本发明属于水力学应用技术领域，具体涉及一种设有隔层的能量收集装置。
背景技术：
泵主要用来输送水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等液体，也可输送液体及含悬浮固体物的液体。申请号为２０１０１０２７８７４５．６，名称为《气液泵》的专利公开了一种气液泵，该泵由液管和气管组成，液管设置输气孔与气管相连接，气管气体压力大于大气压。该气液泵的能量来源是有压气体，对环境不会造成污染，且可以节约大量的电能、石油能源等。
为了提供有压气体，上述专利还公开了一种供气装置，该供气装置通过过流液体将进气处附近的气体混入到液体中，并将气体分离成小气泡，当液体在重力加速度垂直方向的分量不大于零时，气泡向上运动浮出水面，在气泡溢出水面处收集溢出气体。该供气装置将液体中所蕴藏的动能、势能转换为气压差能，这个气压差能可以作为动力来驱动其它装置，比如上述气液泵。事实上，这些气体不仅可以用于气液泵进行泵水，也可以用于其他领域。
但是，上述供气装置产生的有压气体较少，工作效率较低，极大地限制了供气装置的使用范围。
技术实现要素：
本发明提供一种设有隔层的能量收集装置，其能产生较多的有压气体，提高装置的工作效率，扩大装置的使用范围。
本发明采用如下技术方案：
一种设有隔层的能量收集装置，其包括进水管，所述进水管包括进水口、入气口和出水口，所述出水口与能量收集仓连通，所述能量收集仓包括排气口和放水口，且所述能量收集仓水平安装或接近水平安装，所述能量收集仓内设有隔层，所述隔层位于所述出水口与放水口之间，所述隔层与能量收集仓上壁面之间设有通流口和/或所述隔层中设有通流口；所述出水口位于所述通流口的下方。
优选的是，排气口位于所述出水口与所述放水口之间，所述隔层位于所述出水口与排气口之间。
上述任一方案优选的是，还包括出水管，所述出水管包括入水口和排水口，所述入水口通过所述放水口与能量收集仓连通。
上述任一方案优选的是，所述入水口位于所述排气口的下方。
进一步优选的是，所述能量收集仓的截面面积大于所述进水管的截面面积。
较佳地，所述进水管是竖直安装或接近竖直安装。
上述任一方案优选的是，还包括进气管，所述进气管包括出气口和进气口，所述出气口位于所述进水管内部，所述进气口位于所述进水管外部，且所述进气口与大气相通。
上述任一方案优选的是，所述排水口位于能量收集仓内液面的上方。
上述任一方案优选的是，所述出水管是竖直安装或接近竖直安装。
上述任一方案优选的是，所述出水管的管径大于所述进水管的管径。
本发明中的隔层可以阻止或减小液体中的气泡随液体一起从放水口流出，其原理是：在能量收集仓中，气泡在液体的带动下会随着液体一起运动，但同时气泡也具有上浮的作用；当液体与气泡遇到隔层时，由于隔层的阻挡作用，会促使液体从通流口进入另一侧，而气泡水平方向的速度降低了，但是仍在进行上浮，因此液体流到放水口时，大部分的气体已经上浮，减少了随液体一起流出的气泡的量。
本发明中，所述隔层与能量收集仓上壁面之间设有通流口，说明通流口位于所述隔层的上侧、能量收集仓上壁面的下侧。在能量收集仓中，当液体与气泡遇到隔层时，由于隔层的阻挡作用，会促使液体从通流口进入另一侧，而液体中的气泡在液体的流动及隔层的作用下，会加快上浮到隔层的上侧，这就促使气泡可以从排气口处排出，以便于收集到更多的有压气体。
所述出水口位于所述通流口的下方，可以给反冲上来的气泡一个向上的速度，使得气泡更快地逸出液面，因而可以进一步减少随液体流出的气泡的量，在排气口处可以收集到更多的气体。
本发明的设有隔层的能量收集装置工作过程：液体从进水口处进入进水管，入气口处的气体在液体的带动下，经入气口进入进水管；进入进水管中的液体带动气体一起沿进水管运动，经出水口进入能量收集仓内；在能量收集仓内，气体进行上浮，并可以经排气口排出，液体经通流口进入隔层的另一侧，并经放水口排出能量收集仓。在排气口处排出的气体为有压气体，该有压气体的压强大于大气压强（即是指气体收集装置所在地的大气压强）。
