一個(gè)實(shí)施例中，沉浮箱16是環(huán)狀圓環(huán)面形的沉浮罐18。環(huán)狀圓環(huán)面的沉浮罐18圍繞引導(dǎo)件20并且引導(dǎo)件穿過(guò)該環(huán)的中心。
[0038]當(dāng)沉浮罐18由海水填充時(shí)，所述渦輪機(jī)被加重以便相對(duì)于表面海水是稍具負(fù)浮力的。當(dāng)渦輪機(jī)的浮力在對(duì)接站36處增加時(shí)，這確保最小量的空氣可形成渦輪機(jī)的浮力，從而最大化渦輪機(jī)的效率。
[0039]在一個(gè)實(shí)施例中，可浮動(dòng)的禍輪機(jī)10被用作能量存儲(chǔ)單元。電能作為勢(shì)能存儲(chǔ)在被機(jī)械地保持在水下的任意正浮力或負(fù)浮力的可浮動(dòng)的渦輪機(jī)內(nèi)。當(dāng)渦輪機(jī)被保持時(shí)，它既沒(méi)有能量輸入也沒(méi)有能量輸出。然而，一旦渦輪機(jī)從保持位置被釋放，則其浮力產(chǎn)生用于產(chǎn)生電能的向上或向下的力。
[0040]當(dāng)浮動(dòng)渦輪機(jī)10是正漂浮時(shí)，形成向上的力?？筛?dòng)的渦輪機(jī)可被保持在其最低點(diǎn)(即位于海床上的對(duì)接站)處，且其沉浮箱充滿空氣使其具有正浮力。當(dāng)需要電能時(shí)，由合適的夾具、電磁鐵或類似物施加的保持力被釋放，并且由正浮力產(chǎn)生的向上的力產(chǎn)生渦輪機(jī)通過(guò)周圍水的向上移動(dòng)，并且施加到渦輪機(jī)的旋轉(zhuǎn)力由葉輪12通過(guò)周圍水的移動(dòng)提供。所述渦輪機(jī)提供電能輸出，直到它到達(dá)移動(dòng)的上限。在該上限處，可浮動(dòng)的渦輪機(jī)保持在水中的正浮力，因此不存在可浮動(dòng)渦輪機(jī)在水內(nèi)的移動(dòng)，并且也不產(chǎn)生電功率。
[0041]在該位置下重力勢(shì)能由可浮動(dòng)渦輪機(jī)10存儲(chǔ)，其可釋放以便通過(guò)吹掃沉浮箱的空氣并將其充滿水使得可浮動(dòng)渦輪機(jī)具有負(fù)浮力而產(chǎn)生電能。具有負(fù)浮力的可浮動(dòng)渦輪機(jī)會(huì)下沉通過(guò)周圍的水，并且葉輪12將給渦輪機(jī)提供旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)以便轉(zhuǎn)換成電能。可浮動(dòng)的渦輪機(jī)10將繼續(xù)下沉通過(guò)周圍的水，產(chǎn)生電力，直到它達(dá)到較低的運(yùn)動(dòng)范圍，此時(shí)電力產(chǎn)生將衰減。
[0042]引導(dǎo)件20優(yōu)選地被成形使得對(duì)于作為一個(gè)整體的渦輪機(jī)而言不可能圍繞該引導(dǎo)件旋轉(zhuǎn)。渦輪機(jī)10設(shè)置有貫穿其的相應(yīng)形狀的孔，引導(dǎo)件通過(guò)所述孔被接收。如圖2中所示，該孔可采用橢圓形的引導(dǎo)件，盡管其它形狀，諸如矩形、正方形、或除了圓形之外的任何形狀是優(yōu)選的。如果使用圓形橫截面，則諸如引導(dǎo)件或溝槽等的機(jī)構(gòu)可設(shè)置在引導(dǎo)件內(nèi)，渦輪機(jī)上的凸耳可配合到引導(dǎo)件內(nèi)，使得渦輪機(jī)設(shè)備當(dāng)其上升和下降時(shí)作為一個(gè)整體不會(huì)簡(jiǎn)單地圍繞引導(dǎo)件旋轉(zhuǎn)。例如，也可以使用具有從其突出的T形流道或?qū)О宓膱A形管。
[0043]在該實(shí)施例中，引導(dǎo)件20從水平面延伸到位于海床上的對(duì)接站。這種引導(dǎo)件的實(shí)施意味著無(wú)需線纜來(lái)將渦輪固定到對(duì)接站或位于水表面上的可選平臺(tái)。引導(dǎo)件還意味著即使在存在開放水流的情況下，渦輪機(jī)也將沿著相同的路徑上升并下降，使得在多個(gè)渦輪機(jī)在相同水體中操作的情況下降低對(duì)于安全性的擔(dān)憂。
