CN109804157A - 用于发电的双向系统和设备 - Google Patents

Abstract

描述了一种用于从双向水流(诸如潮汐流)发电的设备。该设备包括：基部结构；主流管，其限定通过基部结构的第一流动通路；副流管，其限定通过基部结构的第二流动通路。主流管包括：会聚部分；混合腔室，会聚部分连接到混合腔室的第一端部以在其间限定文丘里管；以及扩散器部分，其连接到混合腔室的第二端部。该设备还包括：在副流管中的开口，其布置成提供在第二流动通路和混合腔室之间的流体连通；涡轮机，其可连接到发电机并且布置成通过来自第二流动通路的水流旋转；以及控制机构，其用于将水流从第二流动通路通过开口引入到混合腔室中，其中从第一方向流来的水从基部结构的一端部流入混合腔室，而从第二方向流来的水从基部结构的相对端部流入混合腔室。

Description

用于发电的双向系统和设备

技术领域

本发明涉及用于从水体的运动发电的系统和设备。具体地，本发明涉及一种用于从诸如潮汐河口、潮汐泻湖或潮汐河流的水流(在本文中统称为“潮汐流”)发电的双向设备。

背景技术

已经提出了用于从水流发电的各种系统。

一些系统需要水坝、拦河坝或其他人造结构来阻挡水流过水体，并在拦河坝后面形成水压头。一旦水压头具有足够的高度，则储存的水就被释放以流动通过涡轮机以产生电力，从而将存储在水中的势能转换成有用的能量。这些有时被称为“潮汐压头”或“潮汐变化”装置。

其他系统的重点是开发双向涡轮机，这些涡轮机可直接放置在水流中，并且其可在涨潮和落潮两者中运作。这些涡轮机可以与潮汐拦河坝一起使用或在自由流环境中运行。然而，设计成用于在来自不同方向的流中作业的涡轮机的效率可能存在问题。

本发明提供一种替代的双向系统，其可用于在两个方向上从潮汐流产生电力。

发明内容

本发明总体在于一种用于从潮汐水流发电的双向设备。

因此，本发明的第一方面包括一种用于从潮汐水流发电的设备，其包括：

基部结构；

主流管，其限定通过基部结构的第一流动通路；

副流管，其限定通过基部结构的第二流动通路；

主流管包括：

会聚部分；

混合腔室，会聚部分连接到混合腔室的第一端部以在混合腔室和会聚部分之间限定文丘里管；以及

扩散器部分，其连接到混合腔室的第二端部；

该设备还包括：

在副流管长度上的开口，其布置成提供在第二流动通路和混合腔室之间的流体连通；

涡轮机，其可连接到发电机并且布置成由来自第二流动通路的水流旋转；以及

控制机构，其用于将水流从第二流动通路通过开口引入混合腔室，其中从第一方向流来的水从基部结构的一端部流入混合腔室，而从第二方向流来的水从基部结构的另一端部流入混合腔室。

第一和第二流动通路配置成用于双向流动。该设备可以作为双向装置作业，能够从可以沿相反方向流动的水体发电。这可以最大限度地减少从潮汐水流发电时的停机时间。在涨潮和落潮两者期间都可能产生电力。

在使用中当水沿第一方向流动时，水可以从基部结构的第一端部流入混合腔室，并防止水在基部结构的第二端部处流出辅助流动通路。当水沿第二方向流动时，水可以从基部结构的第二端部流入混合腔室，并且可以防止水在基部结构的第一端部处流出副流管。

在运行期间，在第一流动通路和第二流动通路之间存在流体连通。主流管和副流管配置成使得在使用中来自第一流动通路和第二流动通路的水可以在主流管的混合腔室中合并，并流出主流管。

该设备优选地包括多个主流管和多个副流管，其中每个主流管位于至少一个副流管附近。主流管和副流管的数量将取决于设备的尺寸和/或其中将使用设备的主体的尺寸。每个主流管连接到至少一个副流管，并且每个主流管/副流管布置具有至少一个涡轮机。在一个实施例中，每个主流管与两个副流管流体连通。备选地，每个主流管可以与一个副流管流体连通。

管水平延伸通过基部结构，每个管在基部结构的第一端部处具有第一开口以及在基部结构的第二端部处具有第二开口。当潮汐流在第一方向上时，第一开口将是进入端部，而主流管的第二开口将是输出端部。当潮汐流在第二方向上时，第二开口将是进入端部，而主流管的第一开口将是输出端部。

会聚部分从管的一端部处的第一开口变窄到混合腔室的第一端部。扩散器部分是第二会聚部分，并且从管的第二端部处的第二开口变窄到混合腔室的第二端部。

第一和第二会聚部分都被配置为扩散器，使得当水沿第一方向流动通过管时，第二会聚部分用作扩散器部分，而当水沿第二方向流动通过管时，第一会聚部分用作扩散器部分。扩散器部分降低了水流出管的速度。

主流管和副流管经由沿它们的长度的相应开口连接到彼此，使得流体可以从副流管流入主流管。

混合腔室沿其长度可具有至少一个开口。混合腔室经由所述开口与副流管流体连通。这样，每个主流管可具有至少三个开口。在主流管的每个端部处的端部开口用于接收来自水潮汐流的水，以及沿主流管混合腔室长度的至少一个开口使得能够与副流管流体连通。

在一些实施例中，每个主流管可具有四个开口。混合腔室可具有两个开口，混合腔室的每个开口使得能够与同一副流管流体连通，或者每个混合腔室开口使得能够与不同的副流管流体连通。

