CN108150622A

CN108150622A - 一种蓄能机构及其应用

Info

Publication number: CN108150622A
Application number: CN201711354017.7A
Authority: CN
Inventors: 黄得锋
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-12-15
Filing date: 2017-12-15
Publication date: 2018-06-12

Abstract

一种蓄能机构，所述蓄能机构设有一个或以上配重、一个或以上提升机构和动力输入机构；本发明利用配重形式的重力势能储蓄能量，其储存的便利性运高于水的重力势能的储存；另外配重来源具有多样式，可以是袋装的液体(如：水包)或颗粒（沙包）或混合物，也可以任意材质的固体（如：铁块或混凝土块）；由于配重不具有流动性，哪怕提升机构损坏，也不会造成大面积的伤害，不存在对下游的影响。

Description

一种蓄能机构及其应用

技术领域

本发明涉及能量储蓄领域，尤其涉及一种通过重力势能蓄能的机构或方法。

背景技术

目前通过重力势能进行蓄能的主要工质为水。通过水力蓄能主要优点：历史悠久，后期成本很低。无污染，水能可再生，水能蕴藏总量大。但缺点也是显著的，具体包括：固定资产投资大，对地理环境要求高，比如中国西南部水力资源极其丰富，但自然环境恶劣，建设困难，始终无法加以利用。

发明内容

为了克服上述问题，本发明提供了一种不受地理环境限制，占用空间小，风险低的重力势能蓄能机构及其应用。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：

一种蓄能机构，所述蓄能机构设有一个或以上配重、一个或以上提升机构和动力输入机构；所述提升机构分别连接配重和动力输入机构，所述动力输入机构和提升机构组成的系统单向传动配重，并通过提升机构提升配重，继而使配重获得重力势能，同时限制配重对动力输入机构的传动，继而使得配重下行过程中，不影响动力输入机构的运动状态。

所述动力输入机构与提升机构之间设有双向切换机构，使得动力输入机构的动力输入端顺时针转动或逆时针转动，提升机构的输出端均朝同一方向运动。

所述动力输入机构与提升机构之间设有多轴动力切换机构，使得动力输入机构的输入端朝任意方向上运动，提升机构的输出端均朝同一方向运动。

所述动力输入机构在同一平面上设有多个动力输入分端，其中至少存在两个动力输入分端的运动方向不同；任意两个动力输入分端互动传动，且每个动力输入分端均单向传动提升机构，使得任意动力输入分端驱动提升机构动作时，均不影响其它动力输入分端的运动状态。

所述配重传动于动力输出机构。

所述配重单向传动于动力输出机构，使得动力输出机构的运动不影响配重的运动状态。

所述动力输入机构连接一动力机构；所述的动力机构包括环形传送带、喂料器和动物；所述喂料器和环形传送带可相对转动，所述动物放置于环形传送带的内部，满足于：当动物前行时，能够迫使环形传送带转动；沿所述环形传送带的内壁面环绕设置有喂料槽，喂料器设置在动物前行的方向，且喂料器的喂料口与喂料槽接触，满足于：当喂料槽跟随环形传送带转动时，喂料器能够均匀的将饲料送入到经过喂料器的喂料槽内，以此迫使动物有前进的动力。

所述动力输入机构连接一动力机构；所述动力机构为风力机构和/或人力机构和/或畜力机构和/或太阳能机构和/或潮汐机构。

上述技术方案的有益之处在于：

本发明利用配重形式的重力势能储蓄能量，其储存的便利性运高于水的重力势能的储存；另外配重来源具有多样式，可以是袋装的液体(如：水包)或颗粒（沙包）或混合物，也可以任意材质的固体（如：铁块或混凝土块）；由于配重不具有流动性，哪怕提升机构损坏，也不会造成大面积的伤害，不存在对下游的影响。

本发明将一个动力输入端分为多个输入端，因此当动力源对动力机构的作用力方向发生变化时，单一动力输入分端的质量因小于整个动力输入端，因此所需克服惯性力将同比例减小，继而使能量获得相应提高；当动力源作用力的作用点位置发生变化时，无需克服原动力输出端的运动惯性，继而也能相应提高能量储蓄。

