CN102269133A - 太阳能及风力混合式涡轮机发电装置 - Google Patents

太阳能及风力混合式涡轮机发电装置 Download PDF

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Abstract

本发明是一种太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，主要包括一直立锥形管，锥形管的顶端上方设有一风力涡轮机，锥形管的内部设有同轴向的发电涡轮机以及增速排气机，发电涡轮机连接发电机，以在发电涡轮机转动时进行发电。而增速排气机的顶端连接加速装置，加速装置的顶端连接风力涡轮机，并凭借一太阳能加热手段用来对锥形管进行加热。以在锥形管的温度上升时，让空气由锥形管的底端进入后向上流动，并在风力涡轮机迎风转动时，让增速排气机加速转动，使锥形管内的空气加速，从而提高发电涡轮机的发电效率。

Description

太阳能及风力混合式涡轮机发电装置
技术领域
本发明涉及一种涡轮机发电装置，尤指一种能让空气流动，并让流动的空气加速，使有效提升发电功率，并大幅减少发电涡轮机的重量以及体积的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置。
背景技术
近年来由于地球的石化能源即将面临耗尽的危机，世界各国都不断的积极开发风力、水力、地热或太阳能等利用天然资源以产生电力能量的方法，以此来缓减石油能源消耗的速度。
其中，针对风力发电而言，一般是以增大发电涡轮机的涡轮叶片扫风面积作为增加发电功率的努力方向，而依据发电功率的计算公式：发电功率＝1/2(涡轮有效系数)×(空气密度)×(圆周率)×(涡轮半径)2×(风速)3，可知增加涡轮半径而使得涡轮叶片的扫风面积增加确实可以提高发电功率。然而，在实际应用时，涡轮半径增加得太大，相对的将使得整个发电涡轮机的体积重量加大，而占用太多的有限使用空间，且大幅增加制造成本。
有鉴于此，为了改善上述的缺点，使太阳能及风力混合式涡轮机发电装置不但能有效提升发电功率，且可减少整组发电装置的重量、体积，发明人积多年的经验以及不断的研发改进，遂有本发明的产生。
发明内容
本发明的主要目的在提供一种涡轮机发电装置，凭借以太阳能加热的手段让空气上升并通过直立锥形管的结构，能产生空气的流动，让发电涡轮机转动发电。
本发明的次要目的在提供一种能让通过直立锥形管内的空气产生双重的空气加速作用，以提高发电功率的涡轮机发电装置。
本发明的又一目的在提供一种能让通过直立锥形管内的空气形成稳定的层流，以提高发电功率的涡轮机发电装置。
本发明的再一目的在提供一种能在强风状态下，避免产生过多加速的风力，以确保发电涡轮机正常运作的涡轮机发电装置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：包括一上粗下细的直立锥形管以及设在所述的锥形管顶端上方的一风力涡轮机，所述的锥形管的内部设有同轴向的一发电涡轮机以及一增速排气机，所述的发电涡轮机连接一发电机，以在发电涡轮机转动时进行发电，所述的增速排气机的顶端连接一加速装置，所述的加速装置的顶端连接所述的风力涡轮机，并凭借一太阳能加热手段用来对所述的锥形管进行加热，以在锥形管的温度上升时，让空气由锥形管的底端进入后向上流动，并在风力涡轮机迎风转动时，让增速排气机加速转动，使锥形管内的空气加速，从而提高发电涡轮机的转动速率。
实施时，所述的增速排气机设在锥形管较粗一端的内部，而所述的发电涡轮机设在锥形管较细一端的内部。
实施时，所述的加速装置是一齿轮变速箱。
实施时，更包括一下锥形管，所述的下锥形管较细的一端连结锥形管较细的一端，以使空气经由下锥形管较粗的一端上升到达前锥形管较细的一端时，让推动发电涡轮机的风速增加，以提高发电涡轮机发电的功率。
实施时，所述的锥形管的周缘包覆一透明外壳，且所述的透明外壳与锥形管的周缘之间是形成一空间。
实施时，所述的锥形管是一黑色物体，供吸收太阳能的热量。
实施时，所述的太阳能加热手段包括一设置在锥形管底端下方周围的反光片，供反射阳光给锥形管。
实施时，所述的太阳能加热手段更包括一透明采光罩，所述的透明采光罩设置在锥形管顶端上方，供阳光穿透而照射在锥形管上。
实施时，所述的锥形管的内部设有复数个层流管，供导引空气由下向上流动。
实施时，所述的层流管是金属导热材质所制成。
