CN110067705A - 畜禽舍风能回收系统 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种种畜禽舍风能回收系统，用于与畜禽舍配合使用，畜禽舍的后端山墙上具有一个或多个通风风机，畜禽舍风能回收系统包括气流引导装置、一台或多台垂直轴风力发电机；气流引导装置具有大口端、小口端、中空的内部腔道，大口端处的内部腔道横截面面积大于小口端处的内部腔道横截面面积，大口端在畜禽舍后端山墙上的投影环绕一个或多个通风风机；垂直轴风力发电机的风轮设置在所述气流引导装置的内部腔道中，或沿着气流引导装置内部腔道纵轴的延长线设置在气流引导装置的小口端以外。本公开将全环控畜禽舍舍通风系统与分布式风力发电技术相结合，可以大幅度回收通风环节所耗电能，具有良好的经济效益、生态效益和社会效益。
Description
技术领域
本发明涉及到风能回收再利用技术、设施农业领域，尤其涉及到一种应用于畜禽舍末端排风口的畜禽舍风能回收系统。
背景技术
目前，根据国内外经济发展与食物消费的实践经验，中国随着人口数量增长以及城镇化步伐的加快，人民的经济水平不断提高，对动物蛋白质的需求量持续增加，动物农业快速发展的趋势不可逆转。规模化养殖是畜牧业发展的必然，也是畜牧业现代化的主要标志。畜禽生产逐步转移到舍内进行规模化、集约化、标准化生产。
同时，为了提高生产效率和产品质量，采用智能控制的全环控畜禽舍已成为规模化、工厂化畜禽养殖中必不可以的环节。智能化畜禽舍通过现代工业技术和信息化技术的自动控制，全环控畜禽舍的通风换气、温度控制、湿度调节、排尘等诸多功能均得到优化，畜禽舍的内部能够形成适合于鸡、牛、猪等畜禽动物健康生长的最佳气候环境，从而充分发挥优良品种的遗传潜力，保证不同季节、温度、湿度等自然条件下均可以健康高效地生长，显著提高畜禽动物的产出，有效提升动物蛋白质的生产效率。
通风系统是全环控畜禽舍的核心组件之一，与温控系统、除尘装置等其他组件联合使用，相互影响。畜禽舍的机械通风主要有正压通风、负压通风等形式，当前全环控畜禽舍中最常采用的是负压通风技术，该通风方式可以较好地解决舍内环境调控问题，但是大幅度增加了能源消耗，提高了生产成本。负压通风高能耗技术瓶颈制约了产业的发展，因此，如何降低全环控畜禽舍的通风能耗成为急需攻克的技术难题。
畜禽舍末端负压排风气流规模大，风资源较为持续稳定，是一种潜在良好的能量回收来源。如果将全环控畜禽舍的负压通风系统与风力发电技术结合，不仅可以回收通风环节所消耗的电能，降低畜禽舍的实际能耗，还可以依据国家相关政策获得可再生能源发电补贴，提升养殖场利润。现有技术文献1披露了一种在禽舍通风口处安设水平轴风机进行发电的试验性方案，对禽舍末端排风的风能进行了回收利用。但该方案还存在一些不足，例如：1)禽舍通风风机排风速度一般较低，而风力发电机所需的最佳发电风速一般较高，二者匹配程度不高，如果缺乏对通风气流的引导而直接利用通风风速，则无法或不能高效地回收风能；2)文献1披露的技术方案仅设置通风口处的单一风机，然而现阶段畜禽养殖基本是大型规模化养殖，一个畜禽舍的通风风机数量高达10台以上，通风风量大，文献1的方案不涉及对多台通风风机气流的统筹利用，也不涉及多风力发电机机组使用下的情况，因此该方案对现实规模化养殖场风能回收没有借鉴意义；3)文献1的方案无法在通风风量动态变化的情况下自动调整风能回收系统，风能回收利用的效率不够高，安装和运行的灵活性不足，对禽舍通风的不同工况缺乏适应性；4)文献1的方案未对禽舍通风在风能回收前进行过滤，进而可导致禽舍内部的杂质、羽毛、有害气体等对风机叶片、发电机带来严重损伤；5)在实际应用中，禽舍通风风源伴随高湍流度，风速波动较大，水平轴风机在此风能条件下发电效率较低，等等。因此现有技术利用全环控畜禽舍通风的风力进行发电的效果尚不理想，难以在实际生产中推广应用。
现有技术文献
文献1：S.-W.Hong,I.-B.Lee,I.-H.Seo,K.-S.Kwon.The design and testing ofa small-scale wind turbine fitted to the ventilation fan for a livestockbuilding.Computers and Electronics in Agriculture,Volume 99,November 2013,Pages 65-76.
