CN103119778A - 可展开的风力以及蓄电池单元 - Google Patents

Abstract

一种便携式的、可选择性地展开的电力供给和存储装置，包括：框架，底板，可固定到框架，并且具有设置在其上的纵向延伸的导向构件，支柱组件，具有枢轴连接到牵引元件的第一端以及与第一端相反的第二端，牵引元件可沿着导向构件滑动，和风轮机，可容纳在支柱组件的第二端处。支承被枢轴连接到框架和一部分支柱组件两者并且在框架和一部分支柱组件两者之间延伸，以致一旦牵引元件沿着导向构件移位，支承就产生支柱组件在缩回和展开位置之间的移动。为了便于电力供给和存储装置的运输和重新安置，框架、底板、支柱组件、风轮机和支承被配置成限定单个单元并且集体地容纳在集装箱中。

Description

可展开的风力以及蓄电池单元

这个申请要求2010年7月7日提交的美国临时申请序列号61/362,216的优先权，其全部的揭示内容通过这个引用被结合到本申请中。

技术领域

本发明大致涉及包含用过并且废弃的集装箱或者类似元件的可展开的风轮机系统。

背景技术

风轮机在世界范围内用于能量产生，并且由旋转发动机构成，在旋转发动机中，通过使装有叶片的转子转动来将移动流体的动能转换成机械能。一些装有叶片的转子沿着垂直轴被定位（垂直轴风轮机（VAWT）），并且一些装有叶片的转子沿着水平轴被定位（水平轴风轮机（HAWT））。一些轮机为了在固定场所上使用而被安装，并且一些轮机是便携式的。

标题为PITCH AFRICA LOG 3,3.2SPECIAL CONTAINERS（4月-6月）的ATOPIARESEARCH公司文件描述了各种类型的特别配备的集装箱，该集装箱使得可以在没有基础便利设施的区域中提供服务。

发明内容

本发明的一个主要方面涉及便携式的、可选择性地展开的风轮机，该风轮机包括装有叶片的转子，装有叶片的转子被附接到杆或者支柱。能够伸缩的支柱以及装有叶片的转子可以被存储在集装箱内用于运送，并且为了操作可以被竖起。下支承支柱利用牵引元件和铰链被较佳地附接到位于集装箱的基部处的导轨或者轨道，经由球或者销接头被设置，以致下支承支柱的基部能够沿着轨道移动作为支柱的头部，即，使上支承支柱上升离开集装箱到它的竖起位置。上支柱被连结到下支柱，并且可以在下支柱正被竖起时或者在下支柱已经被竖起之后被延伸。A形框架支承、v撑杆、v支杆或者“斜桁支索”、或者其它相对刚性的支承元件被附接到存储集装箱或者容纳在存储集装箱中的加强框架，并且被附接到下支柱，以便有助于使支柱竖起。A形框架支承的支杆被附接到集装箱或者加强框架，并且在操作牵引机构使支柱的底座沿着轨道移动时，按照限制支柱以圆弧形式移动的这种方式被附接到支柱。

海啸、地震、飓风及其他灾难往往突然地侵袭，但是在这些事件期间以及紧跟在这些事件之后遭受到的毁坏的比例并不总是偶然的。筹备和灾难管理计划可以在降低由这种灾难所引起的人类痛苦和死亡中扮演关键角色。虽然所需的筹备的属性取决于灾难的类型而变化，灾区在灾后救济和恢复期间的需求往往是类似的：避难所、用于急救和关键职能的能量、清水和食物、以及医疗救护。

海地地震（2010）是与组织以及运输辅助的后勤任务相关的灾后救济努力不足的悲伤示例。由本发明的主题所专注的一个这种不足就是缺乏为了初期急救和关键功能而可靠发电的系统。通常使用气体或者柴油机电力发电机，但是这些对象需要恒定的燃料供给，因为运输路线在灾难之后往往处于非常差的情况，所以恒定的燃料供给可能难以确保并且运送昂贵。此外，这些发电机往往争夺具有必要运输需求的稀有燃料。较好的替代方案是可能的，并且嵌入运送的集装箱的形成本发明的主题的混合风力系统可以在灾区被迅速地展开，而不需要相当大的燃料供给。预期这里揭示的方案将能产生大约5kW的电力；如果该装置在多风的区域中被展开，最大电力可以是更高的。该系统还将具有几天的存储容量。

