CN1095794A

CN1095794A - 抽水机和使用该抽水机的发电系统

Info

Publication number: CN1095794A
Application number: CN94103011A
Authority: CN
Inventors: 伊佐森荣
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1993-03-15
Filing date: 1994-03-15
Publication date: 1994-11-30
Also published as: PH31130A; DE69415841D1; US5584179A; CA2118772A1; EP0616133B1; AU5772494A; KR940022987A; AU671519B2; ATE175756T1; EP0616133A1

Abstract

这里公开一种抽水机，它包括阀门件和进气口。阀门件包括若干单向阀并具有双层结构，通过输送压缩空气可使阀门件产生垂直往复运动；进气口可在阀门件往复运动的中途导入外部空气，其中，外部空气在阀门件往复运动的中途与供抽吸的水被吸入的同时被导入，然后导入的空气被压缩，然后，通过从压力下释放带空气的水而产生的空气膨胀力作为水的抽吸力。

Description

本发明涉及一种利用压缩空气膨胀能的抽水机和供这种抽水机用的水缸。

关于抽吸水，在此以前已知有所谓的储能泵，它包括阀门装置以及在其间往复运动的活塞，它利用活塞的往复运动可向一个方向输送水，从而实现水的抽吸。

然而，当这些普通的储能泵通过活塞的往复运动只能向一个方向输送水时，由于要克服活塞的摩擦力和水的运动阻力，因此，需要大量的能量。

本发明已经实现用非常低的能量消耗抽吸足够的水，它不是简单地只是使水向一个方向流动，它是使空气进入水中并随水运动，并压缩该空气，这样，在输出被抽吸的水的同时该压缩空气就从压力下释放而产生膨胀力。

本发明的一个目的是提供一种能够高效地抽吸水的抽水机，以及能较佳地用于这种抽水机的水缸。

本发明的另外一个目的是提供一种使用上述装置的发电系统。特别是，本发明的一个目的是提供一种高效的和节能的抽水机，以及利用该抽水机的发电系统，它可对带有剩余压力的返回空气再增压，使其成为压缩空气并提供给上述水缸。

本发明包括一抽水机，它包括安装着许多单向阀、具有双层结构、压缩空气输入后可垂直运动的阀门件，以及在阀门件往复运动中途上的、引导外部空气进入的进气口，其中外部空气在阀门件往复运动的中途被吸入，此时水也被吸入，然后压缩被吸入的空气，通过在释放压缩空气时获得的、适于抽吸水的膨胀力，驱使水流只向一个方向流动。

根据本发明，提供一种供抽水机用的水缸，它包括：

一圆柱形中空缸体，在它的中部有一第一开口，而在它二端部附近分别有第二开口和第三开口，

一圆柱形中空水缸，它可沿圆柱形缸体轴向滑动地安装在所述圆柱形缸体里，且有一个可与第一开口连通的通孔，

安装在所述圆柱形水缸二端部的阀门件，

一气缸，它位于所述圆柱形水缸内，且在其端部附近有通孔，以及

一活塞，它滑动地安装在所述气缸里，它有一根延伸通过所述气缸的的杆，其二端部固定安装着所述阀门件;

其中，所述各阀门件包括两块板，它们形成一水缸室，各水缸室上有与所述第二开口或第三开口连通的开口，所述板上均安装着若干单向阀，所述单向阀被安装成只允许流体向所述水缸的内部流动。

根据本发明，还提供一安装在预定水压下的发电系统，它包括：

一气缸，它包括一活塞，该活塞通过在输送压缩空气给一供应管和从返流管里接收压缩空气之间的转换而往复运动，

一水缸，它包括一与气缸活塞同轴安装的水缸活塞，它随着气缸活塞的运动而往复运动，

一位置约在所述水缸中间的进气口，通过所述水缸活塞往复运动期间在水缸室里产生的负压，进气口将外部空气与预定水压下的水一起导入到所述水缸的水缸室的水里，以及

一出口，以输送在所述水缸室里的气水混合物，通过水缸活塞的往复运动，空气已被压缩到一预定压力。

所述发电系统还包括一压缩空气增压机，作为连接在所述返流管上的一个空气压力源，它包括：

一储存带有剩余压力空气的低压罐，

一从所述低压罐吸入带有剩余压力空气的第一增压机，

一储存由所述第一增压机输出的压缩空气的中压罐，它可防止压力的突然变化，

一将从所述中压罐来的带有中等压力的压缩空气增压到一预定压力的第二增压机，

一储存由所述第二增压机输出的压缩空气的高压罐，它可防止压力的突然变化，以及

一接受罐，它与所述供应管连接，以便将来自所述高压罐的压缩空气转输给所述供应管;

所述第一和第二增压机可从一级到多级往复式压缩机中进行选择组合。

但所述第一和第二增压机最好是选择二级往复式压缩机。

通过适时地控制与被抽吸的水一起吸入的空气的压缩和膨胀，借助于压缩空气的膨胀，只需少量的能量就可实现水的抽吸。

换句话说，当压缩空气通过一个通孔进入水缸时，活塞向另一个通孔方向运动，而阀门件随活塞的运动而同时运动。通过阀门件的运动，供抽吸的水通过单向阀流入面向储存着供抽吸的水的蓄水池的水缸室，而外部空气通过水缸室上的开口也进入水缸室。结果，空气与水共存，作为气水混合物位于水缸室里。当阀门件到达上死点，通过气缸的另一通孔提供压缩空气，从而使阀门件下降。由于下降，水缸室里的空气被进一步压缩。因此，在水缸室里的带空气的水通过单向阀流入中空水缸的内部。从水缸室流入中空水缸内部的空气在这里膨胀。结果，通过第一开口将水输出，由此实现水的抽吸。

