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提高效率的流体 发动机

阅读：815发布：2020-11-16

专利汇可以提供提高效率的流体发动机专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且一种发动机通过使用带翼型形状的截面的最佳地定位的升阻比叶片传递流体中的动力来提供扭矩。流体可为液体或气体。对于发动机配置、流体密度、流体压力和流体温度的多种考虑因素是设计参量，该设计参量可被调节以实现高的性能。所产生的流体流动可被用来驱动例如输出轴的旋转运动。，下面是提高效率的流体发动机专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种发动机，包括：
外壳，其包括内部空间，所述内部空间被分为彼此连接的第一部分和第二部分；
工作流体和流体结构，所述工作流体填充所述内部空间，所述流体结构在操作期间维持所述工作流体在所述第一部分和所述第二部分之间流动；以及
叶片的组和输出结构，所述叶片的组定位在所述内部空间内，在流体流的循环路径中，从而连接所述输出结构以使所述叶片的组在所述输出结构物上产生扭矩，使所述输出结构旋转。
2.如权利要求1所述的发动机，其中，所述叶片的组是升阻比大于1的空气动力叶片，且升力被用来产生扭矩。
3.如权利要求1所述的发动机，其中，所述输出结构包括轴，且所述叶片的组被连接到所述轴。
4.如权利要求1所述的发动机，其中，所述输出结构包括所述外壳，并且所述叶片的组被连接到所述外壳。
5.如权利要求1所述的发动机，其中，所述叶片的组是可调节的，从而控制在所述输出结构上的扭矩。
6.一种发动机，包括：
外壳，其包括内部空间，所述内部空间具有中心部分和连接到所述中心部分的一个或多个延伸室；
工作流体，其填充所述内部空间，在操作期间，所述工作流体经过中心部分流入所述延伸室；以及
 空气动力叶片的组，其在所述延伸室内，且所述空气动力叶片的组的升力被指向以在所述延伸室上产生扭矩，因此使所述外壳旋转，且其中，所述外壳的旋转在所述工作流体上产生离心力，所述离心力使所述工作流体移动通过所述延伸室。
7.如权利要求6所述的发动机，其中，至少一个延伸室包括在所述延伸室的与到所述中心部分的连接相对的一端处的喷嘴，所述工作流体流动通过所述喷嘴。
8.如权利要求7所述的发动机，其中，每个喷嘴将所述工作流体指向叶片的第二个组。
9.一种发动机，包括：
外壳，其包括内部空间；
工作流体和流体结构，所述工作流体填充所述内部空间，所述流体结构在操作期间使所述工作流体具有螺旋状流体流动；以及
螺旋状叶片的组和输出结构，所述螺旋状叶片的组定位在所述内部空间内，在流体流的循环路径中，从而连接所述输出结构以使所述叶片的组在所述输出结构物上产生扭矩，因此使所述输出结构旋转。
10.如权利要求9所述的发动机，其中，所述外壳是管状的，且其中，所述输出结构包括所述外壳，并且所述螺旋状叶片的组被连接到所述外壳。
11.一种发动机，包括：
外壳，其包括内部空间，所述内部空间被分为彼此连接的第一部分和第二部分；
工作流体，其填充所述内部空间；
流体结构，其在操作期间相对于所述外壳是静止的且使用所述工作流体的角速度以提高所述工作流体在所述第一部分和所述第二部分之间的流动；以及
一个或多个叶片，其在所述工作流体的流内在所述外壳上产生输出力。
12.如权利要求11所述的发动机，其中，所述流体结构包括推进器。
13.如权利要求11所述的发动机，其中，所述流体结构包括扩散器。
14.如权利要求11所述的发动机，其中，在操作期间，温度差在所述第一部分和所述第二部分之间产生以使温度。
15.一种发动机，包括：
外壳，其包围工作流体，所述外壳从动力源接收热能；
第一区，其在所述外壳内，且被连接以接收热能；
第二区，其在所述外壳内，且使热消散离开所述外壳，以在操作期间使温度差在所述第一区和所述第二区之间产生；以及
在所述外壳内的空气动力叶片的组和输出结构，所述空气动力叶片的组中的每个具有大于1的升阻比，其中，通过所述工作流体的运动从所述空气动力叶片的组产生的升力将所述输出结构设置成旋转的运动。
16.如权利要求15所述的发动机，其中，所述空气动力叶片的组是可调节的，从而控制由所述空气动力叶片的组产生的升力。

