TW202407213A - 能量收集設備、能量收集系統和製造方法 - Google Patents

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Abstract

公開了能量收集設備。能量收集設備包括中心主軸和一個或多個徑向臂，該一個或多個徑向臂機械地連接到中心主軸並且從中心主軸徑向地延伸。每個臂具有一個或多個渦輪，該一個或多個渦輪機械地連接到臂。中心主軸、一個或多個徑向臂和渦輪位於通道內。在使用中，渦輪的旋轉驅動一個或多個徑向臂的旋轉，該一個或多個徑向臂的旋轉驅動中心主軸的旋轉。能量收集設備提供了具有許多優點的用於產生可再生能源的替代設備。設備從更大的橫截面積收集能量，對環境的負面影響最小，並且適於許多位置和應用。

Description

能量收集設備、能量收集系統和製造方法
本發明關於能量收集設備、能量收集系統和製造方法。特別地，能量收集設備適於從諸如風的流體流收集能量以產生可再生能源。
本領域已知的傳統水準軸線風力渦輪機通常包括三個葉片。風力渦輪機根據空氣動力學升力原理將風的動能轉化為機械運動。在運行中，葉片旋轉並且驅動發電機，該發電機將機械運動轉化為電力。
儘管風力渦輪機廣泛用於能源工業以提供可再生能源的來源，但也存在許多缺點。風力渦輪機只能在狹窄的風速界限內運行。例如，如果風速太高，就有損壞風力渦輪機的風險。相反，如果風速太低，則可能沒有足夠的空氣動力學升力來使葉片旋轉。
商業風電場通常包括高度可能超過100m的大型風力渦輪機。雖然大型風力渦輪機比更小規模的微型風力渦輪機更有效率，但大型風力渦輪機通常高聳於周圍的景觀並且對環境產生負面的審美影響。進一步存在負面的環境後果，因為風力渦輪機會影響周圍的野生動物。例如，風力渦輪機的葉片會殺死鳥類。
此外，這種大型風力渦輪機不適於定位在城市景觀中、高速公路旁，尤其不適於定位在機場附近，因為這種大型風力渦輪機傾向於在葉片的尾流中產生明顯的湍流。
本發明的方面的目的是提供能量收集設備，該能量收集設備消除了或者至少減輕了本領域已知的能量收集設備的上述缺點中的一個或多個。
根據本發明的第一方面，提供了能量收集設備，該能量收集設備包括中心主軸、一個或多個徑向臂，該一個或多個徑向臂機械地連接到中心主軸並且從中心主軸徑向地延伸，每個臂具有一個或多個渦輪，該一個或多個渦輪機械地連接到臂，其中，在使用中，渦輪的旋轉驅動徑向臂的旋轉，該徑向臂的旋轉驅動中心主軸的旋轉，並且其中，中心主軸、徑向臂和渦輪位於通道內。
發明人已發現，與傳統水準軸線風力渦輪機相比，能量收集設備捕獲了更大的可掃過面積（即，流體流的可能接觸渦輪的橫截面積），並且由此增加了能量捕獲的效率。這是因為能量收集設備捕獲了入射在設備上的流體流的能量的較大一部分。
此外，考慮到渦輪在通道內的位置隨著中心主軸旋轉而改變，這有利地補償了橫跨通道的橫截面積的流體流的變化。
此外，通過將能量收集設備的部件集成到通道中，設備可以是緊湊的、模組化的並且可以形成更大的系統的一部分。能量收集設備不僅可以以壁的形式不顯眼地集成到環境中，而且還適於本領域已知的設備通常不考慮的位置，諸如城市景觀、高速公路、機場甚至水下位置。由此，能量收集設備不限於偏遠區域（該偏遠區域通常被認為是自然美景的區域），並且因此沒有理由出現負面的公眾意見。
此外，與沒有通道的等效設備相比，具有通道還增強了能量收集設備的電力產生。然而，使用通道的一個可能的缺點是增加了湍流。話雖如此，但是發明人已驚奇地發現，通過使一個或多個徑向臂圍繞中心主軸的中心軸線S旋轉，可以減少通道內的湍流。因此，兩個特徵（即通道和圍繞中心主軸旋轉）的組合有利地在沒有通常與電力產生相關的湍流問題的情況下增加了電力產生。
較佳地，中心主軸具有中心軸線S。較佳地，每個臂具有中心軸線R。較佳地，在使用中，渦輪的旋轉驅動一個或多個徑向臂圍繞該一個或多個徑向臂的中心軸線R以及圍繞中心主軸的中心軸線S旋轉，該一個或多個徑向臂的旋轉驅動中心主軸的旋轉。
較佳地，設備包括多個徑向臂。較佳地，徑向臂中的一個或多個具有多個渦輪。這兩個特徵有利地都進一步增加了能量捕獲的效率。
