[发明专利]带驱动发电设备及方法

说明书

发明领域

本发明总体上涉及一种通过带驱动装置产生水电能的设备。特别是，本发明为一种在圆柱上成形螺旋带状物的带驱动，通过它，输入的水流可以使安装有带驱动件的轴转动，从而将运动传递给许多可能的发电装置。

发明背景

美国和其它国家都面临持续、快速增长的电力需求。以煤为动力的发电设备，尽管成本效率高，然而从空气、水和煤矿等方面来看，却带来许多不利的环境问题。原子核发电设备尽管能提供足够的电量，但兴建、操作费用极其昂贵，而且对许多公众来说，还存在三里岛(three mile island)、切尔诺贝利(Chemobyl)式的核灾难的危险，这些灾难都能带来相关的环境危害和危及生命的情形。

尽管从对环境的冲击的角度来讲，太阳能发电设备是很有希望的，但考虑到这种技术的目前状况，无论现在还是将来，它都不可能产生出足够的电量以满足巨大的电力需求。

通过使用一种可更新的资源，水力发电可以提供一种更有前景的发电方式。然而目前的水力发电技术包括：花费大量资金修建大坝；淹没大面积的土地以存放大量的水，供这种发电方式使用，这样大面积的土地无法利用。除此之外，不足的水深、水量和水流速度，都是极大地限制现有水力发电使用范围的重要因素。考虑到这些限制，如果这些制约可以超越，我国及世界许多地区都拥有水资源，可以用来大量发电。

超越这些制约的一种方法就是将水从低处用水泵送至海拔高处，以便将水集中在相对较小的蓄水池中，以利用落水的能量进行发电。目前的发电技术依靠大量的水提供能量，所以这些设备事实上不可能利用这种蓄水池的概念来扩大其能发电地点的列表。显然，发展新的水力发电技术是非常急需的，而且新的技术将支持发电设备的应用，而以前认为这种努力是不可行的。很久以来，水力发电系统都是各种发明的主题，例如Gorlovd的序号为5,451,137的美国专利，是关于反应涡轮机的。该涡轮机包括一个工作轮，其上有许多翼形叶片，安装在水流方向的横向位置上，以便在平行于管道中水流的平面上旋转。叶片按螺旋状布置，确保叶片的一部分总是位置与水流压力垂直，这样就保证能够以一个连续的速度转动，不增速，也不减速。然而，在管道长度方向上，叶片重复的频率保持恒定。

Hecker等申请的序号为5,997,242的美国专利提供一种水力涡轮机。该发明披露一种可旋转涡轮机转子，转子含有圆周入水口，以接收水流；另有一个轴向出水口，以排出水流。该涡轮机还包括一个锥形毂盘，可以绕中心轴旋转，毂盘直径从入水口到出水口逐渐减小。锥形毂盘包括含有与入水口毗邻的圆周和一个沿中心轴方向向内延伸的表面。涡轮机转子也包括至少两个螺旋形涡轮机叶片，叶片与锥形毂盘连接，每个涡轮机叶片含有一个与入水口毗邻的倾斜边缘，一个与出水口毗邻的后缘，叶片固定在这两个边缘之间的长度上。然而，再一次，叶片的重复频率在管道的长度方向上保持恒定。

Gorlov申请的序号为6,036,443的美国专利提供一种螺旋涡轮机装置，可在多方向的气流和水流中工作，用来提供动力和推进力。该涡轮机包括一排螺旋涡轮单元或模块，垂直或水平安装，以利用风力或水力。每个涡轮单元或模块由许多具有翼片轮廓的螺旋叶片组成。在一种结构中，使用一个圆柱状的分布器为水流导向，使其进入涡轮机叶片。再一次，叶片的重复频率在管道的长度方向上保持恒定。

尽管这些不同的系统都代表着关于水力发电机的创造性发明，他们却没能超越目前在水力发电的努力中所发现的制约与障碍，即：花费大量的资金用于修建大坝；淹没大面积的土地以存放大量的水，供这种发电方式使用，这样大面积的土地无法利用；使用目前的技术的水力发电机将受只能在有足够的水深、水量和水流速度的地区使用的限制。

所以，一个能够超越上述限制的系统是非常有用的，即：允许以较低的成本兴建发电设施进行发电；淹没较少的土地；能够在由于没有足够的水深、水量和水流速度而被认为不适宜水力发电的地区使用。

本发明恰好是一种这样的系统，并且与上述诸发明差别很大。本发明总体上包括一种包围在密封管道中的带驱动发电设备，因此在带驱动发电设备的翼片上可以产生一种极度凝聚的水流。

发明简述

正如以下更详细的说明，该带驱动发电设备包括一个带状弯曲形部件，由金属和其它适宜材料组成，附着在中心轴上。整个设备包含在一根管道中，管道在长度方向上具有恒定的直径。

本发明的一个目标是制造一种水力发电系统，该系统的规划与目前系统的需求相比，可以大幅度降低设备建设所需资金。

本发明另一个目标是制造一种水力发电系统，工作时需要更少的水量。这就可以减少土地的浪费，因为目前技术要求淹没大片土地以蓄积大量的水。