本發(fā)明涉及通過能量設(shè)施利用水流能量的方法。更具體地說，本發(fā)明涉及一種通過放置在水流中的能量設(shè)備來利用水流能量的方法，所述能量設(shè)備包括圍繞至少兩個轉(zhuǎn)動站延伸的至少一根繩索，且沿繩索設(shè)有至少部分被浸沒的至少一個導(dǎo)葉(foil)，所述導(dǎo)葉圍繞其弦呈近似對稱，且水的流動速度和方向與導(dǎo)葉的移動速度和方向共同形成作用在導(dǎo)葉上的最終水流速度和方向。本發(fā)明還包括在實施該方法時使用的能量設(shè)備。

背景技術(shù)：

就此而論，術(shù)語“導(dǎo)葉”指的是一個整體或復(fù)合體，其被設(shè)計成在從流動的水中提取能量時形成有利的流動模式。該術(shù)語還包括用于相同目的的帆。

術(shù)語“繩索”包括通常為纖維繩、線、鏈或其組合的任何適當(dāng)?shù)募?xì)長柔性體。

由文獻no333432已知沿著被浸沒的軌道設(shè)置導(dǎo)葉，其中導(dǎo)葉相對于流動方向進行順流調(diào)節(jié)(co-currentadjust)。當(dāng)導(dǎo)葉相對于水流移動時，導(dǎo)葉被設(shè)置在中立位置，其目的在于使其提供盡可能少的流動阻力。

文獻gb2131491涉及用于從風(fēng)或水中提取能量的設(shè)備，其中沿著環(huán)形帶布置多個導(dǎo)葉，在用于水的實施例中，該環(huán)形帶設(shè)置為垂直于水流。導(dǎo)葉圍繞其弦呈近似對稱，并且弦與帶平行。

在文獻no333432描述的實施例中，很明顯，在逆流支架(leg)上將存在能量損失，從而降低能量設(shè)施的總效率。根據(jù)文獻gb2131491，沒有逆流支架，因為帶垂直于輸出支架(outboundleg)和返回支架上的水流。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是彌補或減少現(xiàn)有技術(shù)的至少一個缺點，或至少提供現(xiàn)有技術(shù)的可用替代方案。

該目的由以下描述和后附權(quán)利要求書中指定的特征來實現(xiàn)。

除了文獻gb2131491所示的方案以外，在根據(jù)使沿著繩索的導(dǎo)葉處于流動力作用下的原理而工作的能量設(shè)施中，總是必須有逆流支架，且該支架與水流方向之間的角度小于90度。

通過使逆流支架上的繩索具有1至45度之間的角度以及將所述導(dǎo)葉與攻角定向為相對最終水方向成一攻角，所述導(dǎo)葉以對應(yīng)于航海中的術(shù)語“迎風(fēng)(bythewind)”的方式受到來自水流的力，因為導(dǎo)葉給出沿逆流支架定向的力分量。因此，當(dāng)導(dǎo)葉向上游位移時，也可以提取相當(dāng)大量的能量。

應(yīng)注意，在航海中，術(shù)語“迎風(fēng)”有一些混亂，因為有人將這種航海方向與風(fēng)向之間的角度在90度和45度之間的情況稱為“前舷側(cè)風(fēng)(closereach)”。

本發(fā)明由獨立權(quán)利要求限定。從屬權(quán)利要求限定本發(fā)明的有利實施例。

在一個方案中，本發(fā)明具體涉及一種通過安置在水流中的能量設(shè)施來利用水流能量的方法，該能量設(shè)施包括至少一根繩索，該繩索圍繞至少兩個旋轉(zhuǎn)站延伸，沿著繩索設(shè)有至少一個至少部分被浸沒的導(dǎo)葉，該導(dǎo)葉圍繞其弦呈大致對稱，水的流動速度和方向以及導(dǎo)葉的移動速度和方向一同形成作用在導(dǎo)葉上的最終水流速度和方向，該方法包括以下步驟：

