CN103562543A - 流体能量发生器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种从流体流（2）回收能量的设备（1），该设备包括：支承件（3）；柔性膜（4）；附接系统（5），其用于附接所述膜（3）的至少第一区域（6）、将所述膜（4）的所述第一区域（6）连接至所述支承件（3）；以及力传递装置（12），所述力传递装置（12）连接至膜（4）的第二区域（8），该第二区域与第一区域（6）间隔开，并能相对于支承件（3）运动。该设备（1）包括分离限制装置（9），所述分离限制装置（9）适于限制所述膜的第一区域（6）与所述附接系统（5）的至少第一点（10）之间的距离，并且限制所述膜的第二区域（8）与所述附接系统（5）的第二点（11）之间的距离，这些分离限制装置（9）设计成使所述第一和第二区域（6、8）彼此间隔开最小距离（D_最小），所述最小距离（D_最小）小于沿膜的表面（4e）测量的、分离这些第一和第二区域（6、8）的最短长度（L_最小）。

Description

流体能量发生器

本发明涉及从流体流回收能量的设备领域。

具体地，本发明涉及一种从流体流回收能量的设备，包括：

-支承件；

-柔性膜；

-系统，其用于附接该柔性膜的至少第一区域、将柔性膜的该第一区域连接至支承件；

-力传递装置，其连接至远离柔性膜第一区域的柔性膜的第二区域，柔性膜的该第二区域相对于该支承件运动。

这种类型的设备用于从诸如空气或水的流体流回收能量，并且将呈机械能的形式的回收能量（也就是说，与运动或速度相关联的力）向诸如转换器的另一构件传输，该另一构件适于将所传输的机械能转换为电能。

专利文件WO82/00321公开了一种上述类型的能量回收设备。这种现有技术设备是一种风动力发电机，其包括由两个颊板形成的空气管道，膜在这两个颊板之间沿如下列方向保持拉伸，该方向处于膜的平面内并且垂直于空气流的方向。在风的作用下，该膜变为横向振动的介质，并且膜中心部分的横向运动用于驱动发电设备。

考虑到将能量回收设备安装在流中、特别是海洋环境中的所需投资，期望考虑替换解决方案，其至少在特定条件下允许在给定流中提高能量捕获性能。

发明的目标

本发明的目标是提供一种根据上文给出的总体定义的能量回收设备，其允许至少在特定类型的流中实现改进的能量回收性能。

发明的简要描述

为了实现该目标，本发明主要涉及一种从流体流回收能量的设备，包括：

-支承件；

-柔性膜；

-系统，其用于附接该柔性膜的至少第一区域、将柔性膜的该第一区域连接至支承件；

-能量转换器；

-力传递装置，其连接至远离柔性膜第一区域的柔性膜的第二区域，柔性膜的该第二区域可相对于该支承件可动，这些力传递装置被布置成从第二区域朝着能量转换器传递机械能。

根据本发明的这种设备本质特征在于，其包括分离限制装置，该分离限制装置适于限制膜的第一区域与附接系统至少第一点的分离，并且限制膜的第二区域与附接系统第二点的分离，这些分离限制装置设计成使第一和第二区域彼此间隔隔开最小距离，该最小距离小于沿膜的表面测量的、分离这些第一和第二区域的最短长度，因而，当将膜布置在所述流体流中时，这些分离限制装置促进膜的波动运动。

一般而言，第一和第二区域间隔隔开的最小距离是当通过分离间隔装置使第一和第二区域彼此分离时，沿这些第一和第二区域之间延伸的直线测量的最短距离，分离间隔装置限制第一和第二区域之间的这种分离。

类似地，沿膜的表面测量的、分离第一和第二区域的最短距离是能够在这些第一和第二区域之间测量的、同时沿膜的表面的最短长度。通常，该最短长度对应于在以下两者之间相交的曲线的展开长度：

-穿过第一和第二区域的膜的纵向截平面；和

-沿其进行测量的膜的表面。

因而，根据本发明，膜具有大于分离第一和第二区域的距离的展开长度，以便该膜不在这些第一和第二区域之间伸展。

因而，当膜被置于静止或者被放置在流体流中时，膜沿处于其第一和第二区域之间的其长度的至少一部分弯曲。

出现膜的这种弯曲或曲率是因为由于分离限制装置，膜的展开长度比分离膜的第一和第二区域的最小距离更大。

在操作中，当设备浸没在具有给定流速Vf的流体流中时，使得弯曲（因为其不伸展）的柔性膜以波动方式移动，并且分离限制装置以下列方式限制膜的第一和第二区域之间的分离，即膜不能沿其整个长度伸平。只要流动不超过限制速度，膜就至少抵抗住该流。

这是因为，当膜受到流束的流动力时，该流束对膜的各个弯部的关于流的流入侧都产生过量压力，并且在相反侧、各个弯部的内侧产生负压力。一方面，该压差趋向于导致膜沿流束的方向变形，另一方面，对于相同位置，趋向于使弯曲部变形，直到膜在该点处的曲率反过来为止。因而，在流束的影响下，膜以交替、类正弦形状波动。膜的该强制波动以速度Vm从膜的第一区域朝着第二区域传播和加强。

已经发现，当将设备浸没在从其中获取能量的流体流中时，膜就波动，并且使得称为下游区域的其第二区域随下列运动而运动，该运动从穿过附接系统的第一和/或第二点的流动轴线的一侧向另一侧交替变化。

已经发现，曲率以及因此波阵面的倍增使能量捕获能力也倍增。此外，膜扰动具有横截面大于代表膜的宽度乘以波的振幅的横截面的流束，因此，其在比其总体尺寸大得多的空间中从流体捕获能量。

由于力传递装置连接至膜的该第二区域，所以能够在整个膜上捕捉流体力的合力，因而能够从流体流提取能量。

应注意，附接系统的第一和第二点可能是离散的，或者彼此结合。布置这些第一和第二点，以便允许限制装置的至少一部分相对于附接系统枢转。

为了帮助理解本发明，术语“处于静止的膜”表示下列状态，其中膜不受流体流的影响，并且受地球重力和限制装置的影响。由于限制膜的第一和第二区域关于附接系统各点分离的限制装置，已经发现，特别是当膜处于静止时，膜偏斜，至少在膜处于其第一和第二区域之间的一部分中，在重力（参见图4和5）和限制装置的影响下弯曲。

为了使用根据本发明的设备，将分离限制装置设计成使第一和第二区域彼此间隔开的最小距离小于沿膜的表面测量的、分离这些第一和第二区域的最短长度的95%。

已经注意到当第一和第二区域彼此间隔隔开的最小距离小于沿膜的表面测量的、分离第一和第二区域的最短长度的95%时，根据本发明的设备的能量捕获性能提高。这是因为，以下两者之间的差异增大至特定点：

-在膜的第一和第二区域之间测量的膜长度的最小距离，和

-在这些第一和第二区域之间测量的该膜的最小展开距离，

已经发现，由受流影响的膜形成的波的振幅趋向于增大。

对于任何给定流动，回收的能量都取决于该振幅。

已注意到设备的能量捕获性能由于下列事实增大，即分离限制装置迫使膜发生波动，当受到给定流速影响时，该分离限制装置限定影响膜的波动速度的参数。特别地，已经发现，作为本发明的结果，获得在给定流速范围内基本保持恒定的流速Vf与膜的波速Vm的比率。

