技术领域
[0001] 本
发明涉及用于产生电力的浮动式
涡轮机，以及使用这种涡轮机的发电系统。
背景技术
[0002]
海水的
密度比空气大832倍，这意味着5节的潮流比350公里每小时的
风具有更多的
动能。已知方案具有位于具有高潮流的沿海区域内的水下涡轮机，诸如由英国布里斯托的海流涡轮机公司在北爱尔兰的Strangford Lough运行的方案。在此，由潮流的作用导致具有15至20米跨度的涡轮机
叶轮以每分钟10-20转的速度旋转。在北爱尔兰的Strangford Narrows有一种
原型机为可操作的，并且采用两个16米直径的
转子来在2.4米/秒的流速下形成1.2MW的额定功率。这导致对于整个涡轮机系统而言具有将水动能转换成43％电力的有效效率。
[0003] 然而，这类项目的部署取决于产生适当潮流的局部沿海条件，而不适合于例如离岸的深水。因此，对于使用水来驱动涡轮机来产生电力的深
水解决方案存在需求，并且其：
[0004] 1)可部署在没有显著自然潮流的水中；以及
[0005] 2)具有所利用的每平方米海床的高功率输出。
[0006]
浮力发
电机在本领域内从WO2009/026610，GB2456798，US2006/017292，GB507093和US2005188691已知。
发明内容
[0007] 本发明的一方面通过提供用于存储和产生电力的可浮动涡轮机来解决上述问题，其可在大致竖直取向的引导件上移动，以使涡轮机可在重力作用下沿着引导件向下移动。涡轮机设备具有负的浮力，以便于其下沉，但进一步设置有可调节的浮力装置，以允许涡轮机装置在需要时可被赋予正浮力。当被赋予正浮力时，涡轮机设备在浮力作用下沿着竖直取向的引导件向上向回浮动。当在重力作用下沿着引导件向下移动以及在浮力的作用下沿着引导件向上向回移动时，由水通过涡轮机叶轮的相对运动产生有效的人工潮流，水通过涡轮机叶轮的相对运动使得叶轮转动，这又导致发电机产生电力。
[0008] 为了提供可控的浮力，在一些
实施例中，提供
压缩机，其以适当的压力将压缩空气供应到设置在引导件下端部处的对接端口，以及当涡轮机设备到达引导件的端部时对接到对接端口。涡轮机设备设置有可将压缩空气或其它气体
泵送到其内的沉浮罐(或压载舱)或类似的浮力调节装置，诸如浮力袋，以便将总体为正的浮力赋予给涡轮机设备。
[0009] 运行压缩机所需的
能量是很重要的，因为由压缩机压缩足够的空气或气体以赋予正浮力所需提供的能量低于由涡轮机设备在其向下和随后的向上路径两者上所产生的能量总和，于是装置在发电方面将是提供正能量的。
[0010] 在一个优选的部署情形中，多个这样的涡轮机和引导件单元被部署为“农场”，其具有用于将压缩空气供应到单元的单个压缩机单元。涡轮机的上下“工作周期”在时间上是错开的，使得在任何一个时刻下只有一个或一个子组的涡轮机被供以压缩空气，而剩下的或大部分的涡轮机处于其相应的工作周期下，并因此产生电力。
[0011] 在一个典型的部署下，可设想到涡轮机叶轮可在10至20米直径的区域中，以及所述涡轮机和相关的发电设备和沉浮罐的重量为8至15吨的数量级。引导件装置的长度可设想到在100至l000米的范围内。例如，在1000米长度的引导件装置上的10吨的涡轮机具有98兆焦
耳的
势能。如果它以2.4米/秒的速度下沉，假定效率为100％，则将可得到235.5kW的理论最大功率。虽然这样的效率是不可能的，甚至如果只考虑30％的储备效率，那么也会产生超过70kW的功率输出。以其与
现有技术涡轮机相同的效率(43％)来计算，则在416秒内(涡轮机沿着引导件下降1000米所花费的时间)能够产生超过100kW的功率。
