本发明涉及一种用于将在自然发生的、积聚在地面上方的流体中产生的水平流动内所含有的动能转变为可利用的机械能方法，其中，设置至少一个以闭合环绕运行的、基本上水平地设置在地面上方的环绕件(1)，在至少两个彼此基本上对置的位置上，将一些长度可调的系索(6、7)和/或系链固定在环绕件上，这些系索和/或系链带有设置在其自由端上的、分别具有一个流动作用横截面的浮游体(8)。为了获得能量，按第一种方案，一个固定在环绕件的一个沿环绕件(1)的环绕方向看顺水平流动方向的区段(2)上的系索(7)和/或一个这样的系链，其长度调整为比固定在环绕件(1)的一个沿环绕件(1)的环绕方向看逆水平流动方向的区段(3)上的一个这样的系索(6)和/或一个这样系链具有更大的长度。在这里，在环绕件(1)的返向点(4、5)的区域内，在此区域内沿环绕件(4)的环绕方向看，环绕件(4)的径迹相对于水平流动逆转，必须将系索(6、7)的长度这样调整，以致所述系索的长度重新满足所列的条件。与之不同，按第二种方案，可以这样改变浮游体(8)的各自的作用横截面，以致沿水平流动方向运动的浮游体(8)的作用横截面大于沿相反方向运动的浮游体(8)的作用横截面。
1.一种用于将在自然发生的、积聚在地面上方的流体中产生的水平流动内所含有的动能转变为可利用的机械能的方法，其中，设置至少一个以闭合环绕运行的、基本上水平地设置在地面上方的环绕件(1)，在至少两个彼此基本上对置的位置上，将一些长度可调的系索(6、7)和/或系链固定在环绕件上，这些系索和/或系链带有设置在其自由端上的、分别具有一个流动作用横截面的浮游体(8)，其中，a)一个固定在环绕件的一个沿环绕件(1)的环绕方向看顺水平流动方向的区段(2)上的系索(7)和/或一个这样的系链，其长度调整为比固定在环绕件(1)的一个沿环绕件(1)的环绕方向看逆水平流动方向的区段(3)上的一个这样的系索(6)和/或一个这样的系链具有更大的长度，以及b)在环绕件(1)的返向点(4、5)的区域内，在此区域内沿环绕件(1)的环绕方向看，环绕件(1)的径迹相对于水平流动逆转，将系索(6、7)的长度这样调整，以致所述系索的长度重新满足a)项所列的条件。
2.按照权利要求1所述的方法，其特征为，这样改变浮游体(8)的各自的作用横截面，以致沿水平流动方向运动的浮游体(8)的作用横截面大于沿相反方向运动的浮游体(8)的作用横截面。
3.一种用于将在自然发生的、积聚在地面上方的流体中产生的水平流动内所含有的动能转变为可利用的机械能的方法，其中，设置至少一个以闭合环绕运行的、基本上水平地设置在地面上方的环绕件(1)，在至少两个彼此基本上对置的位置上，将一些系索(6、7)和/或系链固定在环绕件上，这些系索和/或系链带有设置在其自由端上的、分别具有一个流动作用横截面的浮游体(8)，其中，这样改变浮游体(8)的各自的作用横截面，以致沿水平流动方向运动的浮游体(8)的作用横截面大于沿相反方向运动的浮游体(8)的作用横截面。
4.按照权利要求3所述的方法，其特征为，系索(6、7)和/或系链在长度上是可调的；
a)一个固定在环绕件的一个沿环绕件(1)的环绕方向看顺水平流动方向的区段(2)上的系索(7)和/或一个这样的系链，其长度调整为比固定在环绕件(1)的一个沿环绕件(1)的环绕方向看逆水平流动方向的区段(3)上的一个这样的系索(6)和/或一个这样的系链具有更大的长度，以及b)在环绕件(1)的返向点(4、5)的区域内，在此区域内沿环绕件(1)的环绕方向看，环绕件(1)的径迹相对于水平流动逆转，将系索(6、7)的长度这样调整，以致所述系索的长度重新满足a)项所列的条件。
5.按照前列诸权利要求之一所述的方法，其特征为，环绕件(1)这样设计，以致其沿水平流动方向或逆水平流动方向延伸的区段(2、3)比横向于水平流动方向的区段长得多。
