球形能量转换器

摘要

本发明涉及一种球形工作腔和两个扁平旋转活塞，两个扁平旋转活塞作为在内部转向、旋转的活塞用于产生能量，扁平旋转活塞借助于溪流、河流的下降或来自高层建筑的灰水以及雨水来驱动。由于通过法兰安装的传动装置的输出轴的平稳旋转，可以连接发电机。所述能量转换器加上发电机在紧急情况下也可以作为移动单元用在瀑布处，以便发电。

权利要求

1.一种能量转换器，包括

a)壳体，所述壳体限定球形工作腔，并且在所述壳体中布置有用于加压液体或气体介质的两个入口开口和两个出口开口，b)轴和接纳所述轴的中空轴，所述轴和所述中空轴能够旋转地安装在所述壳体中，其中所述轴的旋转轴线和所述中空轴的旋转轴线中的每一个与所述工作腔的直径重合，c)两个扁平旋转活塞，所述两个扁平旋转活塞密封地支承抵靠所述壳体的内壁并且具有圆形轮廓，其中一个扁平旋转活塞被抗扭地连接到所述轴并且另一个扁平旋转活塞被抗扭地连接到所述中空轴，

d)两个齿轮，所述两个齿轮经由第一旋转方向锁定机构连接到所述轴或连接到所述中空轴，所述第一旋转方向锁定机构防止所述齿轮相对于所述轴或所述中空轴逆着工作旋转方向旋转，以及

e)与所述两个齿轮啮合的输出齿轮，其中

f)在所述壳体中，所述两个入口开口被布置成彼此相对，并且所述两个出口开口被布置成彼此相对，

g)所述轴和所述中空轴每个都经由第二旋转方向锁定机构被支撑在所述壳体中，所述第二旋转方向锁定机构防止所述轴或所述中空轴逆着所述工作旋转方向旋转，以及h)所述两个扁平旋转活塞每个都被分配有止动螺栓，所述止动螺栓与对应的另一个扁平旋转活塞接合，并且在工作循环结束时使所述对应的另一个扁平旋转活塞移动穿过所述两个入口开口。

2.根据权利要求1所述的能量转换器，其中，多个飞轮被设置在所述轴和所述中空轴上。

3.根据权利要求1所述的能量转换器，其中，所述两个扁平旋转活塞均具有相同的球形形状。

4.根据权利要求1所述的能量转换器，其中，所述两个扁平旋转活塞的外周在每种情况下均被分配有两个半圆形密封件。

5.根据权利要求4所述的能量转换器，其中，所述两个半圆形密封件在预张紧状态下支承抵靠所述壳体的内壁。

说明书

球形能量转换器

[0001] 本发明涉及一种用于发电的球形能量转换器，所述球形能量转换器具有限定旋转对称的工作腔的壳体。

[0002] 在球形工作腔中的同心轴线上的双组相同的扁平旋转活塞以紧凑的设计为流体提供了高效率。

[0003] 本发明涉及将流体物质的能量转换成机械能，该机械能可以被进一步转换成电能。

[0004] 特别地，发电机具有球形工作腔和作为内部旋转活塞的扁平旋转活塞。

技术领域

[0005] 对于具有球形工作腔的能量转换机器存在一些提议，其至少在理论上是最有效且最紧凑的构造。

[0006] 然而，迄今为止还没有结构能达到理论上的预期和目标。

背景技术

[0007] 一些知识产权和申请涉及旋转活塞机器，并且其中的一些，例如在GB 2052639和DE 2608479中，涉及球形工作腔的特定形式。在这种情况下，工作腔或泵腔在空间上被活塞
板分成多个腔体积，这些腔体积通过腔体积围绕两个轴线的旋转而变化。

[0008] 这可以通过在工作腔的壁内的楔形凹槽中的引导来实现，如在摆环泵中(例如US 3,549,286)。

[0009] 然而，已经表明，在狭槽引导件中的这种摆动运动仅对于低旋转速度是可能的，并且优选地在泵中用于高粘性介质。因此，在驱动机械中这种使用是不可能的，因为如果压力
载荷不是均匀地增加，活塞板就不可避免地被夹紧在凹槽中。

[0010] PCT/NL 2011/050475或WO 2012/002816似乎提供了一种解决该问题的方案，尽管多个同心腔段与活塞板的组合产生了具有不同压力水平的高度分段的运动顺序，这迫使通
过多个旋转腔的组合来控制该运动顺序。然而，这当然意味着更大的技术努力。

