CN102713154A - 能量转换组件及其使用和制造的相关方法 - Google Patents

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CN102713154A CN2010800488710A CN201080048871A CN102713154A CN 102713154 A CN102713154 A CN 102713154A CN 2010800488710 A CN2010800488710 A CN 2010800488710A CN 201080048871 A CN201080048871 A CN 201080048871A CN 102713154 A CN102713154 A CN 102713154A
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filter
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罗伊·E·麦卡利斯特
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McAlister Technologies LLC
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McAlister Technologies LLC
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Abstract

本发明的实施例涉及例如为太阳、风、下落水、波浪和生物质资源的可再生能源向通过现有的电和天然气运输系统实用性地输送的能源形式的转换，并包括用于将直线性力周期性地转换成电的实施例，其中，带电粒子迫使带电粒子的单独的群体流入单独的电路以产生电流。以第一频率施加的力被转换成频率为力的频率的多倍的周期性电流。相似的布置提供用于旋转力向电的转换。本发明的部件能够通过最低能量需求由非常低成本的材料高效率地制造，以便由线性运动发动机和例如为海浪和比如水或空气的流动流体的可再生力产生低成本的电。通过由本发明的操作产生的阴极和化学处理的应用消除腐蚀和生物污染。本发明的各个实施例允许改进的废热发电和机动车、家用器具和工业设备依靠由直线性力转换的能量操作。

Description

能量转换组件及其使用和制造的相关方法
相关申请的交叉引用
本申请要求以下申请的优先权和受益权：2010年2月13日提交的名称为“FULL SPECTRUM ENERGY AND RESOURCE INDEPENDENCE”的美国临时申请No.61/304,403；2010年2月17日提交的名称为“ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USE THEREOF”的美国专利申请No.12/707,651；2010年2月17日提交的名称为“ELECTROLYTICCELL AND METHOD OF USE THEREOF”的PCT申请No.PCT/US10/24497；2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS ANDMETHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURINGELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,653；2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLINGNUCLEATION DURING ELECTROLYSIS”的PCT申请No.PCT/US10/24498；2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS ANDMETHOD FOR GAS CAPTURE DURING ELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,656；2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS ANDMETHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURINGELECTROLYSIS”的PCT申请No.PCT/US10/24499；以及2009年8月27日提交的名称为“ELECTROLYZER AND ENERGY INDEPENDENCETECHNOLOGIES”的美国临时专利申请No.61/237,476。这些申请中的每一个均以其全部内容通过引证结合。
技术领域
本公开涉及可再生力的改进的转换，其将周期性直线或旋转运动制成电和/或氢气；基本通过现有电网和管道网分配电和/或氢气；例如为氢气和甲烷的燃料流体的密集存储用于运输和废热发电应用；通过旋转和/或直线产生技术改进电的生产；以及可饮用加热水的生产和/或回收用于家政和商业目的的空气调节、洗涤和蒸煮。
背景技术
工业革命已经通过例如为煤炭、油和天然气的石油碳得到燃料。从最早记录的时间到中世纪1600年代，人类人口以非常慢的速率增长。自从大约1700年，紧随着工业革命时期的对石油碳、金属矿、水和空气开发，人类人口出现了惊人的增长。每天燃烧大约1亿8千万桶油的化石当量，以支撑各种人对美好生活的追求。到21世纪初，世界上的人类人口将超过六十亿人，这是1960年人口数的两倍。
数百万年来，化石淀积提供了碳和放射性元素的安全和自然的储存。燃烧这些化石沉积物将危险物质释放到环境中。每年全球燃烧28亿吨煤向空气、水和食物链中释放大约102亿吨二氧化碳、8,960吨钍和3,640吨铀。
每天燃烧1亿8千万桶油的化石当量已通过二氧化碳及其他有害排放物污染了全球的大气层。大气层中的二氧化碳的当前浓度比过去的160,000年中的任何时候都高大约25％到30％。当前二氧化碳的这种增加将太阳能俘获在大气层中。由于更多的能量被俘获在大气层中，因此产生了海洋的更多蒸发作用。这引起更多极端的与天气相关的事件，例如洪水、飓风和龙卷风。用于发电的化石燃料的燃烧超过了全部其他的二氧化碳污染源。
电力市场每年超过七千亿美元，并预计在21世纪初达到一万亿美元。为满足当前所需以及用于氢气和电动车辆的增长的运输需要的充足的电力的生产必须利用可再生资源，以免由来自化石燃料燃烧的排放物灾难性的恶化环境。
需要利用具有位于活塞之间的线性发电机的对置活塞分层充气发动机进行废热发电，以大大地简化用于与电力的中心发电厂生产相比超过双倍能量转换效率所需的设备。类似地，附装在调和的斯特林、施密特或埃里克森循环发动机上的线性发电机将大大地简化废热发电。但是，改进的线性发电机需要克服已知的与旋转发电机相比线性发电机强加的5％到20％的效率损失。
海浪代表一种巨大的但未开发的可靠的能源。波浪由将周期的高度施加到海洋的表面上的风形成。太阳能为对于全部海洋和水的其他开放表面通用的风并由此为波浪提供动力。地球上的海洋以每米波浪高度提供10到80千瓦的波浪动力。大陆的大多数居住区相对地靠近具有平均至少一米高度的海浪的海岸区。
已经进行了利用风、下落水流、潮汐和海浪作动力的许多尝试，所述尝试包括为了发电而设计成由波浪提供动力的各种机器。现有技术包括水压生电设备、例如为索尔特海浪能发电机的机械摇杆、由浮体和铰链驱动的线性发电机、水柱空气涡轮发电机和湾流水轮。美国专利4,843,249、4,034,231、4,048,512、4,137,005、4,357,543、4,625,124和5,443,361示出与现有技术的方法相关的另外的困难和复杂性。这些系统存在的共同问题包括：
1.昂贵的材料。所需材料和制造要求的费用一般远远超过可以坐落在更受保护的陆地上的相同功率的风力机的成本。
2.部件的腐蚀。实际上，已开发用于陆地应用的所有材料在海洋氛围中均提供令人失望的性能。钢材生锈并剥落、铝和镁合金形成晶间腐蚀、钛和不锈钢合金锈蚀并在由海洋氛围产生的氧化还原单元中失效、钢筋混凝土膨胀并剥落。
3.生物污染。例如为藤壶和海藻的海洋生物形式生长在海洋结构物上并且如果能够形成对机器操作的阻碍则提出困难。
4.风暴破坏。即使机器能够临时地承受由于腐蚀和生物污染引起的恶化，海洋风暴呈现远超过一般状态的猛烈的风力和波浪力并经常破坏或吹走设备。
这种现有技术尝试的另一方面的问题是需要损耗来自更小和更大的波浪的能量的复杂和昂贵的部件的特征。为了克服该缺点，其他现有技术系统采用适用于特定波浪状态的高度复杂的调谐系统。这些问题的结果是导致不可接受的停机时间、大量的维修需求、高的运行费用和不可接受的投资回报率。
过去的方法的公共的难点涉及再生能源的间断性特性。相关的问题是大的成本以及难以储存来自现有和可再生发电系统的过剩的电力。利用化学电池组、飞轮、电容器和电感器的过去的方法不能提供用于将来使用的剩余能量的成本效率高的储存。
发明内容
本公开的目的是克服以上提到的问题。根据本公开的原理，该目的是通过提供用于由非常低成本的材料制造有效、低维护、线性发电机的方法实现的。