本发明提供了一种蓄能机构，在不需要发电或动力输出时，可以利用配重上行不断的积累配重的重力势能；需要发电或动力输出时，控制配重下行并驱动动力机构进行发电或者其他能量输出。

下面将结合具体实施方式对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

附图说明

图1为本发明实施例1结构示意图；

图2为本发明实施例2的结构示意图；

图3为图2的侧视结构示意图；

图4为本发明实施例2环形传送带的部分剖视图。

具体实施方式

实施例1

如图1所示的一种蓄能机构，设有一个以上的配重系统，所述配重系统设有1个配重1、1根正向丝杆2、4根反向丝杆3、输出变速箱4、输入变速箱5和单向制动机构；所述配重1沿中轴线设有1个装配正向丝杆2的正向螺纹孔，并在正向螺纹孔的周向均布4个反向螺纹孔；正向螺纹孔的螺纹与正向丝杆上的螺纹相配合，反向螺纹孔的螺纹与反向丝杆上的螺纹相配合，使得配重上行或下行时，正向丝杆2与反向丝杆3的转向不同；所述正向丝杆2上固设有齿轮21，反向丝杆3上固设有齿轮31，齿轮21与位于同一端的4个齿轮31均啮合，而各齿轮31均不啮合；反向螺纹孔的分布、齿轮21、齿轮31共同满足：正向丝杆21与反向丝杆31同步转动且转速相同转向相反。

丝杆2的一端依次穿过配重1、支架板7，并固设有输出齿轮22，另一端可转动设置于地面支承板8上；输出齿轮22和输出变速箱4之间设有离合器N1，输出齿轮22和输入变速箱5之间设有离合器N2，通过离合器N1和离合器N2，使配重1在上升过程中，输出齿轮22与输入变速箱5的输出端52具有传动关系，而输出齿轮22与输出变速箱4的输入端不具有传动关系；配重1在下降过程中，输出齿轮22与输入变速箱5的输出端不具有传动关系，而输出齿轮22与输出变速箱4的输入端具有传动关系。

单向制动机构满足：单向制动机构可控制配重在下降阶段的启和停，而配重上升阶段不受单向制动机构制动。

输入变速箱5的输入端51传动连接动力机构，所述动力机构为于风力机构和/或人力机构和/或畜力机构和/或太阳能机构和/或潮汐机构等。

所述风力机构指将风能转化为机械能的机构，并将机械能传送到输入变速箱5的输入端51，继而通过输入变速箱，提升配重。

所述人力机构指将人的生物能转化为机械能的机构，并将机械能传送到输入变速箱5的输入端51，继而通过输入变速箱，提升配重。

所述畜力机构指将动物的生物能转化为机械能的机构，并将机械能传送到输入变速箱5的输入端51，继而通过输入变速箱，提升配重。

所述太阳能机构指将太阳能直接或间接转化为机械能的机构，并将机械能传送到输入变速箱5的输入端51，继而通过输入变速箱，提升配重；太阳能间接转化为机械能的方案可以是先将太阳能转为热能，再将热能转为机械能。

所述潮汐机构指将海水动能转化为机械能的机构，并将机械能传送到输入变速箱5的输入端51，继而通过输入变速箱，提升配重。

本实施蓄能机构的应用：

一种配重发电厂，配置的配重房为1500M^2，总高度30M；所述配重房内设有312个铁制配重，配重长宽高：1.8米*1.8米*2米；还设有200台5KW两极发电机。所述配重在下行期间，通过变速箱驱动发电机转机转动；所述输出变速箱满足：配重下行10MM对应发电机转子转动25圈。

以我国的发电标准为例，发电机频率为50HZ，即角速度为：25转/S。

工作原理：

电机转速为0，配重下行加速度最大为重力加速度g，配重下行速度不断增大。

在配重下行速度达到10MM/S之前，发电机的扭矩与发电机转子的转速成正比，也就与配重的下行速度成正比，因此发电机对配重的阻尼作用力不断不增大，配重下行加速度不断变小，但不为0，配重下行仍一直加速。

配重下行速度为10MM/S，发电机转子转速为25圈/S，发电机的发电功率达到额定值，发电机对配重的阻尼作用力与配重的重力相等，配重所受合力为0，配重匀速下行，保持10MM/S的速度。

