CN103835867B - 一种野外便携式水力风力互补发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种野外便携式水力风力互补发电装置包括用于水力发电的水轮机和用于风力发电的垂直轴风力机、发电机装置，水轮机和垂直轴风力机不同时使用；所述水轮机包括进水流道、出水流道、水轮机转轴、转轮室、转轮；所述转轮包括导水锥、轮毂、水轮机叶片；所述水轮机叶片安装在轮毂上；所述垂直轴风力机包括风力机转轴、叶轮；所述叶轮包括多个风力机叶片、两个叶片固定架；所述发电机主体的转子与水轮机转轴相连；所述水轮机转轴和风力机转轴通过联轴器相连。本发明可以以实时实地地将水力或风力转化为电能，操作简单，尺寸较小，重量较轻，非常容易携带，很适合野外照明、煮饭、手机充电使用，同时可外接蓄电池进行储电，在遇到突发性的短时间停电时可用作备用电源。

Description

一种野外便携式水力风力互补发电装置

技术领域

本发明涉及一种水力、风力等可再生能源发电、储能及供电装置，具体的说是一种综合利用水能、风能等发电并储能的野外便携式水力风力互补发电装置，属于流体机械及水电工程设备技术领域。

背景技术

当今社会，社会经济发展对能源的依赖程度不断加剧，能源已经成为经济社会可持续发展的关键因素。而随着人类社会需求的不断扩大，人们对能源的需求也日益增长。目前，人类社会利用最广并且开发技术纯熟的能源主要是煤炭、石油、天然气等不可再生资源，占全球能源消费总量重达80%以上，但化石能源供应也日趋紧张，与此同时，化石能源的开发利用也改变了人类赖以生存的自然环境，因此，可再生的清洁能源已成为能源开发的重点。

我国水能资源局世界首位，相对于其他清洁能源而言，水电资源开发成本低，开发技术成熟，机组水力性能较好，出力较高，是实现可持续发展的首选能源；风能作为当前可再生能源技术中相对成熟并同时具备商业化开发和规模化发展的清洁能源，越来越得到世界的关注，风在我们的生活中随处可见，具备较强的可利用性。水力和风力发电相互配合利用，便可以扬长避短，获取更多能量，实现能量的持续供应。

外出旅游、探险、科考、作业时，受环境影响需要携带发电设备，然而一些较大功率的发电设备往往体积较大，比较笨重，不利于随身携带，而市场已有的野外便携式发电设备往往功率较小，主要依靠太阳能发电，因此，光照不好时容易受限。对于便携式小功率的水力风力互补发电系统，水轮机设计仅依靠水流的微小冲击力即可旋转发电，风机设计采用垂直轴风力机，可接受来自任何方向的风能，这种装置则存在更广的适用空间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种野外便携式水力风力互补发电装置，该装置是一种结构简单、尺寸小、使用方便、经济成本低、高效利用自然资源的野外便携式水力风力互补发电装置。

本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：

一种野外便携式水力风力互补发电装置，包括用于水力发电的水轮机和用于风力发电的垂直轴风力机、发电机装置；其中：

所述水轮机包括进水流道、出水流道、水轮机转轴、转轮室以及设置在转轮室内位于水轮机转轴顶端的转轮；所述转轮包括导水锥、轮毂、水轮机叶片；其中，所述导水锥设置在轮毂的顶端，所述水轮机叶片安装在轮毂上；

所述垂直轴风力机包括风力机转轴、叶轮；所述叶轮设置在风力机转轴的顶端，包括多个风力机叶片、两个叶片固定架；所述风力机叶片固定在叶片固定架上；

所述发电机装置包括后置灯泡体、安装在后置灯泡体内的发电机主体、支墩、发电机引线、密封装置、固定轴承；所述后置灯泡体设置在出水流道内；所述支墩设置在后置灯泡体两侧，其内部为空心，用以将发电机引线引出；所述密封装置设置在后置灯泡体尾端的轴伸处，用以进行防水密封，防止水进入灯泡体内部影响发电机工作；所述固定轴承用以对水轮机转轴进行固定，防止水轮机转轴高速旋转时产生振动偏移；