该比率取决于由分离限制装置调节的第一和第二区域的分离并取决于能量转换器的反作用力以及膜的机械特性。

优选地这样布置，即将该比率调节为1/3，以最大化对流的能量捕获。

也已经说明，为了提高设备的性能，使分离限制装置和附接系统设计成使与附接系统相对定位的膜边缘能够在离附接系统第一和第二点的一定距离处振荡。

附图说明

参考附图，通过下文提供的仅用于指导，并且以完全非限制方式提供的说明书，本发明的其他特征和优点将变得明显，其中：

图1示出根据本发明的设备的第一实施例，将该设备放置在流体流中，通过适于从平移运动产生电能的转换器，该装置从该流体流回收能量；

图2示出本发明的第二实施例，其也被放置在流体流中以从该流体流回收能量，但是使用旋转式转换器，以从旋转运动产生电；

图3示出本发明的实施例，其中用于限制膜的各区域分离的装置是沿流的方向具有降低的对应刚度的弹性装置；

图4与图1-3一样示出沿膜的纵向截平面P截取的、根据本发明的设备的示意图，该图4以实线示出处于静止的第一类型膜，该膜在其连接至分离限制装置的区域之间偏斜（deflect，偏转）；该图4也以虚线示出处于静止的第二类型膜，其刚性大于第一类型膜（优选地，第一类型膜由当静止时形成正弦曲线的第二类型膜代替）；该图4也以混合线示出一曲线，其代表在流体流2中波动的这些第一和第二膜中的一个或另一个；

图5示出在一实施例中的根据本发明的设备的立体图，其包括用于将平移运动转化为电能的转换器14，并且包括头部偏斜器19，在该图中，膜4处于静止（以实线示出第一类型膜，并且以虚线示出第二类型膜）；

图6示出根据本发明的设备，其被布置在流体流中，并且具有膜，该膜仅在其连接至分离限制装置的两个区域之间波动，也即是说，在沿流体流的方向放置于上游的第一膜区域和放置于下游的其第二连接区域之间波动；

图7示出在一实施例中的根据本发明的设备，其中，该设备具有连接至附连到膜的多个中间点的分离限制装置，这些中间点在膜的第一和第二区域之间、沿膜的纵向边缘布置，该第一和第二区域分别沿各自的上游和下游边缘布置；

图8示出根据本发明的设备的实施例，其具有将第二膜区域连接至旋转转换器的杆臂28，并且具有关于压载（ballast）定位装置25b定向的支承件3；

图9示出根据本发明的设备的另一实施例，其中该支承件通过具有水平轴线32的枢轴连接至压载定位装置25b，在该实施例中，纵向支承偏斜器27a被固定至支承件3，以沿膜的侧边缘4a、4b引导流束，并且横向支承偏斜器27b被固定至支承件3，以使支承件3在流体流中定向；

图10示出根据本发明的设备的另一实施例，其中支承件3通过具有垂直轴线33的枢轴相对于压载定位装置25b定向；

图11示出根据本发明的设备的实施例，其中支承件3连接至用于将该设备定位在其环境中的装置，其为浮体25a；

图12示出根据本发明的设备的可替换实施例，该设备包括绕承载旋转转换器14的支承件的轴线B-B的两个振荡膜4a、4b，该旋转转换器14的自然旋转轴线与支承件的轴线B-B重合；

图13示出用于在图7和8所示的实施例中应用本发明的根据本发明的设备的一部分，膜通过其第一和第二区域并通过布置在膜的第一和第二区域之间的膜附接的中间点而连接至其分离限制装置；

图14示出用于在图3所示的其实施例中应用本发明的根据本发明的设备的一部分，根据该实施例，分离限制装置是弹性的，并且具有多个刚度K1、K2、K3，以降低由于过强流动导致的损伤膜的风险；

图15示出膜的实施例，其中能够看出，膜装有沿膜的上游横向边缘布置的头部偏斜器19和沿膜的下游边缘布置的尾部偏斜器20；

图16示出膜的实施例，其中膜载有纵向加强件23，该纵向加强件在膜的第一和第二膜区域之间沿膜延伸，以在膜绕垂直于膜的纵向截平面P的轴线的弯曲方面加强膜的抗弯力；

图17示出膜的实施例，该膜能够用于应用根据本发明的设备，并且包括纵向加强件23以沿膜传递变形能量，并包括横向加强件24以限制膜的横向变形；

图18示出膜，其包括位于膜的至少一个表面上的纵向脊23，以沿膜引导流体流；

图19示出膜，其包括横向脊21，横向脊用于形成对沿膜的流体流的限制并用于产生膜的纵向波动的起始点；

图20示出膜，该膜装有第一类型的膜载（on-board）转换器16a，该转换器被称为通过磁体相对于线圈的平移来运行的转换器；

图21示出膜，该膜装有第二类型的膜载转换器16b，其被称为旋转转换器，并包括多个互连的旋转发生器，以从膜的纵向变形波捕获能量；

图22示出当将膜布置在流体流中时，根据本发明的设备的膜的不同波动模式；

图23和24示出用于使用根据本发明的设备的膜，当静止时，这些膜以平坦形式延伸；

图25a示出当不受任何流体流影响时的根据本发明的设备的侧视图，该设备的膜由分离限制装置保持，并且由于其刚性形成半波。悬架R提供回复力并且定膜的上游边缘的中心；

图25b示出当受流速为Vf的流影响时的图25a的设备，该流产生膜变形波，并且该变形波以速度Vm从膜的上游端向下游端传播；和

图26示出当布置被在流速为Vf的流中时的根据本发明设备的另一实施例的侧视图。

具体实施方式

下文的说明书给出根据本发明的设备1的不同实施例（图1-12，25a，25b和26）以及膜和/或限制这些膜的各区域的分离的装置的不同实施例（图13-19）以及膜上的膜载转换器的两个实施例（图20和21）。应注意到图13到21的各元件能于图1-12、25a、25b、26中所述的根据本发明的装置的任何实施例结合。

在下文说明书中，涉及的流动流体是液体，诸如水，并且设备1是流体动力发生器，该流体动力发生器设计成从流体流回收机械能，并且通过转换器14的帮助产生电。

图1-12的设备1包括：

-支承件3；

-柔性膜4，其具有展开长度L_最小；和

-系统5，其用于附接膜、将膜的第一区域6连接至支承件3。

该附接系统5的目的在于提供一种可变形组件，其将第一膜区域6连接到附接系统的固定至支承件3的一部分，在当前情况下，该部分是附接系统的相对于支承件3固定的那部分。

附接系统5包括两个连接件5a、5b，它们一方面附接至膜4的第一区域6，另一方面附接至附接系统的固定至支承件的部分。

附接系统的这些连接件5a、5b相对于该支承件预先定位膜的第一区域，同时允许该第一区域相对于该支承件作相对运动。

柔性连接件5a、5b可包括缆索，其允许调节膜的第一部分与附接装置5的相对于支承件3固定的该部分的分离。

如图12和13中所示的实施例中所示，附接系统5可包括连接件杆13a，称其为上游连接件杆13a。该上游连接件杆13a持久地连接至膜的第一膜区域，在本情况下，该第一膜区域沿膜的上游边缘4c定位。

该设备还包括分离限制装置9，其也通过柔性连接件形成，并且具有下列功能：

-限制第一膜区域6与下列点的相对分离，该点处于优选相对于支承件3固定的附接系统的第一点10上；

-限制第二膜区域8相对于下列点的分离，该点处于优选相对于该支承件固定的附接系统的第二点11上；和

-以下列方式限制膜的第一和第二区域6、8相对于彼此的间隔，即当处于静止时，该膜在其第一和第二区域之间弯曲。

应注意，附接系统5的固定部分载有第一和第二点10、11，关于这两点对分离该膜的第一和第二区域6、8的距离进行限制。

限制装置以下列方式使第一和第二区域6、8朝着彼此靠近，即在这些区域6、8之间测量的最小距离D_最小小于在这些区域6、8之间沿膜的表面4e测量的最小膜长度L_最小（换句话说，膜的展开长度）。

