CN102042181A - 一种风能气压发电循环系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种风能气压发电循环系统，其包括风能气压转换单元、储压单元以及气压电能转换单元，该风能气压转换单元、该储压单元以及该气压电能转换单元顺序连接，其中，该风能气压转换单元用以采集外部自然风的风能，并将采集到的风能转换为气压的势能，该储压单元与该风能气压转换单元相连接，通过该储压单元对该风能气压转换单元所生成气压的势能进行存储，该储压单元对该风能气压转换单元所生成气压的势能进行存储并以定压的形式向该气压电能转换单元中输送定压气流，该气压电能转换单元与该储压单元相连接，通过该气压电能转换单元将气压的势能首先转换为机械能而后转换为电能。

Description

一种风能气压发电循环系统

技术领域

本发明涉及一种风能发电系统，特别是指一种包括排出余压回收单元风能利用效率高的气压发电循环系统。 

背景技术

众所周知，随着能源的不断耗竭，如石油，煤炭，天然气等。因不断过量开采使用，全球能源的危机，全球暖化，人类想永远的生存下去，首当其冲的就是人类赖以生存的能源及环境问题。在如上所述的背景下人们不断寻找绿色能源，利用自然风力进行发电就是这样的能源，风力资源是取之不尽用之不绝的，利用风力发电可以减少环境污染，节省煤炭、石油等常规能源。风力发电技术成熟，在可再生能源中成本相对较低，有着广阔的发展前景。风力发电技术可以灵活应用，既可以并网运行，也可以离网独立运行，还可以与其它能源技术组成互补发电系统。风电场运营模式可以为电网补充电力。

风力发电的主要原理是利用风力带动风车叶片旋转，并进一步将叶片旋转的转动力传递至发电机中，从而促使发电机发电。风力发电没有燃料问题，也不会产生辐射或空气污染。整体风力发电的过程也就是将风能转换成机械能并进一步转换为电能的过程。

正是由于如上所述风力发电所具有的诸多优点现在各个国家各个地区都在广泛的进行风力发电的推广，但是就目前应用的风力发电设备而言普遍都存在着风能利用率不高，整体发电效率低下的缺点。具体而言就是目前的风力发电设备都是由风机直接或者间接驱动发电机进行发电的，其风力发电设备中都没有任何的可以使风能或者气压能循环往复利用的结构。这种结构方面设计的缺失造成了传统风力发电设备的整体发电效率的低下。

使用上述传统的风力发电设备分别应用在风力资源比较丰富或者风力资源比较贫瘠的风场都会存在着一些缺点。首先，因为传统风力发电设备的整体发电效率比较低所以当这类风力发电设备被应用在风力资源比较贫瘠的风场中的时候经常会出现由于外部风力的级别不够只发出很少电能或者根据发不出电能的情况，研其原因主要是由于风机的发电效率太低并且没有风能的循环利用结构所以风能转换出来的机械能往往在发电的前阶段就被损耗掉了，从而出现只发出很少电能或者根据发不出电能的情况。其次，因为传统风力发电设备的整体发电效率比较低所以当这类风力发电设备被应用在风力资源比较丰富的风场中的时候同样存在着问题，由于传统风机的发电效率太低并且没有风能的循环利用结构所以要取得相对比较丰富的电能的时候必然需要在风场中架设大量的风机，这种实施方式不但需要耗费大量的社会资源同时也是对人力物力的极大浪费。如上所述为传统技术的主要缺点。

发明内容

本发明提供一种风能气压发电循环系统，本发明在具体工作的时候产生较为平稳的驱动发电气流所以整体工作所产生的电流强弱的变化不大，同时本发明中包括排出余压回收单元可以显著提高风能的利用效率，而此是为本发明的主要目的。

本发明所采用的技术方案为：一种风能气压发电循环系统，其包括风能气压转换单元、储压单元以及气压电能转换单元，该风能气压转换单元、该储压单元以及该气压电能转换单元顺序连接，其中，该风能气压转换单元用以采集外部自然风的风能，并将采集到的风能转换为气压的势能，该储压单元与该风能气压转换单元相连接，通过该储压单元对该风能气压转换单元所生成气压的势能进行存储，该储压单元对该风能气压转换单元所生成气压的势能进行存储并以定压的形式向该气压电能转换单元中输送定压气流，该气压电能转换单元与该储压单元相连接，通过该气压电能转换单元将气压的势能首先转换为机械能而后转换为电能。

