用于组合的冷却、加热、功率、压力、功和水的具有同极DC发电机的锥形螺旋气体涡轮机制造技术

一种锥形指数螺旋，用于气体膨胀机来进行功提取或空气冷却。这种锥形指数螺旋也可以用于气体压缩机以增加空气的压力和温度。所述压缩机‑膨胀机形成单一且简单的结构，便于制造。得出针对空气的绝热膨胀的通过锥形指数螺旋的温度下降的简单公式。还得出了针对空气的等温压缩的随着空气被从外向内压缩的压力增加。证明了螺旋对于能量转换是有效的。通过改变法拉第单极直流发电机的几何形状和技术对其进行了改进。在电力转换效率和高压电力生产方面做了很多工作。相同的发电机结构可用作单极直流电机。通过控制电压，电机或发电机的速度得到控制。通过控制电流，使用或产生的扭矩力也得到控制。单极发电机和电机可以很容易地与螺旋压缩机和膨胀机集成在一起。使用这些基本发明专利技术的三种应用得以提出。首先是由聚集的太阳能或通过燃烧气体燃料提供动力的热力涡轮机。其次是一种由电力提供动力用于水的冷却、制冷和加热的热力泵。第三是一种通过太阳能动力使水脱盐的方法，通过太阳跟踪圆锥形反射表面将阳光聚集到盐水柱上，使用太阳能光伏动力来为螺旋压缩机提供动力以冷凝低压蒸汽。Firefly技术提供小规模、本地且简单的多种能量的生产，在需要时将太阳能动力回馈给人们。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于组合的冷却、加热、功率、压力、功和水的具有同极DC发电机的锥形螺旋气体涡轮机相关申请的交叉引用本申请包括在2016年2月2日提交的题为“用于组合的冷却、加热、功率、压力、功和水的锥形螺旋气体涡轮机”并且被分配序列号62/290,393的美国临时申请中公开并且要求其优先权的主题，所述临时申请描述了本专利技术人做出的专利技术。
技术介绍
世界需要清洁的空气、水、食物、能量和交通，这些对于所有人而言都是能够获得的且公平的，而不仅仅是对于发达国家。这些便利设施的普遍供应的关键是满足有本地和负担得起的能源(例如太阳能和瓶装液化石油气)支持的地方的人们的这些需要的技术进步。由于导致全球变暖和海平面上升的化石燃料的燃烧，我们正面临全球气候变化。燃烧煤炭造成空气污染。地下水迅速枯竭。全球变暖带来极热，需要更多的空气调节，而这又使用更多的使全球变暖的化石燃料。运输需要昂贵的石油产品，造成长期的颗粒污染。为了缓解能源短缺和气候变化，我们强调三次焦点转移。第一次焦点转移是从能量产生到能量应用。能量产生只是一种为了清洁的空气、水、食物和运输的终极舒适的手段。节能往往带来更多的舒适。第二次焦点转移是从电力到热量。我们可以直接使用热量用于空间和水加热，并且间接使用来产生冷却、水、烹饪、运动，以及然后运动感应的电力。产生电力用于照明、通信、计算和电气运输。我们应当将能量储存为接近其使用的形式：热浴中的热能，为加压气体的压力能，为冷凝的冷冻剂或冷冻物质的冷气，以及化学电池中的电能。如果小型且高效的涡轮机可用，我们应该将化学能作为燃料存储。第三次焦点转移是能量的本地生成、存储、转换和使用。我们希望利用网格分布逆转集中生产(CentralizedGeneration，CG)电力的Edison应用模型。我们专利技术了将微型涡轮机与微型DC发电机集成的技术。我们称之为Firefly技术，其是个人的，但与大型发电厂一样高效。CG变得不必要，并且被用于能量的移动收集、存储、转换和使用的个人能量(PersonalEnergy，PE)代替。