油/空气混合物,然后传送到引擎入口。
再次参考图.1,皮带轮28 被过盈配合在轴18的前端30上,而插销134用于锁定皮带轮28就位。皮带轮28最好是双轨设计,这样适合于双传动皮带,虽然单带式皮带轮也已足够。皮带轮28最好大小可调,以便其直径对引擎曲轴的主动轮的直径的比提供一个有效的传动比,范围在大约二又二分之一到四又二分之一。因此在空转时,当汽车引擎运行在大约每分钟700转时,增压器10运行在大约每分钟2,400转,而在定速运行时,当引擎运行在约每分钟2,500转时,增压器10最好在每分钟6,000转到每分钟8,000转的范围内转动。必须指出,虽然皮带轮28的直径可能会大大减小,以达到所需的传动比,双轨轮28提供了足够的表面积总和,以避免皮带31的打滑。 外壳12的下一个相邻部分是轴向式压缩机管道34,它是一个同轴辅助相关的轴向式压缩机24的短的圆桶。最好轴向式压缩机管道34是由铸铝制造,其内表面48经机加工以确保管道34和轴向式压缩机24的屏蔽物50之间的余隙一致。与外壳12的其它部分一样,轴向式压缩机导管34有着法兰52和54,用于有效连接相邻的外壳部分。轴向式压缩机导管34引导空气从外壳前端部分32向轴向式压缩机24传递。
现在参见图.1和图.4,前轴承支座40置于外壳前端部分32和轴向压缩机导管34之间。前轴承支座40包括外圈56和三个辐臂58。辐臂之间规定为通道60,用于让空气通过轴承支座40。外圈56通过螺栓连接前外壳32部分的后部法兰64和轴向式压缩机导管34。通过这个配置,前轴承支座40被牢牢地固定在外壳12上,这样载荷和对轴18的冲击可以通过前轴承支座40转移到外壳12。 在优选实施中,轴承支座40的外圈56延伸到外壳前端部分32的入口14处,其方式为它的内缘68与轴向式压缩机24的屏蔽物50的内缘70一致。这样,外圈56有助于气流向轴向式压缩机24的定向。 前滚球轴承组件76的外滚道74锁紧在前轴承支座40和轴承承托护圈片78之间,通过可移动的螺栓80拧紧。在这个优选实施中,前轴承组件76是密封高速类型的。合适的商业产品轴承组件是市场上销售的美国Fafnir 405KDD型。最好,前轴承组件76的下滚道82以过盈配合锁紧在轴18上。隔圈84置于下滚道82的一侧,隔圈84还与轴向式压缩机24的轮毂86毗连,以定位轴向式压缩机24在轴承座40的预定下游距离上。类似地,隔圈88置于下滚道84的另一侧,并与皮带轮28毗连,以把皮带轮28和前轴承座40隔开,以确保在它们之间有足够的余隙。 应当意识到轴承承托片78使得可以随时进入前轴承组件76进行维护和维修。要检修前轴承组件76,在轴18的前端30上的螺母90和锁紧垫圈92被松开,然后与皮带轮28和隔圈88一起移开。然后螺栓42和轴承承托片76被移开,暴露出下整个轴承组件76,以便于维修和/或移走。 外壳尾段36通过螺栓连接到轴向式压缩机管道34的下游端。最好,外壳尾段36是一个单一的铸铝段,并包括外部纵向肋条94以增加外壳尾段36的刚性。外壳尾段36的壁定义增压器10的三个要素:一个高度锥形过渡管96,利于引导轴向式压缩机的输出到径向式压缩机26的入口98;径向式压缩机26的入口98本身;和一个径向式压缩机26的外壳100。 过渡管96是一个中空的、截头圆锥体部分有一个近似35°的半顶角(从母线到对称轴)。角度的选定使其入口到径向压缩机26尽可能接近轴向压缩机的出口,而不会造成不应有的回压。在优选实施中,过渡管96在轴向压缩机24的一个短距离开始,并在径向压缩机26的入口98的刚进入之处结束。过渡管96的高度锥形被认为卷入更高容量的空气,从轴向式压缩机24的更多向外辐射部分排放。这种滚入作用被认为是促进了径向压缩机26的入口98的一个有利的流态。同时还相信过渡管96的高度圆锥形影响上游轴向压缩机24的流动条件,其方式是促进了其性能。还发现对于轴向式压缩机24无需定子(或出口导叶)。 实质上,相信过渡管96执行轴向式压缩机出口叶片和径向压缩机进口导叶的功能,而没有通常的压力损失。避免这些压力损失并预期改善轴向压缩机性能,使增压器10比无过渡管96给出更高的总压比。结果,在中速运行上实现了充分压缩,而无需诉诸几个轴向压缩机组。但是,应该理解当增压器10连接相对缓慢的往复式柴油机或一个非常大的引擎时,也许可取的做法是包含两个或更多的轴向压缩机以提高增压器的总压比。这样,本发明于是将至少包含最后一个轴向压缩机过渡管下游的放置。 在径向压缩机26的入口98,后外壳36的壁是圆柱形和绕着轴18同轴定位的。应该指出的是在优选实施中,从过渡管96到入口98的表面过渡102是完美的。 外壳尾段36的套管部分100严格遵循径向压缩机26的桨叶缘104的外形定义以一种无空隙、实质密封的方式,在径向压缩机的技术中是众所周知的。外壳尾段78的套管部分100的在径向压缩机26的旋转叶片之间的通道空气使叶片可以传递做功给经过的空气。套管部分100还规定了径向压缩机26的排放出口106。 刚刚超过径向压缩机26的排放出口106,外壳尾段36的内表面立刻开始内弯曲,以过渡进入外壳12的下一个相邻部分,尾喷口整流锥38。以这种方式,在外壳尾段36的最后面部分的内表面上和尾喷口整流锥92界定了一个内变形导流片108。在优选实施中,导流片108严密地、并同轴地围绕着径向压缩机26的出口106定位,以便从径向压缩机26所排放的空气不会在到达环状流导流片108之前显著弥散。通过提供了一个从外壳尾段36到尾喷口整流锥38的内部的平滑过渡,环状流导流片108导向径向压缩机26的输出进入尾喷口整流锥38。 尾喷口整流锥38是个高度会聚、中空的锥形截面,直接置于径向压缩机26下游,以从环状流导流片108接收径向压缩机26的输出。在优选实施中,尾喷口整流锥38是一个单一的铸铝件,它以法兰接头110附加到外壳尾段36的下游末端。最好,尾喷口整流锥92依照一个近似35°的半顶点会聚,并规定排气口16在终点上。排气口一个线状图案的部分112使得合适的外部管(未显示)的附件引入到引擎的入口。 增压器10运行过程中,被尾喷口整流锥92封闭的空间防止高层回压的积累,否则可能会出现并减损运行和径向压缩机26的效率。尾喷口整流锥92封闭的空间也同时有足够的容积吸收脉冲并达到非定常流的平均值条件,以促进增压器10的一个平滑而连续的输出。
现在参照图.1和图.6,尾喷口整流锥38包括一个后轴承座114,它由部件116组成,它从尾喷口整流锥38的外壁放射状地向内延伸。在靠近轴18的径向向内的位置,部件116内聚形成一个杯形的环面,成为后轴承组件120的壳体118。壳体118对径向压缩机26的后表面是敞开的,便于增压器10的拆卸。后侧轴承组件120与前轴承组件76的类型和尺寸都相同。轴承组件120的内圈122通过隔片124和126与轴18的后端132上的螺母128和垫圈130结合,恰当地设在轴18上。在这个优选实施中,构件116与尾喷口整流锥38的壁形成一个整体。
参照图.1和图.5,旋转时,轴向压缩机24通过入口14吸入空气,而当它迫使空气进入后壳体段36的过渡导管96时,给了空气一个初始量的压缩。在这个优选实施中,轴向压缩机24由轮毂86、护罩50和系列的十(10)个等距的径向叶片136组成。理想的情况下,每个叶片136从根部138到顶端140呈渐开线,并包括叶后缘142和叶前缘144,两端的叶缘都略微弯曲。叶片斜度从根部138的约12°逐渐增加到末端140的约36°。不过,叶片136的斜度和其它几何方面的特定值可能会根据不同的运行速度或其它参数而不同,这对于相关技术熟练和对本披露熟悉的人来说是显而易见的。 轴向式压缩机24最好是用一个单一的铸铝部分组成,有着轮毂86的两个面143和145,要加工精确,以利相对于壳体12上的轴18上的轴向压缩机24的轴向定位。护罩72的两个面146和148也要机加工成平的。另外,护罩的外缘150的加工要保证护罩和相邻的轴向压缩机导管34的内表面48之间的间隙是一致的。最好,轴向压缩机24通过与轴18的台阶部152的干涉配合被固定到轴18上。隔垫84和154分别轴向定位轴向压缩机24相对于前轴承座40与径向压缩机26的位置。 常规类型的动平衡试验机可用于测试安装之前的轴向式压缩机24的平衡。如果检测到不平衡,可以移除护罩50的外缘150,从而达到适用的平衡。