实施时，所述的风力涡轮机包括一主杆、一移动杆、一风力连动结构、复数个连动杆以及复数个风扇叶片，所述的主杆的底端连接加速装置，所述的移动杆是以可相对上下移动的方式连结在主杆的顶端，所述的风力连动结构连结在移动杆的顶端，用来在强风时让移动杆向上移动，所述的连动杆的一端以可相对转动的方式连结在主杆上，而所述的风扇叶片枢接于连动杆的另一端。
实施时，所述的主杆的顶端设有一容纳空间，所述的容纳空间内容置一回复件，且回复件的顶端连结在移动杆的底端，以让移动杆可相对于主杆的顶端上下移动。
实施时，所述的风力连动结构是一圆盘，所述的圆盘的底面连结在移动杆的顶端，所述的圆盘的顶面是一凸面，用来在强风时让移动杆向上移动。
实施时，所述的移动杆是一齿条，而所述的连动杆的一端设有一齿轮，所述的齿轮齿合在所述的齿条上，以让连动杆的一端以可相对转动的方式连结在主杆上。
与现有技术相比较，本发明具有的有益效果是：
1、本发明是以太阳能加热的方式让空气自然上升而发电，因此，能在无风状态下也可达到风力发电的效果。
2、本发明是以加速装置让增速排气机加速转动，因此，在有风状态下，能让通过直立锥形管内的空气产生双重的空气加速作用，不但可提高发电的功率，且可有效降低整组发电装置的重量、体积，并降低生产成本。
3、本发明能在强风时，让风扇叶片收折，因此，可有效避免发电涡轮机产生超过负载的转速，以确保发电涡轮机能正常运作。
4、本发明能让通过直立锥形管内的空气因其内部众多小锥形管的引导而形成稳定的层流，因此，让增速排气机以及发电涡轮机转动顺畅，以延长使用寿命。
附图说明
图1是本发明的第一实施例的剖面示意图；
图2是本发明的第一实施例的使用状态图；
图3是本发明的第二实施例的剖面示意图；
图4是本发明的第三实施例的部份剖面示意图；
图5是本发明的第三实施例的使用状态图。
附图标记说明：太阳能及风力混合式涡轮机发电装置1；锥形管2；排气端21；进气端22；透明外壳23；空间24；层流管25；反光片26；透明采光罩27；下锥形管28；增速排气机3；加速装置4；风力涡轮机5；风扇叶片51；主杆52；容纳空间521；回复件53；移动杆54；风力连动结构55；连动杆56；齿轮561；发电涡轮机6；发电机7。
具体实施方式
请参阅图1所示，其为本发明太阳能及风力混合式涡轮机发电装置1的第一实施例，包括一锥形管2、一增速排气机3、一加速装置4、一风力涡轮机5、一发电涡轮机6以及一发电机7。
所述的锥形管2是呈直立状的黑色物体，供吸收太阳能的热量，其上端较粗，下端较细，较粗的上端作为排气端21，较细的下端作为进气端22。所述的排气端21的内部设置一增速排气机3，所述的增速排气机3的顶端连接加速装置4，所述的加速装置4是一齿轮变速箱，所述的齿轮变速箱由数个具不同齿数的齿轮所组成，以凭借不同齿数比提高输出转速。所述的加速装置4也可为数个具不同直径的皮带轮以皮带连结而成，同样可以在风力涡轮机5转动时，经由加速装置4提高增速排气机3的转动速率。
所述的风力涡轮机5连接于加速装置4的顶端，所述的风力涡轮机5包括数个风扇叶片51，供迎风转动。而所述的发电涡轮机6容置定位于所述的进气端22的内部，且发电涡轮机6与增速排气机3同轴向设置；所述的发电涡轮机6是向下连接发电机7，以在发电涡轮机6转动时进行发电。
所述的锥形管2的周缘是包覆一透明外壳23，所述的透明外壳23与锥形管2的周缘之间形成一空间24，所述的空间24较佳是抽成真空，以提升锥形管2的吸热效率。又，所述的锥形管2的内部设有复数个层流管25，所述的层流管25是金属导热材质所制成，且各层流管25是以顺气流方向铺设的小锥形管，各层流管25的截面积由下而上逐渐扩大，所述的层流管25的截面概略组合呈蜂巢状，所述的层流管25的截面也可组合呈放射状或多边形。且所述的锥形管2是凭借一太阳能加热手段对所述的锥形管2进行加热。
实施时，所述的太阳能加热手段是凭借一设置在锥形管2底端下方的反光片26的反射作用，将阳光反射给锥形管2。其中，所述的反光片26较佳是包括数个内短外长，并呈内凹弧状的片体，以增加反光效率。所述的太阳能加热手段也可同时包括一透明采光罩27，所述的透明采光罩27是固定在锥形管2顶端的上方与风力涡轮机5的下方之间，以让阳光穿透而照射在锥形管2上，并阻隔锥形管2向上喷出的空气，使避免干扰透明采光罩27上方气流，以保持风力涡轮机5顺利运转。
如此，如图2所示，当太阳光照射在反光片26时，经由反光片26的反射，可对锥形管2的外部进行加热，而当太阳光穿透透明采光罩27，并照射在锥形管2的上方时，则可同时对锥形管2以及锥形管2内部的层流管25加热，并由于锥形管2以及层流管25的温度上升，让锥形管2内部的空气因体积膨胀而上升，同时让锥形管2外部的空气经由锥形管2的进气端22进入后向上流动，带动发电涡轮机6转动以进行发电。而当风力涡轮机5受到风力的作用而转动时，经由加速装置4的加速作用，将使得增速排气机3加速转动，使锥形管2内的空气加速向上流动，从而提高发电涡轮机6的转动速率。而在空气加速向上流动的过程中，由于复数个层流管25的导引，则可形成多道层流，让空气流动顺畅。