D_最小至少小于L_最小的95%，并且优选小于L_最小的一半。

已经说明，当第一和第二区域彼此间隔隔开小于L_最小的95%的最小距离D_最小时，根据本发明的设备的能量捕获性能提高。

因而，迫使膜在第一和第二区域6、8之间弯曲，并且迫使其在浸入流体流中时波动。

通过固定尺寸D_最小和L_最小，可设定膜在流体流中的波动运动的参数（最大振幅、最大波长、频率以及流体流中的速度Vf与膜波速Vm之比）。

为了限制这些尺寸D_最小和L_最小，使用拉伸缆索，这些缆索形成限制装置的至少一部分。

第一膜区域6沿垂直于膜的纵向截平面P的膜的上游横向边缘4c贯穿膜的整个宽度(Larg，法语“宽度”缩写)延伸。在平面P内并沿与该平面P垂直的突部方向，该第一区域6的宽度受膜与膜附接装置的交汇部的突部的限制，膜附接装置最靠近有意被布置在流2中的上游位置的膜边缘。

第二膜区域8沿膜的下游边缘4d贯穿膜的整个宽度（Larg）延伸。该第二区域8的长度贯穿膜的整个宽度（Larg）延伸，该宽度垂直于膜6的纵向截平面P。在平面P内并且沿与该平面P垂直的突部方向，该第二区域8的宽度受膜和力传递装置12的交汇部的突部的限制。如果这些力传递装置12包括称为下游杆（在下文中详细描述该杆13b）的连接件杆13b，该第二区域的宽度就是与膜6接触的杆13b的最大表面宽度。

上游边缘4c是有意布置在下游边缘4d上游的流体流中的边缘。下游边缘4d是最靠近膜和传递装置12之间的连接件的膜边缘。因此，与和第一区域6的距离相比，该下游边缘4d更靠近第二区域8，上游边缘4c则相反。上游边缘4c是位于膜与下游边缘4d相对的端部处的膜边缘。

如图1-21所有图中所示，膜4通常由具有封闭周界的单件构成，第一和第二区域6、8位于该封闭的周界内。然而，虽然图中未示出，但是膜也可由多个刚性面板构成，这些刚性面板沿垂直于膜的纵向截平面P（该纵向截面P是穿过第一和第二区域并且切过膜的厚度的平面）的面板铰链轴线铰接。两个面板之间的每个铰链可以是弹性铰链，该弹性铰链趋向于使面板回复至相同平面。

制成膜4的材料是弹性的，并且优选这样选择，即具有0.8-1.2的浮力，在本情况下，该浮力为1.1。出于该目的，该膜可由弹性体制成。如图4和5中所示，在膜处于静止的情况下，膜由分离限制装置9垂直支承。处于静止的膜被这些限制装置9承载的每一部分都形成圆形，这是因为膜对其纵向弯曲有弹性阻力。如下文标题为“膜的弹性特性”部分中详述的，膜的该弯曲弹性/刚性是影响膜在流体流中的波动行为的参数。因此，如下选择膜的弯曲弹性：

-根据膜浸没在其中的流体流类型（流体的密度和流速）；和

-根据第一和第二区域6、8彼此的分离；和

-根据膜的质量或该转换器或多个转换器的质量，特别是如果该转换器由膜支承，需要刚性造成的力，以补偿质量造成的惯性力；和

-根据期望从该流体流回收的能量的量。

典型的限制装置9是包括至少一根柔性缆索的柔性连接件。如图1-11中所示，每根缆索9的一端都连接至附接系统5（在附接系统10、11上相对于支承件3固定的一点处），并且另一端连接至膜4。

附接系统5也包括通过上游连接件杆13a连接至膜的第一区域6的缆索5a、5b，在该情况下，该第一区域6是膜的上游边缘，该上游连接件杆13a平行于膜的上游边缘并且垂直于其纵向截平面P延伸。

力传递装置

特别如图1、2和5-12所示，设备1也包括力传递装置12，其附接至膜4的第二区域8，以将机械能量从第二区域8传递到能量转换器14。

如图6-16中的各图所示，力传递装置12可包括下游连接件杆13b，其持久地在第二膜区域8的位置处连接至膜，在本情况下，该第二膜区域8沿膜的下游边缘4d延伸。

在图2、8和9的实施例中，能够看出，力传递装置12可包括杆臂28，其连接至能量转换器14，其中该转换器为旋转型（换句话说，该转换器将通过绕转换器的旋转轴的角运动和旋转扭矩传递的能量转换为另一种能量形式，诸如液压能或电能）。该杆臂28使得扭矩在转换器14的位置处变大，并且也可用于改变设备的机械阻抗。该杆臂28也便于提供下列解决方案，其用于在至转换器的连接点处例如通过使用波纹管密封。

例如，能够将该杆臂28制成具有可调的可变长度。

能够在图2的实施例中看出，杆臂28通过上游连接件杆13b和连接构件29连接至膜4。连接构件29在杆臂28的远离转换器14的一端和在下游连接件杆13b上形成的至少一个附接点之间延伸。连接构件29和下游连接件杆13b之间的连接件是在连接构件29的第一端处形成的枢转连接件。连接构件和下游连接件杆之间的该枢转连接件的轴线平行于连接杆13b的主轴线。连接构件29和杆臂28之间的连接件是在连接构件29的第二端处形成的枢转连接件。该连接件允许连接构件29相对于杆臂28绕与旋转转换器14的旋转轴线平行的另一轴线旋转。

能量转换器

如图1、2、5-12所示，能量转换器14连接至力/运动传递装置12和支承件3。该能量转换器从运动传递装置12相对于支承件3的相对运动以及从膜的驱动力产生电能。

优选地，该能量转换器14包括：

-用于产生对力传递装置12相对于支承件3的运动的阻力的装置；和

-用于控制该阻力的变化的装置。

在本情况下，力产生装置可存在于使用与转换器14的线圈相关联的磁体，以产生与传递装置12的运动相对的电磁力。

该线圈可联接至自耦变压器，并且该控制装置可以是用于控制该自耦变压器的电功率的变压率的装置。也可由电子功率和控制系统提供该功能，该系统改变和调节消耗所捕获的能量的下游电路的电阻抗。

当设备1被浸没在流体流2中时，使膜运动，并且驱动传递装置12，以使其以相对于支承件3的交替方式运动。由于存在一方面连接至传递装置12、另一方面连接至支承件3的转换器14，所以从与驱动力相关联的相对运动获得的机械能能转化为可再用能量。该可再用能量为：

-电能，如图1、2和5所示，在该情况下，转换器14是交流发电机或发电机；或者

-液压能，在该情况下，转换器14包括用于将流体推入液压管内的泵。

该能量转换器14包括：

-（a）用于产生对传递装置12相对于支承件3的运动的阻力的装置；和

-（b）用于控制该阻力的变化的装置

的事实使得可控制膜对流体运动的阻力（因为膜连接至对其施加阻力的传递装置，所以能够至少部分地通过控制该阻力值来控制膜在流体流中的运动）。

特别地，这些用于产生阻力的装置适于根据下列条件引起阻力值的变化，即根据：

-代表膜的运动速度的至少一个参数，如膜的第二区域相对于膜的支承件的运动速度；和/或

-流体流的至少一个测量参数（例如，通过诸如流速计和/或动态压力传感器的测量装置进行该测量），诸如流体流的流速Vf和/或其动态压力。

如图1所示，通过控制阻力，例如可能导致捕获的能量根据第二膜区域沿垂直于流体流轴线X-X的轴线Z-Z的运动速度而变化，该垂直轴线Z-Z在膜4的纵向截平面P中延伸。如果该速度变得相对于预定低速过低，就降低阻力值，以便膜能够以预定速度再次开始波动。相反地，如果膜的第二区域沿垂直于流体流2的轴线Z-Z的运动速度变得相对于预定的高运动速度过高，就使阻力值增大，然后膜的速度降低。