此外，当增压机使用返流空气时，可使用一个具有上述结构的增压机。返流空气可能具有略高于大气压力的剩余正压力，储存在低压罐里，然后输入到第一增压机并在其中被压缩，然后被输送和储存在中压罐并在其中进一步被压缩至一预定的压力，然后作为高压压缩空气储存，经过接受罐提供给供应管。

图1是表示按照本发明的抽水机的一实施例的略图;

图2是示意地表示利用按照本发明的抽水机产生电能的一发电系统的略图;

图3是按本发明的抽水机里的水缸的一实施例的纵剖视图，其中水缸里的阀门件在下死点，

图4是按照本发明的抽水机里的水缸的一实施例的纵剖视图，其中水缸的阀门件从下死点略微上升;

图5是按照本发明的抽水机里的水缸的一实施例的纵剖视图，其中水缸的阀门件在上死点;

图6是按照本发明的抽水机里的水缸的一实施例的纵剖视图，其中水缸的阀门件从上死点略微下降;

图7是表示在一圆盘件上的单向阀的一种分布形式的立体图，单向阀将被安装在此圆盘件上;

图8是表示图3所示抽水机的水缸所用的单向阀的一种形状的立体图;

图9是水缸的立体图，它表示了一种有输出开口和进气开口的形式;

图10是一按照本发明用来压缩空气的增压系统的立体图;

图11表示一按照本发明利用增压系统来压缩空气的抽水机;

图12是示意地表示利用按照本发明的、包括一压缩空气增压器的抽水机的发电系统。

将通过较佳的实施例对本发明进行详细的说明。

然而，应该明白本发明决不只限于下面将特别说明的部件，排列方式等，在不超越本发明的构思和范围的情况下可以作出许多变化和改进。

图1是本发明一实施例的略图，它示意地表示一抽水机。虽然这个实施例是由两个抽水机组成的，且各抽水机均包括一个气缸和水缸，但为方便说明，下面只通过一个抽水机来介绍气流和水流。

在附图中，标号1表示一空气分配阀，分配阀1在预定的时间间隔里使压缩空气交替地流向气缸4的一端6和另一端7，从而使气缸活塞5往复运动。分配阀1使来自压缩空气管2的压缩空气流向气缸4的一端6，从而使气缸活塞5运动。

另一方面，在气缸4另一端7里的空气被气缸活塞5压缩并被送回分配阀1，再通过输出管子3被送回储存槽（未示出）。这样送回的压缩空气通过第一和第二增压机（未示出）并通过压缩空气管2再流入分配阀1。分配阀1在经过预定的时间间隔后使气流改变方向，即使气流流入气缸4的另一端7，从而使气缸活塞5向气缸4的一端6运动。接着，在气缸4的一端6里的空气被气缸活塞5挤出，并通过输出管3送回到存储槽（未示出）。

这样，压缩空气按照上述循环过程里的空气循环进行环流，使活塞5运动。在这里压缩空气的压力为5kg/cm²G，气缸直径为500mm，活塞冲程为250mm和活塞面积为1918cm²。在气缸4里的气缸活塞5的往复运动被设定在每分钟92个来回。

接下来介绍一水槽。

在图1里，标号8表示一蓄水池，且蓄水池深约7m，也即它能提供相当于约7m深水的水压力。气缸4里的气缸活塞5与水缸9里的阀门件12和15相连。当通过提供压缩空气给气缸4的一端6而使活塞5下推时，阀门件12和15也同时被下推。

阀门件12和15均具有双层结构，各层上均同圆心地安装着18个直径为100mm的单向阀，即每个阀门件总共有36个单向阀。使用双层结构可防止水缸室11里的水由于其相对应的水缸室13和14里的阀门件15被升高引起的反作用而从水缸室11流入水缸室10。

由于阀门件12和15的往复运动，水交替地发生如下所述的运动。水缸室11里的水从出口20通过抽水管21被输出，而水缸室10里的水通过36个单向阀（未示出）输入水缸室11。当阀门件12下降时，水缸室11里的水被阀门件12推压，从而从出口20通过抽水管21被输入到供水储槽22。另一方面，与同一个活塞5相连的阀门件15也被同时推下，从而使水缸室14里的水被输入到水缸室13。

当活塞5和阀门件12及15到达下死点时，上述的气流方向改变，从而使活塞5开始上升。随即，阀门件12和15也开始上升，并将水缸室10里的水输给水缸室11。在阀门件12上升的最初阶段，水缸室11内部立刻成为真空。在这种真空状态下，阀门件12和15继续上升，由此将蓄水池里的水吸入，并当阀门件12通过水缸上的进气口18时，空气从进气口18进入水缸室11。换句话说，水缸室11内部最初只充满水，然后开始充满水和中途进入空气的气水混合物。

当阀门件12到达上死点并开始下降时，向下推动在水缸室11里的气水混合物，特别是压缩在水缸里的空气。当阀门件12向下推动在水缸里的、作为与水的混合物的空气时，该空气被进一步压缩。当空气的压力超过预定值时，与水混在一起的空气通过出口20被输出水缸。

