專利名稱：發(fā)電設備及方法
發(fā)電設備及方法本發(fā)明涉及用于發(fā)電的方法和設備，特別地(但非排他性)地涉及至少部分地使用潮汐能或波能來發(fā)電的方法和設備。存在日益增加的對由“綠色”或可再生資源來產生動力(通常是發(fā)電)的方式的需求。本發(fā)明提供用于由許多類型的所謂“綠色”能量來發(fā)電的設備和方法。根據本發(fā)明的第一方面，提供了一種由氣體發(fā)電的設備，設備包括轉子，其至少部分地浸入液體，該轉子設置有用于接納氣體的多個空腔，轉子可通過接納在一個或多個所述空腔中的氣體而旋轉。
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設備可包括用于將氣體供應至所述轉子的裝置。用于供應氣體的裝置可包括以下的一個或多個用于可選擇地在超過I個大氣壓的壓力下儲存氣體的容器；用于儲存液體的容器，可選擇地用于加熱液體以形成氣體的裝置；可操作的將氣體引導至轉子的閥，和氣泵。例如，用于供應氣體的裝置可包括將氣體輸送至未儲存氣體的轉子的氣泵。替代性地，用于供應氣體的裝置可包括可操作的以將氣體供應至用于儲存氣體的容器的氣泵。儲存在容器中的氣體隨后可被釋放至轉子。氣泵(如果存在)可通過所述液體的移動來運轉。例如，氣泵(如果存在)可包括一個或多個空腔，所述空腔在使用中至少部分地充滿液體，將液體引入到所述空腔將會使氣體離開所述空腔朝轉子轉移。設備可設置有一個或多個止回閥，所述止回閥允許氣體進入空腔，但禁止氣體通過止回閥從空腔排出。止回閥因此允許空腔充滿氣體。優(yōu)選的是，氣泵包括多個這樣的空腔，每一個所述空腔與止回閥相連。氣泵(如果存在)可包括壓縮機。氣泵可操作地與用于驅動泵的致動器相連。致動器的移動可驅動氣泵。致動器例如可包括所述轉子。轉子的旋轉(例如，作為液體流動的結果)可驅動氣泵的運轉。致動器可包括一個或多個浮子。一個或多個浮子的移動(例如由波浪的行進所引起的提升)可驅動氣泵的運轉。氣泵(如果存在)可操作地與一個或多個浮子相連，一個或多個浮子可在第一浮子位置與第二浮子位置之間移動，浮子從所述第一浮子位置到所述第二浮子位置的移動使所述泵排出氣體(可選擇地是排到用于儲存氣體的容器(如果存在))。一個或多個浮子可樞轉地附接至設備主體，該一個或多個浮子可在第一浮子位置與第二浮子位置之間樞轉地移動。用于加熱液體以形成氣體的裝置(如果存在)可包括可操作的以由熱源加熱的傳導構件。熱源可包括布置成將輻射引導至傳導構件的一個或多個反射面?？刹僮鞯囊詫怏w引導至轉子的閥可通過閥兩側的壓差來運轉。例如，如果容納轉子的外殼內的壓力低于環(huán)境壓力，則可使閥運轉以便將氣體引導至轉子。如果設備包括用于儲存氣體的容器，則設備可設置有與容器相連的壓力限制器，以限制容器中的壓力。壓力限制器可操作，以根據需要限制容器中的最高壓力，并且可選擇地運轉，以將容器中的最高壓力限制到低于大約10個大氣壓、優(yōu)選地低于大約5個大氣壓、更優(yōu)選地低于大約3個大氣壓并且更進一步優(yōu)選地限制到大約2個大氣壓。至少一個(可選擇地超過一個、進一步可選擇地大部分并且更進一步可選擇地每一個)空腔可由選擇地與轉子的其它表面結合的一個或多個轉子葉片形成。例如，葉片可從轉子輪轂突出。相鄰的葉片與所述輪轂的鄰近葉片的表面相結合可形成空腔。在該情況下，葉片可從輪轂徑向地向外延伸。替代性地，例如，至少一個(可選擇地超過一個、進一步可選擇地大部分并且更進一步可選擇地每一個)葉片可在兩個端板之間延伸，該端板與葉片形成空腔。可單獨地設置用于葉片的端板，即其中一個葉片可設置有與設置在其他葉片上的端板完全不同的端板。替代性地，轉子本身可設置有兩個轉子端板，葉片在兩個轉子端板之間延伸。在該情況下，兩個轉子端板用作用于每一個葉片的端板。每一個空腔的形狀不局限于任何特定的形狀，空腔的重要特征是其是能夠允許收集氣體。至少一個(可選擇地超過一個、進一步可選擇地大部分并且更進一步可選擇地每一個)葉片可以是細長的。至少一個(可選擇地超過一個、進一步可選擇地大部分并且更進一 步可選擇地每一個)葉片可以是凹形的。至少一個(可選擇地超過一個、進一步可選擇地大部分并且更進一步可選擇地每一個)葉片可以是半圓柱形的。所述空腔中的一個或多個可由圓錐形或截頭圓錐形表面限定。轉子可設置有3至10個空腔、優(yōu)選地4至9個空腔、更優(yōu)選地5至8個空腔并且更進一步優(yōu)選地7或8個空腔。已發(fā)現的是，7個空腔被證明是最有效的。轉子可布置成在空腔過度充滿氣體的情況下，離開所述空腔的氣體中的至少一些氣體被通常位于過滿空腔上方的不同空腔接納。這樣，氣體可收集在多個空腔中，從而提供改進的翻轉力矩。這在轉子初始處于靜止時尤其有利(并且因此使靜態(tài)慣量高)。在任何給定的時間點，一個或多個(而不是所有)空腔可處于接納氣體的位置。該設備典型地被布置成使得氣體依靠氣體的自然浮力(與氣體的速度相反)上升到空腔中。氣體在一個或多個所述空腔中的積聚可引起轉子的初始旋轉。一旦轉子的旋轉開始，從出口釋放的氣體就能使轉子保持旋轉。通常，空腔隨著轉子的旋轉完成向上運動后，氣體從該空腔釋放出來。該設備可在用于發(fā)電的第一運轉狀態(tài)下和用于發(fā)電的第二運轉狀態(tài)下運轉，其中所述第一運轉狀態(tài)可選擇地包括具有空腔的轉子的旋轉，在所述第二運轉狀態(tài)下，具有空腔的轉子通過被輸送至具有空腔的轉子的氣體而旋轉。