[0001] 本发明涉及一种用于将浮力动能和/或势能转化为电能和/或机械能的装置、温度屏障装置、以及用于将热能转化为电能的方法。

[0002] 现有技术中已知多种旨在利用至少一个通常中空的浮力体的浮力能的装置。这种装置也被称为浮力发电装置。

[0003] 例如，DE8510493U1公开了一种装置，其中球形浮力体交替地从填充有水的容器移动到填充有空气的容器。球形浮力体通过链条彼此连接。运动驱动与发电机相连的轮。这种系统的缺点是由于密封元件无法防止水溢出而造成不可避免的损失。

[0004] DE2557746A1中公开了类似的原理。这里，浮力体被布置在传送带上，该传送带利用轮驱动发电机。为了使浮力体能够抵抗静水压力而进入填充有水的容器，该装置包括泵系统，该泵系统将水从集水容器泵入压力增大的加压水腔室。这种系统的缺点是泵系统消耗能量，从而使装置的效率最小。

[0005] DE102016010718A1、DE9300674U1、DE202010011168U1、DE102016009649A1、DE102009037452A1、DE4029150A1、DE0022693A1、DE2606160A1进一步描述了遵循相同操作原理的类似装置。所有这些装置都具有一个共同特点，即：浮力体通过元件(链条、绳索等)彼此机械联接。这导致安装在连接元件(链条、绳索、传送带等)上较靠后位置的浮力体的摩擦力/惯性力被传递到安装在较靠前位置的浮力体上，从而降低了效率。

[0006] WO2003058058A1/DE202004009597U1公开了一种用于利用浮子的浮力能的装置。浮子附接到可旋转的运输装置上，并且围绕上和下转向点旋转。该装置还包括位于下部区域中的锁组件，该锁组件连接两个具有不同液位的池。浮子沿着链条运行，但是不清楚应如何引导链条通过锁以提供足够的密封。此外，操作锁需要能量，这降低了系统的效率。

[0007] DE102017007471A1公开了一种用于利用填充有液体的容器中的浮力产生能量的装置，其中浮力体利用链条彼此连接，并且通过两个锁进行引导。这里，也不清楚应如何引导链条通过锁，其中锁的操作降低了装置的效率。

[0008] US20150267677A1描述了一种用于利用浮力和重力产生永久能量的装置。该装置使用彼此连接的填充有气体的浮力体。填充有气体的浮力体通过锁从下方进入填充有液体的空间，并且受到浮力作用。这里，填充有气体的浮力体也彼此连接，这导致了额外的摩擦损失，从而降低了装置的效率。

[0009] DE9404819U1公开了一种利用浮力和重力提供能量的重力马达。动力活塞在管道系统内循环一圈，并且穿过两个旨在防止介质(空气、水)混合的锁。在一个示例性实施例中，动力活塞沿着引导轨道进行移动，然而，这些引导轨道在锁区域中被中断。除了操作锁之外，还必须消耗能量来移动可枢转的引导部件，使得锁区域中的引导轨道闭合。另一个缺点是，额外的机械部件(诸如可枢转的引导部件)会增加装置的机械易损性。

[0010] DE102014000866A1公开了一种用于产生能量的可控浮力系统，在该系统中，可变容积的气密中空体(气球)通过环形牵引装置被连续引导通过液体容器。这些气球通过软管进行流体连通，从而当穿过压缩前一气球的区域时，气球中的气体成分会被压入后一气球中。这里，也具有浮力体彼此连接的缺点。此外，必须对浮力体进行机械压缩，这大大降低了效率。

[0011] 浮力体彼此没有机械联接的装置也是已知的。例如，DE102010015667A1、DE102013009842A1、DE102011003099A1和DE102010051596A1公开了其中浮力体在管道或腔室系统中被引导的装置。然而，这里，其缺点是由于缺乏机械联接，浮力体必须被单独引导通过锁系统，这继而降低了效率。

[0012] DE102006007738A1公开了一种用于将来自材料(浮力体)的动能转化为旋转能以驱动发电机的方法。这里，彼此没有连接的浮力体也被引导通过锁系统，该锁系统必须进行相应的控制，这就降低了效率。

