CN1826463B - 轻便水轮发电机 - Google Patents
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Abstract
一种用于发电的轻便水轮发电机(100),包括一充满驱动流体(110)的塔架(10),一具有驱动部分(81)和以流体(70)填充的返回部分(82)的半密封弯曲管状外壳(80),所述驱动部分(81)的直径比返回部分(82)的直径大,一可使所述流体进入所述半密封弯曲管状外壳(80)的入口装置(60),多个用以利用所述进入半密封弯曲管状外壳内的流体的动能的叶片(30),一连接所述多个叶片的连接组件(34),一驱动腔(83),一位于所述驱动腔(83)内用以和所述叶片的一部分啮合的链轮(50),和一连接在所述链轮上的输出发电机。一种适用于水轮发电机的叶片(30),包括一顶面(31),一底面(32),防止水通过叶片漏出的密封装置(33),用以使所述叶片连接到随后叶片上的连接杆(34),其中所述叶片的顶面还包括用以增加叶片顶面的有效表面积的柱块(39)。
Description
技术领域
本发明涉及一种开发和利用再生流体能量产生动力和/或发电的新方法。
背景技术
人们已经尝试过多种发电的方法。这些方法可以概括地分为消耗性能源的应用和可再生能源的应用。
目前,消耗性能源包括煤、石油和核能。众所周知,这些能源不仅在开采时会有污染,而且在使用时也会有污染。而且,这些能源并非在全世界的所有地方都可随意获得,那些拥有这些能源的地区可能会对其它的地区进行“敲诈”。更重要的是,使用核能的负面影响甚至可能是长期的。
尽管这些消耗性能源具有这些负面影响,但是由于它们是传统能源,所以现在仍在开采。因此,这些能源正在受到威胁。
长远的解决方法是从事和开发例如太阳能、风能和水能等已知的可再生能源。
那些利用可再生能源运行的最公知的方法依赖于非常严格的参数,这是因为它们完全依赖于这些可再生能源的出现,而这些能源是季节性的和不可预测的。这些能源并不是在需要的时候都能找到。例如,当水能用作发电能源时,发电机就必须建在例如河流或水坝等流水边。这在经济上并非都是切实可行的,而且可能会需要很长时期的投资回收。
在另一个例子中,当需要更多的发电量时,例如太阳能这种可再生能源在冬季是有限的。
解决这种问题的一种方法是将在卸荷期间多余的能量转化储存到电池中备用。但是,这些电池不仅贵,而且具有比较短的使用寿命,且还有毒。最重要的是,由于比较短的使用寿命,这些有毒物质的连续处理会污染环境。
因此,有必要减轻和改善所有如上突出的这些问题。
发明内容
因此,本发明的一个目的是提供一种用于发电的轻便水轮发电机,包括一充满驱动流体的塔架,一具有驱动部分和以流体填充的返回部分的半密封弯曲管状外壳,所述驱动部分和返回部分具有不同的管状内径,一可使所述流体进入所述半密封弯曲管状外壳的入口装置,多个用以利用所述进入半密封弯曲管状外壳内的流体的动能的叶片,一连接所述多个叶片的连接组件,一驱动腔,一位于所述驱动腔内用以和所述叶片的一部分啮合的链轮,任一连接在所述链轮上的输出发电机,其中所述半密封管状外壳的驱动部分的直径比返回部分的直径大。
优选地,驱动部分还包括一预压室和一压力室。
再优选地,入口装置可使所述流体在驱动部分进入半密封管状外壳。
在一个优选实施例中,叶片铰接从而可处于伸长位置和闭合位置。
优选地,叶片在驱动部分处于伸长位置。
再优选地,叶片在返回位置处于闭合位置。
在一个优选实施例中,半密封弯曲管状外壳在下降点处还具有一楔块。
优选地,叶片和所述楔块相互作用,以从伸长位置旋转到闭合位置。
在另一个优选实施例中,半密封管状外壳还包括用以保持叶片位置的导流壁。
优选地,导流壁使叶片在返回部分处于闭合位置。
在另一个优选实施例中,塔架设置在驱动部分之上,用以影响驱动部分上的压头。
优选地,轻便水轮发电机还包括一下储存罐。
优选地,返回部分还包括一下降点。
在一个优选实施例中,半密封管状外壳只在下降点之后和下储存罐之前对环境压力敞开。
在另一个优选实施例中,叶片与链轮旋转地相互作用。
在另一个优选实施例中,下储存罐还包括一溢流罐。
优选地,溢流罐还包括一泵,其用以将溢出的水泵回塔架中。
优选地,驱动腔还包括一可使叶片从闭合位置旋转到伸长位置的邻接件。
优选地,邻接件正好设置在链轮的上止点之后。
优选地,叶片设置得便于使驱动部分密封。
在一个优选实施例中,入口装置是一系列导管。
根据本发明的一个方面,提供一种适用于前述任一权利要求中的叶片,包括一顶面,一底面,防止水通过叶片漏出的密封装置,用以使所述叶片连接到随后叶片上的连接杆,其中所述叶片的顶面还包括用以增加叶片顶面的有效表面积的柱块。
优选地,叶片由防水材料制成。
附图说明
图1示出了轻便水轮发电机的优选实施例,
图2示出了叶片和连接组件的透视图,
图3示出了和叶片啮合时的连接的侧视图,
图4示出了链轮的透视图。
具体实施方式
下面将详细描述本发明的一些优选实施方式,其具体实施例在附图中举例说明。虽然本发明将结合优选实施例进行描述,但是应当理解,其并非旨在将本发明限制到这些优选实施例中。相反,本发明旨在覆盖那些包括在由所附权利要求限定的本发明的精神和范围之内的所有变化、改进和等效替换。而且,在下面的本发明的详细描述中,给出了许多特定的细节,用以详细地理解本发明。但是,对于本领域的技术人员而言,在没有这些特定细节的情况下显然也能够实施本发明。在其它例子中,详细描述了一些十分公知的方法、步骤、部件和特征,以便使本发明的一些方面不至于产生不必要的模糊。