所述发电机主体的转子与水轮机转轴相连；所述水轮机转轴和风力机转轴通过联轴器相连；在水流速度满足时，水流从进水流道流入，推动水轮机叶片旋转，使水轮机转轴旋转，从而带动发电机的转子旋转发电，达到水力发电的目的；在风力条件满足时，风力推动风力机叶片旋转，使风力机转轴旋转，从而带动发电机转子旋转发电，达到风力发电的目的。

本发明所提供的一种野外便携式水力风力互补发电装置还包括水轮机固定装置和垂直轴风力机固定装置；所述水轮机固定装置为焊接在出水流道外侧的一圈金属套，且其四周均匀设置四个孔口，用以在使用水轮机时进行装置固定；所述垂直轴风力机固定装置为焊接在进水流道进口外侧的一圈金属套，且其四周均匀设置多个孔口，用以在使用垂直轴风力机时进行装置固定。

本发明中所述水轮机和垂直轴风力机不同时使用；在使用垂直轴风力机时，整个装置垂直放置，将进水流道的进水口紧贴地面，在风速较大时，通过垂直轴风力机固定装置来固定整个装置；在使用水轮机时，通过联轴器将垂直轴风力机拆卸，将进水流道的进水口对准水流方向，通过水轮机固定装置对水轮机在水中进行固定。

无论采用本发明的任一发电方式，只要通过发电机引线外接一个控制器，即可通过控制器直接对直流负载进行供电；也可通过逆变器将直流电转化为交流电后，再供给交流负载；控制器还可以根据水轮机和垂直风力机的发电量判断除供给负载外是否有多余电量，若有多余则对蓄电池进行充电，通过蓄电池存储电量，可以在外界发电条件不满足但由急需用电时将存储电量加以利用，以保证用电的连续性与可靠性。

作为本发明的进一步优化方案，所述进水流道为一个渐缩筒型金属外壳。

作为本发明的进一步优化方案，所述导水锥为流线型。

作为本发明的进一步优化方案，所述转轮室为一个截面为圆形的金属外壳，其直径根据所需的发电功率来确定。

作为本发明的进一步优化方案，所述轮毂为球面突起，用以方便水轮机叶片的安装和固定。

作为本发明的进一步优化方案，所述水轮机叶片由不同厚度、不同弦长的翼型组成，数量为4~6。

作为本发明的进一步优化方案，所述出水流道为一个渐扩筒型金属外壳。

作为本发明的进一步优化方案，所述风力机叶片采用阻力型叶片，数量为5~7。

作为本发明的进一步优化方案，所述水轮机固定装置或垂直轴风力机固定装置的固定方式为选用棍状物体插入水轮机固定装置或垂直轴风力机固定装置的孔口进行固定。

本发明采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：

（1）本发明根据所需功率的大小，可制造不同大小型号以满足不同人群需求；

（2）本发明操作简便、制造工艺简单、尺寸较小、重量较轻、可随身携带，方便用作一般家庭外出旅游的移动电源，如在郊外、偏远山区等没有供电设施，但有一定流速的水流或风力就可以用来照明、煮饭、手机充电等；

（3）本发明对水流和风力的要求低，只要水流流速达到1.5m/s水力发电部分即可发电；只要风速达3~5m/s风力发电部分即可发电，可供野外生存时利用自然界小溪水流的冲击或风的推动作用发电，不仅能够随身携带方便，还能够解决野外便携式太阳能发电的功率小、光照不足等问题。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图。

图2是本发明的水力发电示意图。

图3是本发明的水轮机的转轮示意图。

图4是本发明的风力发电示意图。

图5是本发明的垂直轴风力机的叶轮示意图。

其中：1-进水流道；2-转轮室；3-出水流道；4-发电机引线；5-支墩；6-密封装置；7-联轴器；8-风力机转轴；9-叶片固定架；10-导水锥；11-轮毂；12-水轮机转轴；13-后置灯泡体；14-发电机主体；15-固定轴承；16-风力机叶片；17-垂直轴风力机固定装置；18-水轮机固定装置；19-水轮机叶片；20-控制器；21-逆变器；22-直流负载；23-交流负载；24-蓄电池。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语（包括技术术语和科学术语）具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。

