河流能量采集装置、制造方法和采集方法
阅读说明：本技术 河流能量采集装置、制造方法和采集方法 (River energy collecting device, manufacturing method and collecting method ) 是由 刘摇 黄国林 王新明 于 2021-10-27 设计创作，主要内容包括：本发明涉及河流能量采集领域,具体为河流能量采集装置、制造方法和采集方法。本发明河流能量采集装置、制造方法,包括：储水容器；上水管,该上水管与所述储水容器连通；下水管,该下水管位于储水容器的下方且与所述储水容器连通；其中至少所述下水管处于竖直角度；输气管,所述输气管安装于所述储水容器,该输气管的一端处于储水容器的外部,另一端处于储水容器内部的上方；至少一条混气管,所述混气管安装于所述储水容器内部；所述混气管的一端处于所述储水容器内的上方,另一端处于所述下水管内。本发明河流能量采集方法,包括河流能量采集装置、制造方法；将上水管设置于河流上游、下水管设置于河流下游；利用负压气体通过输气管对外作功。(The invention relates to the field of river energy collection, in particular to a river energy collecting device, a manufacturing method and a collecting method. The invention relates to a river energy collecting device and a manufacturing method, comprising the following steps: a water storage container; the upper water pipe is communicated with the water storage container; the sewer pipe is positioned below the water storage container and communicated with the water storage container; wherein at least the downcomer is at a vertical angle; the gas pipe is arranged in the water storage container, one end of the gas pipe is positioned outside the water storage container, and the other end of the gas pipe is positioned above the inside of the water storage container; the gas mixing pipe is arranged inside the water storage container; one end of the gas mixing pipe is positioned above the water storage container, and the other end of the gas mixing pipe is positioned in the sewer pipe. The invention relates to a river energy acquisition method, which comprises a river energy acquisition device and a manufacturing method; arranging an upper water pipe at the upstream of the river and arranging a lower water pipe at the downstream of the river; the negative pressure gas is utilized to do work outwards through the gas transmission pipe.)
技术领域
本发明涉及河流能量采集领域，具体为河流能量采集装置、制造方法和采集方法。
背景技术
一条河流的能量基本上取决于河流水量和落差，它们又以流量一词概括地加以表示；流量通常用立方英尺/秒（即用每秒钟通过一特定断面的立方英尺数）或用公制立方米每秒（米3/秒）表示。
在采集河流能量方面，通常利用水轮机来实现河流能量的采集，水轮机是把水流的能量转换为旋转机械能的动力机械，它属于流体机械中的主流机械。现代水轮机大多数安装在水电站内，用来驱动发电机发电。在水电站中，上游水库中的水经引水管引向水轮机，推动水轮机转轮旋转，带动发电机发电。作完功的水则通过尾水管道排向下游。水头越高、流量越大，水轮机的输出功率也就越大。水轮机及辅机是重要的水电设备是水力发电行业必不可少的组成部分，是充分利用清洁可再生能源实现节能减排、减少环境污染的重要设备，其技术发展与我国水电行业的发展规模相适应。在我国电力需求的强力拉动下，我国水轮机及辅机制造行业进入快速发展期，其经济规模及技术水平都有显著提高，我国水轮机制造技术已达世界先进水平。而水轮机等设备仅适用于一些大型的河流，对于低流速、低落差、小流量的河流，效率低及性价比太低无法应用，在现有全世界众多河流当中，低流速、低落差的河流一直由于无法高效率、高效益利用，因而造成了资源的浪费。
除了水轮机以外，目前其他利用河流落差能量进行能量输出的方案中，还有水锤泵、水车、阿基米德螺旋泵、水轮泵等；
特别是在将河流能量转变成压差气体能量的技术中，有液气能技术，也就是水力空气压缩技术，其基本为正压系统，也就是将水流落差的机械能转变成高于大气压的有压气体的技术。也有通过利用虹吸原理，将河流落差的机械能转变为负压气体的技术，所有利用虹吸现象将河流能量转变为负压气体压差能的技术方案中都至少存在如下缺点：
其一、就是容易断流，为了解决该问题，很多人采用更粗的管子，但更粗的管子只是撑的时间长一点而已，但不能解决断流问题；
