本發(fā)明的目標(biāo)，諸如本發(fā)明設(shè)置的標(biāo)題，是提供氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)。

該發(fā)電機(jī)包括中空且剛性結(jié)構(gòu)，具有位于其上端的產(chǎn)生文丘里效應(yīng)的偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器，以及用于將動能風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，其中該中空且剛性結(jié)構(gòu)包括用于生成主流的裝置和用于生成次流或渦流核、渦流效應(yīng)或微型氣旋的裝置。

該發(fā)電機(jī)提出了元件和設(shè)計，使得實現(xiàn)增加導(dǎo)管式輸出流中的速度的效果，同時，由于斜坡產(chǎn)生主流的旋轉(zhuǎn)，在主流的周緣處實現(xiàn)更強(qiáng)烈的流，因此在發(fā)電機(jī)的螺旋槳葉片處產(chǎn)生更大的扭矩。

因此，本發(fā)明屬于氣旋的發(fā)電機(jī)范圍之內(nèi)并且尤其屬于與其構(gòu)造特征相關(guān)的范圍之內(nèi)。

背景技術(shù)：

氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換塔在本領(lǐng)域中已知是人工地再現(xiàn)被限制的湍流(稱為渦流)，或再現(xiàn)可以從層流風(fēng)流上升或下降的閉合電流路徑螺旋旋轉(zhuǎn)的湍流的系統(tǒng)，在塔內(nèi)集成不同的環(huán)境能量：動態(tài)風(fēng)能、由于在大氣的不同水平的大氣壓力的差異而產(chǎn)生的氣壓能、對流熱能以及還有來自冷凝的熱能。

常規(guī)的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換塔基本上由稱為渦流導(dǎo)管的中空中心管組成，兩個或更多個膜、篩網(wǎng)或垂直結(jié)構(gòu)幾乎切向地從該中心管出現(xiàn)，其母線具有空氣動力學(xué)橫截面的彎曲輪廓。與中心渦流導(dǎo)管的對應(yīng)部分關(guān)聯(lián)的這些膜或篩網(wǎng)當(dāng)中的兩個構(gòu)成對流器。一般情況下，當(dāng)它們可以在所有方向上定向時，通常每一級有五個對流器。每個對流器的這些膜或篩網(wǎng)當(dāng)中有兩個被加強(qiáng)件支撐，加強(qiáng)件是具有空氣動力學(xué)橫截面的水平板。在渦流導(dǎo)管的對流器的開始處，放置阻擋設(shè)備，其允許層流外部流的迎風(fēng)進(jìn)入，但不允許流體從渦流導(dǎo)管退出到外部到背風(fēng)方向。在氣旋的轉(zhuǎn)換器的上部中，存在擴(kuò)散器，其防止由塔外部的層流空氣的流引起的對出口渦流的剪切效應(yīng)。偏轉(zhuǎn)器位于轉(zhuǎn)換器的下部，其防止由渦流的吸收造成的凹陷。

通常，在塔的底部和上部，反旋轉(zhuǎn)或不是反旋轉(zhuǎn)的航空渦輪機(jī)與發(fā)電機(jī)、水泵、壓縮機(jī)或能夠產(chǎn)生能量的任何元件放在一起?？蛇x地，可以添加溫室或用于加熱空氣和蒸發(fā)水的設(shè)備，利用熱條件的控制，包括淺水池形式的底部，以便或者從溫室本身或者從一個或幾個水溫室加熱空氣并嘗試用水蒸氣使其飽和。具有這些特征的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換塔在西班牙專利號493.713中公開。

但是，這些氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換塔具有許多機(jī)械和成本的缺點，主要源于常規(guī)阻擋設(shè)備的構(gòu)造。如在西班牙專利號493.713中可以觀察到的，阻擋設(shè)備是靠在阻尼臂上的具有空氣動力學(xué)輪廓的可移動篩網(wǎng)，阻尼臂以這樣一種方式圍繞其在對流器的膜或篩網(wǎng)之一上的支撐件轉(zhuǎn)動，使得阻擋設(shè)備在它們處于必須使外部流體或流通到渦流導(dǎo)管的對流器中時打開，并且在流體或流試圖向外離開中心渦流導(dǎo)管時關(guān)閉。