當(dāng)導(dǎo)葉正在順流位移時，樞轉(zhuǎn)導(dǎo)葉直至其相對于最終水流方向成所需攻角；以及

當(dāng)導(dǎo)葉正在逆流位移時，樞轉(zhuǎn)導(dǎo)葉直至其相對于最終水流方向成所需攻角，

通過順流位移形成的攻角相同或不同于通過逆流位移形成的攻角且大于零。

通過順流的意思是，導(dǎo)葉的位移方向具有與水流方向一致的位移分量。通過逆流的意思是，導(dǎo)葉的位移方向具有與水流方向相反的位移分量。

由于在逆流和順流情況下最終水流速度不同，在逆流和順流情況下導(dǎo)葉上的所需攻角將不同。其原因可能是必須由繩索吸收的側(cè)向力的限制或?qū)碜运哪芰康淖罴牙谩?/p>

計算和測試表明，該方法可以包括讓攻角位于1至20度之間。

為了實現(xiàn)必要的功能可靠性，該方法可能需要包括通過順流位移使得可控制的轉(zhuǎn)換體將導(dǎo)葉樞轉(zhuǎn)到活動位置。

轉(zhuǎn)換體通常以這樣一種方式設(shè)置，該方式為當(dāng)導(dǎo)葉在其順流支架上行進時，轉(zhuǎn)換體對導(dǎo)葉設(shè)置為使其處于活動位置。如果導(dǎo)葉將其自身設(shè)定為被動位置，則能量設(shè)施就會停止。試驗表明，正確設(shè)置導(dǎo)葉所需的力是相對適中的。

因此，可能需要在導(dǎo)葉在其逆流支架上行進之前，將導(dǎo)葉引導(dǎo)至其活動位置。

本方法可包括設(shè)置具有支撐體的旋轉(zhuǎn)站，支撐體的直徑大于旋轉(zhuǎn)站處的繩索滑輪，支撐體在旋轉(zhuǎn)站處碰撞導(dǎo)葉。

在第二方案中，本發(fā)明更具體涉及一種位于水流中的能量設(shè)施，該能量設(shè)施包括至少一根繩索，該繩索圍繞至少兩個旋轉(zhuǎn)站延伸，沿著繩索設(shè)有至少一個至少部分被浸沒的導(dǎo)葉，該導(dǎo)葉圍繞其弦呈大致對稱，水的流動速度和方向以及導(dǎo)葉的移動速度和方向一同形成作用于導(dǎo)葉上的最終水流速度和方向，其特征在于，當(dāng)導(dǎo)葉正在順流位移時，導(dǎo)葉被樞轉(zhuǎn)而相對于最終水流方向成所需攻角，當(dāng)導(dǎo)葉正在逆流位移時，導(dǎo)葉被樞轉(zhuǎn)而相對于最終水流方向成相同或不同的攻角。

能量設(shè)施可包括設(shè)置在順流位移處的可控制的轉(zhuǎn)換體。轉(zhuǎn)換體的功能如上所述，并且轉(zhuǎn)換體可以由輪或翼片組成，例如，其設(shè)置在每個旋轉(zhuǎn)站處且當(dāng)轉(zhuǎn)換體處于其活動位置時將會碰撞導(dǎo)葉。轉(zhuǎn)換體可以借助于水流或借助于致動器在其活動位置與被動位置之間移動。

至少一個旋轉(zhuǎn)站可以設(shè)有支撐體，該支撐體設(shè)置為撞擊導(dǎo)葉，因為支撐體的外徑大于旋轉(zhuǎn)站處的繩索滑輪。

由于支撐體處于繩索滑輪的外徑之外，在導(dǎo)葉于逆流支架上行進之前，支撐體將始終使導(dǎo)葉處于其活動位置。

當(dāng)然可以使用其它形式的轉(zhuǎn)換和支撐體來實現(xiàn)所需的功能。例如，轉(zhuǎn)換體可以具有這樣的設(shè)計，使得當(dāng)水流轉(zhuǎn)動時，其圍繞旋轉(zhuǎn)站的中心軸線轉(zhuǎn)動到新的活動位置。

