Система выработки электроэнергии - RU2718093C2
Код документа: RU2718093C2
Чертежи
Описание
Область техники
Настоящее изобретение относится к системе выработки электроэнергии с использованием по меньшей мере двух постоянных и не загрязняющих окружающую среду сил, таких как сила земного притяжения и сила Архимеда.
Уровень техники
В наше время жизненно важным представляется нахождение средств выработки электроэнергии без использования традиционных источников, особенно ввиду сокращения запасов ископаемых источников энергии. Кроме того, существенным недостатком традиционных источников энергии является их негативное воздействие на окружающую среду из-за выделения газов и выбросов в атмосферу или на землю плохо поддающихся переработке отходов. Это в первую очередь относится к атомным станциям.
Вследствие этого, в последние годы ускорилось развитие систем выработки электроэнергии из возобновляемых источников энергии. Таким образом, мы видим все возрастающее число массивов солнечных панелей и/или ветряных электростанций, а также гидрогенераторов, использующих энергию падающей воды, подобных раскрытому в патентной заявке US 2012/006015.
Однако эти системы выработки электроэнергии сложно изготавливать, и они не всегда обладают высокой производительностью, поскольку их производительность зависит от метеорологических условий (мощности и продолжительности инсоляции и силы ветра) в местности, где они установлены. Таким образом, до установки систем выработки электроэнергии этого типа, которые не могут быть установлены повсюду, необходимо провести исследования, определяющие рентабельность установки такой системы в метеорологических условиях данной местности.
Сущность изобретения
Таким образом, задачей настоящего изобретения является уменьшение перечисленных недостатков и предложение альтернативы известным системам выработки электроэнергии с использованием по меньшей мере двух постоянных сил, таких как сила тяготения и сила Архимеда; эта альтернативная система позволяет получать электроэнергию из возобновляемого источника энергии без какого-либо негативного воздействия на этот источник и без выбросов вредных веществ в атмосферу или на землю, постоянно и независимо от метеорологических условий в местности, где она установлена.
В соответствии с первой задачей настоящего изобретения, предложена система выработки электроэнергии, содержащая по меньшей мере один блок, содержащий первый и второй модули, работающие в противофазе, причем эти первый и второй модули одинаковы, расположены симметрично, и каждый из них соответственно содержит главную емкость, соединенную, с одной стороны, соответственно, с первым или вторым резервуаром с жидкостью, а с другой стороны с первым или вторым сливом, и выполнены с возможностью наполнения этой жидкостью или опорожнения, причем эта система отличается тем, что каждый из первого и второго модулей содержит соответственно:
- наружную балластную емкость, выполненную с возможностью наполнения жидкостью, содержащейся в главной емкости, или опорожнения для перемещения внутри главной емкости;
- внутреннюю балластную емкость, выполненную с возможностью наполнения жидкостью, содержащейся во внутренней балластной емкости другого модуля, или опорожнения для перемещения внутри наружной балластной емкости;
- балластную юбку, подвешенную на наружной балластной емкости и выполненную с возможностью наполнения жидкостью, содержащейся в балластной юбке другого модуля, и опорожнения для вертикального развертывания или свертывания;
- первые передаточные устройства, соединяющие наружную балластную емкость и главную емкость и позволяющие понизить передаточное отношение и передавать движение наружных балластных емкостей на генераторы переменного тока, и
- вторые передаточные устройства, соединяющие наружную балластную емкость и главную емкость и позволяющие понизить передаточное отношение и передавать движение внутренних балластных емкостей на генераторы переменного тока.
Эта система выработки электроэнергии содержит, предпочтительно между первым и вторым модулями, следующие элементы:
- нижний клапан, выполненный с возможностью обеспечения соединения между нижними частями главных емкостей;
- верхний клапан, выполненный с возможностью обеспечения соединения между верхними частями главных емкостей;
- первую отводную трубу, расположенную между нижним и верхним клапанами и выполненную с возможностью, при некоторых условиях, обеспечения соединения между внутренними балластными емкостями;
- вторую отводную трубу, расположенную под нижним клапаном и выполненную с возможностью обеспечения соединения между нижними частями балластных юбок, и
- растяжимый воздухоотвод, соединяющий верхние части наружных балластных емкостей таким образом, чтобы обеспечить перенос воздуха, содержащегося в этих емкостях, в зависимости от их наполнения или опорожнения.
Предпочтительно главная емкость содержит:
- первый клапан, расположенный в нижней части и обеспечивающий наполнение главной емкости путем соединения этой емкости с первым или вторым резервуаром соответственно, и
- второй клапан, расположенный на дне главной емкости и обеспечивающий опорожнение этой емкости путем соединения этой емкости с первым или вторым сливом соответственно.
Предпочтительно каждое из первых и вторых передаточных устройств содержит по меньшей мере одно тормозное устройство.
Наружная балластная емкость предпочтительно содержит:
- первый клапан, расположенный в нижней части и обеспечивающий наполнение или опорожнение наружной балластной емкости путем ее соединения с главной емкостью;
- второй нижний клапан, обеспечивающий опорожнение внутренней балластной емкости путем соединения, при некоторых условиях через отводную трубу, нижней части этой внутренней балластной емкости с верхней частью внутренней балластной емкости, и
- третий верхний клапан, обеспечивающий наполнение внутренней балластной емкости путем соединения, при некоторых условиях через отводную трубу, верхней части этой внутренней балластной емкости с нижней частью внутренней балластной емкости.
Таким образом, внутренняя балластная емкость предпочтительно содержит:
- первую трубу, проходящую в нижней части внутренней балластной емкости и обеспечивающую опорожнение этой емкости путем ее соединения, через второй клапан и, при некоторых условиях, через отводную трубу, с верхней частью внутренней балластной емкости, и
- вторую трубу, проходящую в верхней части и обеспечивающую наполнение этой емкости путем ее соединения, через второй клапан и, при некоторых условиях, через отводную трубу, с нижней частью внутренней балластной емкости.