[0011] 此外，从DE 202009016021U1中已知一种内燃机，其具有多个能够围绕轴线运动的圆形或半圆形的活塞盘。

[0012] 然而，内燃机的废热量存在问题。仅仅在球形工作腔的相对小的表面上的耗散是不足以用于冷却的，除非在压力冷却系统中投入相当大的努力，这在另一方面抵消了效率。

[0013] 此外，这种结构继承了由止动件中断的分段运动，这不仅降低了效率，而且引起机械问题。

[0014] 连同扁平叶片的突然运动，这会导致有害的振动模式。

[0015] 发明目的

[0016] 因此，本发明的目的是提供一种系统，该系统能够将流动物质或气态物质形式的能量有效地转换成旋转，并且由此以这种方式有效地转换成电能。

[0017] 解决方案/创造性

[0018] 因此，基本结构涉及源自本发明人的DE 22009016021U1。

[0019] A)锁定装置不再间歇地停止。

[0020] B)扁平旋转活塞相同地变形以抵抗共振，使得振动不可能发生并且不存在振动的传播。

[0021] C)本申请现在涉及与内燃机的使用相反的水轮机和空气压力系统，水轮机和空气压力系统在水轮机和空气压力系统的介质的均匀负载下工作。

[0022] 然而，维持了球形工作腔和其中的叶片的基本优点：高效率，这是由于与气缸中的活塞或其它甚至不太有效的设计相比，球体中叶片的摩擦小得多。

[0023] 下面将基于附图更详细地解释本发明的优选实施例。

[0024] 在附图中：

[0025] 图1‑图4以示意图示出了基本原理。这些视图忽略了扁平旋转活塞的变形。

[0026] 图5示出了包括齿轮装置的完整的内驱动单元的透视图。

[0027] 图6以透视图示出主要的单独部件。

[0028] 图7示出了壳体半部。

[0029] 图8示出了没有齿轮罩的整体视图。

[0030] 图9示出了扁平旋转活塞的球形设计。

[0031] 图10以更大的比例示出了具有密封条的扁平旋转活塞的细节。

[0032] 图11示出了飞轮的图示。

[0033] 图12示出了关闭滑块的图示。

[0034] 图13示出了传感器和电磁阀的附接。

[0035] 图8中所示的球形能量转换器由限定球形工作腔的壳体1组成。

[0036] 两个中空轴3a和3b安装在壳体1中，两个中空轴的轴线与球形壳体1的直径一致。

[0037] 如图5所示，中空轴3a和3b被推到轴2上，球形扁平旋转活塞4和球形扁平旋转活塞5分别固定地连接到中空轴3a和3b上。选项有焊接、由一个部件铸造或由一个部件铣削。

[0038] 中空轴3a经由楔形槽、螺栓或焊接与轴2被抗扭地连接，同时中空轴3b可旋转地安装。

[0039] 两个球形扁平旋转活塞具有圆形轮廓，使得两个球形扁平旋转活塞密封地支承抵靠壳体1的内壁。更准确地说，每个球形扁平旋转活塞4、5由两个球形半圆形叶片组成。两个
球形叶片在其基线的直线区域的第一半部中被抗扭地连接到中空轴3a和中空轴3b。基线的
第二半部在相对的中空轴3a或中空轴3b上密封地滑动。

[0040] 两个球形扁平旋转活塞4、5因此在壳体1内总共限制4个腔I、II、III和IV，如图1‑图4所示。

[0041] 如图10所示，在球形扁平旋转活塞4、5的密封表面中切出凹槽，密封件18插入该凹槽中。

[0042] 如图5所示，中空轴3b通过外部右手端经由第一自由轮离合器14连接到齿轮6，并且齿轮7经由第二自由轮离合器15连接到轴2的外端，该外端从中空轴3a伸出。

[0043] 两个齿轮6和7与齿轮8啮合，齿轮8被抗扭地连接到平行于轴2、轴3的输出轴9。

[0044] 工作原理

[0045] 图1，介质(气体或液体)通过入口开口10连续进入腔I和腔III。

[0046] 因此，扁平旋转活塞4沿着旋转的前进方向被推动，同时后扁平旋转活塞5将被向后驱动。然而，由于图5中的自由轮轴承13在中空轴3b和图7、图8中的壳体1之间致动，所以
阻止了扁平旋转活塞5向后旋转。