该风能气压转换单元包括自然风采集叶片、变速箱以及螺旋压缩器，其中，该自然风采集叶片用以收集自然风，该自然风采集叶片与风叶转轴相连接，当自然风作用在该自然风采集叶片上的时候，该自然风采集叶片旋转并同步带动该风叶转轴转动，该风叶转轴连接在该变速箱一侧。

该螺旋压缩器包括风能二次采集罩、叶轮以及风罩，其中，该风能二次采集罩包括侧壁以及底板，该侧壁环设在该底板上，且借助该侧壁与该底板围绕形成一罩腔，该叶轮以及该风罩设置在该罩腔中，相对于该自然风采集叶片在该侧壁前端设置有弧形导风板，该弧形导风板围绕形成一风能二次采集口。

该叶轮具有轮体、风叶以及风环，其中，该风叶一侧固定在轮体上，而该风叶的另外一侧固定在该风环中，该轮体中插接有轮轴，该轮轴相对于该风叶转轴连接在该变速箱的另外一侧，该风罩固定连接在该轮体上，并借助该风罩将该变速箱罩设于其中，该风罩与该风能二次采集罩围绕形成一风道，该风道与该风能二次采集口相连通，该叶轮的该风叶位于该风道中，该自然风采集叶片位于该风能二次采集口前方。

自然风从该自然风采集叶片的一侧运动至该自然风采集叶片的另外一侧，在此过程中自然风作用在该自然风采集叶片上，该自然风采集叶片旋转并同步带动该风叶转轴转动，与此同时借助该变速箱以及该轮轴进一步驱动该叶轮转动，从而产生压缩气体并从该螺旋压缩器中流出并输送该储压单元中，同时，运动至该自然风采集叶片的另外一侧的自然风通过该风能二次采集口进入该风道中，并作用在该叶轮的该风叶上，进一步驱动该叶轮转动，从而产生压缩气体并从该螺旋压缩器中流出并输送该储压单元中。

该储压单元为气体储存罐，该气压电能转换单元包括气压螺旋动力装置以及发电机，其中，该气压螺旋动力装置包括座体以及动力转换单元，该动力转换单元设置在该座体中， 该动力转换单元包括动力叶轮、动力叶圈以及动力输出轴，该动力叶轮固定连接在该动力叶圈中，该动力输出轴插接在该动力叶轮中，该动力叶圈具有内表面以及外表面，且借助该动力叶圈的该内表面围绕确定出叶圈腔，该动力叶轮是设置在该动力叶圈的该叶圈腔中的，该动力叶轮包括轮体以及若干叶片，该动力叶轮的叶片连接在该动力叶圈与该动力叶轮的轮体之间，该气压螺旋动力装置还包括进气口以及出气口，该储压单元向该气压电能转换单元中输送的定压气流，自该进气口进入该气压螺旋动力装置中，而后自该出气口流出该气压螺旋动力装置，在此过程中，该储压单元的定压气流驱动该动力转换单元运动，并最终带动该动力输出轴转动，该发电机与该动力输出轴相连接，通过该发电机将该动力输出轴的转动机械能转换为电能并向外传递。

如上所述的该风能气压转换单元与该储压单元之间设置有单向阀。该风能气压发电循环系统还包括排出余压回收单元，该排出余压回收单元用以将从该气压螺旋动力装置的该出气口中流出的气流从新引入到该风能气压发电循环系统中。

如上所述的该弧形导风板从该风能二次采集罩的该侧壁的前端延伸至该叶轮的该风环顶端，该弧形导风板的内表面、该风环的内表面以及该风罩的外表面围绕形成该风道，该风道的直径自该风能二次采集口向该叶轮的该风环的方向递减。

如上所述的该排出余压回收单元为输气管，该输气管一端连接该气压螺旋动力装置的该出气口用以采集残余风能，该输气管的另外一端与该气压螺旋动力装置的该进气口相连接，使从该出气口流出的气流从新进入该气压螺旋动力装置中，此刻，该气压螺旋动力装置具有若干个该进气口，该输气管只与部分该进气口相连接。

