专利名称：用于从气流产生电力的装置、系统设施和方法
技术领域：
本发明涉及用于产生电力的装置。本发明还涉及该装置的与设有至少一个第一气源的建筑或者构造相连的系统设施，所述至少一个第一气源适于提供至少一个第一气流。本发明还涉及用于用该装置产生电力的方法。
背景技术：
由于环境问题，期望的是从可再生的和清洁的能源产生电力。一个这种能源是风力，已知通过利用风力涡轮机来提取风力，风力涡轮机一般包括转子，转子通过风旋转并且与发电机的一部分相连或形成发电机的一部分。风力的一个问题在于可从给定风速的风取得的能量的量是受限的，这已知为Betz极限。在原理上，从风中可提取的电力与经过风力涡轮机时的速度降低的二次幂成比例。在例如Sander Mertens在2006年发表的“WindEnergy in The Build Environment”(ISBNO9O6522358)中，可以找到风力和风力润轮机的理论。另一问题在于电力的产生取决于当前的天气条件。减轻该缺陷的一种已知方法是设置电池作为缓冲器，由此可取得更为稳定的电流。在US2007/0222225中，风力涡轮机被示出为定位在建筑的顶部处接近屋顶的边缘。所述建筑的侧表面收集风并且将其引导到屋顶的边缘，由此引导到风力涡轮机的位置处，从而可以将较大的气流给送到风力涡轮机。替代地，风力涡轮机可以定位成接近山墙或类似结构。该布置的一个缺陷在于风仍是间歇的，由此电力的产生将极大地波动。在Andy Grant等人于2003年8月11-14日在荷兰Ein dhoven的第八届国际IBPSA会议上发表的论文 “TheDevelopment of a Ducted Turbine Simulation Model” 中，不出了一种利用如上的相同原理来汇聚风的模型将通道布置为在建筑的侧表面中开口，用于实现更为集中的风流以给送到风力涡轮机。在S J Watson 等人发表在《Journal of Physics: ConferenceSeries75 (2007)012001》中的论文 “Modeling of the Performanceof a Building-Mounted Ducted WindTurbine”中，计算机模拟的结果显示了当风力涡轮机布置在建筑顶部上的通道内部时所得到的风流。在专利文献US6，365，985中，燃气轮机示出为与通风系统的排气装置相连。在其一个实施方式中，燃气轮机布置在与排气装置相距某个距离的位置处，但由于气流随距离而减小，所以仅能够实现小的效率。在其另一实施方式中，掩蔽物被布置为将燃气轮机与排气装置相连，但是，这导致了压力加大使得排风扇需要更加费力地工作，抵消了利用风力涡轮机产生的能量增益。在US7，538，447中，示出了从通风排气装置接收气流的风力涡轮机的另一示例，其中引导主体布置为将主体外侧的排气流引导到风力涡轮机。然而，该装置的效率是有问题的。在专利文献US2009/0230691中，风力涡轮机示出为包括转子、喷射器和掩蔽物形式的混合器的组合，该构造被认为增强了独立式风力涡轮机的效率。所述混合器将风的通过转子的部分与围绕转子流动并进入到混合器的部分混合。
在专利文献US4，499，034中，根据已知设计的冷却塔示出为包括IOOm高的中空塔，其中空气在底部通过多个较小的通道被供给，由此空气通过来自生产过程的废热被加热并且向上上升以逸出所述塔。该文献示出了塔内部的涡流的形成，该涡流在逸出孔的上方继续，由此增高了塔的有效高度。燃气轮机进而布置在底部的较小通道内部，用于从废热再生电力。
发明内容
本发明的一个目的在于提供改进的用于从气流产生电力的装置。根据本发明的一个方面，该目的通过根据权利要求1的装置实现，该装置另外根据同一权利要求的特征部分成形。根据本发明的另一方面，该目的此外通过根据权利要求14的系统设施实现。根据本发明的又一方面，该目的此外通过根据权利要求15的方法实现。通过将装置布置为接收至少一个第二气流并且使装置成形为影响第二气流以产生与从燃气轮机排出第一气流相关的子压力(sub-pressure),可实现多个优点。一个优点在于，由于跨越转子的压差与无辅助流时的情况相比变大，所以可增大燃气轮机的效率。其部分原因另外可能在于，第二气流可间接地贡献于可用于由燃气轮机转化的能量。