[0044]任選地，栗(未示出)可作為渦輪機(jī)10的一部分設(shè)置，或者設(shè)置在渦輪機(jī)10較低運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)的對(duì)接處，以將水從沉浮箱18排出。水從沉浮罐18栗送出去，通過(guò)截留在沉浮罐內(nèi)的空氣膨脹在沉浮罐內(nèi)產(chǎn)生部分真空。沉浮罐18內(nèi)的部分真空增加沉浮罐的浮力，使得渦輪機(jī)10具有浮力。
[0045]圖3示出典型的部署情形，其中設(shè)置包括幾組可浮動(dòng)渦輪機(jī)10A-10E的“農(nóng)場(chǎng)”，每個(gè)渦輪機(jī)具有它們自己的各自引導(dǎo)件20，在這種情況下示出從海底延伸到表面。在每一引導(dǎo)件20的底端處是對(duì)接端口 36，其設(shè)置有通過(guò)各自的連接軟管38通信地連接到氣體壓縮機(jī)32的對(duì)接閥(未示出)。壓縮機(jī)32設(shè)有延伸到海表面的進(jìn)氣口 34。壓縮機(jī)32可以是可從Hydro-Pac，Inc.獲得的LX系列壓縮機(jī)，并且特別是先前提及的壓縮機(jī)。
[0046]在圖3的部署中示出五個(gè)可浮動(dòng)的渦輪機(jī)10A至10E，每一個(gè)都處于其下降和上升工作周期的不同階段內(nèi)。例如，渦輪機(jī)10A在通過(guò)其工作周期的向下分支的大致一半距離上，因此當(dāng)其在重力的作用下移動(dòng)通過(guò)水時(shí)將產(chǎn)生電能。類似地，渦輪機(jī)10B也處于其工作周期的下降階段，但是在水中比渦輪機(jī)10A更高，因此下降階段中是早于渦輪機(jī)10A的。在該方面，渦輪機(jī)10B的工作周期是交錯(cuò)的以便使得渦輪機(jī)10B的工作周期滯后。
[0047]渦輪機(jī)10C和10D都在其各自的工作周期的上升階段，渦輪機(jī)10D在時(shí)間上領(lǐng)先于渦輪機(jī)10C。應(yīng)當(dāng)注意的是，在該實(shí)例中，兩個(gè)渦輪機(jī)10C和10D具有設(shè)置在膨脹的沉浮罐16中的升降袋18，以使它們具有正浮力。在其它實(shí)施例中，也可以使用具有壓力調(diào)節(jié)閥的沉浮罐。還在其它實(shí)施例中，可以使用沉浮罐和升降袋的組合。取決于由升降袋和/或沉浮罐所提供的力，渦輪機(jī)10C和10D將以一定的速度移動(dòng)通過(guò)水，并且因此當(dāng)其各自的渦輪機(jī)葉輪通過(guò)運(yùn)動(dòng)旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生電力。在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪機(jī)的上升速率基本上與下沉速率匹配，使得獲得不同渦輪機(jī)的相應(yīng)工作周期的容易管理。然而，這不是必需的，并且有可能對(duì)于上升階段是不同的，或許比下降階段持續(xù)更長(zhǎng)時(shí)間。
[0048]渦輪機(jī)10E已完成其下降階段，并與其相應(yīng)的對(duì)接端口36對(duì)接。如前所述，對(duì)接端口 36設(shè)有對(duì)接閥或快速聯(lián)接器閥，所述閥與設(shè)置在所述渦輪機(jī)主體上的閥入口連接，以便將壓縮氣體從壓縮機(jī)提供到沉浮罐16和/或升降袋18。如圖所示，渦輪機(jī)10E的升降袋18僅被部分填充，處于由壓縮機(jī)填充的過(guò)程中。一旦被填充到足夠量，則對(duì)接機(jī)構(gòu)釋放，然后渦輪機(jī)朝向表面自由浮動(dòng)，當(dāng)其向上行進(jìn)時(shí)產(chǎn)生電力。
