具有蒸汽压缩空气及发电机传动的旋转式热机

摘要

本发明涉及一种在电动车辆中具有空气/蒸汽压力与发电机驱动的旋转式热机，所述电动车辆具有额外的压缩空气罐，压缩空气罐在基站通过非高峰电力系统来填充并且在停车时自动为其自身的电池充电。根据本发明，可以消除当今电动车辆中由于服务网络不足而耗时的充电过程，并且可以减小沉重的昂贵电池的尺寸。这是通过汽缸芯中的附加反应室(1或2)及附加变更来实现的。这会产生通过加热棒加热的热空气的引入、在反应室(1或2)中的压缩，在40巴的压缩空气注入过程中，爆炸性膨胀持续进入工作空间C或D并且引起热空气的释放。提供空气进口孔及空气出口孔，所述空气进口孔及空气出口孔通过设置在内部气缸(3)中的控制衬套(12)及日内瓦驱动器(72)或步进电机(140)来控制，其中通过当前刹车来阻止转子反向旋转。在注入水或液态二氧化碳的过程中，产生蒸汽压力并且在释放空气混合物后，通过冷却所分离的液体与空气在最佳温度下重新供应到闭合回路中。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具有蒸汽、气压及发电机传动的轴向旋转式热机(thermalengine)，通过发电机将机械能转化为电能，并且通过电池传动具有轮辋或轴齿轮发电机的车轮，以及回收在刹车过程中产生的能量。此传动机器可用于已使用内燃机的技术领域。

背景技术

蒸汽机的发明使经济领域取得了巨大进步。例如，由于准备蒸汽需要一定的时间并且需要煤作为能源，所以从1880年开始，为按照相同原理工作的内燃机开辟了道路。汽油发动机的迅速普及不仅导致高水平的噪音，而且还导致了有害废气引起的大规模气候变化。结果，必须对大内城区实行驾驶禁令。

不幸的是，近年来已使用频繁的混合动力汽车仍然需要附加的传动马达的燃料。此外，仅具有有限的使用寿命(大约150,000-200,000公里)的昂贵电池的充电过程，仍然不必要地浪费时间，并且导致服务网络过载。

服务网络不足，以及国际供应与实施方式非常昂贵，几乎是不可能的。

为此，此旋转热机的原理通过一些设计改变并且增加了具有专利(WO 03/098004A1、US 7,156,068、DE102 23 145.1-15及JP 4393992)的旋转式内燃机，这不影响主要原理。

此技术称为气动马达、也在专利(US 2005/0224059A1、US 20170211435A1/en)中实现，技术上不具性能的。

发明内容

用途：由于其设计，这种新型旋转式热机不仅具有高扭矩与效率，还具有压缩空气蒸汽压力及电传动(效率95％)，并且可以替代现有的奥托机(Otto engine)(效率为35-40％)以及电池充电过程耗时且服务网络不足的混合动力&电动汽车。

目标任务：本发明的任务还在于仅用环保产生的电能工作，所述电能与现代压缩机作为压缩空气存储在仓库中并且在加油站可利用。这项技术代表了最便宜、最安全及最容易的能量存储方法之一。机器的温度限制在380摄氏度，并且完全隔热以防热量损失及噪音。此结构还对于使用如陶瓷等新材料提供了合适的先决条件。这可以减小制造成本及发动机的摩擦，并且使用了环保型润滑剂。

使用发电机意味着有时可以省去齿轮与传动元件，并且可以在减少振动与噪音的情况下回收制动能量。在这种具有空气-蒸汽组合的现代电动混合加热机器中，吸入的空气首先在反应室1或2中被压缩大约1/18倍，就像柴油发动机一样。温度上升到大约700-900摄氏度，然后由于48伏加热棒的额外加热而加速，这些加热棒通过主电池永久地提供。这导致液体注入期间突然蒸发或爆炸性膨胀。

此系统像冷却装置一样工作，回路中的性能提高。

此系统的最大优点是，当使用蒸汽或压缩空气时，使用本身的压缩机将多余的能量存储在气罐中。所以电池的容量、重量及价格保持较低。即使机器在静止状态下，可以在任何地方使用压缩空气为自己的电池充电，并且可以通过住宅供应区域中的附加压缩空气网络基站来确保其安全。