PE代替CG在四个阶段的工业革命中给我们带来了完整循环。第一次革命集中在大型蒸汽发动机的工作生产。第二次革命利用由蒸汽发动机驱动的大型AC发电机使世界电气化。微电子器件的第三次革命给了我们全球的计算和通信网络。MEMS(Micro-Electronic-MechanicalSystems，微电子机械系统)的第四次革命逆转了CG的第一次和第二次革命，给了我们PE，使所有的东西本地化、小型化和个人化。Firefly具有10个S：聪明(Smart)、小(Small)、简单(Simple)、可伸缩(Scalable)、强大(Strong)、安静(Silent)、安全(Safe)、存储(Stores)和现代(Stylish)。Firefly提供组合的冷却、加热、功率、压力、功和水(首字母缩略词CCHP2W2)。Firefly可以帮助贫穷国家工业化，使得人们在他们没有电网或水网的地方能够生产。世界的一半人们在没有可靠的电力或自来水供应的情况下生活。CCHP2W2的关键是由集中的太阳能或气体燃料的内部燃烧提供动力的高效的微型涡轮机。与微型涡轮机集成的是一种高效的微型DC电动机-发电机。让我们考察一下热力发动机和发电机的历史。2000年前亚历山大港的Hero专利技术了第一台热力涡轮机。在锅炉中产生的蒸汽通过喷嘴沿相反方向喷射，从而使铰接的锅炉转动。Hero涡轮机是在亚历山大图书馆展出的珍品。在Hero与第一次工业革命之间，通过涡轮机(实际上是旋转装置，例如风磨机或水磨机)获得风和水运动能量。叶片或桨叶阻碍风或流动的水，使涡轮机旋转以提取机械功。在1769年，JamesWatt获得了第一台强大且实用的蒸汽发动机的专利。来自燃烧煤炭的锅炉的蒸汽驱动汽缸中的活塞，以为泵送水、织造织物和驱动火车提供很大的力。蒸汽驱动的机车带着人们来到城市。集中制造装置由蒸汽发动机驱动。这些Rankine循环热力发动机使液体沸腾以产生压力来做功。在1816年，牧师Stirling获得了Stirling发动机的专利。他关注蒸汽锅炉的致命压力。Stirling发动机使用两个汽缸，一个用于加热空气，并且另一个用于冷却空气。膨胀的空气做功。这些Carnot循环热力发动机在高温下运行。在1830年左右，MichaelFaraday专利技术了单极盘形发电机。从夹在C形磁体的磁极之间的旋转盘的周边收集电流。受损的涡电流在旋转盘内流动。尽管例如由NikolaTesla所做的改进，但由于效率和电压低，这种发电机并没有用于公共事业发电。在20世纪初，Edison和Tesla的专利技术创造了电力企业。燃烧煤炭的蒸汽发动机通过Tesla的AC发电机产生电力。蒸汽发动机大且效率低下。他们很强壮但很慢。为了产生大电流，AC发电机需要大的电磁体。NikolaTesla专利技术了在定子和转子线圈中互感电流的3相发电机。容易进行电压转换使得能够在长距离电网上有效进行高压电力传输，具有大大降低的欧姆功率损耗。电力企业采用AC代替DC。NikolaTesla还专利技术了Tesla涡轮机。所述涡轮机包含紧密间隔的盘的堆叠。蒸汽被切向地注入到涡轮机外围上。蒸汽在各盘之间朝向堆叠的中心向内螺旋。蒸汽通过气体粘性拖动盘。Tesla声称实现理论Carnot循环效率的90％等熵效率，即使利用当今的技术也无法验证。自1950年以来，气体涡轮机和蒸汽涡轮机使得电力企业更加高效。由燃烧煤炭产生的蒸汽提供动力的蒸汽涡轮机具有大约40％的效率。