本公开的目的是通过结合由过剩的电和/或其他形式的剩余能量产生的氢气的临时添加以及设置用于从一般地通过天然气系统输送的其他成分中去除氢气的选择性分离系统，来改进现有天然气储存和分配系统。本公开的另一个目的是提供一种利用带电粒子迫使分离的电路中的带电粒子流动并完成有用功的系统。
本公开的目的是将以第一频率施加的力转换成电能，电能具有频率为力的频率的多倍的电流。
本公开的另一个目的是以高效率通过最小的能量需求由非常低成本的材料制造本公开的部件。
本公开的再一个目的是提供在海洋和湖泊氛围中克服腐蚀和生物污染的波发电机。
本公开的又一个目的是提供一种适应于例如为波浪状况或发动机操作的应用情况以便以高效率产生电的系统。
本公开的目的是提供一种利用来源于周围环境的成分的系统，来源于周围环境的成分例如为其中这些成分被用于控制生物污染的来自水的臭氧和来自盐水的氯气。
本公开的另一个目的是提供一种利用例如为氢气的气体的系统，氢气来源于本发明在其中被用于控制本发明的部件的浮力的氛围。
本公开的再一个目的是在现有地下天然气管道中分配氢气以及在所需位置处从混合物选择性地过滤氢气。
本公开的还一目的是在现有配电网上将来自给定生产者的电分配至处于所需位置的契约买方。
本公开的再一个目的是以高压储存氢气和甲烷，以便与储存的化学能一起回收储存的压力能。
本公开的另一个目的是利用氢气和甲烷的压力和化学储存提供电的快速启动和产生。
本公开的再一个目的是提供一种用于实现可持续经济的系统，其中，能量使用者设置有方便、安全和成本有效的方式以提高采矿、耕种、家庭应用、制造和运输操作的效率。
本公开的目的是提供用于废热发电目的的改进的方法和设备。
本公开的目的是提供用于农业生产的改进的方法和设备。
本公开的目的是提供用于化学品和聚合物的生产的改进的方法和设备。
本公开的目的是提供用于生产运输和发电应用中的清洁能源的改进的方法和设备。
本公开的这些及其他目的在以下详细说明和所附权利要求中将变得更加明显。
参考附图可以更好地理解本公开，其中示出说明性实施例。
该能量转换体系提供一种用于从文明社会已通过利用例如为波、风、水和潮汐能的各种可再生能源在配电网和管道网中实施的现有大量投资中实现最佳利用和回收的协同系统。在应用中，该体系将使得工业革命能够从非可持续的变革衍变成促进实现财富增加的原理的可持续的经济学革新。该体系的能量转换选择通过由可再生能源提供能量密集型产品来提供在文明社会的耕种、制造、贸易、运输和家庭生产活动中实现财富扩张的时机。
虽然某些示例性实施例已在附图中做了描述和/或示出，可以理解，这些实施例仅是实施例中的宽泛公开的例示而非限制，实施例包括：电照明、微波烹饪、微波通信、电动机驱动、感应加热、电磁驱动、电渗析、来自矿石的金属的电分离、来自水的氢气的电分离和电弧装置，还可以理解，本公开不限于所示和所述的具体结构和布置，因为本领域技术人员会想到各种其他的改进。
附图说明
图1是根据本公开的实施例构造的用于将波能转换成电的线性发电机组件的截面侧视图。
图2是根据本公开的实施例构造的图1的线性发电机组件的部件的示意图。
图3是根据本公开的另外的实施例构造的图1的线性发电机组件的另外的部件的示意图。
图4是根据本公开的实施例构造的用于将流动的水中的能量转换成电的旋转发电机组件的截面侧视图。
图5是根据本公开的实施例构造的图4的旋转发电机组件的部件的示意图。
图6是图4的旋转发电机组件的示意性端视图。
图7是根据本公开的另一个实施例构造的旋转发电机组件的示意性侧视图。
图8是基本沿图7的线8-8截取的示意性截面图。
图9是本公开的实施例的用于转换可再生能源的示意图，例如将水能转换成电能、将电能转换成化学能以及氢气和/或氧气向车辆及其他能量应用的方便的输送。
图10是根据本公开的另一个实施例构造的发电机组件的示意性视图。
图11是根据本公开的实施例构造的过滤器组件的局部剖面侧视图。
图12是图11中示出的设备的一部分的放大视图。
图13是根据本公开的另一实施例构造的选择性输出过滤器组件的示意图。
图14是根据本公开的实施例构造的方法的过程流程图。
具体实施方式
本申请通过引证结合以下申请的主题的全部内容：2004年11月9日提交的名称为“MULTIFUEL STORAGE，METERING AND IGNITIONSYSTEM”的美国临时专利申请No.60/626,021(代理档案号No.69545-8013US)和2009年2月17日提交的名称为“FULL SPECTRUMENERGY”的美国临时专利申请No.61/153,253(代理档案号No.69545-8001US)。本申请还通过引证结合于2010年8月16日一致地同时提交的以下美国专利申请中的每一个的主题的全部内容，其名称为：“METHODS AND APPARATUSES FOR DETECTION OF PROPERTIESOF FLUID CONVEYANCE SYSTEMS”(代理档案号No.69545-8003US)；“COMPREHENSIVE COST MODELING OF AUTOGENOUS SYSTEMSAND PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF ENERGY，MATERIALRESOURCES AND NUTRIENT REGIMES”(代理档案号No.69545-8025US)；“ELECTROLYTIC CELL AND METHOD OF USETHEREOF”(代理档案号No.69545-8026US)；“SUSTAINABLE ECONOMICDEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED PRODUCTION OFRENEWABLE ENERGY，MATERIAL SRESOURCES，AND NUTRIENTREGIMES”(代理档案号No.69545-8040US)；“SYSTEMS AND METHODSFOR SUSTAINABLE ECONOMIC DEVELOPMENT THROUGHINTEGRATED FULL SPECTRUM PRODUCTION OF RENEWABLEENERGY”(代理档案号No.69545-8041US)；“SUSTAINABLE ECONOMICDEVELOPMENT THROUGH INTEGRATED FULL SPECTRUMPRODUCTION OF RENEWABLE MATERIAL RESOURCES”(代理档案号No.69545-8042US)；“METHOD AND SYSTEM FOR INCREASING THEEFFICIENCY OF SUPPLEMENTED OCEAN THERMAL ENERGYCONVERSION(SOTEC)”(代理档案号No.69545-8044US)；“GAS HYDRATCONVERSION SYSTEM FOR HARVESTING HYDROCARBONHYDRATE DEPOSITS”(代理档案号No.69545-8045US)；“APPARATUSESAND METHODS FOR STORING AND/OR FILTERING A SUBSTANCE”(代理档案号No.69545-8046US)；“ENERGY SYSTEM FOR DWELLINGSUPPORT”(代理档案号No.69545-8047US)；以及“INTERNALLYREINFORCED STRUCTURAL COMPOSITES AND ASSOCIATEDMETHODS OF MANUFACTURING”(69545-8049US)。
图1是根据本公开的实施例构造的用于将波能或其他形式的水能或水中的运动转换成电的能量转换系统或发电机组件2的截面侧视图。图2是根据本公开的实施例构造的图1的线性发电机组件的部件的示意图。共同参照图1和2，在某些实施例中，波能被用于供给驱动线性发电机组件2所需的周期性的直线力。如图1中示出的实施例所示，运动驱动器或浮动单元4由于其骑在波浪上而上下地运动并在附连缆索6上供给提升力，附连缆索6由配件8封接到优选地由EPDM橡胶制成的波纹管10上。波纹管10的下部封接到隔板12上，隔板12也封接到壳体或外管14上。壳体或外管14至少部分地在其内限定腔。在外管14的中截面处，隔板组件16封接到外管14上。这提供外管14的内容物的气密封接，但允许外管14的内容物之间的相对往复运动。例如，第一发电机组件或静止管20可以大体相对于外管14保持静止，第二发电机组件或发电机管18可以相对于第一静止管20运动。如以下详细地说明的，静止管20和发电机管18中的每一个均包括多个间隔开的导体或金属环，用于当发电机管18相对于静止管20运动时发电。
在所示的实施例中，杆9将发电机管18联接至缆索6。在某些实施例中，杆9可以是由例如为410SS类型的低成本不锈钢合金制成的抛光杆9。另外，发电机管组件18上下地运动(相对于静止管20)并可以通过在图1和2中所示的管状形状中的挤出或旋转模制技术由适当的材料制成，例如由聚丙烯、线性低密度聚乙烯或非常低密度的聚乙烯制成。在管18的内部上组装有由例如为铜、银或铝的适当的金属制成的间隔开的金属带22。这些带连接至充电引线24，充电引线24用于在通过通向充电引线24的插口接合时，通过在26处将24连接至适当的高压电源而将比如为电子的高电压累积的电荷施加到带22上。
