CN107664090A

CN107664090A - 发电设备

Info

Publication number: CN107664090A
Application number: CN201710618358.4A
Authority: CN
Inventors: 约瑟夫·卡里乌; 塞德里克·卡里乌; 凯文·卡里乌; 洛伊克·卡里乌; 阿兰·卡里乌
Original assignee: Individual
Current assignee: Joseph Cariu
Priority date: 2016-07-29
Filing date: 2017-07-26
Publication date: 2018-02-06
Also published as: EP3276159B1; FR3054615B1; FR3054615A1; EP3276159A1

Abstract

本发明涉及发电设备，其通过山脉峡谷中的水产生的液压发电，包括：液压初级系统（20），其具有收集高海拔地区的水的储备装置（21）和用于在高压力下将收集的水送到几百米以下的引水管装置（22）。设备包括初级系统（20）、次级系统（56）和转动件（55）。设备包括固定于转动件（55）的多个桶（54）、流体的储备库（47）、以及与转动件（55）的齿轮（53）相联的交流发电机。开动液压缸（33）能够从储备库（47）收集流体并将流体泵送（45）到柱（46）的顶部，流体能够从此处溢至转动件（55）的桶（54）中，从而使转动件（55）围绕齿轮（53）转动。交流发电机能通过转动件（55）转动产生电能。

Description

发电设备

技术领域

本发明涉及一种发电设备，该设备通过使用山脉和峡谷中可用的水所产生的液压进行发电。该设备尤其应用于发电领域。

背景技术

专利文献FR992902公开了一种组合体，其通过盛装水的引水管进行发电。这种组合体包括一个水力发电站，该水力发电站由位于其上方更高位置的一个湖进行供水。这种组合体还包括由风等天然能源驱动的一个发电机，其将该水力发电站使用的水重新升高到该水力发电站的上游。

然而，已发现由发电机供应的电力会根据风速发生变化，风是多变且不可靠的。

同样地，该组合体重复使用水来填充位于更高位置的储备库，使得设备可以运行，并保持一个恒定的水位。位于更高位置的储备库和位于底部的集水池通过交替进行填充模式和排空模式来运行。当对其中一个进行填充时，另一个则被排空，反之亦然。在常规运行时，该组合体不进行连续发电。在全面运行时，涡轮机只能在其发电时间的50%内进行发电。该组合体在其发电时间的另外50%内不进行发电，而是消耗电能以将水升回到上游集水池。所消耗的电能需要由一个外部系统来产生。

由于该组合体的构成方式，其需要大量的水以使该水力发电站运行。

发明内容

本发明目的在于弥补这些缺点。

为此目的，本发明提供一种发电设备，该设备使用山脉和峡谷中可用的水所产生的液压进行发电，该设备包括一个液压初级系统，该液压初级系统具有一个储备装置和一个引水管装置，其中，该储备装置用于收集高海拔地区的水，该引水管装置用于在非常高的压力下，将收集的水运送到几百米以下；需要注意的是，该设备包括：