如上所述的该排出余压回收单元为输气管，该输气管一端连接该气压螺旋动力装置的该出气口用以采集残余风能，该输气管的另外一端与该储压单元相连接，使从该出气口流出的气流从新进入该储压单元中，该输气管上设置有增压器。

如上所述的该排出余压回收单元为输气管，该输气管一端连接该气压螺旋动力装置的该出气口用以采集残余风能，该输气管的另外一端对应于该风能气压转换单元的该风道，使从该出气口流出的气流从新进入该风能气压转换单元中。

如上所述的该输气管的另外一端贯穿该风能气压转换单元的该螺旋压缩器之风能二次采集罩，使从该出气口流出的气流沿着该输气管从新进入该风道中。

本发明的有益效果为：本发明通过上述的转换方式将随机性的外部自然风的风能首先通过该风能气压转换单元以及该储压单元转换为气压的势能，而后借助该储压单元以定压的形式向该气压电能转换单元中输送定压气流进行发电，所以利用本发明的技术在具体工作的时候该气压电能转换单元的工作较为平稳其所产生的电流强弱的变化也不大，具有积极的效果。

本发明在工作的时候运动至该自然风采集叶片的另外一侧的自然风通过该风能二次采集口进入该风道中，并作用在该叶轮的该风叶上，进一步驱动该叶轮转动，从而产生压缩气体并从该螺旋压缩器中流出并输送该储压单元中，所以可以在自然风的采集阶段对自然风进行二次利用，从而大大提高风能利用率，另外本发明的该风能气压发电循环系统还包括排出余压回收单元，该排出余压回收单元用以将从该气压螺旋动力装置的该出气口中流出的气流从新引入到该风能气压发电循环系统中，从而达到风能的重复循环利用，从而进一步提高风能的利用率。

附图说明

图1为本发明的原理方框图。

图2为本发明风能气压转换单元的结构示意图。

图3为本发明风能气压转换单元的结构示意图。

图4为本发明风能气压转换单元叶轮的立体示意图。

图5为本发明气压电能转换单元的立体示意图。

图6为本发明气压电能转换单元的气压螺旋动力装置的立体分解示意图。

图7为本发明气压电能转换单元的气压螺旋动力装置的结构原理图。

图8为本发明的排出余压回收单元第一种实施方式的原理方框图。

图9为本发明的排出余压回收单元第二种实施方式的原理方框图。

图10为本发明的排出余压回收单元第三种实施方式的原理方框图。

图11为本发明的排出余压回收单元第一种实施方式的结构图。

图12为本发明的排出余压回收单元第二种实施方式的结构图。

图13为本发明的排出余压回收单元第三种实施方式的结构图。

具体实施方式

如图1至13所示，一种风能气压发电循环系统，其包括风能气压转换单元10、储压单元20以及气压电能转换单元30。

如图1所示，该风能气压转换单元10、该储压单元20以及该气压电能转换单元30顺序连接。

其中，该风能气压转换单元10用以采集外部自然风的风能，并将采集到的风能转换为气压的势能。

该储压单元20与该风能气压转换单元10相连接，通过该储压单元20对该风能气压转换单元10所生成气压的势能进行存储。

该储压单元20对该风能气压转换单元10所生成气压的势能进行存储并以定压的形式向该气压电能转换单元30中输送定压气流。

该气压电能转换单元30与该储压单元20相连接，通过该气压电能转换单元30将气压的势能首先转换为机械能而后转换为电能，以完成整体风力发电的过程。

本发明通过上述的转换方式将随机性的外部自然风的风能首先通过该风能气压转换单元10以及该储压单元20转换为气压的势能，而后借助该储压单元20以定压的形式向该气压电能转换单元30中输送定压气流进行发电，所以利用本发明的技术在具体工作的时候该气压电能转换单元30的工作较为平稳其所产生的电流强弱的变化也不大，具有积极的效果。

