[發(fā)明專利]流體流動能轉(zhuǎn)換器

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201380004515.2
• 申請日: 2013-01-11
• 公開（公告）號: CN104040168B
• 公開（公告）日: 2017-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 理查德·奈菲爾德
• 申請（專利權(quán)）人: 理查德·奈菲爾德
• 主分類號: F03D5/06
• 分類號: F03D5/06;F03D9/00;F03B13/00
• 代理公司: 北京康思博達(dá)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11426
• 代理人: 路永斌

技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種能量轉(zhuǎn)換方式和輸出能量的方法。本申請通過并入和整體引用，要求對2012年1月11日提交的美國臨時專利申請61/585,558“流體流動能轉(zhuǎn)換器”的優(yōu)先權(quán)；和2012年2月3日提交的美國臨時專利申請61/594,707“流體流動能轉(zhuǎn)換器”的優(yōu)先權(quán)。

發(fā)明背景：

轉(zhuǎn)換風(fēng)力和水力成為可用能源是人們經(jīng)久不息的追求。弗萊因·肖恩披露了如何使用振蕩膜于能量轉(zhuǎn)換，包括各種膜振蕩進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機理。參見PCT公開的WO2008151008，題為“利用流體誘導(dǎo)振蕩的能量轉(zhuǎn)換器”，其原理納入本文作為參考。特別是將振蕩運動轉(zhuǎn)換為電能的機制，一般適用下文記述的振蕩器的發(fā)明。大衛(wèi)·拉布雷克公開了一種旋翼系統(tǒng)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，利用在張緊線方向的振蕩進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換。參見美國專利申請書20090285668，其原理納入本文作為參考。利用在張緊線方向的振蕩進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的機制，適用下文記述的振蕩器的發(fā)明。

發(fā)明內(nèi)容 新型振蕩器

本人在此公開一種新穎的振蕩器的發(fā)明，其受流體驅(qū)動而振蕩，并帶有將能量輸出的耦合機制。新型振蕩器包含一個曲面結(jié)構(gòu)。彎曲的曲面結(jié)構(gòu)包括一個曲面片材和一個張緊線。曲面片固定在兩個剛性或半剛性固定點之間。當(dāng)置于流體流場11中時，曲面結(jié)構(gòu)發(fā)生振蕩。曲面片進(jìn)行三維振蕩，基本模式振蕩的空間波長約為兩個固定點距離P的兩倍，參見圖2A，2B所示曲面結(jié)構(gòu)前緣的模式圖。參照圖1，能量從流體流場30傳送到曲面片結(jié)構(gòu)14。曲面片結(jié)構(gòu)14包括曲面片20和張緊線10。張緊線的張力隨振蕩的頻率周期性變化。張緊線10在振蕩的張力作用下，周期性地沿X和Y方向移動。這些周期性的運動和張力耦合到能量轉(zhuǎn)換裝置30，從振蕩器中提取能量。

能量轉(zhuǎn)換耦合裝置

一類能量轉(zhuǎn)換裝置30，沿著張緊線10耦合；在點P不限制張緊線沿張力方向伸展。例如，可于點P裝置一個滑輪或彈簧裝置。由于張力的周期性變化，運動由能量轉(zhuǎn)換裝置30轉(zhuǎn)換為有用的能量。

另一類能量轉(zhuǎn)換裝置30，依靠張緊線在X和Y方向上運動施加的力，在距固定點P的非零距離處耦合張緊線。

還有一類能量轉(zhuǎn)換裝置30，在固定點P用一個壓電器件(沿張力的張緊線10的方向，由具有微小形變的壓電材料制成)轉(zhuǎn)換張力為電壓。

曲面的曲率

除開圖2A，2B所示由張緊線10的時間運動軌跡所代表的振蕩模式，曲面片的曲面應(yīng)抑制所有其它振蕩模式。這個曲率是流體流場為零時曲面片的曲率。更理想的情況，應(yīng)為曲面片處于從零重力，零流動和零張力下的曲率。特別注意，無論實心板或網(wǎng)板，對偏離平面的彎曲力矩呈最小阻力時，在所有外部施力不存在的情況下，重力仍可引起曲率變化。例如重力使片材落地的情況。

片材上某點沿某方向上的曲率，以下記做該點半徑R的倒數(shù)，曲率值等于1/R。曲率矢量的方向由該點到曲率圓定義的圓心確定。在該曲面片的結(jié)構(gòu)里，曲面上所有點的曲率，無論是離開曲面，或穿過曲面，均指向相同方向；即，曲面所有點上曲率具有相同的符號或方向。也就是說，曲面片不含有曲率反轉(zhuǎn)點或鞍點。例外情況下，曲率反轉(zhuǎn)點或鞍點可能在(相對曲面片總面積)很小的區(qū)域存在，或因材料缺陷，或因制造工藝引起。一般地，曲面片結(jié)構(gòu)表面面積的50％以上必須是曲率矢量指向同側(cè)遠(yuǎn)端，以誘導(dǎo)流體激發(fā)首選的模式振蕩。最好是70％以上，更優(yōu)選為80％以上。當(dāng)此曲面片安裝到振蕩器并通過張緊線施加適當(dāng)張力時，曲率條件得以保持。此曲率條件通常存在當(dāng)曲面片材結(jié)構(gòu)處于零應(yīng)力的情形，除非彎曲部分或全部地依靠張緊線施加張力產(chǎn)生的情形。

固定點間的曲面片

為形成曲面片結(jié)構(gòu)的振蕩，曲面片必須在兩個固定的或基本固定的點之間伸展。它必須至少占有兩個固定或基本固定的點之間長度的30％，方足以引起振蕩。理想地，曲面片板伸展至兩個固定或基本固定的點之間長度的60％；更理想地，曲面片板延伸至兩個固定或基本固定的點之間長度的80％；最理想地，曲面片伸展至兩個固定或基本固定的點之間長度的90％.

曲面片結(jié)構(gòu)振蕩的說明