CN102287336B - 双涡轮互动式通风发电两用机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种双涡轮互动式通风发电两用机，属于新能源技术领域；由两个涡轮式球形风轮，分别设在一个同轴发电机的两个外转子上，主轴固定在机架中，导线分别连接同轴发电机、控制盒或光明电阻、负载、光伏电池、电扇构成，特征是：两个涡轮式球形风轮由多个弧形叶片组成，第二风轮设在第一风轮内部，电扇促使室内气流螺旋形加速上升，推动第二风轮按逆时针旋转，从多个弧形叶片之间的空隙中排气推动第一风轮按顺时针旋转，两个风轮分别带动两个外转子按不同方向旋转发电；改变和隔离室内通风气流的排气方向，克服室外自然界风力大于室内上升气流时两种气流相互抵销的缺陷，提高风能的利用率和通风性能，能全天候运转，使发电效率增强一倍以上。
Description
技术领域
本发明涉及一种双涡轮互动式通风发电两用机，属于新能源技术领域，特别涉及一种将建筑通风换气和发电溶于一体的风力发电设备。
背景技术
在现有技术中，风力发电机只限于发电功能，没有将室内通风换气和发电功能溶于一体，以求发挥更大的节能潜力和应用范围。目前，有业者赏试在自然通风球的轴杆上加装小型发电机，用一个通风球或排风扇带动发电机，不足之处在于，当室外自然界风力大于室内上升气流时，两种气流相互抵销，降低了风能的利用率和通风性能，所以实用价值不理想。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，采用以下技术方案：
一种双涡轮互动式通风发电两用机，由两个涡轮式球形风轮1或其中一个风轮上设助动风轮103，分别设置在同轴发电机2的两个外转子上，同轴发电机的主轴固定在机座的机架中，控制盒4设在机架3上或机座旁，导线分别连接同轴发电机2、控制盒4或光电传感器402、负载401、光伏电池109、电扇110；特征是：所述两个涡轮式球形风轮1由多个弧形叶片组成，其中，第一风轮101制成顺时针旋向排气的涡轮式球形风轮与同轴发电机2的第一外转子201连接，第二风轮102制成逆时针旋向排气的涡轮式球形风轮与同轴发电机2的第二外转子202连接，第二风轮102的体积小于第一风轮，设在第一风轮101的内部，当室内通风气流上升推动第二风轮按逆时针旋转，气流从构成风轮的多个弧形叶片之间的空隙中排出形成涡旋式加速旋转上升，旋转的排气气流作用在第一风轮101内的多个弧形叶片中，推动第一风轮按顺时针涡旋式旋转排气，两个风轮产生互动作用，带动同轴发电机的第一转子201和第二转子202按照不同的方向旋转发电；由于上述两个风轮旋转方向相反，改变和隔离了室内通风气流排出室外时的排气方向，使得室外气流只能推动风轮旋转，不能直接进入室内风道，以克服室外自然界风力大于室内上升气流时两种气流相互抵销的缺陷，提高了风能的利用率和通风性能，通过两种风轮产生的互动作用，使发电机的效率增强一倍以上。
所述两个涡轮式球形风轮1的叶片由薄片金属材料分别压制成具有顺向或逆向涡旋角度的弧形叶片，每个叶片105的叶面设有供室内或室外气流推动的凹凸肋条或槽，多个弧形叶片的下端按圆周均布围成圆形固定在涡轮式球形风轮的球带107上，上端按角度均布固定在防雨罩104的四周，组成顺时针或逆时针旋转的两种风轮101或第二风轮102，风轮的叶片与叶片之间的空隙作为排气口；风轮运转时，在内部形成负压，使室内空气通过多个排气口形成涡旋式旋转的加速气流，达到良好的通风和发电效果；其中，直径大于0.4米的第二风轮102可设十字架球托106，球托中心设定位轴承(108)。
