CN102884319A

CN102884319A - 水动力循环发电技术

Info

Publication number: CN102884319A
Application number: CN2011800203585A
Authority: CN
Inventors: 詹姆士·夸克
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-04-21
Filing date: 2011-04-14
Publication date: 2013-01-16
Also published as: US20130111887A1; WO2011130777A1; KR20130100898A; AU2011242392B2; EP2561227A1; JP2013525663A; AU2011242392A1

Abstract

一种能源发电设备包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器分成与储存容器流动连通的第一部分以及与第二流体的源极流动连通的第二部分，其中，第一流体从储存容器流入排出容器的第一部分，造成从排出容器的第二部分排出第二流体，以使从排出容器的第二部分流出第二流体，从而驱动所述能源发电装置。

Description

水动力循环发电技术

技术领域

本发明涉及一种能源发电设备。具体而言，本发明涉及在流体体内使用静水压力梯度产生能量的能源发电设备。

背景技术

通常，已经使用煤、天然气以及油等化石燃料产生功率，比如电力。然而，当今，由于化石燃料储量减少以及使用化石燃料进行发电对环境具有影响，所以用于发电的更清洁的替代能源越来越受欢迎。

即使这些替代能源环保得多，但是由于发电效率低、与现有化石燃料技术相比其成本高、并且缺乏审美情趣（包括健康问题）（比如风电场），所以这些替代的发电技术（太阳能、风能、波能、地热能等等）一直在努力赢取广泛的接受。

因此，如果能够提供有效发电而不对环境造成有害影响的发电设备，那么这就会是一种优势。

要清楚的是，如果在本文中引用现有技术刊物，那么该引用不会承认该刊物在澳大利亚或任何其他国家构成该领域的部分普通常识。

在整个说明书中，采用术语“comprising”及其语法上的等同物，从而具有包含的意义，除非使用情景中表明并非如此。

发明内容

本发明的主题在于提供可克服至少某些上述缺点的能源发电设备，或者提供有用的或商业上的选择。

一方面，本发明在广泛的意义上属于能源发电设备，包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器分成与储存容器流动连通的第一部分以及与第二流体的源极流动连通的第二部分，其中，第一流体从储存容器流入排出容器的第一部分，造成从排出容器的第二部分排出第二流体，所以从排出容器的第二部分流出第二流体，从而驱动能源发电装置。

任何适当的储存容器可用于能源发电设备中。然而，优选地，储存容器为可保持流体的水槽或类似的容器。在本发明的某些实施例中，可具有多个储存容器。

储存容器可具有任何尺寸、形状或配置。然而，在本发明优选的实施例中，储存容器较高，以便在储存容器内产生充分的流体源头，从而确保有效地操作该设备。在本发明的实施例中，具有多个储存容器，这些储存容器可具有彼此相同或不同的高度。这些容器可设置或配置成以不同的形式（包括垂直地或水平地）彼此连通。

优选地，将储存容器安装到其下端的一个支架中，可使用任何适当的支架。比如，将该储存容器安装到地面、基底（比如，混凝土板）、地基、平台等等。在本发明的某些实施例中，储存容器可安装到移动式支架（比如，移动式平台、车辆）中，或者安装在容器、板条箱等等内，从而可按照规定将该设备运输到不同的位置。

储存容器可具有任何适当的横截面形状。比如，储存容器的横截面可为圆形、方形、矩形、椭圆形或任何其他形状。

第一流体可为任何适当的流体，比如但不限于水（包括海水、未净化的水、淡水、循环水等等）、油或油混合物或任何其他合适的流体。如果该设备用于寒冷的气候中，那么可将乙二醇等流体（或者任何其他合适的凝固点较低的流体）用作第一流体。

假设储存容器内的液面在每个循环中都比较稳定时，由于各种原因，包括蒸发、溢出、泄漏等等，液面可能发生波动。因此，在本发明的某些实施例中，可提供用于在储存容器内装满流体的装置。可使用任何适当的装置，比如，保持储存或备存第一流体，该流体通过水龙头、阀门等等与储存容器流动连通。或者，可将新鲜的第一流体持续地送入储存容器内，以便保持第一流体具有不变的液面。在其他实施例中，需要时，可从圆桶等等中加入额外的第一流体。

如上所述，一个或多个排出容器的第一部分与储存容器流动连通。第一流体可使用任何适当的技术从储存容器流入第一部分。比如，在重力作用下，可将第一流体馈送给排出容器的第一部分。或者，在排出容器和储存容器之间可抽取或吸取第一流体。

在本发明的某些实施例中，具有多个排出容器，假设储存容器与每个排出容器的每个第一部分流动连通。

在某些实施例中，该设备可具有与储存容器流动连通的均衡腔室，部分第一流体可储存在该储存容器内。假设均衡腔室内的液面与储存容器内的液面大致相同。为此，均衡腔室最好沿着储存容器的至少一部分高度延伸。均衡容器可位于储存容器内部或储存容器外部。在本发明的某些实施例中，尤其是具有多个排出容器的那些实施例中，可提供多个均衡腔室。

在某些实施例中，至少一个均衡腔室可具有均衡贮存器，该均衡贮存器与其上部区域相关联。均衡贮存器可具有任何适当的尺寸、形状或配置，并且可适合于在其内保持任何适当的流体量。

