CN104061125A - 气球气艇与升力风筝空中发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明是可再生能源的利用，是利用气球气艇，以及气球、气艇与升力风筝相结合产生升力，把水平风力叶轮或垂直风力叶轮，提升至空中，通过发电机进行发电，而构成气球、气艇与升力风筝空中发电装置。其特征是：气球、气艇通过托架与升力风筝、轻型机箱及垂直固定轴连接，由水平风力叶轮或垂直风力叶轮通过传动机构带动轻型发电机发电，它可在空中稳定、可靠地发电，向上放飞向下回收容易方便，可在高、中、低空中大规模吸收风能发电，从而获得大量清洁能源。它可大功率、也可小功率集合而大量发电，可构建阵列式空中风力发电场站发电，可节省电网与损耗，其充份应用是解决能源危机，以及解决碳排放对气候影响，和PM2.5微粒雾霾对空气污染。

Description

气球气艇与升力风筝空中发电装置

本发明属可再生能源的利用，是进一步提高对空中风能源的吸收和利用，是通过气球、气艇的升力升空，以及与升力风筝相结合，带着风力发电装置，在高、中、低空中迎风发电，产生大量清洁能源，用来为人类服务，构成气球、气艇与升力风筝空中发电装置。

能源是推动人类各种生产、生活的根本资源。现有石化资源是有限的，在地球上用一点就少一点，而且其碳排放严重造成气候变化异常，并造成空气污染，PM2.5细微颗粒构成的雾霾，常常侵犯人体的健康。怎样开辟新能源，利用现有清洁的可再生能源，是当务之急。

地球大气环流，产生许多空气流动，造成许多风力。例如我国每年春夏的东南风，秋冬的西北风，以及热带气旋形成的台风，和西南部印度洋吹来的风，都具有很大的能量。怎样很好充分的利用好这源远流长、永不枯竭的具有巨大潜在能量的风能源，是一个很大的课题。

现有各国在地面的海岸边或平地上建有塔式的大直径螺桨风力发电机，取得了一定的风能量发电。但是由于地面风力受到山岳、森林等各种条件的磨擦和阻尼的损耗，以及风力的不均衡，发电量受到限制。而高空则不一样，其风力强大，据报导：科学家估计，高空风能量是目前全世界年用电量的100倍，即便中低空风力也很强，据报导：600米高空的风力比100米高的风力增强20倍，400米的高空比地面风力增强70％，怎样把这种强大的风力利用起来。据报导：现已有人采用特技风筝在空中发电。这种单纯的风筝也有缺点，其：1、在空中气流不稳或风向突变时，易发生倾翻坠落，造成发电装置损毁；2、空中雨雪拍打、堆集，也易造成坠落损毁；3、风筝放飞较难，需长距离快速奔跑，才能升空。

经实验与研究，本发明是采用气球、气艇的升力而稳定地升空，也采用气球、气艇与升力风筝相结合升空，将带有风力叶轮的发电装置送到空中，在空中稳定可靠地迎风发电。

气球是以充有氢气或氦气，具有密封、牢固薄膜的球体，为了承受更大的载荷，将气球加长扩大做成艇式的气球，即为气艇。根据不同载荷与功率需求，以及制作工艺，可选择不同型式用来承载风力发电装置升空发电。将气球、气艇与升力风筝相结合，这样既具有气球、气艇的稳定升力，又有利用高空风力由升力风筝产生的升力。气球、气艇产生的稳定的升力，可以保证发电装置遇到气流不稳定或风向突变等而不至于倾倒坠落，并可帮助稳定的向上放飞升空。升力风筝由后掠的三角翼或平展的机翼等能产 生最大升力构成，其产生的升力，可以帮助气球万一漏气时，不会急速下降摔坏，并且升力风筝产生的升力，可以辅助气球、气艇升力，而且可使气球、气艇体积缩小，从而降低成本，特别是为了防爆和保持可靠性而使用氦气球、气艇，不致于费用过高。

