用于水再循环和能量生成的装置、系统和方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及能量生成领域。具体地说，本发明设及利用流体力学和毛细管作用发 电的装置、系统和方法。
【背景技术】
[0002] 水循环系统通常依赖电动累来确保水从一个蓄水池移动到另一个蓄水池或从蓄 水池移出和返回。由于大气压和水摩擦，运样的累须连续运行。难W克服重力W使水在竖向 柱塔内上升。在缺少机电累抽作用下，重力和大气压进一步阻碍运样的水流。
[0003] 在斥液斥水领域的最新进展例如如在2012年7月26日所公开的国际专利申请公开 号W02012/100100A2中描述的化IPS(光滑的注液多孔表面)已提供新的手段来研究毛细管 诱发机制和低摩擦流体系统，上述国际专利申请的全文被援引纳入本文。但是，仅是低摩擦 不足W克服水循环系统中的重力和大气压。
[0004] 在能量生成领域，在标准试验条件(STC)下测量太阳能电池效率，除非另有说明。 STC规定，在大气质量1.5(M1.5)范围情况下，溫度为25摄氏度rC)，福照度为1000瓦/平方 米(W/m2)。运些条件对应于在晴天下太阳处于水平线之上41.81°角的情况下阳光入射到面 向太阳倾斜37°的表面。运代表着在美国本±接近春分和秋分的太阳正午时电池表面直接 对准太阳。在运些试验条件下，具有20 %效率和100cm2(10cm)2的表面面积的太阳能电池将 会产生2.0W。用在光伏系统中的太阳能电池的效率结合缔度和气候决定了系统的年度能量 输出。例如具有20%效率和1平方米(m2)面积的太阳能板在STC下将产生200W，但在太阳位 于高空时太阳能板将产生更多能量，在阴天条件下且在太阳位于低空时将会产生更少能 量。因此，需要一个不依靠太阳能的更高效的系统。
【发明内容】
[0005] 本发明的一个目的是提供一种用于循环水的装置，其包括流动维持部段。该流动 维持部段包括疏水部段和亲水部段并维持在第一流动维持部段端部进入流动维持部段并 在第二流动维持部段端部离开的水流。
[0006] 本发明的另一个目的是提供一种用于循环水的装置，其包括竖直部段、过渡部段 和排放部段。该过渡部段连接所述竖直部段和排放部段。所述竖直部段、过渡部段和排放部 段具有涂有减摩材料的内壁。该竖直部段包括位于第一端部的入口，所述入口包括第一单 向阀；所述竖直部段在竖直部段的第二端部被连接至所述过渡部段。所述过渡部段在第一 过渡部段端部被连接至所述竖直部段并在第二过渡部段端部被连接至所述排放部段。所述 排放部段包括位于排放部段顶端的第二单向阀、位于第二排放部段端部的第Ξ单向阀和流 动维持机构。
[0007] -种用于发电的系统，其包括如上所述的用于循环水的装置、蓄水池和水力发电 机。通过用于循环水的装置经由入口从蓄水池汲水，且第二流动维持部段端部将水排至水 力发电机W便发电。
【附图说明】
[000引本领域技术人员可W通过参考附图来更好地理解本发明的众多优点，其中：
[0009] 图1是用于循环水的系统的图像描绘。
[0010] 图2是一个实施例的排放部段的图示。
[0011] 图3A是根据优选实施例的毛细管的图示。
[0012] 图3B是根据本发明的一个实施例的毛细管的图示。
[0013] 图4A是毛细管板的图示。
[0014] 图4B是固定架和毛细管板的图示。
[0015] 图4C是固定架和多个毛细管板的图示。
[0016] 图5是毛细管板和毛细管的图示，示出疏水部段和亲水部段之间边界。
[0017] 图6是溫度控制装置的图示。
[0018] 图7是具有锥形竖直部段的装置的图示。
[0019] 图8是具有多个板的装置的图示，所述多个板具有不同的孔径。
[0020] 图9示出具有竖直部段的水再循环装置，在所述竖直部段中直径从第一端部向过 渡部段递减。
[0021] 图10示出水再循环系统的应用，其中多个装置和蓄水池交错排列。
【具体实施方式】
[0022] 下面描述本发明的特殊实施例，旨在使人们能够实施本发明且并不打算限制优选 实施例，而是作为本发明的特定例。本领域技术人员应该理解，他们可W轻易利用所公开的 概念和具体实施例作为修改和设计其它方法和系统的基础，W实现与本发明相同的目的。 本领域技术人员还应该认识到，运样的等效组合未脱离本发明的最广泛的精神和范围。
[0023] 如图1所示，用于循环水的装置100包括竖直部段110、过渡部段120和排放部段 130。过渡部段120连接竖直部段110和排放部段130。在优选实施例中，当蓄水池安放于海平 面时，装置100的高度等于或小于10.33米。该高度是从安放所述装置的水面起至过渡部段 120上的最高点测量的。维持所述高度低于10.33米利于水的循环。海平面上的大气压等于 760毫米隶柱(mmHg)或10.33米水柱。大气压随着海拔增高而减小。因此，例如在海平面上， 标准天气下的大气压是101.3千帕（k化），但在海拔3000米时，标准天气下的大气压约为 70kPa。因此，装置100的高度必须针对使用该装置100的每千米海拔降低约1米。在维持装置 高度低于10.33米情况下，一旦形成将在下文中更详细描述的真空，安放有该装置的蓄水池 上的空气重量将帮助水在竖直部段110中上行。
[0024] 本领域技术人员将会理解，装置100的与大气压相关的近似高度不必是精确的。在 其它优选实施例中，装置100的高度可通过下述方式计算。第一步，确定在给定海拔下的大 气压：
[0025] P = 101325(l-2.25577 l〇-5h)5.已已88
[00%]其中，P是空气压力（pa)，h是高出海平面的海拔(m)。例如在3000米海拔下，P是 70.2kPa。基于此大气压，人们可W算出W米计量的水的海拔，其中101.3k化等于10.3米水 柱，因此Ik化等于101.97毫米水柱。那么，由于在3000米海拔处P是70.2kPa，故水柱高度由 101.97毫米水柱乘W70.2kPa计算得出，即7.1米水柱。
[0027]竖直部段110具有第一端部101和第二端部112。第一端部101提供汲水用入口 105。 在一个优选实施例中，入口 105具有第一单向阀108。第一单向阀108被构造成允许水仅在一 个方向从第一端部101流向第二端部112。在优选实施例中，竖直部段110的第二端部112被 连接至过渡部段120的第一过渡端部118。可W设想，在一些实施例中该竖直部段110和过渡 部段120作为单独构件来制造。在运样的实施例中，第一过渡端部118和第二端部112是其各 自部段的区域，但不形成独立结构。而在其它实施例中，装置100可W包括独立的竖直部段 110和独立的过渡部段120,在此，第二端部112和第一过渡端部118相互接合。
[002引在优选实施例中，竖直部段110具有内壁115。内壁115可W涂有减摩材料。所用减 摩材料可W是超滑超拒水材料，其由如W02012/100100A2('100申请，其全文被援引纳入本 文)所述的光滑的注液多孔表面(SLIPS)制成。如'100申请所述，内壁115可W通过在具有微 米级和纳米级形貌特征的糖化固体表面