CN101338731A - 集风型筒式水平轴发电系统 - Google Patents

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Abstract

一种集风型筒式水平轴发电系统，包括有高塔，高塔顶端设有一回转体(2)，固定于回转体(2)上的中空的机壳(11)、集风罩(12)、设于机壳(11)后端的尾翼(13)及安装在机壳(11)内带有风轮(141)的风力发电机(14)，高塔为一中空的导风管(3)，该导风管(3)底端侧壁开有数个进气孔(31)，回转体(2)其内中空，并在回转体(2)上设有连通所述导风管(3)的导风罩(4)，该导风罩(4)的出气端将导风管(3)内的气流导向临近风轮(141)处。该发电系统在利用外界风能的同时，还巧妙地通过导风管将地热能引起的空气对流所产生的向上气流导向风力发电机的风轮，来吹动风轮的转动，故该发电设备可同时有效地利用地热能和风能进行发电。

Description

集风型筒式水平轴发电系统
技术领域
本发明涉及一种风力发电系统，尤其涉及一种集风型筒式水平轴发电系统。
背景技术
随着全球能源的日趋紧张，目前对于风能等可再生能源的利用在世界各地已经越来越普及。关于风能发电设备，传统的设备都是水平式的装置，其中风力发电机固定于一回转体上，而回转体设于一高塔上，并可相对高塔偏转，风力发电机上的轮轴呈大致水平状，轮轴上的风轮朝向气流，风吹动风轮转动，轮轴也随之转动，进而带动风力发电机的发电单元产生电流，这种发电设备在风力适合情况下，具有风力收集效果好的优点。
由于大气中的气流时强时弱，甚至停止，因此传统的水平式风力发电设备并不能稳定不间断的运转而产生电流，效率低；当风力过大时，风力发电机的风轮及轮轴容易损毁，故其不适合在有飓风的地区使用。
针对上述现状，有人发明一种利用地热能产生的热对流进行发电的发电设备。如一申请号为CN01123631.0(公开号为CN1405448A)的中国实用新型专利《烟囱式风力发电设备》就披露了这样一种发电设备，它包括：一直立的烟囱状中空导风管，一支持装置，至少一风叶轮被枢设于上述导风管内部，与一发电装置。一加热设备位于导风管内部底下。加热设备可以应用地热能，或者是应用前述发明发电设备离峰时间储存的电能来发热。发电装置的电枢单元与磁极单元可分别装设在该风叶轮外缘与导风管内部，或是装设在该风叶轮的轮轴部位。导风管的上端有遮蔽辅助装置，外部可设有复数个其风叶轮轴大致于成水平状的水平式风力发电装置，来协助提高发电效率。
该专利申请涉及的技术方案虽然可避免传统水平式风力发电设备受天气影响较大的缺陷，但其对外界空气中风能应用不够，发电效率不高。且当该烟囱式风力发电设备在外部设置数个其风叶轮轴大致于成水平状的水平式风力发电装置，同样会存在不适合在有飓风的地区使用。还有，现有风轮发电设备风量不可调节，当风量大时发电功率高，风量小时发电功率小，即现有风力发电系统的功率不可控制、不稳定。
综上所述，现有风力发电系统还可作进一步改进。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种可同时可有效地利用地热能和风能进行发电的集风型筒式水平轴发电系统，其具有发电效率高的优点。
本发明所要解决的第二个技术问题是提供一种可全天候使用，尤其能在飓风天气使用的集风型筒式水平轴发电系统，其还具有发电功率可调节且稳定的优点。
本发明解决上述第一个技术问题所采用的技术方案为：一种集风型筒式水平轴发电系统，包括有高塔、水平轴式风力发电机组，所述的高塔顶端设有一可相对高塔旋转的回转体，所述的水平轴式风力发电机组包括固定于所述的回转体上的中空的机壳、设于机壳前端开口处的呈喇叭状的集风罩、设于机壳后端的尾翼及安装在机壳内的带有风轮的风力发电机，其特征在于：所述的高塔为一中空的导风管，该导风管底端侧壁开有数个进气孔，所述的回转体其内中空，并在所述回转体上设有连通所述导风管的导风罩，该导风罩的出气端对应于所述的风轮而将导风管内的气流导向临近风轮处。
为解决上述第二个技术问题，上述机壳后端开口处设有可调节风量的风门结构，该风门结构包括有风门、转轴及电机，所述的风门中部固定在转轴上且位于机壳后端开口内以遮蔽该开口，所述的转轴可转动设置在机壳后部，所述的电机通过一减速机构与所述的转轴相连以带动转轴转动。
通过电机带动转轴及与其固定的风门的偏转，当风门处于水平状态时，风门几乎不会遮挡住开口，机壳后部的开口最大，当风门处于垂直状态时，风门将开口基本全部遮挡，机壳后部的开口最小，即可对机壳后端开口大小进行调节，机壳后端开口越大，机壳前后越易形成对流，风轮的转动速度越快，发电机功率越大，机壳后端开口越小，机壳前后越不易形成对流，风轮的转动速度越慢，发电机功率越小。当遇到飓风天气时，使风门垂直，进而控制风轮的转速，可有效防止因风轮转速太快而损坏发电机。反之当外界风量较小时，使风门水平或偏转一定角度，使风轮转速尽量大。因此该发电系统可全天候使用。由于上述原因，通过调节风门偏转的角度，使该水平轴发电系统保持一额定的发电功率，发电稳定。