- 一个初级系统，其包括一个液压缸，该液压缸利用液压初级回路中的水的非常高的压力，且能够使用该液压初级回路中的水，

- 一个闭合回路中的流体的次级系统，其用于操作一个转动件，该次级系统包括：

·该转动件，其绕着位于柱的顶部和底部的齿轮转，

·多个桶，其固定于该转动件，

·一个流体储备库，

·开动该液压缸能够从储备库收集流体，并将流体泵送到柱的顶部，流体能够从此处溢出到转动件的桶中，从而使转动件围绕齿轮进行转动，以及

·一个交流发电机，其与转动件的齿轮相关联，且该交流发电机能够通过该转动件的转动触发电能的产生。

非常高的压力是指大于100bars。

凭借这些措施，该设备能够以较低耗水量连续地进行发电。较低的耗水量对应于柱塞式缸的体积。若在初级回路中使用一体积的水，则在次级回路中有十体积的水在运转。

除去活塞运动中由于摩擦而消耗的能量以及打开和关闭阀所需的能量，初级回路中的电能通过机械效应被全部传递到用于发电的次级回路。

低耗水量的实例：

- 在1000m处收集的水柱可提供100kg / cm²的可用高压；

- 位于山上的水源使得水流量为每分钟1m³。

-一个单个缸泵系统

·缸活塞面积为5cm²，

·泵活塞面积为500 cm²，

·泵活塞面积/缸活塞面积系数为10，

- 在第一高度处有一个平衡点，以在次级回路的顶部获得一个死流，

- 不足之处在于位于第二高度的转动件的运行点，其具有利于且优于使转动件的流量，

- 第二高度+水的重量=>待利用的潜在能量。

转动件能够利用内部循环驱动一个涡轮机。

次级系统是流体密封式的，水不会流失。

根据下述的实施方式和可替换实施方式有利地实施本发明，这些实施方式可以是单独的，或以任何技术上可行的方式进行组合。

在一个实施方式中，流体为水。

水是常规且已知的产生电能的手段。涡轮机技术已经十分成熟。当流体为水时，本系统可更有效地进行发电。

在一个实施方式中，次级回路包括至少一个液压泵，该液压泵通过多个相连的活塞连接到液压缸。

因此，液压缸的动作将驱动液压泵。驱动液压泵需要至少一个液压缸，在另一个实施方式中，液压缸的两侧可分别具有一个液压泵。因此，单个液压缸的一个动作（缸的活塞向外和回行的冲程）驱动两个液压泵执行抽吸和输送。这将节省50%的高压水。

在一个实施方式中，多个桶面向前方安装并构成为由一个溢流道用水来填充这些桶。

在一个实施方式中，流体为空气。

空气的重量较轻，无质量效应，可以在水平或垂直方向运送很长的距离（可以运送到一个远高于收集高压水的点的高度）。

空气可以驱动具有内部回路的液压或高压压缩空气涡轮机。

在一个实施方式中，次级回路包括至少一个泵，该泵通过多个相连的活塞连接到液压缸。

因此，液压缸的动作将驱动泵以压缩空气。驱动液压泵需要至少一个缸，在另一个实施方式中，液压缸的两侧可分别具有一个泵。因此，单个液压缸的一个动作（缸的活塞向外和回行的冲程）驱动两个泵执行抽吸和输送。这将节省50%的高压水。

在一个实施方式中，多个桶面向后方安装并构成为由一个压缩空气吸气嘴管用空气来填充这些桶。

在一个实施方式中，该液压缸包括一个活塞和一个调节活塞运动速度的装置。

附图说明

参照附图，从下面的描述中可以明确本发明的其他优点、目的和特征，这些描述为说明性的且为完全非限制性的，其中：

- 图1示出了形成本发明的主题的发电设备的一个特定实施方式的元件的示意图，该发电设备使用山脉和峡谷中可用的水所产生的液压进行发电，

- 图2示出了沿着图1中由A表示的线剖开的图1的剖面图，

- 图3示出了图1的示意图的替代形式，为沿柱剖开的剖面图，

- 图4示出了根据另一实施方式的利用液压进行发电的设备。

具体实施方式

图1示出了一个发电设备的一个特定实施方式的元件，该发电设备使用山脉和峡谷中可用的水所产生的水压进行发电。该设备包括一个初级系统20，其由位于高海拔例如山顶的储水库21构成。水通过一个引水管装置22导向数百米以下进入一个高压水分配罐24。在下文的描述中，高压称为HP。引水管是指一条给水管道，即在引水管位于设备的上游且引水管比对其供水的储水库位置更低的情况下，在压力下运送水的管道的集合。

该设备包括由至少一个初级回路构成的一个初级系统20。该设备包括由一个闭合回路中流体构成的一个次级系统56。在该实例中，流体为水。

一个HP液压主截止阀23位于该HP水分配罐24的上游以关闭系统，从而允许对该设备的维护。

可以关闭次级回路56并使其排空水，从而对次级回路56中的所有组件进行维护。

该关闭操作由主截止阀23执行，这种情况下主截止阀23关闭。可以通过未示出的吹扫装置使得次级回路排空水。

该HP水分配罐24中的HP水通过初级回路20中的HP液压截止阀26注入到次级系统56。该HP液压截止阀26位于HP水分配罐24的下方。

在本实施方式中，有多个用于在平行安装的其他设备中使用HP水的其它出口25。

在未示出的替代形式中，只有单个出口。

当打开HP液压截止阀26时，来自HP水分配罐24的水流入一个HP水分配库57。在HP水分配库57的两侧分别具有一个用于抽吸的HP阀27，以及一个用于输送的HP阀29。