如图2至3所示，该风能气压转换单元10包括自然风采集叶片11、变速箱12以及螺旋压缩器13。

其中，该自然风采集叶片11用以收集自然风，该自然风采集叶片11与风叶转轴111相连接。

当自然风作用在该自然风采集叶片11上的时候，该自然风采集叶片11旋转并同步带动该风叶转轴111转动。

该风叶转轴111连接在该变速箱12一侧。

该螺旋压缩器13包括风能二次采集罩14、叶轮15以及风罩16。

其中，该风能二次采集罩14包括侧壁141以及底板142，该侧壁141环设在该底板142上，且借助该侧壁141与该底板142围绕形成一罩腔143。

该叶轮15以及该风罩16设置在该罩腔143中。

相对于该自然风采集叶片11在该侧壁141前端设置有弧形导风板144，该弧形导风板144围绕形成一风能二次采集口145。

如图3至4所示，该叶轮15具有轮体151、风叶152以及风环153，其中，该风叶152一侧固定在轮体151上，而该风叶152的另外一侧固定在该风环153中。

该轮体151中插接有轮轴154，该轮轴154相对于该风叶转轴111连接在该变速箱12的另外一侧。

该风罩16固定连接在该轮体151上，并借助该风罩16将该变速箱12罩设于其中。

该风罩16与该风能二次采集罩14围绕形成一风道161。

该风道161与该风能二次采集口145相连通。

该叶轮15的该风叶152位于该风道161中。

该自然风采集叶片11位于该风能二次采集口145前方。

该弧形导风板144从该风能二次采集罩14的该侧壁141的前端延伸至该叶轮15的该风环153顶端。该弧形导风板144的内表面、该风环153的内表面以及该风罩16的外表面围绕形成该风道161。

该风道161的直径自该风能二次采集口145向该叶轮15的该风环153的方向递减。该风道161整体呈圆锥状，

如图3所示，自然风从该自然风采集叶片11的一侧运动至该自然风采集叶片11的另外一侧，在此过程中自然风作用在该自然风采集叶片11上，该自然风采集叶片11旋转并同步带动该风叶转轴111转动，与此同时借助该变速箱12以及该轮轴154进一步驱动该叶轮15转动，从而产生压缩气体并从该螺旋压缩器13中流出并输送该储压单元20中。

同时，运动至该自然风采集叶片11的另外一侧的自然风通过该风能二次采集口145进入该风道161中，并作用在该叶轮15的该风叶152上，进一步驱动该叶轮15转动，从而产生压缩气体并从该螺旋压缩器13中流出并输送该储压单元20中。

如上所述可以在自然风的采集阶段对自然风进行二次利用，从而大大提高风能利用率。

该储压单元20为气体储存罐。

该风能气压转换单元10与该储压单元20之间设置有单向阀A，使压缩气体只能从该风能气压转换单元10进步到该储压单元20中。

如图6至7所示，该气压电能转换单元30包括气压螺旋动力装置40以及发电机50，其中，该气压螺旋动力装置40包括座体41以及动力转换单元42，该动力转换单元42设置在该座体41中。

该动力转换单元42包括动力叶轮421、动力叶圈422以及动力输出轴423，该动力叶轮421固定连接在该动力叶圈422中，该动力输出轴423插接在该动力叶轮421中。

该动力叶圈422具有内表面以及外表面，且借助该动力叶圈422的该内表面围绕确定出叶圈腔，该动力叶轮421是设置在该动力叶圈422的该叶圈腔中的，该动力叶轮421包括轮体以及若干叶片，该动力叶轮421的叶片连接在该动力叶圈422与该动力叶轮421的轮体之间。

该气压螺旋动力装置40还包括进气口43以及出气口44。

该储压单元20向该气压电能转换单元30中输送的定压气流，自该进气口43进入该气压螺旋动力装置40中，而后自该出气口44流出该气压螺旋动力装置40，在此过程中，该储压单元20的定压气流驱动该动力转换单元42运动，并最终带动该动力输出轴423转动。

该发电机50与该动力输出轴423相连接，通过该发电机50将该动力输出轴423的转动机械能转换为电能并向外传递。

本发明的该风能气压发电循环系统还包括排出余压回收单元，该排出余压回收单元用以将从该气压螺旋动力装置40的该出气口44中流出的气流从新引入到该风能气压发电循环系统中，从而达到风能的重复循环利用，从而进一步提高风能的利用率。