其二、虹吸必然都有负压，只要有负压就会使水中的气体析出，并且负压越高、以及水的紊流和震动越大，水中气体就会剧烈大规模析出越多；如果不把水中析出的气体排走，就会在虹吸管内的上部积累，积累到一定程度后虹吸必断流；要想不断流，水流速必须要很快，通过高流速将大气团破碎成小气泡带入下水管吸排走，但高流速此时的效率必很低；同时流速高也意味着水中同时有更多的气体析出，最终还是难逃虹吸断流和效率低这两个方面的结果；
其三、在虹吸管的出水端，水体的紊流或振动也会使气体析出，并且小气泡也容易向上蹿；
其四、整条虹吸管进水和出水流速一样，水中气体更容易析出；
其五、高负压将气体吸入下水管向下带的时候，小气泡与水融合不多，效率不高；
其六、现河流中安装虹吸管也容易进入垃圾堵塞；
其七、现有虹吸的负压无法利用，且易断流；无法对外作功；即使勉强对外作功，也效率极低；
其八、现有虹吸无法调节出水流速；同时也造成另一方面的缺点就是无法有效的将虹吸管中混合的小气泡随水向下排出；
其九、现有的负压利用方面只能利用虹吸管将水从一个地方吸至另一个地方，无法实际应用，更无法高效的利用负压；
其十、现有虹吸转换效率极低，对能量浪费严重；
其十一、另外还有重点问题就是转换效率很低，且效率很不稳定，也正是因为效率极低且不稳定，因此通过利用虹吸现象将河流能量转变为负压气体压差能的成熟的技术方案现目前没有。
其十二、尤其是对于低落差、低流速的河流，现有技术中利用虹吸负压更没有高效应用的设备或方法。
发明内容
本发明的目的是至少解决以上部分问题。
为解决上述技术问题，本发明河流能量采集装置，包括：
储水容器；
上水管，该上水管与所述储水容器连通；
下水管，该下水管位于所述储水容器的下方且与所述储水容器连通；
其中至少所述下水管处于竖直角度；
输气管，所述输气管安装于所述储水容器，该输气管的一端处于所述储水容器的外部，另一端处于所述储水容器内部的上方；
至少一条混气管，所述混气管安装于所述储水容器内部；所述混气管的一端处于所述储水容器内的上方，另一端处于所述下水管内。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述储水容器的过流量至少不小于所述上水管或所述下水管的过流量。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，将其中的储水容器、上水管和下水管替换为流体管；所述流体管包括上水管和下水管；
其中至少所述下水管处于竖直角度；
所述流体管的水平最高位置设有输气管，该输气管的一端处于所述流体管的外部，另一端处于所述流体管内部的上方；
至少一条混气管，所述混气管安装于所述流体管内；所述混气管的一端处于所述流体管内的上方，另一端处于所述流体管内部其中所述的下水管内。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述流体管内设有液位控制部件，该液位控制部件与所述输气管连通，当所述液位控制部件的位置在所述流体管内上下浮动时，所述液位控制部件开启或关闭所述输气管。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述流体管的水平最高位置设置有过水流量不小于所述上水管和所述下水管的空腔以替代所述储水容器。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述下水管上方的端部处于所述上水管的内部。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述上水管的直径大于所述下水管的直径。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述上水管的直径至少为下水管的1.5倍。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述下水管的管径为至少180毫米以上。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述混气管至少处于所述下水管内的端部处于水平角度。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，处于所述下水管内的所述混气管设有至少一条出气缝和/或至少一个出气孔。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述至少一条出气缝和/或至少一个出气孔设置于环绕所述混气管水平下方的180度范围内。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，处于所述下水管内的所述混气管的上方设有与所述下水管和/或所述混气管固定连接的斜板。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述储水容器的内部设有与所述输气管连通的液位控制部件，当所述液位控制部件的位置在所述储水容器内上下浮动时，所述液位控制部件开启或关闭所述输气管。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述液位控制部件为浮球阀或电磁阀。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述下水管上方的端部处于所述储水容器的内部，其水平位置等于或高于所述储水容器的底部。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述下水管上方端部的位置高低可调。
作为本发明河流能量采集装置的一种优选实施方案，所述混气管处于所述下水管内的水平截面占所述下水管水平截面的15%-65%。
本发明河流能量采集装置制造方法，包括以下两条方案其一：
（1）包括相连通的上水管、储水容器以及下水管；
（2）包括U形或L形的流体管，将该流体管上方的折弯处设置与其连通的空腔作为储水容器，所述流体管由所述储水容器分隔为上水管和下水管；
将以上方案任意一条，其中所述上水管和所述下水管分别设置于所述储水容器的下方；并且其中至少将所述的下水管设置为竖直角度；
在所述储水容器内安装输气管，将输气管一端与外部连通，另一端与储水容器内部连通；