另一个优点在于，由于燃气轮机的排气口侧的压力较低，所以第一气流遇到的抵抗其流动的阻力较小，由此根据本发明的装置可与如下的气流源结合使用该气流源更易于受到抵抗气流的高流动性阻力的工作的影响，或者可能经受抵抗气流的高流动性阻力的工作的副作用。又一可能的优点在于，在第二气流的协助下，可增强气流的流动。优选地，所述装置此外布置为允许第一气流和辅助气流在第一气流的排气口处混合。这可有助于形成子压力。根据一个实施方式，装置包括主气体通道，其中燃气轮机布置在主气体通道内部。优选地，主气体通道适于将至少第一气流在主通道内部传导到燃气轮机。这将提高装置的效率，原因在于燃气轮机可能由此以超过Betz极限的效率工作。所述装置优选地适于与建筑或者构造相连地安装。优选地，所述装置适于安装在建筑的上部中或上部上，更优选地安装在建筑的屋顶上，并且优选地建筑是高层建筑。构造可以是任意的构造，诸如工厂、脚手架或者烟囱。构造或者建筑此外可以是隧道，诸如通常设有高功率通风装置的公路隧道，或者是可以由火车或者电车在隧道内行驶而产生风的火车或电车隧道。优选地，构造或者建筑位于高海拔上，和/或设有强风源以确保高的电力产生。建筑优选地包括一个或更多个气源，所述气源彼此可以独立或不独立。根据一个实施方式，建筑或者构造包括至少一个第一气源。第一气源因此优选地位于意图与建筑相连安装的装置外部，但一旦安装，则装置和气源优选地至少在某种程度上彼此关联，并且装置优选地适于接收气源流的气流。优选地，所述装置定位成与气源流体连接，其中第一(或者第二)气流的至少一部分可与装置连通，优选地进入到装置，并且最优选地，气源的第一气流的至少较大部分可以被传送到装置内。优选地，第二气流源自第二气源，而不是源自第一气流的气源。于是优选地，所述装置接收来自至少一个辅助气体通道的第二气流。优选地，所述装置此外接收来自和辅助通道分离的第一气体通道的第一气流。在一个实施方式中，第一气源或者第二气源可以由建筑或者构造本身的形状形成。在另一实施方式中，气源可以通过包括建筑中的布置或者系统形成。来自气源的气流可以通过自然现象产生，诸如风，或者可以人工产生，诸如用扇产生。根据优选实施方式，建筑包括至少一个布置为传送气流并且形成第一气源的至少一部分的气体通道。经验证明，气体通道将传送气流，而与装置是否存在无关。对于术语“子压力”，是指如下压力其低于第二气流被切断时形成的压力。在一个实施方式中，该子压力可通过第二气流吹过通往第一气流的通道的开口来实现，其类似于文氏管作用。在另一实施方式中，所述子压力可如下实现将第一气流的排气口布置为在第二气流的下游方向上在第二气流中开口，其类似于常规的Persian风斗。根据优选实施方式，该装置成形为影响至少一个辅助气流以产生与从燃气轮机排出第一气流相关的涡流。通过形成涡流，第二气流的速度增大，由此第二气流的压力减小。第二气流此外使得第一气流成为涡流的一部分，由此涡流的应该位于燃气轮机的排气口处的眼将具有极低的压力，这有助于从燃气轮机排出第一气流。此外当第一气流和第二气流排出到大气时，涡流产生低的噪声。这是重要的，因为所述装置意图定位在建筑上，诸如与居民楼或办公楼相连地定位。根据一个实施方式，该装置包括至少一个流动引导元件，该至少一个流动引导元件布置为将辅助气流的至少一部分引导为沿螺旋形路径绕排出的第一气流流动，以有助于涡流的产生。优选地，流动引导元件包括至少一个叶片，该至少一个叶片布置为将辅助气流的至少一部分引导为相对于排出的第一气流的流动方向以某个角度流动，以有助于涡流的产生。叶片在将气流引导到期望的方向上是非常有效的。由此，叶片可将第二气流引导为在形成涡流的方向上流动。优选地，叶片布置为将辅助气流引导为沿着螺旋形路径流动用于形成涡流。因此，辅助气流将形成涡流的外周流动。优选地，叶片从燃气轮机的主体向外延伸，由此第二气流被引导以在接近于第一气流的排气口处形成涡流。在一个优选实施方式中，叶片此外布置为将燃气轮机支撑并附接在装置内部。优选地，叶片支撑燃气轮机并且将燃气轮机附接到布置有燃气轮机的主气体通道的内壁。根据一个实施方式，燃气轮机包括管状主体，管状主体容纳转子，并且该管状主体布置为使第一气流和辅助气流分离。优选地，第一气流在管状主体内部流动，而辅助气流在管状主体外部流动。优选地，该装置通过管状主体末端使第一气流和辅助气流混合，使得其不再分离气流。