專利名稱：河流和潮汐能量收集器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及能量領(lǐng)域，特別涉及一種設(shè)備，其能最大效率、最小成本且
不產(chǎn)生任何溫室氣體(GHG )排放地從河流和潮沙水電源產(chǎn)生才幾械的、氣動 的和電的能量。
背景技術(shù)：
當今，我們的能源經(jīng)濟似乎像永動機一樣運作。^:十億人享受前所未有 水平的生活且國家漂浮在財富的河流中，很大部分是因為，在全世界，能源 工業(yè)已建立包括油井、超大油輪、管線、煤礦、電廠、傳輸線路、轎車、貨 車、火車和輪船的龐大網(wǎng)絡(luò)-龐大的、令人驚奇的復雜系統(tǒng)，其幾乎魔術(shù)般 地把石油和氣碳氬化合物同族、天然氣和煤轉(zhuǎn)化為熱量、能量并賦予現(xiàn)代文 明的機動性。百年來，這種人造奇跡已進行的幾乎完美，直至全球石油消耗 上升為等于或超過全球石油產(chǎn)量和石油價格增至三倍。
研究新能源對于新世紀已稱為最重要的挑戰(zhàn)。世界纟笨明儲量的25%位于 沙特阿拉伯地下。加上其四個鄰國，該數(shù)字上升為66%。由于世界對石油的 依賴不斷增加，隨著世界的政治和軍事發(fā)展，碳基燃料(特別是石油)的絕 對成本在過去十年內(nèi)已大大增加。且現(xiàn)在，石油排放物和漸增的全球變暖問 題、城市污染和兒童老人嚴重的健康問題之間存在直才妄聯(lián)系。
美國能源部研究得出結(jié)論，從傳統(tǒng)石油產(chǎn)量高峰之前的20年開始，為 了緩和燃料短缺，世界一年需要花費一萬億美元在替代燃料上。德州，英國 和挪威的生產(chǎn)高峰作為部門的兩個研究的部分而被驗證，其建議致力于"速 成班"來解決汽油和其它液體燃料的最終短缺。該研究沒有預測何時世界生 產(chǎn)將達到峰值，盡管領(lǐng)導權(quán)威認為在下五到十年內(nèi)。使用美國的下38州作 為模型，基于一旦達到高峰后世界產(chǎn)量每年降低2%的計算進行研究，該研 究得到的是20年后出現(xiàn)大的全球短缺。他說，產(chǎn)地減少將更快。其得出結(jié) 論，為了減少沖擊，我們必須在全球已經(jīng)受液體燃料短缺或高峰前開始較長 時間。傳統(tǒng)的石油產(chǎn)量高峰在德州市在1972年、在北美是在1985年、在英國式在1999年且在挪威是在2001年，且所有這些峰值是陡峭且突然的。在 世界輸出高峰時，為了彌補損失，需要迅速開發(fā)"非傳統(tǒng)石油"，包括重油、 油砂、煤液化、氣變液、提高石油采收率和可持續(xù)性。
發(fā)電現(xiàn)在已最終與全球變暖聯(lián)系在一起。其排放排出C02和顆粒，其 減少臭氧層且增加微粒到大氣。如果我們的化石燃料燃燒的速度持續(xù)增加， 我們可最終把地球轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌男乔?。從南極洲取回的3.6千米冰芯的研究 發(fā)現(xiàn)的420000年的二氧化碳和溫度記錄說明，地球氣候系統(tǒng)對于即使小的 觸動也會反應過度。每100000年周期的二氧化碳和溫度擺動與地球繞太陽 軌道的形狀的極小變化步調(diào)一致。這些造成冰河世紀的軌道變化令人難以相 信的小。它們對于一年內(nèi)到達地球的陽關(guān)的總量幾乎沒有影響，僅其在季節(jié) 和煒度的分配上有影響。然而，這些非常小的在分配導致溫度約攝氏5度的 擺動和海平面超過100米的變化。溫室氣體另一方面控制太陽的光亮-迄今 在工業(yè)時代增加數(shù)以噸計的二氧化碳到大氣，其阻礙陽光的重新分配，這種 重新分配曾經(jīng)使得星球在冰河期和間冰期之間來回轉(zhuǎn)變。我們現(xiàn)在必須認識 到，無論好壞，人類控制了全球氣候。
地球現(xiàn)在經(jīng)受過去12000年來的最高溫度且我們將很快距離在過去兩百 萬年中的僅數(shù)次達到的最高點僅半度。如果我們繼續(xù)那樣的話，估計本世紀 溫度將上升兩度至三度之間，這使得地球與大約三百萬年前一樣熱，那時海 洋比現(xiàn)在高15至35米之間。
工作和消費能源需要一些類型的能源投資或每單位投資得到的凈能源 (EROI)。在1930年代，美國石油容易開發(fā)，在許多情況下幾乎就在表面 且具有100: l的EROI。由于后來石油變得更深，難于發(fā)現(xiàn)，更具粘性、含 硫量更高等，且現(xiàn)在典型的EROI為約10: 1。當前的石油的總精煉EROI 在一些地方在5-10: 1。相對照，風能具有18: 1的EROI，太陽能為2: 1 且乙醇為1.7: 1。
當今，世界使用約13太瓦的能量，約80%來自排放二氧化碳的化石燃 料。如果我們要保持地球的平均溫度足夠低以防止最終大的海平面上升且還 適應每年3%的經(jīng)濟增長，則我們在2050年將需要10至30太瓦的新無碳能 量。唯一的方案是開發(fā)不產(chǎn)生熱量、二氧化石友、碳顆粒、S02和廢物的能源， 或需要大規(guī)模的供應和精煉系統(tǒng)。而且我們不想要一種使得鄉(xiāng)村充滿機器和 噪音的能源生產(chǎn)技術(shù)。石油當然不能滿足這些新的要求，乙醇、生物或風能或常規(guī)水電業(yè)不能。僅太陽能和朝夕和河流能量滿足這些高能源標準。
這樣的實質(zhì)的轉(zhuǎn)變將對經(jīng)濟、環(huán)境和美國外交政策產(chǎn)生深遠影響。New York Times專欄作家和"The World is Flat, A Brief History of the Twenty- First Century"的作者在外交政策雜志上發(fā)表文章稱，石油價格和自由的步伐總是 沿相反方向移動。許多第三世界國家受苦于影響他們旅游業(yè)的污染的城市、 高石油進口成本和削弱他們經(jīng)濟和他們脆弱的貨幣流通的增長的電網(wǎng)故障。
除了生態(tài)影響，石油價格的上升表現(xiàn)為從購買石油的人到生產(chǎn)石油的人 的大的收益再分配。本年，石油輸出者從賣油給外國可得到7000億美元。 IMF估計石油輸出者的國際收支經(jīng)常項目順差可達到4000億美元，是2002 年的四倍。凈石油輸出者的前幾位是沙特阿拉伯、俄羅斯、挪威、伊朗、 阿拉伯l關(guān)合酋長國、尼日利亞、科威特、委內(nèi)瑞拉、阿爾及利亞和利比亞。 這將最終產(chǎn)生全球政治、經(jīng)濟和軍事權(quán)利從使用者向生產(chǎn)者的轉(zhuǎn)移。
對于新世紀第二重要的挑戰(zhàn)是干凈的水。能源是制造干凈水的主要組成 部分。CIA、 PricewaterhouseCoopers以及最近英國國防部都擔憂未來水戰(zhàn)爭。 由于跨中東、亞洲和撒哈拉以南的非洲大陸的水的可用性的縮減，該論點認 為國家之間的暴力沖突可能日益增加。
