专利名称：利用流体流产生电能的系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用流体流产生电能的系统，尤其是利用水流。
背景技术：
已有一系列的专利涉及利用海洋流发电的各种装置。这些专利包括下列美国专利4，313，059 ;4，335，319 ;4，383，182 ;4，500，259 ;4，580，190 ;6，006，518 ;6，109，863 ；6，734，576 ;6，781，253 ;6，849，963 ;6，856，036 ;6，955，049 ;和 6，998，730。虽然企图转化风能，美国专利No. 4，756，666的装置使用连接至一条“架空电缆铁道”的帆翼。类似地，美国专利No. 6，498，402公开连接至一条连续电缆的降落伞，用于将风能转换为电能。以及美国专利No. 3，992，125使用叶片在水下的一个壳体内运动以产生电倉泛。此外，至少还有九个其它的专利和五个专利申请有关利用水流产生电能。这些专利为下列美国专利3, 912，937 ;4，224，527 ;4，306，157 ;5，440，176 ;6，647，716 ；6, 806, 586 ;6，982，498 ;6，995，479 ;和7，011，501。这些专利申请包括下列美国专利申请2002/0034437 ；2002/0158472 ；2003/0201645 ；2005/0285404 ;和 2005/0285405。最后，还有四个专利和一个专利申请有关一个无中心轴的水电涡轮叶片。这些专利为下列美国专利5,592,816 ；RE38, 336 ;6，648，589 ;和6，9729，840。这个专利在该申请的水电涡轮内，磁铁被用作轴承以保持转子叶片的对准。为了产生电能，水电涡轮具有“……埋置在其叶片周边内的磁铁和埋置在其壳体内的磁芯。因此，叶片作为一台发电机的转子使用，以及壳体起到这样一台发电机的静子功能。由此可见，叶片的外径必须小于静子的内径。此外，有两个专利虽然没有涉及利用海洋流发电，但公开水下轨道系统。美国专利No. 3，943，644描述一个挖泥机，它使用“柔性的组合的引导拖和传送拖车组件”以移动盛有挖出淤泥的吊斗至一条船上。以及专利No. 4，422，799公开使用一个海洋铁道系统以安装水下管道。然而，上述的专利或专利申请没有使用沿着一条安装缆车的轨道由叶片驱动的缆车，或者通过车轮或借助磁悬浮。直接有关磁悬浮一般概念还有一系列的美国专利和专利申请。这些专利包括下列美国专利5, 511，488 ;5，953，996 ;6，357，359 ;6，633，217 ;6，664，880 ;和 6，899，036。专利申请的实例为2003/0005851;2003/0112105 ;2003/0217668 ;2004/0119358 ；2004/0123766 ；2005/0204948 ;和 2006/0016365。此外，有一篇文件可以在下列网址内发现http: /www. llnl.gov/str/Post html该文件宣称，在Lawrence由物理学家Richard Post领导的一个组成功地展示了工业轨道(Inductrack)的概念…“这是对于磁悬浮的补充的技术”。工业轨道包括两个主要部件安装在车辆上的永久室温磁铁的一个专门的系列以及带有封装的绝缘铜导线线圈的埋置的一个轨道。永久磁铁排列为Halbach系列的形状,这是以Lawrence Berkeley NationalLaboratory的退休物理学家Klaus Halbach的姓氏命名的。”发明人对原始的工业轨道本身没有申请专利，但是下列的美国专利显现为该基本概念的改型6, 629，503 ;6，758，146 ;6，827，022 ;和 6，983，701。虽然发明人无意于任何专利或产品，该产品使用在一个装置内的磁感应以便利用流体流产生电能。磁力轴承是下列实例专利的目的美国专利5，177，387 ;5，710，469 ;和，747，426。然而，再次说明，在一个装置内使用磁力轴承以利用流体流产生电能对于这些发明人是不知道的。