所述同轴发电机2为主轴套设两个外转子的发电机，它包含：定子203与主轴204固定，主轴通过第一外转子201和第二外转子202中的轴承支撑，其中定子203中分别设置与上述第一外转子201和第二外转子202对称的两套发电机定子绕组，绕组的输出端通过导线与控制盒4连接。
根据上述的结构描述，该同轴发电机2也可以由两个永磁无铁芯盘式发电机或两个矽钢片铁芯的盘式发电机改造组成，将上述两个发电机的主轴串联连接，主轴中上端的发电机作为第一外转子201，第一外转子201下面的发电机作为第二外转子202，不过转动效果和成本不如以前。
所述主轴204由圆钢、不锈钢管或无缝钢管制成，内孔管路供导线通过，主轴外径设有供第一外转子201、第二外转子202中的轴承和定子203固定的凸挡靠山，以精确控制上述部件的定位和气隙的尺寸。
所述机架3，由金属材料制成的十字架302，中心设置供主轴204或加长管固定的金属套303，、紧固螺母，十字架外端与机架的圆形金属圈301连接，圆形金属圈外侧设有F型手动止动器304，F型手动止动器由钢板制成，设有供移动的长槽，螺栓通过长槽与金属圈301连接，松动螺栓移动止动器304，使F型上端与第一风轮101和第二风轮102下端球托或球带中的凹槽缺口衔接，就能停止或锁定上述风轮转动，以供安装、检修、运输时使用。
所述机架3可以与机座305连体制成或分体制作和装安，连体制作时，十字架302直接固定在塔形体机座305的上端，分体制作和安装时，塔形体机座305的上端设机架3，机座内中空部分为通风道，或者在机座中设手动或电动蝴蝶阀门作为安全阀306，以备紧急情况时手动或自动关闭通风道；机座305安装在高层楼房建筑物的屋顶上，通风道与建筑物的换气通风口衔接，以求与通风机、排风扇，换气扇、全热交换器的排风风道综合利用，进一步提高发电效果；普通住房安装时，在建筑物的屋顶开换气通风口，用预埋螺栓将机座305套设固定在建筑物的换气通风口上，室内气流通过换气通风口、机座内通风道进行换气通风发电。
所述控制盒4中设有：单片机系统、负载自动切换控制电路、光控电路、双路发电、太阳能光伏电池发电、自动充电电路、过压、欠压、过流、漏电、防雷、防火安全保护电路、紧急情况自动保护电路、接触器、电子元件为主要零件组成的风力发电机自动控制盒；可以在定子203的绕组中或壳体内设置温度传感器或霍尔元件，并备置蓄电池、超级电容器、光电传感器、电源转换器以确保配合风力发电机的正常使用，制造较大型发电机时，可扩展上述功能另设与之相匹配的较大型的控制柜，设置在机座305的外侧。
所述助动风轮103，由金属薄片或尼龙、塑料、注塑制成，N片风叶按角度均布固定在第一风轮(101)顶端，其中N为自然数。
为了适应楼层低的建筑物使用，设计一种具有电扇的双涡轮互动式通风发电两用机，由两个涡轮式球形风轮1或其中一个风轮上设有助动风轮103，分别设置在同轴发电机2的两个外转子上，同轴发电机2的主轴固定在机座305上的机架3中，导线分别连接同轴发电机2、电扇110、设在机座旁的控制盒4、光伏电池109、负载401，特征是：所述电扇110设置在机架3中，导线穿过机架3与光伏电池109、控制盒4连接，电扇110的电源由设置在机座旁边的光伏电池109通过控制盒控制供应，在风扇的作用下，使风道内的气流呈螺旋形加速上升，气流由直线运动转换成螺旋形运动，产生旋转力矩，进一步增强气流的功况强度，推动风轮旋转发电，以提高风能利用率和通风性能，在室外无风状态下24小时全天候运转发电。
有益效果：设计成两个外转子和两个风轮互动促进运转发电，所以与相同功率的发电机相比，缩小了体积、降低了量重和成本，大幅度提高了发电机的输出功率；能在室外无风状态下24小时全天候运转发电，设有各种安全保护以确保运行安全。