較佳地，中心主軸位於通道內的中心。
較佳地，在一個或多個渦輪與一個或多個徑向臂之間的連接件和/或在一個或多個徑向臂與中心主軸之間的連接件包括齒輪裝置。
較佳地，渦輪中的一個或多個包括一個或多個葉片，該一個或多個葉片圍繞渦輪旋轉軸線安裝。更較佳地，渦輪中的一個或多個包括多個葉片。還更較佳地，所有渦輪都包括多個葉片。
可選地，葉片中的一個或多個是翼。在這些實施例中，較佳地，所有葉片都是翼。
可選地，中心主軸平行於渦輪的旋轉軸線。替代地，中心主軸垂直於渦輪的旋轉軸線。
較佳地，徑向臂從中心主軸延伸到通道的周界。這有利地增加了設備可以從流體流捕獲能量的橫截面積。
可選地，徑向臂沿著中心主軸彼此偏移。
可選地，至少兩個徑向臂定位在垂直於中心主軸的同一平面中。
可選地，徑向臂沿著中心主軸的長度分佈。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括一個或多個襟翼。一個或多個襟翼可以位於通道的入口開口處。替代地或附加地，一個或多個襟翼可以位於渦輪的葉片的尾緣處。襟翼可以引起湍流流體流。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括網，該網橫跨通道的入口開口和/或出口開口。網有利地（通過擾亂流體流）引起湍流流體流和/或用作保護能量收集設備的部件（例如，渦輪）的屏障。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括流量限制器，該流量限制器位於通道內。流動限制可以使通過通道的通路的橫截面形狀變窄（或變寬）並且可以用作增加流體流的速度的瓶頸。流量限制器可以擾亂流體流以形成湍流流體流。根據文丘裡效應，這種限制導致通道的狹窄區域中的流體壓力的降低。這增加了捕獲的能量並且還改善了能量收集設備的運行和效率。
較佳地，能量收集設備進一步包括至少一個發電機，該至少一個發電機機械地連接到中心主軸，用於將一個或多個渦輪的運動（經由中心主軸的運動）轉化成電力。
能量收集設備可以包括單個的發電機。替代地，能量收集設備可以包括多個發電機，每個發電機獨立地產生電力。較佳地，在垂直於中心主軸的特定平面中的徑向臂中的每一個可以連接到單個的發電機。
一個或多個發電機可以是本領域已知的任何合適的發電機，例如，傳統電力發電機。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括透鏡。透鏡適於聚焦太陽輻射並且引起對流空氣流。該特徵特別適於風能收集設備；換言之，不浸沒在水下的設備。透鏡可以採用傳統光學透鏡的形式。透鏡可以取向成將太陽輻射聚焦在通道的出口開口的區域中。因此，在出口開口處的流體比在入口開口處的流體更熱。換言之，透鏡在通道的入口開口和出口開口之間形成熱梯度。該熱梯度引起對流流體流，從而增加了流體流通過通道的速度和動能。由此，透鏡增強了能量收集設備的輸出，因為該透鏡增加了產生的電力的量。應當理解，能量收集設備可以包括多個透鏡，該多個透鏡均朝向通道的出口開口取向。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括隔音層。在能量收集設備採用適於在高層建築物上使用的面板的形式的情況下，除了產生電力的面板外，隔音部將為建築物提供隔音。
較佳地，能量收集設備為風能收集設備。在這些實施例中，流體流是風。一個或多個翼包括一個或多個空氣翼。
替代地或附加地，能量收集設備是水流能量收集設備。在這些實施例中，流體流是水流。一個或多個翼包括一個或多個水翼。
渦輪中的一個或多個可以是水準軸線風力渦輪。替代地或附加地，渦輪中的一個或多個可以是豎向軸線風力渦輪，諸如達瑞伊尤斯（Darrieus）風力渦輪。
根據本發明的第二方面，提供了能量收集系統，該能量收集系統包括兩個或更多個根據本發明的第一方面的能量收集設備。
較佳地，兩個或更多個能量收集設備並排堆疊和/或彼此上下堆疊。