发明内容
本发明的利用流体流产生电能的系统使用一个或多个缆车，这些缆车通过车轮或通过磁悬浮和磁力轴承安装至一个闭环轨道。缆车之间的间隔能够使用一台计算机、传感器和刹车控制。然而，最好是将一条刚性梁连接在相邻的缆车之间，或者将这些缆车连接至一个连续的环形结构，该结构具有与轨道相同的形状。(在此处术语“间隔环”作为一个通用术语从覆盖两个部件，比如a)连接在相邻的缆车之间的这种刚性梁以及b)连续的环形结构。在系统中仅带有一个缆车时，当然应该使用本定义的后部分)。为了推进，一个或多个叶片连接至每个缆车。任选地，一个或多个叶片也可以连接至间隔环。相对于缆车或间隔环叶片的取向可以是固定的或可调节的。其中放置有系统的流体流可通过任何技术中已知的方法作用在叶片上，用于推进叶片或帆翼。该流体最好是水，但不是必须是水。电能的产生最好是与缆车相关的磁铁和一个导体之间相对运动的结果(也就是磁铁是连接至或者部分地或完全地埋置在缆车内)；间隔环或者最好指定为电力环的一个环，该环与间隔环分离(但仍与缆车连接，以及导体在这样的位置连接至轨道，使导体至少有时处于与缆车、间隔环或电力环相关的磁铁的磁场内。代替地，导体和磁铁的位置能够彼此倒置。如果轨道具有一个环形的路径，向隔环格电力环不过也需要为环形的。如果轨道具有一个非环形路径，间隔环和电力环每个必须是铰接的。然而，在实施例中，没有叶片外径受静子(环形单元)内径限制的情况。
图I示出利用流体流产生电能的全系统的一个优选的实施例的一个透视图；图2示出使用车轮的一个实施例中这些车轮与轨道的一个实施例的关系，轨道具有矩形横截面；图3示出使用车轮的一个实施例中这些车轮与轨道的一个实施例的关系，轨道具有两条圆横截面的轨条；
图4示出图2的实施例，使用磁悬浮技术代替全部车轮；图5示出图2的实施例，使用磁悬浮技术代替一些车轮；图6示出叶片的一个平面图，此叶片的位置能够相对于连接叶片的缆车调节；图7示出图3的实施例，带有补充的一个刹车；图8示出在相邻的缆车之间的一条刚性连接梁的示范的实施例；图9示出连接至每个缆车的多个叶片；图10示出连接至间隔环的一个叶片，每对相邻的缆车之间的缆车连接至该间隔环；
图11示出埋置在环形单元内的线圈以及埋置在电力环内的线圈；图12示出埋置在环形单元内的磁铁以及埋置在电力环内的线圈；图13示出刚性连接至一个电力环的一个缆车，该电力环接近一个环形单元；图14示出连接至一个电力环的一条或多条电缆，该电力环接近一个环形单元；图15示出一个缆车，该缆车对着一个止动器推进，但不与其连接，该止动器连接至一个电力环，该电力环接近一个环形单元；图16示出连接一个缆车至一个电力环的一个磁铁，该电力环接近一个环形单元；图17示出图2的实施例，而此时导体是由环的全部或部分组成，从而使滑动的电连接器需要传输产生的电能；图18示出全系统的一个透视图，其中使用一个轴操作发电机；图19示出传统的小发电机，该发电机连接至一些车轮，以便利用这些车轮的转动产生电能；图20示出连接至每个缆车的一个齿环，使用这样的齿环驱动一个或多个发电机；图21示出位于渠道内的图18的实施例，并使发电机被一个液压泵代替，该液压泵通过一条管路传送增压的流体以驱动一个远距离的发电机；图22示出系统的一