根據(jù)申請人自己的專利文獻no333432的導(dǎo)葉非常適合用于能量設(shè)施，然而也可以使用具有主要相同性質(zhì)的其它導(dǎo)葉。

通過對稱設(shè)計，根據(jù)本發(fā)明的能量設(shè)施在潮汐流中和在流動方向不變的河流或其它水流中一樣適合。

當(dāng)導(dǎo)葉通過水進行位移時，會產(chǎn)生升力l和拉力(流動阻力)d。

沿著繩索作用的力由以下公式給出：

t＝-dcos(γ)+lsin(γ)

其中γ表示流動的相對方向的角度；參見說明書的具體部分。

通過當(dāng)導(dǎo)葉沿著逆流支架位移時也能夠從水流中提取能量，根據(jù)該方法和系統(tǒng)的本發(fā)明使得相關(guān)能量設(shè)施的總效率得到顯著提高。

附圖說明

以下將描述在附圖中被可視化的優(yōu)選方法和實施例，在附圖中：

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的能量設(shè)施的原理圖；

圖2示出了圖1的一部分，其中，一個導(dǎo)葉正在進入其活動位置；

圖3示出了圖1的一部分，但是其中導(dǎo)葉處于其被動位置；

圖4示出了導(dǎo)葉的側(cè)視圖；

圖5示出了圖4的導(dǎo)葉的端視圖；

圖6示出了當(dāng)導(dǎo)葉處于順流支架上時的流動方向和力的示圖；

圖7示出了當(dāng)導(dǎo)葉處于逆流支架上時的流動方向和力的示圖；以及

圖8示出了沿圖1中的i-i所示的視圖。

具體實施方式

在附圖中，附圖標(biāo)記1表示能量設(shè)施，其包括圍繞繩索滑輪6延伸的環(huán)形上繩索2和環(huán)形下繩索4，繩索滑輪6位于第一旋轉(zhuǎn)站8和第二旋轉(zhuǎn)站10處。參見圖4，多個導(dǎo)葉12附接到上繩索2和下繩索4。繩索2和4可以包括數(shù)根單獨的繩索。

術(shù)語“上”和“下”是指在實施狀態(tài)下，能量設(shè)施1設(shè)有垂直轉(zhuǎn)動站軸線14時的相對位置。

在所示的示例性實施例中，繩索滑輪6的旋轉(zhuǎn)方向是順時針方向。水流16中的第一旋轉(zhuǎn)站8和第二旋轉(zhuǎn)站10之間的延伸段(stretch)構(gòu)成順流支架18，而返回支架構(gòu)成逆流支架20。

由于此處的繩索滑輪6具有相同的直徑，所以順流支架18和逆流支架20平行且在此處與水流16成大約70度角。

導(dǎo)葉12具有靠近導(dǎo)葉12的前部26的提升中心(liftcentre)22和旋轉(zhuǎn)軸線24。導(dǎo)葉12設(shè)有附接到上繩索2的上導(dǎo)葉懸掛件28，和附接到下繩索4的下導(dǎo)葉懸掛件30。

導(dǎo)葉懸掛件28、30均包括臂32，臂32可旋轉(zhuǎn)地連接到軸34，從而能夠圍繞旋轉(zhuǎn)軸線24旋轉(zhuǎn)。臂32具有與旋轉(zhuǎn)軸線24相距一定距離的懸掛件軸線36。圍繞懸掛件軸線36可旋轉(zhuǎn)的多個聯(lián)接件38分別連接到上繩索2和下繩索4。彈性元件40在此處為張力彈簧的形式，其趨于將臂旋轉(zhuǎn)到相對于導(dǎo)葉12的弦42的平行位置。彈性元件40可由未示出的致動器或其它適當(dāng)?shù)脑O(shè)備替代。