如图2所示，变压器56、全波整流器电桥58和变换器121的电路图设置成教示组件2的某些特征的操作原理。能量转换领域的普通技术人员将会理解，这些部件可以被保护免受环境的恶化，以及如果需要在实际操作中设置在水密封的壳体内。另外，充电引线24可以通过接触器26间或地连接至例如为变压器56或整流器组件58的适当的源件，用于按照需要用另外的电子层再充电区域22以恢复逐渐损失的电荷。在图2中示出负电荷状态23和25。本公开的实施例可以通过在具有过剩的负电荷或正电荷的排斥力基础上操作或者通过在用相反地充电的粒子为比如为23和25的充电环的吸引力基础上操作来实施。在某些实施例中，利用区域22接收的相同的电荷操作区域50、56的初级线圈和区域52，并且还通过连接至变压器56或整流器组件58的输出端间歇地再充电该电荷以便在56的初级线圈中保持高的电流数值是有利的。
根据实施例所需的尺寸，可能优选的是，将干涉配合圆筒形管或绝缘间隔物66结合在每个环22内，以便操作中保持尺寸稳定性。在存在高度达到1米的波浪的较小的应用中，可以优选使用加强件66。在存在大于约1米的波浪的水中，优选利用结构管加强发电机管18，结构管未示出但其用作具有足够的壁厚以在全部操作模式中提供所需加强和尺寸稳定性的细长形形式的绝缘间隔物66。类似地，在某些实施例中，优选利用高强度、定向碳、玻璃或聚烯烃带68加强每个环50和52，以便保持尺寸稳定性。在较小实施例的操作中，静止管20可以通过优选地接近周围水的压力的内部压力加固。如以下详细所述，与组件2一体的电解槽组件120可以加压静止管20。
发电机管组件18通过上升波运动向上运动，并当浮体4下降到通过的波谷中时通过重力向下运动。充电的导体或环22产生静电场，该静电场排斥彼此间隔开并通过介电管20绝缘的周向导体或环50、52中的相同电荷。导体50和52可以以任何所需的方式连接以产生包括图2中所示的并联连接的电。相同电荷的排斥提供管18在20之内的定心并建立关于18在20内的相对运动的低摩擦电子排斥支承。
在某些实施例中，50、52的电路以及56的变压器初级线圈被充有如由22承载的相同的电荷和电压。说明性地，具有位于例如7,200伏的适当的电压处的电子层的充电环22，和50、52的电路以及具有位于7,200伏的电势处的电子层的变压器56的初级线圈导致在系统处于图2中所示的位置中时电子层在区域52的累积。当波浪力使得发电机管18的导体或环22运动至静止管20的环50的最近位置时，或可替代地运动至静止管20的环52的最近位置时，电子层离开50并加载52，反之亦然，以在变压器56的初级线圈中产生所需的交流电流。
导体50与52的间隔形成永久充电环22的移动场中的交流电压电势，交流电压电势引起当管18在管20内上下运动时在导体50与52之间交替的电流。对于大多数应用，优选地使得直线地往复运动的导体22与静止导体50和52的间隙间隔在关于绝缘管18和20的介电强度的操作极限内尽可能地靠近。在这方面，在某些实施例中，例如为聚乙烯、聚丙烯或聚甲基丁烯的聚烯烃可被用于管18和20，和/或将类似的聚烯烃层压至管18的表面和管20的表面，以便保护导电金属环22、50和52免受腐蚀或寄生排放物。该层压还密封这些电气部件免受腐蚀。在其他实施例中，聚烯烃组件的全部外表面均可以在制造过程期间用氟处理，以产生具有较低摩擦系数的氟聚物的表面区域并使得这些表面处于压缩状态中。
在某些实施例中，交变电流频率与乘以每个波浪高度的导体22的数量的波浪运动的频率相同。用于优化波能向电的转换的导体22的宽度和纵向间隔较大地取决于表面和体积电阻率以及聚合体管18和20的其他介电强度性能。例外地，在聚烯烃的薄膜内具有高的介电值，在聚烯烃的薄膜中，与在具有更厚壁的注射模制或挤出材料中的小于500伏/密耳的介电强度和小于1015欧姆的表面电阻率相比，通常获得2,000至6,000伏/密耳以及至少1016欧姆的表面电阻率。在一个实施例中，优选地将管18和20制造为复合体，其中0.003″聚乙烯管料的至少两个薄层通过在吹气成型和定向时通过内部压力的控制干涉配合，在如22、50和52所示的位置处的薄层中涂覆银或铜，然后由放置在已被电镀有带22、50和52的侧面上的更厚的支撑管支撑，从而形成如图中所示的管18和20的组件。
另一个实施例利用0.003″聚乙烯管料的至少两个薄层，至少两个薄层在挤出吹气成型和定向时通过内部压力的控制进行干涉配合。每个复合体的尺寸均设定用于发电机18在静止管20内的低摩擦转动配合，并在如22、50和52所示的位置处涂覆有薄层的铝、银或铜。然后管20涂覆有适当的胶粘剂，组装、内部加压并与圆筒形支撑管14相符，由此在带50与52之间形成环形槽。薄壁的复合管18可以结合至装配的端部圆盘17和19，顶部圆盘17如图所示地附连至杆9。操作中，20中的周向槽稳定在发电机管18与静止管20之间产生环形空间的气体支承。另外，环50与52之间的环形槽也可提供气体支承。为这些支承提供适当的余隙密封件、排放通路和端口以及进入端口以消除不希望的摩擦和动态不稳定性。
该低摩擦和高介电性能的设计能够实现环22、50和52的紧密组装以及能够利用变压器形成所需电压，用于向用于电网分布的海岸或专用的工业应用的廉价地传送。提供发电机环22、50和52的紧密的轴向间距还增加了迫使电子层在所示电路中往复而做功的比率。每磅材料的高功率水平引起比常规方法更加有吸引力的本发明的部件的波能转换。
另一个实施例利用0.003″聚乙烯管的至少两个薄层，至少两个薄层在挤出吹气成型和定向时通过内部压力的控制进行干涉配合。每个复合体的尺寸均设定用于18在20内的低摩擦转动配合，并在如22、50和52所述的布置中示出的位置处涂覆有薄的紧密的间隔开的层的铝、银或铜。然后将管20放置在适当的气体支承型芯上，气体支承被放松以将20压合在型芯上，涂覆有适当的胶粘剂并装配有至少两个另外的正形(conformal)的0.003″壁的聚烯烃管，由此形成舱壁12和16的正形密封。薄壁复合体18干涉配合至如图所示附连至9的玻璃坯体或厚壁的对称接头。操作中，发电机管18在静止管20内的低摩擦定心归因于在前提到的静电和气体支承力。
电流感应部件21、22和23的布置如图所示可以用于产生交流电，并具有如由两个导体63和65所示的输送部件，或者该系统可配置有具有适当的间距的相等数量的电流环，用于产生三相交流电。
在许多应用中，优选在适当的电网或导体63和65上作为交流电输送相当大的电量，并在各种位置处利用全波电桥58将交流电的一部分如图所示地转换成直流电，用于通过导体60和62有效地输送DC电。控制器64作为变压器56中的交流电的频率和时序的函数监控波浪的高度、形式和频率。该信息用于适应性地控制组件2的操作，以便使波能向电的转换达到最大。
在某些实施例中，能够在静止管20内保持适当的气体压力，以确保热传递速率足以冷却管组件18并提供气体支承功能，从而在发电机管18在静止管20内的运动期间使阻力最小。管或接头端部17和19优选地如图所示地倒角，以提供静止管20的内径与发电机管18的外径之间的气体支承表面的加载。
在需要附加质量用于使发电机管18从向上偏移返回时，优选的是由例如为铅锑或比如410SS的钢合金的重材料制造端部19，以及由工程聚合物或铝合金制造端部17，以便当缆索6和杆9被引导通过抗摩擦支承12时在缆索6和杆9上产生正确的力，抗摩擦支承12优选地由自润滑材料制成，例如HyComp Inc.，17960 Englewood Drive，Cleveland，Ohio44130-3438的WearComp。
用于加压20的内部的适当的气体是氢气，氢气可以按照需要通过包括下部腔30中的电解槽电极28、29的电解槽组件120产生。氢气可以如图所示地被允许通过过滤器46、电磁阀44和过滤器调节器42进入20内的腔。优选地在42内设置过滤介质，过滤介质防止水和其他液体进入静止管20并中和任何酸性/基础粒子或烟气。电解槽组件120可以通过由发电机管18与静止管20的相对运动所产生的电的至少一部分驱动。
在某些实施例中，可以适于将例如为电解槽28的较重部件定位在下部中，比如为同轴管18和20的较轻部件定位在上部中，用于形成如图所示的部件的竖直定向。这通过保持管18和20与由波浪作用和重力产生的提升和下降力对准来提高操作效率。在许多情况下，通过或多或少地水平定位的张紧缆索连接单元发电机以及附加单元，以形成抵抗由风或波浪运动引起的移动或集中而被稳定的网络是有益的。另外的稳定性通过张紧缆索提供，以在外边缘锚定在海底或其他结构上，或者锚定到形成用于抵抗由于风和波浪力引起的水平前进的阵列的前缘和后缘上。
在某些实施例中，控制器64调节由静止管20内的电解槽28产生的氢气氛围的压力。例如，在一些实施例中，控制器可以调节氢气或其他气体的压力，以产生使发电机管18在静止管20内的阻力最小同时使电能生产最大的最优的关系。增大氢气压力增加了从发电机管18通过静止管20传递至周围水的热并通过稍微地扩大静止管20的直径产生更小的阻力。但是，这减小了52和50上的板22的静电场强度，这接着减小了50和52的电路中的排斥电压。控制器64可以适应性地控制静止管20内的压力，以在规定极限内操作系统的同时优化这些反作用效果。这使得能够选择和使用非常廉价的材料，这些材料在包括波浪高度、波浪频率和环境温度的非常大地变化的状态中具有实质上无限的寿命。