电产生和存储将足以使诊所、小型医院或者学校有电力。在揭示的特定实施例中，利用缩叠的支柱上的垂直轴轮机。气象传感器可以被嵌入该系统，以表征所在地的风和太阳能资源，以及分析系统的性能并且使系统的性能最佳化。这种电力产生和存储单元还将促进设计的灾后工程系统中的可持续实践，并且将用作在灾后重建阶段期间用于可再生能源开发的原型，允许当地居民变得更精通这些可再生的技术。

风轮机产生结构中的静态和动态负载，该结构中的静态和动态负载已经被分析并且被包括在设计中。本发明提供被利用来展开风轮机的机构，这些机构是简单的，以便允许具有最小的人类干预和动力的容易竖起，并且本发明允许所有的部分缩回以适合集装箱的内部，使得在不同类型的地形之上展开是可能的。

根据本发明的一个特别较佳实施例，便携式的、可选择性地展开的电力供给和存储装置，包括：基本上刚性的框架，底板，可固定到所述基本上刚性的框架，并且具有设置在其上的纵向延伸的导向构件，支柱组件，具有第一端以及与第一端相反的第二端，第一端枢轴连接到牵引元件，牵引元件可沿着导向构件滑动，和风轮机，可容纳在支柱组件的第二端处。支承被枢轴连接到基本上刚性的框架和一部分支柱组件两者并且在基本上刚性的框架和一部分支柱组件两者之间延伸，以致一旦牵引元件沿着导向构件移位，支承就产生支柱组件在缩回和展开位置之间的移动。可以由框架支撑的蓄电池或者其他能量存储元件可以被包括在组件中，以便存储由在风轮机的操作期间产生的输出电流所提供的能量。为了便于以有利的方式运输和重新安置电力供给和存储装置，基本上刚性的框架、底板、支柱组件、风轮机和支承被配置成限定单个单元并且作为那个单元集体地容纳在集装箱中。

当所述装置在使用中时，多个高度可调整的悬臂支架装置可被附接到所述集装箱以使所述装置稳固，同时，当所述装置不在使用中时，多个悬臂支架装置在所述装置的运输期间可容纳在所述集装箱内。

支柱组件最佳地是可伸缩的，具有上支承支柱和下支承支柱，上支承支柱限定可缩回到下支承支柱中的第二端，下支承支柱限定第一端，用于容纳在集装箱中。通过额定输出功率或者以另外方式地来便于识别该装置的显示器可以被安置在集装箱上。

还要求了一种重新安置可选择性地展开的电力供给和存储装置的处理。

附图说明

图1显示在组装情况下被容纳在标准的、可容易得到的集装箱内的根据本发明的元件的集合。

图2图示图1中显示的元件的集合，但是没有集装箱。

图3显示当本发明的支柱组件已经被放置到它的基本上垂直的竖起位置上时的整个装置的元件。

图4是显示支柱组件处于基本上垂直的竖起位置，但是具有部分支柱和集装箱被切除的整个装置的侧视图。

图5显示当利用的风轮机为了使用而被展开时出现的装置的各种元件。

图6是图示图5中显示的元件在那些元件处于装箱情况时所占用的位置的视图。

具体实施方式

图1提供的等距视图显示了在组装情况下容纳在标准的、可容易得到的40'ISO（国际标准化组织）集装箱20内的元件的集合48。以将要被描述的方式来利用元件的装箱的集合48，以便将垂直轴轮机50（图3）放置到操作情况中。集装箱20是完全常规的，并且如图1和6中图示的，包括一对端壁22、24，一对侧壁26、28，底板30和敞开式顶部32。

图2图示了没有集装箱20的元件的集合48。这个集合48具有多个独立部件，包括钢加强框架52、穿孔的薄钢板底板54、在为了架设电缆及其他设施而提供空间的集装箱20内产生提高的底板水平的底板加强和支承轨道56、诸如导轨58的被固定到底板54的牵引元件导向构件、可沿着导轨58滑动的牵引元件60、以及支柱组件，支柱组件具有通过铰链64与牵引元件60互相连接的下轮机支承支柱62和限定上支承支柱的管状元件66，上支承支柱收缩到下轮机支承支柱62中并且从下轮机支承支柱62中伸出。收缩的支柱可以使用液压的或者人工的或者电机驱动的滑轮系统。为了减轻重量和／或维修目的，可以在下支承支柱62中包括开口68。

