專利名稱：水下發電的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及水下發電的系統。特別地但是非排他地，本發明涉及將流水的動能轉化為電能的系統。
背景技術：
由于全球溫室效應清潔發電已成為主要的關注點。已開發了使用太陽能電池，風力渦輪機和波浪渦輪機的可再生能源清潔發電。然而，使用海洋流的有效可再生能源發電系統尚待開發。
美國專利No.4,383,182公開了一種用于從海洋流發電的裝置。該裝置具有翼并且被錨固到海底。許多工作輪(propeller)連接到所述翼并且被海洋流旋轉。工作輪的旋轉導致發電機旋轉以產生電力。該裝置的問題在于其不容易被移動以適應海洋流方向的改變。此外，能量的產生依賴于利用海洋流的特定區域的工作輪的尺寸和數量。
美國專利No.4,163,904公開了一種使用海洋流發電的水下渦輪裝置。該渦輪機由通過渦輪機葉片的水流驅動。并且，其產生的電力水平與渦輪裝置能夠利用的水域成正比。
美國專利No.4,335,319公開了一種水電動力裝置，其包括位于水面之上的發電站，該發電站包含在發電站之上的發電機。當海洋流足夠驅動渦輪機時水力渦輪機從發電站下降。該裝置的缺點在于需要動力來伸出和收回渦輪機。此外，所利用的海洋流面積相當于渦輪機的入口面積。
美國專利No.5,440,176公開了一種類似于美國專利No.4,335,319的水電動力裝置，其中一系列渦輪機依賴海洋流的速度被伸出和收回。美國專利No.5,440,176水電動力裝置存在的缺點與美國專利No.4,335,319存在的缺點類似美國專利No.6,109,863公開了一種用于發電的完全潛水式裝置。該裝置包括浮力結構，該浮力結構具有安裝在其上的馬達。一系列葉片連接到所述馬達。所述葉片由海洋流旋轉以產生電力。該裝置的缺點在于電力的產生依賴于葉片能夠利用的海洋流的面積。
美國專利No.4,313,059公開了一種用于從海洋流發電的系統。該系統使用兩個連接到纜索相反端的撈錨(drag)，纜索的中間圍繞發電機。所述撈錨下降到海中并且從錨固位置移動到非錨固位置以使纜索作往復運動。該系統的缺點在于當在兩個方向旋轉時發電機必須能夠產生能量。此外，由于發電機經常改變方向，因此能量供應不是恒定的。
英國專利申請No.2,214,239A公開了一種用于從自然流體流動產生電力的裝置。該裝置包括具有許多葉片的連續輸送皮帶。所述連續輸送皮帶圍繞一對柱體，所述柱體被可操作地連接以驅動發電機。所述連續輸送皮帶被定向成使得通過葉片的水流驅動所述皮帶并且進而旋轉所述柱體。該裝置的缺點在于水流過前一組葉片，然后流過連續輸送皮帶上的后一組葉片。這在通過后一組葉片的水中產生了水湍流，進而減小了該裝置的效率。
本發明的目的本發明的目標是克服或減輕上述缺點中的至少一個或多個，或者為用戶提供有用的或商業的選擇。
發明內容
在一個形式中，盡管其不需要是唯一的或確實是最寬的形式，本發明提供了一種水下發電系統，其包括至少一個可沿限定的路徑移動的線狀元件；多個連接到所述線狀元件的水翼(foil)；和至少一個可操作地連接到所述線狀元件的動力輸出裝置；所述水翼使所述線狀元件因水流的流動而沿所述限定路徑移動；其中所述限定路徑位于基本垂直于水流的流動的平面中。
所述限定路徑可以由軌道，一對輪子，多個滑輪等限定。
所述線狀元件可以是纜索、皮帶、鏈條或類似的連續輸送元件。
所述動力輸出裝置可以可操作地連接到泵或發電機或類似設備。
本發明的進一步特征將從以下具體描述而變得顯而易見。
為了幫助理解本發明并且使本領域的技術人員能實施本發明，將僅僅參考附圖用例子來描述本發明的實施方式，其中圖1顯示了根據本發明的第一實施方式的水下發電系統的頂視圖；圖2顯示了形成圖1的水下發電系統的一部分的兩個驅動單元的前視圖；圖3顯示了圖1的水下發電系統的側視截面圖；圖4顯示了圖1的水下發電系統的側視截面圖；圖5顯示了圖1中所示的軌道的頂視圖；圖6顯示了沿線A-A的軌道的橫截面圖；圖7顯示了沿線B-B的軌道的橫截面圖；圖8顯示了翼增強板和連接臂的頂視圖；圖9顯示了圖8中所示的翼增強板和連接臂的前視圖；圖10顯示了圖8的連接臂的側視圖；圖11顯示了水翼支座組件的前視圖；圖12顯示了圖11的水翼支座組件的頂視圖；圖13顯示了圖11的水翼支座組件的側視圖；圖14顯示了圖11的水翼支座組件的底視圖；圖15顯示了水下發電系統的動力輸出裝置的前視細部圖；圖16顯示了水下發電系統的動力輸出裝置的截面細部圖；和圖17顯示了水下發電系統的側視截面細部圖。
