专利名称：从水中回收能量的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及发电设备。更具体地说，本发明涉及这样的发电设备，其向加热器供应电能用于以使水基本上立即从液态转变成气态的方式加热液态水，其释放的能量多于加热器所需的能量。
背景技术：
传统的一些尝试都是通过加热水来提供电力，例如，蒸汽机，其需要提供比实现水转变成蒸汽所需的能量更多的能量来加热水而使水变成蒸汽。根据本发明，液态水基本上立即被转变成气态。业已发现，根据本发明，使液态水基本上立即转变成气体可以导致释放水中的能量。从水中释放出的能量远远大于将水转变成气体所提供的能量。因此，人们发现，根据本发明可以利用水来作为发电的燃料。
发明内容
借助从水中回收能量的装置满足上述及其他需求。本装置被构造成加热一表面并以导入的方式且足够少量地使水与该被加热表面直接接触，使得水基本上立即从液态转变成气态。在一个实施例中，本装置包括用于提供热量、具有一个或多个传热元件的系统； 向传热元件供能用于在期望的温度下提供热量的能源；水源；及与水源流动连通的流体喷注器，其用于输送水以便在一定条件下使水与传热元件接触，致使被注入的液态水与传热元件接触时，此水基本上立即蒸发为气体，这些气体具有包括从水中释放被储存能量的原动力，该原动力能从原动力产生电力，该原动力代表装置运行产生的能量，由于从水中释放被储存的能量，此原动力大于供给所述传热元件的能量。原动力为活塞或涡轮机或其他产生电的结构提供动力，以便从原动力产生电力。在另一实施例中，装置包括一个或多个气缸，每个气缸包括可往复运动地安装在气缸内且通过活塞杆连接到从动曲轴的活塞；发电机，其被连接到曲轴，用于通过发动机的运行产生电力；用于提供热量的系统，其具有一个或多个传热元件；电池，其电连接到发电机并电连接到一个或多个传热元件以便向传热元件供能用于在期望的温度下提供热量；增压水的水源；用于排放气缸的排放阀；及流体喷注器，其与增压水的水源流动连通，用于输送水以便在一定条件下使水与传热元件接触，致使被注入的水与传热元件接触时，液态水基本上立即蒸发为气体，这些气体具有包括从水中释放的被储存能量的原动力，该原动力驱动活塞，因此能从原动力产生电力。所述原动力代表从该装置运行产生的能量，由于从水中释放被储存的能量，该原动力大于供给传热元件的电能。
通过结合附图的详细描述，本发明的其他优点是显而易见的，这些附图不是按比例绘出的，因此能更清楚地示出一些细节，其中在全部附图中类似的附图标记表示类似的元件。附图中图1为本发明一实施例的从水中回收能量的装置的示意图；图2为图1所示装置中采用的传热系统的透视图；图3为图2所示传热系统的一部分的细节图；图4为本发明另一实施例的从水中回收能量的装置的示意图；图5为用于图4所示装置的冲击室(impact chamber)的透视图。
具体实施例方式开始参考图1，本发明涉及用于从水中回收能量的装置10。简而言之，装置10被构造成用来接收液态水并在一定条件下以某种方式对水进行加热，使液态水基本上立即变为气态。为了达到此目的，在水温高于水的临界温度且被引入的水的压力维持在足够高的情况下向一表面提供热量，致使与被加热表面接触的水的驻点压力(stagnation pressure)高于水的临界压力。这些条件基本上能立即将水转变成气体。如下面更全面描述的那样，借助提供和安置本发明的传热元件并根据本发明供应液态水使得水基本上能立即转变成气体可以实现对水的加热和使水转变为气体。为了实现这个目的，被引入的水量相对于被加热表面的面积非常小。已经发现，以这种方式并在这些条件下从水中释放的能量可超过将水加热和使其转变成气体所需的能量。不受理论的约束，可以认为本发明的装置基本上唯一依赖于传导加热，而基本上忽略对流加热并避免辐射热传递，通常，传统的蒸汽发生器依赖辐射加热。本发明的方法和装置可在数微秒的时间内将液态水转变成高压气体，还可观测到所导致的水中储存能量的释放。装置10包括用于将从水中获取的气体转换为功的结构。就此而论，作为示例，图 1示出了一对气缸，它们被安置成接受所生成的气体以便将气体转变成机械功。当然，可以理解，可以采用其他结构来利用气体压力产生动力。例如，可以用一台或多台涡轮机代替图 1所示的气缸。参考图1，装置10包括至少一个气缸12，该气缸包括安装于气缸12内可往复运动且通过活塞杆16被连接到从动曲轴18的活塞14，曲轴附联到如飞轮20之类的载荷。还可设置其他一些气缸，如具有活塞14’的另外的气缸12'。例如，装置10可以包括四个气缸，即气缸12、气缸12'和两个另外的与气缸12和12'相应的气缸。带22连接于飞轮20 (和与任何另外一些气缸关联的飞轮)和发电机M之间，用于将飞轮20的旋转运动传递给发电机M以便由装置10的运行产生电力。发电机M如经由配线观电连接到电池或电源/控制器沈。如下文将根据本发明更全面地描述的那样，电池沈电连接到多个传热板，例如传热板30a-30d，它们将由电池沈提供的电能转换成热能来加热水。板30a-30d处于隔热外壳31内。水从如具有压力泵的水箱(radiator)之类的水源32连续地被注入(如箭头F所示)，以便流过传热板30a-30d。对被注入的水的压力进行选择，致使在流动路径中的每一点处被注入的水通过改变方向而停止，水的驻点压力高于水的临界压力。
