專利名稱：低溫差旋轉(zhuǎn)發(fā)動機的制作方法
低溫差旋轉(zhuǎn)發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域
這里描述的實施方式涉及從低溫差源提取能量，更具體地，涉及用于從低溫差源 產(chǎn)生能量的系統(tǒng)、設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
從低溫差源(例如，通過太陽能的、地熱的或工業(yè)的處理所加熱的水)提取能量， 并將此能量轉(zhuǎn)化成旋轉(zhuǎn)的或其它形式的能量，通常是效率低的或不實用的。
已經(jīng)進行了許多嘗試，以提供設(shè)備使能量提取更實用。例如，Gould(美國專利 No. 4，570，444)描述了一種具有輪狀轉(zhuǎn)子的太陽能電機，該轉(zhuǎn)子具有分成中空隔室的輪緣。 將轉(zhuǎn)子設(shè)計為，圍繞水平軸線旋轉(zhuǎn)且同時在其一部分的輪緣隔室中包含揮發(fā)性液體。轉(zhuǎn)子 具有輪轂(其也具有分開的隔室)和使輪轂與輪緣隔室互相連接的中空輪輻。將轉(zhuǎn)子的內(nèi) 部設(shè)計為，在其輪轂中容納壓縮氣體，然后將其通過中空輪輻發(fā)送至位于轉(zhuǎn)子軸線的一側(cè) 上的輪緣隔室。當壓縮氣體與輪緣的該部分中的液體表面接觸時，其在該表面上施加壓力。 液體表面上的壓力迫使液體到達轉(zhuǎn)子的相對側(cè)并進入輪緣，通過輪輻和輪轂中的一系列互 相連接的通道，處于比其原始水平高的水平。這導致轉(zhuǎn)子的一側(cè)上的重量的不平衡，這使得 轉(zhuǎn)子在趨向于恢復其重量平衡的方向上在重力的影響下轉(zhuǎn)動或旋轉(zhuǎn)。只要將壓縮氣體供給 入其輪轂，轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。壓縮氣體可以是轉(zhuǎn)子中的揮發(fā)性液體的蒸汽相。
另一方面，Yoo等人(美國專利No. 6，240, 729)描述了一種用于將熱能轉(zhuǎn)化成機 械運動的設(shè)備，包括安裝在熱源上方的軸上的框架。將包括至少三個由流體管道連接的細 長腔室的流路安裝在框架上，并且，設(shè)置于流路中的單向閥允許流路內(nèi)的單向流體流動。熱 源將包含在腔室內(nèi)的運動流體加熱至其沸點之上，這增加了所加熱的腔室內(nèi)的蒸汽壓力， 從而迫使流體流出腔室并立即流入流路中下游的腔室。下游腔室的所增加的重量產(chǎn)生圍繞 軸的扭矩，沿上游方向旋轉(zhuǎn)框架。
此外，Iske (美國專利No. 243，909)描述了，在一種電機中，直管在每端具有容器， 并允許使密封的揮發(fā)性液體在熱量作用下從一個容器到達另一個容器。
存在對用于從低溫差源提取能量的改進設(shè)備的需求。發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)一個方面，提供一種包括支撐件和旋轉(zhuǎn)件的發(fā)動機。旋轉(zhuǎn)件包括被連接布置 的容器和管道，其中設(shè)置有液體-蒸汽混合物(例如，工作流體)。每條管道具有單向止回 閥。每個容器通過管道以圍繞軸交替的方式與另一容器連接，產(chǎn)生用于蒸汽的曲折路徑，當 下容器由熱源加熱時(例如，輻射、傳導、對流，或其任何組合)，該曲折路徑對流體加壓并 將流體從下容器推至較高容器。旋轉(zhuǎn)件由于更高容器中的流體的勢能而旋轉(zhuǎn)，并且，可通過 所連接的旋轉(zhuǎn)件從發(fā)動機獲得能量。
根據(jù)另一方面，提供一種包括與支撐件連接的輪狀組件的發(fā)動機。輪狀組件具有 與支撐件可旋轉(zhuǎn)地連接的軸，該軸可在第一方向上(例如，順時針或逆時針)旋轉(zhuǎn)，并位于熱源的上方。在軸周圍布置多個容器，每個容器具有相對于軸的重力矩。多條管道將容器連 接在一起。至少一條管道與軸直接或間接地連接。每個容器與入口管道和出口管道連接。 入口管道具有至少一個單向止回閥。每個容器在其中還包括氣阱。在一些實施方式中，出 口管道伸入容器，以將氣阱限定在容器內(nèi)。
在軸周圍布置多個容器，并且，這些容器和管道被連接成，使得當用熱源(在一些 情況中，其可以在軸的下方，但是也可以在其它位置)加熱每個容器時，容器的出口管道是 具有或幾乎具有順時針(或逆時針)重力矩的更高容器的入口管道。容器和管道的內(nèi)部包 含液體-蒸汽混合物(例如，工作流體)。
熱源附近的至少一個容器中的工作流體被加熱，從而增加氣阱內(nèi)部的氣壓并迫使 流體通過所連接的出口管道，通過單向止回閥，并進入所連接的更高容器，從而導致輪狀組 件順時針旋轉(zhuǎn)(或逆時針，取決于結(jié)構(gòu))。可以從與輪狀組件連接的旋轉(zhuǎn)件獲得能量。在一 些實施方式中，也可以將所冷卻的流體作為從系統(tǒng)的輸出。
根據(jù)另一方面，提供一種用于從熱源提取能量的發(fā)動機，包括支撐件；與支撐件 可旋轉(zhuǎn)地接合并可在第一方向上旋轉(zhuǎn)的軸；多個與軸接合并圍繞軸隔開的容器；設(shè)置于多 個容器中的工作流體；以及在曲折流路中將容器連接在一起的多條管道，每條管道具有與 多個容器中的一個連接的出口端、與多個容器中的另一個連接的入口端，以及單向止回閥， 該單向止回閥被構(gòu)造為允許工作流體經(jīng)由出口端從一個容器流出，通過管道并經(jīng)由入口端 流入另一容器；其中，多個容器和管道的形狀被設(shè)置并被布置在軸周圍，并且，選擇工作流 體，使得當用熱源加熱一個容器時，一個容器中的工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導致至少 一部分工作流體從一個容器流入位于所述一個容器上方的另一個容器，以產(chǎn)生促使軸在第 一方向上旋轉(zhuǎn)的重力矩。
所述多個容器可以至少包括第一容器、第二容器和第三容器；所述多條管道可以 包括具有與第一容器連接的出口端和與第二容器連接的入口端的第一管道，和具有與第 二容器連接的出口端和與第三容器連接的入口端的第二管道；其中，在軸周圍布置容器，使 得當用熱源加熱第一容器時，第二容器位于第一容器上方，并且，第一容器中的工作流體經(jīng) 歷蒸汽壓力的增加，導致至少一部分工作流體向上通過第一管道流入第二容器，以促使軸 在第一方向上的旋轉(zhuǎn)；并且其中，當用熱源加熱第二容器時，第三容器位于第二容器上方， 并且第二容器中的工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導致至少一部分工作流體向上流過第二 管道并進入第三容器，以促使軸在第一方向上的旋轉(zhuǎn)。
在一些實施方式中，軸限定了豎直發(fā)動機平面，并且，在軸周圍布置容器，使得當 用熱源加熱第一容器時，第二容器位于相對于豎直發(fā)動機平面的一位置中，以促使軸在第 一方向上的旋轉(zhuǎn)。
在一些實施方式中，每個容器中具有氣阱，當之前的容器經(jīng)歷蒸汽壓力增加時，氣 阱中從之前的容器接收工作流體。每條管道的出口端可以伸入另一容器，以在其中限定氣 阱。
在一些實施方式中，所述管道包括被構(gòu)造為將容器彼此耦接并將容器與軸耦接的 管狀結(jié)構(gòu)件。
所述多個容器可以包括至少5個容器。所述多個容器可以包括至少7個容器。
在一些實施方式中，第一容器和第二容器是不相鄰的。7
在一些實施方式中，所述管道具有圍繞軸前后交叉的交替圖案。
在一些實施方式中，當工作流體從一個容器流至另一個容器時，冷卻流體趨向于 在其中冷卻工作流體。發(fā)動機可進一步包括滾筒，滾筒中具有冷卻流體，并且其中，管道與 滾筒接合，因此冷卻流體趨向于冷卻流過管道的工作流體。冷卻流體可以在滾筒中再循環(huán)。
發(fā)動機可進一步包括與軸、管道和容器中的至少一個耦接的旋轉(zhuǎn)件，旋轉(zhuǎn)件被構(gòu) 造為與容器一起旋轉(zhuǎn)。旋轉(zhuǎn)件可以是與至少一條管道連接的滾筒。旋轉(zhuǎn)件可以是與至少一 個容器連接的環(huán)形件。環(huán)形件可以具有用于與齒輪嚙合的輪齒。
