用于能量轉(zhuǎn)換的發(fā)動(dòng)機(jī)的制作方法
【專利說(shuō)明】用于能量轉(zhuǎn)換的發(fā)動(dòng)機(jī)
[0001]相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0002]本申請(qǐng)為要求提交于2013年3月15日的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.13/841，137和提交于2012年8月17日的美國(guó)臨時(shí)申請(qǐng)N0.61/684,206的優(yōu)先權(quán)的國(guó)際(PCT)申請(qǐng)。本申請(qǐng)還涉及提交于2010年10月21日的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.12/909, 114 (現(xiàn)在是美國(guó)專利N0.8，453，443)，其要求提交于2009年7月31日的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.12/533，031 (現(xiàn)已放棄)、提交于2009年10月21日的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.61/253，656 (現(xiàn)已放棄)以及提交于2008年8月4日的美國(guó)專利申請(qǐng)N0.61/085, 978 (現(xiàn)已放棄)的優(yōu)先權(quán)。前述所有專利申請(qǐng)和專利的公開內(nèi)容在此通過(guò)引用全部結(jié)合在本文中。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003]本發(fā)明涉及一種用于將熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的發(fā)動(dòng)機(jī)。
【背景技術(shù)】
[0004]將熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能長(zhǎng)期以來(lái)一直被應(yīng)用于產(chǎn)品的生產(chǎn)中。許多轉(zhuǎn)換使用諸如油、煤和/或天然氣的非再生熱能源，其燃燒所產(chǎn)生的不期望有的副產(chǎn)物(例如二氧化碳)污染了環(huán)境。因此，期望使用諸如地?zé)岬目稍偕臒崮茉磥?lái)產(chǎn)生動(dòng)能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]在本發(fā)明提供了一種用于將熱能轉(zhuǎn)換為動(dòng)能的發(fā)動(dòng)機(jī)。該發(fā)動(dòng)機(jī)包括第一區(qū)域和第二區(qū)域以及在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間延伸的可移動(dòng)的環(huán)路。將容器安裝到環(huán)路上，從而使得環(huán)路和容器在第一區(qū)域和第二區(qū)域之間可共同地移動(dòng)。每一個(gè)容器都適于在其中接收不同量的工作流體，并且適于處于多種狀態(tài)，包括第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，在第一狀態(tài)中，容器包含第一量的工作流體，在第二狀態(tài)中，容器包含第二量的工作流體，第一流量小于第二流量。當(dāng)每一個(gè)容器移動(dòng)通過(guò)第一區(qū)域時(shí)，使每一個(gè)容器處于它的第一狀態(tài)，并且當(dāng)其移動(dòng)通過(guò)第二區(qū)域時(shí)，使其處于它的第二狀態(tài)，以便將運(yùn)動(dòng)傳遞給環(huán)路。
【附圖說(shuō)明】
[0006]為了更加全面地理解本發(fā)明，可參考以下的對(duì)示例性實(shí)施例所進(jìn)行的詳細(xì)描述并結(jié)合附圖考慮，其中:
[0007]圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向剖開的示意性側(cè)視圖，為了清楚起見，該發(fā)動(dòng)機(jī)具有以截面圖示出的多個(gè)流體密封的容器；
[0008]圖2為圖1所示氣密容器之一的放大的剖視圖，該容器在圖中處于其膨脹位置；
[0009]圖3為圖1所示容器之一的放大的剖視圖，該容器在圖中處于其收縮位置；
