專利名稱：水利能量收集方法及氣液單向閥門聯(lián)合裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水利能量收集方法及裝置，特別是是一種將水流中所收集到的氣 壓差能用來泵水的裝置。
背景技術(shù)：
水利能量的蘊藏十分豐富，是能源開發(fā)和利用的重要方式之一，并且具有潔凈、再 循環(huán)等十分顯著的優(yōu)點，目前水利能量的利用的主要方式是水利發(fā)電，是通過水輪機將水 流所具有的動能和勢能輪換成機械能來獲得電力，這樣，就需要大量的水利基礎(chǔ)建設(shè)和配 套專用的水輪發(fā)電機組，前期的一次性投入相當大，對環(huán)境具有一定的不良影響，特別是水 輪發(fā)電機組結(jié)構(gòu)復(fù)雜、設(shè)備龐大，能量轉(zhuǎn)換率低，也容易出現(xiàn)故障和問題，因而，還需要進行 改善和優(yōu)化。另外，水利能量的利用，還有采用水錘泵等方式來獲得較高水頭的方法，也有投入 大，效率低的不足。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的就是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉并且具有較高效率的水流能量收集 方法及裝置，特別是一種提高水位高度的氣液單向閥門聯(lián)合裝置，從作用結(jié)果來看與水泵 類似。本發(fā)明的方法為設(shè)置一管路使水流通過，并設(shè)有一與大氣相通的進氣處，當水流 通過時，管路中的過流水可混入氣體并分離氣體成為小氣泡，設(shè)定重力加速度方向為速度 的正方向，那么水流速度則為在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的合速度， 當水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，氣泡被逐漸分離為一定體積的較小氣泡時， 氣泡將隨水流運動；當水流在重力加速度垂直方向的分量不大于零時，氣泡向上運動浮出 水面，在氣泡溢出水面處收集溢出氣體，以形成有壓氣體，在管路的進氣處也可以產(chǎn)生負 壓，通過這個負壓可以通過氣液單向閥門聯(lián)合裝置可將一部分水流的水位提高，類似于水 泵的作用，這樣，水流中所蘊藏的動能、勢能便被收集并轉(zhuǎn)換為包括負壓差的氣壓差能，并 可以做為動力來驅(qū)動泵水裝置來提水做功。進一步的，在倒U型管的橫管頂端設(shè)置進氣處，進氣處位于U型管的橫管接近低 水位的一端，在此進氣外并有負壓氣流產(chǎn)生，可得到負壓差；在倒U型管的出水處設(shè)置出氣 處；另一方面，采用上述方法所制成的裝置主要由倒U形管管路和泵水裝置組成，是 一種水流能量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置；另一方面，上面所述的泵水裝置為一種氣液單向閥門聯(lián)合裝置；進一步的，氣液單向閥門聯(lián)合裝置由殼體、進水管、出水管、吸氣管、進氣管組成。進一步的，氣液單向閥門聯(lián)合裝置的進水管、吸氣管、進氣管設(shè)置的殼體的上部， 出水管設(shè)置在殼體的底部，進水管連通水流高水位，吸水管連通看倒U形管的負壓接口，進氣管連通大氣；出水管連通所需要泵水的高度，并呈U形狀。進一步的，出水管的垂直長度大于進水管的垂直長度，并且出水管的端口高度不 高于殼體的底部；進一步的，氣液單向閥門聯(lián)合裝置的出水管、吸氣管、進氣管都各具有一個截止 閥；另一方面，氣液單向閥門聯(lián)合裝置的工作次序為(1)、關(guān)閉出水管截止閥、進氣管截止閥，開啟吸氣管截止閥，接通于倒U形管的負 壓處的吸氣管開始吸氣，將水流自上游水面吸至殼體內(nèi)；O)、待殼體內(nèi)吸水到預(yù)定容量時，打開出水管截止閥和進氣管截止閥，這時殼體 內(nèi)的水流向出水管，并將出水管注滿及溢出；(3)待殼體內(nèi)的水放完后，關(guān)閉進氣管截止閥，此時負壓氣體將進水管和出水管內(nèi) 的水流同時吸入，而由于出水管較進水管長，就只能夠先吸入進水管內(nèi)的水流，而進水管內(nèi) 的水流是來自上游水位并保持恒定，所以不會將出水管中的水流全部提起，但能夠不斷地 從進水管中提水至殼體內(nèi)；(4)重復(fù)上述動作，不斷地將水流自原水面提高到出水管管口的高度，相當于將水 自原上游水位提高至出水管管口的高度。