说明书全文

提高效率的流体 发动机

[0001] 盖伊·西尔弗

[0002] 吴俊龙

[0003] 相关申请的交叉引用

[0004] 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。

[0005] 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。

[0006] 发明背景

[0007] 1.发明领域

[0008] 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。

[0009] 2.相关技术讨论

[0010] 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。

[0011] 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。

[0012] 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。

[0013] 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：

[0014] 1)

[0015] 2)

[0016] 其中，Cl是升力系数，Cd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。

[0017] 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。

[0018] 所需要的用来驱动具有排量为Q的泵的最小输入功率Pin、流体压力Ppres和理论压头HT由Pin＝QPpres＝QρgHT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：

[0019]

[0020] 概述

[0021] 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。

[0022] 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。

[0023] 附图简述

[0024] 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。

[0025] 图1b是流体发动机100的横截面，其中上部部分104和下部部分120被分开以显示流体结构(fluid structure)102和径向叶片106。

[0026] 图1c显示了根据本发明的实施方案的流体发动机150的横截面。

[0027] 图1d是显示了图1的流体发动机100的移动部件的透视图，其中没有外壳110。

[0028] 图2是显示了图1c的流体发动机150的透视图，其中没有外壳160。

[0029] 图3a显示了根据本发明的实施方案的流体发动机300的透视图。

[0030] 图3b显示了根据本发明的实施方案的流体发动机300的第二个视图。

[0031] 图4显示了根据本发明的实施方案的流体发动机400的透视图。

[0032] 图5显示了并入图4的流体旋转式发动机400的流体发动机500的透视图。

[0033] 图6a显示了被轴向地布置以围绕中心点产生扭矩的叶片601a、601b、601c和601d的方向。

[0034] 图6b显示了被径向地布置以围绕中心点产生扭矩的叶片611a和611b。

[0035] 图7a显示了根据本发明的实施方案的适用于流体发动机的螺旋叶片766a和766b。

[0036] 图7b显示了根据本发明的实施方案的适用于流体发动机的螺旋叶片组708。

[0037] 图7c显示了根据本发明的实施方案的适用于流体发动机的螺旋叶片767a和767b。

[0038] 图8a显示了根据本发明的实施方案的流体发动机800的横断面视图。

[0039] 图8b显示了流体发动机800的螺旋叶片802a的横断面视图。

[0040] 图8c显示了流体发动机800的流体结构820。

[0041] 为了便于在图中的交叉引用，同样的元件被指定同样的参考数字。

[0042] 优选实施方式的详述

[0043] 流体发动机是将流体能转换成机械能的装置。本发明的流体发动机通过利用从抵抗工作流体(working fluid)移动经过叶片的阻力而在空气动力叶片(aerodynamic blade)上获得的升力以产生用于流体发动机的扭矩来操作。叶片上的升力是由于流体因为阻力导致的能量损失产生的。升力产生能使流体发动机的可移动的部件运动的扭矩，从而操作流体发动机。升阻比(L/D比)为10的空气动力叶片意味着升力是阻力的10倍。根据本发明，在流体发动机内流动的流体可为一种或多种气体或者一种或多种液体。

[0044] 图1a显示了根据本发明的一个实施方案的流体发动机100的横断面。如图1a中所示，发动机100包括外壳110，该外壳110包括上部部分104和下部部分120。流体通常被密封在外壳110内，用于将动力从输入轴101传递到流体发动机100内的流体，其继而产生用于定位在流体发动机100内的叶片的提升，从而产生扭矩。由该扭矩引起的运动给输出轴113提供输出动力。流体结构102包括输入轴101和径向叶片组106。输入轴101被外部地驱动以旋转径向叶片组106，其既增加了流体旋转速度也增加了外壳110内的压力。空间103被提供以接纳适当的轴承，从而促进流体结构102的旋转。分离器结构111是具有在其上设置有轴向叶片108的环形结构(torroidal structure)。由流体的运动引起的在轴向叶片108上的升力给流体发动机100提供扭矩输出。分离器结构111可为环形形状的翼型叶片(air-foil blade)。在这个实施方案中，分离器结构111内部是中空的(空间
107)以减小重量且为控制元件的放置提供空间。轴向叶片108优选地为空气动力叶片，该空气动力叶片为了发动机效率具有优选地远大于1的升阻比。轴向叶片108被布置成沿着分离器结构111的外部部分，且每个被定向成最大化从流体流动产生的扭矩以驱动输出轴
113。