优选地，管状主体成形为在转子之后在第一气流的流动方向上压缩第一气流。由此，第一气流的速度增大并且其压力升高。优选地，管状主体此外布置为使得辅助气流在允许第一气流和辅助气流之间的接触之前膨胀。优选地，管状主体的外部被进一步成形为影响辅助气流，以在来自管状主体的第一气流的排气口处形成子压力。根据一个实施方式，燃气轮机进一步包括定位在第一管状主体内部的第二管状主体，其中第二管状主体成形为将第一气流分为内部部分和外部部分。由此，简化了第一气流和辅助气流的混合，因为可以通过两个步骤执行该混合，由此子压力或涡流的形成也更容易实现。根据一个实施方式，该装置包括用于传导第一气流和第二气流的主气体通道，其中燃气轮机定位在主气体通道内部。通过在相同通道内传导两个流，简化了对于气流流动的控制，因为共用的体积是固定的。由此，可更容易地估计气流的浓度和它们的流动。这导致使用该装置可以实现较低的子压力。
根据一个实施方式，至少一个辅助气体通道布置为将至少一个辅助气流传送到主气体通道中，其中辅助气体通道在用于第一气流到燃气轮机中的开口之后的位置开口到主气体通道中。由此，避免了在用于第一气流到燃气轮机中的开口之前由于辅助流的进入引起压力增大，否则将形成对第一气流的阻碍并降低装置的效率。优选地，辅助气体通道此外在燃气轮机的延长部和/或环绕燃气轮机的管状主体内的位置开口到主气体通道中。在另一实施方式中，辅助气体通道在第一气流离开燃气轮机并进入主气体通道的排气口之前或之后Im之内的位置开口到主气体通道中。优选地，辅助气体通道敞开以将辅助气流吹送到在燃气轮机的管状主体的外表面和主气体通道的内表面之间形成的间隙中。根据一个实施方式，至少一个辅助气体通道布置为将辅助气流排出以使辅助气流沿盘旋形路径围绕并沿着第一气流的流动方向流动，从而有助于子压力的产生。优选地，至少一个辅助气体通道布置为将辅助气流排出以使辅助气流沿盘旋形路径围绕并沿着第一气流的流动方向流动，以有助于涡流的产生。通过将辅助气体通道布置为例如相对于主通道成某个角度地与主通道相连，可以容易地控制第二气流的开始流路。优选地，辅助通道布置为与润流中的切向气团(tangential gas package)的期望流路相对应地倾斜。优选地，该至少一个辅助气体通道布置为将辅助气流引导为沿着螺旋形路径、优选地绕燃气轮机并且沿着和/或在燃气轮机以外流动，用于形成盘旋运动和涡流。根据一个实施方式，该装置适于与来自气源的至少第一气流或者第二气流相连并接收该气流，所述气源包括来自建筑的至少一个通风排气装置。通风排气装置产生不同于风源的恒定且可预测的流动，由此提高了装置的可靠性。此外，可重新获得否则会被浪费掉的许多能量。在通风排气装置布置为提供意图进入燃气轮机的第一气流的情况中，使用辅助流动来降低燃气轮机之后的压力，使得可以将燃气轮机更紧密地连接到通风排气装置，或者可以与通风排气装置直接气密连接，而不会阻碍流动和造成排风扇更费力地工作。在通风排气装置被连接以提供辅助气流的情况中，确保了协助的辅助气流的存在。根据一个实施方式，建筑或者构造布置为通过积聚风形成气源，而且该装置包括至少一个风收集器，该至少一个风收集器适于收集来自积聚的风的气源的第一和/或辅助气流。通过使用风作为气源，除可能的大小以外，利用了几乎免费的能量供给，并且该能量供给既清洁又可再生。通过积聚风，将增强风的流动，从而可从风更有效地获得能量。积聚风可以通过布置大的表面，诸如建筑的侧表面，以使风流朝着装置的风收集器引导来实现。根据一个实施方式，风收集器包括阻流器，该阻流器适于布置在建筑的侧表面的一端处，并且被成形用于将风引导到第一和/或辅助气体通道。风通常积聚在表面边缘处，但是由于风与表面平行地流动，它的动量将使大部分风在绕边缘转向之前流过边缘某个距离。因此，通过在边缘处布置阻流器，该阻流器包括适于预期的风传播路径的曲面，可以将积聚的风朝着装置引导，并且增强其流动。优选地，阻流器形式的风收集器另外包括有开口，该开口将风流引导到装置中，或者引导到辅助气体通道中，或者引导到第一气体通道或燃气轮机中，或者引导到主气体通道中。根据另一实施方式，风收集器包括具有风口的风道，该风道的孔口布置为接近于建筑侧表面的端部用于收集并且捕获风。通过使得风进入风道，则一旦风进入通道，风不能逸出，由此风被积聚且被有效地收集。