專(zhuān)利名稱(chēng)：流體動(dòng)力能量產(chǎn)生系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及流體動(dòng)力能量產(chǎn)生系統(tǒng)。特別地，本發(fā)明涉及利用在液體介質(zhì)中氣體 浮力性質(zhì)的流體動(dòng)力能量產(chǎn)生系統(tǒng)(或水壓能量轉(zhuǎn)化系統(tǒng))。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)上，通過(guò)使用礦物燃料如煤、天然氣和石油產(chǎn)生如電功率這樣的電力。然而， 最近，由于化石燃料儲(chǔ)備降低和它們用于發(fā)電的環(huán)境影響，用于發(fā)電的更加清潔的替換物 已變得更為流行。盡管它們是相當(dāng)環(huán)境友好的事實(shí)，這些可選擇的發(fā)電技術(shù)(太陽(yáng)、風(fēng)、海浪、地?zé)?等)由于它們?cè)诎l(fā)電上的效率不高、它們與現(xiàn)有礦物燃料技術(shù)相比建造成本高和它們?nèi)狈?審美要求(如風(fēng)農(nóng)場(chǎng))，而努力爭(zhēng)取獲得廣泛接受。因此，如果能提供有效發(fā)電而對(duì)環(huán)境沒(méi)有有害影響的裝置將是有利的。將清楚理解的是，如果本文中引用現(xiàn)有技術(shù)公開(kāi)文獻(xiàn)，該引用并不構(gòu)成對(duì)以下的 承認(rèn)在澳大利亞或其它國(guó)家的本領(lǐng)域中該公開(kāi)文獻(xiàn)形成部分公知常識(shí)。貫穿本說(shuō)明書(shū)，術(shù)語(yǔ)"包括"及其語(yǔ)法等價(jià)詞應(yīng)該是包括在內(nèi)的意思，除非上下 文使用另有說(shuō)明。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其能克服至少一些上述缺點(diǎn)，或提供 有用的或者商業(yè)的選擇。在本發(fā)明的寬泛方面，提供一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括至少一個(gè)軸桿；與所述至 少一個(gè)軸桿相連并相對(duì)于所述至少一個(gè)軸桿可移動(dòng)的浮力裝置，其中浮力裝置相對(duì)于所述 至少一個(gè)軸桿的移動(dòng)引起該至少一個(gè)軸桿繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)；用于增加流體至所述浮力裝置和/ 或從所述浮力裝置去除流體以引起浮力裝置移動(dòng)的裝置；以及與所述至少一個(gè)軸桿相連的 發(fā)電裝置。在本發(fā)明的一個(gè)方面中，提供一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括容器，該容器至少部分 填充有第一流體；位于所述容器內(nèi)的至少一個(gè)軸桿；與所述至少一個(gè)軸桿相連并相對(duì)與所 述至少一個(gè)軸桿可移動(dòng)的浮力裝置，其中浮力裝置相對(duì)于所述至少一個(gè)軸桿的移動(dòng)引起該 至少一個(gè)軸桿繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)；用于增加第二流體至浮力裝置和/或從浮力裝置去除第二流體 的裝置，該第二流體的密度與所述第一流體的密度不同；以及與所述至少一個(gè)軸桿相連的 發(fā)電裝置。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，至少一個(gè)軸桿繞縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)引起發(fā)電裝置發(fā)電。第一和第二流體可以是任何適當(dāng)?shù)牧黧w，條件是第二流體的密度與第一流體的密 度不同。典型地，第二流體的密度將小于第一流體的密度，但應(yīng)理解為各流體密度差可用于 引起浮力裝置移動(dòng)。第一和第二流體可以是液體、氣體或溶液，或其組合。在本發(fā)明的優(yōu)選 實(shí)施方案中，第一流體是水(淡水或鹽水)，第二流體是空氣。
優(yōu)選的是浮力裝置相對(duì)于軸桿移動(dòng)且軸桿原位轉(zhuǎn)動(dòng)。添加第二流體至浮力裝置 時(shí)，在密度更大的第一流體內(nèi)的浮力裝置的浮力增加，浮力裝置在容器中向上移動(dòng)。隨著第 二流體從浮力裝置中去除，浮力裝置的浮力減小并且浮力裝置在容器中向下移動(dòng)。浮力裝 置可以包括任何適當(dāng)裝置，然而優(yōu)選浮力裝置包括可膨脹容器。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案 中，浮力裝置是不透水和不透氣的，以防止第二流體泄漏至容器中與第一流體泄漏至浮力 裝置中。如前所述，浮力裝置與至少一個(gè)軸桿相連。浮力裝置可以使用任何適當(dāng)技術(shù)連接 至軸桿。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，浮力裝置構(gòu)造為基本圓筒形、環(huán)形或具有與空 心中央通道類(lèi)似的任何其它形狀。在該實(shí)施方案中，軸桿適于穿過(guò)浮力裝置的空心中央通 道。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可能存在與一個(gè)或多個(gè)軸桿相連的多個(gè)浮力裝置。浮力裝置相對(duì)于至少一個(gè)軸桿沿任何方向的移動(dòng)可能引起至少一個(gè)軸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)。 適當(dāng)?shù)兀×ρb置、或至少一個(gè)軸桿、或者兩者用以增強(qiáng)至少一個(gè)軸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)。在本發(fā)明的 一個(gè)實(shí)施方案中，浮力裝置包括一個(gè)或多個(gè)用于與至少一個(gè)軸桿相接合、并隨著浮力裝置 相對(duì)于至少一個(gè)軸桿的移動(dòng)而引起該至少一個(gè)軸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的接合裝置。接合裝置可以是任何 適當(dāng)形式，但是在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，接合裝置包括一個(gè)或多個(gè)凸起，以用于接合軸 桿表面。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)凸起成型，可以引起軸桿隨著浮力裝置相對(duì)于軸桿移動(dòng)而轉(zhuǎn) 動(dòng)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，一個(gè)或多個(gè)凸起可以與軸桿外表面的余部 (complimentary portion)接合。軸桿外表面的余部可以是隨著浮力裝置相對(duì)于軸桿移動(dòng) 而增強(qiáng)軸桿轉(zhuǎn)動(dòng)的任何適當(dāng)形式。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，軸桿外表面可以設(shè)置有溝 槽、溝道、或膛線等。在本發(fā)明的可選擇性實(shí)施方案中，軸桿外表面可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè) 連續(xù)螺旋形溝道，其沿著至少部分軸桿長(zhǎng)度延伸。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，浮力裝置的一 個(gè)或多個(gè)凸起與軸桿的一個(gè)或多個(gè)螺旋形溝道接合。隨著浮力裝置相對(duì)于軸桿移動(dòng)，軸桿 轉(zhuǎn)動(dòng)。所述至少一個(gè)軸桿中的每一個(gè)，可以具有一個(gè)或多個(gè)與其相連的浮力裝置。浮力裝置可以是任何適當(dāng)?shù)臉?gòu)造。然而，浮力裝置優(yōu)選被構(gòu)造為當(dāng)其至少部分填 充有第二流體時(shí)是有浮力的，并且去除第二流體時(shí)其密度比第一流體密度大。以此方式，根 據(jù)容器中所容納的第二流體量，能使浮力裝置在容器內(nèi)向上移動(dòng)，或者在重力作用下在容 器內(nèi)向下移動(dòng)。浮力裝置可以構(gòu)造為韌性可膨脹的艙，或可以是剛性容器，或可以是兩者組 合。優(yōu)選地，浮力裝置成型為當(dāng)其穿過(guò)容器中的第一流體時(shí)利于減小阻力。通過(guò)控制浮力 裝置在容器內(nèi)移動(dòng)，根據(jù)需要，軸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)能夠基本保持連續(xù)，這意味著能通過(guò)發(fā)電裝置連 續(xù)發(fā)電。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，基于例如表面積和第一流體密度的浮力公式確定浮 力裝置的尺寸。在重力作用下可以實(shí)現(xiàn)浮力裝置在容器中向下移動(dòng)。然而，在本發(fā)明的一些實(shí)施 方案中，浮力裝置設(shè)置有重物如壓艙物，以輔助浮力裝置穿過(guò)容器向下移動(dòng)。重物可以是任 何類(lèi)型，盡管在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，重物由不銹鋼或類(lèi)似的耐腐蝕材料制成，由于它 們暴露于容器內(nèi)所容納的第一流體中。重物的質(zhì)量可以由為驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)并由此發(fā)電而 所需的扭矩確定。在本發(fā)明的其它實(shí)施方案中，浮力裝置相對(duì)于軸桿的移動(dòng)可以用于發(fā)電。在本發(fā)