[0049]由第一可浮動(dòng)渦輪機(jī)的葉輪在水內(nèi)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的湍流(wake)在周圍的水中產(chǎn)生禍流(eddy current)。禍流從所述第一可浮動(dòng)禍輪機(jī)的葉輪擴(kuò)散開以及通過(guò)相同的周圍水的第二渦輪機(jī)的葉輪可穿過(guò)渦流。渦輪機(jī)的葉輪當(dāng)通過(guò)層流水時(shí)將是最有效的，因而渦流會(huì)降低第二渦輪機(jī)的效率。
[0050]形成區(qū)段布置的多個(gè)可浮動(dòng)渦輪機(jī)的相對(duì)間隔，被計(jì)劃成使得不利地影響另一個(gè)可浮動(dòng)渦輪機(jī)效率的任何可浮動(dòng)渦輪機(jī)的湍流所造成的渦輪機(jī)之間的紊流，被最小化。[0051 ]此外，可通過(guò)僅操作一個(gè)渦輪機(jī)而使得相鄰的渦輪機(jī)是靜止的，來(lái)減少渦輪機(jī)之間的紊流，或者反之亦然。
[0052]任何一個(gè)渦輪機(jī)的工作周期都由圖5的流程圖示出。首先，假設(shè)渦輪機(jī)處于上升階段的頂部處。在此閥被打開以從沉浮罐和/或升降袋釋放所有氣體，然后渦輪機(jī)在重力作用下下沉(s.5.2)。在下沉的同時(shí)，渦輪機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)，并且產(chǎn)生電力(s.5.4)。一旦在上升階段的底部處，渦輪機(jī)與底部對(duì)接接口對(duì)接(s.5.6)，然后底部接口開始對(duì)升降袋充氣和/或用壓縮氣體填充沉浮罐(s.5.8)。一旦填充所需量，則對(duì)接接口釋放渦輪機(jī)，以及渦輪機(jī)在從升降袋和/或沉降罐賦予的正浮力下開始上升(s.5.10)。在上升的同時(shí)，渦輪機(jī)旋轉(zhuǎn)(通常在與下降相反的方向上，如果節(jié)距是固定的話)，并且產(chǎn)生電力(s.5.12)。上升階段繼續(xù)，直到渦輪機(jī)接近表面，在這種情況下，提升氣體從升降袋/沉浮罐釋放(s.5.14)，然后循環(huán)再次開始。
[0053]如上所述，在區(qū)段中渦輪機(jī)的工作周期優(yōu)選應(yīng)交錯(cuò)，使得在任何一個(gè)時(shí)刻下，僅一個(gè)渦輪機(jī)對(duì)接以及從壓縮機(jī)接收壓縮空氣，以及其它渦輪機(jī)處于上升或下降階段，使得它們能夠供應(yīng)使得壓縮機(jī)運(yùn)行的功率。工作周期的確切相位將主要取決于渦輪機(jī)引導(dǎo)件的長(zhǎng)度，其確定可從單個(gè)100%利用的空氣壓縮機(jī)運(yùn)行的渦輪機(jī)數(shù)量。在替代實(shí)施例中，相位也可通過(guò)安裝在渦輪機(jī)上的各種傳感器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并通過(guò)CPU/PLC進(jìn)一步控制。
[0054]圖3的可浮動(dòng)渦輪機(jī)陣列可用于以允許控制釋放的方式存儲(chǔ)能量。一個(gè)或多個(gè)可浮動(dòng)渦輪機(jī)10A-10E由對(duì)接機(jī)構(gòu)保持，同時(shí)由通過(guò)電能驅(qū)動(dòng)的壓縮機(jī)填充壓縮氣體。這些渦輪機(jī)在被保持的同時(shí)存儲(chǔ)勢(shì)能，但當(dāng)它們被對(duì)接機(jī)構(gòu)釋放時(shí)將所存儲(chǔ)的勢(shì)能轉(zhuǎn)換成電能。
