CN101008372A - 风洞汇聚型动力发电机 - Google Patents

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詹嘉维
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Abstract

一种风洞汇聚型动力发电机，其包括外罩、涡轮转子、泄气阀及尾翼；该外罩呈现渐缩而后渐扩的外观，而该涡轮转子则设置于该外罩的内部，该泄气阀设于该外罩的壁上，而该尾翼则设于外罩表面；通过该外罩的加速、该涡轮转子提高效率及该泄气阀降低压力，即可使该风洞汇聚型动力发电机具有宽操作区间、低占用空间及重量、低噪音及高效率的效果。

Description

风洞汇聚型动力发电机
技术领域
本发明涉及一种风洞汇聚型动力发电机，尤其涉及一种体积小且效率高的风洞汇聚型动力发电机。
背景技术
由于世界石油产量减少及温室效应越趋严重，世界各国致力于开发无污染能源，因而风力发电与太阳能发电便成为热门的对象。
公知的风力发电机1(如图1)，其包括发电机本体11、风车12、尾翼13及固定架14；固定架14以一轴承(图略)连接发电机本体11，而发电机本体11以另一轴承连接风车12，而风车12上设置多个叶片121，且所述叶片121与连接风车12的转轴轴心线均具有固定的锐角夹角，尾翼13设置于发电机本体11的壳体111远离风车12的一端。当风冲击叶片121带动风车12转动使发电机本体11发电时，倘若风车12不是正对迎风面，此时尾翼13可利用风向带动使得风车12转向为正对迎风面以达到较佳的发电效率。
然而，风力发电机1为了增加发电功率，通常通过增加叶片121的面积达到以相对小的风速产生相对大的能量的效果，通常通过增加叶片121的长度来达到增加面积的目的，从而使得该风力发电机1必须在较大空间的地方才适合使用，而且较长的叶片121也使得该风力发电机具有较重的重量。而且，为了避免风力发电机1因风速过高而损坏，会设定一停机风速，因而无法使用较高风速的风来发电。另外，由于尾翼13通过风向而被动地控制风力发电机1的方向，因此有时候无法准确无误地正对迎风面，甚至风向与风力发电机1的风车12所正对的方向为0度、90度或270度时，可能导致尾翼13无法发挥控制风力发电机1转向的效果。
鉴于公知的风力发电机需占用较大空间、无法利用较高风速的风及尾翼可能无法发挥控制风力发电机转向的效果，因此提出可有效改善上述问题的本发明。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种风洞汇聚型动力发电机，其以较低的启动风速及较高的操作区间而能具有较高的发电效率。
为了达到上述的目的，本发明提供一种风洞汇聚型动力发电机，其包括外罩、涡轮转子、泄气阀及尾翼；该外罩为渐缩而后渐扩的外罩，该涡轮转子则设置于该外罩的内部流道中，而该泄气阀设置于该外罩的壁上，至于该尾翼则设置于该外罩的表面；该外罩会将风导入外罩所形成的管路而使风推动该涡轮转子而达到发电的功效；由于外罩的渐缩而后渐扩的外型可增加导入的风速，提高发电效果，且通过该涡轮转子的风量经外罩渐扩的部分导出，从而降低压力阻力并避免涡流现象影响该涡轮转子转动效率；而当外罩内部的压力差过大时，该泄气阀即可泄气减压以保护该风洞汇聚型动力发电机不至于超出设计转速；另外，该尾翼则可用以控制该风洞汇聚型风力发电机正对迎风面以收集最大风能，同时通过可变角度尾翼的设计，以控制风洞汇聚型动力发电机迎风角度，来获得最大或安全风能以达到最佳发电的效果；通过这些构造的作用，即可达到增加发电机操作区间并提升空气动力效率进而增加发电输出功率的效果。
附图说明
为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制，其中：
图1为公知的风力发电机示意图。
图2为本发明的风洞汇聚型动力发电机示意图。
其中，附图标记说明如下：
[公知]
1风力发电机        11发电机本体       111壳体
12风车             121叶片            13尾翼
14固定架
[本发明]
2风洞汇聚型动力发电机     21外罩         211内部流道
22涡轮转子                221涡轮叶片    23泄气阀
24尾翼                    25发电机       26集电环
27轴承                    28固定架
具体实施方式
请参阅图2，本发明提供了一种风洞汇聚型动力发电机2，其包括外罩21、涡轮转子22、泄气阀23及尾翼24；外罩21为圆管且呈现渐缩而后渐扩的外观，并通过铸造等金属或复合材料的成型加工方式所制成的单一式或组合式的外罩，而涡轮转子22设置于外罩21所形成的内部流道211中，且位于该外罩21渐缩与渐扩交接的喉部部位，涡轮转子22的轴心线与外罩21的轴心线重合。另外，泄气阀23邻近涡轮转子22设置并位于入风口方向的外罩21壁上；至于尾翼24，则垂直于涡轮转子22的轴心线及外罩21表面的方向设置于外罩21位于出风口端的表面上，而且尾翼24可用外接的方式，如利用螺丝将尾翼24固定在外罩21的表面，或与外罩21以一体成形的方式制造。
风洞汇聚型动力发电机2还包含发电机25、可旋转的集电环26、轴承27及固定架28；发电机25也设置于外罩21的内部空间211并通过一转轴(图略)连接涡轮转子22，而集电环26设置于外罩21下方并与发电机25以电线连接，转轴27位于集电环26下方以支撑集电环26并通过一转轴连接外罩21，使得外罩21得以转动；至于固定架28，其为设置在轴承27下方的刚性塔架，用以支撑风洞汇聚型动力发电机2，而且尾翼24可变角度且设置于外罩21尾部。
另外，涡轮转子22还设置多个涡轮叶片221，其以铸造等金属或复合材料的成型加工方式制造；所述涡轮叶片221垂直于涡轮转子22的轴心线设置，并且圆形环绕该轴心线排列，而且所述涡轮叶片221的叶面与涡轮转子22的轴心线均具有锐角夹角。
当风由入风口导入外罩21的内部流道211时，由于外罩21渐缩的设计得以增加风速，因此即使外界实际风速尚未达到启动风洞汇聚型动力发电机2的数值，也能够将风速提升到足以启动该动力发电机的程度。而当风流经涡轮转子22而冲击涡轮转子22的涡轮叶片221时，涡轮转子22转动以带动发电机25发电，而发电机25所产生的电力再由集电环26导出以供利用或储存。所述涡轮叶片221可固定与涡轮转子22的轴心线的锐角夹角，不过如果想达到较高的发电效率，所述涡轮叶片221则必须采用可变角度的设计才能够充分利用风力来发电以达到较佳的发电效果。
而泄气阀23则在外罩21内部空间与外界压力差过高时开启，而使部分风由此流出进行泄压，以避免风速过高造成涡轮转子22或发电机25的转速过高而损坏，而此泄气阀23则可用压力传感器感测压力差变化以自动控制其开启或关闭，甚至可根据压力差的不同而改变开启幅度以维持外罩21内部的风速；或是利用可以随压力变化而变形的机械构造，如利用弹簧来控制泄气阀23开启或关闭。因此通过泄压阀23的作用，使得风洞汇聚型动力发电机2的操作区间远高于公知的风力发电机。
另外，尾翼24如飞机尾翼一般，可使用控制器主动改变其角度，并且能利用风向探测器来探测风向，因此即使风向为与入风口呈0度、90度或270度的夹角，通过风向探测与尾翼角度的控制即可使风洞汇聚型动力发电机2在与固定架28垂直的平面上转为正对迎风面的方向。一般来说，尾翼24仅需一片装设于外罩21的表面上即可达到控制转向的功能，而为了增加风洞汇聚型动力发电机2转向时的稳定性与顺畅性及增加转动速度，则可设置两片尾翼24以上下对称的方式分别设置于外罩21的表面上，且所述尾翼24以同一平面且相反方向并垂直于外罩21的表面设置，且涡轮转子22的轴心线也通过该平面。
此外，由于风能的产生与风速三次方成正比，而仅与作用面积一次方成正比，换句话说，若提升风速，即使降低作用面积也可以产生较大的发电量，而本发明渐缩而后渐扩的外罩21能有效提升风速，因此本发明的风洞汇聚型动力发电机可减少涡轮叶片221的长度，以较小的作用面积即可达到相同甚至更佳的发电效果，从而能有效减少所占用的空间并且降低其重量；再加上外罩将涡轮转子包覆其中而能有隔音效果，因此能降低噪音。
通过上述实施方式即可有效提升风力发电机的操作区间以及发电效率，而且能够有效减少所占用的空间及降低噪音，因而除了适合传统风力发电机使用的场所外，还可用于屋顶发电，甚至在大楼间或桥梁等因建筑结构造成小范围强风的风场均可使用。
以上所述仅为本发明的较佳可行实施例，并非因此限制本发明的专利范围，因此只要是运用本发明说明书及图示内容所作的等效技术变化，均包含于本发明的范围内。