第一個問題在于降低渦流的性能，并且甚至由于阻擋設(shè)備部分地穿透到渦流管中而導(dǎo)致渦流的破壞。

而且，第二，在對流器的膜或篩網(wǎng)中以及在阻擋設(shè)備本身當(dāng)中，保持阻擋設(shè)備的臂的支撐點中的大應(yīng)力涉及構(gòu)造的相當(dāng)大的困難。例如，考慮到對于100Mw的轉(zhuǎn)換塔，每個阻擋設(shè)備將由70m長×3m高的篩網(wǎng)組成，其保持和移動涉及在保持臂的支撐點上的巨大應(yīng)力。這個問題由于風(fēng)速或方向的突然變化將增加應(yīng)力這一事實而進(jìn)一步加劇。由于這些應(yīng)力，保持臂的減震器和球窩接頭以及阻擋設(shè)備本身經(jīng)歷很大的磨損，并且在實踐當(dāng)中，未知的是，以可接受的成本制造它們的材料和技術(shù)。

因而，這些轉(zhuǎn)換塔的構(gòu)造需要具有高剛性但同時非常輕的特殊合金，這大大增加了所述轉(zhuǎn)換塔的成本。

而且，它們的維護(hù)非常昂貴且具有風(fēng)險，需要大量的熟練人員。高構(gòu)造和維護(hù)成本以及由于阻擋設(shè)備在中心渦流管中部分引入而具有缺陷的渦流造成的有限性能阻止轉(zhuǎn)換塔對能量生成的大規(guī)模使用。迄今為止還一個都沒有建造。

還已知在專利ES 2166663中描述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換塔，其包括中心渦流導(dǎo)管；至少一個由兩個垂直的膜或篩網(wǎng)構(gòu)成的對流器，其由曲線生成并且在其一側(cè)被中心渦流導(dǎo)管限制；每個對流器有至少兩個加強(qiáng)件；每個對流器有一個阻擋設(shè)備6、每個對流器有兩個或更多個阻擋設(shè)備；擴(kuò)散器；偏轉(zhuǎn)器；以及用于將動能風(fēng)能、位置的氣壓能和對流能量以及來自冷凝的熱能轉(zhuǎn)換成電能或機(jī)械能的裝置；其中阻擋設(shè)備能夠打開中心渦流導(dǎo)管的外引導(dǎo)冠。

但是，這種氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)給出可以改進(jìn)的方面，以避免斷開出口渦流、產(chǎn)生出口渦流的吸收的文丘里效應(yīng)、增加周緣輸出流以便使葉片上的扭矩更大并因此提高功率和能量效率。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目標(biāo)是氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，即，來自小的人造氣旋或渦流形成的電能發(fā)電機(jī)。

能量是通過從氣旋塔的外部到內(nèi)部的或多或少的層流風(fēng)的作用生成的，其中形成小的氣旋或反氣旋并且，在其氣旋的或反氣旋的運動中，即，向上或向下，電力是通過移動渦輪機(jī)的葉片生成的，渦輪機(jī)耦合到放在氣旋的發(fā)電機(jī)的一端上的發(fā)電機(jī)。

氣旋或渦流包括以上升方式旋轉(zhuǎn)的第一湍流，留下中心內(nèi)部空間，第二流或渦流核流經(jīng)該空間，被稱為颶風(fēng)的眼，等同于在向上旋轉(zhuǎn)中從底部吸入空氣的非常穩(wěn)定的實心圓柱體。

在反氣旋的情況下，主流和次流的運動反向，主流向下循環(huán)旋轉(zhuǎn)，而次流或渦流核就像向下旋轉(zhuǎn)中從頂部吸入空氣的實心圓柱體。

在南半球，主流和次流的旋轉(zhuǎn)在如上面所指示的相反方向。

氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)包括中空且剛性結(jié)構(gòu)，具有位于其上端的偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器和用于將動能風(fēng)能轉(zhuǎn)換成電能的裝置，其中中空且剛性結(jié)構(gòu)包括用于生成主流的裝置和用于生成次流或渦流核的裝置。

在可能的實施例中，中空且剛性結(jié)構(gòu)采用圓柱形形狀，并且優(yōu)選地從底部到頂部具有增加的段，具有呈雙曲線或直線形式的略微彎曲的壁。

偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器試圖通過增加空氣的輸出功率在輸出微型氣旋管上實現(xiàn)文丘里效應(yīng)。產(chǎn)生進(jìn)入的空氣的偏轉(zhuǎn)和擴(kuò)散，對微型氣旋管空氣產(chǎn)生抽吸效應(yīng)，從而增加其輸出速度。偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器以從其底部向上端增加的階梯方式布置，以便形成對輸出流體產(chǎn)生文丘里效應(yīng)的若干同心流。