优选地，均衡贮存器与均衡腔室和储存容器流动连通。

假设在本发明的某些实施例中，多个均衡腔室均可具有均衡贮存器。或者，单个均衡贮存器可与多个均衡腔室相关联。在其他实施例中，每个均衡腔室可具有其自身的均衡贮存器。

优选地，均衡贮存器内具有一个或多个可移动的屏障。虽然在本发明的某些实施例中，可移动屏障可为活塞，但是可使用任何适当的移动屏障。使用任何的技术，比如，重力、流体压力、机械、水力或气动装置或其任何组合，活塞可进行运动。可移动屏障的目的在于将流体送回储存容器中，以及下面通过可移动屏障（即，均衡腔室）施加力量时，提供均衡压力。

在本发明的某些实施例中，均衡贮存器内的可移动屏障可与排出腔室内的可移动屏障相关。这样，可移动屏障可大致进行往复运动。

可移动屏障可具有穿过其中的一个或多个开口，以便允许流体在储存容器和均衡腔室之间穿过。优选地，一个或多个开口具有控制装置，以便防止不需要的流体流动，并且控制流体流动的容量和时间。可提供任何适当的控制装置，比如但不限于一个或多个盖体、滤网、阀门等等。优选地，一个或多个开口中的每个开口具有阀门，以便控制流体流动。

在优选的实施例中，均衡腔室包括连接到储存容器的外部表面并且通过第一入口和第二入口与储存容器的内部流动连通的管道、导管等等，第一入口位于储存容器的上部分，第二入口位于储存容器的下部分。这样，均衡腔室内的液面与储存容器内的液面大致相同。优选地，均衡腔室具有至少一根输送管，适合于在储存容器和排出容器之间输送第一流体，反之亦然。虽然在本发明优选的实施例中，输送管位于均衡腔室下部分内，但是该输送管可具有任何适当的尺寸、形状和配置，以便确保在储存容器内，可通过较低的液面输送第一流体。

在本发明的某些实施例，可将多根输送管从均衡腔室中提供到排出腔室中。在其他实施例中，单个均衡腔室可用于将第一流体输送给两个或多个排出容器。在本发明的该实施例中，一个或多个输送管可在均衡腔室和每个排出腔室之间延伸。

在优选的实施例中，第一流体通过均衡腔室从储存容器中流入排出容器内。虽然在优选的实施例中，均衡腔室在其上部分内具有抽取装置，但是任何适当的技术可用于将第一流体输送到排出腔室内，该抽取装置适合于协助第一流体在储存容器和排出容器之间移动。由于储存容器内的液面与均衡腔室内的液面大致相同，所以抽取装置（该装置可为泵或者任何其他合适的装置）操作时使用的功率最小。抽取装置可按照规定连续地或间歇地进行操作。

利用U型管内的水位试图均衡这一特性，在抽取装置内可使用最小的功率。结果，流体从一个或多个输送管移动到储存容器，通常仅仅需要克服最小的静压头。这种操作原理表明一个或多个均衡腔室可位于储存容器上不同的高度，不会损害使用的电力最小这一优点，而较高的储存容器会造成静水压力增大，该静水压力可用作转换成功率的势能。

仅仅通过使用抽取装置，流体可流过一个或多个输送管并且流入排出容器。或者，可提供额外装置，以便协助第一流体在储存容器和排出腔室之间流动。可提供任何适当的装置，比如但不限于一个或多个喷射器，该喷射器适合于产生文丘里效应，以便协助第一流体在储存容器和排出腔室之间传输。

在另一个实施例中，均衡腔室可具有活塞等等，以便协助流体在储存容器和排出腔室之间传输。在本发明的该实施例中，假设均衡腔室可具有与储存容器流动连通的多个入口以及与排出容器（比如，通过输送管）和/或储存容器流动连通的多个出口。优选地，多个入口处于储存容器内不同的高度。在本发明优选的实施例中，多个入口和多个出口的每一个具有阀门等等。假设均衡腔室可具有相同数量的入口和出口。

在本发明的一个实施例中，均衡腔室可包括与储存容器连通的两个入口。优选地，活塞位于这两个入口之间的高度，从而将均衡腔室分成第一腔室（位于活塞之上并且与第一入口连通）以及第二腔室（位于活塞之下并且与第二入口连通）。由于流体通过多个入口和出口流入和流出均衡腔室，所以响应于流体流动，活塞可运动。活塞的这种运动可用于发电，比如，通过将活塞和发电装置（比如，发电机等等）相关联。

在本发明的某些实施例中，可通过输出管将第一流体输送给排出容器，并且该第一流体可用相同的方式流回储存容器。或者，该设备可具有一个或多个导管，通过该导管，第一流体可从排出容器流入储存容器。在本发明的这个实施例中，一个或多个输送管和/或一个或多个回流管可具有止回阀，以便确保第一流体可仅仅通过这些导管在单个方向流动。

在本发明的另一个实施例中，一个或多个中间腔室可位于储存容器和一个或多个排出容器之间。一个或多个中间腔室可用于排出这些排出容器内的流体，并且将流体返回储存容器。因此，中间腔室与储存容器和排出容器流动连通。

一个或多个中间腔室可具有任何适当的尺寸、形状或配置。在优选的实施例中，一个或多个中间腔室中的每个腔室内可包括可移动屏障。虽然在本发明优选的实施例中，可移动屏障包括活塞，虽然假设可移动屏障可包括螺旋轴、皮带轮、螺旋输送机、囊袋、隔膜、齿轮装置、泵、液压致动器、气动装置、磁体等等或其任意组合，但是可提供任何适当的可移动屏障。