在一些實施方式中，發(fā)動機進一步包括與軸、管道和容器中的至少一個耦接的旋 轉(zhuǎn)件，旋轉(zhuǎn)件被構(gòu)造為與容器一起旋轉(zhuǎn)。
在一些實施方式中，工作流體包括兩種或更多種不同的流體。工作流體可包括密 度增加添加劑。工作流體可包括被選擇為改變工作流體的沸點的添加劑。
在一些實施方式中，每個容器包括這樣的材料，該材料被選擇為延遲或加快對于 容器中的工作流體的加熱且直到容器位于相對于熱源的期望位置處。
在一些實施方式中，所述熱源包括多個熱源。
在一些實施方式中，每條管道具有兩個或更多個設(shè)置于其中的單向止回閥，將所 述兩個或更多個單向止回閥布置為，當工作流體在容器之間移動時，管理工作流體的熱特 性和流動特性。
在一些實施方式中，所述熱源是液體熱源，并且其中，容器的旋轉(zhuǎn)選擇性地至少部 分地在液體熱源中浸沒至少一個容器，從而導致浮力施加在該容器上。
在一些實施方式中，至少一個容器上具有散熱片，以便于至少一個熱源和周圍空 氣之間的熱能的轉(zhuǎn)移。
在一些實施方式中，所述熱源包括輻射熱源、傳導熱源和對流源中的至少一個。所 述熱源可以是流動的流體或不流動的流體。
在一些實施方式中，所述熱源位于軸的下方。
在一些實施方式中，其中，所述多條管道包括柔性軟管。
在一些實施方式中，容器與軸隔開相似的徑向距離。容器可在軸周圍均勻地被隔 開。
在一些實施方式中，容器與軸隔開不相似的徑向距離。容器可在軸周圍不均勻地 隔開。
在一些實施方式中，容器由導熱材料制成。在一些實施方式中，容器由絕熱材料制 成。容器可由復合材料制成。
在一些實施方式中，將發(fā)動機構(gòu)造為，用以產(chǎn)生電能、熱能和機械能中的至少一 種。
在一些實施方式中，將發(fā)動機構(gòu)造為，提供熱源的冷卻。
在一些實施方式中，從容器去除空氣?？捎弥辽僖粋€真空或通風系統(tǒng)從容器中去 除空氣。
在一些實施方式中，發(fā)動機進一步包括與容器、管道和軸中的至少一個連接的飛 輪。
根據(jù)另一方面，提供一種用于從熱源提取能量的發(fā)動機，包括支撐件；與支撐件可旋轉(zhuǎn)地耦接的軸；以及多個與軸耦接的容器組件，每個容器組件包括多個與軸耦接并 圍繞軸隔開的容器；設(shè)置于多個容器中的工作流體；以及在曲折流路中將容器連接在一起 的多條管道，每條管道具有與多個容器中的一個連接的出口端、與多個容器中的另一個連 接的入口端，以及單向止回閥，該單向止回閥被構(gòu)造為允許工作流體經(jīng)由出口端從一個容 器流出，通過管道并經(jīng)由入口端流入另一容器；其中，多個容器和管道的形狀被設(shè)置并且該 多個容器和管道被布置在軸周圍，并且，選擇工作流體，使得當用熱源加熱一個容器時，一 個容器中的工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導致至少一部分工作流體從一個容器流入位于 所述一個容器上方的另一個容器，以產(chǎn)生促使容器組件在特定方向上旋轉(zhuǎn)的重力矩。
所述多個容器可至少包括第一容器、第二容器和第三容器；所述多條管道可包括 具有與第一容器連接的出口端和與第二容器連接的入口端的第一管道，和具有與第二容器 連接的出口端和與第三容器連接的入口端的第二管道；其中，在軸周圍布置容器，使得當用 熱源加熱第一容器時，第二容器位于第一容器上方，并且，第一容器中的工作流體經(jīng)歷蒸汽 壓力的增加，導致至少一部分工作流體向上通過第一管道流入第二容器，以促使組件在特 定方向上的旋轉(zhuǎn)；并且其中，當用熱源加熱第二容器時，第三容器位于第二容器上方，并且， 第二容器中的工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導致至少一部分工作流體向上流過第二管道 并流入第三容器，以促使組件在特定方向上的旋轉(zhuǎn)。
在一些實施方式中，所述多個組件中的每個進一步包括與軸耦接的耦接器，將耦 接器構(gòu)造為允許至少一個組件沿與其它組件相反的方向旋轉(zhuǎn)。
在一些實施方式中，將所述多個組件構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)兩個或更多個旋轉(zhuǎn)件，可從所述 旋轉(zhuǎn)件獲得能量。可以將所述兩個或更多個旋轉(zhuǎn)件構(gòu)造為，以一種或多種不同的速度、不同 的扭矩，和不同的功率輸出來旋轉(zhuǎn)。
在一些實施方式中，所述多個組件中的至少兩個在其中具有不同的工作流體。
在一些實施方式中，所述多個組件包括第一組件和最后組件，其中，將第一組件構(gòu) 造為，當熱源具有第一溫度時用熱源加熱第一組件，并且，將最后組件構(gòu)造為，當熱源具有 第二溫度時用熱源加熱最后組件。第二溫度可小于第一溫度。
在一些實施方式中，將第一組件中的工作流體選擇為具有接近第一溫度的第一沸 點溫度，并將最后組件中的工作流體選擇為具有接近第二溫度的第二沸點溫度。
發(fā)動機可進一步包括限定多個在其中具有熱源的通道的槽，其中，將所述多個組 件中的每個構(gòu)造為與槽中的多個通道中的一個接合?？蓪⒉鄣闹辽僖徊糠滞ǖ啦贾贸蒢字 形的圖案。在一些實施方式中，熱源沿著槽中的通道流動，并且，至少一個通道中的至少一 個組件沿與其中的熱源的流動方向相同的方向旋轉(zhuǎn)。在一些實施方式中，熱源沿著槽中的 通道流動，并且，至少一個通道中的至少一個組件沿與其中的熱源的流動方向相反的方向 旋轉(zhuǎn)。
在一些實施方式中，發(fā)動機進一步包括與至少一個組件連接的飛輪。
在一些實施方式中，將發(fā)動機構(gòu)造為，用以產(chǎn)生電能、熱能和機械能中的至少一 種。


在此包括的圖用于示出本說明書的方法和設(shè)備的各種實例，并且，并非旨在以任何方式限制所教導的范圍。在圖中
圖1是根據(jù)一個實施方式的用于從熱源提取能量的發(fā)動機的示意圖加至圖2c是圖1的發(fā)動機在發(fā)動機操作過程中的各種階段的示意圖3a至圖北是圖1的發(fā)動機的下容器和其所連接的管道的橫截面圖如至圖4b是圖1的發(fā)動機的較高容器和其所連接的管道的橫截面圖5是根據(jù)另一實施方式的發(fā)動機的透視圖6是根據(jù)又一實施方式的多級發(fā)動機的透視圖7是根據(jù)又一實施方式的具有中心冷卻滾筒的發(fā)動機的透視圖8是根據(jù)又一實施方式的具有環(huán)形旋轉(zhuǎn)件的發(fā)動機的透視圖9是根據(jù)又一實施方式的與多級發(fā)動機(例如，圖6的發(fā)動機)一起使用的槽 的透視圖。
具體實施方式
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖1，這里示出的是根據(jù)一個實施方式的發(fā)動機。該發(fā)動機總體包括支撐 件12、軸14和多個容器18，由處于圍繞軸14隔開的關(guān)系中的管道16將多個容器18互相連接在一起。
如所示出的，支撐件12大體從底座20向上延伸，并可固定至底座20，例如，油箱的 底部或地面。替代地，也可從其它方向支撐發(fā)動機10(例如，從上面或從高架平面懸掛，例 如通過使用支架)。
設(shè)置在底座20附近的是熱源22，其可以是液體熱源。在一些實施方式中，熱源22 可以靜止(例如，液體是靜止的)，或者，熱源22是流動的(例如，液體在運動)。熱源22 的一些實例可包括通過工業(yè)或住宅處理(例如，暖廢水)、太陽能加熱、地熱加熱、海洋熱加 熱、生物質(zhì)加熱，或其它廢熱源來加熱的水或其它液體。其它實例可包括熱廢氣，或其它氣流。
相對于冷卻貯藏器(例如，發(fā)動機10附近的環(huán)境大氣)，熱源22典型地提供低溫 差。例如，如果從15°C (59華氏溫度)的地熱獲得熱源22，那么，在具有-20°C (_4華氏溫 度)的北美冬季的季節(jié)中，冷卻貯藏器可以是環(huán)境大氣，提供大約35°C (63華氏溫度)的低iS差ο
在另一實例中，熱源22可以是由太陽(例如，等于40°C (104華氏溫度))加熱的 水，并且，冷卻貯藏器可以是地下水(例如，從15°C (59華氏溫度)的源)，提供低溫差(例 如，在此實例中，大約25°C (45華氏溫度))。
