专利名称：多用途动能回收设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及多用途动能回收设备，所述设备用于获取能量并将能量转化成适合利用的形式。更具体地，但不排他地，本发明属于能量收集，所述能量收集是指从以下来源获取能量并将能量转化成更适合利用的形式的能量，所述来源包括海洋力以及使用相同发明概念的动力。动力是指由于动物、四轮马车、车辆、自行车、火车、飞行器、人类或机器的运动而在运动时经历的力，例如在运行期间重复性地开和关的阀以及人类走路所产生的压缩的力都可以在本发明中被利用。
背景技术：
紧迫的传统化石燃料短缺推动了发展可替代的可再生能源以及动能回收设备和系统的需求。这些系统和设备通常遭遇下述之一或其他的问题产生的每单位的电力通常非常昂贵和/或具有非常高的初始成本；系统和设备看起来相当大，还可能噪音很大；以及，除了具有低效益以外，还可能需要大的土地空间份额。其他的设备可能将流体泵送至能量发生器(可能包括涡轮)，在本发明中产生流体的一个设备可以产生电力。此外，这些系统还没有证明使用一个单一发明概念而从多于一种来源获取和转化能量的多用途性，这是本发明的独特特征之一。本领域发明包括US7，781，903，US 4，281，257，US 4，208，878 和US2008/0315588，它们教导基于压缩空气或洋流来运转液压发动机或电力发电机的海洋能转化设备；W02006/106399阐述带有作为能量回收系统的一部分的弹性体致动器的车载式压缩空气产品设备；W0 2005/005831与上述发明相似，机械上更复杂。US 3，879，152教导用于产生电力的流体驱动的旋转反动式涡轮，尽管此发明具有内部的腔，但该腔不是用于在使用时储存压缩流体以稳定来自涡轮的电力，而该特征是本发明申请的一个独特特征。在“用于地热应用的径向外流反动式涡轮概念的分析”(Analysis of aradial-outflow reaction turbine concept for geothermal application， LawrenceLivermore Lab，P. A House，1978年5月25日，1-7页)中，阐述了以蒸汽驱动的径向外流反动式涡轮。该参考文献还示出了 Barker磨坊，该磨坊涉及通过使用由高处穿过通道下落并离开径向外流反动式涡轮的水来旋转磨石以驱动磨机。在《机械学的科学其发展的批判和历史》(The Science of Mechanics:ACritical and Historical Account of its Development,Ernst Mach,Open Court, 1960,第六版，388-390页)[从http://books, google, com下载]中，示出一径向流出润轮，当该涡轮将空气吸入和使空气从涡轮流出时，该径向外流涡轮的旋转行为被评估，这是纯粹的非技术应用导向的分析。
US 4，996，840教导一利用力学原理从波浪的升降运动来产生旋转运动的设备。
发明内容
本发明的一个目的是从单一发明概念提供流体设备和方法，所述单一发明概念是能够由不同的来源回收动能。本发明的另一个目的是提供涡轮，所 述涡轮具有一体的压缩流体储存器，所述储存器即使在涡轮未接收压缩流体时，也可被用以使得涡轮旋转。本发明还有另一目的是提供带有转子的发电机，所述转子以涡轮形式存在，所述涡轮由于流体从涡轮流出而旋转，所述涡轮具有一体的压缩流体储存器。本发明再有一目的是提供动能回收设备，所述动能回收设备完全获益于由增压的流体向旋转的涡轮的持续注入而产生的角动量。本发明再有另一目的是提供动能回收设备作为海洋能回收设备使用。本发明再有另一目的是提供动能回收设备作为动力能量回收设备使用。本发明另外再有一目的是提供动能回收设备作为减震器使用。通过阅读本申请，其他目的将变得清晰。简而言之，本申请作为多用途的动能回收设备而发挥作用，所述动能回收设备被致动以使能量从一种形式被转化为一更适合利用形式。