请参阅图3所示，其为本发明太阳能及风力混合式涡轮机发电装置1的第二实施例，其与第一实施例不同的处在于：所述的锥形管2的进气端22是向下连结在一下锥形管28的上端，使概略呈一文氏管的形状。如此，当空气经由下锥形管28较粗的下端上升到达锥形管2的进气端22时，即可经由下锥形管28截面积的逐渐缩小，让推动发电涡轮机6的风速增加，以提高发电涡轮机6发电的功率。而当风力涡轮机5同时迎风转动时，则可让下锥形管28内已加速的空气再加速一次，达到双重的加速效果，更提高发电涡轮机6的发电效率。
另请参阅图4所示，是本发明太阳能及风力混合式涡轮机发电装置1的第三实施例，其中，所述的风力涡轮机5是包括一主杆52、一回复件53、一移动杆54、一风力连动结构55、复数个连动杆56以及复数个风扇叶片51。
所述的主杆52是一直杆，主杆52的底端连接加速装置4，所述的主杆52的顶端设有一容纳空间521，供容置一弹簧在其中，所述的弹簧作为回复件53。所述的移动杆54是一齿条，齿条的底端是抵压在回复件53的顶端，以使齿条可相对于主杆52上下移动。所述的风力连动结构55是一圆盘，圆盘的底面中心连结在移动杆54的顶端，所述的圆盘的顶面是一凸面，凸面的截面是呈机翼形。
而所述的移动杆54的下端是容置在主杆52的容纳空间521内；所述的连动杆56的一端是设有一齿轮561，所述的齿轮561是枢接定位于主杆52的顶端，且所述的齿轮561齿合在所述的移动杆54上，以让连动杆56的一端可相对于主杆52转动。另，所述的风扇叶片51是枢接于连动杆56的另一端。
如此，如图5所示，在强风状态下，由于风力连动结构55上方的空气压力小于风力连动结构55下方的空气压力，将使得风力连动结构55产生向上升起的力量。而当风力连动结构55上升的力量大于回复件53的拉力时，即会带动移动杆54上升，同时连动该连动杆56一端的齿轮561，让连动杆56相对于主杆52向下转动，以收折各风扇叶片51。如此一来，即可降低增速排气机3的转速，避免发电涡轮机6因超速而损坏。
请参阅下表所示，是本发明与美国奇异公司生产的LM487型风力涡轮机的发电效率比较。
  LM487型风力涡轮机   本发明
  涡轮有效系数   0.3   0.3
  空气密度   1.21Kg/m3   1.21Kg/m3
  风力涡轮机的叶片直径   100米(水平式)   8-10米(垂直式)
  风扇叶片扫风面积   7854平方米   80-100平方米
  自然风速   12米/秒   12米/秒
  发电涡轮机的扫风面积与进口风速   N/A   0.6-0.8平方米300米/秒
  总重(视塔架高度而定)   140～180吨   8～10吨
  发电功率   2463千瓦   2940千瓦
其中，依发电功率的公式计算如下：
LM487风力涡轮机的发电功率＝(1/2)×(0.3)×(1.21)×(7854)×(123)＝2463(KW)
本发明的发电功率＝(1/2)×(0.3)×(1.21)×(0.6)×(300)3＝2940(KW)
由上述计算结果可知，本发明与现有LM487风力涡轮机在发电功率相接近的前提下，不但重量可大幅减轻，且可让整体体积大幅缩小。
因此，本发明具有以下的优点：
1、本发明是以太阳能加热的方式让空气自然上升而发电，因此，能在无风状态下也可达到风力发电的效果。
2、本发明是以加速装置让增速排气机加速转动，因此，在有风状态下，能让通过直立锥形管内的空气产生双重的空气加速作用，不但可提高发电的功率，且可有效降低整组发电装置的重量、体积，并降低生产成本。
3、本发明能在强风时，让风扇叶片收折，因此，可有效避免发电涡轮机产生超过负载的转速，以确保发电涡轮机能正常运作。
4、本发明能让通过直立锥形管内的空气因其内部众多小锥形管的引导而形成稳定的层流，因此，让增速排气机以及发电涡轮机转动顺畅，以延长使用寿命。
综上所述，依上文所揭示的内容，本发明确可达到发明的预期目的，提供一种不但能让空气流动，并让流动的空气产生双重的加速作用，以有效提升发电功率，且可延长装置使用寿命，减少发电涡轮机的重量以及体积，从而降低生产成本的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，极具产业上利用的价值。
