CN111512041A - 生产清洁电能的可移动重力系统与方法 - Google Patents

Abstract

产生清洁电能的可运输重力系统和方法为一种机电式系统，它使用浮力驱动系统，和使用链轮和皮带轮，链条和齿形带(与同步交流发电机互连)的动力传输系统。该系统使用真空泵(通过低压产生空气)和调速电动机作为支撑系统，并通过电气控制系统和电子处理器对发电系统进行整体控制。该系统利用了浸没在水柱中，由驱动链条悬挂的金属容器中的空气浮力；同时使用了扭矩倍增链轮和机械传动系统，以获得足够的转速来驱动同步交流发电机的轴。

Description

生产清洁电能的可移动重力系统与方法

技术领域

本发明的技术属于机械和电力领域，尤其集中于生产清洁电力能源方面。本发明提供了一种新颖的重力机械系统，该系统使用空气和水作为所需机械动力的来源，通过产生径向运动和足够的每分钟转数来发动同步交流发动机，由此在一个封闭紧密的系统中产生三相交流电。

背景技术

长久以来人类一直利用风能和水能发电，使有关物体，机械，轮船和工厂等成功运转。这其中，阿基米德原理的应用为航行以及通过浮力获得旋转机械力的系统带来了极大的好处：阿基米德原理作为一种物理原理指出“一个物体全部或部分浸没在静止的流体中时，会受到从下向上的推力作用，等于其排出的流体的重量”，该力又被称为静水力或阿基米德推力，以牛顿为测量单位(SI中的Nm)。

与此同时，现代人通过自然能发电的愿景催生了无数的相关发明与专利，这些专利在几个世纪以来利用浮力实现了许多特定目标：在机械工程或力学研究中涉及符号为g的地球引力，等效于9.81m/s2，它使得海洋和水域保持在其地面位置，正是从这一现象中派生出许多相关的定律和物理原理。

比如说，在水体或水柱中会发生漂浮现象，当将容器浸入空气中时，漂浮现象会受到与其内部置换的水量成正比的力。使用水时，流体密度等于1gr/cm3＝1000kg/m3。需要注意的是，水的密度在不同的温度下会产生变化，以kg/m3表示。

同样需要简要说明的是，在阿基米德公式里，E＝mpg分别为：

E:推力

m:容器的质量或体积，或排出的水量

p:流体密度

g:地球引力

在这种情况下，推力取决于流体密度，物体体积以及该位置存在的重力。推力与作用在人体重心的上升力矢量垂直作用，这一点被称为稳心高度。

现存的有关专利和专利申请大多使用更基本的重力系统，例如德国的一项已在PCT中公开的专利申请，专利号为DE102014106202A1，名称是“通过在液体浮体中环流的链式输送机的循环来取力和提升能量的过程及设备”，简而言之，其要求保护的发明为：

已知的提升体充满空气并会被水压压缩，充水和浮力阻止系统需要水。浮力体的额外能量会向下传输，卷绕和提起周围的浮子时必须有更大的能量。循环体在浮力体之间被引导，在入口孔中，液体流对漂浮施加压力，并在离开开口的旋转和上升浮体中液体位移的较低转折点处被承载。浮体可以通过带有侧向供气孔的压缩空气分配器的壳体填充，并在此处临时为接收进气口安装压缩空气。最后通过机械驱动压缩空气获得能量，产生电流。

该专利在WIPO官网上的链接

为:https://patentscope.wipo.int/search/es/detail.jsf？docId＝DE173396761&redirectedID＝true

另一项同样使用了较为简单的重力系统的PCT专利，标题为“利用环形循环链式输送机的在液体中循环的浮体的磨损和浮力的方法及其装置”，专利号为DE102014019254A1，其摘要为：

已知的浮体充满空气并被水压压缩，向下和向上提升水位需要来自锁定系统中的水。此外，还需要能量来降低浮力。对循环浮力的升力，应采取更好的作用力。与专利申请AZ10 2014 016 202.8相比，沉入循环链之间的液体浮体通过系统从下方流入，该装置可以提升输出功率的上升式气垫，获得压缩空气发生器的机械驱动能量。

可以在以下链接中找到该PCT申请:

https://patentscope.wipo.int/search/es/detail.jsf？docId＝DE174256008&redirectedID＝true

以上提到的两个用到用铲斗填充或注入空气的德国专利，都使用高压系统。该系统平均所需时长更长，因为会失去浮力和上升矢量力的适当作用，并无法控制变速箱的速度。因此，一旦最终电荷相互连接，会无法控制系统的发电量。此外，在使用高压和喷射脉冲时，铲斗最大填充量仅为50％。同样，上述专利仅限于达到最大每分钟400rpm的转数。

发明内容

与同类现存发明和上述两种发明不同，本发明不仅利用浸入水柱中，由传动链悬挂的金属容器的空气浮力，还通过扭矩齿轮箱和机械传动系统使用机械力。该机械传动系统增加了系统的转数以获得足够的驱动力，并根据交流发电机的类型，以1800Rpm每分钟的转数激发同步交流发电机的中心轴。

推导径向扭矩增加的公式如下：T＝M*G*R

T:扭矩

M:质量

G:重力加速度

R:链轮半径

通过将安装的主链轮的半径增加100％，系统的扭矩也增加了一倍，这有助于增加传递至系统同步交流发电机的转数。质量乘以重力加速度等于我们系统的重量或上升力。表示径向扭矩公式的另一种方式是：T＝D/2*F