本发明设计一种野外便携式水力风力互补发电装置，该装置操作简便、制造工艺简单、尺寸较小、重量较轻、可随身携带，方便用于一般家庭外出旅游的移动电源，或可供野外生存时利用自然界小溪水流的冲击或风的推动作用进行发电。

如图1所示，本发明提供的一种野外便携式水力风力互补发电装置，包括：用于水力发电的水轮机和用于风力发电的垂直轴风力机、发电机装置，其中：

所述水轮机包括进水流道1、出水流道3、水轮机转轴12、转轮室2、转轮；所述转轮设置在转轮室2内，安装在水轮机转轴12顶端。如图3所示，所述转轮包括导水锥10、轮毂11、水轮机叶片19；所述轮毂11为球面突起，用以方便水轮机叶片19的安装和固定；所述水轮机叶片19安装在轮毂11上，采用不等厚度、不等弦长的翼型组成，叶片数为4~6；

所述垂直轴风力机包括风力机转轴8、叶轮16；所述叶轮设置在风力机转轴的顶端，如图5所示，包括多个风力机叶片16、两个叶片固定架9；所述风力机叶片16固定在叶片固定架9上，采用阻力型叶片；垂直轴风力机可以接受来自于任何方向的风，当风向改变时也无需对风，因而不受风向限制，且结构简单，方便安装维护，非常适合小型风电；

所述发电机装置包括后置灯泡体13、安装在后置灯泡体内的发电机主体14、支墩5、发电机引线4、密封装置6、固定轴承15；所述后置灯泡体13设置在出水流道3内；所述支墩5设置在后置灯泡体13两侧，起加固支撑后置灯泡体13及改善出水流道3内流场的作用，其内部为空心，用以将发电机引线4引出；所述密封装置6设置在后置灯泡体13尾端的轴伸处，用以进行防水密封，防止水进入灯泡体内部影响发电机主体14工作；所述固定轴承15用以对水轮机转轴12进行固定，防止水轮机转轴12高速旋转时产生振动偏移；

所述发电机主体的转子与水轮机转轴12相连；所述水轮机转轴12和风力机转轴8通过联轴器7相连；在水流速度满足时，水流从进水流道流入，推动水轮机叶片19旋转，使水轮机转轴12旋转，从而带动发电机主体14的转子旋转发电，达到水力发电的目的；在风力条件满足时，风力推动风力机叶片16旋转，使风力机转轴8旋转，从而带动发电机主体14的转子旋转发电，达到风力发电的目的。

本发明所提供的一种野外便携式水力风力互补发电装置还包括水轮机固定装置18和垂直轴风力机固定装置17，如图2所示；所述水轮机固定装置18为焊接在出水流道外侧的一圈金属套，且其四周均匀设置四个孔口，用以在使用水轮机时进行装置固定；所述垂直轴风力机固定装置17为焊接在进水流道进口外侧的一圈金属套，且其四周均匀设置多个孔口，用以在使用垂直轴风力机时进行装置固定。

本发明中所述水轮机和垂直轴风力机不同时使用；如图4所示，在使用垂直轴风力机时，整个装置垂直放置，将进水流道的进水口紧贴地面，在风速较大时，通过垂直轴风力机固定装置来固定整个装置；如图2所示，在使用水轮机时，通过联轴器将垂直轴风力机拆卸，将进水流道的进水口对准水流方向，通过水轮机固定装置对水轮机在水中进行固定。

无论采用本发明的水轮机或垂直风力机中任一进行发电，只要通过发电机引线4外接一个控制器20，如图2和图4所示，即可通过控制器20直接对直流负载22进行供电；也可通过逆变器21将直流电转化为交流电后，再供给交流负载23；控制器20还可以根据水轮机和垂直风力机的发电量判断除供给负载外是否有多余电量，若有多余则对蓄电池24进行充电，通过蓄电池24存储电量，可以在外界发电条件不满足但由急需用电时将存储电量加以利用，以保证用电的连续性与可靠性。

本发明中所述水轮机中的转轮室2为一个截面为圆形的金属外壳，其直径可以根据所需的发电功率来确定。由此，可以根据实际所需功率大小，来制造不同大小型号的发电装置，以满足不同人群需求。