在所述储水容器内安装至少一条混气管，将该混气管的一端设置于所述储水容器内的上方，另一端安装于所述下水管内。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，其中控制所述输气管的过流量，使所述储水容器内部水的液面的高度持续保持在所述输气管和所述下水管之间。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，删除其中所述储水容器，仅保留所述上水管和所述下水管；
将其中所述下水管上方的端部处于所述上水管的内部。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，将其中所述储水容器的过流量设置为至少不小于所述上水管或所述下水管的过流量。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，将其中所述上水管的直径设置为大于所述下水管的直径。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，将其中所述混气管至少处于所述下水管内的端部设置为水平角度。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，将其中处于所述下水管内的所述混气管的水平截面设置为占所述下水管同一水平位置截面的15%-65%之间。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，将其中处于所述下水管内的所述混气管设置至少一条出气缝和/或至少一个出气孔。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，将所述至少一条出气缝和/或至少一个出气孔设置于环绕所述混气管水平下方的180度范围内。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，将处于所述下水管内的所述混气管的上方设置与所述下水管和/或所述混气管固定连接的斜板以防积累垃圾。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，包括设置于所述输气管液位控制部件，通过所述储水容器或所述流体管内的液位变化来调节所述液位控制部件，当所述液位控制部件在的位置在所述储水容器或所述流体管内上下浮动时，所述液位控制部件开启或关闭所述输气管。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，其中将所述下水管上方的端部设置处于所述储水容器的内部，该端部其水平位置的高度设置为等于或高于所述储水容器的底部。
作为本发明河流能量采集装置制造方法的一种优选实施方案，将所述下水管上方端部的位置设置为可高低调节。
本发明河流能量采集方法，包括河流能量采集装置和/或河流能量采集装置制造方法；
将其中所述上水管设置于河流的上游；
将其中所述下水管设置于河流的下游；
利用虹吸通过所述上水管将河流上游的水经由所述储水容器及所述下水管排向河流下游；
所述上水管析出的气体及所述输气管吸入的外部气体处于所述储水容器内使水形成内水液面；
利用所述储水容器来减少所述上水管中河水的紊流以达到高负压状态下减少水中气体的析出，使所述下水管进水平稳，以提高效率；
利用所述混气管借助负压将所述储水容器内的气体吸入所述下水管的水中排向河流下游；
利用所述储水容器内产生的负压转变为负压气体压差能，通过输气管对外作功。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，所述输气管和所述混气管的气体流量比例设定与所述储水容器内的内水液面相关，使所述储水容器内的内水液面高度始终保持于所述输气管和所述下水管的端口之间。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，利用其中所述上水管的直径大于所述下水管的直径，从而降低所述上水管的流速，以减少水的紊流或振动或跳动或翻滚。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，利用所述混气管至少处于所述下水管内的端部设为水平角度，使其端部与所述下水管内竖直下流的水直接接触，利用下水管内的水将混气管排出的气体切割成小气泡，以提高气液混合效率从而由下水管排向河流下游。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，利用处于所述下水管内的所述混气管设置至少一条出气缝和/或至少一个出气孔，以使混入下水管的河水中的气泡更均匀。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，利用所述至少一条出气缝和/或至少一个出气孔设置于环绕所述混气管水平下方的180度范围内，以防水进入所述混气管内。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，利用所述下水管内的所述混气管的上方设有与所述下水管和/或所述混气管固定连接的斜板以防河流的垃圾积累于此处。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，利用在所述储水容器的内部设置与所述输气管连接的液位控制部件，使所述液位控制部件在所述储水容器内的上下浮动取决于所述储水容器内部的内水液面，从而使所述液位控制部件开启或关闭所述输气管。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，利用所述下水管上方端部的位置设置为高低可调，以实现调节所述下水管内部水的流速。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，利用处于所述下水管内的所述混气管的水平截面设置为占所述下水管截面的15%-65%以提高河流能量采集效率。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，所述下水管下方的端部位于所述下游水面以下的1米以内，以减少产生正压气体而损失负压的压力值。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，所述上水管的下方的端部位于所述上游水面以下至少0.5米，以减少进水时产生旋涡进气。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，
