專利名稱：用于從海水的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化能量的設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于從海水的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化能量的設(shè)備，它包括一中空體，該中空體被基本上垂直地施加于海底上，在其壁上以這樣一種方式設(shè)置至少一個(gè)孔洞，即使水能夠自由地進(jìn)出該中空體。
由波浪、浪潮和潮汐引起的海水運(yùn)動(dòng)已用于許多公知的方案來(lái)轉(zhuǎn)化其能量。
本發(fā)明的目的是改進(jìn)這種設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，這是通過(guò)一種用于從海水的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化能量的設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)的，該設(shè)備包括一浮體，該浮體可通過(guò)海水面的運(yùn)動(dòng)在垂直方向上相對(duì)于上述中空體運(yùn)動(dòng)，并與上述中空體中的空間連通，以便改變其體積。
隨著中空體體積的增加和減少，一流體流被引入中空體內(nèi)。該流體流用于驅(qū)動(dòng)一與能量發(fā)生裝置直接或間接相連的螺旋槳。
中空體最好具有平行的側(cè)壁，而浮體包括一用來(lái)關(guān)閉其頂部或底部開口的蓋形件。該蓋形件隨海水的垂直運(yùn)動(dòng)沿中空體的側(cè)壁上下移動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，在蓋上設(shè)有與外界相通的閥裝置，一出口設(shè)在蓋上，該出口設(shè)有閥裝置并與一空氣儲(chǔ)罐相連通，而該空氣儲(chǔ)罐與一螺旋槳相連通，該螺旋槳與能量發(fā)生裝置相連。在該實(shí)施例中，引入中空體內(nèi)的流體流包括一液體流和一空氣流，而空氣流用來(lái)驅(qū)動(dòng)螺旋槳。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，空氣儲(chǔ)罐位于上述蓋中。
當(dāng)在中空體的上述側(cè)壁之間設(shè)置一變窄通道時(shí)，流體流將被加速。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，在通道內(nèi)設(shè)置了一個(gè)與能量發(fā)生裝置相連的螺旋槳。在該實(shí)施例中，流體流直接驅(qū)動(dòng)一螺旋槳。由于流體在通道中被加速，所以已最佳利用了螺旋槳的驅(qū)動(dòng)可能性。
當(dāng)蓋位于海水水面之上時(shí)，設(shè)置了至少一個(gè)孔洞。通過(guò)這種方式，可將被封閉在蓋下面的空氣排到大氣中。蓋上可設(shè)置一安裝在上述或各孔洞上的罩蓋，該罩蓋由氣動(dòng)裝置致動(dòng)。當(dāng)需要時(shí)，該罩蓋可從孔洞上升起，以便排出截留的空氣。
優(yōu)選地，浮體包括蓋及與蓋相連的至少一個(gè)浮動(dòng)件。蓋通過(guò)浮動(dòng)件的作用而上下運(yùn)動(dòng)。
通過(guò)浮動(dòng)件傳遞給蓋的海水運(yùn)動(dòng)的效果可通過(guò)一液壓放大器放大，該液壓放大器包括具有不同直徑的兩個(gè)活塞/液壓缸，一個(gè)活塞與浮動(dòng)件相連，另一活塞與蓋相連。
在一些實(shí)施例中，為了獲得螺旋槳的單向旋轉(zhuǎn)，根據(jù)中空體中流體流的方向?qū)β菪龢娜~片進(jìn)行順槳。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，將葉片插在與小齒輪相連的軸上，該小齒輪與齒條嚙合，而該齒條與致動(dòng)裝置相連。通過(guò)這種方式，葉片能夠轉(zhuǎn)到正確的角度位置，從而與流體流的方向無(wú)關(guān)地單向轉(zhuǎn)動(dòng)螺旋槳。