本发明具体是这样来实现的：

1、在气球的下部，吊挂着截面圆形或方形、长方形的轻型机箱，轻型机箱的前端，设由机箱内伸出不转的固定轴，套装在固定轴上的轻型多叶片的水平风力叶轮，在风力的推动下，其带动装在轻型机箱内的传动机构，传动机构通过轴带动轻型发电机转动发电，所发电量由附在后牵引缆绳上电线传至地面。为了保证气球不摆动，以免与水平风力叶轮相碰撞，在气球的下部装着与轻型机箱连接固定的托架。为保证水平风力叶轮始终迎风转动，在机箱的后部装着垂直与水平尾翼。为了保证气球发电装置不被风力吹走，在水平风力叶轮所套的固定轴前方，装着延伸轴，其前端连接着系留缆绳，用以与地面系留桩、塔或系留车连接。

另一实施例是将水平风力叶轮装在气球下部的轻型机箱的后部，系留缆绳装在机箱的前端。

2、采用气球与升力风筝相结合，其结构是，在气球的下部设置升力风筝，升力风筝由后掠的三角翼或平展的机翼等制成。它由气球下部托架，向下连接升力风筝，并再向下连接轻型机箱。轻型机箱的后部装垂直与水平尾翼。前部水平风力叶轮套装在机箱伸出的固定轴上，在风力的推动下，水平风力叶轮转动带动箱内传动机构，传动机构带动发电机旋转发电，发电量通过附在后系留缆绳上的电线传至地面。在固定轴上装着向前延伸轴，其前端连接系留缆绳，以便与地面系留桩、塔或系留车连接固定而牵引。

另一实施例是，也可将上述水平力叶轮装在轻型机箱的后部，系留缆绳接在前端。

3、除上述有水平风力叶轮之外，本发明还用气球吊置垂直风力叶轮在空中发电，它由气球吊装着垂直固定轴，垂直风力叶轮套装在垂直固定轴上，通过传动机构带动装在固定轴上的发电机转动发电。气球通过托架与固定轴联接。垂直固定轴下部连接系留缆绳与电线。

4、采用气球、气艇与升力风筝相结合，气球、气艇通过托架向下与升力风筝连接，并向下与垂直固定轴连接。垂直风力叶轮套装在垂直固定轴上，通过传动机构带动装在垂直固定轴上的发电机转动发电。

5、本发明为了小功率用电，采用多个小气球吊装轻型机箱，并用气 球托架与轻型机箱连接，由其箱内伸出固定轴上所套装的水平风力叶轮，通过传动机构带动发电机旋转发电，并由固定轴上装的延伸轴装着缆绳与地面系留桩或车连接。它的好处是小气球易制作成本低，升力分布均匀，其中如有一个漏气，不影响整体急速坠落损坏。

6、用多个小型气球、小型气艇与升力风筝相结合，可更好适用升空发电，它由多个小型气球或多个气艇，其下部吊挂着升力风筝，并用托架与升力风筝连接，升力风筝的下部吊装着一个或多个轻型机箱，并用多个水平风力叶轮通过各个传动机构带动各个发电机发电。另一实施例是多个小型气球或小型气艇与升力风筝相结合的水平风力叶轮发电装置，可做成双翼或多翼的升力风筝发电装置。

7、将多个长的小型气艇并排连接，构成机翼式升力风筝的一体式风力发电装置，它由小型气艇的托架向下，与下部的轻型机箱连接，轻型机箱的前端水平风力叶轮套在机箱固定轴上，接受风力的推动旋转，通过机箱内部的传动机构，带动发电机转动发电。发电量由电线附在后系留缆绳上传入地面。固定轴前的延伸轴端连接系留缆绳与地面的系留桩、塔或系留车连接。

另一实施例是将各小型气艇间隔，由上下薄膜联接，利用风力冲压将其撑开，构成一体的机翼式升力风筝，由托架向下与轻型机箱连接，保证水平风力叶轮，通过传动机构使发电机发电。