本發(fā)明效果和特點是這種將水流蘊藏的動能、勢能收集并轉(zhuǎn)換為氣壓差能，再利 用氣壓差來驅(qū)動氣液單向閥門聯(lián)合裝置以提高水位高程，前期所需設(shè)備投資少，能量轉(zhuǎn)換 率高，適用范圍廣，無機械轉(zhuǎn)動部件，無需維護。


圖1是本發(fā)明所涉及的水利能量收集方法及氣液單向閥門聯(lián)合裝置的倒U形管結(jié) 構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明所涉及的水利能量收集方法及氣液單向閥門聯(lián)合裝置中的的氣液 單向閥門聯(lián)合裝置結(jié)構(gòu)示意圖。圖中說明1為倒U形管進水處，2為倒U形管出水處，3為倒U形管橫管，4為倒U 形管進氣處，5為倒U形管出氣外，6為氣液單向閥門聯(lián)合裝置殼體，7為氣液單向閥門聯(lián)合 裝置進水管，8為氣液單向閥門聯(lián)合裝置出水管，9為氣液單向閥門聯(lián)合裝置出水管閥門， 10為氣液單向閥門聯(lián)合裝置吸氣管，11為氣液單向閥門聯(lián)合裝置吸氣管，12為氣液單向閥 門聯(lián)合裝置進氣管，13為氣液單向閥門聯(lián)合裝置進氣管閥門。
具體實施例方式本發(fā)明的目的是提供一種結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉并且具有較高效率的水流能量收集 方法及裝置，是一種水流能量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置，現(xiàn)結(jié)合實施例及附圖來進行說 明，基于本發(fā)明所述方法所制成的裝置主要由管路組成，其中水流能量收集方法所對應(yīng)的 裝置呈倒U形管狀，如圖1所示，倒U形管的兩個管口具有一定高差，進水處1的高度高于 出水處2的高度，進水處1位于高水位面，而出水處2位于低水位面。如實施例所示，如果管路為倒U形管，倒U形管具有一個進水處1和出水處倒U型 管的進水處1水源的液面水平高度高于出水處2泄水水道液面水平高度，出水處2的管道直徑大于進水處1的管道直徑，在倒U型管的橫管3頂端設(shè)置進氣處4，出水處2也為出氣 處5，如圖1所示，進氣處4位于倒U型管的橫管3接近低水位的一端。當進水口 1與出水口 2分別位于水面的上水位和下水位時，使進氣處4處于關(guān)閉 狀態(tài)，在倒U形管內(nèi)加注滿水，上下游水流之間由于虹吸作用通過進水處1和出水處2產(chǎn)生 流動，待水流穩(wěn)定后，適當開啟進氣處4，在此時進氣處4與大氣相通，就有氣體進入到管內(nèi) 的水流中去，當水流通過時，管路中的過流水可混入氣體并分離氣體成為小氣泡，設(shè)定重力 加速度方向為速度的正方向，那么水流速度則為在重力加速度垂直方向的分量和水平方向 的分量的合速度，當水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，氣泡被逐漸分離為一定體 積的較小氣泡時，氣泡將隨水流運動；當?shù)竭_出水處2時，因為出水處2的直徑較大，即當水 流在重力加速度垂直方向的分量不大于零時，氣泡向上運動浮出水面，在氣泡溢出水面處 收集溢出氣體，以形成有壓氣體，氣泡將從水流中分離出來并向上運動，并通過出氣處5自 動排出到大或收集，管內(nèi)水流會并持續(xù)流動，此時就會在進氣處4就會產(chǎn)生連續(xù)的明顯的 負壓氣流，得到持續(xù)的負壓差，這個壓力差值就可以利用和做功，同時，在出氣處5有正壓 現(xiàn)象。