5明的這些實(shí)施方案中，重物可以起到轉(zhuǎn)子的作用，軸桿可以起到定子的作用，或者反之亦 然?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)子/定子設(shè)備，例如但不限于軸桿設(shè)置為永久磁鐵或具有磁性 部分，重物/浮力裝置設(shè)置為或使其具有一個(gè)或多個(gè)電磁線圈。以此方式，隨著重物相對(duì)于 軸桿移動(dòng)，可以產(chǎn)生電流。或者，浮力裝置可以設(shè)置有磁性裝置，并可以設(shè)置有浮力裝置往復(fù)移動(dòng)時(shí)其能夠 穿過(guò)的一個(gè)或多個(gè)線圈。典型地，線圈將與軸桿同軸裝配。該電流可以在能量產(chǎn)生系統(tǒng)內(nèi)使用，或者可以用于除了能量產(chǎn)生系統(tǒng)以外的一種 或多種其它用途。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，浮力裝置設(shè)置有輔助浮力裝置相對(duì)于軸桿平滑移動(dòng) 的導(dǎo)向裝置。導(dǎo)向裝置可以是任何適當(dāng)裝置，例如與軸桿平行設(shè)置的導(dǎo)向桿。優(yōu)選地，浮力 裝置設(shè)置有用于接合導(dǎo)向裝置、并輔助浮力裝置平滑移動(dòng)的任何適當(dāng)形式的接合裝置。浮 力裝置與導(dǎo)向裝置的接合以及導(dǎo)向裝置，將優(yōu)選為防止浮力裝置轉(zhuǎn)動(dòng)，由此輔助至少一個(gè) 軸桿的受迫轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，軸桿的一端與發(fā)電裝置相連。軸桿的另一端可以適當(dāng)?shù)嘏c容器頂部或底 部相連，盡管軸桿另一端與容器表面固定連接不是必要的。雖然軸桿是連接的，軸桿在容器 內(nèi)能繞縱軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)是必要的。在本發(fā)明最優(yōu)選的實(shí)施方案中，軸桿在容器底部與支撐物 例如軸承相連，而軸桿另一端與位于容器頂部的發(fā)電裝置相連。容器可以是任何適當(dāng)形式，例如但不限于罐。容器的精確尺寸對(duì)于本發(fā)明的作業(yè) 不是特別重要?；蛘?，應(yīng)該理解為容器同樣可以是水塔、礦井、或者浸沒(méi)在水體如湖或海洋 之中的管或圓筒、或者可以容納流體的任何其它場(chǎng)所或裝置。用于添加第二流體至浮力裝置和/或從浮力裝置去除第二流體的裝置可以是任 何適當(dāng)形式。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置有至少一個(gè)可以?xún)?chǔ)存第二流 體的儲(chǔ)存庫(kù)。至少一個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)可以是能容納所需體積的第二流體的任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)、形狀或 尺寸。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置有兩個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)。在該實(shí)施方案中，第一儲(chǔ) 存庫(kù)位于容器下部，第二儲(chǔ)存庫(kù)位于容器上部。更優(yōu)選地，第二儲(chǔ)存庫(kù)位于容器中第一流體 表面水平處、或剛好在容器中第一流體表面水平之上、或剛好在容器中第一流體表面水平 之下。本發(fā)明的至少一個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)可以設(shè)置在容器的內(nèi)部或外部。兩個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)出現(xiàn)在本發(fā)明的實(shí)施方案中，第一儲(chǔ)存庫(kù)可以用于從外部源汲取第二 流體至容器。如果例如第二流體是氣體，則該氣體能從氣體產(chǎn)生系統(tǒng)、氣瓶、鼓風(fēng)機(jī)、風(fēng)扇等 汲取氣體。如果第二流體是空氣，它可以直接從大氣中汲取。優(yōu)選地，浮力裝置與第一儲(chǔ)存庫(kù)和第二儲(chǔ)存庫(kù)均流體連通。在本發(fā)明進(jìn)一步實(shí)施 方案中，第一和第二儲(chǔ)存庫(kù)還可以彼此直接流體連通。儲(chǔ)存庫(kù)間的流體連通、以及儲(chǔ)存庫(kù)和 浮力裝置之間的流體連通可以使用任何適當(dāng)方法實(shí)現(xiàn)，如通過(guò)供給管、軟管、導(dǎo)管或第二流 體可以流通的任何其它適當(dāng)裝置。優(yōu)選地，能量產(chǎn)生系統(tǒng)設(shè)置有第二流體可以流通的柔性 軟管。該軟管可以由任何適當(dāng)材料制造。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，軟管可以由耐 久性耐腐蝕材料制造。該材料可以包括塑料，例如但不限于聚丙烯。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，能量產(chǎn)生系統(tǒng)可以設(shè)置有用于一個(gè)或多個(gè)用于管、 軟管或?qū)Ч艿鹊恼谏w裝置。遮蓋裝置可以是任何適當(dāng)類(lèi)型。優(yōu)選地，遮蓋裝置可以用于確 保防止管、軟管、導(dǎo)管等與軸桿和/或移動(dòng)中的浮力裝置纏繞。
在本發(fā)明的替換性實(shí)施方案中，能量產(chǎn)生系統(tǒng)可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)對(duì)接裝置。 對(duì)接裝置可以與第一和第二儲(chǔ)存庫(kù)中的至少一個(gè)相連。當(dāng)浮力裝置在容器內(nèi)移動(dòng)時(shí)，對(duì)接 裝置可以用于與浮力裝置相連接。當(dāng)浮力裝置與對(duì)接裝置相接觸時(shí)，第二流體可以直接輸 送至浮力裝置或從浮力裝置轉(zhuǎn)移至儲(chǔ)存庫(kù)，消除了對(duì)第二流體可以流經(jīng)的管和/或軟管的 需要。對(duì)接裝置可以設(shè)置為僅在浮力裝置與對(duì)接裝置接觸時(shí)用以驅(qū)動(dòng)的任何適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)。通過(guò)使用任何適當(dāng)?shù)姆椒?，第二流體可以在第一儲(chǔ)存庫(kù)和浮力裝置之間流動(dòng)。然 而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，第一儲(chǔ)存庫(kù)設(shè)置有迫使第二流體進(jìn)入浮力裝置的裝置。優(yōu) 選地，用于迫使第二流體進(jìn)入浮力裝置的裝置包括一個(gè)或多個(gè)活塞。隨著第二流體被強(qiáng)制 進(jìn)入浮力裝置，浮力裝置變得有浮力并且在容器中上升。在移動(dòng)上限，可以從浮力裝置去除 第二流體。從浮力裝置去除的流體優(yōu)選流進(jìn)第二儲(chǔ)存庫(kù)，不過(guò)其同樣可以直接通至大氣中 (如經(jīng)由容器頂部排出)。從浮力裝置去除流體使得浮力裝置在重力作用下在容器中向下 移動(dòng)。從浮力裝置去除的流體可以?xún)?chǔ)存在第二儲(chǔ)存庫(kù)中。在本發(fā)明的各種實(shí)施方案中， 第二儲(chǔ)存庫(kù)中的流體可以排出至大氣中，以降低第二儲(chǔ)存庫(kù)中的流體壓力；或者可以返回 至第一儲(chǔ)存庫(kù)，以使壓力均衡，并減少為準(zhǔn)備下一次浮力裝置膨脹而必須從容器外部汲取 的流體量。在本發(fā)明的替換性實(shí)施方案中，在儲(chǔ)存庫(kù)之間和/或在儲(chǔ)存庫(kù)與浮力裝置之間的 流體流動(dòng)通過(guò)因儲(chǔ)存庫(kù)在容器內(nèi)的相對(duì)位置而在它們之間產(chǎn)生的壓力差來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如，由 于第一儲(chǔ)存庫(kù)的位置位于容器的底部，第一儲(chǔ)存庫(kù)中的流體將比浮力裝置中的流體壓力 高。