8、用大型气艇与升力风筝相结合，构成大功率水平风力叶轮的空中发电装置，它由大型气艇下部吊装轻型机箱，并用气艇托架与轻型机箱连接，轻型机箱前部固定轴上套装轻型大直径多叶片的水平风力叶轮，带动机箱内传动机构，传动机构带动发电机转动发电，发电量由电线附在后系留缆绳上传送至地面。固定轴上的延伸轴，连接缆绳至地面系留桩、塔或系留车。同时在大型气艇的下部，装设升力风筝，其两端装小型气艇辅助产生升力，并防止大型水平风力叶轮产生的旋转扭矩而倾斜，影响正常工作。

9、本发明上述所实验设计的气球气艇与升力风筝空中发电装置，为了大规模利用空中风能源，并采用各发电装置组合，排列成空中阵列式发电装置，用以大量吸收空中风能发电，构成阵列式风力发电场或站。

下面接合图1、2、3、4、5、6、7、8、9、10、11、12、13、14、15、16、17进行说明：

图1是气球水平风力叶轮空中发电装置，如图所示，在气球[1]的下部吊挂着轻型机箱[4]，其前端具有多叶片轻型的水平风力叶轮[2]，套装在机箱内伸出的固定轴[3]上，带动装在轻型机箱[4]内的传动机构[5]，并通过传动机构[5]带动轻型发电机[6]转动发电。发电量通过附在后系留缆绳上电线传至地面。为了保证气球[1]不与水平风力叶轮[2]相碰撞，在气球[1]的下部装着与轻型机箱[4]连接固定的托架[7]。为保证水平风力叶轮[2]始终迎风转动，在轻型机箱[4]的后部装着垂直与水平的尾翼[8]。为了保证气球的发电装置不被风吹走，在水平风力叶轮[2]所套的固定轴[3]上装着向前延伸轴[9]，连接着系留缆绳[10]，系留缆绳与地面的系留桩、塔或系留车连接。

另一实施例如图2所示，是将水平风力叶轮[2]装在气球[1]下端的轻型机箱[4]的后部，系留缆绳[10]装在轻型机箱[4]的前端。

图3是气球与升力风筝水平风力叶轮空中发电装置，如图所示，采用气球[1]的下部吊挂着升力风筝[12]，并用气球[1]的托架[7]与升力风筝[12]连接，托架[7]并向下伸与轻型机箱[4]连接，轻型机箱[4]的后部装垂直与水平尾翼[8]，前部水平风力叶轮[2]套装在固定轴[3]上，带动机箱内的传动机构[5]，传动机构[5]带动发电机[6]，发电量通过附在后系留缆绳的电线传至地面。前部的固定轴[3]上装着向前延伸轴[9]，连接着系留缆绳[10]，系留缆绳[10]连接地面系留桩、塔或车。另一实施例，如图4所示，本气球与升力风筝水平风力叶轮空中发电装置，也可水平风力叶轮[2]装在轻型机箱[4]的后部。系留缆绳[10]装在前部。

图5是气球垂直风力叶轮空中发电装置，如图所示，它由气球[1]吊置垂直固定轴[14]，垂直风力叶轮[15]套装在垂直固定轴[14]上，通过传动机构[16]带动固定轴[14]上的发电机[17]转动发电。气球[1]通过托架[7]与垂直固定轴[14]联接。另一实施例如图6、图7所示，是气球、气艇与升力风筝垂直风轮空中发电装置，如图所示，在气球[1]、气艇[13]的下方装设升力风筝[12]，在升力风筝[12]的下方吊置垂直固定轴[14]，垂直风力叶轮[15]套装在垂直固定轴[14]上，通过传动机构[16]带动装在垂直固定轴[14]上发电机[17]转动发电。气球[1]、气艇[13]通过托架[7]向下与升力风筝[12]连接，并向下与垂直固定轴[14]连接，其下部连接系留缆绳[10]和电线。

