用于从流体流动中提取功率的设备制造技术

一种用于提取功率的设备，所述设备包括轨道和被联接到所述轨道上的翼面。所述轨道包括第一细长区段和第二细长区段，其中所述第一细长区段被定位在所述第二细长区段上方。所述翼面包括处于吸力表面与所述轨道之间的压力表面，并且当交替地联接到所述第一细长区段和所述第二细长区段上时在相反的方向上可移动。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】公开领域本公开总体上涉及可再生能源。更确切地，本公开描述了用于从流体流动中提取功率的设备和方法。专利技术背景从流体流动中提取功率是可再生能源的重要来源。主流实例包括风力发电和水力发电。用于从流体流动中提取功率的传统系统主要是以涡轮机为基础的。在涡轮机中，一个或多个叶片可围绕中心点进行旋转，该中心点被刚性地附接到锚定物(通常为塔架)上。这些叶片被放置在流动的流体中，流体引起了这些叶片的旋转，并且旋转被转变为电力。涡轮机可能会有许多缺点。例如，施加在涡轮机上的力与涡轮机叶片的长度的立方成比例。随着涡轮机叶片在尺寸上的增加，破坏力(例如围绕塔架的力矩)成立方地增加。相反，可用的功率仅成平方地增加。这种“平方-立方”规则在涡轮机的规模方面施加显著的局限性。不可避免地，从更大尺寸中提取的额外功率的增益没有被解决破坏力增加的成本抵消。至少为此原因，涡轮机的规模受到限制。其他已知的解决方案消除了塔架或其他刚性锚定物。这种功率提取系统的示例包括空中风能系统(“AWE”)。典型地，这些系统是在高于风力涡轮机高度的海拔处飞翔的被栓系到地面的空气动力学物体(例如，风筝)。存在两个主要机构用于从AWE穿过空气的运动中提取功率：机载功率产生和以地面为基础的功率产生。前者的示例包括在风筝上的涡轮机，该涡轮机以与上述涡轮机相同的方式来产生电力。后者的示例包括被附接到卷筒上的长栓绳，其中风筝的运动使栓绳从卷筒上伸开，这使卷筒和相连的发电器旋转，因此将风力转变为电力。AWE也可能会有许多缺点。例如，因为所述系统需要与空中物体成角度的栓绳，所提取的功率将是可用功率和栓绳角度的余弦的函数。因此，所提取的功率可能绝不会等于可用功率。此外，栓绳在其移动穿过空气时将产生阻力，使风筝变慢，并且因此减少获得的功率。最后，高空飞行的AWE承受航空管制，这局限了它们的地理范围(例如由于禁飞区)并且对于其实现造成了监管障碍。概述本公开的示例针对克服了以上表明的缺点的用于从流体流动中提取功率的设备和方法。作为示例性优点，这些设备的范围可以不被平方-立方法则所限制。作为另一个示例性优点，这些设备和这些方法可以不经受栓绳阻力和/或余弦损失。作为另一个示例性优点，这些设备出于监管的目的可以不被归类为“空中装置”。在一些示例中，一种用于提取功率的设备包括轨道和被联接到所述轨道上的翼面。所述轨道包括第一细长区段和第二细长区段，其中所述第一细长区段被定位在所述第二细长区段上方。所述翼面包括定位在吸力表面与所述轨道之间的压力表面，并且所述翼面当交替地联接到所述第一细长区段和所述第二细长区段上时在相反的方向上可移动。通过使吸力表面面朝所述轨道，所述轨道可以被定向成使得翼面相对于大气风速横风移动(crosswind)。这种横风运动可以有利地允许翼面以大于大气风的速度行进。进一步的，通过将所述第一细长区段定位在所述第二细长区段上方，在这些区段中任一个上行进的翼面将直接接收大气风；也就是说，在翼面上的入射风不被其他细长区段上的翼面干扰。这可以允许增加功率提取。在一些另外的示例中，系索被联接到所述轨道上并且被锚固到地面。系索可以有益地允许更少的结构支撑，从而减少功率提取设备的成本。系索还可以有益地允许减少在设备上的破坏力。例如，三个或三个以上系索可以沿细长区段分布以减少在细长区段的长度上的力矩。在一些另外的示例中，翼面与水平面成约90–γ度滚转以抵消来自与水平面成γ度的系索角度的力。在一些示例中，当翼面被联接到所述第一细长区段上时所述翼面具有相对于水平面的第一滚转，并且当所述翼面被联接到所述第二细长区段上时所述翼面具有相对于水平面的第二不同滚转。在一些示例中，所述轨道包括连接所述第一细长区段与所述第二细长区段的终端，其中当所述翼面从所述第一细长区段过渡至所述终端时所述翼面减速，并且其中当所述翼面从所述终端过渡至所述第二细长区段时所述翼面加速。这可以消除方向改变所伴随的较高的力。翼面的减速还可以被获得作为功率。在一些示例中，所述轨道包括连接所述第一细长区段和所述第二细长区段的终端，其中所述翼面在所述翼面沿所述终端行进时偏航。在本公开的一些示例中，提取功率的方法包括：提供轨道；定位所述轨道；将机架联接到所述轨道上；并且通过所述机架的运动从大气风中获得功率。如在此所使用的，机架可以包括翼面，并且还可以例如包括机身和尾翼。机架还可以简单地是翼面。所述轨道包括第一细长区段以及比所述第一细长区段更低的第二细长区段。所述轨道可以被定位成使得所述机架相对于大气风横风行进。一些另外的示例包括将系索附接到所述轨道上并且锚固所述系索。又另外的示例包括将至少三个系索附接到所述第一细长区段上。