[0045] 径向叶片106的旋转运动产生径向地驱动流体的离心力，以在轴向叶片108中的每个上以最佳的“迎角”产生流动，提供了相当大的量的扭矩以旋转分离器结构111。如图1a所示，分离器结构111由支撑元件112结构地支撑到支撑基部109。支撑基部109可用来控制工作流体流动。支撑元件112可设置有用于扭矩产生的叶片(带翼型形状的截面)。
可选择地，另一组叶片可取代支撑元件112而设置，以提供附加的扭矩。分离器111的运动由支撑元件112传递以驱动支撑基部109和输出轴113的旋转运动，该输出轴113被附接到支撑基部109。轴承114确保了输出轴113的旋转的轴向稳定性。在一个实施方案中，轴向叶片108被结构地附接到外壳110的内壁且轴承114被去除。在操作期间，工作流体流动经过轴向叶片108以产生扭矩，该扭矩使外壳101以预定的方向旋转。发动机100的旋转运动可用于通过外部地连接到外壳的轴或齿轮结构来驱动机器。

[0046] 在操作期间，流体结构102提供足够的流体压力以补偿因在流体循环中的拖曳和摩擦引起的流体压力损失。流出流体结构102的流体可具有等于或大于轴向叶片108的旋转速度的旋转速度(即，角速度和因此的角动量)以最大化流体发动机100的效率。由轴向叶片108产生的扭矩的总和提供了在输出轴113处的输出扭矩。发动机效率可通过定向轴向叶片108以使流体流动以优选的迎角作用在每个叶片上来增加，从而利用它们的升阻比来最大化产生的扭矩。连接到分离器111的其它叶片组或支撑元件112也可给输出轴113提供扭矩。

[0047] 流体结构102，其包括叶片106和输入轴101，被定位在上部部分104中，被设计成机械地且径向地向外朝向外围流体空间131驱动工作流体。取决于叶片组106的配置和流体发动机100的应用，流体结构102可起叶轮(impeller)、泵、压缩器、风扇或风箱(blower)的作用。在一个实施方案中，流体结构102可具有可调节的叶片或叶片配置以使叶片组106为工作流体在流体发动机100内流动而提供能量。在发动机100中获得的输出扭矩可通过调节由流体结构102抽出的流体的量而被控制。

[0048] 根据本发明，在流体中产生的力随所使用的流体的密度增加。因此，较高的流体密度(例如液体)导致产生给定的输出动力所需要的较低的流体速度。在基于流体密度和流体速度之间的权衡的系统设计期间输入动力需求是考虑因素。当在气体和液体之间选择时，外壳需求和因摩擦引起的随流体速度和流体粘度增加的流体压力损失也应被考虑。

[0049] 图1b是流体发动机100的横断面，其中上部部分104和下部部分120被分开以显示流体结构102和径向叶片106。

[0050] 图1c显示了根据本发明的实施方案的流体发动机150的横断面。流体发动机150的外壳160包括上部部分164和下部部分170。流体通常被密封在外壳160内，用来传递来1
自输入轴113 的动力以通过发动机150内的叶片组203移动流体，以使流体驱动轴向叶片
108、叶片组166a和166b以产生用于输出轴101的扭矩。流体结构109包括输入轴113和叶片组203。输入轴113被外部地驱动以旋转叶片组203，其既增加流体旋转速度又增加了外壳160内的压力。叶片组203的旋转运动形成旋转的流体流动，该旋转的流体流动将流体经过中心流体空间130驱动到上部部分164，且其经过外围流体空间131回到下部部分
170且随后返回中心流体空间130。