在某些实施例中，所示能量转换组件2可以在足够深以将发电机组件放置在浮体4操作的表面以下至少100英尺或更远的深度处，以便最小地暴露于风暴和过往船只。但是，在其他的实施例，组件2可以定位在小于或大于100英尺的深度处。位于下部腔30中并且在静止管20内的较低压力下的氢气被适应性地调整，以为管式发电机组件提供刚性并逆着锚定器34为张紧基础缆索32提供浮力，锚定器34可以是重物、扩张的倒钩或张紧基础缆索32的其他合适的装置。在风暴或过往船只可能破坏浮体4和缆索6组件时，机动化的张紧器74可以缩短基础缆索32，电解槽28可以被关闭，同时打开电磁阀44与电磁阀36和40以用已通过过滤器组件38过滤的海水注满腔30。这些作用使得系统将4向下拉至有害路线以下的位置。当安全地恢复正常操作时，电解槽29在30内产生氢气以在张紧器74释放基础缆索32时提升系统，从而在海洋表面建立浮体4的正常操作位置。张紧器74可被适应性地操作以调整4相对于表面的相对位置，以便优化波能向电的转换。
可以预期，能量的更大需求通过利用长浮体提供，长浮体设计用于最好地利用在多个单独的能量转换单元附连其上的应用的位置处普遍存在的波浪类型的能量。在需要时，这些长浮体或单独的单元浮体旨在通过以防止浮体由于风或水流而大体水平行进的图案附连的缆索连接。这些缆索可以按照需要提供限制，以防止沿任何给定水平方向的运动，并且缆索包括基于六边形、正方形、圆形和用于间隔波浪发电机的其他图案的阵列。
由于发电机组件2竖直地以及同轴地自定心并且对于每块所需材料提供高产率的电能，因此在某些实施例中，可优选将管组件18和20设计用于5米或更大的波浪。但是，在其他的实施例中，由于控制器64能够适应性地调整基础缆索32上的张力以在与一般的波浪高度无关的情况下优化能量转换效率，因此更小的波浪也在操作范围以内。这使得系统能够在高波幅和低波幅的极端条件下操作，并具有有效地利用可用于产生电的最大量的波能的能力。
为了产生氢气，在一个实施例中，优选在仅足以从29释放氢气而不从28释放氯气或氧气的电压下操作电解槽组件120的电解槽电极28和29。但是，当生物污染可能变成问题时，在其他的实施例中，可以优选将施加到电解槽电极28和29的电压增大到从过滤的海水产生氯气以及氢气的程度。该氯气通过利用半透性膜或分配器27与氢气保持分离，并从腔30通过阀40分配至输送管75并到达环形分配器管76，环形分配器管76如图所示地在组件的底部处的环形部中被穿孔，以形成富氯气或富臭氧的氛围以便从组件驱逐生物质剂。在氯气从电解槽29中的电解质耗尽之后，产生氧气。电解槽组件120可以包括与以下专利申请中公开的电解槽组件的对应的特征的结构和功能大致相似的特征：2010年2月17日提交的名称为“ELECTROLYZER AND ENERGY INDEPENDENT TECHNOLOGIES”的美国专利申请No.12/707,651，2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATIONDURING ELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,653，以及2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FOR GASCAPTURE DURING ELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,656，以上专利申请中的每一个均通过引证将其全部内容结合在本文中。
在需要管理从发电机管18和/或静止管20传递至周围的热传递的情况下，静止管20内的氛围可以从比如为氢气和氦气的高电导率、低粘度气体和比如为氩气和氟氯化碳的低导电率气体中选择，任何选择的氛围的压力和组分可被调整，用于减小摩擦损失、增加或减少热传递、产生用于系统组件的结构刚度和管理浮力目的。
在某些实施例中，由组件2产生的电可被用于电离例如为氧气或氯气的氧化剂，以提高作为抗生物污染剂在通过分配器76释放之前的反应性。用于电离这些气体的适当的方法包括如图所示的在馈电电路上操作的火花放电和紫外线灯。另外的变压器可以与变压器56的初级线圈或次级线圈并联连接，并被用于按照需要产生用于电解槽28和电离器31的所需电压。
除控制20和30内的压力之外，控制器64还利用例如为多普勒仪或光电装置或管腔20的端部处的弹簧70和72的适当的仪表设备来监控18在20内的行程。偏置构件或弹簧70和72可以包括一体的传感器。另外，弹簧70和72具有多个功能，包括感测18在20内的行进路径、如果必要用作减震器以及当发电机管18的运动反向时回收动能。需要允许存在达到设计极限的波浪高度时发电机管18的完全运动，运动在该设计极限由如图所示的布置安全地停止，直到波峰通过。因此，控制器64估算发电机管18在静止管20内的运动范围，如果弹簧传感器72被偏转而70没有，控制器64将如图1所示地通过将缆索卷绕在机动化的张紧器74的缆索卷轴上而缩短缆索32来向下运动外管组件。如果弹簧传感器70被偏转而72没有，则缆索32加长，直到18在20内适当地对中为止。
在某些实施例中，利用小的氢燃料电池或蓄电池充电器和蓄电池组78存储作为所产生的能量的小部分的能量并允许操作控制器64、张紧器74、阀38、40、44，以及提供仪表设备并通过4中的无线电天线控制从64到位于陆地上或位于间或地保持波浪发电机的工作船上的中央控制站的通信。燃料电池78和控制器64可用于潜水者的检修，并在必要时能够被容易地更换，用于已被延长期限地存储在浸没状态中的单元的激励。
因此，除控制浮动单元4相对于发电机管20和海洋表面的位置之外，控制器64还通过控制在20和30内的氢气压力来优化操作，以便将尽可能多的波能转换成电。控制器64的再一功能是监控生物污染状态以及按照需要控制用于产生氯气的电解槽以驱逐引起生物污染的海洋生物。
本公开的原理的应用有助于许多变型，在这些变型中，可以通过在可运动部件18上施加用于周期地形成基本的直线性力的第一力来实现所需的能量转换、频率倍增或相位变换，可运动部件18结合为了在适当的导体中感应电流的流动而静电地充电的电气分离区域22，适当的导体包括电负载，例如在电气分离区域21与23之间连接的电机绕组、电灯灯丝、半导体装置或变压器56的初级线圈，电气分离区域21和23结合在接近可运动部件结合区域22的定子或静止管20中，以及其中，所述可运动部件20通过选自以下组的力沿与第一力基本相反的方向周期地运动，上述组包括机构、对置活塞发动机组件、重力、弹簧作用和压缩气体力。因此，本文中公开的发电机组件2可以用于除波浪作用和重力之外的周期力应用其中的水平、竖直或任意其他所需定向中。说明性地，可以设想，第一力可以在斯特林或内燃机(ICE)中通过活塞的作用产生，回复力可以通过压缩气体、弹簧、相同或另一个发动机的对置活塞或例如为曲轴或斜盘的适当的机构来产生，该斜盘将飞轮的动能转换成再生功。
波浪发电机组件80的另一个实施例在图3的示意性视图中示出。在所示实施例中，永磁体(M1和M2)或电磁体82和84被增加到图1和2的组件2，以产生基本垂直于连接如图所示的环形环88和90中的每一组的导体86的周向绝缘转动的磁场。在某些实施例中，环88、90、92和94可以如图所示地分离以便抑制涡流。操作中，电流在典型的环88至90之间作为例如来自82和84的电磁场的波浪强迫运动与来自比如为92和94的环的静电场的函数而交变，如关于图1和2的实施例所公开的。对于线圈86中的电流的补充感应来自在如图所示的磁极82与84之间建立的磁场。
在需要使内部摩擦和寄生损失最小的应用中，优选地将外管100设计成用于利用仅足以保证内部零件的充分冷却的气体压力承受海洋的压力。出于该目的，外管100可以由玻璃、例如为5086的船用铝或例如为在暴露表面上具有抗污染涂层的4140的低合金钢制成。在该情况下，程序控制器64可被编程用于在图2或3的实施例中，以便提供足以充分冷却内部部件的氢气压力，从而优化电阻损失以及在最小化由于气体阻力引起的损失的同时防止材料老化。这引起低得多的氢气压力，这是因为不需要用内部压力抵消挤压力。
一起参照图1-3，通过利用用于提供比聚烯烃高得多的使用温度的复合管18和20的介质材料提供本公开的另一个实施例。例如为聚醚酰亚胺、聚醚砜和聚砜的树脂在330°F(165℃)或更高温度下以及在0.005″或更小的薄壁膜厚度中是稳定的，用于提供2,400至4,400伏/密耳的介电强度。这使得20内的氢气(或另一种气体)压力更低并导致更低的气体阻力损失，同时系统在由这些材料使得成为可能的更高的稳态温度下操作。在该实施例中优选利用比如为银或金的更高电导率的材料，用于环22、50和52的薄的电镀。