因此，當(dāng)?shù)谝粌?chǔ)存庫(kù)和浮力裝置之間的閥門(mén)開(kāi)啟時(shí)，流體在相對(duì)高壓力的第一儲(chǔ)存庫(kù)和 相對(duì)低壓力的浮力裝置之間的流動(dòng)將自然地產(chǎn)生。類(lèi)似地，為了使第二流體從相對(duì)高壓力 的浮力裝置轉(zhuǎn)移到相對(duì)低壓力的第二儲(chǔ)存庫(kù)時(shí)，浮力裝置和第二儲(chǔ)存庫(kù)之間的閥門(mén)開(kāi)啟自 然會(huì)導(dǎo)致流體在相對(duì)高壓力的浮力裝置和相對(duì)低壓力的第二儲(chǔ)存庫(kù)之間流動(dòng)。以此方式， 使需要從外部能量源增加至流體動(dòng)力能量產(chǎn)生系統(tǒng)的能量最少。儲(chǔ)存庫(kù)中的閥門(mén)開(kāi)啟可以通過(guò)使用任何適當(dāng)?shù)募夹g(shù)得以實(shí)現(xiàn)，例如通過(guò)提供外部 電源(例如電池、電力網(wǎng)、發(fā)電機(jī)、太陽(yáng)能電池、或飛輪系統(tǒng)等，或其任何組合)。然而優(yōu)選 地，選擇用電源驅(qū)動(dòng)閥門(mén)，以最少化對(duì)于使用外部能量(即，不是通過(guò)本系統(tǒng)產(chǎn)生的能量) 或附加能量的需求。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，所述第一和第二儲(chǔ)存庫(kù)中的至少一個(gè)設(shè)置有一個(gè)或 多個(gè)活塞。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，所述一個(gè)或多個(gè)活塞沿第一方向的驅(qū)動(dòng)可以迫使流 體從儲(chǔ)存庫(kù)中流出并流入至浮力裝置中，同時(shí)該一個(gè)或多個(gè)活塞沿第二方向的移動(dòng)可以導(dǎo) 致流體從浮力裝置中被汲取出并引入至儲(chǔ)存庫(kù)中。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述兩儲(chǔ)存庫(kù)均設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)活塞?？梢詾楦?儲(chǔ)存庫(kù)設(shè)置單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器，或者可以使用兩個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)所共用的驅(qū)動(dòng)器。在本發(fā)明的一些實(shí) 施方案中，驅(qū)動(dòng)與一個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)相連的活塞以迫使液體從該儲(chǔ)存庫(kù)中流出可以同時(shí)驅(qū)動(dòng)與另 一個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)相連的活塞以汲取液體至該另一個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)中。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，往復(fù) 運(yùn)動(dòng)柱塞(reciprocating ram)或“反向推進(jìn)器”可以用于引起活塞同時(shí)驅(qū)動(dòng)，不過(guò)熟練技 術(shù)人員將理解也可以使用任何其它適當(dāng)技術(shù)。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，用以互連儲(chǔ)存庫(kù)和/或互連儲(chǔ)存庫(kù)與浮力裝置的所有管、軟管或?qū)Ч?，都設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)允許流體僅沿一個(gè)方向流動(dòng)的裝置。該裝裝置可以 是任何適當(dāng)類(lèi)型，如單向閥或止逆閥。發(fā)電裝置可以是任何適當(dāng)形式。優(yōu)選地，軸桿與發(fā)電裝置相連，使得軸桿轉(zhuǎn)動(dòng)引起 驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置。發(fā)電裝置可以是任何適當(dāng)形式，例如但不限于一個(gè)或多個(gè)發(fā)電機(jī)、渦輪或飛 輪系統(tǒng)?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)?shù)难b置或技術(shù)，以將軸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)移至發(fā)電裝置。然而，在 本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，使用棘輪嵌齒(ratchet-cog)系統(tǒng)將軸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)移至發(fā) 電裝置。通常，棘輪嵌齒系統(tǒng)會(huì)防止軸桿沿至少一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)。用于驅(qū)動(dòng)第一儲(chǔ)存庫(kù)的一個(gè)或多個(gè)活塞的所需能量、和/或用于驅(qū)動(dòng)位于互連儲(chǔ) 存庫(kù)和/或互聯(lián)儲(chǔ)存庫(kù)與浮力裝置的流路上的止逆閥的所需能量，可以由如電力網(wǎng)、電池 和發(fā)電機(jī)等任何適當(dāng)?shù)哪芰吭刺峁Ｈ欢?，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，發(fā)電系統(tǒng)設(shè)置有至 少一個(gè)太陽(yáng)能采集裝置。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，太陽(yáng)能采集裝置可以提供至少部分用 于驅(qū)動(dòng)一個(gè)或多個(gè)活塞、和/或一個(gè)或多個(gè)閥門(mén)所需要的能量。以此方式，能量需求代表附 加能量。一個(gè)或多個(gè)活塞的表面積可作為以下一個(gè)或多個(gè)變量的函數(shù)來(lái)確定要轉(zhuǎn)移的第 二流體體積，第一流體密度，儲(chǔ)存庫(kù)和第一流體表面之間的距離，等等。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量產(chǎn)生系統(tǒng)(包括通過(guò)能量產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生的功率 輸出的總和)的設(shè)計(jì)的計(jì)算列于下面的表1和表2中。對(duì)于根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量產(chǎn)生系統(tǒng)的能量和質(zhì)量守恒計(jì)算示于下表3中。
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CN 101925738 A說(shuō)明書(shū)6/15 頁(yè)
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及用于添加流體至所述浮力裝置和/或從所述浮力裝置去除流體以引起浮力裝置移動(dòng)的 裝置；并且其中至少一個(gè)工作軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是由浮力裝置沿與至少一個(gè)工作軸基本垂直的方向 移動(dòng)引起的。在本發(fā)明另一方面，提供一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括容器，該容器至少部分填充 有第一流體；導(dǎo)向裝置；發(fā)電裝置，其包括至少一個(gè)與所述導(dǎo)向裝置相連的工作軸；與所述 導(dǎo)向裝置相連的浮力裝置；用于添加第二流體至所述浮力裝置和/或從所述浮力裝置去除 第二流體的裝置，第二流體具有與第一流體密度不同的密度；并且其中至少一個(gè)工作軸的 轉(zhuǎn)動(dòng)是由浮力裝置沿與至少一個(gè)工作軸基本垂直的方向移動(dòng)引起的。如所述，浮力裝置與導(dǎo)向裝置相連。浮力裝置可以以任何適當(dāng)方式與導(dǎo)向裝置相 連。然而，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，浮力裝置構(gòu)造為基本圓筒形、環(huán)形或具有與空心中 央通道類(lèi)似的任何其它形狀。