副流管沿其长度可具有至少一个开口，以使副流管能够与主流管的混合腔室流体连通。这样，每个副流管具有至少三个开口。在副流管的每个端部处的端部开口用于接收来自水潮汐流的水，以及沿副流管长度的至少一个开口使得能够与主流管流体连通。通到主流管的开口位于副流管的中心部分内。在一些实施例中，副流管具有四个开口，副流管可具有沿其长度的两个开口，沿副流管长度的每个开口使得能够与同一主流管流动连通，或者沿副流管长度的每个开口使得能够与不同的主流管流体连通。

控制机构是流体控制机构并且控制通过第二流动通路的流的方向。流体控制机构可以阻止水流动通过第二流动通路的整个长度。流体控制机构可以控制水的方向，使得进入主流管和副流管的所有水都经由主流管排出。

该设备可包括被动和/或主动流动控制机构，以控制通过该装置的水流方向。

至于被动机构，其意味着副流管的尺寸和形状设计成防止水从副流管的下游端部吸出。例如，可选择副流管的直径和/或横截面积以提供水流速，该水流速将确保沿副流管不存在静压梯度。这可以有助于防止水流从副流管的下游端部吸入混合腔室。

物理流动控制机构可以是可移动的流动控制机构，其引导水流从第二流动通路通过开口进入混合腔室，控制机构可在第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置使得水能够从基部结构的第一端部流入混合腔室，而其中在第二位置水从基部结构的第二端部流入混合腔室。

在第一位置，流体控制机构将水流从第二流动通路的一端部引入到混合腔室中。在第一位置，流体控制机构可以阻止水进入第二流动通路的相对端部。在第二位置，流体控制机构将水流从第二流动通路的相对端部引入到混合腔室中。在第二位置，流体控制机构可以阻止水进入第二流动通路的第一端部。

在一个实施例中，流动控制机构可以是可移动的挡板或圆筒，圆筒具有穿过其的流动通路，所述流动通路在圆筒下端部处在一侧上具有开口，并在上端部处在圆筒的相对侧上具有开口。

副流管可位于主流管的侧面或上方。优选地，涡轮机位于副流管中。每个副流管可包括两个涡轮机。两个涡轮机可位于管的相对端部处。在另一个实施例中，每个主流管和副流管布置包括位于第二流动通路中的一个涡轮机。优选地，涡轮机位于将主流管之一连接到副流管之一的歧管中。

在一个实施例中，副流管位于主流管的侧面以形成主流管和副流管的水平阵列，并且其中每个副流管包括两个涡轮机，第一涡轮机位于副流管的第一端部中，以及第二涡轮机位于副流管的第二端部中。涡轮机可以围绕基本水平的轴线旋转。

副流管包括位于副流管的第一和第二端部之间的中心部分，其中在中心部分中，副流管分成第一流动通道和第二流动通道，并且其中第一和第二流动通道与主流管的混合腔室流体连通。

在一个实施例中，每个副流管的第一流动通道和第二流动通道与同一主流管流体连通。

该设备可包括将混合腔室的顶部连接到副流管的第一流动通道的第一增压腔室和将每个主流管的混合腔室的底部连接到副流管的第二流动通道的第二增压腔室。水从第一流动通道进入第一增压腔室，然后排放到主流管的混合腔室中。水从第二流动通道进入第二增压腔室，然后排放到同一主流管的混合腔室中。

流动控制机构控制通过副流管的流动。该设备可包括用于引导水通过该设备的被动流动控制机构。该流动控制机构可以在结构上布置成使得在副流管的每个端部之间没有压力梯度。副流管的直径和/或横截面积可以配置成使得沿着副流管的长度没有静压梯度，并且增压腔室被配置为具有相对于管下游端部处压力的低压。

在一个实施例中，流动控制机构可以位于副流管中并允许流体沿第一方向流动，即流入主流管，并且防止流动流体沿第二方向流动，即防止流动流体继续通过副流管。控制机构可以是可移动的挡板。流动控制挡板可包括通道，以将水从副流动通路引导到主流动通路中。

混合腔室可包括可移动的水平流动控制挡板，其定位成将水流从增压腔室引入到混合腔室中。

在一个实施例中，每个副流管的第一流动通道和第二流动通道与不同的主流管流体连通。第一流动通道将水引入到第一主流管中。第二流动通道将水引入到第二主流管中。

副流管的第一流动通道配置成将水排放到第一主流管的混合腔室中，以及副流管的第二流动通道配置成将水排放到第二主流管中。第一和第二主流管可位于副流管的相对侧上。

流动控制机构控制通过副流管的流动。流动控制机构可位于副流管中并允许流体沿第一方向流动，即允许流体流入主流管，并防止流动流体沿第二方向流动，即防止流动流体继续通过副流管。控制机构可以是可移动的挡板。流动控制挡板可包括通道，以将水从副流动通路引导到主流动通路中。

在一个实施例中，每个副流管位于主流管下方。水平阵列的主流管在副流管的水平阵列上方形成。每个主流管连接到副流管。每个主流管/副流管布置包括位于副流动中的涡轮机。

该设备还包括将副流管连接到位于上方的主流管的歧管，其中涡轮机位于歧管中。涡轮机可以围绕基本上垂直的轴线旋转。

通过将涡轮机定位在歧管中，可以使用副流动路径中的一个涡轮机从双向流动(诸如潮汐流动)产生电力。

主流管包括混合腔室中的可移动增压腔室，并且其中来自副流管的流经由歧管被吸入到增压腔室中。

可移动增压腔室定位成使得通过主流管的水流可以围绕增压腔室的侧面流动并且在流动方向上具有开口，来自副流管的水通过所述开口被排放以与通过主流管的流动混合。

可移动增压腔室可在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置使得增压腔室的开口在流动的第一方向上，而在第二位置使得增压腔室的开口在流动的第二方向上。