本公开的一种重要的应用是矿化原料和精矿向金属、例如为氧气、卤素、甲烷的贵重非金属以及其他精炼材料的转化。说明性地，如从导体60和62通过适当的电解槽120输送的来自整流器58的直流电的应用提供例如为氢气的产品；或例如为氯气、碘和溴的卤素；或氧气；或例如为来自无水电解质的钠、钾、镁、钛、锰的活性金属；或过渡金属；或包括贵金属的重金属。在该实施例中，所产生的电的相当大的部分被用于电解槽120，以便由包含这些元素的适当的浓缩物产生金属和非金属。
在海洋能转换和采矿应用中，特别重要的是通过例如为氯气的卤素的预防性使用防止污泥形成、生物污染以及海洋环境的污染，用于防止本公开的部件的老化以及将会污染海洋环境的生物质和/或污泥的累积。
由在风和例如为河流和潮汐的下落水中提供的力产生的电也能够由当前的能量转换和输送体系利用。参考图4-8的以下说明用于河流中的应用，而且通常应用于风应用，其中推进器436具有适当的直径、节距等等时用于盛行的风状态。更具体地，图4是根据本公开的实施例构造的用于将流动的水中的能量转换成电的旋转发电机组件400的截面侧视图。图5是图4的旋转发电机组件的部件的示意图，以及图6是图4的旋转发电机组件的示意性端视图。一起参照图4-6，旋转发电机组件400包括坚固的水密壳体430和一个或更多个抗摩擦支承轴承422，在水密壳体430内结合有适当的发电机组件420，适当的发电机组件420可以如在例示实施例中所示地重复或级联，以产生所需的转矩和电转换。发电机组件420由例如为附连至如图所示的驱动轴434并由笼罩432和438容置的推进器436的适当的运动驱动器装置驱动。适当的密封件444防止空气从壳体430向外部区域和外部空气的向内通路的损失。在某些实施例中，利用由组件400生产的电的小部分以电解电解槽442中的水，以便用处于适应性地控制的压力的氢气填充壳体430的内部空间，从而从发电机420和/或变压器412、414散热，并减小由于壳体430内的空气的粘性和摩擦引起的风阻损失。电解槽442的操作通常与关于电解槽120以及相关控制的如上所述相似。此外，电解槽442可以包括与以下专利申请中公开的电解槽组件的对应的特征的结构和功能大致相似的特征：2010年2月17日提交的名称为“ELECTROLYZER AND ENERGY INDEPENDENT TECHNOLOGIES”的美国专利申请No.12/707,651，2010年2月17日提交的名称为“APPARATUSAND METHOD FOR CONTROLLING NUCLEATION DURINGELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,653，以及2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FOR GAS CAPTUREDURING ELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,656，以上专利申请中的每一个均通过引证将其全部内容结合在本文中。
所示实施例还可以包括围绕推进器436的加强笼罩或线形式的笼438，以使得岩屑、岩礁、海洋生物等等不与推进器436碰撞。该组件还可以由如图4和6所示的适当的基部或支架428升高，以在河床或海底上方提供所需定位，从而利用最佳水流并防止推进器436击打河床或海底。附连至424的链或缆索将发电机单元紧固至河流或海洋地点的所需位置。由发电机420产生的电通过大致地如图4所示的绝缘电缆426输向陆地，用于替代来自例如为化石和核燃料发电站的非可再生能源的电，并用于制造用于任意所需能量存储、化学或电力生产应用的氢气。
虽然任意所需发电机均可选择用于这些应用，但优选利用用于更小应用的在图5中的实施例400的放大原理图中示出的重量节约材料。如在示出的实施例中所示，第一发电机组件或转子402以或多或少的恒速旋转由轴401驱动，同时风力吹动、潮汐流动或者河流或水流运动，并可设置有反向节距能力以沿反向流操作，例如通过潮汐提供的反向流。转子402可以由例如为陶瓷、热塑或热固性聚合物的高电阻材料制造，导电材料的导体部分或条404位于转子402的外轮缘上或接近转子402的外轮缘。这些导体404如图所示地间隔开但电连接。导体或导电区域404接收被保持的电荷，例如作为通过向所需电压充电所产生的电子层或没有电子层。
转子402相对于第二发电机组件或定子403旋转，第二发电机组件或定子403包括多个间隔开的静止导体或导电区域406和408。更具体地，当转子402旋转至图5中示出的位置时，静止导电区域408由于相同电荷排斥而耗尽电子层。电子层离开区域408并前进至示出通向接合点410的集电电路，接合点410连接至例如为变压器初级线圈412的适当的负载或装置。离开初级线圈412的电子层然后通过连接416输送至互连区域406。转子402继续旋转，并且导体或导电区域404经过静止区域406附近以排斥在此汇集的电子层。被排斥的电子层通过连接416回到初级线圈412，然后到达导电区域408。电荷的这种周期的转移在转子402旋转时继续。通常将连接到初级线圈412的静态电路充电至相对较高的电压并以高电压充电转子区域404，以确保所示静态电路中的令人满意的电流密度。
在某些实施例中，多个这种发电机420可以沿适当的定向应用，上述适当的定向使这些发电事件提供用于在图9中示出的体系中输送的三相电。但是，在远程应用中，通常优选地利用由适当的整流器提供的直流电流或结合变换器以提供所需状态的电。根据转子中承载的电压，高强度的介电气体可被用于绝缘发电机转子402的充电区域。适用于该目的的气体包括氟化硫和卤化烃气体。
在流动的水或风中的能量充足的情况下，能够通过利用多个同心圆筒排列提高密度并因此提高壳体430内的发电机组件的扭矩值。例如，图7是根据本公开的另一个实施例构造的旋转发电机组件的示意性侧视图，图8是基本沿图7的线8-8截取的示意性横截面示图。一起参照图7和8，驱动轴401由适当的推进器436旋转或施加扭矩并通过密封组件444密封在壳体430内。轴承组件422提供通过圆盘462附连至驱动轴401的多个间隔开并同心的转子壳体460的支撑、抗摩擦旋转和定心。发电机还包括由圆盘466保持就位的多个间隔开并同心的静止壳体464，圆盘466可以结合用于支撑驱动轴401的延伸部的轴承。旋转圆筒形壳体460具有如关于图5所公开的原理电路所述地保持持久地充电的间隔开的导体或金属纵向条。静止圆筒形壳体464具有通常如图5中所示地间隔开的纵向导体或条408和406，纵向导体或条408和406交替地获得和接收当它们旋转以极为靠近时由充电条404排斥的电子层。区域406与408之间产生的电流可被应用至任意有用的负载，有用的负载包括由如图5所示的适当的变换器或电流变压器412和414提供功率调节的那些负载。
适当长度的多个同心不接触圆筒形壳体的利用使得发电机直径能够达到最小，以便节约材料并用于减小驱动单元的风或水流中的阻力和紊流。另外，如同转子460上的如图5的端视图所示的404的持久地充电的纵向区域与利用电刷或永磁体以实现所需发电机功能的传统方法相比大大地减小了复杂性和费用。
适用于壳体460的构造的材料包括热塑塑料、热固性材料、玻璃、陶瓷和通过高模量纤维增强材料加强的复合材料。相似的材料可被选择用于静止圆筒464。保护罩430可由例如为热塑塑料、热固性材料、钢材、铝、玻璃、陶瓷和通过高模量纤维增强材料加强的复合材料的材料构造。充电条404可以是铝、镍、铜、银、金或用于保持例如为电子层的密集电荷的其他适当选择的薄层。相似的材料可被用在条406和408产生应用中所允许的电阻所需的电流所需厚度。但是，在其他实施例中，本公开的特征允许导体404、406和/或408不包括铜。
将来自任何适当的能源的往复运动转换成电和这种电与通过在现有天然气基本设施中的氢气的生产、储存和运输(包括在地下地质构造中的储存和在现有管线中的运输)来自能量转换体系中的传统能源的电的一起利用的本发明，提供了用于用再生能源替代每天使用的6百亿桶油的有利的经济效益。
例如，图9是本公开的实施例的用于转换可再生能源的示意图，例如将水能转换成电能、将电能转换成化学能以及氢气和/或氧气向车辆及其他能量消耗应用的方便的输送。图9示出如上参考图1-8所述的方法和设备实施例中的一些的应用。例如，如上参考图1-3所述的发电机组件2以及本文所述的任意其他发电机组件可被布置在与海岸线188间隔开的相对深水中。发电机组件2可被联接至配电网190的一部分，以将产生的电输送至变压器56、整流器58、电解槽组件120和最终的能量消耗装置，例如车辆201。
在需要通过来自太阳的波能使家庭、工厂、农场和/或机动车辆无污染地并且可持续地运转的应用中，可以采用与图2中所示相似的实施例。应用包括电灯、电动工具和器具、微波烹饪、微波通信、电动机驱动、感应加热、电磁驱动、电渗析、来自矿石的金属的电分离、来自水的氢气电分离以及电弧装置。