现在参照图.1、图.3和图.7,径向压缩机26由一个单一的铸铝部分构成,并且包括轮毂156和弧形叶片158。介于每对叶片158之间的是第二组叶片160是被截短了的径向压缩机26的入口162,使得入口162不会因为两组叶片而拥挤。于是,径向压缩机26的特点是既有大的总量的叶片,又有一个相对小直径的入口,而这些特点提高了压缩机26的性能。在入口162的区域内,叶片158含有前缘164并向旋转方向扭曲,以有利于防止在入口162上的一个有利冲角。 最好是在径向压缩机26定位于轴18的台阶部128,与其干涉配合,并通过一个键166锁定其旋转滑移。隔片124确保径向压缩机26的后面和后轴承组件120之间的间隙。 轴18的构成是硬化钢,并在分别在两端30和132为螺母90和128攻丝。除了中间的台阶部152外,它还收纳压缩机24和26,轴18也有台阶部170和172,分别用于收纳前后轴承组件76和120。轴18的台阶配置便于装配和拆卸,最大直径的台阶部152位于轴18的中间,而所有的台阶部的直径都大于两端的30和132的螺纹直径。 请注意,轴承支撑件40和114是在一个相对于壳体12的固定的位置,而压缩机24和26则由有着预定的长度的隔件84、124和154固定在轴承支撑件22和40之间。因此,压缩机24和26相对于壳体12的纵向轴的安置是通过隔件,而不是通过相对于壳体12的轴18的轴向位置。还请注意,在轴18的台阶部152、170和172每个都有着额外的长度,使各部件(轴承组件和压缩机)在各自的台阶部都有一个相对宽范围的位置。因此,轴18不需要在沿壳体12的纵向轴线上被精确定位,以达到增压器10的适当装配。比如,如果螺母90和128与它们出现在图.1中拧紧得有所不同,则轴18会在图.1所示的在轴向方向上稍微移位。然而,轴18上的各个组件的相对定位,即,皮带轮28、压缩机24和26以及轴承组件76和120,将保持自己与壳体12的相对位置是相同的。这个特点简化了制造过程,并且相应地降低了成本。 在运行中,增压器10在其出口16适当地连接的汽车发动机的入口,用传动皮带31从发动机曲轴连接到增压器10的皮带轮28。然后,随着发动机运行,扭矩由传动带31传递到皮带轮28,驱动压缩机24和26。旋转时,轴向压缩机24通过入口14吸入空气,赋予空气一个压缩的初始量,并以旋流的形式排入到过渡管96。由于其设计,轴向压缩机24被认为在叶梢140区域中比起其径向向内的位置移动更大体积的空气。于是,处于轴向压缩机24背后的外环区域有着比内环区域更大的空气质量。当轴向压缩机24排放时,使得离开轴向压缩机管道34,高度会聚,过渡管96被认为能使从轴向压缩机24排出的空气的环状外围大量滚入。这一作用被认为有两个有利的结果。首先,滚入作用导致在径向压缩机26的入口98建立起一个流态,这样就完全避免了导向叶片的需要。其次,并且同等重要,滚动作用,与过渡管96的密闭空间的大容积结合,被认为对轴向压缩机24的性能是有利的影响,以此从而获得更高的压力比。 由于增压器10的总压比是两个压缩机的压力比的乘积,可以看出,轴向压缩机24的性能的增加会导致增压器总体性能的相应提高。还应当注意,对于径向压缩机26的去除入口导向叶片和对轴向压缩机24去除出口叶片,大大简化了后壳体部36的设计,因此可节省制造成本。这也避免了有关这种导向叶片的通常还是相当显著的压力损失。 在离开过渡管96时,空气的进气预旋流进入径向压缩机26的入口98,然后进入压缩机26本身。在通过在径向压缩机26中,空气飞快旋转并移动,使得以一个可观的径向速度分量离心排放,于是由此产生的气流由于环形导流器108而突然转向,并使其进入尾喷口整流锥38。正如前面所解释的,由尾喷口整流锥38封闭的大容积空间导致流动条件落后于径向压缩机26,使得避免升高的背压,否则压力可能损害径向压缩机26的性能。径向压缩机26的输出中的脉冲也缓和了。然后空气在压缩状态下传递到尾喷口整流锥38的排气口16。增压空气然后向下流动到适当的发动机进气系统,直到它到达气缸或发动机的气缸。
谈到增压器10应用于空气罐动力引擎,如在美国专利4,292,804号中披露的,增压器10起的作用与上述那样是同样的方法,但以不同的方式连接到发动机。在气罐动力引擎中,引擎的排气集管至少有一个传递部分膨胀的空气到连接到增压器10的入口14的管线。参照图.8,在大多数这样的应用中,这条管线将会在直径上小于在增压器入口14的壳体12,这样就需要一个转接头173。转接头173包括一个螺纹孔176以接纳配套件,管线180的螺纹端178。板174由多个螺栓固定在前壳体部分32的法兰36上。因为来自管线180的空气通常少于增压器的全容量,补充空气由前壳体部分32的侧边孔44引入。在这个应用中,边孔44因此即起着一个进气孔的作用,又能用于调节传动皮带31,为此其尺寸必须作为附加要求,使它不至于太大而扰乱管线180里进入的空气的流动。通过增压器的通道后,空气被导入到排气口16,并进入到连接到它的一个合适的管线,这个管线可能直接导入引擎,或引擎的储罐。如果导入到储罐,这个再压缩后的空气被用于补充储罐所需的再充气要求。 可以体会到,达到节省增压器10的制造成本的原因是壳体12、轴承支撑件40和114、轴向压缩机24和径向压缩机26都是用铸铝件做的,并且只要求最少量的机加工。此外,滚柱轴承组件76和120是市售的元件,以及增压器10也是很容易装配的。这些方面,进一步降低了制造成本,并使所披露的增压器可以便宜地去维护和检修。更重要的是增压器10尽管其简单的设计,却能在相对低的运行速度下增压。以其较低的运行速度,增压器10的使用寿命延长,和遇到机械故障的风险降低。需要特殊轴承的设计和润滑也避免了。因此,增压器10非常适于是为大规模生产和在汽车、卡车、直升机或诸如此类中的应用。
涡流管 网站 http://www.airtxinternational.com/stainless-steel-vortex-tubes.html 显示“涡流管”是没有移动部件的完全的无源(被动)设备:
这台设备做的事情不是你所能预料得到的。压缩空气在一个温度下——说是,70摄氏度——被送入圆形腔室,此处腔室的形状导致它出管时是急遽螺旋的:
在涡流中有一个能量增益,正如在飓风或龙卷风中能够看到的,但这里真正有趣的事情是空气膨胀时压强的变化引起的戏剧性变化。热增益比对热损失是通过开口的大小比例控制的,这就是为什么在小开口部有一个可调喷嘴。 通过大孔板排出的空气体积比通过的小孔板排出的空气体积大得多,于是它并且非常迅速地膨胀,产生一个巨大的温度下降。现在这个冷空气的密度远远高于进入涡流室的空气的密度。如此,温度一直都在下降和密度一直都在增加。这些膨胀的特点利用了勒罗伊•罗杰斯的引擎设计,引擎的部分的膨胀空气排放是压缩过并回送到主储气罐的。虽然压缩机把空气泵回储气罐时确实提高了空气的温度,但并没有马上回到其原始温度。 这导致引擎运行时罐内的气温下降。但是,罐温降低导致从周围的环境的热量的流入,再次提高整体罐温。这种冷却空气的升温导致罐压进一步增加,承蒙本地环境的帮助,得到一个能量增益。重要的是要理解,比起让压缩空气再次膨涨而产生的动能来说,它所用于压缩空气的能量更少。这是实际情况,是由本地环境免费提供并且又不违反能量守恒定律。还有一个特点就是它尚未有更深程度的开发,只待爱冒险的发明家或实验者去利用。
爱伯•范•瓦尔京伯格引擎 爱伯基于这些原理呈现给我们一个自定义的引擎。他的引擎在系统内即用压缩空气,又用压缩油来操控压力,并使得引擎是自我提供动力的。附录中的爱伯•范•瓦尔京伯格(Eber Van Valkinburg)的专利是一份略做重新修辞的副本,其中评述道:“储存在一种压缩的弹性流体里的能量是利用了一种控制方式施加压力并维持这种加压。加压的非弹性流体被减压送到原动机的叶轮。从原动机输出的能量只有一部分被用来循环非弹性流体去维持系统内的一个几乎恒定的容积平衡”。
泵产生的运行压力为300到500磅/平方英寸(psi)。理查德没打算申请这台引擎的专利,因为1972年授出的美国专利3,697,190的一种液体沥青泵——“截锥牵引泵”在细节上是如此相近,理查德觉得没有足够的差异使他能够被授予专利:
似乎想要生产或制造这种引擎的人的范围相当广,它可以作为一种加热器以及产生机械动力设备。这表明对这种引擎来说,水的净化可以是一种附加的“额外”选项。 德国的阿尔弗雷德•埃弗特教授对克莱姆发动机和这一普遍类别的涡轮机的运行作出了分析。他的网站http://evert.de/indefte.htm关于这个问题有着大量的信息。