可移动增压腔室连接到流动控制机构，使得流动控制机构在其第一和第二位置之间的移动使增压腔室在其第一位置和第二位置之间移动。

控制机构可以是可移动的挡板。流动控制挡板可包括通道，以将水从副流动通路引入到主流动通路中。

在另一个实施例中，流动控制机构可以是基本上圆柱形鼓的形式，所述基本上圆柱形鼓在其下端部处在一侧上具有开口以及在其上端部处在其另一侧上具有开口。上端部的圆柱形表面中的出口开口可将水释放到主流管中，以及下端部的圆柱形表面中的入口开口接收来自副流管的水。

本发明的另一方面是一种用于从双向水流产生水的系统，所述系统包括如上所述的设备和位于基部结构顶部上的至少一个屏障。屏障跨基部结构垂直于主流管和副流管的中心轴线延伸。

优选地，所述至少一个屏障是位于所述基部结构顶部上的可移动屏障，并且其中所述可移动屏障可在第一升高位置和第二降低位置之间移动。

优选地，该系统包括两个可移动屏障，其中第一可移动屏障位于基部结构的第一端部处，以及第二可移动屏障位于基部结构的相对端部处。

在以下描述中，术语“上游”和“下游”用于定义设备的特征的相对位置。上游和下游方向相对于在使用中水流动通过设备的方向来定义。上游端部可以被认为是输入区域，以及下游端部可以被认为是输出区域。

附图说明

现在将参考附图通过示例的方式来描述本发明：

图1至图3示出本发明的示意性剖视图；

图4示出本发明的剖视图；

图5示出本发明的剖视俯视图；

图6和图7示出本发明的正视图；

图8示出用于与本发明一起使用的流动控制机构的一个示例；

图9示出本发明的一部分的剖视图；

图10示出本发明的剖切示意图；

图11和图12示出本发明的剖视图；

图13示出本发明的示意图；

图14-17示出本发明的剖视图；

图18示出本发明的示意性俯视图；

图19示出本发明的剖视图；

图20示出本发明的示意图；

图21示出本发明的剖切视图；

图22示出本发明的正视图；

图23示出本发明的侧剖视图；

图24示出本发明的剖视俯视图；

图25a-25f示出在具有潮汐流的水体中使用本发明实施例的示意图；以及

图26a-26f示出在具有潮汐流的水体中使用本发明实施例的示意图。

具体实施方式

参考图1，根据本发明的用于将潮汐水流转换成电力的双向系统10包括用于跨水体宽度定位的基部结构12。可移动屏障14位于基部结构12的顶部上，以限定上游侧和下游侧。在使用中，可移动屏障在屏障的上游侧和下游侧之间提供压头差异。

基部结构12包括管20、22的阵列，管20、22为水提供通过基部结构的流动通路，并且被配置成用于双向水流，并且基部结构12包括涡轮机24以便在水流动通过设备时产生能量。每个副流管连接到至少一个主流管，使得水可以从副流管流入主流管。该系统形成液压势能存储器，当液压势能流动通过设备时将其转换为电能。

参考图1-12，在本发明第一实施例中，设备10包括基部结构12，基部结构12具有主流管20阵列和副流管22阵列。每个主流管位于两个副流管之间。主流管提供从屏障的上游侧到屏障14的下游侧的流动通路。副流管将水流供给到主流管中。如图1-12中所示，每个主流管20连接到两个副流管，使得水可以从副流管流入主流管。

主流管和副流管均接收来自水体的水。离开主流管的水是经由主流管和副流管两者进入设备的混合水流。

参考图3和图11，每个主流管20包括第一会聚部分26，第一会聚部分26从其在基部结构的第一端部中的开口28朝向限定文丘里管部分的混合腔室30变窄。第二会聚部分32从其在基部结构的第二端部处的开口34朝向混合腔室30的第二端部变窄。混合腔室包括开口36以接收来自相邻副流管的水。

第一和第二会聚部分都被配置为扩散器。当水沿第一方向38流动通过主流管时，水经由开口28进入主流管进入到第一会聚部分26中，以及第二会聚部分32是扩散器部分。

当水沿第二方向40流动通过主流管时，来自水体的水经由开口34进入主流管进入到第二会聚部分中，以及第一会聚部分是扩散器部分。

如图1、图2和图6中所示，会聚部分和扩散器部分具有基本上矩形的横截面形状。扩散器的侧壁和主流管的会聚部分基本上是垂直的，其中会聚部分26、32在垂直平面中朝向管的开口28、34扩展。如图3和图7中所示，会聚部分26、32可以具有基本上圆形的横截面，其在管开口的方向上发散。

参考图5和图10，副流管22基本上平行于主流管20定位。每个副流管包括位于管的相对端部处的两个涡轮机24。第一涡轮机位于副流管的上游部分42中。第二涡轮机位于副流管的下游部分44中。涡轮机的叶片围绕涡轮机的基本上水平的轴线旋转。涡轮机连接到发电机(未示出)。涡轮机可以连接到相同或不同的发电机。涡轮机的旋转驱动发电机，从而产生有用的能量。