如图8、11所示，该排出余压回收单元在具体实施的时候其第一种实施方式为：该排出余压回收单元为输气管61，该输气管61一端连接该气压螺旋动力装置40的该出气口44用以采集残余风能。

该输气管61的另外一端与该气压螺旋动力装置40的该进气口43相连接，使从该出气口44流出的气流从新进入该气压螺旋动力装置40中达到重复利用的目的。

此刻，该气压螺旋动力装置40具有若干个该进气口43，该输气管61只与部分该进气口43相连接。

如图9、12所示，该排出余压回收单元在具体实施的时候其第二种实施方式为：该排出余压回收单元为输气管62，该输气管62一端连接该气压螺旋动力装置40的该出气口44用以采集残余风能。

该输气管62的另外一端与该储压单元20相连接，使从该出气口44流出的气流从新进入该储压单元20中达到重复利用的目的。

此刻，该输气管62上设置有增压器。

如图10、13所示，该排出余压回收单元在具体实施的时候其第三种实施方式为：该排出余压回收单元为输气管63，该输气管63一端连接该气压螺旋动力装置40的该出气口44用以采集残余风能。

该输气管63的另外一端对应于该风能气压转换单元10的该风道161，使从该出气口44流出的气流从新进入该风能气压转换单元10中达到重复利用的目的。

进一步描述为，该输气管63的另外一端贯穿该风能气压转换单元10的该螺旋压缩器13之风能二次采集罩14，使从该出气口44流出的气流沿着该输气管63从新进入该风道161中达到重复利用的目的。

该排出余压回收单元在具体实施的时候其输气管一端连接该气压螺旋动力装置40的该出气口44，而输气管的另外一端也可以同时连接到该风能气压转换单元10、该储压单元20以及该气压电能转换单元30上达到重复利用的目的。

本发明中整体风力发电的过程也就是将风能转换成机械能并进一步转换为气压势能，并最终转换为电能的物理变化过程。具体而言本发明的风力发电的主要原理是利用风力带动风车叶片旋转，从而将叶片旋转的转动力转换为气压势能，并将气压势能驱动的螺旋动力机的转动力传递至发电机中，从而促使发电机发电。

在风力发电的整体过程中没有燃料的问题，也不会产生辐射或空气污染。整体风力发电的过程也就是将风能转换成机械能进一步转换为气压势能并最终转换为电能的过程。本发明的有益效果是比传统的用风叶直驱发电机发出的电能更加稳定可靠。

Claims (8)

1.一种风能气压发电循环系统，其特征在于：其包括风能气压转换单元、储压单元以及气压电能转换单元，该风能气压转换单元、该储压单元以及该气压电能转换单元顺序连接，其中，该风能气压转换单元用以采集外部自然风的风能，并将采集到的风能转换为气压的势能，该储压单元与该风能气压转换单元相连接，通过该储压单元对该风能气压转换单元所生成气压的势能进行存储，该储压单元对该风能气压转换单元所生成气压的势能进行存储并以定压的形式向该气压电能转换单元中输送定压气流，该气压电能转换单元与该储压单元相连接，通过该气压电能转换单元将气压的势能首先转换为机械能而后转换为电能，

该风能气压转换单元包括自然风采集叶片、变速箱以及螺旋压缩器，其中，该自然风采集叶片用以收集自然风，该自然风采集叶片与风叶转轴相连接，当自然风作用在该自然风采集叶片上的时候，该自然风采集叶片旋转并同步带动该风叶转轴转动，该风叶转轴连接在该变速箱一侧，

该螺旋压缩器包括风能二次采集罩、叶轮以及风罩，其中，该风能二次采集罩包括侧壁以及底板，该侧壁环设在该底板上，且借助该侧壁与该底板围绕形成一罩腔，该叶轮以及该风罩设置在该罩腔中，相对于该自然风采集叶片在该侧壁前端设置有弧形导风板，该弧形导风板围绕形成一风能二次采集口，

该叶轮具有轮体、风叶以及风环，其中，该风叶一侧固定在轮体上，而该风叶的另外一侧固定在该风环中，该轮体中插接有轮轴，该轮轴相对于该风叶转轴连接在该变速箱的另外一侧，该风罩固定连接在该轮体上，并借助该风罩将该变速箱罩设于其中，该风罩与该风能二次采集罩围绕形成一风道，该风道与该风能二次采集口相连通，该叶轮的该风叶位于该风道中，该自然风采集叶片位于该风能二次采集口前方，