能量收集設備或能量收集系統可以採用用於結構或建築物或者甚至結構內的部件的牆、柵欄、一個或多個面板的形式。能量收集設備或能量收集系統可以位於高流體流的區域中，並且特別地位於高湍流流體流的區域中。
作為示例，對於流體流的流體是空氣的風能收集設備或風能收集系統，可以在高速公路、機場附近或者甚至在高層建築物上發現高湍流空氣流。
作為另一個示例，對於流體流的流體是例如水的液體流能量收集設備或液體流能量收集系統，可以在潮汐屏障、潮汐河口、水壩、河流防洪設施、橋樑支撐件處或者甚至在水運輸管道內發現高湍流水流。應當理解，液體流能量收集設備或液體流能量收集系統將被浸沒在水下。
本發明的第二方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面的較佳的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面的實施例可以包括實現本發明的第二方面的較佳的或可選特徵的特徵。
根據本發明的第三方面，提供了根據本發明的第一方面的能量收集設備或者根據本發明的第二方面的能量收集系統於產生電能的用途。
本發明的第三方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面和/或第二方面的較佳的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面和/或第二方面的實施例可以包括實現本發明的第三方面的較佳的或可選特徵的特徵。
根據本發明的第四方面，提供了製造能量收集設備的方法，該方法包括： 設置通道；以及 設置位於通道內的中心主軸，中心主軸包括一個或多個徑向臂，該一個或多個徑向臂機械地連接到中心主軸並且從中心主軸徑向地延伸，每個臂具有一個或多個渦輪，該一個或多個渦輪機械地連接到臂， 其中，在使用中，渦輪的旋轉驅動徑向臂的旋轉，該徑向臂的旋轉驅動中心主軸的旋轉。
較佳地，製造能量收集設備的方法進一步包括設置發電機，該發電機機械地連接到中心主軸並且用於將一個或多個渦輪的運動轉化成電力。
在替代的方法中，可以提供進一步包括表徵空氣流的方法。表徵流體流可以包括表徵平均流體流速度、流體流速度分佈、湍流、流體流剪切輪廓、流體流方向的分佈和長期時間性的流體流變化。
在替代的方法中，可以提供進一步包括確定在流體流中使用的流體能量收集設備的最佳參數的方法。確定能量收集設備的最佳參數可以包括確定以下項中的一個或多個：流體能量收集設備的尺寸；通道的尺寸和形狀，葉片的形狀和結構；通道內的兩個或更多個渦輪的相對定位；以及發電機的佈置和配置。
本發明的第四方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面和/或第三方面的較佳的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面、第二方面和/或第三方面的實施例可以包括實現本發明的第四方面的較佳的或可選特徵的特徵。
根據本發明的第五方面，提供了能量收集設備，該能量收集設備包括中心主軸、一個或多個徑向臂，該中心主軸具有中心軸線S，該一個或多個徑向臂機械地連接到中心主軸並且從中心主軸徑向地延伸，每個臂具有中心軸線R並且具有一個或多個渦輪，該一個或多個渦輪機械地連接到臂， 其中，在使用中，渦輪的旋轉驅動一個或多個徑向臂圍繞該一個或多個徑向臂的中心軸線R以及圍繞中心主軸的中心軸線S旋轉，該一個或多個徑向臂的旋轉驅動中心主軸的旋轉， 並且其中，中心主軸、一個或多個徑向臂和渦輪位於通道內。
本發明的第五方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面、第三方面和/或第四方面的較佳的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面、第二方面、第三方面和/或第四方面的實施例可以包括實現本發明的第五方面的較佳的或可選特徵的特徵。