[0051] 在图1c中，流体发动机150仅用于示例被显示，其中没有径向叶片106，但是取而代之的是设置叶片组166(其包括在上部部分164中的叶片组166a和在下部部分170中的叶片组166b)作为支撑元件，该叶片组166将分离器111固定到上部部分164和下部部分170。分离器结构111是具有在其上设置轴向叶片108、叶片组166a和166b的环形结构。
分离器结构111可为轴向叶片108的一部分。此外，分离器111也是选择性的。在这个实施方案中，分离器结构111的内部是中空的(空间107)以减小重量且为控制元件的放置提供空间。叶片的一个或多个附加环可被设置用于附加的扭矩。反作用叶片可被使用在叶片
1
组166中以产生扭矩。叶片组166a 在这种情况下，与流体发动机100不同，轴113不是输出轴，而是被外部驱动的输入轴。在这种情况下，轴101是输出轴。一般来讲，根据发动机的应用，输入轴和输出轴可以是可交换的。在本说明书中，为了避免混淆，连接到输入轴以向流体施加旋转力的结构被称作“流体结构”。

[0052] 或166b可具有螺旋形状的叶片。轴向叶片108、叶片组166a和166b是优选地空气动力叶片，该空气动力叶片具有优选地远大于1的升阻比。叶片组166a和166b可被设置为用于流体发动机150的支撑元件。叶片组166a和166b被连接到输出轴101。叶片组166a和166b可为反作用型叶片。在一个实施方案中，轴向叶片108、叶片组166a和166b中的一个被结构地附接到外壳160的内壁且轴承103被去除。在操作期间，工作流体流动经过轴向叶片108以产生扭矩，从而使外壳160以预定的方向旋转。发动机160的旋转运动可用于通过外部地连接到外壳的轴或齿轮结构来驱动机器。

[0053] 在一个实施方案中，叶片组166a、166b和轴向叶片108以旋转的运动推动输出轴101，从而传递流体发动机150的机械动力输出。输出轴101优先地以一个方向旋转。轴向叶片108、叶片组166a和166b作为由流体结构109产生的流体流动压力的结果而旋转。根据另一个实施方案，流体发动机150内的叶片旋转且在工作流体中形成漩涡以使流体以围绕轴的旋转运动流动。工作流体的速度使叶片运动，因此做有用功。输出轴101的旋转运动中的扭矩可用来驱动机器。

[0054] 图1d是显示了图1a的流体发动机100的移动部件的透视图，其中没有外壳110。

[0055] 图2是显示了图1c的流体发动机150，没有外壳160的透视图。如图2中所示，两组叶片166a和166b、在外围的一组轴向叶片108和设置在流体结构109上的叶片组203被设置在外壳110内。优选地，轴向叶片108是具有升阻比显著地大于1的空气动力叶片，且叶片组166a和166b是反作用叶片或空气动力叶片。

[0056] 在流体发动机150中，流体结构109以不取决于在三组叶片(即，叶片166a和166b，以及轴向叶片108)中的任何一组的速度的速度旋转。输入轴113贯穿叶片组203延伸。当叶片组203由流体发动机150的动力输出驱动时，齿轮可用来以对于流体发动机150的输出旋转速度的特定比率设定叶片组203的旋转速度。通过适当地设定齿轮比，叶片组
203可偶尔产生足够的动力以操作流体发动机150。但是，当叶片组203被外部地驱动时，不需要齿轮，所以流体结构109的旋转速度由外部驱动器或发动机的旋转速度设定。在一个实施方案中，流体结构109取决于叶片的组的配置和流体发动机的应用而可由泵、推进器(propeller)、压缩器、风扇或风箱提供。

[0057] 在一个实施方案中，流体结构(例如流体结构102或109)可在流体发动机内的任何位置定位以形成所期望的流体流动。多于一个流体结构或叶片的组可被设置以驱动流体，从而在叶片上做功。流体结构可包括一个或多个机构，该机构允许当没有机械输入动力存在以驱动流体结构时叶片从流体路径缩回(例如，围绕轴折叠成平的或沿外壳110的内壁对齐)，从而减少流体能量损失。在一个实施方案中，流体结构内的叶片可起扩散器(diffuser)的作用，从而无需旋转而将旋转的流体转变为高压流体以使流体结构不需要由外部机械动力源连续地提供动力。