任何适当的装置可驱动可移动屏障在中间腔室内运动。比如，可移动屏障的运动可为手动或自动（比如，通过使用电机等等）。在另一个实施例中，中间腔室内的可移动屏障可与一个或多个排出容器内的可移动屏障相关联，所以可移动屏障在一个或多个排出容器内运动，从而在中间腔室内的可移动屏障内产生相应的运动。

使用任何适当的技术，排出容器内的可移动屏障可与中间腔室内的可移动屏障相关联，这些技术比如但不限于线性部件形式的连接装置（绳索、链条、电线、电绳、螺旋轴、皮带轮、螺旋输送机、囊袋、隔膜、齿轮、泵、液压致动器、气动装置、磁体等等或其任意组合），该连接装置在各个可移动屏障、电子驱动装置等等之间延伸。

排出容器可具有任何适当的尺寸、形状或配置。比如，排出容器可具有任何适当的横截面形状，比如，方形、圆形、六边形等等。在本发明的某些实施例中，该设备可具有多个排出容器。在该实施例中，多个排出容器中的每个容器可具有相同的尺寸或不同的尺寸。同样，排出容器可与储存容器处于相同的高度或不同的高度。然而，优选地，多个排出容器可与储存容器处于不同的高度，以便产生叠加效应，从而允许该设备通过一系列条件进行操作。

在本发明优选的实施例中，一个或多个排出容器与储存容器具有不同的尺寸（直径、高度等等）。

如上所述，可提供一个或多个排出容器。在本发明的实施例中，提供多个排出容器，这些排出容器可处于彼此相同的方向或处于彼此不同的方向。

排出容器的第一部分可为腔室，该腔室适合于在该设备的某部分运行周期，保持第一流体的量，而排出容器的第二部分可为腔室，该腔室适合于在该设备的某部分运行周期，保持第二流体的量。

第二流体也可具有任何适当的流体，并且可为与第一流体相同的流体或不同的流体。在优选的实施例中，选择第二流体，从而促使以最有效的方式（即，传输到能源发电装置的能量最大、摩擦损耗最小等等）驱动能源发电装置。因此，第二流体最好为粘性较低的流体。

在本发明优选的实施例中，第二流体为气体。虽然在本发明的某些实施例中，气体可为空气，但是可使用任何适当的气体（或者气体混合物）。

在本发明优选的实施例中，排出腔室的第一部分和第二部分通过屏障彼此分离，从而防止第一和第二流体彼此接触。虽然在优选的实施例中，该屏障可为可移动屏障，但是该屏障可具有任何适当的形式。因此，根据排出容器内屏障的位置，第一和第二部分的容量可变化。在本发明的某些实施例中，可提供多个可移动屏障。比如，第一部分可具有第一屏障，第二部分可具有第二屏障。在本发明的实施例中，具有多个屏障，这些屏障可彼此单独地移动。然而，在优选的实施例中，这些屏障可相互配合地移动。这些屏障可具有彼此相同或不同的尺寸（比如，直径等等）。在本发明的实施例中，具有多个排出容器，排出容器内的屏障可具有彼此相同或不同的尺寸。

在本发明优选的实施例中，屏障包括活塞，从而第一流体流入排出容器的第一部分，促使屏障在第一方向运动，从而造成从排出容器内排出第二流体。同样，第二流体流入排出容器的第二部分内，可造成屏障在第二方向移动，从而造成从排出容器中排出第一流体。

在某些实施例中，通过使用任何适当的驱动装置，比如但不限于一个或多个电机，可至少部分地协助屏障进行运动（尤其在第二方向）。在该实施例中，屏障使用驱动装置进行运动，可协助将大量第二流体吸入排出容器的第二部分内。

优选地，排出容器的第一部分可包括一个或多个通气孔，这些通气孔适合于允许将第一部分内的任何空气或其他气体排入大气内，以便防止在第一部分内产生真空。

或者，通过一个或多个涡轮机，可传递所排出的空气或气体，以便通过空气或气体流动，进行发电。

在优选的实施例中，排出容器的第二部分包括第二流体入口。第二流体入口可连接到第二流体的任何适当的源极，比如，贮存器等等。或者，在本发明的实施例中，第二流体为空气，通过第二流体入口，可将空气直接从大气中吸入第二部分内。在某些实施例中，第二流体入口具有一种装置，该装置防止第二流体通过第二流体入口从排出腔室流出，该装置比如为止回阀。

在本发明的某些实施例中，排出容器的第二部分可由相对可膨胀的材料制成，从而第二部分可膨胀。或者，可膨胀装置（比如，囊袋等等）可位于排出容器的第二部分内，从而第二流体流入第二部分，造成可膨胀装置膨胀。在交替的实施例中，第二部分在汽缸、存储单元等等内可包括气密式活塞。

在优选的实施例中，可膨胀装置与屏障相关联，从而屏障进行运动，以便排出第一部分，从而将第二流体吸入可膨胀装置内。比如，可膨胀装置可连接到屏障。一旦可膨胀装置到达所需要的膨胀液面，那么允许第一流入进入第一部分，从而促使屏障进行运动，这种运动反过来造成排出第二部分或排出第二部分内的可膨胀装置。

使用任何适当的排放装置，可从第二部分排放第二流体。然而，在某些实施例中，通过一根或多根管道、导管、歧管、喷嘴等等或其组合，可排放第二流体。在优选的实施例中，排放装置可具有一种装置，该装置防止第二流体通过排放装置返回第二部分。可提供任何适当的装置，比如但不限于止回阀。