T:扭矩

D:直径

F:动力

此外，我们的系统使用速度控制系统作为旋转导向，向系统指示维持交流发电机每分钟转数所需的必要速度。速度控制系统利用来自红外传感器的信息来检测交流发电机轴的每分钟转数，这将精确地降速或加速整个系统，从而获得整体系统以及交流发电机的理想转速。如此，生成的三相电压将始终相同；在会产生电气负载的互连设备处于启动过程中时，也会在几秒内就得到校正。

该申请专利的发明为一种机电系统，使用浮力驱动系统；运用链轮和皮带轮，链条和齿形带(它们与交流发电机互连)的动力传输系统。该系统还使用真空泵(通过低压产生空气)和调速电动机作为支撑系统，并使用电气控制系统和电子处理器对发电系统进行整体控制。

面对目前工农商业和住房等领域对清洁电能的需求不断攀升的情况，本发明为理想的解决方案。它以可靠且适应性强的方式来产生恒定的能量和功率，从而满足每个站点或特定发电项目从100KWh到100MWh规模的互连线路电力需求。

附图说明

图1展现了该发明的外部钢结构；用于容纳水的金属壁；支撑系统和机构的各个组件的内部钢结构；机械系统的某些组件；用于排水的排水管及控制本发明机械系统的电气系统。

图2为用于容纳水柱的金属壁的内部视图，以及在其内部维持系统和机构的各个部件的内部钢结构的视图，还包括了钢地板和用于操作和维护工作的钢格板。

图3为内部钢结构的视图，该内部钢结构在内部维持着系统和机构的不同组件和钢地板。并非所有的部件都已编号，在以下附图中，会对有些部件进行单独展示。

图4为机械系统侧面的常规透视图，可以观察到本发明的机构的不同部件。需要两种角度来全面地观察该机制的不同组成部分。

图5为机械系统左下侧到常规透视图，在其中可以观察到本发明的机构的不同部件。需要两种角度来全面地观察该机制的不同组成部分，以及更详细地了解位于底部的排气三叉戟。

图6为左侧的常规透视图，详细示出了除了装有空气的铲斗以外，本发明机械部分的所有部件，以便更好地理解其机械系统。

图7为本发明的上部机械部件的右侧俯视图，其中可以更详细地观察到使用齿轮，链轮，皮带轮，链条和皮带的动力传输系统，以及参与系统速度控制的电动机。在右上方的透视图中，该图的编号是气泵，发动机和链轮的编号；左上方的编号是气泵，发动机，链条和皮带的编号。

图8为从本发明的上部机械部件的左侧示出的俯视透视图，该编号与图7中所示的编号互补。

图9是本发明上部机械部件的左侧顶部透视图，其中可以更加详细地观察到使用齿轮，链轮，皮带轮，链条和皮带的动力传输系统，以及参与系统速度控制的电动机。该编号与图7和图8所示的编号互补，更着重于构成本发明的链轮的不同轴。

图10为本发明的上部机械部件的右侧俯视图，包括使用齿轮，链轮，皮带轮，链条和皮带的动力传输系统，以及参与系统速度的电动机，该编号与图7，8，9所示的编号互补。

图11展示了空气真空泵，将空气输送到铲斗到pvc管，以及负责以更高的效率向铲斗填充空气的pvc管的三叉戟。

图12为电力系统的外观。

图13显示了内部电气系统的组件，这些组件已连接到机械系统。

具体实施方式

在以下的描述和附图中，会清楚地展示出用于产生清洁电能的，这种新颖的可运输系统和方法的特征细节，并使用了相同的附图标记表示图中所示的零件。从描述中可以推断出构成本发明各个元件的重要性，因为在缺乏任一元件的情况下，将不可能实现以最大容量来操作该系统，系统也将无法产生连续恒定的清洁电能。

参照这些附图，用于产生清洁电能的可运输系统和方法的特征在于：必须在水罐(水容器)(2)内进行，来容纳所需的水柱；它由外部钢结构(1)加固，该结构覆盖从水罐(2)的底部向上三分之二的位置；在水罐(2)中，有一个用于驱动系统的，内部为钢材料的金属结构(4)，位于钢地板(6)上，该金属结构容纳组成本发明机械系统的所有元件；在水罐(2)任一侧的底部，放置水罐(2)的排水口(3)。在水罐(2)内部几近最上端的位置有一个钢格板(5)，它可以在机械周围移动并起到维护本发明的机械和电气组件的作用。

运行该系统需执行以下步骤：

a)该系统包含两个电池(47a，47b)和一个电气控制板(42)，该板通过板内部的电气开关(43a，43b,44,45,46a,46b)，例如变频器(VFD)(46a,46b),可编程逻辑控制器(PLC)(44)及其电源模块(45),成为控制电动机(8，9)和设备操作系统的电子大脑，它会先启动然后启动相关程序：带有空气过滤器的真空泵(12)先运作，它会产生以2巴的压强和每小时空气流量140立方米的速度生产空气；所述带有空气过滤器的真空泵(12)产生的空气会通过直径为2英寸的PVC管被送至机械系统的底部，该管在出口处为3英寸的空气膨胀管，三叉戟(13a,13b,13c)将空气量引至三个不同的位置，使铲斗(7a–7q)能够实现其90％到98％的排水量。该空气膨胀系统有一个止回阀，可以防止水在水平方位和上升部分中淹没PVC管，从而获得更大的向上推力。在启动系统5秒后，真空泵(12)通电，驱动过程继续进行，直到上升侧的所有铲斗都充满空气为止，以此产生最大的漂浮推力。该推力将与整体机械动力传输系统一起运作，将径向转矩传递到交流发电机(11)，交流发电机(11)在1800Rpm的转速时开始运作。