為了使上述的倒U形管或正U形管內(nèi)的水流穩(wěn)定，在倒U形管進氣處4和正U形 管進氣處9的端口，設(shè)置有進氣量控制裝置，可以控制管路的進氣量。采用上述方法所制成的水利能量收集裝置主要由倒U形管管路和泵水裝置組成， 所述的泵水裝置為一種氣液單向閥門聯(lián)合裝置，由殼體6、進水管7、出水管8、吸氣管10、進 氣管12組成，如圖2所示，氣液單向閥門聯(lián)合裝置的進水管7、吸氣管10、進氣管12設(shè)置的 殼體6的上部，出水管8設(shè)置在殼體6的底部，進水管7連通水流高水位，吸氣管10連通由 倒U形管進氣處4，可以得到所產(chǎn)生的負壓差，進氣管12連通大氣；出水管8連通所以泵水 的高度以便于出水，并呈U形狀。出水管8的垂直長度大于進水管7的垂直長度，并且出水管8的端口高度不高于 殼體6的底部；氣液單向閥門聯(lián)合裝置的出水管8具有出水管截止閥9、吸氣管10具有吸氣管截 止閥11、進氣管12具有進氣管截止閥13，便于對進氣、進水的控制和調(diào)節(jié)；結(jié)合上述的結(jié)構(gòu)，氣液單向閥門聯(lián)合裝置的工作過程為(1)、關(guān)閉出水管截止閥9、進氣管截止閥13，吸氣管截止閥11打開，接通于倒U形 管的負壓處4的吸氣管10開始吸氣，將水流自上游水面吸至殼體6內(nèi)；O)、待殼體6內(nèi)吸水到預(yù)定容量時，打開出水管截止閥9和進氣管截止閥13，這時 殼體6內(nèi)的水流向出水管8，并將出水管注滿及溢出；(3)待殼體6內(nèi)的水放完后，關(guān)閉進氣管截止閥13，此時負壓氣體將進水管7和出 水管8內(nèi)的水流同時吸入，而由于出水管8較進水管70的垂直長度要較長，就只能夠先吸 入進水管7內(nèi)的水流，而進水管7內(nèi)的水流是來自上游水位并保持恒定，所以不會將出水管 8中的水流全部提起，但能夠不斷地從進水管7中提水至殼體6內(nèi)；(4)重復(fù)上述過程，不斷地將水流自原水面提高到出水管8管口的高度，相當于將 水自原上游水位提高至出水管管口的高度。這樣，就完成了利用倒U形管所產(chǎn)生的負壓差實現(xiàn)泵水的應(yīng)用。上述實施例中管路所用材料以PVC最為方便，也可以應(yīng)用其它的金屬和非金屬材料，如鑄鐵、不銹鋼、水泥、陶瓷等材料。采用本發(fā)明的方法和裝置，可以將水流中所蘊藏的動能、勢能方便的收集并轉(zhuǎn)換 為氣壓差能以進一步利用，且所需設(shè)備小，能量轉(zhuǎn)換率高，投資收益比小，適用范圍廣，免維 護。雖然這里只說明了本發(fā)明的一個優(yōu)選實施例，但其意并非限制本發(fā)明的范圍、適 用性和配置。相反，對實施例的詳細說明可使本領(lǐng)域技術(shù)人員得以實施。應(yīng)能理解，在不偏 離所附權(quán)利要求書確定的本發(fā)明精神和范圍情況下，可對一些細節(jié)做適當變更和修改。
權(quán)利要求
1.一種水流能量收集方法為設(shè)置一管路使水流通過，并設(shè)有一與大氣相通的進氣 處，當水流通過時，管路中的過流水可混入氣體并分離氣體成為小氣泡，設(shè)定重力加速度方 向為速度的正方向，那么水流速度則為在重力加速度垂直方向的分量和水平方向的分量的 合速度，當水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，氣泡被逐漸分離為一定體積的較小 氣泡時，氣泡將隨水流運動；當水流在重力加速度垂直方向的分量不大于零時，氣泡向上運 動浮出水面，在氣泡溢出水面處收集溢出氣體，以形成有壓氣體，在管路的進氣處也可以產(chǎn) 生負壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水流能量收集方法，其特征在于上述的管路為U形管路，U 形管可設(shè)置成正U形管路和倒U形管路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的水流能量收集方法，其特征在于倒U形管在進氣處產(chǎn)生的 為負壓差，正U形管在出氣處產(chǎn)生的為正壓差。
