CN102128151A - 水流能量收集方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及水流能量收集方法和装置。本发明是一种将水流中所蕴藏的动能、势能方便的收集并转换为气压差能以进一步利用的方法和装置，其方法是设置一管路使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当水流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，以形成有压气体，收集装置呈倒U形管或正U形管，并设置有进气量控制装置，可以控制管路的进气量，其效果和特点是：前期所需设备投资少，能量转换率高，适用范围广，无机械转动部件，无需维护。
Description
技术领域
本发明涉及一种水利能量收集方法和装置，是一种将水流中所蕴藏的动能、势能方便的收集并转换为气压差能以进一步利用的方法和装置。
背景技术
水利能量的蕴藏十分丰富，是能源开发和利用的重要方式之一，并且具有洁净、再循环等十分显著的优点，目前水利能量的利用的主要方式是水利发电，是通过水轮机将水流所具有的动能和势能轮换成机械能来获得电力，这样，就需要大量的水利基础建设和配套专用的水轮发电机组，前期的一次性投入相当大，对环境具有一定的不良影响，特别是水轮发电机组结构复杂、设备庞大，能量转换率低，也容易出现故障和问题，因而，还需要进行改善和优化。
另外，水利能量的利用，还有采用水锤泵等方式来获得较高水头的方法，也有投入大，效率低的不足。
发明内容
本发明目的就是提供一种结构简单、成本低廉并且具有较高效率的水流能量收集方法及装置。
本发明的方法为：设置一管路使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为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，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当水流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，以形成有压气体，在管路的进气处也可以产生负压，这样，水流中所蕴藏的动能、势能便被收集并转换为包括正压差或负压差的气压差能，这个气压差能量可以做为动力来驱动其它装置。
进一步的，上述的管路为U形管路，U形管可设置成正U形管路和倒U形管路，
进一步的，倒U形管在进气处产生的为负压差，正U形管在出气处产生的为正压气体；
另一方面，采用上述方法所制成的装置主要由管路组成，呈倒U形管或正U形管；
另外，上述的倒U型管或正U形管的进水水源的液面水平高度高于出水处泄水水道液面水平高度；
另外，上述的倒U型管或正U形管在管路的进气处，设置有进气量控制装置，可以控制管路的进气量；
进一步的，如果管路为倒U形管，在倒U型管的高于进水水源液面的管道壁上设进气处，进气处位于U型管的横管接近低水位的一端，在此进气外并有负压气流产生，得到负压差；在倒U型管的出水处泄水水道液面设置出气处；
进一步的，如果管路为正U形管，在正U形管的横管部件设置出气处，出气处位于U型管的横管接近低水位的一端；
本发明效果和特点是：这种将水流蕴藏的动能、势能收集并转换为气压差能，再利用气压差来驱动其它动力设备，如水泵等，前期所需设备投资少，能量转换率高，，适用范围广，无机械转动部件，无需维护。
附图说明
图1是本发明所涉及的水流能量收集方法和装置的倒U形管结构示意图。
图2是本发明所涉及的水流能量收集方法和装置的正U形管结构示意图。
图中说明：1为倒U形管进水处，2为倒U形管出水处，3为倒U形管横管，4为倒U形管进气处，5为倒U形管出气处，6为正U形管进水处，7为正U形管出水处，8为正U形管横管，9为正U形管进气处，10为正U形管出气处。
具体实施方式
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低廉并且具有较高效率的水流能量收集方法及装置，现结合实施例及附图来进行说明，基于本发明所述方法所制成的装置主要由管路组成，呈倒U形管或正U形管，如图1和图2所示，其中图1为倒U形管，图2为正U形管，这两种U形管的两个管口具有一定高差，进水口位于高水位面，而出水口位于低水位面。
实施例一，如果管路为倒U形管，倒U形管具有一个进水处1和出水处2，进水处1处于一个水源的液面，而出水处2处于泄水水道液面，在倒U型管的高于进水水源液面的管道壁上设置进气处4，出水处2也为出气处5，如图1所示。
当进水口1与出水口2分别位于水面的上水位和下水位时，使进气处4处于关闭状态，在倒U形管内加注满水，上下游水流之间由于虹吸作用通过进水处1和出水处2产生流动，待水流稳定后，适当开启进气处4，在此时进气处4与大气相通，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为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，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当到达出水处2时，水流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，以形成有压气体，并通过出气处5自动排出，管内水流持续流动，此时在进气处4就会产生连续的明显的负压气流，得到持续的负压差，这个压力差值就可以利用和做功，同时，在出气处5有正压气体产生。