在一優(yōu)選實(shí)施例中，致動(dòng)裝置由垂直于中空體中的流體流地設(shè)置在螺旋槳的頂部和/或底部的板構(gòu)成。通道中的流體流的力將螺旋槳的葉片推入正確的取向。
在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，浮體包括一將中空體中的流體與海水分開的隔膜，及密度低于海水的流體本身。根據(jù)該實(shí)施例，沒有使用需導(dǎo)向的可移動(dòng)件。
在該實(shí)施例中，流體的類型和體積及中空體的形狀是這樣選定的，即根據(jù)海水水面的垂直運(yùn)動(dòng)的一預(yù)定頻率，流體以其自己的自然頻率振動(dòng)(共振)。當(dāng)海面的振動(dòng)頻率與流體的自然頻率一致時(shí)，中空體內(nèi)流體的振幅將達(dá)到最大。
根據(jù)本發(fā)明，可以將多個(gè)平行設(shè)置的設(shè)備的輸出端與一公共軸相連。
借助于附圖，將闡明本發(fā)明。


圖1示出了本發(fā)明設(shè)備的第一實(shí)施例的剖視圖；圖2用圖解法示出了多個(gè)平行的圖1所示設(shè)備的布局；圖3示出了第二實(shí)施例的剖視圖；圖4示出了第三實(shí)施例的剖視圖；圖5示出了第四實(shí)施例的剖視圖；圖6示出了第五實(shí)施例的剖視圖，其中蓋和中空體具有另一種配置；圖7示出了帶有一液壓放大器的第六實(shí)施例的剖視圖；圖8示出了按照本發(fā)明順槳的葉片的一實(shí)施例；圖9示出了第七實(shí)施例的剖視圖；圖10示出了第八實(shí)施例的剖視圖。
在各圖中，中空體均由1表示，浮體由7表示。
根據(jù)圖1的設(shè)備的第一實(shí)施例被放于海底2上，它包括一帶有平行側(cè)壁3的中空體1。中空體1中，在側(cè)壁3之間設(shè)置了一個(gè)變窄的通道4。浮體7包括一將中空體1中的流體10與海水分開的隔膜9及流體10本身。
第一空間由向內(nèi)延伸部5，6，中空體1的壁3及柔性的隔膜件9限定。當(dāng)海水處于低水位N1時(shí)，隔膜9處于下拉位置，而當(dāng)海水處于高水位N2時(shí)，隔膜9沿箭頭P的方向移動(dòng)，流體10從第一空間沿向上方向進(jìn)入第二空間。第二空間位于中空體1的上部并由向內(nèi)延伸部5，6，中空體1的壁3及中空體1的頂部8限定。由于變窄的通道4，在通道4中的流體被加速。通過(guò)通道4的流體驅(qū)動(dòng)一螺旋槳11。螺旋槳11通過(guò)一軸12與一發(fā)電機(jī)13相連，用來(lái)產(chǎn)生電能。當(dāng)海水水位從N2下降到N1時(shí)，位于第二空間中的流體由于重力而回流到第一空間，并再次驅(qū)動(dòng)螺旋槳11。在中空體1的下部壁3上設(shè)置了用于使海水進(jìn)入的孔洞14。在頂部8上設(shè)有孔洞15，16，當(dāng)流體充入第二空間時(shí)，該孔洞可使空氣逸出。
圖2中，本發(fā)明的設(shè)備平行地立在海床上。各設(shè)備的輸出軸與一公共軸連接。
在根據(jù)圖3的第二實(shí)施例中，設(shè)備包括一中空體。在中空體1內(nèi)部，在向內(nèi)延伸部5，6之間設(shè)置了一個(gè)變窄的通道4。兩個(gè)空間24和25分別位于通道4的兩側(cè)。中空體1的頂部8由蓋26蓋住，該蓋26與浮動(dòng)件27，28相連。浮體7包括蓋26和浮動(dòng)件27，28。蓋可由罩蓋29封閉。罩蓋29可通過(guò)致動(dòng)裝置30，如液壓裝置移動(dòng)，以使截留的空氣排到大氣中。由于共振的緣故，只有當(dāng)外部海水水位的運(yùn)動(dòng)與中空體1內(nèi)部海水水位的運(yùn)動(dòng)處于同一方向且比它快時(shí)，才將罩蓋29關(guān)閉。如果波浪的運(yùn)動(dòng)通過(guò)浮動(dòng)件27，28傳遞給罩蓋29，從而罩蓋29上下運(yùn)動(dòng)，則被封閉在罩蓋29與中空體1中的海水水面之間的空氣將分別被壓縮和膨脹，從而海水柱將流過(guò)通道4，而渦輪11將被驅(qū)動(dòng)。為了調(diào)節(jié)中空體1內(nèi)空氣的體積，可以關(guān)閉或打開罩蓋29。