双涡轮互动式通风发电两用机适用于：工厂厂房、高层建筑、娱乐场所、候车室、教学大楼、公共场所、宾馆、医院、卫生间、公共厕所、广场灯、路灯、航运等等所有需要通风换气和发电、照明的场所，产品不仅具有广阔的市场潜力，而且，一机多能、免费通风换气、免费供电照明、对于缓解目前，与日俱增的城市用电量来说，具有事半功倍的效果。
附图说明
附图1.一种双涡轮互动式通风发电两用机的结构原理剖视示意图。
附图2.一种设助动风叶的双涡轮互动式通风发电两用机的结构示意图。
附图3.一种具有电扇的双涡轮互动式通风发电两用机的结构示意图。
附图4.机架3的结构示意图。
附图5.一种球形涡轮式风轮的结构示意图。
具体实施方式
以下实施例并不构成对本发明保护范围的任何限制。
附图1-5中：1.涡轮式球形风轮，101.第一风轮，102.第二风轮，103.助动风轮，104.防雨罩，105.叶片，106.球托，107.球带，108.定位轴承，109.光伏电池，110.电扇，2.同轴发电机，201第一外转子，202.第二外转子，203.定子，204.主轴，3.机架，301.金属圈，302.十字架，303.金属套，304.止动器，305.机座，306.安全阀，4.控制盒，401.负载，402.光电传感器。
实施例：附图1所示，一种双涡轮互动式通风发电两用机的结构原理剖视示意图。同轴发电机2的主轴通过轴杆固定在机座连体的机架3上，机架内设置控制盒4，两个涡轮式球形风轮分别设置在同轴发电机2的两个外转子上，导线分别连接同轴发电机2、控制盒4、光电传感器、负载、构成，其中负载为照明灯。
实施例：附图2所示，附图2.一种设助动风叶的双涡轮互动式通风发电两用机的结构示意图。两个涡轮式球形风轮1由多个弧形叶片组成，其中，第一风轮101制成顺时针旋向风轮与第一外转子201连接，第二风轮102制成逆时针旋向风轮与第二外转子202连接，第二风轮102设在第一风轮101的内部，定子203与主轴204固定，通过两个外转子201、202中的轴承支撑，定子203中分别设置与上述两个外转子201、202相对称的两套定子绕组，绕组的输出端通过导线与设置在机座旁的控制盒4、负载401连接；其中主轴204通过轴杆固定在机架3中，机架外侧设止动器301，机架3套接固定在机座305上，机座固定在屋顶的通风口上，空心钢管制成的机座305的内孔风道与通风口衔接，室内通风气流，推动两个涡轮式球形风轮按不同的旋转方向各自发电；通过导线引至控制盒4，控制盒上设光电传感器传感器；第一风轮101的顶部设置助动风叶103，利用外界自然风进一步推动第一风轮按顺时针运转发电，机座305内设置安全阀306以供紧急常态下使用。
实施例：附图3，一种具有电扇的双涡轮互动式通风发电两用机的结构示意图。本实施例与附图2基本相同，不同之处在于，一.增设的电扇110设置在机架3中，导线穿过机架与光伏电池109、控制盒4连接，电扇110的电源由设置在机座旁边的光伏电池109供应，电扇110的风向向上，助动第二风轮102旋转发电，以提高风能利用率和通风性能；二.助动风轮103，由金属薄片或尼龙、塑料、注塑制成，N片弧形长风叶按角度均布固定在第一风轮101顶端，其中N为自然数，作为优选，预设为2片。
附图4.机架3的结构示意图。由金属材料制成的十字架302，中心安置供发电机主轴204连接管固定的圆孔金属套303、紧固螺母，十字架外端与机架的圆形金属圈301连接，圆形金属圈外侧设有F型手动止动器304，F型手动止动器由钢板制成，设有供移动的长槽，螺栓通过长槽与金属圈301连接，松动螺栓移动止动器304，使F型上端与第一风轮101和第二风轮102下端球托或球带中的凹槽缺口衔接，就能停止或通过螺孔锁定上述风轮转动，以供安装、检修、运输时使用。