此时，被压缩的空气从受压状态下释放并膨胀（与作为混合物的一部分而同时存在的水一起）从出口20处向上推动水经过抽水管21到设置在外侧的供水储槽22。

另一方面，在与水缸室10和11相对应的水缸室13和14里重复进行与水缸室10和11一样的步骤。阀门件15向下推动，使通过进水口17流入水缸室14里的水从水缸室14输入到水缸室13。当阀门件15通过水缸室13和14的中途预定位置时，由于其中发生的负压使外部空气通过进气口19进入水缸室13。在阀门件15上升时，空气被压缩，使空气压力达到一预定压力。当达到预定压力时，与水在一起的空气通过出口20被输出，而空气从压力下释放，从而使作为与空气的混合物的水被向上推动，从出口20到设置在外侧的供水储槽22。

在这个实施例的水槽里，水缸室10-11和13-14，以及阀门件12和15的直径均为1400mm，而阀门件12和15的冲程均为250mm。在水缸室10-11和13-14的中间有一出口20，且出口20的直径是300mm。在进气口18和19处使用直径为5英寸的管子。进气口18和19分别位于阀门件12和15冲程的中点，即在12.5cm处。

在本实施例里，安装着两个抽水机，它们各包括具有气缸活塞5的气缸4，和分别具有与活塞5同步运动的阀门件12和15的两个水缸室10-11和13-14。然而也可使用其中只有一个与活塞5相连的阀门件的抽水机，该阀门件随活塞5的运动而垂直往复运动，从而吸入水和导入空气，并利用压缩空气的膨胀力将水抽上去。此外，除了使用两个抽水机外，也可使用单个抽水机，或使用三个或更多的抽水机。关于它们的布置，其中的抽水机最好是并排安装的和/或其中的两个阀门件最好是与一活塞相连的。其理由是虽然阀门控制略微复杂些，但由于空气压缩次数增加仍能使抽水工作稳定进行。

在这个实施例里，压缩空气使阀门件产生垂直往复运动，而阀门件的运动使外部空气和水被吸入。然而，此外使阀门件运动的装置只限于转变压缩空气流的方向。但也可使用其它的输送装置，如油泵，能方便地进行往复运动的线性马达等等。

图2是示意地表示使用上述抽水机的发电系统的略图。

在图2中，标号32表示一储罐，它储存着来自压缩机（未示出）的压缩空气。该压缩机（未示出）在内部电力产生起动前先由商业电力驱动。然后，由内部电力来驱动压缩机。标号33表示一储气罐（中继罐），它将来自储罐32的压缩空气输送给分配阀34和34′。

在按照本实施例的发电系统里，使用四通双位回转式分配阀，并使用0.75Kw的KS型马达作为分配阀34和34′的动力。阀34和34′的结构是这样的，由放气口（R口）释放的空气流入增压系统（未示出）的收集室并在增压系统里增压，靠自己的气压力进入储罐32。在本实施例里，两个阀34和34′均可用来输送和接受压缩空气，实现在输送和接受压缩空气之间的转换。

标号35，35′，36和36′表示前面所述的抽水机。在按照本发明的发电系统里，使用这四个抽水机。由此，利用阀34和34′而发生的输送和接受压缩空气的转换，使在抽水机35，35′，36和36′里的气缸活塞交替地产生往复运动。由于水缸活塞与气缸活塞运动相连，抽水机水缸里的阀门件也产生往复运动，从而将在水缸里的、与抽入的空气混在一起的水抽到供水储槽37里。抽入的水储存在供水储槽37里，然后将它放出，利用水头来驱动水轮机38，从而使发电机39运转，获得预期的电能。

标号30表示一蓄水池，里面安装着储罐32，储气罐33和抽水机35，35′，36和36′，通常里面充满水。

抽水机35，35′，36和36′上分别有输入管和输出管43′和44′，41′和42′，41和42，以及43和44，它们分别连接在分配阀34′，34′，34和34上，通过分配阀可实现输送和接受压缩空气之间的转换。

抽水机35，35′和36，36′上分别连接着导入外部空气的进气管45和45′，通过它们，并伴随抽水机里的阀门件（未示出）的往复运动，使空气与在水缸里的水成为一种气水混合物。依靠这气水混合物里空气的膨胀力，可将水通过分别连接在抽水机35，35′和36，36′上的抽水管46′和46抽吸到供水储槽37里。

在本实施例里，利用一压缩机（未示出）来获得压缩空气，并将压缩空气暂时储存在储罐32里，然后提供给气缸，再后该压缩空气又返回到储罐32里以便再循环。如果在循环时压力下降，也可在储罐32上再安装一备用泵（未示出）。

接着介绍用于上述抽水机的水缸结构的一个实施例。

参看图3至图9，用于按照本发明的抽水机的水缸的一个实施例介绍如下。图3是用于按照本发明的抽水机的水缸的一实施例的垂直剖视图，其中水缸的阀门件在下死点。图4是用于按照本发明的抽水机的水缸的一实施例的垂直剖视图，其中水缸的阀门件从下死点略微上升。图5是用于按照本发明的抽水机的水缸的一实施例的垂直剖视图，其中水缸的阀门件在上死点。图6是用于按照本发明的抽水机的水缸的一实施例的垂直剖视图，其中水缸的阀门件从上死点略微下降。图7是表示在一圆盘件上的单向阀的一种分布形式的立体图，单向阀将被安装在圆盘件上。图8是表示用于图3所示抽水机的水缸里的单向阀的一种形状的立体图。图9是水缸的立体图，它表示了一有输出口和进气口的形式。