[0010]圖4為根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向剖開的示意性側(cè)視圖；
[0011]圖5為根據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向剖開的示意性側(cè)視圖；
[0012]圖6為根據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向剖開的示意性側(cè)視圖；
[0013]圖7為圖6所示發(fā)動(dòng)機(jī)的移動(dòng)容器機(jī)構(gòu)的局部透視圖；
[0014]圖8A和SB為圖6和7所示容器之一的的放大的剖視圖，該容器在圖中分別以處于其收縮和膨脹位置的狀態(tài)示出；
[0015]圖9A和9B為根據(jù)本發(fā)明第五實(shí)施例構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)的容器之一的放大的剖視圖；
[0016]圖10為根據(jù)本發(fā)明第六實(shí)施例構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)的橫向剖開的示意性側(cè)視圖；
[0017]圖11為根據(jù)本發(fā)明第七實(shí)施例構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)的示意性剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)示例性實(shí)施例構(gòu)造的發(fā)動(dòng)機(jī)10，其用于將熱能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。發(fā)動(dòng)機(jī)10具有殼體12，該殼體12具有上區(qū)域14和下區(qū)域16。上軸18和下軸20分別由殼體12可轉(zhuǎn)動(dòng)地支撐在上區(qū)域14和下區(qū)域16中，并且分別包括上鏈輪22和下鏈輪24，鏈輪22，24固定地安裝在上軸18和下軸20上，并且每個(gè)鏈輪都配備有齒26。提供一個(gè)具有多個(gè)鏈節(jié)30的鏈條28的環(huán)路(例如，滾子鏈、皮帶、纜線等的環(huán)路)，以便在上和下鏈輪22，24上滾動(dòng)。更具體地，鏈條28的鏈節(jié)30適于與上和下鏈輪22，24的齒26相嚙合，從而使得鏈條28上的縱向移動(dòng)產(chǎn)生鏈輪22，24上的轉(zhuǎn)動(dòng)，并且因此分別產(chǎn)生上和下軸18，20的轉(zhuǎn)動(dòng)移。
[0019]液體32 (例如，水或者任何其它合適的流體)被包含在殼體12中，并且具有一個(gè)熱液體區(qū)34和一個(gè)冷液體區(qū)36。熱能源38和熱能吸能器40分別被連接到熱和冷液體區(qū)34，36上，并且分別由液密密封件42，44阻攔。熱能源38包括管子或管道46a，46b和熱交換器46c，后者被連接到管子46a，46b上，用于將熱能提供給熱液體區(qū)34。更具體地，由可再生的能源106 (例如，太陽(yáng)能、地?zé)帷⒑Ｑ鬅岬?加熱的熱液體或氣體(未示出)通過(guò)管子46a流入熱液體區(qū)34中(如圖1中的箭頭Hl所示)。熱液體或氣體接著流動(dòng)通過(guò)熱交換器46c，其中，熱能被傳遞給熱液體區(qū)34，并且通過(guò)管子46b流出熱液體區(qū)34 (如圖1中的箭頭H2所示)。類似地，熱能吸能器40包括管子或管道48a，48b和熱交換器48c，后者被連接到管子48a，48b上，用于從冷液體區(qū)36中除去熱能。更具體地，通過(guò)可再生能源吸收器108 (例如，地?zé)?、海洋熱?冷卻的冷液體或氣體(未示出)通過(guò)管道48a流入冷液體區(qū)36(如圖1中的箭頭Cl所示)。冷液體或氣體接著流動(dòng)通過(guò)熱交換器48c，其中，從冷液體區(qū)36中除去熱能，接著冷液體或氣體通過(guò)管子48b流出冷液體區(qū)36 (如圖1中的箭頭C2所示)。熱交換器46c和熱交換器48c可以設(shè)置有常規(guī)的熱傳遞機(jī)構(gòu)(例如，散熱片)，其利于將熱量分別傳遞進(jìn)和傳遞出熱和冷液體區(qū)34，36。另外，為了有效地提升熱交換，使能源38位于鄰近殼體12的下區(qū)域16的地方，同時(shí)使能源吸收器40位于鄰近殼體12的上區(qū)域14的地方(例如，靠近上鏈輪22)。