我們可能正邁進水利戰(zhàn)爭的時代，在這個時代中，湖和地下水成為代理 軍隊和附庸國爭奪和控制的國家安全資產(chǎn)。到2025年時，多余20億人預計 生活在難于或不能調(diào)動滿足農(nóng)業(yè)、工業(yè)和生活需要的水資源的國家中。人口 增長、城市化和制造業(yè)的快速發(fā)展持續(xù)增加對于有限水資源的需求。
在印度的一些地方，地下水水位快速下降，以致農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的10%至20% 受到威脅。在中東，世界最嚴重的水緊張區(qū)域，多于90%的可用水跨國際的 邊界。從中亞的咸海到撒哈拉沙漠以南非洲大陸的乍得湖，湖在以前所未有 的速度縮減。實際上，人類的一大部分現(xiàn)在生活在有限的可持續(xù)水利用已被 ^破壞的地區(qū)，以及基于水的生態(tài)系統(tǒng)在破壞的地區(qū)。
水電
每小時來自陽光到達地球的能量多于一年內(nèi)星球的消耗。但是星球表 面把能量分散為非常低的能量密度水平。平均僅大約1-2瓦/平方米的太陽能 可利用。被整個星球表面吸收的大量太陽能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃壳艺舭l(fā)到星球大氣 中，大氣是巨大的熱能發(fā)動機，其把能量冷凝多次轉(zhuǎn)變?yōu)槎喾N類型的水力能 量，其具有多倍的能量密度且可被更有效地利用。河流能量
水文循環(huán)是水的循環(huán)，其使得水在地球系統(tǒng)中循環(huán)且其為能量的循環(huán)。 太陽能抵達地球?qū)е抡舭l(fā)作用，液體變?yōu)檎魵獾南辔蛔兓Ｕ舭l(fā)時能量在地 表和上面的大氣之間傳遞能量的重要方式。
作為發(fā)電的可持續(xù)能源，最通常使用的是水力能量。其占美國2003年 發(fā)電量的7%且占可持續(xù)發(fā)電量的45%。當前，通過引導、利用或溝渠移動 水得到機械能。移動的水中的可用能量的數(shù)量取決于其流量或填充量。大河 中即時移動的水在其流動中攜帶大量的能量。從非常高的點下來太多的水。 在每種情況下，水流動穿過管道或閥門然后推頂和旋轉(zhuǎn)渦輪機中的葉片，以
使得發(fā)電機旋轉(zhuǎn)以產(chǎn)生電。
盡管水力能量是清潔和無限的能源，其通常伴隨較高的價格。當今的龐 大昂貴的阻礙時移民、淹沒大量區(qū)域和滅絕需要開放的河流以產(chǎn)卵的魚類。 阻礙進一步使用水力能量的是缺乏有效、便宜和環(huán)境友好的設(shè)備來從水中提 取能量。近期的研究顯示水力能量具有其他大的缺點。世界的大壩后的水庫 覆蓋幾乎600000km3,面積幾乎是意大利的兩倍。許多熱帶水庫的變化的水 平面為癥疾和其他影響生命的疾病提供非常好的滋生地。多數(shù)大壩還存在對 于水生種族的運動是不可克服的障礙。且大水庫最近已一皮發(fā)現(xiàn)時溫室氣體的 重要來源，這是由于河水的老化。大壩的可能的重要問題是由于過度淤塞對 它們的水庫的可用性的長期威脅。這些高的推移質(zhì)還通過節(jié)流供給隧道、腐 蝕倒流葉片和主動輪葉而影響電廠的運行。水庫中的沉積物還影響遠處的下 游，因為其切斷河流中的總沉淀物流動超過25%且減少了下游沖擊面和海洋 濕地可得到的淤泥、有機質(zhì)和營養(yǎng)物的量。結(jié)果一些海岸線被快速侵蝕。
當考慮水力能量時，人們必須考慮的是，河流具有許多重要的功能。世 界的多數(shù)城市建在河邊。商用河船需要使用河流供商用。人們使用河流來行 船、游泳和捕魚。河流為它們周圍的區(qū)域增加重要的無神論i介值。大自然利 用河流來為植物和動物提供家園，并且為下游輸送重要的沉積物。大壩中斷 了自然河流系統(tǒng)的生態(tài)，且降低了水質(zhì)。它們的渦輪機導致高的魚類死亡率。 且通過把通常用作城鎮(zhèn)、景點、考古資源、魚好野生動物棲息地、農(nóng)田、牧 場和其他用途的大片土地變?yōu)榇笏畮?，大壩由此影響環(huán)境。
潮汐能
利用潮流發(fā)電祐:許多工業(yè)化國家驗證具有可更新的利益。潮汐能系統(tǒng)正在為印度、加拿大、中國、墨西哥、英國、美國和俄羅斯所考慮。已估計在
總的全球潮汐水域中具有高達3000GW的能量。潮沙能已變的經(jīng)濟上可行， 因為化石燃料價格的持續(xù)上升。許多國家已擁有運行的潮沙驅(qū)動發(fā)電設(shè)施。 且潮汐能是高度可預測的，不同于風能和太陽能。
從潮汐發(fā)電非常類似于水力發(fā)電，除了水能沿兩個方向流動且這在發(fā)電 機的開發(fā)中必須考慮。用于潮沙電廠的最簡單的發(fā)電系統(tǒng)，稱為退潮發(fā)電系 統(tǒng)，涉及水壩，稱為跨河口構(gòu)建的堰壩。堰壩上的水閘門允許潮沙港灣充填 進入的高潮汐且允許通過渦輪機系統(tǒng)排出出去的潮汐。替代地，漲潮發(fā)電系 統(tǒng)，其從進入的潮汐中產(chǎn)生能量，但是不如退潮發(fā)電有利。每24小時有6 至12小時發(fā)電。
朝夕電廠(堰壩)基本上類似于水力發(fā)電設(shè)施。具有發(fā)電站和渦輪機 的堰壩(水壩)跨河口或海灣構(gòu)建以形成足夠尺寸的流域，以允許在合理時 期內(nèi)發(fā)電。對于最簡單的設(shè)計，該流域允許在漲潮期間通過水閘門和發(fā)電站 填充，同時渦輪機自由旋轉(zhuǎn)且電能在退潮時產(chǎn)生。
潮沙柵欄由單獨的、立式渦輪機組成，其安裝在稱為沉箱的柵欄結(jié)構(gòu)內(nèi)， 且它們可被認為是大旋轉(zhuǎn)類型，其完全阻塞通道，迫使所有的水進入其中。 不同于堰壩潮汐電站，潮汐柵欄還可用在無約束的流域中，例如在大陸和附 近近海島嶼之間的海峽中，或兩個島嶼之間。由此，潮汐柵欄對環(huán)境較少的 影響，因為它們不要求淹沒該流域且安裝特別便宜。潮汐柵欄還具有的優(yōu)點 是一旦初始模塊安裝后就能發(fā)電，而不是像堰壩技術(shù)那樣等完全安裝后才可 發(fā)電。潮汐柵欄未擺脫環(huán)境和社會問題，因為仍然需要沉箱結(jié)構(gòu)，其可擾亂 較大的海洋動物的運動。
潮沙渦輪機僅在最近五年稱為現(xiàn)實。類似于風力渦輪機，潮汐渦輪機提 供超過堰壩和柵欄系統(tǒng)的顯著優(yōu)點，包括降低的環(huán)境影響。潮汐渦輪機利用 以4至6節(jié)之間的速度運動的潮流。近海潮汐發(fā)電(潮汐泄湖)是一種新的 潮汐能轉(zhuǎn)換途徑，其解決了熟知的"潮汐堰壩"技術(shù)的環(huán)境和經(jīng)濟問題。潮 汐泄湖使用位于一哩或更離岸的高潮差區(qū)域的低水頭水力發(fā)電裝備和毛石 堆蓄水結(jié)構(gòu)
河流和潮沙發(fā)電的問題