图8是多个小气球水平风力叶轮空中发电装置，如图所示，用多个小气球[1]吊装着轻型机箱[4]，这些多个小气球[1]并用托架[7]与轻型机箱[4] 连接，在前端的水平风力叶轮[2]套装在固定轴[3]上，带动箱内的传动机构[5]与发电机[6]。固定轴[3]的延伸轴[9]，用于与系留缆绳[10]连接，以便与地面连接。

图9、图10、图12是多小型气球、小型气艇与升力风筝的水平风力叶轮空中发电装置，如图所示，多个小型气球[1]或多个小型气艇[13]其下部吊着升力风筝[12]，并用托架[7]与升力风筝[12]连接，升力风筝[12]的下部装着一个或多个轻型机箱[4]，轻型机箱[4]前固定轴[3]套装水平风力叶轮[2]，固定轴[3]上的延伸轴[9]，连接着系留缆绳[10]，系留缆绳[10]连接地面系留桩、塔或系留车。另一实施例如图11，图12本装置多个小型气球[1]或小型气艇[13]连接的升力风筝[12]可做成双翼或多翼的，下部可装置多个轻型机箱[4]与水平风力叶轮[2]。

图13是一体式多个小型气艇与升力风筝空中发电装置，如图所示，它由多个长的小型气艇[13]一个接一个并排联接，组合成机翼式升力风筝[12]，其下部由托架[7]向下与轻型机箱[4]连接，轻型机箱[4]前端水平风力叶轮[2]套在固定轴[3]上，接受风力带动旋转，通过内部传动机构[5]，带动发电机[6]转动发电。轻型机箱[4]后部装着垂直与水平尾翼[8]。前端固定轴[3]连着的延伸轴[9]，通过其上系留缆绳[10]与地面系留桩、塔或系留车连接。

图14是另一实施例，如图所示，将各个小型气艇[13]间隔，上下由薄膜联接，组成可风力冲压撑开气囊，而构成一体的机翼式升力风筝[12]，由托架[7]向下与轻型机箱[4]联连。

图15是大型气艇与升力风筝大功率水平风力叶轮空中发电装置，如图所示，大型气艇[13]下部吊装轻型机箱[4]，前部固定轴[3]套装大功率水平风力叶轮[2]，带动机箱内装的传动机构[5]和发电机[6]发电。固定轴[3]上的延伸轴[9]，连接系留缆绳[10]至地面系留桩、塔或系留车，在大型的气艇[13]的下部，装设升力风筝[12]，其两端可装小型的气艇[13]辅助产生升力，并防止水平风力叶轮产生的旋转扭力。

图16、图17是气球气艇与升力风筝空中发电装置组合成阵列式空中发电场，如图所示举例可将上述本发明的各个空中发电装置，排列组合成迎风的阵，构成空中发电的风电场，大规模地吸收空中风能发电。