[0020]擋板50設(shè)置在殼體12中(例如，處于由鏈條28形成的內(nèi)環(huán)的范圍內(nèi))，以削弱熱能在熱液體區(qū)34和冷液體區(qū)36之間的直接混合。還設(shè)置了水泵52，以產(chǎn)生循環(huán)的水流54，其可以位于鄰近殼體12的下區(qū)域16的位置(例如，在擋板50下面且在鏈條28的范圍之外)。循環(huán)的水流54形成了一個(gè)水簾，以便進(jìn)一步阻止在下區(qū)域16中熱能在熱液體區(qū)34和冷液體區(qū)36之間的混合。
[0021]繼續(xù)參看圖1，氣密或液密容器56，58，60，62由支架64固定到鏈條28上，并且浸沒在液體32中。容器56，58，60, 62適于按順序移動(dòng)通過(guò)熱區(qū)34和冷區(qū)36，以便致使鏈條28和鏈輪22，24轉(zhuǎn)動(dòng)。為了引起這樣的轉(zhuǎn)動(dòng)，為容器56，58，60，62中的每一個(gè)提供工作流體66，該工作流體可以是空氣、二氧化碳、制冷劑或者在本領(lǐng)域中已知的任何其它流體。工作流體66適于膨脹和收縮，以便使容器56，58，60，62的容積增加或減少。以下將更加詳細(xì)地討論容器56，58，60，62的構(gòu)造和操作。
[0022]參看圖2和3，容器58包括內(nèi)缸76，其具有開口端78和閉合端80，以及內(nèi)和外表面82，84。容器58還包括具有開口端90和封閉端92以及內(nèi)和外表面94，96的外缸88。外缸88可滑動(dòng)地安裝在內(nèi)缸76上，從而使得外缸88可相對(duì)于內(nèi)缸76在收縮位置和伸出位置之間移動(dòng)，其中，在收縮位置，內(nèi)缸76位于外缸88內(nèi)(參見圖3)，而在伸出位置，內(nèi)缸76從外缸88向外伸出(參見圖2)。密封環(huán)86鄰近開口端78地被設(shè)置在內(nèi)缸76的外表面84和外缸88的內(nèi)表面94之間，以便使容器58流體密封。至少一個(gè)擋圈98在鄰近開口端90的地方安裝到外缸88上，以便防止外缸88滑離內(nèi)缸76。還將螺旋彈簧100或者其它合適的彈性推進(jìn)元件安裝到內(nèi)缸76的封閉端80和外缸體88的封閉端92上，比便推動(dòng)外缸體88朝其收縮位置移動(dòng)。設(shè)置閥102，以用于給容器58裝充工作流體66。散熱片104分別設(shè)置在內(nèi)缸76和外缸88的外表面84，96上，以便有利于將熱量傳遞給盛裝在其內(nèi)的工作流體66或從中傳出。內(nèi)缸76和外缸88可以由任何合適的耐腐蝕、導(dǎo)熱材料(例如，塑料或金屬)制成。
[0023]容器56，60, 62中的每一個(gè)都具有與圖2和3中示出的容器58相同的結(jié)構(gòu)和操作。在這種情況下，在本文中將不再討論容器56，60，62的具體結(jié)構(gòu)。
[0024]現(xiàn)在參照?qǐng)D1來(lái)討論發(fā)動(dòng)機(jī)10的操作。在圖1中，容器56，58設(shè)置在熱液體區(qū)34中，而容器60，62設(shè)置在冷液體區(qū)36中。每一個(gè)容器56，58中的工作流體66從熱液體區(qū)34吸收熱能并且膨脹，這使得外缸88從它們的收縮位置(參見圖3)移動(dòng)到它們的伸出位置(參見圖2)，并且由此使容器56，58的容積增加(即，容器56，58擴(kuò)張到膨脹體積)。由于容器56，58中的工作流體66在相同的質(zhì)量下具有增加的體積，所以其提供了分別作用在容器56，58上的增加的浮力68，70。相反，每一個(gè)容器60，62中的工作流體66將其熱能釋放到冷液體區(qū)36并且收縮，這使得外缸88從它們的伸出位置(參見圖2)移動(dòng)到它們的收縮位置(參見例如圖3)，并且由此導(dǎo)致容器60，62的體積減少(S卩，容器60，62收縮到減少的體積)。由于容器60，62中的工作流體66在相同的質(zhì)量下具有減少的體積，所以其提供了分別作用在容器60，62上的減少的浮力72，74。結(jié)果，作用在容器56，58上的浮力68，70的總和要大于作用在容器60，62上的浮力72，74的總和，由此形成了合力F，該合力導(dǎo)致鏈條28沿順時(shí)針方向轉(zhuǎn)動(dòng)(如圖1中的箭頭R所示)。由于熱能分別連續(xù)地流進(jìn)和流出熱和冷流體區(qū)34，36，容器56，58，60，62在熱和冷流體區(qū)34，36之間連續(xù)移動(dòng)，由此將持續(xù)的運(yùn)動(dòng)傳給鏈條28。鏈條28的運(yùn)動(dòng)將轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)能賦予上和下鏈輪22，24并因此賦予軸