圖18顯示了根據本發明的第二實施方式的水下發電系統的透視圖；圖19顯示了形成圖18的水下發電系統的一部分的兩個驅動單元的部分特寫透視圖；圖20顯示了圖18的水下發電系統的側視圖；圖21顯示了根據本發明的第二實施方式的水下發電系統的驅動單元的平面圖；圖22顯示了根據本發明的第三實施方式的水下發電系統的側視圖
圖23顯示了圖23的水下發電系統的平面圖；圖24顯示了形成圖23的水下發電系統的一部分的兩個驅動單元的前視圖；圖25顯示了形成圖23的水下發電系統的一部分的水翼；和圖26顯示了具有安裝在其上的后漏斗(funnel)和前漏斗的圖23中所示的水下發電系統的側視圖；圖27顯示了圖27中所示的水下發電系統的平面圖；圖28顯示了圖26中所示的水翼的另一實施方式的透視圖；圖29顯示了圖26中所示的水翼的另一頂視透視圖；圖30顯示了圖26中所示的水翼的另一透視圖；圖31顯示了形成圖26中所示的水翼的一部分的連接元件的透視圖；和圖32顯示了圖32中所示的連接元件的頂視截面圖。
具體實施例方式
圖1-4顯示了使用水流產生電力的水下發電系統10。水下發電系統10包括框架20，軌道30，多個水翼40和動力輸出裝置50(take-off)。
框架20由帶有兩個弓形連接臂22的主圓柱體21形成。主圓柱體21是中空的并且具有從主圓柱體21向后延伸的中心穩定翼23。側向穩定翼24位于主圓柱體21的側面。
弓形臂22用于保持水下發電系統10。纜索(未示出)連接到每個弓形臂22的末端并且錨固到海底或河底以將水下發電系統保持在適當位置。作為另一選擇，纜索被安裝到橋、船或類似的結構上。
軌道支承元件25被連接并且從主圓柱體21向外延伸。軌道支承元件25用于安裝軌道30。每個軌道支承元件25由軌道臂26和軌道托架27形成，其細節在圖17中示出。兩個螺栓孔28定位成穿過托架以將軌道連接到托架27。
如圖5-7中更具體地所示，軌道30為橢圓形。軌道30由兩個側軌道板31，底軌道板32和兩個L形接合板33形成。軌道30的橫截面是矩形通道。
每個水翼40由圖17中所示的兩個側翼(wing)41和連接臂42形成。兩個側翼41相對于彼此向后張開并且相對于連接臂42向下傾斜。側翼41由玻璃纖維形成并且當從橫截面觀察時為淚珠形狀。
每個側翼具有圖8和9中所示的側翼增強板43，所述側翼增強板延伸通過側翼41的中心。圖8、9和10中所示的水翼連接臂42由水翼連接板44和兩個傾斜的連接側翼板45形成。連接側翼板45用于安裝各自的增強板45。玻璃纖維圍繞增強板23，連接側翼板45和水翼連接板44的頂部被模塑以產生水翼和關聯的側翼。一系列孔46穿過水翼連接板44定位。孔46用于將水翼安裝在相對于水翼支座組件60的所需角度。
圖11-14中具體所示的水翼支座組件60由鏈條支承元件70，兩個頂輪組件80和兩個底輪組件90形成。鏈條支承元件70由C形通道形成。支座連接板71連接到鏈條支承元件70并且從其向上延伸。
每個頂輪組件80由頂軸81形成，所述頂軸具有安裝在頂軸81的相反端附近以用于旋轉的兩個頂輪82。每個頂輪82具有位于頂輪內的輪通道83。墊圈84位于頂輪82和頂軸81之間。支座連接板71用于安裝每個頂軸。每個頂軸經連接銷85樞轉地安裝到支座連接板71。
每個底輪組件90由底軸91形成，所述底軸具有安裝在底軸的末端附近以用于旋轉的底輪92。底輪92是平緣輪。鏈條支承元件70用于安裝底軸92。墊圈93位于底輪92和底軸91之間，以及底軸92和鏈條支承元件70之間。
鏈條安裝元件73連接到鏈條支承元件70。鏈條支承元件連接到主動鏈74。主動鏈74沿軌道30的周邊延伸。