解决方案：此目的通过根据权利要求1至15的主题结合图1至图10B来实现。根据本发明的具有蒸汽-空气与发电机传动的旋转式热机特征在于，通过两个相互旋转的汽缸转子，每个转子具有一个机翼及多个交替连接的飞轮，并且绕轴线以不同旋转速度自由地旋转。两个窗格(panes)设置成一个在另一个后面并且偏移180°，导致每个窗格的2个功能工作空间(A、B、C、D)。吸入暖空气，并且位于汽缸芯中的反应室(1或2)被压缩且通过加热棒来加热。在以40巴的压缩空气喷射期间，会出现类似爆炸的膨胀，进而工作空间C或D之间的连接会继续使叶片之间膨胀，然后释放暖空气。

叶片之间形成的工作室连接到定位2反应室的汽缸芯，可选地(1或2)，所述反应室可连接到空气进口孔及空气出口孔，并且通过设置在内缸(3)的控制衬套(12)来控制，并且通过旋转的马耳他日内瓦齿轮旋转式发动机(72)或步进马达(140)来传动。

具体实施方式

图1是一种具有蒸汽-空气与发电机传动的旋转式热机的纵向截面图，由两个具有内缸转子3的圆盘组成，两个圆盘相互设置，每个圆盘都有一个机翼4且都有两个外缸转子1，每个圆盘都有一共同的机翼2，具吸气-排气通道的汽缸芯及反应室载体16，内缸从1到1同步旋转的控制衬套12，液压约束系统防止内、外缸轴110-135反向旋转，内缸的飞轮相对外缸单元作为质量平衡装置48，内缸延伸轴84、88c、滚珠轴承85，显示了动力传输元件，例如齿轮或带链条的替代链轮，具有皮带89-95、101的齿皮带轮、前后电耦合器(coupling)97、99作为传动与充电发电机98以及可选地可切换高压压缩机103。

图1a显示了如何利用发电机将机械能转换为电能以及如何通过具有轮辋106、108或轴传动109发电机的电池来传动车轮的示意图。在这种情况下，提供了电子控制箱107具冷却的电池组104、高压空气储存槽105、液体高压泵29、发动机的进气歧管55、冷却器、冷凝器、冷凝液、风扇、具容器56-58的液体的过滤器系统、流体压力表传感器脉冲产生器59。

图2显示了根据图1的旋转式热机。图1以局部纵向截面图示出，具有一马耳他十字齿轮72及具有齿轮皮带轮65作为整体的壳体，所述马耳他十字齿轮通过具有内缸转子3的移动元件63、64以1∶1的比例进行操作。在齿皮带轮65的相对侧上，有一中心安装的齿皮带轮75及轴78，所述轴被弹簧力78a、78b支撑，并且在另一端是一个三臂转向器79与齿皮带轮75，齿皮带轮通过与齿皮带轮77连接的齿皮带76以1至6的比例来传动，并且相对地具有配重件82。齿皮带滑轮62通过具有61、68的外缸转子以1∶1比例进行传动，从而旋转60°的限制销在顶部80与底部81装有滚珠轴承，当它们与79相遇并且领先6∶1＝旋转一圈的传动皮带滑轮74及30°旋转的日内瓦齿轮73。此移动通过齿皮带轮68、齿皮带67、齿滑轮66以1：1的方式传递至共同旋转的控制衬套12。控制了空气入口孔及空气出口孔。

图3显示了根据图1以局部纵向截面图作为替代方案v.2的旋转式热机，其中，特殊的步进马达140的壳体安装在传动齿皮带轮146上，通过具有移动元件63、149的内缸转子(3)以1:1比例来传动，并且从安装的内缸转子相关的编码圆盘环152、电子脉冲产生器表面153、角度编码器151获得所需的脉冲。优点在于，空气入口孔及空气出口孔的电子可控制性与永久的灵活性成倍数。

图3a显示了具有进气与出口通道16的汽缸芯、反应室1、2、载体17、具有进气与出口通道18的反应室滤芯、反应室的盖子19、盖子的安装螺钉20、具有端部存储装置的汽缸芯21、具有密封件及油环以及具有加热元件与喷油器的旋转可更换滤芯(cartridge)22的完整汽缸芯23、具有螺钉与垫环的可移除滤芯的安装盖24、完全可更换滤芯的弹性密封环25、可更换滤芯的电加热棒27、空气与液体喷嘴28的细节，可在必要时作为更换组件来快速交换。