中心部分46位于包含上游部分42和下游部分44的两个涡轮机之间。副流管连接到主流管，以便经由中心部分与相邻的主流管流体连通。

副流管在上游部分42和下游部分44中设置有单个流动通路，以及在中心部分中设置有两个流动通路。

在中心部分中，副流管被分成第一流动通道48和第二流动通道50。第一流动通道和第二流动通道各自包括开口52，开口52允许副流管与相邻的主流管流体连通。

参考图5、图9和图10，第一流动通道与位于副流管第一侧上的第一主流管流体连通，并且第二流动通道与位于副流管第二侧上的第二主流管流体连通，使得副流管与位于副流管相对侧上的两个主流管流体连通。然而，位于基部结构边缘处的副流管将仅将水供给到一个主流管中。

第一流动通道远离副流管的中心轴线朝向主流管的开口指向。第二流动通道远离副流管的中心轴线朝向主流管的开口并且在与第一流动通道相反的方向上指向。第一和第二流动通道中的开口提供与相邻主流管的流体连通。

第一流动通道的上游部分54使来自副流管的上游部分的水以远离副流管中心轴线的角度转向。第一流动通道的下游部分56使来自副流管的下游部分的水以远离副流管中心轴线的角度转向。第一流动通道48的上游部分54和下游部分56在开口52处结合。

第二流动通道的上游部分58使来自副流管的上游部分的水以远离副流管中心轴线的角度并且在与第一流动通道的上游部分相反的方向上转向。第二流动通道的下游部分60使来自副流管下游部分的水以远离副流管中心轴线的角度并且在与第一流动通道的上游部分相反的方向上转向。第二流动通道50的上游部分58和下游部分60在开口52处结合。

流动控制机构62位于第一和第二流动通道48、50的开口52处。流动控制机构将流动从设备的一侧引入到相邻主流管的混合腔室中并防止水流入副流管的另一部分中。流动控制机构可以在两个位置之间移动，这取决于通过设备的流动方向。

在如图5和图9中所示的第一位置，流动控制机构将来自设备的第一(上游)部分42的流动引入到相邻主流管20的混合腔室30中，并有效地防止水流入副流管的第二(下游)部分44中。当水沿相反方向流动时，流动控制机构可以移动到第二位置(未示出)。在第二位置，流动控制机构将来自设备的第二部分的流动引入到相邻主流管的混合腔室中，并有效地防止水流入副流管的第一部分中。

流动控制机构可以为挡板的形式。挡板可以根据流动通过设备的水的方向而旋转。

参考图8，流动控制挡板可以具有基本上圆柱形的形状，其包括通道72，通道72在使用中可以将水流从副流管引入到主流管中。

在第一位置，挡板通道72的第一端部与流动通道48、50的上游(第一)部分54、58对齐，并且挡板通道72的第二端部指向混合通道的开口，使得水可以从副流管的第一部分42流入挡板通道中，然后流入混合腔室。防止水流入流动通道48、50的下游(第二)部分56、60中并防止水流入副流管的第二部分44中。

在第二位置(未示出)，当水沿相反方向流动时，挡板通道的第二端部与流动通道的下游(第二)部分56、60对齐，并且挡板通道的第一端部指向混合腔室的开口，使得水可以从副流管的第二部分44流入挡板通道中，然后流入混合腔室。防止水流入流动通道48、50的上游(第一)部分54、58中并防止水流入副流管的第一部分42中。

位于副流管中的涡轮机可以是用于从水流产生电力的任何合适的涡轮机。例如，可以使用的涡轮机包括螺旋桨和卡普兰型涡轮机。

图13-18中示出本发明的另一个实施例。本发明的该实施例包括基部结构12，基部结构12具有主流管20阵列和副流管22阵列。每个主流管20位于一个副流管22和另一个主流管20之间。主流管提供从屏障上游位置到下游位置的流动通路。副流管将流动供给到主流管中。屏障(未示出)跨基部结构12的宽度定位。每个主流管20连接到一个副流管，使得水可以从副流管流入到主流管中。

主流管和副流管均接收来自水体的水。离开主流管的水是经由主流管和副流管两者进入设备的混合水流。

参考图15，每个主流管包括第一会聚部分26，第一会聚部分26从其在基部结构第一端部中的开口28朝向限定文丘里管部分的混合腔室30变窄。第二会聚部分32从其在基部结构第二端部处的开口34朝向混合腔室的第二端部变窄。

混合腔室包括开口36，以接收来自相邻副流管的水。增压腔室64将混合腔室30的任一侧延伸到基部结构中。混合腔室经由增压腔室接收来自副流管的副流动。

第一和第二会聚部分都被配置为扩散器。当水沿第一方向38流动通过主流管时，水经由第一会聚部分26进入主流管，并且第二会聚部分32是扩散器部分。

当水沿第二方向40流动通过主流管时，水经由第二会聚部分32进入主流管，并且第一会聚部分26是扩散器部分。

会聚部分具有基本上矩形的横截面形状。扩散器的侧壁和主流管的会聚部分是基本垂直的，其中会聚部分在垂直平面内扩展。

副流管基本上平行于主流管定位。每个副流管包括位于管的相对端部处的两个涡轮机。第一涡轮机位于副流管的上游部分42中。第二涡轮机位于副流管的下游部分44中。涡轮机的叶片围绕涡轮机的基本上水平的轴线旋转。涡轮机连接到发电机(未示出)。涡轮机可以连接到相同或不同的发电机。涡轮机的旋转驱动发电机产生有用的能量(或功率)。