[0058] 在流体结构中的叶片可由螺旋弹簧提供动力，从而旋转流体。在一个实施方案中，从流体发动机的输出轴产生的扭矩可被传递回输入轴以给流体结构提供动力。产生扭矩的叶片可形成流体通道。每个叶片可为可调节的以控制由叶片产生的扭矩。调节可通过控制迎角或通过倾斜叶片来实施。流体发动机100或150可被配置成旋转式流体发动机(rotary fluid engine)。

[0059] 图3a显示了根据本发明的实施方案的流体旋转式发动机300的透视图。如图3a所示，流体旋转式发动机300包括包围流体室307的外壳306。流体室307通向四个延伸室(extension chamber)301-304，分别由上部部分301u、302u、303u和304u以及下部部分301b、302b、303b和304b组成。在流体室307内可设置上文讨论的流体发动机(例如流体发动机100或150)的流体结构中的任何一个。在图3a中，流体结构109包括叶片组203且输入轴113被示出。流体结构109产生流体循环，该流体循环从流体室307流到延伸室301-304的上部部分301u、302u、303u和304u且经过延伸室301-304的下部部分301b、
302b、303b和304b流回室307。在操作期间，延伸室301-304被围住。空气动力叶片305在每个延伸室内，该空气动力叶片305适合地被定向成使用流体流动以产生扭矩，该扭矩引起延伸室301-304的旋转且驱动输出轴101。图3b显示了根据本发明的一个实施方案的流体旋转式发动机300的第二视图。如图3b中所示，空气动力叶片305被定向在上部部分301u、302u、303u和304u中且被定向在下部部分301b、302b、303b和304b中，从而允许通过延伸室301-304在输出轴101上产生扭矩。流体发动机300设计用于高扭矩、低旋转以减少离心力在回流流体上的冲击。根据本发明，流体结构109取决于叶片的组的配置和流体发动机的应用可由泵、推进器、叶轮、压缩器、风扇或风箱提供。

[0060] 图4显示了根据本发明的实施方案的流体旋转式发动机400的透视图。流体旋转式发动机400包括外壳404，该外壳404由臂4041和404r以及中心部分404c构成，且外壳404形成连续的流体室403。流体旋转式发动机400是开放系统，其通过借助输出轴113或臂4041或臂404r的旋转产生的离心力来引起流体(气体或液体)循环。离心力将流体拉入中心部分404c。在操作期间，流体流入中心部分404c且凭借离心力向外地朝向室403的臂4041和404r移动且在喷嘴401a和401b处喷出。在流体室403内设置了升阻比的空气动力叶片305，空气动力叶片305被定向成从流体流动产生扭矩，从而驱动附接到中心部分404c的旋转机构(因此在输出轴113处输出动力)。扭矩还由通过喷嘴401a和401b喷出的流体产生(即，通过当流体离开喷嘴401a和401b时在喷嘴401a和401b上的反作用力)。流体旋转式发动机400可被配置成带密封的流体室的闭合系统。中心部分404c可被向下定位以将流体拉进中心部分404c。

[0061] 图5显示了根据本发明的实施方案的流体旋转式发动机500的透视图。流体旋转式发动机500是开放系统。如图5中所示，流体旋转式发动机500提供系统中的扭矩以驱动输出轴101和113。流体旋转式发动机500包括上部部分502a和下部部分502b。下部部分502b可由开放系统型流体发动机，例如图4的流体发动机400提供。在流体发动机500的下部部分502b中从流体室403通过喷嘴401a和401b喷出的流体被引导以驱动上部部分502a中的轴向叶片501，从而提供附加的扭矩以驱动输出轴101。轴101和轴113以相反的方向旋转。流体旋转式发动机500可被配置成带密封的流体室的闭合系统。气态流体可被加压。