在使用中，頂輪的輪通道被放置在側軌道板31的頂部以允許水翼支座組件60沿通道30的頂部運行。底輪92沿通道30的內側平穩地移動。底輪92由潤滑片75保持在通道內并且防止頂輪從通道30出軌。當水翼支座組件60圍繞軌道30的弓形截面移動時頂軸81樞轉。圖18顯示了當水翼支座組件60圍繞軌道30的弓形截面移動時頂軸81樞轉。
圖15和16中所示的動力輸出裝置50包括安裝到主齒輪軸52的主齒輪51。主齒輪軸52經軌道30和主圓柱體21被安裝。主齒輪軸52安裝在軌道的弓形截面的中間附近。主齒輪51嚙合主動鏈74并且當水翼支座組件60圍繞軌道30移動時被主動鏈74驅動。動力輸出裝置50也包括底齒輪53，該底齒輪連接到與主齒輪81的末端相反的主齒輪軸52的末端。底齒輪53位于中心穩定翼23內。
增速組件100位于動力輸出裝置附近。增速組件100包括增速大齒輪101和增速小齒輪102，這兩個齒輪都安裝到增速軸103。增速軸103通過主圓柱體21被安裝以用于旋轉。增速齒輪101和102位于中心穩定翼23內。增速小齒輪102基本小于底齒輪53。增速小齒輪102經鏈條104連接到底齒輪。增速大齒輪101與底齒輪的尺寸相同。
兩個泵組件110和120位于增速組件100附近。每個泵組件包括安裝到各自的泵軸112和122的各自的泵齒輪111和121。各個泵軸112和122連接到驅動泵114和124。第一泵組件110還包括安裝到泵軸112的傳動齒輪113。增速大齒輪101經鏈條115連接到第一泵齒輪111。傳動齒輪113經鏈條125連接到第二泵齒輪121。每個泵連接到渦輪機(未示出)。
水翼40使用兩個水翼附屬板47連接到水翼支座組件60。水翼附屬板47連接到水翼連接板44和支座連接板71。能夠使用位于水翼連接板44中的一系列孔調整水翼40的角度。水翼的角度由多種因素確定，例如水的速度和水流的方向。
在使用中，水下發電系統10位于水流內，從而軌道30基本垂直于水流。水流作用在水翼40上并且導致水翼驅動圍繞軌道30的主動鏈74。主動鏈74依次驅動主齒輪51，主軸52和底齒輪53。底齒輪53驅動增速大齒輪101，增速小齒輪102和增速軸103。增速大齒輪101、增速小齒輪102和增速軸103的轉速基本大于主齒輪51、主軸52和底齒輪53的轉速。
增速大齒輪101驅動第一泵齒輪111、第一泵軸112和傳動齒輪113。第一泵齒輪111、傳動齒輪113和第一泵軸112的轉速基本大于增速大齒輪101、增速小齒輪102和增速軸103的轉速。傳動齒輪驅動第二泵齒輪121和第二泵軸122。泵軸112和122驅動它們各自的泵114和124，所述泵提供加壓水以驅動渦輪機產生電力。
側向穩定翼24可以被調整，從而由水翼40引起的軌道30的旋轉不會導致不穩定。
圖18顯示了根據本發明的一個實施方式的發電系統201。發電系統201具有錨202，四個纜索203，支承框架204，四個穩定翼205，下驅動單元207和上驅動單元208。
錨202牢固地連接附著到海底206。優選地，錨202是本領域公知的巖石錨，因而錨202牢固地固定到海底206。任選地，錨202可以由混凝土或較重金屬形成，從而錨202的重量牢固地將錨202定位成與海底206接觸。
如圖18中所示，四個纜索203在一端牢固地連接到錨202。纜索203自由地圍繞錨202旋轉。框架204在遠離錨202的末端連接到每個纜索203。框架204包括兩個水平元件209和兩個豎直元件210。每個纜索203在框架204的水平元件209和豎直元件210的交叉處被連接。
上驅動單元208和下驅動單元207如圖所示地連接到框架204。穩定翼205連接到上驅動單元208的每一端。類似地，穩定翼205如圖所示地連接到下驅動單元207的每一端。這將在下面更詳細地進行說明。
任選地，框架204，上驅動單元208和下驅動單元207可以連接到船上的纜索，或在不依靠連接到錨的纜索進行錨固的情況下被固定到海底。作為另一選擇，纜索203可以在一端連接到框架204，上驅動單元208和下驅動單元207，并且在另一端連接到固定結構，例如橋塔或碼頭。
圖19顯示了上驅動單元208和下驅動單元207的部分特寫透視圖。上驅動單元208和下驅動單元207各自具有圓形結構211形式的兩個動力輸出裝置，內部導向纜212，外部導向纜213和水翼214形式的多個撈錨。