这种用于抽水机的水缸与前面图1所示的抽水机里的水缸S是一致的，它主要包括作为缸体的主水缸50，作为安装在主水缸50里的中空水缸的水缸51，作为安装在水缸51里的气缸的气缸6，作为安装在气缸6里的活塞的气缸活塞5，以及安装在水缸51里的阀门件12和15。

在本实施例里的主水缸50是一中空水缸，其中水缸51可纵向（图3中的垂直方向）滑动地安装着。约在主水缸50长度方向的中间有一作为第一开口的出口20，抽水管21连在上面。此外，出口20经过输出口54（下面介绍）与中央室51a连通。还有，在主水缸50两端的附近设有在进气口18和19，进气管46和46′分别连接在上面。进气口18和19分别位于下面介绍的阀门件12和15冲程L的中点。换句话说，它们各在离主水缸50二端的约 1/2 L距离处。

气缸6的里面有一圆盘状气缸活塞5，且气缸活塞5将气缸内部分为第一气缸室6a和第二气缸室6b。在气缸6两端的附近设有压缩空气通孔52a和52b，以及连接在通孔上的压缩空气管（未示出）。上面安装着气缸活塞5的活塞杆5b延伸通过气缸6的两端表面，O型圈53安装在端孔处，以使气缸保持密封状态。

气缸活塞5成一圆盘形，并可沿着气缸纵向（在图3的垂直方向）滑动地安装在气缸6里。活塞杆5b通过气缸活塞5的中心延伸，并互相固定连接。活塞杆5b的二端分别固定安装着阀门件12和15。

水缸51可沿主水缸50纵向滑动地安装在主水缸50里，相应地，它具有与主水缸50相似的中空水缸体结构。水缸51的二端分别安装着阀门件12和15。

在水缸51里，有一与前述主水缸50上的出口20连通的通孔54，如图9所示（顺便说一句，图9略去了阀门件12和15），它可以是一个沿水缸51纵向延伸的长腰孔。

在水缸51二端的阀门件12和15均具有双层结构。即，在本实施例的水缸51二端的阀门件12和15均有定距离间隔安装的圆盘件，且圆盘件上安装着许多单向阀。在本实施例里，单向阀是这样安装的，众多单向阀55以两个同心圆的方式环状安装在圆盘件上，6个单向阀55被安装在内同心圆上，8个单向阀被安装在外同心圆上，如图7所示。

如图8所示，单向阀55包括环形安装件57，安装在环形安装件57的中心孔里的孔板58，一端通过螺母固定在孔板58中心处的螺栓59，安装在螺栓59另一端和孔板58之间的弹簧60，以及一复盖着孔板58、安装在弹簧60和孔板58之间的圆形阀门零件61。

如图9所示，水缸51也有作为第二和第三开口的进气口62a和62b，它们分别与主水缸50上的进气口18和19连通。

鉴于单向阀的这种结构，当流体从安装着阀门零件61一侧（图8a所示的一侧）的单向阀在阀门零件61上流过时，流体压力使阀门零件61被压在孔板58上，从而防止流体通过孔板58流入另一侧。另一方面，当流体从安装着阀门零件61相反侧的单向阀一侧（图8b所示一侧）、通过孔板58在阀门零件61上流过时，由于流体的压力克服弹簧60的弹力，使阀门零件61发生沿螺栓59轴向（图8a中实线箭头所示方向）的移动，从而使流体通过孔板58流入另一侧。当弹簧的弹力超过流体的压力时，弹力又将阀门零件61压在孔板58上，由此进入单向阀的关闭状态。

接着，通过参看图1和图3至图6来介绍具有上述结构的水缸的运转。

图3画了一水缸，其中气缸活塞5在最低位置，也即在下死点。气缸活塞5与阀门件12和15相连，因此当气缸活塞在下死点时，阀门件12和15也在下死点。

在气缸活塞到达下死点时，由于分配阀1（见图1）的作用，气流转向，压缩空气从气缸6的另一通孔52b处进入，从而使气缸活塞5开始上升。

随着气缸活塞5开始上升，阀门件12和15也同时开始上升，从而使蓄水池里的水（见图1）通过阀门件12上的单向阀55流入水缸室11内（见图4中的空心箭头）。在随着气缸活塞5上升的同时阀门件12上升的情况下，空气通过主水缸50上的进气口18进入水缸室11。结果，该空气与先前进入的水共存，并作为气水混合物存留在水缸室11内。

在阀门件12到达上死点时（见图5），由于分配阀1的作用，气流又转向，压缩空气从气缸6的另一通孔52a处进入，从而随着气缸活塞5开始下降，阀门件12和15开始下降。在阀门件12下降时，水缸室11内的空气逐渐被压缩。当空气被压缩到这样的程度：即单向阀55上的阀门零件可向下克服弹簧60的弹力时，水缸室11内的压缩空气和水将向下推开安装在阀门件12的中央室一侧的单向阀55上的阀门零件61而进入水缸51的中央室51a（图6中的实线空心箭头）。

当空气从水缸室11进入中央室51a后，空气从压力下释放并在中央室51a里膨胀，从而向上推动进入中央室51a的水，使其从出口20通过抽水管21（见图1）到供水储槽22（见双点划线画的箭头）。

然后，活塞回到图3所示的位置，即活塞5位于下死点。接着，重复上述相同的运转。附带说一句，阀门件15也进行着与阀门件12基本相同的运转。因此，这里省略了对阀门件15运转的介绍。