然后，风道可将风引导到第一气体通道、燃气轮机、辅助气体通道或者主通道中。优选地，风道设置在建筑或者构造中，其中在一个实施方式中，该装置适于与这种风收集器相连，而不是包括这种风收集器。然而，在系统设施的一个实施方式中，系统设施优选地包括隧道形式的风收集器和与风收集器相连的装置。此外，如果阻流器被设置成永久地附接到构造或者建筑上，则与先前的风收集器情况相同。根据一个实施方式，在撰写时该实施方式被认为是本发明的最佳方式，所述装置适于与来自建筑或者构造中的第一气源的第一气流相连并接收该第一气流，所述建筑或者构造包括第一通风排气装置，并且所述装置适于此外与两个辅助气源相连，其中一个辅助气源是至少一个第二通风排气装置，而另一辅助气源是至少一个风收集器，以接收至少一个辅助气流。因为第一气源是通风排气装置，所以该装置将接收几乎恒定的具有相当恒定的流速和压力的第一气流的供给。此外，该装置接收来自两个气源中的一个的辅助气流。因此，在刮风天气的情况中，辅助气流可源自于风并且提高了来自起源于第一通风排气装置的第一气流的能量提取。这是有利的，因为风很可能比来自通风装置的气流有力，且此外，风的动能可被提取而不用顾虑排风扇的工作负荷。但是，在无风的情况中，辅助气流可源自第二通风排气装置，因此该装置可继续运行并且从通风系统回收能量。由于辅助气流产生子压力，所以第一排风扇承受的工作负荷将不会使得装置获取的能量失去价值。此外，因为第二气流从装置排出而无其它燃气轮机从辅助气流取得能量，所以装置将同样地不会妨碍第二排风扇。优选地，装置此外包括选择器，该选择器布置为选择多个气流用气源中的一个。在本情况中，装置包括布置为选择第二通风排气装置或者风收集器用作第二气流的源的选择器。因此，可选择对于当前天气条件最为理想的气源。根据一个实施方式，燃气轮机的发电机被掩蔽物围绕并且定位在管状主体内部。优选地，掩蔽物成形为提供在空气动力学上低的摩擦，由此优选地设有光滑且圆化的表面。在一个实施方式中，掩蔽物沿着第一气流的流动方向变窄，从而导致沿其长度降低的气体压力，以有助于提供更低的压降。在另一实施方式中，掩蔽物可以是凸状的，并且优选地成形为影响第一气流以使第一气流跟随盘旋形路径，以引起与第二气流的更好混合。
现在，将参考附图以本发明的若干非限定性示例描述本发明。图1a示出了安装在建筑中的根据本发明的装置的系统设施。图1b示出了图1a中的装置的一个视图。图lc-d示出了根据本发明的一个示例的形成燃气轮机的一部分的管状主体的侧视图。图2a_b示出了根据本发明的另一示例的形成燃气轮机的一部分的管状主体的侧视图。图3a示出了用于与建筑相连的装置的系统设施的气源和风斗的一个示例。图3a示出了用于与建筑相连的装置的系统设施的气源和风斗的另一示例。
具体实施例方式在图1a中示出了一种系统设施1，其包括与构造相连安装的用于产生电力的装置3，所述构造在本示例中为建筑5的形式。系统设施包括多个适于产生气流的气源7a_d。气源7a-d在该示例中通过装置3和建筑5之间的协作形成。在另一示例中，气源可以替代地完全仅由建筑形成，或者完全仅由装置形成。在该示例中，该装置适于接收来自多个气源的至少一个第一气流9和一个或更多个辅助气流lla-c。装置包括燃气轮机13，燃气轮机13包括与发电机17相连的转子15，并且燃气轮机13布置为接收第一气流9以使第一气流9通过燃气轮机并且通过将第一气流的动能的一部分转换为电能而产生电力。燃气轮机可以是标准形式或非标准形式，但应选择为具有适当的大小和容量。根据本发明的一个方面，装置3布置为将至少一个辅助气流lla-c接收到装置中，并且装置3另外成形为影响第二气流lla-c以产生与第一气流9从燃气轮机的排气有关的子压力。由此，第一气流9在通过燃气轮机时经受较小的抵抗其流动的阻力，这可允许第一气流更大或更快地流动、增强发电机的转换效率和/或仅仅是减小气源7a在产生第一气流的流动时经受的阻力。下面的现象可形成子压力辅助气流lla-c可在通过第一气流的排气口时捕获一部分第一气流以使该部分第一气流跟随辅助流，由此形成子压力。但是，在该示例中，装置3成形为控制辅助气流lla-c的运动路径、体积和速度，由此还控制其压力，以形成用于第一气流的子压力。当辅助气流的速度增大时，气流的压力根据伯努利原理由于能量转换而同时减小。在该示例中，装置成形为影响至少一个辅助气流lla-c以产生与第一气流9从燃气轮机的排气19有关的涡流21。