每個圓形結構211可旋轉并且具有圓錐形外殼215，發電機(未示出)，內輪(未示出)，外輪216和多個輪輻217。內輪(未示出)具有在圓形結構211的中心軸(未示出)的中心軸線并且是可旋轉。外輪216可旋轉并且經多個輪輻217從圓形結構211的中心軸線被支承。外輪216和內輪(未示出)圍繞相同的中心軸(未示出)旋轉。發電機可操作地連接到圓形結構211的中心軸(未示出)。發電機將圓形結構211的旋轉能轉化為電能，并且將會理解發電機具有與之連接的輸出電纜以用于將產生的電能遠離發電系統201傳輸到使用區域，例如遠程石油開采設備或商業電網。
圓錐形外殼215保護發電機以及發電機之后的電和/或機械部件使其免受損壞。從圖19中可以看到，每個圓形結構的圓錐形外殼215的外緣牢固地連接到框架204。另外，框架204保證圓形結構11在圖示的配置中彼此間隔并且圓形結構211之間的距離不變。
參考上驅動單元28，外導向纜213環繞形成上驅動單元28的一部分的一對圓形結構211。外導向纜213如圖所示地接觸每個圓形結構211的外輪216。另外，內導向纜212環繞形成上驅動單元208的一部分的每對圓形結構211的內輪(未示出)。
多個水翼214形成上驅動單元208的一部分并且在每個水翼214的一端連接到外導向纜213，并且在每個水翼214的另一端可釋放地連接到內導向纜212。
水翼214沿外導向纜213和內導向纜212均勻地被間隔并且能夠可操作地轉動形成上驅動單元208的一部分的每個圓形結構211的外輪216和內輪(未示出)。
將會理解下驅動單元207在結構上與上驅動單元208相同。
優選地，水翼214由尼龍制造并且具有剛性彎曲桿(未示出)，該彎曲桿保證每個水翼214被正確地定向，這將在下面論述。任選地，水翼214可以由不同于尼龍的撓性材料制造，例如撓性塑料等。作為另一選擇，水翼214可以由更剛性的材料制造，例如玻璃纖維，塑料，纖維化合物等。
圖20顯示了發電系統201的側視圖。可以看到，由于沿垂直于驅動設備的橫截面的方向的水流產生的壓力，水翼214從上驅動設備208和下驅動設備207向外伸出。圖18和圖20中未示出所有水翼20，但是如圖19中所表示的，將會理解存在四行水翼，每個驅動設備具有兩行。
在使用中，發電系統201被定位在具有持續的強海洋流的海域。任選地，發電系統201可以錨固到河床或其它類似的水流域。
如圖18中所示，發電系統201被定位成使得水流大致垂直于每個上驅動單元208和下驅動單元207的橫截面。
水翼214用作帆并且垂直于每個驅動單元的橫截面的水運動導致水翼214沿圓方向圍繞每個驅動單元運動。因而，水翼214沿圓方向圍繞每個上驅動單元208和下驅動單元207的運動導致每個驅動設備的外導向纜213和內導向纜212旋轉每個圓形結構211。另外，這引起了上驅動結構208，下驅動結構207和框架208的浮力。
重要的是，上驅動設備208中水翼214的旋轉方向與下驅動設備207中水翼214的方向相反。例如，如果水翼214沿順時針方向圍繞上驅動設備208旋轉，那么下驅動設備207中水翼214沿逆時針方向旋轉。水翼214在上驅動設備207上相比于水翼214在下驅動設備207上的該反向旋轉運動平衡了總體上施加到發電系統201的旋轉力并且保證了發電系統201如圖所示地保持正確地被定向。另外，穩定翼205有助于保持上驅動單元208，下驅動單元207和框架204的穩定性。此外，穩定翼205有助于向上驅動單元208，下驅動單元207和框架204提供浮力。
例如，如果上驅動單元208和下驅動單元207上的水翼214都沿順時針方向旋轉，那么凈順時針旋轉力將施加到發電系統201，從而導致整個系統旋轉。所以，每個水翼214具有桿(未示出)以保證水翼正確地被對準，從而它們沿所需的方向圍繞驅動設備運動。該桿的作用非常類似于帆船上的桅桿(boom)。
如先前所述的，水翼214可以由更具剛性的材料制造，因而可以被定向成使得在上驅動單元208和下驅動單元207中引起正確的旋轉。