用于生成主流的裝置包括一系列將空氣從外部引導(dǎo)到中空結(jié)構(gòu)的內(nèi)部的會聚對流器，因此迫使來自外部的空氣在其中旋轉(zhuǎn)，并且在次流或渦流核的生成當(dāng)中合作。

用于生成次流的裝置包括將空氣引向渦流核的第二對流器。通過這個流，電勢和熱對流能量憑借壓力和溫度的差異被使用。

會聚對流器被布置成沿著專用生成主渦流的中空且剛性結(jié)構(gòu)的部分的彎曲輪廓。它們的目的是捕獲、集成、集中并將空氣引導(dǎo)到中空結(jié)構(gòu)中，迫使空氣在其中旋轉(zhuǎn)。

對流器的數(shù)量至少為兩個，但它可以多達(dá)五個或更多。

對流器的數(shù)量將取決于剛性中空結(jié)構(gòu)是否可以轉(zhuǎn)動。如果它可以轉(zhuǎn)動，則至少兩個對流器就足夠了，中空結(jié)構(gòu)被定向為以便捕獲并經(jīng)由低功率發(fā)電機(jī)通過對流器將空氣引導(dǎo)到內(nèi)部。

如果中空結(jié)構(gòu)不能轉(zhuǎn)動，則將存在多個對流器，以便覆蓋中空結(jié)構(gòu)的整個周界，還具有用于打開和關(guān)閉對流器進(jìn)口的裝置，使得對流器的至少兩個入口總是打開的。

由于對流器的存在以及如何生成氣旋或反氣旋，實現(xiàn)了外部風(fēng)力波動不影響發(fā)電，因為在內(nèi)部形成的氣旋由于氣旋的慣性力矩而對波動產(chǎn)生阻尼效應(yīng)。

為了便于主流以上升或下降的方式，沿著由對流器限定的輸入表面旋轉(zhuǎn)，所述表面被斜坡形式的隔離壁分隔，隔離壁是傾斜的，使得除了輸入風(fēng)旋轉(zhuǎn)之外，還提供沿向上或向下方向的旋轉(zhuǎn)。

此外，在形成氣旋的情況下，該剛性結(jié)構(gòu)在其底部具有中心突起形式的突出或連續(xù)凸起輪廓，使得次流對流器將空氣帶入內(nèi)部，從而使其旋轉(zhuǎn)，同時所述突出造成次流的向上運動。

在氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)的情況下，各種元件的相對布置使得中空結(jié)構(gòu)在其底部具有次流對流器或渦流核，在結(jié)構(gòu)的其余部分上具有主流對流器，并且在其上端具有生成文丘里效應(yīng)的偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器，同時在其上端內(nèi)部具有垂直軸發(fā)電機(jī)和中心渦輪機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，在其上固定有較短的導(dǎo)管式葉片。

在反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)的情況下，各種元件的相對布置使得中空結(jié)構(gòu)在其上端具有產(chǎn)生下游文丘里效應(yīng)的偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器，隨后是次流對流器或渦流核，在結(jié)構(gòu)的其余部分上具有主流對流器，以最終具有用于朝水平軸發(fā)電裝置進(jìn)行空氣引導(dǎo)的裝置。

依據(jù)本描述，已經(jīng)參考外部風(fēng)作為發(fā)電機(jī)流體，也適用于諸如水的其它流體，使得本發(fā)明的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)目標(biāo)也適用諸如利用洋流的水的介質(zhì)中。

由于偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器的存在，產(chǎn)生輸出流中速度增加效應(yīng)，同時，由于主流的旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，在主流的周緣實現(xiàn)了增加的通量，從而在發(fā)電機(jī)的螺旋槳葉片產(chǎn)生更大的扭矩。