在上述实施例里，阀门件12和15上均设有14个单向阀55。然而，单向阀55的数量不必限于此数量。可以选择任何适当数量的单向阀。

接下来，通过参看附图来介绍本发明的再循环增压机的一实施例，该增压机用来增加本发明的抽水机里的循环空气压力。

图11表示使用增压系统的抽水机，按照本发明该增压系统用来压缩空气。虽然该图中画了两个抽水机，它们各包括一气缸104和一水缸109，并对称地安装在蓄水池108里，然而为便于说明，下面只介绍其中的一个。

标号101表示一气流分配阀，这里使用两个4通2位的电磁分配阀（称为4通连接阀）。标号102表示一压缩空气供应管，标号103表示输送带有剩余压力压缩空气的返流管。

在垂直地安装在水里的抽水机的中心部位安装着气缸104。气缸104由活塞105分为两个压力室106和107。气缸104由同轴的水缸109包围着，大于活塞105直径的水缸活塞112和115分别同轴地安装在气缸活塞杆延伸的上端和下端。在水缸活塞112的上面和下面分别是水缸室110和111，水缸室110里有一面向蓄水池开放的顶部供水孔116，而水缸室111在输送阀或出口120等打开前是密封的。同样，在水缸活塞115的下面和上面分别是汽缸室114和113，水缸室114有一面向蓄水池开放的底部供水孔117，而水缸室113在输送阀或出口120等打开前是密封的。在水缸活塞112和115上均呈同心圆地布置着许多轴向贯通的孔。一个单向阀（未示出）安装在一个通孔里，从而使水向一个方向流动。换句话说，水缸活塞112允许水向一个方向流动，即在活塞112上升时，水只能从水缸室110流入水缸室111。另一方面，水缸活塞115也允许水向一个方向流动，即只有在活塞115下降时，水从水缸室114流入水缸室113。因此，以相反方向安装水缸活塞112上的单向阀和水缸活塞115上的单向阀。

标号118和119表示进气口。活塞112刚开始上升后在水缸室111里产生的负压会使外部空气通过进气口118进入水缸室111，同时输送气水混合物;而活塞115刚开始下降后在汽缸室113里产生的负压会使外部空气通过进气口119进入室113，同时输送气水混合物;在此同时，还将预定压力下的水导入水缸室111和113。

按照本发明用于抽水机的压缩空气增压机的一实施例具有这样的结构：包括一低压罐151，一第一增压机152，一中压罐153，一第二增压机154，一高压罐155，以及一与输送具有剩余压力的压缩空气的返流管连接的接受罐156，如图10所示。两台成套的二级往复式压缩机对返还空气增压，并提供给连接在其上的压缩空气供应管。换句话说，将返流管103（铁制的）在低压罐151（铁制的）前面一点位置上连接到外部空气导入管157（铁制的）上，而汇集管连接在低压罐151的进口上。外部空气导入管157上安装着控制阀158，它只有在来自返流管103的具有剩余压力的压缩空气有可能通过时才关闭。

低压罐151具有0.9立方米的容积，以确保进入第一增压机152的空气的数量。从低压罐151出口到第一增压机152进口阀的连接管159（铁制的）先向上，后水平，最后向下接在此进口阀上。

由于第一增压机152的主要目的是从低压罐151吸收所需量的空气，因此它使用二级卧式（双动作方式）的往复式压缩机，它具有12m³/分钟的额定输出，略大于大气压力（正压力）的进口压力，22m³/分钟的出口压力，1，500rpm的转速，以及7Kw的电动机动力消耗。

首先通过确定来自抽水机气缸104里的和供应管102和返流管103的气流的总的空气量和备用空气量，然后确定压缩机活塞位移所产生并输出的空气量和容积效率，再通过确定的数值之间的比较，从而可选择压缩机的容积。在本发明里，根据这些数值将适当的容积分配给第一和第二增压机。

连接在第一增压机152出口阀上的连接管160（铁制的）先通过控制阀161垂直向上，然后水平，最后向下连接在中压罐153（铁制的）的进口上。

中压罐153用来暂时储存压缩空气，以防止压力突然变化，此外，还可用来降低从第一增压机152来的压缩空气的脉动，当空气间歇地流动时，它可在发生大量气流流动时通过提供压缩空气作补充来防止压力下降。

中压罐153的通过率取决于第一增压机152的输出空气量，抽水机气缸104和供应管及返流管里的空气消耗量，中压罐153的最大压力，中压罐153允许的最小压力，气缸104每分钟的运转次数等等。在本实施例里，通过率是每分钟28立方米。

中压罐153上有排泄堵头163，它可将罐153底部沉积的冷凝水和油等等排到外面去。

从中压罐153到第二增压机154进口阀的连接管162（铁制的）先垂直向上，然后成水平，最后向下连接在此进口阀上。

第二增压机154是将具有中等压力的压缩空气加压到预定的压力。第二增压机154也使用二级卧式（双动作方式）的往复式压缩机，它具有20匹马力的额定输出，22米³/分钟的进口压力，12公斤/厘米²的出口压力，每分钟1，800转的转速，以及20千瓦的电动机动力消耗。通过本增压机和第一增压机152之间的分配来选择第二增压机的容积。