特别指出：配重所受阻尼作用力（包括摩擦力、空气阻力及发电机作用力）大于等于配重重力时，配重最终以匀速下行，并以10MM/S的速度着陆，产生的噪音可以忽略不计。当阻尼作用力大于配重重力，发电机无法到额定发电功率。

当配重所受阻尼作用力小于配重重力时，配重将不断加速下行，随着下行距离越大，速度越高，着陆速度远高于上述速度，可能造成噪音及能量损失也远大于上前情形。

（一）计算：当所有的配重都处于最高点，在没有能量输入的情况下，即没有配重处于上升阶段时，配重可提供的总发电量：

因铁密度为7.8T/M^3，则

每个配重的质量为50T，配重总质量为：50*312*7.8T=1.22*10^5T,

1KW=1000NM/S=100KG.M/S=0.1TM/S (1)

1度=1KW*1h=1KW*3600s=100KgM*3600S=360TM=3600KWS （2）

1 N=1 kg·m/s² (3)

由（1）（2）可得：在没有能量输入的情况下，即没有配重处于上升阶段，在不计其它能量换化，配重总发电量，为配重的重力势能：

MGH=1.22*10^5T*10M/S^2*30M=3.65*10^10KG.M^2/S^2 （4）

将（2）（3）代入（4）

MGH=1.01*10^7度

即实施例1的配重厂一次性蓄能1千万度，大约可以满足一个中型城市（20万人口）一天6份之1的用电。

（二）计算在有充分能量输入的前提下，配重发电厂每小时的发电量：

因配套5KW两极发电机，即发电机对配重反作用力在1秒内对配重做的功W1为5KW；因发电机转子与配重同步运动，当发电机发电功率达到额定值时，发电机转子转速为25转/S,配重相应的下行速度为10MM/s,重力对配重的作功为每秒0.01M*50T*9.8m/s^2（重力加速度，约为10）=5000KGM^2/S^2=5000NM代入(1)得：

重力对配重的作功W2为每秒5KW；

因此 W1=W2；

因此发电机对配重的作用力=配重受到的重力。

因在本实施例中，摩擦力和空气阻力相对配重而言，均可忽略不计，可见：

当配重的下行速度为10MM/S时，配重匀速下行，发电机转子匀速转动，发电机以额定功率发电。

因此，每座配重厂每小时可产生电量为：200*5KW*3600S=3.6*10^6度，配重下行30M需3000S，需要50分钟；而一个中等城市（20万人口）一天的用电量大约为6*10^7度，可见本实施例的配重厂工作16.7小时就可以满足一个中等城市的用量。

本实施例中输入变速箱5的输入端51与动力机构之间还可以设有一双向切换机构；所述双向切换机构设有一双向螺杆，所述双向螺杆的两端分别设有不同旋转方向的螺纹，双向螺杆的一侧啮合于动力输入端的齿轮，另一侧啮合于提升机构的齿轮，双向螺杆的两段螺纹相互连接，双向螺杆在轴向设有一定移动空间，且在轴向可发生的位移不小于动力输入端及提升机构的齿轮宽度）。

所述双向切换机构还可以采用以下方案：所述双向切换机构设有一转盘，转盘设有顺时针齿轮B和逆时针齿轮组，所述逆时齿轮组由齿轮A1和齿轮A2组成，齿轮A1啮合于齿轮A2；提升机构的齿轮在转盘摆动过程中，始终啮合于齿轮B及齿轮A1，当齿轮B与动力输入端的齿轮啮合时，齿轮A2与动力输入端的齿轮脱啮，当齿轮A2与动力输入端的齿轮啮合时，齿轮B与动力输入端的齿轮脱啮；）。

实施例2

如实施例1所述的一种生物能蓄能机构，如图2-4所示，所述的动力机构包括环形传送带B1、喂料器B2和动物B3；所述喂料器B2和环形传送带B1可相对转动，所述动物B3放置于环形传送带B1的内部，满足于：当动物B3前行时，能够迫使环形传送带B1转动；沿所述环形传送带1的内壁面环绕设置有喂料槽B10，喂料器2设置在动物前行的方向，且喂料器B2与环形传送带B1相对转动，喂料器B2的喂料口与喂料槽B10接触，满足于：当喂料槽B10跟随环形传送带B1转动时，喂料器B2能够均匀的将饲料送入到经过喂料器的喂料槽B10内，以此迫使动物B3有前进的动力。