参考图16和图17，副流管的中心部分46位于包含上游部分42和下游部分44的两个涡轮机之间。副流管经由中心部分与相邻的主流管流体连通。

在中心部分中，副流管被分成第一流动通道48和第二流动通道50。第一流动通道和第二流动通道各自包括允许副流管经由增压腔室64与相邻主流管流体连通的开口。

第一流动通道和第二流动通道与同一主流管道流体连通。第一流动通道经由第一增压腔室与主流管流体连通。第二流动通道经由第二增压腔室与主流管流体连通。

第一流动通道垂直向上并且横跨地从副流管的中心轴线朝向第一增压腔室指向。第二流动通道垂直向下并且横跨地从副流管的中心轴线朝向第二增压腔室并且在与第一流动通道相反的方向上指向。第一和第二流动通道中的开口52经由第一和第二增压腔室64提供与相邻主流管的流体连通。

第一流动通道的上游部分54使得水在远离副流管中心轴线的方向上从副流管的上游部分转向。第一流动通道的下游部分56使得水在远离副流管中心轴线的方向上从副流管的下游部分转向。第一流动通道的上游部分和下游部分在开口处与增压腔室64结合。

第二流动通道的上游部分58使得来自副流管上游部分的水远离副流管的中心轴线并且在与第一流动通道的上游部分相反的方向上转向。第二流动通道的下游部分60使得来自副流管下游部分的水远离副流管的中心轴线并且在与第一流动通道的上游部分相反的方向上转向。第二流动通道的上游和下游部分在开口52处与增压腔室64结合。

流动控制机构将水流从第一和第二流动通道引入到增压腔室中并防止水流进入第一和第二流动通道的下游侧，使得副流管中的所有水被排放到主流管中。

流动控制机构允许来自副流管的水进入增压腔室64。然后，水在增压腔室的开口的整个宽度上排放到主流管的混合腔室中。水从顶部增压腔室64排出到混合腔室的顶部，并从下部增压腔室64排放到混合腔室的底部。在水流被排放到扩散器部分并流出管之前，副流动在混合腔室中从主流动的外边缘混合。

流动控制机构将流体引入到混合腔室中。增压腔室中的低压防止流动旁路进入副流管的下游侧中。防止流动从下游副流管入口吸入并且被动地再循环通过该装置，或者防止流动在副流管下游入口端部处在副流管入口处的单独流动控制。在几何上实现被动控制。副流管的直径可以设计成提供一定的水流速，该水流速将确保沿副流管不存在静压梯度，因此没有流动从下游水位吸入通过。几何形状使得流动通过副流管的上游部分42加速到特定的速度，该特定速度将上游流动通道54和58处的静压降低到下游水位中的压力的静压。

在另一实施例中，流动控制机构位于副流管的第一和第二流动通道的开口处。流动控制机构将流动从设备的一侧引导到相邻主流管的混合腔室中，并防止水流入副流管的另一部分内。流动控制机构可以在两个位置之间移动，这取决于流动的方向。

在第一位置，流动控制机构将来自设备的第一(上游)部分42的水流引入到相邻主流管20的增压腔室64和混合腔室30中并防止水流入副流管的第二(下游)部分44中。当水沿相反方向流动时，流动控制机构可以移动到第二位置。在第二位置44，流动控制机构将来自设备的第二部分的水流引入到相邻主流管的增压腔室64和混合腔室30中，并防止水流入到副流管20的第一部分42中。

流动控制挡板可以用在副流管中以将水流引入到混合腔室中。流动控制机构位于第一和第二流动通道的开口处。流动控制机构将流动从设备的一侧(上游)引入到相邻主流管的混合腔室中，并防止水流入副流管的另一部分(下游)中。流动控制机构可以在两个位置之间移动，这取决于流动的方向。

参考图15，水平流动控制挡板66横跨增压腔室64的开口定位，以将水引入到混合腔室30中。水平流动控制挡板可围绕中心轴线枢转，以控制水被排放到混合腔室内的方向。水平流动控制挡板可以在两个位置之间移动，使得水从增压腔室到混合腔室内的排放是水流通过设备的方向。

通过示例的方式，当水沿第一方向38流入设备时，水平流动控制挡板可移动到第一位置，使得来自增压腔室的水流沿第一方向排放到混合腔室中，以便与沿相同方向流动通过设备的主流动混合。当水沿第二方向流入设备时，水平流动控制挡板可以移动到第二位置，使得来自增压腔室的水流沿第二方向从混合腔室排放到混合腔室中以便与沿相同方向流动通过设备的主流动混合。

挡板引导来自副流管的流动沿着混合腔室的顶面和底面流动，其中主要的主流动占据混合腔室的中心区域。

挡板与副流管入口处的流动控制分开，并用于引导在混合腔室中的流动。当挡板位于第三位置时，它们可以防止流动从增压腔室流入主流管内。例如，当挡板基本上水平定位时，它们可以阻止从副流管到主流管内的所有流动。

图19-图24示出本发明的另一个实施例。在本发明的该实施例中，该设备包括基部结构12，基部结构12具有主流管20阵列和副流管22阵列。主流管的水平阵列位于副流管水平阵列的下方。主流管提供从屏障上游位置到下游位置的流动通路。每个主流管连接到一个副流管。副流管将水流供给到位于其上方的主流管内。屏障跨基部结构的宽度延伸。如图19-图24中所示，每个主流管20连接到一个副流管，使得水可以从副流管流入主流管。