Кроме того, балластная юбка содержит клапан, расположенный в нижней ее части, для ее соединения со второй отводной трубой и обеспечения ее наполнения или опорожнения.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, балластная юбка, содержащая в нижней части жесткое днище и деформируемые в вертикальном направлении боковые края, своей верхней стороной жестко соединена с дном наружной балластной емкости и подвешена на этой емкости с помощью телескопических подвесов, закрепленных на днище таким образом, чтобы удерживать это днище на фиксированном и постоянном расстоянии от дна главной емкости.
Кроме того, первые передаточные устройства являются передаточными устройствами гидравлического типа, и каждое из них содержит по меньшей мере первый и второй гидроцилиндры, каждый из которых выполнен с возможностью обеспечения давления в жидкости для приведения в действие гидравлического двигателя, соединенного с генератором переменного тока, причем первый гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус, закрепленный на дне соответствующей главной емкости, в котором может двигаться поршень, жестко соединенный с соответствующей наружной балластной емкостью, а второй гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус, закрепленный на верхней стороне соответствующей главной емкости, в котором может двигаться поршень, жестко соединенный с соответствующей наружной емкостью, причем эти первый и второй гидроцилиндры наружной балластной емкости соединяются гидравлическими контурами с первым и вторым гидроцилиндрами наружной балластной емкости другого модуля.
Кроме того, вторые передаточные устройства являются передаточными устройствами гидравлического типа, и каждое из них содержит по меньшей мере первый и второй гидроцилиндры, каждый из которых выполнен с возможностью обеспечения давления в жидкости для приведения в действие гидравлического двигателя, соединенного с генератором постоянного тока, причем первый гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус, закрепленный на дне соответствующей наружной балластной емкости, в котором может двигаться поршень, жестко соединенный с соответствующей внутренней балластной емкостью, а второй гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус, закрепленный на верхней стороне соответствующей наружной балластной емкости, в котором может двигаться поршень, жестко соединенный с соответствующей внутренней балластной емкостью, причем эти первый и второй гидроцилиндры наружной балластной емкости соединяются между собой гидравлическими контурами.
В соответствии с этим последним вариантом, тормозное устройство первых и вторых передаточных устройств предпочтительно является тормозным клапаном, установленным в гидравлических контурах.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, система выработки электроэнергии содержит множество блоков, содержащих первый и второй модули, так, чтобы перемещение элементов первого из этих блоков было сдвинуто по фазе относительно перемещения элементов второго блока, перемещение элементов второго блока сдвинуто по фазе относительно перемещения элементов третьего блока и т.д.
Предпочтительно, каждый из первых и вторых клапанов главных емкостей, первых и вторых клапанов наружных балластных емкостей и нижнего и верхнего клапанов соединен с одним генератором переменного тока.
В соответствии с одним из вариантов осуществления, каждый из первого и второго модулей соответственно содержит верхнюю балластную юбку, расположенную на верхней поверхности наружной балластной емкости и выполненную с возможностью наполнения жидкостью, содержащей в балластной юбке, называемой в таком случае нижней балластной юбкой, того же модуля, и опорожнения для развертывания или свертывания в вертикальном направлении. Верхняя балластная юбка, которая содержит в верхней части жесткий потолок и деформируемые в вертикальном направлении боковые края, своей нижней стороной предпочтительно жестко соединена с наружной балластной емкостью и подвешена с помощью телескопических подвесов, закрепленных на этой наружной балластной емкости.
Краткое описание графических материалов
Другие, преимущества и отличительные признаки системы выработки электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением станут понятны из описания одного из частных вариантов осуществления изобретения, данного в качестве неограничивающего примера, которое будет приведено ниже со ссылками на прилагаемые чертежи.
На фиг. 1 схематично представлен разрез системы выработки электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением.
На фиг. 2A-2N схематично представлен разрез системы по фиг. 1 на разных последовательных этапах цикла выработки энергии.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
На фиг. 1 представлена система 1 выработки электроэнергии в соответствии с изобретением, содержащая первый и второй смежные модули 2, 3.
Первый модуль 2 содержит главную емкость 21, выполненную с возможностью вмещения жидкости, предпочтительно воды; наружную балластную емкость 22, расположенную внутри главной емкости 21; внутреннюю балластную емкость 23, расположенную внутри наружной балластной емкости 22, и балластную юбку 24 переменной геометрии, подвешенную на наружной балластной емкости 22, причем главная емкость 21, наружная балластная емкость 22, внутренняя балластная емкость 23 и балластная юбка 24 выполнены с возможностью наполнения указанной жидкостью и опорожнения.
Аналогично, указанный второй модуль 3 содержит главную емкость 31, наружную балластную емкость 32, внутреннюю балластную емкость 33 и балластную юбку 34 переменной геометрии, причем главная емкость 31, наружная балластная емкость 32, внутренняя балластная емкость 33 и балластная юбка 34 предпочтительно идентичны главной емкости 21, наружной и внутренней балластным емкостям 22, 23 и балластной юбке 24 первого модуля 2, соответственно.
Каждая из наружных балластных емкостей 22, 32 имеет, в общем, форму параллелепипеда, выполненного из металла или композиционных материалов, и выполнена с возможностью вмещения большого объема воды для набора значительной массы.
Конструкция и геометрия каждой из внутренних балластных емкостей 23, 33 аналогичны конструкции и геометрии соответствующей наружной балластной емкости 22, 32.
Наружные балластные емкости 22, 32 и внутренние балластные емкости 23, 33 выполнены с возможностью вертикального перемещения под действием силы тяжести или силы Архимеда.
Каждый из первого и второго модулей 2, 3 содержит клапаны впуска и/или выпуска жидкости, при этом модули соединяются между собой для работы в противофазе, т.е., когда емкость или юбка первого модуля 2 наполняется, аналогичная емкость или юбка второго модуля 3 опорожняется, и/или, когда емкость или юбка первого модуля 2 находится в верхнем положении, аналогичная емкость или юбка второго модуля 3 находится в нижнем положении.