[0013] KR1020020030848A公开了一种利用浮力和重力产生能量的装置。未彼此连接的浮力体被交替地引导通过具有不同密度的流体。密度较大并且因而较重的流体应在其重力下被推到较轻的流体上，以确保较轻的流体的液面高于较重的流体的液面。由于重力作用而下沉的浮力体将前面的浮力体推到较重的流体中，然后进入较轻的流体，浮力体在较轻的流体中由于浮力作用而向上漂浮。缺点是浮力体的运动不可避免地导致流体混合，从而降低效率。

[0014] 此外，在现有技术中，提出利用毛细管作用以产生电能的公报也是已知的。例如，AT520053A1和JPS5813172A均描述了串联的槽和毛细管管道元件的系统，其中液体旨在借助毛细管作用从低处的槽输送到高处的槽。然而，这两个系统的缺点都是毛细管流动在上部槽中中断并且从而停止。

[0015] DE10257375A1描述了一种同样利用毛细管力的系统，但是在该系统中，毛细管周围的元件被加热，以蒸发毛细管中的水。此外，水在进入毛细管之前被加热。该系统的缺点是毛细管内会形成气体，进而导致毛细管流动停止。此外，没有描述如何提供加热和蒸发所需的能量。

[0132] 将参照以下附图和示例性实施例对本发明进行更详细的说明，但是本发明不被限制于这些实施例。

[0133] 在各个附图中，具有相同功能的部件始终用相同的附图标记表示，从而这些部件总体上仅被描述一次。

[0134] 图1A至图1C示出了浮力利用装置(1.0)的实施例，该装置包括填充有第一介质(2.1)(这里为水)的第一腔室(1.1)和填充有第二介质(2.2)(这里为空气)的第二腔室(1.2)。此外，该装置还包括浮力体(3.0)，该浮力体能够在周向引导件(4.0)内被引导，该周向引导件(4.0)被设计成环形轨道系统。第一空间(1.1)和第二空间(1.2)通过锁系统(1.3)彼此分离，其中锁系统被布置在下反向点(1.4)处。图1B中放大示出的锁系统(1.3)包括数个串联连接的唇形密封件(1.5)，该唇形密封件的内径设计为与浮力体(3.0)的横截面完全匹配。浮力体(3.0)被制造成由聚乙烯制成的中空体，并且涂覆有聚四氟乙烯涂层，从而浮力体(3.0)以尽可能小的摩擦被引导通过环形轨道系统(4.0)。未示出的转换器沿着环形轨道系统(4.0)布置，该转换器在第一空间(1.1)中上升期间和在第二空间(1.2)中下降期间将浮力体(3.0)的动能转换为电能。图1C示出了图1B中所示的横截平面S‑S的视图。周向引导件(4.0)这里包括第一引导轨道(4.1)、第二引导轨道(4.2)和第三引导轨道(4.3)，其中这些引导轨道彼此以120°的角度布置。唇形密封件(1.5)的内径设计成与浮力体(3.0)的横截面完全匹配，从而有利的是，第一介质(2.1)不会在浮力体(3.0)和唇形密封件(1.5)之间穿过。引导轨道(4.1、4.2、4.3)一方面可以稳定唇形密封件，并且另一方面用于持续地引导浮力体(3.0)通过周向引导件(4.0)。另选地，可以仅使用两个引导轨道，这两个引导轨道彼此以180°的角度布置。

[0135] 图2A、图2B和图2C均示出了浮力体(3.0)的实施例，该浮力体的横截面基本上具有圆形轮廓。浮力体(3.0)布置在三个引导轨道(4.1、4.2、4.3)内，从而浮力体(3.0)仅能够在引导轨道(4.1、4.2、4.3)的纵向方向上移动。图2D示出了图2B中所示的具有引导轨道(4.1、4.2、4.3)的浮力体(3.0)，其中引导轨道(4.1、4.2、4.3)彼此以120°的角度布置。图2E示出了其改进的实施例，其中浮力体(3.0)的外侧设计成使得其具有构型(5.0)，引导轨道(4.1、
4.2、4.3)被引导到构型(5.0)中以进行接合。这种构型的有利之处在于其可以防止浮力体(3.0)绕其纵向轴线旋转。