由此，涡流在排气口 19处引起低压，由此第一气流9可更易于排出并流过燃气轮机。在本示例中，涡流21产生为围绕第一气流从燃气轮机排出的排气口 19，其中排气口位于涡流的中央，并且涡流21以在总体上背离排气口 19的方向上以螺旋方式流动，从而有助于使第一气流流出燃气轮机。系统设施I和装置3包括主气体通道23，主气体通道23用于传导第一气流并且用于将燃气轮机13容纳在通道内部。主通道23布置为将第一气流的至少大部分传导向燃气轮机并传导到燃气轮机中。这增大了燃气轮机的效率，因为第一气流不易于经过转子15逸出。在本示例中，燃气轮机13成形为具有比主通道23的内径小的直径以装配在通道内部。在本示例中，装置成形为具有小的直径，以在燃气轮机的外壁和主通道23的内壁之间形成间隙25。由此，第一气流9的一小部分可经过燃气轮机外侧，而不经历经过转子产生的压降。在由于某些原因暂时不存在协助的辅助气流的情况中这是有利的，由此第一气流在无协助情况下将不必经过转子，而第一气流经过转子将导致高的压降以及抵抗产生第一气流的气源的工作。流动控制构件可布置为可能地取决于第二气流的可用性和强度来控制绕过燃气轮机的第一气流或其一部分的大小。该系统设施和装置进一步包括用于传导辅助气流的至少一个辅助气体通道27a_c。在本示例中，系统设施和装置包括三个辅助气体通道27a_c，但是可以设置任意适当数目的通道。辅助气体通道布置为从辅助气流的相应气源传导辅助气流并将其传导到主气体通道中。在本示例中，辅助气体通道27a_c在与燃气轮机齐平、但在燃气轮机的吸入口29之后的位置开口到主气体通道中。三个辅助通道的到主通道23中的排气口 31a-c绕主通道的圆周等间距地隔开。该三个辅助气体通道27a-c此外相对于主通道方向倾斜，使得它们的排气指向形成涡流21的切向流动分量的方向。因此，该三个辅助通道将在形成螺旋形涡流的方向上排出三个辅助气流，由此形成子压力。在本示例中，建筑5设有若干气源，在本示例中设有四个气源7a_d。第一气源7a和第二气源7b彼此类似并且在图1a中最佳地示出，第三气源7c在图1a中结合图3a最佳地示出，以及第四气源7d在图1a中结合图3b最佳地示出。在本示例中，第一气源7a产生第一气流9，第一气源7a包括通风排气装置33，通风排气装置33包括第一气体通道35和布置在第一通道内部的排风扇37。排风扇37布置为提供用于建筑的强制通风。第一气体通道37另外与主气体通道23相连用于将第一气流9传送到主气体通道以及传送到装置和燃气轮机中。由此，第一通道在到燃气轮机的吸入口29之前的位置处被连接到主气体通道23的起点。第二气源7b包括类似布置的通风排气装置39，但是在本示例中布置为产生辅助气流lib。第二气源7b由此与辅助气体通道27b相连用于将气流进一步传送到位于通向燃气轮机的吸入口 29之后的装置和主通道。系统设施的第三气源7c和第四气源7d的共同点在于它们部分地由布置为积聚风的建筑5形成。在本示例中，建筑通过建筑的侧表面41a、41b积聚风,强制风跟随表面的延伸，从而集中风流。在建造新的构造或者建筑的情况中，通过使侧表面倾斜以在期望方向上引导风，或者通过形成诸如凸状侧表面等弯曲侧表面来捕获风，侧表面可适于形成气源。在本示例中，侧表面41a、41b强制风沿着建筑向上以在建筑顶部聚集。在图3a中，装置包括风收集器43a，风收集器43a包括用于收集积聚的风的风道43a，其另外在图1a中示出在建筑的左手侧。风道43a包括风口 45，风口 45布置为其孔口接近于建筑的侧表面41a的上端。因此风口 45接收来自建筑的近乎整个侧表面的积聚的风，并将风引导到风道43a，风道43a又与辅助气体通道27a相连从而将风进一步引导到主气体通道。在图3b中，装置包括风收集器43b，风收集器43b包括用于收集积聚的风的曲线轮廓43b，其另外在图1a中示出在建筑的右手侧。曲线轮廓布置在建筑的侧表面41b的上端，并且成形为用于将积聚的风引导到辅助气体通道27b的入口。由于积聚的风沿着建筑5的表面流动，所以风的动量迫使积聚的风在转向以采取总体上的主要风向之前从建筑边缘延伸某个距离。在本示例中，曲面43b因此适于跟随积聚的风的自然路径，积聚的风的自然路径将在不存在轮廓的情况下被跟随。