一个优选实施例中的轻便水轮发电机100和附图1中描述的一样。该轻便水轮发电机100包括一充满驱动流体110的塔架10。驱动流体110通过入口装置60进入半密封的管状外壳80,该入口装置60在一优选实施例中是一系列导管61。该半密封管状外壳80由一驱动部分81、一返回部分82和一输出腔83限定构成。半密封管状外壳80预先以流体70填充。当来自于塔架10的驱动流体110借助于势能流过系列导管61时,该势能就转化为动能,因此使得驱动流体110在半密封管状外壳80的驱动部分81处撞击在流体70上。驱动流体110撞击在半密封管状外壳80内的初始流体70上的驱动部分81的区域就是通常所说的压力室21。正是压力室21接受了轻便水轮发电机100所获得的主要输入能量。应当理解,虽然优选的是,为产生高压头,塔架10内的驱动流体110的液位应尽可能的高,但是应当理解,驱动流体110液位和输出腔83的高度之间的高度差将决定发生的回流量。塔架10内的驱动流体110的液位优选为稍微高于输出腔83,以将发生在轻便水轮发电机100的半密封管状外壳80内的回流减到最小,并形成高压头,以在流体70上形成更大的冲击力。
应当理解,驱动流体110和流体70是相同的流体,且为了更详细地说明本发明已将其限定为此。而且,由于本发明旨在用于家庭应用和工业应用,因此该流体优选为通用的且容易获得的流体,优选为水。
一系列叶片30连接在管状外壳80的周边内,且是通过压力室21引入轻便水轮发电机100内的冲击力的主要运输工具。叶片30借助于连接组件连接,该连接组件在一个优选实施例中如图1所示是连接杆34。应当理解,叶片30在驱动部分80内处于伸长位置36,在返回部分82内处于闭合位置37。
当驱动流体110进入压力室21时,该流体110由于塔架10在压力室21之上的高度而具有的势能转化为动能,且驱动流体110可撞击到半密封管状外壳80的填充流体70上。该初始压力促使压力室21内的叶片30向下移动,并转向返回部分82。当管状外壳80预先填充时,驱动腔内的流体70也将向下移动。而且,由于叶片30通过连接组件连接,所以随后的叶片也将会沿逆时针方向运动,如图1中所示。为确保来自于驱动流体110的动能得到最大的利用,叶片30借助于叶片30上的限位装置38在整个驱动部分81上都保持在伸长位置36。该限位装置38将防止叶片30转到闭合位置37。而且,为了将阻力减到最小,叶片30必须在返回部分82上处于闭合位置37。这通过在下降点23处设置一楔块13的方式来实现。该楔块13使叶片30倾斜,这样叶片30便会转到闭合位置37。随后经过楔块13的叶片30也将转到闭合位置37。在一个优选实施例中,该楔块13是从半密封管状外壳80的内壁凸出的一个凸起件。可以预见,楔块13可以是多个楔块13的形式,且其可以设置在半密封管状外壳80的导流壁14上。还应当理解,楔块13可以位于下降点23之后的位置上,但不是直接在下降点23处。
管状外壳80在下降点23处暴露在环境压力中。为了保持管状外壳80处于填充状态下,轻便水轮发电机100还配备有一下储存罐40。下储存罐40的高度设置为低于下降点23的高度,以在驱动部分81上保持大气压力的区域,进而在驱动部分形成更大的不平衡或更大的驱动力,而在返回部分82形成比较小的阻力。下储存罐40还配备有带抽空泵42的溢流罐41,这样便可保持塔架10内的驱动流体110的液位。下储存罐内的流体70的液位被称为观察液面,且应当理解,该观察液面保持在溢流罐41的液位高度。
应当理解,管状外壳80的内径在驱动部分81的直径大于返回部分82的直径。这将会在管状外壳80内产生不平衡,这样在驱动部分81处的向下力就会大于返回部分82的向上阻力,因此就会引起填充流体70以及叶片30的网状逆时针旋转。
一旦叶片30在经过楔块13之后旋转到闭合位置37,叶片30便会移到返回部分82。为保持叶片30处于闭合位置37,管状外壳80具有导流壁14,该导流壁以管状外壳80的壁保持最小的内径,进而保持叶片30的闭合位置37。在返回部分82的闭合位置37处,向上的阻力被减到最小。输出腔83优选地位于管状外壳80的顶部,如图1所示。输出腔83容纳链轮50。输出腔83还包括一邻接件12,其用以使叶片30从闭合位置37旋转到伸长位置36,使得叶片便与链轮50相合,进而旋转叶片。导流壁14从返回部分82伸出,伸到输出腔83,恰好在邻接件12前终止,这样,叶片30的闭合位置37便能一直得到保持,直到那一点为止,进而将向上的阻力减到最小。应当理解,当叶片30在邻接件12处旋转到伸长位置36时,叶片30的位置可以提供密封,这样就不会发生会损害压力室21的驱动力的回流。邻接件12正好设置在链轮50的上止点后,这样由伸长位置36中的叶片30作用在链轮50上的向下力会更有效。
图2示出了叶片30和连接组件的透视图。连接组件在该优选实施例中示为连接杆34。叶片30由顶面31和底面32组成。顶面31包括柱块39,这样便增加了顶面31的表面积。这样就可确保通过施加在叶片30的顶面31上的压力获得更多的力。叶片30的周边还包括密封装置33,其用以确保在处于伸长位置36时和半密封管状外壳80的内径的紧密配合。叶片30在顶面31上铰链地连接到连接杆34上,如图2所示。为连接随后的叶片30,连接杆34的另一端配备有一用以连接到随后叶片30的底面32上的啮合装置35。啮合装置35还包括一用以防止随后的叶片自由旋转的限位装置38。