离心推力发动机 目标 前面的章节中介绍过空气驱动引擎的几种不同版本。其中一种特别强力的是由压缩空气驱动的“吸气缸引擎”。由于使用如此稠密的工作介质所产生的强大的离心力,水驱动引擎需要更为复杂的闭合回路配置。 这个“离心推力发动机”的新概念表明离心力有助于转动动量。然而,我们先要讨论一些旋转系统惯性的普遍观点。 重力和离心力
这个圆柱体的局部平面图以灰色显示。这个圆柱体缸的半径为100厘米(R100)。物体M以3.13 米/秒的速度沿内壁移动(见箭头V3.13)。这个物体被圆柱体持续向内推。 这个向内的加速度A可以通过公式的速度平方除以半径来计算,在这里,半径为1米时为3.13米/秒,加速度A =(3.13^2/1 = 9.8米/秒^2。 与向内的加速度匹配的是那个物体的向外的离心力。那个离心力(A9.8)显示为图中的红色矢量。重力加速度大约也是9.8米/秒^2,在这里显示为图中的绿色矢量(G9.8),垂直向下作用。所产生的力在图中以蓝线显示。如果圆柱体壁被45度倾斜的锥体的内表面代替,那么物体将以相同的速度旋转,保持恒定的高度。 现在,看看中间的图。这里,半径距离壁只有24厘米(R24),而物体只以1.5米/秒(V1.5)移动。所产生的向内、或“向心”加速度是A = 1.5^2/0.24,即9.8米/s^2,所以,这里,离心力(A9.8)再次对应于重力下的加速度(G9.8)。 因此,力的解析图与前面的图相匹配。 所以每当物体刚好在一秒内完成一次旋转时,向心(向内)加速度与重力加速度相同。1米半径,周长约为3.13米,因此每秒转一圈的速度约为3.13米/秒。0.24米半径,周长约为1.5米,因此每秒转一圈需要1.5米/秒的速度,因此产生相同的结果。这是否是纯属巧合,还是由于其它原因,将后面的“以太物理”一节中讨论。 图07.05.01的最下面,一个旋转以1.5米/秒(V1.5)的相同速度进行,但是这次在更短的半径——即,16厘米(R16)——产生更强的向内加速度——得自A = 1.5^2/0.16,解得约为14米/秒^2。如力的示意图所示,这导致物体沿着比先前轨迹更高的圆形轨迹旋转。这可以在杯中的咖啡被剧烈搅动的运转中看到。 提升力
现在看看图07.05.02,它说明了对物体施加更高转速的效果。24厘米(R24)和16厘米(R16)的半径现在分别以6米/秒(V6)的更高速率推进。向内的“向心”加速度相应地更大,并且由等式A = 6^2/0.24给出,其分别算出约为150米/秒^2(A150)和225米/秒^2(A225)。 在这两种情况下,离心力明显大于重力(如G9.8所示的短绿色接近垂直的矢量),因此产生的合力(图中以蓝色显示)比以前更接近于水平。这些物体因此沿着具有更陡峭壁的锥体的内表面运动时(以灰色显示)将以恒定的高度旋转。 图07.05.02的最下面的图显示了这些力压在不太倾斜的壁上(显示为灰色)的情景。壁通过向与其表面垂直的角度来抵抗这种压力(深绿色的矢量)。因此,接近水平的离心力的其余部分产生一个向上的分量(H20和H30,以红色显示),与壁的倾斜面平行。根据物体的速度和壁的倾斜角度,这个向上的力使物体沿着壁向上加速。在这些例子中,这个加速度大约是20到30米/秒^2。在我们的杯子搅拌咖啡的例子中,搅拌速度越快和杯的侧面越倾斜,溢出杯子边缘的咖啡就越多。注意这个离心力的一部分变成了一个组成部分,其作用与重力方向相反。在我们的例子中,6米/秒(每秒六转或360转/分钟)产生比重力大得多的提升力。 螺旋轨道
在图07.05.03中,左侧的图显示的是球体A,可能是一个保龄球,在一个水平面的平板上从右到左直线滚动。正下方呈现的平面图显示,球体的运动是一条直线。 但是,如图的左下方所示,如果球体以一定角度投影到垂直圆柱体中,则在它图中遵循一条从E到F的向上的螺旋轨迹。它所遵循的路径类似于螺母内部或螺栓外部的螺纹。如果移动的物体是水的射流而不是实芯的球体,也会遵循同样的路径。 图07.05.03右边相应的三个图显示了球体的情况,如果不是垂直柱体,它将投影成倒锥体形状。这样,所遵循的路径是从K点开始并延续到L点的螺旋曲线。当这个运动显示在平坦的表面上时,您会注意到球体滚动向D点弯曲。 这清楚表明,有一个额外的横向力C作用在球体上,造成这个弯曲的路径。这就产生了这样的效果:当球体投影成锥形时,它在L点离开的角度大于在K点进入锥体的角度。如果用水射流而不是球或保龄球,也能看到这样的效果。 还应该认识到,随着球体沿着锥体的内表面向上运动,其路径越来越陡。 更陡、更短和更快
约瑟夫•帕普的惰性气体发动机转换 匈牙利人约瑟夫•帕普(Josef Papp)发明了一种不寻常的引擎系统,这个系统真的显得非常接近“无燃料”。他的设计修改了现有的汽车引擎是在一个不变的气体量上运行的。即是说,引擎没有进气口和排气口,因此,没有进气或排气阀。引擎气缸中容纳的混合气体的原子序数均在19以下,具体来说有:容积36%的氦,26%的氖,17%的氩,13%的氪和8%的氙。控制系统使所容纳的气体膨胀推动活塞下到气缸底部,然后收缩回吸活塞上到汽缸顶部。这有效地把引擎转换成每个气缸每旋转一次有两个动力行程的一个单冲程版本。 引擎中使用了少量的放射性物质,而我见过有人建议要对引擎应进行甄别,以保护用户免受辐射。我不知道这是否正确,但如果是,它表明能源转换的确正在发生。在引擎本身中的少量放射性物质会造成任何重大的辐射似乎是最不可能的。专利把材料描述为“低能级”的,对我来说这表明材料不会比一度用来涂在钟表上的指针上的磷光漆更危险。 恰当的引擎的气缸数必须是偶数,因为它们可以成对运行。约瑟夫的第一个原型机是一个4缸、90匹马力的沃尔沃发动机。他除去了进气和排气组件,并用他自己设计的发动机头来取代。在一个封闭的房间里的35分钟测试期间,发动机在每分钟4,000转下产生了一个恒定的300马力的输出。运行引擎所需的电功率是由标准的机动同步发动机产生的,它同时还能给汽车电池充电。有趣的是,这种类型的发动机,排放是零污染的(除了热),而且还能在水下运行。 约瑟夫,绘图员和前飞行员,在1957年从匈牙利移民到加拿大定居,直至1989年4月去世为止。有确凿的证据表明约瑟夫做了一台100马力(75千瓦)发动机,那是用混合的惰性气体(或“稀有气体”)做“燃料”的。因为没有排气装置或冷却系统,它有着巨大的扭矩,即使是在低转速(在一个认证测试中,只有726转/分时扭矩达到776尺磅)。数十名有着工科工程专业背景的工程师、科学家、投资者和联邦鉴定人在一间封闭的房间里看发动机运行了数小时。发动机不可能使用了化石燃料。绝对没有任何排气,也看不到任何排气装置。引擎运转在低温下,其表面温度约为60°C (140°F) ,当时有几个可靠的观察员可以见证。所有这些人开始对发动机的性能表示信服了。他们都没找到任何骗局或恶作剧的蛛丝马迹。在美国继续进行的研究(完全由帕普独立进行的)令人信服地证明以不同方式电触发惰性气体,确实可以爆发出异乎寻常的爆破力和能量释放、熔化金属部件,并以巨大的压力脉冲推动活塞。执行这项工作或对此做出评估的人,都是些经验丰富的等离子物理学家。当代的实验室作业已经证实了可以使惰性气体爆炸。 1968年10月27日在加利福尼亚州沙漠里的一个演示中,天合航空航天公司(TRW aerospace corporation)的高层管理人员代表塞西尔•鲍姆加和其他目击证人目睹了其中一个发动机气缸的爆炸。众目睽睽之下,使用一个皮下注射针头只把几立方厘米的惰性气体混合物注入了气缸。当气体被电触发,厚厚的气缸钢壁以一种戏剧性的方式爆裂开来。海军水下作战实验室的观察员威廉•怀特、埃德蒙•凯里格和詹姆斯•格林事先已经密封了缸室,使得帕普或其他人无法插入爆炸物去愚弄人。在1983年,对帕普的一个引擎进行了独立的认证测试。约瑟夫•帕普为他的工艺流程和引擎发布了三项美国专利: 1972年8月1日的美国3680431专利“产生爆炸力的方法和手段”,于此他描述了一般性质的惰性气体混合物必须产生爆炸释放能量。他还建议了几种可能涉及的触发源。看来帕普在这里并没有充分披露细节,但无疑其他人研究过这个专利并遵循其要点,已经能够在惰性气体里获得炸药爆轰。 1972年6月20日的美国3,670,494专利“转换原子能为动能的方法和手段”和 1984年1月31日美国4,428,193专利“用于从燃料萃取有用功的惰性气体燃料、燃料制备装置和系统”。该专利在这里显示得非常详尽,并提供了有关建造和运行这种类型的发动机的信息。它还给出了用于生产所需气体最佳混合物的装置的相当详细的信息。 在写作本文的时候,一个基于网络的视频是帕普的一台运行在试验台上的原型引擎,可以在这里看到