[0062] 图6a显示了被轴向地布置且定向以产生扭矩的空气动力叶片。在图6a中，具有叶片601a、601b、601c和601d的叶片组601被定位成根据如流体流动604a、604b、604c和604d所标示的轴向地流动的流体来在轴605上产生扭矩。叶片601a、601b、601c和601d被定位成分别产生升力602a、602b、602c、602d，其中每个升力被指向以最大化所产生的扭矩(即，垂直于旋转轴)。因流体流动经过空气动力叶片组601引起的阻力603a、603b、603c和603d是产生由空气动力叶片组601生成的扭矩的流体力。每个叶片和流体流(即叶片601a和流体流604a)之间的角速度差决定了每个叶片的迎角。叶片601a、601b、601c和601d被定位以使它们的迎角大于或等于零。例如，叶片601a具有其升力602a(LF)、阻力603a(DF)且具有LD的升阻比，该升力602a(LF)被定位在距离轴605半径为606a(R)处，在该叶片601a处，由叶片601a产生的扭矩可近似为LF*R＝DF*LD*R。因此，当LD大于1时，叶片601a使用大于流体力(阻力603a)的力产生扭矩。类似地，叶片601b、601c和601d每个使用大于流体力的力产生扭矩。

[0063] 图6b显示了径向地布置以产生扭矩的空气动力叶片。在图6b中，叶片611a和611b被定位成根据如流体流动614a和614b所标示的径向地向外流动的流体来产生围绕旋转轴620的扭矩。叶片611a和611b被定位成分别地产生升力612a和612b且分别地产生阻力613a和613b。类似于上文描述的轴向地定位的叶片，如果叶片611a和611b具有大于1的升阻比，则叶片611a和611b可使用大于流体力的力产生扭矩。当流体径向地向外流动时，流体具有因角动量守恒引起的减小的角速度。流体角速度的这种改变可能影响由叶片产生的升力和阻力，该叶片定向成沿径向方向，例如叶片611a和611b。具有一种在中心处的角速度比径向地定向的叶片的前边缘例如叶片611a和611b的前边缘615a和615b的角速度高的流体，可减小这些影响。使用具有高曲度(camber)的翼面截面或使用多个组的较短叶片的叶片也可减小这些影响。

[0064] 根据本发明，当流体流动经过叶片时，升阻比大于1的叶片可产生大于阻力的升力。叶片可被定位在被围住的发动机内以产生大于使流体移动经过叶片所需要的力的力，用于扭矩产生。

[0065] 根据另一个实施方案，流体发动机700通过改变流体发动机150的结构而被提供。具体地，流体发动机700通过将流体发动机150的叶片组166a替换成螺旋叶片766a和766b且将流体发动机150的轴向叶片108替换为螺旋叶片组708，并将流体发动机150的叶片组
166b替换为螺旋叶片767a和767b而实现。螺旋叶片766a和766b在图7a中显示。类似地，螺旋叶片组708和螺旋叶片767a和767b分别在图7b和7c中显示。流体发动机700具有如图1c所示的旋转的流体流动，流体结构109包括叶片组203和输入轴113。输入轴
113被配置成旋转叶片组203，从而驱动流体以与螺旋叶片的弯曲方向相反的方向移动。在一个实施方案中，叶片组203具有可为可调节的空气动力叶片以使叶片组203起推进器的作用。因此，流体和叶片组203中的叶片之间的相对角速度的差决定流体压力中的增加。

[0066] 当螺旋式流体发动机700启动时，输入轴113旋转叶片组203，迫使流体向上经过中心流体空间130移动进入上部部分164。上部部分164中的叶片766a和766b迫使流体以与输入轴113的旋转相反的方向旋转。旋转的流体从上部部分164流到外围空间131，其中，轴向叶片108，如图7b中所示，使流体螺旋状地向下流入下部部分170。下部部分170中的叶片767a和767b当流体向内移动到中心流体空间130时增加了流体角速度。图7a、7b和7c中的被设计成根据由螺旋流体流动产生的升力来在输出轴101上产生扭矩的叶片
766a、766b、708、767a和767b分别以与流体相同的旋转方向旋转。当流体继续以上文描述的方式循环时，流体角速度增加，包括在中心流体空间130内的流体角速度，所以流体和叶片组203之间的相对的角速度也增加。叶片组203的角速度可被减小，只要在流体和叶片组203之间存在足够的相对角速度差以增加流体压力，从而维持流体循环。当流体达到特定的角速度时，可以使叶片组203静止(即输入轴113不旋转)，因为叶片组203为了保持流体循环已经产生足够的流体压力增加。