HP水的流动用于使初级回路中的液压缸的活塞35移动，其中该活塞35位于初级回路中的HP液压缸的气缸33中。在系统关闭过程中，初级回路中的液压缸的活塞35位于初级回路中的HP液压缸的气缸33的左手部分（第一位置）。次级回路中的泵的活塞37位于次级回路56中的液压泵的主体34的左手部分（第一位置）。

次级回路包括一个液压泵，其通过多个相连的活塞与液压缸连接，该活塞35通过一个缸-泵系统的杆36连接到活塞37。

下面描述运行的各种模式。

系统的关闭与开启：

当关闭初级系统20时，初级回路中的下列HP液压阀被关闭：用于抽吸的HP阀27，输送时用于排水的阀28，用于输送的阀29，抽吸时用于排水的阀30，以及水引导阀32。

该水引导阀32将一个管道连接至HP水分配罐24。该管道通过一个止回阀49连接至罐47。

初级回路中的下列HP液压阀被打开：HP液压主截止阀23，HP液压截止阀26，和用于将水连续排放到环境中的阀31。

当该设备回到运行时，在初级系统20和次级系统56中执行各种步骤。

在次级系统中，执行下列步骤：

- 关闭用于将水注入次级系统56的阀44，

- 打开用于从水回收罐42抽吸水的阀43。

在初级系统中，执行下列步骤：

- 关闭输送水时用于排水的阀28，

- 关闭用于输送水的HP阀29，

- 打开抽吸时用于排水的阀30，

- 打开用于抽吸水的HP阀27。

抽吸动作的描述：

在初级系统20的抽吸动作中，HP水分配库57中的HP水通过用于抽吸的HP阀27进入初级回路。在一个初始位置（第一位置），活塞位于初级回路中的HP缸的气缸33内靠左的位置。HP水进入初级回路中的HP液压液压缸的气缸33的动作将初级回路中的液压缸的活塞35推向右边（第二位置）。

在未示出的替代形式中，调节活塞运动速度的装置可防止活塞受到损坏。

次级回路中的泵的活塞37也移动到次级回路中的液压泵的主体34内靠右的位置（第二位置）直到抽吸-输送转换传感器39的位置。

在一个替代的形式中，抽吸-输送转换传感器39或输送-抽吸转换传感器40是感测初级回路中的液压缸的活塞35或次级回路中的泵的活塞37的行进结束的传感器。该输送-抽吸转换传感器40位于套管38中、泵主体和抽吸与输送管道相交的位置。

一定体积的HP水填充初级回路中的HP液压缸的气缸33。

水从水回收罐42中取出并通过回收罐的吸水阀43。一定体积的水填充次级回路中的液压泵的主体34。

输送动作的描述：

在输送动作中，在初级系统20和次级系统56中执行各种步骤。

在次级系统中，关闭水回收罐42的吸水阀43。

在初级系统中，执行下列步骤：

- 关闭用于抽吸的HP阀27，

- 关闭吸水时用于排水的阀30，

- 打开输送水时用于排水的阀28，

- 打开用于输送水的HP阀29。

在输送动作中，初级回路中的液压缸的活塞35移动至左边（第一位置）。次级回路中的泵的活塞37也移动至次级回路中的液压泵的主体34内靠左的位置（第一位置）。次级回路中的泵的活塞37移动至输送-抽吸转换传感器40。