实施例二，如果管路为正U形管，正U形管具有一个进水处6和出水处7，出水处7和横管8的管道直径大于进水处6的管道直径，进水处6也为进气处9，在正U型管的横管8顶端设置出气处10，如图2所示。
当进水口6与出水口7分别位于水面的上水位和下水位时，水流会自然流过正U形管，上下游水流通过进水处6和出水处7产生流动，此时大气中的气体也通过进气处9混入到水流中去，就有气体进入到管内的水流中去，即当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为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，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当到达横管8时，即当水流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气体，以形成有压气体，就形成明显的高于大气压力的正压气体，如果管内水流持续流动，就得到持续的正压气体，这个压力差值就可以利用和做功，同时，在进气处9处有负压现象。
为了使上述的倒U形管或正U形管内的水流稳定，在倒U形管进气处4和正U形管进气处9的端口，设置有进气量控制装置，可以控制管路的进气量。
上述实施例中管路所用材料以PVC最为方便。但同时管路材料也可为塑料、水泥、陶瓷等非金属材料，以及铸铁、不锈钢等金属材料。
这样，结合上述的实施例可以得出本发明的气体能量收集方法是通过以下方法实现的：设置一管路，管路呈U形状管，U形管的两个管口分别是进水口和出水口，进水口的高程高于出水口的高程，并能够使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为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，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当水流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，以形成有压气体，如果是倒U形管，可以在此进气处可形成明显的低于大气压力的负压差，当水流通过时管路中的水流可混入气体并分离成为小气泡，水流分离气泡小到一定程度，气泡将随水流运动，当水流流速降低时，气泡将从水流中分离出来并向上运动，如果是正U形管，在管路此出气处收集分离出来的气体，可以形成明显有压气体，这个气压高于大气压力形成一个正压气体，这样，水流中所蕴藏的动能、势能便被收集并转换为包括正压气体或负压差的气压差能，这个气压差能量可以做为动力来驱动其它装置。
采用本发明的方法和装置，可以将水流中所蕴藏的动能、势能方便的收集并转换为气压差能以进一步利用，且所需设备小，能量转换率高，投资收益比小，适用范围广，免维护。
虽然这里只说明了本发明的一个优选实施例，但其意并非限制本发明的范围、适用性和配置。相反，对实施例的详细说明可使本领域技术人员得以实施。应能理解，在不偏离所附权利要求书确定的本发明精神和范围情况下，可对一些细节做适当变更和修改。
Claims (10)
1.一种水流能量收集方法：设置一管路使水流通过，并设有一与大气相通的进气处，当水流通过时，管路中的过流水可混入气体并分离气体成为小气泡，设定重力加速度方向为速度的正方向，那么水流速度则为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，当水流在重力加速度垂直方向的分量大于零，气泡被逐渐分离为一定体积的较小气泡时，气泡将随水流运动；当水流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，以形成有压气体，同时，在管路的进气处也可以产生负压；
2.根据权利要求1所述的水流能量收集方法，其特征在于：上述的管路为U形管路，U形管可设置成正U形管路和倒U形管路；
3.根据权利要求2所述的水流能量收集方法，其特征在于：在U形管进气处产生的为负压差，在U形管在气泡溢出水流处产生的为正压差；
4.一种水流能量收集装置：由管路组成，呈倒U形管或正U形管；
5.根据权利要求4所述的水流能量收集装置，其特征在于：上述的倒U型管或正U形管的进水水源的液面水平高度高于出水处泄水水道液面水平高度；
6.根据权利要求4所述的水流能量收集装置，其特征在于：上述的倒U型管或正U形管在管路的进气处，设置有进气量控制装置，可以控制管路的进气量；
7.根据权利要求4所述的水流能量收集装置，其特征在于：管路为倒U形管时，在倒U型管的高于进水水源液面的管道壁上设进气处，在此进气处有负压气流产生，得到负压差；
8.根据权利要求4所述的水流能量收集装置，其特征在于：管路为正U形管时，在正U形管的横管部件设置出气处；
9.根据权利要求4所述的水流能量收集装置，其特征在于：管路材料为PVC材 料、塑料、水泥、陶瓷等非金属材料；
10.根据权利要求4所述的水流能量收集装置，其特征在于：管路材料为铸铁、不锈钢等金属材料。
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