获取所述上游水面与所述下游水面之间的落差；
调节所述下水管上方端部与所述内水液面之间的距离；
根据所述落差和所述距离来设定所述混气管的水平截面与所述下水管截面之间的占比，以提高效率。
作为本发明河流能量采集方法的一种优选实施方案，所述上游水面与所述下游水面之间的落差应小于所述上游水面与所述内水液面之间的高度。
有益效果
本发明提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
1.本发明河流能量采集装置、制造方法，通过将上水管、下水管和储水容器三者连通，以及通过储水容器的增加，可使上水管内部的水减少紊流或者震动或水流扰动过大，并且还实现了减缓水的流速的作用，从而起到了减少水中的气体析出的作用，同时也解决了虹吸断流的问题；另外储水容器使仅在负压状态下少量析出的气体停留在储水容器的上方，依靠安装于储水容器内部的混气管在更高负压作用下将储水容器内部的气体吸入下水管中排出外部，从根本上解决了容易断流的问题；并且通过增加的混气管，其将气体由下水管排出的效率显著提高；另外，增加的输气管使得混气管不仅吸走储水容器内部上方析出的气体，同时其重点是在负压的作用下通过输气管，使本发明形成一个负压设备，使得本发明可将河流能量转变为负压气体压差能，通过输气管吸走本发明设备外部的气体，也就是通过负压对外做功。
2.本发明河流能量采集装置、制造方法，通过将所述储水容器的过流量至少不小于所述上水管或所述下水管的过流量，从而使得上水管内的水进入储水容器内部后可减少上水管内部水的紊流，使水面保持稳定，水面稳定也使的下水管的水减少紊流或振动，从而使下水管带走气体的过程中水与小气泡（气体）之间更加融合，以减少在紊流的情况下小气泡相互聚集变大以后容易向上蹿。
3.本发明河流能量采集装置、制造方法，将所述的上水管的直径设置大于所述下水管的直径，使得下水管的流速不变的情况下，上水管的流速变慢，而上水管的流速变慢，再次进一步有利于在工作使用中减少上水管内水中气体的析出，从而对效率带来提高；同时该方案与所述的储水容器搭配使用，二者的结合又起到再次减少水中气体的析出、使混气管吸入的外界的气量占比更大，从而提高效率。
4.本发明河流能量采集装置、制造方法，所述上水管的直径至少为下水管的1.5倍，使得上水管口径加大时，管内流速大幅放慢，水流到了储水容器里面的时候就会很平稳，此时下水管的进水也很平稳，因此在工作中不仅减少了上水管的水中气体的析出，提高了效率，同时配合储水容器使其效率进一步提高。
5.本发明河流能量采集装置、制造方法，其中将混气管至少处于所述下水管内的端部处于水平角度，由于所述下水管的水是竖直从上向下流动，从而使得其出气方向与下水管内的水流呈相交角度，使得混气管排出的气体被下水管内的水直接切割成小气泡，气泡越小从而越有利于负压将空气向下带走；从而提高效率，也就是提高负压吸走的外部的气体。并且同时该特征与前文所述的储水容器搭配实施，与储水容器带来的优点相结合，再次进一步提高整体的效率。
6.本发明河流能量采集装置、制造方法，处于所述下水管内的所述混气管设有至少一条出气缝和/或至少一个出气孔。通过所述出气缝或出气孔，从而在工作使用中，进一步提高了其更容易被下水管向下流动的水切割为小气泡，与水混合向下流动，将效率提高。
7.本发明河流能量采集装置、制造方法，将其中所述至少一条出气缝和/或至少一个出气孔设置于环绕所述混气管水平下方的180度范围内，也就是处于下水管内的处于水平角度的混气管下方的半圈，使得下水管内的水不易进入混气管内影响工作效率。
8.本发明河流能量采集装置、制造方法，在所述下水管内的所述混气管的上方设有与所述下水管和/或所述混气管固定连接的斜板，通过增加的斜板的目的是可以防止或减少该位置挂垃圾，同时斜板12的设置使得也起到了导流的作用，使下水管内的水更平稳向下流动。
9.本发明河流能量采集装置、制造方法，在所述储水容器的内部设置的与所述输气管连通的液位控制部件，利用所述液位控制部件的位置在所述储水容器内上下浮动来达到开启或关闭所述输气管，通过增加设置液位控制部件使得其中所述输气管的进气流量可设置为大于或等于所述混气管的混气流量，使得效率增加，并且当储水容器的内部水位下降，使虹吸有可能即将断流时，液位控制部件则关小或关闭所述输气管的进气，使虹吸不出现断流，并且持续运行，当储水容器内的水位上升后，液位控制部件则打开输气管4，使得继续由负压将外部气体吸入，从而实现效率的最高。
10.本发明河流能量采集装置、制造方法，通过将所述下水管上方的端部处于所述储水容器的内部，使得通过控制下水管上方的端部处于所述储水容器内部的水平位置高度可达到控制下水管不同的流量和流速。
11.本发明河流能量采集装置、制造方法，通过将所述下水管上方端部的位置设置为高低可调；由于所述下水管上方的端部与储水容器内部的液面之间的高度，其位置越低，下水管内部的水的向下流速越快，当落差大的时候，它的位置就要下移，以便使混入水中的气泡快速下降，防止气泡之间融合后上浮。
12.本发明河流能量采集装置、制造方法，其中，混气管处于所述下水管内的水平截面占所述下水管水平截面的15%-65%，从而提高混气管进入下水管内的气体与水混合效率。
13.本发明河流能量采集装置、制造方法的另一种方案，将其中的储水容器、上水管和下水管替换为流体管；该流体管包括上水管和下水管；以及混气管安装于所述流体管内；从而使其在特征减少储水容器的情况下，也同样具备原有的功能，而仅仅只是效率略低于具有储水容器的方案，因此当使用场合对于效率的要求不高的情况下，且对于降低成本有要求的，则可以满足条件。
14.本发明河流能量采集装置、制造方法的另一种方案，在其中流体管内设置液位控制部件，通过将液位控制部件安装于流体管内且与所述输气管连通，因此，当流体管的内部水位下降，使虹吸有可能即将断流时，液位控制部件则同步关小或关闭所述输气管的进气，使虹吸不出现断流，并且持续运行，使得流体管内的水位上升后，液位控制部件则同步打开或调大输气管的流量，使得继续由负压将外部气体吸入，从而实现效率的最高。