发明内容
发明要解决的问题
在采用机械通风的畜禽舍出风口处安装有通风风机进行强制排气，此处的风能是一种潜在的能量回收来源，但现有的利用禽舍通风口处风力进行发电的技术方案存在气流未得到有效引导、风机设置不科学而导致能量回收率低、发电效率不足、缺乏适应性等多方面的问题，对规模化养殖场风能回收没有借鉴意义，不能达到有效回收能量、降低畜禽舍综合能耗的目的。本公开提供的技术方案旨在解决上述一方面或几方面的问题。
用于解决问题的方案
为了解决上述问题，本公开提供一种畜禽舍风能回收系统，所述畜禽舍风能回收系统用于与畜禽舍1配合使用，所述畜禽舍1的后端山墙2上具有一个或多个通风风机3，其特征在于，所述畜禽舍风能回收系统包括：
气流引导装置4，
一台或多台垂直轴风力发电机5；
其中，所述气流引导装置具有大口端41、小口端42、中空的内部腔道，大口端41处的内部腔道横截面面积大于小口端42处的内部腔道横截面面积，且内部腔道的任意一个横截面的面积不小于比该横截面更接近小口端的横截面的面积，
以所述通风风机3直接吹出的气流的方向为来风方向，所述气流引导装置内部腔道的纵轴与来风方向平行或基本平行，所述气流引导装置的大口端41接近所述通风风机，所述大口端41在所述畜禽舍后端山墙上的投影环绕一个或多个通风风机；
所述垂直轴风力发电机5的风轮设置在所述气流引导装置的内部腔道中；或者所述垂直轴风力发电机5的风轮沿着气流引导装置内部腔道纵轴的延长线设置在气流引导装置的小口端以外。
在本公开进一步的实施方案提供的畜禽舍风能回收系统中，所述畜禽舍风能回收系统还包括安装于所述气流引导装置大口端处的过滤装置。
在本公开进一步的实施方案提供的畜禽舍风能回收系统中，所述气流引导装置的内部腔道由壁板围成，所述壁板围成的内部腔道的横截面积可以改变。
在本公开进一步的实施方案提供的畜禽舍风能回收系统中，所述畜禽舍风能回收系统还包括自动控制系统，当所述通风风机的通风量变化时，所述自动控制系统通过调节所述气流引导装置内部腔道的横截面积而调节所述气流引导装置内部腔道中的气流流速。
在本公开进一步的实施方案提供的畜禽舍风能回收系统中，所述垂直轴风力发电机的风轮中心距所述后端山墙墙面的距离为所述气流引导装置内部腔道长度的90％～130％.
在本公开进一步的实施方案提供的畜禽舍风能回收系统中，所述大口端处的内部腔道横截面面积与所述小口端处的内部腔道横截面面积之比为1:0.5至1:0.2。
在本公开进一步的实施方案提供的畜禽舍风能回收系统中，所述畜禽舍风能回收系统包含一台垂直轴风力发电机，所述垂直轴风力发电机的风轮位于所述气流引导装置的内部腔道横截面中心处。
在本公开进一步的实施方案提供的畜禽舍风能回收系统中，所述畜禽舍风能回收系统包括多台垂直轴风力发电机，所述多台垂直轴风力发电机的风轮的位置满足：
所述多台垂直轴风力发电机的风轮均设置在所述气流引导装置的内部腔道中；或
所述多台垂直轴风力发电机的风轮均设置在气流引导装置的小口端以外；或
在所述多台垂直轴风力发电机中，至少有一台垂直轴风力发电机的风轮设置在所述气流引导装置的内部腔道中，且至少有另一台垂直轴风力发电机的风轮设置在气流引导装置的小口端以外。
在本公开进一步的实施方案提供的畜禽舍风能回收系统中，所述畜禽舍风能回收系统至少包括第一垂直轴风力发电机和第二垂直轴风力发电机，所述第一垂直轴风力发电机和所述第二垂直轴风力发电机的风轮的直径相等，转动方向相反，且
第一垂直轴风力发电机的风轮中心和第二垂直轴风力发电机的风轮中心的距离d满足：
d＝mD
其中，m的取值范围为1.5～2.5，
D为所述第一垂直轴风力发电机的风轮直径。
在本公开进一步的实施方案提供的畜禽舍风能回收系统中，所述畜禽舍风能回收系统还包括第三垂直轴风力发电机，所述第三垂直轴风力发电机位于所述第一垂直轴风力发电机、所述第二垂直轴风力发电机的下风处，并且所述第三垂直轴风力发电机安装在所述第一垂直轴风力发电机的风轮中心与所述第二垂直轴风力发电机的风轮中心的连线的垂直平分线上，