主流管和副流管均接收来自水体的水。离开主流管的水是经由主流管和副流管两者进入设备的混合水流。每个主流管包括第一会聚部分26，第一会聚部分26从其在基部结构的第一端部中的第一开口28朝向限定文丘里管部分的混合腔室30变窄。第二会聚部分32从其在基部结构的第二端部处的第二开口34朝向混合腔室30的第二端部变窄。混合腔室包括用于从相邻的副流管接收水的开口。

第一和第二会聚部分都被配置为扩散器。当水沿第一方向38流动通过主流管20时，水经由第一会聚部分26进入主流管，并且第二会聚部分32是扩散器部分。

当水沿第二方向40流动通过主流管时，水经由第二会聚部分32进入主流管，并且第一会聚部分26是扩散器部分。

会聚部分26、32具有基本上矩形的横截面形状。主流管的会聚部分的侧壁基本上是垂直的，其中会聚部分在垂直平面中从混合腔室扩展。

副流管经由其中心部分与主流管流体连通。副流管22基本上平行于主流管20定位，并且歧管68将副流管22连接到位于上方的主流管20。歧管68允许副流管与其上方的主流管流体连通。歧管从副流管的中心部分延伸到主流管。

涡轮机位于歧管中并连接到发电机(未示出)。涡轮机的叶片可围绕基本垂直的轴线旋转。涡轮机例如可以是螺旋桨或卡普兰涡轮机。

副流管包括流动控制机构，该流动控制机构可在第一和第二位置之间移动以将水引入到歧管中并通过涡轮机进入混合腔室，并防止水一直流动通过副流管并经由副流管的下游部分离开。流动控制机构可以为具有开口侧和封闭侧的开口端部的鼓的形式。开口侧将来自副流管的水接收到鼓中。封闭侧有效地防止水流动通过副流管的长度并将水引导通过鼓的开口端部进入主流管的混合腔室。鼓可以通过歧管延伸到混合腔室开口，提供从副流到主流管的流动通路。

流动控制机构可以在两个位置之间移动，这取决于流动的方向。在第一位置，流动控制机构将流动从设备的第一(上游)部分引入到歧管中，并有效地防止水流入到副流管的第二(下游)部分中。当水沿相反方向流动时，流动控制机构可以移动到第二位置。在第二位置，流动控制机构将流动从设备的第二部分引入到歧管中，并有效地防止水流入到副流管的第一部分中。在该第二位置，第二部分现在将是上游部分，而第一部分将是下游部分。

可移动的护罩在混合腔室中围绕混合腔室开口形成增压腔室70，该混合腔室开口具有包括涡轮机的歧管。来自副流管的水流在流动通过歧管中的涡轮机之后被吸入到增压腔室中。涡轮机的轴通过增压腔室延伸到发电机(未示出)。

可移动的增压腔室位于混合腔室的中心，使得流动通过主流管的水可以围绕增压腔室的侧面流动。增压腔室具有为槽形式的开口，从副流管接收的水通过所述开口排放，以与流动通过主流管的主要水流混合。增压腔室是可旋转的，使得增压腔室的开口可以定位成使得来自增压腔室的流动被排放到主流的中心。增压腔室包括在开口的相反侧上的外部挡板74。外部挡板74是三角形的并且围绕增压腔室70的侧面引导水。

流动控制机构连接到位于混合腔室中的增压腔室，并且当流动控制机构在其第一和第二位置之间移动时，增压腔室可以旋转。

流动控制机构包括形成增压腔室的护罩和外部挡板。鼓可以延伸到混合腔室中，鼓的顶部配置成增压腔室，该增压腔室具有开口以将水释放到混合腔室中。整个机构在第一和第二位置之间旋转。开口侧的鼓连接到增压腔室，使得鼓的旋转使增压腔室旋转。在第一位置，鼓的开口侧面向第一方向，并且增压腔室进入主流动通路的开口面向第二方向。在第二位置，鼓的开口侧面向第二方向，并且增压腔室进入主流动通路的开口面向第一方向。

如图23中所示，涡轮机可位于鼓的歧管部分中。当水流动通过时，涡轮机独立于鼓和增压腔室旋转。

该设备在浅水环境中特别有用。如果只有单个水平阵列的管，例如图1-18中所示，该设备可以在水深可达半米或更小的大型基础设施项目中使用，而无需进行主要河床挖掘，这取决于所用管和涡轮机的大小。如果存在两个水平阵列的管，一个阵列位于另一个阵列上方，例如如图19-24中所示，该设备可以在水深一米或更小的大型基础设施项目中使用，而无需进行主要河床挖掘，这取决于所用管和涡轮机的大小。

在河床或海床可以通过设备对齐进行局部挖掘而降低和具有一定轮廓的情况下，没有水深限制。可以使用多个主流管和副流管阵列。每个阵列中的管数量将取决于其中设备将要使用的水体的大小。每个设备可以仅包括两个或三个管，基部结构包括副流管和主流管布置。优选地，基部结构包括副流管和主流管布置的阵列，例如4、5、6、7、8、9、10或更多个主流管和副流管。

尽管会聚和扩散器部分被示出为具有基本上圆形或矩形的横截面，但是可以使用其他形状的会聚/扩散器部分和混合腔室以及形状的组合。副流管可在其开口处具有基本上圆形的横截面。然而，也可以考虑其他形状的横截面。副流管的横截面形状可以在流动通路的长度上变化。例如，副流动路径可以从在副流管的开口处具有圆形横截面过渡到在中心区域中在副流动通道中的矩形横截面。