上述各种空中风力发电装置，除可用金属与轻型金属以外，可用强度高塑料、玻璃钢、碳纤维、薄膜等制成。可分散单个使用，也可组合成阵列式风电场使用。

它的特点是：

1、可在高、中、低空，重点是中、低空，高效大规模地吸收、利用空中风能源进行发电。

2、在空中能稳定，可靠地发电，避免不良损失。

3、可方便地向上放飞升空，也可快速平安下降回收。

4、可就地发电，就地使用，节省电网建设和损耗。

5、在制作上，要求轻型、高强度、相对节省材料成本。

本发明发电装置，可在常年空中风力大之处发电，也可在各城市郊区空中发电或郊区大企业空中自行发电，也可即时转移风大之处发电。可边远地区，无电网地区发电，可家用发电。

本空中风力发电装置在破坏性大风、台风以及具有雷电云雨时要紧急下降回收，也可即时转移安全处，升空发电。要定期检查补气、维护。

本装置要注意避开军、民用飞机航线。

附图说明：

图1是气球水平风力叶轮空中发电装置图。

图2是气球后置水平风力叶轮空中发电装置图。

图3是气球与升力风筝水平风力叶轮空中发电装置图。

图4是气球与升力风筝后置水平风力叶轮空中发电装置图。

图5是气球垂直风力叶轮空中发电装置图。

图6是气球与升力风筝垂直风力叶轮空中发电装置图。

图7是气艇与升力风筝垂直风力叶轮空中发电装置图。

图8是多个小气球水平风力叶轮空中发电装置图。

图9是多个小型气球与升力风筝水平风力叶轮发电装置图。

图10是多个小型气球与升力风筝多个水平风力叶轮发电装置图。

图11是多个小型气球气艇多层升力风筝水平风力叶轮空中发电装置图。

图12是多个小型气艇与升力风筝水平风力叶轮空中发电装置图。

图13是一体式多个小型气艇与升力风筝空中发电装置图。

图14是一体式多个小型气艇间隔与升力风筝空中发电装置图。

图15是大型气艇与升力风筝大功率水平风力叶轮空中发电装置图。

图16是气球气艇与升力风筝发电装置组合成阵列式空中发电场之一图。

图17是气球与升力风筝空中发电装置组合成阵列式空中发电场之二图。

Claims (9)

1.一种利用气球、气艇及与升力风筝相结合，能稳定、可靠地把风力发电装置升至空中，在空中吸收大量风能，从而发出大量电能，供地面人类使用，而构成气球、气艇与升力风筝空中发电装置，其特征是：除气球[1]单独带着轻型机箱[4]和风力叶轮升空发电，并且气球[1]、气艇[13]通过托架[7]与升力风筝[12]连接，带着轻型机箱[4]升空，让具有的水平风力叶轮[2]，带动传动机构[5]，进而带动发电机[6]空中发电，或带着垂直风力叶轮[15]升空，通过传动机构[16]，使发电机[17]在空中发电，本装置可稳定可靠地在高、中、低空稳妥地发电，可单个大气球、大气艇升空发电，也可多个小气球、小气艇升空发电，可与升力风筝相结合升空发电，可多个小型功率发电，也可大型大功率发电，可构成阵列式风电场在空中发电，是解决人类清洁的大量的电能源的重要途径，和必需的设备。

2.如权利要求1所述的气球气艇与升力风筝空中发电装置，如图1所示，其特征是：气球[1]与水平风力叶轮[2]组成空中发电装置，它由气球[1]的下部吊挂着轻型机箱[4]，其前部由内部伸出的固定轴[3]上，套装着水平风力叶轮[2]，带动轻型机箱[4]内的传动机构[5]，通过传动机构[5]，带动发电机[6]发电，发出电量由附在后系留缆绳上的电线传入地面，气球[1]的下部，并用托架[7]与轻型机箱[4]连接固定，轻型机箱[4]的后部装着垂直与水平尾翼[8]，前部固定轴[3]上，装着向前延伸轴[9]，连接着系留缆绳[10]，以便与地面系留桩、塔或系留车连接，另一实施例如图2所示：将水平风力叶轮[2]装在轻型机箱[4]的后部，系留缆绳[10]连接装在前端。

3.如权利要求1所述的气球气艇与升力风筝空中发电装置，如图3所示：其特征是：气球[1]的下部吊挂着升力风筝[12]，并用气球[1]的托架[7]，与升力风筝[12]连接，同时下伸与轻型机箱[4]连接，轻型机箱[4]的后部装垂直与水平尾翼[8]，其前部水平风力叶轮[2]套装在机箱内伸出的固定轴[3]上，通过带动机箱内传动机构[5]，而带动发电机[6]转动发电，发电量由电线附在后系留缆绳上传入地面，固定轴[3]上装着前延伸轴[9]，连接着系留缆绳[10]，系留缆绳[10]连接地面系留桩、塔或系留车，另一实施例如图4所示：水平风力叶轮[2]可装在轻型机箱[4]的后部，系留缆绳[10]连接装在前部。