所述第三垂直轴风力发电机的风轮中心距所述第一垂直轴风力发电机的风轮中心与所述第二垂直轴风力发电机的风轮中心的连线中点的距离h满足：
h＝nD，
n的取值范围为2≤n≤4。
发明的效果
本发明提供了一种畜禽舍风能回收系统，具有以下一方面或多方面的有益效果：
1、将全环控畜禽舍舍通风系统与分布式风力发电技术相结合，不仅可以大幅度回收通风环节所耗电能，还可以依据国家相关政策获得可再生能源发电补贴，提升养殖场利润。
2、垂直轴风力发电机在湍流环境中具有较高的发电效率，同时，垂直轴风力发电机对来风方向不敏感，可以利用任何方向的风资源。
3、通过横截面积渐变的气流引导装置汇聚通风风机的风能，将气流调节至适合风力发电机工作的速度，将难以利用的低速气流转化为可供风力发电机工作的高速气流，从而有效提高风能利用率；气流引导装置的横截面积可变，能够配合和适应不同季节畜禽舍所需通风量的实际情况，有效地利用不同工况的畜禽舍通风量进行发电。
4、对垂直轴风力发电机机组的排布方式进行了优化，进一步提高了畜禽舍排风风能的回收利用率。
5、在气流引导装置的入口处设置过滤装置，有效降低了畜禽养殖生产所造成污染的扩散及对风力发电机的负面影响。
6、本公开的畜禽舍风能回收系统具有因地制宜、项目规模易于调整、所发电能就地消纳等特点，与养殖业的结合有利于促进畜牧业可持续发展、带动农业农村清洁能源应用、推进新农村建设和产业结构调整，具有良好的经济效益、生态效益和社会效益。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本公开提供的一种畜禽舍风能回收系统的侧视示意图。
图2为本公开提供的另一种畜禽舍风能回收系统的侧视示意图。
图3为本公开提供的又一种畜禽舍风能回收系统的侧视示意图。
图4为本公开一种优选方案中垂直轴风力发电机组的俯视示意图。
图5为本公开另一种优选方案中垂直轴风力发电机组的俯视示意图。
具体实施方式
本公开提供的畜禽舍风能回收系统至少包括气流引导装置、垂直轴风力发电机。本公开提供的畜禽舍风能回收系统还可以进一步包括过滤装置。本公开提供的畜禽舍风能回收系统还可以包含多台垂直轴风力发电机，形成垂直轴风力发电机组。该回收系统可供与具有机械通风装置的畜禽舍配合使用，特别适合与负压通风的畜禽舍配合使用。负压通风的畜禽舍通常在前端山墙上开设一个或多个进风口，在后端山墙上对应地设置通风风机，使得空气大致沿着畜禽舍的纵轴方向流动。
垂直轴风力发电机是风轮转轴与来风方向基本垂直的风力发电机。在本公开的使用场景中，垂直轴风力发电机的风轮转轴大致上垂直于地面，风轮叶片没有特别限制，可以是Φ型、H型、Δ型、Y型等多种形式。本公开中将风轮叶片沿转轴转动形成的几何体的几何中心称为风轮的中心。
(1)气流引导装置
本公开提供的畜禽舍舍风能回收系统首先包括气流引导装置，用于引导通风风机吹出的空气的流动。具体地，气流引导装置可以由例如墙体、壁板等构成，由墙体、壁板等围成中空的内部腔道。气流引导装置具有大口端和小口端，内部腔道从大口端至小口端大致呈现逐渐收缩的形状，也就是说：大口端处的内部腔道横截面面积大于小口端处的内部腔道横截面面积，且内部腔道的任意一个横截面的面积不小于比该横截面更接近小口端的横截面的面积。
将畜禽舍通风风机直接吹出的气流的方向称为“来风方向”。安装使用时，气流引导装置的大口端接近畜禽舍通风风机，且内部腔道的纵轴与来风方向平行或基本平行(“基本平行”意指气流引导装置腔道的纵轴与来风方向的夹角不超过15°)。气流引导装置的大口端固定或可拆卸地安装在具有通风风机的畜禽舍后端山墙上，或者气流引导装置的大口端与畜禽舍后端山墙之间稍有间隙，例如可以是约5mm的间隙；气流引导装置的大口端在畜禽舍后端山墙上的投影环绕一个或多个通风风机，以便将畜禽舍后端山墙上的一个或多个通风风机吹出的气流沿着腔道向小口端引导。特别优选气流引导装置的大口端环绕畜禽舍后端山墙上的多个通风风机，可起到整合多个通风风机气流的作用。