根據本發明的第六方面，提供了製造能量收集設備的方法，該方法包括： 設置通道；以及 設置位於通道內的中心主軸，中心主軸具有中心軸線S並且包括一個或多個徑向臂，該一個或多個徑向臂機械地連接到中心主軸並且從中心主軸徑向地延伸，每個臂具有中心軸線R並且具有一個或多個渦輪，該一個或多個渦輪機械地連接到臂， 其中，在使用中，渦輪的旋轉驅動一個或多個徑向臂圍繞該一個或多個徑向臂的中心軸線R以及圍繞中心主軸的中心軸線S旋轉，該一個或多個徑向臂的旋轉驅動中心主軸的旋轉。
本發明的第六方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面、第三方面、第四方面和/或第五方面的較佳的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面、第二方面、第三方面、第四方面和/或第五方面的實施例可以包括實現本發明的第六方面的較佳的或可選特徵的特徵。
根據本發明的第七方面，提供了能量收集設備，該能量收集設備包括中心主軸、一個或多個徑向臂，該中心主軸具有中心軸線S，該一個或多個徑向臂機械地連接到中心主軸並且從中心主軸徑向地延伸，每個臂具有中心軸線R並且具有一個或多個渦輪，該一個或多個渦輪機械地連接到臂， 其中，在使用中，渦輪的旋轉驅動一個或多個徑向臂圍繞該一個或多個徑向臂的中心軸線R以及圍繞中心主軸的中心軸線S旋轉，該一個或多個徑向臂的旋轉驅動中心主軸的旋轉。
本發明的第七方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面、第三方面、第四方面、第五方面和/或第六方面的較佳的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面、第二方面、第三方面、第四方面、第五方面和/或第六方面的實施例可以包括實現本發明的第七方面的較佳的或可選特徵的特徵。
根據本發明的第八方面，提供了製造能量收集設備的方法，該方法包括： 設置中心主軸，中心主軸具有中心軸線S並且包括一個或多個徑向臂，該一個或多個徑向臂機械地連接到中心主軸並且從中心主軸徑向地延伸，每個臂具有中心軸線R並且具有一個或多個渦輪，該一個或多個渦輪機械地連接到臂， 其中，在使用中，渦輪的旋轉驅動一個或多個徑向臂圍繞該一個或多個徑向臂的中心軸線R以及圍繞中心主軸的中心軸線S旋轉，該一個或多個徑向臂的旋轉驅動中心主軸的旋轉。
本發明的第八方面的實施例可以包括實現本發明的第一方面、第二方面、第三方面、第四方面、第五方面、第六方面和/或第七方面的較佳的或可選特徵的特徵，並且本發明的第一方面、第二方面、第三方面、第四方面、第五方面、第六方面和/或第七方面的實施例可以包括實現本發明的第八方面的較佳的或可選特徵的特徵。
本發明的解釋現在將參照圖1至圖12來描述。
能量收集設備
圖1描繪了能量收集設備1a的一部分。更具體地，能量收集設備1a適於從諸如風、潮汐流或河流的流體流收集能量。
能量收集設備1a包括中心主軸2和發電機3，該中心主軸2具有中心軸線S，該發電機3機械地連接到中心主軸2。發電機3以中心主軸2為中心。徑向臂4也機械地連接到中心主軸2，該徑向臂4定位在中心主軸2的與連接到發電機3的端部相反的端部處。徑向臂4從中心主軸2徑向地延伸。徑向臂4通過第一齒輪裝置5機械地連接到中心主軸2。徑向臂4具有中心軸線R並且包括渦輪6，該渦輪6機械地連接到徑向臂4。渦輪6通過第二齒輪裝置7、在徑向臂4的與連接到中心主軸2的端部相反的端部處機械地連接到徑向臂4。渦輪6包括三個翼8，該三個翼8從渦輪旋轉軸線9徑向地延伸。
在運行中，流體流10流動經過翼8，從而引起空氣動力或水動力。該力導致翼8的旋轉，該翼8圍繞渦輪旋轉軸線9旋轉。通過第二齒輪裝置7，渦輪6的旋轉導致徑向臂4圍繞該徑向臂4的中心軸線R旋轉。通過第一齒輪裝置5，徑向臂4的旋轉導致中心主軸2圍繞該中心主軸2的中心軸線S旋轉。由此，渦輪6的旋轉驅動徑向臂4圍繞該徑向臂4的中心軸線R以及圍繞中心主軸2的中心軸線S旋轉。發電機3將中心主軸2的運動轉化成電力。
應當理解，流體流10可以採用氣體流或液體流的形式。取決於流體流10是氣體流還是液體流，翼8採用一個或多個空氣翼或者一個或多個水翼的形式。