当次级回路中的泵的活塞37在输送动作中移动至左边时，在大气压下，空气进气口41使次级回路中的液压泵的主体34充满空气。

打开用于将水注入到次级回路中的阀44，使得水通过次级回路水输送管道45在罐47中上升。

位于罐47底部的止回阀49将水48保持在罐47中。该止回阀与引导阀32连通。

在一个实施方式中，不存在止回阀。即使由阀32执行该功能，该止回阀也保持罐47的密封。

罐47配有防湍流格栅，以确保溢流道52中的水流是层流的。

用于将水引导至柱的阀32用于将罐47中的水升高，使得次级系统充满流体。

发电设备操作的描述：

将罐47中的水48倾倒至桶54中。在这种情况下，桶54面向前方安装，开口面向位于柱46顶部的溢流道52。溢流道52向桶54供应水。从溢流道中供应至桶的水的流量由阀51调节以对桶54进行供水。桶54固定于转动件55，如皮带；转动件55驱动齿轮53。水填充入填充桶54中使得皮带在重力作用下移动。齿轮53与一个交流发电机（未示出）连接，该交流发电机用于发电。

图2示出了沿着图1中由A表示的线剖开的图1的剖面图。示出了呈现桶54并固定于齿轮53的皮带。虚线圆表示平行安装的几个设备。

图2示出了一种结构，其中通过三个平行安装的设备进行抽吸和输送动作，显示出三种不同（相移）的注入状态。零件编号仅在以虚线表示的单个设备上标注。水回收罐42内包括三个连接套管38、次级回路中的液压泵的三个主体34和初级回路中的HP液压缸的三个气缸33。该输送-抽吸转换传感器40位于连接套管38内。次级回路中的液压泵的主体34包括次级回路中的泵的活塞37和抽吸-输送转换传感器39。次级回路中的泵的活塞37通过缸-泵系统的杆36连接至初级回路中的液压缸的活塞35，其中活塞35包含在初级回路中的HP液压缸的气缸33中。

图3示出了图1的示意图的替代形式，为沿柱剖开的剖面图。这里可以再次看到图1中提到的某些元件。

该图示出了用于底部齿轮的轴223的一个金属支撑件220。支撑底座227用于支撑整个次级系统。底部齿轮的轴223由两个滚珠轴承221保持。

该图示出了围绕转动件55的一个密封壳体226。在顶部齿轮的位置处存在一个进气口225。顶部齿轮的轴222由两个滚珠轴承221支撑。

该图示出了多个电连接器224和一个电源230，该电源230用于打开和关闭将压缩空气分配到桶54的阀。另一个滚珠轴承221用于支撑底部齿轮的轴223的一端。

箭头228表示浸在水中的转动件55的一部分，箭头229表示大气压下的空气空间。

图4重复图1中的若干元件。

图4示出了根据另一特定实施方式的一个发电设备，该发电设备使用山脉和峡谷中可用的水所产生的水压进行发电。

该设备包括一个初级系统20，其由位于高海拔（例如山顶）的储水库（未示出）构成。水通过一个引水管装置22导向数百米以下进入一个高压水分配罐24。该设备包括由至少一个初级回路构成的一个初级系统20。该设备包括由一个闭合回路中的流体构成的一个次级系统56。在一个实施例中，流体为空气。

一个HP液压主截止阀23位于该HP水分配罐24的上游以关闭系统，从而维护该设备。该HP水分配罐24中的HP水通过使用初级回路20的HP液压截止阀26，注入到次级系统56中。该HP液压截止阀26位于HP水分配罐24的下游。

在未示出的替代形式中，存在多个出口。

当打开HP液压截止阀26时，来自HP水分配罐24的水流入一个HP水分配库57。

在HP水分配库57的两侧分别具有一个用于抽吸的HP阀27，以及一个用于输送的HP阀29。

HP水的运动（抽吸或输送）用于移动初级回路中的液压缸的活塞35，其中该活塞位于初级回路中的HP液压缸的气缸33中。在系统关闭过程，初级回路中的液压缸的活塞35位于初级回路中的HP液压缸的气缸33的左手部分（第一位置）。

在本实施方式中，设备以两种配置运行：

- 用于抽吸，从左向右的移动（第一位置到第二位置）；

- 用于输送，从右向左的移动（第二位置到第一位置）。

下面描述运行的各种模式。

系统的关闭与开启：

当关闭初级系统20时，初级回路中的下列HP液压阀被关闭：用于抽吸的HP阀27，输送时用于排水的阀28，用于输送的阀29，抽吸时用于排水的阀30，用于输送的空气抽吸阀143，用于将空气注入次级回路中的阀144，以及用于抽吸的空气抽吸阀145。