Таким образом, главная емкость 21 первого модуля 2 содержит первый клапан 211, расположенный в нижней части этой емкости на стороне, противоположной второму модулю 3, и обеспечивающий наполнение главной емкости 21 путем ее соединения с первым резервуаром 4 с жидкостью. Главная емкость 21 содержит также второй клапан 212, расположенный на ее дне 213 на стороне, противоположной второму модулю 3, и обеспечивающий опорожнение этой емкости 21 путем ее соединения с первым сливом 214.
Аналогично, главная емкость 31 второго модуля 3 содержит первый клапан 311, расположенный в нижней части этой емкости на стороне, противоположной первому модулю 2, и обеспечивающий наполнение главной емкости 21 путем ее соединения со вторым резервуаром 5 с жидкостью. Главная емкость 31 содержит также второй клапан 312, расположенный на ее дне на стороне, противоположной первому модулю 2, и обеспечивающий опорожнение этой емкости путем ее соединения со вторым сливом 314.
Первый и второй резервуары 4, 5 питаются, предпочтительно непрерывно или последовательно, от естественного источника воды, позволяющего обеспечить разницу верхнего и нижнего уровней воды между первым и вторым резервуарами 4, 5 и первым и вторым сливами 214, 314, такого как, например, море, озеро или какой-либо водный поток.
Кроме того, система 1 выработки электроэнергии содержит между первым и вторым модулями 2, 3 следующие элементы:
- нижний клапан 6, обеспечивающий возможность соединения между нижними частями главных емкостей 21, 31 первого и второго модулей 2, 3, соответственно;
- верхний клапан 7, обеспечивающий возможность соединения между верхними частями главных емкостей 21, 31 первого и второго модулей 2, 3, соответственно;
- первую отводную трубу 8, расположенную между нижним и верхним клапанами 6, 7 и обеспечивающую возможность, при определенных условиях, соединения между внутренними балластными емкостями 23, 33, соответственно, первого и второго модулей 2, 3;
- вторую отводную трубу 9, расположенную под нижним клапаном 6 и обеспечивающую возможность соединения между нижними частями балластных юбок 24, 34 первого и второго модулей 2, 3, соответственно, и
- растяжимый воздухоотвод 10, соединяющий верхнюю часть наружной балластной емкости 22 первого модуля 2 и верхнюю часть наружной балластной емкости 32 второго модуля 3 таким образом, чтобы обеспечить перенос воздуха, содержащегося в наружных балластных емкостях 22, 32, в зависимости от наполнения или опорожнения этих емкостей.
Наружная балластная емкость 22 первого модуля 2 содержит первый клапан 221, расположенный в нижней части этой балластной емкости на стороне, противоположной второму модулю 3, и обеспечивающий наполнение или опорожнение наружной балластной емкости 22 путем ее соединения с главной емкостью 21 первого модуля 2.
Кроме того, наружная балластная емкость 22 первого модуля 2 содержит со стороны второго модуля 3 следующее:
- второй нижний клапан 222, обеспечивающий опорожнение внутренней балластной емкости 23 первого модуля 2, путем соединения, при определенных условиях с помощью отводной трубы 8, нижней части внутренней балластной емкости 23 с верхней частью внутренней балластной емкости 33 второго модуля 3, и
- третий, верхний клапан 223, обеспечивающий наполнение внутренней балластной емкости 23 первого модуля 2, путем соединения, при определенных условиях с помощью отводной трубы 8, верхней части внутренней балластной емкости 23 с нижней частью внутренней балластной емкости 33 второго модуля 3.
Кроме того, внутренняя балластная емкость 23 первого модуля 2 содержит следующее:
- первую трубу 231, проходящую в нижней части внутренней балластной емкости 23 в направлении второго модуля 3 и обеспечивающую опорожнение внутренней балластной емкости 22 путем ее соединения, через второй клапан 222 и, при определенных условиях, через отводную трубу 8, с верхней частью внутренней балластной емкости 33 второго модуля 3, и
- вторую трубу 232, проходящую в верхней части внутренней балластной емкости 23 в направлении второго модуля 3 и обеспечивающую наполнение внутренней балластной емкости 22 путем ее соединения, через второй клапан 223 и, при определенных условиях, через отводную трубу 8, с нижней частью внутренней балластной емкости 33 второго модуля 3.
Балластная юбка 24 первого модуля 2 своей верхней стороной 241 жестко соединена с дном 224 наружной балластной емкости 22 и подвешена на этой емкости 22 с помощью телескопических подвесов (не показаны), причем эти подвесы предпочтительно являются подвесами гидравлического типа и содержат гидроцилиндры, обеспечивающие развертывание и свертывание балластной юбки 24, причем эти подвесы подвешены после наружной балластной емкости 22 для увеличения полезного объема воды.
Балластная юбка 24 имеет переменную геометрию и содержит в нижней части жесткое и усиленное днище 242, на котором помимо телескопических подвесов закреплены боковые края 243, деформируемые в вертикальном направлении, предпочтительно - в виде мехов, так что верхняя сторона 241 и днище 242 могут либо сближаться для переноса содержащейся в этой балластной юбке жидкости к балластной юбке 34 второго модуля 3, либо удаляться друг от друга для приема жидкости, содержащейся в балластной юбке 34. Наконец, балластная юбка 24 первого модуля 2 содержит клапан (не показан), расположенный в нижней части этой балластной юбки для ее соединения со второй отводной трубой 9 и обеспечения наполнения или опорожнения балластной юбки 24. Для этого днище 242 балластной юбки 24 удерживается на фиксированном и постоянном расстоянии от дна 213 главной емкости 21.
Аналогично первому модулю 2 наружная балластная емкость 32 второго модуля 3 содержит первый клапан 321, расположенный в нижней части этой емкости на стороне, противоположной первому модулю 2, и обеспечивающий наполнение или опорожнение наружной балластной емкости 32 путем ее соединения с главной емкостью 31 второго модуля 3.