在該實(shí)施方案中，導(dǎo)向裝置可以適于穿過(guò)浮力裝置中的空心 中央通道。或者，浮力裝置可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)用于將浮力裝置連接至導(dǎo)向裝置的連接 裝置。連接裝置可以固定連接于浮力裝置、導(dǎo)向裝置、或兩者。然而優(yōu)選地，連接裝置用于 允許導(dǎo)向裝置和浮力裝置沿至少一個(gè)方向彼此相對(duì)移動(dòng)。連接裝置可以是任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。 例如，連接裝置可以包括基本圓筒形、環(huán)形或具有與空心中央通道類(lèi)似的導(dǎo)向裝置可以穿 過(guò)的形狀。或者，連接裝置可以包括至少暫時(shí)可移動(dòng)地夾緊或固定浮力裝置至導(dǎo)向裝置的 任何適當(dāng)形式。導(dǎo)向裝置可以是任何適當(dāng)類(lèi)型或結(jié)構(gòu)。例如，導(dǎo)向裝置可以包括固定裝置、可移動(dòng) 裝置、或其組合。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，導(dǎo)向裝置可以包括至少一個(gè)伸長(zhǎng)構(gòu)件，其從 位于或臨近浮力裝置的移動(dòng)上限延伸至位于或臨近浮力裝置的移動(dòng)下限。伸長(zhǎng)構(gòu)件可以是 任何適當(dāng)形式，例如但不限于鏈、纜繩或線等。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，導(dǎo)向裝置可以與導(dǎo)向裝置可以在其上纏繞和/或解 開(kāi)的一個(gè)或多個(gè)存儲(chǔ)裝置(如圓筒、卷筒或錠子等)相連。或者，導(dǎo)向裝置可以設(shè)置為無(wú)端 環(huán)(endless loop)的形式。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，導(dǎo)向裝置可以與一個(gè)或多個(gè)用于確 保導(dǎo)向裝置正確圍繞其環(huán)線追蹤的追蹤裝置相連。追蹤裝置可以是任何適當(dāng)形式，例如但 不限于滑輪等。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，在導(dǎo)向裝置底端設(shè)置一個(gè)追蹤裝置，同時(shí)在導(dǎo) 向裝置頂端設(shè)置第二追蹤裝置。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，所述追蹤裝置中至少一個(gè)可以適于移動(dòng)，如繞追蹤 裝置的軸轉(zhuǎn)動(dòng)。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，至少一個(gè)工作軸可以與至少一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的追蹤裝置 相連。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，追蹤裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)可以引起至少一個(gè)工作軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選 地，至少一個(gè)工作軸與發(fā)電裝置相連，使得至少一個(gè)工作軸的轉(zhuǎn)動(dòng)引起發(fā)電裝置發(fā)電。優(yōu)選將至少一個(gè)工作軸以與浮力裝置移動(dòng)方向基本垂直的角度設(shè)置。由于優(yōu)選浮 力裝置的移動(dòng)方向?yàn)榛敬怪狈较?，因此?yōu)選至少一個(gè)工作軸基本水平設(shè)置。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，浮力裝置可以適于相對(duì)于導(dǎo)向裝置沿至少一個(gè)方向 移動(dòng)。在本發(fā)明的另一實(shí)施方案中，浮力裝置沿至少一個(gè)方向的移動(dòng)可以引起導(dǎo)向裝置的 相應(yīng)移動(dòng)。優(yōu)選地，浮力裝置的移動(dòng)引起導(dǎo)向裝置僅沿一個(gè)方向的相應(yīng)移動(dòng)。在本發(fā)明的 該實(shí)施方案中，當(dāng)浮力裝置沿第二方向移動(dòng)時(shí)，導(dǎo)向裝置保持靜止。引起導(dǎo)向裝置相應(yīng)移動(dòng) 的浮力裝置的移動(dòng)方向并不關(guān)鍵，雖然在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，浮力裝置向下移動(dòng)引起導(dǎo)向裝置相應(yīng)移動(dòng)，而當(dāng)浮力裝置向上移動(dòng)時(shí)導(dǎo)向裝置保持靜止。導(dǎo)向裝置的相應(yīng)移動(dòng)可以使用任何適當(dāng)技術(shù)得以實(shí)現(xiàn)。優(yōu)選地，浮力裝置(或其 中存在的連接裝置)設(shè)置有用于在浮力裝置沿一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)接合導(dǎo)向裝置的接合裝置。 可以使用任何適當(dāng)?shù)慕雍涎b置，例如但不限于一個(gè)或多個(gè)夾鉗、夾子、或棘輪等，或其任意 組合。優(yōu)選地，當(dāng)浮力裝置僅沿一個(gè)方向移動(dòng)時(shí)，接合裝置用于與導(dǎo)向裝置接合。由此，優(yōu) 選為接合裝置包括一個(gè)或多個(gè)棘輪。當(dāng)浮力裝置移動(dòng)引起導(dǎo)向裝置相應(yīng)移動(dòng)時(shí)，可以迫使導(dǎo)向裝置繞其環(huán)線移動(dòng)。因 為導(dǎo)向裝置沿其環(huán)線移動(dòng)，導(dǎo)向裝置的移動(dòng)引起至少一個(gè)追蹤裝置轉(zhuǎn)動(dòng)?？赊D(zhuǎn)動(dòng)追蹤裝置 優(yōu)選為與至少一個(gè)工作軸相連，意味著追蹤裝置轉(zhuǎn)動(dòng)引起至少一個(gè)工作軸轉(zhuǎn)動(dòng)，由此將移 動(dòng)轉(zhuǎn)移至發(fā)電設(shè)備并引起發(fā)電。優(yōu)選地，可轉(zhuǎn)動(dòng)追蹤裝置設(shè)置有用于在追蹤裝置和導(dǎo)向裝 置之間改善夾緊的夾緊裝置，由此確保追蹤裝置隨著導(dǎo)向裝置移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。第一和第二流體可以是任何滿(mǎn)足第二流體密度不同于第一流體密度的適當(dāng)流體。 典型地，第二流體密度低于第一流體密度，但是應(yīng)當(dāng)理解各流體密度差可用于引起浮力裝 置移動(dòng)。第一和第二流體可以是液體、氣體或溶液，或其組合。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中， 第一流體是水(淡水或鹽水)，第二流體是空氣。浮力裝置可以是任何適當(dāng)結(jié)構(gòu)。然而，是浮力裝置優(yōu)選被構(gòu)造成當(dāng)至少部分填充 有第二流體時(shí)是有浮力的，并且當(dāng)去除第二流體時(shí)浮力裝置比第一流體密度大。以此方式， 根據(jù)容器中所容納的第二流體量，能使得浮力裝置在容器中向上移動(dòng)，或在重力作用下在 容器中向下移動(dòng)。浮力裝置可以構(gòu)造為韌性可膨脹的艙，或可以是剛性容器，或可以是兩者 組合。優(yōu)選地，浮力裝置成型為當(dāng)其穿過(guò)容器中的第一流體時(shí)利于減小阻力。通過(guò)控制浮 力裝置在容器內(nèi)的移動(dòng)，根據(jù)需要，能基本連續(xù)保持軸桿的轉(zhuǎn)動(dòng)，這意味著可以通過(guò)發(fā)電裝 置連續(xù)發(fā)電。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，基于例如表面積和第一流體密度的浮力公式，確 定浮力裝置的尺寸。浮力裝置在容器中向下移動(dòng)可以通過(guò)重力作用實(shí)現(xiàn)。然而，在本發(fā)明的一些實(shí)施 方案中，浮力裝置設(shè)置有重物如壓艙物，以輔助浮力裝置在容器中向下移動(dòng)。重物可以是任 何適當(dāng)類(lèi)型，盡管在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，重物是由不銹鋼或類(lèi)似的耐腐蝕材料制成 的，由于它們暴露于容器內(nèi)部所容納的第一流體中。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，重物可以 形成浮力裝置的部分(或全部)基座。重物的質(zhì)量可以由驅(qū)動(dòng)交流發(fā)電機(jī)并由此發(fā)電所需 要的扭矩來(lái)確定。因此，能量產(chǎn)生或捕獲可以通過(guò)至少一個(gè)工作軸沿兩個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生。