图3中图示了刚性的A形框架支承或者“斜桁支索”70的腿部，A形框架支承或者“斜桁支索”70的腿部通过铰链或者通过其他方式被枢轴地连接到钢加强框架52和下支承支柱62的适当部分两者。在牵引元件60从它在图2中显示的导轨58上的左端位置移位到右端的期间，A形框架支承70促使下支承支柱62围绕铰链64从图2中显示的基本上水平的装箱位置旋转到图3中显示的基本上垂直的竖起位置。导轨58上的或者邻近于导轨58的适当的挡块112（图5）可以被用于阻止牵引元件60在下支承支柱62处于竖起位置时的移动超过它在导轨上的较佳位置。当然，一旦牵引元件60移位回到左侧，A形框架支承70促使下支承支柱62从它在图3中占用的位置回到图2中显示的基本上水平的装箱位置。可以以任何适当的方式来产生牵引元件60沿着导轨58的移动，任何适当的方式诸如是人工操作的或者电动的螺旋驱动（未显示）。

每当容纳在集装箱20中的轮机装置在使用中时，使用以图3中的实例图示的多个悬臂支架装置72来使集装箱20稳固在适当的位置上。这些悬臂支架装置中的每一个包括多个实心的或者管状的支承构件74，多个实心的或者管状的支承构件74以限定框架的这种方式被互相连接，该框架将高度可调整的底座76固定到集装箱20的相对的侧壁26和28。贯穿形成在集装箱壁26和28中的孔（未显示）的螺栓（未显示）可以被用于将一些支承构件74的端部可去除地固定到侧壁26和28，同时托架78被用于使高度可调整的底座76与悬臂支架装置72的外端部互相连接。图3还显示了装饰显示器80，装饰显示器80可以被用于通过额定输出功率或者用某种其他方式来便于元件的总体集合48的识别。

当悬臂支架装置72和元件的集合48的其他元件在图1中显示的组装情况下被存储时，带子或者皮带82可以被用于将支承构件74固定在集装箱20内的适当的位置。螺栓84或者其他紧固件可以穿过底板54中的穿孔，以便在组装情况下将底座76适当地固定。

架子86在图1-3的每个图中是可见的。这个架子86被安装在被焊接或者用其他方法被固定到加强框架52的面板90上，并且可以例如被用于容纳一对相对的能量存储元件的阵列，诸如蓄电池88，利用蓄电池88以便在需要时选择性地供给电力，以及以将要描述的方式存储由风轮机产生的能量。架子可以被配置成保护蓄电池免于暴露于雨水。诸如太阳能电池板的附加发电系统可以被附接到该结构，以便获得附加的电力或者运行设备。

在图中图示的特定装置中，VAWT 92被安置在限定上支承支柱的管状元件66的远端处，VAWT 92包括两个叶片96，两个叶片96通过对角线的翼梁98被互相连接到驱动元件94。驱动元件94由于叶片96上的风的作用而可相对于管状元件66转动。当将要使用风轮机92时，叶片96被安装在或者移动到图3中显示的它们的操作位置上，并且被锁定到位。图1和2显示叶片96在组装情况下的位置。尽管每当元件的总体集合48被放置到组装情况中时，使用的任何轮机将需要是可适当存储的，但是如果希望的话，也可以使用其他风轮机配置。任何这种轮机可以被调整和设计成适合在集装箱中，被折叠或者被铰接以致于适合集装箱的可用空间，或者被部分地拆除以适合可用空间。