虽然不得不说多年前拍摄的许多剪辑的质量非常差的。这个视频特别有趣之处在于某些演示中包括在用一个透明的汽缸的情况下来显示能量爆炸。一帧一帧地播放原始视频,显示能量的展开即在气缸内,也在气缸外,这似乎暗示涉及到了零点能量场。近来一个一直与我有联系的人,他曾参加过帕普所做的一些发动机的演示,他保证事实上运行的引擎完全如描述的那样。帕普引擎的其它视频在 http://www.pappengine.com/videos.htm。 附录中有完整的帕普美国专利4,428,193。
约瑟夫生前打算使他的引擎设计进入商业化生产,主要是由于既得利益者的反对。然而,他的设计原理却由约翰•罗纳和艾克•比格拉里所吸收并加以改进了。 爱荷华州的等离子尔格公司(PlasmERG Inc)的各项专利申请的题目是“等离子跃迁工艺”。约翰•罗纳在2008年创办了这家公司,以此为工具去传播、开发和许可其他的发动机制造商使用这种技术为自己所用。这个原始工艺运行于1982年,原称为“帕普引擎”,后来丢失了,直到约翰和他的伙伴艾克比格拉里重新发现了它,并把现代科学应用于这个系统,去解释该工艺,还提交了他们的专利,目前待批。原工艺基于已故约瑟夫•帕普的最初的、已经期满的专利信息。约翰•罗纳,著名的新产品设计工程师,最初于1979年由他的兄弟罗伯特联络他,为帕普设计过的控制器设计了一个示意图。可惜的是,约翰正忙于其它几个项目,所以他把它转给了他的兄弟汤姆。 等离子尔格公司为自有品牌设备制造商设计了两种发动机。一种是对置二缸120立方英寸发动机,约为300匹马力。另一种是6缸360立方英寸发动机,能够产生约1500马力。这些发动机是与在加拿大的姐妹公司合作开发的。约翰•罗纳私人为这个开发提供了全额投资。随着公司过渡到制造,他们正在通过股票投资交易寻求投资伙伴。他们的第一个商业化生产厂将耗资约1000万美元。 另一个策略是为现有的汽车和卡车的发动机制造商创建许可证,直到他们能够为他们自己产品提供资金。目前的计划是在不发达的国家提供500至1000个抽水和发电的“人道主义”试验基地。这应该可以为产品的理解和专利的完成赢得所需要的时间。 发动机的预计运行时间从仅充一次惰性气体连续运行超过3个月后再重新充气的成本不到50美元。约翰强调等离子尔格公司发动机不是(就像原来的帕普引擎也不是)“脉冲等离子体发动机”。并非像有些人认为的那样,等离子并不会被保留和“脉冲”。实际情况是,等离子体在每个动力冲程中反复产生,然后在每个反冲程时返回到衡稳态气体,由此而谓之“等离子跃迁”。 用于膨胀的初始功率和等离子体的创建,是通过一个有限的“混沌”裂变事件的副作用所伴随的聚变事件导致“等离子跃迁”而产生的,这个过程就发生在一个密封的2冲程曲轴发动机内。 同时有两种等离子跃迁使这台发动机产生功率。第一种是自然闪电,使用几乎相同的等离子跃迁过程;而第二种是蒸汽,它在转速事件特征方面提供的相同的扭矩。在普通内燃机发动机运行中,没有什么能够与这两种过程相媲美的。等离子尔格发动机操作的最关键部分是电子控制系统(ECS),由以下要素组成: 可编程微型计算机;; 射频功率发生器; 高压火花线圈启动驱动器; 各种电磁线圈电压开关为所有汽缸或反应室电磁线圈提供基电压 (静止) 或可变电压(发动机速度); 常开直流 控制器对12伏直流转换器; 发动机转速直流电压(加速器)对程控可变电压直流转换器; 交互控制器通讯端口; 仪表支承作为用户面板和操作端口的,接收的用户构成命令不限于运行、启动、气门位置、保持速度、制动、紧急制动、各种发动机输入以及燃料箱信息。 等离子尔格的网站在http://plasmerg.com/ ,不过需要用浏览器才能恰当显示,如果用火狐浏览器应付造成很严重的显示问题。 约翰•罗纳的专利申请美国2011/0113772 A1,标题为“等离子跃迁工艺发动机”的文档可以从www.freepatentsonline.com 或 www.free-energy-info.com下载,它显示了一台作为运行范例的2冲程发动机:
罗伯特•布里特惰性气体发动机 罗伯特•布里特(Robert Britt)设计了一台与约瑟夫•帕普的非常类似的引擎,而且他还因一台引擎用惰性气体运行而荣获了美国专利。威廉•林恩认为这台发动机可能是对雪佛莱“蒙扎”6缸发动机或大众汽车4缸发动机的复制。缸盖被移去,而新的浇涛缸盖用的是铜铅合金,是用于汽车内饰件的“伪铬”。这种合金含有铝、锡、锌以及可能还有锑,特别适合作为腔室内部抛光成高反射率的专利规格。 附录中有罗伯特•布里特美国专利3,977,191的完整拷贝。
海因里希·克劳斯特曼的空气等离子引擎 约瑟夫·帕普(Josef Papp)和罗伯特·布里特(Robert Britt)都规定用惰性气体运行,但海因里希·克劳斯特曼(Heinrich Klostermann)指出,普通空气就够了。这里是他的视频:
迈克尔•爱斯科里的涡轮机 1989年4月,迈克尔•爱斯科里(Michael Eskeli)对于发表在达拉斯时代先驱报上刊登的一篇文章非常恼火,该文对科学界不能及时拿不依赖于石油产品去运行的替代动力系统提出了批评。迈克尔给编辑写了一封信回应,说他拥有一项专利是不用燃料的发电机、以免费工作模式运行的热泵、以及其它相关的项目,在70年代中期就已经公布了的56项专利。 迈克尔的确持多项专利,其中一个在第14章中有说明,是一个免费工作模式运行的不用燃料的加热器。不过,由于我不知道有任何工作原型机展示过,因此我必须建议您看待以下信息时宁可把它看成一种“理念”,而不要看成一个已经证明的事实。据我所知,在20世纪70年代,美国专利局在授予专利之前并不要求要看到一个工作原型,尤其是如果该专利相关的设备是基于公认的工程原理上的。 然而,按照迈克尔的说法是自驱动的设备,他的声明似乎太过重要而反被忽略了,有原型或没有原型,明眼人看到就能充分理解暗示的原理,并最终能够去建造一台自驱动的设备。如果真是这样,那么我会非常感谢任何成功复制和所应用的施工方法的反馈信息。 据我所理解的,迈克尔的自驱动设备都是热泵,其额外能量来自空气中所含热量的流入,由阳光的热效应提供。是标准的工程,但其设计可以利用这种有效能为车辆和发电机提供实用的机械输出功率。 我能够找到的爱斯科里的专利是: 3,650,636 旋转式气体压缩机 3,719,434 旋转喷射式压缩机 3,748,054 反作用式涡轮机 3,748,057 带制冷的旋转压缩机 3,758,223 反力式转子涡轮机 3,761,195 压缩离心机 3,795,461 带制冷的压缩机 3,809,017 热量蒸汽发生器 3,834,179 制暧制冷涡轮机 3,854,841 涡轮机 3,861,147 密封单转子涡轮机 3,874,190 密封单转子涡轮机 3,879,152 涡轮机 3,889,471 双转子双流体涡轮机 3,895,491 双转子涡轮机 3,919,845 双流体单转子涡轮机 3,926,010 旋转加热交换器 3,931,713 回热式涡轮机 3,933,007 压缩离心机 3,933,008 多级热交换器 3,937,034 气体压缩机交换器 3,938,336 制暧制冷涡轮机 3,939,661 功率发生器 3,949,557 涡轮机 3,961,485 带热增强器的涡轮机 3,962,888 热交换器 3,972,194 翼式热力机 3,972,203 旋转式热交换器 3,981,702 热交换器 3,986,361 回热式涡轮机 4,003,673 流体增压器 4,005,587 带制冷和回热的旋转热交换器* 4,012,164 再循环转子 4,012,912 涡轮机 4,030,856 带喷嘴转子 4,044,824 热交换器 4,047,392 双转子热交换器* 4,050,253 热力机 4,057,965 步进式供热热力机 4,060,989 带步进式热交换器的热力机 4,068,975 流体压缩器 4,077,230 带制冷的旋转热交换器 4,106,304 热力压缩机 4,107,944 双转子热泵* 4,107,945 热力压缩机 4,124,993 制冷机 4,167,371 流体压缩方法 4,178,766 热力压缩机方法 4,574,592 液化气受压流体热泵 大概还有7项没有列入,否则就能达到迈克尔所说的56项专利的。我不具备专业知识去甄别当中哪些是可以自驱动的,只能通过阅读专利信息,而这方面的信息一般不会有任何提及(专利局的工作人员不相信COP>1的存在)。实际上,这些专利当中的任何一项都有可能印证迈克尔的描述,所以我选择下列专利在这里重现: 4,107,944 双转子热泵(接下来的有4,005,587和4,047,392) 4,012,912 涡轮机,和 3,931,713 回热式涡轮机