(系统可以使用容量为10或12KWh的内部深循环(无污染)的溴化锌电池(47a，47b)来启动系统，或者在必要时使用外部三相电源，通过重型电缆与外部开关导电)

b)同时启动起动电动机(9)和主速度控制电动机(8)；当起动电动机(9)达到高转速时(系统运行的全速为1800至2000Rpm)，将自动关闭，仅将主电动机(8)接通，直至提供动力和能量的正常工作条件。

主电动机(8)在系统运行时保持打开状态；它控制机械系统的速度，确保铲斗驱动系统(7a-7q,26,27a,27b,27c,27d,28a,28b,39a,39b)在铲斗驱动链条(39a.39b)的上升机械运动中可以调节速度，从而实现更高或更低的每分钟转数，最大在1800和2000Rpm之间变化。主电动机(8)只履行导向或机械指示功能，因为铲斗驱动系统(26,27a,27b,27c,27d,28a,28b,39a,39b)在其设计的工作范围内运作(它的速度小于估计的最大气泡的上升速度25.5cm/s)。

这意味着主电动机(8)决定了整个铲斗驱动系统(7a-7q,26,27a,27b,27c,27d,28a,28b,39a,39b)运行所需的速度，铲斗驱动系统由水下主链轮(26)控制，并且由于铲斗驱动系统的速度小于气泡的最大上升速度，因此驱动系统有能力满足由可编程逻辑控制器(PLC)(44)控制的主电动机(8)所指定的要求。PLC控制器由热磁开关打开(43a)。

由此产生的恒定额定功率为220V或440V(240或480伏)不等，额定功率在设备安装结束前就事先进行了编程。

两个发动机(8，9)均使用V型皮带通过驱动皮带轮(分别为50和14)与安装在交流发电机轴(40)上的皮带轮互连，即，双V型皮带轮与发电机轴相连；在该轴上安装了与可编程逻辑控制器(PLC)(44)相连的编码器(可以实时测量交流发电机轴的速度)；可编程逻辑控制器(PLC)(44)中包含变频器(46a和46b)和启动器(43a,43b)，它们中一个用于起动电动机(9)，另一个用于主电动机；当交流发电机(11)的速度降低到1800Rpm以下时，可编程逻辑控制器(PLC)(44)执行可变的加速命令(加速斜率)以补偿电负载并实现同步交流发电机(11)所需的每分钟转数。如果主电动机(8)本身无法产生所需的每分钟转数，由可编程逻辑控制器(PLC)控制的起动电动机(9)则会立即加速来支持主电动机(8)生成所需的RPM，建立起运行发电的所需状态。在达到正常操作条件后，起动电动机(9)会再次自动停止运行。接下来，继续执行以下步骤：

c)从三叉戟(13a,13b,13c)排出的空气向铲斗(7a–7q)内注入，并继续执行以下步骤：

三叉戟(13a,13b,13c)的注水位置从底部向上受到推力，该推力等于整个铲斗中的排水量。由于该推力和气泡相对于水的较低密度，在铲斗驱动链条(39a y 39b)中产生了向上平移的垂直运动。

总瞬间空气量(即铲斗(7a–7q)中捕获的所有空气)具有向上的力，该力被转换为径向速度和转矩，从而产生更高或更低的电压(以伏特为单位)。根据电力接收系统的需要，始终由可编程逻辑控制器(PLC)(44)调节主电动机(8)的速度。

(铲斗(7a–7q)的数量和大小可能会有所不同，这一变化会影响通过浮力获得的上升机械能力，从而影响整体驱动系统的能力，并由此增加或减少电能。电能以KWh(千瓦每小时)表示)

每个铲斗(7a–7q)在空气量进口的周边都有一个1英寸高的防渗透气泡屏障，通过防止空气在上升期间从铲斗(7a–7q)中逸出，来避免浮力和上升机械能的损失；每个铲斗均通过安全螺栓固定系统和不锈钢内部加固板进行了大范围的固定。

d)垂直平行的铲斗链条(39a,39b),通过在驱动系统两侧，带有比例张力绳的螺钉系统将其张紧。这些链条(39a,39b)会通过以下方式拧紧：

e)一组平行的驱动链轮(27a,27b)(27c,27d),分别安装在上下两个平行轴上(28a,28b),并在同一轴(28a)上连接：

f)在一组链轮(25,26)中,链轮(26)是将动力传递到上驱动系统的主链轮；链轮(25)则由主动力驱动，并由传动链和主动力驱动器(38)拉紧，它们将可用的浮力机械动力传递到机械的上部区域，通过改变齿轮或变速箱的传动比，由1改到3(齿轮倍数的改变使主链轮(26)的转数增加3倍)，来增加水下电动机轴(28a，28b)的每分钟转数：

g)链轮(23和24),其中链轮(24)是次级导体，而链轮(23)则是通过链条(37)推动的次级驱动动力，链轮(24，25)的中心轴为同一个。其连续运动将机械力传递给：