如上所述，从第二部分流出的第二流体流动，造成驱动能源发电装置。该能源发电装置可具有任何适当的形式，比如但不限于具有与发电机等等相关的一个或多个风扇、涡轮机、螺旋桨等等形式的旋转装置，从而旋转装置的旋转造成在发电机内发电。或者，能源发电装置可包括与发电机相关的重力装置，从而重力装置的运动造成在发电机内发电。可提供任何适当的发电装置，比如一个或多个平衡器等等。

在本发明的实施例中，具有多个排出容器，多个排出容器中的每个容器可同时操作，或者至少一个排出容器可操作，以便其周期与其他排出容器的周期不同。在某些实施例中，多个排出容器可通过不同的周期进行操作，从而在未生成功率时，将“停滞”时间（也称为“无效周期”）的时间量最小化。

用于该设备的排出容器的数量取决于功率循环。比如，如果该功率循环在每个排出容器内具有10秒的动力冲程，那么总共需要10个排出容器，以便避免无效周期。假设根据该设备的尺寸和规格，本发明的设备的发电范围能够在kWh或MWh内。

能源发电装置可暴露于环境条件中。或者，能源发电装置可位于发电腔室内，该发电腔室通过排放装置与第二腔室流动连通。这样，可保护能源发电装置不受到外部干扰（比如，风力等等），并且可控制第二流体流过旋转装置，从而造成可能传输最多的能量。一旦第二流体已经流过旋转装置，那么可获取第二流体，并且将第二流体再次循环到第二腔室内或者排放到大气中。

在本发明的某些实施例中，每个发电腔室可具有多个旋转装置。或者，从多个排出容器中排放的第二流体可结合在并且引向一个或多个旋转装置。

另一方面，本发明在广泛的意义上属于能源发电设备，包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器包括活塞，所述活塞将排出容器分成与储存容器流动连通的第一腔室以及与第二流体的源极流动连通的第二腔室，其中，第一流体从储存容器流入第一腔室，促使活塞运动，从而造成从第二腔室排出第二流体，所以从第二腔室流出第二流体，从而驱动所述能源发电装置。

假设本发明的设备可用于发电，比如，用于任何适当的应用程序中的电力。然而，也假设本发明的设备可用于产生交通工具的推进力，尤其是公路车辆或海上载具。

也假设本发明可与国际专利申请号PCT/AU2008/001888的能源发电设备结合使用，该案之全文以引用的方式并入本文中。

以下表1开始计算本发明的能源发电设备在第一、第二和第三阶段的功率。

表1-第一、第二和第三阶段的功率计算

附图说明

参看下图，描述本发明的实施例，其中：

图1阐述了根据本发明的一个实施例的能源发电设备的侧视图；

图2阐述了根据本发明的一个实施例的能源发电设备的平面图；

图3阐述了根据本发明的另一个实施例的能源发电设备的平面图；

图4阐述了根据本发明的另一个实施例的能源发电设备的剖视图；

图5阐述了根据本发明的另一个实施例的排出容器的示图；

图6A-6B阐述了根据本发明的实施例的储存容器的侧视图；

图7阐述了根据本发明的一个实施例的均衡腔室的剖视图；

图8阐述了根据本发明的一个实施例的能源发电设备的部分详图；

图9阐述了根据本发明的一个实施例的能源发电设备的部分详图；

图10阐述了根据本发明的一个实施例的能源发电设备的部分侧面详图；

图11阐述了根据本发明的一个实施例的能源发电设备的平面图；

图12A阐述了普通燃煤发电厂的能量和质量平衡；以及

图12B阐述了根据本发明的实施例的能源发电设备的能量和质量平衡。

具体实施方式

要理解的是，已经提供示图，用于阐述本发明优选的实施例，并且不应将本发明视为仅仅限于图中所示的那些特征。

在图1中，阐述了根据本发明的一个实施例的能源发电设备10。该设备10包括具有水槽形式的储存容器11，安装到地面水平13的基底12中。储存容器11大致装满了第一流体（水），盖体14位于储存容器11的顶部，从而防止储存容器11内的水蒸发或污染造成水损失。

管道15形式的均衡腔室连接到储存容器的外部表面，并且通过上部出口16和下部出口17与储存容器11流动连通。泵18位于管道15的上部分内，并且适合于通过输送管20，将第一流体从储存容器中抽入排出容器19中。

为了协助传输流体，喷射管21位于管道15的下部分内，以便产生文丘里效应。

将排出容器19分成第一部分22（或水室）和第二部分23（或气室）。第一部分22和第二部分23通过第一部分可移动屏障24和第二部分可移动屏障25彼此分开，具有活塞的形式。活塞24、25通过轴26彼此连接，从而一个活塞进行运动，从而造成另一个活塞进行相应的运动。齿轮和齿条装置28上的电机27可协助轴26进行运动。

在运行周期内，可驱动电机27向下移动活塞24、25，从而从水室22中排出。通过回流管29从水室22中排出水，并且将水排入储存容器11内。活塞24、25运动时，通过空气入口30将空气吸入气室23内。空气入口30装有止回阀31，从而防止空气通过入口30逸出。

空气通过入口30进入时，空气充满可膨胀的囊袋32，该囊袋位于气室23内并且与活塞25连接，从而活塞25向下运动，促使可膨胀的囊袋32的容量增大。

可膨胀的囊袋32处于理想的膨胀水平时，可通过入口33，将储存容器11的水抽入水室22内。水进入水室22内时，通过通气孔34可排出水室22内的任何空气。水流入水室22内，促使活塞24、25在排出容器19内向上移动，从而促使通过排放管35排出可膨胀的囊袋32内的空气，并且将该空气排入发电腔室36内。排放管35具有止回阀46，以便防止空气流回气室23内。

