[发明专利]用于从流体的流动水流中产生电能的系统和方法

说明书

技术领域

本发明涉及从具有在一个方向流动水流的流体中产生电能。具体地说，本发明涉及具有在流动水流中定位的螺旋状涡轮和相对于流动水流的方向成一定角度定向的系统。

背景技术

从机械能中产生电能是一种替代能源的类型，其通常在能够从诸如水或空气的流动流体的水流中产生电能的位置发现。这样的例子包括由水电大坝和风力涡轮产生电力。

通常，用于从流动的流体中产生电力的系统具有涡轮，该涡轮通过可转动轴或者柔性电缆可操作地连接到发电机。该涡轮通常放置在例如水或风的流动流体的水流中，并当水流流过或经过涡轮时，使涡轮发生旋转。涡轮的旋转运动通过可转动轴或者柔性电缆机械地传递至由机械能转换成电能的发电机。

然后产生的电能可以传递到商业电网，可以直接传递到电力驱动设备，或者可以储存在蓄电池中，以备将来使用。

众所周知，具有多个涡轮可操作地连接到单个的发电机或者具有多个涡轮可操作地连接到它自己的发电机，以用于产生电力。

水电发电机通常具有潜入式或半潜式涡轮例如螺旋桨，其放置在流动的水体中，并通常定向为直接与水或水流的流动方向一致的方向。即涡轮的旋转轴基本上与水流的流动方向是平行和一致的。

业已知道，具有螺旋形表面的转子用于从水的流动中产生电力。Antz的美国专利US 1,371,836公开了一种定位在流中的转子，呈现一种相对于的流动方向倾斜的位置。该转子具有多个沿轴彼此间隔开的轮叶或叶片，以提供在它们彼此之间用于允祖水在旋转轴的周围流动的多个通道。Eielsen(Eielsen‘957)的国际公开专利申请WO 2004/067957A1公开了一种具有绕中心轴线旋转的单头螺旋叶片的螺旋涡轮装置。Eielsen‘957教导了在相对于中心轴线(或者涡轮的旋转轴线)的水流的流动方向之间的角度必须近似等于涡轮的螺距角，螺距角为螺旋叶片的外缘相对于中心轴线的角度。

Bowie的国际公开专利申请WO 2006/059094A1公开了一种用于从流动的流体(例如从水或风)中发电的装置。Bowie的装置具有一个或多个螺旋叶片部分，其通过电缆或其他锚定装置保持在水流中并且以诸如在螺旋叶片的旋转轴线与流体的流动方向之间的夹角，优选地保持在小于30度的角度定向。Eielsen(Eielsen‘909)的国际公开专利申请WO 2009/093909A1教导了Eielsen‘957的涡轮螺杆装置，除了具有用于改善流水利用率的彼此相邻的两个螺旋络杆。

同样地，风车通常具有涡轮，该涡轮响应在其附近吹来或经过的风，围绕纵向轴线(或旋转轴线)旋转。涡轮的旋转运动通过可转动的轴，机械地传递到发电机用于产生电能。某些现有技术的风车具有机舱，以容纳转子、可转动的轴和放置在其中的发电机。其他现有技术的风车具有加长的可转动的轴，其可操作地连接到与发电机隔开的涡轮上。

通常，风车根据涡轮的旋转轴的方向分类。具有水平旋转轴的风车通常被称为HAWT(水平轴风力涡轮)，而具有垂直旋转轴的风车通常被称为VAWT(垂直轴风力涡轮)。HAWT通常以旋转轴或纵向轴与风向平行或一致的定向为特征，而VAWT通常以涡轮的纵向轴与风向垂直的定向为特征的。

VAWT可以进一步分成两种类型：1)Darrieus型风车(通常为称为打蛋器涡轮)，其包括具有两个或更多弯曲转子叶片的中央垂直塔；和2)Savonius型风车，为牵引型风力涡轮，其具有从中央垂直塔径向延伸的两个或更多的收集器，例如在风速计中使用的。Griomill是Darrieus风车的子类型，其具有代替弯曲叶片的直平面的转子叶片，螺旋状Savonius风车是一种改良的Savonius风车，其具有代替较小的收集器的长的螺旋状的收集器。

Burgdorf的英国专利申请GB 2,057,584公开了一种螺旋状Savonius风车的变体，其具有至少一个双头螺旋状涡轮。Burgdorf教导了螺旋状涡轮的旋转轴与风成45度角，涡轮的螺距角为约45度是重要的。Burgdorf教导了相对于中心轴，水流的流动方向必须近似等于涡轮的螺距角，其正如Eielsen‘957教导的。然而，Burgdorf特别教导了角度是45度。

显然，存在对于转子涡轮的更高效率利用的空间，并且需要一个能够在潮汐、风和单向流环境中使用的系统。

发明内容