在圖6和圖7中，箭頭vc表示水流16的速度和方向，箭頭vs表示導(dǎo)葉12的速度和移動方向。圖6表示順流情況，圖7表示逆流情況。圖6中的箭頭vr1和圖7中的箭頭vr2表示水流16朝向?qū)~12的最終力和方向。圖6中的γ1和圖7中的γ2表示最終水流方向與導(dǎo)葉12的移動方向之間的相對角度。

當(dāng)導(dǎo)葉12被設(shè)定成迎角為α?xí)r，參照提升中心22，提升力l和牽引力d上升。迎角α在順流支架18和逆流支架20處可以相同或不同，其基于主要條件(prevailingcondition，優(yōu)勢條件)而被選擇。

在本說明書的廣義部分中，沿著繩索2、4作用的力t被共同地定義。橫向于繩索2、4而作用的橫向力n的總和由以下公式給出：

n＝dsin(γ)+lcos(γ)

橫向力n可能相當(dāng)大，考慮到這一點，必須控制迎角α。力t和n是容易理解的，在圖中未示出。

當(dāng)能量設(shè)施1運行時，當(dāng)導(dǎo)葉12在順流支架18上行進(setoff)時，其可以處于如圖3所示的被動位置。因而其會阻擋能量設(shè)施1。設(shè)置在每個旋轉(zhuǎn)站8、10處的且能夠處于活動位置(見圖2)或被動位置(見圖3)的轉(zhuǎn)換體44被設(shè)置在其活動位置，以便碰撞導(dǎo)葉12從而確保當(dāng)導(dǎo)葉12在順流支架18上行進時處于其活動位置。

當(dāng)導(dǎo)葉12遇到水流16時，導(dǎo)葉12圍繞旋轉(zhuǎn)軸線24朝向相對于水流16的有利位置旋轉(zhuǎn)。當(dāng)臂32圍繞旋轉(zhuǎn)軸線24旋轉(zhuǎn)時，彈性元件40被拉伸。懸掛軸線36相對于提升中心22的位置使得導(dǎo)葉12在不同的水流速度下達到有利于該目的的位置。導(dǎo)葉12的對稱設(shè)計以及上下導(dǎo)葉懸掛件28、30的對稱設(shè)計的效果是使得導(dǎo)葉12在水流16中沿兩個方向正確對準(zhǔn)。

導(dǎo)葉12沿著順流支架18與繩索2、4一起位移，直至其到達第二旋轉(zhuǎn)站10，在那里其圍繞繩索滑輪6轉(zhuǎn)動。第二旋轉(zhuǎn)站10設(shè)有支撐體46，該支撐體46設(shè)置為碰撞導(dǎo)葉12。由此，支撐體46使導(dǎo)葉12位移到繩索2、4的相對側(cè)。其目的是確保當(dāng)導(dǎo)葉12在逆流支架20上行進且朝向第一旋轉(zhuǎn)站8位移時，導(dǎo)葉12處于其活動位置。

由于所示實施例中的能量設(shè)施1已經(jīng)適應(yīng)于潮汐流(水流16在其中轉(zhuǎn)動)，所以第二旋轉(zhuǎn)站10處也同樣設(shè)有轉(zhuǎn)換體44，且第一旋轉(zhuǎn)站處設(shè)有支撐體46。

在給定的繩索和水速度下，每個導(dǎo)葉12均沿著繩索2、4貢獻力t。因此，可以由能量設(shè)施1提取能量，例如通過將發(fā)電機(未示出)連接到一個或多個繩索滑輪6來提取能量。

應(yīng)當(dāng)注意，所有上述實施例僅闡釋本發(fā)明，而非對其限制，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以在不脫離所附權(quán)利要求的范圍的情況下構(gòu)建許多替代實施例。在權(quán)利要求中，括號中的附圖標(biāo)記不應(yīng)被視為限制性的。所用的動詞“包括”及其不同形式不排除存在權(quán)利要求中未提及的元件或步驟。元件前的不定冠詞“一”或“一個”不排除存在多個該元件。

雖然一些特征在相互不同的從屬權(quán)利要求中表示，但不表示這些特征的組合不能有利地使用。