伊万·孟克的旋转动力装置

本帖最后由 能量海 于 2018-1-12 16:14 编辑



第四章:重力脉冲系统

伊万·孟克的旋转动力装置

    这个专利是重力运行装置和热泵的组合。能量取自周围环境,用来造成重量失衡,于是利用重力使电机轴旋转。本发明描述作为用于驱动玩具和其它非正规应用的装置,然而,但是当用于驱动爱克林·布朗(Ecklin-Brown)发电机的磁屏蔽时,它很可能成为真正的发电装置。

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    装置通过使用湿布覆盖冷却的水平管和中空辐条轮之间的温差来运行。装置内部的氟利昂在轮子部分里不断地蒸发,并在水平管内冷凝。然后,在重力下可以提供在轮上一个捻转力时,一个简单的阀门配置让液态氟利昂流回到轮辐中。据推测,建成一个适当大小的设备,其功率是很有限的。

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    伊万设计申请专利是因为他觉得它可能可以被用来为玩具或钟表等小设备提供动力。水平管上方的布套可以通过一个向下进入水容器的环套保持湿润。专利如下:

美国专利2,597,890  1952年5月27日  发明人:伊万·孟克(Ivan Monk)
大气能量的旋转动力装置

    描述
    本发明涉及一种用于娱乐——玩具、钟表等的动力装置,更具体地说,涉及一种不需要燃料但在温度差异较小的条件下工作的旋转动力装置。

    具有可移动部件的玩具、钟表、娱乐和广告等需要某种类型的动力以用于其运行的装置,并且这种动力通常由诸如电动、振动或弹簧驱动的一种或另一种马达提供,在任何情况下都需要动力源——无论是电池、弹簧还是别的东西。已经发现,这样的设备需要相当的关注,并且为了使它们不断运行,必须重绕、重置或者频繁地更换电池。一段时间以后,这个过程不仅麻烦而且昂贵。

    本发明的能源目标是自治自足的,并且它将仅仅通过周围的热量无限期地工作,实际上没有关注或监测,而且,制造成本相对较低。此外,设备会运行周期长,无需要重置、重绕或电池。根据以下描述和附图,将容易理解本发明的确切性质:

    图.1是本发明的优选实施例的透视图:

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    图.2图.1的沿箭头方向看2-2线截取的截面图:

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    图.3图.2的沿箭头方向看3-3线截取的截面图:

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    图.4图.2的沿箭头方向看4-4线的轮和轮毂的放大剖视图:

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    图.5图.2的沿箭头方向看5-5线截取的截面图:

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    图.6是阀组件的阀片和摆动元件的放大透视图:

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    图.7是摆锤的放大视图:

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    图.8说明用浮子代替摆锤的阀门组件的修改。视图是图.9的沿箭头方看8-8线截取的截面图:

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    图.9图.8沿箭头方向看9-9线的端视图:

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    图.10是浮子组件的透视图:

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    图.11是注入塞的另一位置:

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    图.12是本发明的修改视图:

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    图.13图.12沿着箭头的方向看13-13线的视图:

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    每张图中,所有零件的数字在各个所示的视图中都是一致的。图.1中,透视图显示的是带有缸12的轮11的整体外观的动力装置,

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    它连接到轮毂13上。缸12有密封的端盖14。稍后更详细描述的轮11有金属轮毂13,而缸12由诸如黄铜、铜等类似的薄金属制成。焊接、加工或钎焊缸12、轮毂13和端盖14之间的接头,以在缸12内形成密封隔室,能够在压力或真空下容纳流体而不泄漏。

    刚性连接到轮毂13上的是轴承16支承的轮毂轴15,而轴承16又安装在托轴架17中。缸12相对的端部处刚性连接到端盖14的是中空的盖轴18——它由轴承21支承,而轴承21又安装在托轴架22中。理想的是,整个动力设备被安装成能尽可能顺畅地旋转,因此可以使用诸如宝石轴承等的任何熟知的装置来安装支承轴。拧紧注入塞23置于盖轴18的暴露端。这在工作流体通过中空轴18注入后密封缸12。稍后详细介绍工作流体。

    完全包住缸12的整个外表面的是用布或类似材料制成的吸液芯24,当它被水或其它液体弄湿时,其通过蒸发来冷却缸12。为了长时间持续运行装置,可以用任何熟知的吸液芯24保湿方法,例如虹吸系统(未显示)或连续滴管24a

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    有着轮的总体外观的元件11由与缸12和轮毂13的轴线同心的空心轮辋25构成。轮辋25通过多个等间距的中空辐条26刚性固定到轮毂13。每个轮辐通过轮毂中的通道26a连接到缸12的内部。轮辋25用任何具有良好导热性能的轻质材料构成,并可有任何适当形状的横截面。例如,可以是如图.1图.2所示的正方形横截面——或者也可以是圆形。也可用其它形状——只要在轮周围的轮辋和轮辐的内部容积大体一致即可。