h)链轮(21和22)，其中链轮(21)是第三导体，链轮(22)是与链条(36)连接的第三驱动。链轮(21，23)的中心轴为同一个，它们的连续运动将机械力传递给：

i)链轮(20和49)，其中链轮(49)是第四导体，链轮(20)是由链条(31)连接的第四驱动，由于它们的连续运动，将机械力传递给：

j)链轮(18和19)，其中链轮(19)是第五导体，链轮(18)是第五驱动，与链条(34)连接。链轮(20，19)的中心轴为同一个，它的连续运动将机械力最终传递给：

k)一组高速齿轮(17)和安装在交流发电机(11)轴上的高速从动齿轮(16)，交流发电机(11)的轴使齿轮带(33)运作，至此，对机械系统运作的描述就结束了。这时，已产生了恒定的额定三相电力，该电力会被传输到电气接收设备(配电板或变电站)。

本文所述的发明“生产清洁电能的系统和可移动重力方法”在过程方面具有以下优势：

原则上，这是一种使用溴化锌(Br Zn)电池(47a,47b)的可靠且自主的系统和方法，该电池为生态电池，无需外部三相电流即可启动和维持自身系统，并产生恒定的标称交流电。需要注意的是，同样可以使用三相电流来启动机械系统：一旦系统开始运行，由于同步交流发电机(11)具有为电池(47a,47b)和电容器(48a,48b)持续充电的能力，系统能够保持自身运作而无需继续与电流连接，并由此建立起自主恒定的运行制度(称为ROCA)

运用电池(47a,47b)的系统能够运作良好，得益于同步交流发电机(11)通过可以向电池提供直流电(DC)的电流逆变器直接为电池(47a,47b)充电，以便始终有足够的即时电功率将自主控制系统保持在“ROCA”状态。

控制板(42)使用两个变频驱动器(46a，46b)和两个电池来存储电力(47a,47b)，以连续生产电流，并确保能够始终成功启动设备。在板内部安装了可编辑逻辑控制器(PLC)(44)及其电源模块(45)。系统通过启动器(43a，43b)连接电动机(8，9)。

还有一些其他的次要设备用于确保设备的正常运行，但由于它们是常见的电气和电子设备，因此未在图中显示。

同样，该系统在设计中还考虑了一个备用电气设备，该设备通过具有瞬时容量的超级电容器(48a,48b)来提供60伏和16法拉第的功率。一旦电池(47a,47b)没有足够的存储电荷，这些电容器(48a,48b)则可以供电。

一旦设备开始运作，所述电池(47a,47b)立即充电并支持速度控制系统所需的电反馈支持。

即使没有实现最佳运行所需的最佳水位，这种清洁能源的产生系统和方法也能确保设备瞬间启动；并在向铲斗(7a–7q)中注满空气，机械系统向上运动后的5到15秒之间，就可以开始发电。

使用连接在220V或440V上的单个主调速电动机(8)，以每分钟1800rpm转数驱动同步交流发电机(11)时，系统的最低能源效率为86％。该系统通过同步交流发电机(11)调节发电机励磁系统的速度。

它在水罐(2)或水容器中以恒定方式获得25,000lb-in(磅英寸的力)，水柱的容量为5米。

该系统使用的带空气过滤的真空泵(12)吸入大气，产生2巴的压力，并以三叉戟(13a,13b,13c)的形式通过PVC管(13)输送到水罐(2)的下部，在那里它将空气量转移到金属容器或铲斗(7a–7q)中的可用位置，来施加系统铲斗驱动链(39a，39b)的机械运动所需的上升浮力。该真空泵(12)也是一个机械系统，电动机会产生其运行所需的旋转运动。

真空泵(12)使用内部发电系统的440V电压，在上升侧为驱动链(39a,39b)的铲斗(7a–7q)充气。铲斗的数量是可变的，它取决于系统所需生产的发电量。

系统设法将所有可用的通过浮力获得的机械力传递到机器的上部区域，通过将齿轮或变速箱的传动比由1改到3(改变齿轮倍数，将主链轮的转数增加3倍(26))，持续增加水下电动机轴(28a，28b)的转速，直到达到使交流发电机(11)产生交流电的所需的转数为止。本发明设想了一种特殊的机械传动设计，在该设计下，可以将水下链轮(27a,27b,27c,27d)的每分钟转数增加300个单位，使交流发电机的转速达到1800Rpm或更高。本发明使用的链轮，链条，皮带轮和皮带也可以由齿轮箱倍速器代替，以相同的方式获得300单位的系数来达到1800Rpm的运行速度。

它确保下方铲斗驱动链(39a，39b)的铲斗(7a–7q)浸没水中来获得零平衡的动态负载，并使得滞留在上部系统的空气产生足够的向上矢量力，以获得基于机械比1至3转换的机械转矩，直到达到足够使交流发电机(11)发动的每分钟转数。以水的密度为1计算，存在于铲斗中的空气量等同于排出的水量，每升排出的水产生的力等于1kg。

本发明通过由控制板(44)控制的水位传感器，避免下降铲斗的漂浮。该传感器确保了适当的水柱水位。通过这种方式，铲斗会始终浸没在水位以下，避免在这个特定系统中，产生效果相反的漂浮效果(该系统充分利用气泡浮力或悬浮或捕获的空气量)。