通过以该方式继续下去，可能根据计划阻力的产生规则调节控制，以调节根据第二膜区域8上的至少一点的运动速度获得的能量的量。因而，通过在控制装置的帮助下调节阻力，能够最优化和/或最大化从流动流体提取能量。

配重

也应注意到，设备1可有利地载有配重，其安装在膜4上的第一和第二区域6、8之间。这些配重使用固定装置装到膜上。理想地，至少一些这些配重固定装置适于允许选择性地附接和卸下所承载的配重。理想地，可能将至少一些这些配重固定装置布置成可调的，从而允许相对于膜移动所承载的配重。

能够使用这些配重和这些配重关于将这些配重固定至膜的固定点的位置调节，以调节膜的动态特性，特别是在给定流体流中的波的传播速度，该传播速度影响从流体流提取能量的效率。

随后将更明白，膜也可在膜载转换器16a、16b，这些转换器提取膜变形的机械能，并且将该机械能转化为电能。应注意，每个这些膜载转换器16a、16b都具有其自身的配重，因此可起到安装在膜上的配重的作用。

分离限制装置

如图1、5、7、8、10和13-16所示，至少一些分离限制装置18a、18b分别连接至附连到膜的多个中间点17a、17b，这些中间点彼此分离，并且位于膜的第一和第二区域6、8之间。连接至中间点17a、17b的这些分离限制装置18a、18b也：

-适于限制这些中间点17a、17b中的每个相对于附接系统5上的至少一个点的分离，

-适于允许这些中间点17a、17b相对于支承件3运动，和

-适于以下列方式限制这些点17a、17b中的至少一些的彼此分离，即，膜始终具有沿膜的所述表面4e测量的，并且处于这些中间点17a、17b中的两个之间的长度L1，该长度始终大于分离这些两个中间点17a、17b的距离D1。

换句话说，这些分离限制装置18a、18b适于确保每个中间附接点17a、17b相对于支承件3可动。这些限制装置18a、18b也适于确保以下列方式限制中间点17a、17b彼此分离，即，膜始终具有沿膜的所述表面4e测量的，处于这些中间点中的两个之间的长度L1，该长度始终大于分离这些两个中间点17a、17b的距离D1。

理想地，该布置是这样的，即当膜处于静止时，距离D1小于L1的95%，并且优选D1小于L1的一半。

因而，以下列方式布置膜4和中间点17a、17b，即膜在这些中间点之间弯曲，这是因为这些中间点17a、17b之间的展开长度L1大于分离这些中间点17a、17b的最小距离D1。

通过限制装置18a、18b连接至附接系统5的这些中间附接点17a、17b允许膜在其第一和第二区域6、8之间的弯曲数目增大，由此使沿膜的压力交替区域增加相同的量。因而，在特定条件下，膜能够提取的能量的量也增大。

此外，这些中间附接点17a、17b使得具有尽可能与位于两个连续上游和下游附接点之间的膜区域一样多的弯曲。例如，能够通过增加第一和第二区域6、8之间的中间附接点，调节膜在流体流中的波动形状。通常，通过增加沿膜长度的附接17a、17b数目而使得膜波具有较短周期/长度。中间附接点的这种布置也使得可改变膜所形成的波的振幅，以及该波的频率和传播速度Vm。

应注意，连接至中间点的各个限制装置18a、18b都能够如图1、3、5所示地形成有在中间点17a和优选相对于支承件3固定的附接系统上的点之间延伸的钢丝或缆索。

虽然图中未示出，但是也可能提供下列装置，该装置用于彼此独立地调节区域6、8和中间点17a、17b关于它们附接至附接系统5的各位点的各种分离。也能够选择这些调节，以便根据流的特性和/或由膜传递的力，改变中间点在膜上的位置。

如图3中的图表和图14的实施例所示，在分离限制装置18a、18b是拉伸卷簧的本情况下，至少一些分离限制装置18a、18b可以是弹性的。

对于任何给定一对分离限制装置18a、18b，均使其具有固有刚度K1、K2。

该对分离限制装置的第一限制装置18a在处于膜的第一和第二区域6、8之间的第一位置处连接至膜。该第一位置可能是膜的附接中间点17a、17b中的一个。

该对分离限制装置的第二限制装置18b在处于膜的第一和第二区域6、8之间的第二位置处连接至膜。

选择第一限制装置18a的固有刚度K1，使其大于第二限制装置18b的固有刚度K2。

连接件装置的弹性允许当施加拉伸力时这些限制装置18a、18b中的每个均伸长，以使膜在第一和第二位置之间伸展。

在包括弹性分离限制装置的该实施例中，能够根据这些限制装置18a、18b的拉伸量，降低膜的弯曲振幅和从流体流动提取的能量的量。因此，降低了当膜受到过于有力的流时受损的风险。

如图3中示意性所示，限制装置18a、18b的刚度K1、K2随着它们的附接点接近第二区域8而降低的事实使得优先在靠近第二区域8的区域中降低波的振幅。

如果膜由于流2过快变得过载，首先优先降低邻近第二膜区域的区域中的膜波振幅。然后，如果该限制不足，在膜的更接近于第一区域的部分中限制波的振幅，并且这持续到膜完全伸展开并且实质上平坦为止。

这些弹性限制装置18a、18b的一个效果在于，根据流体的流速Vf，调节超过特定流速Vf的、膜的变形波速Vm（在图1和2中表示这些速度Vm和Vf）。

在图14中详细示出弹性限制装置的安装。

在该图中能够看出，限制装置被制成以两个串联弹簧安装的卷簧形式，在膜的纵向边缘的每一侧上安装一个弹簧。每个串联弹簧都在第一和第二膜区域之间与膜的纵向边缘平行地延伸。对于每个串联弹簧，能够看出，弹簧具有下列固有刚度，该固有刚度设置成从第一区域6附近的最大刚度K1至第二区域8附近的最小刚度K3成降序。布置在膜的任一侧上的串联弹簧都彼此相同，特别是关于所选择的弹簧刚度相同，以使得膜的纵向边缘能够基本以相同方式和同步变形，因而促进产生垂直于膜的纵向截面轴线的波动。其目的在于给定的膜波具有恒定振幅，换句话说，相对于在膜宽度上的平均波振幅，膜宽度上的每个给定波的振幅偏离都小于该平均振幅的10%。

同一串联弹簧中的弹簧彼此串联并且成对地附接。串联弹簧的每两个弹簧的接头（junction）都形成弹簧接头点，其允许串联的两个弹簧相对于彼此枢转。因而，对于给定串联的N个弹簧，存在N-1个接头点。膜包括连接至弹簧的多个中间点17a、17b。膜的这些中间点17a、17b分布成两串中间点。每串中间点都沿膜的自身纵向边缘延伸。这些串中间点关于膜的中心纵向截平面P彼此对称。因而，一串中间点17a、17b在承载该串中间点的膜的纵向边缘上的分布与另一串中间点的中间点在膜的另一边缘上的分布相同。膜的各串中间点都连接至相应的弹簧串。为此，给定的中间点串中的每个中间点都连接至相应弹簧串的单一接头点。串联弹簧接头点和膜的相应中间点17a、17b之间的每个连接都是允许膜的中间点相对于接头点绕穿过该中间点和垂直于膜的纵向截平面P的轴线的旋转自由度的连接。因而，膜在其两个中间点之间的变形可能与弹簧在其接头点之间的变形不同。在本发明的该实施例中，与所有其他实施例中相同，使得膜与一个分离限制装置的每个机械连接都允许膜相对于限制装置绕垂直于膜的纵向截平面的轴线旋转（换句话说，绕垂直于流方向的轴线）。通过这种类型的连接，限制装置能够限制膜的第一和第二区域之间的距离和膜的中间点之间的距离，而不因此阻止波沿膜传播。