Кроме того, наружная балластная емкость 32 второго модуля 3 содержит со стороны первого модуля 2 следующие элементы:
- второй нижний клапан 322, обеспечивающий опорожнение внутренней балластной емкости 33 второго модуля 3 путем ее соединения, при некоторых условиях через отводную трубу 8, с верхней частью внутренней балластной емкости 23 первого модуля 2, и
- третий верхний клапан 323, обеспечивающий наполнение внутренней балластной емкости 33 второго модуля 3, обеспечивая ее соединение, при некоторых условиях через отводную трубу 8, с нижней частью внутренней балластной емкости 23 первого модуля 2.
Кроме того, внутренняя балластная емкость 33 второго модуля 3 содержит следующие элементы:
- первую трубу 331, проходящую в верхней части внутренней балластной емкости 33 в направлении первого модуля 2 и обеспечивающую опорожнение внутренней балластной емкости 32 путем ее соединения через второй клапан 322, и, при некоторых условиях, через отводную трубу 8, с верхней частью внутренней балластной емкости 23 первого модуля 2, и
- вторую трубу 332, проходящую в верхней части внутренней балластной емкости 33 в направлении первого модуля 2 и обеспечивающую наполнение внутренней балластной емкости 32 путем ее соединения, через второй клапан 323 и, при некоторых условиях, через отводную трубу 8, с нижней частью внутренней балластной емкости 23 первого модуля 2.
Балластная юбка 34 второго модуля 3 своей верхней стороной 341 жестко соединена с дном 324 наружной балластной емкости 32 и подвешена на этой емкости 32 с помощью телескопических подвесов (не показаны), причем эти подвесы предпочтительно являются подвесами гидравлического типа и содержат гидроцилиндры, обеспечивающие развертывание и свертывание балластной юбки 34, причем эти подвесы подвешены после наружной балластной емкости 32 для увеличения полезного объема и таким образом полезной массы воды.
Телескопические подвесы второго модуля 3 имеют гидравлическое соединение с телескопическими подвесами первого модуля 2 для работы в противофазе. Таким образом, по мере того как наружная балластная емкость 32 опускается, гидравлические подвесы, удерживающие балластную юбку 34 второго модуля 3, удерживают ее на фиксированном и постоянном расстоянии от дна 313 главного модуля 31, и гидравлическое соединение обеспечивает обратные перемещения в телескопических подвесах балластной юбки 24 первого модуля 2. Балластная юбка 34 имеет переменную геометрию и содержит в нижней части жесткое и усиленное днище 342, на котором помимо телескопических подвесов закреплены боковые края 343, деформируемые в вертикальном направлении, предпочтительно в виде мехов, так что верхняя сторона 341 и днище 342 могут либо сближаться для переноса жидкости, содержащейся в балластной юбке 34, к балластной юбке 24 второго модуля 2, либо удаляться друг от друга для приема жидкости, содержащейся в балластной юбке 24.
Наконец, балластная юбка 34 второго модуля 3 содержит клапан (не показан), расположенный в нижней части для соединения этой балластной юбки со второй отводной трубой 9 и обеспечения ее наполнения или опорожнения. Для этого днище 342 балластной юбки 34 удерживается на фиксированном и постоянном расстоянии от дна 313 главной емкости 31.
Система 1 выработки электроэнергии содержит также по меньшей мере первые передаточные устройства 12, 13, соединяющие наружную балластную емкость 22, 32 соответственно первого и второго модулей 2, 3 с соответствующей главной емкостью 21, 31, причем эти первые передаточные устройства 12, 13 позволяют понижать передаточное отношение и передавать переменное вертикальное движение соответствующих наружных балластных емкостей 22, 32 на генераторы 14 переменного тока для выработки электрического тока.
Кроме того, каждое из этих первых передаточных устройств 12, 13 содержит тормозное устройство (не показано), позволяющее заблокировать наружные балластные емкости 22, 32 в нужном положении и предотвратить либо их подъем под действием силы Архимеда, если уровень воды в соответствующей главной емкости 21, 31 не достиг своей максимальной высоты, либо их опускание под действием силы тяжести, если уровень воды в соответствующей главной емкости 21, 31 не достиг своей минимальной высоты. Напротив, при оптимальном уровне воды в главной емкости 21, 31 каждое из тормозных устройств позволяет каждой из наружных балластных емкостей 22, 32 вертикально опуститься за счет силы тяжести или вертикально подняться под действием силы Архимеда.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов изобретения (не показан), первые передаточные устройства 12, 13 являются устройствами гидравлического типа, и каждое из них содержит по меньшей мере первый и второй гидроцилиндры, каждый из которых выполнен с возможностью обеспечения давления в жидкости, предпочтительно масле, для приведения в действие гидравлического двигателя, соединенного с генератором 14 переменного тока.
Первый гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус, закрепленный на дне 213, 313 соответствующей главной емкости 21, 31, в котором может двигаться поршень, жестко соединенный с соответствующей наружной балластной емкостью 22, 32 и зависящий от ее перемещений в вертикальном направлении снизу вверх и сверху вниз, вызванных силой Архимеда и силой тяжести.
Второй гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус, закрепленный на верхней стороне 215, 315 соответствующей главной емкости 21, 31, в котором может двигаться поршень, жестко соединенный с соответствующей наружной балластной емкостью 22, 32 и зависящий от ее перемещений в вертикальном направлении снизу вверх и сверху вниз, вызванных силой Архимеда и силой тяжести.
Предпочтительно, поршень первого гидроцилиндра и поршень второго гидроцилиндра являются одной и той же деталью, пересекающей соответствующую наружную балластную емкость.
Жидкость, используемая в первых передаточных устройствах 12, 13, циркулирует в замкнутом контуре. Действительно, первые передаточные устройства 12 и 13 соединены между собой гидравлическими контурами (не показаны), поддерживающими высокие давления и обеспечивающими масляное соединение первого гидроцилиндра наружной балластной емкости 22 с первым гидроцилиндром наружной балластной емкости 32 таким образом, чтобы соответствующие отрезки двух контуров были одинаковы, а синхронизация - абсолютной, т.е., когда наружная балластная емкость 22 опускается, наружная балластная емкость 32 поднимается.