[0067] 根据本发明的另一个实施方案，如图8a中所示，流体发动机800是包括管外壳801的圆形管，管外壳801包围了工作流体、流体结构820和螺旋状叶片组802，该螺旋状叶片组802包括螺旋状叶片802a和802b。管外壳801通过支撑元件812连接到输出轴811。流体结构820迫使工作流体沿管外壳801的内壁进入螺旋状的流动路径810。螺旋状叶片组
802产生扭矩以旋转管外壳801，该管外壳801凭借叶片升力，例如由沿螺旋状的流动路径
810流动的工作流体产生的升力803a和803b，来驱动输出轴811。根据显示了螺旋状叶片
802a的图8b，流体流动810a流动经过螺旋状叶片802a，从前边缘805a螺旋状地穿过螺旋状叶片802a直到到达后边缘806a。由螺旋状叶片802a产生的升力在指入纸面的方向且阻力804a沿穿过螺旋状叶片802a的工作流体路径。螺旋状叶片组802中的叶片802a和
802b被设计成具有大于1的升阻比。

[0068] 在图8c中，流体结构820包括附接到输入轴821的轴向叶片组822和附接到管外壳801的内壁的静止的推进器823。在输入流体流810b进入流体结构820后，输入轴821给轴向叶片组822提供动力以增加输入流体流810b的旋转速度。离开轴向叶片组822的工作流体流过静止的推进器823，该推进器823使用工作流体的角速度以增加工作流体压力，从而维持工作流体围绕内部外壳801的循环。输出流体流810c在流经静止的推动器823之后离开流体结构820。

[0069] 在一个实施方案中，叶片参量的调整可被实施，从而能够以足够最大化由叶片产生的升力或L/D比的范围调整迎角、表面面积和转弯。产生扭矩的叶片可参照流体流动方向、流体速度和流体运动被倾斜、调节以最大化扭矩产生。叶片可被调节成具有转弯和向上或向下的水平的运动。流体发动机的推力输出可通过改变叶片基准面(reference area)、迎角而被最大化。

[0070] 在本发明的一个实施方案中，产生扭矩的叶片被连接到流体发动机的外壳的内壁，流体发动机的外壳旋转。如上文讨论的，流体发动机100和流体发动机150可为旋转式发动机。旋转式发动机的旋转运动可被用来产生推力或扭矩。产生扭矩的叶片可被定位在扭矩产生可被实现的任何地方中。在另一个实施方案中，流体发动机的外壳内的叶片可形成用于工作流体流动穿过的连续的或不连续的，围住的或敞开的通道。用来驱动流体流的流体结构可被使用在每个通道中。

[0071] 以最佳的迎角和高的升阻比流动经过叶片的工作流体可最大化由叶片产生的扭矩。用来运行流体发动机的动力输出的量是流体结构的向外的流和向内的流之间的流体角速度差。

[0072] 图中显示的叶片被定位成最佳地展示本发明。这些图显示了具有迎角为零的空气动力叶片和其它直形的叶片。叶片的几何形状和位置取决于许多发动机设计参量，包括流体流动路径、流体运动、流体速度和用来产生最大升阻比的叶片迎角。

[0073] 翼、带翼型形状截面的叶片，以及翼面在本申请中是指带空气动力效果的物体。带空气动力效果的任何物体可适于实施本发明。根据本发明，流体发动机内的由流体结构(具有轴和叶片的组的结构)移动的工作流体可根据叶片的组的配置和流体发动机实施的应用而起到叶轮、推进器、泵、压缩器、风扇或风箱的作用。该流体结构的一些示例是流体发动机100的流体结构102、流体发动机150的流体结构109和流体发动机300的流体结构109。在一个实施方案中，流体结构的叶片组可被定位在外围流体空间131中。

[0074] 根据本发明，产生扭矩的叶片和移动流体的叶片可被连接到相同的轴。根据本发明，产生扭矩的叶片和移动流体的叶片可被连接到流体发动机的相同的内部结构或被布置到流体发动机的相同的内部结构上。