连接在第二增压机154出口阀上的连接管164（铁制的）通过控制阀165先垂直向上，然后成水平，最后向下连接在高压罐155（铁制的）的进口上。除了控制阀161和165外，也可在连接管160和164上安装单向阀，以分别防止从中压罐153到第一增压机152的回流，以及从高压罐155到第二增压机154的回流。然而，通常使用增压机出口阀。

高压罐155也是用来暂时储存压缩空气的，以防止压力的突变，此外，它也可用来降低从第二增压机154来的压缩空气的脉动，并且当空气是间歇地消耗时，它可通过提供压缩空气作补充来防止大量消耗空气时的压力降低。

用与确定中压罐153通过率的方法相同的方法来确定高压罐155的容积。在本实施例里，其容积是6.25m³。

高压罐155上也有排泄堵头166，以便将沉积在罐底的水凝气，油或其它东西排列外面去。

从高压罐155出口到接受罐156的连接管167水平地直接延伸。接受罐156作为中继容器。从接受罐156出口上延伸出来的管子168（铁制的）连接在压缩空气供应管102上（铁制的）。

下面主要将通过对空气流动的描述来介绍使用按照本发明的压缩空气增压机的抽水机的运转。

气流分配阀1引导具有约12kg/cm²G压力的压缩空气从供应管102至压力室106以推动气缸活塞105。另一方面，在气缸104另一压力室107里的空气被气缸活塞5推出，它尚有约5-7kg/cm²G的剩余压力，然后被送回分配阀101，并通过返流管103返回到低压罐151。

然后，具有约5-6kg/cm²G剩余压力的返回压缩空气通过低压罐151和第一增压机152被加压至约8kg/cm²G的压力，再通过中压罐153和第二增压机154被加压至约12kg/cm²G的压力，然后储存在高压罐155里，并通过接受罐156和供应管102再被导入分配阀101。经过预定的时间间隔后，分配阀101改变气流方向，使具有约12kg/cm²G压力的压缩空气流入气缸104的另一压力室107，使气缸活塞105向气缸104中的压力室106移动。由此，在气缸104的压力室106里的空气被气缸活塞105推出，它保留着约5-6kg/cm²G的剩余压力，并通过返流管103返回到低压罐151。气缸活塞105重复进行这种往复运动。

压缩空气通过上述循环路线进行循环，并由此推动活塞105。在这种情况下，具有约12kg/cm²G初始压力的压缩空气在气缸活塞105的往复运动中被消耗，从而使压缩空气又成为只有约5-6kg/cm²G剩余压力的压缩空气。利用按照本实施例的压缩空气增压机对具有约5-6kg/cm²G剩余压力的压缩空气再增压，使其达到高压，由此可在水里保存能量，使抽吸的水增加，而在此以前，具有剩余压力的压缩空气是被排入大气的。

现在将进一步详细地介绍按照本发明的压缩空气增压机的运转。

从返流管103返回的、带有约5-6kg/cm²G剩余压力的压缩空气在相同的压力下储存在低压罐151里。由于第一增压机152运转，储存在低压罐151里的压缩空气通过管子159进入第一增压机152进口，并被增压到约8kg/cm²G的压力。

在第一增压机152里的被增压到约8kg/cm²G压力的空气从第一增压机152的出口排出，依靠自身压力通过装有控制阀161的管子160流入中压罐153，并以kg/cm²G的中等压力水平储存在其中。中压罐153可用来防止压力的突然变化和降低来自第一增压机152的压缩空气的脉动。

储存在中压罐153里的具有预定压力的压缩空气通过管子162进入第二增压机154的进口阀，并在其中被进一步增压至约12kg/cm²G的压力。请注意，这里使用两个串联的二级往复式压缩机。这是因为，使用一级往复式压缩机会产生不希望有的能量损失，即将压缩空气增压到预定的最终压力的能量效率较差。换句话说，当级数增加，第一增压机输出的空气经中间冷却装置冷却后达到外界温度，在这种情况下，第二增压机可以启动。因此，可降低能量损失并达到改进的能量效率。然而，使用一个具有较大容积的多级往复式压缩机会增加投资成本。因此，安装两个二级往复式压缩机。实际上，在第一增压机里，空气从正压力被增压到约8kg/cm²G，而在第二增压机154里从约8kg/cm²G被增压到约12kg/cm²G。

在第二增压机154里经受了第二级压缩的空气从第二增压机154的出口阀处排出，并依靠自身压力通过装有控制阀165的管子164到达高压罐155，并以预定压力储存在里面。高压罐155也可用来防止压力的突然变化和降低从第二增压机154排出的压缩空气的脉动。储存在高压罐155里具有预定压力的压缩空气通过管子167进入作为中继容器的接受罐156，然后通过管子168从接受罐156进入压缩空气供应管102。

接着介绍一蓄水池。

蓄水池108深约7m。气缸104里的气缸活塞105与水缸109里的水缸活塞112和115相连。当通过向水缸104里的一个压力室106提供压缩空气而向下推动活塞105时，水缸活塞112和115也同时被向下推动。

水缸活塞112和115均具有双层结构，其中各层上呈同心圆地安装着18个直径为100mm的单向阀，也即是说各水缸活塞总共有36个单向阀。使用双层结构可防止由于在相对应的气缸里的水缸活塞115上升而产生的使水缸室111里的水流到水缸室110里去。