[0055]關(guān)于所產(chǎn)生的功率(或電力)如何供應(yīng)到表面，圖4更詳細(xì)地示出引導(dǎo)件20。在此，將看到引導(dǎo)件20可包括浮在表面上的浮力上部環(huán)42。引導(dǎo)件的主體則從多個(gè)獨(dú)立的導(dǎo)線44形成，導(dǎo)線44從浮力上部環(huán)42懸掛，并且渦輪機(jī)沿其移動(dòng)。渦輪機(jī)設(shè)置有電刷觸點(diǎn)，所述電刷觸點(diǎn)與這些導(dǎo)線中的至少一個(gè)接觸，以便將所產(chǎn)生的潮流供應(yīng)到其，然后導(dǎo)線將攜載潮流到達(dá)底部，或者可替代地到達(dá)表面，然后所述潮流可從所述表面分流到岸上電網(wǎng)配電系統(tǒng)內(nèi)。
[0056]可對(duì)上述實(shí)施例進(jìn)行各種變型以提供進(jìn)一步的實(shí)施例。例如，渦輪機(jī)可具有固定節(jié)距的葉輪，或者可設(shè)有可變節(jié)距的葉輪。可變節(jié)距葉輪的優(yōu)點(diǎn)是節(jié)距可被控制以改變?cè)跍u輪機(jī)葉輪上的阻力，并且因此可改變下降和上升速率，并且因此可改變功率輸出。此外，至少是所述葉輪的節(jié)距可在上升和下降階段之間顛倒，反之亦然，使得渦輪在周期的兩個(gè)階段上旋轉(zhuǎn)過(guò)相同路徑。這省去了反向傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的需求。
[0057]此外，每個(gè)浮動(dòng)渦輪機(jī)可設(shè)有一組以上的葉輪，例如可設(shè)有反向旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)組的葉輪。這樣的反向旋轉(zhuǎn)的螺旋槳式系統(tǒng)已顯示出比單組葉輪更有效。
[0058]圖9示出適于與渦輪機(jī)葉輪一起使用的葉輪節(jié)距控制機(jī)構(gòu)。傳動(dòng)裝置腔室96被形成在沉浮罐16中。前面90被暴露于沉浮罐16的上側(cè)和/或下側(cè)，使得沉浮罐16的向上和/或向下通過(guò)周圍的水的移動(dòng)改變?cè)谇岸嗣?0上的壓力。前端面90可相對(duì)于沉浮罐16移動(dòng)并聯(lián)接到活塞91，活塞91可相對(duì)于前端面90移動(dòng)?；钊?1通過(guò)線性齒輪92連接到偏置裝置，例如機(jī)械彈簧。偏置裝置提供力以對(duì)抗由作用于前端面90上的壓力導(dǎo)致的移動(dòng)。輪齒94聯(lián)接到線性齒輪92并通過(guò)線性齒輪(和活塞)的運(yùn)動(dòng)而旋轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，渦輪機(jī)葉輪(未示出)圍繞其旋轉(zhuǎn)軸線直接聯(lián)接到輪齒94。在另一個(gè)實(shí)施例中，葉輪通過(guò)可包括齒輪的中間組件聯(lián)接到輪齒。在以上兩個(gè)實(shí)施例中，所述輪齒94由活塞91的運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致的旋轉(zhuǎn)，改變渦輪機(jī)葉輪的節(jié)距。
[0059]單葉輪節(jié)距控制機(jī)構(gòu)可控制單個(gè)渦輪機(jī)葉輪的節(jié)距，或者單個(gè)機(jī)構(gòu)可通過(guò)機(jī)械聯(lián)動(dòng)裝置控制多個(gè)葉輪的節(jié)距。
[0060]在另一個(gè)實(shí)施例中，電子控制單元監(jiān)測(cè)上升和/或下降的速率，并利用由葉輪節(jié)距控制機(jī)構(gòu)產(chǎn)生的扭矩來(lái)控制渦輪機(jī)葉輪的角度。
[0061 ]圖11示出沿著葉輪的旋轉(zhuǎn)軸線12r的可旋轉(zhuǎn)渦輪機(jī)葉輪12a的透視圖。三個(gè)平行的中空箭頭