當可釋放地連接到內導向纜212的水翼214的末端與圓形結構211的內輪(未示出)接觸時，水翼從內導向纜212分離。重要的是，牢固地連接到外導向纜213的每個水翼214的末端保持連接。因而，當每個水翼214圍繞所述圓形結構211旋轉時，連接到外導向纜213的水翼214的末端保持連接，連接到內導向纜212的末端分離并且在水翼214遠離每個圓形結構211之前馬上重新連接。
優選地，鏈條傳動機械驅動設備方便了每個水翼214從內導向纜212的分離和重連接，所述鏈條傳動機械驅動設備將水翼214的分離端從分離點移動到重連接點。
如先前所述的，發電機(未示出)位于每個圓形結構211的圓錐形外殼215內并且可操作地連接到外輪216和內輪(未示出)。如本領域中公知的，每個發電機將每個圓形結構211的旋轉能轉化為電能。因而，由于垂直于每個上驅動設備208和下驅動設備207的橫截面的水流引起的水翼214的運動導致了每個圓形結構211的內輪(未示出)和外輪216的可操作旋轉，并且每個圓形結構211中的發電機(未示出)將該旋轉能轉化為電能。
將會理解每個發電機將具有輸出端并且將被電連接到一個區域，在該區域將使用發電系統201產生的電能。這樣的區域可以包括遠程石油開采設備或商業電網。
任選地，經附加纜索203牢固地固定到錨202的另一對驅動設備可以形成發電系統201的一部分。該對設備可以位于上述兩個驅動設備的之上、之下或任一側。
將會理解可以用彼此接近的每個發電系統201組裝多個發電系統201。當電力需求增加時附加發電系統201可以加入到所述水場(farm)。
圖21顯示了作為上述的上驅動單元208和下驅動單元207的替換的驅動單元218。驅動單元218具有多個水翼214，框架220，內導軌222和外導軌223。
框架220是由多個元件形成的桁架式框架。框架220的功能是為驅動單元218提供支承并且保證其結構完整性保持完整。同樣，技術人員將理解不同于框架220的結構變化可以實現相同的目的。
兩個支承纜221連接到框架20并且為驅動單元218提供附加支承。
內導向軌道222和外導向軌道223位于框架220的任一側。這些導向軌道為半圓形結構并且被定位成使得內導向軌道222和外導向軌道223具有相同的中心點。輸送設備(未示出)位于每個內導向軌道222和外導向軌道223之上并且限定了圍繞每個導向軌道的半圓形路徑。
多個動力輸出裝置包括驅動單元218的一部分，該部分采用可旋轉地安裝在框架220上的滑輪225的形式。盡管未在圖21中示出安裝，本領域的技術人員將會理解滑輪225將通過臂、桁架、突出或類似這樣的從框架220的延伸部分被安裝。
發電機(未示出)連接到每個驅動滑輪225并且每個發電機能夠將旋轉能轉化為電能。將會理解每個發電機將電連接到電網。
導向纜219沿單一的、連續的路徑圍繞滑輪225延伸并且可沿該路徑移動。導向纜219接觸每個滑輪225并且由于導向纜219的張力所提供的、施加在滑輪225的外表面上的力而保持就位。滑輪225可移動地安裝在框架220上并且被偏壓以在導向纜219內保持持續的張力。
三個纜索對準空轉輪224接觸導向纜219并且在滑輪233和滑輪226之間位于框架220之上。纜索對準空轉輪224將導向纜219移置成能夠越過驅動滑輪230，然后再次往下，從而它可以接觸驅動滑輪226。
多個水翼214在每個水翼214的任一端可釋放地連接到導向纜219。連接設備(未示出)位于每個水翼214的任一端。
驅動單元218的功能與上述的上驅動單元208和下驅動單元207的相同之處在于，經過水翼214的水運動導致水翼214移動，這導致了導向纜219沿固定路徑運動。
水翼214沿位于驅動單元218的任一端的內和外導向軌道之間的直路徑運動。當水翼214沿該直路徑運動時它們通過連接設備(未示出)連接到導向纜219。然而，位于每個水翼214的每一端的連接設備(未示出)在水翼214作半圓形路徑運動之前從導向纜219分離，所述半圓形路徑由位于驅動單元218的任一端的內和外導向軌道限定。