摘要 通过由转子携带的、在通道内循环的工作流体而制热和制冷的方法和装置来压缩工作流体,并从散热热交换器里的工作流体里除去热,又在供热热交换器里的工作流体增加热,所有这一切都在转子内执行的。工作流体是密封在其中的,可能是合适的气体,例如氮。工作流体热交换器还在转子内的两个工作流体流之间提供热交换。在一个配置中,这个装置用了两个转子,两个都旋转,以一种交替的配置,其中一个转子可以保持静止。应用范围包括空调和采暖气的应用。 美国专利文献: 2,490,064 热力机 1949年12月 柯尔斯曼(Kollsman) 2,490,065 热力机 1949年12月 柯尔斯曼(Kollsman) 2,520,729 生产热能的机器 1950年8月 柯尔斯曼(Kollsman) 2,597,249 热力引擎 1952年5月 柯尔斯曼(Kollsman) 3,470,704 热力学仪器和方法 1969年10月 坎托(Kantor) 3,834,179 带制热和制冷的涡轮机 1974年 爱斯科里(Eskeli) 3,861,147 密封的单转子涡轮机 1975年 爱斯科里(Eskeli) 3,889,471 双转子双流体涡轮机 1975年 爱斯科里(Eskeli) 3,895,491 双转子涡轮机 1975年 爱斯科里(Eskeli) 3,919,845 双流体单转子涡轮机 1975年 爱斯科里(Eskeli) 3,931,713 回热式涡轮机 1976年 爱斯科里(Eskeli) 4,005,587 带制冷和回热的旋转热交换器 1977年2月 爱斯科里(Eskeli) 4,044,824 热交换器 1977年8月 爱斯科里(Eskeli) 参照相关申请 这个申请是归档于1973年10月的“双转子热交换器”的延续部分,序列号为407,665,现美国专利号为4,047,392。 这个申请还是归档于1975年6月30日的“热泵”的延续部分,序列号为591,881,现已被放弃。 而这个申请又是归档于1975年10月1日的“带制冷和制热的旋转热交换器”的延续部分,序列号为618,456,现美国专利号为4,005,587。 发明的背景 本发明一般是关于这样的一种设备,以封闭在离心转子的工作流体作为中间流体去传输热,使得热传输从较低的温度到较高的温度。 热泵在过去已为公众所熟知,但非常复杂和昂贵,并通常使用蒸发和冷凝的工作流体,从而导致效率欠佳,并因此能量消耗很高。 发明摘要 本发明的目的是提供这样一种装置,即创建成本低而热效率高,从而减少运行的所需功率的成本。本发明的另一个目的是提供这样一种装置和工艺,其中通常发生在轴承及密封件由于摩擦产生的损失被施加到工作流体用于循环,从而有效消除了由于这种摩擦的损失而带来的功率损耗。此外,本发明的一个目的是使转子带有一个工作流体热交换器去降低转子所需的速度。 示图简要说明
图. 1 是设备的剖视图。
图. 2 是设备的端视图。
图. 3 是该设备的另一种形式的轴向剖面。 优选实施的描述
图.1显示的是设备的轴向截面;这里面10是底座;11是第一转子;12是第二转子;13是密封圈;而14是轴承15的轴承座;16是第二转子的液道;17是工作流体的开口处,它可以是一个喷嘴;18是第一热交换器,用于工作流体的散热;19是第一传热流体管;20是工作流体热交换器,在此实例中用金属板成形为波纹状;21为导叶;22是用于给工作流体供热的热交换器;23是支承轴24的轴承座;25和26是第二传热流体的入口和出口;27和28是第一传热流体的入口和出口;而29是外缘通道里的导叶。
图.2是图.1设备的端视图。这里面10是底座,11是第一转子,17是流体开口,16是第二转子的带导叶的流体通道,30表示旋转方向,24是第一转子轴,而21是导叶。
图.3的转子配置不同,但起的作用是一样的,近似于图.1中的设备。这里40 是第一转子;41用于第一流体的散热的第一热交换器;42是第一转子轴;43和44是第一传热流体的出口和入口;45是导管;46是工作流体热交换器;47是流体开口,此处可以是一个喷嘴;48是第二转子;49是第二热交换器,用于给工作流体增热;50是轴承和密封圈;51是第二转子轴;52和53是第二传热流体的入口和出口。 在运行时,转子旋转而转子腔充满了适合的工作流体,这通常是一种气体,例如氮气、空气或其它气体或蒸气物。参照图.1,第二转子的旋转通常比第一转子快,工作流体在通道16内被离心力压缩,而在某种程度上在第一转子内,在热交换器18中热量被移走后,这种热是通过第一传热流体被输送出设备的。工作流体然后沿着外缘通道29传送,并在热交换器20里释放热,然后在导叶21中流体反离心力膨涨,再在热交换器22中增热到工作流体。膨胀后,工作流体沿着中间通道传送,并从热交换器20吸收热量,从而完成其工作周期。 图.3装置的运行是类似的,除了第二转子旋转通常比第一转子慢,并且如果需要的话,第二转子是可以保持静止的。请注意,如果第二转子保持静止,你就可以用脏水作为第二传热流体;通常情况下,在旋转的热交换器中,传热流体必须没有固体,它将由于离心力而聚集在热交换器中,并堵塞热交换器,而通过用固定的热交换器,就可以使用普通水,例如来自冷却塔的水。 在图.1的设备中,输入功率通常是给第二转子的,而第一转子可自由旋转。在这种用法中,要选择转子的直径、连同轴承中的摩擦损失,以规定两个转子之间所需的速差。随着第二转子转得更快,有必要力求工作流体保持循环。或者,通过在两个转子之间——就像齿轮箱——利用功率传输维持速差。在图.3的设备中,第二转子速度比第一转子的慢,而这里转子的直径是合适的,第二转子可以保持静止,提供工作流体力求的循环。 工作流体的热交换器20和46,采用离心力和不同的气体密度来在两个工作流体流之间获得热交换。外缘通道里的热气较轻,而热交换器褶皱之间的较冷的气体变冷,从而冷气体由于离心力而被较轻的气体取代。同样,在中间通道,中间的冷气体取代了褶皱之间的热气体。热交换器20可用其它类型的热交换器,包括导热管、片状的金属盘、和充有液体的翼形管。 如果需要的话,转子可以封装进一个真空罐中,以减少在转子外表面上的摩擦。工作流体热交换器20的使用将减少所需的转子速度,去获得两种传热流体之间所需的温差,然后在转子上降低摩擦损失,这可能使真空罐成为不必要的。 本装置可以做各种修改,并使用不同类型的热交换器。此外,工作流体的径向通道可以弯向不同方向,一种是在图.2所示21的坡面作为导叶。通过使用导叶斜坡和倾斜的通道,你可以调整工作流体和转子之间的变工量。喷嘴47通常定位成向后排放,以在第一转子上产生一定的转矩,而类似的喷嘴也可用在图.1所示设备的通道21中。另外,如果需要的话,图.1的热交换器22可以安装在一个固定的部件上,就像图.3所示的方式,而如果需要的话,热交换器18可被安装在转子12内。设备的各种部件是可以根据需要互换的。 声明 1. 在一台热泵里,其中可压缩的工作流体在第一流体通道内是径向地向外循环的,第一通道是包含在第一组件里的,而在第二流体通道内的径向内向是向着旋转的中心的,第二通道至少包含有第一和第二组件;第一和第二组件为同轴配置,其中至少有一个是以轴支承着旋转的; 第一和第二径向工作流体通道在它们各自的向外的端口通过一个外侧通道相通连接;而在它们各自的向内端口则通过一个内侧通道;径向的、外侧的和内侧的通道形成一个闭环,至少部分地延伸通过两个组件;工作流体适用于通过闭环进行循环;在伴有温度增加的闭环内对工作流体的压缩手段是通过离心力;用于冷却压缩后的工作流体的第一热交换手段的执行是通过组件之一;第二热交换装置通过组件之一执行;在内侧和外侧通道内的工作流体之间的回热热交换,和第三热交换装置是通过上述用于加热工作流体的组件执行的,这要在内侧和外侧通道内的工作流体之间进行了热交换后。 2. 声明1的热泵中,其中第一传热流体在第一热交换装置内的循环的散热,是通过第一热交换流体进入和离开组件的旋转中心附近的导管而进行的。 3. 声明1的热泵中,其中第二传热流体在第三热交换装置内的循环是通过进入和离开组件的旋转中心附近的导管而进行的。 4. 声明1的热泵中,其中两个组件都是转子。 5. 声明4的热泵中,其中的两个转子以不同的角速度旋转。 6. 声明1的热泵中,其中至少有一个组件是转子。 7. 声明6的热泵中,其中第二热交换装置包括多重褶皱。 8. 声明7的热泵中,其中第二热交换装置的配置如下。