通过水缸活塞112和115的往复运动，水交替地发生如下所述的流动。在水缸室111里的水从出口120通过抽水管121被输出，而在水缸室110里的水通过36个单向阀（未出示）输入室111。当水缸活塞112下降时，水缸室111里的水被水缸活塞112推压，接着从出口120通过抽水管121被输入供水储槽122里。另一方面，与同一个活塞105也相连的水缸活塞115同时向下推压，使水缸室114里的水通过单向阀流入水缸室113。

在活塞105及水缸活塞112和115到达下死点后，上述的气流方向被改变，从而使活塞105开始上升。随即，水缸活塞112和115也开始上升，从而使水缸室110里的水通过单向阀进入水缸室111。在水缸活塞112上升初始阶段，水缸室111的内部立刻变成真空。在这种真空状态下，水缸活塞112和115继续上升，从而吸入蓄水池108里的水，并当水缸活塞112经过在水缸上的进气口118时，使空气从进气口118处进入水缸室111。换句话说，水缸室111里开始只充满水，然后在中途时开始成为气水混合物。

在水缸活塞112到达上死点后开始下降时，在水缸室111里的气水混合物被向下推压，从而使水缸室111里的空气被压缩。由于水缸活塞112向下推压在水缸里的、作为与水混合的空气，该空气将被进一步压缩。当空气的压力超过预定值后，该空气将与水一起通过出口120排到水缸外面去。

此时，已被压缩的空气从加压状态下释放并膨胀（它仍与水共存而作为一种混合物，从出口120通过抽水管121向上推动水到设置在外面的供水储槽122。

另一方面，在与水缸室110和111相对应的水缸室113和114里重复在水缸室110和111里发生的相同步骤。水缸活塞115被向下推动，从而使通过进水口117进入水缸室114的水从水缸室114进入水缸室113。当水缸活塞115经过在水缸室113和114中途的一个预定位置时，由于水缸室113里出现的负压使外部空气通过进气口119进入水缸室113。在水缸活塞115上升时，空气被压缩并达到一个预定的压力。当达到预定的压力时，空气与水一起通过出口120被输出，并从压力下释放空气，从而使与空气混合的水通过出口120被抽吸到设置在外面的供水储槽122里。

在本实施例的蓄水池里，水缸室110，111，113和114，以及水缸活塞112和115均具有1400mm的直径，而水缸活塞112和115的冲程均为250mm。在水缸室110和111组成的水缸及水缸室113和114组成的水缸之间的当中有出口120，而出口120的直径是300mm。在进气口118和119处，各安装5英寸直径的管子。进气口118和119分别位于水缸活塞112和115冲程的中点，即在12.5cm的位置上。

在本实施例里安装着两个抽水机，它们均有带有气缸活塞105的气缸104，和带有两个随活塞105运动的水缸活塞112和115的水缸109。然而，也可使用只有一个与活塞105相连的水缸活塞的抽水机，该水缸活塞可随活塞105的运动而垂直往复运动，从而吸入水和导入空气并利用压缩空气的力抽吸水。此外，除了使用两个抽水机外，也可使用单个抽水机，或使用三个或更多的抽水机。在这些结构中，较佳的是将抽水机并列安装和/或使两个水缸活塞与一个气缸活塞相连。其理由是由于减少了空气压缩的次数且不需复杂的阀门控制，从而能实现较平稳的抽吸水的操作。

顺便说一下，在用于本发明抽水机里的压缩空气增压机实施例里，使用两台串联的二级往复式压缩机。然而也可使用一级和二级压缩机的组合，一级和三级压缩机的组合，一级和四级压缩机的组合等等。

包括用于本发明抽水机的压缩空气增压机的抽水机也可用于前面所述的发电系统。

图12是示意地表示使用这种抽水机的发电系统的略图。

在该发电系统里，储罐132（高压罐）储存着来自增压机172和174的压缩空气。增压机172和174在内部电力产生起动前先由商业电力驱动。此后，由内部电力代替商业电力来驱动增压机。标号133表示一储气罐（中继容器），它将来自储罐132的压缩空气输送给分配阀134和134′。标号171表示一低压罐，而标号173表示一中压罐，它们都用来储存压缩空气。

在本实施例的发电系统里，使用4通2位回转式分配阀，并用0.75KW的KS型马达作各分配阀134和134′的动力。分配阀134和134′的结构是这样的：使来自返流管176并带有剩余压力的空气流入增压系统177，并通过增压系统177里的低压罐171，第一增压机172，中压罐173和第二增压机174被增压，靠自己的气压力进入储罐132（高压罐）。在本实施例里，回转式分配阀134和134′均可用来输送和接受压缩空气，从而实现压缩空气的输出和接纳之间的转换。

分配阀134和134′实现了压缩空气的输出和接纳之间的转换，使得抽水机135，135′，136和136′的气缸里的活塞交替地发生往复运动。与气缸里的活塞运动相连，抽水机水缸里的水缸活塞也发生往复运动，从而将在水缸里的、与吸入的空气混在一起的水抽吸到供水储槽137里。抽吸的水储存在供水储槽137里，然后从这里放出，利用水头驱动水轮机138，从而使发电机139运转，获得预期产生的电能。

具有上述结构的抽水机被安装在预定的水压力下，而空气在该水压下被吸入后与水混在一起，并被压缩后与水一起共存，然后从加压环境中释放，借助其压缩空气被释放所产生的膨胀力，可将气水混合物容易地抽吸到预定的高度。抽水机配合使用本发明的增压机可进行非常有效的发电。