在所述环形传送带B1的底部设置有若干配重B4，沿环形传送带的周壁上设置有若干配重收集斗B40，配重收集斗B40通过支撑轴可B41旋转的固定在环形传送带1上，且配重收集斗B40的可旋转方向与环形输送带B1的旋转方向一致；所述蓄能机构设置在配重收集斗的下方，发电机构设置在蓄能机构的下方。

当然，并不局限于此，也可以是将配置收集斗固定在支撑轴上，且配重收集斗头端与环形传送带的间距小于配重收集斗尾端与环形传送带的间距，配重收集斗的进料口设置在头端上；通过这样的设置，当配重收集斗位于环形传送带底部时，即可以将配重收集在配重收集斗内，当配重收集斗跟随环形传送带旋转至顶部时，配重收集斗内的配重即会脱离配重收集斗。

所述的蓄能机构包括设置在环形传送带一侧的配重收集器B5，所述配重收集器B5设置有配重入口和配重出口，发电机构设置在配重出口的下方，配重入口设置在配重收集斗B40的下方，满足于：当配重因配重收集斗旋转而脱离配重收集斗后，能够进入到配重收集器的配重入口内。

所述配重出口与发电机构的间距≥5m。

所述发电机构包括水轮机，水轮机的叶片设置在配重出口的下方。

在所述配重出口设置有电控阀门。

Claims

1.一种蓄能机构，其特征在于：所述蓄能机构设有一个或以上配重、一个或以上提升机构和动力输入机构；所述提升机构分别连接配重和动力输入机构，所述动力输入机构和提升机构组成的系统单向传动配重，并通过提升机构提升配重，继而使配重获得重力势能，同时限制配重对动力输入机构的传动，继而使得配重下行过程中，不影响动力输入机构的运动状态。

2.如权利要求1所述的一种蓄能机构，其特征在于：所述动力输入机构与提升机构之间设有双向切换机构，使得动力输入机构的动力输入端顺时针转动或逆时针转动，提升机构的输出端均朝同一方向运动。

3.如权利要求1所述的一种蓄能机构，其特征在于：所述动力输入机构与提升机构之间设有多轴动力切换机构，使得动力输入机构的输入端朝任意方向上运动，提升机构的输出端均朝同一方向运动。

4.如权利要求1所述的一种蓄能机构，其特征在于：所述动力输入机构在同一平面上设有多个动力输入分端，其中至少存在两个动力输入分端的运动方向不同；任意两个动力输入分端互动传动，且每个动力输入分端均单向传动提升机构，使得任意动力输入分端驱动提升机构动作时，均不影响其它动力输入分端的运动状态。

5.如权利要求1所述的一种蓄能机构，其特征在于：所述配重传动于动力输出机构。

6.如权利要求5所述的一种蓄能机构，其特征在于：所述配重单向传动于动力输出机构，使得动力输出机构的运动不影响配重的运动状态。

7.如权利要求1所述的一种蓄能机构在生物能蓄能机构的应用，其特征在于：所述动力输入机构连接一动力机构；所述的动力机构包括环形传送带、喂料器和动物；所述喂料器和环形传送带可相对转动，所述动物放置于环形传送带的内部，满足于：当动物前行时，能够迫使环形传送带转动；沿所述环形传送带的内壁面环绕设置有喂料槽，喂料器设置在动物前行的方向，且喂料器的喂料口与喂料槽接触，满足于：当喂料槽跟随环形传送带转动时，喂料器能够均匀的将饲料送入到经过喂料器的喂料槽内，以此迫使动物有前进的动力。

8.如权利要求1所述的一种蓄能机构在生物能蓄能机构的应用，其特征在于：所述动力输入机构连接一动力机构；所述动力机构为风力机构和/或人力机构和/或畜力机构和/或太阳能机构和/或潮汐机构。