[发明专利]用于发电的往复式流体动能采集装置

说明书

本发明是涉及用于发电的流体动能采集装置；该发明采用的是与旋转运动相对偶的概念‑往复运动来采能；它包括单个流体动能采集墙，或至少两个沿长度方向相邻的动能采集墙装置。动能墙包括一个或两个呈特定四边形的固定架，固定架内有形状与之相适配的滑动架；滑动架在固定架内除了能沿固定架上端和下端水平左右滑动外，其余方向被固定；在滑动架内设置直立排列的多个叶片，叶片在流体力作用下，带动滑动架左右运动，同时带动发电机工作；这种同目前几乎所有正在运行或研发的发电装置迥异的机械，给利用风能，江河水流能，波浪能，潮汐能等可再生资源，带来了现有旋转叶轮机无法企及的巨大好处，直接为便利开发可再生能源打开了大门。

技术领域

本发明属于发电装置技术领域，具体涉及一种用于发电的往复式流体动能采集装置。

背景技术

利用流体的动能推动机械的运行是人类古已有之的尝试；在电发明以后，这些机械便作为风轮机和水轮机直接同发电机相连，组成了人类生活和生产中不可或缺的电力来源的一个重要组成部分；风电和水电由于是大自然中可再生性能源，对强调环境保护和可持续性发展的生态状况的当今社会有特别重要的意义。

全球现有的风能，水电能和海洋的波浪能及潮汐能资源如能得到比现有状态更积极得多利用，其总发电产能就有可能远超世界现所耗用电，这对人类文明的发展具备重大意义；但是，现有的流体采能系统，无论是风能机或是水轮机，基本都是以叶片的旋转为收集流体能量的途径。这种方式带来的内在缺陷，不光严重制约了对空气流和江河水流能量的充分开发利用，更使旋转机械在海洋波浪能，潮汐能及洋流能等的利用方面往往显得无法有效应对。

风力发电：目前风力发电使用的采能机构主要是两种机械：水平轴风轮机和垂直轴风轮机。二者都利用气流吹动叶片旋转以带动发电设施运行。目前主要以水平轴风机为主，垂直轴风机因结构因素及难以布置于大面积的受风地域达到广泛采能的效果而受限；而平轴风机的缺点在于面对非设计风速状况时采能效率低下，对土地排他性占用，高成本的生产维护及无法进入空间环境受限的区域。

水平轴风轮机的采能效率一般在其设计的风速状况下为最高；过高或过低的风速都会使采能效率剧烈下降：前者会导致关机（否则会损害机器）；而后者则是因为低转速使大量流经风机的气流从叶片之间漏过而没被利用；前者的产生是由风轮机的结构特点所决定：其叶片对风轮机的轴向气动载荷而言实为悬臂梁，这并非一种优化的受力结构；另一方面，即便是在设计的理想风速下，流经风轮机的气流，从叶片尖端的位置到轴心位置，所面对的叶片线速度也是逐步下降到零的；自然，风机对这部分离开叶片尖端的气流的采能效率，往轴心靠近是逐渐下降的。

垂直轴风轮机部分避免这样的缺陷，但其过度占用空间的现象以及由另外原因导致低下采能效率，使其不受水平轴风轮机那样的青睐；对地理空间的占用而言，无论水平轴或垂直轴风轮机，所占用的土地一般无法加以它用。

这种土地资源的占用从理论上讲并无必要；因为无论多大影响范围的风，要获取其可获取的最大动能，理论上在风的流经路途上建立一个连续布置的横截取面即可；而风机墙则是为满足此要求而生，尽管其修建高度最终会受限，但低建造和维护成本将导致每度电价格在现有基础上大幅下降，使目前风电比火电明显昂贵的发电成本主要来自于风机成本的缘由得以消除。

水力发电：目前水流发电使用几乎都是水轮机；这种机构导致发电设施基本需以水轮机的旋转轴为其运行的轴心，而另一方面与此相连的发电设施则要尽量避免与水有物理接触；故一般要对用于发电的水流加以集束和导流，使之能流经并驱动水轮机叶片旋转，同时避开接触发电设施。集束和导流的需求导致在江河中水坝的产生，水坝的产生则衍生相应的水利工程；于是原本是简单的发电行为便不得不复杂化；由此带来除成本的飙升外，还有生态，环保，国家安全软肋，国际关系等一系列负面效应。