用于从运动流体发电的设备和方法与流程

本发明涉及从可再生资源生产能量，特别是涉及一种用于从运动流体发电的设备和相关方法。

背景技术：

1、越来越希望从可再生资源(例如风和水等)生产电能。风力涡轮机被广泛用于利用可旋转叶片驱动涡轮机来捕获风的动能。使用可旋转叶片捕捉风能有一定的缺点，包括例如导致鸟类死亡、造成噪音污染和对生活造成视觉干扰。旋转部件通常需要应对较大的力和应力，使用寿命可能有限。

2、已经多次尝试在不使用旋转叶片的情况下从风生产电能。grouthier，michelin等人发表在《流体与结构杂志》(第49卷，2014年8月)上的文章“利用电缆涡流诱导振动进行能量收集的效率”(on the efficiency of energy harvesting using vortex-inducedvibrations of cables)讨论了三种布置，第一种布置包括通过风运动的弹性安装的刚性圆柱体；第二种布置包括张紧电缆，张紧电缆上附有分布式能量收集器；第三种布置包括悬挂电缆，悬挂电缆上附有单个能量收集器。该研究旨在比较这三种布置从低速地球物理流中收集能量的能力。

技术实现思路

1、根据本发明的第一方面，提供了一种用于从运动流体发电的设备，该设备包括：

2、长形体，具有纵向轴线，所述长形体被布置成连接到地面或海床上，并暴露在运动流体中；

3、至少一根张紧缆线，所述张紧缆线从所述长形体上以张力支撑，并且所述张紧缆线至少部分布置在所述长形体内部，并进一步布置成在所述长形体摆动时摆动或振动；以及

4、至少一个能量收集器，所述能量收集器用于将至少一根摆动或振动的所述张紧缆线的动能转换为电能。

5、在使用时，长形体可以连接到地面上。使用时，长形体可从地面竖直地向上延伸。长形体可全部或部分位于水中。长形体可以固定在地面或海床的漂浮物上，例如驳船。运动流体可以是或可以包括水、空气和气体中的任意种。

6、通常，至少一根所述张紧缆线布置成至少部分沿所述纵向轴线布置。通常，至少一根张紧缆线整体沿所述纵向轴线布置。

7、通常，至少一个所述能量收集器包括至少一个磁铁和至少一个线圈。

8、通常，所述张紧缆线的第一端连接到细所述长体上，并且可以是有利的，长形体的动能可以传递到至少一根张紧缆线上，使至少一根张紧缆线相对于长形体和地面或海床两者摆动。通过使用至少一个磁铁和至少一个线圈，可将至少一根张紧缆线的摆动转换为电能。

9、至少一个磁铁可以通过至少一根所述张紧缆线设置为运动，并相对于至少一个线圈运动。至少一个线圈可以连接到地面或海床，并相对于地面或床保持静止。至少一个线圈可与长形体连接。

10、通常，所述长形体包括圆柱形结构，所述圆柱形结构布置成在使用时暴露于所述流体。

11、该圆柱形结构可以是有利的，当流体通过长形体时，它可以产生涡旋力。该涡旋力可以使长形体运动。该长形体可以具有基本上呈锥形的形状。

12、通常，所述长形体的一端在使用时固定连接在地面上，所述长形体进一步从地面竖直延伸并暴露在风中。

13、通常，该设备还包括阻尼装置，该阻尼装置使用时可连接到长形体的下端。

14、该阻尼装置可防止长形体的疲劳。

15、通常，至少一根所述张紧缆线具有端部，该端部固定地固定在所述长形体上。

16、通常，至少一根所述张紧缆线具有另一端部，该另一端部固定地固定在地面上或靠近地面。

17、将第二端固定在地面上或靠近地面可以是有利的，它可以为至少一根张紧缆线的一端提供近乎静态的固定点。当至少一根张紧缆线的第一端通过长形体运动时，会产生沿至少一根张紧缆线移动的波。固定地固定至少一根张紧缆绳可使波反射，从而保持动能。

18、通常，至少一个所述能量收集器位于所述长形体内部。

19、通常，所述设备还包括支撑体，所述支撑体用于支撑所述能量收集器的至少一部分，所述支撑体布置在所述长形体内部并沿所述纵向轴线延伸。

20、使用时，该支撑体可以在一端处固定在地面上。至少一个线圈可连接到该支撑体上。支撑体可以是有利的，它可以为长形体内部的至少一个线圈提供固定支撑，从而使至少一个磁铁可以相对于至少一个线圈运动。

21、通常，至少一个能量收集器还包括振动捕获装置，该振动捕获装置用于捕获至少一根所述张紧缆线的动能的至少部分。

22、该振动捕获装置可连接到至少一根张紧缆线上。该振动捕获装置可以具有0.1千克或更大的质量。该能量捕获装置可以具有1千克或以下的质量。能量捕获装置可以具有1千克或更大的质量。能量捕获装置可以具有5千克或以下的质量。质量大于0.1千克可以是有利的，当质量通过振动的缆线运动时，会产生很大的动量，从而提供振动捕获装置的更稳定的振动。