15.本发明河流能量采集装置、制造方法的另一种方案，流体管的水平最高位置设置有过水流量不小于所述上水管和所述下水管的空腔以替代所述储水容器，通过以此来替代前文方案中所述的储水容器，使得当在必要增加效率时，可方便调整。
16.本发明河流能量采集装置、制造方法的另一种方案，所述下水管上方的端部处于所述上水管的内部，从而同样可通过控制下水管上方的端部处于所述流体管内部的水平位置高度以达到控制下水管不同的流量和流速。
17.本发明河流能量采集方法，包括前文所述的河流能量采集装置、制造方法；其中上水管设置于河流的上游，其下端插入上游水面内；所述的下水管设置于河流下游，其下端插入下游水面内，利用虹吸将上游的水输送至下游，在这个过程中，利用虹吸产生的负压，使河流能量转变为负压气体压差能，并且实现能量转变效率的最大化；经过输气管吸取外部的气体，也就是通过负压对外做功，从而用于对外实现水利发电、无电泵水，无电曝气增氧、海水淡化等用途。
18.本发明河流能量采集方法，输气管和所述混气管的气体流量比例设定与所述储水容器内的内水液面相关，使所述储水容器内的内水液面高度始终保持于所述输气管和所述下水管的端口之间。通过该方案，使其持续实现通过负压对外做功。
19.本发明河流能量采集方法，利用其中所述上水管的直径大于所述下水管的直径，从而降低所述上水管的流速，以减少水的紊流或振动或跳动或翻滚。
20.本发明河流能量采集方法，利用所述混气管至少处于所述下水管内的端部设为水平角度，利用下水管内的水将混气管排出的气体切割成小气泡，以提高气液混合效率从而由下水管排向河流下游。
21.本发明河流能量采集方法，利用处于所述下水管内的所述混气管设置至少一条出气缝和/或至少一个出气孔，以使混入下水管的河水中的气泡更均匀。
22.本发明河流能量采集方法，利用所述至少一条出气缝和/或至少一个出气孔设置于环绕所述混气管水平下方的180度范围内，以防水进入所述混气管内。
23.本发明河流能量采集方法，管道中堵塞垃圾也是影响效率的一个重要因素，利用所述下水管内的所述混气管的上方设有与所述下水管和/或所述混气管固定连接的斜板以防在工作使用中河流水中的垃圾积累于此处。
24.本发明河流能量采集方法，利用在所述储水容器的内部设置与所述输气管连接的液位控制部件，使所述液位控制部件在所述储水容器内的上下浮动取决于所述储水容器内部的内水液面，从而使所述液位控制部件开启或关闭所述输气管。
25.本发明河流能量采集方法，利用所述下水管上方端部的位置设置为高低可调，以实现调节所述下水管内部水的流速。
26.本发明河流能量采集方法，利用处于所述下水管内的所述混气管的水平截面设置为占所述下水管截面的15%-65%，以提高河流能量采集效率。
27.本发明河流能量采集方法，其中所述下水管下方的端部位于所述下游水面以下的1米以内，以减少产生正压气体而损失负压的压力值。
28.本发明河流能量采集方法，其中所述上水管的下方的端部位于所述上游水面以下至少0.5米，以减少进水时产生旋涡进气。
29.本发明河流能量采集方法，利用获取所述上游水面与所述下游水面之间的落差；以及通过调节所述下水管上方端部与所述内水液面之间的距离；根据所述落差和所述距离来设定所述混气管的水平截面与所述下水管截面之间的占比，以提高效率。
30.其中储水容器的过流量至少不小于所述上水管或所述下水管的过流量、以及上水管的直径大于所述下水管的直径、以及混气管的设置、以及输气管的设置、同时所述下水管上方端部的位置高低可调、以及所述混气管位于所述下水管内的水平截面占所述下水管水平截面的15%-65%，上述每个部分分别具备提升负压对外作功的效率的作用，同时以上所有方案一起的合并，最终使整体效率在多方面的组合下得到1+1大于2的最大效率提升。
附图说明
为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下文中将对本公开实施例的附图进行简单介绍。其中，附图仅仅用于展示本公开的一些实施例，而非将本公开的全部实施例限制于此。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明另一方案的整体结构示意图；
图3是图2基础上另一方案的整体结构示意图；
图4是本发明部件“下水管”和“混气管”的立体示意图；
图5是图4的正面示意图；
图6是图4的俯视示意图；
图7是图4的仰视示意图；
图8是科5中“A-A”位置剖面示意图；
图9是本发明部件“下水管”和“混气管”的另一方案立体示意图；
图中：1、储水容器；2、上水管；3、下水管；4、输气管；5、混气管；6、流体管；7、液位控制部件；8、上游水面；9、下游水面；10、内水液面；11、出气缝；12、斜板。
具体实施方式
为了使得本公开的技术方案的目的、技术方案和优点更加清楚，下文中将结合本公开具体实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。
附图中相同的附图标记代表相同的部件。需要说明的是，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。
基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。
实施例1
如图1及图4至图9所示，本发明河流能量采集装置、制造方法，包括：储水容器1；上水管2，该上水管2与所述储水容器1连通；下水管3，该下水管3位于所述储水容器1的下方且与所述储水容器1连通；其中至少所述下水管3处于竖直角度；输气管4，所述输气管4安装于所述储水容器1，该输气管4的一端处于所述储水容器1的外部，另一端处于所述储水容器1内部的上方；至少一条混气管5，所述混气管5安装于所述储水容器1内部；所述混气管5的一端处于所述储水容器1内的上方，另一端处于所述下水管3内。其中所述的上水管2可设置为竖直角度，或可设置为非竖直角度，使上水管2与所述储水容器的侧面连通；通过将上水管2、下水管3和储水容器1三者连通，使其行成虹吸管结构，由于虹吸内部具有负压，因此在使用中，上水管2在有水流过的过程中会使水中的气体析出，其中水中气体析出的重要因素是传统虹吸管会使水流在虹吸管的折弯处产生紊流，高负压状态下没有紊流气体也会析出，但比较少，而如果有紊流和震动则会使水中气体剧烈大规模析出，从而使越积越多的气体堆积在上水管2和下水管3的顶部，最终导致虹吸的断流，另一方面，水流的流速越快，损失（浪费）的能量越大；但本发明通过储水容器1的增加，可以使上水管2内部的水减少紊流或者震动或水流扰动过大，并且还实现了减缓水的流速的作用，从而在多方面因素的作用下起到了减少水中的气体析出的作用，同时也解决了虹吸断流的问题；