水源32经由管道36被连接到外壳31，管道具有开/关类型的控制阀37。为了回收来自气缸12的水，排放管道38离开气缸12并连接到水源32，借助由管道38提供的气体最终冷却水并回到作为水的液态。从气缸12至管道38的流动由如排放阀40控制。优选当活塞14处于下死点位置(此时最接近曲轴)时开启阀40。然后在活塞重新接近上死点位置时阀40关闭。类似地，由排放阀40’控制来自气缸12’的流动。优选在活塞14处于或大致处于上死点位置时，将气体注入气缸12。上死点是活塞 14距离曲轴18最远的位置。进入气缸12的气流由输入阀41 (和用于气缸12'的41') 控制。排放阀40和输入阀41 (及41’ )可由各种阀控制系统控制，例如由连接到曲轴的凸轮轴驱动的凸轮控制、由具有相关联的曲轴角传感器的气动或电子控制器控制。例如，可通过接收来自计算机的指令的控制器对阀40和41进行控制，这些控制器也可接收来自曲轴角传感器的信号。类似地，优选利用计算机来控制传热板30a-30d的温度和向其供应电力。就此而言，可以理解的是，可以采用各种其他传感器，如能够确定转速、载荷、温度等的传感器来向与发动机运行关联的一个或多个计算机提供发动机运行信息。在装置10的运行过程中，水基本能立即转变成气体，该气体具有的压力至少为水的临界压力，优选具有略高的压力，使得水直接从液体转变为气体。物质的临界压力是其在临界温度下使气态物质液化的压力。物质的临界温度是这样的温度，在此温度或高于此温度无论施加多大压力物质的蒸气都不能液化。水的临界压力是3209. 5psi/218. 4atm0水的临界温度是 705. 47 0F /374. 15°C。根据本发明，力求提供较高压力的水以便能将水注入装置，被注入的水的压力至少约为5，OOOpsi。为了有利于保持热量，气缸12和外壳31由如陶瓷隔离件或其他隔离结构隔热。传热板30a-30d由具有高传热率的材料构成，例如铜，且其被构造成相对于水的输入流能提供足够的板30a-30d的表面面积和足够的温度以便迅速加热水并基本上立即将水转变成气体。如果不是以这种方式进行加热，从水中释放的能量不会超过提供加热和将水转变成气体的能量。为了实现这个目的，使板的温度保持高于水的临界温度，例如高于约900 0F /482°C。此外，提供板30a-30d的过量的(excess)表面面积，并使板30a-30d以相对且平行的关系密集地分离开，致使水蔓延到细的流动路径，当水流过间隔开的板时，水流与两块板都接触。参考图2，其为板30a-30c的透视图，用以图示说明板30a-30d的理想配置和方位。如所看到的那样，这些板彼此密集，其长度被布置成错列地定向，以便提供如箭头所示的连续的流动路径。例如，装置10包括四个气缸(气缸12、12'和两个另外的气缸)时，板 30a-30d被配置成接收1. 92ml/min的液态水流。借助从约0. 010英寸(inches)至约0. 025inches的距离间隔，这些板可实现理想的传热条件，每块板约12inches长和约5inches宽。板30a_30d的末端以大约0. 05inches 的距离错列以保持尺寸基本一致的流动路径。优选板30a-30d的方位和配置能将水从内侧向外地加热，结果可非常迅速地对水进行加热(被测出为数微秒)并实现预期的基本上立即地转变成气体。也就是说，铜板30a-30d足够热和密集，致使水能蔓延成迅速冷却这些铜板的薄层，从而能快速地将热量传给水。