該設備典型地在任何給定的時間點在第一和第二運轉狀態(tài)中的一種而不是兩種狀態(tài)下運轉。這里所述的具有空腔的轉子用于區(qū)別可作為本發(fā)明設備的一部分的任何其他轉子。如果具有空腔的轉子可操作以在第一運轉狀態(tài)下旋轉，則隨后這樣的旋轉可由諸如潮汝流的液體流動或者在重力影響下的液體流動所引起。本發(fā)明的設備可設置有用于在第一運轉狀態(tài)下發(fā)電的主發(fā)電致動器。主發(fā)電致動器的示例包括風力驅動轉子和浮子。浮子可形成用于使用波動來發(fā)電的機構的一部分。如果設備設置有主發(fā)電致動器，則具有空腔的轉子可能(并且優(yōu)選地)在第一運轉狀態(tài)下不旋轉。本發(fā)明的設備可被布置成在對第一運轉狀態(tài)下的運轉沒有足夠的刺激的情況下(例如在微風、差的波浪條件下或者在潮汐平潮時)在第二運轉狀態(tài)下運轉。第一運轉狀態(tài)下的運轉可將氣體推壓到用于儲存氣體的容器中。設備可設置有用于將氣體推壓到用于儲存氣體的容器中的壓縮機。隨后可釋放所儲存的氣體，以引起具有空腔的轉子的旋轉。本發(fā)明的設備可包括浮動平臺。轉子支架(如果存在)可樞轉地安裝至浮動平臺。例如，浮動平臺可支撐該容器(如果存在)。該容器可以是船體形式，尤其是雙體船形式。本發(fā)明的設備可設置有用于將氣體排到液體中的氣體出口。氣體出口可位于轉子的旋轉軸線的一側。出口位于轉子軸線正下方的位置可導致轉子不旋轉。優(yōu)選的是，出口布置成將氣泡排到所述空腔中。在使用中，出口可位于轉子下方。本發(fā)明的設備可在第一運轉狀態(tài)下和第二運轉狀態(tài)下運轉，在所述第一運轉狀態(tài) 下，具有空腔的轉子在使用中通過液體的流動而旋轉，在所述第二運轉狀態(tài)下，具有空腔的轉子在使用中通過輸送至具有空腔的轉子的氣體而旋轉。本發(fā)明的設備典型地在任何給定的時間在第一和第二運轉狀態(tài)中的一種狀態(tài)下運轉。液體的流動例如可以是潮汐流。這樣的設備在潮汐流時提供轉子的旋轉(轉子通過移動的水旋轉)和在潮汐不流動時提供轉子的旋轉(通過輸送至轉子的氣體而旋轉)。替代性的潮汐驅動設備通過使上部容器充滿水的潮汐而運轉，接著，水在重力效應下被釋放以使轉子自旋。第二下部容器在使用中可包含加壓氣體，所述加壓氣體在轉子不被水驅動時可用于使轉子旋轉。潮汐驅動設備典型地包括用于儲存氣體的容器。設備可設置有用于將氣體輸送至容器的氣體壓縮機，氣體壓縮機響應于轉子在第一運轉狀態(tài)下的旋轉(即轉子的旋轉由液體流動產生，而非由氣體的流動產生)而可操作。本發(fā)明的設備可布置成在沒有給定大小的潮汐流的情況下在第二運轉狀態(tài)下運轉。這例如可使轉子在沒有給定大小的潮汐流的情況下采取某一位置或取向來實現，所述某一位置或取向將導致氣體從所述容器釋放處理。轉子可附接至轉子支架，并且轉子支架可安裝成使得轉子支架到特定位置的移動致使氣體從容器釋放出來。例如，可樞轉地安裝轉子支架。轉子支架移動到特定位置以便促發(fā)氣體釋放，這種移動可由降到低于特定大小的潮汐流所引起。轉子支架可樞轉地安裝至浮動平臺。轉子支架可設置有翼片，所述翼片可操作以便在暴露于液體流動時在液體中提升轉子支架。轉子支架可設置有一個或多個可膨脹的并且可收縮的轉子支架浮子。所述一個或多個浮子典型地設置有一個或多個流動致動閥，所述一個或多個流動致動閥可操作，以便在通過或經過一個或多個流動致動閥的流動速率大于預定值的情況下允許氣體進入所述浮子。本發(fā)明的設備可設置有用于在氣體輸送至轉子之前加熱氣體的加熱器。加熱器可包括用于將輻射反射到氣體上的反射面。本發(fā)明的設備可包括用于使氣體通過的卷繞導管(與車用散熱器或其他熱交換器類似)，加熱器布置成加熱卷繞導管中的氣體。如果本發(fā)明的設備包括用于儲存氣體的容器，則該容器可包括具有開口端和封閉端的器皿，所述器皿的開口端在使用中位于封閉端下方，該容器用于包含被圍繞容器的液體加壓的空氣。這樣的容器可用于水的深度隨時間顯著變化的潮汐區(qū)域。在這種情況下，容器的開口端位于最高的低水位標記上方，以允許空氣進入到所述到容器中(空氣隨后被升高的水位加壓)。本發(fā)明的設備可包括風力驅動轉子，所述風力驅動轉子可操作，使得風力驅動轉子的旋轉發(fā)電，這通常會引起發(fā)電機運轉。風力驅動轉子可操作，使得風力驅動轉子的旋轉將氣體(典型地為空氣)推壓到用于儲存氣體的容器中。當風力驅動轉子不旋轉時(例如，當風輕微時)，氣體可從容器釋放到具有空腔的轉子。該容器例如可通過在其上安裝有風力驅動轉子的塔來提供。本發(fā)明的設備因此可在第一運轉狀態(tài)下和第二運轉狀態(tài)下運轉，在所述第一運轉狀態(tài)下，風力驅動轉子通過風而旋轉，在所述第二運轉狀態(tài)下，具有空腔的轉子(即，不是風力驅動轉子)通過輸送至具有空腔的轉子的氣體而旋轉。本發(fā)明的設備典型地在任何給定的時間在第一和第二運轉狀態(tài)中的一種狀態(tài)下運轉。這樣的設備在風吹動時(風力驅動轉子通過風而旋轉)和風不吹動時(具有空腔的轉子通過從容器排出的氣體而旋轉)產生電力。本發(fā)明的設備可布置成在缺乏給定速度的風的情況下在第二運轉狀態(tài)下運轉。 本發(fā)明的設備可使用波動作用發(fā)電。例如，如上所述，設備可包括浮子，所述浮子可操作以便在經受波動作用時發(fā)電。