专利名称：水动力循环发电技术的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能源发电设备。具体而言，本发明涉及在流体体内使用静水压力梯度产生能量的能源发电设备。
背景技术：
通常，已经使用煤、天然气以及油等化石燃料产生功率，比如电力。然而，当今，由于化石燃料储量减少以及使用化石燃料进行发电对环境具有影响，所以用于发电的更清洁的替代能源越来越受欢迎。即使这些替代能源环保得多，但是由于发电效率低、与现有化石燃料技术相比其成本高、并且缺乏审美情趣(包括健康问题)(比如风电场)，所以这些替代的发电技术(太阳能、风能、波能、地热能等等)一直在努力赢取广泛的接受。因此，如果能够提供有效发电而不对环境造成有害影响的发电设备，那么这就会是一种优势。要清楚的是，如果在本文中引用现有技术刊物，那么该引用不会承认该刊物在澳大利亚或任何其他国家构成该领域的部分普通常识。在整个说明书中，采用术语“comprising”及其语法上的等同物，从而具有包含的意义，除非使用情景中表明并非如此。
发明内容
本发明的主题在于提供可克服至少某些上述缺点的能源发电设备，或者提供有用的或商业上的选择。—方面，本发明在广泛的意义上属于能源发电设备，包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器分成与储存容器流动连通的第一部分以及与第二流体的源极流动连通的第二部分，其中，第一流体从储存容器流入排出容器的第一部分，造成从排出容器的第二部分排出第二流体，所以从排出容器的第二部分流出第二流体，从而驱动能源发电装置。任何适当的储存容器可用于能源发电设备中。然而，优选地，储存容器为可保持流体的水槽或类似的容器。在本发明的某些实施例中，可具有多个储存容器。储存容器可具有任何尺寸、形状或配置。然而，在本发明优选的实施例中，储存容器较高，以便在储存容器内产生充分的流体源头，从而确保有效地操作该设备。在本发明的实施例中，具有多个储存容器，这些储存容器可具有彼此相同或不同的高度。这些容器可设置或配置成以不同的形式(包括垂直地或水平地)彼此连通。优选地，将储存容器安装到其下端的一个支架中，可使用任何适当的支架。比如，将该储存容器安装到地面、基底(比如，混凝土板)、地基、平台等等。在本发明的某些实施例中，储存容器可安装到移动式支架(比如，移动式平台、车辆)中，或者安装在容器、板条箱等等内，从而可按照规定将该设备运输到不同的位置。
储存容器可具有任何适当的横截面形状。比如，储存容器的横截面可为圆形、方形、矩形、椭圆形或任何其他形状。第一流体可为任何适当的流体，比如但不限于水(包括海水、未净化的水、淡水、循环水等等)、油或油混合物或任何其他合适的流体。如果该设备用于寒冷的气候中，那么可将乙二醇等流体(或者任何其他合适的凝固点较低的流体)用作第一流体。假设储存容器内的液面在每个循环中都比较稳定时，由于各种原因，包括蒸发、溢出、泄漏等等，液面可能发生波动。因此，在本发明的某些实施例中，可提供用于在储存容器内装满流体的装置。可使用任何适当的装置，比如，保持储存或备存第一流体，该流体通过水龙头、阀门等等与储存容器流动连通。或者，可将新鲜的第一流体持续地送入储存容器内，以便保持第一流体具有不变的液面。在其他实施例中，需要时，可从圆桶等等中加入额外的第一流体。如上所述，一个或多个排出容器的第一部分与储存容器流动连通。第一流体可使 用任何适当的技术从储存容器流入第一部分。比如，在重力作用下，可将第一流体馈送给排出容器的第一部分。或者，在排出容器和储存容器之间可抽取或吸取第一流体。在本发明的某些实施例中，具有多个排出容器，假设储存容器与每个排出容器的每个第一部分流动连通。在某些实施例中，该设备可具有与储存容器流动连通的均衡腔室，部分第一流体可储存在该储存容器内。假设均衡腔室内的液面与储存容器内的液面大致相同。为此，均衡腔室最好沿着储存容器的至少一部分高度延伸。均衡容器可位于储存容器内部或储存容器外部。在本发明的某些实施例中，尤其是具有多个排出容器的那些实施例中，可提供多个均衡腔室。在某些实施例中，至少一个均衡腔室可具有均衡贮存器，该均衡贮存器与其上部区域相关联。均衡贮存器可具有任何适当的尺寸、形状或配置，并且可适合于在其内保持任何适当的流体量。优选地，均衡贮存器与均衡腔室和储存容器流动连通。假设在本发明的某些实施例中，多个均衡腔室均可具有均衡贮存器。或者，单个均衡贮存器可与多个均衡腔室相关联。