提供用于车辆的动力能量将被用于示出这些应用，但是其他能量消耗设备也在本公开的范围内。通过波能转换和/或其他能源产生的电网190的电以所需的电压输送至为车辆201补给燃料的地点。电流由适当的输送电路或电网190输送，适当的输送电路或电网190包括适当的变压器、开关设备、断路器、保险丝、电导体、计量表、电容器、电阻器和电感器。在为车辆201补给燃料的地点处，适当的变压器56和整流电路58提供所需的直流电流和电压，用于水电解池120的操作以产生加压氢气。优选采用如图9所示的电解槽200的类型，电解槽200通过将阀组件202快速填充至如图所示的车辆204的适当的储罐来产生和输送处于所需压力的氢气。来自罐206的加压储存物的氢气可被快速地输送以为车辆补给燃料。在车辆201由内燃机218提供动力的情况下，优选采用在共同待审专利申请号08/785,376中公开的火花喷射燃料计量和点火系统，该专利申请的全部内容通过引证结合在本文中。在某些实施例中，可以使用碳或玻璃纤维增强复合材料氢气储罐，例如由比如为Lincoln or Structural CompositesIndustries(SCI)的制造商提供的氢气储罐。
在车辆201利用燃料电池发动机222的情况下，如图9所示，可以采用可逆燃料电池222，燃料电池发动机222包括与混合燃料推进系统中的飞轮或热机结合在一起的布置。在本实施例中，这种可逆电解槽/燃料电池222可被定位在车辆201上，用于当可逆电解槽/燃料电池222如图所示地偶尔消耗来自电网190的电时和/或在车辆的更生减速中产生氢气和氧气。反向模式中，其用作燃料电池，用于一个或更多个牵引马达的发电、混合动力飞轮的加速和用于其他电力需求。
图10是根据本公开的另一个实施例构造的发电机组件300的示意性视图。更具体地，图10是组合线性发电机和线性运动原动机，例如为比如斯特林、施密特或埃里克森循环发动机的对置活塞内燃机或外燃机。例如，图10示出用于接收氢气和/或甲烷的发电机组件300的一个实施例，氢气和/或甲烷已经通过例如为天然气管线的管道分配或通过在我的关于流体的增浓存储的共同待审专利申请中公开的存储系统输送，该待审专利申请在本文中结合为本公开的不可缺少的一部分。图10中示出的实施例将燃料势能有效地转换成电和热，用于在出口312和318处的现场利用。
用于存储和加压的特别有效的系统由SIFT(例如，以下详细地描述的过滤器250)发电机组件300和热回收单元310的组合形成。例如为氢气的燃料或物质通过SIFT单元250精炼和加压。除通过组件310提供加热、电压应用或吸震之外，用于活动或紧凑存储应用的另外的存储与压力增加一起提供。
例如为具有带有适当的进气阀或进气口的活塞和汽缸的对置活塞类型的一个或更多个适当的热机302驱动线性发电机304，线性发电机304优选地具有如上参考图1-9所述的发电机的多个特征。在某些实施例中，集成的喷射器/点火器可被用于在美国专利申请No.08/785,376中公开的仪表设备、燃料喷射器和点火系统306的组合，该专利申请的全部内容通过引证结合在本文中，并且该专利申请提供用于在内燃机中燃烧氢气和/或以氢气为表征的燃料的特别有效的方法。在本应用中，智能插头(SmartPlug)装置306能够感测活塞的位置和加速度，以提供燃油喷射和点火动作的适应性地控制的比例和定时。
可以是氢气或以氢气为特征的燃料成分的发动机燃料在热化学再生器308中制备，热化学再生器308具有发动机排气和/或发动机冷却剂的输入端，并可以具有来自包括优选为吸附物储存器310中的储存物的任何适当的来源的燃料的输入端和用于例如为沐浴、衣物洗涤和空间加热的家庭目的的加热水的输出端。优选的热化学再生系统308的结构、内部回路和操作在共同待审专利申请No.08/785,376中找到，其全部内容通过引证结合在本文中。
活塞、汽缸和阀或端口组件302可以是二行程或四行程设计和操作。空气被吸入、压缩并通过由喷射器306喷射和点火的燃料加热。通过使燃烧的加热气体与优选在发动机的动力循环期间隔离分层进气燃料燃烧的过量空气一起膨胀做功。发动机的功产物由线性发电机304转换成电并当空气在相对的活塞和汽缸302中压缩时转换成势能。当在其汽缸中的相对的活塞达到适应性地控制用于优化的压缩程度时，由306喷射并点火燃料以继续对置活塞操作的动力循环。
线性发电机304通过关于图1-9和/或本文中公开的其他实施例公开的原理提供所需的频率、电压和电流。在某些实施例中，能够将发动机302和一体的线性发电机304容置在水加热器容器内，以便噪声衰减和用于极度有效的家用热水供给的再生热回收。自来水或加压井水314如图所示地进入热化学再生器308，在接收未由发动机发电机组件302/304转换成电的热之后，自来水或加压井水314穿过组合压力调节器和止回阀324被输送至热水分配器320。在某些实施例中，来自冷却器的最热的水与更慢地被加热的水分离，以便快速响应热水需求。卸压阀316防止过加压的风险。输送至分配器320的热水通过320中的出口被以低速度添加至罐322，320中的出口消除进入的水的净循环动量。最热的水与更慢地被加热的水的进一步的分离可以通过防止形成对流单元的非常低成本的一束平行竖直管326执行。为了便于326的制造，可以采用薄壁交联聚乙烯或聚丙烯的聚合体蜂窝结构。
初级燃料进入吸附存储容器310并被释放以通过智能插头306基于优化的适应性在发动机302中燃烧。来自302的排气被传送至308用于热化学再生或按照需要加热进入的生活用水。310中的排气的进一步的冷却提供如图所示在330处存在的蒸馏水的冷凝。
为了将由所公开的实施例产生的低成本电力和氢气迅速地扩展至公众，本公开的一个实施例包括通过现有电网输送电，并与现有天然气管线中的天然气一起输送氢气。在需要基本纯的氢气以使水产量最大或者使比如为一氧化碳、碳氢化合物或二氧化碳的碳化合物的排放最少的情况下，输送的氢气可与天然气成分混合以便通过现有天然气管线输送并且在应用的地点处或在接近应用的地点处分离氢气。如以下详细地描述的，可能需要用于产生用于家庭或小型企业的电能和热能的相对较小量的分离通过选择性地通过氢气的膜滤器实现。
本公开的各个实施例组合以提供能量转换体系，在该能量转换体系中，比如为波能、风能、下落水、潮汐能和生物质能的最丰富的可利用资源被转换成电，用于满足瞬时负荷需求并为电解槽和热电化学装置提供电力，用于过剩的电向包括压力势能和化学反应势能的化学燃料势能的转换。
这些实施例还提供用于这种燃料势能的存储，包括用于例如为天然气的燃料的加压供给的基本的地下输送的管道的使用，足够多孔以接收所述源于电解的燃料势能的相当大的供给的地表下地质层的使用，地表下地质洞穴的使用以及上述用于储存作为加压藏量的燃料势能的表面压力罐的使用。
通过氢气的净化、加速和可靠的燃烧提供对于斯特林、埃里克松和施密特类型连同燃气轮机、活塞发动机、旋转内燃机和燃料电池发动机类型的发动机改进，在需要时氢气通过选择性的电离过滤技术实施例从例如为天然气的碳氢化合物气体的混合物选择性地过滤，选择性的电离过滤技术实施例还按照需要提供用于能量储存或操作优势的这种供给的氢气的加压。实施例包括改进的热交换器，热交换器便于通过与用于现场产生热、电或轴功率的发动机和发电机的排气和表面交换的热加热水或空气。
用于改进材料性能并减小复杂性、磨损特性和操作的寿命周期成本的直线性发电机的实施例在本可持续的能量转换体系中被提供用于初级和次级能量转换目的。
所形成的能量转换体系通过配电网和/或天然气配送管道的现有网络提供可再生电的输送和燃料势能的加压供给，天然气配送管道通过结合临时设置的系统而被改进，用于选择性分离氢气与由这种管道输送的混合物的其他成分。这有助于氢气和碳氢化合物的过滤器分离输送之后的物品输送，用于清洁能源连同化学材料、肥料、聚合物、纤维、颜料、药品、食物和电子设备的分别生产。
通过结合由过剩的电和/或其他形式的剩余能量产生的氢气的临时添加和用于从一般通过这种天然气系统输送的其他成分去除氢气的选择性分离系统，改进现有天然气分配储存和分配系统。氢气可以以与通过应用选择性离子过滤技术、与压缩机接合的变压吸附、与压缩机接合的温度摆动吸附和与压缩机接合的扩散输送至所述分离系统的压力相比的增大的压力供给。通常优选通过选择性的离子过滤技术(SIFT)的实施例以所需压力供给氢气，这是因为其需要更少的能量、减少的维护和较低的寿命周期成本以在所需压力下输送非常高纯度的氢气的供给。
例如，图11是包括用于化学物种的选择性分离的输出选择性设备或过滤器254的过滤器组件250的横截面局部侧视图。图12是图11中示出的装置的一部分的放大视图。一起参考图11和12，所示实施例包括过滤过程，其中例如为同轴过滤器254的适当的过滤器同心地定位在管道262中，管道262构造成接收煤气、合成气体或例如为天然气和氢气262的碳氢化合物的管道混合物。如以下详细地描述的，过滤器254构造成选择性地允许氢气从第一或内表面252至第二或外表面256穿过过滤器254。在某些实施例中，过滤器254可以是与管道262成直线定位并包括位于第一和第二表面252和256处的对应的电极的电解槽或过滤器。适用于这种过滤的过滤器或膜包括当温度升高时大大地增大氢气过滤的比率的分子筛、半透过聚合物膜以及钯和钯的合金，钯的合金例如为银-钯。适用于过滤器组件250的半渗透膜254包括用于电渗析和燃料电池应用的类型的通用质子交换膜(PEM)。绝缘体密封274支撑并绝缘在如图12所示的放大部分的外径上包括导电性增强材料256的膜254。过滤器254可以包括与以下专利申请中公开的电解槽组件的对应的特征的结构和功能大致相似的特征：2010年2月17日提交的名称为“ELECTROLYZER AND ENERGYINDEPENDENT TECHNOLOGIES”的美国专利申请No.12/707,651，2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS AND METHOD FORCONTROLLING NUCLEATION DURING ELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,653，以及2010年2月17日提交的名称为“APPARATUS ANDMETHOD FOR GAS CAPTURE DURING ELECTROLYSIS”的美国专利申请No.12/707,656，以上专利申请中的每一个均通过引证将其全部内容结合在本文中。
