[发明专利]提高效率的流体发动机

说明书

盖伊·西尔弗

吴俊龙

相关申请的交叉引用

本申请涉及且要求2008年9月22日提交的题为“Fluid Engine with Enhanced Efficiency”的美国非临时专利申请序列号12/235,395的优先权，且该美国非临时专利申请以引用方式并入本文。本申请还涉及2004年10月12日提交的题为“Method and System for Generation of Electrical and Mechanical Power using Sterling Engine Principles)”的美国非临时专利申请序列号10/963,274。这两个申请特此以引用方式整体并入。

对于美国的指定，本申请是前述的美国专利申请第12/235,395号的延续。

发明背景

1.发明领域

本发明涉及能量转换装置。具体地，本发明涉及通过流体运动有效地将机械能传动成有用功的发动机。

2.相关技术讨论

热力发动机通过将引起流体在不同的温度的区之间流动的热能转换成有用功而操作。典型的热力发动机使用热能以驱动活塞组的协调的且往复的运动或涡轮叶片组的旋转运动。活塞或叶片的运动驱动机器或发生器。

在现有技术中，对于热力发动机操作的移动部件被包围在外壳中且机械地连接到(例如，通过轴)外部部件以驱动外部机器。

翼(wing)和翼面(airfoil)利用它们的形状的优势以在它们在流体(例如，空气)中的运动中获得空气动力的优势。从许多来源中存在许多可用的翼和翼面设计，来源包括在线的UIUC翼面数据库和许多更新式的翼面。

国家航空咨询委员会(NACA)，其设计并测试了各种翼设计且将结果发布在系统化的一组表中。这些结果现在仍有效，其可使用在为许多应用设计翼中。表基于翼面对于其流经的流体的迎角(angle of attack)提供了翼面的升阻系数(lift and drag coefficient)。使用这些系数，升力和阻力(drag force)可使用下列等式计算：

1)

2)

其中，C_l是升力系数，C_d是阻力系数，ρ是流体的密度，V是翼面相对于流体的速度，且A是翼面的面积。升力对于阻力的比(L/D比)用来比较翼面或叶片设计的效率。

升力对于阻力的比(L/D比)被用作对于翼面或叶片设计利用具体的流体特性以具体的迎角产生升力的效率的测量。

所需要的用来驱动具有排量为Q的泵的最小输入功率P_in、流体压力P_pres和理论压头H_T由P_in＝QP_pres＝QρgH_T给出。欧拉涡轮机关系可被用来确定由旋转的叶片的组产生的压头；压头由下式给出：

HT=u2V2cosα2-u1V1cosα1g]]>

概述

根据本发明的一个实施方案，发动机通过使用最佳地定位的升阻比空气动力叶片传递流体中的动力以产生扭矩而提供效率。流体可为液体或气体。发动机配置、叶片位置、叶片形状、叶片的升阻比、叶片角度、流体密度、流体压力、流体路径、流体运动和流体速度的多种考虑是设计参量，该设计参量可被调节以实现高的性能。产生的流体流动可被用来驱动例如输出轴的旋转运动。

本发明依据对于下文详细的描述的考虑，连同附图可被更好地理解。

附图简述

图1a显示了根据本发明的一个实施方案的流体发动机(fluid engine)100的横截面图。