摘要 作为生成功率的一种方法和设备,其中在向外延伸的转子通道内的工作流体被压缩,然后向内进入到其它转子通道,其间伴随着膨胀和减速,通过流体减速作功。热量可以被添加到靠近转子外缘的工作流体中,而在封闭的转子内,膨涨后工作流体的热被除去。还可以用一台回热器,安装在转子上,在工作流体的两道流之间交换热量。减速期间,工作流体通道向后弯曲,尽管作为加速的工作流体通道通常是径向的。工作流体即可以是液体,也可以是气体,而加热流体和冷却流体也同样即可以是液体,也可以是气体。 美国专利参考: 3,761,195 压缩离心机 1973年9月 爱斯科里 3,834,179 带制热和制冷的涡轮机 1974年9月 爱斯科里 3,926,010 旋转式热交换器 1975年12月 爱斯科里 相关申请的参照: 这个申请是序列号566,373、档案号4-9-75、现美国专利号3,949,557的“涡轮机”申请的延续部分。 发明背景 本发明是关于一种功率发生器,其工作流体从较高能级到较低能级循环,因而产生功率。 在我较早的美国专利第3,874,190 和 3,854,841 号中,我描述了一个封闭与开放类型涡轮机,并利用了离心设计。这些涡轮机在转子内用的是前向喷嘴,这里公开的装置中,这样的喷嘴已用其它方法所代替。 发明摘要 本发明的目的是提供一个单转子离心型涡轮机级,其中的叶片或鳍翼,以恰当的外形,用于从工作流体中提取功率,使用一个开放型或闭合型的转子。 图纸的简要说明
图.1 是一个横截面,而
图.2是一个封闭型转子的端视图。
图.3 是一个横截面,而
图.4是一个开放型转子的端视图。
图.5是一个即应用了封闭型转子,又应用了回热器的装置的横截面。 优选实施的描述
参照图.1,展示了装置的一种形式的横截面。这里转子10是由轴承16和22,轴17和基座21支承的。12是供热热交换器,而15是冷却热交换器,14和11是叶片或鳍翼,18和19是冷却剂入口和出口,20是隔离壁,23和24是加热流体入口和出口,而13是工作流体通道,用于在转子内调节工作流体流。
图.2是图.1所示装置的端视图。这里10是转子;17是轴;19是冷却剂通道;21是支座;14 是导叶,其定位可使得它们脱离箭头25所指示的旋转方向,同时向心传送工作流体;12是加热热交换器;而15 是冷却热交换器。
图.3中,装置的转子用了一个开式循环,于此工作流体进入和离开转子。这里,30是转子,31是处于向外延伸通道内的叶片,32是流体通道,33令工作流体内流的通道内的叶片,34是工作流体出口,35是转子轴, 36是转子内的分隔器,37是工作流体进入转子的入口。
图.4是图.3 装置的端视图;这里30是转子;35是轴;31是外行流体通道里的叶片,而在这里显示的是当转子以箭头38所示的方向旋转时,是向后折弯的。通过了孔32后,工作流体由导叶33引导向心传递,然后通过出口34离开。导叶33 如图示折弯,以其曲面背离旋转方向,使工作流体对转子部件提供推力,因为当向内通过转子中心时它会减速。
图.5中,显示了一个带回热器的转子;而且如果需要的话,转子轴可以配置成固定的。转子50是由轴承56和63以及轴57支承的。叶片51是径向的,或可以根据需要弯曲,而叶片54则弯成类似图.4的叶片33。52是一个回热式热交换器,在通道53和61里的工作流体流之间进行热交换。供热热交换器55和冷却热交换器62附着在轴上,使得轴可以保持静止或旋转时有别于转子50的速度。58和59是用于加热流体的入口和出口点,而64和65是用于冷却流体的入口和出口点,而66是一个开口。 运行时,转子旋转,而转子内的工作流体在通道11里向外传送,并通过离心力压缩,再加速到与转子外缘相同的切线速度。在一个像图.1所示的封闭型转子中,热量被加入到靠近转子外缘的工作流体里,于是在转子中心延伸的流体通道14中的工作流体减速,这是由于通道是像图.2所示的那样背离旋转方向向后弯曲的。由于在向内延伸的通道中的工作流体的减速,由该减速相关所做的功被转移到转子,而这提供了推力和转矩去转动转子。减速和膨胀后,工作流体在热交换器15中冷却,然后转到向外延伸的通道,从而完成其工作循环。 图.3设备操作是类似的,只是工作流体进入转子是通过外部源的开口37。对于图.3所示的装置,供热热交换器被略去;对于此设备,在入口37和出口34之间有一个压力降。热交换口器与图.1所示的类似,第12项可以用于图.3中的装置,于是,如果需要的话,工作流体的入口和出口的压力可以是相同的。 图.5设备的操作与其它的所述设备类似。转子旋转,并通过离心力,压缩通道51内的工作流体,然后工作流体在回热式热交换器里获得热量,带着由另一个工作流体流提供的热量从设备的高温端返回。工作流体在通道54里膨涨并减速,而热量则在热交换器55中被加入。然后工作流体通过回热热交换器,接着在冷却热交换里被冷却,随后被传送进入通道51,由此完成其循环。 所示设备的各种部件可以互换,使得装置有更多形式。正如所指出的,图.3所示装置可以提供类似于图.1中所示的热交换器,用于供热给靠近转子外缘的工作流体。此外,如果需要的话,可以在向外延伸和向内延伸的流体通道之间用图.1和图.3的回热器装置。同样,如果需要的话,图.5的冷却旋管,项目62,可以淘汰,而工作流体可以从本机外供给。 32、13和66的开口可做成喷嘴,而喷嘴可以按需做成不同的导向。尤其是,如果需要的话,这些喷嘴可以被定位成后向切线地排放。 图.5的回热器显示为锥形。这个锥形可以是如图所示那样的,或可以做成回热器在具有热交换器55的那一端的部分的直径小于具有热交换器62的那一端。此外,回热器可以做成是无锥度的。 通道53 和61通常有叶片,如图.5所标示的那样,以防止工作流体的切向运动。 对这台功率发生器的应用是功率发生通常遇到的那些。 工作流体一般是用于设备的一种气体,如图.1和图.5中所示;但工作流体也可以是一种用于设备的液体,如图.3中所示。制热和制冷流体即可以是气体,也可以是液体,依需要而定。 用于加热和冷却的热交换器如所示那样可以做成翼型管。也可以使用其它形式的热交换器用于供热和用于散热。所示的回热式热交换器用金属片制成;也可以使用其它形式的热交换器。
本发明的背景 本发明一般涉及的设备是用于产生功率的,这个设备是流体从较高能级向较低能级流动传递穿过一个产生功率的涡轮机而生成功率的。 现有各种不同的类型的涡轮机,其中的一些是流体在单个或多个固定喷嘴中加速,然后传递给安装在旋转的转子轮上的导叶,这里的由运动流体包含的动能通过流体的减速被转换为功率。 这些常规的涡轮机通常由于流体摩擦而有着很高的能量损失,尤其是转子导叶和流体之间,这里的速差通常是很大的。此外,这些涡轮机通常需要复杂形状的涡轮叶片,使得设备昂贵。 本发明摘要 本发明的一个目的是提供一种产生功率的涡轮机,它把热量转化为功率,以一种高效而经济的方式,具有很高的热效率。本发明还有一个目的是提供一种装置,用于把第一流体的激发或工作流体在其从转子外缘到转子中心传递期间进行热迁移进入由转子中心传递到转子外缘的第一流体。这种热迁移提高了涡轮机的效能,并降低了转子所需的旋转速度, 使得转子的制造成本更低。 图示简述
图.1 是装置其中一种形式的横截面,
图.2 是图.1所示装置的端视图。
图.3是装置的另一种形式的横截面。
图.4是转子喷嘴的细部。
图.5 是有着工作循环图示的第一流体的压焓图。 优选实施的描述
图.1 所示的是一种形式的涡轮机的横截面。在这种形式中,第一流体被密封在转子内,并用第二流体供给热量给第一流体,而循环自外部源的第三流体冷却第一流体。 第一流体在第一转子内被加速并压缩,而从第一转子的喷嘴排出后,进入第二转子,在那里它从第二流体接收热量,而在减速和膨胀后,第一流体与向外流动的第一流体流进入热交换关系,以使热量从内流第一流体向外流第一流体迁移。冷却于是被提供给第一流体,以使第一流体温度达到一个初始预定值。 在图.1中,10是外壳,11是第一转子,12是第三流体热交换器,13是同时充当热交换组件的导叶,14是导热壁,15是导叶,16是喷嘴,17是第二转子,18是第二流体热交换器,19是导叶,20是第二流体管,21 是轴承和密封圈组合,22是轴承和密封圈组合,23 是用于传递功率和支承第二转子的第二转子轴,24和 25用于第三流体的供应和返回,26是壳体中可以连接真空源的开口处,34隔离壁,27是同样作为热交换组件的导叶,28 是第一流体通道,30是轴承和密封圈组合,31和32 是第二流体的出入点,而33是第一转子轴。