附图5.一种球形涡轮式风轮的结构示意图。由薄片金属材料分别压制成具有顺时针或逆时针涡向角度的弧形叶片，每个叶片105的叶面分别设有供室内或室外气流推动的凹凸肋条或槽，多个弧形叶片下端按圆周均布固定在涡轮式球形风轮的球带107上，上端按角度均布固定在防雨罩104四周，叶片与叶片之间的空隙作为排气口；第二风轮102中设有十字架的球托106，球托中心设置定位轴承108；直径小于0.4米的涡轮式球形风轮102，也可以与涡轮式球形第一风轮101一样不设置十字架球托106和定位轴承108。
根据上述实施例和结构原理，有些聪明的制造商试图稍微改变或减少某一另件而制造的雷同产品，例如将第一风轮叶片改成逆时针旋转、第二风轮叶片改成顺时针旋转，两个风轮组合构成的双涡轮互动式两用机等类似产品也属于本发明的保护范畴之例。
Claims (12)
1.一种双涡轮互动式通风发电两用机，有两个涡轮式球形风轮(1)各自套设在同轴发电机(2)的两个外转子上，同轴发电机的主轴固定在机座上的机架(3)中，控制盒(4)设在机架上或机座旁，同轴发电机(2)通过导线连接控制盒(4)，控制盒(4)通过导线连接负载，控制盒上设光电传感器；电扇(110)设置在机架(3)中，通过导线穿过机架与光伏电池(109)、上述控制盒(4)连接，电扇(110)的电源由设置在机座旁边的所述光伏电池(109)供应；特征是：所述两个涡轮式球形风轮(1)由多个弧形叶片组成，其中，第一风轮(101)制成顺时针旋向与同轴发电机(2)的第一外转子(201)连接，第二风轮(102)制成逆时针旋向与同轴发电机(2)的第二外转子(202)连接，第二风轮设在第一风轮(101)内部，室内通风气流上升推动第二风轮按逆时针旋转，气流从构成风轮的多个弧形叶片之间的空隙中排出形成涡旋式加速旋转上升，旋转的排气气流作用在第一风轮(101)内的多个弧形叶片中，推动第一风轮按顺时针涡旋式旋转，两个风轮产生互动作用，分别带动发电机的第一外转子(201)和第二外转子(202)按不同的方向旋转发电，由于上述两个风轮旋转方向相反，使得室外气流只能推动风轮旋转，不能直接进入室内风道，以克服室外自然界风力大于室内上升气流时两种气流相互抵销的缺陷，提高风能的利用率和通风性能。
2.一种双涡轮互动式通风发电两用机，有两个涡轮式球形风轮(1)各自套设在同轴发电机(2)的两个外转子上，其中一个风轮上设助动风轮(103)；同轴发电机的主轴固定在机座上的机架(3)中，控制盒(4)设在机架上或机座旁，同轴发电机(2)通过导线连接控制盒(4)，控制盒(4)通过导线连接负载，控制盒上设光电传感器；电扇(110)设置在机架(3)中，通过导线穿过机架与光伏电池(109)、上述控制盒(4)连接，电扇(110)的电源由设置在机座旁边的所述光伏电池(109)供应；特征是：所述两个涡轮式球形风轮(1)由多个弧形叶片组成，其中，第一风轮(101)制成顺时针旋向与同轴发电机(2)的第一外转子(201)连接，第二风轮(102)制成逆时针旋向与同轴发电机(2)的第二外转子(202)连接，第二风轮设在第一风轮(101)内部，室内通风气流上升推动第二风轮按逆时针旋转，气流从构成风轮的多个弧形叶片之间的空隙中排出形成涡旋式加速旋转上升，旋转的排气气流作用在第一风轮(101)内的多个弧形叶片中，推动第一风轮按顺时针涡旋式旋转，两个风轮产生互动作用，分别带动发电机的第一外转子(201)和第二外转子(202)按不同的方向旋转发电，由于上述两个风轮旋转方向相反，使得室外气流只能推动风轮旋转，不能直接进入室内风道，以克服室外自然界风力大于室内上升气流时两种气流相互抵销的缺陷，提高风能的利用率和通风性能。