在其他实施例中，每个均衡腔室可具有其自身的均衡贮存器。优选地，均衡贮存器内具有一个或多个可移动的屏障。虽然在本发明的某些实施例中，可移动屏障可为活塞，但是可使用任何适当的移动屏障。使用任何的技术，比如，重力、流体压力、机械、水力或气动装置或其任何组合，活塞可进行运动。可移动屏障的目的在于将流体送回储存容器中，以及下面通过可移动屏障(即，均衡腔室)施加力量时，提供均衡压力。在本发明的某些实施例中，均衡贮存器内的可移动屏障可与排出腔室内的可移动屏障相关。这样，可移动屏障可大致进行往复运动。可移动屏障可具有穿过其中的一个或多个开口，以便允许流体在储存容器和均衡腔室之间穿过。优选地，一个或多个开口具有控制装置，以便防止不需要的流体流动，并且控制流体流动的容量和时间。可提供任何适当的控制装置，比如但不限于一个或多个盖体、滤网、阀门等等。优选地，一个或多个开口中的每个开口具有阀门，以便控制流体流动。
在优选的实施例中，均衡腔室包括连接到储存容器的外部表面并且通过第一入口和第二入口与储存容器的内部流动连通的管道、导管等等，第一入口位于储存容器的上部分，第二入口位于储存容器的下部分。这样，均衡腔室内的液面与储存容器内的液面大致相同。优选地，均衡腔室具有至少一根输送管，适合于在储存容器和排出容器之间输送第一流体，反之亦然。虽然在本发明优选的实施例中，输送管位于均衡腔室下部分内，但是该输送管可具有任何适当的尺寸、形状和配置，以便确保在储存容器内，可通过较低的液面输送第一流体。在本发明的某些实施例，可将多根输送管从均衡腔室中提供到排出腔室中。在其他实施例中，单个均衡腔室可用于将第一流体输送给两个或多个排出容器。在本发明的该实施例中，一个或多个输送管可在均衡腔室和每个排出腔室之间延伸。在优选的实施例中，第一流体通过均衡腔室从储存容器中流入排出容器内。虽然在优选的实施例中，均衡腔室在其上部分内具有抽取装置，但是任何适当的技术可用于将第一流体输送到排出腔室内，该抽取装置适合于协助第一流体在储存容器和排出容器之间移动。由于储存容器内的液面与均衡腔室内的液面大致相同，所以抽取装置(该装置可为泵 或者任何其他合适的装置)操作时使用的功率最小。抽取装置可按照规定连续地或间歇地进行操作。利用U型管内的水位试图均衡这一特性，在抽取装置内可使用最小的功率。结果，流体从一个或多个输送管移动到储存容器，通常仅仅需要克服最小的静压头。这种操作原理表明一个或多个均衡腔室可位于储存容器上不同的高度，不会损害使用的电力最小这一优点，而较高的储存容器会造成静水压力增大，该静水压力可用作转换成功率的势能。仅仅通过使用抽取装置，流体可流过一个或多个输送管并且流入排出容器。或者，可提供额外装置，以便协助第一流体在储存容器和排出腔室之间流动。可提供任何适当的装置，比如但不限于一个或多个喷射器，该喷射器适合于产生文丘里效应，以便协助第一流体在储存容器和排出腔室之间传输。在另一个实施例中，均衡腔室可具有活塞等等，以便协助流体在储存容器和排出腔室之间传输。在本发明的该实施例中，假设均衡腔室可具有与储存容器流动连通的多个入口以及与排出容器(比如，通过输送管)和/或储存容器流动连通的多个出口。优选地，多个入口处于储存容器内不同的高度。在本发明优选的实施例中，多个入口和多个出口的每一个具有阀门等等。假设均衡腔室可具有相同数量的入口和出口。在本发明的一个实施例中，均衡腔室可包括与储存容器连通的两个入口。优选地，活塞位于这两个入口之间的高度，从而将均衡腔室分成第一腔室(位于活塞之上并且与第一入口连通)以及第二腔室(位于活塞之下并且与第二入口连通)。由于流体通过多个入口和出口流入和流出均衡腔室，所以响应于流体流动，活塞可运动。活塞的这种运动可用于发电，比如，通过将活塞和发电装置(比如，发电机等等)相关联。 在本发明的某些实施例中，可通过输出管将第一流体输送给排出容器，并且该第一流体可用相同的方式流回储存容器。或者，该设备可具有一个或多个导管，通过该导管，第一流体可从排出容器流入储存容器。在本发明的这个实施例中，一个或多个输送管和/或一个或多个回流管可具有止回阀，以便确保第一流体可仅仅通过这些导管在单个方向流动。