按照本发明的抽水机被安装在预定的水压力下，而空气在该水压下被吸入后与水混在一起，并被压缩后与水一起共存，然后从加压环境中释放，借助其压缩空气被释放所产生的膨胀力，可将气水混合物容易地抽吸到预定的高度。这样抽吸水只需非常低的能量，从而可提供一种高效的抽吸装置。因此，这里提供了一种发电系统，它利用这种抽吸装置来抽吸水，并利用水的落下产生电能。在这种情况下，也只需低的能量，所以，这种发电系统也是高效率的。

此外，由于只要将抽吸装置安装在预定的水压下就可令人满意地进行工作，因此在船的驱动装置上安装一个小型化的这种装置，就可成为一个发电机，从而提供了非常广阔的用途。

按照本发明，抽水机是这样构造的，它能够利用吸入的与要被抽吸的水混在一起的空气的压缩和膨胀，从而出现只要消耗少量的能量就能将吸入的、与空气混在一起的水抽吸上去的效果。

按照本发明，这里提供了一种压缩空气增压机，它供权利要求6所述的发电系统用的抽水机所使用，作为与所述返流管连接的一空气压力源，它包括：

一储存带有剩余压力空气的低压罐;

一从所述低压罐吸入带有剩余压力空气的第一增压机，

一将从所述中压罐来的带有中等压力的压缩空气增压到预定压力的第二增压机，

因此，第一和第二增压机可从任何级数的往复式压缩机中选择。此外，由于增压机是串联安装的，故动力消耗降低，另外还可使用级数较少的，从而与一个具有较大容积的多级往复式压缩机相比可降低投资成本。此外，仍保留着剩余压力（正压力）的压缩空气可作为再被压缩至一预定压力（约5kg/cm²G）的空气。由此与使用没有附加压力的外部空气相比可节约能量且无废弃物。还有，通过使用这种增压机可获得高效的抽水机和发电系统。

Claims

1、一种安装在预定水压下的抽水机，包括：

一气缸，它包括通过输出和接受压缩空气之间的转换而往复运动的一活塞，

一水缸，它包括随气缸活塞的运动而往复运动的一阀门件，

一进气口，它位于所述水缸的中间，通过所述阀门件的往复运动将外部空气导入所述水缸，并与预定水压下的水混在一起，以及

一出口，它位于所述水缸里，通过所述阀门件的往复运动输出气水混合物。

2、如权利要求1所述的抽水机，其特征在于，输出和接受压缩空气的转换是通过在预定时间间隔开关一四通连接阀进行的。

3、如权利要求1所述的抽水机，其特征在于，包括随同所述气缸活塞往复运动的阀门件的水缸是一种两个阀门件同时进行往复运动的型式。

4、一种供抽水机用的水缸，包括：

一圆柱形中空缸体，其中部有一第一开口，在其二端部附近分别有第二和第三开口，

一圆柱形中空水缸，它可沿圆柱形缸体轴向滑动地安装在所述圆柱形缸体里，且有一个与第一开口连通的通孔，

安装在所述圆柱形水缸二端部的阀门件，

一气缸，它位于所述圆柱形水缸内，且在其二端部附近有通孔，以及

一活塞，它滑动地安装在所述气缸里，它有一根延伸通过所述气缸的杆，其二端部固定安装有所述的阀门件;

其中，所述阀门件均包括两块板，它们各形成一水缸室，各水缸室上有与所述第二或第三开口连通的开口，所述板上均安装着若干单向阀，所述单向阀被安装成只允许流体向所述水缸的内部流动。

5、一发电系统，包括：

一分配阀，在输出和接受压缩空气之间进行转换，

一置于预定水压下的抽水机，它包括一安装在气缸里的活塞和一阀门件，通过输出和接受压缩空气之间的转换使所述活塞在气缸里往复运动，并使与活塞相连的阀门件往复运动，由此导入外部空气并吸入在预定水压下的水，

一储存被抽吸的水的供水储槽，

一水轮机，它通过供水储槽放出的水头而转动，以及

一发电机，它在水轮机的带动下运转。

6、如权利要求5所述的发电系统，其特征在于，气缸与储罐以及输出压缩空气的储气罐连接，所述储罐和所述储气罐安装在预定水压下。

7、如权利要求5所述的发电系统，所述抽水机是一个，它置于预定水压下，并包括：

一气缸，它包括一活塞，该活塞通过在输送压缩空气给供应管和从返流管里接受压缩空气之间的转换而往复运动，

一位于所述水缸中间的进气口，通过所述水缸活塞往复运动期间在水缸室里产生的负压，进气口将外部空气与预定水压下的水一起导入到所述水缸的一水缸室的水里，以及

一出口，以输送在所述水缸室里的气水混合物，通过水缸活塞的往复运动，其中的空气已被压缩到一预定压力。

8、一种供权利要求7所述发电系统的抽水机使用的压缩空气增压机，作为连接在所述返流管上的一个空气压力源，它包括：

一储存带有剩余压力空气的低压罐，

一从所述低压罐吸入带有剩余压力空气的第一增压机，

一储存由所述第一增压机输出的压缩空气的中压罐，它可防止压力突然变化，

一储存由所述第二增压机输出的压缩空气的高压罐，它可防止压力突然变化，以及

一接受罐，它与所述供应管连接，将来自所述高压罐的压缩空气转输给所述供应管;

所述各第一和第二增压机可从一级到多级往复式压缩机中进行选择组合。

9、如权利要求8所述的供抽水机用的压缩空气增压机，其特征在于，所述各第一和第二增压机是二级往复式压缩机。