CN101949358B - 风雨发电系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种风雨发电系统，该系统包括聚风装置、雨水收集装置、驱动装置和发电装置，聚风装置包括聚风通道，聚风通道在水平面上围拢接受各个方向吹来的风并把风向变为向内向下，雨水收集装置收集降落的雨水，聚风装置和雨水收集装置可以单独或者协同地作用于驱动装置从而带动发电装置进行发电。本发明的风雨发电系统可以综合利用自然现象中的风和雨，既可以在只有风或只有雨时工作产生电能，也可以在同时有风和雨的情况下工作，实现微风、小雨时即可启动，强风大雨时过载保护，本发明各装置均固定放置，安全可靠；本发明可以扩大能量收集范围、降低发电成本、延长使用寿命，有利于推广使用。
Description
技术领域
本发明涉及一种收集可再生的无污染能量并将其转化为电能的装置，具体涉及一种能够同时收集风能和雨能从而有效扩大能量收集范围、提高发电量的风雨发电系统。
背景技术
目前，随着社会的发展和科技的进步，人们对各种能源的需求不断扩大。
人类社会在近两百年来取得了巨大进步，在这一过程中，发展所需要的能量主要是从能源物质中获得，使用过的能量最终以热的形式释放出去。这样，就存在两个主要问题：第一是以石油、煤等为主的能源物质因不断消耗而减少，存在用尽的可能，即所谓的能源危机；第二是能源物质中的能量最终变成了热能，加上能源物质释放能量的过程中分解产生二氧化碳，结果导致全球变暖，由此冰川融化，海平面上升，沿海地区有被淹没的危险。此外，不断发生的漏油事件污染了海洋环境，威胁了其中生命体的生存。所以，可再生能源的开发越来越紧迫。
但是，利用可再生能源的发展遇到了经济利益的阻力。传统的从能源物质中获取能量的技术发展历史长，已经非常成熟，成本相对较低。可再生能源，如风循环、水循环体系、太阳能等，它们虽然存在于人们日常生活之中，但因为它们转变为电能的效率低而使利用它们的成本较高，在市场竞争中处于劣势。尽管如此，一批为人类长远利益着想的科技人员经过不懈艰苦的努力，已发展出一系列利用风力、水力和太阳能的发电系统。然而，这些技术的单位发电量的成本还是高于传统发电技术，在以利润为衡量指标的经济社会，成本就成为可再生能源利用的主要障碍。
太阳能发电技术主要是太阳能电池。目前太阳能电池光电转换效率低，使用寿命不长，一般为20到25年，这样平均下来单位发电成本较高。
风能发电主要是利用风力驱动风轮中的桨叶转动以带动发电机产生电能。已投入使用的风能发电系统中桨叶垂直放置，为了收集更多的风能，往往桨叶半径很大，这样为了保持这个转动系统平衡和牢固，风轮重量很大，微风不能启动其转动，减少了可利用的风的能量。另外，为了提高效率，需要使用风舵使桨叶直接面对风向，系统中有转动装置，这样为使系统牢固对技术措施提出很高要求，增加了系统发电成本。一些风能发电系统在风轮上套聚风罩，可以使用较小半径的风轮收集更多的风能。
相对而言，利用降雨发电的技术较少。有报道国外在窨井盖下装有桨叶利用雨水流动发电。也有研究利用雨水冲击压电陶瓷产生电能。
上述这些技术的共同缺点是风、雨和太阳能不是任何时间都存在。发电系统不能长时间工作，产生的电量少而且不稳定。为此，已有人提出综合使用太阳能和风能的发电系统，如专利CN200610118091.4、CN02240697.2、CN200720042258.3；但是尚无综合使用风和雨发电的系统或装置。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，进一步推广可再生能源的利用，最大限度降低单位发电量成本，本发明提供一种能够同时收集风能和雨能从而有效扩大能量收集范围、提高发电量的风雨发电系统。