[0012] 在1000米水下，水压约为100个
大气压(～1470psi)，但是诸如可购自Hydro-Pac，Inc.的
高压压缩机能够产生1500psi(10MPa)的排气压力，在来自45kW电机功率的这样的压力下，每小时能够提供例如111正常立方米(以举例的方式参见具体型号C1.56-70/140LX)。为了升高来自海底的10吨重的
质量，则需要移动超过10立方米的水来产生正浮力，但通过这种压缩机，该空气量能在比涡轮机沿着引导件下沉所花费的时间更短的时间内以适当的压力供应。具体地，在每小时111标准立方米的速率下，在416秒的时间内，则可在比周围的水的压力大的压力下，供应总共12.82立方米的空气，其相比用于升高涡轮机的量时绰绰有余的。由于涡轮机也将在向上的途中产生电力，因此系统是产生正能量的。这是因为同时所产生的的功率中有一部分要用于运行压缩机，但这个功率显著小于由涡轮机在其下沉和上升时所产生的功率量。
[0013] 鉴于上述情况，从一个方面，本发明提供可浮动的涡轮机，其包括可旋转的一组涡轮机叶轮；所述涡轮机叶轮联通地联接到电力产生(或发电)系统，所述发电系统布置成当涡轮机叶轮旋转时产生电力；所述可浮动的涡轮机还设置有浮力控制系统，所述浮力控制系统被设置成可控地将正浮力赋予给可浮动分涡轮机；所述涡轮机还设置有引导件随动件，其被布置成随动于所述涡轮机而沿其移动；所述可浮动涡轮机用于浸没在水中，所述涡轮机叶轮被布置成当涡轮机移动通过水时进行旋转。
[0014] 本发明的另一个方面提供悬浮于水中的空气塔。该塔包括从水表面上方延伸到水表面下方深度的管道。该管道是开放的，并且充满了来自水表面上方的相对温暖和潮湿的空气。随着水深度的增加，水的
温度降低。例如，海洋具有不同的层，其中最上层称为表
面层。该层可延伸到具有约22摄氏度温度的表面下方约250米。在表面层之下，存在
温跃层，其是温度
边界层。温跃层范围可从海平面以下的250至1000米，其中水温度跨过温跃层从约22下降到约5摄氏度。
[0015] 悬浮空气塔由环境水温度进行冷却，并且可延伸跨过整个海水温跃层。由环境水在塔上进行的冷却效果当水深度增加以及水温下降时更突出。该被冷却的塔用于冷却其内所含的空气并且温暖和潮湿的空气被冷却到其饱和极限以下。低于该饱和极限，则水从空气冷凝到塔内侧上并在塔内作为雨水下落。
[0016] 水将被收集在塔内，形成非盐水的储藏。该水可从塔中泵送出，并例如用于人或动物饮用或
灌溉。因此，提供了非盐水生成系统，其仅需要非常少的能量来将非盐水从空气塔内泵送出来。相比较而言，目前的水
净化系统，诸如采用
反渗透的那些，需要大量的能量来提供非盐水。
[0017] 可使用在塔周围的水、塔壁本身和/或塔内空气之间的主动或被动热交换系统来促进空气在水塔内的冷却。
[0018] 将水冷凝之后产生的冷却空气从塔被泵送出去，并用于冷却目的。泵可位于塔内或塔外，以便将冷的和非潮湿的空气泵送到使用其进行
气候控制的住宅或商业机构，从而例如减少对空气调节的需求。使用泵送的冷空气进行的气候控制能节省
能源，否则这些冷空气将被用于对作为空气调节单元一部分的温暖空气
致冷。另外，当冷空气从空气塔被泵送出去时，温暖和潮湿的空气从水表面被吸入到塔内，以保持塔内的冷凝过程。
[0019] 空气塔可延伸到其所形成在内的
水体床中，或仅部分地延伸到床，空气塔可通过结构或系绳固定到床。
[0020] 本发明的进一步的特征和方面在所附
权利要求书中将是显而易见的。
附图说明
[0021] 本发明的进一步的特征和优点将从对其实施例的以下描述并通过参考附图更加明显，所述实施例仅以实例的方式呈现，其中相同的附图标记指代相同的部分，并且其中：