在中空體1的下部設(shè)置了可關(guān)閉的孔洞14。由此可對(duì)中空體1內(nèi)流體柱的長(zhǎng)度進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而可將其自然頻率調(diào)節(jié)成海水運(yùn)動(dòng)的頻率。
在蓋內(nèi)部設(shè)置了傳感器34，35來(lái)測(cè)量蓋相對(duì)于水柱上表面的運(yùn)動(dòng)速度。
本發(fā)明設(shè)備的第三個(gè)實(shí)施例在圖4中示出。該設(shè)備包括一中空體1，該中空體1通過(guò)支腿17立于海床上，并留有孔洞14使海水進(jìn)入。中空體1的頂部由蓋26封閉，該蓋26可通過(guò)依次被海浪移動(dòng)的浮動(dòng)件27，28的動(dòng)作而自由地上下移動(dòng)。當(dāng)浮動(dòng)件27，28在海浪上向上移動(dòng)時(shí)，將使蓋26相對(duì)于中空體1向上運(yùn)動(dòng)。一空氣螺旋槳11安裝在蓋26上并與一發(fā)電機(jī)13相連，該發(fā)電機(jī)13通過(guò)框架18支承在蓋上。
這種布局提供了一種動(dòng)力系統(tǒng)，該動(dòng)力系統(tǒng)實(shí)際上是兩個(gè)串聯(lián)的彈簧。根據(jù)阿基米德定律，在蓋26下被壓縮的空氣相當(dāng)于一個(gè)彈簧，在中空體1中的水相當(dāng)于一個(gè)彈簧。當(dāng)蓋26運(yùn)動(dòng)時(shí)，空氣將被壓縮和拉伸。這又將導(dǎo)致水在中空體1中振動(dòng)。螺旋槳11將裝有能夠被順槳的葉片，從而不論蓋26的運(yùn)動(dòng)方向怎樣，螺旋槳11都將總沿同一方向旋轉(zhuǎn)。由螺旋槳11施加的阻尼程度必須使中空體1中振動(dòng)的水柱的流體動(dòng)力學(xué)特性最優(yōu)化，從而將裝置調(diào)節(jié)到浪潮的基本頻率。
圖5示出了本發(fā)明設(shè)備的另一個(gè)實(shí)施例，與圖3中的實(shí)施例相反，本實(shí)施例完全位于海水水面之下。在浮動(dòng)件27的作用下，蓋26沿中空體1的側(cè)壁3上下運(yùn)動(dòng)。流過(guò)通道4的水驅(qū)動(dòng)一個(gè)螺旋槳11。螺旋槳11通過(guò)一齒輪箱21與一驅(qū)動(dòng)軸22相連，該驅(qū)動(dòng)軸22又可用齒輪驅(qū)動(dòng)一發(fā)電機(jī)，該發(fā)電機(jī)位于海面之上，與中空體1有一定距離。
圖6示出了蓋26和中空體1的另一種配置。在本實(shí)施例中，發(fā)電機(jī)13位于中空體1的頂部8上，并且蓋26從下面運(yùn)動(dòng)。在這種情況下，中空體1由支腿17支承。水可通過(guò)孔洞15，16自由地進(jìn)入中空體1的頂部，該孔洞15，16剛好位于最低的潮汐的海水平面下方。
圖7中示出了使用一液壓放大器23的實(shí)施例。液壓放大器23由立在海床上的支腿35支承。浮動(dòng)件27與一活塞31相連，該活塞31的直徑大于與蓋26相連的活塞32的直徑。與浮動(dòng)件27相連的活塞31在具有較大直徑的放大器23的上部33中移動(dòng)，而與蓋26相連的活塞32在具有較小直徑的放大器23的下部34中移動(dòng)。顯然，蓋26的運(yùn)動(dòng)將被放大，其放大系數(shù)由大直徑與小直徑之比的平方限定。
圖1，3，5，6和7中的實(shí)施例使用了一個(gè)由液體，即流體10或海水的運(yùn)動(dòng)驅(qū)動(dòng)的螺旋槳，這存在一個(gè)缺點(diǎn)，即當(dāng)流體流反向通過(guò)通道時(shí)，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)將反向。這可以通過(guò)使用一種允許葉片根據(jù)流體流的方向進(jìn)行順槳的螺旋槳來(lái)消除。
