[发明专利]多用旋转设备和包括该多用旋转设备的发电系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种多用旋转设备和包括该多用旋转设备的发电系统，并且更特别地，涉及一种被配置成有效地引导均匀或非均匀且起伏变化（rugged）显著的载荷，以最大化旋转效率，并从而生成高效的清洁能源，而不损害全球环境的多用旋转设备，和包括该多用旋转设备的发电系统，其中所述载荷从在地面、溪流、海洋等中生成的各种流体的流动能中获得。

背景技术

如今，由于预先存在的化石能源被逐步耗尽，且环境问题涌现出来，希望有效使用清洁替代能源（特别是从水力、潮汐力、波动力等中获得的载荷，以及由于风力引起的载荷）的研究从很久之前就已经被积极开展。

作为典型的方法和设备是使用水坝的水力发电方法、使用由于月球的重力引起的海水的退潮和涨潮的潮汐力发电设备、使用波动的垂直运动的波动力发电设备等等。此外，存在使用风力的水平轴风力发电设备和垂直轴风力发电设备。使用这些设备的清洁能源在全世界被有效利用，但能够看出有待改进的领域是有限的。

通过这种方式，对使用水力或潮汐力和波动力的能源的发电技术的研究已经被积极实施。然而，在使用潮汐力的研究中存在问题，诸如由于载荷方向和将被改变的载荷的高度、以及大量投资费用和建造海湾的方法的构造而引起的困难。此外，使用波动力中非均匀波动的载荷的波动力发电的基本原则很久以前被研究。然而，由于各种技术困难（例如，在显著变化的海洋中的结构安装的困难），对发电技术的研究目前仍处于试验阶段。

此外，水力发电已经被长时间利用，但由于诸如额外的水力发电建造地点的限制和大量的费用的困难，如今，开发了通过关闭河流或溪流中的水沟而建造的小型水力发电厂和超小型水力发电厂。然而，阻塞水路的方法具有导致破坏生态系统（例如，阻塞鱼的运动）的环境问题。

与此同时，在风力中最通用的水平轴风力发电设备具有使用升力的高效结构。然而，最大的问题是安装地点（具有极好的风质量，其在特定方向上连续不断地吹）的限制，因为旋转方向可以根据风的方向而被改变。在具有特定风速或更小风速的风的情况下，引起生力是困难的，并且设备被停止以在具有特定风速或更大风速的强风的情况下保护设备。存在重发电机被安装在高位的立柱的问题。因此，存在由于需要用于弥补这些问题的设备而导致的昂贵的安装成本的困难。此外，在不受风向影响的垂直轴风力发电设备的情况下，存在作用力与反作用力的载荷被施加至在基于中心轴的所有方向上施加的载荷，从而降低其效率的问题。设备的类型被归为在低风速的情况下有效的拖动（drag）型、以及在高风速的情况下有效的升力型。然而，垂直轴风力发电设备具有低效的结构，并且处于在大规模发电中具有困难的实际状态中。

因此，为了克服低效（其是垂直型的弱点），近来，开展了许多研究。例如，开展了同时使用萨沃纽斯（savonius）型和戴瑞斯（darrieus）型的方法，和诸如在被配置成使用拖动的savonius型的情况下机械叶片形状的开发、或附着被配置成将风部分引导至外界的辅助设备之类的学术活动。在使用升力的方法的情况下，叶片的设计、结构或装配方法被改善，或者叶片的冲角（angle of attack）的角度改变设备被开发。因此，用于增加垂直轴发电设备的效力的设备已被开发。

然而，在被配置成使用拖动以旋转方式将风引导至设备的辅助设备的情况下，由于设备的规模较大，存在在风向频繁改变的位置处对风向的快速响应效率不高的问题，以及风导向叶片和内部叶片的结构和配置效率不高的事实，并因此并不实用。在低速的情况下，冲角的角度改变设备可适用于使用升力的叶片。然而，实质上，当载荷明显不同时，或在高速旋转期间，很难有效且快速地响应。因此，无法获得更高的效率。

与此同时，图1a是示出了常规旋转设备的第一示例的图。如图所示，如果使用中心输出轴4作为起始点在箭头方向上生成载荷，且具有基于在流体的流动方向上朝向输出轴4的中心绘出的垂直线1A划分的部分‘a1’和部分‘a2’，载荷被施加至部分‘a1’作为作用力，而载荷被施加至另一侧的部分‘a2’作为反作用力。因此，存在仅从转子1获得对应于由于曲线形叶片5获得的效率的微小的旋转力。

此外，图1b是示出了常规旋转设备的第二示例的图。如图所示，由于载荷导向设备2被配置为转子1外部的曲线导向板6，和‘b1’一样宽的区域的载荷能够被引导。然而，外部载荷导向设备2的导向板6按照曲线形被形成。因此，沿曲线被引导至内部的载荷被施加至转子1的输出轴4的中心方向。如此，提供了其中无法获得大旋转力的结构。