由于所描述的特征，實現(xiàn)了用于發(fā)電的裝置，具有大功率垂直軸發(fā)電機(jī)和帶較短導(dǎo)管葉片的渦輪，其：

可安裝在地面或“岸上”，這避免海上或“離岸”的發(fā)電系統(tǒng)的安裝、維護(hù)和連接的巨大復(fù)雜性，

每Mw的安裝成本是地面上的三葉片發(fā)電系統(tǒng)的一半，是海上三葉片發(fā)電系統(tǒng)的四至六倍。

其發(fā)電成本不到三葉片發(fā)電系統(tǒng)的一半。

每單位產(chǎn)生的能量比三葉片系統(tǒng)多10到30倍。

維護(hù)成本非常低，因為發(fā)電機(jī)和渦輪機(jī)是內(nèi)部的。

就產(chǎn)生同等的能量而言，比三葉片系統(tǒng)占地面積少20至30倍。

產(chǎn)生的能量具有更好的質(zhì)量和控制。

在背風(fēng)方向上沒有湍流發(fā)生，只有陰影效應(yīng)。

附圖說明

為了補(bǔ)充本描述并且為了更好地理解本發(fā)明的特性，根據(jù)其優(yōu)選的實際實施例，附上一組附圖，作為所述描述的組成部分，其中作為說明性而非限制性例子，如下所示：

圖1示出了表示氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)的前視圖。

圖2示出了同一發(fā)電機(jī)的表示，其中示出了一些構(gòu)造細(xì)節(jié)。

圖3示出了其中示出對流器的段。

圖4示出了其中示出安裝在發(fā)電機(jī)內(nèi)的阻擋設(shè)備的視圖。

圖5示出了被分成部分或段的阻擋設(shè)備。

圖6示出了發(fā)電機(jī)-風(fēng)力渦輪機(jī)組件及其到結(jié)構(gòu)的其余部分的附連。

圖7示出了風(fēng)力渦輪機(jī)內(nèi)部的細(xì)節(jié)。

具體實施方式

參照附圖，下面描述所提出的發(fā)明的優(yōu)選實施例。

下面描述的優(yōu)選實施例涉及氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，相同的原理適用于反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，改變元件布置但具有相同的必要元件。

在圖1中，我們可以觀察到包括中空且剛性的結(jié)構(gòu)1的氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，在其頂端布置有偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器(2)。

該中空且剛性的結(jié)構(gòu)優(yōu)選地是圓柱形，從底部到頂部具有增加的段，具有雙曲線形式的直的或彎曲的壁。

偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器(2)在其上端從中空結(jié)構(gòu)(1)的周界突出，朝頂端以階梯方式增加部署，以便形成對輸出流體產(chǎn)生文丘里效應(yīng)的多個同心流。

中空結(jié)構(gòu)(1)包括具有用于形成次流(4)或渦流核的裝置的區(qū)域。在氣旋的轉(zhuǎn)換的情況下，所述裝置位于中空結(jié)構(gòu)1的底部。

在中空結(jié)構(gòu)(1)的其余部分上，布置有主流(3)的生成裝置。

用于形成主流(3)的裝置包括對流器(5)，如前面所解釋的，對流器(5)將是至少兩個，但可以是覆蓋中空結(jié)構(gòu)(1)的整個周界的數(shù)量。由每個對流器限定的輸入表面可以被斜坡(12)形式的一系列分隔件或分離器分開，該斜坡(12)是傾斜的，以促進(jìn)主流的向上旋轉(zhuǎn)。

所述斜坡(12)在它們穿透中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部時具有向上的傾斜度和減小的段。

次流(4)或渦流核的形成裝置包括一系列對流器(6)并且，如圖7中所看到的，還可以具有均勻輪廓的突出或中心凸起(11)，其促進(jìn)次流或渦流核心的向上運動。

在圖2和3中，示出了用于生成次流的若干對流器(5)。在這種情況下，對流器(5)覆蓋中空結(jié)構(gòu)(1)的整個周界，由于它是固定結(jié)構(gòu)，因此它們還具有可移動的阻擋設(shè)備(7)，以便總是打開至少兩個由兩個阻擋設(shè)備限定的入口。

由于中空結(jié)構(gòu)(1)可以是幾十米，阻擋設(shè)備的長度應(yīng)當(dāng)?shù)扔谥锌战Y(jié)構(gòu)(1)的高度，因此，為了制造和移動這種大型阻擋設(shè)備，阻擋設(shè)備(7)可以被分成部分或段(7.1)，如圖5中所示。

圖6示出了發(fā)電機(jī)如何安裝在中空結(jié)構(gòu)(1)中，渦輪機(jī)(8)設(shè)置在由空氣動力學(xué)截面的梁或支撐件(10)支撐的中心部分中，并且所述支撐件(10)包括到渦輪機(jī)(8)的接入路徑。