进入发电腔室36的空气流过与发电机38相关联的涡轮机37，据此，涡轮机37进行旋转，从而进行发电。然后，空气从发电腔室36流出，进入大气中。

在图2中，阐述了根据本发明的一个实施例的发电设备10的平面图。在该图中，可见通过均衡腔室15和输送管20将流体从储存容器11中抽入排出容器19中。水通过回流管29从排出容器19中返回。输送管20和回流管29具有阀门39，按照规定，这些阀门允许排出容器19和储存容器11分离。

在该图中也可清晰地看到与每个排出容器19相关联的涡轮机37。

在图3中，阐述了根据本发明的另一个实施例的发电设备40的平面图。在该图中，该设备40包括一个储存容器11和位于该储存容器周围的12个排出容器19。也具有6个均衡腔室15，每个均衡腔室15与两个排出容器19流动连通。

单个涡轮机37具有多个涡轮机叶片41。具有转子42和定子43组件，定子43连接到储存容器11。

在图3中所示的本发明的实施例中，具有通道44和扶手45，以便允许用户按照规定观察和接近设备40（以便进行维修等等）。

在图4中，显示了根据本发明的另一个实施例的能源发电设备40的剖视图。图4中所示的设置为“迭式”设备40的设置，其中，转子42和定子43组件与涡轮机37一起位于储存容器11上的两个水平中的每个水平处。在每个上组件（在该图的上部分中显示）以及下组件（在该图的下部分中显示）内，可见排出容器19。空气通过空气入口30进入排出容器19，并且通过排放管35将空气从排出容器19中直接排放到定子42上。

转子42和定子43至少部分容纳在发电腔室36内，并且排气口47用于空气返回大气中。

上组件由连接到储存容器11的支架或平台48支持。

在该图中也可更清晰地看到进入通道44。

现在看图5，显示了根据本发明的另一个实施例的排出容器50的示图。水室22通过入口33与储存容器（未显示）流动连通。活塞24在水室22和气室23之间形成可移动屏障。在本发明的该实施例中，气室23内没有第二活塞。

轴26在排出容器50内移动时，轴26用作齿条，从而操作小齿轮51，这种操作反过来促使飞轮52和发电机皮带轮53发电。

或者，轴26可用作液压或气压汽缸和柱塞，包括流体入口55，并且其中，通过调节端口57将压缩流体储存在压力储存单元56内。可按照规定，将储存单元56内的高压流体排放到空气或气动扩展器涡轮机58中，以便驱动发电机59发电。

假设可垂直或水平定位排出容器50，并且该排出容器可用作串联装置，在其任一侧具有中央水室和气室。

在图6A和6B中，阐述了根据本发明的实施例的储存容器11的侧视图。在图6A中，储存容器11具有与储存容器11流动连通的均衡腔室15，从而均衡每个储存容器内的液面。与储存容器11相比，均衡腔室15的表面的大气压力较低（这是因为其直径较小）。泵18用于将流体从储存容器11中抽入均衡腔室15内，从而促使流体流动，比如，抽入排出容器（未显示）内。

在图6B中，显示了另一个储存容器11，假设在本发明的设备中更通常使用该实施例。使用最小的水位差以及使用最小的电力，在储存容器11和位于容器11顶部的均衡腔室15之间的泵（未显示）可实现水循环。

在图7中，阐述了根据本发明的另一个实施例的均衡腔室70的剖视图。在该图中，均衡腔室15具有第一入口71和第二入口72，在储存容器的不同高度，这些入口均与储存容器（未显示）流动连通。在第一入口71和第二入口72之间的一点处，活塞73位于均衡腔室70内，从而产生第一腔室74和第二腔室75。第一出口76和第二出口77分别将水从第一腔室74和第二腔室75中返回到储存容器（未显示）内。每个入口和出口具有阀门78、79、80、81。

活塞73与穿过固定轴支架83的轴82相关联。

使用时，打开阀门79，并且关闭阀门78和81。打开阀门80，从而允许第一腔室74内的流体通过出口76从第一腔室74中流出。储存容器（未显示）内的静水压力在箭头84所示的方向产生压力，从而促使活塞73向上运动，产生推动力，进行能量转换时（使用气体、流体、齿条和小齿轮装置等等），可使用该推动力。关闭阀门78和81，从而使用最佳的静水压力。

打开阀门78时，关闭阀门78和80。也打开阀门81时，箭头85所示的压力促使活塞73向下移动，而不使用电机，并且通过出口77，从腔室75中排出流体。关闭阀门79和80，这表示不存在相反的压力，并且在整个周期内，使用最小的功率，可优化和实现活塞73运动。可连续地重复该工序或者需要时重复该工序。

在图8中，显示了根据本发明的一个实施例的能源发电设备10的部分详图。在该图中，均衡贮存器90位于均衡腔室15的上端。均衡贮存器90具有活塞91，该活塞适合于促使均衡贮存器90内的水通过上端口16流入储存容器11内。此外，通过均衡腔室15从下面施加压力时，活塞91用于均衡该均衡贮存器90内的压力。

均衡贮存器90也具有阀门92，该阀门适合于允许水在活塞91之上的一点处进入均衡贮存器90内，并且随后通过上端口16流出。通过使用位于均衡贮存器90之上的电机97，活塞91在均衡贮存器90内可向上进行运动。通常，关闭阀门92，以便通过下面均衡腔室15所施加的力量，允许活塞91向上运动。

