用于从振荡工作流体中提取能量的装置，该装置包括用于振荡工作流体的流动通道40、能量转换单元44和流量控制装置38，该能量转换单元44和流量控制装置38中的每一个都至少部分地与流动通道40成流体连通，其中，在使用中，流量控制装置38选择性地以第一配置和第二配置操作，在该第一配置中，流量控制装置38打开以允许振荡工作流体通过其流动离开流动通道，并且在该第二配置中，流量控制装置38被设置成限制工作流体从其中流动通过，使得振荡工作流体经由能量转换单元44进入流动通道。由能量转换单元44进入流动通道。由能量转换单元44进入流动通道。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于从流体中提取能量的改进的装置和方法
[0001]本公开大体上涉及能量产生，更具体地，但不限于，使用海浪能量提取系统的能量产生。本公开涉及该装置的设计以及用于优化从该装置捕获能量的方法。
技术介绍
[0002]本领域中已经提出了多种类型的波浪发电系统。此类系统基于利用波浪的运动引起涡轮的旋转运动以驱动发电机发电的原理。已知的波浪发电系统使用一个或多个流体流动管道来容纳连接到涡轮的振荡水柱(OWC)。在此类系统中，由于向内和向外的波浪流动引起的波浪在OWC中的振荡运动，经常存在因导管中的空气位移引起的保留气体流动状态。这些涡轮通常具有以下缺点，它们的结构复杂，制造成本高，并且不能长时间承受恶劣的环境条件(咸水、远海或大浪带来大的或不可预测的力)。由于在双向涡轮中将OWC的运动转换成旋转机械能时的损失，许多这些现有系统以低效率运行。
[0003]需要一种改进的系统设计，其能够以有效的方式从OWC捕获能量，并且能够降低执行此类任务的成本。
技术实现思路
[0004]在第一方面，公开了用于从振荡工作流体中提取能量的装置的实施方式，该装置包括用于工作流体的流动通道、涡轮和流量控制装置，该涡轮和流量控制装置中的每一个均与流动通道成直接流体连通，其中在使用中流量控制装置可选择性地在第一配置和第二配置之间移动，在第一配置中，流量控制装置打开以允许工作流体通过其流动离开流动通道；并且在第二配置中，流量控制装置限制工作流体通过其流动，使得工作流体经由涡轮进入流动通道。
[0005]在某些实施方式中，流量控制装置响应于振荡工作流体的压力和/或流动方向的改变而改变进入流动通道的配置。
[0006]在某些实施方式中，流量控制装置能够完全关闭以有助于工作流体在第二配置中仅通过涡轮流动。
[0007]在某些实施方式中，流量控制装置被动地工作以在第一配置和第二配置之间移动。在这样的一种形式中，流量控制装置具有可移动以相对于工作流体的流动变为打开和关闭的元件。在该特定形式中，该元件是可铰接移动的，并且具有覆盖流量控制装置的横截面开口通道的形状。
[0008]在某些实施方式中，流量控制装置由可变形弹性体材料制成。
[0009]在某些实施方式中，涡轮包括转子，该转子包括中心毂和围绕毂的外围设置并从该毂的外围延伸的多个叶片。转子被布置在连接到流动通道的壳体内，其中叶片的形状和它们相对于毂的取向有助于涡轮的转子响应于工作流体通过该壳体的单向轴向流动而单向旋转。在这样的一种形式中，发电机被配置为通过涡轮旋转以产生电能。在一个特定实施方式中，驱动轴在其近端处与毂偶联，并且在其远端与发电机偶联。
[0010]在某些实施方式中，工作流体是空气，并且空气的流动是由振荡水柱的振荡产生的，该振动水柱与流动通道成流体连通并且位于管道中。
[0011]在某些实施方式中，管道包括：(a)第一部分，其被设置成在使用中基本上浸没在该部分所位于的水体的平均表面水位(MSL)之下，其中该第一部分具有被设置用于接收来自水体的进入波浪的开口；和(b)第二部分，其依赖于第一部分，并且被设置成在使用中在MSL上方延伸，该第二部分用于在进入波浪流动通过第一部分之后接收来自该进入波浪的水，其中流动通道由第二部分的以下区域限定，该区域在从进入波浪流动通过第一部分之后从该进入波浪接收的水的最大水位上方延伸。