由 此，浮力裝置向上或向下移動(dòng)可以導(dǎo)致至少一個(gè)工作軸產(chǎn)生或捕獲能量。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，浮力裝置設(shè)置有有助于浮力裝置相對(duì)于導(dǎo)向裝置平 滑移動(dòng)的定位裝置。定位裝置可以是任何適當(dāng)裝置，例如與導(dǎo)向裝置平行設(shè)置的桿、纜繩、 或鏈等。優(yōu)選地，浮力裝置設(shè)置有用于接合定位裝置、并輔助浮力裝置平滑移動(dòng)的任何適當(dāng) 形式的接合裝置。接合裝置可以由任何適當(dāng)材料制成。然而，優(yōu)選接合裝置適于耐腐蝕。并 且，優(yōu)選接合裝置是被潤(rùn)滑或自動(dòng)潤(rùn)滑的。因此，在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，接合裝置可 以由適于海洋環(huán)境的高密度塑料制成。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，定位裝置由耐腐蝕材 料制成?？梢允褂萌魏芜m當(dāng)材料，例如但不限于不銹鋼。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可以是多個(gè)浮力裝置與一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)向裝置相連。能量產(chǎn)生系統(tǒng)操作的控制可以使用任何適當(dāng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)。例如，能量產(chǎn)生系統(tǒng)的操作可以手動(dòng)控制。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，能量產(chǎn)生系統(tǒng)的操作可以使用適當(dāng)?shù)淖詣?dòng) 裝置來(lái)控制。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，能量產(chǎn)生系統(tǒng)可以設(shè)置有電子控制系統(tǒng)如分布 式控制系統(tǒng)(Distributed Control System，DCS)。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，優(yōu)選電子 控制系統(tǒng)設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)用戶(hù)界面。用戶(hù)界面可以是任何適當(dāng)形式，例如但不限于一個(gè) 或多個(gè)屏幕、控制面板、儀表板、或鍵盤(pán)等，或其任意組合。優(yōu)選地，用戶(hù)界面包括一些裝置 (例如按鈕、開(kāi)關(guān)、或控制桿等)，以允許用戶(hù)采用手控方式來(lái)消除系統(tǒng)的自動(dòng)控制，并完成 例如但不限于啟動(dòng)、終止或重啟系統(tǒng)等某些功能。優(yōu)選地，在使用自動(dòng)控制系統(tǒng)的本發(fā)明實(shí)施方案中，可以在自動(dòng)和手動(dòng)控制模式 之間切換系統(tǒng)。自動(dòng)控制系統(tǒng)可以使用任何適當(dāng)電源例如但不限于電力網(wǎng)、發(fā)電機(jī)、或電池等、或 其任意組合來(lái)供電。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，至少部分用于控制自動(dòng)控制系統(tǒng)的電力 可以通過(guò)能量產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生。在使用控制系統(tǒng)的本發(fā)明實(shí)施方案中，有必要提供從容器外延伸至容器內(nèi)的電纜 (如電線等)。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，優(yōu)選為電纜可以埋設(shè)于容器壁和/或基座中，以 確保裝置不漏水以及沒(méi)有流體能泄漏至容器中或從容器中泄漏。然而在另一方面，本發(fā)明廣泛在于一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其包括容器，該容器至少 部分填充有第一流體；一個(gè)或多個(gè)隔室設(shè)置于該容器內(nèi)部，其中防止第一流體進(jìn)入該一個(gè) 或多個(gè)隔室；導(dǎo)向裝置；發(fā)電裝置，其包括有至少一個(gè)與所述導(dǎo)向裝置相連的工作軸，該至 少一個(gè)工作軸至少部分位于一個(gè)或多個(gè)隔室內(nèi)；與導(dǎo)向裝置相連的浮力裝置；用于添加第 二流體至所述浮力裝置和/或從所述浮力裝置去除第二流體的裝置，第二流體密度不同于 第一流體密度；其中至少一個(gè)工作軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是由浮力裝置沿與至少一個(gè)工作軸基本垂直方 向的移動(dòng)引起的。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，導(dǎo)向裝置可以設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)用于提升工作軸轉(zhuǎn) 速的裝置。可以使用任何適當(dāng)?shù)难b置。在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，導(dǎo)向裝置設(shè)置有一個(gè) 或多個(gè)重物。優(yōu)選地，一個(gè)或多個(gè)重物位于一個(gè)或多個(gè)隔室中。由此，導(dǎo)向裝置移動(dòng)時(shí)，一 個(gè)或多個(gè)重物的質(zhì)量引起導(dǎo)向裝置移動(dòng)速度增加，從而增加工作軸的轉(zhuǎn)速。一個(gè)或多個(gè)重 物的移動(dòng)可以被控制，或可以為自由落體或近似為自由落體(考慮到浮力裝置在第一流體 中的移動(dòng)阻力)。然而，一般而言，由于在第一流體的壓力下從浮力裝置中去除第二流體，浮 力裝置的阻力被最小化。此外，一個(gè)或多個(gè)重物的移動(dòng)還可以引起一個(gè)或多個(gè)裝置(例如壓縮機(jī))驅(qū)動(dòng)?？?以使用任何適當(dāng)?shù)膲嚎s機(jī)。由一個(gè)或多個(gè)裝置所產(chǎn)生的壓力可以被儲(chǔ)存，然后在適當(dāng)?shù)臅r(shí) 候被釋放至任何適當(dāng)?shù)目赊D(zhuǎn)動(dòng)的裝置或發(fā)電裝置(例如渦輪機(jī))上。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，可以設(shè)置多個(gè)浮力裝置。在文中所述的本發(fā)明所有方面和所有實(shí)施方案中，發(fā)電裝置可以設(shè)置于系統(tǒng)內(nèi)的 任何適當(dāng)位置處。在本發(fā)明的一些實(shí)施方案中，發(fā)電裝置可以位于系統(tǒng)的上部區(qū)域中(例 如，在容器頂端，或甚至在容器上方)?；蛘?，發(fā)電裝置可以設(shè)置于系統(tǒng)的下部區(qū)域中(例 如，在容器底端，或甚至在容器下方)。將發(fā)電裝置設(shè)置于容器下部區(qū)域中的益處(即，在地 平面上)是，減少發(fā)電裝置所需的支撐結(jié)構(gòu)，以及增加進(jìn)入發(fā)電裝置的容易性以利于維修 等目的。


參考以下附圖描述本發(fā)明的實(shí)施方案，其中圖1說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量產(chǎn)生系統(tǒng)的剖面圖；圖2說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的浮力裝置的細(xì)節(jié)圖；圖3說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的第一儲(chǔ)存庫(kù)的細(xì)節(jié)圖；圖4說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明替換性實(shí)施方案的第一儲(chǔ)存庫(kù)的細(xì)節(jié)圖；圖5說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量產(chǎn)生系統(tǒng)的剖面圖；圖6說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明替換性實(shí)施方案的能量產(chǎn)生系統(tǒng)的剖面圖；圖7-8說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的工作軸和傳動(dòng)裝置；圖9說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明替換性實(shí)施方案的發(fā)電系統(tǒng)；圖10-12說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的往復(fù)運(yùn)動(dòng)柱塞組件；圖13說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的轉(zhuǎn)子/定子組件。