如圖1所示，軸14與支撐件12可旋轉(zhuǎn)地連接(例如，用軸承、軸襯或其它適當?shù)?耦連件)，并圍繞通常至少基本上垂直于重力方向的軸線旋轉(zhuǎn)。軸14也大體限定豎直發(fā)動 機平面P，如圖1所示。如所示出的，軸14可位于熱源22的上方。
軸14可至少在第一方向24(這里示出為順時針方向)上旋轉(zhuǎn)。替代地，軸14可 以在期望的另一特定方向(例如，逆時針)上旋轉(zhuǎn)。這里表示的方向逆時針和順時針通常 是相對于觀察發(fā)動機10的操作的觀察者的位置而言的，并且，這些方向決不意味著是限制 性的。
軸14是可從那里提取功率的旋轉(zhuǎn)件的一個實例，如將在下面更詳細地描述的。10
發(fā)動機10還包括多個容器18，該多個容器被定位為圍繞軸14間隔布置(這里示 出為等距隔開的)。每個容器18通常具有相對于軸14的重力矩，該重力矩由該容器18及 其內(nèi)容物的重量(例如，向下作用的)和豎直發(fā)動機平面P與該容器18的重心之間的水平 距離的乘積來定義。例如，特定容器18’與豎直發(fā)動機平面P間隔距離L。
將理解，在一些情況中，用于特定容器18的重力矩可以是零(例如，在特定容器18 直接位于軸14的上方或下方的地方，使得水平距離L是零)。
軸14的左側(cè)上的容器18的重力矩(如圖1所示)趨向于逆時針旋轉(zhuǎn)發(fā)動機10， 同時，軸14的右側(cè)上的容器18的重力矩趨向于順時針旋轉(zhuǎn)發(fā)動機10(例如，在第一方向M 上)。如下面更詳細地描述的，設(shè)計發(fā)動機10，使得當容器18在豎直發(fā)動機平面P的一側(cè) 上時(例如，在其右側(cè)上)，與豎直發(fā)動機平面P的另一側(cè)上的容器18相比，(例如，其左側(cè) 上)其更重(例如，包含更多液體)，產(chǎn)生在第一方向24(例如，在此實例中是順時針的，但 是在其它實例中可以是逆時針的)上驅(qū)動發(fā)動機10的凈力矩。
容器18在曲折流路中由管道16連接在一起。在一些實施方式中，至少一條管道 16可與軸14直接或間接地連接。例如，如圖1所示，管道16與中心盤沈連接，然后中心盤 26又與軸14連接。
在其它實施方式中，可用滾筒件或框架代替中心盤沈，或者，可用不是管道16的 各種其它結(jié)構(gòu)件將容器18固定至軸14。
如所示出的，每個容器18經(jīng)由兩條管道16與兩個其它容器18直接連接。每條管 道16通常具有用作入口管道(例如，用于對該特定容器18提供流體)的入口端162和用 作出口管道(允許從該特定容器18提取流體)的出口端164，如將在下面更詳細地描述的。
如所示出的，每條管道16可具有一個或多個設(shè)置于其中的單向止回閥觀。在一些 實施方式中，止回閥可位于每個容器18的入口端162附近，管道16對所述容器18供應(yīng)流 體。在一些實施方式中，可沿著每條管道16隔開附加的單向止回閥，并且，單向止回閥可幫 助控制流過管道16的流體的流動和熱管理。
如將在下面更詳細地描述的，每個出口管道164可伸入一個容器18，以在容器18 內(nèi)限定氣阱(例如，見圖3a)。通常，與一個容器18連接的入口管道162和與另一容器18 連接的出口管道164是相對的，并且，所有容器18連接在一起，使得提供了交替的容器18 和管道16的曲折路徑(例如，所有容器彼此流體連通)。
一般來說，可如下所述地描述管道16和容器18的交替且曲折的路徑，每個容器18 耦接在一起，以對另一容器18提供工作流體，所述另一容器18可以是不相鄰的容器。在一 些實施方式中，耦接每個容器18，以對不相鄰的容器18提供工作流體。例如，如圖2c所示， 用第一管道16a將容器“A”與容器“E”耦接，并且，容器“A”可對容器“E”提供工作流體， 容器“E”通常在軸14的相對于容器“A”的另一側(cè)上。這通常使管道16具有可圍繞軸14 前后交叉的交替圖案。
容器18、管道16和軸14大體形成可相對于支撐件12旋轉(zhuǎn)的輪狀組件。
如可在圖1中看到的，將容器18以間隔的關(guān)系布置在軸14的周圍，容器18和管 道16連接在一起，使得當用熱源22加熱每個容器18時，該容器18的出口管道164是位于 容器18上方的第二容器18的入口管道162，并且其具有(或幾乎具有)順時針重力矩，以 在第一方向M上驅(qū)動發(fā)動機10。11
許多這種布置是可能的，所述幾何布置(如圖1所示，具有7個均勻角度隔開的容 器18和7條管道16)僅是一個實例，并且，并不意味著是限制性的。特別地，容器18不需 要離軸14相同的徑向距離，或者，其不需要圍繞軸14均勻地隔開，或者，管道16不需要是直的。
容器18和管道16的內(nèi)部通常包含工作流體(例如，液體-蒸汽混合物)。例如， 流體可以是液體酒精(例如，乙醇或甲醇)和酒精蒸汽的混合物。其它流體和液體也可以 是合適的，例如，氨水、水、石油醚、汽油、戊烷、二乙醚、二甲醚、乙酸甲酯、甲基碘、乙醚、溴 乙烷、甲醇、己烷、丙酮、丁烷、二硫化碳、溴、氯仿、乙醛，和氟利昂制冷劑R-11。
通常，根據(jù)將用來驅(qū)動發(fā)動機10的液體熱源22的所期望的溫度，選擇工作流體 (例如，液體-蒸汽混合物)的沸點。特別地，通常選擇工作流體，使得當遇到熱源22時，工 作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加。在一些實施方式中，將工作流體選擇為具有大約或接近熱源 22的溫度的沸點。例如，可將工作流體的沸點選擇為稍微低于、大約等于，或稍微高于熱源 22的溫度。
在一些實施方式中，可對容器18和管道16提供作為液體的工作流體(例如，液 體-蒸汽混合物)。可將容器18和管道16內(nèi)的殘余空氣留在其中，或者，替代地，可將其去 除(例如，用真空或通風系統(tǒng))，這可便于工作流體的蒸發(fā)。在一些實施方式中，可根據(jù)可用 來驅(qū)動發(fā)動機10的一個或多個具體范圍的溫差來選擇和配置工作流體(例如，液體-蒸汽 混合物)。
通常，對于將由熱源22影響以驅(qū)動發(fā)動機10的特定容器18，該容器18應(yīng)移動地 足夠靠近熱源22 (并可變得至少部分或完全地浸沒在熱源22內(nèi))，使得將用熱源22加熱容 器18，并且，容器18內(nèi)的液體-蒸汽混合物變熱并蒸發(fā)或沸騰，以實現(xiàn)該特定容器18中的 增加的蒸汽壓力。如這里描述的，術(shù)語沸騰和蒸發(fā)通常是等同的。
當熱源22附近的特定容器18中的液體蒸發(fā)時，這增加了容器18內(nèi)的氣阱內(nèi)的壓 力，迫使液體通過管道16的所連接的出口端164。然后，液體從容器18向上流過管道16， 通過單向止回閥觀，然后經(jīng)由入口管道162流入互相連接的較高容器18。這增加了液體質(zhì) 量的總勢能(例如，通過將熱能轉(zhuǎn)化成勢能)，然后，可將此勢能轉(zhuǎn)化成動能，以驅(qū)動發(fā)動機 10。
特別地，工作流體從較低的容器18到較高的容器18的運動導致輪狀組件在第一 方向24(例如，順時針)上旋轉(zhuǎn)。然后，可以任意數(shù)量的適當?shù)姆绞?例如，用齒輪、皮帶的 機械方式，通過將軸14與發(fā)電機耦接的電方式，等等)從軸14提取能量。
如圖1所示，較高容器18可位于由軸14限定的豎直發(fā)動機平面P的一側(cè)上(例 如，右側(cè))，使得由較高容器18 (及其中的流體的重量)產(chǎn)生的重力矩在第一方向M (例如， 順時針)上作用。
將理解，在一些實施方式中，如果輪狀組件具有足夠的轉(zhuǎn)動慣量，那么，當在其中 接收流體時，較高容器18可僅幾乎具有順時針重力矩。也就是說，當接收進入的液體時(例 如，較高容器18可位于豎直發(fā)動機平面P的任一側(cè)上)，較高容器18事實上可具有較小的 逆時針重力矩，因為輪狀組件的轉(zhuǎn)動慣量將趨向于，當此發(fā)生時，使容器18從軸14的左手 側(cè)移動至右側(cè)。