以上说明对本发明而言只是说明性的，而非限制性的，本领域普通技术人员理解，在不脱离权利要求所限定的精神和范围的情况下，可作出许多修改、变化或等效，但都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：包括一上粗下细的直立锥形管以及设在所述的锥形管顶端上方的一风力涡轮机，所述的锥形管的内部设有同轴向的一发电涡轮机以及一增速排气机，所述的发电涡轮机连接一发电机，以在发电涡轮机转动时进行发电，所述的增速排气机的顶端连接一加速装置，所述的加速装置的顶端连接所述的风力涡轮机，并凭借一太阳能加热手段用来对所述的锥形管进行加热，以在锥形管的温度上升时，让空气由锥形管的底端进入后向上流动，并在风力涡轮机迎风转动时，让增速排气机加速转动，使锥形管内的空气加速，从而提高发电涡轮机的转动速率。
2.根据权利要求1所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的增速排气机设在锥形管较粗一端的内部，而所述的发电涡轮机设在锥形管较细一端的内部。
3.根据权利要求1或2所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的加速装置是一齿轮变速箱。
4.根据权利要求1或2所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：更包括一下锥形管，所述的下锥形管较细的一端连结锥形管较细的一端，以使空气经由下锥形管较粗的一端上升到达前锥形管较细的一端时，让推动发电涡轮机的风速增加，以提高发电涡轮机发电的功率。
5.根据权利要求1或2所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的锥形管的周缘包覆一透明外壳，且所述的透明外壳与锥形管的周缘之间是形成一空间。
6.根据权利要求1或2所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的锥形管是一黑色物体，供吸收太阳能的热量。
7.根据权利要求6所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的太阳能加热手段包括一设置在锥形管底端下方周围的反光片，供反射阳光给锥形管。
8.根据权利要求7所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的太阳能加热手段更包括一透明采光罩，所述的透明采光罩设置在锥形管顶端上方，供阳光穿透而照射在锥形管上。
9.根据权利要求8所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的锥形管的内部设有复数个层流管，供导引空气由下向上流动。
10.根据权利要求9所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的层流管是金属导热材质所制成。
11.根据权利要求1所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的风力涡轮机包括一主杆、一移动杆、一风力连动结构、复数个连动杆以及复数个风扇叶片，所述的主杆的底端连接加速装置，所述的移动杆是以可相对上下移动的方式连结在主杆的顶端，所述的风力连动结构连结在移动杆的顶端，用来在强风时让移动杆向上移动，所述的连动杆的一端以可相对转动的方式连结在主杆上，而所述的风扇叶片枢接于连动杆的另一端。
12.根据权利要求11所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的主杆的顶端设有一容纳空间，所述的容纳空间内容置一回复件，且回复件的顶端连结在移动杆的底端，以让移动杆可相对于主杆的顶端上下移动。
13.根据权利要求11或12所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的风力连动结构是一圆盘，所述的圆盘的底面连结在移动杆的顶端，所述的圆盘的顶面是一凸面，用来在强风时让移动杆向上移动。
14.根据权利要求11或12所述的太阳能及风力混合式涡轮机发电装置，其特征在于：所述的移动杆是一齿条，而所述的连动杆的一端设有一齿轮，所述的齿轮齿合在所述的齿条上，以让连动杆的一端以可相对转动的方式连结在主杆上。
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