活塞91的这种向上运动驱动与多个皮带轮94相关联的电缆93，并且造成轴26向下运动。轴26的这种运动均衡排出腔室19内的压力，从而促使轴26和可移动屏障24（活塞）向下运动并且通过端口33从可移动屏障24之下的排出腔室19中排出任何水。打开位于端口33和均衡腔室15之间的阀门（未显示）时，这种行为会允许将静水压力施加在活塞24上，从而允许重复该循环。

关闭阀门95时，活塞91下面的水通过阀门92流入均衡贮存器90的上部分96内。电机97驱动活塞92向上移动，从而促使通过端口16将上部分96内的水排入储存容器11中。发生这种情况时，储存容器11内的水位98高于均衡贮存器90内的水位99。

打开阀门95时，将储存容器11内的水位98和均衡贮存器90内的水位99均衡。将这个均衡力用于活塞91中，并且将该均衡力传输给轴26和活塞24，这又反过来从排出腔室19中排出水。因此，该系统准备用于重复周期，其中，打开位于端口33和均衡腔室15之间的阀门（未显示）时，活塞24受到静水压力。

活塞91之下的均衡贮存器90内的水可通过泵100流回储存容器11。在本发明的这个实施例中，不需要使用电机97移动活塞91。

使用以下计算，可解释压力均衡原理：

如果储存容器11的直径为1000mm并且高度为10m，那么均衡贮存器的直径为1000mm，并且其面积为0.8m²。排出腔室19和活塞24的直径为350mm，并且其面积为0.096m²。

施加在位于端口33和均衡腔室15之间的阀门（未显示）上的静水压力大约为100kPa（深度为10kPa/m），并且储存容器11内的水位98和均衡贮存器90内的水位99之间的距离为1300mm。

施加在活塞24上的力量为9.6kN（为压力x面积）。因此，为了从排出腔室19中排出活塞24和轴26，必须克服9.6kN的力量。因此，活塞24必须向下移动，比如1000mm。

打开阀门95时，均衡贮存器90内的活塞91受到水力，并且水位差等于均衡贮存器90内的水位差值（即，1300mm）。在此基础上，活塞91之下的力量为10.4kN（为压力x面积）。因此，活塞91能够克服活塞24下面9.6kN的力量，从而允许活塞24通过均衡压力向下运动，以便促使从排出腔室19中排出。然后，该系统准备进行重复周期，其中，打开位于端口33和均衡腔室15之间的阀门（未显示）时，引入静水压力。

在图9中，显示了根据本发明的一个实施例的能源发电设备10的部分详图。在该图中，中间腔室110通过管道111与储存容器11流动连通。活塞112在箭头F3所示的方向移动时，中间腔室110具有活塞112，该活塞适合于促使中间腔室110内的流体通过管道111流入储存容器11内。如果需要的话，泵100可用于协助流体流回储存容器11内。

阀门113与中间腔室110的出口相邻，使用时，打开阀门113，以便允许流体从中间腔室110流入储存容器11内，并且一旦将中间腔室110清空，就关闭该阀门。

在图9所述的本发明的实施例中，提供一对排出腔室19A、19B，排出腔室19A、19B处于彼此不同的方向。每个排出腔室19A、19B具有安装在轴26上的活塞24，该轴通过线性部件114与中间腔室110内的活塞112相关联，该线性部件跨过多个皮带轮94并且最终连接到驱动皮带轮115，该驱动皮带轮与轴26（或者，可使用螺旋叶轮、泵、可膨胀的囊袋等等）相关联。每个排出腔室19A、19B具有弹簧116形式的偏置装置（虽然也可使用电机、平衡锤等等），在排出腔室19A中时，该偏置装置用于向下偏置活塞24，并且在排出腔室19B中时，该偏置装置用于向右偏置该活塞。

在操作的过程中，打开阀门95时，将流体静水压力施加在活塞24上。活塞24向下移动（在排出腔室19A中时），并且向左移动（在排出腔室19B中时）。轴26也移动，从而转动驱动皮带轮115，并且造成线性部件114在中间腔室110内向上吸入活塞112。驱动皮带轮115也可为齿条和小齿轮装置或任何其他合适的装置。

打开阀门113时，活塞112进行运动，促使中间腔室110内的流体通过管道111向上流动。一旦中间腔室110清空，那么关闭阀门113。如果需要的话，泵100可用于协助流体从中间腔室110中流回储存容器11内。

平时，打开阀门113时，在重力作用下，流体可通过管道111从储存容器11中流入中间腔室110内。

每个排出腔室19A、19B具有空气入口筒117，通过入口将空气引入排出腔室19A、19B内。响应于活塞24的运动（即，在排出腔室19A内向下运动以及在排出腔室19B内向右运动），从筒117中吸入空气。同样，提供高压出口118和低压流体回流阀119。

活塞24运动时，促使进入储存容器11的流体内的活塞24对面的高压空气通过导管120穿过出口118，并且进入涡轮机腔室121内。涡轮机腔室121内的空气流过涡轮机122，该涡轮机进行旋转，该旋转可用于在发电机123内产生电能。涡轮机腔室121具有单向阀124，防止空气回流。

关闭阀门95时，打开阀门119，从而由于弹簧116的偏置作用，促使低压流体从排出腔室19A、19B中流出。虽然优选地由重力协助流体流过阀门（在这种情况下，至少一个排出腔室19A、19B位于中间腔室110之上），如果需要的话，电机或泵（未显示）可用于协助流体流过阀门119。一旦排出腔室19A、19B清空，那么就关闭阀门119。可根据规定重复这系列步骤。