[0022] 图1是本发明实施例的涡轮机设备的示意性侧视图；
[0023] 图2是图1所示涡轮机设备的示意性平面视图；
[0024] 图3是示出在本发明的一个实施例中的典型部署方案的图；
[0025] 图4是在本发明的一个实施例中使用的引导件的变型的图；
[0026] 图5是示出本发明一个实施例的操作方法的
流程图；
[0027] 图6是根据本发明另一实施例的涡轮机设备的示意性侧视图；
[0029] 图7a是第二导轨系统的剖视图；
[0030] 图8是空气塔下部部分的示意图；
[0031] 图9是转子
节距调节机构的示意性侧视图；
[0032] 图10是压力释放
阀的控制的流程图；和
[0033] 图11是转子叶轮的示意性侧视图。
具体实施方式
[0034] 图1和图2示出形成本发明一个实施例的示例性可浮动的涡轮机10。可浮动的涡轮机10设置有涡轮机叶轮12，其连接到容纳电力产生设备的发电机壳体14。例如，发电机壳体14可容纳合适的传动装置和发电机或
交流发电机，发电机或交流发电机被耦联到所述传动装置并被布置成当涡轮机叶轮旋转时产生电力。涡轮机叶轮被布置为当可浮动涡轮机10上下移动通过水时，它们围绕发电机壳体14旋转。
[0035] 可浮动的涡轮机被布置成在引导件20上面上下移动，在该实施例中所述引导件经过涡轮机的中
心轴线，叶轮围绕所述中心轴线旋转。在其它实施例中，引导件可采取不同的形式，而不必在中心轴线上。例如，在一个替代性的实施例中，引导件可采取水填充的穿孔管道或管道状主体的形式，可浮动的涡轮机移动而通过穿孔管道或管道状主体。
[0036] 所述可浮动涡轮机10设置有沉浮箱16，在该实施例中其包括沉浮罐18，所述沉浮罐18布置成当希望将正浮力赋予到可浮动涡轮机10时接收压缩空气或其它气体。在一个实施例中，压载罐18是可膨胀的升降袋，诸如可在救助作业中使用的那些。然而，优选地，袋设置有阀，使得一旦所述袋将可浮动的涡轮机提升到浅的深度，则空气从其释放，使得涡轮机然后在重力作用下下沉回到引导件的端部。
[0037] 在另一个实施例中，沉浮箱16是环状圆环面形的沉浮罐18。环状圆环面的沉浮罐18围绕引导件20并且引导件穿过该环的中心。
[0038] 当沉浮罐18由海水填充时，所述涡轮机被加重以便相对于表面海水是稍具负浮力的。当涡轮机的浮力在对接站36处增加时，这确保最小量的空气可形成涡轮机的浮力，从而最大化涡轮机的效率。
[0039] 在一个实施例中，可浮动的涡轮机10被用作能量存储单元。
电能作为势能存储在被机械地保持在水下的任意正浮力或负浮力的可浮动的涡轮机内。当涡轮机被保持时，它既没有能量输入也没有能量输出。然而，一旦涡轮机从保持
位置被释放，则其浮力产生用于产生电能的向上或向下的力。
[0040] 当浮动涡轮机10是正漂浮时，形成向上的力。可浮动的涡轮机可被保持在其最低点(即位于海床上的对接站)处，且其沉浮箱充满空气使其具有正浮力。当需要电能时，由合适的夹具、电磁
铁或类似物施加的保持力被释放，并且由正浮力产生的向上的力产生涡轮机通过周围水的向上移动，并且施加到涡轮机的旋转力由叶轮12通过周围水的移动提供。所述涡轮机提供电能输出，直到它到达移动的上限。在该上限处，可浮动的涡轮机保持在水中的正浮力，因此不存在可浮动涡轮机在水内的移动，并且也不产生电功率。
[0041] 在该位置下重力势能由可浮动涡轮机10存储，其可释放以便通过吹扫沉浮箱的空气并将其充满水使得可浮动涡轮机具有负浮力而产生电能。具有负浮力的可浮动涡轮机会下沉通过周围的水，并且叶轮12将给涡轮机提供旋转运动以便转换成电能。可浮动的涡轮机10将继续下沉通过周围的水，产生电力，直到它达到较低的运动范围，此时电力产生将衰减。
