CN108301979B - 一种太阳能辅助自然风能发电塔 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种太阳能辅助自然风能发电塔，包括风机、风流疏导器、调风器、竖直支撑架、太阳能板、变向引风器、发电机、底座、传动轴、加热套筒和变向引风器轴。竖直支撑架均布于底座上，顶端中间位置与调风器连接；发电机固定于底座上；传动轴的下端与发电机连接，依次穿过加热套筒、调风器和风流疏导器后，上端与风机连接；竖直支撑架的上部安装有若干层太阳能板，下部安装有若干层变向引风器变向引风器通过变形引风器轴安装在两个相邻的竖直支撑架之间；太阳能板安装在两个相邻的竖直支撑架之间；太阳能板与加热套筒连接。该发电塔综合利用了太阳能转化为热能，热气流以及自然风能等发电，具有结构简单，发电效率高，输出电压稳定特点。

Description

一种太阳能辅助自然风能发电塔

技术领域

本发明涉及风能发电领域，具体是一种太阳能辅助自然风能发电塔。

背景技术

随着全球传统能源告急，各国越来越重视各种可再生能源的利用，现有的风力发电技术已经比较成熟，即利用风力推动风叶转动，产生的机械能带动连接的发电装置动作而产生可供利用的电能，这种风车式的风力发电装置已经得到了广泛应用。现在传统的风力发电装置都是依靠自然风运作的，是针对风力资源丰富的环境设计的，必须建设在风力资源丰富的地方。但是对于风力资源匮乏，风的大小以及来风的方向都不确定的情况下，现有装置难以高效完成发电任务。现已有的类似专利：

(1)将近地面的风源吸引上来，通过热流和中空叶片旋转之后的拔风效应，使得气流上升并吹动扇叶进而带动涡轮电机发电。但这种装置与外部交换空间小，所能吸引上来的风源有限，会造成风能不足的缺陷，而且底部占地面积太大，造成空间浪费。详见专利200810063614.9。

(2)将传统的大扇叶风车发电装置与太阳能电池板组合，虽然能够同时将风能、太阳能转化为电能并储存起来，但是设备的复杂程度明显提升，简单的累加组合并没有使有益效果成倍增加。详见专利201610306281.2。

(3)在集风罩内壁上设置挡板实现风向的单向流动，并控制流动界面的大小实现风速的提升。但是仅通过改变横截面积，来提高空气流动速度的效果很不明显，而且上大下小的结构造成了整体的不稳定性。详见专利201610994568.9。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明拟解决的技术问题是，提供一种太阳能辅助自然风能发电塔。

本发明解决所述技术问题的技术方案是，提供一种太阳能辅助自然风能发电塔，其特征在于该发电塔包括风机、风流疏导器、调风器、竖直支撑架、太阳能板、变向引风器、发电机、底座、传动轴、加热套筒和变向引风器轴；

所述底座放置于地面上；所述竖直支撑架均布于底座上，形成一个中空的圆柱体；所述竖直支撑架的底端固定在底座上，顶端中间位置与调风器连接；

所述发电机固定于底座上；所述传动轴的下端与发电机连接，依次穿过加热套筒、调风器和风流疏导器后，上端与风机连接；所述发电机、传动轴和加热套筒均位于竖直支撑架形成的中空圆柱体内；所述加热套筒的上表面与调风器的下端固定连接；所述风流疏导器的外周固定在调风器上部的圆柱桶的内壁；

所述竖直支撑架的上部安装有若干层太阳能板，下部安装有若干层变向引风器；所述变向引风器轴的两端分别固定在两个相邻的竖直支撑架上；所述变向引风器通过变形引风器轴安装在两个相邻的竖直支撑架之间，变向引风器轴的中间与变向引风器的轴套相互配合连接，在固定变向引风器的同时，能够实现变向引风器绕变向引风器轴旋转进行调节风向；所述太阳能板安装在两个相邻的竖直支撑架之间；所述太阳能板与加热套筒连接。

与现有技术相比，本发明有益效果在于：

(1)综合利用了太阳能转化为热能，热气流以及自然风能等发电，具有结构简单，发电效率高，输出电压稳定特点。

(2)太阳能板和加热套筒组合形成加热系统，太阳能板吸收太阳能并转化为电能为加热套筒提供能源，加热套筒内壁散发热量为经过其内部的空气加热，受热的空气及风源的密度降低后向高处运动，此加热系统起到拔风的目的，提高风源向上运动的动能。