经过气流引导装置的引导，畜禽舍通风风机吹出的气流被整合，流速升高，达到垂直轴风力发电机工作所需的较优条件。
优选地，气流引导装置为可活动装置，例如气流引导装置由壁板构成，壁板围成的内部腔道的横截面积可以改变。畜禽舍在不同的天气状况下通风的情况有明显差异，例如夏季所需的通风量通常高于冬季，相应地通风风机吹出的气流情况也会发生变化。通过改变内部腔道的横截面积，可以有效应对通风气流的变化，将不同状况的通风气流引导整合，适合风力发电机工作的需要。内部腔道横截面积的变化可通过壁板的活动而实现，具体方式没有特别限制，例如可以通过铰链、转轴等装置改变壁板等的位置或角度，从而改变内部腔道的横截面积。更优选通过自动控制系统将气流引导装置与畜禽舍的通风风机联动，当畜禽舍通风风机的通风量变化时，自动控制系统调节气流引导装置内部腔道的横截面积，从而将通风气流整合为适合发电机工作的气流。
供风力发电机工作的气流没有特别限制，本领域技术人员可因地制宜，根据畜禽舍的实际运行条件和风力发电机的型号进行选择。优选地，经气流引导装置引导后，小口端处的气流流速约为7～15m/s，更优选8～12m/s，特别优选10m/s，可使小口端附近的垂直轴风力发电机处于较佳的工作状态。可结合畜禽舍排风风机的工况，调整风力引导装置壁板的横截面积，从而通过风力引导装置的引导将气流整合至适合风力发电机工作的目标流速。
气流引导装置内部腔道沿长轴方向的长度、内部腔道大口端处和小口端处的横截面积的比例没有特别限制，只要内部腔道能够起到有效的气流引导整合作用，供风力发电机工作即可，应当结合通风风机、风力发电机的具体情况进行选择。优选地，气流引导装置内部腔道沿长轴方向的长度为5～12米，优选7～10米，内部腔道大口端处和小口端处的横截面面积之比优选1:0.5至1:0.2，有利于与畜禽舍的通风状况配合，在大多数工况下发挥优良的气流整合作用。
(2)垂直轴风力发电机或垂直轴风力发电机组
经过气流引导装置整合的气流带动垂直轴风力发电机的叶轮旋转而发电。垂直轴风力发电机的风轮可设置在气流引导装置的内部腔道中，也可沿着气流引导装置内部腔道纵轴的延长线设置在气流引导装置的小口端以外。对于多台垂直轴风力发电机形成的机组而言，还可以将部分垂直轴风力发电机的风轮放置于气流引导装置的内部腔道中，部分垂直轴风力发电机的风轮放置于气流引导装置的小口端以外。优选地，垂直轴风力发电机的风轮中心距畜禽舍通风风机所在山墙墙面的距离优选为气流引导装置内部腔道长度的90％～130％，可以充分地利用气流引导装置增加气流风速的作用。
垂直轴风力发电机的具体型号可根据实际情况选择。优选地，垂直轴风力发电机的叶轮直径为0.5～2米，该参数范围内的叶轮能够与畜禽舍排风风机吹出的气流相配合，充分高效地利用风能发电。
如果气流引导装置的内部腔道和延长线上只设置一台垂直轴风力发电机，优选该垂直轴风力发电机的风轮放置在气流引导装置的内部腔道横截面中心处。
进一步地，还可以在气流引导装置的内部腔道中或内部腔道延长线上布置多台垂直轴风力发电机G1、G2、….Gn(n为大于1的正整数)，形成风力垂直轴风力发电机组。垂直轴风力发电机组的布置方式没有特别限制，但从充分利用风能的角度出发，特别优选下面的布置方式：
i)参见图4，图4示出两台垂直轴风力发电机的俯视示意图。对于两台垂直轴风力发电机G1、G2，一种优选的布置方式为：
G1、G2的风轮中心的连线与来风方向垂直或基本垂直(“基本垂直”意指G1、G2的风轮中心的连线与来风方向的夹角在80°至90°之间)，且