[0042] 引导件20优选地被成形使得对于作为一个整体的涡轮机而言不可能围绕该引导件旋转。涡轮机10设置有贯穿其的相应形状的孔，引导件通过所述孔被接收。如图2中所示，该孔可采用椭圆形的引导件，尽管其它形状，诸如矩形、正方形、或除了圆形之外的任何形状是优选的。如果使用圆形横截面，则诸如引导件或沟槽等的机构可设置在引导件内，涡轮机上的凸耳可配合到引导件内，使得涡轮机设备当其上升和下降时作为一个整体不会简单地围绕引导件旋转。例如，也可以使用具有从其突出的T形流道或导板的圆形管。
[0043] 在该实施例中，引导件20从水平面延伸到位于海床上的对接站。这种引导件的实施意味着无需线缆来将涡轮固定到对接站或位于水表面上的可选平台。引导件还意味着即使在存在开放水流的情况下，涡轮机也将沿着相同的路径上升并下降，使得在多个涡轮机在相同水体中操作的情况下降低对于安全性的担忧。
[0044] 任选地，泵(未示出)可作为涡轮机10的一部分设置，或者设置在涡轮机10较低运动范围内的对接处，以将水从沉浮箱18排出。水从沉浮罐18泵送出去，通过截留在沉浮罐内的空气膨胀在沉浮罐内产生部分
真空。沉浮罐18内的部分真空增加沉浮罐的浮力，使得涡轮机10具有浮力。
[0045] 图3示出典型的部署情形，其中设置包括几组可浮动涡轮机10A-10E的“农场”，每个涡轮机具有它们自己的各自引导件20，在这种情况下示出从海底延伸到表面。在每一引导件20的底端处是对接端口36，其设置有通过各自的连接软管38通信地连接到
气体压缩机32的对接阀(未示出)。压缩机32设有延伸到海表面的进气口34。压缩机32可以是可从Hydro-Pac，Inc.获得的LX系列压缩机，并且特别是先前提及的压缩机。
[0046] 在图3的部署中示出五个可浮动的涡轮机10A至10E，每一个都处于其下降和上升工作周期的不同阶段内。例如，涡轮机10A在通过其工作周期的向下分支的大致一半距离上，因此当其在重力的作用下移动通过水时将产生电能。类似地，涡轮机10B也处于其工作周期的下降阶段，但是在水中比涡轮机10A更高，因此下降阶段中是早于涡轮机10A的。在该方面，涡轮机10B的工作周期是交错的以便使得涡轮机10B的工作周期滞后。
[0047] 涡轮机10C和10D都在其各自的工作周期的上升阶段，涡轮机10D在时间上领先于涡轮机10C。应当注意的是，在该实例中，两个涡轮机10C和10D具有设置在膨胀的沉浮罐16中的升降袋18，以使它们具有正浮力。在其它实施例中，也可以使用具有压力调节阀的沉浮罐。还在其它实施例中，可以使用沉浮罐和升降袋的组合。取决于由升降袋和/或沉浮罐所提供的力，涡轮机10C和10D将以一定的速度移动通过水，并且因此当其各自的涡轮机叶轮通过运动旋转时产生电力。在一个实施例中，涡轮机的上升速率基本上与下沉速率匹配，使得获得不同涡轮机的相应工作周期的容易管理。然而，这不是必需的，并且有可能对于上升阶段是不同的，或许比下降阶段持续更长时间。
[0048] 涡轮机10E已完成其下降阶段，并与其相应的对接端口36对接。如前所述，对接端口36设有对接阀或快速联接器阀，所述阀与设置在所述涡轮机主体上的阀入口连接，以便将压缩气体从压缩机提供到沉浮罐16和/或升降袋18。如图所示，涡轮机10E的升降袋18仅被部分填充，处于由压缩机填充的过程中。一旦被填充到足够量，则对接机构释放，然后涡轮机朝向表面自由浮动，当其向上行进时产生电力。
[0049] 由第一可浮动涡轮机的叶轮在水内的旋转运动产生的
湍流(wake)在周围的水中产生
涡流(eddy current)。涡流从所述第一可浮动涡轮机的叶轮扩散开以及通过相同的周围水的第二涡轮机的叶轮可穿过涡流。涡轮机的叶轮当通过