當水翼214沿著圍繞位于驅動單元218的任一端的內和外導向軌道的半圓形路徑運動時，連接設備(未示出)被位于每個內導向軌道222和外導向軌道223上的輸送設備(未示出)移動。一旦完成該半圓形路徑，連接設備(未示出)從輸送設備分離并且重連接到導向纜219。因而，每個水翼214再次在水翼214的任一端牢固地連接到導向纜219。這樣，水翼214沿圍繞驅動單元218的橢圓路徑運動。
將會理解輸送設備(未示出)可以是鏈條傳動機械設備，當水翼214從導向纜219分離時所述鏈條傳動機械驅動設備圍繞內和外導向軌道移動連接設備，進而移動水翼214。作為另一選擇，輸送設備可以由一系列輪子組成或者可以是傳送帶類型的設備。
位于水翼214的任一端的連接設備(未示出)的類型類似于在架空索道椅式提升機上所應用的。該設備具有可釋放的夾緊機構以用于與導向纜219連接和分離，并且具有在夾緊位置和打開位置之間運動的方法，所述夾緊位置用于連接到導向纜，所述打開位置用于從導向纜219釋放連接機構，進而釋放水翼214。
類似于上述的下驅動單元207和上驅動單元208，驅動單元218的水翼214被對準以利用優選為海洋流的流水的動力。該流水導致水翼214引起導向纜219的運動。導向纜219的運動導致滑輪225的旋轉，該旋轉被連接到這些滑輪的發電機(未示出)轉化為電能。
將會理解驅動單元218可以代替發電系統201中的下驅動單元207和上驅動單元208，并且同樣可以用相同的方式固定到海底或橋塔。另外，多個驅動單元218可以用同樣的方式布置在一個水場中。
圖22和23顯示了根據本發明的另一實施方式的水下發電系統233。圖23顯示了一起形成發電系統233的一部分的上驅動單元234和下驅動單元235。
類似于上述的先前實施方式，發電系統233具有牢固地連接到海底的錨202。發電系統233進一步包括四個纜索203，框架204，上驅動單元234和下驅動單元235。纜索203在每個纜索203的一端固定到錨202并且在每個纜索203的相反端可操作地連接到框架204。上驅動單元234和下驅動單元235被安裝在框架204上。另外，穩定翼236如圖所示地在每一端安裝在框架204上以幫助穩定框架203和驅動單元232和235。
可旋轉驅動滑輪237形式的動力輸出裝置位于上驅動單元234的任一端。驅動軸238從每個驅動滑輪237的中心部分延伸并且每個驅動軸238可隨驅動滑輪237旋轉。調整設備靠近每個驅動滑輪237安裝到框架203的任一端上并且可操作地將每個驅動滑輪237連接到框架204。優選地，調整設備采用兩個可延伸臂239的形式。每個可延伸臂239的一端牢固地固定到框架204，并且每個臂239的相反端固定到驅動軸238，從而軸238仍然能夠旋轉。
可延伸臂238是可伸縮的，從而它們可以改變每個驅動軸238相對于框架204的角度，進而可操作地改變驅動滑輪237的角度。
鏈輪240連接到驅動滑輪237和框架202之間的一個驅動軸238。鏈輪240可隨驅動軸238旋轉并且經主動鏈242和泵軸246與泵241保持機械聯系。泵241具有允許水流入泵241內的開敞式進入口。另外，泵241具有高壓出口。在壓力下與遠離發電系統233的水連通的軟管(未示出)連接到泵241的出口，這將在以后更具體地進行說明。
任選地，上述的鏈輪和泵布置可以存在于上驅動單元234的兩個驅動滑輪237上。
驅動纜243圍繞上驅動單元234的驅動滑輪237。多個水翼244形式的撈錨沿驅動纜243的長度以隔開的間隔可操作地被連接。
圖25顯示了形成發電系統233的一部分的水翼244的透視圖。水翼244是變形成半圓形狀的矩形元件。水翼244由剛性材料形成，例如鋁、玻璃纖維等。多個連接臂245用于將水翼244連接到驅動纜243。每個連接臂245在臂245的一端牢固地固定到水翼244的一端，并且在臂245的另一端牢固地固定到驅動纜243。在圖25中，水翼244具有兩個連接到水翼244的連接臂243。然而，如圖23，每個水翼244可以具有連接的四個連接臂245。
優選地，水翼244固定到連接臂245。任選地，水翼244可以在支承臂244上樞轉以保證它們最佳地被對準。
