[发明专利]用于从流体提取能量的设备和方法

说明书

本发明公开用于从振荡工作流体提取能量的设备和方法，该振荡工作流体诸如海洋波浪。设备(10)包含用于工作流体的内流动通道(40)、涡轮机(44)和流动控制装置(38)，所述涡轮机(44)和流动控制装置(38)中的每一个与流动通道(40)直接流体连通，其中在使用中，流动控制装置(38)可选择性地第一构型与第二构型之间移动，在第一构型中，所述流动控制装置(38)打开，以允许诸如空气的工作流体通过流动控制装置离开流动通道(40)的流动，在第二构型中，流动控制装置(38)限制所述工作流体通过所述流动控制装置的流动。在这种情况下，工作流体因而必须通过所述涡轮机(44)进入流动通道(40)，所述涡轮机可被利用来产生电力。

技术领域

本公开总体上涉及能量产生，并且更具体地但并非排他地涉及使用海洋波浪能量提取系统的能量产生。本公开涉及设备的设计以及用于优化从这样的设备捕获能量的方法。

背景技术

本领域中已提议许多类型的波浪发电系统。这样的系统是基于使用波浪的运动来引起涡轮机的旋转移动以驱动发电机生产电力的原理。已知的波浪发电系统使用一个或多个流体流动输送管来容纳振荡水柱(OWC)，所述流体流动输送管连接到涡轮机。在这样的系统中，由于由波浪的向内和向外流动引起的OWC中的波浪的振荡运动，存在由输送管中的空气的位移引起的频繁地反向的空气流动条件。这些涡轮机通常具有构型复杂和制造昂贵并且不能在长时段内承受恶劣的环境条件(盐水、带来大的或不可预测的力的狂浪或大浪)的缺点。由于当在双向涡轮机中将OWC的运动转换成旋转机械能量时的损耗，这些现有技术系统中的许多以低效率操作。

需要可以高效方式从OWC捕获能量并且可降低执行这样的任务的成本的改进的系统设计。

发明内容

在第一方面，公开关于用于从振荡工作流体提取能量的设备的实施例，所述设备包含用于所述工作流体的流动通道、涡轮机和流动控制装置，所述涡轮机和所述流动控制装置中的每一个与所述流动通道直接流体连通，其中在使用中，所述流动控制装置可选择性地在第一构型与第二构型之间移动，在该第一构型中，所述流动控制装置打开以允许所述工作流体通过所述流动控制装置以离开所述流动通道的流动，在该第二构型中，流动控制装置限制所述工作流体通过所述流动控制装置的流动，使得所述工作流体经由所述涡轮机进入所述流动通道。

在某些实施例中，所述流动控制装置响应于所述振荡工作流体的压力和/或流动方向的变化而改变对所述流动通道的接入的构型。

在某些实施例中，所述流动控制装置可完全关闭，以便在所述第二构型中促进所述工作流体的仅通过所述涡轮机的流动。

在某些实施例中，所述流动控制装置配备有控制机构以控制其在所述第一构型与所述第二构型之间的移动。在这种情况的一个形式中，所述流动控制装置具有可通过所述控制机构移动以对所述工作流体的流动打开和关闭的元件。在这种情况的特定形式中，元件是铰链地、可滑动地或可旋转地可移动的中的一个，并且具有覆盖所述流动控制装置的横截面开放通道的形状。

在某些实施例中，所述流动控制装置是蝶形阀或止回阀中的一个。

在某些实施例中，所述涡轮机包括转子，所述转子包含中心轮毂和绕所述轮毂的周边配置并从所述周边延伸的多个叶片，所述转子设置在连接到所述流动通道的壳体内，借此所述叶片的形状和其相对于所述轮毂的取向促进所述涡轮机转子响应于通过所述壳体的工作流体的单向轴向流动的单向旋转。在这种情况的一个形式中，发电机被构造来用于通过所述涡轮机旋转以产生电能。在一个特定实施例中，驱动轴杆在其近侧末端处联接到所述轮毂并且在其远侧末端处联接到所述发电机。

在某些实施例中，所述工作流体是空气，并且所述空气的所述流动是通过振荡水柱的振荡产生，所述振荡水柱与所述流动通道流体连通，并且所述振荡水柱位于输送管中。