对于海洋能实施方案，我们将致动器称作“漂浮单元”(Flotation-Unit)，漂浮单元是随着海洋力移动的设备，海洋力归因于波浪或海洋内部的扰动。当漂浮单元在水的表面之上，主要作用于所述漂浮单元的力被预期为波浪产生的力，该力使漂浮单元往复运动；当没入水中时，漂浮单元可采用翼或其他部件的形式，这些形式的漂浮单元可以左右摇摆并且随着水的扰动而移动。对于动力实施方案，致动器可以包括弹性体部件，可以是弹簧、弹性板或其他弹性的部件，所述弹性体部件可通过移动的主体施加压力于其上而被致动，我们将这种致动器称为“恢复性压缩单元”(Compressive Restorative Unit)。对于此实施方案,我们将关注于动力交通。为了突显本发明的多用途性和一致性，我们需要注意的是在海洋和动力交通方案二者中，动能回收设备的致动器都是用于单一目的，即最终移动流体，因此我们将二者的致动器称为“压力响应泵浦部件”(Pressure-responsive Pumping Element)。压力响应泵浦部件还可以包括活塞,在本文示出的优选的实施方案中是包括活塞的。本发明的致动器被激活以推动压缩流体通过一流体密封的通道。所述流体随后进入旋转部件的径向通道，随后在所述径向通道之中的开口(优选地以切向)流出，从而允许旋转部件旋转并产生能量。这使旋转部件成为“径向外流反动式润轮”(Radial OutflowReaction Turbine),因为旋转部件的旋转归因于流体从转子被排出的反作用，而不同于通过使流体撞击涡轮叶片或流经涡轮叶片而使其旋转的传统涡轮。涡轮可以驱动发电机。
本发明的一些优选的、非限制性的实施方案(明显的细节已被省略)参照附图以实施例的方式被描述，其中图I是简化的方框图，示出多用途的动能回收设备系统的各种组件。图2是本发明第一实施方案的剖视图，示出了海洋能实施方式。图3为针对动能回收设备的前述第一实施方案的致动器机械装置的前视图的一体系和第一实施方案。图4是本发明第二实施方案的剖视图，示出了本发明的动力致动的方案。主要组件符号说明001 漂浮单元 100储存腔002 旋转单元 110浮体 10弹性体膜 111、120 开口20活塞杆 112 截顶锥形部分21帽 114 圆柱体腔25机械弹簧 125、130、135单向阀30活塞 150 发电机40、45弹性体材料160 排气孔41 圆柱体腔170 管道50 旋转单元帽180 无60 静止部分外壳 190涡轮外壳70 轴向通道310 浮体80 旋转联接机械装置312、314浮动致动器84 板316、318杆状致动器88 盘形涡轮320 杆状物90 出口通道325 能量设备致动装置
具体实施例方式现以附图作为辅助给出对实施方案的详细描述。参照图1，代表本发明的五个单元被呈现，虚线指示系统或设备的可选的单元。“流体流单元”(Fluid Flow Unit)代表恢复性压缩单元和漂浮单元二者，即压力响应泵浦部件，流体流单元也可以代表提供被推动的流体流的实体，例如机动车辆的排气管或洒水系统的供水装置。当恢复性压缩单元被致动，一回复力通过弹性装置被提供，以使恢复性压缩单元恢复到其的初始位置。但是对于漂浮单元，流体的运动引起漂浮单元从其初始位置移动，同样地，最终漂浮单元被恢复至其初始位置。因此恢复性压缩单元和漂浮单元二者可以经历周期运动。储存单元代表压缩流体储存器，其可以包括岩洞储存器(rock storage)，或任何其他合适的流体密封的容器。旋转单元包括旋转联接机械装置(包括静止和旋转部分)和径向外流反动式涡轮类型的涡轮；旋转单元还可以包括与涡轮和发电机一体的流体储存器，这些部件可以被共同定位于单一设备或作为分布式系统的部分被分布。