在一些實施方式中，可選擇流體到達較高容器18的定時，以增加發(fā)動機10的能量輸出，并且，在一些情況中，使其最大化。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖加至圖2c，示出了發(fā)動機10的運動和工作流體在幾個點的運動。通 常，如所示出的，用管道 16a, 16b，16c, 16d，16e, 16f 和 16g 將容器“A”、“B”、“C”、“D”、“E”、 “F”和“G”耦接在一起。
在這些圖中，用陰影或黑暗區(qū)域示意性地代表容器18和管道16內(nèi)的液體。陰影 的容器18和管道16不需要完全充滿液體，但是將通常在其中包含大量液體。
類似地，用帶點的區(qū)域代表容器18和管道16內(nèi)的蒸汽或氣體，例如，如圖3a和圖 北所示。帶點的區(qū)域可以不全部是沒有液體的，而是可在其中包含一些液體。
其它區(qū)域是白色的，這通常表示，這些區(qū)域基本上具有很少的液體和蒸汽(雖然 其可包括少量液體或蒸汽)。
在圖加中，發(fā)動機10在第一方向M上(例如，在此實例中，是順時針的)旋轉(zhuǎn)， 并且，容器“A”接近熱源22，例如，熱源22可以是熱廢水。在這一點上，使得除了容器“B” 以外的所有容器都暴露于通常比熱源22冷的周圍空氣。
將容器“B”浸沒在熱源22中，但是，在這一點上，可幾乎沒有液體。由于容器“B” 稍微靠近豎直發(fā)動機平面P的左側(cè)，所以，由熱源22施加在容器“B”上的任何向上的浮力 將趨向于導致順時針力矩，從而進一步幫助發(fā)動機10在第一方向M上旋轉(zhuǎn)。
在這一時間點，容器“F”、“G”和“A”可在其中均具有大量液體。其中的此液體的 重量導致另一順時針力矩，該力矩進一步促使發(fā)動機10在第一方向M上旋轉(zhuǎn)。
在一些情況中，由容器“F”、“G”和“A”產(chǎn)生的總重力矩可大于由容器“B”產(chǎn)生的 浮力矩。
在圖2b中，發(fā)動機10繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，以將容器“A”部分地浸沒在熱源22內(nèi)?，F(xiàn)在，容 器“A”被熱源22加熱(雖然加熱容器“A”不需要進行浸沒)，并且，容器“A”內(nèi)的液體的沸 騰/蒸發(fā)是在進行中的，導致容器“A”中的壓力增加。此增加的壓力迫使部分液體流入容 器“A”和容器‘ ”之間的第一管道16a(如陰影所示)。在這一時間點，容器“B”的浮力、容 器“F”和“G”中的液體的重量，以及容器“A”及其輸出管道16中的任何殘余液體的重量， 繼續(xù)促使發(fā)動機10在第一方向M上的運動。
在圖2c中，容器“Α”現(xiàn)在幾乎完全浸沒在熱源22中。在這一點上，迫使容器“A” 中的液體的至少大部分通過管道16a，經(jīng)過止回閥觀，并進入容器“E”。容器“E”、“F”和“G” 內(nèi)的液體的重量產(chǎn)生繼續(xù)在第一方向M上驅(qū)動發(fā)動機10的重力矩。
液體從容器“A”到容器“E”的運動的結(jié)果是，增加發(fā)動機10的勢能，從而提供發(fā) 動機10的旋轉(zhuǎn)。換句話說，由沸騰導致的液體在容器18內(nèi)的重新分配，在發(fā)動機10上產(chǎn) 生在第一方向?qū)ι?例如，順時針)作用的大體連續(xù)的力矩。
應(yīng)注意，在一些情況中，如圖2c所示，來自容器“A”的凈浮力矩可與第一方向?qū)ο?反地作用(例如，在逆時針方向上)，其趨向于阻止發(fā)動機10在第一方向M上的旋轉(zhuǎn)。然 而，在一些實施方式中，通過對容器“A”暴露于熱源22以及容器“A”中的液體產(chǎn)生的沸騰 進行定時，可減小或最小化此效果。
當容器“G”接近熱水22時，此循環(huán)繼續(xù)。同時，容器“B”、“C”和“D”經(jīng)歷冷卻(例 如，通過與周圍的環(huán)境空氣交換熱量和/或經(jīng)由蒸發(fā)冷卻，其中，可蒸發(fā)來自容器“B”、“C” 和“D”上的熱源22的殘余液體)。該冷卻允許容器“B”、“C”和“D”獲得低于熱源22溫度CN 的溫度，并通常防止整個發(fā)動機10達到與熱源22相同或基本相似的溫度，而這種情況會導 致發(fā)動機10停轉(zhuǎn)。
在起動階段的過程中(例如，當發(fā)動機10在靜止之后開始運動時)，發(fā)動機10 — 開始可以非常慢地旋轉(zhuǎn)，但是可加速，直到達到穩(wěn)定狀態(tài)速度為止。當作用在容器18(包括 其中的液體)上的重力、作用在任何浸沒或部分浸沒的容器18上的浮力、軸14上的摩擦 力、容器18上的熱源22的阻力(例如，曳力)和通過熱源22移動的任何其它分量、作用在 容器18上的大氣曳力和通過環(huán)境大氣運動的其它分量，以及通過停止發(fā)動機10所導致的 軸14(或其它構(gòu)件)上的其它損耗和阻力之間出現(xiàn)平衡時，通常達到此穩(wěn)定狀態(tài)速度。
當以穩(wěn)定狀態(tài)速度操作時，這些力之間的平衡易于被保持，結(jié)果，發(fā)動機10可由 于功率需求的變化而改變速度，改變熱源22的溫度，等等。發(fā)動機10 (并且，其可包括飛 輪)的旋轉(zhuǎn)件的慣量趨向于阻止由此平衡中的瞬時變化而導致的發(fā)動機10的加速或減速， 并提供發(fā)動機10的更均勻的旋轉(zhuǎn)。
通過從熱源22去除發(fā)動機10，可實現(xiàn)阻止發(fā)動機10旋轉(zhuǎn)，反之亦然。例如，可將 發(fā)動機10提升至熱源22之外(后者，可降低熱源22，以使其不與發(fā)動機10接觸)。
替代地，在熱源22是熱廢水的地方，可停止新熱水到熱源22的輸入流動，使得熱 源22將冷卻至與周圍空氣相似的溫度，在周圍空氣和熱源22之間產(chǎn)生很小的用于驅(qū)動發(fā) 動機10的溫差或不產(chǎn)生溫差。因此，一旦消耗其轉(zhuǎn)動慣量，發(fā)動機10便將趨向于靜止。
在其它實施方式中，也可用剎車(例如，機械的、磁的、液壓的、電容性的，等)來減 慢和/或停止發(fā)動機10。
容器18通?？删哂腥魏芜m當?shù)慕Y(jié)構(gòu)。例如，容器18可以是球形的、圓柱形的、液 滴形的、矩形的，或具有任何其它適當?shù)男螤睢?br> 在一些實施方式中，容器18可具有一個或多個尺寸和形狀被構(gòu)造為增強容器18 和熱源22之間和/或容器18和周圍空氣之間的熱傳遞的散熱片。
在一些實施方式中，當選擇容器18的尺寸和形狀時，應(yīng)考慮對容器18通過熱源22 的運動的阻力(例如，曳力)。例如，可選擇淚滴形狀的容器18，以幫助減小容器18和熱源 22之間的曳力。
容器18可由任何適于發(fā)動機10操作過程中所涉及的壓力和溫度的材料制成。例 如，根據(jù)工作流體和熱源的類型，鋼、銅、鋁、玻璃和塑料可以是適當?shù)牟牧?。復合材料也?以是適當?shù)模缣祭w維或被覆蓋在熱塑層(例如，以阻止生銹)中的鋼。
可選擇容器18的熱導率，以有利于促使、延遲或大體同步容器18內(nèi)的液體的沸 騰。例如，如果應(yīng)該延遲沸騰以增加或最大化浮力的好處(見上文)，那么可為容器18選擇 更絕緣的材料。替代地，如果應(yīng)促使沸騰，那么可對容器18使用更導熱的材料。
管道16也可由任何適于發(fā)動機10操作過程中所涉及的壓力和溫度的材料制成。 例如，管道16可由商業(yè)上可獲得的圓形或矩形管道(例如，PVC管道的塑料制品、銅管等) 制成。通常適于容器18的材料也可以適于管道16。在一些實施方式中，管道16可以是直 的(如圖1所示)，或者替代地，可具有彎曲的或階梯狀的路徑或形狀。在一些實施方式中， 管道16可包括柔性軟管(例如，在用另一框架件將容器18固定至軸14的地方)。
在一些實施方式中，根據(jù)所使用的材料，可用任何適當?shù)膫鹘y(tǒng)工藝將管道16和容 器18結(jié)合在一起。例如，可用螺紋連接、銅焊、焊縫、焊接、膠粘、壓焊(bonding)、超聲焊接、14機械壓配合、卷曲環(huán)等將管道16和容器18結(jié)合。在一些實施方式中，可將容器18和管道 16 一體制成，并且不需要是獨立的部件。
在一些實施方式中，止回閥觀可以是商業(yè)上可獲得的止回閥(例如，球閥和彈簧 閥)，其被選擇為適于發(fā)動機10內(nèi)的工作溫度和壓力。