在该氢气过滤组件250中，可以采用被称为“选择性离子过滤技术”(或SIFT)的过程。随着通过偏压施加到PEM过滤器254上，氢气在内表面252上被电离以作为离子快速进入PEM过滤器254并在其中输送，催化剂可被涂覆到PEM过滤器254上以便增加所涉及的处理率。适当的催化剂包括铂或合金，例如铂-铱、铂钯、铂-锡-铑合金以及开发用于其中使用碳氢燃料的燃料电池应用的催化剂。
作为离子化氢的简易化的电子去除可以利用导电氧化锡或不锈钢的细筛，不锈钢的细筛附连至如图所示的来自控制器270的绝缘引线的裸露端部。通过如图所示的另一个绝缘的引线由控制器270循环至膜254的外表面的电子层可以通过细密的不锈钢筛网256返回至到达膜254的外部的氢离子，不锈钢筛网256用作压力捕集加强件和电子分配器。
随着氢气的电离而从氢气获取的电子层循环至PEM过滤器254的外表面256。在膜的“过滤氢”侧256上，电子层再结合氢离子并形式氢原子，氢原子接着形成加压环形区域264的双原子氢。用于氢的该新型选择性离子过滤和加压所消耗的能量可以比由其他分离和加压过程所需的泵送能量小得多。控制器270按照需要保持偏压，以通过SIFT过程从混合物262在端口266处以所需的压力提供氢的输送。根据在形成和输送氢离子连同通过SIFT组件输送至264的氢的加压中的偏振和欧姆损耗，要求偏压大致在15至6伏的范围内。
图13是根据本公开的另一实施例构造的选择性输出过滤器组件1350的示意图。在所示实施例中，过滤器组件1350包括与管道1362共线地定位的多个电解槽或过滤器1354(示意性地和分别识别地示出为第一至另外的过滤器1354a-1354d)。在某些实施例中，管道1362可以是天然气管道，例如天然气管道的现有网络中的天然气管道。另外，过滤器1354可被构造成除去出于不同目的或最终结果已被添加至管道1362中的天然气的氢气。例如，过滤器1354中每一个可以包括如上参考图11和12的过滤器254所述的任意特征，例如包括对应的电解槽电极。此外，尽管在图13中示出四个过滤器1354，但是将这些过滤器1354分离为单独的间隔开的过滤器用于例示的目的。例如，尽管过滤器1354可以如以下详细所述地提供不同的输出或功能，在其他实施例中，过滤器1354可被组合成单个过滤器组件。
如上所述，过滤器1354示意性地示出作为出于一个或更多个目的的用于选择性过滤氢气的单独的过滤器。例如，在一个实施例中，第一过滤器1354a可以是氢气过滤器，氢气过滤器从管道1362中的包括氢气和例如为天然气的至少一种其他气体的气体燃料混合物去除氢气。因此，第一过滤器1354a可以从燃料混合物除去氢气的一部分(例如，通过离子交换和/或包括吸附和吸收的吸着作用)，以便将作为燃料的氢气提供至一个或多个燃料消耗装置。第二过滤器1354b可被构造成当从气体燃料混合物去除氢气时产生电。例如，当氢离子穿过第二过滤器1354b时，电子层到达第二过滤器1354b的缺离子侧(例如，第二过滤器1354b的暴露于氧气或其他氧化剂并与气体燃料混合物的侧相对的侧)。第三过滤器1354c可用于提供作为从气体燃料混合物中过滤氢气的输出的水。另外，第四过滤器1354d可用于从气体燃料混合物过滤氢气以及将过滤的氢气与一个或更多个其他存储的燃料组合以形成富或贫燃料源。例如，过滤的氢气可被添加至现有气体燃料的储存器。
如上所述，尽管所示实施例的过滤器1354示出为单独的过滤器，但在其他实施例中，第一至第四过滤器1354a-1354d的任意功能(例如，提供氢气、提供电、提供水和/或提供富燃料源)均可通过单独的过滤器组件1354实现。因此，所示实施例提供用于利用现有天然气管线和网络存储和输送至少与天然气混合的氢气。因此如本文所述的过滤器1354提供用于为了特定的目的过滤或者去除氢气的至少一部分。
图14是根据本公开的实施例构造的方法或过程1400的过程流程图。在所示的实施例中，过程1400包括储存包括氢气和至少一种其他气体的气体燃料混合物(框1402)。例如，在一个实施例中，氢气可构成气体燃料混合物的大约20％或更少。但是，在其他实施例中，天然气可以大于或小于气体燃料混合物的大约20％。过程1400还包括通过管道分配气体燃料混合物(框1404)。在某些实施例中，管道可以是天然气管道，例如如用于分配用于住宅、商业和/或其他目的的天然气的传统或现有天然气管道。但是，在其他实施例中，管道可以是适用于分配气体燃料混合物的其他类型的管道。
过程1400还包括从气体燃料混合物去除氢气的至少一部分(框1406)。去除氢气的至少一部分可以包括通过与管道共线地定位的过滤器从管道去除氢气。例如，过滤器可以是通常与如上参考图11-13所述的任意过滤器的结构和功能相似的过滤器。去除氢气的过程可用于将作为燃料的氢气提供至燃料消耗装置、发电、产生水和/或产生氢气用于与一种或更多种其他燃料组合以产生富燃料混合物。
由上述内容可以理解，出于例示的目的本文已表述了本公开的具体实施例，但是在不脱离本公开的各个实施例的精神和范围的情况下可做出各种改型。另外，虽然在这些实施例的上下文中已经如上地描述了与本公开的某些实施例有关的各种优势，但是其他实施例也可以具有这些优势，而非所有实施例均必须具有落入本公开的范围内的这些优势。

Claims (52)

1.一种能量转换系统，包括：
至少部分地限定腔的壳体；
发电机组件，所述发电机组件包括：
定位在所述腔内的第一发电机组件，其中，所述第一发电机组件包括相对于所述壳体通常保持静止的多个第一导体；
可运动地定位在所述腔内的第二发电机组件，所述第二发电机组件靠近所述第一发电机组件，其中，所述第二发电机组件包括邻近所述第一导体定位的多个第二导体；
可操作地联接至所述发电机组件的运动驱动器，其中，所述运动驱动器相对于所述壳体往复地运动，以使所述第二导体相对于所述第一导体运动从而产生电流；
定位在所述壳体内并流体联接至所述腔的电解组件，其中，由所述第一发电机组件和第二发电机组件产生的电流的一部分驱动所述电解组件以产生气体，从而用所述气体至少部分地加压所述腔；以及
输出端，所述输出端联接至所述壳体并构造成使得所述电流的至少一部分从所述系统可获得。
2.如权利要求1所述的系统，其中，所述发电机组件是线性发电机组件，并且所述运动驱动器使所述第二导体沿大致与所述壳体的纵向轴线平行的第一方向和第二方向运动。
3.如权利要求1所述的系统，其中，所述发电机组件是旋转发电机组件，并且所述运动驱动器使所述第二导体邻近所述第一导体沿大致圆形方向运动。
4.如权利要求1所述的系统，其中，所述能量转换系统是构造成定位在水中的水电能量转换系统，以及所述运动驱动器响应于所述水的运动而运动。
5.如权利要求4所述的系统，其中，所述水的运动包括所述水中的波浪、所述水中的水流和所述水中的潮汐运动中的至少一个。
6.如权利要求4所述的系统，其中，所述运动驱动器是与所述壳体间隔开并构造成接近所述水的表面定位的浮动单元，以及所述系统还包括将所述浮动单元联接至所述发电机组件的缆索。
7.如权利要求4所述的系统，其中，所述运动驱动器是与所述壳体间隔开并构造成浸没在所述水中的推进器，以及所述系统还包括将所述推进器联接至所述发电机组件的驱动轴。
8.如权利要求1所述的系统，还包括操作地联接至所述电解组件并构造成适应性地控制所述腔中的压力的控制器，以用于影响以下因素中的至少一个：减少所述第一发电机组件与所述第二发电机组件之间的摩擦、控制所述第一发电机组件相对于所述第二发电机组件的位置或减少海洋生物在所述腔内的生长。
9.如权利要求1所述的系统，其中，所述气体是氢气。
10.如权利要求9所述的系统，其中，所述氢气是第一气体，以及所述电解组件被构造成产生第二气体，所述电解组件还包括与第二电极间隔开的第一电极和构造成将所述氢气与所述第二气体分离的半渗透膜。
11.如权利要求1所述的系统，还包括：
可操作地联接至所述输出端的电线；以及
可操作地联接至所述电线的配电网，其中，所述电线构造成将电流输送至配电网，所述配电网构造成进一步向一个或更多个消费者提供电。
12.如权利要求1所述的系统，还包括可操作地联接至所述运动驱动器的一个或更多个内燃机。
13.如权利要求1所述的系统，其中，所述第一导体和所述第二导体中的至少一个不包括铜材料。
14.一种水电能量转换设备，包括：
壳体；
定位在腔内的第一发电机组件，其中，所述第一发电机组件包括承载多个间隔开的第一导体的第一管状介电体，并且其中，所述第一发电机组件至少部分地限定腔；