具體實(shí)施例方式應(yīng)當(dāng)理解所提供的附圖是為了說(shuō)明本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施方案的目的，而不應(yīng)認(rèn)為本發(fā) 明僅限于附圖中所示的特征。在圖1中示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量產(chǎn)生系統(tǒng)10。能量產(chǎn)生系統(tǒng)10包括 水罐形式的容器11和繞縱軸可轉(zhuǎn)動(dòng)的軸桿12。軸桿12具有螺旋形狀(helical screw shape) 13。該軸桿在其底端與允許軸桿12繞其縱軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的軸承16相連。在頂端，軸 桿12與飛輪系統(tǒng)形式的發(fā)電裝置17相連。軸桿12的轉(zhuǎn)動(dòng)能量可以通過(guò)使用棘輪嵌齒系 統(tǒng)20轉(zhuǎn)移至發(fā)電裝置17。可膨脹艙形式的浮力裝置14與軸桿12相連。浮力裝置14設(shè)置有線或桿形式的 導(dǎo)向裝置15，以輔助浮力裝置14相對(duì)于軸桿12平滑移動(dòng)。系統(tǒng)10設(shè)置有位于容器11下部的第一儲(chǔ)存庫(kù)18和位于容器11上部的第二儲(chǔ)存 庫(kù)19。第一儲(chǔ)存庫(kù)18經(jīng)過(guò)進(jìn)氣口 21從大氣汲取空氣。一旦第一儲(chǔ)存庫(kù)中的壓力達(dá)到預(yù)定 值，活塞22驅(qū)動(dòng)，迫使空氣經(jīng)過(guò)第一軟管23進(jìn)入浮力裝置14。當(dāng)浮力裝置14被來(lái)自第一 儲(chǔ)存庫(kù)18的空氣所充脹時(shí)，其開(kāi)始在容器11中向上移動(dòng)，因?yàn)榭諝饷芏仁沟酶×ρb置14 比容器11中的流體25 (如淡水或鹽水)密度小。由此依次引起軸桿12旋轉(zhuǎn)和發(fā)電裝置17 驅(qū)動(dòng)，由此發(fā)電。當(dāng)浮力裝置14達(dá)到起移動(dòng)上限時(shí)，可以迫使浮力裝置14中的空氣流經(jīng)第二軟管 24進(jìn)入第二儲(chǔ)存庫(kù)19。當(dāng)將空氣從浮力裝置14去除時(shí)，在壓艙物(未示出)的協(xié)助下浮 力裝置14受重力作用在容器11中向下移動(dòng)。由于空氣從浮力裝置14中去除，浮力裝置14 變得比容器11中的流體25密度大，因此浮力裝置在流體25中下沉。浮力裝置14向下移 動(dòng)引起軸桿12旋轉(zhuǎn)，并驅(qū)動(dòng)發(fā)電裝置17，由此發(fā)電。如果第二儲(chǔ)存庫(kù)19中的壓力過(guò)高，在第二儲(chǔ)存庫(kù)19中儲(chǔ)存的空氣可以通過(guò)排氣 口 26排出至大氣中?；蛘?，空氣可以從第二儲(chǔ)存庫(kù)19通過(guò)第三軟管27流進(jìn)第一儲(chǔ)存庫(kù)18 中，以至于浮力裝置14達(dá)到其移動(dòng)下限、并必須被來(lái)自第一儲(chǔ)存庫(kù)18中的空氣再次膨脹 時(shí)，較少的空氣必須被汲取至第一儲(chǔ)存庫(kù)18中。
所有軟管23、24、27都設(shè)置有止逆閥28，以確?？諝庠谙到y(tǒng)10內(nèi)可以?xún)H沿一個(gè)方 向流動(dòng)。根據(jù)需要，容器11可以設(shè)置有通風(fēng)裝置29。容器11還可以設(shè)置有進(jìn)入平臺(tái)31以 及梯子30形式的進(jìn)入裝置，使得可以根據(jù)需要對(duì)系統(tǒng)10進(jìn)行維護(hù)。系統(tǒng)10可以進(jìn)一步設(shè)置有太陽(yáng)能采集裝置32，以產(chǎn)生所需用于驅(qū)動(dòng)活塞22和止 逆閥28的至少部分能量。太陽(yáng)能采集裝置32所產(chǎn)生的能量，還可以用于為燈或指示燈33 供電以顯示系統(tǒng)10的位置。在圖2中示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的浮力裝置14。浮力裝置14包括可膨脹艙34。 該圖示出了可膨脹艙34處于膨脹35和緊縮36時(shí)的壁面形狀?？諝饨?jīng)過(guò)軟管23進(jìn)入艙34 中，并經(jīng)過(guò)軟管24離開(kāi)艙。浮力裝置14進(jìn)一步包括與艙34相連的套筒37，其設(shè)置有凸起(未示出)以用于 接合軸桿12的螺旋(helical screw) 13，由此引起軸桿12隨著浮力裝置14相對(duì)于軸桿12 移動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。套筒37設(shè)置有壓艙物38，例如在艙34緊縮時(shí)輔助浮力裝置14向下移動(dòng)的不 銹鋼重物。浮力裝置14與桿形式的導(dǎo)向裝置15相連。浮力裝置14包括一對(duì)接合裝置39，其 接合導(dǎo)向裝置15并輔助浮力裝置14相對(duì)于軸桿12平滑移動(dòng)。圖3中示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案的第一儲(chǔ)存庫(kù)18。經(jīng)過(guò)進(jìn)氣口 21汲取空氣 至儲(chǔ)存庫(kù)18。儲(chǔ)存庫(kù)18包括與彈簧40相連的活塞22，活塞22設(shè)置有用以防止流體泄流 的密封墊41。當(dāng)施壓時(shí)，如沿箭頭42的方向施加靜水壓時(shí)，活塞向儲(chǔ)存庫(kù)18左側(cè)移動(dòng)，壓縮彈 簧40并迫使流體從流體出口 43流出。設(shè)置馬達(dá)44以使活塞22反向移動(dòng)。儲(chǔ)存庫(kù)18可以使用固定裝置45固定至容器(未示出)底部。圖4中示出第一儲(chǔ)存庫(kù)18的替換性結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，儲(chǔ)存庫(kù)18 被容置于含有第一流體25的容器11內(nèi)?？諝馔ㄟ^(guò)進(jìn)氣口 21進(jìn)入儲(chǔ)存庫(kù)18并保持于儲(chǔ)存 庫(kù)18內(nèi)的腔室46中。該儲(chǔ)存庫(kù)包括活塞22，活塞22向儲(chǔ)存庫(kù)18左側(cè)的移動(dòng)迫使腔室46 中的空氣通過(guò)空氣出口 43排出?；钊?2的移動(dòng)是由驅(qū)動(dòng)軸桿48旋轉(zhuǎn)的馬達(dá)47的啟動(dòng)得以實(shí)現(xiàn)，該軸桿在其外表 面上設(shè)置有螺旋。馬達(dá)47通過(guò)棘輪和嵌齒機(jī)構(gòu)49將轉(zhuǎn)動(dòng)能量轉(zhuǎn)移至軸桿48。在容器11 內(nèi)表面上，機(jī)構(gòu)49設(shè)置有彈簧加載密封墊50。驅(qū)動(dòng)器51可以用于控制止逆閥28的開(kāi)啟和關(guān)閉以及馬達(dá)47的驅(qū)動(dòng)。圖5中示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的能量產(chǎn)生系統(tǒng)10，其中存在一對(duì)浮力裝置14。 各浮力裝置14與其各自的軸桿12相連，并可以彼此獨(dú)立地在容器11中向上和向下移動(dòng)。在圖6中，說(shuō)明本發(fā)明替換性實(shí)施方案。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，浮力裝置60 包括圓柱形套筒狀的連接裝置61，鏈形式的導(dǎo)向裝置62穿過(guò)該連接裝置61。鏈62設(shè)置為 無(wú)端環(huán)，且與上部追蹤裝置63和下部追蹤裝置64相接。上部追蹤裝置63和下部追蹤裝置 64均為滑輪形式。上部追蹤裝置63可以經(jīng)由支架65固定在容器(未示出)的頂壁(未示 出)，而下部追蹤裝置64可以經(jīng)由支架66固定至容器(未示出)底壁(未示出)。連接裝置61設(shè)置有棘輪形式的接合裝置(未示出)，當(dāng)浮力裝置60沿向下方向移 動(dòng)時(shí)，接合裝置與鏈62的鏈節(jié)接合。由此，隨著浮力裝置60向下移動(dòng)，鏈62也移動(dòng)，從而