另外储水容器1使仅在负压状态下少量析出的气体停留在储水容器1的上方，储水容器1内部已经是负压，而下水管3和混气管5内部的负压更低，安装于储水容器1内部的混气管5则在更高负压作用下将储水容器1内部的气体吸入下水管3中排出外部，从而使得进一步避免了虹吸断流，也就是解决了虹吸断流的问题；并且通过增加的混气管5，其将气体由下水管3排出的效率显著提高；
由此，一来本发明通过增加的储水容器1减少了水中气体析出的量，二来，即使有少量析出的气体，也经由混气管5混入下水管3中带走；另外，增加的输气管4使得混气管5不仅吸走储水容器1内部上方析出的气体，同时其重点是在负压的作用下通过输气管4，使本发明形成一个负压设备，使得本发明可将河流能量转变为负压气体压差能，通过输气管4吸走本发明设备外部的气体，也就是通过负压对外做功。其中的混气管5是同时将储水容器1的内部水中析出的气体和和外界的气体二者同时经下水管3向下带，因此如果水中析出的空气过多，就浪费了对外作功的能量，所以储水容器1的设置，减少了上水管2析出的气体，也就是增加了负压对外吸气的量，也就是增加了整体的效率；
其中所述输气管4的进气流量若大于所述混气管5的混气流量，则会使储水容器1在短时间内通过输气管4将大量外界气体吸入，造成虹吸断流；但所述输气管4的进气流量若小于所述混气管5的混气流量，则会造成负压能量的浪费；所以输气管4的进气量需要控制在设定范围，其进气速度与其管径相关，需将其与所述混气管5的混气速度相适应，其标准为：使本发明在工作时，其中所述储水容器1内部水的液面的高度始终保持在储水容器内输气管4的端部和下水管3上方的端口之间且使虹吸不断流的状态为宜。
其中所述的至少一条混气管5，在生产实施中，多条混气管5的端部处于所述下水管3内的长度相等或不等。其中如图4至图9所示，至少一条（也就是多条）混气管5之间的长度为不相等状态，从而使得下水管3内的水可更均匀的将空气吸入并切割为小气泡带向下方。
如图1所示，所述储水容器1内的过流量至少不小于所述上水管2或所述下水管3的过流量。也就是其中所述储水容器1的过流截面大于所述上水管2或所述下水管3的过流截面，使得上水管2内部的水流入储水容器1后因过渡截面变大而达到降低流速的作用，可减少上水管2内部水的紊流，使水面保持稳定，也减少上水管2水中气体的析出；另外水面稳定也使下水管3的水减少紊流或振动，从而使下水管3带走气体的过程中水与小气泡（气体）之间更加融合，以减少在紊流的情况下小气泡相互聚集变大以后容易向上蹿。
如图所示，所述上水管2的直径大于所述下水管3的直径。在前文的基础上，优选将所述的上水管2的直径设置大于所述下水管3，使得下水管3的流速不变（同等流速）的情况下，上水管2的流速变慢，而上水管2的流速变慢，再次进一步有利于在工作使用中减少上水管2内水中气体的析出。同时该实施方案与所述的储水容器1搭配使用，二者的结合又起到再次减少水中气体的析出、提高效率的作用。
如图所示，所述上水管2和下水管3的尺寸比例方面，在以前文为基础进一步的实验中，同样的参数，当下水管3直径为250mm，上水管2直径也为250mm，此时实测的转换效率很难超过25%，此时观测到上水管2内水的流速快，在储水容器1的内部的水面在剧烈波动，使得下水管3的进水不平稳，紊流大，能量损失大。当把上水管2改为500口径时，观测到储水容器1内的水流非常平稳，此时实测的转换效率提高到了52%。这是因为上水管2口径加大时，管内流速大幅放慢，水流到了储水容器1里面的时候就会很平稳，此时下水管3的进水也很平稳。因此，所述上水管2的直径至少为下水管3的1.5倍。例如下水管3直径为250毫米，上水管2的直径就应该优选在375毫米以上；其中上水管2的直径至少为下水管3的1.5倍为优选方案，若不需要太高的效率，也可以为低于1.5倍。
如图前文所示，其中所述下水管3的管径为至少180毫米以上。其中该管径优选为200mm。
如图所示，所述混气管5至少处于所述下水管3内的端部处于水平角度。也就是所述混气管5的形状近似“L”形；换句话说就是混气管5的两端，其中位于下水管3内部的那一端设置（折弯）为水平角度；在实验中发现，混气管5处于垂直角度时，下水管3向下流动的水在其下方会形成一个空腔，而将混气管5至少处于所述下水管3内的端部设置为水平角度，由于所述下水管3是处于竖直角度，因此其内部的水是竖直从上向下流动，从而使得其出气方向与下水管3内的水流呈相交角度，使得混气管5排出的气体直被下水管3内的水直接切割成小气泡，气泡越小从而越有利于负压将空气向下带走；从而提高效率，也就是提高负压吸走的外部的气体。同时该特征与前文所述的储水容器1搭配实施，与储水容器1带来的优点相结合，再次进一步提高整体的效率。
如图所示，处于所述下水管3内的所述混气管5设有至少一条出气缝11和/或至少一个出气孔。通过将处于下水管3内混气管5的主体部分设置至少一条出气缝11，该出气缝11或可以替换为出气孔，从而在工作使用中，进一步提高了其更容易被下水管3向下流动的水切割为小气泡，与水混合向下流动。
如图所示，所述至少一条出气缝11和/或至少一个出气孔设置于环绕所述混气管5水平下方的180度范围内。所述混气管5下方的180度范围内，也就是处于下水管3内的处于水平角度的混气管5下方的半圈；通过将所述至少一条出气缝11和/或至少一个出气孔设置于水平下方，使得下水管3内的水不易进入混气管5内影响工作效率。其中在生产实施中，该出气缝11的缝隙宽度在1-5毫米之间，优选为2毫米宽度；并且如图所示，当设置为出气缝11时，每一个混气管5分别设有两个以上出气缝11。
如图所示，处于所述下水管3内的所述混气管5的上方设有与所述下水管3和/或所述混气管5固定连接的斜板12。由于河流中通常会有各式各样的垃圾，因此通过增加的斜板12的目的是可以防止或减少该位置挂垃圾，同时斜板12的设置使得也起到了导流的作用，使下水管3内的水更平稳向下流动。