下驅動單元235具有與上述上驅動單元234類似的特征。然而，如圖23中所示，下驅動單元235上的泵和鏈輪布置位于這樣一個驅動滑輪237上，該驅動滑輪位于與上驅動單元235的驅動滑輪237的泵和鏈輪布置相反的框架204的一側上。任選地，上驅動單元234和下驅動單元235上的兩者驅動滑輪237可以具有適配在其上的鏈輪和泵組件。
在使用中，如上述的先前實施方式，發電系統233浸入諸如河這樣的流水區域或持續的海洋流中。水流導致水翼244移動，進而可操作地導致驅動纜圍繞它們各自的驅動單元沿固定路徑旋轉。驅動纜243的運動導致驅動滑輪237的旋轉，進而導致每個驅動軸238的旋轉。因而，每個鏈輪240被旋轉并且可操作地導致每個泵241抽取靠近泵入口的水。該水被每個泵241加壓并且在壓力下經連接到泵出口的管連通。
加壓水被輸送到陸上發電站，該陸上發電站使用本領域公知的方法將加壓水的機械能轉化為電能。任選地，加壓水與靠近發電系統233的海底上的石油開采設備，船或封閉式加壓殼體連通以用于轉化為電能。
圖26顯示了具有安裝在其上的前漏斗247和后漏斗248的發電系統233的側視圖。圖27顯示了具有安裝在其上的前漏斗247和后漏斗248的發電系統233的平面圖。前漏斗247位于框架2的上游。類似地，后漏斗248位于框架2的下游。優選地，后漏斗248和前漏斗247被安裝在框架2上。
前漏斗247和后漏斗248一起用來利用水流增加驅動單元附近水的流速。水流速的該增加導致了更高效的發電系統。
在發電系統233中電能的產生發生在遠離發電系統233的地點。同樣，由于諸如發電機這樣的電力轉化設備不位于水下，因此發電系統233將具有低維護成本。
類似于先前的實施方式，多個驅動單元可以被布置在水場中以增加發電能力。
圖28-30顯示了采用水翼250形式的水翼244的第二實施方式的透視圖。水翼250作為撈錨形成發電系統233的一部分。水翼250具有一對側翼251A和251B，穩定翼252和連接元件253。
側翼251A和251B如圖所示地彼此形成一個角度。穩定翼252從側翼251A和251B的交叉處延伸。優選地，側翼251A和251B以及穩定翼252一體地形成。作為另一選擇，側翼251A和251B與穩定翼252分離地形成，并且穩定翼252牢固地固定在側翼251A和251B的交叉處。
側翼251A和251B以及穩定翼252由輕質剛性材料形成，例如玻璃纖維、塑料等。
特別參考圖28和29，可以看到每個側翼251A和251B具有錐形橫截面。側翼251A具有前導緣254A，后緣255A，球狀前部256A，薄尾部257A。側翼251A的橫截面在球狀前部256A最大，并且通過薄尾部257A變細，在后緣255A達到最小值。側翼251B的橫截面與上述側翼251A的橫截面相同。
連接元件253在遠離側翼251A和251B的一端從穩定翼252延伸。如圖所示，連接元件253將水翼250牢固地固定到發電系統233的驅動纜243。
圖31和32更詳細地顯示了連接元件253。連接元件243包括直部258和U形部259。波紋部分260在直部258的一個范圍上形成。波紋部分260位于穩定翼252內并且幫助直部256牢固地與之連接。優選地，穩定翼252圍繞直部258的波紋部分260形成。作為另一選擇，直部258的波紋部分260在已形成穩定翼252之后位于穩定翼252內。
U形部259從遠離波紋部分260的直部258的一端延伸。U形部259被焊接到直部258。任選地，U形部259可以通過諸如膠水這樣的化學固定劑或通過諸如鉚釘、螺栓等這樣的機械固定件固定到直部258。作為另一選擇，U形部259與直部258一體地形成。
如圖32中所示，直部258與U形部259成一個角度，從而這兩個部分不平行。
孔261在遠離直部258的一端位于U形部259上。發電系統233的驅動纜243通過孔261，從而連接元件253不可沿驅動纜243移動。因而，驅動纜243的一部分不可滑動地固定在連接元件253的孔261內。
如先前所述的，多個水翼250位于沿水下發電系統233的下驅動單元235和上驅動單元234上的每個驅動纜243的區間。水翼250是傾斜的使得它們利用流水的動能。
水翼50沿圖29中箭頭所指的方向圍繞驅動單元運動。側翼元件的成型橫截面保證了水翼50有效地利用流水的動能。