技术方案：为实现上述目的，本发明的风雨发电系统，包括聚风装置、聚风装置上方空间和内部空间形成的雨水收集装置、聚风装置下方的驱动装置和发电装置，所述聚风装置包括一组聚风通道，该组聚风通道在水平面上围拢接受各个方向吹来的风并把风向变为向内向下，从而为驱动装置提供动力；所述雨水收集装置是聚风通道围拢后形成的上方空间和内部空间，内部空间为雨水下落通道，降雨通过雨水下落通道降落，从而为驱动装置提供动力。
所述聚风装置收集的风和雨水收集装置收集的降雨可以单独或者协同地作用于驱动装置从而带动发电装置工作，有利于扩大能量收集范围，提高发电量。
作为优选，所述聚风通道包括进风口和出风口，进风口与出风口之间设有风向引导机构；进风口朝向聚风装置的外围，出风口方向为向内向下。
作为优选，所述风向引导机构之前的聚风通道的截面积从进风口开始逐渐减小，形成喇叭口结构；风向引导机构之后的聚风通道为管状并且方向为向内向下。
作为优选，所述驱动装置为带有螺旋桨形的浆叶的风轮和齿轮变速箱，风轮的桨叶位于出风口的下方；所述发电装置为发电机，发电机的转轴和风轮的转轴分别与地面垂直。
作为优选，所述出风口一侧设有控制风向的单向阀门。
作为优选，所述单向阀门为百叶窗。
作为优选，所述雨水下落通道上部设有过滤网，过滤网下部设有弹簧门。
作为优选，所述雨水下落通道下方设有雨水分配机构。
作为优选，所述聚风装置固定安装在支架上。
有益效果：本发明的风雨发电系统可以综合利用自然现象中的风和雨，既可以在只有风、雨时工作产生电能，也可以在同时有风雨的情况下工作；当风、雨各自的驱动力比较弱达不到驱动桨叶转动时，如果风雨同时存在，它们的作用可以相加从而驱动桨叶，从而扩大收集能量的范围；相反，对于大风大雨的极端气候，由于收集风能雨能的通道尺寸限制，阻止它们对发电系统的过度冲击，保护系统，延长发电系统各装置的使用寿命；同时，本发明各装置均固定放置，安全可靠，可以降低发电成本、延长使用寿命，有利于推广使用。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为聚风通道顶部形成的雨水收集装置的俯视图；
图3为单个聚风通道的三视图；
图4为聚风装置底部的平面视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的风雨发电系统，包括聚风装置1、聚风装置1上方空间(凹陷部分)和内部空间(竖直管道部分)形成的雨水收集装置2、聚风装置1下方的驱动装置7和发电装置8，聚风装置1包括一组聚风通道12，该组聚风通道12在水平面上围拢接受各个方向吹来的风并把风向变为向内向下，从而为驱动装置7提供动力。如图2所示，聚风通道12的个数为八个，聚风通道12紧凑的放置方式可以节省系统空间，并且它们之间相互支撑而使聚风装置1更加牢固。在实际制造和运用中，聚风通道12的个数可根据需要而确定。雨水收集装置2是聚风通道12围拢后形成的上方空间和内部空间，内部空间为雨水下落通道4，降雨通过雨水下落通道4降落，从而为驱动装置7提供动力；驱动装置7与发电装置8连接并驱动发电装置8发电。如图4所示，聚风装置1固定安装在支架16上，可以保证系统的稳固性。
如图3所示，聚风通道12包括进风口和出风口，进风口的形状可以为正方形或者其它多边形，进风口与出风口之间设有风向引导机构13，风向引导机构13通常为风力变向板；进风口朝向聚风装置1的外围，出风口方向为向内向下；风向引导机构13之前的聚风通道12的截面积从进风口开始逐渐减小，形成喇叭口结构；风向引导机构13之后的聚风通道12为管状并且方向为向内向下。
如图1所示，驱动装置7为带有螺旋桨形的浆叶的风轮和齿轮变速箱9，风轮的桨叶位于出风口的下方；如图3所示，出风口一侧设有控制风向的单向阀门15，单向阀门15通常为百叶窗。发电装置8为发电机，为了能使用降雨的能量，与现在普遍使用水平轴风力发电机的系统不同，本方案采用垂直轴发电机，即发电机的转轴和风轮的转轴分别与地面垂直，风和雨向下打到风轮的螺旋桨形的浆叶上。