参考图3，其示出了板30a的细节，板30a可代表其余的板30b_30d。如所见到的， 板30a具有一对相对且间隔开的表面50a和50b，在表面50a和50b之间的空间内设有多个电加热元件52。加热元件52通过图1所示的配线M电连接到电池26，以便将由电池沈提供的电能转换成热能来将表面50a和50b保持在高于水的临界温度的期望温度，优选至少约为900 0F。针对前面描述的水流量为1. 92ml/min的加热作用，板30a-30d的加热元件共具有至少约80千瓦(killowatts)的输出。板30a-30d的过量的表面面积、相邻板的密集、及通过将板保持在高于水的临界温度的温度而提供的过热一起被认为提供了使水流过板30a-30d时将水转变为气体的结构和条件，这种转变基本上是立即发生的。就此而言，已经发现，为了实现此目的，在温度高于水的临界温度和水的临界压力的环境中基本上立即使水转变成气体将导致从水中释放的能量超过供给加热元件52的电能。参考图4，其示出了用于从水中回收能量的装置60的可选实施例。装置60被配置成具有与装置10相似的运行条件，即，接触表面被加热到高于水的临界温度的温度并与增压水接触，致使与接触表面接触的水的驻点压力高于水的临界压力，从而实现将水基本上立即转变成气体。装置60包括气缸62，气缸具有可往复运动地装在气缸62内的活塞64，活塞通过活塞杆66连接至附联到如飞轮70之类的载荷的从动曲轴68。带72连接于飞轮70和发电机74之间，以便将飞轮70的旋转运动传递给发电机74而由装置60的运行产生电力。发电机74通过配线78电连接到电池或电源/控制器76。电池76通过配线80a电连接到多个加热元件80。加热元件80将由电池76提供的电能转换成热能以便加热水并使水基本上立即转变成气体。水从如具有压力泵的水箱之类的水源82通过电子控制的高压水喷注器84间歇地注入气缸62。例如，如图所示，水喷注器84可以是具有由计算机C控制的IlOvolt的电磁线圈S类型的燃料喷注器，同时喷注器84也可通过油管路0供应高压机油。但是，喷注器 84注入来自水源82的水而不是注入汽油箱中的汽油。优选可将喷注器84操作为提供的水的压力为约每平方英寸15，000磅。水源82通过管道86被连接到喷注器84。为了从气缸62回收水，排放管道88离开气缸62并被连接到水源82，由管道88提供的水煤气(water gas)被最终冷却水并回到作为水的液态。从气缸62至管道88的水流由如排放阀90控制。优选当活塞64处于下死点位置时开启阀90。然后在活塞重新接近上死点位置时阀90关闭。当活塞64在上死点位置或大致在上死点位置时，优选将水煤气从喷注器84注入气缸62。来自水源82的水流被输入阀92控制以便通过喷注器84的雾化器94。被雾化的水经过冲击室96以便接纳来自雾化器94的排放物，该冲击室由铜或其他高热传递材料制成并具有面向雾化器94的接触表面98。由均勻分布于整个冲击室材料的加热元件80将热量提供给冲击室，以便有效地均勻加热冲击室。当液态水撞击接触表面98时，迫使运动停止并施加驻点压力。根据本发明，注入水的压力足以使接触被加热的接触表面98的水的驻点压力高于水的临界压力。此外，冲击室96的表面面积相对于从雾化器94流进的液态水足够大，致使水与接触表面98接触时水蔓延且水的相对小的表面面积与由室96的热表面代表的相当大的表面面积接触，从而基本上立即转变成气体。所述气体进一步膨胀并通过室96的通道100以便影响活塞64。像在传热板30a-30d的情况一样，室96的高表面温度，及被液态水接触的室96的表面面积与如由喷注器84提供的少量的水之间的大的差异导致将热量迅速地传递给各被注入的水量，以提供足够大的热流或传递速率，使水基本上立即转变为气体。优选喷注器84 供水的压力至少为约15，OOOpsi，且水与至少处于约9000 °F的温度的室96的表面接触。本发明的装置可以用作发动机或发电装置，可以利用多个气缸协同地提供这种发动机或发电装置，同时作为从水中释放被贮存的能量的结果，通过所述发动机或发电装置运行产生的能量大于所提供的能量。可将该装置安装于机动车上以便为机动车提供动力， 并以其他发电机方式用于发电。例如，水源32显示为具有泵的水箱，其可以相当于具有用于机动车中并安装在机动车上的泵的水箱类型。此外，尽管描述的是将水转变为气体，可以理解，本装置可以可选地用于以所描述的方式将其他液体转变成气体，以达到液体的这种受控气化可从液体中释放储存的能量的程度。为了举例，以下提供理论上的实例1 传热板30a_30d的加热元件52具有20，OOOffatts的电力，来自水源32的水进入外壳31时其被增压到5，OOOpsi且初始温度为200 0F，以便流过板30a-30d。装置10配置有四个气缸，每个气缸的容积为50. 24立方英寸，两个气缸12和12'加上另外两个与其相同的气缸。与这些气缸关联的阀41和41 ‘被操作为注入的气体量相当于每次注入0. 480ml 液态水或以IOOOrpm旋转的每个气缸的工作冲程，致使每小时流过该装置的水为MOlbs。因而，每一气缸接收的气体(或超临界蒸汽)的温度约为874 T，其在临界压力下膨胀，且继续膨胀压力降低直到排放阀开启为止。