图3示出了连接在随后的叶片30上的啮合装置35。限位装置38图示为阻止叶片30过度旋转。
如图4所示的链轮包括一轴承盖51和轴套52。该轴套可连接到任何用于发电的输出发电机上。
Claims (21)
1.一种用于发电的轻便水轮发电机,包括:
一充满驱动流体的塔架;
一具有驱动部分和以流体填充的返回部分的半密封弯曲管状外壳,所述驱动部分和所述返回部分具有不同的管状内径;
一可使所述流体进入所述半密封弯曲管状外壳的入口装置,其中所述入口装置可使所述流体在所述驱动部分处进入所述半密封管状外壳;
多个利用进入所述半密封弯曲管状外壳内的流体的动能的叶片;
一连接所述多个叶片的连接组件;
一驱动腔;
一位于所述驱动腔内用以和所述叶片的一部分啮合的链轮;
一连接在所述链轮上的发电机;
其中,所述半密封管状外壳的驱动部分的直径比返回部分的直径大。
2.根据权利要求1所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述叶片被铰接,从而可处于伸长位置和闭合位置。
3.根据权利要求2所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述叶片在所述驱动部分处于伸长位置。
4.根据权利要求2或3所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述叶片在所述返回部分处于闭合位置。
5.根据权利要求1所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述半密封弯曲管状外壳在所述返回部分的下降点处还具有一楔块。
6.根据权利要求5所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述叶片和所述楔块相互作用,以便从伸长位置旋转到闭合位置。
7.根据权利要求1到3中任一项所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述半密封管状外壳还包括用以保持所述叶片的位置的导流壁。
8.根据权利要求8所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述导流壁使所述叶片在所述返回部分处于闭合位置。
9.根据权利要求1到3中任一项所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述塔架设置在所述驱动部分之上,用以影响驱动部分上的压头。
10.根据权利要求1到3中任一项所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述轻便水轮发电机还包括一下储存罐。
11.根据权利要求10所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述返回部分还包括一下降点。
12.根据权利要求11所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述半密封管状外壳在下降点之后和下储存罐之前对环境压力敞开。
13.根据权利要求1到3中任一项所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述叶片与所述链轮旋转式地相互作用。
14.根据权利要求10所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述下储存罐还包括一溢流罐。
15.根据权利要求14所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述溢流罐还包括一泵,其用以将溢出的水泵回所述塔架中。
16.根据权利要求1到3中任一项所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述驱动腔还包括一可使所述叶片从闭合位置旋转到伸长位置的邻接件。
17.根据权利要求16所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述邻接件正好设置在所述链轮的上止点之后。
18.根据权利要求1到3中任一项所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述叶片设置为使得所述驱动部分被密封。
19.根据权利要求1到3中任一项所述的用于发电的轻便水轮发电机,其特征在于,所述入口装置是一导管系统。
20.一种适用于根据权利要求1到19中任一项所述的用于发电的轻便水轮发电机中的叶片,包括:
一顶面;
一底面;
防止水通过所述叶片漏出的密封装置;
用以使所述叶片连接到随后叶片上的连接杆;
其中,所述叶片的顶面还包括用以增加叶片顶面的有效表面积的柱块。
21.根据权利要求20所述的叶片,其特征在于,所述叶片由防水材料制成。
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