渦輪6包括三個翼8，但是應當理解，渦輪6可以包括任何合適數量的翼8。此外，應當理解，翼8的確切形狀和尺寸對於本發明而言並不重要，並且由此可以是任何合適的形狀和尺寸。
圖2描繪了能量收集設備1b的一部分。該能量收集設備1b包括在圖1中描繪的能量收集設備1a的所有特徵。此外，能量收集設備1b包括在徑向臂4上的另外的渦輪11，使得徑向臂4包括兩個渦輪6、11。第二渦輪11在第一渦輪6和第一齒輪裝置5之間的位置處機械地連接到徑向臂4。在圖2中描繪的能量收集設備1b有利地在比在圖1中描繪的能量收集設備1a更大的橫截面積上從流體流10捕獲能量。
圖3描繪了能量收集設備1c的一部分。該能量收集設備1c包括在圖2中描繪的能量收集設備1b的所有特徵。此外，能量收集設備1c包括在中心主軸2上的第二徑向臂12，使得中心主軸2包括兩個徑向臂4、12，該兩個徑向臂4、12各自包括兩個渦輪6、11。第二徑向臂12在第一徑向臂4和發電機3之間的位置處機械地連接到中心主軸2。在圖3中的能量收集設備1c有利地在甚至比在圖2中描繪的能量收集設備1b更大的橫截面積上從流體流10捕獲能量。
圖4描繪了能量收集設備1d。該能量收集設備1d包括在圖3中描繪的能量收集設備1c的所有特徵。此外，能量收集設備進一步包括附加的徑向臂13和在每個臂上的附加的渦輪14，使得每個徑向臂4、12、13包括三個渦輪6、11、14。中心主軸2、徑向臂4、12、13和渦輪6、11、14位於通道15內。中心主軸2位於通道15內的中心，其中每個徑向臂4、12、13延伸到通道15的內部周界。有利地，通道15用於引導流體流10通過能量收集設備1d。
如在圖4中可以看見的，通道15具有基本上圓形的橫截面形狀。然而，應當理解，通道15可以具有任何合適的橫截面形狀。
圖5描繪了具有通道15的能量收集設備1e。中心主軸2和發電機3在通道內，該發電機3機械地連接到中心主軸2。中心主軸2包括四個徑向臂4、12、13、16，該四個徑向臂4、12、13、16各自包括渦輪6。徑向臂4、12、13、16圍繞中心主軸2彼此徑向地偏移。此外，徑向臂4、12、13、16沿著中心主軸2的長度分佈。
在運行中，流體流10穿過入口開口17進入通道15，流動經過翼8，從而引起空氣動力或水動力，並且然後流體流10穿過出口開口18離開通道15。該力導致翼8的旋轉，該翼8圍繞渦輪旋轉軸線9旋轉。通過第二齒輪裝置7，渦輪6的旋轉導致徑向臂4圍繞該徑向臂4的中心軸線R旋轉。通過第一齒輪裝置（未示出），徑向臂4的旋轉導致中心主軸2圍繞該中心主軸2的中心軸線S旋轉。由此，渦輪6的旋轉驅動徑向臂4圍繞該徑向臂4的中心軸線R以及圍繞中心主軸2的中心軸線S旋轉。發電機3將中心主軸2的旋轉運動轉化成電力。
替代的能源收集設備
圖6描繪了能量收集設備1f的一部分，該能量收集設備1f的一部分類似於在圖1中描繪的能量收集設備1a的一部分。圖7描繪了能量收集設備1g的一部分，該能量收集設備1g的一部分類似於在圖2中描繪的能量收集設備1b的一部分。圖8描繪了能量收集設備1h的一部分，該能量收集設備1h的一部分類似於在圖3中描繪的能量收集設備1c的一部分。圖9描繪了能量收集設備1i，該能量收集設備1i類似於在圖4中描繪的能量收集設備1d。圖10描繪了能量收集設備1j，該能量收集設備1j類似於在圖5中描繪的能量收集設備1e。
與圖1至圖5中描繪的實施例相比，在圖6至圖10中描繪的實施例的區別在於，採用了具有葉片19的豎向軸線風力渦輪。每個渦輪6、11、14包括三個葉片19，但是，應當理解，每個渦輪可以包括任何合適數量的葉片19。此外，應當理解，葉片19的確切形狀和尺寸對於本發明而言並不重要，並且由此可以是任何合適的形狀和尺寸。