多數(shù)設(shè)備需要構(gòu)建水壩、攔潮閘、岸堤、沉箱或閘門。 一些設(shè)備不能不 被損壞地移動到位。許多設(shè)備對水產(chǎn)業(yè)構(gòu)成妨礙。多數(shù)設(shè)備產(chǎn)生由于后備水庫中的需氧物生長導致的溫室氣體排放。 一 些設(shè)備減少了下游沉淀物成層。 多數(shù)設(shè)備需要顯著的海拔變化。 一些設(shè)備減少了水的充氣。由于它們的復雜 性，多數(shù)設(shè)備受限于它們可坐落點的位置。許多設(shè)備對于游泳者和船是不安 全的。多數(shù)設(shè)備對于魚和河流生物是不安全的。 一些設(shè)備發(fā)出噪音。多數(shù)設(shè) 備具有較高的初始建造成本。許多設(shè)備在深度、寬度、水流速度、底部形狀 方面受限于較少的河流位置。 一些設(shè)備需要成本較高的高載荷道路以被建造 到位。許多設(shè)備具有復雜的電氣系統(tǒng)，其需要昂貴和脆弱的密封。多數(shù)設(shè)備 不是由再循環(huán)材料制造，該材料減少了它們的總生命周期能量消耗。多數(shù)設(shè) 備具有難看的外觀輪廓。多數(shù)設(shè)備不滿足解決低密度能源的成功商業(yè)化所需 的全球儲備。這需要在世界范圍內(nèi)運行的易于跨國家邊界運輸?shù)拇罅康脑O(shè) 備。許多設(shè)備改變水的渾濁度。 一些設(shè)備改變了水的鹽度。多數(shù)設(shè)備造成污 染物堆積。
一些設(shè)備具有高資金成本。許多設(shè)備具有高明顯度。
多數(shù)設(shè)備對于水產(chǎn)業(yè)是妨礙。
一些設(shè)備對于魚和潮汐區(qū)域生命不安全。 多數(shù)設(shè)備具有較高的初始建造和運行成本?？紤]到深度、寬度、水速、底部 形狀，許多設(shè)備需要定制，以可配置用于多數(shù)潮汐點。多數(shù)設(shè)備不能被運輸 到位。許多設(shè)備難于不破壞場所地去除。許多設(shè)備不產(chǎn)生足夠的回報的能量， 以代替總的能量投入。
一些設(shè)備需要大量的錨固系統(tǒng)，使得其安裝昂貴、耗 時且影響海洋生物。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的幾個目標和優(yōu)點包括但不限于下述
設(shè)備不需要建造水壩、潮汐堰壩、岸堤、沉箱或水閘。設(shè)備可不破壞場 地而被去除。設(shè)備不對水產(chǎn)業(yè)構(gòu)成妨害。設(shè)備不產(chǎn)生由于后備水庫中的需氧 物生長導致的溫室氣體排放。設(shè)備不減少下游沉淀物成層。設(shè)備不需要顯著 的海拔變化。設(shè)備不減少水的充氣。由于它們簡單性，設(shè)備不受限于它們可 坐落點的位置。設(shè)備對于游泳者和船是安全的。設(shè)備對于魚和河流生物是安 全的。設(shè)備無噪音運行。設(shè)備具有較低的初始建造成本。許多設(shè)備在深度、 寬度、水流速度、底部形狀方面不限于較少的河流位置。設(shè)備不需要成本較 高的高載荷道路以被建造到位。設(shè)備不具有復雜的電氣系統(tǒng)，其需要昂貴和 脆弱的密封。多數(shù)設(shè)備可由再循環(huán)材料制造，該材料減少了它們的總生命周 期能量消耗。設(shè)備具有不易覺察的外觀輪廓。設(shè)備滿足解決低密度能源的成功商業(yè)化所需的全球儲備。這需要在世界范圍內(nèi)運行的且易于跨國家邊界運 輸?shù)拇罅康脑O(shè)備。設(shè)備不改變水的渾濁度。設(shè)備不影響水的鹽度。設(shè)備不造 成污染物堆積。設(shè)備不具有高資金成本。設(shè)備不具有高明顯度。設(shè)備不影響 水產(chǎn)業(yè)。設(shè)備對于魚和潮沙區(qū)域生命是安全的。設(shè)備不具有較高的初始建造 和運行成本。考慮到深度、寬度、水速、底部形狀，設(shè)備不需要定制以可配 置用于多數(shù)潮汐點。設(shè)備可被運輸?shù)轿?。設(shè)備不是難于不破壞場所地去除。 設(shè)備產(chǎn)生足夠的回報的能量，以代替總的能量投入。設(shè)備需要極少的錨固系 統(tǒng)，使得其安裝迅速、便宜且不影響海洋生物。
本發(fā)明涉及河流和潮沙發(fā)電系統(tǒng)。本發(fā)明具有粗獷且可移動的設(shè)計，其 成本較低且能效高。設(shè)計用于河流和潮汐點的互聯(lián)的能量設(shè)備的陣列跨主水 流的方向的路徑排列，以吸收和轉(zhuǎn)換最大范圍的動能為氣動的、機械的或電 能。本發(fā)明具有無污染、自清潔表面，其抵制殘骸和水產(chǎn)生長。其低運行速 度、圓形表面和最小的錨泊系統(tǒng)為野生動物提供最大安全性。當負荷接近最
大值時，單元被設(shè)計為shed loads。其具有最小數(shù)目的零件，以減少成本和 故障和最大化可用零件的使用。其最小化了內(nèi)部構(gòu)造、慣性/質(zhì)量、能量轉(zhuǎn)換 級數(shù)和表面摩擦，以提供較高的總能量轉(zhuǎn)換效率。其容易安裝到其運行場所 和從那里去除。其主要由再循環(huán)材料制造，可以以低成本規(guī)模生產(chǎn)。不需要 付出能量消耗、費用、版稅、房地產(chǎn)稅-河流能量是免費且充足的。其不產(chǎn) 生直接或間接的溫室氣體(GHG)排放。


通過參考所附附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可更好地理解本發(fā)明和其眾多的特 征和優(yōu)點。為了便于理解和簡單化，在不同的附圖中相同的元件使用相同的 編號。
圖1是合并有本發(fā)明的原理的互聯(lián)的河流和潮汐能模塊的頂部平面視
圖2是河流和潮汐能模塊的頂部平面視圖； 圖3a是表面穩(wěn)定的河流和潮沙能模塊的側(cè)視平面^L圖； 圖3b是底部穩(wěn)定的河流和潮汐能模塊的側(cè)視平面視圖； 圖3c是水流穩(wěn)定的河流和潮汐能模塊的側(cè)視平面視圖； 圖3d是潮沙能模塊的側(cè)視平面視圖；圖4是能量吸收器的側(cè)視平面視圖; 圖5是能量吸收器的前視平面視圖;
附圖標記100設(shè)備陣列
102河流和潮汐能模塊
106能量吸收器
112發(fā)電站
114水底壓力管線
115錨泊纜繩
116壓縮空氣管
117鉆入式錨
1184苗泊系統(tǒng)
121吊艙
123線束
202電力電纜
203通信電纜
211穩(wěn)定器管
213碰撞艙壁
214、々々々 則〉于相
215機頭部分
216可調(diào)整翼
217柔性接頭
219機載計算機
400支柱
401舵
402螺旋槳(propeller)
403驅(qū)動軸
404變速箱
405單向閥
408空氣壓縮才幾409 防水殼體
414 4元行燈
415 后穩(wěn)定鰭 421 氣動控制器
423 ^t玄々蟲板(anti-cavitation plate)
424 翼形聚合物殼
具體實施例方式
下面是本發(fā)明的示例性實施例的詳細說明。由于本發(fā)明的這些實施例關(guān)
些修改、變通或變化被認為是在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