个平面图，而此时系统连接至水体下面的海床，以及使用一个导轨供系统升起和下降；图23示出图22的实施例的一个横视图，该系统处于一个下降的工作位置；图24不出力22的实施例的一个横视图，该系统处于一个升起位置；图25示出系统的一个平面图，而此时系统是连接至水体下面的海床，以及使用枢轴连接供系统升起和下降；图26不出图25的实施例的一个横视图，该系统处于一个下降的工作位置；图27不出图25的实施例的一个横视图，该系统处于一个升起位置；图28示出系统的一个平面图，而此时系统连接至一个浮码头，以及使用一个导轨供系统升起和下降；图29示出图28的实施例的一个横视图，该系统处于一个下降的工作位置；图30不出图28的实施例的一个横视图，该系统处于一个升起位置；图31示出系统的一个平面图，而此时系统连接至一个浮码头，以及使用枢轴连接供系统升起和下降；图32示出图31的实施例的一个横视图，该系统处于一个下降的工作位置；图33示出图31的实施例的一个横视图，该系统处于一个升起位置；
图34示出系统的一个平面图，而此时系统连接至一艘船，以及使用一个导轨供系统升起和下降；图35不出图34的实施例的一个横视图，该系统处于一个下降的工作位置；图36不出图34的实施例的一个横视图，该系统处于一个升起位置；图37示出带有一个椭圆轨道的系统的一个平面图，该轨道被两个立柱支撑，每个立柱可滑动地安装在一个立柱上，而立柱固定至水体的底板上；图38示出图37的实施例的一个横视图，该系统处于一个下降的工作位置；图39不出图37的实施例的一个横视图，该系统处于一个升起位置；
图40示出一个单支柱，该单支柱使用两个水平梁以支撑两个分离的系统。
具体实施例方式本发明的利用流体流产生电能用的系统以一个全貌图示于图1，该系统包括一个闭环轨道(I )，具有叶片(11)的一个或多个缆车(2 )，叶片(11)连接至每个这种缆车(2 )以及使这种缆车沿着轨道(I)运动，一个器件用于支撑每个缆车(2 )沿着轨道(I)，一个器件用于保持缆车(2) —个希望的间隔和一个器件用于将每个缆车(2)的运动转换为电能。轨道(I)可以包括一个单轨条(3)或多轨条(3)。轨条(3)的横截面可以是任何开启的或封闭的形状，但最好是矩形的或圆形的。车轮(4 )，任何已知的磁悬浮技术(5 )或车轮(4 )和磁悬浮技术(5 )两者的一个组合，构成用于支撑和引导缆车(2 )沿着轨道(I)的器件。在此处术语“磁悬浮技术包括磁力轴承和传统的磁悬浮两者。图2示出使用车轮(4)的一个实施例中这些车轮与轨道(I)的一个实施例的关系，轨道(I)包括具有矩形横截面的一个单轨条(3 )。轨道(I)最好具有一个顶部(6 )，一个底部(7)和具有一个第一侧面(9)和一个第二侧面(10)的一个凸出边缘(8);以及最好，在每个缆车(2)上的车轮(4)同时接触轨道(I)的顶部(6)和底部(7)以及轨道(I)的一个凸出边缘(8)的两个侧面(9，10)。图3示出使用车轮(4)的一个实施例中这些车轮(4)与轨道(I)的一个实施例的关系，轨道(I)具有两条圆横截面的轨条(3 )。图4示出图2的实施例，使用磁悬浮技术(5)代替车轮(4)。以及图5示出图2的实施例，使用磁悬浮技术(5 )仅代替一些车轮(4 )。用于保持希望间隔的器件可以是任何计算机化系统(图中未示出)，是发电或过山车(roller coaster)技术中已知的,最好包括一个反馈过程，以及使用在过山车技术中已知的任何传感器，或者与图6中所示的一个或多个叶片(11)的调节相结合，该叶片如在下一节内所讨论，用于推进，或者使用过山车技术中已知的和图7内所示的任何类型的刹车