6.一种用于实施按照权利要求1或2所述方法的系统，包括至少一个以闭合环绕运行的、基本上水平地设置在地面上方的环绕件(1)；至少两个在彼此基本上对置的位置上设置在环绕件(1)上的、其长度可调的系索(6、7)和/或系链，在这些系索和/或系链的自由端上分别设置一个具有水平流动作用横截面的浮游体(8)；和一些用于调整系索(6、7)和/或系链的长度的装置。
7.按照权利要求6所述的系统，其特征为，浮游体(8)设计为其作用横截面是可变的。
8.按照权利要求6或7所述的系统，其特征为，环绕件(1)按细长形式运行，其中，环绕件(1)的较长的区段(2、3)基本上平行于水平流动的流向定向，而位于返向点(4、5)的横向于水平流动流向的区段则保持较短。
9.一种用于实施按照权利要求3或4所述方法的系统，包括至少一个以闭合环绕运行的、基本上水平地设置在地面上方的环绕件(1)；至少两个在彼此基本上对置的位置上的设置在环绕件(1)上的系索(6、7)和/或系链，在这些系索和/或系链的自由端上分别设置一个具有水平流动作用横截面的浮游体(8)，其中，浮游体(8)设计为其作用横截面是可变的。
10.按照权利要求9所述的系统，其特征为，系索(6、7)或系链在长度上是可调的；并且，系统具有一些用于调整系索(6、7)和/或系链的长度的装置。
11.按照权利要求9或10所述的系统，其特征为，环绕件(1)按细长形式运行，其中，环绕件(1)的较长的区段(2、3)基本上平行于水平流动的流向定向，而位于返向点(4、5)的横向于水平流动流向的区段则保持较短。
12.一种按照权利要求6至11之一所述系统的应用，用于运输货物和/或人员。
13.一种按照权利要求6至11之一所述系统的应用，用于将通过环绕件的运动获得的机械能转换为电能。
风力发电机
技术领域
[0001] 本发明涉及一种方法和一种系统，用于将在自然发生的、积聚在地面上方的流体中产生的水平流动内所含有的动能转变为可利用的机械能。
[0002] 背景技术
[0003] 在地球上几乎到处在生来就存在的流体(在地面上方包含在大气中的空气，聚集在水域内的淡水或海水)中存在着自然发生的水平流动。在本发明的范围内，水平流动理解这样一种流动，它们至少有一个水平分量。作为这种流动的一些例子，例如在不同大气层内的风或在水域内的海水流或另一些流动。原则上这些流动储存有大量的能量，人们力求更多利用它们并且已经从事了各种转换。例如这种流动在技术上已经实现的利用是潮汐发电站，它们充分利用涨潮时涌起或退潮时流走的水体的流动，以便通过水轮机和装在那里的发电机发电，或是风力发电设备，它们首先通过借助地面上方刮过的风驱动的转子，将风能转换为机械能，并通过与之连接的发电机转换为电能。
[0004] 开发利用在这些流动中存在的能量，与从矿物燃料或通过利用核子过程获得能量相比，它们对环境友好得多。
[0005] 发明内容
[0006] 因此通过本发明应提供一种新的方法，用于开发利用在流动的流体内所含有的能量。此外应提供一种系统，借助它可以转化这种方法。
[0007] 按本发明，为达到在方法技术方面的目的，提供一种用于将在自然发生的、积聚在地面上方的流体中产生的水平流动内所含有的动能转变为可利用的机械能的方法，其中，设置至少一个以闭合环绕运行的、基本上水平地设置在地面上方的环绕件，在至少两个彼此基本上对置的位置上，将一些长度可调的系索和/或系链固定在环绕件上，这些系索和/ 或系链带有设置在其自由端上的、分别具有一个流动作用横截面的浮游体，其中，a)一个固定在环绕件的一个沿环绕件的环绕方向看顺水平流动方向的区段上的系索和/或一个这样的系链，其长度调整为比固定在环绕件的一个沿环绕件的环绕方向看逆水平流动方向的区段上的一个这样的系索和/或一个这样的系链具有更大的长度，以及b)在环绕件的返向点的区域内，在此区域内沿环绕件的环绕方向看，环绕件的径迹相对于水平流动逆转，将系索的长度这样调整，以致所述系索的长度重新满足a)项所列的条件。