3.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式通风发电两用机，特征是：所述两个涡轮式球形风轮(1)的叶片由薄片金属材料分别压制成具有顺向或逆向涡旋角度的弧形叶片，每个叶片(105)的叶面分别设有供室内或室外气流推动的肋条或槽，多个弧形叶片下端按圆周均布固定在球带(107)上，上端按角度均布固定在防雨罩(104)的四周，组成顺时针或逆时针旋向的两种风轮，风轮叶片之间的空隙作为排气口；其中第二风轮(102)直径大于0.4米，设球托(106)，球托中心设定位轴承(108)。
4.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式通风发电两用机，特征是：所述同轴发电机(2)，它包含：定子(203)与主轴(204)固定，主轴通过第一外转子(201)、第二外转子(202)中的轴承支撑，定子(203)中分别设置与上述第一外转子、第二外转子对应的两套发电机定子绕组，绕组的输出端通过导线与控制盒(4)连接。
5.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式通风发电两用机，特征是：所述主轴(204)由圆钢、不锈钢管或无缝钢管加工制成，内孔管路供导线通过，主轴外径设有供第一外转子(201)、第二外转子(202)中的轴承和定子(203)固定的凸挡靠山，以精确控制上述部件的定位和气隙的尺寸。
6.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式通风发电两用机，特征是：所述机架(3)，具有金属材料制成的十字架(302)，其中心设置供主轴(204)固定的金属套(303)，十字架外端与机架的圆形金属圈(301)连接，圆形金属圈外侧设有F型手动止动器(304)，F型手动止动器由钢板制成，设有供移动的长槽，螺栓通过长槽与金属圈(301)连接，松动螺栓移动止动器(304)，使F型上端与第一风轮(101)和第二风轮(102)下端球托或球带中的凹槽缺口衔接，就能停止风轮转动。
7.根据权利要求6所述的双涡轮互动式通风发电两用机，特征是：所述机架(3)与机座(305)连体制作或分体制作和安装：连体制作时，十字架(302)直接固定在塔形体的所述机座(305)的上端；分体制作和安装时，机架(3)固定塔形体机座(305)上；机座内中空部分为通风道。
8.根据权利要求7所述的双涡轮互动式通风发电两用机，在机座内所述通风道中设安全阀(306)。
9.根据权利要求7所述的双涡轮互动式通风发电两用机，机座安装在高层楼房建筑物的屋顶时，通风道与建筑物的通风口衔接。
10.根据权利要求7所述的双涡轮互动式通风发电两用机，普通楼房安装时，在建筑物的屋顶开设通风口，将机座套设在通风口上。
11.根据权利要求1或2所述的双涡轮互动式通风发电两用机，特征是：所述控制盒(4)内部设有：单片机系统、负载自动切换控制电路、光控电路、双路发电、太阳能光伏电池发电、自动充电电路、过压、欠压、过流、漏电、防雷、防火安全保护电路、紧急情况自动保护电路、接触器、电子元件为主要零件组成的风力发电机自动控制盒；在同轴发电机壳体内设置温度传感器或霍尔元件；备置蓄电池、超级电容器、电源转换器以确保配合发电机的正常使用。
12.根据权利要求2所述的双涡轮互动式通风发电两用机，特征是：所述助动风轮(103)，由金属薄片或尼龙或塑料注塑制成，N片风叶按角度均布固定在第一风轮(101)顶端，其中N为自然数。
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