G1、G2的风轮转动方向相反，且
G1、G2的间距满足：
d＝mD
其中，d为垂直轴风力发电机G1、G2的风轮中心的距离；
m为系数，m的取值范围为1.5至2.5，优选1.8～2.2，特别优选m＝2；
D为两台垂直轴风力发电机G1、G2的风轮直径的平均值。在优选的方式中，两台垂直轴风力发电机G1、G2的风轮直径相同，此时D等于两台垂直轴风力发电机G1、G2任一台的风轮直径。
假设一台垂直轴风力发电机在在一定的来风条件下的发电功率为P，按照通常的经验，两台垂直轴风力发电机在近似的来风条件下的发电总功率应当为2P；如果两台垂直轴风力发电机布置方式不当、相互干扰，甚至会出现发电总功率低于2P的情况。然而，本申请的发明人发现，对于两台或更多台垂直轴风力发电机G1、G2，如果布置方式满足上述优选的条件，G1、G2之间不仅不会因相互干扰而降低发电效率，还能因为适当的间距带来的气流通道风速的增加而增加每台风力发电机的效率，使得发电总功率超过2P，从而进一步提高风能的利用率。
ii)对于3台或更多台垂直轴风力发电机沿着与来风方向垂直或基本垂直的方向排成一列的情况，相邻的两台垂直轴风力发电机的间距可以参照i)中两台风力发电机的情形处理。
iii)在上文i)中，两台垂直轴风力发电机G1、G2的风轮中心的连线与来风方向垂直或基本垂直。在这种情况的基础上，参见图5，图5为俯视图，示出在图4的两台垂直轴风力发电机G1、G2的下风处再增加一台垂直轴风力发电机G3，则优选G3安装在G1、G2的风轮中心连线的垂直平分线上，且满足：
h＝nD
其中，h为垂直轴发电机G3的风轮中心与垂直轴风力发电机G1、G2的风轮中心连线中点的距离；
n为系数，n的取值范围为2≤n≤4，优选2.5≤n≤3.5，特别优选n＝3；
D为垂直轴风力发电机G1、G2的风轮直径的平均值，在优选的方式中，两台垂直轴风力发电机G1、G2的风轮直径相同，此时D等于两台垂直轴风力发电机G1、G2任一台的风轮直径。进一步优选垂直轴风力发电机G3的风轮直径与G1、G2的风轮直径相同。
如果G3的布置方式满足上述条件，多台风力发电机的组合可以更为充分地利用畜禽舍通风气流的风能，且气流在通过G1、G2后有充分的空间进行重新组织，在到达G3时可满足G3发电的需求。进而，机组中的各台垂直轴风力发电机协同整合，获得满意的发电总功率，提高风能的利用率。
iv)基于上文i)、ii)、iii)给出的优选方案，如果有更多台垂直轴风力发电机，优选将这些垂直轴风力发电机排列成多行，每一行均垂直或基本垂直于来风方向，同一行的多台垂直轴风力发电机的布置方式满足上文所述的条件i)或ii)，相邻两行的垂直轴风力发电机的布置方式则满足上文所述的条件iii)。由此，多台垂直轴风力发电机排列成金字塔形或等腰梯形的阵列，相互协同，充分利用畜禽舍通风的气流进行发电。
垂直轴风力发电机发出的电能可以通过多种方式利用，没有特别限制，例如可以通过各种形式的输电线将垂直轴风力发电机与蓄电池连接，或者与畜禽舍的供电系统连接将风力发电所得电能就地消纳，或者接入输电电网，等等。采用现有的通常方式进行输电线路的连接即可，在此不再赘述。
(3)过滤装置
畜禽类养殖生产过程中会产生碎屑、粉尘、毛发、有害气体等污染物，如果不加控制地从畜禽舍通风口处排出，一是容易造成周边环境污染，二是污物在通风风机外的风力发电机处堆积，长此以往容易造成风力发电机发电效率下降甚至故障。为了控制污染，在一种优选的方案中，在气流引导装置的大口端附近加装过滤装置。
过滤装置可以安装在气流引导装置以外，紧贴或接近气流引导装置的大口端。或者，可以将过滤装置安装在气流引导装置内部接近大口端处。优选过滤装置可拆卸地嵌入气流引导装置内部接近大口端处，既能有效过滤污染物，又方便清洗或更换。