在一些示例中，这些系索之一与水平面成γ度的角度，并且该方法包括当所述机架被联接到所述第一细长区段上时使所述机架与水平面成约90–γ度滚转。在一些示例中，该方法包括：当所述机架被联接到所述第一细长区段上时使所述机架与水平面成第一角度滚转，并且当所述机架被联接到所述第二细长区段上时使所述机架与水平面成第二角度滚转，其中所述第一角度与所述第二角度不同。一些示例包括：将终端连接在所述第一细长区段与所述第二细长区段之间，其中当所述机架从所述第一细长区段过渡至所述终端时所述机架减速，并且其中当所述机架从所述终端过渡至所述第二细长区段时所述机架加速。在一些示例中，该方法包括：将终端联接在所述第一细长区段和所述第二细长区段之间，并且使所述机架在所述机架沿所述终端行进时偏航。在本公开的一些示例中，功率提取系统包括：轨道；与水平面成γ度的角度并且被联接到所述轨道上的系索；以及被联接到所述轨道上并且与水平面成约90–γ度滚转的机架。在本公开的一些示例中，提取功率的方法包括：提供轨道；将机架联接到所述轨道上；将所述轨道定位成使得所述机架相对于大气风横风行进；将系索附接到所述轨道上并且将所述系索锚固成使得其与水平面成γ度的角度；使所述机架与水平面成约90–γ度滚转；并且通过所述机架的运动从大气风中获得功率。附图简要说明图1A和图1B展示了根据本公开的示例的示例性功率提取设备。图1A展示了在大气风的流动方向上来看的设备。图1B展示了在侧面剖开视图中的设备。图2A展示了根据本公开的示例的示例性机架。图2B展示了根据本公开的示例的示例性翼面的横截面。图2C展示了根据横风行进的物体的一个示例的示例性相对风速。图3A和图3B展示了根据本公开的示例的示例性系索系统。图3A展示了系索系统的侧视图，并且图3B展示了顶视图。图3C展示了根据本专利技术的实例的当机架与水平面成90度滚转时在功率提取系统上的力。图3D展示了根据本公开的示例的在机架上所引入的示例性滚转的侧视图。图4展示了根据本公开的示例的提取功率系统的方法。详细说明在对实施例的以下说明中，参照在此构成其一部分的附图，并且在附图中通过说明的方式展示了可以实践的特定实施例。应当理解的是，在不脱离所公开的实施例的情况下，可以使用其他实施例并且可以做出结构改变。本公开的示例是多种设备，所述设备包括轨道和被联接到所述轨道上的翼面。所述轨道包括第一细长区段和第二细长区段，其中所述第一细长区段被定位在所述第二细长区段上方。所述翼面包括处于吸力表面与所述轨道之间的压力表面，并且当交替地联接到所述第一细长区本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于提取功率的设备，包括：包括第一细长区段和第二细长区段的轨道，其中所述第一细长区段被定位在所述第二细长区段上方；包括吸力表面和压力表面的翼面，其中所述翼面被联接至所述轨道上，使得所述压力表面处于所述吸力表面与所述轨道之间，并且其中所述翼面在交替地联接至所述第一细长区段和所述第二细长区段上时在相反方向上可移动；在第一末端处联接到所述第一细长区段上并且在第二末端处联接到锚定物上的系索，其中所述系索与水平面成γ度的角度，并且所述翼面在联接到所述第一细长区段上时与水平面成约90–γ度滚转；以及发电机，所述发电机用于通过所述翼面的运动从大气风中获得功率。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.01.31 US 14/170,2551.一种用于提取功率的设备，包括：包括第一细长区段和第二细长区段的轨道，其中所述第一细长区段被定位在所述第二细长区段上方；包括吸力表面和压力表面的翼面，其中所述翼面被联接至所述轨道上，使得所述压力表面处于所述吸力表面与所述轨道之间，并且其中所述翼面在交替地联接至所述第一细长区段和所述第二细长区段上时在相反方向上可移动；在第一末端处联接到所述第一细长区段上并且在第二末端处联接到锚定物上的系索，其中所述系索与水平面成γ度的角度，并且所述翼面在联接到所述第一细长区段上时与水平面成约90–γ度滚转；以及发电机，所述发电机用于通过所述翼面的运动从大气风中获得功率。2.如权利要求1所述的设备，进一步包括被联接到所述第一细长区段上的至少三个系索。3.如权利要求1所述的设备，其中当所述翼面被联接到所述第一细长区段上时所述翼面具有相对于水平面的第一滚转，并且当所述翼面被联接到所述第二细长区段上时所述翼面具有相对于水平面的第二滚转，并且其中所述第一滚转与所述第二滚转不同。4.如权利要求1所述的设备，其中所述轨道进一步包括连接所述第一细长区段与所述第二细长区段的终端，其中当所述翼面从所述第一细长区段过渡至所述终端时所述翼面减速，并且其中当所述翼面从所述终端过渡至所述第二细长区段时所述翼面加速。5.如权利要求1所述的设备，其中所述轨道进一步包括连接所述第一细长区段和所述第二细长区段的终端，其中所述翼面在其沿所述终端行进时偏航。6.一种提取功率的方法，包括：提供轨道，所述轨道包括第一细长区段以及比所述第一细长区段更低的第二细长区段；将机架联接到所述轨道...

【专利技术属性】
技术研发人员：R·勒姆雷，
申请(专利权)人：风筝农场有限公司，
类型：发明
国别省市：美国;US