本发明的设有隔层的能量收集装置中，气体从液体中浮出后，可以从排气口处排出，在排气口处可以收集到有压气体。由于隔层的设置，使得更多的气体进行上浮，减少了随液体一起穿过通流口的气体的量，进而减少了从放水口中流出的气体的量，所以在排气口处收集到的气体的量增加了，因此提高了该装置的效率。
附图说明
图1为本发明一优选实施例中设有隔层的能量收集装置的剖面图。
图2为本发明另一优选实施例中设有隔层的能量收集装置的剖面图。
图3为本发明一优选实施例中设有隔层的能量收集装置的部分剖面图。
其中：1-进水管，2-进水口，3-入气口，4-出水口，5-能量收集仓，6-排气口，7-放水口，8-隔层，9-能量收集仓上壁面,10-通流口，11-出水管，12-入水口，13-排水口，14-进气管,15-出气口,16-进气口。
具体实施方式
为了更加清楚地了解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明进行详细介绍。本发明的实施例具有示例性的作用，本领域技术人员在本发明实施例基础上做出的无实质形的改进，都应属于本发明的保护范围。
图1-3中，虚线示例性地表示液体，圆环示例性地表示气体。
如图1所示的设有隔层的能量收集装置，其包括进水管1，进水管1包括进水口2、入气口3和出水口4，出水口4与能量收集仓5连通，能量收集仓5包括排气口6和放水口7，且能量收集仓5水平安装或接近水平安装，能量收集仓5内设有隔层8，隔层8位于所述出水口4与放水口7之间，隔层8与能量收集仓上壁面9之间设有通流口10和/或所述隔层中设有通流口；出水口4位于通流口10的下方。
所述能量收集仓是正方体、长方体、圆柱体或其他合适的中空结构。所述能量收集仓水平安装，是指能量收集仓中的液体流动稳定时，液体流动方向是水平方向的，其竖直方向的速度为0。之所以说明液体流动稳定时，是因为液体刚进入能量收集仓时或者液体即将流出能量收集仓时，液体可能具有竖直方向的速度。所述能量收集仓接近水平安装，一般是指工程中的误差或者安装环境所需，使得能量收集仓并不能是标准的水平方向安装；通常，能量收集仓中的液体流动稳定时，液体的流动方向与重力加速度方向的夹角可以为30°-150°，优选60°-120°，更优选80°-100°。这里的液体速度，是指液体的整体速度，而非某个质点的速度。
所述能量收集仓水平安装或接近水平安装，是为了方便从进水管进入的气体在能量收集仓内进行上浮。
所述进水管通常是管道结构，根据不同需求，也可以设置成其他中空结构。
所述进水管、能量收集仓和隔层,可以是塑料、陶瓷、不锈钢或其他金属材质。
进水口的设置，可以使液体进入进水管；入气口的设置，可以使气体进入进水管。进水口也可以当做入气口（如图1所示），当液体从进水口处进入进水管时，进水口附近的气体也可以进入进水管；进水口和入气口也可以分开设置。
所述排气口通常位于能量收集仓的上侧，这是为了方便气体上浮后，从排气口中排出。
所述隔层是阻挡或减少气体通过的装置，其可以是薄片结构或其他立体形状,且隔层的表面可以是曲面状的。所述薄片结构的厚度可以与进水管的厚度相等或者与能量收集仓壁的厚度相等或者是其他合适的厚度。
隔层表面的具体形状可以依据能量收集仓的截面形状，比如能量收集仓的截面是圆形时，隔层可以是圆形或其他形状；能量收集仓的截面是长方形时，隔层可以是长方形或其他形状。隔层表面（某一侧的面积）的面积可以是小于能量收集仓的截面面积，但根据情况所需，若隔层不与能量收集仓的截面平行时，隔层表面的面积（某一侧的面积）也可以大于或等于能量收集仓的截面面积。隔层的具体形状和大小不做限制，其需要阻挡或减少液体中的气泡随着液体流走即可。