浮子可形成搖桿機構的一部分，搖桿在波浪的影響下的搖動產生電力。浮子可耦合至發(fā)電機，使得浮子的移動發(fā)電。這樣的設備可在第一運轉狀態(tài)和第二運轉狀態(tài)下運轉，在所述第一運轉狀態(tài)下，在使用中由搖桿機構發(fā)電，在所述第二運轉狀態(tài)下，在使用中由具有空腔的轉子的旋轉發(fā)電。如先前所指示地，本發(fā)明的設備可包括用于儲存液體的容器和加熱液體以產生氣體的裝置。液體可以是諸如戊烷或者二乙醚的低沸點液體。用于加熱液體的裝置可包括布置成加熱液體的反射器。反射器可布置成加熱導體，所述導體的至少一部分與液體熱接觸。反射器和導體的用于接受從反射器反射的輻射的那一部分可位于用于儲存液體的容器外部。導體的另一部分可位于用于儲存液體的容器內部。用于加熱液體的裝置可包括例如機器工件的散熱表面。本發(fā)明的設備可包括用于儲存氣體的可膨脹的容器。該容器優(yōu)選地在加熱時膨脹和在冷卻時收縮。本發(fā)明的設備可布置成在容器中的壓力高于預定壓力時(典型地I個大氣壓)，氣體依靠容器中的壓力輸送至具有空腔的轉子。本發(fā)明的設備還可布置成在容器中的壓力低于預定壓力時(典型地I個大氣壓)，容器中的低壓將空氣吸到具有空腔的轉子。這可以通過例如在具有空腔的轉子位于外殼中并且設備設置有閥的情況下實現，所述閥可通過閥兩側的壓差來運轉，以容許氣體進入外殼。本發(fā)明的設備可包括用于具有空腔的轉子的外殼。根據本發(fā)明的第二方面，提供了一種適合用于根據本發(fā)明的第一方面的設備的轉子。根據本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于發(fā)電的方法，包括步驟(i)提供轉子，其至少一部分浸入液體；以及(ii)使氣體通過過液體并與轉子接觸，氣體使轉子旋轉。本發(fā)明的方法提供了一種由低壓氣體發(fā)電(尤其地，電功率)的方式。氣體優(yōu)選地為空氣，并且液體優(yōu)選地為水。
步驟(ii)可包括使氣體從轉子下方通過液體。步驟(ii)可包括使用氣體的浮力來使轉子旋轉。這允許氣體在轉子上起泡，氣體的自然浮力使氣泡上升而與轉子接觸。轉子可設置有用于接納氣體的多個空腔。步驟(i i )可包括將大量氣體積聚在至少一個空腔中，并且可優(yōu)選地包括將大量氣體積聚在至少兩個空腔中。轉子可設置有3至10個空腔、優(yōu)選地4至9個空腔、更優(yōu)選地5至8個空腔并且更進一步優(yōu)選地7或8個空腔。已發(fā)現的是，7個空腔被證明是最有效的。氣體可通過優(yōu)選地局部加熱液體而產生。氣體可通過使用負壓通過液體被傳到轉子(例如，通過將轉子設置在外殼中并將·所述外殼中的壓力降低至低于環(huán)境壓力，以及提供可操作的閥，以便在環(huán)境壓力高于所述外殼中的壓力時容許氣體進入所述外殼)。氣體可通過使用正壓通過液體傳到轉子。優(yōu)選的是，轉子設置有用于接納氣體的多個空腔。步驟(ii)可包括將大量氣體積聚在至少一個空腔中。優(yōu)選的是，步驟(ii)可包括將大量氣體積聚在至少兩個空腔中。這在人們試圖啟動轉子的旋轉時(即，當靜態(tài)慣量處于其最大值時)是尤其優(yōu)選的。典型地，大量氣體可在轉子旋轉之前積聚在一個或多個空腔中(需要積聚一定量的氣體，以引起轉子旋轉)。步驟(ii)可包括使用氣體的浮力(與氣體的排出速度相反)來使轉子旋轉。本發(fā)明的方法還可包括提供用于儲存氣體的容器。氣體可從容器釋放至轉子。氣體可以任何合適的壓力儲存，但可選擇地以不超過10個大氣壓、優(yōu)選地不超過5個大氣壓、更優(yōu)選地不超過3個大氣壓并且更進一步優(yōu)選地不超過2個大氣壓的壓力儲存。本發(fā)明的方法可包括提供用于將氣體供應至所述容器的氣泵。氣泵可選擇地通過液體的移動而起動。例如，氣泵可通過液體的流動或液體升高的水平(例如，空腔中的液體的波浪或升高的水平)來起動。本發(fā)明的方法可包括提供致動器，所述致動器優(yōu)選地響應于液體的移動來起動氣泵。致動器例如可包括所述轉子。在該情況下，液體流動引起所述轉子的旋轉，所述轉子的旋轉使所述氣泵起動。致動器例如可包括一個或多個浮子。在該情況下，所述一個或多個浮子的移動(例如，響應于通過的波浪)使氣泵起動。本發(fā)明的方法可包括提供與轉子相連的發(fā)電機，使得轉子的旋轉引起所述發(fā)電機產生電力。本發(fā)明的方法可包括在第一時間點時在第一運轉狀態(tài)下運轉和在第二時間點時在第二運轉狀態(tài)下運轉，其中在第一運轉狀態(tài)下可選擇地包括轉子的旋轉(而不是通過被傳到轉子的氣體而旋轉)，在第二運轉狀態(tài)下轉子通過傳到轉子的氣體而旋轉。如果轉子在第一運轉狀態(tài)下旋轉，則這樣的旋轉可由諸如潮汐流的液體流動或者在重力影響下的液體的流動所引起。如果轉子在第一運轉狀態(tài)下不旋轉，則第一運轉狀態(tài)下的電力產生可通過風力或波動實現。本發(fā)明的方法可包括在對第一運轉狀態(tài)下的運轉沒有足夠刺激的情況下(例如在輕風、差的波浪條件下或者在潮汐平潮時)在第二運轉狀態(tài)下運轉。例如，如果第一運轉狀態(tài)下的運轉取決于潮汐流，則在潮汐流速度降到低于某一值的情況下，可向轉子提供氣體，以便在第二運轉狀態(tài)下運轉。第一運轉狀態(tài)下的運轉可將氣體推壓到用于儲存氣體的容器中。