從渦輪機(jī)(8)，生成葉片(9)出現(xiàn)，使得有可能幾乎到達(dá)中空結(jié)構(gòu)(1)的內(nèi)壁，以便實現(xiàn)通過該結(jié)構(gòu)的最大流量。

渦輪機(jī)可以包括三個、五個、七個或九個導(dǎo)管式葉片(9)，其將被盡可能多地調(diào)節(jié)到輸出渦流導(dǎo)管，以便獲得最大性能，并且甚至嵌在輸出渦流管的管狀輪廓中。效率可以超過輸出渦流的95％。

關(guān)于要使用的發(fā)電機(jī)的類型，多極永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)是優(yōu)選的，因為起動扭矩比常規(guī)的電磁發(fā)電機(jī)中的要低得多。

已經(jīng)充分描述了本發(fā)明的本質(zhì)以及本發(fā)明的實施，要注意的是，就其本質(zhì)，只要不更改、改變或修改其基本原則，可以實施與作為例子在本文中指出的細(xì)節(jié)不同的其它實施例，并且其也將包括該保護(hù)范圍。

權(quán)利要求書(按照條約第19條的修改)

1.一種氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，包括：

-中空且剛性結(jié)構(gòu)(1)，具有位于其上端的偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器(2)，

-用于將外部風(fēng)的動能轉(zhuǎn)換為電能的裝置，

-其中所述中空且剛性結(jié)構(gòu)包括用于生成主流(3)的裝置和用于生成次流(4)或渦流核的裝置，

-其中用于生成主流(3)的裝置包括將空氣從外部引導(dǎo)到中空結(jié)構(gòu)內(nèi)部的一系列會聚對流器(5)，

其特征在于，

-所述偏轉(zhuǎn)擴(kuò)散器(2)以從其底部向上端增加的階梯方式布置，以便形成對輸出渦流流體產(chǎn)生文丘里效應(yīng)的若干同心流，

-由每個對流器(5)限定的輸入表面被斜坡(12)形式的一系列隔離物或分離器分開，所述斜坡(12)是傾斜的，以促進(jìn)主流的旋轉(zhuǎn)的增加，并提供由所述斜坡產(chǎn)生的向上或向下垂直分量，并且在增加的生成次流或渦流核以及由此的渦流中合作。

2.如權(quán)利要求1所述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述對流器(5)的數(shù)量至少為兩個，并且安裝在中空且剛性結(jié)構(gòu)(1)上，所述中空且剛性結(jié)構(gòu)(1)能夠旋轉(zhuǎn)并面對風(fēng)。

3.如權(quán)利要求1所述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述對流器(5)的數(shù)量使得覆蓋所述中空結(jié)構(gòu)(1)的整個周界，并且包括可移動的阻擋設(shè)備(7)，能夠關(guān)閉對流器中除至少兩個之外的所有對流器的入口。

4.如權(quán)利要求3所述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述阻擋設(shè)備(7)被分成部分或段(7.1)。

5.如權(quán)利要求1所述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，其特征在于用于生成次流(4)的裝置包括將空氣引向所述渦流核的第二對流器(6)。

6.如權(quán)利要求5所述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，其特征在于用于生成次流(4)的裝置包括具有均勻輪廓的突起或中心凸起(11)，從而促進(jìn)次流或渦流核的向上運動，該運動具有與所述渦流核輸出直徑匹配的主干錐。

7.如權(quán)利要求1所述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，其特征在于，發(fā)電裝置包括渦輪機(jī)(8)，從所述渦輪機(jī)出現(xiàn)的多個導(dǎo)管式發(fā)電葉片(9)，渦輪機(jī)(8)由附連到所述中空結(jié)構(gòu)(1)的壁并且具有空氣動力段的梁或支撐件(10)支撐，還包括所述支撐件(10)到渦輪發(fā)電機(jī)(8)的接入路徑。

8.如權(quán)利要求1所述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述中空且剛性結(jié)構(gòu)(1)從底部到頂部具有增加的段。

9.如權(quán)利要求7所述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述渦輪機(jī)可以包括三個、五個、七個或九個導(dǎo)管式葉片(9)，這些葉片被調(diào)節(jié)至所述輸出渦流導(dǎo)管，并且甚至嵌在所述輸出渦流管的管狀輪廓中。

10.如權(quán)利要求7所述的氣旋的或反氣旋的轉(zhuǎn)換發(fā)電機(jī)，其特征在于，所述發(fā)電機(jī)是多極永磁體發(fā)電機(jī)(PMG)。