23、通常，至少一个能量收集器还包括振动捕获装置和转换装置，所述振动捕获装置包括至少一个磁铁，所述转换装置包括至少一个线圈，该振动捕获装置被布置成通过至少一根所述张紧缆线设置成运动并相对于至少一个线圈运动。该线圈可以是水平线圈或竖直线圈。该线圈可以固定设置在支撑体上。例如，该线圈可以集成到支撑体的壁结构中。该水平线圈可以围绕水平轴线缠绕，并且该振动捕获装置可以配置为使得磁铁可以沿水平轴线的方向上例如在线圈的中心区域运动。竖直线圈可绕竖直轴线缠绕。然后，该振动捕获装置可以被配置为使得磁铁可沿与线圈的绕组基本平行的方向运动。有利的是，可以在围绕圆周的不同位置设置具有竖直轴线的多个线圈，由此使磁铁水平地摆动，导致直接驱动将振动转换为线圈中的电能，这样就可以允许在多个方向上进行转换，而无需随着风向的变化调整设备的方向。

24、通常，该振动捕获装置还包括第一捕获装置和第二捕获装置，该第一捕获装置和该第二捕获装置被布置成将水平运动转换为竖直运动，其中所述第一捕获装置固定在至少一根所述张紧缆线上，并且所述第二捕获装置连接到支撑体上并被布置成在使用中竖直地移动。

25、通常，所述支撑体固定在地面上，并被布置成相对于所述长形体静止。

26、将水平运动转换为竖直运动可以是有利的，它可以使能量收集器捕获到任何水平方向的摆动，并将其转换为一个方向(即竖直方向)的摆动。当磁铁竖直地摆动时，磁铁可能会使连接到支撑体的线圈感应电流。因此，可以避免通过改变风向来调整设备的方向。通常，支撑体是长形体的内部部分，或者支撑体与长形体相连。

27、根据本发明的第二方面，提供了一种从风产生电能的方法，该方法通过使用本发明的第一方面的设备。

技术特征：

1.用于从运动流体发电的设备，包括：

2.根据权利要求1所述的设备，其中，至少一根所述张紧缆线布置成至少部分地沿所述纵向轴线布置。

3.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，至少一个所述能量收集器包括至少一个磁铁和至少一个线圈。

4.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述长形体包括圆柱形结构，所述圆柱形结构布置成在使用时暴露于所述流体。

5.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述长形体的一端在使用时固定连接到所述地面，所述长形体进一步从所述地面竖直延伸并暴露在风中。

6.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，至少一根所述张紧缆线具有端部，该端部固定地固定在所述长形体上。

7.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，至少一根所述张紧缆线具有另一端部，该另一端部固定地固定在所述地面上或靠近所述地面。

8.根据前述权利要求中任一项所述的设备，还包括支撑体，所述支撑体用于支撑所述能量收集器的至少一部分，所述支撑体布置在所述长形体内部并沿所述纵向轴线延伸。

9.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，至少一个所述能量收集器还包括振动捕获装置，所述振动捕获装置用于捕获至少一根所述张紧缆线的所述动能的至少一部分。

10.根据权利要求3至9中任一项所述的设备，其中，至少一个所述能量收集器还包括振动捕获装置和转换装置，所述振动捕获装置包括至少一个磁铁，所述转换装置包括至少一个线圈，所述振动捕获装置被布置成通过至少一根所述张紧缆线设置成运动并且相对于至少一个所述线圈运动。

11.根据权利要求10所述的设备，其中，所述线圈是竖直线圈或水平线圈。

12.根据前述权利要求中任一项所述的设备，所述振动捕获装置还包括第一捕获装置和第二捕获装置，所述第一捕获装置和所述第二捕获装置被布置成将水平运动转换为竖直运动，其中所述第一捕获装置固定到至少一根所述张紧缆线上，并且所述第二捕获装置连接到所述支撑体上并被布置成在使用中竖直地运动。

13.根据前述权利要求中任一项所述的设备，其中，所述支撑体固定在所述地面上，并布置成相对于所述长形体静止。

14.一种从风产生电能的方法，所述方法利用前述权利要求中任一项所述的设备。

技术总结一种用于从运动流体发电的设备，所述设备包括：具有纵向轴线的长形体，所述长形体被布置成连接在地面或海床上，并暴露在运动流体中；至少一根张紧缆线，所述张紧缆线从所述长形体张紧地支撑，并且所述张紧缆线至少部分布置在所述长形体内部，并进一步布置成在所述长形体摆动时摆动或振动；以及至少一个能量收集器，所述能量收集器用于将至少一根摆动或振动的所述张紧缆线的动能转换为电能。技术研发人员：S·巴勒特受保护的技术使用者：赛音德尔塔有限公司技术研发日：技术公布日：2024/9/2