自然风从该自然风采集叶片的一侧运动至该自然风采集叶片的另外一侧，在此过程中自然风作用在该自然风采集叶片上，该自然风采集叶片旋转并同步带动该风叶转轴转动，与此同时借助该变速箱以及该轮轴进一步驱动该叶轮转动，从而产生压缩气体并从该螺旋压缩器中流出并输送该储压单元中，同时，运动至该自然风采集叶片的另外一侧的自然风通过该风能二次采集口进入该风道中，并作用在该叶轮的该风叶上，进一步驱动该叶轮转动，从而产生压缩气体并从该螺旋压缩器中流出并输送该储压单元中，

该储压单元为气体储存罐，该气压电能转换单元包括气压螺旋动力装置以及发电机，其中，该气压螺旋动力装置包括座体以及动力转换单元，该动力转换单元设置在该座体中， 该动力转换单元包括动力叶轮、动力叶圈以及动力输出轴，该动力叶轮固定连接在该动力叶圈中，该动力输出轴插接在该动力叶轮中，该动力叶圈具有内表面以及外表面，且借助该动力叶圈的该内表面围绕确定出叶圈腔，该动力叶轮是设置在该动力叶圈的该叶圈腔中的，该动力叶轮包括轮体以及若干叶片，该动力叶轮的叶片连接在该动力叶圈与该动力叶轮的轮体之间，该气压螺旋动力装置还包括进气口以及出气口，该储压单元向该气压电能转换单元中输送的定压气流，自该进气口进入该气压螺旋动力装置中，而后自该出气口流出该气压螺旋动力装置，在此过程中，该储压单元的定压气流驱动该动力转换单元运动，并最终带动该动力输出轴转动，该发电机与该动力输出轴相连接，通过该发电机将该动力输出轴的转动机械能转换为电能并向外传递。

2.如权利要求1所述的一种风能气压发电循环系统，其特征在于：该风能气压转换单元与该储压单元之间设置有单向阀。

3.如权利要求1所述的一种风能气压发电循环系统，其特征在于：该弧形导风板从该风能二次采集罩的该侧壁的前端延伸至该叶轮的该风环顶端，该弧形导风板的内表面、该风环的内表面以及该风罩的外表面围绕形成该风道，该风道的直径自该风能二次采集口向该叶轮的该风环的方向递减。

4.如权利要求3所述的一种风能气压发电循环系统，其特征在于：该风能气压发电循环系统还包括排出余压回收单元，该排出余压回收单元用以将从该气压螺旋动力装置的该出气口中流出的气流从新引入到该风能气压发电循环系统中。

5.如权利要求4所述的一种风能气压发电循环系统，其特征在于：该排出余压回收单元为输气管，该输气管一端连接该气压螺旋动力装置的该出气口用以采集残余风能，该输气管的另外一端与该气压螺旋动力装置的该进气口相连接，使从该出气口流出的气流从新进入该气压螺旋动力装置中，此刻，该气压螺旋动力装置具有若干个该进气口，该输气管只与部分该进气口相连接。

6.如权利要求4所述的一种风能气压发电循环系统，其特征在于：该排出余压回收单元为输气管，该输气管一端连接该气压螺旋动力装置的该出气口用以采集残余风能，该输气管的另外一端与该储压单元相连接，使从该出气口流出的气流从新进入该储压单元中，该输气管上设置有增压器。

7.如权利要求4所述的一种风能气压发电循环系统，其特征在于：该排出余压回收单元为输气管，该输气管一端连接该气压螺旋动力装置的该出气口用以采集残余风能，该输气管的另外一端对应于该风能气压转换单元的该风道，使从该出气口流出的气流从新进入该风能气压转换单元中。

8.如权利要求7所述的一种风能气压发电循环系统，其特征在于：该输气管的另外一端贯穿该风能气压转换单元的该螺旋压缩器之风能二次采集罩，使从该出气口流出的气流沿着该输气管从新进入该风道中。

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