接近所述第一发电机组件定位在所述腔内的第二发电机组件，其中，所述第二发电机组件包括相对于所述第一管状介电体同心地定位的第二管状介电体，所述第二管状介电体承载接近所述对应的第一导体的多个间隔开的第二导体，并且其中，所述第二管状体在所述第一管状体内沿所述第一管状体的纵向轴线是可运动的；
与所述壳体间隔开并可操作地联接至所述第二管状介电体的浮动装置，其中，所述浮动装置构造成响应于所述水的运动而运动，以使所述第二导体相对于所述第一导体运动，从而产生电流；以及
定位在所述壳体内并流体联接至所述腔的电解槽，其中，所述电流的一部分驱动所述电解槽，以产生至少部分地加压所述腔的气体。
15.如权利要求14所述设备，其中，所述第一导体包括围绕所述第一管状介电体周向地延伸的多个电气联接的金属环。
16.如权利要求15所述的设备，其中，所述金属环包括第一组电气互连的金属环和第二组电气互连的金属环。
17.如权利要求16所述的设备，其中，所述第二管状介电体使所述第二导体在第一位置与第二位置之间运动，在所述第一位置中，所述第二导体邻近所述第一组的对应的第一金属环定位，在所述第二位置中，所述第二导体邻近所述第二组的对应的第二金属环定位。
18.如权利要求14所述的设备，其中，所述第二导体包括围绕所述第一管状介电体周向地延伸的多个金属环。
19.如权利要求14所述的设备，其中，所述电流的频率是所述水的波浪运动的频率乘以第二导体的数量的函数。
20.如权利要求14所述的设备，其中，所述第一管状介电体包括围绕其周向地延伸并至少部分地凹入其内的多个槽，各槽容纳对应的第二导体。
21.如权利要求14所述的设备，还包括：
由所述壳体承载的伸缩装置；
具有与第二端部相对的第一端部的缆索，其中，所述第一端部可操作地联接至所述伸缩装置；以及
构造成锚定至海底并可操作地联接至所述缆索的所述第二端部的基部，其中，所述伸缩装置构造成执行缩回或延伸所述缆索中的至少一个，以调整所述壳体相对于所述海底的高度。
22.如权利要求14所述的设备，还包括：
所述第二发电机组件的与所述第二发电机组件的第二端盖相对的第一端盖；
邻近所述第一端盖定位在所述腔中的第一偏置构件；以及
在所述第一端部中邻近所述第二端盖定位在所述腔中的第二偏置构件和定位在所述第二端部中的第二偏置构件，以及所述第一偏置构件和第二偏置构件接触对应的所述第一端盖和第二端盖，以调整所述第二发电机组件在所述腔内的位置。
23.如权利要求22所述的设备，其中，所述第一端盖定位在所述第二端盖与所述浮动装置之间，并且所述第二端盖比所述第一端盖重。
24.如权利要求14所述设备，其中，所述第一管状介电体和第二管状介电体由以下材料中的至少一种制成：聚乙烯、聚丙烯或聚甲基丁烯。
25.如权利要求14所述设备，其中，除一种或更多种其他气体之外所述气体还包括氢气，并且所述电解槽还包括过滤器以分离所述氢气与所述一种或更多种其他气体。
26.如权利要求14所述设备，其中，所述电解槽还包括在流体中与第二电极可操作地间隔开的第一电极，以及驱动所述电解槽的所述电流的一部分构造成从所述流体释放氢气，而不从所述流体释放氧气或氯气。
27.如权利要求14所述设备，其中：
所述第一发电机组件包括定位在所述对应的第一导体之间的多个第一磁体；以及
所述第二发电机组件包括定位在所述对应的第二导体之间并定位成接近所述对应的第一磁体的多个第二磁体。
28.一种水电能量转换设备，包括：
至少部分地限定内部腔的壳体；
定位在所述腔内的第一发电机组件，其中，所述第一发电机组件包括承载多个间隔开的第一导体的第一圆筒形介电体；
接近所述第一发电机组件定位在所述腔内的第二发电机组件，其中，所述第二发电机组件包括同心地布置在所述第一圆筒形介电体的至少一部分内的第二圆筒形介电体，所述第二圆筒形介电体承载多个间隔开的第二导体；
可操作地联接至所述第二圆筒形介电体的驱动轴；
可操作地联接至所述驱动轴的推进器，其中，所述推进器构造成响应于所述水的运动而运动，以使所述驱动轴和所述对应的第二导体相对于所述第一导体旋转，从而产生电流；以及
定位在所述壳体内并流体联接至所述腔的电解槽，其中，所述电流的一部分驱动所述电解槽，以产生至少部分地加压所述腔的气体。
29.如权利要求28所述的设备，其中，所述第二介电体使所述第二导体邻近所述第一导体沿大致圆形的路径旋转。
30.如权利要求28所述的设备，其中，所述第一导体包括第一组电气互连的金属条和第二组互连的金属条。
31.如权利要求28所述的设备，其中，所述第二导体包括被承载在所述第二圆筒形介电体上的外周位置处的金属条。
32.如权利要求28所述的设备，其中：
所述第一圆筒形介电体是第一静止圆筒形介电体，其中，所述第一发电机组件还包括：
承载第三导体并与所述第一圆筒形介电体径向向外地间隔开的第三静止圆筒形介电体；以及
承载第五导体并与所述第三圆筒形介电体径向向外地间隔开的第五静止圆筒形介电体；以及
所述第二圆筒形介电体是第二可运动的圆筒形介电体，其中，所述第二发电机组件还包括：
承载第四导体并定位在所述第一静止圆筒形介电体与第三静止圆筒形介电体之间的第四可运动的圆筒形介电体；以及
承载第六导体并定位在所述第三静止圆筒形介电体与第五静止圆筒形介电体之间的第六可运动的圆筒形介电体。
33.如权利要求28所述的设备，其中，所述壳体包括与第二端部相对的第一端部，并且所述第二、第四和第六可运动的圆筒形介电体从所述第一端部朝向所述第二端部延伸，以及所述第一、第三和第五可运动的圆筒形介电体从所述第二端部朝向所述第一端部延伸。
34.如权利要求28所述的系统，还包括操作地联接至所述电解槽并构造成适应性地控制所述腔中的压力的控制器，用于影响以下因素中的至少一个：减少所述第一发电机组件与所述第二发电机组件之间的摩擦、控制所述第一发电机组件相对于所述第二发电机组件的位置或减少海洋生物在所述腔内的生长。
35.一种分配组件，包括：
燃料源，所述燃料源包括氢气和至少一种其它气体的气体燃料混合物；
联接至所述燃料源并构造成输送所述气体燃料混合物的燃料管道；以及
可操作地联接至所述燃料管道的过滤器组件，其中，所述过滤器组件包括膜，所述膜具有与所述气体燃料混合物流体连通的第一侧和与所述第一侧相对的第二侧，并且其中，所述过滤器组件构造成当所述氢气从所述第一侧到所述第二侧穿过所述膜时从所述气体燃料混合物除去所述氢气的至少一部分。
36.如权利要求35所述的组件，其中，所述过滤器组件构造成还执行以下中的至少一个：
在所述氢气排出所述选择性膜的所述第二侧之后提供所述氢气作为燃料；
当所述氢气从所述第一侧到所述第二侧穿过所述选择性膜时产生电；
当所述氢气从所述第一侧到所述第二侧穿过所述选择性膜时产生水；以及
提供穿过所述膜的所述氢气以及穿过所述膜的至少一种其他气体的组合的燃料混合物。
37.如权利要求35所述的组件，其中，所述膜与所述管道共线地同心定位。
38.如权利要求35所述的组件，其中，所述膜构造成通过以下过程中的至少一个除去所述氢气的至少一部分：电离过程、吸附过程和吸收过程。
39.如权利要求35所述的组件，其中，所述过滤器组件包括邻近所述膜的所述第一侧的第一电极和邻近所述电极的所述第二侧的第二电极。
40.如权利要求35所述的组件，其中，所述燃料管道是天然气管道。
41.如权利要求35所述的组件，其中，所述气体燃料混合物至少包括氢气和天然气。
42.如权利要求41所述的组件，其中，所述天然气包括大约20％或更少的所述气体燃料混合物。
43.一种分配气体燃料混合物的方法，所述方法包括：
储存氢气和至少一种其他气体的气体燃料混合物；
通过管道分配所述气体燃料混合物；以及
通过与所述管道共线地定位的过滤器从所述管道中的所述气体燃料混合物去除所述氢气的至少一部分。
44.如权利要求43所述的方法，其中，分配所述气体燃料混合物包括通过预先存在的天然气管道分配所述气体燃料混合物。
45.如权利要求43所述的方法，还包括提供通过所述过滤器除去的所述氢气作为氢燃料。
46.如权利要求43所述的方法，其中，去除所述氢气的至少一部分包括使所述氢气的至少一部分穿过所述过滤器，以及所述方法还包括通过使所述氢气穿过所述过滤器而产生电。
47.如权利要求43所述的方法，其中，去除所述氢气的至少一部分包括使所述氢气的至少一部分穿过所述过滤器，以及所述方法还包括利用穿过所述过滤器的所述氢气而产生水。
48.如权利要求43所述的方法，还包括：
通过所述过滤器从所述燃料混合物去除至少一种其他气体；
使所述去除的氢气与所述去除的至少一种其他气体组合。
49.如权利要求43所述的方法，还包括在邻近所述过滤器的第一侧定位的第一电极与邻近所述过滤器的与所述第一侧相对的第二侧定位的第二电极之间施加电压差。
50.如权利要求43所述的方法，其中，储存氢气和至少一种其他气体的所述气体燃料混合物包括将所述氢气添加至至少天然气。
51.如权利要求43所述的方法，其中，以所述气体燃料混合物的至少20％为氢气的形式存储所述气体燃料混合物。
52.如权利要求43所述的方法，其中，去除所述氢气的至少一部分包括以下步骤中的至少一个：电离所述氢气的至少一部分、通过所述过滤器吸收所述氢气的至少一部分以及通过所述过滤器吸附所述氢气的至少一部分。
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