在根据本发明的设备的特定实施例中，诸如图25a、25b和26中所示的那些设备，膜可如下连接至支承件3：

-在其第一区域6（上游区域）通过刚性连接件5a连接，该刚性连接件的一端相对于支承件3可枢转地安装，以允许第一区域相对于支承件3旋转；和

-在其第二区域8通过连接件9（其可能为柔性或刚性的）连接，该连接件9起到限制两个区域6和8彼此分离的装置的作用。

在这些实施例中，在第一和第二区域之间不存在将膜连接至支承件的中间连接件。连接件9相对于支承件3铰接，以允许第二区域8相对于支承件3旋转。该铰链位于膜4的上游，以便该连接件9在从第一区域6朝着第二区域8的流体流的作用下受到拉伸负载。

在图25a和25b（与图1、2、5和16相同）的实施例中，连接件5a被布置成在方向为从膜的第一区域6至第二区域8的流的作用下受到拉伸负载。在该实施例中，受到流作用的膜的上游边缘6趋向于返回中间位置，因而降低对运动开始的敏感性。

相反地，在图26的实施例中，连接件5a被布置成在方向为从膜的第一区域6至第二区域8的流的作用下受到压缩负载。在该实施例中，受到流作用的膜的上游边缘6趋向于远离中间位置运动，因而提高对运动开始的敏感性。

膜的形状

如图15所示，根据本发明的设备有利地包括：头部偏斜器19，其以刚性方式连接至膜4，并且位于附接系统5和膜6的第一区域之间；和/或尾部偏斜器20，其以刚性方式连接至膜的一端，并且延伸超过第二膜区域8。

这些头部偏斜器19和尾部偏斜器20均由刚性条形成。

布置在膜的起始端（换句话说，在沿上部边缘4c的其第一区域6处）的头部偏斜器19促进波的开始，这是因为当其受到流的作用时，头部偏斜器19就绕与膜的纵向截平面P垂直的轴线枢转，并且迫使膜在流体流中枢转和波动。

尾部偏斜器20布置在膜的尾部（换句话说，沿下游边缘4d的其第二区域8处）。当受到流体流的作用时，该偏斜器20趋向于在膜的尾部上施加扭矩，该扭矩使膜的该端朝向平行于流动轴线X-X延伸的位置返回。

因而，膜上的扭矩在将传递装置12附接至第二膜区域8的位置处变小。

这些头部偏斜器19和尾部偏斜器20能够与膜4一起模制，由此向偏斜器和膜之间的连接赋予刚度和更大强度。例如，图15示出头部偏斜器19和尾部偏斜器20分别在膜的第一和第二位置6、8与膜直接模制。

在特定实施例中，诸如图18的实施例，纵向脊22在如下平面内在膜4的一个表面4e上延伸，这些平面与穿过第一和第二区域6、8延伸的膜的纵向截平面P平行。

这些纵向脊22的方向为平行于流体流，以便沿膜引导流体流，因而降低流体朝着膜的纵向边缘的流动导致的能量损失。

这些纵向脊22也使得膜的纵向刚度能够提高。

在特定实施例中，诸如图19的实施例中，横向脊21与穿过膜的纵向轴线A-A的平面P垂直地在膜的至少一个表面4e上延伸。

因而，这些横向脊21的方向为垂直于从第一区域6朝着第二区域8的流体流动X-X。这些横向脊21对沿膜的流动产生局部阻力，并且与膜具有极平滑表面4e的情况相比使得捕获的能量的量增大。

如图17所示，装置1可包括纵向加强件23，其在膜的第一和第二区域6、8之间沿膜4延伸。该加强件23适于提高膜对绕弯曲轴线弯曲的阻力，该弯曲轴线诸如是垂直于膜穿过其第一和第二区域6、8的纵向截平面P延伸的轴线D-D。

由于提高了膜的纵向刚度的该纵向加强件23，提高了膜与力传递装置12以及因此与能量转换器14的机械联接。对于给定的弯曲力，膜具有较小的绕其纵向轴线A-A弯曲的趋势。因而，可能使用力传递装置12传递力，该力比如果该膜不具有弹性纵向加强件23时传递的力大。该纵向加强件也使得可避免膜在流的动态压力影响下发生局部变形。

如果膜的宽度需要，也可平行地布置多个加强件。该加强件可具有以下列方式从上游边缘朝着下游边缘变化的横截面和/或刚度，即，使得变形能量沿波的路径积累，并且最优化地传播，直到其抵达转换器。

也如图16和17所示，设备1也可包括横向加强件24，其沿该膜的表面4e并且垂直于穿过第一和第二区域6、8的膜的纵向截平面P延伸。这些横向加强件24适于提高膜对绕纵向弯曲轴线A-A弯曲的阻力，该纵向弯曲轴线A-A穿过膜的第一和第二区域6、8。

由于这些横向加强件24，膜的横向刚度提高。因而，可能导致膜沿流体流扭曲的膜的不期望的弯曲的风险降低，该风险将损伤膜，并且导致从流动提取的能量的量降低。

加强件23和24能够由具有高弹性模量的复合材料制成，诸如碳纤维或玻璃纤维。

膜的弹性特性

如上所述，选择在弯曲时具有纵向弹性刚度的柔性膜，该纵向弹性刚度沿膜的纵向方向赋予其弯曲阻力，换句话说，至少在膜的第一和第二区域6、8之间，即上游和下游区域之间具有弯曲阻力。换句话说，该纵向弹性刚度K是这样的，即膜具有对绕弯曲轴线D-D弯曲的阻力，该弯曲轴线D-D垂直于穿过膜的第一和第二区域6、8的膜的纵向截平面P延伸（参见图23和24）。

根据膜的重量，这样选择膜弯曲时的该纵向弹性刚度，即当将设备浸没在具有绝对值范围为0.3m/s-5m/s的流速的流体流中时，该膜（当在纵向截面中观察时）在其上游和下游边缘之间（当该设备不具有中间点17a、17b时）或在膜彼此相邻的两个中间点17a、17b之间具有至少一次完整的波动。优选地，这样选择膜的特征，诸如其纵向抗弯刚度，即使其具有至少半个波动，而非至少一个波动。

理想地，为了提高设备1的能量回收效率，这样选择膜的特性（诸如其刚度、其重量）和分离限制装置9，即，波沿膜的传播速度Vm为流体流速Vf的1/5-2/3，并且优选等于流体流速Vf的1/3。

在图24中示出具有半个波动或一个完整波动的这些波动模式，其中曲线C1和C2例示了在膜的其分离被限制的两个点之间的膜的振幅Amp的变化。最大振幅以W表示。

通过下列方式形成每条曲线C1、C2，即获取膜，并且将膜在其第一和第二区域6、8之间连接至支承件，以便限制膜各点彼此的分离Dx。由于该分离距离Dx小于膜长度Lx，并且由于该膜具有抗弯刚度，所以其通过弯曲形成至少一个半波。在17a、17b处的每个固定设计成使膜保持绕膜的横向枢轴自由枢转（换句话说，具有垂直于膜的纵向截平面P的枢转运动）。固定之后，膜受到具有给定速度的流体流的影响，并且发现，膜开始以振动模式波动，该振动模式是膜的自然属性，并且确定了其从流中提取能量的能力。