(3)变向引风器的上表面为弧形，风吹来后通过此弧度能够改变风向使之向上吹去，变向引风器通过变向引风器轴能够旋转，目的在于更多的接收不同方向和不同高度的风源，能把自然风能放大几十倍甚至百倍，能够适用于自然风源匮乏、风向不确定、建筑空间受限制的地区，适应性更强。

(4)发电机安装在底座上，降低建筑物整体重心，相比目前将发电机安装在发电塔顶部，底部有更灵活的空间，发电机的体积大小甚至数量不再受限制。

(5)风机叶片的数目以及扭转角度可以根据发电塔建设位置的不同，根据当地的独特自然条件进行更换，以适应不同风速大小的特点。

附图说明

图1是本发明太阳能辅助自然风能发电塔一种实施例的整体结构主视示意图；

图2是本发明太阳能辅助自然风能发电塔一种实施例的整体内部结构示意图；

图3是本发明太阳能辅助自然风能发电塔一种实施例的整体结构俯视示意图；

图4是本发明太阳能辅助自然风能发电塔一种实施例的局部放大示意图；(图中：1、风机，2、风流疏导器，3、调风器，4、竖直支撑架，5、太阳能板，6、变向引风器，7、发电机，8、底座，9、传动轴，10、加热套筒，11、变向引风器轴)

具体实施方式

下面给出本发明的具体实施例。具体实施例仅用于进一步详细说明本发明，不限制本申请权利要求的保护范围。

本发明提供了一种太阳能辅助自然风能发电塔(参见图1-4，简称发电塔)，其特征在于该发电塔包括风机1、风流疏导器2、调风器3、竖直支撑架4、太阳能板5、变向引风器6、发电机7、底座8、传动轴9、加热套筒10和变向引风器轴11；

所述底座8为圆形放置于地面上，底座8上面有一个圆形凸台，用来固定竖直支撑架4；所述竖直支撑架4均布于底座8上，相互包围形成一个中空的圆柱体；本实施例中竖直支撑架4有12个，每两个相邻的竖直支撑架4之间形成角度为30°的扇形区域；所述竖直支撑架4的底端固定在底座8的凸台上，顶端中间位置与调风器3连接；

所述发电机7固定于底座8上；所述传动轴9的下端与发电机7连接，贯穿整个发电塔，依次穿过加热套筒10、调风器3和风流疏导器2后，上端与风机1连接；所述发电机7、传动轴9和加热套筒10均位于竖直支撑架4形成的中空圆柱体内；所述风机1、风流疏导器2和调风器3均位于竖直方向的同一轴线上；所述加热套筒10的上表面与调风器3的下端固定连接；所述风流疏导器2的外周固定在调风器3上部的圆柱桶的内壁；

所述竖直支撑架4的上部安装有若干层太阳能板5，下部安装有若干层变向引风器6；每层的太阳能板5和变向引风器6不必须在同一水平线上，每一层可以同时具有太阳能板5和变向引风器6；所述变向引风器轴11的两端分别固定在两个相邻的竖直支撑架4上；所述变向引风器6通过变形引风器轴11安装在两个相邻的竖直支撑架4之间，变向引风器轴11的中间与变向引风器6上表面突出的轴套相互配合连接，在固定变向引风器6的同时，能够实现变向引风器6绕变向引风器轴11旋转进行调节风向；所述太阳能板5安装在两个相邻的竖直支撑架4之间；所述太阳能板5与加热套筒10连接，太阳能板5吸收的太阳能转化为电能，电能使得加热套筒10发热，加热从变向引风器6上来的空气，热空气向上运动，为风机1的转动提供足够的风能。

第一层的变向引风器6的下端距离地面的距离为0.5-1米，两层变向引风器6之间的距离为1-2米，根据具体空间的大小，可以安装四层甚至更多层的变向引风器6；

所述变向引风器6从俯视看向上弯曲有一定弧度，从仰视看是一个扇形；

最上层的太阳能板5安装在竖直支撑架4的顶部，两层太阳能板5之间的距离为1-2米，根据具体空间的大小，可以安装两层或者三层太阳能板5。

所述竖直支撑架4形状为一个顶端外侧缺角的矩形，使得最上层的太阳能板5能最大限度地接收阳光。

所述风流疏导器2的作用在于能够改变来时的风向，形状类似于格栅，通过改变格栅横竖版的角度，保证经过的风向沿着风机1转轴的方向吹去，把风量的利用率提高到最大程度。

所述调风器3的作用是调节通过加热套筒10加热后上来的风量，形状为内径大小可调节套筒，通过控制与传动轴9之间的间隙调节通过风量，当风量过大时，调低调风器3以减小间隙，保证适量的风源进入风机1，控制风机1的旋转速度，同时能够防止疾风进入，保证风机1和发电机7的使用安全，不会被突如其来的疾风破坏掉。