一体的涡轮流体储存器被用以稳定离开涡轮的压缩流体的供给从而使涡轮的能量供给平稳。涡轮能通过至少一个开口(即排气孔)来运转，压缩流体从排气孔流出。涡轮可以采用任何适合的形式，例如，叶片或盘(飞轮)。涡轮也可以是发电机的转子，在这种情况下，涡轮接近磁场线旋转而做功，从而产生电流。如果涡轮采用飞轮的形式，则能量回收系统可以不需要随后的飞轮。以图2和图4作为辅助，描述旋转单元的运行。旋转单元具有静止的外壳60，夕卜壳60构成所述旋转单元的静止部分，外壳60内部是排空的并且形成静止的轴向通道70，当活塞在所述通道中往复运动时，所述通道被称为活塞通道，从此处起，后文将统称为活塞通道，因为在所呈现的优选的实施方案中，压力响应的泵浦部件全部优选地包括活塞，尽管活塞不是必需的。旋转联接机械装置80是流体密封的旋转机械装置，旋转机械装置容许部件自由地相对于静止部件旋转，例如旋转联接接头，所述旋转联接机械装置80位于旋转单元002的静止部分和旋转部分之间。 旋转联接机械装置80的旋转部分从下面开始并进一步延伸到优选的圆柱形涡轮外壳190的内壁的下面，而后所述旋转部分径向向外延伸，即垂直于静止的轴向通道70，结果形成具有储存腔100以及出口通道90的盘形涡轮(飞轮)88。在涡轮内有沿着涡轮外周的开口 111和120，以及位于静止的轴向通道70和储存腔100之间的单向阀130。在达到预设的压力之前，所述储存腔100是通过离开口 120较近的单向阀125流体密封的。单向阀135位于静止的轴向通道70和开口 111之间。涡轮的结构可以在本申请的范围内变化，除了其他配置之外，考虑以下的变化，假定我们具有只有两个开口的涡轮I、没有单向阀。2、有单个的仅指向开口的阀。3、有至少一个储存腔。4、有至少一个指向涡轮中央的阀。5、任何以上的组合。在所述阀中没有阀被用来将空气抽入活塞通道的位置，那么，可以使用可替代的路径，空气通过所述可替代的路径进入活塞通道。同样地，在开口被用来接纳空气(流体)进入到涡轮的位置，通道开口可以有益处地被定向而非处于对涡轮造成转矩的角度，因为即使该力是弱的，且不被预期可以使涡轮停止继续旋转，但仍会造成相反的影响。如果动能回收设备是流体密封的，那么在运行期间空气会在涡轮外壳190中的空气和活塞通道70之间循环。对于旋转单元002，当空气被被强迫到活塞通道70下方时，空气通过单向阀130流入腔100，在那里空气在开口 120处离开涡轮88，涡轮对流出的空气射流的作用是在对该力的反作用下向相反的方向旋转。类似地，当空气被强迫到通道70上方时，空气被吸入涡轮，在开口 111处进入径向通道90并通过单向阀135。涡轮对进入的空气射流的作用是继续向与前述相同的方向旋转。(需要注意的是，进气开口 111不必要成角度为产生相对涡轮的转矩)。因此，此设计是双作用的，因为其持续在活塞上行和下行二者都发挥作用，甚至可以增强其双作用能力，通过利用在活塞30上方的压缩空气，例如通过使另一旋转单元处于活塞30上，或更方便地将将所述压缩空气向下引至静止的外壳60以容许所述压缩空气通过单向阀进入到储存器腔100。如果存在，飞轮单元可以被附接于旋转单元，旋转单元使得飞轮单元旋转。发电单元是能产生机械能或电能的发电机，并且可以与旋转单元或飞轮单元(如果存在)一体(整合在其中)，或者不论与任何其他 单元一体或者不一体，都与涡轮88或飞轮单元f禹合。与发电机150耦合的涡轮88容许涡轮88的旋转运动被传递至发电机150的转子，所述发电机转而开始工作。发电机可以采用轴向或径向磁场机器的形式，可以是平的、煎饼状(印刷线路的)电动机或发电机，长的或任何合适的发电机或泵。需要注意的是，图I中的5个单元不需要定位于同一处，举例来说，对于海洋应用，流体流单元可以被附接于伸向海洋的平台，同时储存器可以在海底下的储库中，并且系统的剩余部分可以定位在陆地上，或者全部单元可以基本上是一个定位于同一处的设备，所述设备停泊或漂浮在海洋中或固定地定位于海底，既可以潜入水中，也可以或升至海洋表面。类似地，对于动力交通应用，可以使致动器处在交通的线路中，例如在道路中或在购物商场的主干通道处，同时发电机部分在人行道上或在发电站处。同样地，图I的部件或单元即使在定位于同一处时，也不需要是共轴的，举例来说，飞轮的径向轴可以与旋转单元的径向轴垂直。在本申请所有情形中，除非明确提到或具体情形暗示，不应假定各单元是定位于同一处的。如果图I的部件或单元是分布式的，那么容许增压的流体被转移的适合的流体转移装置可以被使用，例如，由铁、PVC、聚合物、复合材料制成的管道系统；纳米技术材料，如单碳材料石墨烯被发现具有包括强度的令人满意的性质；或者这些类型的材料的任意组