曲线C1代表了一种具有至少第一给定纵向抗弯刚度的第一膜纵向部分的波动模式，在该情况下，点17a、17b之间的波动为半波。

曲线C2代表了一种具有另一给定纵向抗弯刚度的另一膜的纵向部分的波动模式，在该情况下，点17a、17b之间的波动为全波（实际正弦形状的波动在点17a和17b之间具有完整周期）。

理想地，确定膜的刚度以及其厚度、其宽度、其在点17a和17b之间的长度和这些连接点17a和17b的分离和数目，以使其在给定流中的能量回收能力最大化。

为了实现该目标，优选使用在两个相邻固定点之间具有全波或完整半波的波动模式。

对于给定流的膜特性计算

1）根据其内安装有设备和用于将膜连接至支承件的所选装置的环境，确定下列量：

-L，其为膜在两个附接点之间自由波动的长度（在仅通过膜的第一和第二区域6和8将膜连接至支承件的情况下，L是膜的总长度。在该情况下，不存在中间连接点）；和

-Larg（法语“宽度”缩写），其为膜的宽度。

2）给定从其中捕获能量的流的流速Vf，确定波在膜上的期望传播速度Vm。理想地，Vm=Z*Vf，其中，Z是速度Vm和Vf之间的微分系数。选择Z处于1/5-2/3之间，并且优选等于1/3。

3）通过下列公式计算膜的波动的期望周期T：

T=L/Vm

4）通过下列公式确定膜的期望自然频率ω：

ω=2∏/T

5）给定期望的理想自然频率ω，并且假定通过下列公式确定膜的自然频率ω_n：

　 ${\mathrm{\ω}}_n^2={\mathrm{\α}}^4*(E*\mathrm{Ix})/(q*L^4),$

确定因数“E*Ix”，其使得ω_n趋向于理想的自然频率ω，膜的刚度补偿由于其重量造成的惯性力。

应注意：

-α是根据对膜选择的优选波动模式和对膜选择的组装装置选择的系数；

-E是膜的弹性模量；

-Ix是膜的惯性矩；

-q是膜的线密度；

-L是膜的长度。

作为实例，如果优先所谓模式2的波动模式（其中膜的波动曲线具有图22中的波的形状C2），就可能有下列值：

*α=3.142，如果膜在上游自由旋转（在其第一区域中），和如果其在下游连接至转换器14；或者

*α=2.345，如果膜自由旋转（在其第一区域中），和如果其重量大（例如，如果转换器载于膜上）。

例如选择α，可参考马松出版公司（Masson）出版的，M.Géradin和D.Rixen的“Théorie des vibrations-Application àla dynamique desstructures（振动应用理论和结构动力学）”（第二修订和增补版）。

通过下列公式给出q的值：

q=ρ*L*e

其中，

*ρ是膜的表面密度（如果转换器载于膜上，表面密度就增大，因为必须增加加强件和附接组件的重量，以及耦合流体重量的值）；

*e是膜的厚度；

*L是膜的长度。

如果膜是棱柱型，如在图23和24中的膜的情况那样，就通过下列公式给出膜的Ix值：

Ix=Larg*e³/12

其中

*Larg是膜的宽度；和

*e是其厚度，也以Ep表示。

6）当已经确定了膜的长度L、宽度Larg、厚度e和系数（E*Ix）时，可限定膜必须具有的最小纵向抗弯刚度K，以便在所选的流中以期望速度和以期望振动模式波动。出于该目的，使用下列公式：

K≥(α⁴*E*Ix)/(L³)

必须以下列方式指定该刚度K和转换器14的功率，即，膜保持允许波以所需速度Vm传播的波动形状。图23和24示出用于根据本发明的设备构造的理想膜。这些膜中的每个都形成弹性体制成的柔性矩形板，当被放置在平坦的支承件上时，该柔性矩形板自然恢复为其平坦形状。

这样选择膜的局部最小厚度，即最小厚度K和最小惯性矩防止将减损机器性能的膜的局部变形。

(*)注意，在该情况下，杨氏模量是多个测量值的平均值。为膜的纵向弯曲测量该杨氏模量，换言之当膜受到下列力时进行测量，该力产生绕在膜宽度上延伸的膜的横向轴线D-D的扭矩Cpl（这种力类似于导致膜的波动的力）。

为了应用本发明，由于相邻点17a、17b之间的分离大于1m，所以将优选使用下列膜，其具有纵向弯曲E大于5MPa的杨氏模量。

理想地，选择该膜，以便具有：

-拉伸时的高纵向弹性刚度，以限制其在拉伸时的纵向伸长量；和

-拉伸时的高横向弹性刚度，以限制其在拉伸时的横向伸长量。

至此，以下列方式选择刚度，即横向伸长量小于宽度Larg的1/50，并且小于长度L的1/50。一种不过度影响弯曲刚度地限制拉伸时的刚度的方式在于，以非常硬的柔性纤维加强该膜。

应注意，膜的纵向弯曲刚度可沿其长度基本恒定，但是该纵向弹性弯曲刚度可沿膜可变。因而，膜的弯曲刚度可从膜的第一区域6（上游区域）向第二区域8（下游区域）增大。可通过一个轴承或多个轴承或者以规则方式提供该纵向弯曲刚度的增大。例如，如果下游纵向部分是几层弹性体的夹层，并且如果膜的上游纵向部分由较少层数或单层弹性体形成，就将存在更多轴承。

相反地，如果膜的厚度从其上游区域向其下游区域规则增大，刚度就将规则增大。

定位装置

如图8-12所示，该设备包括用于将该设备定位在其环境中的装置25。这些定位装置25为：

-浮体25a，如图11所示，并且适于通过在流中的浮力将设备定位在流中；

-或者压载定位装置25b，如图8、9和12所示，并且适于将该设备定位在限制流的底面上。

这些定位装置25通过至少一个铰链26连接至支承件3，该铰链用于相对于这些定位装置25来定向支承件3。

术语“铰链26”表示下列任何连接装置，其适于将支承件3连接至定位装置25中的至少一些，并且允许支承件3相对于这些定位装置25中的至少一些的至少一定可动性。

特别地，如图8和9所示，铰链26包括第一和第二定向轴线32、33。第一定向轴线32适于允许定位装置25相对于支承件3绕该第一定向轴线32枢转。第二定向轴线33适于允许定位装置25相对于支承件3绕该第二定向轴线33枢转。

这些第一和第二定向轴线32、33被布置在彼此垂直的平面中，以便第一定向轴线32能够被布置在水平平面中，而第二定向轴线33被布置在垂直平面中。

该实施例有利，是因为其允许通过使用设备的定位装置25和铰链26将设备定位在其环境中。另一方面，该实施例允许将支承件3以及因此膜4，特别是根据设备1周围的流体流而定位在相同环境中。膜4在流中的定向使得可具有从位于上游的第一区域6朝着第二区域8的流动方向，因而使从流动2提取能量最大化。

应注意，在一个实施例中，根据本发明的设备可仅具有一个定向轴线，其可允许绕垂直轴线（如图10）和绕水平轴线（如图1和2）定向。

通过绕垂直轴线33的定向，当将设备布置在海洋中时，在潮流的日循环中获得性能增益，因为潮流改变其方向。

绕水平轴线32的定向使系统能根据涨潮运动来定向与膜的波动频率相比，涨潮运动是低频率的运动。应注意，水平轴线32可被布置在定位装置25和承载转换器14的支承件3之间，并且在该转换器14之下，如图2中所示。