此外，在圖6至圖10中描繪的實施例不存在第二齒輪裝置。相反，渦輪6、11、14的葉片19圍繞徑向臂4、12、13、16定位，使得渦輪6、11、14的旋轉直接地導致徑向臂4、12、13、16圍繞該徑向臂4、12、13、16的中心軸線R旋轉。由此，在這些實施例中，渦輪旋轉軸線9應當被解釋為沿著徑向臂4、12、13、16並且特別地沿著徑向臂4、12、13、16的中心軸線R。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括一個或多個襟翼。一個或多個襟翼可以位於通道的入口開口處。替代地或附加地，一個或多個襟翼可以位於渦輪的葉片的尾緣處。襟翼可以引起湍流流體流。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括網，該網橫跨通道的入口開口和/或出口開口。網有利地（通過擾亂流體流）引起湍流流體流和/或用作保護能量收集設備的部件（例如，渦輪）的屏障。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括流量限制器，該流量限制器位於通道內。流動限制可以使通過通道的通路的橫截面形狀變窄（或變寬）並且可以用作增加流體流的速度的瓶頸。流量限制器可以擾亂流體流以形成湍流流體流。根據文丘裡效應，這種限制導致通道的狹窄區域中的流體壓力的降低。這增加了捕獲的能量並且還改善了能量收集設備的運行和效率。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括透鏡。透鏡適於聚焦太陽輻射並且引起對流空氣流。該特徵特別適於風能收集設備；換言之，不浸沒在水下的設備。透鏡可以採用傳統光學透鏡的形式。透鏡可以取向成將太陽輻射聚焦在通道的出口開口的區域中。因此，在出口開口處的流體比在入口開口處的流體更熱。換言之，透鏡在通道的入口開口和出口開口之間形成熱梯度。該熱梯度引起對流流體流，從而增加了流體流通過通道的速度和動能。由此，透鏡增強了能量收集設備的輸出，因為該透鏡增加了產生的電力的量。應當理解，能量收集設備可以包括多個透鏡，該多個透鏡均朝向通道的出口開口取向。
在替代的實施例中，可以提供能量收集設備，該能量收集設備包括隔音層。在能量收集設備採用適於在高層建築物上使用的面板的形式的情況下，除了產生電力的面板外，隔音部將為建築物提供隔音。
徑向臂的 分佈
圖11描繪了徑向臂4沿著中心主軸2的長度的一個示例性佈置。在該佈置中，徑向臂4沿著中心主軸2彼此偏移，使得沒有兩個徑向臂是直接地相對。
圖12描繪了徑向臂4沿著中心主軸2的長度的替代的示例性佈置。在該佈置中，兩個徑向臂在垂直於中心主軸的同一平面（平面A）中以彼此相對的方式定位，並且另外的兩個徑向臂在垂直於中心主軸的不同的平面（平面B）中以彼此相對的方式定位。在一些實施例中，平面A中的徑向臂連接到第一發電機（未示出），並且平面B中的徑向臂連接到第二發電機（未示出），兩個發電機獨立地產生電力。
在又一個示例性佈置中，徑向臂的分佈可以是圖11和圖12的組合，在該組合中，存在垂直於中心主軸的至少一個平面，該平面具有至少兩個徑向臂，而至少一個其他的徑向臂不具有直接地相對的臂。
製造能量收集設備的方法
製造能量收集設備1的方法，該方法包括：設置通道15；以及設置位於通道15內的中心主軸2，中心主軸2具有中心軸線S並且包括一個或多個徑向臂4，該一個或多個徑向臂4機械地連接到中心主軸2並且從中心主軸2徑向地延伸，每個臂4具有中心軸線R並且具有一個或多個渦輪6，該一個或多個渦輪6機械地連接到臂4。在使用中，渦輪6的旋轉驅動一個或多個徑向臂4圍繞該一個或多個徑向臂4的中心軸線R以及圍繞中心主軸2的中心軸線S旋轉，該一個或多個徑向臂4的旋轉又驅動中心主軸2圍繞該中心主軸2的中心軸線S旋轉。
在替代的方法中，可以提供進一步包括表徵空氣流的方法。表徵流體流可以包括表徵平均流體流速度、流體流速度分佈、湍流、流體流剪切輪廓、流體流方向的分佈和長期時間性的流體流變化。
在替代的方法中，可以提供進一步包括確定在流體流中使用的流體能量收集設備的最佳參數的方法。確定能量收集設備的最佳參數可以包括確定以下項中的一個或多個：流體能量收集設備的尺寸；通道的尺寸和形狀，葉片的形狀和結構；通道內的兩個或更多個渦輪的相對定位；以及發電機的佈置和配置。