过滤装置的具体结构没有限制，根据污物处理的具体要求进行选择即可。优选过滤装置为多层过滤网，各过滤层起到过滤去除不同种类污物的作用。例如，可利用过滤棉层过滤大颗粒杂质、羽毛等污物，利用催化过滤层处理废气等。
下面通过实施例进一步说明本申请的技术方案。该实例是说明性的，而非限制性的，本公开的范围不局限于实施例给出的方案，本领域技术人员可根据本公开的说明和实际需求进行合理的变化，选择适当的参数。
比较例1
某规模化养殖场甲，其禽舍后端山墙上安装有10台通风风机，每台通风风机平均排风风速约为5m/s。在各台通风风机后端正对通风风机各设置一台垂直轴风力发电机，共设10台风力发电机。每台垂直轴风力发电机的额定满负荷发电功率为300W。在这样的来风条件下，经测算，每台垂直轴风力发电机的发电功率在0％～5％之间波动，10台垂直轴风力发电机组成的机组的总发电功率不超过150W。
实施例1
禽舍后端山墙上的通风风机的数量、分布和通风风机的初始排风风速与比较例1相同。不同的是，实施例1中在禽舍后端山墙上增设本公开的气流引导装置，该装置由壁板围成，其大口端环绕禽舍后端山墙上的10台通风风机。气流引导装置的纵轴长度为12米，大口端与小口端的横截面积之比为1:0.5，经过气流引导装置的引导后，小口端处的气流流速升高至10m/s左右。将5台垂直轴风力发电机(型号与比较例1中的相同)并列分散安设在气流引导装置小口端内，距禽舍后端山墙距离约10米处。经测算，在实施例1中，每台垂直轴风力发电机的发电功率约为15％～25％，5台垂直轴风力发电机组成的机组的总发电功率约为225W～375W。
与比较例1相比，实施例1在禽舍通风工况相同的情况下，通过加装气流引导装置和合理布置风机，大幅提高了利用禽舍通风气流发电的功率，大幅提高了禽舍通风风能的回收利用率。另外，实施例1是在减少垂直轴风力发电机数量的情况下提高了机组发电总功率，考虑到节约风力发电机购置成本，实施例1在综合经济效益上有更突出的优势。
比较例2-1
某规模化养殖场乙，其禽舍后端山墙上安装有10台通风风机，每台通风风机平均排风风速约为5m/s。在禽舍后端山墙上增设本公开的气流引导装置，气流引导装置的大口端环绕禽舍后端山墙上的10台通风风机。气流引导装置的纵轴长度为12米，大口端与小口端的横截面积之比为1:0.5。经过气流引导装置的引导后，小口端处的气流流速升高至约10m/s。
将一台风轮直径为1米、额定发电功率为500W的垂直轴风力发电机A0安设在气流引导装置的小口端处，该垂直轴风力发电机距离禽舍后端山墙墙面的距离为气流引导装置内部腔道长度的90％。
经测算，在比较例2-1中，垂直轴风力发电机A0的发电功率在100W左右，发电效率约为20％。
比较例2-2
某规模化养殖场乙，其禽舍后端山墙上安装有10台通风风机，每台通风风机平均排风风速约为5m/s。在禽舍后端山墙上增设本公开的气流引导装置，气流引导装置的大口端环绕禽舍后端山墙上的10台通风风机。气流引导装置的纵轴长度为12米，大口端与小口端的横截面积之比为1:0.5。经过气流引导装置的引导后，小口端处的气流流速升高至约10m/s。
在气流引导装置的小口端处设置两台垂直轴风力发电机A1、A2(A1、A2的型号与比较例2-1中的A0相同)。A1、A2平行放置在气流引导装置的小口端处，A1、A2距禽舍后端山墙墙面的距离均为气流引导装置内部腔道长度的90％。A1、A2风轮中心的距离为3米。
经测算，在比较例2-2中，每台垂直轴风力发电机的发电效率约为20％，每台垂直轴风力发电机的发电功率在100W左右，两台垂直轴风力发电机的发电总功率约为200W。
比较例2-3
某规模化养殖场乙，其禽舍后端山墙上安装有10台通风风机，每台通风风机平均排风风速约为5m/s。在禽舍后端山墙上增设本公开的气流引导装置，气流引导装置的大口端环绕禽舍后端山墙上的10台通风风机。气流引导装置的纵轴长度为12米，大口端与小口端的横截面积之比为1:0.5。经过气流引导装置的引导后，小口端处的气流流速升高至约10m/s。