通流口的设置，是便于隔层一侧的液体进入到另一侧。
通常，能量收集仓的横截面的最高位置与最低位置的中点作为分界点，中点以上的称为能量收集仓上壁面，中点以下的称为能量收集仓下壁面；或者，也可以是气体收集装置正常工作时，位于通流口上侧的能量收集仓壁面为能量收集仓上壁面，位于通流口下侧的能量收集仓壁面称为能量收集仓的下壁面。所述壁面，是指能量收集仓的内壁面。所述隔层中设有通流口，即是在隔层上设置通流口。
所述“下方”是相对而言的，即可以是相对于能量收集仓内流动液体的最低液面所在的水平面。
所述隔层可以阻止或减小液体中的气泡随液体一起从放水口流出，其原理是：在能量收集仓中，气泡在液体的带动下会随着液体一起运动，但同时气泡也具有上浮的作用；当液体与气泡遇到隔层时，由于隔层的阻挡作用，会促使液体从通流口进入另一侧，而气泡水平方向的速度降低了，但是仍在进行上浮，因此液体流到放水口时，大部分的气体已经上浮，减少了随液体一起流出的气泡的量。
所述隔层与能量收集仓上壁面之间设有通流口，说明通流口位于所述隔层的上侧、能量收集仓上壁面的下侧。在能量收集仓中，当液体与气泡遇到隔层时，由于隔层的阻挡作用，会促使液体从通流口进入另一侧，而液体中的气泡在液体的流动及隔层的作用下，会加快上浮到隔层的上侧，这就促使气泡可以从排气口处排出，以便于收集到更多的有压气体。
所述出水口位于所述通流口的下方，可以给反冲上来的气泡一个向上的速度，使得气泡更快地逸出液面，因而可以进一步减少随液体流出的气泡的量，在排气口处可以收集到更多的气体。
本实施例的设有隔层的能量收集装置工作过程：液体从进水口处进入进水管，入气口处的气体在液体的带动下，经入气口进入进水管；进入进水管中的液体带动气体一起沿进水管运动，经出水口进入能量收集仓内；在能量收集仓内，气体进行上浮，并可以经排气口排出，液体经通流口进入隔层的另一侧，并经放水口排出能量收集仓。在排气口处排出的气体为有压气体，该有压气体的压强大于大气压强（即是指气体收集装置所在地的大气压强）。
本实施例的设有隔层的能量收集装置中，气体从液体中浮出后，可以从排气口处排出，在排气口处可以收集到有压气体。由于隔层的设置，使得更多的气体进行上浮，减少了随液体一起穿过通流口的气体的量，进而减少了从放水口中流出的气体的量，所以在排气口处收集到的气体的量增加了，因此提高了该装置的效率。
为了方便收集或直接利用排气口处的有压气体，通常在排气口处可以设置气体导流管。
为了避免液体带动气泡从隔层的底端流出，通常，隔层的底端与能量收集仓的下壁面连接。
一般地，所述排气口位于所述出水口与所述放水口之间，这是为了避免气体还未进入到排气口就随液体排出。
优选的实例中，排气口位于所述出水口与所述放水口之间，所述隔层位于所述出水口与排气口之间。
在能量收集仓内，液体从放水口中流出之前，需要先经过排气口，以便于液体中的气泡上浮到排气口附近，并可以在排气口处进行收集。
排气口、出水口、放水口及隔层的设置，可以进一步减少随液体流出的气泡的量，增加从排气口处排出的气泡的量，即在排气口处可以收集到更多的有压气体，提高装置的工作效率，避免能源的浪费。
如图2所示的设有隔层的能量收集装置，其还包括出水管11，出水管11包括入水口12和排水口13，入水口12通过放水口7与能量收集仓5连通。
所述入水口通过所述放水口与能量收集仓连通，是指入水口直接与放水口连通，也可以是出水管穿过放水口，即是入水口位于能量收集仓内部。
较佳的实施例中，所述入水口位于所述排气口的下方。
所述入水口位于所述排气口的下方，是指排气口的最低处高于入水口的最高处。所述“下方”、“最高处”、“最低处”是相对而言的，即可以是相对于能量收集仓内流动液体的最低液面所在的水平面。