需要大量的水来冷凝来自蒸汽涡轮机的低压蒸汽。联合循环气体涡轮机(CombinedCycleGasTurbine，CCGT)实现了60％以上的效率。CCGT使用天然气驱动Brayton循环气体涡轮机。热气排放产生蒸汽以为Rankine循环蒸汽涡轮机提供动力。自21世纪以来，世界面临来自燃烧化石燃料的污染。其产生的气候变化正在威胁着人类的生存。然而，世界上大多数人口由于所供应的水、热、冷气、食物和运输而仍然贫穷。CG使缺乏电力基础设施的贫穷国家退化。然而，穷人受到全球变暖、海平面上升和长期的空气污染的影响最大。燃烧更多的煤炭不是帮助人们过上舒适生活的答案。我们不能承受建立昂贵、污染和浪费的能源收集、产生和分配的基础设施。天然气和太阳能是我们针对PE选择的能源。两者都可大量用于个人能量产生和使用。PE是高效的、清洁的、本地的、小型的、有用的，并且因此美观的。为了解决能量和环境危机，我们必须使能量生产、存储、转换和使用个人化。我们将集中于热量作为我们的能源。热量可以来自太阳热、地热，或者来自管道天然气和罐中运输的丙烷的燃烧。我们的目标是使小型气体涡轮机与大型气体涡轮机一样高效，每瓦特功率的成本只占一小部分。我们想要除电力以外的热量、冷气、水和功的热电联产。我们希望找到允许逐渐释放气体压力以产生功的开放气流的恰当的几何形状。我们希望避免压力突然转换成气体的动能。我们希望使用现代磁体和固态电子器件重新专利技术发电机。我们已经发现了一种同极直流发电机的新型几何形状来产生电力。基于我们的微型涡轮机和微型发电机的专利技术，我们提出了三种应用。首先，我们描述了一种集成螺旋压缩机、螺旋膨胀机和我们的发电机的热力涡轮机。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于将压力能量转换为运动的加压气体的膨胀机，所述膨胀机包括：多个同轴盘，每个同轴盘具有多个封闭的通道，使气体从每个盘的中心螺旋流到周边；并且每个螺旋通道包括：随着通道内的气体转向的角度呈线性或指数增加的包括一角度的递增半径，以及随着螺旋通道转动的角度减小的孔面积；提供具有随着转角而逐渐减小的压力的气流，在外部螺旋通道壁上施加压力，以产生比具有较小壁面积和半径的内部螺旋通道壁更大的扭矩。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2016.07.05 IB PCT/IB2016/001359;2016.02.02 US 62/21.对锥形螺旋涡轮机的权利要求：一种用于将压力能量转换为运动的加压气体的膨胀机，所述膨胀机包括：多个同轴盘，每个同轴盘具有多个封闭的通道，使气体从每个盘的中心螺旋流到周边；并且每个螺旋通道包括：随着通道内的气体转向的角度呈线性或指数增加的包括一角度的递增半径，以及随着螺旋通道转动的角度减小的孔面积；提供具有随着转角而逐渐减小的压力的气流，在外部螺旋通道壁上施加压力，以产生比具有较小壁面积和半径的内部螺旋通道壁更大的扭矩。2.一种使用运动来压缩气体并增加气体压力的压缩机，所述压缩机包括：多个同轴盘，每个同轴盘具有多个封闭的通道，使气体从每个盘的周边螺旋流动到中心；并且每个螺旋通道具有：随着通道中的气体转向的角度而线性或对数减小的递减半径，以及随着螺旋通道转动的角度增加的孔面积；其中气体带有压力流动，通过所述外部螺旋通道壁比具有较小壁面积和半径的内部螺旋形通道壁更大的扭矩力挤压气体，所述压力随着外部螺旋通道壁转向的角度而增大。