隨后可釋放如此儲存的氣體，以引起轉子的旋轉。例如，在第一運轉狀態(tài)下，風力發(fā)電裝置(諸如風力渦輪)可用于產生電力和將氣體泵送到容器中，所述容器可用于向轉子提供氣體。替代性地，液體的流動(諸如潮汐流)可在第一運轉狀態(tài)下引起轉子的旋轉，轉子的旋轉將氣體泵送到隨后可被用于向轉子提供氣體的容器中。本發(fā)明的方法可包括在第一時間點時使氣體通過液體并與轉子接觸，該氣體使轉子旋轉，和在第二時間點時使轉子經受液體的流動，液體的流動使轉子旋轉。在第二時間點時，氣體通常不會與轉子接觸。同樣地，在第一時間點時，轉子通常不會經受使其旋轉的液體流動的影響。液體的流動典型地可由諸如潮汐流的水流產生。當潮汐流動時，水的移動使轉子 旋轉。當潮汐滯緩時，氣體將與轉子接觸，并且氣體使轉子旋轉。由液體的流動所引起的轉子的旋轉可使氣體輸送至用于儲存氣體的容器(如果提供)。液體的流動因此提供能量以便壓縮氣體，該氣體可用于在缺乏液體流動的情況下使轉子旋轉。優(yōu)選的是，在步驟(ii)中，氣體的釋放由降到低于某一水平的液體流動致動。例如，沖擊轉子的液流量的降低將導致轉子落入液體中。轉子的降低可促動步驟(ii )中的氣體釋放。轉子可附接至轉子支架，并且轉子支架可安裝成使得轉子支架到特定位置的移動將引起步驟(iii)中的氣體釋放。轉子可包括多個葉片。葉片可幫助用于接收氣體的空腔的形成。葉片可以是凹形的。例如，葉片可以是彎曲的，以接納氣體。葉片中的一個或多個可以是細長的。葉片中的一個或多個可以是半圓柱形的。轉子可包括3至10個葉片，優(yōu)選地4至9個葉片，更優(yōu)選地5至8個葉片，并且更進一步優(yōu)選地7或8個葉片。已發(fā)現的是，7個葉片被證明是最有效的。本發(fā)明的第三方面的方法可使用本發(fā)明的第一方面的設備和/或本發(fā)明的第二方面的轉子。以下將參照附圖并僅借助于示例來描述本發(fā)明，其中圖I是根據本發(fā)明的第一方面的設備實施例的第一示例的立體圖；圖2是圖I的設備的一部分的詳細圖；圖3是圖I的設備的一部分的示意性斷面圖，示出了氣體出口與轉子之間的關系;圖4是根據本發(fā)明的第一方面的設備實施例的第二示例的示意圖；圖5是根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的另一示例的示意圖；圖6是根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的另一示例的示意圖；圖7是根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的又一示例的示意圖；圖8是根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的另一示例的示意圖；圖9是根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的另一示例的示意圖；

圖10是根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的又一示例的示意圖IlA是根據本發(fā)明的第一方面的設備的另一示例的示意性側視圖(其中部分為橫斷面);圖IlB是圖IlA的設備的示意性平面圖?，F在參考圖1、2和3描述根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的第一示例。設備大體上由附圖標記I指示，包括附接至轉子支架14的轉子3，所述轉子支架14在點P處樞轉地附接至平臺2。該設備被設計成在潮汐水環(huán)境中運轉，并且為便于這種運轉，平臺2是漂浮的。轉子3包括設置在端板11、12之間的七個葉片(其中僅標記出一個葉片13)。葉片13和端板11、12典型地由任何合適的剛性材料制成，諸如合適的塑料材料(例如聚碳酸酯)、金屬和玻璃纖維。由于塑料和玻璃纖維在鹽水條件下退化得不會如有些金屬那樣快，所以它們是優(yōu)選的。轉子3被安裝成能夠旋轉，轉子的旋轉引起齒輪35的旋轉、鏈條10的移動以及可旋轉齒輪15的旋轉。在該設備中，齒輪35與齒輪15上的齒的數量的比率大約為5:1。可旋轉齒輪15的旋轉引起發(fā)電機4的可旋轉轉子的旋轉，從而產生電力。發(fā)電機4是市場上可買到的發(fā)電機，在本文中為永磁發(fā)電機(經常被稱為PMG)。在一種運轉模式 下，轉子部分地浸入水中，并且移動的水(作為潮汐流的一部分)撞擊轉子3的葉片，從而引起轉子3的旋轉并產生電力。轉子3的旋轉還引起壓縮機5的起動(見圖2)。該壓縮機是活塞式的小型正排量壓縮機(在本文中，是從輪胎充氣機掃氣的12V空氣壓縮機)。該壓縮機5的起動使得空氣通過導管(未標記)輸送至空氣容器6。在該情況下，空氣容器6是適于包含高壓氣體的氣缸(在該情況下為醫(yī)用氣缸)?？諝馊萜?設置有將容器中的壓力限制為最大2個大氣壓的壓力限制器(未示出)，但本領域的技術人員也可以認識到能夠使用其他的壓力。轉子3的旋轉致使其在水中提升以及轉動。此外，該設備可在轉子支架的端部處設置翼片(未示出)，所述翼片在水流動時幫助轉子在水中的提升。此外，該設備可設置有與轉子支架相聯(lián)的一個或多個可充氣以及可放氣的浮子，以幫助位于水中的轉子。該浮子典型地通過流動致動閥充氣，所述流動致動閥使浮子充滿空氣(該空氣優(yōu)選地供應自空氣容器6)。