通常，用止回閥觀和管道-容器的連接來限制管道16內(nèi)的流體的流動，如將參考 圖3a至圖北和圖如至圖4b說明的。在圖3a至圖北和圖如至圖4b中，為了更清楚，已 經(jīng)省略了包括支撐件12的幾個元件以及其它元件。
例如，圖3a示出了容器18及其所連接的兩個管道16，入口管道162和出口管道 164。入口管道162與容器18的壁連接，同時，出口管道164具有伸入容器18的端部164a， 以在容器18內(nèi)限定氣阱32。
在所示方向上，重力導致在容器18的底部周圍收集液體30。當液體30沸騰或蒸 發(fā)時(例如，由于從熱源22接收的熱量)，氣阱32中的壓力增加，因為其中的氣體不會通過 止回閥觀逸出。
圖北示出了液體30的大部分通過氣阱32中的增加的壓力而向上推至出口管道 164。液體和蒸汽由于止回閥28的原因而無法經(jīng)由入口管道162逸出。
圖如示出了由圖3a至圖北的下容器18的出口管道164供料的較高容器18。用 于下容器18的出口管道164與用于較高容器18的入口管道162耦接，如圖如所示。如所 示出的，被迫向上運動的液體通過止回閥28。
在圖4b中，液體30通過加壓的蒸汽34而繼續(xù)流入較高容器18。液體30無法離 開容器18，因為其還未到達出口管道164的端部16如。少量的離開液體將通常沒有嚴重的 問題，只要大部分液體保留在容器18內(nèi)即可。此容器內(nèi)的液體30由于重力的原因而向下 作用，導致發(fā)動機10旋轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，這里示出了根據(jù)另一實施方式的另一發(fā)動機37。發(fā)動機37包括5 個由5條管道38連接的圓柱形容器36。每條管道具有止回閥(未示出)，并且通常，與之 前的實施方式一樣，管道38和容器36連接在一起。管道38與中心滾筒40連接，軸42貫 穿中心滾筒40。然后，用一對支撐件44將軸42可旋轉(zhuǎn)地支撐于滾筒40的任一側(cè)上。在軸 42下方的區(qū)域中設(shè)置熱源(未示出)(通常與熱源22相似)。
在一些實施方式中，滾筒40可以是重量輕的中空結(jié)構(gòu)，或者替代地，可以是較重 的結(jié)構(gòu)，例如飛輪。其可用重量輕的框架代替。如果將其實現(xiàn)為重的飛輪，那么滾筒40可 趨向于大幅增加發(fā)動機37的轉(zhuǎn)動慣量，這在某些應(yīng)用中可能是有利的。
在一些實施方式中，滾筒40可用作冷卻源，當滾筒在容器36之間通過時，其與管 道38及其中的液體/蒸汽互相配合。在一些實施方式中，可從滾筒40獲得能量，因此，滾 筒40是旋轉(zhuǎn)件的另一實例，發(fā)動機37可通過該旋轉(zhuǎn)件提供能量。
注意，如圖5所示，管道38可彼此偏移(通常沿著軸42的軸線)，以當它們交叉時 避免管道38之間的干擾。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖6，這里示出了根據(jù)另一實施方式的多級發(fā)動機57。發(fā)動機57通常包 括三個與公共軸46串聯(lián)連接的輪狀組件50，52，M(或“級”)。
如所示出的，將這三個輪狀組件50，52，M以不同的旋轉(zhuǎn)角度固定至軸46，但是可 將其以相同或基本相似的角度固定。此布置對幫助從熱源(例如，較大槽的熱水)提取更多能量可能是有用的。
此外，如果液體熱源在箭頭56的方向上流動，那么，可用三個輪狀組件50，52，M 中的每個以階段狀的方式從液體熱源提取能量。例如，每個輪狀組件50，52，M將趨向于降 低流動的液體熱源的溫度，并且，可通過在其中具有不同的工作流體(例如，液體-蒸汽混 合物)，來構(gòu)造或優(yōu)化輪狀組件50，52，M。
例如，當熱源處于其最高溫度時，第一級輪狀組件50通常與熱源接合。因此，第一 級組件可設(shè)置有具有更高沸點的工作流體。相反，與處于最低溫度的熱源接合的第三級輪 狀組件M可設(shè)置有具有較低沸點的工作流體。最后，中間的輪狀組件52可具有這樣的工 作流體，其具有中間沸點(例如，在較高的和較低的沸點溫度之間)。
在圖6所示的實施方式中，將輪狀組件的滾筒40固定至公共軸46。然而，在其它 實施方式中，軸46可通過耦接器與每個滾筒40連接，耦接器允許滾筒40和軸46的獨立旋 轉(zhuǎn)，同時仍將能量從滾筒40傳遞至軸46。這種耦接器的實例包括橢圓形軸承和液力聯(lián)軸 節(jié)。這種耦接器可允許輪狀組件以不同速度旋轉(zhuǎn)，同時對公共軸46貢獻能量。
在一些實施方式中，可將輪狀組件50，52巧4構(gòu)造為在不同方向上旋轉(zhuǎn)(例如，第 一組件50和最后或第三組件M可在順時針方向上旋轉(zhuǎn)，同時，第二組件52可在逆時針方 向上旋轉(zhuǎn))，同時仍對軸46貢獻能量(例如，通過已知的齒輪系統(tǒng)和/或其它耦接器)。不 同的旋轉(zhuǎn)方向可幫助減小不平衡的扭矩、回轉(zhuǎn)的或旋轉(zhuǎn)的動量效果，否則其可能在支撐件 12上施加不期望的力。
在一些實施方式中，中心滾筒40可僅與一個結(jié)構(gòu)互相連接，然后，其可同時用作 滾筒和更大直徑的中空軸。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖7，這里示出了根據(jù)另一實施方式的發(fā)動機47。發(fā)動機47可與圖5所 示的發(fā)動機37相似。在此實施方式中，發(fā)動機47具有更大的滾筒48，并且，管道38貫穿滾 筒48(和/或與其互相配合)。
在此實施方式中，滾筒48可包含冷卻液，當冷卻液通過管道38時，其用來冷卻液 體/蒸汽。滾筒48可幫助驅(qū)散由其中的冷卻液收集的熱量，和/或冷卻液可在滾筒48中 再循環(huán)。如果需要的話，滾筒48中的冷卻液可幫助調(diào)節(jié)或管理工作流體(例如，液體-蒸 汽混合物)的溫度。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖8，這里示出了根據(jù)又一實施方式的發(fā)動機77。發(fā)動機77也與圖5所 示的發(fā)動機37相似。然而，一個差別在于，環(huán)形件62與發(fā)動機77中的容器36連接。
環(huán)形件62可具有輪齒64或其它接合件，并可用來對可與齒64嚙合的齒輪或其它 類似裝置(未示出)提供能量。此類型的有齒環(huán)形件有時叫做環(huán)形齒輪。
在圖8所示的實施方式中，在環(huán)形件62的外周緣上設(shè)置齒64。在其它實施方式 中，齒64可位于環(huán)形件62的內(nèi)周緣上，或位于內(nèi)周緣和外周緣兩者上。在一些實施方式中， 環(huán)形件62可以是行星齒輪系的一部分。環(huán)形件62是旋轉(zhuǎn)件的另一實例，可從該旋轉(zhuǎn)件獲 得能量，因此，并非必須從軸42獲得能量。
返回參考圖6，在其它實施方式中，可用圖8所示的輪狀組件代替一個或多個組件 50、52、M(例如，中間的輪狀組件5 ，以提供具有兩個可提供能量的旋轉(zhuǎn)件(即，軸46和 環(huán)形件62)的多級發(fā)動機。這是兩個或更多個旋轉(zhuǎn)件的實例，在一些實施方式中該兩個或 更多個旋轉(zhuǎn)件可以不同速度、扭矩或功率輸出等旋轉(zhuǎn)。
現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖9，這里示出了用于與多級發(fā)動機一起使用的槽71、例如圖6所示的多 級發(fā)動機57。如所示出的，水或另一液體熱源通常流過槽71的腿部或通道70、72、74、76和 78，如通常用箭頭指示的。通過泵送水或通過傾斜該槽71，可實現(xiàn)流動，以促使其流動。
在一些實施方式中，如所示出的，可將槽71的腿部或通道70、72、74、76和78布置 成Z字形或之字形結(jié)構(gòu)，使得相鄰的腿部或通道70、72、74、76和78中的水在相反方向上流 動。
在使用過程中，多級發(fā)動機(例如，發(fā)動機57)的每級可用來從腿部或通道70、72、 74,76和78中的一個提取熱能。