3.根据权利要求2所述的压缩机和权利要求1所述的膨胀机的压缩机-膨胀机组合，包括：多个压缩机盘以从盘中心的压缩气体分阶段布置的方式被引导到下一级的盘的周边输入端，使得气体压力从一级到下一级地增加；多个膨胀盘，其中从盘的周边部分膨胀的气体被引导到下一级的盘的中心输入，使得气体消耗其压力以进行工作；从压缩机组到膨胀机组的压缩气体管道，作为连接的压缩机和膨胀机之间的开口，其中所述管道为外部的并包括压缩机和膨胀机之间的压缩气体存储器。对于单极直流发电机的权利要求：4.一种将运动转化为电能的发电机，所述发电机包括与转子盘的平坦表面的一侧或两侧上的定子盘同轴的转子盘，还包括：转子盘，其为环形永磁体，其极性沿垂直方向轴向取向；定子盘，其为同轴环形螺线管，螺线管导线的两端包括与其他电极相互连接的正极和负极；其中发电机根据右手定则产生电力，通过转子的旋转和垂直取向的磁场的运动沿径向感应电场，产生作为感应的电压和电流的乘积的电力。5.一种将电力转换成运动的电动机，其包括在转子盘的平坦表面的一侧或两侧上与定子盘同轴的转子盘，为此：转子盘是永磁体的环形，其极性沿垂直方向轴向取向；定子盘是同轴环形螺线管，螺线管的两端包括与其他电极相互连接的正极和负极。其中电机根据洛仑兹力的右手规则产生旋转运动，永磁体的垂直方向的磁场与定子盘中的径向电流产生的磁场相互作用，以产生沿转子磁体圆周方向作用的洛仑兹磁力。6.如权利要求4所述的发电机和权利要求5所述的电动机，其中权利要求4所述的发电机在将电存储在另一个电力存储装置中以供以后取回以驱动权利要求4所述的同一发电机作为权利要求5所述的电动机而运作。对热力发动机的权利要求：7.一种由加压气体驱动的盘形涡轮机，包括：一个中央室，加压气体通过阳性喷嘴注入其中，气体借助于燃料燃烧或聚集的太阳能在室内加热；多个螺旋通道，从所述中心室辐射，所述多个螺旋线包括扩大半径和锥形孔；所述锥形孔适于在所述涡轮的长度上逐渐释放压力，并且离开所述涡轮的周边；其中所述涡轮机适于保持压力以作用在所述周界上，所述周界具有比所述锥形孔的内表面区域更大的外表面积，从而允许所述气体压力使所述涡轮机在所述气流的相反方向上旋转。8.根据权利要求7所述的盘形涡轮机，其特征在于，所述盘形涡轮机还包括组合的涡轮机和发电机，其中所述盘形涡轮机与发电机配合并适于用作所述发电机的转子，还包括围绕所述盘形涡轮机的环形电磁体，在与权利要求7所述的盘形涡轮机同轴的定子线圈上的直流电。9.根据权利要求8所述的盘形涡轮机，其特征在于，还包括热力发动机和发电机，其中所述盘形涡轮机与发电机配合并且适于作为所述发电机的转子，还包括围绕所述盘形涡轮机的电磁体环，在位于涡轮机壳体的外周的定子线圈上通电，并且还包括通过外部扭矩旋转的盘形压缩机，该压缩机包括：中央室适于允许压缩气体排出多个螺旋压缩机通道，从所述中心腔室辐射，所述多个压缩机螺旋体包括扩张半径和锥形孔；其中从所述压缩机的外部压缩的气体被迫通过所述螺旋通道的内部，以响应这些压缩机螺旋通道的较大外表面区域的压缩力；其中所述涡轮机适于经由扭矩力压力驱动所述压缩机。10.根据权利要求9所述的盘形涡轮机，其中所述盘形涡轮机和所述盘形压缩机包含圆锥形形状，其中所述多个螺旋和所述多个压缩机螺旋中的每一个是线性锥形的，所述线性锥形包含通道深度...

【专利技术属性】
技术研发人员：许如艺，
申请(专利权)人：君能科技香港有限公司，
类型：发明
国别省市：中国香港,81