如图及前文所述，所述储水容器1的内部设有与所述输气管4连通的液位控制部件7，当所述液位控制部件7的位置在所述储水容器1内上下浮动时，所述液位控制部件7开启或关闭所述输气管4。在前文的基础上，在没有安装液位控制部件7的时候所述输气管4与所述混气管5之间的气体流量比例优选为所述输气管4的进气流量等于或小于所述混气管5的混气流量；而安装了液位控制部件7后，所述输气管4与所述混气管5之间的气体流量比例可设置为所述输气管4的进气流量等于或大于所述混气管5的混气流量；通过增加设置液位控制部件7，使得其中所述输气管4的进气流量可设置为大于或等于所述混气管5的混气流量，使得效率增加，并且当储水容器1的内部水位下降，使虹吸有可能即将断流时，液位控制部件7则关小或关闭所述输气管4的进气，使虹吸不出现断流，并且持续运行，当储水容器1内的水位上升后，液位控制部件7则打开输气管4，并逐步更大的打开输气管4；使得继续由负压将外部气体吸入，从而实现效率的最高。本实施例并非仅限于此，倘若将所述的液位控制部件7替换为电磁阀，由可以将其位置设置于所述储水容器1的外部，仅将其液位探头设置于内部即可。
如图所示，其中所述液位控制部件7为浮球阀或电磁阀。以及还可替换为其他任意液位阀门产品。
如图所示，所述下水管3上方的端部处于所述储水容器1的内部，其水平位置等于或高于所述储水容器1的底部。通过该方案，使得通过控制下水管3上方的端部处于所述储水容器1内部的水平位置高度以达到控制下水管3不同的流量和流速。
如图所示，所述下水管3上方端部的位置高低可调。所述下水管3上方的端部与储水容器1内部的液面之间的高度，其位置越低，下水管3内部的水的向下流速越快，当落差大的时候，它的位置就要下移，以便使混入水中的气泡快速下降，防止气泡之间融合后上浮，下水管3的入水口与内部液面之间的距离可调，也就是下水管3上方端部的入水口处的位置竖直可调；其调节的具体实施方案，可通过在所述下水管3的上方端部增加与其可拆卸连接的管道来增加高度或降低高度，或可以将所述下水管3设置为与所述储水容器1之间滑动连接，以实现下水管3上方的端部在储水容器1内高低可调，或采用其他等同的方案来实现下水管3上方端部的位置高低可调。
其中，如图6至图8所示，所述混气管5处于所述下水管3内的水平截面占所述下水管3水平截面的15%-65%，从而提高混气管5进入下水管3内的气体与水混合效率。
实施例1.1
如图9所示，所述的下水管3和混气管5的形状结构不限，可在实施例1的基础上将多条混气管的外部设置为连通状态。
实施例2
如图2及前文所示，本发明河流能量采集装置、制造方法，本实施例2可在实施例1的基础上，将其中的储水容器1、上水管2和下水管3替换为流体管6；所述流体管6包括上水管2和下水管3；其中至少所述下水管3处于竖直角度；所述流体管6的水平最高位置设有输气管4，该输气管4的一端处于所述流体管6的外部，另一端处于所述流体管6内部的上方；至少一条混气管5，所述混气管5安装于所述流体管6内；所述混气管5的一端处于所述流体管6内的上方，另一端处于所述流体管6内部其中所述的下水管3内。其在实施例1的基础上，不同之处在于通过删减掉前文所述的储水容器1，在特征减少所述储水容器1的情况下，也同样具备原有的功能，而仅仅只是上水管2在有水流过的过程中析出的气体的量会增加，其析出的气体量和常规的虹吸管相差不大，因此使得当本实施例的使用场合对于效率的要求不高的情况下，且对于降低成本有要求的，则可以满足条件。
其中所述的所述流体管6优选设置为U形或L形或V形或其他类似形状。
如图所示，所述流体管6内设有液位控制部件7，该液位控制部件7与所述输气管4连通，当所述液位控制部件7的位置在所述流体管6内上下浮动时，所述液位控制部件7开启或关闭所述输气管4。通过将液位控制部件7安装于流体管6内且与所述输气管4连通，因此，当流体管6的内部水位下降，使虹吸有可能即将断流时，液位控制部件7则同步关小或关闭所述输气管4的进气，使虹吸不出现断流，并且持续运行，使得流体管6内的水位上升后，液位控制部件7则同步打开或调大输气管4的流量，使得继续由负压将外部气体吸入，从而实现效率的最高。
如图3所示，所述流体管6的水平最高位置设置有过水流量不小于所述上水管2和所述下水管3的空腔以替代所述储水容器1。通过在流体管6的主体上，同时是其水平最高位置的设置过水流量不小于上水管2和所述下水管3的空腔，以此来替代实施例1中所述的储水容器，使得在本实施例2的方案下，当在必要增加效率时，可方便调整。
如图所示，所述下水管3上方的端部处于所述上水管2的内部。通过该方案，使得与实施例1当中相同，可通过控制下水管3上方的端部处于所述流体管6内部的水平位置高度以达到控制下水管3不同的流量和流速。并且下水管3上方的端部处于所述流体管6内部的高度也与实施例1相同，可设置为可调节方案。
实施例3
如图1至图9所示，本发明河流能量采集方法，包括实施例1和实施例2所述的河流能量采集装置、制造方法；其具体方案为：将其中所述上水管2设置于河流的上游；
将其中所述下水管3设置于河流的下游；利用虹吸通过所述上水管2将河流上游的水经由所述储水容器1及所述下水管3排向河流下游；所述上水管2析出的气体及所述输气管4吸入的外部气体处于所述储水容器1内使水形成内水液面10； 利用所述储水容器1来减少所述上水管2中河水的紊流以达到高负压状态下减少水中气体的析出，使所述下水管3进水平稳，以提高效率；利用所述混气管5借助负压将所述储水容器1内的气体吸入所述下水管3的水中排向河流下游；利用所述储水容器1内产生的负压转变为负压气体压差能，通过输气管4对外作功。在使用中，选择任意流速的河流，将本发明实施例1至实施例2所述的装置设置于堤坝处，如图1至图3所示，其中上水管3设置于河流的上游，其下端插入上游水面8内；所述的下水管3设置于河流下游，其下端插入下游水面9内，利用虹吸将上游的水输送至下游，在这个过程中，利用虹吸产生的负压，使河流能量转变为负压气体压差能，并且实现能量转变效率的最大化；经过输气管4吸取外部的气体，也就是通过负压对外做功，从而用于对外实现水利发电、无电泵水，无电曝气增氧、海水淡化等用途。