图.2 所示是图.1设备的端视图,其中10是外壳,11是第一转子,17是第二转子,16是第一流体喷嘴,18 是热交换器,19是导叶,20是管道,13、14和27 组成一个第一流体的热交换器,而23是第二转子轴。
图.3所示是另一种形式的涡轮机,其中的第一流体是由外部来源供给到涡轮机的,从而省略了第三流体热交换器。50是第一转子;51、52和53组成用于第一流体的热交换器;55和58 是用于给第一流体加热的加热热交换器,并能在同样的温度下使用第二流体,或者在不同的温度下作为加热流体;54是第一转子内的导叶;56是第一流体喷嘴定向继续前行的方向;57是第二转子;59是导叶;60是第二流体的管道;61、62 和72是轴承;64、65、69 和70是第二流体的出入口;63是第二转子轴;71是第一转子轴线;66是底座;而67和68是第一流体的出入点。
图.4所示是第一流体喷嘴的细部,其中34 是喷嘴16 安装其上的壁,35第一流体离开的近似方向,而36 指示出第一转子的旋转方向。
在图.5中,显示的是第一流体的压焓图,有着第一流体的工作循环,这里80 是压力轴,而81是焓轴,82 是等熵线,83是等压线,而对于循环周期,有散热压缩或无散热压缩,存在于从84到85,热的增加是在从85到86的返回第一流体,而且压缩是从86到87,接着从87到88和89是膨涨,而89到84是散热到第一流体,从而完成循环周期。热通常是添加在87和88之间,即从第二流体。85和86之间是增热,而89和84之间的散热可以按要求在恒定的压力下;可以通过增大或减小第一流体到第一流体热交换器的直径,塑造热交换器的锥形变化,方便地改变压力。 运行中,转子被用恰当的第一流体充以所需压力,造成第一转子旋转。第一流体首次以散热被压缩,然后与热补充的内流第一流体进入热交换关系,接着第一流体被进一步压缩和加速,在这次压缩后,第一流体通过安装在第一转子上的喷嘴向旋转方向传送,把热量添加到第二转子内流通道里的第一流体,以降低第一流体密度。传递内流和减速后,第一流体与外流第一流体进入热交换关系,并且在这之后,第一流体可以进一步减速,然后在第一流体进入第一转子的向外延伸的通道,从而完成循环。 图.3的开放式涡轮机的运行是与所描述的相似的,不同的是第一流体是从外部源供给的,并随后返回到上述的外部源,而冷却则被省去。 第一转子的输入功是必须加速第一流体的功,而第二转子的输出功从第二转子所受到的减速的功。涡轮机的输出功是这两个转子的功差。 第二转子的转速可以高于第一转子的转速。为使得第二转子内的第一流体的向内流动,就要通过给第二转子内——或者也在第一转子内的第一流体补充热来降低流体密度。 从内流第一流体到外流第一流体热量的补充在压缩的后半期和膨涨期提高了第一流体的温度,并因而使改善涡轮机热效率起了作用。此外,另一个结果是降低了对涡轮机转子的所需旋转速度,从而降低了转子的所需强度,使转子可以更经济地制造和运行。 一般用气体作为这台涡轮机的工作流体,而第二和第三流体则用液体。第二和第三流体也可以用气态的。 此外,如果需要的话,在使用一种适宜的流体时,第一流体可以在涡轮内经历一个相变。这种涡轮机的应用包括使用各种热源作为标准的发电服务。 第一转子轴和第二转子轴通常通过动力传递装置连接,使第二转子产生的功率部分用于旋转第一转子。设备的启动是由启动装置进行的。 如果需要,转子导叶可以弯曲。在许多情况下,第一转子叶片可以后弯以增加第一流体的压缩,而第二转子叶片也可以弯曲以提高性能,并以配合设计和所选的流体。说此而论,换热器的鳍翼可以作为叶片。 图.5所示的压焓图只是近似的。此图可以有所不同,依赖于第二转子里、或第一转子里添加的热量,还因第二流体和第三流体加热器的具体位置而定。尤其是膨涨期间,热被添加到第一流体,实际上提高了温度;通常,这将提高涡轮机的总体热效率。此外,如果需要的话,通过第三流体的散热可有数处,而非像图.1所示那样。 还应注意的是,第一流体的热量补充可以来自其它来源,而非第二流体,同样,一些其它手段也可用于冷却第一流体,而非第三流体。这样的加热源可以包括电力,或其它安装在这种涡轮机附近的转子,这不会改变本发明的精神。 用于从内流第一流体向外流第一流体热迁移的热交换器机制也可置于第二转子内,而进出涡轮机的第一流体的入口和出口也可以在第二转子内。这种配置在附图中没有具体显示,因为这是一个熟练的设计师的基本素质——鉴于此中给出的描述。 这里有关迈克尔•爱斯科里的大部分资料,在得到斯科特•罗伯逊(Scott Robertson)的仁慈的允许后,均取自他的网站 http://www.aircaraccess.com。
詹姆士•哈代(James Hardy)自供电水射流发电机 在这里重复第2章的一台设备,它需要列入自供电的设备,是超简单的水射流发电机。谷歌上一段视频显示了一台自供电的电水泵驱动的发电机:
这是一个非常简单的装置,其中来自泵的水射流直接冲击着一个简单的水轮,它又反过来旋转一台交流发电机,同时给一台泵和一盏灯供电,证明了自由能源。特别值得注意的是,此设备绝对简单。它几乎完全使用现成的部件,而几乎任何人都可以建造。 应当指出的是视频中所实施的应用了最基本的涡轮叶片必定是非常低效的,可是产生的输出功率则远高于自维持运行的所需。已知效率高得多的恰当形状的传统涡轮叶片似乎会进一步提高性能,而人们会认为使用有着简单圆盘的特斯拉涡轮机应该能有一个真正惊人的性能。然而,这很可能是一个特例,轮子的脉冲驱动将引出额外的能量,就像查斯•坎贝尔飞轮和约翰•贝迪尼飞轮那样。正因为如此,以其目前的结构形式,这种设备已经能够产生额外能量去运行标准电源设备的其它部分。
这显然是一个发展平台,并得益于有水、全封闭,以及由开关操作的从市电到输出的电转换的交流发电。
最初,发电机增加速度,由市电驱动。然后,当它正常运行后,切断市电连接和,而电机/发电机自维持,并至少能够给一个灯泡供电。发电机的输出是来自标准的现成的交流发电机的正常电流。没有哪一种发电能比这更简单的了。
亚瑟•卡希尔和约翰•斯科特的热泵系统 亚瑟•卡希尔和约翰•斯科特(Arthur Cahill and John Scott)有一个热泵系统的专利,它从周围环境汲取热能,并使用这个能量生成机械能和——或电能为家庭供电。为什么大多数人都有冰箱,却普遍不知道这就是一种热泵,并从冰箱内搬运出比所需输入功率多三倍的热量(COP=3,但在不同的应用时,最高也可达COP=11)。 这个热泵系统是在没有任何形式的能量输入下运行的,但能量间接来自太阳对周围环境的加热,没有涉及魔法。请注意,当系统运行并提供功率时,一般不需要任何燃料,用户认为它是无燃料的或自供电的系统是情有可原的,纵然严格地说,情况并非如此。发明人已经考虑到非同寻常的条件,即环境条件不能提供系统按预期运作的所需温差。如果遇到那些条件,则由燃烧器提供的液态或气态燃料使得热量产生差别。 这里是他们的专利摘录:
美国专利文献: 2,969,637 转换太阳能为机械能 1961年1月 罗坎普 3,495,402 动力系统 1970年2月 耶茨 3,995,429 用周围温差产生动力 1976年12月 彼得斯 4,110,986 用流体承载太阳能 1978年9月 塔奇 4,214,170 动力系统——制冷系统 1980年7月 伦纳德 发明背景 1. 发明领域 本发明涉及到一个闭合循环、密封、加压、能量产生的系统,利用热力学和低温字科学,把液体转换成气体,然后再转回到液体。 2. 现有技术描述 严格来说没有现有技术,因为低温学已被主要用于空调和制冷目的,而热力学成就被定位于低效率的海洋热能转换系统。曾尝试过低温学和热力学某种形式的结合,没有显著效果,主要是利用海水的蒸发和冷凝。尽管不使用燃料,而且在劳动力领域的要求也很少,这些海洋热能转换系统却是不可避免地要有低压系统和大型航海平台以支承巨大的涡轮机和热交换器,这是产生合理的电功率所必须的,结果是为了很少的电力产量而花费过度的投资费用,因为这种站点只能为沿海一带的部分民众提供服务。整体来说民众没有得益于这种发明,而总的财政负担则通过税收或政府补助由全体来承受。 建议加热气体和冷却气体,努力改善家庭取暖和冷却系统的效率,此前一直运行于先进的热泵原理上。所有这些先前的提议和发明有一点是共同的,它们都要把插头接到公用事业公司的电力线来获得必须的电力去运行系统。 