例如，如果多級發(fā)動機具有在相同方向上旋轉(zhuǎn)的三級(例如，級50、52和54)，那么 所述級可與腿部或通道70、74和78相關(guān)，以便遇到在與每級中的容器相同的方向上流動的 水。類似地，如果多級發(fā)動機具有五級，并且交替的級在相反方向上旋轉(zhuǎn)，那么，每級可與腿 部或通道70、72、74、76和78中的一個相關(guān)，以便遇到在與每級中的容器相同的方向上流動 的水。
在一些實施方式中，如果液體熱源的流動足夠慢，使得流動不會明顯影響發(fā)動機 級的旋轉(zhuǎn)(例如，在可以忽略任何由于水的運動而增加的拖曳效果的地方)，那么，可將一 級或多級構(gòu)造為在與水流方向相反的方向上旋轉(zhuǎn)。例如，可在槽的腿部或通道70、72、74、76 和78內(nèi)設(shè)置五級發(fā)動機，每級在相同方向上旋轉(zhuǎn)。
在一些實施方式中，具有更多腿部或通道，或具有更少腿部或通道的其它槽結(jié)構(gòu) 也是可能的。
通常，發(fā)動機級的旋轉(zhuǎn)方向上的流動可允許從流動獲得動能(像水輪一樣)，同 時，與旋轉(zhuǎn)方向相反的流動可增加熱源中的湍流，這可幫助增加從熱源到容器的熱傳遞。
在一些實施方式中，可在流動中設(shè)置一個或多個閥或擋板(例如，通常在槽71中 的任何地方，例如，在腿部70、72、74、76和78之間的連接80處)。閥和/或擋板可幫助調(diào) 節(jié)流動，并通常幫助控制液體熱源的運動。
在如這里討論的一些實施方式中，用來驅(qū)動發(fā)動機的熱源可能是液體，例如，具有 高于環(huán)境溫度的溫度的水。然而，這僅是可用來驅(qū)動發(fā)動機的低溫差源的一個實例。在一 些情況中，可通過太陽能或地熱、海洋熱、生物質(zhì)能量來加熱這種水，或者，這種水可以是通 過一些工業(yè)、學會或住宅處理來加熱的水(例如，來自工業(yè)操作的廢水)。在一些實施方式 中，可將容器部分或全部地浸沒在這種液體中。在一些實施方式中，液體可以是靜止的、運 動的或再循環(huán)的。
在一些實施方式中，如這里通常描述的一個或多個發(fā)動機可以是靜止的和/或可 以是可移動的(例如，可將發(fā)動機安裝在能夠運動的車輛上)。
在一些實施方式中，熱源也可以是輻射熱源，例如，可被引導的，或用透鏡或放大 裝置聚焦的，和/或由例如鏡子反射的太陽能，以加熱下容器。
在一些實施方式中，熱源可以是傳導熱源，例如來自熱交換器的熱量，或者可以是 對流熱源，例如來自加熱氣流或蒸汽，或風扇，該風扇的目的在于加熱位于期望旋轉(zhuǎn)位置中 的容器。
通常，如這里描述的發(fā)動機的實施方式可從任何適當?shù)臒嵩刺崛∧芰?，熱源是?導的、對流的、輻射的，或其組合。
熱源是導致工作流體變熱的主要驅(qū)動力，并產(chǎn)生導致將液體傳遞至一些更高高度 的位置的蒸汽壓力。在此更高的位置，工作液體將具有更高的勢能，可將該勢能轉(zhuǎn)化成動能 以驅(qū)動發(fā)動機。
在一些實施方式中，可從軸或其它旋轉(zhuǎn)件獲得作為旋轉(zhuǎn)能量的如這里通常描述的 發(fā)動機的輸出。任何使用旋轉(zhuǎn)能量的適當裝置可與軸或其它旋轉(zhuǎn)件連接。這種裝置可包括， 例如，發(fā)電機、交流發(fā)電機、斯特林發(fā)動機、泵和壓縮機。
因此，如這里通常描述的，可用發(fā)動機產(chǎn)生電能、熱能或機械能。另外，根據(jù)需要， 可通過各種齒輪系統(tǒng)、液壓聯(lián)軸節(jié)、行星齒輪系和各種其它技術(shù)，調(diào)節(jié)并適應(yīng)來自軸和其它 旋轉(zhuǎn)件的輸出扭矩和速度。
通常，在一些實施方式中，可從逐漸冷卻的源提取熱量。這樣，來自系統(tǒng)的一個輸 出可以是被冷卻的熱源(例如，流體)，同時，可用從流體提取的能量來產(chǎn)生扭矩、發(fā)電或用 于其它使用。
在一些實施方式中，冷卻的流體是可用于其它應(yīng)用的副產(chǎn)品。例如，光伏(PV)太 陽能系統(tǒng)的副產(chǎn)品是熱流體，通過一個或多個如這里通常描述的發(fā)動機，可用該熱流體產(chǎn) 生能量，同時，所輸出的冷卻的流體可用作用于進一步冷卻PV系統(tǒng)的冷卻介質(zhì)。
雖然，在一些實施方式中，將整體結(jié)構(gòu)示出為具有一系列圍繞中心軸線旋轉(zhuǎn)的元 件的“輪子”，但是這不是唯一可能的布置，并且，輪式布置僅是一個實例。
如上所述，容器和管道中的工作流體可以是具有期望的沸點的單一流體。將兩種 或更多種流體混合在一起也是可能的，例如，將在較低溫度下沸騰的一種流體(例如，乙 醇)與具有更高的沸點溫度的第二流體(例如，水)，可將其向上驅(qū)動通過管道。
在這種實施方式中，第二流體將具有更高的沸點，這樣，可主要保持為液體。一個 這種組合可以是乙醇和水的組合。具有較低沸點和較低密度的異丙醇乙醇將趨向于浮在水 的表面上，并且，一旦暴露于熱量中，其將使水沸騰并將水向上驅(qū)動至下一個容器。
在一些實施方式中，對于工作流體的各種不同的級，可基于熱源的輸入溫度來優(yōu) 化發(fā)動機。在第二流體是水或一些更重的流體的地方，與如果向上運送相同量的乙醇或更 輕的流體相比，這可幫助產(chǎn)生更多勢能。
在一些實施方式中，溶解或懸浮可溶或不可溶的添加劑以進一步增加容器和管道 中的向上運送的混合物的密度，這也可增加質(zhì)量和產(chǎn)生的重力矩和浮力矩，并由此可增加 發(fā)動機的旋轉(zhuǎn)動能。
這種添加劑的實例是食鹽(NaCl)，其可被填加至水中，并且，其將趨向于增加密度 并改變水的沸點。其它密度增加添加劑可包括懸浮液、漿料和膠體，例如與水混合的金屬或 礦物顆粒?？墒褂貌粫黠@影響密度而僅改變沸點的其它添加劑。
在一些實施方式中，根據(jù)熱源的溫度，可使用不同的工作流體。例如，在熱源可以 是地熱的低環(huán)境溫度下(例如，在北美的冬天)，工作流體可以是液態(tài)二氧化碳，或具有相 變部分和質(zhì)量部分的組合流體，向上運送該流體以產(chǎn)生勢能。
雖然以上描述提供了一個或多個方法和/或設(shè)備的實例，但是，將理解，如本領(lǐng)域 的技術(shù)人員所理解的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可存在其它方法和/或設(shè)備。18
權(quán)利要求
1.一種用于從熱源提取能量的發(fā)動機，包括a.支撐件；b.軸，與所述支撐件可旋轉(zhuǎn)地耦接并沿第一方向能夠旋轉(zhuǎn)；c.多個容器，與所述軸耦接并圍繞所述軸隔開；d.工作流體，設(shè)置于所述多個容器中；以及e.多條管道，在曲折流路中將所述容器連接在一起，每條管道具有與所述多個容器中 的一個連接的出口端、與所述多個容器中的另一個連接的入口端、以及單向止回閥，所述單 向止回閥被構(gòu)造為允許所述工作流體經(jīng)由所述出口端從所述一個容器流出，通過所述管道 并經(jīng)由所述入口端流入所述另一容器；f.其中，設(shè)置所述多個容器和管道的形狀，并將所述多個容器和管道布置在所述軸周 圍，并且選擇所述工作流體，使得當用所述熱源加熱所述一個容器時，所述一個容器中的工 作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導致至少一部分工作流體從所述一個容器流入位于所述一個 容器上方的所述另一個容器，以產(chǎn)生促使所述軸沿所述第一方向旋轉(zhuǎn)的重力矩。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中a.所述多個容器至少包括第一容器、第二容器和第三容器；b.所述多條管道包括第一管道，具有與所述第一容器連接的出口端和與所述第二容 器連接的入口端；和第二管道，具有與所述第二容器連接的出口端和與所述第三容器連接 的入口端；c.其中，在所述軸周圍布置所述容器，使得當用所述熱源加熱所述第一容器時，所述第 二容器位于所述第一容器上方，并且所述第一容器中的工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導 致至少一部分工作流體向上通過所述第一管道流入所述第二容器，以促使所述軸沿所述第 一方向的旋轉(zhuǎn)；并且d.