[0047] 当向前推动前扁平旋转活塞4时，II和IV中的介质受到压力并经由出口开口11被压出。

[0048] 通过与中空轴3a以及轴2被抗扭地连接的扁平旋转活塞4(参见图2)的旋转运动，齿轮7由被锁止的第二自由轮离合器15驱动。

[0049] 齿轮7通过啮合将旋转运动传递到输出齿轮8，并且紧固到输出齿轮8的输出轴9旋转。

[0050] 一旦轴2在工作行程之后停止，第二自由轮离合器15就允许齿轮7继续在轴上旋转。如图4所示，通过以下选项可以实现扁平旋转活塞5的向前推动：

[0051] A)紧固到扁平旋转活塞4的止动螺栓16将扁平旋转活塞5推入下一位置。

[0052] B)将飞轮19(图11)紧固到中空轴3b和轴2中的每一个，所述飞轮推动扁平旋转活塞超过死点。

[0053] 一旦扁平旋转活塞5在入口11的上方旋转，压力就在腔II和IV中累积。

[0054] 现在，扁平旋转活塞5沿着旋转的前进方向被推动，同时在图5中被抗扭地连接到第一旋转方向锁定机构12的后扁平旋转活塞4被阻止进入相反的方向。

[0055] 夹紧体自由轮12插入壳体1中并且抗旋转地固定。当扁平旋转活塞5被向前推动时，I和III中的介质受到压力并经由出口开口10被压出。

[0056] 通过与中空轴3被抗扭地连接的扁平旋转活塞5的旋转运动(参见图4)，齿轮6由被锁止的第一自由轮离合器14(在齿轮6中，不可见)驱动。

[0057] 齿轮6通过啮合将旋转运动传递到输出齿轮8，并且紧固到输出齿轮8的工作轴9旋转。

[0058] 一旦中空轴3在工作行程之后停止，齿轮6就可以由于第一自由轮离合器14而继续在轴上旋转。这个过程被连续地重复。

[0059] 如上所述，当操作球形能量发电机时，两个扁平旋转活塞4、5发生逐步旋转，其中，以交替的方式，两个扁平旋转活塞中的一个执行工作行程。因此，工作扭矩以交替的方式顺
时针施加在中空轴3b和轴2上。分配给两个齿轮的自由轮离合器14、15起作用，使得轴2或中
空轴3b可以沿着旋转方向将驱动转矩传递到所分配的齿轮6或齿轮7。然而，由输出齿轮8驱
动的齿轮6或齿轮7可以超越相应的非驱动轴2或中空轴3b。

[0060] 扁平活塞4、5之间的制动作用可以经由壳体1上的出口10和入口开口11之间的间距来确定。

[0061] 球形地变形的扁平旋转活塞(图9)可以抵消共振，使得不可能发生振动并且不存在振动的传播。

[0062] 支承抵靠壳体1的内表面的半圆形密封件18(图10)优选地以预张紧的方式插入到扁平旋转活塞4、5的相应凹槽中，以便随着磨损的增加，所述密封件能够径向张开以便维持
密封作用。

[0063] 控制时间和效率可以通过在扁平旋转活塞上的关闭滑块20(图12)来优化。

[0064] 通过将传感器22和电子控制的电磁阀21连接到入口11和12(图13)可以提高效率。

[0065] 这里是一些关于球形能量转换器的建议：

[0066] A)在高层建筑的地下室，球形能量转换器可以用于通过由雨水或废水驱动来发电。

[0067] B)在潮汐发电厂中的使用是可以设想的，所述潮汐发电厂将来自海洋潮汐范围的势能和动能转换为电力。

[0068] C)在河流发电厂中的使用将是有利的，因为由于高效率，仅需要在水落差高度中的小的压力差。

[0069] D)作为移动单元的能量转换器在危机时期可以在瀑布中使用。

[0070] E)在压缩空气存储动力厂中的使用也是可以设想的。

[0071] 附图标记列表

[0072] 1    壳体

[0073] 2    轴

[0074] 3a   中空轴

[0075] 3b   中空轴

[0076] 4    扁平旋转活塞

[0077] 5    扁平旋转活塞

[0078] 6、7  齿轮

[0079] 8    输出齿轮

[0080] 9    工作轴

[0081] 10   出口

[0082] 11   入口

[0083] 12   第一旋转方向锁定机构

[0084] 13   第二旋转方向锁定机构

[0085] 14   第一自由轮离合器

[0086] 15   第二自由轮离合器

[0087] 16   止挡螺栓

[0088] 17   齿轮壳体

[0089] 18   密封条

[0090] 19   飞轮

[0091] 20   关闭滑块

[0092] 21   电磁阀

[0093] 22   传感器