CN101109364A - 集能式管道流体(流水及风力)发电装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种集能式管道流体(流动的水及流动的空气)发电装置，它是根据流体力学的基本原理设计的，由一端(亦可设置为两端作双向驱动)为喇叭状集能口的管道和至少一个流体动力交、直流发电机(或转动扇叶经传动机构驱动管外交、直流发电机)，带扇叶的交、直流发电机(或传动扇叶)间隔固定在管道内，各扇叶外沿与管道内壁之间留有间隙，各交、直流发电机的电能输出端相并联后输出。本发明是通过喇叭状集能口的管道，充分收集流体(流水及风力)的动能推动交、直流发电机发电，管道内多个发电机将进入管道的流体能量全部转化为电能，转换效率高。采用十字式层叠塔型安装，吸收四方各向流体能量，结构简洁实用，维护使用成本低。用于风力发电可实现微风(二级风以上)发电，亦可用于水流、洋流、潮汐、海浪发电。也可广泛应用在汽车、火车、轮船上，作为一种高效的辅助电源。

Description

集能式管道流体(流水及风力)发电装置
技术领域
本发明涉及一种集能式管道流体(流水及风力)发电装置。
背景技术
目前，现有技术的风能发电装置一般都是独立发电，不能充分收集风能，需要3级以上的风力才能发电，转换效率较低，发电成本高，难于广泛应用。而现有的潮汐、海浪、海流发电装置，结构复杂，成本高而难于广泛应用。
发明内容
为了克服以上技术不足，本发明提供一种高效的集能式管道流体(流水及风力)发电装置。
本发明可以通过以下的方案来实现：一种集能式管道流体(流水及风力)发电装置，包括至少一个一端(亦可设置为双端)为喇叭状集能口的管道和至少一个流体交、直流发电机(或无触点双向发电机)，每个管道内间隔固定流体发电机(或转动扇叶经传动机构驱动管外交、直流发电机)，各扇叶外沿与管道内壁之间留有间隙，各交、直流发电机的电能输出端相并联后输出。
本发明所述的管道之间可成排状固定安装，亦可成十字式层叠塔状固定安装，以更好地收集四面八方各向流体(流水及风力)的能量。
本发明所述的流体发电机扇叶的输出轴上经齿轮变速器连接发电机的转轴，可以加快发电机的转速，提高转换效率。
本发明通过喇叭状集能口的管道，充分收集流体(流水及风力)的能量，管道内多个发电机将进入管道的流体能量全部转化为电能，转换效率高。用于风力发电，可实现微风(两级风以上)发电，效率远高于现有技术的风力发电装置。用于潮汐发电，可成排状安装在海滩，将潮汐能转化为电能。用于流水、洋流发电，可十字式层叠塔状固定安装，提高效率，应用广泛。
Δ工作原理分析
一、直流发电机感生电动势：
E＝BLV
I＝E/r
二、根据流体力学连续性原理(附图1)
p：流体密度A：截面积V：流速
pV1A1＝pV2A2＝常数
V2＝A1/A2×V1
Δ设A1为直径D1＝1米(r1＝0.5米)的圆截面
A2为直径D2＝0.2米(r2＝0.1米)的圆截面
则V2＝πr1 2/πr2 2×V1
＝0.52/0.12×V1
＝0.25/0.01×V1
＝25V1
这就是本系统能实现微风(自然风)发电的理论依据。
I2＝E/r＝BLV2/r＝BL(25V1)/r＝25I1
三、根据流体动能原理
E＝1/2MV2＝1/2p qV2＝1/2 p AV3
式中p：流体密度，q：流量q＝VA
(1)如图1，在空气中，设风速为V1＝8m/s，空气密度p1＝1.3kg/m3，截面积A1＝2m2
则进入管道的风能功率E1＝1/2 p1A1V1 3＝1/2×1.3×2×83≈666w
即要在管道内装设7个以上100w微型发电机才适应要求。
(2)如图1，在流水中，设流速V2＝1m/s，水密度p2＝1000kg/m3截面积A2＝2m2