其中，當用所述熱源加熱所述第二容器時，所述第三容器位于所述第二容器上方，并 且所述第二容器中的工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導致至少一部分工作流體向上流過所 述第二管道并流入所述第三容器，以促使所述軸沿所述第一方向的旋轉(zhuǎn)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動機，其中，所述軸限定豎直發(fā)動機平面，并且所述容器布 置在所述軸周圍，使得當用所述熱源加熱所述第一容器時，所述第二容器位于相對于所述 豎直發(fā)動機平面的位置中，以促使所述軸沿所述第一方向的旋轉(zhuǎn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，每個容器中具有氣阱，當之前的容器經(jīng)歷蒸汽 壓力的增加時，在所述氣阱中從之前的容器接收所述工作流體。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的發(fā)動機，其中，每條管道的所述出口端伸入所述另一容器，以 在其中限定所述氣阱。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述管道包括管狀結(jié)構(gòu)件，所述管狀結(jié)構(gòu)件被 構(gòu)造為將所述容器彼此耦接并將所述容器耦接至所述軸。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述多個容器包括至少5個容器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述多個容器包括至少7個容器。
9.根據(jù)權(quán)利要求2所述的發(fā)動機，其中，所述第一容器和所述第二容器是不相鄰的。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述管道具有圍繞所述軸前后交叉的交替圖案。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，將所述管道中的至少一條構(gòu)造為，當所述工 作流體從所述一個容器流至所述另一容器時，冷卻所述至少一條管道中的工作流體。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的發(fā)動機，進一步包括滾筒，所述滾筒中具有冷卻流體，并且 其中，所述管道與所述滾筒接合，因此所述冷卻流體趨向于冷卻流過所述管道的所述工作 流體。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的發(fā)動機，其中，所述冷卻流體通過所述滾筒再循環(huán)。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，進一步包括與所述軸、所述管道和所述容器中的至 少一個耦接的旋轉(zhuǎn)件，所述旋轉(zhuǎn)件被構(gòu)造為與所述容器一起旋轉(zhuǎn)。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)動機，其中，所述旋轉(zhuǎn)件是與至少一條管道連接的滾筒。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的發(fā)動機，其中，所述旋轉(zhuǎn)件是與至少一個容器連接的環(huán)形件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的發(fā)動機，其中，所述環(huán)形件具有用于與齒輪嚙合的輪齒。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述工作流體包括兩種或更多種不同的流體。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述工作流體包括密度增加添加劑。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述工作流體包括被選擇為改變所述工作流 體的沸點的添加劑。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，每個容器包括被選擇為延遲或加快其中的所 述工作流體的加熱直到所述容器位于相對于所述熱源的期望位置處的材料。
22.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述熱源包括多個熱源。
23.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，每條管道具有設(shè)置于其中的兩個或更多個單 向止回閥，將所述兩個或更多個單向止回閥布置為，當所述工作流體在所述容器之間移動 時，管理所述工作流體的熱特性和流動特性。
24.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述熱源是液體熱源，并且其中，所述容器的 旋轉(zhuǎn)選擇性地、至少部分地將所述容器中的至少一個浸沒在所述液體熱源中，從而導致浮 力施加在所述容器上。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述容器中的至少一個在其上具有散熱片， 以便于至少一個所述熱源和周圍空氣之間的熱能的傳遞。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述熱源包括輻射熱源、傳導熱源和對流源 中的至少一個。
27.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述熱源是流動的流體。
28.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述熱源是非流動的流體。
29.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述熱源位于所述軸的下方。
30.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述多條管道包括柔性軟管。
31.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述容器與所述軸隔開相似的徑向距離。
32.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述容器在所述軸周圍均勻地隔開。
33.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述容器與所述軸隔開不相似的徑向距離。
34.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述容器在所述軸周圍不均勻地隔開。
35.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述容器由導熱材料制成。
36.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述容器由絕熱材料制成。
37.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，所述容器由復合材料制成。
38.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，將所述發(fā)動機構(gòu)造為，用以產(chǎn)生電能、熱能和 機械能中的至少一種。
39.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，將所述發(fā)動機構(gòu)造為提供所述熱源的冷卻。
40.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，其中，從所述容器去除空氣，以便于所述工作流體 的蒸發(fā)。