管被配置，即通过它们的大小和形状，使得进入设备的水体积的大约80％将流入主流管，并且进入设备的水体积的大约20％将进入副流管。进入设备的水体积的100％经由主流管流出设备。

参考图1、图12、图19、图20、图23和图25，该系统包括位于基部结构的顶表面上的两个可移动屏障。屏障跨基部结构正交于主管和副管的中心轴线延伸。第一可移动屏障位于基部结构的第一端部处。第二可移动屏障位于基部结构的相对端部处。

每个可移动屏障可以在第一升高位置和第二降低位置之间移动。在升高位置，屏障防止水流过设备的顶部并在屏障的上游侧和下游侧之间产生压头差异。相反，水被引导通过管阵列。管为通过基部结构从屏障的上游侧到屏障的下游侧的书提供流动通路。在降低的位置，水可以流过屏障和基部结构的顶部。

当水从第一方向流来时，位于基部结构的上游端部上的第一可移动屏障升高，并且位于基部结构的下游端部上的第二可移动屏障降低。当水从第二方向流来时，位于基部结构下游端部上的第二可移动屏障升高，并且位于基部结构上游端部上的第一可移动屏障降低。

尽管已经将本发明描述为包括两个可移动屏障，在基部结构的每个端部处各有一个可移动屏障，但是该系统也可以包括一个屏障。

可移动屏障例如可以是可膨胀的屏障和/或液压操作的堰板或闸门。可移动屏障横跨基部结构的宽度延伸。

当使用可膨胀的屏障时，橡胶球囊可以附接到混凝土基部结构的边缘。球囊可以用流体(例如水或气体)填充以升高屏障。当要降低屏障时，可以从球囊释放流体。可膨胀屏障的示例是由Dyrhoff UK Ltd提供的那些，参见例如GB2521876。其他屏障可包括与铰接的闸门一起使用的管状可膨胀件。可膨胀管位于闸门的一侧。管状部件的膨胀使闸门升高，而管状部件的收缩降低闸门。

通过为系统提供可移动的屏障，可以在不使用时降低屏障并改善环境的外观。尽管参考可移动屏障描述了该系统，但是可以替代地使用固定屏障，例如混凝土墙壁，其跨基部结构的宽度定位。尽管该系统被论述为在基部结构的每个端部部分处具有屏障或者具有跨基部结构中心部分的单个屏障，但是跨基部结构的宽度延伸的每个屏障可以由单独对齐的部件组成。例如，多个(即一个，两个，三个或更多个)液压或可膨胀致动的闸门或堰板可以跨基部的宽度对齐以形成一个屏障。

该系统可以如图25中所示使用。在退潮时，系统两侧上的水位可能低于基部结构，并且屏障都降低(图25a)。在进入潮汐时，下游屏障升高以在潮汐进入时保持优选的压头差异(图25b-25c)。在涨潮时(图25d)，下游屏障降低并且上游屏障升高准备好用于下一个潮汐循环。当潮汐流出时，上游屏障仍然升高，直到建立优选的压头差异(图25e)。随着潮汐继续流出，降低上游屏障以保持优选的压头差异，直至完全降低(图25f)。现在两个屏障在退潮时都降低，系统已准备好进行下一个潮汐循环。由于可以在进入和流出潮汐上建立压头差异，因此该系统可以用于从两个方向上的潮汐流产生电力。

当水从第一方向38流动时，例如进入潮汐，第一屏障升高。跨水体的屏障在基部结构的第一(上游)侧和基部结构的第二(下游)侧之间提供了压头差异。来自屏障的第一(上游)侧的水流动通过主流管。主要水流进入第一(会聚)部分并流入混合腔室，然后流出第二会聚(扩散器)部分。引入通过副流管的副流，并且水流动通过副流管的第一部分进入主流管，该水驱动涡轮机的旋转，经由机械的或电动的断电输出装置来产生电力。

当水流逆转并沿第二方向40流动时，例如在流出的潮汐上，第二屏障升高并且第一屏障可以降低。跨过水体的屏障在基部结构的第二端部和基部结构的第一端部之间提供了压头差异。来自屏障的第二侧的水流动通过主流管。主要水流进入第二(会聚)部分并流入混合腔室，然后流出第一会聚部分(现在用作扩散器部分)。引入通过副流管的副流，并且水流动通过副流管的第二部分进入主流管，该水驱动涡轮机的旋转，经由机械的或电动的断电输出装置来产生电力。

图26举例说明了根据本发明的系统，其包括固定屏障。如图26a-26f中所示，屏障横跨基部结构定位，并且在进入潮汐(图26b和26c)和流出潮汐(图26e和26f)期间保持基部结构的上游侧和下游侧之间的压头差异。

主流管的文丘里管处的低压区促使通过副流管的副流进入主流管。主水流和副水流都进入混合腔室，其中在混合腔室中两个流可以混合。混合流进入扩散器部分(取决于流动方向进入第一或第二会聚部分)，并且当水流移动通过扩散器部分时水流速度减慢。当水流动通过扩散器部分时，流动重新获得其静压头并且在其离开下游的扩散器部分之前丧失其动态压头。这样可以保留文丘里管中的低静压头。