所述入水口位于所述排气口的下方，可以避免气体从入水口处进入出水管，从而在排气口处可以收集到更多的气体。
优选的是，所述能量收集仓的截面面积大于所述进水管的截面面积。
所述能量收集仓的截面，是指液体流动稳定时，垂直于能量收集仓中的液体流动方向的平面切割能量收集仓所得到的截面；所述进水管的截面，是指垂直于进水管中的液体流动方向的平面切割进水管所得到的的截面。
能量收集仓的截面面积大于所述进水管的截面面积，是为了在液体流入能量收集仓时，减小液体的速度，进而有利于收集到更多的气体。
较佳地，所述进水管是竖直安装或接近竖直安装。
当进水管是直管结构时，所述进水管是竖直安装，是指进水管的管轴线是竖直方向的；所述进水管接近竖直安装，是指进水管的管轴线是接近竖直方向的；所述接近竖直方向是指进水管的管轴线与重力加速度方向的夹角为0-45°，最好是0-15°。当进水管不是直管结构时，所述进水管是竖直安装，是指与能量收集仓连通的部分进水管是竖直安装的。进水管进行竖直安装，是为了使液体在向下流动时，受到重力的作用，而使液体流动速度更大，液体流动速度的提高，更便于带动气体一起运动，在能量收集仓的排气口处，就会收集到更多的有压气体。
优选的实施例中，如图3所示的设有隔层的能量收集装置，还包括进气管14，进气管14包括出气口15和进气口16，出气口15位于进水管1内部，进气口16位于进水管1外部，且进气口16与大气相通。
通常，液体从进水口进入进水管时，也会带入进水口附近的气体进入进水管，但此时进入的气体体积较大，需要液体带动的作用才能将大气泡体积减小，需消耗一定的液体能量，且进入液体中的气体量也较少。进气管的设置，可以减小进入液体中的气体体积，便于气体随液体一起流动，同时，可以增加进入液体中的气体的量。
优选的实施例中，所述排水口位于能量收集仓内液面的上方。
所述能量收集仓内液面，是指当能量收集仓内气体的压强达到p′时，能量收集仓内的最低液面；所述p′大于大气压强；所述排水口位于能量收集仓内液面的上方，可以使能量收集仓内气体压强较大。所述排水口的具体高度，可以根据实际所需进行设定，如果需要较高压强的有压气体，就可以将排水口的位置设定较高一些，即实际情况需要多大压强的有压气体（大于大气压的气体），就可设定相应高度的排水口。所述大气压强是指能量收集仓所在地的大气压强。
较佳地，所述出水管是竖直安装或接近竖直安装。
当出水管是直管结构时，所述出水管是竖直安装，是指出水管的管轴线是竖直方向的；所述出水管接近竖直安装，是指出水管的管轴线是接近竖直方向的；所述接近竖直方向是指出水管的管轴线与重力加速度方向的夹角为0-45°，最好是0-15°。当出水管不是直管结构时，所述出水管是竖直安装，是指与能量收集仓连通的部分出水管是竖直安装的。出水管进行竖直安装，是为了在满足高度所需的情况下，更节约材料，且更方便安装。
优选地，所述出水管的管径大于所述进水管的管径。
所述管径是指管的内径。出水管的设置，不仅是为了引流能量收集装置中的液体，更是为了保证排气口中排出的气体为有压气体；出水管的管径大于进水管的管径，可以使出水管中液体流动更稳定，进而使排气口中流出的气体压强更稳定。
较佳的实施例中，还包括引水管，所述引水管与进水口连通。
本发明的能量收集装通常是利用现有的自然河流，而很多自然环境并不利于整个装置的安装，引水管的设置，可以为整个装置安装在合适环境下提供基础。所述引水管的作用是引出水流，使水流通过进水口进入进水管。
为了较好地利用有压气体，所述排气口可以与泵水装置连通。该结构可以直接应用于泵水，以节约电、石油等其他能源。
以上所述，仅为本发明的实施例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。