该系统可设置在多个不同的配置中。比如，排出腔室19A可单独用作高压空气发电机，注入涡轮机腔室121内，而排出腔室19B可用于生成在中间腔室110内操作活塞112所需要的力量。在该实施例中，中间腔室110从排出腔室19A以及排出腔室19B中接收低压流体。

在交替的设置中，单个储存容器11可与多个排出腔室一起使用，以便生成高压空气。可提供多个中间腔室和多个排出腔室，以便生成在中间腔室内操作活塞所需要的力量。

下面开始进行显示该设置的功能的工程计算：

储存容器的高度为10m时，点P1或P2的压力为100kPa。对于直径为600mm以及长度为1m的排出腔室而言，面积为0.28m²。力量F1=压力x面积，从而力量F1为28kN。

中间腔室活塞的直径为300mm，面积为0.07m²。力量F2为中间腔室加上管道111的容量乘以重力和高度。因此，力量F2=700kgx9.8x10=6.86kN。此为清空中间腔室内的流体时要克服的力量。F1和F2之间的差值为力梯度（21.14kN）。

在涡轮机腔室内进行转换时的高压空气内的势能=容量x压力。因此，有效功率=0.28m³/sx100kN/m²，或者等效功率基于力梯度21.14kN。这就相当于压力=力量/面积或75.5kPa。因此，有效功率等于0.28x75.5=21.14kW。

下面通过使用单独的排出腔室操作中间腔室，开始进行工程计算：

排出腔室19A用于生成高压空气时，P=100kPa、A=0.28m²、V=0.28m³以及F=28kN。可用于转换成功率的势能=0.28x100=28kW。

排出腔室19B用于生成力量，以便在中间腔室110内操作活塞112。因此，在直径为400mm的排出腔室内，A=0.125m²、V=0.125m³。如果使用1m的排出腔室操作长度，那么排出腔室进行操作的压力为100kPa。因此，作用在活塞上的力量=100x0.125=12.5kN。

中间腔室内的总流体流量Q=0.28+0.125=0.405m³。中间腔室的配置具有700mm（A=0.385m²）的直径以及大约1m的长度。因此，该容量大约为400公升。中间腔室在大约9m的高度处与塔顶连接。管道111的直径为250mm（A=0.05m²）。因此，管道111的容量为0.45m³。

中间腔室和管道111内的流体的总容量为0.405+0.45=0.855m³（855公升或8.379kN）。

为了向上移动活塞112，从而向上移动中间腔室内的流体，需要大于8.379kN的力量。按照以上计算，排出腔室19B所产生的力量为12.5kN。该力量高于需要在中间腔室内的活塞处克服的力量，安全裕度为49.1%。

假设多个排出腔室、中间腔室和高压汽缸的设置可位于储存容器的任何适当的高度。这样，腔室和汽缸的额外设置可位于第一设置之上或之下，从而可提供多个液面。

图10阐述了根据本发明的一个实施例的能源发电设备的侧面详图。图10的设备与图9中所示的设备在很多方面非常相似。比如，排出腔室19A、19B与图9中所示的排出腔室的运行方式相同，其相同之处在于，活塞24受到流体传输压力时，驱动线性部件114和皮带轮115，从而促使活塞112进行机械作业。

图10内的管道111装有阀门125（比如，非回流阀）以及操作阀门125的阀门致动器。在图10中所示的本发明的实施例中，阀门119为任何适当类型的截止阀，非回流阀与这些截止阀相邻。主阀95也可为任何适当类型的阀门。

该设备具有中间腔室126，其中，低压流体储存在并且输送到腔室110中。通过任何适当的技术，比如，通过机械装置、电动操作系统或者在重力的影响下，可传输流体。

喷嘴形式的出口129位于容器11的上区域内，从而容器11的上区域内的流体通过出口129从该容器中流出。流体穿过导管128和喷嘴127，以便驱动涡轮机发电机122产生电力。导管128可具有各种类型、形状以及配置，从而允许在重力的影响下传输流体。

在出口129处排放的流体的势能为PE=mgh（单位为Nm），其中，m=流体质量，g=重力以及h=容器的高度。涡轮机发电机122处的有效功率为流体排放速度或流速（单位为N/s）乘以头高（单位为m）的函数，产生Nm/s或J/s或kW。

在图11中，显示了根据本发明的一个实施例的能源发电设备的平面图，其中，显示了四组排出腔室19A、19B。虽然要理解的是，根据规定，该设备可包括不同数量的排出腔室19A、19B和/或中间腔室126，但是提供了单个中间腔室126和涡轮机发电机122。根据需要，排出腔室19A、19B可安装在一个或多个平面上。可用多种方法设置和配置这些腔室和容器，包括横在水平或垂直平面上的其内的活塞。

排出腔室19A、19B适合于提供连续的功率输出。由于每对排出腔室19A、19B需要一个时间段来完成重复周期，所以每对排出腔室19A、19B可交错地进行操作，以便提供连续的功率输出。假设该功率输入可额定为kWh或MWh。