圖8示出了帶有可順槳葉片的螺旋槳11的一種可能的實(shí)施例。葉片沒有示出，但葉片被夾持在槽36中，該槽36開在軸37的本體上。軸37在螺旋槳11的本體中固定在與齒條39嚙合的小齒輪38上。齒條39在頂部和底部固定在板40，41上，該板40，41可沿螺旋槳驅(qū)動(dòng)軸12上下自由移動(dòng)。參照附圖，如果向下推頂板40，齒條39將轉(zhuǎn)動(dòng)小齒輪38，從而使槽36順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)90度。這意味著葉片將轉(zhuǎn)動(dòng)90度。反過(guò)來(lái)，如果向上推底板41，則槽36將回到圖中所示的取向。如果這些旋轉(zhuǎn)正好發(fā)生在流體流的反向點(diǎn)上，螺旋槳11將繼續(xù)以同樣的方向旋轉(zhuǎn)，從而極大地減小了螺旋槳11中的慣性力。
解決反向的流體流問(wèn)題的另一種可能是使用如圖9所示的布局。在蓋26上設(shè)置一與外界空氣連通的進(jìn)給閥19和一通過(guò)導(dǎo)管43與一空氣儲(chǔ)罐42相連通的放出閥20。與發(fā)電機(jī)13相連的螺旋槳11設(shè)置在空氣儲(chǔ)罐42的排出通道上。在蓋26的向上行程中，通過(guò)進(jìn)給閥19吸入空氣，而放出閥20保持關(guān)閉。在向下行程中，進(jìn)給閥19關(guān)閉，而放出閥20打開，從而使蓋26下面的空氣通過(guò)導(dǎo)管43傳送到空氣儲(chǔ)罐42中。在空氣儲(chǔ)罐中的空氣用來(lái)驅(qū)動(dòng)無(wú)需具有可順槳的葉片的螺旋槳11。
在圖10的實(shí)施例中，空氣儲(chǔ)罐42有利地位于蓋26下面。其功能類似于圖9中所示的實(shí)施例，不同之處在于，空氣儲(chǔ)存在位于蓋26下面的空氣儲(chǔ)罐42中，并驅(qū)動(dòng)安裝在蓋26上的螺旋槳11。
在使用蓋26的實(shí)施例中，蓋26可自由旋轉(zhuǎn)，并可使用裝置來(lái)自動(dòng)對(duì)蓋26進(jìn)行定位，以使浮動(dòng)件27，28面對(duì)接著到來(lái)的波前。
應(yīng)注意，還可以安裝一個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)，用來(lái)對(duì)海面上的浪潮加力。這可以在海相對(duì)平靜而又有較強(qiáng)風(fēng)的情況下使用。風(fēng)能轉(zhuǎn)化為水中的波浪可通過(guò)任何適當(dāng)?shù)难b置來(lái)完成，例如通過(guò)在海面上吹動(dòng)噴射氣流或其它方法。
權(quán)利要求
1.一種用于從海水的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化能量的設(shè)備，包括一個(gè)基本上垂直地施加在海底(2)上的中空體(1)，在其壁上以能使水自由進(jìn)出該中空體的方式設(shè)置至少一個(gè)孔洞(14)，其特征在于，一浮體(7)可由于海水水位的運(yùn)動(dòng)而在垂直方向上相對(duì)于上述中空體運(yùn)動(dòng)，并與上述中空體中的空間相通，以便改變其體積。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，上述中空體具有平行的側(cè)壁(3)，而上述浮體包括一用于關(guān)閉其頂部或底部開口的蓋形件(26)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，上述蓋設(shè)有與外部空氣連通的閥裝置(19)，一出口設(shè)在上述蓋上，上述出口設(shè)有閥裝置(20)，并與一空氣儲(chǔ)罐(42)相通，而該空氣儲(chǔ)罐與一螺旋槳(11)相通，該螺旋槳(11)與能量發(fā)生裝置(13)連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的設(shè)備，其特征在于，上述空氣儲(chǔ)罐位于上述蓋中。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的設(shè)備，其特征在于，上述中空體在上述側(cè)壁之間設(shè)有一變窄的通道(4)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的設(shè)備，其特征在于，上述的與能量發(fā)生裝置(13)相連的螺旋槳(11)設(shè)在上述通道內(nèi)。