В этой конфигурации тормозные устройства являются тормозным клапаном, установленным в гидравлических контурах и обеспечивающим открытие или полное закрытие прохода масляного потока. Каждый из тормозных клапанов является клапаном, например, мотылькового типа, расположенным на выходе каждого из первого и второго гидроцилиндров, который может быть закрыт на 100% системой автоматического регулирования. Этот тормозной клапан может быть либо закрыт, блокируя в нужном положении каждую из наружных балластных емкостей 22, 32, либо открыт на 100%, позволяя каждой из наружных балластных емкостей 22, 32 опуститься или подняться в вертикальном направлении.
Кроме того, система 1 выработки электроэнергии содержит также по меньшей мере два вторых передаточных устройства 15, 16, соединяющих соответственно наружную балластную емкость 23, 33 первого и второго модулей 2, 3 с соответствующей наружной балластной емкостью 22, 32, причем эти вторые передаточные устройства 15, 16 позволяют понижать передаточное отношение и передавать переменное вертикальное движение соответствующих внутренних балластных емкостей 23, 33 на генераторы 17 переменного тока для выработки электрического тока.
Кроме того, каждое из этих вторых передаточных устройств 15, 16 содержит тормозное устройство (не показано), позволяющее заблокировать каждую из внутренних балластных емкостей 23, 33 в нужном положении и предотвратить либо их подъем под действием силы Архимеда, если уровень воды в соответствующей наружной балластной емкости 22, 32 не достиг своей максимальной высоты, либо их опускание под действием силы тяжести, если уровень воды в соответствующей наружной балластной емкости 22, 32 не достиг своей минимальной высоты. Напротив, когда уровень воды в наружной балластной емкости 22, 32 является оптимальным, каждое из тормозных устройств позволяет каждой из внутренних балластных емкостей 23, 33 вертикально опуститься за счет силы тяжести или вертикально подняться под действием силы Архимеда.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов изобретения (не показан), вторые передаточные устройства 15, 16 являются устройствами гидравлического типа, и каждое из них содержит по меньшей мере первый и второй гидроцилиндры, каждый из которых выполнен с возможностью обеспечения давления в жидкости, предпочтительно масле, для приведения в действие гидравлического двигателя, соединенного с генератором 17 переменного тока.
Первый гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус, закрепленный на дне 224, 324 соответствующей наружной балластной емкости 22, 32, в котором может двигаться поршень, жестко соединенный с соответствующей внутренней балластной емкостью 23, 33 и зависящий от ее вертикальных перемещений снизу вверх и сверху вниз, вызванных силой Архимеда и силой тяжести.
Второй гидроцилиндр содержит цилиндрический корпус, закрепленный на верхней стороне 225, 325 соответствующей наружной балластной емкости 22, 32, в котором может двигаться поршень, жестко соединенный с соответствующей внутренней балластной емкостью 23, 33 и зависящий от ее вертикальных перемещений снизу вверх и сверху вниз, вызванных силой Архимеда и силой тяжести.
Предпочтительно, поршень первого гидроцилиндра и поршень второго гидроцилиндра являются одной и той же деталью, пересекающей соответствующую наружную балластную емкость.
Жидкость, используемая во вторых передаточных устройствах 15, 16 циркулирует в замкнутом контуре. Действительно, первые передаточные устройства 15 и 16 соединены между собой гидравлическими контурами (не показаны), поддерживающими высокие давления.
В этой конфигурации тормозные устройства являются тормозными клапанами, установленными в гидравлических контурах и обеспечивающими открытие или полное закрытие прохода масляного потока. Каждый из тормозных клапанов является клапаном, например, мотылькового типа, расположенным на выходе каждого из первого и второго гидроцилиндров, который может быть закрыт на 100% системой автоматического регулирования. Этот тормозной клапан может быть либо закрыт, блокируя в нужном положении каждую из внутренних балластных емкостей 23, 33, либо открыт на 100%, позволяя каждой из внутренних балластных емкостей 22, 32 опуститься или подняться в вертикальном направлении.
Без отклонения от сущности настоящего изобретения, внутренние балластные емкости 23, 33 соответственно первого и второго модулей 2, 3 могут содержать воздухоотвод (не показан), соединяющий эти внутренние балластные емкости 23, 33 соответственно с главными емкостями 21, 31 для обеспечения переноса воздуха при опорожнении или наполнении этих внутренних балластных емкостей 23, 33.
Ниже будут описаны со ссылками на фиг. 2A-2N разные последовательные этапы цикла выработки энергии, осуществляемые с помощью системы 1 выработки электроэнергии в соответствии с настоящим изобретением, содержащей блок из первого и второго модулей 2, 3.
Таким образом, на фиг. 2А представлен первый этап, на котором, с одной стороны, первый модуль 2 находится в ситуации, когда его главная емкость 21 пуста, наружная балластная емкость 22 наполнена и заблокирована в верхнем положении, внутренняя балластная емкость пуста и заблокирована в нижнем положении, и балластная юбка 24 наполнена и полностью развернута, и, с другой стороны, второй модуль 3 находится в ситуации, при которой его главная емкость 31 практически наполнена, наружная балластная емкость 32 пуста и заблокирована в нижнем положении, внутренняя балластная емкость 33 наполнена и заблокирована в верхнем положении, и балластная юбка 24 пуста и полностью свернута, причем блокировка разных емкостей в нужном положении обеспечена соответствующими тормозными клапанами.
Верхнее и нижнее положения наружных балластных емкостей 22, 32 и внутренних балластных емкостей 23, 33 являются положениями относительно элементов, в которых они расположены, т.е. главных емкостей 21, 31 и наружных балластных емкостей 22, 32 соответственно.