其主电动机(8)为一个电气系统，类似于真空泵(12)和交流发电机(11)的电动机。这些系统互连到发电系统的机械传动装置上，以提供即时的补充转矩和足够的速度，即使是在电动机，泵或设备对互连电源要求很高的情况下，也可以有效地激发交流发电机(11)在220v或440v中良好运行。在所述设备启动的最初几秒内，启动功率的振荡幅度是额定工作电流的2或3倍；正是在这段时间内，重力系统有能力加速并补偿该峰值所需的功率。

本发明包括一种调速系统，该系统与其他专利和同类设备的不同之处在于，可以确保交流发电机(11)每分钟转数与由此产生的电能始终相同。因此，我们可以确保为工业，计算机，电信，商业，住房，采矿，农用工业，沿海地区，国家紧急情况，行星勘探等领域输送高质量的恒定能量和电能。

本发明复杂的驱动速度控制系统是一项重大的技术进步，没有这项技术，所有使用浮力的类似系统都无法在连接启动需要额外功率的设备时，保持所需的每分钟转数。因此，发电系统的瞬时发电电压水平将大大降低。

该系统具有可运输的特点，因为整个机械系统都位于水罐(2)内，在没有装水的情况下，可以便捷地通过陆，空或海路进行运输，而无需分解或拆卸。所述组件在干燥的情况下重量为8吨。

另一方面，该系统在高速皮带轮(16,17)中使用的齿形带(33)，可以保障系统在低噪声水平下运行。它确保了系统下部小于72dB的噪声级，在系统上部则小于93dB。

该系统使用的膜允许大气压进入水罐(2)，但同样防止水分从容器中逸出。该设备还具有滴灌系统，可以弥补在长时间累积运行的情况下的累积蒸发。

实施本发明的最佳方法

这种可运输的，产生清洁电能的重力系统和方法必须在水罐(2)中进行，从底部向上三分之二的位置有钢结构(1)加固，带有排水装置(3)，水会在包含机械系统的钢框架(4)内部，位于钢地板(6)上；水罐(2)的内部能容纳5m的水柱；在水罐(2)的内部上端，在机械周围有钢格板(5)覆盖，它能起到维护本发明的机械和电气组件的作用。

非常重要的一点是，该系统具有起动电动机(9)和主电动机(8)两个发动机。两个发动机均通过V型皮带利用驱动皮带轮(分别为50和14)和安装在交流发电机泵(40)和真空泵(12)的皮带轮互连；真空泵通过PVC管供应大量空气，然后利用三叉戟，把空气输送到系统底部的铲斗(7a–7q)里，空气以快速且完全填充的方式充满位于水罐上升侧的铲斗里；垂直平行的铲斗链条(39a,39b)，通过在驱动系统两侧，带有比例张力绳的螺钉系统拉紧，并随着主链轮(26)的运动启动机械系统，从而将动力传递到上部的传输系统；由主动力驱动的链轮(25)，由传动链和主动力驱动器(38)拉紧，通过将齿轮或变速箱的传动比由1改到3(齿轮倍数的改变使主链轮(26)的转数增加3倍)，可以增加水下电动机轴(28a，28b)的每分钟转数；水下电动机轴(28a)和链轮(27a,27b，26)的轴相同。

之后的一组链轮(23，24)，其中链轮(24)是次导电体，链轮(23)则通过链条(37)进行次级动力驱动，链轮(24，25)的中心轴与电动机轴(29)相同；其连续运动将机械力传递给链轮(21和22)，链轮(21)是第三导体，链轮(22)是与链条(36)连接的第三驱动。链轮(21，23)的中心轴与轴(30)相同；它的连续运动将机械力传递给链轮(20和49)，链轮(49)是第四导体，链轮(20)是由链条(31)连接的第四驱动；由于它们的连续运动，将机械力传递给链轮(18和19)，其中链轮(19)是第五导体，链轮(18)与链条(34)连接，链轮(20，19)的中心轴和轴(42)为同一个，机械力最终传递到一组高速齿轮(17)和安装在交流发电机轴上(11)的高速从动齿轮(16)上，齿形带(33)由交流发电机的轴带动运作。至此，对机械系统运作的描述就结束了。也正是这时，产生了恒定的额定三相电力，该电力被传输到电气接收设备(配电板或变电站)。

与机械系统相结合，本发明使用复杂的电气控制系统。其控制系统包括控制面板(42)，热磁开关(43a，43b)，可编程逻辑控制器(PLC)(44)及其电源模块(45)。启动该系统会用到存储在电池(47a,47b)和电容器(48a,48b)的电能，其中电容器还包括与发动机(8，9)相连的变频器(VDF)(46a，46b)，并为带有空气过滤器的真空泵(12)供电。真空泵可提供大量空气，并以快速且完全填充地方式充满位于上升侧的铲斗(7i–7q)。根据阿基米德原理，每升排水量会受到1公斤的向上作用力。

在水下主链轮(26)中累积的机械力将径向扭矩传递到齿轮变速系统，从而增加了变速箱每分钟的转速，使同步交流发电机(11)的运作到达1800至2000Rpm的范围。

电气控制系统使用变频器(VFD)来控制三台发动机：带有空气过滤器的真空泵电动机(12)，起动电动机(9)和主电动机(8)。

上述设备利用电容器(48a,48b)和电池(47a,47b)的能量来实现同步交流发电机(11)的运作，使其在10秒内产生220V或440V的交流电。当同步交流发电机(11)与目标的配电板(42)互连，接收到电力负载或电力需求时，自主控制系统将加速集成驱动系统，使同步交流发电机(11)通过瞬时必要的电荷，始终向配电板(42)提供相同的恒定额定电压，并保证稳定不间断的电压供应。