图4是显示下支承支柱62处于图3的基本上垂直的竖起位置，但是部分支柱62和集装箱20被切除的整个装置的侧视图。虽然为了简单起见，悬臂支架装置72没有被显示在图4中，但是所示的VAWT 92处于它的展开位置，并且识别出限定上支承支柱的管状元件66、A形框架支承70、驱动元件94、两个叶片96之一、以及对角线的翼梁98之一。图4显示具有加强肋100的套管102，加强肋100经由管箍104被固定到下支承支柱62的远端。当上支承支柱在它的伸展和缩回位置之间移动时，套管102操作作为用于上支承支柱的导杆。安装在元件66的下端处的常规的电磁发电机106的转子通过驱动轴（未显示）与驱动元件94互相连接，以致转子由于作用于叶片96上的风力的结果而自旋。来自发电机106的输出电流通过电缆108（显示被部分地切除）被传到换流器110，然后通过电缆连接（未显示）被供给到各个蓄电池88，用于存储。

图5显示当VAWT 92为了使用而被展开时出现的装置的各种元件。除了先前提及的挡块112和导轨58之外，在图5中识别出悬臂支架装置72和叶片96。在图6中识别出这些相同的元件，图6图示了在装箱情况下由相同的元件所采用的位置。

用于可竖起的支柱和轮机的集装箱可以具有任何比例；例如，可以利用大的40'集装箱或者较小的20'集装箱。集装箱在操作时用来为风轮机提供结构、压载和机座，以及允许存储结构附件，该结构附件是使支柱和轮机在它们被竖起或者在操作中时稳固所必需的。集装箱作为用于所有的操作该系统所需的电动和机械部件的存储容器和外壳，并且作为在运输和存储期间的保护装置，该系统包括例如用于能量存储的蓄电池、发电机、换流器和交流发电机。因此，可展开的风轮机装置用作移动式蓄电池供电单元，移动式蓄电池供电单元可以被存储在港口或者其他类型的场所中，并且被运送到需要应急供电或者独立电源的区域。许多集装箱在世界的各处被丢弃或者在港口没有被充分使用，并且这些集装箱可以在需要电力的地区被改造用于额外的用途。还有用于向世界上的社区举例说明诸如小的风的可持续发电技术的需要，以便于传播关于作为用于提供能量的长期系统的这种技术的知识。

上下支柱部分典型地由中空钢或者铝型材或者钢梁制成，但是也可以使用竹子或者诸如碳纤维或者玻璃纤维的复合材料。轮机起作用所需的电动和机械部件可以被安装在下支柱或者上支柱内，或者在集装箱的基部中的那些支柱的外面，或者在邻近于风轮机的支柱的顶部。

可沿着导轨58滑动的牵引元件60可以被人工地操作或者利用马达被电操作。这个牵引元件可以使用滑轮、辊、滚轮的系统或者有助于负载和运动的其他类型的轴承，来附接到导轨或者轨道。

存储在集装箱中的蓄电池组存储可以作为AC或者DC被接收和输送的电力。这些蓄电池88可以在风轮机系统被展开之前被预充电，并且可以被装满，就像风轮机使用电力一样。替代地，蓄电池可以为了剩余能量而作为存储机构进行操作。蓄电池还用作在集装箱的基部和侧部处的结构压载，以便有助于它在操作时的稳定性。

系统的范围可以被用于分配由轮机产生的电力。为了运行诸如工具、药品的冷冻机以及充电的蓄电池的设备，该轮机可以被用于在它的位置直接分配电力，或者它可以被用于通过将传输电缆从中心单元附接到远程位置来远程地分配电力。因此，已经开发了专注于电力需求紧急情况的电力系统，并且该电力系统可以供给电力以帮助辅助操作，电力需求紧急情况诸如是以下的那些环境或者其他危机。

本发明特别适合于用作利用风力的便携式的离网电力供给装置，因为它结合了可展开的支柱和集成电力存储系统。因此，本发明特别适合于迅速的灾后调配。

虽然已经图示和描述了本发明的一个特定形式，但是显而易见的是，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以获得在正文和附图中详述的本发明的各种修改和组合。例如，对构造的材料、构造的方法、具体尺寸、形状、效用或者应用的引用同样不意指限制于任何方式，并且其他材料和尺寸可以被替代以及保持在本发明的精神和范围内。因此，除了由附加的权利要求书限制的之外，不意欲限制本发明。

Claims (20)