在低温学知识中,多年前已经知道某些液体加热后转变成高压蒸汽,这是所有的空调和制冷系统的要点。19世纪的法国物理学家尼古拉斯•卡诺是热力学的先驱。多年来已尝试利用一个或另一个、有时是两个都用于加热和冷却,导致很早就发明了热泵,但尚未有任何系统设计为一般公众使用,使之无需使用外部源电力、或者燃料——如油、或燃气锅炉就能运行,导致相当大的燃料消耗和对地球环境的灾难性影响。 发明的摘要 依照本发明,该设备将在炎热的阳光下、在没有阳光的阴天、暴雨下、暴风雪下、在早晚温度变化下、在春夏秋冬的季节变化中运行,甚至冷至零下,所产生的功率是混合流体形式变化时产生的能量,先是蒸气,然后是液体,通过密封周期内控制温度的应用。因此,通过把低温学和热力学结合到一个系统中,又保持各自分离,一个向大气开放,而另一个封闭、密封和加压,并通过对给定区域或气候应用流体的特定组合,这些流体,当暴露于大气温度中时,根据物质的分子运动论,气体和热量,提供动能来运行引擎。 虽然此处所描述的实施例中,冷凝器是空气冷却的,冷凝器即可以是液体,也可以是空气冷却的。 一般而言,在大多数低温流体和气体中,温度每上升一度,就有近似达2.5 磅/平方英寸压力的增加。然而,用市售的流体,下面是几个例子:
你将注意到,R-13在在华氏80°产生521磅/平方英寸(psi),或35.4倍大气压,而在华氏125°会产生数千的psi。在华氏95°,R-22 产生185 psi,或者在一个5英寸直径的活塞上有着3,633.4磅的推力。即使在华氏30°,R-22也能获得583.2磅的推力。R-13 在华氏30°,产生263 psi,或者在一个5英寸直径的活塞上有着5,112.7磅的推力。这里的压力是应用了卡斯柯永存能源系统(Casco Perpetuating Energy System),对遇到的区域和温度应用了专门制定的液体。提及到这些流体的意图并不是要用于本发明,只是与一般的和熟知的液体做个比较而已。 发明 本发明是关于一种装置,提供无污染动力去运行一台发电机以产生电功率,或者,提供动力作为对轴、变速箱,离合器、差速器及诸如此类的直接驱动,本发明的独立外部动力源,如电力公用事业公司提供的电力。这并不被视为永恒运动,本文稍后将解释。
专有的液体、特殊的混合,在一个给定的区域、或气候下以产生所需的结果,在蓄水池的压力下将它们保持在液体状态,当引导通过管道暴露于大气中的温度时,将从液态变成气态(从这里开始,简称为蒸汽),这种转换产生了巨大的膨胀,从而产生高压蒸汽来驱动发动机或涡轮机。 本发明的总体目的是提供一种无污染的装置用于公共应用,它将产生的电力或直接驱动的功率。还有一个目标是生产电功率,用来加热、制冷、烹调、运行电气用品和家庭照明。本发明的另一个目的是在工业上提供一种无污染的手段,不仅用于加热、制冷和工厂照明,但能提供电的或直接的驱动功率来运行工厂设备。本发明的再一个目标是提供一种无污染的动力源带动汽车、火车、卡车、公共汽车、设备、轮船、飞机、以及其他形式的运输工具,无需用化石燃料作为主要动力源。本发明还有一个目的是提供手段,即个人可以生产电力供自己使用,并作为一个小的电力生产,向当地的电力公用事业公司出售自己的剩余电力。本发明的再一个目的是提供一个自我维持的、小的装置,从引擎提供强大的功率去运行汽车或其它运输工具,或提供足够的电力给家庭或工厂,而无需把设备接入到一个公用事业电源。 图示简介
图.1是该系统示意图的局部剖视图: 一个优选实施的详解 在图示中,图.1所示是发明的一个适合于家庭使用的优选实施例。液体泵39,把泵的低温流体从加压的液体储罐38中泵浦进液体管40,在这里流体重力自流送入闪蒸锅炉8。泵39还可以防止闪蒸锅炉8从进入的加压液体储罐38的回授压力,并由于蒸汽管10和液体管40内的压力是相等的,低温流体重力自流向下馈送到蒸汽管10中。闪蒸锅炉8上的鳍被气流4加热到大气温度,并在闪蒸锅炉8里的蒸汽管10内把流体转换成高压蒸汽。为了保持蒸汽到达引擎15过程中的压力,闪蒸锅炉8的出来的蒸汽管10被封装在炉9内,它通过离心式鼓风机11的排放12必要时被排出。炉9和闪蒸锅炉8里的恒温是通过新鲜空气经由气流4穿过有鳍的闪蒸锅炉8并上达穿过炉9的输入而维持的。离心式鼓风机11对炉9内的已冷却到低于预定温度的排出空气是恒温控制的。蒸汽管10内的任何超压都是经过止回阀13和泄放管14旁路进入排气收集器箱18,从而维持系统的加压和封闭,这样,一旦工作,除非发生意外损坏或管线破裂,不应加以补充。排气收集箱18内的压力将小于从蒸汽管10到引擎15的入口压力,因为冷凝器24是在较低压力下,照此蒸汽回管19,比之PSI输入从蒸汽管10到发动机15,由此在排气收集器箱18的背面产生了一个抽吸。 气流29已被蒸发式冷却器27冷却,流过冷凝器24的鳍的表面,即刻降低了在冷凝器24内的蒸汽温度,使之低于预定的凝结点,从而把蒸汽变回成液体,这种在冷凝器24内的转换和体积的即时减少使在引擎15的后部压力下降。这个冷凝的液体向下流入液体蛇形回管35,从这里立即被液泵36泵入加压的贮液罐38。 虽然在压力下,加压的液体储存器38里的流体无论外部温度如何它都保持在液体状态,直到它重新循环返回进入系统——由液泵39,通过液管40至闪蒸锅炉8,在那里再次转换成蒸汽。 在任何特定的时间里,蒸发式冷却器27和填料28都足以冷却纳入的气流29到低于气温的预定的温度,即使在湿度上升的夜间,或在暴雨期间,或只是在湿度大的天气里。大气温度的上升和下降时,这个温差还保持着,在温度降低到华氏32°以下时,用抗冻液加入到蒸发式冷却器的水中,以防止它冻结。 由离心式鼓风机41,通过T形管件42,引导热排气收集器26里收集的暖排气而获得补充暖气去增加气流4。通过形管件42的气流由暖空气控制器44引导并和控制,它调节流动阻尼器43,由出口45排气到大气中,或使气流29再循环通过限制的T形管件42,从而在气流29注入闪蒸锅炉8之前被压缩并进一步加热。暖气控制器44 还控制风扇1 和天窗3,选择来自T形管件42或变形文氏管2的最佳热量,以延续系统。 蒸发式冷却器27的水管入口的34供给标准家庭用冷水、或井水,(均未示出)。底部的储水箱33靠浮阀 32保持着恒定的液面。泵31把水向上泵入管30,进入顶端的储水器25,在那里它通过储存器25的多孔底部向下流到填料28上,保持填料28总是湿的,以冷却穿过填料28抽取上来气流29,并通过热排气收集器26里的半真空掠过冷凝器24的鳍,这样的半真空是通过离心式鼓风机41从热排气收集器26稍快于气流29地排出空气而造成的,气流29可以取代它。 只要系统的闪蒸锅炉8一侧的空气暧于系统的冷却冷凝器24一侧,此设备将持续运行并产生电力和/或功率。热循环系统和三个单独的、不同的子系统在系统内的使用,一个密封的系统就能使得系统自身延续下去。如上所述,不要把这台设备当成永动机,因为在温差的范围内和气候条件的某一点上,可能会有不明的系统关闭,那么文氏管2,与电机和风扇1和天窗3都将会基于来自暖气控制器44和12伏电压控制器23的一个信号而自动投入使用,并使用一段时间。电机和风扇1强迫气流4上行通过变形文氏管2,用通过暖气调节器44和12伏控制器23控制的气流4调节天窗3。由于气流4被强制通过变形文氏管2的约束,空气流4由于文氏管2的壁向上变窄而被压缩,这种压缩导致加热空气,从而克服了可能的相持死锁或冷凝器24和气流4之间相同的温度。气流4这种轻微的温度上升将使系统能够自我延续下去,直到气温本身的变化足以允许继续运行。由于风扇和电机1是由12伏电源23的电池加电运行的,即使电池在运行过程中不断被充电,电池随着风扇和电动机1的持续运行可能会耗尽,然后,或者,如果因任何其它原因,系统开始力竭,一个小的燃烧炉7,用液体或气体燃料6运行,通过管5和阀48,被火花机构47点燃,并提供必要的热量支持并使系统延续,直到气温和冷凝温度允许系统正常运行。耐火泥保热体46被放在炉7里的炉篦上以保持热量。 低温系统的补充是用压力下的液体填充通过管37来达到的。如果需要,就反复填充,以同样的方式完成。引擎15 旋转驱动轴16,它再带转发电机17,经过电控系统20产生电功率(110伏或是220伏),电控系统把电送进三个频道: 一:到12伏控制器23,去运行系统的电气部分保持给电池充电。 二:到电箱22,以提供电力,用它去烹调、运行家电、照明、给家庭供暖和制冷。 三: 所有剩余电力通过需给电表21导入当地公用事业公司的电网销售或用在别处。