[0012]在这样的一种形式中，管道的第一部分和第二部分经由位于第一和第二部分之间的流动方向控制段连接，该流动方向控制段由平面倾斜部分限定，该平面倾斜部分被设置在第一和第二部分的连接处并在该第一和第二部分之间延伸。
[0013]在一个特定实施方式中，管道的第一和第二部分是大体上细长的管道，第一部分的横截面积大于第二部分的横截面积。在这样的一种形式中，第一部分的开口处的横截面积大于第一部分的其余部分的横截面积，当沿从开口处的外部进入口区域朝向第二部分的方向运动时，导管的横截面积逐渐减小，以加速进入波浪从水体进入管道的流动。在一个特定的实施方式中，第一部分的外部进入口区域被设置成在使用中在其所位于的水体的MSL上方延伸，以便捕获更大流量的从水体进入管道的进入的波浪。
[0014]在某些实施方式中，管道可操作以位于其所在的水体的底部上。
[0015]在第二方面，公开了海浪能提取系统的实施方式，该系统包括：
[0016](a)至少一个用于接收振荡水柱的管道，该管道包括：(i)设置成在使用中基本上浸没在其所位于的水体的平均表面水位(MSL)之下的第一部分，该第一部分具有设置成用于接收来自水体的进入波浪的开口；和(ii)第二部分，其依赖于第一部分且被设置成在使用中在MSL上方延伸，该第二部分用于在进入波浪流动通过第一部分之后接收来自该进入波浪的水，使得在使用中，由于水进入和离开管道的重复运动而在管道内建立振荡水柱，水离开管道的流动也是经由开口的，但是其方向与进入波浪的方向相反；
[0017](b)可旋转空气涡轮，其与位于管道的第二部分内的流动通道成直接流体连通；以及
[0018](c)至少一个流量控制装置，该流量控制装置还与所述流动通道成直接流体连通，该流量控制装置被设置成在第一配置和第二配置之间移动，在第一配置中，该装置是打开的，从而允许当振荡水柱被接收到管道的第二部分中时，位移的空气流动离开该流动通道，然后在第二配置中，装置限制空气流入第二部分中，于是当振荡水柱沿所述相反方向从管道流出时，空气流动通过由可旋转空气涡轮被抽回到流动通道中。
[0019]在某些实施方式中，流量控制装置响应于振荡工作流体的压力和/或流动方向的改变而改变进入第二部分的配置。
[0020]在某些实施方式中，系统还包括发电机，该发电机被配置为通过涡轮旋转以产生电能。在这样的一种形式中，涡轮包括转子，该转子包括中心毂和围绕该毂的外围设置并从该毂的外围延伸的多个叶片，该转子被布置在连接到第二部分的流动通道内，其中叶片的形状和它们相对于毂的取向有助于涡轮转子响应于通过流动通道进入第二部分的轴向空气流动而单向旋转。在一种特定形式中，驱动轴在其近端处与毂偶联，并且在其远端处与发
电机偶联。
[0021]在某些实施方式中，振荡水柱的频率在使用中可以通过一个或多个流量控制装置在第一和第二配置之间的选择性移动来改变流量控制装置的横截面积占在MSL上方延伸的第二部分的表面积的比例来变化。在这样的一种形式中，流量控制装置的横截面积占在MSL上方延伸的第二部分的表面积的比例被设置为小于15％。在这种特定形式中，所述比例被设置为小于10％。
[0022]在某些实施方式中，第二方面的系统包括如第一方面定义的装置。
[0023]在第三方面，公开了用于接收振荡水柱的管道的实施方式，该管道包括：(a)第一部分，该第一部分被设置成在使用中基本上浸没在其所位于的水体的平均表面水位(MSL)之下，该第一部分包括具有被设置成用于接收来自水体的进入波浪的开口的导管；和(b)第二部分，该第二部分包括另一个管道，该管道依赖于第一本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.