所述底座8上面有一个圆形凸台，竖直支撑架4可以固定于圆形凸台上，减小加工难度。

本发明太阳能辅助自然风能发电塔的工作原理和工作流程是：

近地面方向不确定的风源吹向发电塔，风流经过有弧度的变向引风器6之后，改变原有的吹拂方向往上运动，在竖直方向上有四个变向引风器6，发电塔的一周在同一水平面上有12个变向引风器6，对于不同高度不同方向吹来的风源，都能高效完好的将风源聚拢在发电塔内。变向引风器6能够围绕着变向引风器轴11转动，对于风向为偏向下侧吹来的风，变向引风器6的外侧边缘按照向上抬起的角度转动，能够接收到主要风量并送向发电塔高处；对于风向为偏向上侧吹来的风，变向引风器6的外侧边缘按照向下抬起的角度转动。当迎风面的变向引风器6接收风源时，非迎风面的变向引风器的外侧边缘按照向下的方向转动，闭合非迎风面出风口，可以防止迎风面吹来的风从非迎风面吹跑。

经过变向引风器6改变流动方向后的风源在发电塔内向上运动。发电塔上部的太阳能板5吸收太阳能并为加热套筒10提供电能，加热套筒10内壁发热，对内部的空气以及流经的风源进行加热，受热后的气体向上运动，进而带动整个发电塔内部的气流向上运动，对风源起到拔风的作用。发电塔上部安装一周的太阳能板5，无论阳光直射任何方向都能有效接收太阳能。

经过提速后的风源继续向上运动。穿过调风器3和风流疏导器2后，吹动风机1的扇叶高速旋转。被风吹动高速旋转的风机1安装在传动轴9的顶部，传动轴9与风机1按照相同的角速度转动，贯穿发电塔首尾的传动轴9将风机1转动产生的动能向下传递，传动轴9下部安装发电机7，带动发电机7进行旋转，将动能转化为电能，最终实现了风能转化为电能。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征及优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

本发明未述及之处适用于现有技术。

Claims (4)

1.一种太阳能辅助自然风能发电塔，其特征在于该发电塔包括风机、风流疏导器、调风器、竖直支撑架、太阳能板、变向引风器、发电机、底座、传动轴、加热套筒和变向引风器轴；

所述底座放置于地面上；所述竖直支撑架均布于底座上，形成一个中空的圆柱体；底座上面有一个圆形凸台；竖直支撑架的底端固定在圆形凸台上，顶端中间位置与调风器连接；

所述发电机固定于底座上；所述传动轴的下端与发电机连接，依次穿过加热套筒、调风器和风流疏导器后，上端与风机连接；所述发电机、传动轴和加热套筒均位于竖直支撑架形成的中空圆柱体内；所述加热套筒的上表面与调风器的下端固定连接；所述风流疏导器的外周固定在调风器上部的圆柱桶的内壁；

所述竖直支撑架的上部安装有若干层太阳能板，下部安装有若干层变向引风器；所述变向引风器轴的两端分别固定在两个相邻的竖直支撑架上；所述变向引风器通过变形引风器轴安装在两个相邻的竖直支撑架之间，变向引风器轴的中间与变向引风器的轴套相互配合连接，在固定变向引风器的同时，能够实现变向引风器绕变向引风器轴旋转进行调节风向；变向引风器从俯视看向上弯曲有弧度，从仰视看是一个扇形；所述太阳能板安装在两个相邻的竖直支撑架之间；所述太阳能板与加热套筒连接。

2.根据权利要求1所述的太阳能辅助自然风能发电塔，其特征在于第一层的变向引风器的下端距离地面的距离为0.5-1米，两层变向引风器之间的距离为1-2米。

3.根据权利要求1所述的太阳能辅助自然风能发电塔，其特征在于最上层的太阳能板安装在竖直支撑架的顶部，两层太阳能板之间的距离为1-2米。

4.根据权利要求1所述的太阳能辅助自然风能发电塔，其特征在于所述竖直支撑架形状为一个顶端外侧缺角的矩形。