图4显示了穿过圆盘1-入口通道平面-及(截面F-F)圆盘2-出口通道平面-具有功能工作室(A、B及C、D)、汽缸芯16的转子横截面(截面A-A)。

具有叶片1与2的外缸转子、具有叶片3及4的内缸转子、具有用于外缸叶片9的压缩弹簧的油封条、具有用于外缸叶片10的压缩弹簧的多个密封条、控制衬套12、多个密封条、压缩弹簧以及用于控制衬套13-15的多个密封环、具有环的具有进气与出口通道的汽缸芯以及反应室16、22，内外气缸机翼(wing)表面的合适凹形形状，用于更好地的空气或气体交换。如果带叶片的内转子是一件式的，则内缸必须分为两部分并且拧在一起。

图5显示了根据图3的机器、外缸转子1、圆盘隔板6、侧壁5、具有螺母的安装螺钉11、汽缸芯16与出口喷嘴26、具有加热棒与注入喷嘴23、27、28的可更换滤芯、液体高压泵29、进气口55的完整转子立体图(但没有控制元件与绝缘件)。

图5a显示了控制箱12的立体图，所述控制箱具有进口孔与出口孔，以及多个通道与密封环15。在示例中，控制衬套12的周边以30°的距离来分段，其中按照图2的六切行(row)的合适开口以及在入口(截面A-A)及出口行(截面F-F)的合适开口每第二段隔开60°但彼此偏移30°。在其他各行(row)中，每第4个段有一个120°的开口。多行(截面B-B与C-C)的多个开口位置相对于行A-A偏移30°，在行(截面D-D)中偏移60°并且顺时针方向附接。此行(截面E-E)与(截面A-A)相同。

图5b详细显示了密封条13的立体图。在缸直径与弹簧片14的相同半径的情况下，易于组装及密封是非常重要的。

图6显示了机器的转子立体图，内缸转子3、两个叶片4一个设置在另一个后面并且偏移180°，每个叶片具有2个开口。开口的位置从机翼前面的第一行(剖面A-A)的右侧并且沿顺时针方向开始，在机翼的后面(抽吸)，第二行(剖面B-B)压缩前侧，第三行(剖面C-C)压缩后侧，第4行(剖面D-D)后侧膨胀＝工作行程，第5行(剖面E-E)前侧工作行程，第6行(剖面F-F)在窗扇(sash)前面且在其后，排气并且因此在控制衬套每旋转30°时打开，或者关闭开口，例如抽吸(suction)、压缩、工作行程(working stroke)、排出等操作。

图6a显示了具有相对的机翼2及分隔壁6的外缸转子1的立体图。

图6b显示了具有进气通道与排气通道以及反应室载体16-23、26、28整体的汽缸芯的立体图。

图7-图7.3a显示了组件的不同位置以说明机器的操作。在接下来的两个周期中，两个圆盘偏移180°的转子横截面；在圆盘1，A与B，在圆盘2，C与D中有4个工作空间(室)，并且在圆盘2，“C”及“D”中的多个反应室，4个工作空间连接在汽缸芯中，以及连接位于汽缸芯(1或2)中的反应室。

图7显示了圆盘1(截面A-A)-入口通道水平-“A”入口，图7.1：圆盘1(截面C-C)-管道水平压缩-“B”及内室2，-图7.2：圆盘2(截面D-D)注入然后工作行程-“C与室1，图7.3：圆盘2(截面F-F)出口通道水平-“D”出口。在以下周期：图7a：圆盘1(截面A-A)-入口通道水平-“B”入口，图7.1a：圆盘1(截面B-B)-通道水平压缩-“A”+室1中的压缩-图7.2a。圆盘2(截面E-E)在顺序工作行程“D”与室2中注入，图7.3a：圆盘2(截面F-F)出口通道水平“C”出口。

