專利名稱：用于從海水的垂直運動轉(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動轉(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)置至少一個孔洞，即使水能夠自由地進出該中空體。
由波浪、浪潮和潮汐引起的海水運動已用于許多公知的方案來轉(zhuǎn)化其能量。
本發(fā)明的目的是改進這種設(shè)備。
根據(jù)本發(fā)明，這是通過一種用于從海水的垂直運動轉(zhuǎn)化能量的設(shè)備來實現(xiàn)的，該設(shè)備包括一浮體，該浮體可通過海水面的運動在垂直方向上相對于上述中空體運動，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動沿中空體的側(cè)壁上下移動。
根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，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罐相連通，而該空氣儲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，而空氣流用來驅(qū)動螺旋槳。
在一優(yōu)選實施例中，空氣儲罐位于上述蓋中。
當(dāng)在中空體的上述側(cè)壁之間設(shè)置一變窄通道時，流體流將被加速。
在本發(fā)明的另一實施例中，在通道內(nèi)設(shè)置了一個與能量發(fā)生裝置相連的螺旋槳。在該實施例中，流體流直接驅(qū)動一螺旋槳。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)動可能性。
當(dāng)蓋位于海水水面之上時，設(shè)置了至少一個孔洞。通過這種方式，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，該罩蓋由氣動裝置致動。當(dāng)需要時，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浮動件。蓋通過浮動件的作用而上下運動。
通過浮動件傳遞給蓋的海水運動的效果可通過一液壓放大器放大，該液壓放大器包括具有不同直徑的兩個活塞/液壓缸，一個活塞與浮動件相連，另一活塞與蓋相連。
在一些實施例中，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~片進行順槳。
在一優(yōu)選實施例中，將葉片插在與小齒輪相連的軸上，該小齒輪與齒條嚙合，而該齒條與致動裝置相連。通過這種方式，葉片能夠轉(zhuǎn)到正確的角度位置，從而與流體流的方向無關(guān)地單向轉(zhuǎn)動螺旋槳。
在一優(yōu)選實施例中，致動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)該實施例，沒有使用需導(dǎo)向的可移動件。
在該實施例中，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)海水水面的垂直運動的一預(yù)定頻率，流體以其自己的自然頻率振動(共振)。當(dāng)海面的振動頻率與流體的自然頻率一致時，中空體內(nèi)流體的振幅將達到最大。
根據(jù)本發(fā)明，可以將多個平行設(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)備的第一實施例的剖視圖；圖2用圖解法示出了多個平行的圖1所示設(shè)備的布局；圖3示出了第二實施例的剖視圖；圖4示出了第三實施例的剖視圖；圖5示出了第四實施例的剖視圖；圖6示出了第五實施例的剖視圖，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施例；圖9示出了第七實施例的剖視圖；圖10示出了第八實施例的剖視圖。
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，隔膜9處于下拉位置，而當(dāng)海水處于高水位N2時，隔膜9沿箭頭P的方向移動，流體10從第一空間沿向上方向進入第二空間。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。通過通道4的流體驅(qū)動一螺旋槳11。螺旋槳11通過一軸12與一發(fā)電機13相連，用來產(chǎn)生電能。當(dāng)海水水位從N2下降到N1時，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，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)置了一個變窄的通道4。兩個空間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與浮動件27，28相連。浮體7包括蓋26和浮動件27，28。蓋可由罩蓋29封閉。罩蓋29可通過致動裝置30，如液壓裝置移動，以使截留的空氣排到大氣中。由于共振的緣故，只有當(dāng)外部海水水位的運動與中空體1內(nèi)部海水水位的運動處于同一方向且比它快時，才將罩蓋29關(guān)閉。如果波浪的運動通過浮動件27，28傳遞給罩蓋29，從而罩蓋29上下運動，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，從而海水柱將流過通道4，而渦輪11將被驅(qū)動。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。由此可對中空體1內(nèi)流體柱的長度進行調(diào)節(jié)，從而可將其自然頻率調(diào)節(jié)成海水運動的頻率。
在蓋內(nèi)部設(shè)置了傳感器34，35來測量蓋相對于水柱上表面的運動速度。