16引起上部追蹤裝置63和下部追蹤裝置64兩者均沿順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)。上部追蹤裝置63和 下部追蹤裝置64設(shè)置有一系列與鏈62的鏈節(jié)形狀相應(yīng)的鋸齒狀缺口 67。以此方式，鏈62 處于鋸齒狀缺口 67中并咬緊追蹤裝置(63，64)，由此確保追蹤裝置(63，64)轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖5中所示的本發(fā)明實(shí)施方案中，工作軸68與上部追蹤裝置63相連，使得上部 追蹤裝置63的轉(zhuǎn)動(dòng)引起工作軸68轉(zhuǎn)動(dòng)。工作軸68與浮力裝置60移動(dòng)方向基本垂直設(shè)置。 工作軸68與發(fā)電裝置(未示出)相連，使得工作軸68的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)移至發(fā)電裝置(未示出)， 由此引起發(fā)電。在本發(fā)明的該實(shí)施方案中，可以設(shè)置纜繩形式的定位裝置69。浮力裝置60可以通 過(guò)纜繩69所穿過(guò)的第二連接裝置70與定位裝置69相連。纜繩69確保浮力裝置60平滑 移動(dòng)。在圖7和8中，說(shuō)明軸桿12和傳動(dòng)裝置71。軸桿12具有螺旋形狀13，而傳動(dòng)裝 置71設(shè)置有具有多個(gè)凸起73的鉆孔72，凸起73用于與軸桿12表面中的螺旋形溝道緊密 咬合。在使用中，軸桿12從鉆孔72中凸出(如圖8中所示)，傳動(dòng)裝置71用于與浮力裝置 (未示出)相連，使得浮力裝置移動(dòng)引起凸起73與螺旋形溝道咬合，由此引起軸桿12隨著 浮力裝置相對(duì)于軸桿12移動(dòng)而轉(zhuǎn)動(dòng)。圖9說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明替換性實(shí)施方案的能量產(chǎn)生系統(tǒng)74。系統(tǒng)74包括容器75， 其具有“濕”隔室(即填充流體的)76和一個(gè)或多個(gè)沒(méi)有填充流體于其中的“干”隔室(在 這個(gè)實(shí)例中，一對(duì)干隔室77、78)。干隔室可以與容器75 —體化形成，或者可以分離地形成 并安裝在那。干隔室可以由任何適當(dāng)材料制造，例如但不限于混凝土、鋼、玻璃纖維、塑料或 其任意組合。系統(tǒng)74進(jìn)一步包括一對(duì)具有可緊縮的氣囊狀結(jié)構(gòu)的浮力裝置79。浮力裝置79與 用以確保浮力裝置79在容器75內(nèi)向上和向下平滑移動(dòng)的導(dǎo)向裝置89相連。在圖9中說(shuō)明的本發(fā)明實(shí)施方案中，流體儲(chǔ)存庫(kù)86設(shè)置于容器75的底部。空氣 形式的流體通過(guò)入口 87進(jìn)入儲(chǔ)存庫(kù)86，而離開(kāi)浮力裝置79的流體則通過(guò)閥門(mén)88排出。排 出的流體可以被排除至大氣中或再循環(huán)到儲(chǔ)存庫(kù)86中。每一個(gè)所述浮力裝置79適于與鏈或繩索80的一端連接。重物82連接至鏈或繩 索80的另一端。鏈或繩索80與一系列的滑輪81相連，使得當(dāng)浮力裝置79膨脹與填充有 流體時(shí)，浮力裝置79的浮力大于重物82的質(zhì)量，并且浮力裝置79在容器中上升。當(dāng)浮力 裝置79緊縮時(shí)，重物82的質(zhì)量大于浮力裝置79的浮力，并且浮力裝置79在容器75中下沉。在圖9中說(shuō)明的本發(fā)明實(shí)施方案中，重物82設(shè)置于干隔室77、78中。這樣設(shè)置有 很多理由，包括通過(guò)將重物82設(shè)置于干隔室77、78中，重物82沿向下方向的速度增加，因 此通過(guò)系統(tǒng)74產(chǎn)生的能量增加。重物82與第二繩索或鏈83相連，使得重物82的垂直移動(dòng)引起第二繩索或鏈83 繞一對(duì)鏈輪84轉(zhuǎn)動(dòng)。為了產(chǎn)生動(dòng)力(例如電功率)，由第二繩索或鏈83轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)能 量被轉(zhuǎn)移至發(fā)電裝置85 (如渦輪機(jī)等)。在圖10中，說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的往復(fù)運(yùn)動(dòng)柱塞組件90。往復(fù)運(yùn)動(dòng)柱塞組件 90包括通過(guò)軸承92支撐的普通軸桿91。軸桿91的一端93用于連接如馬達(dá)等提供旋轉(zhuǎn)的 裝置(未示出)。軸桿91夾撐在支架94和基座95上。主動(dòng)輪96通過(guò)鍵97固定至軸桿91。主動(dòng)輪96具有與界面輪(interface wheel) 100上的齒輪相匹配的齒輪98。設(shè)置輸送 輪101，其具有與主動(dòng)輪96的齒輪相匹配的齒輪102，輸送輪101和主動(dòng)輪96可以在軸桿 91上轉(zhuǎn)動(dòng)或者固定。界面輪100設(shè)置于第二軸桿103上，該軸桿具有在原位夾持該輪的夾子104和閉 鎖裝置105。軸桿103裝配有與凹槽99咬合的棘輪裝配銷(xiāo)(ratchet assembly pins) 106。 當(dāng)軸桿103逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軸桿103與界面輪咬合。類(lèi)似地，當(dāng)軸桿103順時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn) 動(dòng)時(shí)，軸桿103從凹槽99中脫離。由主動(dòng)輪96的轉(zhuǎn)動(dòng)引起界面輪的移動(dòng)。當(dāng)沒(méi)有負(fù)載時(shí)， 輸送輪101經(jīng)由界面輪100相對(duì)于主動(dòng)輪96自由轉(zhuǎn)動(dòng)。然而，當(dāng)施加扭矩于主動(dòng)輪96時(shí)， 界面輪100被咬合并咬合輸送輪101，以與主動(dòng)輪96相同的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。優(yōu)選地，驅(qū)動(dòng)往復(fù)運(yùn) 動(dòng)柱塞組件90的電力是附加的。在圖11中，說(shuō)明安裝在容器107外部(以及其底部)的儲(chǔ)存庫(kù)106。儲(chǔ)存庫(kù)106 包括在儲(chǔ)存庫(kù)106內(nèi)自由移動(dòng)的活塞盤(pán)108。活塞盤(pán)108連接至一組波紋管109，壓縮該波 紋管109以加壓由出口 110離開(kāi)儲(chǔ)存庫(kù)的空氣，并且當(dāng)活塞盤(pán)108由驅(qū)動(dòng)桿112擴(kuò)展時(shí)允 許空氣通過(guò)單向閥111進(jìn)入，驅(qū)動(dòng)桿112在點(diǎn)113處與圖10中的往復(fù)運(yùn)動(dòng)柱塞相連或由其 驅(qū)動(dòng)。在圖12中，說(shuō)明第一儲(chǔ)存庫(kù)114和第二儲(chǔ)存庫(kù)115。這些儲(chǔ)存庫(kù)114、115設(shè)置于容 器(未示出)底部。各儲(chǔ)存庫(kù)114、115設(shè)置有與驅(qū)動(dòng)桿117相連的一對(duì)活塞盤(pán)116、116A。 依次地，驅(qū)動(dòng)桿117與往復(fù)運(yùn)動(dòng)柱塞118相連。一對(duì)活塞盤(pán)116、116A有效地將各儲(chǔ)存庫(kù) 114、115分為兩個(gè)隔室，各隔室可用于保持相同或不同的流體。驅(qū)動(dòng)往復(fù)運(yùn)動(dòng)柱塞118以迫使活塞盤(pán)116、116A在第一儲(chǔ)存庫(kù)114中向下通過(guò)第 一入口 119同時(shí)通過(guò)第二出口 120引入流體，而活塞盤(pán)116、116A向上移動(dòng)迫使流體通過(guò)第 一出口 121流出儲(chǔ)存庫(kù)114同時(shí)通過(guò)第二入口 122流進(jìn)儲(chǔ)存庫(kù)114中。類(lèi)似設(shè)置存在于第 二儲(chǔ)存庫(kù)115中。往復(fù)運(yùn)動(dòng)柱塞118可以通過(guò)液壓油缸123供電。優(yōu)選地，液壓油缸僅提供部分電 力至往復(fù)運(yùn)動(dòng)柱塞118。優(yōu)選地，往復(fù)運(yùn)動(dòng)柱塞118可以使用附加電力供電。在圖13中示出根據(jù)本發(fā)明實(shí)施方案的轉(zhuǎn)子/定子組件。在本發(fā)明的該實(shí)施方案 中，浮力裝置(未示出)經(jīng)由纜繩125與轉(zhuǎn)子124相連。轉(zhuǎn)子124起到壓艙物的作用，使得 流體從浮力裝置(未示出)中去除時(shí)，轉(zhuǎn)子124的重量引起浮力裝置下沉。由此，隨著轉(zhuǎn)子 124相對(duì)于定子軸126向下移動(dòng)，產(chǎn)生電流。類(lèi)似地，當(dāng)浮力裝置(未示出)膨脹時(shí)，浮力裝置(未示出)的浮力大于轉(zhuǎn)子124 的重量，浮力裝置(未示出)上升。隨著轉(zhuǎn)子124相對(duì)于定子軸126向上移動(dòng)，產(chǎn)生電流。本領(lǐng)域技術(shù)人員會(huì)理解，本發(fā)明容許除了具體描述的那些以外的改變和修飾。應(yīng) 當(dāng)理解，本發(fā)明涵蓋所有這樣的改進(jìn)和修飾，所有這些均落入本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