圖l是設(shè)備陣列100的頂部視圖，該設(shè)備陣列包括多個單獨的在水中且 漂浮形式的河流和潮汐能模塊(本發(fā)明)102,其跨河流位置展開。河流和 潮汐能模塊102的每個都通過錨泊纜繩115彼此連接，該錨泊纜繩115包括 通過一串鉆入式錨117錨泊到岸邊的大約3英寸直徑的高強度鋼纜(high tensile steel cable )。單獨的河流和潮沙能模塊102大約30英尺長3英尺寬， 吃水深度大約18英尺。每個河流和潮汐能模塊102都經(jīng)由通向岸上的水下 壓力管線114和錨泊纜繩115連接到壓縮空氣管116和岸上發(fā)電站112
圖2是河流和潮汐能模塊102的頂部平面^L圖。每個河流和潮汐能模塊 102包括能量吸收器/轉(zhuǎn)換器106,其包括一個大約十五英尺直徑大約有四個 葉片的螺旋槳402驅(qū)動大約50KW/67HP空氣壓縮機408。每個30英尺長的 河流和潮汐能模塊102與設(shè)備陣列100中的下一個河流和潮汐能模塊102之 間具有大約30英尺的正橫距離(abeam )。圖3a是表面穩(wěn)定的河流和潮汐能 模塊102的側(cè)視平面視圖。圖3b是處于底部位置的底部穩(wěn)定的河流和潮汐 能模塊102的側(cè)視平面視圖。圖3c是用后穩(wěn)定鰭415代替穩(wěn)定器管211和 支柱400的水流穩(wěn)定的河流和潮汐能模塊102的側(cè)視平面視圖。
圖4是河流和潮汐能模塊102的前視圖。圖5是能量吸收器106的側(cè)視 圖。每個能量吸收器/轉(zhuǎn)換器106包括大約9英尺長的支柱400,合并有帶四 個葉片的螺旋槳402、驅(qū)動軸403、變速箱404和空氣壓縮機408。能量吸收 器106類似于^f玄外馬達配置，其中輕量復合物(light weight composite )螺旋槳402連接到流線型吊艙121的后部，該吊艙連接到支柱400的下段。自潤 滑不銹鋼驅(qū)動軸403傳送旋轉(zhuǎn)能量到包封在防水吊艙121中的上級變速箱 (step-up gear box) 404和空氣壓縮機408,該防水吊搶121具有鰭狀物以冷 卻該單元。每一河流和潮沙能模塊102的每個能量吸收器106都被通過支柱 400的頂部連接到穩(wěn)定器管211的大致中心。
穩(wěn)定器管211包括安裝和焊接在一起的薄壁鋼管段。船首段具有合并其 其中的碰撞艙壁213。船首是具有負升力形狀的流線形且具有軟皮機頭部分 215。船尾段具有相同的負升力形狀。中間方向舵(medium aspect rudder) 401連接到穩(wěn)定器管211的船尾或船首。
螺旋槳402的每個葉片在輪轂處鉸接到驅(qū)動軸403。電動-氣動控制器施 加穩(wěn)定的壓力在螺旋槳402的每個葉片上，以保持每個葉片打開。
本發(fā)明的線束123通過機器人印刷機形成到成型和軋制鋼板的平坦聚合 物表面涂層。
每個河流和潮汐能模塊102的空氣壓縮系統(tǒng)包括大約一個由螺旋槳402 驅(qū)動的空氣壓縮機408，該空氣壓縮機經(jīng)由受壓穩(wěn)定器管211連接，該受壓 穩(wěn)定器管還用作蓄壓器。其通過高壓軟管(high pressure hose)連接到下一 河流和潮沙能模塊102,由此連接所有河流和潮汐能模塊102為設(shè)備陣列 100。這些蓄壓器包括穩(wěn)定器管211和河流和潮汐能模塊102、高壓軟管、水 下壓力管線114、壓縮空氣管116和岸上儲蓄器。
每個河流和潮汐能模塊102通過單向閥405連接到高壓軟管201,其連 通設(shè)備陣列100中的所有的河流和潮汐能模塊102且經(jīng)由水下高壓軟管線 114把壓縮空氣傳送到岸邊，在那里被空氣渦輪發(fā)電機轉(zhuǎn)換為實用等級的電 能。
在一些實施例中，河流和潮汐能模塊102被修改以被用于利用潮汐能且 具有連接到穩(wěn)定器管211的兩端的翻轉(zhuǎn)舵401，如圖3d所示。螺旋槳402 也連接到吊艙121的兩端，其通過共用驅(qū)動軸403連接到空氣壓縮機408。
電訊模塊位于每一設(shè)備陣列100的穩(wěn)定器管211的后碰撞艙壁中的檢查 搶口下。電訊模塊包括平板衛(wèi)星接收器。
螺旋槳402是基本上輕量型的傳統(tǒng)螺旋槳，其被優(yōu)化用于3或更高mph 速度的通常較慢的、寬的美國大陸主要河流。每個葉片都被彎曲以擺脫碎屑。 用于減少空氣對螺旋槳402的侵蝕的抗空蝕板423被附加到支柱400,以用于更高速度的河流和潮汐流。
壓縮空氣系統(tǒng)具有最小的運轉(zhuǎn)件，其輕量、便宜且不生銹。發(fā)電站112 位于岸上，或利用壓縮空氣管116可位于更內(nèi)陸的場所。岸邊壓縮空氣驅(qū)動
的發(fā)電站112是安靜的、無污染且規(guī)模更小，不需要在電站旁生產(chǎn)煤、油或核能。
錨泊系統(tǒng)118是本發(fā)明的重要部分。其不僅把設(shè)備陣列100連接到河岸 的每側(cè)，而且被設(shè)計用于穩(wěn)定每個河流和潮沙能模塊102,以最大化性能和 支撐能量傳輸系統(tǒng)。其把設(shè)備陣列100的每個河流和潮汐能模塊102保持在 前后和左右位置，且抵抗能量吸收器106的旋轉(zhuǎn)力。錨泊纜繩115、高壓軟 管201和電力電纜202和通訊電纜203組合在流線形翼形聚合物殼424中， 該翼形聚合物殼424利用經(jīng)過的水流的力建立足夠的負升力，以消除每個河 流和潮沙能模塊102中的向上運動。懸浮在水下約8英尺的錨泊纜繩115穿 入海岸線大約十五英尺，連接到一串混凝土錨固塊或鉆入式錨117。
多個設(shè)備陣列IOO在前導設(shè)備陣列IOO之后間隔IOO英尺以平行的形式 疊置，由此最大化該處的功率輸出。它們的輸出被導向岸邊，在那里被合并 以驅(qū)動空氣渦輪發(fā)電機。
本發(fā)明的配線是對于線束設(shè)計的劃算的選擇。本發(fā)明的河流和潮汐能模 塊102使用印刷配線系統(tǒng)，其包括冗余的配線。線束123的自動設(shè)計和制造 被使用。本發(fā)明的線束123通過機器人印刷機施加到成型和軋制的鋼板的平 坦聚合物表面涂層上。模塊的配線內(nèi)的連接是通過通用電連接器系統(tǒng)進行 的。
發(fā)電站112的技術(shù)與蒸汽渦流發(fā)電機和燃氣輪機相同，其是現(xiàn)代社會所 運轉(zhuǎn)的最可靠的機器且不按計劃的運轉(zhuǎn)中斷很少。渦輪發(fā)電機具有模塊化設(shè)
的氣輪機不需要是海洋中使用的、輕質(zhì)的和小尺寸的，而這是如果它們被放 置在每個河流和潮沙能模塊102上時的情形。這大大降低了成本和維護。整 個單元可由標準化模塊結(jié)構(gòu)構(gòu)建，以最小化站點的具體設(shè)計、站點工作和站 點內(nèi)的建筑。發(fā)電站112可位于岸上或壓縮空氣管116可鋪設(shè)到更內(nèi)陸的位 置。壓縮空氣輪機驅(qū)動發(fā)電機系統(tǒng)安靜地運行且無污染。整個發(fā)電站116具 有較小的規(guī)模，不需要相同尺寸的燃料供給廠，因為不需要電站旁的煤、油 或核能燃料。站點的具體類型不限于當前的油/氣發(fā)電排放、安全性和噪音問題。