上述的导风罩大致呈锥形，导风罩前部将回转体的开口遮蔽，导风罩的后部具有向上凸起的管部，该导风罩的出气端设于所述管部的上端，对应所述的集风罩侧壁设有供所述的管部穿出的通孔。导风罩呈锥形结构，即形成缩口状，能起到压缩气流的作用，使该发电系统发挥更大效率。
为使导风罩引导的风量能更好吹动风轮旋转，上述导风罩的出气端最好正对风轮的叶片末端。
上述带有风轮的风力发电机以设计成数组为佳，它们可以分别间隔地安装在所述的机壳内。采用数组风力发电机，当后个风力发电机的风轮转动，会形成一个吸气过程，可提高前一个风力发电机的风轮的转速，该多组风力发电机形成一逐级增压过程，可进一步提高该发电系统的发电效率。
在上述各方案中，所述导风管的外表面可以涂覆有用太阳能吸热材料制成的吸热层。该吸热层可将太阳能转化为热能，加热导风管内的空气，使导风管内部的空气加速向上运动，吹动风力发电机的风轮，即该发电系统不但可以利用风能、地热能，还可利用太阳能，更进一步提高该发电系统的发电效率。
与现有技术相比，本发明的优点在于：该发电系统在利用外界风能的同时，还巧妙地通过导风管将地热能引起的空气对流所产生的向上气流导向风力发电机的风轮，来吹动风轮的转动，因此该发电设备可同时有效地利用地热能、风能及太阳能进行发电，从而大大增加了发电设备的发电效率，因而值得推广应用。
附图说明
图1为本发明实施例的立体结构示意图；
图2为本发明实施例中机壳、风力发电机与风门结构的立体示意图；
图3为本发明实施例中集风罩的立体结构示意图；
图4为本发明实施例中导风罩的立体结构示意图；
图5为本发明实施例中导风罩的侧视图；
图6为本发明实施例中导风管的立体结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1～6所示，为本发明的一个优选实施例。
一种集风型筒式水平轴发电系统，包括有高塔、水平轴式风力发电机组1，该高塔为一中空的导风管3，本实施例的导风管3为金属管，当然也可以是由超高强混凝土制成的管状建筑，本实施例的导风管3呈直圆筒状，当然也可以是上端水平截面小于下端水平截面的锥形桶状，还可以是呈双曲面筒状构造。
所述的导风管3顶端设有一可相对导风管3旋转的回转体2，该回转体2也呈中空的圆管状，回转体2设置在导风管3顶端的结构为常规结构。
所述的水平轴式风力发电机组1包括固定于回转体2上的中空的机壳11，所述的机壳11也呈直圆筒状，机壳11通过支架9与回转体2固定，支架9可由多根钢管焊接而成。
所述的机壳11前端开口处固定有呈喇叭状的集风罩12，即该集风罩12呈缩口状，具有集风的功能。
所述的机壳11尾端设有尾翼13，尾翼13的功能是使该风力发电机组1始终处于迎风位置。
所述的机壳11内安装有多组带有风轮141的风力发电机14，该风力发电机14可以是二组、三组、四组或更多组，它们分别间隔地安装在所述的机壳11内。
所述的导风管3底端侧壁沿其圆周方向间隔开有数个进气孔31，导风管3的外表面涂覆有用太阳能吸热材料制成的吸热层32。
所述的回转体2上设有连通所述导风管3的导风罩4，该导风罩4的出气端穿过所述的集风罩12侧壁将导风管3内的气流导向临近风轮141处，导风罩4大致呈锥形，导风罩4前部将回转体2的开口遮蔽，导风罩4的后部具有向上凸起的管部41，该导风罩4的出气端设于管部41的上端，对应所述的集风罩14侧壁设有供所述的管部41穿出的通孔121，所述的导风罩4的出气端正对风轮141的叶片末端。
所述的机壳11后端开口111处设有可调节风量大小的风门结构，该风门结构包括有风门5、转轴6及电机7，所述的风门5中部固定在转轴6上且位于机壳11后部的开口111内以遮蔽该开口111，所述的转轴6可转动设置在机壳11后部，所述的电机7通过一减速机构8与所述的转轴6相连以带动转轴6转动，电机7可通过一控制系统来控制，使风门5在合适的时机转动到合适的角度。
本发明实施例的工作原理及过程如下：
风吹动风力发电机14的风轮141转动，使风力发电机发电，将机械能转化成可利用的电能，尾翼13会根据风向驱动风力发电机组1随回转体2偏转，调整风轮141的角度，使风轮141处于迎风面；同时由于地热能引起空气对流而产生向上的气流，通过导风管3的进风口、导风罩7引导至临近风轮141位置处，进一步驱动风轮141转动，而吸热层32可将太阳能转化为热能，加热导风管3内的空气，使导风管3内部的空气加速向上运动，吹动风力发电机14的风轮141。
电机7通过减速机构8带动转轴6及与其固定的风门5的偏转，当风门5处于水平状态时，风门5几乎不会遮挡住开口111，机壳后部的开口111最大。当风门5处于垂直状态时，风门5将开口111基本全部遮挡，机壳后部的开口111最小，即可对机壳后端开口111大小进行调节，机壳后端开口111越大，机壳11前后越易形成对流，风轮141的转动速度越快，发电机功率越大；机壳后端开口111越小，机壳11内越不易形成对流，风轮141的转动速度越慢，发电机功率越小。当遇到飓风天气，使风门5垂直，进而控制风轮141的转速，可有效防止因风轮141转速太快而损坏发电机；反之当外界风量较小时，使风门5水平或偏转一定角度，风轮141转速尽量大，因此该发电系统可全天候使用。由于上述原因，通过调节风门5偏转的角度，使该水平轴发电系统保持一额定的发电功率，发电稳定。