图8显示了一种约束系统，所述约束系统由两个固定的壳体半部110与左侧111的外叶片轮1的固定叶片组成，在右侧115及在具有固定叶片113的双面固定式叶片轮，在中间有一个飞轮123被安装，并且所述飞轮123被锁定对抗反向旋转。此外，具有可动叶片的固定耦接的桨轮附接到外缸轴与内缸轴112。所述桨轮在油介质中运行，类似于自动变速器或减速器流量制动器。当有问题的桨轮在油介质中向前旋转时，将叶片折叠成闭合状态，因此不会产生流动阻力。同时，另一个叶片轮的叶片由于油流与弹簧力而打开并且制动轮子，同时，通过偏转油流，它在轮的另一侧进一步加速。与专利(US 7,156,068、DE102 23 145.1-15及JP 4393992)中提到的制动版本相比，为了提高效率，在每个工作行程中都需要重复执行此步骤，有新的限制肋130、固定的外部叶片111、115中的多个开口114，以及为了在油流139中更好地循环油，在两侧均带有固定叶片113的桨轮的情况下，为了获得更平稳的动力流，如在离合器的情况下增加了边界板125，增加了飞轮悬挂137。绝热壳127所产生的热量没有损失，而是通过具管线126的油路传递到机器的冷却器56，并且热量通过传感器保持恒定。

图9显示了根据图8的机器的约束系统的立体图，所述约束系统由相同的左右壳体部件110、主底架安装支架128、液压油连接件126、用于物件110的飞轮116、用于左右壳体部件136的轴承衬套、扭转振动-可动叶片的弹簧137、物件136的密封环138、左右固定外叶片111、115、连接内外缸转子112具有可动叶片的桨轮，两侧均具有固定叶片的桨轮，可能具有飞轮113、用于物件113的飞轮123、用于物件110的密封环122、用于油流的分隔肋且在壳体部件右侧循环，以及用于物件110的左侧130、用于油流的开口114以及用于油流的偏转板125、飞轮悬架137所组成。

图10显示了具闭回路的冰箱、空调及热泵的功能原理与操作模式，其中热量输出也可以增加4倍。

图10a显示了水密度/温度的图表以及具有不同温度下的蒸气压值的表格。为了最佳地处理热能，除了良好的隔热件53、127外，通过传感器控制选择的工作热量范围也非常重要。

这里有一些例子：

图10b显示了另一种CO

当超过150℃时，在超临界范围内，可以获得更高的压力值。

当跳过循环时，热的二氧化碳/空气混合物跑出来并且流过气体冷却器，数值已达到9°-20°以及大约30-50巴的压力。然后，为了再次注入回路中，暖空气混合物流经过滤器系统并且二氧化碳部分变为液体，并且与收集在容器中的空气分离，同时回路中的暖空气也传递到进气口55，所以此过程将重新开始。在冬天，冷却暖空气可用于加热车辆。二氧化碳是一种天然气，长期以来一直以较高的效率成功地用作汽车空调的代号为R744的制冷剂。结合此机器，可以获得其他优点。