初级回路中的下列HP液压阀被打开：HP液压主截止阀23以及HP液压截止阀26。

抽吸动作描述：

在初级系统20和次级系统56中执行各种步骤。

在次级系统中，执行下列步骤：

- 关闭用于将空气注入到次级回路中的阀146，

- 打开用于抽吸的空气抽吸阀145，

- 关闭用于输送的空气抽吸阀143，

- 打开用于将空气注入到次级回路中的阀144。

在初级系统中，执行下列步骤：

- 关闭输送时用于排水的阀28，

- 关闭用于输送的HP阀29，

- 打开用于排水的阀30，

- 打开用于抽吸的HP阀27。

在初级系统20的抽吸动作中，HP水分配库57中的HP水通过用于抽吸的HP阀27进入回路。在一个初始位置，活塞位于初级回路中的HP液压缸的气缸33内靠左的位置（第一位置）。HP水将初级回路中的液压缸的活塞35推向右边（第二位置）。

初级回路中的液压缸的活塞35从左边（第一位置）向右边（第二位置）移动，使得抽吸泵的主体134中的空气被压缩。

次级回路包括一个泵，该泵通过多个相连的活塞连接到液压缸。抽吸活塞158连接至活塞35。活塞35从左向右（第一位置至第二位置）的移动将引起抽吸活塞158的直线移动。

在一个替代形式中，传感器系统153限制活塞移动的幅度以避免活塞受到损坏。

在次级系统中，用于输送的空气抽吸阀143被关闭。用于将空气注入到次级回路中的阀144被打开。因此，压缩的空气被输送到压缩空气回收罐142。

当活塞35在抽吸动作过程中向右移动时，抽吸泵对空气的抽吸-输送160使得抽吸泵的主体134被填充。输送泵对空气的抽吸-输送161使得空气从输送泵的主体135排出。

输送动作描述：

在初级系统20和次级系统56中执行各种步骤。

在次级系统中，执行下列步骤：

- 关闭用于抽吸的空气抽吸阀145，

- 打开用于将空气注入到次级回路中的阀146，

- 关闭用于将空气注入到次级回路中的阀144，

- 打开用于输送的空气抽吸阀143。

在初级系统中，执行下列步骤：

- 关闭用于排水的阀30，

- 关闭用于抽吸的HP阀27，

- 打开输送时用于排水的阀28，

- 打开用于输送的HP阀29。

在输送动作中，初级回路中的液压缸的活塞35向第一位置移动。初级回路中的HP液压缸的气缸33中的水通过排水阀28排出。

初级回路中的液压缸的活塞35从右边（第二位置）向左边（第一位置）移动，使得泵的主体135中的空气被压缩。

次级回路包括一个泵，该泵通过多个相连的活塞连接到液压缸。输送活塞159连接至活塞35。活塞35从右向左（第二位置至第一位置）的移动将引起输送活塞159的直线移动。

当活塞35在输送动作过程中向左移动时，输送泵对空气的抽吸-输送161使得输送泵主体135被填充。抽吸泵对空气的抽吸-输送160使得空气从抽吸泵的主体134排出。

空气回收罐142中的压缩空气通过压缩空气膨胀阀157被输送到储备罐。

储备罐147中的空气输送到桶54。一个压缩空气吸气管嘴152向桶54供应压缩空气。压缩空气分配阀156将空气输送到桶54的底部。从该压缩空气吸气管嘴152排出的空气的流量决定了基于桶的容积填充桶的速度。在这种情况下，桶54面向后方安装在压缩空气分配阀156上。

桶54固定在用于驱动齿轮53的皮带上。在该示例性实施方式中，桶的安装方式与图1的相反。空气对桶54的填充使皮带发生移动。齿轮53连接至一个交流发电机（图1中未示出），该交流发电机用于发电。