除了空氣渦輪發(fā)電機，制氫電解槽和水蒸餾系統(tǒng)也位于岸上。水蒸餾系 統(tǒng)供給電解槽，電解槽供給氫液化模塊，所有都由壓縮空氣系統(tǒng)驅(qū)動的氣輪 機發(fā)電機供電。液化的氬然后通過管道供給用戶。
本發(fā)明的耐用性固存于設(shè)計和結(jié)構(gòu)中。由于其成組的、低阻力半淹沒結(jié) 構(gòu)，該設(shè)備被設(shè)計為能用于多數(shù)河流和潮沙狀況。本發(fā)明使用多種方法來抵 抗腐蝕，包括保護性涂層、高頻振動和陰極保護-通過在框架中流動的弱電 流吸引腐蝕性化學物質(zhì)到稱為犧牲陽極的異金屬帶電板。本發(fā)明是自清潔 的。當碎屑影響性能時，在外殼信號中來自能量模塊102的輸出和傳感器網(wǎng)
絡(luò)125的數(shù)據(jù)使得每個能量模塊102的螺旋槳402的葉片樞轉(zhuǎn)返回以清潔其 自身。使用固態(tài)發(fā)光聚合物，在夜間和外部低能見度時，可通過編程提供多 種標志和警告發(fā)光選項。每個能量模塊102的頂部具有連接到岸邊監(jiān)視器的 兩個便宜的固態(tài)微型彩色相機。用于壓縮空氣系統(tǒng)的空氣輸入穿過安裝在每 個河流和潮汐能模塊102的桅桿頂部的汽笛機構(gòu)，產(chǎn)生穩(wěn)定的脈沖警告音。 運轉(zhuǎn)-圖1、 2、 3a、 3b、 3c、 3d、 4、 5
本發(fā)明沿河流的整個長度利用水能，而不是在一位置使用水壩的當前配 置。設(shè)備陣列100包括多個單獨的底部淹沒的、水流穩(wěn)定的且漂浮表面穩(wěn)定 類型的河流和潮汐能沖莫塊102,該i殳備陣列i^夸河流展開。每個河流和潮汐能 模塊102通過錨泊纜繩115、高壓軟管201、電力電纜202和通信電纜203 連接到其旁邊的單元，錨泊纜繩115、高壓軟管201、電力電纜202和通信 電纜203都通過翼形聚合物殼424保持在一起。錨泊纜繩115在吊艙121的 中間的連接點處被連接到每個河流和潮汐能模塊102且在大約8英尺的深度 處直接連接到空氣壓縮機408。穩(wěn)定器管211支撐能量吸收器106的重量且 錨泊系統(tǒng)118保持單元大約八英尺的深度。這把螺旋槳402維持在擾動的水 之上且?guī)喥鸷拥椎乃樾?。穩(wěn)定器管211的船首具有流線形負升力形狀的軟皮 機頭部分215,其對于水中生命友好且抵制碎屑。中間方向舵401連接到穩(wěn) 定器管211的船尾，其使用經(jīng)過的水力的能量來保持整個河流和潮汐能模塊 102指向在水流中。
在一些實施例中，修改為用于利用潮汐能的河流和潮汐能模塊102具有 連接到穩(wěn)定器管211的兩端的翻轉(zhuǎn)舵401。其還支撐連接到吊艙121的兩端 的螺旋槳402，該螺旋槳通過共用驅(qū)動軸403連接到空氣壓縮機408。當潮流改變方向時，兩個螺旋槳402沿相反方向旋轉(zhuǎn)，其通過內(nèi)部高壓軟管201 啟動兩個舵401翻轉(zhuǎn)， 一個朝上， 一個朝下。在該循環(huán)的終點，空氣壓縮機 408的輸出和輸入凈皮顛倒。
連接到吊艙121的后端的螺旋槳402是基本上輕量型的傳統(tǒng)螺旋槳，其 被優(yōu)化用于三或更高mph流速的通常慢的、寬的美國大陸主要河流。每個葉 片被彎曲以擺脫碎屑且每個還使用彈簧加載的鉸鏈以在受碎屑影響時拉回 每個葉片。自潤滑不銹鋼驅(qū)動軸403把旋轉(zhuǎn)動力傳送到包封在流線形防水吊 搶121中的上級變速箱404和空氣壓縮才幾408，該吊搶121具有鰭狀物以冷 卻該單元。
每個相鄰能量吸收器106的螺旋槳402沿與旁邊的那個螺旋槳相反的方 向旋轉(zhuǎn)，由此抵消施加在設(shè)備陣列IOO上的旋轉(zhuǎn)力。螺旋槳402的旋轉(zhuǎn)力、 螺旋槳402的拉力、錨泊纜繩115的前部和側(cè)部負荷和來自穩(wěn)定器管的垂直 負荷都被導向空氣壓縮機408的鋁或鋼塊。能量吸收器106上的這個負荷點 上的主應力的定心減少了總的結(jié)構(gòu)負荷，由此限制的對于過建零件的需要， 這降低了成本和重量。
壓縮空氣系統(tǒng)具有最小數(shù)量的運轉(zhuǎn)件且輕量、便宜和不生銹?？諝鈮嚎s 系統(tǒng)在設(shè)備的運行中起著重要作用。與長距離管道輸送氣體相關(guān)聯(lián)的損耗大 大小于與傳輸電力相關(guān)聯(lián)的損耗。例如，關(guān)于氧和氫傳輸，只需要非常小的 泵送功率來移動氣體穿過管線。通過類推，在天然氣的傳送中，700psi的壓 力足以在幾百英里上移動氣體，而不必提供輔助泵站。因此，在一些情況下， 為河流和潮沙能捕獲器生產(chǎn)的壓縮空氣提供管線更有效，而不是在多英里范 圍內(nèi)傳輸電力到建立的電能網(wǎng)中遭受損失。
壓縮空氣經(jīng)由受壓穩(wěn)定器管211行進，其用作儲壓器，穿過高壓軟管201 到達下一個河流和潮汐能模塊102且到達岸上的儲蓄器119，在那里被氣輪 發(fā)電機轉(zhuǎn)換為實用等級的電能。壓縮空氣系統(tǒng)的進氣口可設(shè)置在岸上或在每 個河流和潮沙能模塊102上。發(fā)電站112位于岸上，或利用壓縮空氣管116， 可被鋪設(shè)到更內(nèi)陸的地方。岸邊壓縮空氣驅(qū)動的112是靜音的、無污染的且 規(guī)模更小，不需要在電站旁生產(chǎn)煤、油或核能。其具有標準化模塊化設(shè)計一 最小化場所的具體設(shè)計、現(xiàn)場工作和場內(nèi)建設(shè)。氣輪發(fā)電機具有模塊化設(shè)計， 優(yōu)選地具有直接安裝在它們自己的發(fā)電機軸上的反向旋轉(zhuǎn)葉片。使用的氣輪 發(fā)電機不需要被海洋化、輕量且具有更小的尺寸，且由此與它們被設(shè)置在每個河流和潮汐能模塊上時所需的發(fā)電機相比具有相當?shù)偷某杀尽?br> 發(fā)電站112的技術(shù)與蒸汽輪機發(fā)電機和燃氣輪機相同，其為現(xiàn)代社會所 運行的最可靠的機器且很少發(fā)生計劃外的中斷。渦輪發(fā)電機具有模塊化設(shè)
的氣輪機發(fā)電機不需要可用于水中，輕量或具有小尺寸，而那是它們被設(shè)置
在每個河流和潮沙能模塊102上的情形。這大大降低了成本和維護計劃。整 個發(fā)電站112可由模塊化結(jié)構(gòu)構(gòu)建，以最小化現(xiàn)場具體設(shè)計、現(xiàn)場工作和場 內(nèi)建設(shè)。發(fā)電站112可位于岸上或壓縮空氣管116可鋪設(shè)到更內(nèi)陸的地方。 壓縮空氣輪機驅(qū)動的發(fā)電系統(tǒng)安靜地運行且無污染。發(fā)電站受限于當前油/ 氣發(fā)電排放、安全性和噪音問題