7.根據(jù)權(quán)利要求2、5或6所述的設(shè)備，其特征在于，上述蓋設(shè)有至少一個(gè)孔洞(15，16)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的設(shè)備，其特征在于，上述蓋設(shè)有一安裝到上述或各孔洞上的罩蓋(29)，上述罩蓋由氣動(dòng)的或任何其它裝置(30)驅(qū)動(dòng)。
9.根據(jù)權(quán)利要求2-8所述的設(shè)備，其特征在于，上述浮體包括上述蓋(26)和與該蓋相連的至少一個(gè)浮動(dòng)件(27，28)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的設(shè)備，其特征在于，設(shè)有一液壓放大器(23)包括兩個(gè)具有不同直徑的活塞/液壓缸(31，33；32，34)，一活塞(31)與上述浮動(dòng)件相連，另一活塞(32)與上述蓋相連。
11.根據(jù)權(quán)利要求6-10所述的設(shè)備，其特征在于，上述螺旋槳的葉片可根據(jù)上述中空體內(nèi)的流體流的方向進(jìn)行順槳。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的設(shè)備，其特征在于，上述葉片插在固定在小齒輪(38)上的軸(37)上，該小齒輪(38)與齒條(39)嚙合，而上述齒條固定在致動(dòng)裝置上。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的設(shè)備，其特征在于，上述致動(dòng)裝置由與上述通道中的流體流垂直地設(shè)置在螺旋槳的頂部和/或底部的板(40，41)構(gòu)成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的設(shè)備，其特征在于，上述浮體包括一將上述中空體中的流體(10)與海水分開的隔膜(9)，及密度低于海水的流體本身。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的設(shè)備，其特征在于，上述流體的類型和體積及上述中空體的形狀是這樣選定的，即根據(jù)海水水位垂直運(yùn)動(dòng)的預(yù)定頻率，流體以其自己的自然頻率振動(dòng)。
16.平行設(shè)置的如權(quán)利要求1-15所述設(shè)備的布局，其特征在于，各設(shè)備的輸出軸與一公共軸相連。
全文摘要
一種用于從海水的垂直運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化能量的設(shè)備,包括一個(gè)基本上垂直地放在海底(2)上的中空體(1),在其壁上以能使水自由進(jìn)出該中空體的方式設(shè)置至少一個(gè)孔洞(14),還包括一浮體(7),該浮體可由于海水水位的運(yùn)動(dòng)而在垂直方向上相對(duì)于上述中空體運(yùn)動(dòng)并與上述中空體中的空間相通,以便改變其體積,從而將流體流引入中空體中,用來(lái)驅(qū)動(dòng)一與能量發(fā)生裝置直接或間接相連的螺旋槳。
文檔編號(hào)F03B13/24GK1250507SQ98803355
公開日2000年4月12日 申請(qǐng)日期1998年3月11日 優(yōu)先權(quán)日1997年3月14日
發(fā)明者扎卡里亞·哈利勒, ·多萊, 拉尼·扎卡里亞·多萊, 約翰·道格拉斯·洛克 申請(qǐng)人:扎卡里亞·哈利勒·多萊, 拉尼·扎卡里亞·多萊, 約翰·道格拉斯·洛克