曲线轮廓由此收集积聚的风并将其引导向辅助通道27b的入口，并进一步引导到主通道23。该曲线轮廓有利地用在已有的未设有风道的建筑或构造上，以避免改建费用。风收集器的又一替代例是形成如下的风道(未示出)其仅布置在建筑顶部，具有面向外的入口开口，并被连接到辅助通道。优选地，风道定位成与曲线轮廓的高度相类似地从建筑的屋顶稍微升起，以收集积聚的风的大部分。燃气轮机13包括与用于产生电力的发电机17相连的转子15。转子15被收纳在管状主体47的内部，其中管状主体47由此包括内中空部49用于将第一气流9传导通过燃气轮机。管状主体47进一步成形为允许辅助气流经过管状主体外侧。管状主体由此布置为将第一气流和辅助气流彼此分离。管状主体47此外包括用于允许第一气流进入中空部的第一吸入口 29和用于将第一气流从中空部排出的第二排气口 19。转子15定位在管状主体的前端并且与吸入口 29相距短的距离，在本示例中定位在距管状主体的前端至多20%内。管状主体包括如下的薄壁51 :使得在管状主体的末端，第一气流和第二气流之间的距离是短的以允许两个气流在燃气轮机之后容易混合。第一气流和辅助气流的混合有助于在管状主体的排气口之后形成子压力和涡流。发电机17在本不例中由具有外表面的掩蔽物遮盖和围绕,所述外表面形成为对第一气流提供空气动力学上的低摩擦。掩蔽物的外表面在本示例中沿着第一气流的流动方向以凹形形状平滑变窄。转子扇15的叶片此外被空气动力学地成形，并且在本示例中适于接收以略螺旋方式移动进入到燃气轮机中的第一气流。由于第一气流通过扇37产生,所以第一气流9将不可避免地具有略螺旋运动，考虑到该运动，通过使燃气轮机的叶片倾斜，增强了燃气轮机13的效率。管状主体47设有内表面53，内表面53限定内中空部49的形状。在本示例中，内表面是凸状的以便减小中空部的沿着第一气流运动方向的直径。因此，第一气流在通过转子之后且在从管状主体和燃气轮机排出之前将被压缩。此外管状主体形成外表面55，外表面55限定燃气轮机的形状。外表面55成形为有助于影响第二气流以形成所述子压力和涡流。在这方面，外表面具有从其前部朝向主体的末端减小的直径，以允许第二气流膨胀。外表面55此外成形为在主气体通道23的内壁和外表面55之间形成间隙25,用于允许第二气流lla-c通过，并且在可能的情况下允许第一气流9或者第一气流的一部分通过。在本示例中,装置包括流动引导元件57,流动引导元件57为附接在管状主体47的外表面上的三个叶片的形式，并且布置为引导辅助气流的至少一部分以形成子压力，或者在本示例中，形成涡流。叶片57是凸状的并且倾斜成将辅助气流lla-c引导成进行相对于第一气流流动方向的螺旋运动，并且第一气流9位于螺旋的中央，由此产生涡流21。叶片57由此布置为将辅助气流引导成相对于排出的第一气流的流动方向倾斜地流动，以有助于涡流的产生。叶片57由薄板形成，诸如金属板，但也可由能够形成抗变形薄板的塑料或任意其它材料形成。流动引导元件57此外布置为将装置内部的燃气轮机支撑并且附接到主通道23的内表面。因此，不需要附加的支撑，否则该附加的支撑可能导致增加的压降。在另一示例中，管状主体可以设有其它类型的流动引导元件，用于控制辅助气流的运动或者流动，诸如凹槽、倾斜表面、凸起部、叶片等等，或其任意组合。流动引导元件此外可布置为引起辅助气流和/或第一气流中的紊流，以允许两个气流彼此之间的更好混合。装置进一步设有气源选择器59，气源选择器59适于选择若干气源中的一个用于具体的气流。因此，可以控制具体的气流源自哪个气源。由此取决于主要风向，可选择位于建筑的风一侧的气源。在本示例中，气源选择器59布置为选择通风排气装置形式的第二气源7b或者包括曲线轮廓的风收集器43b形式的第四气源7d作为用于辅助气流Ilb的气源。自然地，装置可包含任意数量的气源选择器59，并且可以布置为自由地选择任意一个气源来向第一和/或辅助气体通道以及第一和/或辅助气流中的任意一方提供气流。在图2a_b中，示出了装置的第二示例，其包括适于定位在主通道23内部的燃气轮机。图2a-b中的燃气轮机组件在功能上类似于图lc-d中所示的燃气轮机13，并且可以代替图la-b中所示的系统设施I和装置3中的这些部分。因此，图2a_b中的同样部分被赋予与图la_d中的对应部分相同的附图标记。