或按另一种方案，提供一种用于将在自然发生的、积聚在地面上方的流体中产生的水平流动内所含有的动能转变为可利用的机械能的方法，其中，设置至少一个以闭合环绕运行的、基本上水平地设置在地面上方的环绕件，在至少两个彼此基本上对置的位置上，将一些系索和/或系链固定在环绕件上，这些系索和/或系链带有设置在其自由端上的、分别具有一个流动作用横截面的浮游体，其中，这样改变浮游体的各自的作用横截面，以致沿水平流动方向运动的浮游体的作用横截面大于沿相反方向运动的浮游体的作用横截面。为达到在系统方面的目的，提供一种用于实施本发明所述方法的系统，包括至少一个以闭合环绕运行的、基本上水平地设置在地面上方的环绕件；至少两个在彼此基本上对置的位置上设置在环绕件上的、其长度可调的系索和/或系链，在这些系索和/或系链的自由端上分别设置一个具有水平流动作用横截面的浮游体；和一些用于调整系索和/或系链的长度的装置。或者提供一种用于实施本发明所述方法的系统，包括至少一个以闭合环绕运行的、基本上水平地设置在地面上方的环绕件；至少两个在彼此基本上对置的位置上的设置在环绕件上的系索和/或系链，在这些系索和/或系链的自由端上分别设置一个具有水平流动作用横截面的浮游体，其中，浮游体设计为其作用横截面是可变的。最后，根据本发明，还提供一种按照本发明所述系统的应用，用于运输货物和/或人员。或者提供一种按照本发明所述系统的应用，用于将通过环绕件的运动获得的机械能转换为电能。
[0008] 作为所述方法和系统的基础的基本认识在于，在地面上方出现的水平流动基于与静止地面的摩擦，在接近地面处的速度趋于零，随着离地 面距离的增加流速越来越大。这一原理既适用于空气流，例如在地表面上方远的区域上基本上吹动的方向不变的大陆风，也适用于水中的流动，例如海水流动。
[0009] 本发明第一个方面这样利用这一基本原理：将通过系索或系链固定在环绕件上的在流动中运动的浮游体相对于地面调整到不同的高度。在浮游体应随流动一起运动的地方，按长度调整系索或系链，由此使浮游体处于流动的一个在地面上方高高的区域内，在此区域内的流速比靠近地面的区域内的流速大。相比之下，在系统中必须逆流运动的浮游体(必须由至少另一个浮游体牵引)通过一个相应较短的系索或一个这样的系链被引到流体流速较小的近地面处。通过这种作用在浮游体上的流速差，得到一个合成的流速，它沿环绕方向驱动由环绕件和浮游体组成的系统，继而供给该系统可用的机械能。对此，重要的前提条件是，系索或系链比设置在其自由端上的浮游体具有小得多的作用横截面。 [0010] 若现在浮游体到达环绕件的返向点(这些是在系统中“变换方向”的那些点，亦即在这里环绕件横向于流动方向运行，然后重新平行于流动沿相反方向延伸)，则系索或系链的长度必须相应地调整，以便现在将原先逆流动方向运行而目前沿流动方向被一起拖动的浮游体释放到比原先沿流动方向运行而从现在起被逆流动方向牵引的浮游体离地面更远的高度位置。
[0011] 若浮游体设有可变的作用横截面，则导致进一步提高按本发明的方法或系统的效率。例如，浮游体可以具有按“帆”或“牵引伞”类型的附加面积，它们在浮游体借助水平流动运动时使用，或浮游体可以设计为其横截面在总体上是可变的结构。 [0012] 在另一个方面，原则上也可以只利用如上面所介绍的那样改变作用横截面，以便使环绕件与在其上设置在优选相同的、至少保持相同长度的系索或系链上的浮游体一起处于一种环绕运动状态，并由此可由水平流动变换能量。