在图12A中，显示了普通燃煤发电厂的能量和质量平衡，这用于进行比较。该图中的变量如下：

Ei=能量输入（热能的煤发热值的形式）；

Ec=从热能转换成动能和机械能的能量；

ELa=进行作业的附加载荷；以及摩擦和能量转换（Ec）造成的损耗；

Eo=电能的能量输出；

ELb=转换、传输以及分布造成的能量损耗。

下面开始该系统的能量平衡：

能量和质量平衡公式：Ei-ELa=Eo；

净能量增益（NEG）=Ei-Ela；

能量边界=作为介质的温度梯度（△Τ）的热能。焚烧煤的温度从环境温度提高到600°C，并且其压力为40巴。△Τ为可变介质，Ei(+Eia)=0时，该介质随着时间消散；

Eia（黑启动时辅助能量输入）=LPG/LNG、等离子体等等形式的气体。

在图12B中，显示了根据本发明的实施例的能源发电设备的能量和质量平衡。该图中的变量如下：

Eia=能量输入（预充电电池的电能形式）；

EiG=能量输入（重力势能的形式），与水动力循环中一样；

Ec=从静水压力能转换成动能和机械能的能量；

Eo=电能的能量输出；

ELb=传输以及分布造成的能量损耗=0，这是因为本发明为分布系统。

下面开始该系统的能量平衡：

能量和质量平衡公式：净能量增益（NEG）=Ei-Ela；

能量边界=作为（非热能的）流体内的介质的静水压力梯度（△P）。水动力循环增加重量，产生重力势能。△P为不变的介质，Ei(+EiG)=0时，该介质不会随着时间消散。因此，浮力、流体/气体密度、重力为不变的介质。即使Eia=有源功率，没有流体时，EiG、Ec、ELa、Eo、Elb=0。通过流体输送压力；通过固体传输力量；在流体静力下操作压缩空气系统。

本领域的技术人员会理解的是，除了明确描述的那些变化和修改以外，本发明容易进行各种变化和修改。要理解的是，本发明包括在其精神和范围内的所有这种变化和修改。

Claims

1.一种能源发电设备，包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器分成与储存容器流动连通的第一部分以及与第二流体的源极流动连通的第二部分，其中，第一流体从储存容器进入排出容器的第一部分的流动导致第二流体从排出容器的第二部分的排出，以使第二流体从排出容器的第二部分的流动驱动所述能源发电装置。

2. 根据权利要求1所述的能源发电设备，其中，所述排出容器的第一部分包括腔室，所述腔室适合于在所述设备的运行周期的一段时间保持第一流体的量。

3.根据权利要求1或2所述的能源发电设备，其中，所述排出容器的第二部分包括腔室，所述腔室适合于在所述设备的运行周期的一段时间保持第二流体的量。

4.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述第一和第二流体为彼此不同的流体。

5.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述第二流体为气体或气体混合物。

6.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述排出容器的第一和第二部分通过可移动屏障彼此分离。

7.根据权利要求6所述的能源发电设备，其中，第一流体流入排出容器的第一部分，促使可移动屏障在第一方向移动，从而造成从排出容器的第二部分排出第二流体，并且其中，第二流体流入排出容器的第二部分，促使可移动屏障在第二方向移动，从而造成从排出容器排出第一流体。

8.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述能源发电装置包括与发电机相关的旋转装置，从而旋转装置的旋转造成在发电机内发电。

9.根据权利要求1到7中任一项所述的能源发电设备，其中，所述能源发电装置包括与发电机相关的重力装置，从而旋转装置的旋转造成在发电机内发电。

10.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述设备具有多个排出容器。

11.根据权利要求10所述的能源发电设备，其中，每个排出容器的第一和第二部分通过可移动屏障彼此分离。

12.根据权利要求11所述的能源发电设备，其中，至少一个排出容器内的可移动屏障与另一个排出容器内的可移动屏障具有不同的直径。

13.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，所述设备进一步具有与储存容器流动连通的均衡腔室。

14.根据权利要求13所述的能源发电设备，其中，所述均衡腔室具有与均衡腔室的上端相关的均衡贮存器。

15.根据权利要求14所述的能源发电设备，其中，所述均衡贮存器与储存容器和均衡腔室流动连通。

16.根据权利要求14或15所述的能源发电设备，其中，所述均衡贮存器具有可移动屏障，所述屏障与一个或多个排出腔室中的至少一个排出腔室内的可移动屏障相关联。

17.根据权利要求13到16中任一项所述的能源发电设备，其中，所述均衡腔室包括连接到储存容器的外部表面并且通过第一入口和第二入口与储存容器的内部流动连通的管道、导管等等，第一入口位于储存容器的上部分，第二入口位于储存容器的下部分。

18.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，一个或多个中间腔室位于储存容器和一个或多个排出容器之间。

19.根据权利要求18所述的能源发电设备，其中，一个或多个中间容器内部具有可移动屏障。

20.根据权利要求19所述的能源发电设备，其中，一个或多个中间容器的可移动屏障与一个或多个排出容器内的可移动屏障相关联，从而一个或多个排出容器内的可移动屏障的运动在中间腔室内的可移动屏障内产生相应的运动。

21.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，多个排出容器相对于储存容器位于不同的高度。

22.一种能源发电设备，包括适合于容纳第一流体的储存容器、一个或多个排出容器、以及能源发电装置，所述一个或多个排出容器中的每个排出容器包括活塞，所述活塞将排出容器分成与储存容器流动连通的第一腔室以及与第二流体的源极流动连通的第二腔室，其中，第一流体从储存容器流入第一腔室，促使活塞运动，从而造成从第二腔室排出第二流体，以使从第二腔室流出第二流体，从而驱动所述能源发电装置。

23.根据前述权利要求中任一项所述的能源发电设备，其中，一个或多个排出容器的尺寸与储存容器的尺寸不同。