(12)。然而，最好，或者一个刚性梁(13)连接在相邻的缆车(2)之间，如图8内所示，或者缆车(2)连接至具有与轨道(I)相同形状的一个连续环形结构，在此处术语“间隔环”使用作为一个通用术语，以包括a)在相邻的缆车(2)之间连接的这种刚性梁(13)以及(b)连续的环形结构。在系统中仅带有一个缆车(2)时，当然应该使用本定义的后部分。为了推进，如图1，3，8和9内所示，一个或多个叶片(11)连接至每个缆车(2)。任选地，如图10内所示，一个或多个叶片(11)也可以连接至间隔环(13)。相对于缆车(2)或隔离环(13)叶片(11)的取向可以是固定的或可调节的。在图6内所示的一个可调节叶片(11)的情况下，调节可以在当缆车(2)停止时机械地进行，或使用计算机或技术中已知的任何技术在任何时间遥控进行。其中放置有本系统的流体流可通过任何技术中已知的方法作用在叶片(11)上，用于推进叶片(11)或帆翼。该流体最好是水，但不是必须是水。电能的产生最好是与缆车(2)相关的磁铁(14)(也就是磁铁914)是连接至或者部分地或者完全地埋置在缆车(2)内)；隔离环(13)或者最好是指定为电力环(15)的一个环(或环的一部分)，这样的指定包括一个完全的环和环的一部分两者)，该环与隔离环(13)分离，(但仍与缆车(2)连接)，以及一个导体(16)实际上连接至轨道，如图11内所示，在这样的位置使导体(16)至少是有时处于与缆车(2)，隔离环(13)或电力环(15)相关的磁铁(14)的磁场内。导体(16)可以是环形的导电单元，或者一个或多个线圈(17)，或者线性的导电元件，该元件连接至，或部分地或全部地埋置在环形的导电单元内。在此处，术语“环形”指没有末端的任何线性形状，以及这样形状的任何的分段。代替地，导体(16)和磁铁(14)的 位置可以彼此倒置，如图12内所示(如果一个电力环(15)或环形单元是如此短，以致它不能与沿着轨道(I)的缆车(2)的运动干涉，这样的电力环(15)或环形单元不需要是一个完全环的一部分或环形单元的一部分；在此种情况下，电力环(15)或环形单元甚至能够为直的。)电力环(15)至缆车(2)的连接可以是刚性的，如图13内所示，使用，例如焊接的或栓接的角撑(100);该连接可以是柔性的，如图14内所示，例如使用至少一条电缆(18)或活塞；每个缆车(2)能够如图15内所示，推进顶住至少一个止动器(19)，该止动器刚性地连接至电力环(15);或者该连接可以如图16内所示，使用一个或多个磁铁(20)。以及当导体
(16)包括电力环(15)的全部或一部分时，专门的电连接器，比如图17内所示的滑动的电连接器(21)需要用于传送产生的电能。使用系统产生电能用的另一任选方案包括例如使用图18内所示的辐条(101)连接，连接隔离环(13)或一个或多个缆车(2)至一个中心轴(22)，该中心轴驱动一个传统的发电机(23);当使用车轮(4)时，如果一个小发电机(24)是由一个或多个车轮(4)驱动，如图19内所示，(当然，该任选方案要求专门的电导体，如以上讨论的和图17内所示的那种；如果如图20内所示，使用一个齿轮(25)，最好具有基本上与隔离环(13)相同的形状该隔离环连接至每个缆车(2)以及驱动围绕一个驱动轴(28)的周边(27)的一个或多个凸齿
(26)，每个凸齿驱动轴(28)使一个传统发电机(23)工作；以及如图21内所示，对于位于渠道(29)内的一个系统，使用一个液压泵(30)代替本段内第一和第三工艺内传统的发电机(23)，该液压泵传送增压的流体通过一条或多条管路(31)以驱动一个远距离的传统发电机