用于从振荡工作流体中提取能量的装置，所述装置包括用于所述振荡工作流体的流动通道、能量转换单元和流量控制装置，所述能量转换单元和所述流量控制装置中的每一个均至少部分地与所述流动通道成流体连通，其中，在使用中，所述流量控制装置选择性地以第一配置和第二配置操作，在所述第一配置中，所述流量控制装置打开以允许所述振荡工作流体通过其流动离开所述流动通道，并且在所述第二配置中，所述流量控制装置被设置成限制所述工作流体从其中流动通过，从而使所述振荡工作流体经由所述能量转换单元进入所述流动通道。2.如权利要求1所述的装置，其中所述流量控制装置响应于所述振荡工作流体的压力和/或流动方向的改变而改变进入所述流动通道的配置。3.如权利要求1或权利要求2中所述的装置，其中所述流量控制装置能够完全关闭以有助于所述工作流体在所述第二配置中仅通过所述能量转换单元流动。4.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中在所述第一配置中，所述振荡工作流体流动绕过所述能量转换单元。5.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中，在使用中，根据所述装置是以所述第一配置操作还是以所述第二配置操作，所述流量控制装置和所述能量转换单元分别被配置为单独操作和顺序操作。6.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中响应于所述振荡工作流体的流动，所述流量控制装置被动地工作以在所述第一配置和所述第二配置之间移动。7.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述流量控制装置包括关闭元件，所述关闭元件为可移动的以便在所述第一配置中变为打开或在所述第二配置中变为关闭。8.如权利要求7所述的装置，其中所述关闭元件具有覆盖了所述流动通道的出口开口的形状，并且相对于该出口开口可铰接移动。9.如权利要求8所述的装置，其中所述关闭元件包括可弹性变形的弹性材料。10.如权利要求8或权利要求9所述的装置，其中所述出口开口被设置成具有一个或多个跨越其延伸的支撑元件，所述支撑元件被设置为，在使用中，通过在所述装置以所述第二配置操作时限制所述关闭元件移动到所述流动通道中而在所述关闭元件处于所述关闭位置时支撑所述关闭元件。11.如前述权利要求中的任一项所述的装置，其中所述能量转换单元包括：
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设置在涡轮壳体内的气体涡轮，所述涡轮壳体被设置为在使用中与所述流动通道成流体连通；和
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与所述气体涡轮偶联的能量产生装置；因此，在使用中，所述气体涡轮的旋转响应于所述第二配置中的所述振荡工作流体的压力和/或流动方向的改变而产生旋转扭矩，该旋转扭矩又促使所述能量产生装置操作以产生电能。12.如权利要求11所述的装置，其中所述能量产生装置包括电动机和输出逆变器，其被设置成使所述气体涡轮通过所述输出逆变器与所述电动机偶联，由此在使用中所述气体涡轮产生的旋转扭矩被传递到所述电动机并驱动该电动机。13.如权利要求12所述的装置，其中所述电动机的转速由主动前端驱动器控制，所述主动前端驱动器被设置为在使用中以一速度操作所述电动机，所述速度低于如果所述气体涡
轮的所述旋转产生的所有旋转扭矩都被传递到所述电动机时能达到的速度，从而导致所述主动前端驱动器实现再生制动条件，并且在这样做的情况下，产生为可充电储能装置充电的电能输入。14.如权利要求13所述的装置，其中所述可充电储能装置...
【专利技术属性】
技术研发人员：T，
申请(专利权)人：浪涌能源有限公司，
类型：发明
国别省市：
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