图1-9、11和12的实施例示出与底面平行并且基本水平的膜。如果该设备处于具有高流速并且具有提取流体运动能量的高潜力的浅海区域中时，优选这些实施例。

能够在与非常高的设备兼容，并且也对涨潮运动较不敏感的浅滩上使用图10的实施例，其中膜是垂直的。

使用图11的实施例以保持膜接近流速最大的表面，在图11的实施例中，定位装置25是浮体25a。该实施例可用于将转换器定位在水面外，这提高了其使用寿命。

如图1和2所示，该设备也可包括弹性回复装置34，该弹性回复装置用于使支承件3回复至关于定位装置25的中心位置。该回复装置34一方面连接至支承件3，另一方面，连接至定位装置25，并且通过铰链迫使支承件朝着无任何流时由支承件所呈现的中心位置运动。

支承偏斜器

如图9所示，该设备可包括纵向支承偏斜器27a，和/或第一和第二横向支承偏斜器27b。

纵向支承偏斜器27a固定至支承件3，并且分别在如下平面内延伸，这些平面彼此平行，并且平行于穿过第一和第二区域6、8的轴线A-A。膜4布置在分别包含纵向支承偏斜器27a的这些平面之间。

第一和第二横向支承偏斜器27b被固定至支承件3，并且在相同平面内延伸。第一横向支承偏斜器27b平行于膜的与第一膜区域6相对的前边缘4c，并且第二横向支承偏斜器27b平行于膜的与第二膜区域8相对的后边缘4d。

纵向支承偏斜器27a和横向支承偏斜器27b有用，特别是当与用于使支承件3相对于定位装置25定向的至少一个铰链26一起使用时有用。在该实施例中，这些横向和纵向支承偏斜器起到翼板的作用，以在设备的环境中定向该设备。这是因为纵向偏斜器允许绕垂直轴线定向该支承件，而横向偏斜器允许关于水平轴线定向该支承件。在该实施例中，这些偏斜器使得能够改进设备对其环境的适应性，从而更好地从流动捕获能量。

纵向偏斜器提供在与这些偏斜器邻近的、膜边缘处的效率增益。

横向偏斜器27b也提供在相邻膜表面上的压差提高，以及捕获流体运动能量时在膜4的上游边缘4c和下游边缘4d处的效率增益。

每个纵向支承偏斜器27a沿纵向膜边缘定位，并且基本垂直于膜的表面4e（包括当膜处于波动运动时）。每个纵向偏斜器27a都能够限制使流束从相应的膜边缘侧向偏斜的风险。

膜载转换器

如图20和21所示，该设备可包括膜4上的膜载转换器16a、16b。这些转换器16a、16b被布置在离所述支承件3的一定距离处。这些转换器16a、16b将膜变形的机械能转换为电能。

考虑膜上的两种膜载转换器16a、16b。

如图20所示，第一种16a包括永磁体组16a2和线圈组16a1。该线圈组16a1的线圈中的至少一些机械连接至膜，并且该永磁体组16a2的磁体中的至少一些机械连接至膜4。

永磁体和线圈与膜4的这些机械连接这样改变，即在膜的变形期间，第一和第二区域6、8朝着或远离彼此的运动导致线圈组16a1的一些线圈相对于永磁体组16a2的永磁体平移，以在至少一些这些线圈中感应出电流。

应注意，永磁体和/或线圈中的至少一些可形成固定至膜4的可移动配重。

第二种膜载转换器16b在图21的实施例中可见。该图示出膜载的一组电流旋转发生器16b。每个旋转发生器都具有两个臂16b1，它们安装成可绕旋转发生器的自然轴线16b2相对于彼此旋转。每个旋转发生器都适于当其臂16b1绕轴线16b2相对彼此枢转时，产生电流。

优选地，该组的每个旋转发生器都以下列方式布置，即其臂16b1附接至膜4，并且其自然发生器轴线16b2垂直于膜的纵向截平面P。换句话说，膜载的旋转发生器的自然轴线16b2平行于膜4的上游边缘4c和下游边缘4d。

在图21的实施例中，至少一些旋转发生器的各臂互连，以形成由膜承载的膜载旋转发生器的铰接链。膜载发生器的该铰接链根据膜的波动来变形。只要膜在流体流的影响下波动，膜载旋转发生器的该铰接链就产生电能。

应注意，本发明也涉及一种包括膜的能量回收设备，该膜通过附接装置在第一区域连接至支承件，并且在第二区域连接至膜载的传递装置，在该情况下，该传递装置将第二区域连接至上述一种类型的至少一个膜载转换器，该设备还包括诸如上述那些的分离限制装置。

虽然图中未示出，但是距离限制装置也可与该膜载线性或旋转发生器集成。

在该实施例中，通过膜载（膜上载有）的装置发生在第二区域捕捉的力的传递，与图20和21实施例的情况一样，转换器也载于膜上。

具有关于振荡轴线对称的两个膜的设备

如图12所示的实施例中所示，附接系统5可具有第一组件30和第二组件31。这些组件30和31彼此刚性连接，并且关于在这些组件30和31之间延伸的支承件轴线B-B可旋转地安装。

根据上述至少一种膜附接模式，第一柔性膜4a在膜的第一区域附接至第一组件30。

根据上述至少一种膜附接模式，第二柔性膜4b在该第二膜4b的第一区域附接至第二组件31。

该图12的设备包括传递装置，该传递装置包括垂直于轴线B-B延伸的下游杆13b。该下游杆13b绕该轴线B-B可旋转地安装。膜4a包括第二区域，该第二区域附接至下游杆13b在轴线B-B一侧延伸的一部分。膜4b也包括第二区域，该第二区域附接至下游杆13b在轴线B-B另一侧上延伸的一部分。下游杆13b的这些部分中的每个都可被安装成可绕沿下游杆13b延伸的枢转轴线C-C关于轴线B-B可枢转。该轴线C-C垂直于轴线B-B。因而，下游杆的各部分都能够独立于下游杆13b的其他部分绕轴线C-C的枢转而绕轴线C-C枢转。

图12的设备也包括用于限制两个膜4a、4b的第一和第二区域的分离的装置。例如，这些分离限制装置可由止挡件构成，该止挡件以下列方式设定传递装置的下游杆13b相对于附接系统的上游杆13a的距离D，即，使该距离小于每个膜的长度L（这些膜4a和4b彼此相通，换句话说，具有相同的长度、宽度和厚度尺寸，并且由相同的材料制成）。

该设备也具有以下列方式连接至上游和下游杆13a、13b的转换器，即当这些杆通过绕轴线B-B旋转而相对于彼此转动时，该发生器产生电。

由于这些膜4a、4b在上游通过附接系统的杆件13a互连和在下游通过传递装置12的杆件13b互连，所以能够迫使每个膜都具有与另一膜的自然波动不同相的自然波动。由于每个这些膜都随流体流而波动（因为其长度L大于最小距离D），同时具有与另一膜的波不同相的波，所以发现，下游杆13b绕轴线B-B，关于上游杆13a旋转振动。当这些杆件相对于彼此振动时，转换器14产生电能。

本发明不限于上述实施例，并且也可包括下列实施例，其中限制装置可包括代替缆索的串联安装并且铰接在一起的小连接构件。然而，已经发现，如果使用缆索作为分离限制装置，设备的能量捕捉性能提高。