(23)。(在图21至40内，叶片(11)未被示出，以增加这些图内讨论的特征的清晰性。如果轨道(I)跟随一个环形路径，则间隔环(13)和电力环(15)仅需要也是环形的。如果轨道具有一个非环形的路径，则间隔环(13)和电力环(15)(至少当它为一个完全环时)每个必须是铰接的。如果放置在海洋或其它大的水体(32)内，如图22至27所示，系统能够例如使用立柱(102)连接至水体(32)下面的海床(33);如图28至33所示，连接至一个飘浮体，比如一个浮码头(34)，或者如图34至36所示，连接至一条动力船(35)，(在动力船(35)的情况下，驱动系统的水流应是动力船通过水运动而人工产生的)。如果放置在河流或其它流动的水体内，本系统能够连接至水体下面的河床；本系统能够连接至一个飘浮体，比如一个浮码头；或者本系统能够连接至河岸，仅只要系统的一部分或全部不需要与流动的流体接触，在此种情况下也就是指在该水流以外的水。再者，虽然轨道(I)的优选的取向是在一个基本上垂直的平面内，但它可以在任何取向工作。例如使用立柱(102)连接至一个水体(32)的海床(33)的非环形轨道(I)示于图37至39内。由于能够升起系统用于维修是有利的，或者有时用于移动浮码头(34)或船(35)，图24，30和36示出本系统通过使用一个导轨(36)升起，而图27和33示出本系统通过使用枢轴连接(37)升起。最后，有可能使用一个单支柱(38)和一个单水平梁(39)以支撑图40由所示的多 个系统。在此处使用的术语“基本上是指一位技术熟练人士应该考虑被该术语改变的值处于所述值可接受的范围内。还有在此处使用的术语”优选的或“最好”意味一个专门的元件或技术是比其它更可以接受的，但并不是这种专门的元件或技术是必须的。工业可行性利用流体流产生电能用系统的这种方法能够使用于工业中的开采，以及利用流体流产生电能用系统的这种方法能够按照真空用伸缩的软管延伸的说明和特性明白地制造和使用。
权利要求
1.一种利用流体流产生电能的系统，该系统包括 一个闭环轨道，所述闭环轨道的取向基本上在平面中，其中所述轨道在横截面中具有顶面部分、底面部分和侧面部分； 至少一个缆车，所述缆车被安装成沿所述闭环轨道运动； 用于支撑和弓I导所述至少一个缆车沿所述闭环轨道运动的一个器件； 用于保持所述至少一个缆车沿所述闭环轨道的间隔的一个器件； 与所述至少一个缆车连接的至少一个叶片，所述至少一个叶片从所述轨道的顶面部分沿径向向外延伸，并且配置成与流体流相互作用，从而使所述至少一个叶片和所述至少一个缆车沿所述闭环轨道运动，所述至少一个缆车和所述至少一个叶片能在所述闭环轨道在其中取向的所述平面中旋转并且大致围绕所述闭环轨道的轴线旋转；以及用于将所述至少一个缆车沿所述闭环轨道的运动转换成电能的一个器件。
2.按照权利要求I所述的系统，其特征在于，用于支撑和引导所述至少一个缆车沿所述闭环轨道运动的一个器件配置成与所述闭环轨道的所述顶面部分、所述底面部分和至少一个侧面部分同时联结。
3.按照权利要求I所述的系统，其特征在于，用于支撑和引导所述至少一个缆车沿所述闭环轨道运动的一个器件包括车轮、磁悬浮技术或者其组合之一。
4.按照权利要求I所述的系统，其特征在于 用于将所述至少一个缆车沿所述闭环轨道的运动转换成电能的一个器件包括一个电力环，所述电力环连接到所述至少一个所述缆车并且含有磁铁；以及 在这样一个位置连接至所述闭环轨道的一个导体，使所述导体至少有时处于包含在所述电力环内的磁铁的磁场内。
5.按照权利要求I所述的系统，其特征在于 用于将所述至少一个缆车沿所述闭环轨道的运动转换成电能的一个器件包括一个环形的非导电单元，所述环形的非导电单元连接至所述闭环轨道并且含有磁铁；以及 一个电力环，其中，所述的电力环是在这样一个位置上的一个导体，使所述电力环至少有时处于包含在所述环形的非导电单元内的磁铁的磁场内。