[0013] 当然，在将上述这两项措施亦即调整系索(系链)的长度并调整作用横截面组合的情况下，可以得到最高的效率。
[0014] 为了在环绕件尽可能长的区段上能够将包含在流动中的能量转换为可用的机械能，有利的是，环绕件这样设计，以致其沿水平流动方向或逆水平流动方向延伸的区段比横向于水平流动方向的区段长得多。以此方式可以在较长的、基本上平行于水平流动方向延伸的区段中转换能量，沿返向点延伸的为了使系统返向而在其中必须消耗能量的地段相应地要短。
[0015] 作为浮游体涉及在流动的流体中有正浮力的所有物体。在空气的情况下，这例如可以是飞船、气球之类。对于在流水中的使用，可涉及充注气体或空气的球或浮标。 [0016] 按本发明的方法或按本发明的系统，更准确地说可借助本发明或本系统开发利用的机械能可以有多种应用。例如可以将按本发明的系统用于运输货物和/或人员。这尤其可以在将大气中存在的风用作水平流动时实施。因此在这里可例如使用飞船作为浮游体，当它们能承载装有货物的容器或载人的吊舱时，它们应足够大并适用于载重。此类按本发明系统的应用允许至少沿一个基本上与该运输区域内存在的主风向相同或相反定向的方向运输货物和/或人员。例如在北欧，由于在这里主要存在西风，所以可以沿一个基本上东-西向延伸的运输方向进行运输。
[0017] 为了在较长的距离上进行运输，有利的应是，这种运输系统并不是通过单个大型的按本发明的系统实现，而是按一种链条方式通过互相连接多个按本发明的系统。在这里可以针对具体的技术设计例如可假借已知的索道技术，在此技术中已经实现了将索道吊舱从一个缆索环路转移到另一个缆索环路的解决方案。因此可以以类似的方式，例如使系索或系链与固定在其上的浮游体一起从一个环绕件转移到另一个环绕件上，在那里，它们如在已知的索道系统中那样，从一个系统脱开并勾搭到下一个系统中。
[0018] 按本发明的系统或一种这样的方法的另一种应用可能性在于获取电 能。为此只须将通过环绕件连续环绕引起的机械能例如借助相应的齿轮连接装置截取，为的是将所述能量按已知的方式驱动发电机，以及将机械能转换为电能。在这里原则上建议，通过环绕件环绕获得的机械能仅在需要电能时才转换为电能。在电能需求低的时间内(例如夜晚)，从能量平衡的观点出发有利的是，将这种机械能转换为另一种类型的机械能，因为在这种情况下产生较低的损失。例如可利用通过环绕件环绕获得的机械能，将水或一种其他的液体泵入到处于高位的库内，如此获得的势能在对电能有高需求的时候以已知的方式通过将泵到高位的水下泄可以借助水轮机并驱动相应的发电机重新转换为电能。 附图说明
[0019] 由下面借助附图对一个实施例的说明中给出本发明的其他优点和特征。其中： [0020] 图1表示风速与地面上方高度的函数关系的示意曲线图；
[0021] 图2按本发明的系统的示意图；
[0022] 图3按本发明的系统用于运输货物的示意图；
[0023] 图4浮游体一种可能的扩展的示意图，涉及一种横截面加大的驱动帆；以及 [0024] 图5 浮游体的作用横截面的动态改变的另一种可能性的示意图。 具体实施方式
[0025] 在这些图中示意表示了按本发明的方法或按本发明的系统的一种可能的实施例和各种从属方案。
[0026] 在图1中，首先借助风示意示出了风速是如何随离地(地面)的距离亦即随高度而增加的。作为举例的浮游体在这里是处于不同高度级的飞船，用于说明它们经受不同的风速。