4.如权利要求1所述的气球气艇与升力风筝空中发电装置，其特征是：如图5所示，气球[1]或气艇[13]吊置垂直风力叶轮[15]在空中发电，它由气球[1]或气艇[13]吊装着垂直固定轴[14]，并用托架[7]与其连接，垂直风力叶轮[15]套装在其上旋转，通过传动机构[16]，带动装在垂直固定轴[14] 上发电机[17]转动发电。另一实施例如图6、图7所示，是在气球[1]气艇[13]的下方装设升力风筝[12]，升力风筝[12]的下方吊置垂直固定轴[14]，气球[1]气艇[13]并用托架[7]与升力风筝[12]连接和向下与垂直固定轴[14]连接，其上垂直风力叶轮[15]通过传动机构[16]带动发电机[17]发电。

5.如权利要求1所述的气球气艇与升力风筝空中发电装置，其特征是：如图8所示，用多个小型气球[1]共同吊装着轻型机箱[4]，这些多个小型气球[1]并用托架[7]与轻型机箱[4]连接，前端的水平风力叶轮[2]套装在其箱内伸出固定轴[3]上，带动轻型机箱[4]内的传动机构[5]和发电机[6]发电，在固定轴[3]上的延伸轴[9]连接缆绳[10]与地面连接。

6.如权利要求1所述的气球气艇与升力风筝空中发电装置，特征是：如图9、图10、图12所示，多个小型气球[1]或气艇[13]，其下部吊挂着升力风筝[12]，并用托架[7]与升力风筝[12]连接，升力风筝[12]的下部装着一个或多个轻型机箱[4]，各个轻型机箱[4]前内部伸出固定轴[3]上，套装水平风力叶轮[2]，由其带动箱内传动机构[5]，进而带动发电机[6]转动发电，所发电量由电线附在后系留缆绳上传到地面，固定轴[3]上的延伸轴[9]，连接的系留缆绳[10]与地面系留桩、塔或系留车连接牵引，另一实施例是如图11所示，本装置可做成双翼或多翼。

7.如权利要求1所述的气球气艇与升力风筝空中发电装置，其特征是：如图13所示，多个小型气艇与升力风筝构成一体式的空中发电装置，它由长的多个小型气艇[13]一个接一个并排联接，组合成机翼式升力风筝[12]，其下部由托架[7]向下与轻型机箱[4]连接，轻型机箱[4]前端水平风力叶轮[2]套在箱内伸出的固定轴[3]上，通过内部传动机构[5]，带动发电机[6]转动发电，发电量由电线附在后系留缆绳传至地面，前端固定轴[3]上的延伸轴[9]所连接的系留缆绳[10]，与地面系留桩、塔或系留车连接，轻型机箱[4]后部装着垂直与水平尾架，另一实施例，如图14所示，将各小型气艇间隔开，由薄膜上下联接，形成风吹可冲压的气囊，从而构成一体式机翼的升力风筝[12]，由托架[7]向下与轻型机箱[4]连接。

8.如权利要求1所述的气球气艇与升力风筝空中发电装置，其特征是：如图15所示，大型气艇[13]下部吊装轻型机箱[4]，其前部机箱伸出的固定轴[3]套装大功率水平风力叶轮[2]，带动箱内装的传动机构[5]，进而带动发电机[6]发电，发电量通过电线附在后系留缆绳传至地面，固定轴[3]上的延伸轴[9]，连接系留缆绳[10]至地面系留桩、塔或车，在大型气艇[13]下部装设升力风筝[12]，在其两端装小型气艇[13]，辅助产生升力，防止水平风力叶轮[2]产生的旋转扭力。

9.如权利要求1所述的气球气艇与升力风筝空中发电装置，其特征是：如图16、图17举例所示，将本发明的上述的各个空中发电装置，排列组合成迎风的阵列，构成空中发电的风电场，大规模地吸收空中风能发电。