當液體的流動高于某一水平時，起動流動致動閥以使得空氣進入浮子。當液體的流動降低時(諸如當潮汐流降低時)，轉子3緩慢自旋并且下降到水中。設備I被布置成在平潮時(當不存在由于水的流動引起轉子3的旋轉時)，轉子3下降至圖2所示的位置。當轉子3到達該位置時，儲存在容器6內的氣體被釋放出來。當轉子到達某一位置時，閥(未示出)被操作以便從該容器中釋放空氣。氣體從容器6排出，隨后通過卷繞導管7，所述卷繞導管7暴露于由鏡面8反射的輻射而被加熱。卷繞導管由車輛散熱器提供。熱空氣隨后經由導管傳到出口 16。出口 16相對于轉子3的布置在圖3中示出。水位由標記為“W”的虛線示出?？諝鈧鞯綄Ч?0，所述導管20的一部分位于轉子支架14的端部處。導管20延伸到端板11和12之間的大致中間部位。出口 16設置在導管20的端部處。出口 20設置成將氣體(大體上以氣泡“B”的形式)排放到由半球形葉片13和端板11與12形成的區(qū)域中。選擇氣體通過其排出的出口孔的尺寸，使得以期望的速率排出氣體。例如，較大的出口孔允許較高的氣體排出速率。由葉片13和端板界定的區(qū)域限定了用于氣體收集的空腔(pocket)?？諝?標記為“A”)使空腔中的水排出，并且一旦足夠的空氣進入到該空腔中，收集在其中的空氣的浮力使轉子3轉動。轉子的該旋轉將產生電力。轉子的旋轉還使轉子3在水中升高。
該設備可布置成在轉子由于氣體釋放而旋轉太快的情況下，轉子3在水中的升高將導致至出口 16的氣體供應被切斷，從而提供用于控制氣體從容器釋放的負反饋回路。如圖3所示，每一個半圓柱形葉片13、23、33的假想基部指向轉子的旋轉軸線。葉片關于轉子3等角度地間隔開。在這種情況下，轉子具有大約18〃的直徑。每一個葉片長約10"，寬約4"(葉片從直徑約為 4"的排水管切割)。本領域的技術人員將認識到的是，在圖3中，僅示出了轉子的一些葉片而非全部葉片。為了清楚起見，省略了多個葉片。在圖4中示出了根據本發(fā)明的設備的實施例的替代性示例。該設備大體上由附圖標記101指示，并包括與上述相對于圖I至3的設備描述的相同的轉子3。轉子3附接至轉子支撐件14，所述轉子支撐件14大致與上述相對于圖I至3描述的相同。轉子支撐件14樞轉地附接至浮動平臺2。在該示例中，氣體容器未安裝在平臺上。氣體容器在該示例中大體上由附圖標記106指示。轉子3如上述相對于圖1、2和3描述地那樣由液體流驅動。然而，該設備101不包括用于以空氣充滿容器的壓縮機。本示例使用潮汐以使容器106充滿空氣并且隨后壓縮該空氣。容器具有比其封閉端108低的開口端107。開口端107位于最高低潮標記(“HLW”)上方，由此可確保在任何低潮時，容器能充滿空氣。在漲潮時，水將圍繞容器106并使捕集在容器106中的空氣(“A”)加壓。該加壓空氣可如相對于圖I至3的設備描述地那樣在高平潮期間被輸送至鄰近轉子3的出口(未示出)。水在高潮時的高度由“HW”表示。當潮汐流降低到低于某一水平時，該設備被布置成從容器106釋放空氣，以驅動轉子3。圖I至4的設備由潮汐流發(fā)電，當轉子不被流至轉子的氣體運轉時，潮汐流使該轉子旋轉?？蓮膱D5的設備看到，轉子不必用作主發(fā)電源。圖5示出了根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的另一示例。該設備大體上由附圖標記501指示。設備501包括耦合至發(fā)電機503的風力驅動轉子502，其中風力驅動轉子的旋轉可使發(fā)電機產生電力。風力驅動轉子502的旋轉還經由傳動裝置506使軸504旋轉，軸504的旋轉使空氣被供應至容器507。當風力驅動轉子不可操作時(例如在低風速的情況下)，儲存在容器507中的空氣通過合適的閥門裝置和出口(未示出)被釋放出來，并作為氣泡進入到充滿液體510的外殼509中。具有空腔的轉子508 (pocket-carrying rotor)大致與上述相對于圖I至4描述的相同，并且安裝在外殼509中。氣泡被收集在具有空腔的轉子508的一個或多個空腔中并使轉子旋轉，具有空腔的轉子508耦合至發(fā)電機503，這樣，具有空腔的轉子508的旋轉通過發(fā)電機503來產生電力。在圖6中示出了根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的另一示例。設備大體上由附圖標記601指示。設備包括具有空腔的轉子602，所述具有空腔的轉子602大致與上述相對于圖I至5的設備描述的相同。轉子602容納在包含液體604的外殼603中。銅棒605延伸到外殼中，其端部606位于轉子602的下方。銅棒的一部分607近似位于拋物面反射器608的焦點處。入射在反射器608上的輻射被反射至銅棒的所述部分607，從而加熱銅棒的該部分607。銅棒是傳導性的，因此所述部分607的加熱將引起銅棒的包括位于外殼603中的其余部分的加熱。熱的銅棒加熱液體604，并引起緊鄰端部606的液體的蒸發(fā)，從而形成氣泡。這些氣泡被收集在轉子的空腔中，并以與上述相對于圖I至5的設備描述的相同的方式引起旋轉。轉子耦合至發(fā)電機(未示出)，這樣轉子的旋轉將產生電力。