该系统通过复杂的齿轮变速系统来实现水下驱动系统转速的大幅提升，使其达到所需的最低额定转速1800Rpm。

该设备在其电子设计中集成了一个需求跟踪器，它能够通过编码器(10)测量交流发电机轴(11)的瞬间速度，及时弥补由电力需求峰值而产生的交流电动机(11)的速度变化。

该设备十分便携，由于具有排水口(3)，它可以在几分钟内清空系统，并迅速断开配电板(42)与目标配电板的连接。

在水容器或水罐(2)内部使用的水可以循环利用，并且不要求为饮用水；每三年(在已安装设备内)可以将水排干一次，并通过软管将其送至无污染的污水处理管。

Claims (20)

1.这种“生产清洁电能的可运输的重力方法”，其特征在于，该系统在水罐(水容器)(2)内进行，从底部向上三分之二的位置有钢结构(1)加固，有一个排水装置(3)；水罐(2)的内部会容纳5米的水柱；在水罐(2)内部几近上端的位置，在机械周围有钢格板(5)覆盖，它起到维护本发明的机械和电气组件的作用；该重力方法包含两个电池(47a,47b)和一个电气控制板(42)，通过板内部的电气开关(43a，43b,44,45,46a,46b)，例如变频器(VFD)(46a,46b),可编程逻辑控制器(PLC)(44)及其电源模块(45),来作为控制电动机(8，9)和设备操作系统的电子大脑，该系统从带有空气过滤器的真空泵(12)开始，启动并运作程序：真空泵(12)产生的空气会通过直径为2英寸的PVC管被送至机械系统的底部，该管有一个止回阀防止水在水平和上升段淹没PVC管，管在出口处为3英寸，通过三叉戟(13a,13b,13c)把空气注入水中，以快速且完全填充地方式充满分布在水罐上升侧的铲斗(7a–7q)；垂直平行的铲斗链条(39a,39b),通过在驱动系统两侧带有比例张力绳的螺钉系统将其张紧，并随着主链轮(26)的运动启动机械系统，从而将动力传递到上部的传输系统；由主动力驱动的链轮(25)，由传动链和主动力驱动器(38)拉紧，通过把齿轮或变速箱的传动比由1改到3(齿轮倍数的改变使主链轮(26)的转数增加3倍)，来增加水下电动机轴(28a，28b)的每分钟转数；水下电动机轴(28a)和链轮(27a,27b，26)的轴相同。之后的一组链轮(23，24)，其中链轮(24)是次导电体，链轮(23)则通过链条(37)进行次级动力驱动；链轮(24，25)的中心轴与轴(29)相同；其连续运动将机械力传递给链轮(21和22)，链轮(21)是第三导体，链轮(22)是与链条(36)连接的第三驱动，链轮(21，23)的中心轴与轴(30)相同；它的连续运动将机械力传递给链轮(20和49)，链轮(49)是第四导体，链轮(20)是由链条(31)连接的第四驱动；因此，将机械力传递给链轮(18和19)，其中链轮(19)是第五导体，链轮(18)与链条(34)连接，链轮(20，19)的中心轴和轴(42)为同一个，机械力最终传递到一组高速齿轮(17)和高速从动齿轮(16)上，后者与带动齿形带(33)运动的交流发电机的轴为同一个。这时，已产生了恒定的额定三相电力，该电力被传输到电气接收设备(配电板或变电站)。

与机械系统相结合，本发明使用复杂的电气控制系统，其中包括控制面板(42)，启动器(43a，43b)，可编程逻辑控制器(PLC)(44)及其电源模块(45)；启动该系统会用到存储在电池(47a,47b)和电容器(48a,48b)的电能，电容器还包括与发动机(8，9)相连的变频器(VDF)(46a，46b)，并且为带有空气过滤器的真空泵(12)供电；真空泵可提供大量空气，并以快速且完全填充地方式充满位于上升侧的铲斗(7i–7q)。