则进入管道的水流功率E2＝1/2 p2A2V2 3＝1/2×1000×2×13＝1000w
即要在管道内装设10个以上100w微型发电机才适应要求。
从以上理论分析说明通过本专利技术可极大地提高直流发电机发电效率，并可实现自然风(微风)发电。可安装在城市高层建筑、宿舍楼顶，并不影响建筑物外观，又可为城市及建筑提供后备及补充电源。用于乡村居屋使用更环保实用。亦可用于大规模风力、流水、洋流、海浪、潮汐综合发电场，为实现低成本开发可再生能源提供可靠的技术途径。
附图说明
图1本发明的理论依据，流体力学连续性原理示意图。
图2本发明的集能式管道流体发电装置结构示意图。
图3应用于塔状风力发电塔上南北对向的集能式管道流体发电装置结构示意图。
图4应用于流水中带增速机构的集能式管道流体发电装置结构示意图。
具体实施方式
在图(2～4)所示实施例中，集能式管道流体(流水及风力)发电装置，包括至少一个一端(亦可设置为双端(图3))为喇叭状集能口1的管道2和多个流体交、直流发电机3，流体发电机3的机身由固定架4间隔固定在管道2内，亦可固定在管壁外，流体发电机的扇叶5外沿与管道内壁之间留有间隙，并根据需要安装导流板6(图4)，当流体(流水及风力)从喇叭状集能口进入管道，由于口径的变化，当流体进入管道后，压力增大，流速也增大，加快的流速驱动扇叶，使间隔固定在管道内、外的发电机发电输出。
另外，可以通过流体发电机扇时的输出轴上经齿轮变速器连接发电机的转轴，可以加快发电机的转速，提高转换效率。管道之间可以根据需要拼接成排状固定安装，亦可成十字式层叠塔状固定安装，以更好地收集四面八方各向流体(流水及风力)的能量。各个流体发电机的电能输出端相并联后输出至一个蓄电池，以便储能。
本发明可成排状或十字式层叠塔状安装在屋顶或高大建筑物顶部，实现风力发电并由蓄电池储能备用。也可广泛应用在汽车、火车、轮船上，作为一种高效的辅助电源。
本发明亦可用于潮汐发电，在海滩上装设双导轨牵引浮排架固定排状安装流体发电装置，随水平面升降，吸收潮汐冲浪发电并由蓄电池储能备用。
本发明亦可用于流水、洋流、海浪发电，可在海床安装固定构架，海面上层采用十字式层叠塔状安装管道式风力发电装置发电。海平面装设由导轨牵引浮排架固定安装排状流体发电机，随水平面升降，吸收海浪峰、谷水位差势能能量发电。海平面以下采用十字式层叠塔状安装管道式流体发电装置发电。所有发电机的电能输出端相并联后输出至一个蓄电池，以便储能。
为了提高发电功率并输出稳定交流电压，可采用抽水储能发电的方式转换发电。本系统设置以下：所有发电机输出的电能储存到蓄电池中，经过小功率逆变器驱动抽水机将低位蓄水器(水箱、水池或水库)的水抽到高位蓄水器而达到以水蓄能的目的。借助高位蓄水器水的势能(亦可由小功率逆变器启动抽水机)驱动低位(储水式)水轮交流发电机输出正弦波交流电，便于近地供电，亦可经升压变压器实施远程供电。

Claims (4)

1.一种集能式管道流体(流水及风力)发电装置，其特征在于：包括至少一个一端(亦可设置为双端)为喇叭状集能口的管道和至少一个流体交、直流发电机(或无触点双向发电机)，每个管道内间隔固定流体发电机(或转动扇叶经传动机构驱动管外交、直流发电机)，各扇叶外沿与管道内壁之间留有间隙，各交、直流发电机的电能输出端相并联后输出。
2.根据权利要求1所述的管道流体发电装置，其特征在于：所述的流体发电机扇叶的输出轴上经齿轮变速器连接发电机的转轴。
3.根据权利要求1所述的管道流体发电装置，其特征在于：所述的管道之间成排状固定安装。
4.根据权利要求1所述的管道流体发电装置，其特征在于：所述的管道之间为交叉十字式层叠塔状固定安装。
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