口 O现在，可以被用来实现优选的实施方案的致动器将被描述。海洋能实施方案图2现在将被用以阐述海洋能实施方案。漂浮单元主要包括圆形的空心浮体110，空心浮体110具有在中心定位的活塞杆20，活塞杆20从空心浮体110向下延伸穿过旋转单元帽50，其中活塞30以固定方式附接于活塞杆20较低端，形成腔70中不漏流体的密封。浮体110的较低部分是一个空心截顶锥形部分112，空心截顶锥形部分112的底座被配置为环状径向间隔的鳍片，鳍片容许水容易地穿过底座。在浮体的锥形部分112的主体中是圆柱形凹陷，凹陷形成圆柱形腔114。腔114具有环状间隔的鳍片作为底座，这容许可以进入腔114的水在浮体往复运动时容易地流入和流出。旋转单元帽50被以固定方式附接于旋转单元002的静止部分60，并且安放在静止部分60顶部之上，帽50还以固定方式分别附接于静止部分60顶部和下面的弹性体材料40和45，以吸收与帽50接触的漂浮单元001的锥形部分112在上升和下降时的震动，由此限制活塞30在活塞通道70中上升和下降的距离，从而保护活塞30防止其损坏。如果帽50也形成不透流体的密封，那么活塞30上方的压缩空气可以帮助防止活塞接触帽50。
在被致动时，漂浮单元001引起活塞30往复运动并迫使空气在旋转单元002的活塞通道70中上上下下，即旋转单元被致动从而如前所述的那样发挥作用。对于本实施方案，润轮外壳190是流体密封的,优选为抗腐蚀的外壳。排气孔160和管道170被排列成促使空气围绕发电机150循环,排气孔160位于发电机150的下方和周围，以及涡轮88的上方，以促使预期的冷的膨胀空气流离开涡轮88。船浮动机械装置图3的“船浮动”(Boat-float)系统采用漂浮设备，所述漂浮设备除了海水的举升力以外，还利用在海洋表面之上或之下的力的能力以赋予所述设备摇摆运动。船浮动系统主要包括船浮动机械装置和海洋能转换设备。船浮动系统可以通过至少一个海洋能转换设备被运转，并且船浮动系统还可以被配置为以固定方式附接于所述海洋能转换设备。船浮动系统可以可旋转地附接于安置在海底的柱状物(未示出)。但是船浮动的运行的细节将会详细叙述。
船浮动机械装置主要包括浮体，浮体具有至少一个浮动致动器和能量设备致动装置。图3示出的船浮动机械装置主要包括浮体310，浮体310是被海洋力影响的主体，既可以潜于海洋表面之下，也可以在海洋表面上方，浮体310带有附接于浮体310的浮动致动器312和314，从而容许浮体310的运动影响另一种致动装置，能量设备致动装置325在本实施例中是一简单的杆状物320，带有附接的杆状致动器316和318。杆状物320可以是能量转换设备的活塞杆，或简单地被附接于活塞杆。在本非限制性的实施方案中，杆状物320为动能回收设备的活塞杆。需要注意的是，能量设备致动装置和相应的能量转换设备还可以沿着浮体310的长度方向被安置，不仅仅是如图3所示的沿着其宽度方向安置，从而形成延伸的系统。运行如下所述，图3 Ca)中示出的处于静止状态的漂浮单元(船浮动机械装置)随着水的扰动而移动，当波浪扰动漂浮单元，漂浮单元与波浪一致移动。在此实施例中，假定波浪从右边撞击船浮动机械装置，然后浮体310如图3(b)中所示被举起，导致其右侧上升，左侧下降。当右侧上升，引起能量设备致动装置312和314依次与杆状致动器316而后318接触。这引起海洋能转换设备的右边的活塞杆向上移动。当波浪经过，浮体的右侧下降，左侧上升，引起能量设备致动装置314和312依次接触杆状致动器318和316，这引起海洋能转换设备的右边的活塞杆向下移动。在海洋能量转换设备的左边发生相反的过程，从而，动能回收设备如前所述地产生能量。动力交通实施方案图4现被用于阐述动力交通实施方案。