2.此“生产清洁电能的可运输的重力方法”，其特征在于，该系统在水罐(水容器)(2)内进行，从底部向上三分之二的位置有钢结构(1)加固，并有一个排水装置(3)；水罐(2)的内部会容纳5m的水柱；在水罐(2)内部几近上端的位置，在机械周围有钢格板(5)覆盖，它起到维护本发明的机械和电气组件的作用；该方法包含两个电池(47a,47b)和一个电气控制板(42)，通过板内部的电气开关(43a，43b,44,45,46a,46b)，例如变频器(VFD)(46a,46b),可编程逻辑控制器(PLC)(44)及其电源模块(45),作为控制电动机(8，9)和设备操作系统的电子大脑，从带有空气过滤器的真空泵(12)开始，启动并运作相关程序：真空泵(12)产生的空气会通过直径为2英寸的PVC管被送至机械系统的底部，该管有一个止回阀防止水在水平和上升段淹没PVC管，管在出口处为3英寸，通过三叉戟(13a,13b,13c)把空气注入水中，空气以快速且完全填充地方式充满分布在水罐上升侧的铲斗(7a–7q)；垂直平行的铲斗链条(39a,39b),通过在驱动系统两侧带有比例张力绳的螺钉系统将其张紧，并随着主链轮(26)的运动启动机械系统，从而将动力传递到上部的传输系统；由主动力驱动的链轮(25)，由传动链和主动力驱动器(38)拉紧，通过将齿轮或变速箱的传动比由1改至3(齿轮倍数的改变使主链轮(26)的转数增加3倍)，可以增加水下电动机轴(28a，28b)的每分钟转数；水下电动机轴(28a)和链轮(27a,27b，26)的轴相同。之后的一组链轮(23，24)，其中链轮(24)是次导电体，链轮(23)则通过链条(37)进行次级动力驱动；链轮(24，25)的中心轴与轴(29)相同；其连续运动将机械力传递给链轮(21和22)，链轮(21)是第三导体，链轮(22)是与链条(36)连接的第三驱动，链轮(21，23)的中心轴与轴(30)相同；它的连续运动将机械力传递给链轮(20和49)，链轮(49)是第四导体，链轮(20)是由链条(31)连接的第四驱动；因此，将机械力传递给链轮(18和19)，其中链轮(19)是第五导体，链轮(18)与链条(34)连接，链轮(20，19)的中心轴和轴(42)为同一个，机械力最终传递到一组高速齿轮(17)和高速从动齿轮(16)上，后者与带动齿形带(33)运动的交流发电机的轴为同一个。至此，对机械系统的描述就结束了；并且这时已产生了恒定的额定三相电力，该电力被传输到电气接收设备(配电板或变电站)。与机械系统相结合，本发明使用了复杂的电气控制系统，其中包括控制面板(42)，启动器(43a，43b)，可编程逻辑控制器(PLC)(44)及其电源模块(45)；启动该系统会用到存储在电池(47a,47b)和电容器(48a,48b)的电能，电容器还包括与发动机(8，9)相连的变频器(VDF)(46a，46b)，并且为带有空气过滤器的真空泵(12)供电；真空泵可提供大量空气，并以快速且完全填充地方式充满位于上升侧的铲斗(7i–7q)。

3.根据权利要求1和2所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”，其主速度控制电动机(8)为电气系统，与真空泵(12)和交流发电机的(11)的电动机相同。这些系统与发电的机械传输系统互连，以提供即时的补充扭矩和足够的速度。即使在电动机，泵或其他设备对功率要求很高的情况下，也可以有效地激发交流发电机(11)在220V或440V中良好运行。在所述设备启动的最初几秒内，启动功率会在额定工作电压的2或3倍之间振荡；正在这段时间里，重力系统有能力加速并及时补偿峰值要求的功率。

4.根据权利要求1和2所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”，包括一个提供反馈的速度调节器系统，该系统确保交流发电机(11)的每分钟转数与产生的电能一致(恢复时间为1至5秒)。

5.根据权利要求2,3和4所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”，其特征在于，通过使用生态无污染的溴化锌电池(47a，47b),无需外部三相电流即可启动和维持自身系统，并产生恒定的额定交流电。需要注意的是，同样可以使用三相电流来启动机械系统：一旦系统开始运行，由于同步交流发电机(11)具有为电池(47a,47b)和电容器(48a,48b)持续充电的能力，系统能够保持自身运作且无需继续与电流连接，使用的功率逆变器可提供直流电，从而建立起自主恒定的工作状态(称为ROCA)。

6.根据权利要求2,3,4和5所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”，其中，所述控制板(42)使用两个变频器(46a和46b),和两个电池来存储电能(47a,47b)来获得连续的电流，可以确保在任何天气条件下启动设备时不会出现问题；可编程逻辑控制器(PLC)(44)及其电源模块(45)安装在控制板上；同样，系统通过启动器(43a，43b)与由变频器运作的控制板的发动机相连。

7.根据权利要求2所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”，即使没有最佳运行的最佳水位，也能在向铲斗(7a–7q)填充空气，产生机械系统向上运动后，在5至15秒的区间实现即时启动。

8.根据权利2,3,4,5,6和7所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”，通过使用连接在220V或440V上的单个主调速电动机(8)来驱动每分钟1800转数的同步交流发电机(11)时，系统的最低能源效率为86％；该系统通过同步交流发电机(11)调节发电机励磁系统的速度。

9.根据权利要求1和2所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”,其带有空气过滤的真空泵(12)吸入大气，产生2巴的压力，并以三叉戟(13a,13b,13c)的形式通过PVC管(13)输送到水罐(2)的下部，在那里它将空气量转移到金属容器或铲斗(7a–7q)中的可用位置，来施加系统的铲斗驱动链(39a，39b)的机械运动所需的上升浮力，铲斗(7a–7q)应实现其90％到98％的容量；该真空泵(12)也是一个机械系统，电动机会产生其运行所需的旋转运动。真空泵(12)利用内部发电系统440V的电压，在上升侧为驱动链(39a,39b)的铲斗(7a–7q)充气。铲斗的数量可变，它取决于系统所需生产的发电量。