18
權(quán)利要求
一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，包括至少一個(gè)軸桿；與所述至少一個(gè)軸桿相連且相對(duì)于所述至少一個(gè)軸桿可移動(dòng)的浮力裝置，其中所述浮力裝置相對(duì)于所述至少一個(gè)軸桿的移動(dòng)引起所述至少一個(gè)軸桿繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)；用于添加流體至所述浮力裝置和/或從所述浮力裝置去除流體以引起所述浮力裝置移動(dòng)的裝置；以及與所述至少一個(gè)軸桿相連的發(fā)電裝置。
2.一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，包括容器，所述容器至少部分填充有第一流體；位于所述容器 內(nèi)的至少一個(gè)軸桿；與所述至少一個(gè)軸桿相連且相對(duì)于所述至少一個(gè)軸桿可移動(dòng)的浮力 裝置，其中所述浮力裝置相對(duì)于所述至少一個(gè)軸桿的移動(dòng)引起所述至少一個(gè)軸桿繞縱軸轉(zhuǎn) 動(dòng)；用于添加第二流體至所述浮力裝置和/或從所述浮力裝置去除第二流體的裝置，所述 第二流體的密度與所述第一流體的密度不同；以及與所述至少一個(gè)軸桿相連的發(fā)電裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)軸桿繞縱軸的轉(zhuǎn)動(dòng)引 起所述發(fā)電裝置發(fā)電。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述第二流體的密度小于所述第一 流體的密度。
5.根據(jù)權(quán)利要求2-4中任一項(xiàng)所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述第一流體是水，所述第二流體是空氣。
6.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中添加所述流體至所述浮力裝 置引起所述浮力裝置在所述容器中上升，而從所述浮力裝置去除所述流體引起所述浮力裝 置在所述容器中下沉。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述浮力裝置包括所述軸桿 適于穿過(guò)的空心中央通道。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述至少一個(gè)軸桿在其外表 面上設(shè)置有一個(gè)或多個(gè)螺旋形溝道。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述浮力裝置包括一個(gè)或多個(gè)凸起，所 述凸起用于接合所述至少一個(gè)軸桿外表面上的所述一個(gè)或多個(gè)螺旋形溝道。
10.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述流體儲(chǔ)存于一個(gè)或多 個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)存庫(kù)與所述浮力裝 置是流體連通的。
12.根據(jù)前述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述系統(tǒng)包括兩個(gè)或多個(gè) 浮力裝置。
13.一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，包括導(dǎo)向裝置；發(fā)電裝置，其包括至少一個(gè)與所述導(dǎo)向裝置 相連的工作軸；與所述導(dǎo)向裝置相連的浮力裝置；以及用于添加流體至所述浮力裝置和/ 或從所述浮力裝置去除流體以引起所述浮力裝置移動(dòng)的裝置；其中所述至少一個(gè)工作軸的 轉(zhuǎn)動(dòng)是由所述浮力裝置沿與所述至少一個(gè)工作軸基本垂直的方向移動(dòng)引起的。
14.一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，包括容器，所述容器至少部分填充有第一流體；導(dǎo)向裝置；發(fā) 電裝置，其包括至少一個(gè)與所述導(dǎo)向裝置相連的工作軸；與所述導(dǎo)向裝置相連的浮力裝置； 用于添加第二流體至所述浮力裝置和/或從所述浮力裝置去除第二流體的裝置，所述第二 流體的密度與所述第一流體的密度不同；其中所述至少一個(gè)工作軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是由所述浮力裝 置沿與所述至少一個(gè)工作軸基本垂直的方向移動(dòng)引起的。2
15.根據(jù)權(quán)利要求13或14所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述浮力裝置包括所述導(dǎo)向裝置 適于穿過(guò)的空心中央通道。
16.根據(jù)權(quán)利要求13至15中任一項(xiàng)所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)向裝置包括伸長(zhǎng) 構(gòu)件。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述伸長(zhǎng)構(gòu)件是鏈、纜繩、或線等。
18.根據(jù)權(quán)利要求13至17中任一項(xiàng)所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述浮力裝置的移動(dòng)引 起所述導(dǎo)向裝置的相應(yīng)移動(dòng)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述浮力裝置沿第一方向的移動(dòng)引起 所述導(dǎo)向裝置的相應(yīng)移動(dòng)，而所述浮力裝置沿第二方向的移動(dòng)不引起所述導(dǎo)向裝置的相應(yīng) 移動(dòng)。
20.根據(jù)權(quán)利要求13至19中任一項(xiàng)所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述導(dǎo)向裝置與一個(gè)或 多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)追蹤裝置相連，使得所述導(dǎo)向裝置的移動(dòng)引起所述一個(gè)或多個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)追蹤裝置 的轉(zhuǎn)動(dòng)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的能量產(chǎn)生系統(tǒng)，其中所述可轉(zhuǎn)動(dòng)追蹤裝置用于與所述工作 軸相連，使得所述可轉(zhuǎn)動(dòng)追蹤裝置的轉(zhuǎn)動(dòng)引起所述工作軸的轉(zhuǎn)動(dòng)。
22.一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，包括容器，所述容器至少部分填充有第一流體；一個(gè)或多個(gè) 隔室位于所述容器內(nèi)，其中防止所述第一流體進(jìn)入所述一個(gè)或多個(gè)隔室；導(dǎo)向裝置；發(fā)電 裝置，其包括至少一個(gè)與所述導(dǎo)向裝置相連的工作軸，所述至少一個(gè)工作軸至少部分位于 所述一個(gè)或多個(gè)隔室內(nèi)；與所述導(dǎo)向裝置相連的浮力裝置；用于添加第二流體至所述浮力 裝置和/或從所述浮力裝置去除第二流體的裝置，所述第二流體的密度與所述第一流體的 密度不同；其中所述至少一個(gè)工作軸的轉(zhuǎn)動(dòng)是由所述浮力裝置沿與所述至少一個(gè)工作軸基 本垂直的方向移動(dòng)引起的。
全文摘要
一種能量產(chǎn)生系統(tǒng)，包括至少一個(gè)軸桿；與所述至少一個(gè)軸桿相連且相對(duì)于所述至少一個(gè)軸桿可移動(dòng)的浮力裝置，其中該浮力裝置相對(duì)于所述至少一個(gè)軸桿的移動(dòng)引起該至少一個(gè)軸桿繞縱軸轉(zhuǎn)動(dòng)；用于添加流體至所述浮力裝置和/或從所述浮力裝置去除流體以引起所述浮力裝置移動(dòng)的裝置；以及與所述至少一個(gè)軸桿相連的發(fā)電裝置。
文檔編號(hào)F03B17/00GK101925738SQ200880125663
公開(kāi)日2010年12月22日 申請(qǐng)日期2008年12月19日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月19日
發(fā)明者詹姆斯·夸克 申請(qǐng)人:詹姆斯·夸克