配線在水中環(huán)境中是眾所周知的脆弱鏈接。其不僅經(jīng)常受到由于酸性環(huán) 境導致的腐蝕的侵襲，而且受到經(jīng)過的河流的持續(xù)沖擊和振動帶來的應力。 這尤其與處于水中(24/7)且被設(shè)計為吸收河流和潮汐水流的能量而不是像 船一樣穿過或騎跨在水流上的河流和潮汐能模塊102相關(guān)。配電箱內(nèi)的互聯(lián) 以及與線束的互聯(lián)可構(gòu)成難于管理的捆線。這占用了寶貴的空間且需要昂貴 的手工點對點配線。手工配線不僅降低了生產(chǎn)效率，而且還造成配線錯誤。 纏繞的線束經(jīng)常容易造成短路和其它類型的電故障。本發(fā)明的配線對于線束 設(shè)計是劃算的選擇。本發(fā)明使用印刷系統(tǒng)，其包括冗余的配線。線束的自動 設(shè)計和制造被使用。本發(fā)明的線束123通過機器人印刷機施加到成型和軋制 的鋼板的平坦聚合物表面涂層。當機器人印刷機沿板或管的聚合物涂層表面 移動時，其使用導電聚合物印刷電線。由于不需要硬配線，線束設(shè)計可被簡 化且降低成本。模塊的配線內(nèi)的連接是通過當前可用的電連接器進行的。其 消除了對于寶貴空間和昂貴的手工點對點配線的需求，不僅提高了生產(chǎn)效 率，而且降低了配線錯誤。
錨泊纜繩115連接到擰入到空氣壓縮機408的金屬塊中的改進的環(huán)。錨 泊系統(tǒng)118是本發(fā)明的重要部分。其不僅把設(shè)備陣列IOO連接到河岸的兩側(cè)， 而且設(shè)計為與每個河流和潮沙能模塊102相互作用甚至與其反作用，以減少 整個錨泊系統(tǒng)中的力和最大化性能，并支撐電力電纜202、通信電纜203和 高壓軟管201。其還在左右和前后平面內(nèi)穩(wěn)定設(shè)備陣列IOO的每個河流和潮 沙能模塊102，且抵消由螺旋槳402產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力。組合起來的錨泊纜繩115、 壓縮空氣管114、電力電纜202和通信電纜203被連接在流線形的翼形聚合物殼424中，該聚合物殼利用經(jīng)過的水流的能量產(chǎn)生足夠的負升力來消除河 流和潮沙能模塊102中的任意向上的運動。懸浮在大約8英尺水下的錨泊纜 繩115利用大約長十五英尺的壕溝結(jié)構(gòu)在大約相同深度穿入海岸線，且連接 到混凝土或鋼的錨固快或鉆入式錨117。高壓軟管201連接到壓縮空氣管 116，該壓縮空氣管在地下延伸到渦輪發(fā)電機。
設(shè)備陣列100形式的河流和潮沙能模塊102是一種有效的河流能量的能 量吸收器，其允許河水水流能量的有效流動穿過其且具有最小程度的湍流。 這允許多個設(shè)備陣列IOO平行地疊置在先導設(shè)備陣列IOO的后面，由此最大 化該處的能量輸出。它們各自的能量輸出被引導到岸邊，在那里它們被合并 以驅(qū)動更大的發(fā)電機。
由于河流和潮汐能的固有的低能量特性，成功的可再生能量系統(tǒng)的關(guān)鍵
點在于需要迅速且成本有效地生產(chǎn)大量的這些設(shè)備。由此，發(fā)明人把這種要 求并入到他的設(shè)計中。利用液壓成形薄壁鋼管和焊接或膠接的板塊和沖擊聚
合物(ballistic polymer)涂層的制造系統(tǒng)，本發(fā)明使用可大規(guī)模生產(chǎn)的"為 組裝而設(shè)計"的河流和潮汐能模塊102
特別設(shè)計的制造系統(tǒng)包括多個互聯(lián)的制造模塊，該模塊設(shè)計為在集裝箱 貨物單元中船運，因此它們可被出口到全球。 一旦船運的箱到達計劃的生產(chǎn) 地，要打開的第一模塊是主管理系統(tǒng)模塊，其包括計算機硬件和軟件，其連 接和控制生產(chǎn)的所有階段。其綁定的軟件使用內(nèi)建的人工智能和模糊邏輯且 可被快速升級。其包括所有必須的生產(chǎn)、財務、工程、維護和市場軟件，以 管理能量模塊工廠。該控制模塊包括主計算機和用戶友好的制造計算機程 序。這粗略地可以與家用計算機中使用的安裝程序相比。程序以操作者的語 言自動指示操作者如何建立整個制造系統(tǒng)，同時自動檢查所有連接和軟件界 面。每個模塊被設(shè)計為插入到下一個，以與每個模塊通訊。接下來要執(zhí)行的 是能量管理系統(tǒng)模塊，其自動地升級當?shù)仉娋W(wǎng)，以適應制造系統(tǒng)的電力需求 和保護設(shè)備不會電力不足和電涌。接下來是連接各種特定工具模塊，其生產(chǎn) 河流和潮沙能模塊102的關(guān)鍵件。
電信系統(tǒng)被整合到發(fā)電站112中，其包括軟件以與零部件商通信，用于 工程和技術(shù)支持、設(shè)計反饋和系統(tǒng)升級。供應商網(wǎng)模塊包括硬件和軟件，為 當?shù)睾秃Ｍ夤膛c制造業(yè)提供接口。其還包括再循環(huán)模塊，其把鋼、聚合 物和零件從老舊的能量模塊剝?nèi)ズ头珠_，以使得它們可被再生用于制造。使用這種先進的制造系統(tǒng)，允許生產(chǎn)廠被船運到幾乎世界上所有國家和 快速建立以大規(guī)模生產(chǎn)河流和潮汐能模塊102。假定這些設(shè)備從制造的觀點 來看類似于汽車，且假定單在美國每年生產(chǎn)1千7百萬輛車輛，生產(chǎn)大約
10000單元的基于發(fā)明人的設(shè)計的河流和潮汐能模塊102可被建立在一個區(qū) 域制造廠中且在工具就位后在少于12個月內(nèi)安裝。
為了制氫，電解槽和水蒸餾系統(tǒng)設(shè)置在岸上位于發(fā)電站112旁。水蒸餾 系統(tǒng)供給電解槽，電解槽供給氫液化模塊，所有都由整個壓縮空氣系統(tǒng)驅(qū)動 的渦輪機供電。液化的氫然后被管送到用戶。
本發(fā)明的實用性在于設(shè)計中的固有性質(zhì)和結(jié)構(gòu)。設(shè)備^皮設(shè)計為能用于最 大的河流和潮沙能狀況，因為其組合的、低阻力半淹沒的結(jié)構(gòu)。在外殼信號 中來自能量模塊102的輸出和傳感器網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)在碎屑影響河流和潮汐能模 塊102的整體能量生產(chǎn)性能時使得能量吸收器106的螺旋槳402的葉片樞轉(zhuǎn) 返回以減少阻力。本發(fā)明使用多種方法來抵抗腐蝕，包括保護性涂層、高頻 振動和陰極保護-通過在框架中允許弱電流吸引腐蝕性化學物質(zhì)到稱為犧牲 陽極的異金屬帶電板。在夜間和低能見度時使用固體發(fā)光聚合物，外部是可 編程聚合物，其提供各種標記和警告發(fā)光選項。嵌入到河流和潮汐能模塊102 中的傳感器網(wǎng)絡(luò)持續(xù)監(jiān)控各種子系統(tǒng)的性能、河流和潮汐環(huán)境和安全性，饋 送給船載計算機219。生物感應中央控制系統(tǒng)就像大腦的神經(jīng)突觸那樣工作， 利用每個傳感器來相應不同的輸入，由此整合巨量信息。穩(wěn)定器管211、能 量吸收器106、傳感器網(wǎng)絡(luò)和通信系統(tǒng)形成河流上的網(wǎng)絡(luò)，以增加設(shè)備的智 能和把它連接到外部世界。軟件監(jiān)控100%的所有系統(tǒng)且自動報告任意異常 到全球和區(qū)域賦權(quán)計算機，通知它們需要維修預約。這實時控制河流和潮汐 能模塊102的性能且確保河流和潮汐能的最寬范圍的恒定和高效轉(zhuǎn)換。系統(tǒng) 管理包括復雜技術(shù)，用于在河流和潮汐流非常強時自動斷開，且在河流和潮 沙流恢復到正常性質(zhì)時重新連接。設(shè)備陣列IOO被設(shè)計為容易且成本有效地 傳輸?shù)綐?gòu)造點。