在圖7中示出了根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的另一示例。設備大體上由附圖標記701指示，并且包括容納在充滿液體704的外殼703中的具有空腔的轉子702。該具有空腔的轉子大致與上述相對于圖I至6的設備描述的相同。該設備還包括兩個反射透鏡705、706，被定為成用于將反射光聚焦在金屬構件707上。該金屬構件熱連接至位于轉子702下方的金屬棒708。金屬構件與該棒通過由透鏡705、706反射在金屬構件上的輻射而被加熱。棒的加熱引起液體704的沸騰，從而在轉子的正下方產生氣泡。氣泡收集在轉子的一個或多個空腔中，并且如先前所描述地那樣使轉子旋轉。本發(fā)明的設備中的金屬構件707還傳送信息并因此用作指示。液體604、704的確切性質在很大程度上取決于預期的環(huán)境條件。例如，在某些條件下可使用具有非常低的沸點的液體(例如戊烷、二乙醚)，但在某些環(huán)境下，與使用這些液體相連的健康和安全風險可致使它們的使用不可取。 在圖8中示出了根據本發(fā)明的設備的又一示例。該設備大體上由附圖標記801指示，并包括容納在具有液體804的外殼803內的轉子802。轉子802大致與上述相對于圖I至7的設備描述的相同。設備801還包括用于容納氣體的可膨脹的儲存器805。該儲存器在支撐框架上呈柔性外殼(諸如橡膠外殼)形式。導管806、807在外殼803與儲存器805之間提供氣體連通。閥808、809設置用來控制儲存器與外殼之間的氣體連通。還設置有外殼閥810 (稍后描述其運轉)?，F在將描述設備801的運轉。在白天的某一時間(典型地在下午)，儲存器805中的空氣由于環(huán)境條件而處于高溫狀態(tài)。儲存器805中的空氣的高溫引起儲存器中的空氣的體積的增加，并且儲存器將膨脹。閥809隨后打開以便從儲存器釋放空氣，并通過導管807釋放到位于轉子802下方的液體804中。被釋放的氣泡收集在轉子802的一個或多個容器中，并引起轉子802的旋轉以及因此通過發(fā)電機(未示出)的運轉來產生電力。一旦從儲存器805中釋放出期望的空氣量，閥809就關閉。在該運轉模式中，閥808關閉。當設備周圍的環(huán)境例如在晚上變冷時，儲存器中的空氣將會冷卻，并且儲存器中的空氣會收縮，從而導致儲存器收縮。在上午的早些時候，儲存器中的壓力典型地為負壓(即低于環(huán)境壓力)。當儲存器獲得合適的壓力時，閥808打開。儲存器805中的負壓使得空氣通過外殼閥810被吸入。該空氣被收集在轉子的一個或多個空腔中，從而使轉子旋轉產生電力。外殼閥810可以是狹縫閥，以便在閥810兩側具有合適的壓差時，所述閥可操作的以防止液體從外殼803溢出以及允許空氣進入到外殼803中。在圖9中示出了根據本發(fā)明的設備的實施例的另一示例。設備大體上由附圖標記901指示，并包括安裝在轉子支架903上的具有空腔的轉子902，所述轉子支架903樞轉地附接至浮動平臺904。轉子902大致與上述相對于圖I至8的設備描述的轉子相同。浮動平臺904設置有多個開口，為了清楚起見，僅示出其中的四個開口(905、906、907、908)。當平臺904與水(W)接觸時，開口 905、906、907、908形成容納空氣的腔室。當水進入這些腔室時(例如，由于波動作用)或者當平臺落在水上時(再一次，由于波動作用)，腔室中的空氣通過設置用于每一個腔室中的相應導管909、910、911、912被推壓至轉子902。每一個腔室905、906、907、908設置有止回閥913、914、915、916 (在該情況下為瓣閥)，所述止回閥913、914、915、916允許空氣進入相應的腔室，以使腔室重新充滿空氣，但阻止空氣通過所述閥(空氣經由相應導管離開腔室至轉子的必由之路)從腔室移除。因此，每一個腔室與水的移動相結合用作泵。每一個導管909、910、911、912中的空氣傳到位于轉子902下方的相應出口(未示出)。空氣從出口進入水中，被收集在轉子902的一個或多個容器中，從而如上述相對于圖I至8的設備描述地那樣引起轉子的旋轉和發(fā)電機(未示出)的運轉。在圖10中示出了根據本發(fā)明的設備的又一示例。該設備大體上由附圖標記1001指示。其包括安裝在外殼1003中的轉子1002。該設備設置有具有開口上端部1005的上部腔室1004，該開口上端部1005略低于最低高潮標記(LHW)。設備還設置有具有開口底部1007的下部腔室1006，該開口底部1007略高于最高的低潮標記(HLW)。該設備還具有分別設置在外殼1003與上部腔室和下部腔室之間的流體流動路徑中的導管1008、1009。導管1009設置有閥1010。還設置有大體上由附圖標記1011指示的用于控制閥1010的運轉的機構?，F在將從低潮開始并假定該設備剛剛安裝完成后來描述設備的運轉。在低潮時，水位總是低于下部腔室1006的開口底部1007，因而空氣可進入下部腔室。當潮汐升高時，下部腔室中的空氣被壓縮，閥1010 (處于關閉狀態(tài))阻止空氣從下部腔室1006傳到容納轉子1002的外殼1003。當潮汐升高時，上部腔室1004充滿水。一旦潮汐開始下落，水就可經由導管1008從上部腔室1004傳到轉子1002，從而引起轉子1002的旋 轉以及發(fā)動機(未示出)的運轉。這還使上部腔室1004中的水位下降。浮子1012設置在上部腔室中，浮子的位置取決于水位。浮子1012經由線1013連接至樞轉安裝的杠桿1014。該樞轉安裝的杠桿控制閥1010的運轉。當上部腔室1004中的浮子1012的位置到達預定水平時，(經由線1013和杠桿1014)將所述閥運轉到打開位置。