图2a_b中的装置由此包括燃气轮机13和布置在燃气轮机13周围的第一管状主体47，燃气轮机13包括扇、转子和用于发电的发电机。图2a-b中的装置进一步包括附加的第二管状主体48，第二管状主体48布置在第一管状主体47的中空部内。第二管状主体48成形为将第一气流分离为内部部分63和外部部分65。第二管状主体48由此成形为容许第一气流的一部分63流到管状主体48内部，而第一气流的第二部分65流到形成在第二管状主体48的外表面和第一管状主体47的内表面之间的间隙中。因此,第一气流的一部分在流过第一管状主体47外侧的同时可以被用来提供与来自第二气源的第二气流的更好混合，其方式和优点与关于图la-b中所述的几乎相同。装置进一步布置为影响第二气流以使第二气流绕燃气轮机并且在燃气轮机之后以盘旋或者螺旋形路径流动。在本示例中，第一管状主体47的外表面设有流动引导元件，该流动引导元件布置为影响第二气流以使第二气流采取盘旋或者螺旋形流路。在本示例中，流动引导元件包括在第二气流被引导到的第一管状主体47的外表面上形成螺旋图案的凹槽。包括有凹槽的该流动引导元件当然也能够设置在图la-b中的管状主体47上，并且图la-b中的叶片可以设置在图2a-b中的管状主体的表面上，并且第三，也可以提供叶片和凹槽的组合。最后，外表面也可以平滑地成形，而根本没有任何的流动引导元件。装置进一步包括布置在第二管状主体48内部并且布置为围绕燃气轮机的发电机的掩蔽物61。在本不例中，掩蔽物61是凸状的，由此适于略压缩第一气流的内部部分63。装置进一步布置为影响第一气流的内部部分63以使内部部分63在位于掩蔽物61和内部筒形构件48之间的空间内以盘旋或者螺旋形路径流动。在本示例中，内部管状主体61和/或第二管状主体48可设有流动引导元件，该流动引导元件布置为影响第一气流的第二部分以使第二部分采取螺旋形流路，由此内部管状主体也有助于涡流的形成。这可以通过在掩蔽物61和第二管状主体48之间的空间中形成倾斜叶片和/或通过在掩蔽物61的外表面上和/或在第二管状主体48的内表面上形成以盘旋图案延伸的凹槽来实现。由此产生的紊流可导致低气压和/或气流在离开燃气轮机之后的更好混合。本发明不局限于示出的实施方式，而是可以在所附权利要求书的框架内随意变化。具体地，示出的示例已被选择为允许清楚地例证本发明的构思和原则，本领域技术人员据此可以形成对于局部环境和条件更优化和适合的实际装置或系统设施。
权利要求
1.一种用于产生电力的装置，其中所述装置(3)适于与设有至少一个第一气源(7a, 7b, 7c, 7d)的建筑或者构造相连地安装，所述至少一个第一气源(7a，7b, 7c, 7d)适于提供至少一个第一气流，其中所述装置包括燃气轮机(13)，所述燃气轮机(13)适于接收来自所述至少一个第一气源的所述至少一个第一气流(9)的至少一部分并且将所述气流的动能的至少一部分转换成为电力，其特征在于，所述装置另外布置成接收至少一个第二气流(11a, lib, lie)并且成形为影响所述第二气流以产生与从所述燃气轮机排出所述第一气流相关的子压力。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置成形为影响所述至少一个第二气流(11a，lib, lie)以产生与从所述燃气轮机排出所述第一气流相关的涡流(21)。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述装置包括至少一个流动引导元件(57)，所述至少一个流动引导元件(57)布置成将所述第二气流的至少一部分引导成沿螺旋形路径绕排出的第一气流流动，以有助于所述涡流的产生。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其特征在于，所述燃气轮机包括管状主体(47)，所述管状主体(47)容纳转子并且布置为使所述第一气流和所述第二气流分离，其中所述管状主体(47)成形为在所述第一气流的流动方向上在所述转子之后使所述第一气流压缩并且在允许所述第一气流和所述第二气流之间的接触之前使所述第二气流膨胀。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述燃气轮机包括定位在所述第一管状主体内部的第二管状主体(48)，其中所述第二管状主体成形为将所述第一气流分为内部部分(63)和外部部分(65)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置包括用于传导所述第一气流和所述第二气流的主气体通道(23)，其中所述燃气轮机定位在所述主气体通道内部。
