[发明专利]用于转换流体流动的能量的设备

说明书

一种用于从水流来发电的设备(12)包括会聚性区段(14)、扩散区段(20)以及用于定位在水体内的导管(22)。该会聚性区段连接至混合室(16)的第一端上而使得在该会聚性区段的该端与该混合室之间限定了文氏管(18)。该扩散区段连接至该混合室的第二端上，该扩散区段被配置成使得在使用中该扩散区段的出口处的压力大于该文氏管处的压力。该导管的至少一部分被定位在该会聚性区段中，这样使得在该导管与该会聚性区段之间限定了环形体以形成第一流动通路。该导管在该导管内限定了第二流动通路；并且可连接至发电机(28)上的该涡轮机(26)被定位在该导管内。

技术领域

本发明涉及用于从水流来发电的系统和设备。

背景技术

已经提出了许多系统用于将波浪、潮汐、涌流或河流流动转换成电。用于发电的一种类型的装置是通常由潮汐流驱动的自由流水下涡轮机。所部署的水下自由流涡轮机可以按阵列形式部署，但是它们需要在单独的涡轮机之间具有显著间隔以避免相互间的性能下降。

实际上，这些装置还要求高的流速以使得这些装置能够用于商业的能量生产。水下自由流涡轮机依赖水流中存在的动能来发电并且需要被定位在高速流动的路径中从而在没有难以实施的大直径的情况下是成本有效的。这是因为入射在涡轮盘上的流动的动能是与该自由流式流动的速度的平方成比例的。

入射动能的可以通过任何自由流涡轮机转换成机械能的理论最大分数被称为贝兹极限。超过这个点，水只是围绕涡轮盘外侧进行流动就像该涡轮机是实心障碍物那样，并且不再贡献任何能量。

用于发电的另一类型的装置是水电水坝，其中水源引导所有水穿过位于水坝内的这些涡轮机。然而，这些类型的系统要求5米或更大的水头差来使得发电机能够有效工作。因此，这限制了可以使用这样的系统的场所的数目。

本发明提供了替代性的用于从流动的水体发电的设备，尤其用于存在较低速度的(比来自自由流涡轮机的有效能量产品的希望速度更慢)高体积水流量的情况下。另外，本发明不受限于贝兹极限并且因此适用于产生非常大量的能量。

发明披露

本发明总体上在于用于从水流来产生电的设备，该设备包括：

文氏管，该文氏管具有会聚性输入区域、被配置成扩散器的发散性输出区域、以及在该输入区域的窄端与该输出区域的窄端之间的缩窄的喉部区域，该喉部区域在该输入与输出区域之间提供了流动通路；

被配置在该文氏管中的具有涡轮机的导管，并且其中该导管的末端被定位成使得该文氏管与该导管之间的空间形成了用于主流的第一流动通路，并且该导管形成了用于次流的第二流动通路，这样使得在使用中穿过该第一流动通路的水流引起水流穿过该第二流动通路。

具有该涡轮机的导管可以被配置在该会聚性输入区域中，其中该导管的一端被定位成使得该会聚性输入区域与该导管之间的空间形成了该第一流动通路。

本发明的一个方面提供了用于从水流来发电的设备，该设备包括：会聚性区段，该会聚性区段连接至混合室的第一端上而使得在该会聚性区段的该端与该混合室之间限定了文氏管；扩散区段，该扩散区段连接至该混合室的第二端上，该扩散区段被配置成使得在使用中该扩散区段出口处的压力大于该文氏管处的压力；被定位在该会聚性区段中的至少部分导管，这样使得在该导管与该会聚性区段之间限定了环形体以形成第一流动通路，并且该导管在该导管内限定了第二流动通路；以及可连接至发电机上的涡轮机，其中该涡轮机被定位在该导管内。

该导管可以进一步在其上游端处包括具有多个孔口的隔网。在一个实施例中，该导管包括横跨该导管的开口而设置的具有多个孔口的隔网。

该隔网中这些孔口的大小被选择成允许水仍流动穿过该导管，同时防止鱼进入该导管中。该隔网可以由任何合适的材料、例如穿孔金属隔网或网格制成。这些孔口的大小被选择成拒绝鱼和其他海洋动物(水獭等)进入该导管中而仍允许水流动穿过该导管。可以使用任何合适类型的筛除系统。优选地使用了拦鱼隔网。