На фиг. 2В наружная балластная емкость 22 освобождена и опускается под действием силы тяжести, прикладывая давление к балластной юбке 24, которая стремиться передать содержащуюся в ней жидкость балластной юбке 34 с помощью второй отводной трубы 9 и соответствующих клапанов. Внутренняя балластная емкость 23 освобождена и поднимается под действием силы Архимеда. Кроме того, главная емкость 31 продолжает наполняться жидкостью, содержащейся во втором резервуаре 5 и проходящей через первый клапан 311. Наружная балластная емкость 32 освобождена и поднимается под действием силы Архимеда и развертывания наполняющейся балластной юбки 34. Внутренняя балластная емкость 33 освобождена и опускается под действием силы тяжести.
На фиг. 2С представлен первый модуль 2 в ситуации, когда его наружная балластная емкость 22 наполнена и находится в нижнем положении, внутренняя балластная емкость 23 пуста и находится в верхнем положении, и балластная юбка 24 пуста и полностью свернута. Второй модуль представлен в ситуации, когда его главная емкость 31 полностью наполнена, уровень жидкости в нем совпадает с уровнем жидкости во втором резервуаре 5 в соответствии с принципом сообщающихся сосудов, наружная балластная емкость 32 пуста и заблокирована в верхнем положении, внутренняя балластная емкость 33 наполнена и находится в нижнем положении, и балластная юбка 34 наполнена и полностью развернута.
На фиг. 2D первый клапан 221 открыт, что обеспечивает опорожнение наружной балластной емкости 22 в главную емкость 21, причем наружная балластная емкость 22 и внутренняя балластная емкость 23 заблокированы соответственно в нижнем и верхнем положениях. Первый клапан 321 открыт, что обеспечивает опорожнение главной емкости 31 и наполнение наружной балластной емкости 32, причем наружная балластная емкость 32 и внутренняя балластная емкость 33 заблокированы соответственно в верхнем и нижнем положениях. Воздух, содержащийся в наружной балластной емкости 32, отводится через воздухоотвод 10 в наружную балластную емкость 22 для облегчения наполнения и опорожнения наружных балластных емкостей 32, 22 соответственно.
На фиг. 2Е первый модуль представлен в ситуации, когда его главная емкость 21 частично наполнена, наружная балластная емкость 22 пуста и заблокирована в нижнем положении, внутренняя балластная емкость 23 пуста и заблокирована в верхнем положении, и балластная юбка 24 пуста и полностью свернута. Второй модуль 3 представлен в ситуации, когда его главная емкость 31 частично наполнена, наружная балластная емкость 32 наполнена и заблокирована в верхнем положении, внутренняя балластная емкость 33 наполнена и заблокирована в нижнем положении, и балластная юбка 34 наполнена и полностью развернута.
Первый клапан 211 по фиг. 2F открыт, что позволяет первому резервуару 4 продолжать наполнение главной емкости 21, наружная балластная емкость 22 и внутренняя балластная емкость 23 заблокированы соответственно в нижнем и верхнем положениях. Второй клапан 312 открыт, что обеспечивает продолжение опорожнения главной емкости 31 через второй слив 314, наружная балластная емкость 32 и внутренняя балластная емкость 33 заблокированы соответственно в верхнем и нижнем положениях. Воздух, содержащийся в главной емкости 21, отводится через верхний клапан 7 в главную емкость 31 для облегчения наполнения и опорожнения соответственно главных емкостей 21, 31.
На фиг. 2G первый модуль 2 представлен в ситуации, когда его главная емкость 21 частично наполнена, наружная балластная емкость 22 пуста и заблокирована в нижнем положении, внутренняя балластная емкость 23 пуста и заблокирована в верхнем положении, и балластная юбка 24 пуста и полностью свернута. Второй модуль 3 представлен в ситуации, когда его главная емкость 31 полностью опорожнена, наружная балластная емкость 32 наполнена и заблокирована в верхнем положении, внутренняя балластная емкость наполнена и заблокирована в нижнем положении, и балластная юбка 34 наполнена и полностью развернута.
На фиг. 2Н первый и второй модули 2, 3 представлены в ситуации, когда вторая труба 232 внутренней балластной емкости 23, третий клапан 223 наружной балластной емкости 22, первая отводная труба 8, второй клапан 322 наружной балластной емкости 32 и первая труба 331 внутренней балластной емкости 33 находятся в конфигурации, обеспечивающей соединение внутренних балластных емкостей 23 и 33. Третий и второй клапаны 223 и 322 открыты, что обеспечивает полное опорожнение внутренней балластной емкости 33 во внутреннюю балластную емкость 23. После наполнения внутренней балластной емкости 23 третий и второй клапаны 223 и 322 закрываются.
На фиг. 2I наружная балластная емкость 32 освобождена и опускается под действием силы тяжести, прикладывая давление к балластной юбке 34, которая стремится передать содержащуюся в ней жидкость в балластную юбку 24 через вторую отводную трубу 9 и соответствующие клапаны. Внутренняя балластная емкость 33 освобождена и поднимается под действием силы Архимеда. Кроме того, главная емкость 21 продолжает наполняться жидкостью, содержащейся в первом резервуаре 4 и проходящей через первый клапан 211. Наружная балластная емкость 22 освобождена и поднимается под действием силы Архимеда и развертывания наполняющейся балластной юбки 24. Внутренняя балластная емкость 23 освобождена и опускается под действием силы тяжести.
На фиг. 2J второй модуль 3 представлен в ситуации, когда его наружная балластная емкость 32 наполнена и находится в нижнем положении, внутренняя балластная емкость 33 пуста и находится в верхнем положении, и балластная юбка 34 пуста и полностью свернута. Первый модуль 2 представлен в ситуации, когда его главная емкость 21 наполнена, уровень жидкости в ней совпадает с уровнем жидкости в первом резервуаре 4 в соответствии с принципом сообщающихся сосудов, наружная балластная емкость 22 пуста и заблокирована в верхнем положении, внутренняя балластная емкость 23 наполнена и находится в нижнем положении, и балластная юбка 24 наполнена и полностью развернута.