在活塞处于上死点位置时此压力产生约40，000磅的初始向下的力。由于气体继续膨胀压力降低，对于第一约104度工作冲程而言产生约20，000磅的平均的向下的力。这样，每磅水产生约9，716Watts，或基于每小时 2401bs的水产生2，331，816WattS/hour，大约是3，125马力。即使保守地假定摩擦损失为 75%，在IOOOrpm的情况下这将产生781马力的输出。将此输出功率与将水从初始的200 度加热到873. 4度所需的约673. 4BTUs(197. 47瓦)热量对照，一小时超出47，392. 8wattSo 假定大气损失10%，这相当于52，132. OSwatts/hour的加热元件的总输入。因而，为了产生足够的电力(52，132watts)以向加热元件供电，装置10必须产生至少69. 66马力。即使按照上面提到的且保守的高损失，减去用于供电所需的电力，可以看出装置产生约711马力的剩余功率。上面对本发明的一些优选实施例的描述仅用于图解和说明目的，而并非穷举或对构成本发明的内容的严格限制。显然，基于上面的教导可以作出很多改型或变换。选定一些实施例并对其尽力描述以便对本发明的原理及实际应用提供最清楚的说明，由此所属领域技术人员能使用各实施例中的内容，并能作出适于预期具体应用的各种改型。若对本权利要求的范围进行合理、合法且公正的解释，所有这些改型和变换都将落入本发明的由所附权利要求确定的范围内。
权利要求
1.一种用于从水中回收能量的装置，包括具有一个或多个传热元件、用于供热的系统；用于给所述传热元件供能以便在期望的温度下提供热量的能源；水源；及流体喷注器，其与所述水源流动连通以用于输送水，以便在一定条件下使水与所述传热元件接触，致使所述被注入的水与所述传热元件接触时，液态水基本上立即蒸发为气体， 这些气体具有包括从水中释放的被储存能量的原动力，该原动力能产生来自原动力的电力，所述原动力代表所述装置运行产生的能量且由于从水中释放被储存的能量该原动力大于供给所述传热元件的能量。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述原动力为活塞或涡轮机提供动力以便由该原动力产生电力。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述能源为电能。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述条件包括使接触所述传热元件的水的驻点压力高于水的临界压力的压力条件。
5.如权利要求1所述的装置，其中，由所述传热元件提供热量的所述期望温度是高于水的临界温度的温度。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述装置被安装在机动车，以便向机动车提供电力。
7.用于从水中回收能量的装置，包括一个或多个气缸，每个气缸包括可往复运动地安装在所述气缸内且通过活塞杆连接到从动曲轴的活塞；发电机，其被连接到所述曲轴，用于通过发动机的运行产生电力；用于提供热量的系统，其具有一个或多个传热元件；电池，其电连接到所述发电机并电连接到一个或多个所述传热元件，以便向所述传热元件供能，以用于在期望的温度下提供热量；用于使所述气缸排放的排放阀；增压水的水源；及流体喷注器，其与所述增压水的水源流动连通，用于输送水以便在一定条件下使水与所述传热元件接触，致使所述被注入的水与所述传热元件接触时，液态水基本上立即蒸发为气体，这些气体具有包括从水中释放的被储存能量的原动力，该原动力驱动活塞，因此能产生来自所述原动力的电力，此原动力代表所述装置运行产生的能量，且由于从水中释放被储存的能量该原动力大于供给所述传热元件的电能。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述条件包括使接触所述传热元件的水的驻点压力高于水的临界压力的压力条件。
9.如权利要求8所述的装置，其中，由所述传热元件提供热量的所述期望温度是高于水的临界温度的温度。
全文摘要
本发明公开了一种用于从水中回收能量的装置。通过向加热器施加电能并在一定压力和温度条件下以使水与加热器接触的方式加热水，使得水能立即转变成气体。由于水能迅速转变为气体，能量超过供应给加热器的能量。
文档编号F01K11/00GK102439263SQ201080022122
公开日2012年5月2日 申请日期2010年4月30日 优先权日2009年5月21日
发明者理查德.E.阿霍 申请人:理查德.E.阿霍