部件清单

1：圆盘1与圆盘2的外缸转子

2：外缸转子、圆盘1与2的叶片

3：圆盘1、2的内缸转子

4：圆盘1与2的内缸转子叶片

5：窗格1与25a的外侧壁：窗格1的外侧轮缘

6：圆盘隔板、圆盘1与圆盘2的外缸转子

7：用于内缸转子叶片具有压缩弹簧的油封条

8：用于内缸转子叶片具有压缩弹簧的密封条

9：用于外缸转子叶片具有压缩弹簧的油封条

10：用于外缸转子叶片具有压缩弹簧的密封条

11：用于气缸垫环与侧壁具有螺母的完整组件螺钉

12：控制衬套

13：控制衬套的密封条

14：用于密封条控制衬套的弹簧片

15：具有防旋转锁的密封环-控制衬套

16：具进气口与排气口以及反应室支撑件的汽缸芯

17：汽缸芯的反应室载体

18：具有吸气与排气通道的反应室罐

19：具有组件螺钉的反应室罐的盖子

20：反应室载体

21：汽缸芯完整的末端存储装置

22：汽缸芯完整的密封环+具旋转锁的油

23：具加热棒与注入喷嘴的可更换滤芯

24：具有螺钉与密封件的可更换滤芯的组件盖

25：可更换滤芯的弹簧密封环

26：具螺钉轮缘具密封件的出口管线

27：用于可更换滤芯的电加热元件

28：空气与液体注入喷嘴

29：高压液体泵

30：前主轴承盖

31：物件30的正面烧结盘

32：物件12的正面烧结盘

33：物件32的密封环

34：内部用于控制衬套的前烧结碗

35：物件34的密封环

36：后部的烧结轴承

37：上方与下方的后主轴承烧结盘

38：后主轴承盖

39：外缸转子的轮缘环部件

40：内缸转子轴承的烧结盘

41：外缸转子的轮缘部件

42：内缸固定件

43：物件42的螺钉

44：物件39的螺钉

45：内缸转子轴的插入连接件

46：具螺钉的外缸转子的轮缘环

47：内缸转子的油通道

48：内缸转子的飞轮

49：油泵

50：用于汽缸芯具有扩展支架的主框架

51：用于从控制衬套传动的主轴承轴

52：物件51的轴承

53：机器

54：用于加热的绝缘壳插座

55：机器的进气喷嘴

56：冷却器、冷凝器

57：风扇

58：具容器的液体过滤系统

59：具有传感器脉冲发生器的液压指示器

60：外部的齿皮带滑轮

61：物件60的齿皮带

62：限制销的齿皮带滑轮

63：内缸转子的齿皮带滑轮

64：物件63、65齿皮带

65：物件72的齿皮带滑轮

66：物件12的齿皮带滑轮

67：物件66、68的齿皮带

68：物件69的齿皮带滑轮

69：马耳他十字齿轮轴

70：69的卡簧

71：齿皮带滑轮的楔形件68

72：马耳他十字齿轮壳体

73：日内瓦十字齿轮

74：马耳他十字齿轮的传动滑轮(pulley)

75：传动滑轮轴及齿皮带滑轮

76：物件75的齿皮带

77：物件79的齿皮带滑轮

78：物件79的齿皮带滑轮轴

78a：物件78的轴支架

78b：物件78a的弹簧固定器

79：物件75的3臂转向器

80：具滚珠轴承的上限销

81：具滚珠轴承的下限销

82：配重皮带滑轮物件65

83：传感器传动器

84：内缸延伸轴

85：物件84的滚珠轴承

86：密封环

87：主机架延伸

88：物件84的延长轴

89：传动轴物件46、84的齿轮或链轮

90：用于传动轴物件46、84替代的齿皮带滑轮

91：物件92的轴

92：空转齿轮

93：发电机的齿轮或链轮

94：交流发电机替代的齿皮带轮

95：发电机的轴承轴

96：齿轮或链轮的壳体

97：前部的电耦合器

98：发电机

99：后部的电动离合器

100：物件103的传动轴

101：链条或齿皮带-替代物件93或物件94

102：物件98的架子

103：高压压缩机

104：带冷却的电池组

105：高压空气容器

106：轮辋发电机48伏后轮

107：车辆电子控制箱

108：轴传动发电机-替代物件106

109：轮辋发电机48伏前轮

110：具有左右壳体部件的液压约束系统

111：左侧的固定外部叶片

112：内传动轴与外缸转子传动(空心)轴(涡轮)连接具可活动叶片的桨轮

113：在两侧均具有固定叶片的桨轮，可能具有飞轮

114：用于液压油流与循环的开口。

115：右侧的固定外部叶片

116：物件110的飞轮

117：物件116的密封环

118：外缸转子与物件112的动力传动空心轴

119：内缸转子以及物件84与物件112的动力传递均衡空心轴

120：119的环

121：119的安全楔形件

122：物件110的密封环

123：物件113的飞轮

124：113的卡簧

125：液压油流与循环的偏转板。

126：用于冷却液压约束系统的液压油连接件

127：液压约束系统的绝缘壳

128：具支架的主框架

129：物件110的支架

130：左右壳体部件、物件110中用于油循环的限制肋

131：固定叶片的支撑圆盘

132：用于桨轮、物件112的左右可移动的双侧机翼对，

133：物件132的安装螺栓

134：物件132,133的弹簧

135：液压油容器并且可能有泵

136：左右壳体部件物件110的轴承衬套

137：物件112与133的可活动叶片的扭转振动弹簧

138：物件136的密封环

139：液压油流与循环的开口

140：步进马达

141：物件140的定子

142：在背面步进马达轴承

143：在背后的步进马达框架轴承

144：在前面的步进马达框架轴承

145：物件140的导电通道与电刷

146：传动齿皮带滑轮

147：物件146的楔形件

148：底框架存储装置

149：物件63与146的齿皮带

150：作为固定件的环及物件151、145的电源

151：电子传感器、角度编码器

152：63的编码环

153：电子脉冲产生器表面

154：物件151的电源电刷

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