4.一種水流能量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置，其特征在于由倒U形管管路和泵水裝 置組成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的水流能量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置，其特征在于所述的 泵水裝置為氣液單向閥門聯(lián)合裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水流能量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置，其特征在于水流能 量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置由殼體、進水管、出水管、吸氣管、進氣管組成。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水流能量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置，其特征在于氣液單 向閥門聯(lián)合裝置的進水管、吸氣管、進氣管設(shè)置的殼體的上部，出水管設(shè)置在殼體的底部， 進水管連通水流高水位，吸水管連通看倒U形管的負壓接口，進氣管連通大氣；出水管連通 所需要泵水的高度，并呈U形狀
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水流能量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置，其特征在于出水管 的垂直長度大于進水管的垂直長度，并且出水管的端口高度不高于殼體的底部。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的水流能量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置，其特征在于氣液單 向閥門聯(lián)合裝置的出水管、吸氣管、進氣管都各具有一個截止閥。
10.一種水流能量收集氣液單向閥門聯(lián)合裝置，其特征在于氣液單向閥門聯(lián)合裝置 的工作次序為(1)、關(guān)閉出水管截止閥、進氣管截止閥，開啟吸氣管截止閥，接通于倒U形管的負壓處 的吸氣管開始吸氣，將水流自上游水面吸至殼體內(nèi)；O)、待殼體內(nèi)吸水到預(yù)定容量時，打開出水管截止閥和進氣管截止閥，這時殼體內(nèi)的 水流向出水管，并將出水管注滿及溢出；(3)、待殼體內(nèi)的水放完后，關(guān)閉進氣管截止閥，不斷地從進水管中提水至殼體內(nèi)；(4)、重復(fù)上述過程，不斷地將水流自原水面提高到出水管管口的高度。
全文摘要
本發(fā)明是一種將水流中所蘊藏的動能、勢能方便的收集并轉(zhuǎn)換為氣壓差能用來泵水的裝置，其方法是設(shè)置一管路使水流通過，并設(shè)有一與大氣相通的進氣處，當水流通過時管路中的過流水可混入氣體并分離成為小氣泡，氣泡可隨著在重力加速度垂直方向的分量的變化而變化，當氣泡將從水流中分離出來并向上運動，在管路此出氣處收集分離出來的氣體，以形成有壓氣體，在管路的進氣處也可以產(chǎn)生負壓，負壓連接到氣液單向閥門聯(lián)合裝置，氣液單向閥門聯(lián)合裝置由殼體、進水管、出水管、吸氣管、進氣管組成，通過對氣體和水流的相互聯(lián)動將水流提高至預(yù)定的高度。其效果和特點是前期所需設(shè)備投資少，能量轉(zhuǎn)換率高，適用范圍廣，無需維護。
文檔編號F04F3/00GK102128182SQ20101000067
公開日2011年7月20日 申請日期2010年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年1月15日
發(fā)明者李肖肖, 翟愛民, 胡少靜 申請人:翟愛民