7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，至少一个辅助气体通道(27a，27b,27c)布置为将所述至少一个第二气流传送到所述主气体通道中，其中所述辅助气体通道在用于所述第一气流到所述燃气轮机的开口之后的位置开口到所述主气体通道。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其特征在于，至少一个辅助气体通道(27a, 27b, 27c)布置为将所述第二气流排出以使所述第二气流沿着盘旋形路径围绕并且沿着所述第一气流的流动方向流动，以有助于所述子压力的产生。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置适于与来自气源(7a, 7b)的至少所述第一气流或者所述第二气流相连并接收至少所述第一气流或者所述第二气流，所述气源(7a，7b)包括所述建筑的至少一个通风排气装置。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的装置，其特征在于，所述建筑或者构造布置为通过积聚风形成气源(7c，7d)，而且所述装置包括至少一个风收集器(43a，43b)，所述至少一个风收集器适于收集来自积聚的风的气源的所述第一气流和/或所述第二气流。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述风收集器包括阻流器(43b)，所述阻流器(43b )适于布置在所述建筑的侧表面的一端处并且被成形为用于将风引导到所述第一气体通道和/或所述辅助气体通道。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述风收集器包括具有风口的风道(43a)，所述风道布置为使得其孔口接近于所述建筑的侧表面的端部用于收集和获取风。
13.根据权利要求9和权利要求10至12中任一项所述的装置，其特征在于，所述装置适于与来自所述建筑或者构造中的第一气源(7a)的所述第一气流相连并接收所述第一气流，所述第一气源包括第一通风排气装置，并且所述装置适于进一步与至少一个第二通风排气装置(7b)和至少一个风收集器(43a，43b)相连用于接收所述至少一个第二气流(11a, lib, lie)。
14.一种用于产生电力的系统设施，其中所述系统设施包括建筑或者构造，所述建筑或者构造包括至少一个第一气源(7a，7b, 7c, 7d)，所述至少一个第一气源布置为提供至少一个第一气流(9)，并且所述系统设施布置为将所述第一气流的动能的至少一部分转换成为电力，其特征在于，所述系统设施包括与所述建筑或者构造相连地安装的根据权利要求1至13中任一项所述的装置。
15.一种用于利用根据权利要求1至13中任一项所述的装置从至少一个第一气流产生电力的方法，所述方法包括 -接收来自与建筑或者构造相连地形成的至少一个第一气源的至少一个第一气流并将所述至少一个第一气流给送到燃气轮机， -利用所述装置中的所述燃气轮机将所述至少一个第一气流的动能的至少一部分转换成为电力，以及 -接收并影响至少一个辅助气流以形成与从所述燃气轮机排出所述第一气流相关的子压力。
全文摘要
本发明涉及用于产生电力的装置，其中所述装置(3)适于与设有至少一个第一气源(7a,7b,7c,7d)的建筑或者构造相连地安装，所述至少一个第一气源(7a,7b,7c,7d)适于提供至少一个第一气流，其中所述装置包括燃气轮机(13)，所述燃气轮机(13)适于接收来自至少一个第一气源的至少一个第一气流(9)的至少一部分并且将气流的动能的至少一部分转换成为电力。本发明还涉及包括这种装置的系统设施和用这种装置将风转换成为电力的方法。
文档编号F03D9/00GK103003566SQ201180035579
公开日2013年3月27日 申请日期2011年6月17日 优先权日2010年6月18日
发明者戴维·塔滋 申请人:戴维·塔滋