在本发明的另一个实施例中，一个或多个中间腔室可位于储存容器和一个或多个排出容器之间。一个或多个中间腔室可用于排出这些排出容器内的流体，并且将流体返回储存容器。因此，中间腔室与储存容器和排出容器流动连通。一个或多个中间腔室可具有任何适当的尺寸、形状或配置。在优选的实施例中，一个或多个中间腔室中的每个腔室内可包括可移动屏障。虽然在本发明优选的实施例中，可移动屏障包括活塞，虽然假设可移动屏障可包括螺旋轴、皮带轮、螺旋输送机、囊袋、隔膜、齿轮装置、泵、液压致动器、气动装置、磁体等等或其任意组合，但是可提供任何适当的可移动屏障。任何适当的装置可驱动可移动屏障在中间腔室内运动。比如，可移动屏障的运动可为手动或自动(比如，通过使用电机等等)。在另一个实施例中，中间腔室内的可移动屏障可与一个或多个排出容器内的可移动屏障相关联，所以可移动屏障在一个或多个排出容器内运动，从而在中间腔室内的可移动屏障内产生相应的运动。 使用任何适当的技术，排出容器内的可移动屏障可与中间腔室内的可移动屏障相关联，这些技术比如但不限于线性部件形式的连接装置(绳索、链条、电线、电绳、螺旋轴、皮带轮、螺旋输送机、囊袋、隔膜、齿轮、泵、液压致动器、气动装置、磁体等等或其任意组合)，该连接装置在各个可移动屏障、电子驱动装置等等之间延伸。排出容器可具有任何适当的尺寸、形状或配置。比如，排出容器可具有任何适当的横截面形状，比如，方形、圆形、六边形等等。在本发明的某些实施例中，该设备可具有多个排出容器。在该实施例中，多个排出容器中的每个容器可具有相同的尺寸或不同的尺寸。同样，排出容器可与储存容器处于相同的高度或不同的高度。然而，优选地，多个排出容器可与储存容器处于不同的高度，以便产生叠加效应，从而允许该设备通过一系列条件进行操作。在本发明优选的实施例中，一个或多个排出容器与储存容器具有不同的尺寸(直径、闻度等等)。如上所述，可提供一个或多个排出容器。在本发明的实施例中，提供多个排出容器，这些排出容器可处于彼此相同的方向或处于彼此不同的方向。排出容器的第一部分可为腔室，该腔室适合于在该设备的某部分运行周期，保持第一流体的量，而排出容器的第二部分可为腔室，该腔室适合于在该设备的某部分运行周期，保持第二流体的量。第二流体也可具有任何适当的流体，并且可为与第一流体相同的流体或不同的流体。在优选的实施例中，选择第二流体，从而促使以最有效的方式(即，传输到能源发电装置的能量最大、摩擦损耗最小等等)驱动能源发电装置。因此，第二流体最好为粘性较低的流体。在本发明优选的实施例中，第二流体为气体。虽然在本发明的某些实施例中，气体可为空气，但是可使用任何适当的气体(或者气体混合物)。在本发明优选的实施例中，排出腔室的第一部分和第二部分通过屏障彼此分离，从而防止第一和第二流体彼此接触。虽然在优选的实施例中，该屏障可为可移动屏障，但是该屏障可具有任何适当的形式。因此，根据排出容器内屏障的位置，第一和第二部分的容量可变化。在本发明的某些实施例中，可提供多个可移动屏障。比如，第一部分可具有第一屏障，第二部分可具有第二屏障。在本发明的实施例中，具有多个屏障，这些屏障可彼此单独地移动。然而，在优选的实施例中，这些屏障可相互配合地移动。这些屏障可具有彼此相同或不同的尺寸(比如，直径等等)。在本发明的实施例中，具有多个排出容器，排出容器内的屏障可具有彼此相同或不同的尺寸。在本发明优选的实施例中，屏障包括活塞，从而第一流体流入排出容器的第一部分，促使屏障在第一方向运动，从而造成从排出容器内排出第二流体。同样，第二流体流入排出容器的第二部分内，可造成屏障在第二方向移动，从而造成从排出容器中排出第一流体。
在某些实施例中，通过使用任何适当的驱动装置，比如但不限于一个或多个电机，可至少部分地协助屏障进行运动(尤其在第二方向)。在该实施例中，屏障使用驱动装置进行运动，可协助将大量第二流体吸入排出容器的第二部分内。优选地，排出容器的第一部分可包括一个或多个通气孔，这些通气孔适合于允许将第一部分内的任何空气或其他气体排入大气内，以便防止在第一部分内产生真空。或者，通过一个或多个涡轮机，可传递所排出的空气或气体，以便通过空气或气体流动，进行发电。在优选的实施例中，排出容器的第二部分包括第二流体入口。第二流体入口可连接到第二流体的任何适当的源极，比如，贮存器等等。或者，在本发明的实施例中，第二流体为空气，通过第二流体入口，可将空气直接从大气中吸入第二部分内。在某些实施例中，第二流体入口具有一种装置，该装置防止第二流体通过第二流体入口从排出腔室流出，该装置比如为止回阀。在本发明的某些实施例中，排出容器的第二部分可由相对可膨胀的材料制成，从而第二部分可膨胀。或者，可膨胀装置(比如，囊袋等等)可位于排出容器的第二部分内，从而第二流体流入第二部分，造成可膨胀装置膨胀。