[0075] 在一个实施方案中，气体被用作工作流体以在流体发动机内循环。流体发动机内的流体循环可由热能提供动力。流体发动机可通过在一个或多个区域中加热和在一个或多个区域中冷却来将热能转换成旋转的机械能。流体发动机可因此保持温度差以维持流动循环。

[0076] 根据本发明的另一个实施方案，热力发动机，利用在流体发动机内的带温度差的两个区域由热能提供动力，也可从使用如之前所描述的空气动力叶片而获益。热力发动机内的两个区域之间的温度差用来维持发动机内的流体循环。由热力发动机产生的扭矩可通过工作流体流动经过在配置上类似于根据本发明的流体发动机的一个或多个空气动力叶片组来产生。

[0077] 使用热能提供动力的热力发动机1000，通过改变流体发动机100的结构而被构造。流体发动机100的流体结构l02(包括输入轴101和径向叶片106)在上部部分104中用一个或多个加热区域且在下部部分120中用一个或多个冷却区域来替换。上部部分104中的径向空气动力叶片106和下部部分120中的类似的空气动力叶片的组可被设置成产生扭矩。分离器111可被用作上部部分104中的加热区域和下部部分120中的冷却区域之间的隔离物(insulator)。上部部分104内的工作流体向外朝向外围流体空间131移动，随后从外围流体空间131通过下部部分120移动到中心流体空间130，从而形成流体流的循环。扭矩由流动经过轴向叶片108、径向空气动力叶片106、支撑元件112(可为带空气动力效果的叶片)和被配置成有助于产生扭矩的任何空气动力叶片的工作流体产生。

[0078] 在一个实施方案中，热力发动机1000具有在上部部分104中的流体循环，该流体循环向内朝向中心流体空间130移动，经过中心流体空间130移动到下部部分120，且从下部部分120经过外围流体空间131移动到上部部分104。空气动力叶片可被放置到任何适合的位置以产生热力发动机1000的扭矩。在一个实施方案中，作为轴向叶片108和径向空气动力叶片106的旋转的结果，热力发动机1000具有从上部部分104经过外围流体空间131旋转到下部部分120且从下部部分120经过中心流体空间130旋转到上部部分104的工作流体。从上部部分104到下部部分120的旋转的流体流动产生包围向上的气流(draft)的向下的气流，该向上的气流由从下部部分120到上部部分104的旋转的流体流动产生。旋转的流体流动可引起螺旋的流体流动。

[0079] 在一个实施方案中，由热能提供动力的热力发动机1500可通过改变流体发动机150而被构造，该改变是通过使流体结构109成为选择性的且在上部部分164中增加一个或多个加热区域并在下部部分170中增加一个或多个冷却区域来完成的。轴向空气动力叶片可被定向在中心流体空间130中，径向空气动力叶片166a和166b可被分别放置在上部部分164和下部部分170中以产生扭矩。当流体结构109被包括时，叶片组203可为可调节的且起到如在流体发动机700中的推进器的作用。

[0080] 在一个实施方案中，由热能提供动力的热力发动机3000可通过将流体发动机300的流体结构109(包括输入轴113和叶片组203)用在延伸室301、302、303和304的外围部分中的加热机构来替换且在流体室307的下部部分中提供冷却机构而被构造。在热力发动机3000中的温度差引起流体凭借由热力发动机3000的旋转产生的离心力而从流体室307的下部部分向外地朝向下部部分301b、302b、303b和304b流动。流体随后借助由热力发动机3000的旋转运动产生的离心力而朝向上部部分301u、302u、303u和304u流动。流体在延伸室301、302、303和304的外围部分中扩展，且经过上部部分301u、302u、303u和304u行进回到流体室307。当流体流动穿过且使热力发动机3000旋转时，空气动力叶片305产生扭矩。

[0081] 加热元件和冷却元件可被嵌入空气动力叶片、支撑元件、分离器或外壳内的结构中，从而为了最大化用于扭矩产生的升力而改变流体的速度和流体的密度。流体容量控制机构可被用来改变空气动力叶片的流体速度。

[0082] 上文详细的描述被提供以阐述本发明的具体的实施方案且不旨在为限制性的。在本发明的范围内的多种改变和修改是可能的。本发明在所附权利要求中阐明。

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