在气流引导装置的小口端处设置两台垂直轴风力发电机A3、A4(A3、A4的型号与比较例2-1中的A0相同)。A3、A4平行放置在气流引导装置的小口端处，A3、A4距禽舍后端山墙墙面的距离均为气流引导装置内部腔道长度的90％。A3、A4风轮中心的距离为1.1米。
经测算，在比较例2-3中，每台垂直轴风力发电机的发电效率约为15％，每台垂直轴风力发电机的发电功率在75W左右，两台垂直轴风力发电机的发电总功率约为150W。
实施例2
某规模化养殖场乙，其禽舍后端山墙上安装有10台通风风机，每台通风风机平均排风风速约为5m/s。在禽舍后端山墙上增设本公开的气流引导装置，气流引导装置的大口端环绕禽舍后端山墙上的10台通风风机。气流引导装置的纵轴长度为12米，大口端与小口端的横截面积之比为1:0.5。经过气流引导装置的引导后，小口端处的气流流速升高至约10m/s。
在气流引导装置的小口端处设置两台垂直轴风力发电机A5、A6(A5、A6的型号与比较例2-1中的A0相同)。A5、A6平行放置在气流引导装置的小口端处，A5、A6距禽舍后端山墙墙面的距离均为气流引导装置内部腔道长度的90％。A5、A6风轮中心的距离为2米。
经测算，在实施例2中，每台垂直轴风力发电机的发电效率约为25％，每台垂直轴风力发电机的发电功率在125W左右，两台垂直轴风力发电机的发电总功率约为250W。
通过将比较例2-1、比较例2-2、比较例2-3、实施例2进行对比可见，在布置两台垂直轴风力发电机形成机组时，若两台风力发电机距离较远，基本无相互作用，则每台风力发电机的发电效率与同等来风条件下的单台风力发电机基本一致；若两台垂直轴风力发电机布置位置过近，甚至会相互干扰，降低每一台风力发电机的发电效率。然而，如果将两台垂直轴风力发电机以本申请优选的方式布置，两台风力发电机相互之间可以起到协同整合作用，适当的间距带来气流通道风速的增加，使每台风力发电机的发电效率超过同等来风条件下单独布置的发电机的效率，从而提高了风力发电机组风能回收的总效率。
对比例3
在对比例3中，禽舍通风风机的布置、通风风机的排风风速、气流引导装置的参数与实施例2相同，但是在对比例3中设置三台垂直轴风力发电机A7、A8、A9(型号均与比较例2-1中的A0相同)。其中，A7、A8的布置方式与实施例2中的A5、A6相同，A9则位于A7、 A8的下风位置，A9处于A7、A8的垂直平分线上，A9的风轮中心与A7、A8风轮中心连线中点的距离为5米。
经测算，A7的发电效率约为25％，A8的发电效率约为25％，A9的发电效率约为10％。A7、A8、A9组成的风力发电机组的发电总功率约为300W，机组的总体发电效率约为20％。
实施例3
在实施例3中，禽舍通风风机的布置、通风风机的排风风速、气流引导装置的参数与实施例2相同，但是在实施例3中设置三台垂直轴风力发电机A10、A11、A12(型号均与比较例2-1中的A0相同)。其中，A10、A11的布置方式与实施例2中的A5、A6相同，A12则位于 A10、A11的下风位置，A12处于A10、A11的垂直平分线上，A12的风轮中心与A10、A11风轮中心连线中点的距离为3米。
经测算，A10的发电效率约为25％，A11的发电效率约为25％，A12的发电效率约为20％。 A10、A11、A12组成的风力发电机组的发电总功率约为350W，机组的总体发电效率约为23.3％。