层流水时将是最有效的，因而涡流会降低第二涡轮机的效率。
[0050] 形成区段布置的多个可浮动涡轮机的相对间隔，被计划成使得不利地影响另一个可浮动涡轮机效率的任何可浮动涡轮机的湍流所造成的涡轮机之间的紊流，被最小化。
[0051] 此外，可通过仅操作一个涡轮机而使得相邻的涡轮机是静止的，来减少涡轮机之间的紊流，或者反之亦然。
[0052] 任何一个涡轮机的工作周期都由图5的流程图示出。首先，假设涡轮机处于上升阶段的顶部处。在此阀被打开以从沉浮罐和/或升降袋释放所有气体，然后涡轮机在重力作用下下沉(s.5.2)。在下沉的同时，涡轮机叶轮旋转，并且产生电力(s.5.4)。一旦在上升阶段的底部处，涡轮机与底部对接
接口对接(s.5.6)，然后底部接口开始对升降袋充气和/或用压缩气体填充沉浮罐(s.5.8)。一旦填充所需量，则对接接口释放涡轮机，以及涡轮机在从升降袋和/或沉降罐赋予的正浮力下开始上升(s.5.10)。在上升的同时，涡轮机旋转(通常在与下降相反的方向上，如果节距是固定的话)，并且产生电力(s.5.12)。上升阶段继续，直到涡轮机接近表面，在这种情况下，提升气体从升降袋/沉浮罐释放(s.5.14)，然后循环再次开始。
[0053] 如上所述，在区段中涡轮机的工作周期优选应交错，使得在任何一个时刻下，仅一个涡轮机对接以及从压缩机接收压缩空气，以及其它涡轮机处于上升或下降阶段，使得它们能够供应使得压缩机运行的功率。工作周期的确切
相位将主要取决于涡轮机引导件的长度，其确定可从单个100％利用的空气压缩机运行的涡轮机数量。在替代实施例中，相位也可通过安装在涡轮机上的各种
传感器进行监测，并通过CPU/PLC进一步控制。
[0054] 图3的可浮动涡轮机阵列可用于以允许控制释放的方式存储能量。一个或多个可浮动涡轮机10A-10E由对接机构保持，同时由通过电能驱动的压缩机填充压缩气体。这些涡轮机在被保持的同时存储势能，但当它们被对接机构释放时将所存储的势能转换成电能。
[0055] 关于所产生的功率(或电力)如何供应到表面，图4更详细地示出引导件20。在此，将看到引导件20可包括浮在表面上的浮力上部环42。引导件的主体则从多个独立的
导线44形成，导线44从浮力上部环42悬挂，并且涡轮机沿其移动。涡轮机设置有电刷触点，所述电刷触点与这些导线中的至少一个
接触，以便将所产生的潮流供应到其，然后导线将携载潮流到达底部，或者可替代地到达表面，然后所述潮流可从所述表面分流到岸上
电网配电系统内。
[0056] 可对上述实施例进行各种变型以提供进一步的实施例。例如，涡轮机可具有固定节距的叶轮，或者可设有可变节距的叶轮。可变节距叶轮的优点是节距可被控制以改变在涡轮机叶轮上的阻力，并且因此可改变下降和上升速率，并且因此可改变功率输出。此外，至少是所述叶轮的节距可在上升和下降阶段之间颠倒，反之亦然，使得涡轮在周期的两个阶段上旋转过相同路径。这省去了反向传动机构的需求。
[0057] 此外，每个浮动涡轮机可设有一组以上的叶轮，例如可设有反向旋转转组的叶轮。这样的反向旋转的螺旋桨式系统已显示出比单组叶轮更有效。
[0058] 图9示出适于与涡轮机叶轮一起使用的叶轮节距控制机构。传动装置腔室96被形成在沉浮罐16中。前面90被暴露于沉浮罐16的上侧和/或下侧，使得沉浮罐16的向上和/或向下通过周围的水的移动改变在前端面90上的压力。前端面90可相对于沉浮罐16移动并联接到
活塞91，活塞91可相对于前端面90移动。活塞91通过线性
齿轮92连接到偏置装置，例如机械
弹簧。偏置装置提供力以对抗由作用于前端面90上的压力导致的移动。