如前面所討論的，能量收集設備1具有許多優點。與傳統水準軸線風力渦輪機相比，能量收集設備1捕獲了更大的可掃過面積（即，流體流10的可能接觸渦輪6的橫截面積），並且由此增加了能量捕獲的效率。這是因為能量收集設備1捕獲了入射在設備1上的流體流10的能量的較大一部分。
此外，考慮到渦輪6在通道15內的位置隨著中心主軸2的旋轉而改變，這有利地補償了橫跨通道15的橫截面積的流體流10的變化。
此外，通過將能量收集設備1的部件集成到通道15中，設備1可以是緊湊的、模組化的並且可以形成更大的系統的一部分。通道15還為容納在該通道15中的部件、例如渦輪6、提供物理保護。能量收集設備1不僅可以以壁的形式不顯眼地集成到環境中，而且還適於本領域已知的設備通常不考慮的位置，諸如城市景觀、高速公路、機場甚至水下位置。由此，能量收集設備1不限於偏遠區域（該偏遠區域通常被認為是自然美景的區域），並且因此沒有理由出現負面的公眾意見。
能量收集設備1可以根據流體流10的特性進行優化，使得設備1適於廣泛的應用。
公開了能量收集設備。能量收集設備包括中心主軸和一個或多個徑向臂，該一個或多個徑向臂機械地連接到中心主軸並且從中心主軸徑向地延伸。每個臂具有一個或多個渦輪，該一個或多個渦輪機械地連接到臂。中心主軸、一個或多個徑向臂和渦輪位於通道內。在使用中，渦輪的旋轉驅動一個或多個徑向臂的旋轉，該一個或多個徑向臂的旋轉驅動中心主軸的旋轉。能量收集設備提供了具有許多優點的用於產生可再生能源的替代設備。設備從更大的橫截面積收集能量，對環境的負面影響最小，並且適於許多位置和應用。
在整個說明書中，除非上下文另有要求，否則術語“包括（comprise）”或“包含（include）”或諸如“包括（comprises）”或“包括（comprising）”、“包含（includes）”或“包含（including）”的變體將被理解為暗示包含所述的整數或整數組，但不排除任何其他整數或整數組。此外，除非上下文另有明確要求，否則術語“或”將被解釋為包含性而非排他性。
本發明的上面描述是為了說明和描述的目的而提出的，並不旨在是窮舉性的或將本發明限制為所公開的精確形式。所描述的實施例被選擇和描述是為了最好地解釋本發明的原理及本發明的實際應用，從而使本領域的其他技術人員能夠以各種實施例並且通過適於設想的特定用途的各種改進來最好地利用本發明。因此，在不脫離所附申請專利範圍限定的本發明範圍的情況下，可以結合進一步的改進或完善。
1:能量收集設備 1a:能量收集設備 1b:能量收集設備 1c:能量收集設備 1d:能量收集設備 1e:能量收集設備 1f:能量收集設備 1g:能量收集設備 1h:能量收集設備 1i:能量收集設備 1j:能量收集設備 2:中心主軸 3:發電機 4:第一徑向臂 5:第一齒輪裝置 6:第一渦輪 7:第二齒輪裝置 8:翼 9:渦輪旋轉軸線 10:流體流 11:第二渦輪 12:第二徑向臂 13:第三徑向臂 14:第三渦輪 15:通道 16:第四徑向臂 17:入口開口 18:出口開口 19:葉片 A:平面 B:平面 R:中心軸線 S:中心軸線
現在將僅通過示例的方式參考附圖來描述本發明的各種實施例，在附圖中： 圖1呈現了根據本發明的實施例的中心主軸和具有渦輪的徑向臂的立體圖； 圖2呈現了根據本發明的替代的實施例的中心主軸和具有兩個渦輪的徑向臂的立體圖； 圖3呈現了根據本發明的替代的實施例的中心主軸和兩個徑向臂的立體圖，該兩個徑向臂各自具有兩個渦輪； 圖4呈現了根據本發明的替代的實施例的能量收集設備的立體圖； 圖5呈現了根據本發明的替代的實施例的能量收集設備的示意性橫截面圖； 圖6呈現了根據本發明的替代的實施例的中心主軸和具有渦輪的徑向臂的立體圖； 圖7呈現了根據本發明的替代的實施例的中心主軸和具有兩個渦輪的徑向臂的立體圖； 圖8呈現了根據本發明的替代的實施例的中心主軸和兩個徑向臂的立體圖，該兩個徑向臂各自具有兩個渦輪； 圖9呈現了根據本發明的替代的實施例的能量收集設備的立體圖； 圖10呈現了根據本發明的替代的實施例的能量收集設備的示意性橫截面圖； 圖11呈現了根據本發明的實施例的徑向臂沿著中心主軸的長度的分佈的示意性橫截面圖；和 圖12呈現了根據本發明的替代的實施例的徑向臂沿著中心主軸的長度的分佈的示意性橫截面圖。