如图所示，所述输气管4和所述混气管5的气体流量比例设定与所述储水容器1内的内水液面10相关，使所述储水容器1内的内水液面10高度始终保持于所述输气管4和所述下水管3的端口之间。通过该方案，使其持续实现通过负压对外做功。
如图所示，其中优选利用其中所述上水管2的直径大于所述下水管3的直径，从而降低所述上水管2的流速，以减少水的紊流或振动或跳动或翻滚。
如图所示，利用所述混气管5至少处于所述下水管3内的端部设为水平角度，使其端部与所述下水管3内竖直下流的水直接接触，利用下水管3内的水将混气管5排出的气体切割成小气泡，以提高气液混合效率从而由下水管3排向河流下游。
如图所示，利用处于所述下水管3内的所述混气管5设置至少一条出气缝11和/或至少一个出气孔，以使混入下水管3的河水中的气泡更均匀。
如图所示，利用所述至少一条出气缝11和/或至少一个出气孔设置于环绕所述混气管5水平下方的180度范围内，以防水进入所述混气管5内。
如图所示，利用所述下水管3内的所述混气管5的上方设有与所述下水管3和/或所述混气管5固定连接的斜板12以防河流的垃圾积累于此处。
如图所示，利用在所述储水容器1的内部设置与所述输气管4连接的液位控制部件7，使所述液位控制部件7在所述储水容器1内的上下浮动取决于所述储水容器1内部的内水液面10，从而使所述液位控制部件7开启或关闭所述输气管4。
如图所示，利用所述下水管3上方端部的位置设置为高低可调，以实现调节所述下水管3内部水的流速。
如图所示，利用处于所述下水管3内的所述混气管5的水平截面设置为占所述下水管3截面的15%-65%，以提高河流能量采集效率。
其中所述下水管3下方的端部位于所述下游水面9以下的1米以内，以减少产生正压气体而损失负压的压力值。
其中所述上水管2的下方的端部位于所述上游水面8以下至少0.5米，以减少进水时产生旋涡进气。
如前文所述，所述的下水管3内的所述混气管5的水平截面设置为占所述下水管3截面的15%-65%，其具体方法为：首先通过获取所述上游水面8与所述下游水面9之间的落差；以及通过调节所述下水管3上方端部与所述内水液面10之间的距离；根据所述落差和所述距离来设定所述混气管5的水平截面与所述下水管3截面之间的占比，以提高效率。在进一步的实验中，不同的落差，以及所述下水管3上方端部的位置与所述的储水容器1内部的内水液面10之间的高度，分别都对效率起到了重要帮助；在实验中，下水管3的直径为250mm；在所述上游水面8与所述下游水面9之间的落差0.5米-0.7米时，所述下水管3上方端部的位置与所述的储水容器1内部的内水液面10之间的间距为0.15-0.2米为最佳，同时对应的所述混气管5的水平截面与所述下水管3的截面之间的占比优选设置为15%-20%之间，如果比例过高，其效率下降；当落差1.3-3米时，所述下水管3上方端部的位置与所述的储水容器1内部的内水液面10之间的间距优选为0.15-0.5米，所述混气管5的水平截面与所述下水管3的截面之间的占比优选设置为25%-65%之间，如果比例过低，则效率下降。
在上述实施例1至实施例3的基础上，其中所述的上水管2和下水管3的长度方面，由于虹吸的负压度越高，其溶解在水中的气体越容易析出，固负压不能太高，需控制在8米的水柱压力以内（也就是绝对压强0.02兆帕以上）。
如图所示，所述上游水面8与所述下游水面9之间的落差应小于所述上游水面8与所述内水液面10之间的高度。所述上游水面8与所述内水液面10之间的高度我们称之为倒U净高；比如所述上游水面8与所述下游水面9之间的落差是1-2米，倒U净高应设置为4-7米，这是在控制等效落差。所谓的等效落差，就是下水管3进气以后平均密度下降，其等效的纯水柱高度减去倒U净高所得到的值；
假设倒U净高5米，落差2米，下水管3出水口的纯水压强就等于7米，当进气以后，假设下水管3的空隙率是20%，那么下水管等效的纯水高度就是7×（1-20%）=5.6米，此时上游到下游的等效落差就是5.6米减去倒U净高的5米为0.6米。如果是落差2米一点气不进，等于是上游和下游是2米的纯水落差，250mm口径的管道一小时的过水量可以达到700方每小时，但是如果落差是0.6米的纯水落差，250mm管道一小时的过水量是180方每小时。同样口径的管道，在能够正常运行的情况下，过流量越小流速越低则流速损失的能量越小；
但如果倒U净高是1米，落差是2米，孔隙率依然是20%，则等效落差是（1+2）×（1-20%）-1=1.4米，250管道的过水量会达到500方每小时，流速过快，其效率就会很低；
本发明的各项参数配比：储水容器1的过流量至少不小于所述上水管2或所述下水管3的过流量、以及上水管2的直径大于所述下水管3、以及混气管5的设置、以及输气管4的设置、同时所述下水管3上方端部的位置高低可调、以及所述混气管5位于所述下水管3内的水平截面占所述下水管3水平截面的15%-65%，经过以上的参数的调节，在工程和实验室的实际测试中，负压能量采集装置对河流落差的能量转换效率最高达到了84.7%；
在工程和实验室的实际测试中，本发明河流能量采集装置、制造方法和采集方法对河流落差的能量转换效率计算如下：
实测的时候需要测试的数据有水流量Q1（m³/h），落差H1（m）。此时水流的功率为P1=Q1/3600*1000*9.8*H1 ；
还需要测的常压下的进风口的气体流量Q2（m³/h），负压的水柱高度H2（m）。此时的气体功率为P2=-101325*Q2/3600*ln(1-1000*9.8*H2/101325).
此时的能量转换效率η=P2/P1 。
说明书以及权利要求书中使用的 “一个”、“一”或者“该”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并不排除其他元件或者物件。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
以上所述本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据附图获取其他的实施例，以及任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
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