На фиг. 2К первый клапан 321 открыт, что обеспечивает опорожнение наружной балластной емкости в главную емкость 31, наружная балластная емкость 32 и внутренняя балластная емкость 33 заблокированы соответственно в нижнем и верхнем положениях. Первый клапан 221 открыт, что позволяет главной емкости 21 опорожняться и наполнять наружную балластную емкость 22, причем наружная балластная емкость 22 и внутренняя балластная емкость 23 заблокированы соответственно в верхнем и нижнем положениях. Воздух, содержащийся в наружной балластной емкости 22, отводится через воздухоотвод 10 в наружную балластную емкость 32 для облегчения соответственно наполнения и опорожнения наружных балластных емкостей 22, 32.
На фиг. 2L второй модуль 3 представлен в ситуации, когда его главная емкость 31 частично наполнена, наружная балластная емкость 32 пуста и заблокирована в нижнем положении, внутренняя балластная емкость 33 пуста и заблокирована в верхнем положении, и балластная юбка 24 пуста и полностью свернута. Первый модуль 2 представлен в положении, когда его главная емкость 21 частично наполнена, наружная балластная емкость 22 наполнена и заблокирована в верхнем положении, внутренняя балластная емкость 23 наполнена и заблокирована в нижнем положении, и балластная юбка 24 наполнена и полностью развернута.
На фиг. 2М первый клапан 311 открыт, что позволяет второму резервуару 5 продолжать наполнение главной емкости 31, причем наружные балластные емкости 32 и внутренние балластные емкости 33 заблокированы соответственно в нижнем и верхнем положениях. Второй клапан 212 открыт, что обеспечивает продолжение опорожнения главной емкости 21 через первый слив 214, причем наружная балластная емкость 22 и внутренняя балластная емкость 23 заблокированы соответственно в верхнем и нижнем положении. Воздух, содержащийся в главной емкости 21, отводится через верхний клапан 7 в главную емкость 21 для облегчения соответственно наполнения и опорожнения главных емкостей 31, 21.
На фиг. 2N первый модуль 2 представлен в ситуации, когда его главная емкость 21 почти наполнена, наружная балластная емкость 22 пуста и заблокирована в нижнем положении, внутренняя балластная емкость 23 пуста и заблокирована в верхнем положении, и балластная юбка 24 пуста и полностью свернута. Второй модуль 3 представлен в ситуации, когда главная емкость 31 пуста, наружная балластная полость 32 наполнена и заблокирована в верхнем положении, внутренняя балластная полость 33 наполнена и заблокирована в нижнем положении, и балластная юбка 34 наполнена и полностью развернута. В этой ситуации первый и второй модули 2, 3 находятся в ситуации, когда первая труба 231 внутренней балластной емкости 23, второй клапан 222 наружной балластной емкости 22, первая отводная труба 8, третий клапан 323 наружной балластной емкости 32 и вторая труба 332 внутренней балластной емкости 33 находятся в конфигурации, обеспечивающей соединение внутренних балластных емкостей 23 и 33.
Наконец, для возвращения к ситуации по фиг. 2А достаточно открыть второй и третий клапаны 222 и 323, чтобы обеспечить полное опорожнение внутренней балластной емкости 23 во внутреннюю балластную емкость 33. После полного наполнения внутренней балластной емкости 33 третий и второй клапаны 223 и 322 закрываются.
На фиг. 1 ясно видно, что относительное перемещение, т.е. возвратно-поступательное движение между верхним и нижним положениями наружных балластных емкостей 22, 32 и внутренних балластных емкостей 23, 33 внутри главных емкостей 21, 31 и наружных балластных емкостей 22, 32 соответственно вырабатывают электрический ток с помощью первых 12, 13 и вторых 15, 16 передаточных устройств и соответствующих генераторов 14, 17 переменного тока.
В соответствии с одним из предпочтительных вариантов осуществления, система 1 выработки электроэнергии в соответствии с изобретением содержит множество блоков из первых и вторых модулей 2, 3. В этой конфигурации важно обеспечить последовательный сдвиг движений каждого из этих блоков. Этот последовательный сдвиг означает сдвиг, по меньшей мере на один такт, между перемещением элементов первого блока и элементов второго блока, причем перемещение элементов второго блока также сдвинуто по фазе относительно перемещения элементов третьего блока, и так далее, для улучшения непрерывности выработки энергии и подавления пиков и спадов выработки.
Кроме того, в соответствии с одним из вариантов осуществления (не показан), система 1 выработки электроэнергии в соответствии с изобретением для дополнительного увеличения выработки может содержать дополнительные устройства.
Так, можно использовать тепловую энергию, полученную с помощью нагревания гидравлической жидкости, соответствующей первым и вторым гидроцилиндрам первых передаточных устройств 12, 13 и вторых передаточных устройств 15, 16 для получения горячей воды, которая может:
- в холодный период питать центральное отопление, теплицы или специализированные предприятия, и
- в теплый период, когда центральное отопление не требуется, питать двигатели внешнего сгорания, типа, например, двигателя Стирлинга, соединенные с генераторами переменного тока с целью выработки электроэнергии.
Действительно, известно, что назначением двигателя внешнего сгорания является выработка из тепловой энергии, такой как энергия теплой воды первых и вторых гидроцилиндров первых 12, 13 и вторых передаточных устройств 15, 16, механической энергии, служащей для приведения в действие, предпочтительно, генератора переменного тока.
Кроме того, каждый из клапанов системы 1 выработки электроэнергии, а именно каждый из первых клапанов 211, 311 и вторых клапанов 222, 322 наружных балластных емкостей 22, 32, и нижнего и верхнего клапана 7, 6, являющихся гидравлическими или воздушными клапанами, соединен с генератором переменного тока, представленным только на фиг. 1, чтобы не перегружать другие чертежи. Кроме того, предпочтительно первая отводная труба 8, вторая отводная труба 9 и воздухоотвод 10 содержат также и турбину 81, 91, 101 соответственно, соединенную с генератором переменного тока, представленным только на фиг. 1, чтобы не перегружать другие чертежи.