41.根據(jù)權(quán)利要求40所述的發(fā)動機，其中，用至少一個真空或通風系統(tǒng)從所述容器中 去除所述空氣。
42.根據(jù)權(quán)利要求1所述的發(fā)動機，進一步包括與所述容器、所述管道和所述軸中的至 少一個連接的飛輪。
43.一種用于從熱源提取能量的發(fā)動機，包括a.支撐件；b.軸，與所述支撐件可旋轉(zhuǎn)地耦接；以及c.多個與所述軸耦接的容器組件，每個容器組件包括i.多個容器，與所述軸耦接并圍繞所述軸隔開； .工作流體，設(shè)置于所述多個容器中；以及iii.在曲折流路中將所述容器連接在一起的多條管道，每條管道具有與所述多個容器 中的一個連接的出口端、與所述多個容器中的另一個連接的入口端、以及單向止回閥，所述 單向止回閥被構(gòu)造為允許所述工作流體經(jīng)由所述出口端從所述一個容器流出，通過所述管 道并經(jīng)由所述入口端流入所述另一容器；iv.其中，設(shè)置所述多個容器和管道的形狀，并將所述多個容器和管道布置在所述軸 周圍，并且選擇所述工作流體，使得當用所述熱源加熱所述一個容器時，所述一個容器中的 所述工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導致至少一部分所述工作流體從所述一個容器流入位 于所述一個容器上方的所述另一容器，以產(chǎn)生促使所述容器組件沿特定方向的旋轉(zhuǎn)的重力 矩。
44.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，其中a.所述多個容器至少包括第一容器、第二容器和第三容器；b.所述多條管道包括第一管道，具有與所述第一容器連接的出口端和與所述第二容 器連接的入口端；和第二管道，具有與所述第二容器連接的出口端和與所述第三容器連接 的入口端；c.其中，在所述軸周圍布置所述容器，使得當用所述熱源加熱所述第一容器時，所述 第二容器位于所述第一容器上方，并且所述第一容器中的所述工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增 加，導致至少一部分所述工作流體向上通過所述第一管道流入所述第二容器，以促使所述 組件沿特定方向的旋轉(zhuǎn)；并且d.其中，當用所述熱源加熱所述第二容器時，所述第三容器位于所述第二容器上方，并 且所述第二容器中的所述工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導致至少一部分所述工作流體向 上流過所述第二管道并流入所述第三容器，以促使所述組件沿特定方向的旋轉(zhuǎn)。
45.根據(jù)權(quán)利要求44所述的發(fā)動機，其中，所述軸限定豎直發(fā)動機平面，并且將所述容器布置在所述軸周圍，使得當用所述熱源加熱所述第一容器時，所述第二容器位于相對于 所述豎直發(fā)動機平面的位置中，以促使所述軸沿第一方向的旋轉(zhuǎn)。
46.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，其中，每個容器中具有氣阱，當之前的容器經(jīng)歷蒸 汽壓力時，在所述氣阱中從之前的容器接收所述工作流體。
47.根據(jù)權(quán)利要求46所述的發(fā)動機，其中，每條管道的所述出口端伸入所述另一容器， 以在其中限定所述氣阱。
48.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，其中，所述多個組件中的每個進一步包括與所述 軸連接的耦接器，所述耦接器構(gòu)造為允許所述組件中的至少一個沿與其它組件相反的方向 旋轉(zhuǎn)。
49.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，其中，將所述多個組件構(gòu)造為旋轉(zhuǎn)兩個或更多個 旋轉(zhuǎn)件，從所述旋轉(zhuǎn)件能夠獲得能量。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的發(fā)動機，其中，所述兩個或更多個旋轉(zhuǎn)件構(gòu)造為，以不同速 度、不同扭矩和不同功率輸出中的一種或多種來旋轉(zhuǎn)。
51.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，其中，所述多個組件中的至少兩個在其中具有不 同的工作流體。
52.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，其中，所述多個組件包括第一組件和最后組件，并 且其中，所述第一組件構(gòu)造為，當所述熱源具有第一溫度時用所述熱源加熱所述第一組件， 并且所述最后組件構(gòu)造為，當所述熱源具有第二溫度時用所述熱源加熱所述最后組件。
53.根據(jù)權(quán)利要求52所述的發(fā)動機，其中，所述第二溫度小于所述第一溫度。
54.根據(jù)權(quán)利要求53所述的發(fā)動機，其中，所述第一組件中的工作流體選擇為具有接 近所述第一溫度的第一沸點溫度，并且所述最后組件中的工作流體選擇為具有接近所述第 二溫度的第二沸點溫度。
55.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，進一步包括限定多個在其中具有熱源的通道的 槽，并且其中，所述多個組件中的每個構(gòu)造為與所述槽中的一個通道接合。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的發(fā)動機，其中，將所述槽的至少一些通道布置成Z字形的圖案。
57.根據(jù)權(quán)利要求56所述的發(fā)動機，其中，所述熱源沿著所述槽中的所述通道流動，并 且，至少一個所述通道中的至少一個組件沿與其中的熱源的流動方向相同的方向旋轉(zhuǎn)。
58.根據(jù)權(quán)利要求56所述的發(fā)動機，其中，所述熱源沿著所述槽中的所述通道流動，并 且，至少一個所述通道中的至少一個組件沿與其中的熱源的流動方向相反的方向旋轉(zhuǎn)。
59.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，進一步包括與至少一個所述組件連接的飛輪。
60.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，進一步包括與所述軸、所述管道和所述容器中的 至少一個耦接的旋轉(zhuǎn)件，所述旋轉(zhuǎn)件構(gòu)造為與所述容器一起旋轉(zhuǎn)。
61.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，其中，所述發(fā)動機構(gòu)造為，用以產(chǎn)生電能、熱能和 機械能中的至少一種。
62.根據(jù)權(quán)利要求43所述的發(fā)動機，其中，所述發(fā)動機構(gòu)造為提供所述熱源的冷卻。
全文摘要
一種從熱源提取能量的發(fā)動機，包括支撐件；與支撐件可旋轉(zhuǎn)地耦接并沿第一方向可旋轉(zhuǎn)的軸；與軸耦接并圍繞軸隔開的多個容器；設(shè)置于多個容器中的工作流體；以及在曲折流路中將容器連接在一起的多條管道。每條管道具有與多個容器之一連接的出口端、與多個容器中另一個連接的入口端，以及被構(gòu)造為允許工作流體經(jīng)由出口端從一個容器流出并通過管道且經(jīng)由入口端流入另一容器的單向止回閥。設(shè)置多個容器和管道的形狀并將其布置在軸周圍，選擇工作流體，使得當用熱源加熱一個容器時，該容器中的工作流體經(jīng)歷蒸汽壓力的增加，導致至少一部分工作流體從一個容器流入位于該一個容器上方的另一容器，以產(chǎn)生促使軸沿第一方向旋轉(zhuǎn)的重力矩。
文檔編號F03G7/06GK102037240SQ200980117841
公開日2011年4月27日 申請日期2009年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年5月17日
發(fā)明者哈羅德·埃默森·戈德溫 申請人:戴沃格能源公司