[0027] 为了将在风(气流)中所含有的动能转换为可用的机械能，本发明利用了由图1得出的原理。图2示意表示了按本发明的用于这种能量转换的系统。该系统作为主要的组成部分包括一个沿闭合环绕运行的环绕件1。所述环绕件可以例如是一条环绕的、封闭的绳索或一条这样的链。 如图中所示，环绕件1以长得多的区段2和3平行于或反向于图中用箭头表示的风向延伸。环绕件1的短得多的区段4和5横向于风向延伸并构成返向点。 [0028] 在彼此基本上对置的位置上，将一些系索6和7固定在环绕件1上，在其自由端上分别固定一个形式上为飞船8的浮游体。系索6、7的长度是可调的，继而飞船8离环绕件1的距离是可调的。环绕件1优选直接安置在地上，亦即地面上，使得系索6或7的长度确定了飞船8离地面的距离。
[0029] 系索6、7与设置在环绕件4上的一些可以改变系索6、7长度的装置连接。这种装置可例如是卷扬机之类。
[0030] 如图可以看出的那样，一艘沿风的方向飞行的飞船8固定在系索7上，它调整为具有比系索6更长的长度，系索6带着逆风的方向飞行的飞船8。与图1对比可以看出，通过所述的调整，固定在系索7上的飞船8比固定在较短的系索6上的飞船8遭遇更大的风速。因此作用在固定于较长的系索7上的飞船8上的力比作用在处于较短的系索6上的飞船8上的力大。因此，整个系统包括环绕件1在内被置于沿顺时针的旋转方向的运动中，并且这样地从风的流动能转换成机械能。
[0031] 现在飞船8到达环绕件1的返向点4和5处，因此在返向点4加长系索6，在返向点5缩短系索7。通过在环绕件1内由于其运动所积蓄的动能，牵引飞船8被拉过返向点4或5，并且可以按上面描述的方式重新推进环绕件1。
[0032] 在图3中示出了按本发明系统的一种方案，其中，处于较大高度借风飞行的飞船8安装在较长的系索7上并附加一个牵引伞9，为的是增大迎风的作用横截面，继而更多地利用风流中存在的能量。牵引伞9在返向点5收回，当飞船8到达返向点4时重新被使用。在该图中再次用箭头表示环绕件1的环绕方向。同样，在此图中表示了按本发明的系统一种可能的应用，亦即用于运输有效荷载10。所述有效荷载可以例如是载货的容器，但也可以是载人的吊舱，或是一种混合的货物和人员运输装置。
[0033] 在图4和5中示意示出了在例如形式上为飞船8的浮游体中用于改变作用横截面的另一些可能性。图4还示出了一种可能性，它涉及一种沿行驶方向设置在飞船8的前顶部上的罩状风帆11的应用。它有利地这样设计，以致当处于顺风状态下它通过所作用的风展开，此时通过漏斗状或磨菇状的几何形状给风提供大得多的作用横截面。在逆风时，风帆自动收拢，从而使飞船总体上造成一个较小的迎风的作用横截面。
[0034] 在图5示意示出了改变作用横截面的另一种可能性。通过改变飞船8的纵向尺寸，在恰当设计结构的情况下可以同时达到改变横截面的目的。当飞船8在长度上拉伸，则减小横截面，继而减小作用横截面，若飞船沿其纵向压缩，则作用横截面气球状展开，从而可以更好地聚集作用的气流。
[0035] 如图3中表示的那样，在这里示意示出的按本发明的系统，或借助该系统从一种流动(在这里是气流)转换的机械能可用于运输货物，但同样也可以考虑并作为本发明的一个方面的是，通过用获得的机械能例如推动发电机之类，而将这种能量进一步转换为电能。例如可以以此方式建造风力设备，与已知的始终在地面附近建造的风力转子不同，它们与地面附近存在的风速没有关系。用于本发明的系统在大气中的典型的运行高度，可以高达2000至3000米的范围，从而例如一个固定在较长的系索7上的飞船或另一种浮游体在这一高度上盘旋，一个固定在较短的系索6上的逆风旅行的浮游体在几百米的高度上盘旋。在这样的高度上几乎始终存在可利用的风速，所以这种发电厂几乎可以持续不断地可靠工作。
[0036] 附图标记一览表
[0037] 1 环绕件
[0038] 2 区段
[0039] 3 区段
[0040] 4 返向点
[0041] 5 返向点
[0042] 6 系索
[0043] 7 系索
[0044] 8 飞船
[0045] 9 牵引伞
[0046] 10 有效荷载
[0047] 11 风帆