应注意，被布置成从膜的波动运动中回收能量的能量回收装置可包括：

-诸如上述那些的一个或更多能量转换器14；和/或

-诸如上述那些转换器16a、16b的一个或更多膜载转换器；和/或

-在膜上由电活性聚合物结构形成的一个或更多膜载转换器，该聚合物设置成在其由于膜的变形（理想地，整个膜都由电活性聚合物制成）而经受到机械变形时，就产生电。

为了提高膜的纵向抗弯刚度特性，同时防止膜在其上游和下游区域之间过度扭曲，还可能使膜装有在膜上沿对角布置的加强件。

如图1、25a、25b和26所示，能够安装有弹性加强件R，从而弹性地抵抗某一位置（例如，在膜静止时所呈现该第一区域的中心位置）的任一侧的膜4的第一区域6的运动。这些弹性加强件R连接至第一膜区域6和支承件3，以便迫使第一区域6返回至其中心位置。这种类型的加强件R抵抗膜的上游边缘沿运动轴线的运动，该运动轴线与当处于静止时该膜的上游和下游边缘延伸的平面垂直。

最后，应注意，可通过在第一区域6中使用支承件3的连接件5a设置该加强件R，连接件5a在关于流为横向弯曲时是弹性的。

Claims (16)

1.一种从流体流（2）回收能量的设备（1），所述设备包括：

-支承件（3）；

-柔性膜（4）；

-附接系统（5），所述附连系统用于附接所述膜（4）的至少第一区域（6）、将所述膜（4）的所述第一区域（6）连接至所述支承件（3）；

-能量转换器（14）；

-力传递装置（12），所述力传递装置（12）连接至远离所述膜的第一区域（6）的所述膜（4）的第二区域（8），所述膜的第二区域（8）相对于所述支承件（3）可动，并且这些力传递装置（12）设置成将机械能从所述第二区域（8）向所述能量转换器（14）传递，其特征在于：

-所述设备（1）包括分离限制装置（9），所述分离限制装置（9）适于限制所述膜的第一区域（6）与所述附接系统（5）的至少第一点（10）的分离，并且适于限制所述膜的第二区域（8）与所述附接系统（5）的第二点（11）的分离，这些分离限制装置（9）设计成使所述第一和第二区域（6、8）彼此间隔开最小距离（D_最小），所述最小距离（D_最小）小于沿膜的表面（4e）测量的、分离这些第一和第二区域（6、8）的最短长度（L_{最 小}），因而，当将所述膜布置在所述流体流（2）中时，这些分离限制装置提高所述膜的波动运动。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述柔性膜具有抵抗所述膜在其第一和第二区域（6、8）之间弯曲的纵向弹性刚度。

3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述纵向弹性刚度是设计成使所述膜对绕弯曲轴线（D-D）的弯曲有阻力，所述弯曲轴线垂直于穿过所述膜（4）的第一和第二区域（6、8）延伸的所述膜的纵向截平面（P）延伸。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的设备，其特征在于，所述分离限制装置（9）设计成使所述第一和第二区域（6、8）彼此间隔隔开小于最短长度（L_最小）的95%的最小距离（D_最小），所述最短长度（L_最小）沿所述膜（4）的所述表面（4e）测量并且分离这些第一和第二区域（6、8）。

5.根据权利要求1-4中任一项所述的设备，其特征在于，连接至所述力传递装置（12）的所述能量转换器（14）也连接至所述支承件（3），并且适于从所述力传递装置（12）相对于所述支承件（3）的相对运动中产生能量，诸如电能。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，所述能量转换器（14）包括：

-用于产生对所述传递装置（12）相对于所述支承件（3）的运动的阻力的装置；和

-用于控制所述阻力的变化的装置。

7.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，所述分离限制装置（9、18a、18b）中的至少一些连接至附接至所述膜、位于所述膜的所述第一和第二区域（6、8）之间的多个中间点（17a、17b），连接至所述中间点的这些分离限制装置（9、18a、18b）也：

-适于限制这些中间点（17a、17b）中的每个关于所述附接系统（5）上的至少一点的分离，

-适于允许这些中间点相对于所述支承件（3）的运动，和

-适于将这些中间点（17a、17b）中的至少一些的彼此分离限制成使所述膜始终具有沿所述膜的所述表面（4e）测量的并且处于这些中间点中的两个之间的长度（L1），所述长度（L1）始终大于分离这两个中间点（17a、17b）的距离（D1）。

8.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，将所述膜选择成当将所述设备浸没在具有0.3-5米/秒范围流速的水流中时，如在纵向截面中观察地，所述膜在所述膜的彼此相邻的中间点（17a、17b）之间具有一个完整波或优选半波。

9.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，：

-这些分离限制装置（18a、18b）中的至少一些是弹性的，并且形成至少一对分离限制装置（18a、18b），各分离限制装置具有固有刚度（K1、K2），

-这对分离限制装置的第一限制装置（18a）在所述膜的第一和第二区域（6、8）之间的第一位置处连接至所述膜；

-这对分离限制装置的第二限制装置（18b）在所述膜的第一位置和第二区域（6）之间的第二位置处连接至所述膜；和

-这对分离限制装置的第一限制装置（18a）的固有刚度（K1）大于这对分离限制装置的第二限制装置（18b）的固有刚度（K2）。

10.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，还包括：

-头部偏斜器（19），所述头部偏斜器（19）以刚性方式连接至所述膜（4），并且位于所述附接系统（5）和所述膜（6）的第一区域之间，和/或

-尾部偏斜器（20），所述尾部偏斜器（20）以刚性方式连接至所述膜的一端，并且延伸超过所述第二膜区域（8）。

11.根据上述权利要求中的任一项所述的设备，包括沿所述膜（4）、在所述膜的第一和第二区域（6、8）之间延伸的至少一个纵向加强件（23），所述加强件（23）适于提高所述膜对绕弯曲轴线的弯曲的阻力，所述弯曲轴线垂直于穿过所述膜的第一和第二区域（6、8）的所述膜的纵向截平面（P）延伸。

12.根据上述权利要求中的至少一项所述的设备，其特征在于，所述设备包括横向加强件（24），所述横向加强件（24）沿所述膜的表面并且垂直于穿过所述膜的第一和第二区域（6、8）的所述膜的纵向截平面（P）延伸，这些横向加强件适于提高所述膜对绕穿过所述膜的第一和第二区域（6、8）的纵向弯曲轴线（A-A）的弯曲的阻力。

13.根据上述权利要求中任一项所述的设备，包括用于将所述设备定位在其环境中的装置（25），这些定位装置（25）为：

-浮体（25a），并且适于通过在此流中的浮力将所述设备定位在所述流中；

-或压载定位装置（25b），并且适于将所述设备定位在限制所述流动的底面上，

这些定位装置（25）通过至少一个铰链（26）连接至所述支承件（3），所述至少一个铰链使所述支承件（3）相对于这些定位装置（26）定向。

14.根据上述权利要求至少一项所述的设备，包括：

-纵向支承偏斜器（27a），这些纵向支承偏斜器（27a）固定至所述支承件（3），并且分别在彼此平行的平面中延伸，所述平面平行于穿过所述膜（4）的第一和第二区域（6、8）的轴线（A-A），所述膜（4）被布置在包含对应的纵向支承偏斜器（27a）的这些平面之间；和/或

-第一和第二横向支承偏斜器（27b），所述第一和第二横向支承偏斜器（27b）固定至所述支承件（3），并且在相同平面内延伸，所述第一横向支承偏斜器（27b）平行于所述膜的与所述第一膜区域（6）相对的前边缘（4c），并且所述第二横向支承偏斜器（27b）平行于所述膜的与所述第二膜区域（8）相对的所述膜的后边缘（4d）。

15.根据上述权利要求中的任一项所述的设备，其特征在于，所述能量回收装置还包括所述膜（4）上的、放置于离所述支承件（3）一定距离处的膜载转换器（16a、16b），这些转换器（16a、16b）适于将所述膜变形的机械能转换为电能。

16.根据上述权利要求中的任一项结合权利要求2所述的设备，其特征在于，所述膜的纵向弹性刚度从所述膜的第一区域（6）向第二区域（8）增大。

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