轮齿94联接到线性齿轮92并通过线性齿轮(和活塞)的运动而旋转。在一个实施例中，涡轮机叶轮(未示出)围绕其旋
转轴线直接联接到轮齿94。在另一个实施例中，叶轮通过可包括齿轮的中间组件联接到轮齿。在以上两个实施例中，所述轮齿94由活塞91的运动导致的旋转，改变涡轮机叶轮的节距。
[0059] 单叶轮节距控制机构可控制单个涡轮机叶轮的节距，或者单个机构可通过机械联动装置控制多个叶轮的节距。
[0060] 在另一个实施例中，
电子控制单元监测上升和/或下降的速率，并利用由叶轮节距控制机构产生的
扭矩来控制涡轮机叶轮的
角度。
[0061] 图11示出沿着叶轮的
旋转轴线12r的可旋转涡轮机叶轮12a的透视图。三个平行的中空箭头表示相对于水相对于叶轮的运动以及单一的遮挡阴影箭头表示叶轮的用于产生电力目的的所希望的运动。
[0062] 叶轮12a以使用实线绘制的第一取向示出。叶轮12b以使用虚线绘制的第二取向示出，其中所述叶轮已经围绕旋转轴线12r旋转了角度α以从所述第一取向到达第二取向。
[0063] 叶轮提供：i.当涡轮机叶轮12a通过等于0度的角度α
定位时将上升和/或下降的阻力最小化(在图11中通过使用实线绘制的涡轮机叶轮示出)；和ii.当涡轮机叶轮12a通过等于90度的角度α定位时将上升和/或下降的阻力最大化(在图11中未示出)。
[0064] 使用本发明产生电力的效率最高的叶轮节距涉及在涡轮机中使用的交流发电机的特性和涡轮机叶轮的数量、大小、形状和倾度(rake)。
俯仰角(α)可使用下述公式从叶轮的节距(pitch)和半径(r)来计算：
[0065] tanα＝节距(pitch)/2πr [公式1]
[0066] 在一个实施例中，沿着涡轮机叶轮长度的平均角度在45至60度之间。在另一个实施例中，沿着涡轮机叶轮长度的平均角度在55至60度之间。
[0067] 在图9中，叶轮节距控制机构被示出部分地容纳于沉浮罐16中的传动装置腔室96内。备选地，叶轮节距控制机构布置在所述涡轮机的其它结构中。
[0068] 在另一
变形中，压缩机不必位于海底上，而是可以浮动在靠近压缩空气罐区段的表面上或在岸上，然后延伸到接口的供应软管在引导件的底部处对接。
[0069] 在进一步的变型中，不是在涡轮机区段处提供压缩机，而是诸如压缩气体罐的压缩气体供应装置可设置在海床上或水表面上。这样就无需在本地给压缩机供电。然而，在某些情况下仍将需要给压缩机供电以压缩将置于罐中的气体，但提供成使得这样的压缩机运行然后将罐运输向涡轮机区段所需的能量小于由涡轮机总共产生的能量，那么整个装置将仍然是产生正能量的。
[0070] 在进一步的变型中，压缩机可由
可再生能源装置供电，诸如由
风能或
太阳能供电的那些。以这种方式，当发电网以过剩的方式运行时，能量可被存储在压缩空气中，并随后用于赋予到可浮动的涡轮机中以改变它的浮力。这意味着在依赖于可再生能源的电网中通过实施本发明的浮动涡轮机，电网的输出可取决于消费者的要求容易地被平稳化并容易地进行调节。
[0071] 在进一步的变型中，不是提供沉浮罐或升降袋，而是涡轮机的某一其它部分可替代地填充浮力
流体以便开始一个上升阶段。例如，涡轮机叶轮可以是中空的，并在下降阶段中充满水，所述水然后被泵送出去，并在一个上升段之前用浮力流体代替。
[0072] 在又一个变形中，涡轮机可以是自行引导的，例如通过设置有控制引导电子器件和小型转向
推进器，则使得其可以不用引导件20。在这种情况下，该涡轮机自由地上升和下降，但经由转向推进器(例如由安装在所述涡轮机主体上的
电动机供电的小型螺旋桨)控制其横向位置，以便使得所述涡轮机能够与底部接口对接。