术语

20. 初级系统

21. 位于一定高度的储水库

22. 高压引水管

23. HP液压主截止阀

24. HP水分配罐

25. 出口

26. HP液压截止阀

27. 用于抽吸的HP阀

28. 输送时用于排水的阀

29. 用于输送的阀

30. 抽吸时用于排水的阀

31. 用于将水连续排放到环境中到的阀

32. 水引导阀

33. 初级回路中的HP液压缸的气缸

34. 次级回路中液压泵的主体

35. 初级回路中的液压缸的活塞

36. 压缸-压泵系统中的连杆

37. 次级回路中的压泵的活塞

38. 在压泵的主体和输送与抽吸的管道之间连接套管

39. 抽吸-输送转换传感器

40. 输送-抽吸转换传感器

41. 大气压下的空气进气口

42.水回收罐

43. 回收罐的吸水阀

44. 将水注入到次级回路中的阀

45. 次级回路中水输送管道

46. 柱

47. 罐

48. 水

49. 止回阀

50. 抗扰流栏

51. 用于向桶中供水的阀门

52. 用于向桶中供水的溢流道

53. 由运载桶的皮带驱动的齿轮

54. 桶

55. 转动件

56. 次级系统

57. HP水分配库

134.抽吸泵的主体

135.输送泵的主体

142.压缩空气回收罐

143.用于输送的空气抽吸阀

144.用于将空气注入到次级回路中的阀

145.用于抽吸的空气抽吸阀

146.用于将空气注入到次级回路中的阀

147.储备罐

152.压缩空气吸气管嘴

153.传感器

156.压缩空气分配阀

157.压缩空气膨胀阀

158.抽吸活塞

159.输送活塞

160.抽吸泵对空气的抽吸-输送

161.输送泵对空气的抽吸-输送

220.齿轮轴的金属支撑件

221.滚珠轴承

222.顶部齿轮的轴

223.底部齿轮的轴

224.电连接器

225.进气口

226.转动件的密封壳体

227.转动件的支撑底座

228.涡轮机浸入水中的部分

229.大气压下的气体空间

230.用于打开和关闭将压缩空气分配到桶54的阀的电源。

Claims

1.一种发电设备，所述发电设备通过使用山脉和峡谷中可用的水所产生的液压进行发电，所述发电设备包括一个液压初级系统（20），所述液压初级系统（20）包括一个储备装置（21）和一个引水管装置（22），其中，所述储备装置（21）用于收集高海拔地区的水，且所述引水管装置（22）用于在非常高的压力下将收集的水运送到几百米以下；

其特征在于，

-所述初级系统（20）包括一个液压缸（33），所述液压缸（33）利用液压初级回路中的水的非常高的压力，且所述液压缸（33）能够使用所述液压初级回路中的水，

其特征还在于，所述发电设备还包括，

-形成闭合回路的流体的一个次级系统（56），其用于运行一个转动件（55），所述次级系统（56）包括：

·所述转动件（55），其绕着位于柱（46）的顶部齿轮（53）和底部的齿轮（53）转，

·多个桶（54），所述桶（54）固定于所述转动件（55），

·流体的一个储备库（47），

·启动所述液压缸（33）能够从所述储备库（47）收集流体，并将所述流体泵送（45）到所述柱（46）的顶部，所述流体能够从此处溢出到所述转动件（55）的桶（54）中，从而使所述转动件（55）围绕所述齿轮（53）进行转动，以及

·一个交流发电机，其与所述转动件（55）的齿轮（53）相关联，且所述交流发电机能够通过所述转动件（55）的转动触发电能的产生。

2.如权利要求1所述的发电设备，其中，所述流体为水。

3.如权利要求2所述的发电设备，其中，所述次级回路包括至少一个液压泵（34），所述液压泵（34）通过多个相连的活塞（35、37）连接到所述液压缸（33）。

4.如权利要求1所述的发电设备，其中，所述多个桶（54）面向前方安装，并构成为由一个溢流道（52）用水来填充这些桶（54）。

5.如权利要求1所述的发电设备，其中，所述流体为空气。

6.如权利要求5所述的发电设备，其中，所述次级回路包括至少一个泵（134、135），所述泵（134、135）通过多个相连的活塞（35、158、159）连接到所述液压缸（33）。

7.如权利要求5所述的发电设备，其中，所述多个桶（54）面向后方安装，并构成为由一个压缩空气吸气管嘴（152）用空气来填充这些桶（54）。

8.如权利要求1所述的发电设备，其中，所述液压缸（33）包括一个活塞（35）和一个调节所述活塞（35）运动速度的装置。