將會理解水翼250可以用作利用流水的動能的任何水下發電系統的撈錨。
當以上具體描述的水下發電系統使用自然水流來產生電力時它們對環境是友好的，而不會產生任何污染。由于諸如在河中、海洋中發現的以及由潮汐產生的水流經常發生，因此產生的電力是可再生的能源。
所述水下發電系統都具有至少一個沿限定路徑移動的線狀元件。所述路徑位于單一平面中。所述水下發電系統被定位成使得所述平面，進而所述路徑與水流的流動垂直。因而，當水翼被水推動時產生更小的湍流，同時導致效率增加。所述路徑垂直于水流的進一步優點在于當沿整個路徑通過時水翼總是為線狀元件提供驅動。
應當理解在不脫離本發明的精神和范圍的情況下可以對所述的實施方式進行各種改變和改進。
權利要求
1.一種水下發電系統，其包括至少一個可沿限定路徑移動的線狀元件；多個連接到所述線狀元件的水翼；和至少一個可操作地連接到所述線狀元件的動力輸出裝置；所述水翼使所述線狀元件由于水流的流動而沿所述限定路徑移動；其中所述限定路徑位于基本垂直于水流的流動的平面中。
2.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述線狀元件是纜索。
3.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述線狀元件是皮帶。
4.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述線狀元件是鏈條。
5.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述路徑由軌道限定。
6.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述限定路徑由多個輪子限定。
7.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述限定路徑由多個滑輪限定。
8.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述動力輸出裝置可操作地連接到泵。
9.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述動力輸出裝置可操作地連接到發電機。
10.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述水翼是剛性的。
11.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述水翼是撓性的。
12.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述水翼可釋放地連接到所述線狀元件。
13.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述水翼永久地連接到所述線狀元件。
14.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中所述水翼包括兩個側翼。
15.根據權利要求14所述的水下發電系統，其中所述側翼相對于彼此傾斜。
16.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中具有一個線狀元件。
17.根據權利要求1所述的水下發電系統，其中具有兩個線狀元件。
全文摘要
一種水下發電系統(10)具有沿限定路徑運動的線狀元件(30)。多個水翼(40)使用水流的流動驅動所述線狀元件。所述限定路徑位于基本垂直于水流的流動的平面中。動力輸出裝置(114，124)連接到所述線狀元件以產生動力。
文檔編號F03B13/26GK1875187SQ200480031834
公開日2006年12月6日 申請日期2004年9月20日 優先權日2003年9月19日
發明者M·D·佩里, D·B·吉爾摩, R·L·霍普, G·J·坎貝爾, M·L·克魯格, C·P·基廷 申請人:亞特蘭蒂斯資源私人有限公司