[0136] 图3A和图3B示出了浮力体(3.0)的另一个实施例，其平均密度和因此其浮力取决于温度的变化。浮力体(3.0)包括对中布置的气动元件(3.1)，该气动元件的作用是将成形碗状件(3.2)移开，以降低浮力体(3.0)的平均密度，由此增加其浮力。一旦浮力体(3.0)加热，包裹该成形碗状件(3.2)的热敏聚合物外壳(3.3)就会收缩，其中由热敏聚合物外壳(3.3)的收缩施加的力抵消了气动元件的力。气动元件(3.1)内还可以布置有弹簧。设定气动元件(3.1)的最大力，以便一旦达到过渡温度，则热敏聚合物外壳(3.3)的力就会变大。通过收缩热敏聚合物外壳(3.3)，浮力体(3.0)的平均密度以及因此浮力就会减小。如果温度再次降低，则气动元件(3.1)的向外力将占优势并且浮力将再次增加。热敏聚合物外壳(3.3)另外由利用可伸展塑料制成的拒液外壳(3.4)包围。被完全压缩的浮力体具有最小的浮力。被完全解除压缩的浮力体具有最大的浮力。图3A示出了解除压缩的浮力体(3.0)，图3B示出了压缩的浮力体(3.0)。

[0137] 图3C和图3D示出了浮力体(3.0)的另外的实施例。这里，浮力体(3.0)包括填充有气体的气动中空体(3.5)，该中空体包裹在热敏聚合物网(3.6)和拒液护套(3.4)中。其功能原理与上述的原理相对应，其中图3C示出了解除压缩的浮力体(3.0)，图3D示出了压缩的浮力体(3.0)。

[0138] 图4A示出了浮力利用装置(1.0)的实施例，其中这里示出了浮力体(3.0)，其平均密度如上所述是随温度变化的。环形轨道系统(这里未示出)设计成使得压缩的浮力体(3.7)和解除压缩的浮力体(3.8)能够在环形轨道系统内移动。因此，在环形轨道系统和浮力体之间优选具有足够的间隙，以便能够在环形轨道系统内引导解除压缩的浮力体和压缩的浮力体。这里，浮力利用装置(1.0)包括第一空间(1.1)和第二空间(1.2)，这两个空间由隔热分隔壁(1.6)分离，其中两个空间都包含相同的介质(这里为水)。第二空间(1.2)中布置有热交换器(1.7)，该热交换器传导来自沼气设备的废热。热交换器(1.7)导致正被引导通过该热交换器的浮力体(3.0)的温度升高，该浮力体如上所述设计并且降低它们的平均密度。在到达下反向点(1.4)时，浮力再次增加，从而使浮力体(3.0)向上升起。在第一空间(1.1)和第二空间(1.2)的上端处布置有空气空间(2.3)。空气空间可以作为隔热器，以最大限度地减少从第二空间(1.2)到第一空间(1.1)的热传递。未示出将浮力体的动能转换成电能的转换器。图4B示出了图4A的稍作修改后的实施例，其中这里没有空气空间。相反，第一空间(1.1)和第二空间(1.2)彼此由隔热分隔壁(1.6)分离，其中该隔热分隔壁(1.6)被设计成可以防止热量从第二空间(1.2)扩散到第一空间(1.1)，例如，通过设计隔热分隔壁开口(1.8)，使得隔热分隔壁(1.6)和浮力体(3.0)之间的水扩散最小。分隔壁开口(1.8)是根据本发明的锁系统的一个实施例。