10.根据权利要求2所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”,系统设法将所有可用的浮力机械力传递到机器的上部区域，在上部区域通过将齿轮或变速箱的传动比从1改到3(改变齿轮倍数，将主链轮的转数增加3倍(26))，可以持续增加水下电动机轴(28a，28b)的每分钟转数，直到以所需的转数使交流发电机(11)产生交流电为止。本发明设想了一种特殊的机械传动设计，在该设计下，可以将水下链轮(27a,27b,27c,27d)的每分钟转数增加300个单位，使交流发电机的转速达到1800Rpm或更高。本发明使用的链轮，链条，皮带轮和皮带可以由齿轮箱倍速器代替，以相同的方式获得300单位系数以达到1800Rpm的运行速度。

11.根据权利要求1,2,4,5,8和10所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”,它确保下游铲斗驱动链(39a，39b)的铲斗(7a–7q)始终浸没水中，以产生零平衡的动态负载，并允许滞留在上部系统的空气产生足够的向上矢量力，以获得基于机械比从1到3转换的机械转矩，直到可以传递足够的每分钟转数使交流发电机(11)发动。

12.根据权利要求2,3,4,5,6,7,8,9,10和11所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”,每个铲斗(7a–7q)在空气量进口的周边都有一个1英寸高的防渗透气泡屏障，它通过防止空气在上升期间从铲斗(7a–7q)中逸出，来避免浮力和上升机械能的损失；每个铲斗均通过安全螺栓固定系统和不锈钢内部加固板进行了固定；铲斗(7a–7q)的数量和大小可能会有所不同，这会使通过浮力获得的上升机械能力产生变化，进而影响到整体驱动系统的能力，并增加或减少电能。电能以KWh(千瓦/每小时)表示。

13.根据权利要求2,3,4,5,6,7,8,9,10,11和12所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”,本发明通过由控制板(44)控制的水位传感器，来避免下降的铲斗的漂浮，该传感器确保了水罐中适当的水柱水位。通过这种方式，铲斗会始终浸没在水位以下，避免在这个特定系统中，产生效果相反的漂浮效果；该系统充分利用气泡浮力或悬浮或捕获的空气量。

14.根据权利要求1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12，13,所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”，在连接需要额外功率的设备时，其驱动速度控制系统也能够维持之前的每分钟转数，此时瞬间产生的电压水平应接近440V或220V，或能够在1到5秒的最短时间内恢复。

15.根据权利要求2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13和14所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”,在启动系统时，会同时启动起动电动机(9)和主速度控制电动机(8)；当起动电动机(9)达到高转速时(系统运行的全速为1800至2000Rpm)，将自动关闭，仅保持主电动机(8)的接通，直至正常的提供动力和能量的工作条件。主电动机(8)在系统运行时保持打开状态，它控制机械系统的速度，确保铲斗驱动系统(7a-7q,26,27a,27b,27c,27d,28a,28b,39a,39b)在铲斗驱动链条(39a和39b)的上升机械运动中可以调节速度，从而实现更高或更低的每分钟转数，最大在1800和2000Rpm之间变化。主电动机(8)只履行导向或机械指示功能，因为铲斗驱动系统(26,27a,27b,27c,27d,28a,28b,39a,39b)在其设计的工作范围内运作(小于估计的最大气泡的上升速度25.5cm/s)。

16.根据权利要求2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14和15所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”,两个发动机(8和9)均通过V型皮带利用驱动皮带轮(分别为50和14)和安装在交流发电机泵(40)和真空泵(12)的皮带轮互连，即，双V型皮带轮与交流发电机的轴相连；在发电机的轴上安装了一个编码器(10)(可以实时测量交流发电机轴的速度)，该编码器与可编程逻辑控制板(44)相连。控制板中包括变频器(46a，46b)和启动器(43a，43b)(它们会打开或关闭电动机(8，9)以产生更多的转数；或在达到ROCA状态或附加负载正常化后关闭电动机)，它们中一个用于起动电动机(9)，另一个用于主电动机；当交流发电机(11)的速度降低到1800Rpm以下时，可编程逻辑控制器(PLC)(44)执行可变的加速命令(加速斜率)，以补偿电负载并实现同步交流发电机(11)所需的每分钟瞬间转数。如果主电动机(8)本身无法产生必要的每分钟转数，则由可编程逻辑控制器(PLC)控制的起动电动机(9)会立即加速以支持主电动机(8)来生成所需的RPM，建立起所需运行发电的状态。在达到正常操作条件后，起动电动机(9)则会再次自动停止运行。

17.根据权利要求2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15和16,所述“生产清洁电能的可运输的重力方法”，总瞬间空气量(铲斗(7a–7q)中捕获的所有空气)具有向上的力，该力被转换为径向速度和转矩，从而产生更高或更低的电压(以伏特为单位)。根据电力接收系统的需要，始终由可编程逻辑控制器(PLC)(44)调节主电动机(8)的速度。

18.根据权利要求1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15和16所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”的特点在于可运输。由于所有的机械系统都位于水罐(2)的内部，在没有装水时，可以方便地通过陆，空或海路进行运输，而无需分解或拆卸。所述组件干燥时的重量为8吨。

19.根据权利要求2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17和18所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”，能够保持低噪音水平：因为它在高速皮带轮(16,17)中使用了齿形带(33)，这确保了系统下部的分贝噪音小于72dB，系统上部则小于93dB。

20.根据权利要求1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18，19所述的“生产清洁电能的可运输的重力方法”，使用允许大气压力进入水罐(2)的膜，但同时防止水分从容器中逸出；同样，该设备具有滴灌系统，可以补偿长时间累积运行中的任何累积蒸发。

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