恢复性压缩单元包括在外壳190中不漏流体的圆柱体腔41，一机械弹簧25位于外壳190中，与帽21耦合，帽21具有平的底面和弯曲的顶面，所述顶面与弹性体膜10相一致，弹性体膜10被固定在板84和190之间，从而形成不漏流体的密封，以围住腔41。所述弹性体膜为动力车辆交通的轮胎提供牵附着摩擦力。一旦被车辆碾压，弹簧25引起旋转单元002的活塞30往复运动，从而致动旋转单元002，然后旋转单元002如前所述地运转。通过在位于包括行人的动力交通路径中的几个这样的装置的顶部以合适的排列方式安置合适的平的材料，可以产生电力。除其他的用途之外，被按压从而为其电池充电的设备可以用此实施方案来实现，其可以被制造得足够小，使之可以被用在电子移动设备的小型键盘中。此实施方案，带有对于所产生的电力的储存装置，可以用作紧凑型便携式紧急供电系统、升降机使用者可以手动操作的升降机紧急电源和照明系统。本实施方案还可以用作通过按压而为其电池充电的设备，例如，电子设备键盘能量供给系统，当其被使用时，所述能量供给系统可以为设备电池充电；或者用在运用力(推或拉，或其他)激活设备的运动器材中。仅列举几个实施本发明的非限制性的实施例。考虑这样的实施方案，其中动能回收设备被用于，即被配置为用于，运输车辆的减震器。根据本发明的原理，在运行时，车辆连同减震器的阻尼圈(弹簧)构件一起的上下运动可以通过在减震器长度方向(即在其阻尼腔内)的活塞杆来移动活塞，从而使得压缩流体移动进入旋转单元并最终产生能量。
本发明通篇使用的术语和表达被用作描述性的术语，而非限制性的，因为不存在通过使用这些术语和描述排除任何与其的同等物或部分的意图。同样地，需要被理解的是，本申请呈现的所有实施方案和实施例仅以示例性的方式被提供，而非对本发明的限制。在本文已公开的内容和对本领域技术人员明显的内容的基础上，对本发明的进一步的配置、修饰和/或改进都被视为包含在本发明的精神和范围内。
权利要求
1.一种用于能量收集的动能回收设备，所述设备包括 压力响应的泵浦部件；以及 旋转单元。
2.如权利要求I所述的动能回收设备，其中最终与所述旋转单元耦合的发电机产生电力。
3.如权利要求I或2所述的用于能量收集的动能回收设备，所述设备包括 船浮动机械装置，所述船浮动机械装置用于致动至少一个动能回收设备。
4.如权利要求I所述的动能回收设备，其中所述动能回收设备被配置作为动力车辆的减震器使用。
5.如权利要求2所述的动能回收设备，所述设备还包括外壳，所述外壳具有策略性地安置的排气孔，所述排气孔促使从径向外流反动式涡轮被排出的冷空气气流被拉动经过所述发电机。
6.一种用于能量收集的动能回收设备，所述设备包括 压缩流体储存器；以及 旋转单元。
7.一种径向外流反动式涡轮，所述涡轮包括 被包围在所述涡轮主体中的至少一个腔，所述至少一个腔通过至少一个第一单向阀装置和至少一个第二单向阀装置被流体密封；所述至少一个腔通过所述至少一个第一单向阀装置接收压缩流体，所述压缩流体通过所述至少一个第二单向阀装置离开所述至少一个腔；归因于最终从所述涡轮中流出的离开的压缩流体导致的转矩，所述离开的压缩流体使得所述涡轮旋转。
8.一种用于能量收集的方法，所述方法包括 (a)由至少一个压力响应的泵浦部件产生流体；以及 (b)最终将所述流体传送到至少一个旋转单元。
全文摘要
本发明描述了用于将动能由一种形式到更适合利用的形式转化的设备、方法和系统。单一的发明概念利用压缩流体并有能力从交通(包括机动化的交通)、从海洋之上或之中的波浪或海洋能、从任何可以激活的可活动的物体转化能量。还可以从在运转中的机器收集能量。本发明可以应用于包括工业的、娱乐的或围绕家庭的很多用途。必要的组件包括能激活径向外流反动式涡轮的致动器，其中所述涡轮还可以有用以引起所述涡轮旋转的内部压缩储存器。
文档编号F01D1/32GK102777312SQ201210135420
公开日2012年11月14日 申请日期2012年5月2日 优先权日2011年5月1日
发明者鲁道夫·纳撒尼尔·布里赛特 申请人:鲁道夫·纳撒尼尔·布里赛特