這允許下部腔室1006中的加壓空氣進入外殼1003。導管1009布置成使得從所述下部腔室1006排出的空氣收集在轉子1002的容器中。所述空氣引起轉子的旋轉，并且只要從下部腔室1006排出空氣就會產生電力。在圖IlA和IlB中示出了根據本發(fā)明的第一方面的設備的實施例的另一示例。大體上由附圖標記1101指示的設備被放置在水W中，并包括大致與上述相對于圖I至10描述的相同的轉子1102。轉子1102安裝在儲存器1104上方，所述儲存器1104設置有用于使空氣(A)從儲存器1104釋放到設置在轉子1102中的容器(未示出)的孔1120。閥(未示出)與孔1120相連接，使得能夠控制空氣從儲存器1104中的釋放。例如，如果產生潮汐，則水的潮汐移動可用于使轉子1102轉動而以發(fā)電。在該條件下，人們可關閉與孔1120相連接的閥，使得空氣不被用于驅動轉子1102。當潮汐不運轉時或者當潮汐慢時，人們可能希望打開閥，以使得空氣用于驅動轉子1102。該設備設置有向所述設備提供浮力的兩個船體1103A、B。空氣借助于泵輸送至儲存器1104。泵包括泵室1106，所述泵室1106包括可移動的隔膜和單向瓣閥(未示出)，并經由導管1107與儲存器1104連通。隔膜連接至致動構件1121，這樣，致動構件的移動能引起隔膜的移動。致動構件1121附接至臂1109，所述臂1109的一端樞轉安裝在樞軸1108處。臂1109的另一端連接至兩個浮子1105A、B。在箭頭WV的方向上移動的波浪使浮子1105A、B移向提高的位置。這引起臂1109的樞轉運動，所述樞轉運動引起致動構件1121的移動。致動構件1121的移動使泵室隔膜移動，從而使空氣經過單向瓣閥排出并通過導管1107轉移到儲存器1104中。在圖IlA和IlB的設備中，儲存器1104中的空氣可通過導管1110A轉移并儲存在船體1103A、B中。
圖IlA和IlB的設備的轉子以與圖1、2和3的設備上的轉子非常相似的方式布置，其中當液體流動的速率下降時，轉子的旋轉速率降低，并且轉子落入水中。一旦轉子到達某一位置，就使閥起動以從儲存器1104和浮子1105A、B中釋放空氣，所釋放的空氣轉動轉子并發(fā)電。已發(fā)現上述設備的有些示例在將驅動轉子不是十分有效的某些類型的運動(例如波動)轉化成轉動轉子更有效的運動(例如，通過使用波動以將空氣泵送至用于隨后釋放至轉子的容器)時有效。圖I至11的設備示出了空腔的一個特別布置?？梢灶A見有其他特別的空腔布置。例如，人們可使用更多或更少的空腔。此外，空腔的形狀和尺寸可與示出的半圓柱形形狀不同。圖I至11的布置示出了儲存加壓氣體以用于隨后使用的許多方式中的兩種?？梢灶A見能夠使用其他的布置。例如，人們可將空氣儲存在船的船體中，例如雙體船或三體船的等多體船的一個或多個船體中。 圖I至11的設備示出了使用齒輪和鏈條布置來驅動發(fā)動機。本領域的技術人員將認識到的是，例如可以使用驅動軸來作為替代性布置，以便將轉子耦合至發(fā)動機。此外，轉子可以是發(fā)電機的組成部分。例如，轉子可設置有磁體，并且轉子殼體或轉子支架可設置有用于發(fā)電的其他必需部件。轉子的旋轉在該情況下引起磁體的移動，并且因此產生電力。圖I至11的設備布置成產生電能。雖然本發(fā)明的方法和設備便于產生和傳送電能，但所述方法和設備可用于產生其他的能量形式。在前述說明中提及了已知的、明顯的或可預見的等同整體或元件的情況下，這樣的等同在此可被單獨提出。為確定本發(fā)明的真實范圍，應參考被解釋成包括所有這樣的等同的權利要求書。讀者還應意識到的是，本發(fā)明的被描述成優(yōu)選的、有利的、便利的等等的整體或特征是可選擇的，并且不應限制獨立權利要求的范圍。
權利要求
1.一種用于發(fā)電的方法，包括步驟 (i)提供一轉子，所述轉子的至少一部分浸入液體；以及 ( )使氣體通過所述液體并與所述轉子接觸，所述氣體使所述轉子旋轉。
2.根據權利要求I所述的方法，包括在第一時間點時在第一運轉狀態(tài)下運轉和在第二時間點時在第二運轉狀態(tài)下運轉，其中在所述第一運轉狀態(tài)下所述轉子的旋轉由液體的流動引起(而不是由被傳到所述轉子的氣體引起)，在所述第二運轉狀態(tài)下所述轉子通過傳到所述轉子的氣體而旋轉。
3.根據權利要求2所述的方法，包括在對所述第一運轉狀態(tài)下的運轉缺乏足夠刺激的情況下進行所述第二運轉狀態(tài)下的運轉。
4.根據權利要求2或3所述的方法，其中在所述第一運轉狀態(tài)下進行運轉以便將氣體 推壓到用于儲存氣體的容器中，所述氣體被釋放以便產生所述第二運轉狀態(tài)下的運轉。
5.根據權利要求2至5中的任一項所述的方法，其中所述第一運轉狀態(tài)下的液體流動為潮汐流。
6.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中所述氣體是空氣，并且所述液體是水。
7.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中步驟(ii)包括使氣體從所述轉子下方通過。
8.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中所述氣體通過加熱所述液體產生。
9.根據權利要求I至7中的任一項所述的方法，其中氣體通過使用負壓被傳到所述轉子。
10.根據權利要求I至7中的任一項所述的方法，其中氣體通過使用正壓被傳到所述轉子。