[0073] 图6示出了涡轮机设备10的另一个实施例。在此，沉浮罐16是液压动态成形的，以便减少在涡轮在任一方向上穿过水时的阻力。此外，将看到沉浮罐16被设置在电力产生系统14的下方和上方。
[0074] 此外，涡轮机叶轮设置有护罩，其包括左侧护罩62和右侧护罩64，每个护罩由支柱66附接到中央涡轮机主体。护罩62和64是弯曲的，以便用作文丘里管来以比涡轮机沿引导件的移动速度大的更高速度将水朝向涡轮机叶轮引导。这应增加通过涡轮机的水流率，但不增加涡轮机沿着引导件的速度，并且可提供在所获得的功率上的增加。
[0075] 护罩62和64可控地在护罩保持器内上下滑动，所述护罩保持器将支柱66的近端附接到护罩，使得由护罩形成的文丘里管的有效输入喉部宽度可以改变，以便增加或减少。
[0076] 护罩62和64也可由刚性材料制成，所述刚性材料可以是挠性的。这将允许在涡轮机的行进方向上产生一个自膨胀的文丘里管，同时保持护罩的另一端部被压缩和更窄。这可实现所要求的文丘里管的优点，而没有功率消耗。这种机制还可以是由ECU控制的电-机械的、电力的、或电动液压的，以改变涡轮机的下降/上升速度。
[0077] 图7a示出由发电机壳体14包围的球形引导件20。四对轮子70通过四对轴72可旋转地附接到发电机壳体14的内表面。成对的轮子70围绕发电机壳体14的内表面均等间隔开。每个轮子70在其自身的U形导轨74上运行，所述U形导轨74通过U形导轨74的比第二臂延伸地更远的第一臂附接到球形引导件20的外壁上。可替代地，引导件20可以是非球形的、可能是椭圆形的、和/或可能有更多或更少对的轮子。
[0078] 图7b示出由球形发电机壳体14包围的椭圆形引导系统20。引导系统包括两对导轨76，所述导轨76沿着引导系统的长度向内延伸，其中所述两对导轨沿着相对两侧延伸。单个导轨78安装在发电机壳体14两侧的内部，并向
外延伸。每个单个导轨78在单对导轨76之间延伸并可沿着一对导轨76的长度滑动。备选地，引导系统76，78可进一步包括成组的导轨和/或单个导轨78可由双导轨76代替，以及反之亦然。
[0079] 图8示出进气口的部分，其可以是图3或独立于图3中所示的实施例的进气口34。图8中所示的进气口34的部分是下部末端；然而，图8中所示的特征可设置成比进气口34更高，而不是在所示的相对位置下。
[0080] 空气填充的进气口34到达表面，在该表面处空气既温暖又湿润。在表面附近，水也比较温暖；然而，水的温度会随着水深度的增加而降低。进气口34的主体随着水深度的增加由周围的水冷却到更大的程度。来自表面的温暖和湿润的空气由进气口34的主体冷却，并且水蒸气从进气口内的空气冷凝到进气口内的冷却器表面上。
[0081] 最冷的空气是在进气口34的底部的那些，在此处海水温度是最低的。在温跃层下面，海水的温度朝向0℃下降。由于该系统设计成利用显著海洋深度的益处，该温度差异意味着当前系统在对空气柱中的空气进行冷却是有效的。在该下部区域，存在位于进气口34壁内的空气
抽取端口80。空气抽取端口80将冷空气从进气口34抽吸通过绝热的冷空气管道81。冷空气管道81将冷空气运输到用于区域制冷目的的住宅或商业结构。冷空气使用空气泵82沿着冷空气管道移动。在图8中，示出空气泵处于沿着冷空气管道81靠近进气口34的位置处；然而，冷空气泵82可位于进气口34内，或者进一步沿着冷空气管81，甚至位于岸上。
[0082] 在图3中示出进气口34与存在于系统中的可浮动涡轮机分隔开。在一个实施例(在图3中未示出)中，进气口也可容纳在引导装置20内。进气口30形成从水表面延伸的空气塔，其中表面温度的空气被抽吸到塔内。空气塔具有一个轨道，其与安装在可浮动涡轮机上的引导装置配合。