本發(fā)明設(shè)備的第三個實施例在圖4中示出。該設(shè)備包括一中空體1，該中空體1通過支腿17立于海床上，并留有孔洞14使海水進入。中空體1的頂部由蓋26封閉，該蓋26可通過依次被海浪移動的浮動件27，28的動作而自由地上下移動。當(dāng)浮動件27，28在海浪上向上移動時，將使蓋26相對于中空體1向上運動。一空氣螺旋槳11安裝在蓋26上并與一發(fā)電機13相連，該發(fā)電機13通過框架18支承在蓋上。
這種布局提供了一種動力系統(tǒng)，該動力系統(tǒng)實際上是兩個串聯(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)于一個彈簧，在中空體1中的水相當(dāng)于一個彈簧。當(dāng)蓋26運動時，空氣將被壓縮和拉伸。這又將導(dǎo)致水在中空體1中振動。螺旋槳11將裝有能夠被順槳的葉片，從而不論蓋26的運動方向怎樣，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中振動的水柱的流體動力學(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)備的另一個實施例，與圖3中的實施例相反，本實施例完全位于海水水面之下。在浮動件27的作用下，蓋26沿中空體1的側(cè)壁3上下運動。流過通道4的水驅(qū)動一個螺旋槳11。螺旋槳11通過一齒輪箱21與一驅(qū)動軸22相連，該驅(qū)動軸22又可用齒輪驅(qū)動一發(fā)電機，該發(fā)電機位于海面之上，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。在本實施例中，發(fā)電機13位于中空體1的頂部8上，并且蓋26從下面運動。在這種情況下，中空體1由支腿17支承。水可通過孔洞15，16自由地進入中空體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的實施例。液壓放大器23由立在海床上的支腿35支承。浮動件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，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。顯然，蓋26的運動將被放大，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中的實施例使用了一個由液體，即流體10或海水的運動驅(qū)動的螺旋槳，這存在一個缺點，即當(dāng)流體流反向通過通道時，螺旋槳的旋轉(zhuǎn)將反向。這可以通過使用一種允許葉片根據(jù)流體流的方向進行順槳的螺旋槳來消除。
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)動軸12上下自由移動。參照附圖，如果向下推頂板40，齒條39將轉(zhuǎn)動小齒輪38，從而使槽36順時針轉(zhuǎn)動90度。這意味著葉片將轉(zhuǎn)動90度。反過來，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給閥19和一通過導(dǎo)管43與一空氣儲罐42相連通的放出閥20。與發(fā)電機13相連的螺旋槳11設(shè)置在空氣儲罐42的排出通道上。在蓋26的向上行程中，通過進給閥19吸入空氣，而放出閥20保持關(guān)閉。在向下行程中，進給閥19關(guān)閉，而放出閥20打開，從而使蓋26下面的空氣通過導(dǎo)管43傳送到空氣儲罐42中。在空氣儲罐中的空氣用來驅(qū)動無需具有可順槳的葉片的螺旋槳11。
在圖10的實施例中，空氣儲罐42有利地位于蓋26下面。其功能類似于圖9中所示的實施例，不同之處在于，空氣儲存在位于蓋26下面的空氣儲罐42中，并驅(qū)動安裝在蓋26上的螺旋槳11。
在使用蓋26的實施例中，蓋26可自由旋轉(zhuǎn)，并可使用裝置來自動對蓋26進行定位，以使浮動件27，28面對接著到來的波前。
應(yīng)注意，還可以安裝一個風(fēng)力渦輪機，用來對海面上的浪潮加力。這可以在海相對平靜而又有較強風(fēng)的情況下使用。風(fēng)能轉(zhuǎn)化為水中的波浪可通過任何適當(dāng)?shù)难b置來完成，例如通過在海面上吹動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動轉(zhuǎn)化能量的設(shè)備，包括一個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出該中空體的方式設(shè)置至少一個孔洞(14)，其特征在于，一浮體(7)可由于海水水位的運動而在垂直方向上相對于上述中空體運動，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)，并與一空氣儲罐(42)相通，而該空氣儲罐與一螺旋槳(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)，上述罩蓋由氣動的或任何其它裝置(30)驅(qū)動。
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浮動件(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)海水水位垂直運動的預(yù)定頻率，流體以其自己的自然頻率振動。
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動轉(zhuǎn)化能量的設(shè)備,包括一個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出該中空體的方式設(shè)置至少一個孔洞(14),還包括一浮體(7),該浮體可由于海水水位的運動而在垂直方向上相對于上述中空體運動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,用來驅(qū)動一與能量發(fā)生裝置直接或間接相連的螺旋槳。
文檔編號F03B13/24GK1250507SQ98803355
公開日2000年4月12日 申請日期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