在交替的实施例中，第二部分在汽缸、存储单元等等内可包括气密式活塞。在优选的实施例中，可膨胀装置与屏障相关联，从而屏障进行运动，以便排出第一部分，从而将第二流体吸入可膨胀装置内。比如，可膨胀装置可连接到屏障。一旦可膨胀装置到达所需要的膨胀液面，那么允许第一流入进入第一部分，从而促使屏障进行运动，这种运动反过来造成排出第二部分或排出第二部分内的可膨胀装置。使用任何适当的排放装置，可从第二部分排放第二流体。然而，在某些实施例中，通过一根或多根管道、导管、歧管、喷嘴等等或其组合，可排放第二流体。在优选的实施例中，排放装置可具有一种装置，该装置防止第二流体通过排放装置返回第二部分。可提供任何适当的装置，比如但不限于止回阀。如上所述，从第二部分流出的第二流体流动，造成驱动能源发电装置。该能源发电装置可具有任何适当的形式，比如但不限于具有与发电机等等相关的一个或多个风扇、涡轮机、螺旋桨等等形式的旋转装置，从而旋转装置的旋转造成在发电机内发电。或者，能源发电装置可包括与发电机相关的重力装置，从而重力装置的运动造成在发电机内发电。可提供任何适当的发电装置，比如一个或多个平衡器等等。在本发明的实施例中，具有多个排出容器，多个排出容器中的每个容器可同时操作，或者至少一个排出容器可操作，以便其周期与其他排出容器的周期不同。在某些实施例中，多个排出容器可通过不同的周期进行操作，从而在未生成功率时，将“停滞”时间(也称为“无效周期”)的时间量最小化。用于该设备的排出容器的数量取决于功率循环。比如，如果该功率循环在每个排出容器内具有10秒的动力冲程，那么总共需要10个排出容器，以便避免无效周期。假设根据该设备的尺寸和规格，本发明的设备的发电范围能够在kWh或MWh内。能源发电装置可暴露于环境条件中。或者，能源发电装置可位于发电腔室内，该发电腔室通过排放装置与第二腔室流动连通。这样，可保护能源发电装置不受到外部干扰(t匕如，风力等等)，并且可控制第二流体流过旋转装置，从而造成可能传输最多的能量。一旦第二流体已经流过旋转装置，那么可获取第二流体，并且将第二流体再次循环到第二腔室内或者排放到大气中。在本发明的某些实施例中，每个发电腔室可具有多个旋转装置。或者，从多个排出容器中排放的第二流体可结合在并且引向一个或多个旋转装置。
另一方面，本发明在广泛的意义上属于能源发电设备，包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器包括活塞，所述活塞将排出容器分成与储存容器流动连通的第一腔室以及与第二流体的源极流动连通的第二腔室，其中，第一流体从储存容器流入第一腔室，促使活塞运动，从而造成从第二腔室排出第二流体，所以从第二腔室流出第二流体，从而驱动所述能源发电装置。假设本发明的设备可用于发电，比如，用于任何适当的应用程序中的电力。然而，也假设本发明的设备可用于产生交通工具的推进力，尤其是公路车辆或海上载具。也假设本发明可与国际专利申请号PCT/AU2008/001888的能源发电设备结合使用，该案之全文以引用的方式并入本文中。以下表I开始计算本发明的能源发电设备在第一、第二和第三阶段的功率。表I-第一、第二和第三阶段的功率计算
水塔高度|13~ I有效压|12I以下AffC排出管| 75 I附加载荷:~
(m)头(m)T (m)
Rtc/ j容 M F/P(N j头 Cm)
泵 (raYs /S)
)
Retpec 尺 |直抒 I~|2Ph IPhiR 卜(m) |容量 |容~S7I 1923. O. 392 3846. (Π寸(nan ^ ( iR Sq(m3) (I)25 5 5
)m)
权利要求
1.一种能源发电设备，包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器分成与储存容器流动连通的第一部分以及与第二流体的源极流动连通的第二部分，其中，第一流体从储存容器进入排出容器的第一部分的流动导致第二流体从排出容器的第二部分的排出，以使第二流体从排出容器的第二部分的流动驱动所述能源发电装置。
2.根据权利要求I所述的能源发电设备，其中，所述排出容器的第一部分包括腔室，所述腔室适合于在所述设备的运行周期的一段时间保持第一流体的量。
3.根据权利要求I或2所述的能源发电设备，其中，所述排出容器的第二部分包括腔室，所述腔室适合于在所述设备的运行周期的一段时间保持第二流体的量。
4.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述第一和第二流体为彼此不同的流体。