Claims (8)

1、一种集风型筒式水平轴发电系统，包括有高塔、水平轴式风力发电机组(1)，所述的高塔顶端设有一可相对高塔旋转的回转体(2)，所述的水平轴式风力发电机组(1)包括有固定于所述的回转体(2)上的中空的机壳(11)、设于机壳(11)前端开口处的呈喇叭状的集风罩(12)、设于机壳(11)后端的尾翼(13)及安装在机壳(11)内的带有风轮(141)的风力发电机(14)，其特征在于：所述的高塔为一中空的导风管(3)，该导风管(3)底端侧壁开有数个进气孔(31)，所述的回转体(2)其内中空，并在所述回转体(2)上设有连通所述导风管(3)的导风罩(4)，该导风罩(4)的出气端对应于所述的风轮而将上述导风管(3)内的气流导向临近风轮(141)处。
2、根据权利要求1所述的集风型筒式水平轴发电系统，其特征在于：所述的机壳(11)后端开口(111)处设有可调节风量大小的风门结构，该风门结构包括有风门(5)、转轴(6)及电机(7)，所述的风门(5)中部固定在转轴(6)上且位于上述机壳(11)后端开口(111)内以遮蔽所述的开口(111)，所述的转轴(6)可转动设置在机壳(11)后部，所述的电机(7)通过一减速机构(8)与所述的转轴(6)相连以带动转轴(6)转动。
3、根据权利要求1或2所述的集风型筒式水平轴发电系统，其特征在于：所述的导风罩(4)大致呈锥形，导风罩(4)前部将回转体(2)的开口遮蔽，导风罩(4)的后部具有向上凸起的管部(41)，该导风罩(4)的出气端设于所述管部(41)的上端，对应所述的集风罩(12)侧壁设有供所述的管部(41)穿出的通孔(121)。
4、根据权利要求3所述的集风型筒式水平轴发电系统，其特征在于：所述导风罩(4)的出气端正对风轮(141)的叶片末端。
5、根据权利要求3所述的集风型筒式水平轴发电系统，其特征在于：所述的导风管(3)的外表面涂覆有用太阳能吸热材料制成的吸热层(32)。
6、根据权利要求1或2所述的集风型筒式水平轴发电系统，其特征在于：所述的带有风轮(141)的风力发电机(14)有数组，它们分别间隔地安装在所述的机壳(11)内。
7、根据权利要求6所述的集风型筒式水平轴发电系统，其特征在于：所述的导风管(3)的外表面涂覆有用太阳能吸热材料制成的吸热层(32)。
8、根据权利要求1或2所述的集风型筒式水平轴发电系统，其特征在于：所述的导风管(3)的外表面涂覆有用太阳能吸热材料制成的吸热层(32)。
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