Наконец, ясно, что система 1 выработки электроэнергии в соответствии с изобретением является особенно выгодной, простой в изготовлении и безвредной для окружающей среды. Действительно, требуется только один источник воды для непрерывного питания первого и второго резервуаров 4, 5, чтобы в этих резервуарах поддерживался по существу постоянный уровень. Кроме того, система 1 не загрязняет окружающую среду, поскольку ее гидравлические контуры являются замкнутыми, и вода, используемая для приведения в движение разных элементов первого и второго модулей 2, 3, не требует никакой специальной обработки и нагрева. Наконец, система 1 может также производить горячую воду для обогрева промышленных или жилых зданий.
Раскрытие других вариантов осуществления изобретения
В соответствии с одним из вариантов осуществления (не показан), система 1 выработки электроэнергии в соответствии с изобретением содержит, кроме того, на наружной балластной емкости 22, 32 каждого из первого и второго модулей 2, 3 соответственно верхнюю балластную юбку переменной геометрии, расположенную на верхней поверхности этой наружной балластной емкости 22, 32 и выполненную с возможностью наполнения жидкостью и опорожнения для развертывания или свертывания в вертикальном направлении. Нижняя сторона каждой из верхних балластных юбок жестко соединена с верхней стороной 225, 325 соответственно наружной балластной емкости 22, 32, и каждая из этих верхних балластных юбок подвешена с помощью телескопических подвесов (не показаны), причем эти подвесы предпочтительно являются гидравлическими и содержат гидроцилиндры, обеспечивающие развертывание и свертывание верхней балластной юбки, которые жестко соединены с наружной балластной емкостью 22, 32 для увеличения полезного объема воды.
Верхняя балластная юбка с переменной геометрией подобна описанной выше балластной юбке 24, 34, называемой также нижней балластной юбкой, и содержит в верхней части жесткий и усиленный потолок, на котором кроме телескопических подвесов крепятся боковые края, деформируемые в вертикальном направлении, предпочтительно в виде мехов, таким образом, что нижняя сторона и потолок верхней балластной юбки могут либо сближаться для выталкивания содержащейся в ней жидкости, либо удаляться друг от друга для приема жидкости.
Нижняя балластная юбка 24, 34 и верхняя балластная юбка наружной балластной емкости 22, 32 сообщаются друг с другом с помощью стоек, обеспечивающих проход воды и воздуха из нижней юбки 24, 34 в верхнюю и наоборот. Водо- и воздухообмен между изменяемыми юбками происходит также за счет работы в противофазе, т.е., когда нижняя балластная юбка 24, 34 и верхняя балластная юбка модуля 2 наполняются водой, нижняя балластная юбка 24, 34 и верхняя балластная юбка модуля 3 наполняются воздухом.
Соответственно, при использовании первым модулем 2 или вторым модулем 3 силы, вызванной тяготением, наружная балластная емкость 22 и, соответственно, 32, вертикально опускаются с помощью нижней балластной юбки 24, и, соответственно 34, которая свертывается по мере вертикального опускания и соответственно теряет массу, которая полностью компенсируется при вертикальном развертывании снизу вверх верхней балластной юбки, получающей воду из нижней балластной юбки 24 и, соответственно, 34, через соединительные стойки, причем верхняя балластная юбка приобретает массу, идентичную той, которую теряет нижняя балластная юбка 24 и, соответственно, 34.
Соответственно, общая масса воды и объемы воздуха, содержащиеся в нижних балластных юбках 24, 34 и верхних балластных юбках модуля 2, 3, всегда одинаковы, причем одна из юбок всегда дополняет другую.
Изменяемые юбки могут сообщаться между собой с целью экономии воды, т.е. после того, как уровень воды в главной емкости и ее нижней юбке достигнет нижней мертвой точки, блок может опорожниться (на 50%) в отношении совокупности главной емкости и опорожненной изменяемой юбки, достигшей верхней мертвой точки; затем излишки воды будут выпущены.
Этот вариант осуществления особенно предпочтителен, поскольку позволяет добавить, с одной стороны, значительные массы воды в каждую из наружных балластных емкостей 22, 32, чтобы увеличить мощность, полученную за счет силы тяжести, и, с другой стороны, значительные объемы воздуха в наружную балластную емкость 32, 22, чтобы увеличить мощность, полученную за счет силы Архимеда.
Возможность промышленного применения
Ясно, что система 1 выработки электроэнергии в соответствии с изобретением предпочтительно устанавливается в непосредственной близости от реки, из которой забирается вода для питания первого и второго резервуаров 4, 5, и в которую затем сбрасывается вода, отведенная из первого и второго модулей 2, 3 через первый и второй сливы 214, 314. Однако ясно, что эта система 1 выработки электроэнергии может быть также установлена вблизи любого другого источника воды, такого как, например, озеро или море. Наконец, ясно, что описанные примеры системы 1 выработки электроэнергии в соответствии с изобретением являются только иллюстративными и никак не ограничивают объема настоящего изобретения.
Реферат
Изобретение относится к системе (1) выработки электроэнергии. Система содержит по меньшей мере один блок, содержащий первый модуль (2) и второй модуль (3), работающие в противофазе. Модули (2, 3) идентичны и симметричны. Каждый из модулей содержит главную емкость (21, 31), соединенную соответственно с первым резервуаром (4) или вторым резервуаром (5) с жидкостью, наружную балластную емкость (22, 32), выполненную с возможностью перемещения внутри емкости (21, 31), внутреннюю балластную емкость (23, 33), выполненную с возможностью перемещения внутри емкости (22, 32), балластную юбку (24, 34), подвешенную на емкости (22, 32) и выполненную с возможностью развертывания или свертывания в вертикальном направлении, и первые и вторые передаточные устройства (12, 13, 15, 16), обеспечивающие передачу движения емкостей (22, 32) и емкостей (23, 33), соответственно, на генераторы (14, 17) переменного тока. Изобретение направлено на повышение производительности. 14 з.п. ф-лы, 15 ил.
