[发明专利]用以增大流体涡轮机中流体速度的设备

说明书

技术领域

本发明主要涉及涡轮机，且更特别地，涉及用于增加流体速度且因此增加由流体涡轮机产生的能量的量的设备。 

背景技术

全球都对可替换能源特别是风能的发展感兴趣。已经长时间在研究通过利用经过的风使轴旋转而开发利用空气中“自由”的能量以产生有用功的想法。然而，在过去的数年期间，对化石燃料或矿物燃料的有限供应和飞涨的能量成本的认知大体上已经形成了风力涡轮机的复兴，它们都试图以足够的效率从经过的空气中提取能量，以构成实际的电源和机械动力源。 

以其最简单的形式，风力涡轮机包括轴，所述轴携带捕获风并使轴旋转的叶片或其它装置，从所述轴产生机械动力或电力。在给定的限制内，轴旋转的速率大体与作用在轴的转动体上的风的速度和所产生的能量的量成比例。对于给定的风速和给定的载荷，轴旋转得越快，风能转换成机械能或电能的效能就越大。 

因此，已经具有增加风产生机械的效率(efficience)的方法，以便增加给定风速下工作轴的旋转效率。 

由风力涡轮机产生的电力通常传递相当长的距离到达人口中心，其中的一个原因是人们通常居住在其中风力资源较节制的遮蔽地形。这种区域中较弱集中的风能降低了在采用常规风力涡轮机捕获能量背后的经济效果。 

多篇技术论文解决了这些问题并覆盖1978和2006之间的时期。多篇专利文献采用措词“文丘里管(Venturi)”描述在这些专利文献中采用的用于改善涡轮机功率输出的机构。这些专利文献主要覆盖液压应用，并且除了利用扩散器和宽边进口的风力涡轮机的日本专利申请之外没有提供任 何性能数据。 

用于提高风力涡轮机性能的扩散器的应用从二十世纪七十年代早期就已经开始了。这种技术产生缩写DAWT或扩散器辅助的风力涡轮机。在大多数的研究中，最大的风力增大已经是240％的风速增大。这是采用长度与直径之比(L/D)为4.5至1的扩散器获得的。最新的现代涡轮机具有非常大的90米量级的直径。240％的风速增加将允许用户使用较小的大约45米的转动体。然而，所要求的扩散器的长度将是不切实际的202.5米(45米×4.5＝202.5)。 

因为三叶片水平轴风力涡轮机(HAWT)是世界上容易接受的风力产生技术，很明显，这种类型的涡轮机将用在任何DAWT应用或试验中。事实上，已经采用HAWT进行了用于以产生电力为目的标注日期的大多数的证明试验工作。两篇论文涉及使用萨伏纽斯(Savonius)转子。尽管接受HAWT，但申请人没有发现任何有关用于任何HAWT应用的采用会聚、管道式或冲压式涡轮机隧道和发散的任何试验的文献。很明显，可以知道很少有工作或没任何工作来实施发展新一代的将在增大的流体流方面比HAWT或萨伏纽斯涡轮机好地运行。 

尽管对可再生风能存在对巨大的世界需求，但无论是扩散器增强(diffuser-augmented)、会聚式增强(convergent-augmented)还是缩放式增强涡轮机(convergent-divergent augmented)都不存在任何商业应用。原因相当简单。至今，已经多得多的成本效率来来增加转子的扫掠面积(swept area)以提高功率输出，而不是使用增强装置(augmentation device)来增加风能密度和采用较小直径的转子。作为这种陈述的推论，可以补充说，没有人将风能密度增加到足够高，以证明采用增强装置和较小的涡轮机转子是正确的。 

第一篇已知的现有技术文献可在Griffith大学网站上获得，是1988的题目为″Evaluation of self starting vertical axis wind turbines for standalone applications″的论文。尽管进行了详尽的文献查看，但都没有文献采用会聚/发散来增强VAWT性能，也没有提及采用扩散器或涡轮机管道来提高性能。垂直轴线风力涡轮机可能是又一个最常规的商用风力涡轮机。将会看到，每个人都认为，如果增强技术将不与HAWT一起工作，则增强技术 将不会与任何其他类型的涡轮机一起工作。自从公开该论文，作者和其他人已经在用于液压应用的DAWT上继续工作，但他们再次使用扩散器和没有会聚部分的宽边进口。