Claims (19)

1、一种风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，包括有：
外罩，形成管路；
涡轮转子，设置于该外罩的内部流道中；
泄气阀，设置于该外罩上；以及
至少一尾翼，设置于该外罩的表面。
2、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该外罩呈现渐缩而后渐扩的外观。
3、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该外罩的轴心线与该涡轮转子的轴心线重合。
4、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该外罩以单一式或组合式形成。
5、如权利要求4所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该外罩以铸造的方式制造。
6、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该涡轮转子设置于该外罩的内部空间中渐缩与渐扩交接的喉部部位处。
7、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该涡轮转子具有多个不变或可变角度的涡轮叶片。
8、如权利要求7所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，所述涡轮叶片以铸造的方式制造。
9、如权利要求7所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，所述涡轮叶片以垂直于该涡轮转子轴心线的方式设置并圆形环绕该轴心线排列。
10、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该泄气阀邻近该涡轮转子设置并位于入风口端的外罩壁上。
11、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该泄气阀通过压力传感器或是通过随压力改变的机械构造而控制其开启或关闭。
12、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该尾翼设置于该外罩的出风口端。
13、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该尾翼与该外罩为一体成形。
14、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该尾翼以外接的方式固定于该外罩表面。
15、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该尾翼为单片，垂直设置于该外罩表面。
16、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该尾翼为两片，以上下对称的方式分别垂直设置于该外罩表面。
17、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该尾翼以控制器控制其方向。
18、如权利要求1所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该风洞汇聚型动力发电机还包括发电机、可旋转的集电环、轴承及固定架，该发电机设置于该外罩内部空间，并与该涡轮转子连接；该可旋转的集电环设置于该外罩下方，并与该发电机连接；该轴承设置于该集电环下方；而该固定架设于该轴承下方。
19、如权利要求18所述的风洞汇聚型动力发电机，其特征在于，该固定架为刚性塔架。
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