[0083] 在住宅或商业结构中使用海水冷却的空气去除或减少了对空气调节的需求，空气调节是一种能量密集的过程。
[0084] 从表面抽吸的潮湿空气冷凝的水在重力作用下移动到进气口的底部，在所述底部处所述水被收集并经由水抽取端口84抽取。水通过水泵85沿着水管86被泵送。水泵85被示出靠近进气口34定位；然而，它也可位于进气口内，或者在沿着水管86的更远的位置处。
[0085] 冷凝水是非盐水且可用作
饮用水。冷凝和泵送过程需要的能量比传统的水净化方法要少得多。
[0086] 热交换系统87设置在进气口34内。热交换系统被示出为
散热器，其中冷盐水经由下部
散热器开口被抽吸到进气口内。冷盐水的水抽吸通过进气口34，冷却进气口34内的空气。来自散热器的冷却效果将增加进气口34内的水冷凝。当冷的含盐水由进气口34中的空气内间接加热时，其密度降低，以及温暖的盐水在经由通过上部散热器开口离开之前向上流动到散热器内。泵(未示出)可用于将水泵送通
过热交换系统87，从而增加其冷却效果。
[0087] 有利地，当水蒸气冷凝成液态水时，其体积减小，从而降低进气口34内的空气压力，其将空气从表面沿着进气口34向下抽取。因此省却用于将大气空气泵送到竖井内的空气压缩机的需求。
[0088] 在一个实施例中，图3的气体压缩机32用作图8的空气泵82。
[0089] 图6示出一组上部和下部压力释放阀68，69。当涡轮机上升时，包含在沉浮箱16内的空气将膨胀，以及其密度降低(增加装置的浮力，从而增加上升速率)。膨胀的空气可选择地从经由上部或下部压力释放阀来释放。
[0090] 下部压力释放阀68当打开时从涡轮沉浮罐释放膨胀空气的射流，并提供
加速所述涡轮机的向上的力，以增加上升速率。上部压力释放阀69将膨胀的空气射流向上引导以减慢涡轮机的上升速率。
[0091] 上部和下部压力释放阀的数量和位置可改变成调节涡轮机的流体动力学特性。在一些实施例中，涡轮机包括一个或多个上部压力释放阀69或一个或多个下部压力释放阀68。
[0092] 通过压力释放阀68释放的流体可以是空气之外的流体，例如它可以是水，或任何其它丰足的气体。
[0093] 图10示出用于控制图6的压力释放阀的方法。所述方法通过选择性地打开和关闭阀来增加或减少涡轮机上升的速率来控制上升速率。
[0094] 在步骤s.10.0，方法开始并进行到步骤s.10.1。在步骤s.10.1，方法检查涡轮机是否已达到沿其相关联的引导件的行程上限。如果已达到上限，该方法进行到步骤s.10.2，方法在此结束。如果未达到上限，则该方法进行到步骤s.10.3，在该步骤中测量涡轮机上升的瞬时速率。如果上升速率低于第一预定速率，上行阀关闭(步骤s.10.4)以及下行阀打开(步骤s.10.5)，以及方法进行到步骤s.10.6。这将增加上升速率。如果上升的瞬时测得速率高于或等于第一预定速率，则方法进行到步骤s.10.6以及上行阀和下行阀不改变。在s.10.6，如果上升速率高于第二预定速率(大于或等于第一预定速率)，则下行阀被关闭(s.10.7)以及上行阀打开(s.10.8)并且方法返回到步骤s.10.1。这将降低上升速率。如果上升的瞬时测得速率低于或等于所述第二预定速率，则该方法返回到步骤s.10.1。
[0095] 图10的方法可进行适应性改变，使得测量涡轮机的水下深度，而不是上升速率，因为在给定深度下的压力是已知的。因此阀的控制取决于涡轮机已经从水表面行进多远。在固定点以上的高度也可以用于
控制阀，所述固定点要么是水体床要么是可浮动涡轮机的由引导件20限定的运动下限。
[0096] 可通过添加、取代或省略来对上述实施例进行进一步的变型来提供另外的实施例，任何和所有这些都旨在落入所附权利要求的范围之内。