發(fā)電站112可位于岸上，或延伸到岸上的水底壓縮空氣管116可鋪設(shè)到 位于更內(nèi)陸的發(fā)電站112。岸邊壓縮空氣渦輪機發(fā)電機具有比標準化石燃料 電站小的規(guī)模，且不需要在電站旁生產(chǎn)煤、油或核能。其具有標準化模塊結(jié) 構(gòu)，以最小化現(xiàn)場特定設(shè)計、現(xiàn)場工作和場內(nèi)建設(shè)。氣輪機發(fā)電機具有模塊 化設(shè)計，優(yōu)選地具有直接安裝到它們自己的發(fā)電機軸上的反轉(zhuǎn)面葉片。使用的氣輪機發(fā)電機不需要設(shè)置為可在水中使用。它們足夠小且輕，以被搬運到 現(xiàn)場。
因此，讀者將看到本發(fā)明吸收了較寬范圍的河流能量，且由于其可被構(gòu) 造為半淹沒形式的設(shè)備陣列，其最大化了表面面積，由此增加總的能量輸出。 設(shè)備被設(shè)計用于離岸和潮流和河流地點，且使用耐久的低速、高扭矩螺旋槳 來提取能量，該螺旋槳可操縱阻斷數(shù)噸重的河水。本發(fā)明使用圓形的、無污 染的、自清潔表面來抵抗碎屑和水生物的滋長。其低速、圓形表面和最小的 錨固纜繩為野生動物提供安全性。該設(shè)備是自動擺正且在強天氣狀況下浸 沒。其具有最少的零件以降低成本和故障。該設(shè)備主要由可用零件組成。本 發(fā)明最小化內(nèi)部構(gòu)造、慣性/質(zhì)量和表面摩擦。其容易安裝在現(xiàn)場和被去除以 供每年維修。該設(shè)備不具有復雜的電氣系統(tǒng)。其可位于許多現(xiàn)今不可用的水 電i也點。
雖然我們上面的說明包括特異性，這些不應構(gòu)成為本發(fā)明的范圍的限 制，而是作為其一個優(yōu)選實施例的示例。許多其它變化是可能的。
在替換實施例中，空氣可被通過渦輪機輪軸和螺旋槳葉梢注入到水中， 以改善水質(zhì)。
替換實施例包括設(shè)置在穩(wěn)定器管內(nèi)的后浮箱218和前浮箱214。通過改 變浮箱中的壓倉水的量，螺旋槳的角度可相對于接近中的水流改變。
一替換實施例用于把支柱連接到穩(wěn)定器管的后部，而不是在中部，以允
許整個支柱和能量吸收器能利用電-氣驅(qū)動鉸鏈向上樞轉(zhuǎn)，用于維護和修理。
穩(wěn)定器管將被再成形，以使得船首更窄，導致支柱段更寬和更深，以把浮力 中心向后朝向船尾移動。
在一替換實施例中，河流和潮汐能模塊把壓縮空氣導向岸邊模塊，在那 里壓縮空氣驅(qū)動反滲透水淡化器的泵，把河水或海水轉(zhuǎn)變?yōu)樾迈r的清潔水。
在一替換實施例中，河流和潮汐能模塊把壓縮空氣導向岸邊，在那里壓 縮空氣驅(qū)動反滲透水淡化器的泵，把河水或海水轉(zhuǎn)變?yōu)榍鍧嵥?，該清潔水?后被泵入電解槽，該電解槽由空氣壓力驅(qū)動的渦輪發(fā)動機供電。這被用于把 水分裂成氫氣，其中該氫氣被液化和分配。
一替換實施例是要在穩(wěn)定器管、吊艙和支柱中用高強度復合聚合物材料 來代替鋼的使用。
在一替換實施例中，穩(wěn)定器管中的鋼利用聚合物涂層從海水密封開。一替換實施例使用膠接到穩(wěn)定器管的水線上的表面上的聚合物部分，以 偽裝其形狀，使得其看起來比較自然，例如像一排巖石、波浪、樹叢、沙洲， 或者具有裝飾性風格，例如像一排游泳的海豚、海馬或螺。
在一替換實施例中，較小的翼狀物被向下連接到吊艙，以在水平面下降 到低位且該設(shè)備纟皮暴露時支撐該設(shè)備。
在一替換實施例中，穩(wěn)定器管、支柱和螺旋槳由標準航海等級的玻璃纖 維或高強度可模壓工程聚合物組成，其可被利用凸凹低壓模具成本有效且快 速地模制。
在一替換實施例中，河流和潮汐能模塊可被按比例縮小，用于低能量密
度點，包括大約25KW單元和10KW單元。
在一替換實施例中，利用前緣襟翼(leading edge flap)和后緣襟翼，螺 旋槳的形狀可被改變。
在一用于潮汐應用的替換實施例中，河流和潮汐能模塊的陣列每個端部 被連接至浮箱。其前后彎曲，就像潮沙一樣改變方向。利用兩端上的上翻舵 和吊艙的前后端上的反向旋轉(zhuǎn)地運轉(zhuǎn)的螺旋槳，河流和潮沙能模塊被修正。 當潮汐改變時，后舵向下旋轉(zhuǎn)到水中，且相對的舵向上旋轉(zhuǎn)。
在一替換實施例中，利用箔片、凹坑、肋條和其它微形狀來產(chǎn)生或多或 少的拽力，螺旋槳的表面可被增強
在一替換實施例中，可使用各種方法來保持穩(wěn)定器管和螺旋槳的表面的 清潔，包括生態(tài)學安全抗污垢材料和硅漆。
在一替換實施例中，大規(guī)模熱成型可代替大尺寸零件的注射模制，玻璃 纖維鋪設(shè)和壓縮模制。這些可熱成型樹脂降低了制造成本、并提供了嵌入模 內(nèi)的道具、且防水、抗拉伸和抗沖擊。
在一替換實施例中，通過模制到復合材料的每個螺旋槳葉片中的柔性特 性，對于變化的水流每個能量吸收器都自動地再成形和復原。
在一替換實施例中，支柱連接到穩(wěn)定器管更靠前處且朝向后部成45%的角。
在一替換實施例中，螺旋槳被安裝在支柱前部中的吊艙上。 在一替換實施例中，設(shè)備陣列被用作人行橋。
在一替換實施例中，螺旋槳被設(shè)計為可以消除污物、減少水生物滋生和 處理潮沙和河流中攜帶的碎屑。在一替換實施例中，螺旋槳被垂直魚尾形構(gòu)造所代替。當前的研究發(fā)現(xiàn)， 鳥和魚的懸臂翼部分比人類使用的螺旋槳更具能效。支柱是具有鉸接后段和 用于配平的拖尾副翼的翼的前緣。前后動作將把能量從每個經(jīng)過的阻斷水流 中提取出來。其為靜音且無污染的。
在一替換設(shè)計中，能量吸收器旋轉(zhuǎn)連接到永-茲體發(fā)電機的傳動鏈，該發(fā) 電機連接到位于穩(wěn)定器管內(nèi)的支柱的基部，經(jīng)由岸上的高功率水底電纜把電 發(fā)送到主電網(wǎng)。永磁體發(fā)電機不需要變速箱，由此顯著降低了功率的損失和 維護成本。
在一替換結(jié)構(gòu)中，穩(wěn)定器和螺旋槳被組合以構(gòu)成水平鯨尾結(jié)構(gòu)。該鯨尾 在上下擺動穿過經(jīng)過的水流時驅(qū)動其基部處的空氣泵。
在一替換結(jié)構(gòu)中，支撐能量吸收器的支柱被構(gòu)造為中心板(centerboard ), 其通過液壓控制上下滑動穿過穩(wěn)定器管，由此改變設(shè)備的深度，以用于變化 的河流狀況。
在一替換實施例中，雙反轉(zhuǎn)螺旋槳被連接到支柱的后部。 在一替換實施例中，碎屑罩可被連接到船首。
在一替換結(jié)構(gòu)中，支柱可被設(shè)計有各種形狀、長度、寬度、曲線和材料。 在一替換結(jié)構(gòu)中，穩(wěn)定器管可被設(shè)計有各種形狀、長度、寬度、曲線和 材料。
在一替換結(jié)構(gòu)中，螺旋槳可被設(shè)計為具有各種形狀、長度、寬度、曲線 和材料的單獨螺旋槳。