[0139] 图5示出了毛细管抽吸蒸发装置(6.0)的实施例。由平行布置的毛细管组成的毛细管束(6.1)将流体(这里为水)从流体密封的下部容器(7.1)引入上部容器(7.2)中。为简单起见，这里仅示出一个毛细管。在上部容器(7.2)中，毛细管束的上端被设计成带有气孔(8.1)的平坦元件(8.0)。气孔在这里被设计成细长凹部。气孔(8.1)也是彼此平行布置的。上部容器(7.2)也设计成流密式，并且包括透明元件(7.3)。入射的阳光(7.4)穿过透明元件(7.3)，照射到平坦元件(8.0)上，并且使平坦元件升温，从而导致水通过气孔(8.1)蒸发。蒸发用波浪形箭头表示。由于上部容器(7.2)被设计成流密的，因此水蒸气会在上部容器(7.2)的壁上冷凝，并且汇集在上部槽(7.5)中。冷凝液(7.6)从上部槽在下水管(6.2)中返回到下部容器(7.1)。转换器(8.2、8.3)布置在下水管(6.2)内，其将水的势能或动能转换成电能。转换器可以设计成旋转元件(8.2)或摩擦电元件(8.3)。也可以想到用另一种沸点低的流体代替水，使得即使在微弱的太阳辐射下也能确保流体的蒸发。

[0140] 图6A示出了在图5基础上改进的毛细管抽吸蒸发装置(6.0)的实施例。这里，上部容器(7.2)包括内部气球(9.0)和外部气球(9.1)。在内部气球(9.0)的内部，平坦元件(8.0)布置有气孔，并且通过悬置装置(9.2)连接到内部气球(9.0)的壁，这些悬置装置(9.2)这里被设计为绳索。内部气球(9.0)通过悬置装置(9.2)悬置在外部气球(9.1)内。两个气球(9.0、9.1)均由透明的流密塑料制成。气体腔室(9.3)位于内部气球(9.0)和外部气球(9.1)的壁之间，并且包含载气(这里为氦气)，该载气可增加上部容器(7.2)在大气中的浮力。流体(这里为水)在毛细管束(6.1)内的上升、流体通过平坦元件(8.0)的气孔的蒸发、冷凝并通过下水管(6.2)进入下部容器(7.1)中的操作原理与针对图5所描述的过程相对应。

[0141] 图6B示出了图6A的改进实施例，其中毛细管束(6.1)和下水管(6.2)是柔性的并且布置在柔性包覆通道(6.3)中。压电纤维(6.4)布置在下水管(6.2)、毛细管束(6.1)和柔性通道(6.3)的内壁之间。当柔性通道(6.3)被拉伸或压缩时，电能因此会被收集起来。

[0142] 所述部件的尺寸未按比例示出。此外，所示出的本发明的实施例在每种情况下都应理解为示例性的，而非限制性的。本发明的实施也可以偏离这些示例。例如，在另外的替代实施例中，可以省略平坦元件以及毛细管束和下水管。相反，压电纤维可以沿着由填充有浮力气体的气球支撑的柔性元件布置。

[0143] 附图标记列表

[0144] 1.0 浮力利用装置            5.0构型

[0145] 1.1 第一空间                6.0毛细管抽吸蒸发装置

[0146] 1.2 第二空间                6.1毛细管/毛细管束

[0147] 1.3 锁系统                  6.2下水管

[0148] 1.4 下反向点                6.3包覆通道

[0149] 1.5 密封元件/唇形密封件     6.4压电元件/压电纤维

[0150] 1.6 隔热分隔壁              7.1下部容器

[0151] 1.7 热交换器/加热元件       7.2上部容器

[0152] 1.8 分隔壁开口              7.3透明元件

[0153] 1.9 上反向点                7.4阳光

[0154] 2.1 第一介质                7.5上部槽

[0155] 2.2 第二介质                7.6冷凝液/冷凝流体

[0156] 2.3 空气空间                8.0平坦元件

[0157] 3.0 浮力体                  8.1 气孔

[0158] 3.1 气动元件                8.2转换器(旋转元件)

[0159] 3.2 成形碗状件              8.3转换器(摩擦电元件)

[0160] 3.3 热敏聚合物外壳          9.0内部气球

[0161] 3.4 拒液护套                9.1外部气球

[0162] 3.5 气动中空体              9.2悬置装置

[0163] 3.6 热敏聚合物网            9.3气体腔室

[0164] 3.7 压缩的浮力体

[0165] 3.8 解除压缩的浮力体

[0166] 4.0 周向引导件/环形轨道系统

[0167] 4.1 第一引导轨道

[0168] 4.2 第二引导轨道

[0169] 4.3 第三引导轨道