    经验表明,为了有效运行动力装置,通过沿着轮辐26的传导,从轮辋25的较高温度区域到缸12的较低温度区域的任何热量传递应维持在最低值。这可通过使辐条尽可能地薄、且使其用诸如玻璃、塑料、薄黄铜、镍-银等的不良热传导材料制成而实现,或者通过在辐条和轮毂13的表面之间使用绝缘材料层、或合成橡胶和水泥实现。

    部分地注入轮组件11的中空内部和缸12的是挥发性液体27,当所有空气和相对不可冷凝的气体被移除时,其蒸气充入装置内的剩余空间。液体27最好是某些非腐蚀性流体,沸点(在大气压下)稍低于水,它还具有低粘度的流体特性,高液体比重,对于小的温度变化有着大的蒸气压变化,对于蒸汽和液体的比热低,对于蒸汽有着大的比容,而且蒸发潜热低。液体如三氯乙烯,二氯甲烷以及“氟利昂”类液体如三氯一氟甲烷、二氯四氟乙烷或三氯三氟乙烷等已经被发现是令人满意的,因为它们容易在轮辋25的温度下形成蒸气,并且在缸12的相对较冷的范围内容易冷凝变回变成液体。

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    12内、并在其安装在轴15上自由旋转时,是由阀片32、摆锤33和弹簧34组成的阀组件31。与轴15同心的是短轴套35,它安装在轴承36上,通过螺母37和垫圈38固定就位。安装在套筒35上并可自由移动的是阀片32,在图.6的放大视图中可以看得更清:

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    阀片32是一个带有径向槽41的圆形板片,径向槽41从外缘向内延伸到约内径一半处,宽度大致等于穿过轮毂13的通道26a的直径。阀片32起着一个在轮毂中通道26a的端部上方自动对准滑动密封件的作用,轮毂通向辐条26和槽41,让各个辐条次第连接到缸12内,这将在稍后完整描述。

    阀片32在轮毂侧还有圆形槽(如图.6所示),其端部终止于槽41的每一侧上,使得槽与槽的每一端之间的间隔43近似相等,或稍大于通道开口26a的直径,这让间隔43挡住到一个辐条的开口,而槽42让其它辐条(其通道26a与槽连接的)之间压力相等。

    当整个阀组件31制成,使得轮11旋转时,用摆锤33防止其旋转,轮毂13和阀片32之间的摩擦力最好保持在最小值,已知用碳或黄铜制成阀片,能达到这种所要求的结果。

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    摆锤33由弯曲的铅件组成,其通过条带44和螺栓45刚性地连接到套筒35上,使得摆锤悬挂在套筒35下方并构成其整体部分。穿过摆锤33下部插入、并用螺母46固定就位的是导向销47,它朝阀片32延伸越过摆锤,与轴15平行。销47定位于垂直面的一侧,与整个摆锤和条带44一起沿套筒35长度上就位,使得销47延伸到槽41(或者阀片32中的其它合适的凹部)中,从而将槽保持在与垂直约成2050的角度,如在图.3图.5所示。

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    以后讨论提供最佳性能的槽的角度。弹簧34是绕套筒35同轴绕制,并压在阀片32和摆锤条带44之间,摆锤条带44将阀片充分紧密固定在轮毂13上密封,但同时,当轮旋转时,不至于太紧而使板片面不能滑动。运行过程中,摆锤保持静止,使阀片保持静止,使其作为滑动阀运行,依次打开和关闭连接到辐条的通道26a

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    图.8所示的修改说明了阀组件及其支撑方法的变型,它用了双浮子来维持阀片角度。这里,一对轻金属浮子51延伸到缸12的大部分长度上。这些轻金属浮子在端部上封闭,并且在其端部具有三角形板53连接到其端部

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    支承杆54牢固地连接到板53,并束缚其末端,以在缸12的每一端纳入宝石轴承55。板53最靠近轮毂13的下边缘上有凸耳,穿过它是导向销47,由螺母57固定。如前所述,导向销向板53的垂直中线的一侧偏移。

    在图.8的变型中,盖轴18是中空的,并且其长度的在58的一部分是螺纹的,使得其可以被拧上和拧离端盖14,使支承杆54 和宝石轴承55之间的接触可以微调。螺母61与轴18是一体的,用于进行调节,并且锁紧螺母62保持其固定,而封装或密封环63在端盖14、轴18和锁紧螺母62之间形成紧密接合。注入塞23拧入空心轴18末端以形成气密连接,液体27被注入后,支承杆54和宝石轴承55之间具有足够的间隙使液体在它们之间通过进入缸12中。

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    图.11是一种替代方法的视图,通过将注入塞23置于缸12一侧而使之定位,以内端与缸体内表面齐平,而不是在中空的轴18的末端, 但如果这样做,那么为了维持缸的平衡,一个小的配重应该置于径向相对于塞子的地方。