11.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中所述轉子設置有用于接納氣體的多個空腔。
12.根據權利要求11所述的方法，其中步驟(ii)包括將大量氣體積聚在至少一個空腔中。
13.根據權利要求12所述的方法，其中步驟(ii)包括將大量氣體積聚在至少兩個空腔中。
14.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，其中步驟(ii)包括使用所述氣體的浮力來使所述轉子旋轉。
15.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，包括提供一容器以便儲存隨后被釋放到所述轉子的氣體。
16.根據權利要求15所述的方法，其中所述氣體以不超過3個大氣壓的壓力儲存。
17.根據前述權利要求中的任一項所述的方法，包括在第一時間點時在第一運轉狀態(tài)下運轉和在第二時間點時在第二運轉狀態(tài)下運轉，其中第一運轉狀態(tài)可選擇地包括所述轉子的旋轉(但該旋轉不是通過被傳到所述轉子的氣體引起)，在所述第二運轉狀態(tài)下所述轉子通過傳到所述轉子的氣體而旋轉，其中所述轉子在所述第一運轉狀態(tài)下不旋轉，在所述第一運轉狀態(tài)下通過風力或波動來發(fā)電。
18.根據權利要求17所述的方法，包括在對所述第一運轉狀態(tài)下的運轉缺乏足夠刺激的情況下進行所述第二運轉狀態(tài)下的運轉。
19.根據權利要求17或18所述的方法，其中在所述第一運轉狀態(tài)下的運轉將氣體推壓到用于儲存氣體的容器中，所述氣體被釋放以便產生所述第二運轉狀態(tài)下的運轉。
20.一種通過氣體發(fā)電的設備，所述設備包括 轉子，其至少部分地浸入液體； 所述轉子設置有用于接納氣體的多個空腔，所述轉子可通過接納在一個或多個所述空腔中的氣體來旋轉。
21.根據權利要求20所述的設備，其中所述設備可在第一運轉狀態(tài)下運轉和在第二運轉狀態(tài)下運轉，其中在所述第一運轉狀態(tài)下，所述具有空腔的轉子通過液體的流動旋轉，在所述第二運轉狀態(tài)下，所述轉子通過輸送至所述具有空腔的轉子的氣體旋轉。
22.根據權利要求21所述的設備，所述設備被布置成在對所述第一運轉狀態(tài)下的運轉缺乏足夠刺激的情況下，進行所述第二運轉狀態(tài)下的運轉。
23.根據權利要求22所述的設備，包括用于儲存氣體的容器，所述設備可操作，以便在缺乏給定大小的液體流動的情況下，所述轉子采取某一位置或取向，以便從所述容器釋放氣體。
24.根據權利要求21至23中的任一項所述的設備，其中所述第一運轉狀態(tài)下的運轉將氣體推壓到用于儲存氣體的容器中。
25.根據權利要求24所述的設備，包括用于將氣體推壓到用于儲存氣體的容器中的壓縮機。
26.根據權利要求20至25中的任一項所述的設備，包括用于將氣體供應至所述轉子的>j-U ρ α裝直。
27.根據權利要求26所述的設備，其中所述用于供應氣體的裝置包括以下中的一個或多個用于儲存氣體的容器，用于儲存液體的容器，用于將所述液體加熱成氣態(tài)的加熱器，用于將氣體引導至所述轉子的閥，以及氣泵。
28.根據權利要求20至27中的任一項所述的設備，其中所述至少一個空腔由一個或多個可選擇地與所述轉子的其它表面結合的轉子葉片形成。
29.根據權利要求28所述的設備，其中所述葉片中的每一個葉片從轉子輪轂突出，相鄰的葉片與所述輪轂的鄰近所述葉片的表面相結合而形成空腔。
30.根據權利要求28所述的設備，其中所述至少一個葉片在兩個端板之間延伸，所述端板與所述葉片形成空腔。
31.根據權利要求20至30中的任一項所述的設備，其中所述至少一個葉片是細長的。
32.根據權利要求20至31中的任一項所述的設備，其中所述至少一個葉片是凹形的。
33.根據權利要求20至32中的任一項所述的設備，其中所述轉子設置有5至8個空腔。
34.根據權利要求20至33中的任一項所述的設備，所述轉子布置成使得在空腔變成過度充滿氣體的情況下，離開所述空腔的至少一部分氣體被不同的空腔接納。
35.根據權利要求20至34中的任一項所述的設備，包括浮動平臺。
36.根據權利要求20所述的設備，其中所述設備可在第一運轉狀態(tài)下運轉和在第二運轉狀態(tài)下運轉，所述第一運轉狀態(tài)可選擇地包括所述具有空腔的轉子的旋轉，在所述第二運轉狀態(tài)下，所述轉子通過輸送至所述具有空腔的轉子的氣體而旋轉，所述設備設置有用于在所述第一運轉狀態(tài)下發(fā)電的主發(fā)電致動器。
37.根據權利要求36所述的設備，所述設備被布置成在對所述第一運轉狀態(tài)下的運轉缺乏足夠刺激的情況下，進行所述第二運轉狀態(tài)下的運轉?！?br> 全文摘要
本發(fā)明提供了一種用于發(fā)電的方法，包括步驟(i)提供其至少一部分浸入液體的轉子(3、508、602、702、802、902、1002)；以及(ii)使氣體通過液體并與所述轉子接觸，所述氣體使所述轉子旋轉。
文檔編號F03B13/26GK102893021SQ201180014833
公開日2013年1月23日 申請日期2011年3月18日 優(yōu)先權日2010年3月19日
發(fā)明者羅伯特·利姆 申請人:瑞蘭特里斯能源有限公司