在下面的描述中，在整個說明書和附圖中，相同的零件用相同的附圖標記來標記。附圖不一定按比例繪製，並且某些零件的比例已被放大以更好地說明本發明實施例的細節和特徵。
1d:能量收集設備
2:中心主軸
4:第一徑向臂
6:第一渦輪
10:流體流
11:第二渦輪
12:第二徑向臂
13:第三徑向臂
14:第三渦輪
15:通道

Claims (20)

  1. 一種能量收集設備，所述能量收集設備包括中心主軸、一個或多個徑向臂，所述中心主軸具有中心軸線S，所述一個或多個徑向臂機械地連接到所述中心主軸並且從所述中心主軸徑向地延伸，每個臂具有中心軸線R並且具有一個或多個渦輪，所述一個或多個渦輪機械地連接到所述臂， 其中，在使用中，所述渦輪的旋轉驅動所述一個或多個徑向臂圍繞所述一個或多個徑向臂的中心軸線R以及圍繞所述中心主軸的所述中心軸線S旋轉，所述一個或多個徑向臂的旋轉驅動所述中心主軸的旋轉， 並且其中，所述中心主軸、所述一個或多個徑向臂和所述渦輪位於通道內。
  2. 如請求項1所述的能量收集設備，其中，所述設備包括多個徑向臂。
  3. 如請求項1或2所述的能量收集設備，其中，所述徑向臂中的一個或多個包括多個渦輪。
  4. 如前述請求項中任一項所述的能量收集設備，其中，所述中心主軸位於所述通道內的中心。
  5. 如前述請求項中任一項所述的能量收集設備，其中，在所述渦輪與所述徑向臂之間的連接件和/或在所述徑向臂與所述中心主軸之間的連接件包括齒輪裝置。
  6. 如前述請求項中任一項所述的能量收集設備，其中，所述渦輪中的一個或多個包括一個或多個葉片，所述一個或多個葉片圍繞渦輪旋轉軸線安裝。
  7. 如請求項6所述的能量收集設備，其中，所述葉片中的一個或多個是翼。
  8. 如請求項6或7所述的能量收集設備，其中，所述中心主軸平行於所述渦輪的旋轉軸線。
  9. 如請求項6或7所述的能量收集設備，其中，所述中心主軸垂直於所述渦輪的旋轉軸線。
  10. 如前述請求項中任一項所述的能量收集設備，其中，所述徑向臂從所述中心主軸延伸到所述通道的周界。
  11. 如前述請求項中任一項所述的能量收集設備，其中，所述徑向臂圍繞所述中心主軸彼此徑向地偏移。
  12. 如前述請求項中任一項所述的能量收集設備，其中，至少兩個徑向臂定位在垂直於所述中心主軸的同一平面中。
  13. 如前述請求項中任一項所述的能量收集設備，其中，所述徑向臂沿著所述中心主軸的長度分佈。
  14. 如前述請求項中任一項所述的能量收集設備，所述能量收集設備進一步包括至少一個發電機，所述至少一個發電機機械地連接到所述中心主軸，用於將所述一個或多個渦輪的運動轉化成電力。
  15. 一種能量收集系統，所述能量收集系統包括兩個或更多個如前述請求項中任一項所述的能量收集設備。
  16. 如請求項1至14中任一項所述的能量收集設備或者如請求項15所述的能量收集系統用於產生電能的用途。
  17. 一種製造能量收集設備的方法，包括： 設置通道；以及 設置位於所述通道內的中心主軸，所述中心主軸具有中心軸線S並且包括一個或多個徑向臂，所述一個或多個徑向臂機械地連接到所述中心主軸並且從所述中心主軸徑向地延伸，每個臂具有中心軸線R並且具有一個或多個渦輪，所述一個或多個渦輪機械地連接到所述臂， 其中，在使用中，所述渦輪的旋轉驅動所述一個或多個徑向臂圍繞所述一個或多個徑向臂的中心軸線R以及圍繞所述中心主軸的所述中心軸線S旋轉，所述一個或多個徑向臂的旋轉驅動所述中心主軸的旋轉。
  18. 如請求項17所述的製造能量收集設備的方法，進一步包括設置發電機，所述發電機機械地連接到所述中心主軸並且用於將所述一個或多個渦輪的運動轉化成電力。
  19. 如請求項17或18所述的製造能量收集設備的方法，進一步包括表徵流體流。
  20. 如請求項19所述的製造能量收集設備的方法，進一步包括確定在所述流體流中使用的所述能量收集設備的最佳參數。
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