5.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述第二流体为气体或气体混合物。
6.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述排出容器的第一和第二部分通过可移动屏障彼此分离。
7.根据权利要求6所述的能源发电设备，其中，第一流体流入排出容器的第一部分，促使可移动屏障在第一方向移动，从而造成从排出容器的第二部分排出第二流体，并且其中，第二流体流入排出容器的第二部分，促使可移动屏障在第二方向移动，从而造成从排出容器排出第一流体。
8.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述能源发电装置包括与发电机相关的旋转装置，从而旋转装置的旋转造成在发电机内发电。
9.根据权利要求I到7中任一项所述的能源发电设备，其中，所述能源发电装置包括与发电机相关的重力装置，从而旋转装置的旋转造成在发电机内发电。
10.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述设备具有多个排出容器。
11.根据权利要求10所述的能源发电设备，其中，每个排出容器的第一和第二部分通过可移动屏障彼此分离。
12.根据权利要求11所述的能源发电设备，其中，至少一个排出容器内的可移动屏障与另一个排出容器内的可移动屏障具有不同的直径。
13.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述设备进一步具有与储存容器流动连通的均衡腔室。
14.根据权利要求13所述的能源发电设备，其中，所述均衡腔室具有与均衡腔室的上端相关的均衡贮存器。
15.根据权利要求14所述的能源发电设备，其中，所述均衡贮存器与储存容器和均衡腔室流动连通。
16.根据权利要求14或15所述的能源发电设备，其中，所述均衡贮存器具有可移动屏障，所述屏障与一个或多个排出腔室中的至少一个排出腔室内的可移动屏障相关联。
17.根据权利要求13到16中任一项所述的能源发电设备，其中，所述均衡腔室包括连接到储存容器的外部表面并且通过第一入口和第二入口与储存容器的内部流动连通的管道、导管等等，第一入口位于储存容器的上部分，第二入口位于储存容器的下部分。
18.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，一个或多个中间腔室位于储存容器和一个或多个排出容器之间。
19.根据权利要求18所述的能源发电设备，其中，一个或多个中间容器内部具有可移动屏障。
20.根据权利要求19所述的能源发电设备，其中，一个或多个中间容器的可移动屏障与一个或多个排出容器内的可移动屏障相关联，从而一个或多个排出容器内的可移动屏障的运动在中间腔室内的可移动屏障内产生相应的运动。
21.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，多个排出容器相对于储存容器位于不同的高度。
22.一种能源发电设备，包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器包括活塞，所述活塞将排出容器分成与储存容器流动连通的第一腔室以及与第二流体的源极流动连通的第二腔室，其中，第一流体从储存容器流入第一腔室，促使活塞运动，从而造成从第二腔室排出第二流体，以使从第二腔室流出第二流体，从而驱动所述能源发电装置。
23.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，一个或多个排出容器的尺寸与储存容器的尺寸不同。
全文摘要
一种能源发电设备包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器分成与储存容器流动连通的第一部分以及与第二流体的源极流动连通的第二部分，其中，第一流体从储存容器流入排出容器的第一部分，造成从排出容器的第二部分排出第二流体，以使从排出容器的第二部分流出第二流体，从而驱动所述能源发电装置。
文档编号F03B17/04GK102884319SQ201180020358
公开日2013年1月16日 申请日期2011年4月14日 优先权日2010年4月21日
发明者詹姆士·夸克 申请人:詹姆士·夸克