1.一种便携式的、可选择性地展开的电力供给和存储装置，其特征在于，包括：

基本上刚性的框架，

底板，可固定到所述基本上刚性的框架，并且包括设置在其上的纵向延伸的导向构件，

支柱组件，具有第一端以及与所述第一端相反的第二端，所述第一端枢轴连接到牵引元件，所述牵引元件可沿着所述导向构件滑动，

风轮机，可容纳在所述支柱组件的所述第二端处，

支承，被枢轴连接到所述基本上刚性的框架和一部分所述支柱组件两者并且在所述基本上刚性的框架和一部分所述支柱组件两者之间延伸，以致一旦所述牵引元件沿着所述导向构件移位，所述支承就产生所述支柱组件在缩回和展开位置之间的移动，和

存储元件，用于存储由在所述风轮机的操作期间产生的输出电流所提供的能量，

其中，所述基本上刚性的框架、所述底板、所述支柱组件、所述风轮机和所述支承限定单个单元，并且作为那个单元集体地容纳在集装箱中，以便于所述电力供给和存储装置的运输和重新安置。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括多个悬臂支架装置，当所述装置在使用中时，所述多个悬臂支架装置可附接到所述集装箱以使所述装置稳固，以及当所述装置不在使用中时，所述多个悬臂支架装置在所述装置的运输期间可容纳在所述集装箱内。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述存储元件是通过所述基本上刚性的框架支撑的蓄电池。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述悬臂支架装置是高度可调整的。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支柱组件是可收缩的。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述支柱组件包括限定所述第一端的下支承支柱以及限定所述第二端的上支承支柱。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述上支承支柱可缩回到所述下支承支柱中，用于容纳在所述集装箱中。

8.如权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括显示器，所述显示器便于安置在所述集装箱上的所述装置的识别。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述显示器通过额定输出功率提供所述识别。

10.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述下支承支柱和所述上支承支柱是可收缩的。

11.一种重新安置可选择性地展开的电力供给和存储装置的处理，其特征在于，所述可选择性地展开的电力供给和存储装置具有：基本上刚性的框架；底板，可固定到所述基本上刚性的框架，并且包括设置在其上的纵向延伸的导向构件；支柱组件，具有第一端以及与所述第一端相反的第二端，所述第一端枢轴连接到牵引元件，所述牵引元件可沿着所述导向构件滑动；风轮机，可容纳在所述支柱组件的所述第二端处；支承，被枢轴连接到所述基本上刚性的框架和一部分所述支柱组件两者并且在所述基本上刚性的框架和一部分所述支柱组件两者之间延伸，以致一旦所述牵引元件沿着所述导向构件移位，所述支承就产生所述支柱组件在缩回和展开位置之间的移动；和存储元件，用于存储由在所述风轮机的操作期间产生的输出电流所提供的能量，所述处理包括：

所述基本上刚性的框架、所述底板、所述支柱组件、所述风轮机和所述支承作为单个单元集体地容纳在集装箱中，和

运输所述集装箱以重新安置所述电力供给和存储装置。

12.如权利要求11所述的处理，其特征在于，进一步包括当所述装置将要被使用时，将多个悬臂支架装置固定到所述集装箱以使所述装置稳固，以及当所述装置将不被使用时，从所述集装箱移除所述悬臂支架装置，为了运输而容纳在所述集装箱内。

13.如权利要求11所述的处理，其特征在于，所述存储元件是通过所述基本上刚性的框架支撑的蓄电池。

14.如权利要求12所述的处理，其特征在于，进一步包括调整悬臂支架装置高度。

15.如权利要求11所述的处理，其特征在于，所述支柱组件是可收缩的。

16.如权利要求11所述的处理，其特征在于，所述支柱组件包括限定所述第一端的下支承支柱以及限定所述第二端的上支承支柱。

17.如权利要求16所述的处理，其特征在于，进一步包括使所述上支承支柱缩回到所述下支承支柱中，用于容纳在所述集装箱中。

18.如权利要求11所述的处理，其特征在于，进一步包括通过安置在所述集装箱上的显示器来提供所述装置的识别。

19.如权利要求18所述的处理，其特征在于，所述显示器通过额定输出功率提供所述识别。

20.如权利要求16所述的处理，其特征在于，所述下支承支柱和所述上支承支柱是可收缩的。

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