本发明的风雨发电系统在使用时，各聚风通道12的进风口对准不同方向，在水平面上覆盖360°，不用转动就能接受各个方向吹来的风，使系统更加牢固可靠。风进入聚风通道12后通过风力变向板改变方向，变为向内向下。如果风力较小，风向下直接驱动桨叶，作用于桨叶外侧，获得较大的驱动力臂，有利于驱动桨叶转动；如果风力较大，为了避免桨叶上下摇晃，风力借惯性打开向下通道内侧的百页窗，部分风被分流到装置内腔其它位置，通过风雨混合平面6向下吹动桨叶，保持桨叶在垂直方向上的平衡。作为单向阀门15的百页窗在该通道方向没有进风时关闭，可以防止其它方向进入系统的风从该通道中走漏，减少风能损失。
下雨时，雨水收集装置2收集天上降落的雨水，雨水通过雨水下落通道4向下流到桨叶上，雨水下落通道4上部设有雨水过滤网11，避免杂物落入，损坏系统；在过滤网11下面设置一个单向弹簧门3，它平时关闭，防止漏风；当收集到一定量的雨水后，凭借雨水自身重量或冲击力打开单向弹簧门3，让雨水下落；雨水下落碰到雨水分配装置5后向四周方向均匀落下，通过风雨混合平面6单独或与风协同(风和雨同时存在时)驱动桨叶转动，带动发电机工作。雨水分配装置5及风雨混合平面6有利于各桨叶受力均衡，保持叶轮在垂直位置上平衡。
如果天气状况为既有风又有雨，那么上述两个工作过程可以同时进行。风轮中的螺旋型桨叶的转动通过齿轮变速箱9带动发电机工作，产生电能由电线10输出。可见，本发明可以在只有风、雨时工作产生电能，也可以在同时有风和雨的情况下工作。当风、雨各自的驱动力比较弱达不到驱动桨叶转动时，如果风雨同时存在，它们的作用可以相加而可能驱动桨叶，这样增加了收集它们能量的范围。相反，对于大风大雨的极端气候，由于收集风能雨能的通道尺寸限制，阻止它们对发电系统的过度冲击，可以保护系统，延长发电装置的使用寿命，降低系统成本。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种风雨发电系统，其特征在于：包括聚风装置(1)、聚风装置(1)上方空间和内部空间形成的雨水收集装置(2)、聚风装置(1)下方的驱动装置(7)和发电装置(8)；
所述聚风装置(1)包括一组聚风通道(12)，该组聚风通道(12)在水平面上围拢接受各个方向吹来的风并把风向变为向内向下，从而为驱动装置(7)提供动力；
所述雨水收集装置(2)是聚风通道(12)围拢后形成的上方空间和内部空间，内部空间为雨水下落通道(4)，降雨通过雨水下落通道(4)降落，从而为驱动装置(7)提供动力；
所述聚风通道(12)包括进风口和出风口，进风口与出风口之间设有风向引导机构(13)；进风口朝向聚风装置(1)的外围，出风口方向为向内向下。
2.根据权利要求1所述的风雨发电系统，其特征在于：所述风向引导机构(13)之前的聚风通道(12)的截面积从进风口开始逐渐减小，形成喇叭口结构；风向引导机构(13)之后的聚风通道(12)为管状并且方向为向内向下。
3.根据权利要求1或2所述的风雨发电系统，其特征在于：所述驱动装置(7)为带有螺旋桨形的浆叶的风轮和齿轮变速箱(9)，风轮的桨叶位于出风口的下方；所述发电装置(8)为发电机，发电机的转轴和风轮的转轴分别与地面垂直。
4.根据权利要求3所述的风雨发电系统，其特征在于：所述出风口一侧设有控制风向的单向阀门(15)。
5.根据权利要求4所述的风雨发电系统，其特征在于：所述单向阀门(15)为百叶窗。
6.根据权利要求1或2所述的风雨发电系统，其特征在于：所述雨水下落通道(4)上部设有过滤网(11)，过滤网(11)下部设有弹簧门(3)。
7.根据权利要求6所述的风雨发电系统，其特征在于：所述雨水下落通道(4)下方设有雨水分配机构(5)。
8.根据权利要求1或2所述的风雨发电系统，其特征在于：所述聚风装置(1)固定安装在支架(16)上。
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