6.按照权利要求I所述的系统，其特征在于 用于保持所述至少一个缆车沿所述闭环轨道的间隔的一个器件包括隔离环。
7.按照权利要求6所述的系统，还包括 连接至所述隔离环的至少一个叶片。
8.按照权利要求I所述的系统，其特征在于 所述闭环轨道是环形的和非环形中的一种。
9.按照权利要求I所述的系统，其特征在于 所述闭环轨道包括单条轨道或多条轨道。
10.按照权利要求I所述的系统，其特征在于 所述至少一个叶片相对于所述至少一个缆车的取向是可调节的。
11.按照权利要求I所述的系统，其特征在于，所述至少一个叶片包括多个叶片，并且所述多个叶片中的至少一个从所述闭环轨道的底面部分沿径向方向朝内延伸。
12.按照权利要求11所述的系统，其特征在于，所述多个叶片围绕所述闭环轨道是径向非对称的。
13.按照权利要求I所述的系统，其特征在于，所述系统构造为放置在一种液体中，并与所述液体流相互作用以产生电能。
14.按照权利要求13所述的系统，其特征在于，所述系统构造为被安装在一个飘浮结构上。
15.按照权利要求I所述的系统，其特征在于，在所述横截面中，所述至少一个叶片、所述至少一个缆车和所述轨道沿所述闭环轨道的径向方向排列。
16.按照权利要求I所述的系统，其特征在于，用于支撑和引导所述至少一个缆车沿所述闭环轨道运动的一个器件包括用于支撑和引导所述至少一个缆车沿所述闭环轨道的外 周运动的器件。
17.一种利用流体流产生电能的方法，该方法包括 在流体中定位一个系统，该系统包括一个闭环轨道；至少一个缆车，安装成沿着该闭环轨道运动；支撑和引导所述至少一个缆车沿着所述闭环轨道运动的一个器件；保持所述至少一个缆车沿所述闭环轨道的间隔的一个器件；将所述至少一个缆车沿着闭环轨道的运动转换为电能的一个器件；以及连接至所述至少一个缆车的至少一个叶片，并且 所述系统的取向使得所述闭环轨道基本上在平面中，其中所述轨道在横截面中具有顶面部分、底面部分和侧面部分，其中，所述至少一个叶片从所述轨道的顶面部分沿径向向外延伸，并且配置成与流体流相互作用，从而使所述至少一个叶片和所述至少一个缆车沿所述闭环轨道运动，使得所述至少一个缆车和所述至少一个叶片能在所述闭环轨道在其中取向的所述平面中旋转并且大致围绕所述闭环轨道的轴线旋转。
18.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，在流体中定位包括在一种液体中定位。
19.按照权利要求18所述的方法，其特征在于，在液体中定位包括在水中定位。
20.按照权利要求17所述的方法，其特征在于，所述系统的取向包括所述系统的取向使得所述闭环轨道基本上在与所述流体流的方向垂直的平面中。
21.按照权利要求17所述的方法，还包括使所述系统从漂浮在流体中的物体悬下。
全文摘要
利用流体流产生电能用的一个系统，该系统包括一个或多个缆车(2)，该缆车沿着一个闭环轨道(1)运动，作为流体流作用在连接至每个缆车(2)的一个或多个叶片(11)上的一个结果。缆车(2)之间的间隔最好借助一个隔离环(13)保持，缆车(2)连接至该隔离环。任选地，一个或多个叶片(11)可以连接至隔离环(13)。缆车(2)借助车轮(4)或磁悬浮(5)支撑和引导。电能最好是借助一个电力环(15)内的磁铁(14)相对于一个导体(16)的运动产生，电力环(15)连接至缆车(2)，而导体(16)连接至轨道(1)。
文档编号F03B9/00GK102966484SQ201210453848
公开日2013年3月13日 申请日期2007年6月6日 优先权日2006年6月6日
发明者D·E·鲍尔三世, N·R·汉森, D·巴赫塔尔, A·希尔克 申请人:海洋能源公司