本发明中，若水轮机额定功率为20W，则水轮机的转轮直径为12cm，整体水轮机尺寸长约为18~25cm，最大宽度和高度约为16~20cm，则水轮机重量不超过5kg；风力机额定功率20W，则风力机叶轮直径为50cm，风力机整体最大高度约为25~30cm，风机重量不超过3kg。由此可见，本发明的尺寸、重量均满足随身携带的需求，方便用作一般家庭外出旅游的移动电源；同时对水流和风力的要求也低，只要水流流速达到1.5m/s水力发电部分即可发电；只要风速达3~5m/s风力发电部分即可发电，可供野外生存时利用自然界小溪水流的冲击或风的推动作用发电，不仅能够随身携带方便，还能够解决野外便携式太阳能发电的功率小、光照不足等问题。

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，该装置包括用于水力发电的水轮机和用于风力发电的垂直轴风力机、发电机装置；其中：

所述水轮机包括进水流道、出水流道、水轮机转轴、转轮室以及设置在转轮室内位于水轮机转轴顶端的转轮；所述转轮包括导水锥、轮毂、水轮机叶片；其中，所述导水锥设置在轮毂的顶端，所述水轮机叶片安装在轮毂上；

所述垂直轴风力机包括风力机转轴、叶轮；所述叶轮设置在风力机转轴的顶端，包括多个风力机叶片、两个叶片固定架；所述风力机叶片固定在叶片固定架上；

所述发电机装置包括后置灯泡体、安装在后置灯泡体内的发电机主体、支墩、发电机引线、密封装置、固定轴承；所述后置灯泡体设置在出水流道内；所述支墩设置在后置灯泡体两侧，其内部为空心，用以将发电机引线引出；所述密封装置设置在后置灯泡体尾端的轴伸处，用以进行防水密封，防止水进入灯泡体内部影响发电机工作；所述固定轴承用以对水轮机转轴进行固定，防止水轮机转轴高速旋转时产生振动偏移；

所述发电机主体的转子与水轮机转轴相连；所述水轮机转轴和风力机转轴通过联轴器相连；在水流速度满足时，水流从进水流道流入，推动水轮机叶片旋转，使水轮机转轴旋转，从而带动发电机的转子旋转发电，达到水力发电的目的；在风力条件满足时，风力推动风力机叶片旋转，使风力机转轴旋转，从而带动发电机转子旋转发电，达到风力发电的目的；

所述水轮机和垂直轴风力机不同时使用；在使用垂直轴风力机时，整个装置垂直放置，将进水流道的进水口紧贴地面；在使用水轮机时，通过联轴器将垂直轴风力机拆卸，将进水流道的进水口对准水流方向。

2.根据权利要求1所述的一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，所述进水流道为一个渐缩筒型金属外壳。

3.根据权利要求1所述的一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，所述导水锥为流线型。

4.根据权利要求1所述的一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，所述转轮室为一个截面为圆形的金属外壳，其直径根据所需的发电功率来确定。

5.根据权利要求1所述的一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，所述轮毂为球面突起，用以方便水轮机叶片的安装和固定。

6.根据权利要求1所述的一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，所述水轮机叶片由不同厚度、不同弦长的翼型组成，数量为4~6。

7.根据权利要求1所述的一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，所述出水流道为一个渐扩筒型金属外壳。

8.根据权利要求1所述的一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，所述风力机叶片采用阻力型叶片，数量为5~7。

9.根据权利要求1所述的一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，该装置还包括水轮机固定装置和垂直轴风力机固定装置；所述水轮机固定装置为焊接在出水流道外侧的一圈金属套，且其四周均匀设置四个孔口，用以在使用水轮机时进行装置固定；所述垂直轴风力机固定装置为焊接在进水流道进口外侧的一圈金属套，且其四周均匀设置多个孔口，用以在使用垂直轴风力机时进行装置固定。

10.根据权利要求9所述的一种野外便携式水力风力互补发电装置，其特征在于，所述水轮机固定装置或垂直轴风力机固定装置的固定方式为选用棍状物体插入水轮机固定装置或垂直轴风力机固定装置的孔口进行固定。