實用性
本發(fā)明涉及能源領(lǐng)域，且更具體地涉及一種設(shè)備，其可有效且安全地從 水力能源發(fā)電，具有最少的投資和保養(yǎng)。本發(fā)明的其它重要特征是使用最少 的零件以降低成本和故障，且最大化可用零件的使用。本發(fā)明最小化了內(nèi)部
結(jié)構(gòu)、慣性/質(zhì)量和表面摩擦。其容易安裝和去除以供每年保養(yǎng)。其需要最少 的能量轉(zhuǎn)換級數(shù)。本發(fā)明和大規(guī)模生產(chǎn)且可以低成本升級。不需要付出能量 成本、費用、版稅、房地產(chǎn)稅。能量是免費的和充足的，同時其在運行期間 不直接或間接產(chǎn)生溫室氣體(GHG)排放。
權(quán)利要求
1.一種能量模塊，包括a.能量吸收器，包括i.吊艙；ii.螺旋槳，包括在輪軸處連接到吊艙的多個葉片，該螺旋槳連接到驅(qū)動軸用于旋轉(zhuǎn)變速箱和驅(qū)動空氣壓縮機來壓縮空氣；和b.錨泊系統(tǒng)，包括i.連接到吊艙的翼形聚合物殼，該翼形聚合物殼設(shè)計用于利用經(jīng)過的水流的力產(chǎn)生負升力以減小能量模塊中的任意向上的運動；ii.錨泊纜繩，容納在翼形聚合物殼內(nèi)且錨固到岸上，以保持能量模塊前后和左右的位置，且抵抗能量模塊上的旋轉(zhuǎn)力；和iii.高壓軟管，容納在翼形聚合物殼內(nèi)，以傳送壓縮空氣到空氣渦輪發(fā)電機，用于轉(zhuǎn)換為電力。
2. 如權(quán)利要求1所述的能量模塊，還包括a. 連接到吊艙的支柱；和b. 穩(wěn)定器管，連接到支柱以提供對于能量吸收器的支撐，該穩(wěn)定器管包 括船首端和與船首端相對的船尾端。
3. 如權(quán)利要求2所述的能量模塊，其中船首端被構(gòu)造具有負升力形狀且 船尾端被構(gòu)造具有負升力形狀。
4. 如權(quán)利要求2所述的能量模塊，還包括通信電纜，該通信電纜容納在 翼形聚合物殼內(nèi)，用于傳遞信號到能量模塊或接收來自能量模塊的信號。
5. 如權(quán)利要求2所述的能量模塊，還包括連接到支柱的抗空蝕板，用于 減少對螺旋槳的空氣侵蝕。
6. 如權(quán)利要求2所述的能量模塊，還包括線束，其鋪設(shè)到穩(wěn)定器管的表 面，用于傳遞信號到能量模塊或從能量模塊接收信號。
7. 如權(quán)利要求2所述的能量模塊，還包括穩(wěn)定器管內(nèi)的后浮箱和前浮 箱，其可被裝入水作為壓倉物，以改變螺旋槳相對于迎面水流的角度。
8. 如權(quán)利要求2所述的能量模塊，其中所述支柱被連接到穩(wěn)定器管的船 首端且朝向船尾端傾斜大約45度。
9. 如權(quán)利要求2所述的能量^^莫塊，其中支柱通過液壓控制穿過穩(wěn)定器管上下滑動。
10. 如權(quán)利要求2所述的能量模塊，還包括與第一螺旋槳相對地連接到 吊艙的第二螺旋槳，第二螺旋槳沿相對于第一螺旋槳相反的方向旋轉(zhuǎn)。
11. 如權(quán)利要求1所述的能量模塊，其中所述多個葉片被彎曲以擺脫碎屑。
12. —種能量模塊陣列，包括多個能量模塊，每個能量模塊包括a. 能量吸收器，包括連接到吊艙的螺旋槳，該吊艙包括連接到螺旋槳的 驅(qū)動軸用于旋轉(zhuǎn)變速箱和驅(qū)動空氣壓縮機來壓縮空氣；b. 連接到吊艙的翼形聚合物殼；c. 容納在翼形聚合物殼內(nèi)的錨泊纜繩，該錨泊纜繩^te多個能量吸收器彼 此連接且把多個能量吸收器連接到河岸，；和d. 高壓軟管，容納在翼形聚合物殼內(nèi)，用于把壓縮空氣從每個能量吸收 器傳送到空氣渦輪發(fā)電機，用于轉(zhuǎn)換為電力。
13. 如權(quán)利要求12所述的能量模塊陣列，還包括a. 連接到吊艙的支柱；和b. 穩(wěn)定器管，連接到支柱以支撐能量吸收器。
14. 如權(quán)利要求12所述的能量模塊陣列，其中第一能量模塊的螺旋槳沿 相對于鄰近第 一能量模塊的第二能量模塊的螺旋槳相反的方向旋轉(zhuǎn)，以抵消 作用在能量模塊陣列上的旋轉(zhuǎn)力。
15. 如權(quán)利要求12所述的能量模塊陣列，還包括通信電纜，該通信電纜 容納在翼形聚合物殼內(nèi)，用于傳遞信號到能量模塊陣列或接收能量模塊陣列 的信號。
16. 如權(quán)利要求12所述的能量模塊陣列，其中每個能量模塊還包括線 束，其鋪設(shè)到穩(wěn)定器管的表面，用于傳遞信號到能量模塊或接收來自能量模 塊的信號。
17. 如權(quán)利要求12所述的能量模塊陣列，其中每個能量模塊包括穩(wěn)定器 管內(nèi)的后浮箱和前浮箱，其可被裝入水作為壓倉物，以改變螺旋槳相對于迎 面水流的角度和深度。
18. —種利用來自河流的能量的方法，包括a. 提供多個能量模塊，該能量模塊包括翼形聚合物殼；b. 利用容納在翼形聚合物殼內(nèi)的高壓軟管和錨泊纜繩在翼形聚合物殼處互聯(lián)每個能量模塊；c. 通過多個能量模塊把河水流動產(chǎn)生的機械能轉(zhuǎn)換到壓縮空氣中；d. 把來自多個能量模塊的壓縮空氣通過高壓軟管傳輸?shù)娇諝鉁u輪發(fā)電 機，以把壓縮空氣轉(zhuǎn)換為電力，由此利用河流能量。
19. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括調(diào)節(jié)能量吸收器的深度水平，以 最大化能量轉(zhuǎn)換或在特定深度不允許轉(zhuǎn)換能量的狀況下運行。
20. 如權(quán)利要求18所述的方法，其中通過按照需要填充或排空浮箱來分 別降低或升高能量吸收器的深度水平來調(diào)節(jié)深度水平。
21. 如權(quán)利要求18所述的方法，還包括調(diào)節(jié)能量吸收器的角度，以補償 變化的河流狀況，由此最大化能量轉(zhuǎn)換。
全文摘要
一種改進的河流和潮汐能模塊，設(shè)計用于從潮汐和河流處獲取能量。每個河流和潮汐能模塊被連接到其它類似的河流和潮汐能模塊，以形成互聯(lián)的潮汐和河流能量模塊陣列，其與主潮汐和河水流成直角地錨固到水岸。每個河流和潮汐能模塊包括能量吸收器和錨泊系統(tǒng)。能量吸收器包括吊艙和在輪軸處連接到吊艙的螺旋槳。螺旋槳連接到驅(qū)動軸，以旋轉(zhuǎn)變速箱且驅(qū)動空氣壓縮機以壓縮空氣。錨泊系統(tǒng)包括翼形聚合物殼，其連接到吊艙，翼形聚合物殼設(shè)計用于利用經(jīng)過的水流的力產(chǎn)生負升力來消除能量模塊中的任意向上的運動；錨泊纜繩，容納在翼形聚合物殼內(nèi)；和容納在翼形聚合物殼內(nèi)的高壓軟管，用于把壓縮空氣傳輸?shù)娇諝鉁u輪發(fā)電機，以通過連接到當?shù)仉娋W(wǎng)的岸上空氣渦輪發(fā)電機轉(zhuǎn)換為電能。
文檔編號F03B13/12GK101568719SQ200780048040
公開日2009年10月28日 申請日期2007年10月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月24日
發(fā)明者C·S·卡特林 申請人:C·S·卡特林