    运行期间,通过将蒸汽流约束到有限数量的通道来获得动力设备的旋转,从而在辐条中维持液体的不对称分布。这种质量的不均衡的分布由于重力的作用而引起旋转。

    当设置动力设备首次运行时,从盖轴18上移去注入塞23,挥发性液体27被注入到缸12中,在用塞23重新密封前,小心移除所有的空气和相对非冷凝态气体。如图.2图.4所示,将足够的液体放入装置中,去覆盖缸12的下部和空心轮缘25的下部、以及最下面的轮辐26的一部分。接下来,吸液芯24被弄湿,不一会儿,动力设备自动开始旋转,而只要吸液芯24保持湿润,它就会持续旋转。 一旦将液体27放入装置中,通常不需要更换。

    应该注意的是,当装置运行时——一般来说,液体27在轮中汽化和在缸中再冷凝。轮子相对较暖,接近室温,容易使挥发性液体27汽化,在中空轮缘25和大部分轮辐26内形成压力。当蒸汽穿过通道26a进入缸12的冷却器——通过吸液芯24中的水的蒸发而相对较冷——区域时,蒸气立即再次冷凝,在缸内形成相对较低的压力。

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    如图.4所示,图中看到轮的旋转是顺时针方向的。阀片32通过其摆锤33保持静止,而轮毂13和轮辐26(以及外部轮组件)旋转,阀片32由销47固定在摆锤33上,使得槽41的进入侧 与垂直方向成一个角度“x”。角度“x”可以是2050度,使得当辐条处于辐条A的近似位置(图.4)时,进一步的转动将导致槽41露出通道26a,从而将辐条A与缸12连接,以让蒸汽从辐条流到缸体,同时,让多余的液体从缸体流入辐条和轮缘。由于辐条中的压力降低,轮缘中较高压力的液体被迫进入辐条,趋于用液体充注辐条,而当辐条行进经过辐条B的位置时,继续这个过程。

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    最后,当辐条接近垂直位置时,辐条通道26a被阀片上的表面43图.6)覆盖,这个表面至少与26a的直径一样大,从而阻止蒸气或液体进一步流动——如果辐条已经完全充满,则从辐条到缸。

    辐条的进一步移动使得其通道26a被圆形凹槽42的端部揭开,由此使轮辐压力与圆形凹槽中的压力相等。应该注意的是,槽42同时连接所有辐条——除了那些与平坦表面43和槽41相对的——如在AB处。当通道28a被槽42打开时,这导致辐条中的液位立即下降到轮缘25中的液位——如位置C所示,从而当辐条离开垂直位置移离时,它容纳的液体少于接近垂直位置时。 对于每个随后的辐条,重复这个过程,结果,位置A和垂直位置之间的辐条容纳液体比那些位于垂直位置和位置D之间的多,而产生的液体不对称分布导致装置旋转。

    图.8的改型的运行循环与图.2所示版本相同,浮动件51和导向销47使阀片32保持静止,使得槽的进入侧与垂直形成角度“x”。

    经验表明,几个可变因素影响轮辐26通过阀片32中的槽41与缸12连接的最佳行进角。大角度导致不平衡的液体绕旋转轴线具有较大的拧转力,然而,这要求轮缘25中的液位越高(因为“起作用”轮辐其下端应该是被浸没的),而不随轮旋转的液体的阻滞效应越大。这里所示的类似几何的设备测试表明,最佳角度范围从2050度——尽管动力设备将运行在稍高于和低于这些角度。

    辐条到缸12的通道26a要足够大,以防冷凝反向回流时毛细管作用封闭蒸汽流动。试验表明,对于环形通道,直径约为3/16英寸(5毫米)、或稍大是合适的,——虽然对于某种具有小表面张力的液体可用稍小的直径。

    另外,当通道26a和阀片槽41相称时,使得槽在通道覆盖之前露出并进入通道,从而运行更流畅。换言之,槽41可以相称到辐条AB在它们向垂面移动时瞬间连接到缸12,由此增加由不平衡液体产生的平均扭矩。

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    可以通过增加鳍片19图.12图.13)来获得运行操作效率的提高,鳍片可以是绕缸体12的圆周放置的圆盘,或用于扩大缸体表面积的其它手段,或用具有高吸热率的材料制成轮缘和辐条(它们从大气中吸收热量),或者在表面上涂上一层薄薄的漆黑色涂料。此外,灯泡20图.12)或任何其它低强度热源可以被引导到轮辋和辐条上,这样,可以不要吸液24,因为缸12将维持在比轮缘低的温度——由于辐射和周围环境的对流。

    因此,从上面的说明可以清楚看到,这是一种旋转动力装置——在小温差的条件下运行,是一种无燃料、但从大气获得的能量、其工作流体密封在动力装置内、以及可用于培训、广告、娱乐等的装置。