因此，该系统能够从两个方向的水流发电。例如，该系统可以用作跨潮汐河或河口的潮汐拦河坝。该系统特别适用于只能获得低压头差异的环境。

该系统还能够保持潮汐信号的形状，同时从潮汐流中发电。该系统不会阻止水的流动，如在传统的潮汐压头或潮汐范围的装置中那样，在传统的潮汐压头或潮汐范围的装置中该系统会阻止水的流动，尽管存在保持压头部差异的屏障，但在进入和流出潮汐期间水可以继续流动通过该装置。

Claims (25)

1.一种用于从双向水流发电的设备，其包括：

基部结构；

主流管，其限定通过基部结构的第一流动通路；

副流管，其限定通过基部结构的第二流动通路；

其中第一流动通路和第二流动通路配置成用于双向流动；

主流管包括：

会聚部分；

混合腔室，会聚部分连接到混合腔室的第一端部以在混合腔室和会聚部分之间限定文丘里管；以及

扩散器部分，其连接到混合腔室的第二端部；

该设备还包括：

在副流管中的开口，其布置成提供在第二流动通路和混合腔室之间的流体连通；

涡轮机，其能连接到发电机并且布置成由来自第二流动通路的水流进行旋转；以及

控制机构，其用于将水流从第二流动通路通过开口引入到混合腔室中，其中从第一方向流来的水从基部结构的一端部流入混合腔室，而从第二方向流来的水从基部结构的相对端部流入混合腔室。

2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备包括多个主流管和多个副流管，其中每个主流管位于至少一个副流管附近。

3.根据权利要求2或3所述的设备，其特征在于，所述副流管位于主流管的侧面以形成主流管和副流管的水平阵列，并且其中每个副流管包括两个涡轮机，第一涡轮机位于副流管的第一端部中以及第二涡轮机位于副流管的第二端部中。

4.根据权利要求2至3中任一项所述的设备，其特征在于，所述副流管包括位于所述副流管的第一和第二端部之间的中心部分，其中在所述中心部分中，所述副流管包括第一流动通道和第二流动通道，并且其中第一流动通道和第二流动通道与主流管的混合腔室流体连通。

5.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，每个副流管的第一流动通道和第二流动通道与同一主流管流体连通。

6.根据权利要求5所述的设备，其特征在于，包括：第一增压腔室，其将第一流动通道连接到混合腔室的顶部；以及第二增压腔室，其将第二流动通道连接到每个主流管的混合腔室的底部。

7.根据权利要求6所述的设备，其特征在于，所述混合腔室包括可移动的水平流动控制挡板，所述可移动的水平流动控制挡板定位成将来自所述增压腔室的水流引到所述混合腔室中。

8.根据权利要求4所述的设备，其特征在于，所述第一流动通道和所述第二流动通道与不同的主流管道流体连通。

9.根据权利要求8所述的设备，其特征在于，所述副流管的第一流动通道配置成将水排放到第一主流管的混合腔室中，并且所述副流管的第二流动通道配置成将水排放到第二主流管中。

10.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其特征在于，每个主流管与两个副流管流体连通。

11.根据权利要求2至4中任一项所述的设备，其特征在于，每个主流管与一个副流管流体连通。

12.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，每个副流管位于主流管下方。

13.根据权利要求12所述的设备，其特征在于，包括歧管，所述歧管将所述副流管连接到位于上方的所述主流管，其中所述涡轮机位于所述歧管中。

14.根据权利要求13所述的设备，其特征在于，所述主流管包括在所述混合腔室中的可移动的增压腔室，并且其中来自所述副流管的流经由所述歧管被吸入到述增压腔室中。

15.根据权利要求14中任一项所述的设备，其特征在于，所述可移动的增压腔室定位成使得通过主流管的水流能够围绕所述增压腔室的侧面流动并且具有在流动方向上的开口，来自副流管的水通过所述开口被排放。

16.根据权利要求14或15中任一项所述的设备，其特征在于，所述可移动的增压腔室能在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置，使得增压腔室的开口在流动的第一方向上，而在第二位置，使得增压腔室的开口在流动的第二方向上。

17.根据权利要求14至16中任一项所述的设备，其特征在于，所述可移动的增压腔室连接到所述流动控制机构，使得所述流动控制机构在其第一和第二位置之间的移动使得所述增压腔室在增压腔室的第一位置和第二位置之间移动。

18.根据权利要求1至16中任一项所述的设备，其特征在于，所述流动控制机构能在第一位置和第二位置之间移动，其中在第一位置，水从基部结构的一端部流入混合腔室，而在第二位置，水从基部结构的相对端部流入混合腔室。

19.根据权利要求18所述的设备，其特征在于，所述流动控制机构是可移动的挡板。

20.根据权利要求19所述的设备，其特征在于，所述流动控制挡板包括通道以便将水从副流动通路引到主流动通路中。

21.根据权利要求1至20中任一项所述的设备，其特征在于，所述流动控制机构包括被动流动控制机构。

22.根据权利要求21所述的设备，其特征在于，所述流动控制机构在结构上布置成使得在副流管的每个端部之间没有压力梯度。

23.一种用于产生用于从双向水流产生水的系统，其包括根据权利要求1至22中任一项所述的设备；以及跨基部结构的顶部定位的至少一个屏障。

24.根据权利要求23所述的系统，其特征在于，包括位于所述基部结构的顶部上的至少一个可移动的屏障，并且其中所述可移动的屏障能在第一升高位置和第二降低位置之间移动。

25.根据权利要求23或24所述的系统，其特征在于，包括两个可移动的屏障，其中第一可移动的屏障位于基部结构的第一端部处，以及第二可移动的屏障位于基部结构的相对端部处。