通过将比较例3、实施例3进行对比可见，在布置三台垂直轴风力发电机形成机组时，如果按本申请优选的方案布置，则上风处的两台平行布置的发电机彼此仍然可以起到协同整合作用，发电效率超过同等来风条件下单独布置的发电机的效率，同时下风处的第三台风力发电机的工作不受上风处两台发电机的负面干扰，仍可实现较高效率发电，总体上机组的发电效率提高。如果风力发电机组的布置方式不当，则机组中各台风力发电机相互干扰，彼此造成负面影响，或者有部分发电机的受风情况不佳，发电效率不理想，机组的总体效率降低。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。
Claims (10)
1.一种畜禽舍风能回收系统，所述畜禽舍风能回收系统用于与畜禽舍配合使用，所述畜禽舍的后端山墙上具有一个或多个通风风机，其特征在于，所述畜禽舍风能回收系统包括：
气流引导装置，
一台或多台垂直轴风力发电机；
其中，所述气流引导装置具有大口端、小口端、中空的内部腔道，大口端处的内部腔道横截面面积大于小口端处的内部腔道横截面面积，且内部腔道的任意一个横截面的面积不小于比该横截面更接近小口端的横截面的面积，
以所述通风风机直接吹出的气流的方向为来风方向，所述气流引导装置内部腔道的纵轴与来风方向平行或基本平行，所述气流引导装置的大口端接近所述通风风机，所述大口端在所述畜禽舍后端山墙上的投影环绕一个或多个通风风机；
所述垂直轴风力发电机的风轮设置在所述气流引导装置的内部腔道中，或者所述垂直轴风力发电机的风轮沿着气流引导装置内部腔道纵轴的延长线设置在气流引导装置的小口端以外。
2.根据权利要求1所述的畜禽舍风能回收系统，其特征在于，所述畜禽舍风能回收系统还包括安装于所述气流引导装置大口端处的过滤装置。
3.根据权利要求1或2所述的畜禽舍风能回收系统，其特征在于，所述气流引导装置的内部腔道由壁板围成，所述壁板围成的内部腔道的横截面积可以改变。
4.根据权利要求3所述的畜禽舍风能回收系统，其特征在于，所述畜禽舍风能回收系统还包括自动控制系统，当所述通风风机的通风量变化时，所述自动控制系统通过调节所述气流引导装置内部腔道的横截面积而调节所述气流引导装置内部腔道中的气流流速。
5.根据权利要求1至4任一项所述的畜禽舍风能回收系统，其特征在于，所述垂直轴风力发电机的风轮中心距所述后端山墙墙面的距离为所述气流引导装置内部腔道长度的90％～130％。
6.根据权利要求1至5任一项所述的畜禽舍风能回收系统，其特征在于，所述大口端处的内部腔道横截面面积与所述小口端处的内部腔道横截面面积之比为1:0.5至1:0.2。
7.根据权利要求1至6任一项所述的畜禽舍风能回收系统，其特征在于，所述畜禽舍风能回收系统包括一台垂直轴风力发电机，所述垂直轴风力发电机的风轮位于所述气流引导装置的内部腔道横截面中心处。
8.根据权利要求1至6任一项所述的畜禽舍风能回收系统，其特征在于，所述畜禽舍风能回收系统包括多台垂直轴风力发电机，所述多台垂直轴风力发电机的风轮的位置满足：
所述多台垂直轴风力发电机的风轮均设置在所述气流引导装置的内部腔道中；或
所述多台垂直轴风力发电机的风轮均设置在气流引导装置的小口端以外；或
在所述多台垂直轴风力发电机中，至少有一台垂直轴风力发电机的风轮设置在所述气流引导装置的内部腔道中，且至少有另一台垂直轴风力发电机的风轮设置在气流引导装置的小口端以外。
9.根据权利要求1至6任一项所述的畜禽舍风能回收系统，其特征在于，所述畜禽舍风能回收系统至少包括第一垂直轴风力发电机和第二垂直轴风力发电机，所述第一垂直轴风力发电机和所述第二垂直轴风力发电机的风轮的直径相等，转动方向相反，且
第一垂直轴风力发电机的风轮中心和第二垂直轴风力发电机的风轮中心的距离d满足：
d＝mD
其中，m的取值范围为1.5～2.5，
D为所述第一垂直轴风力发电机的风轮直径。
10.根据权利要求9所述的畜禽舍风能回收系统，其特征在于，所述畜禽舍风能回收系统还包括第三垂直轴风力发电机，所述第三垂直轴风力发电机位于所述第一垂直轴风力发电机、所述第二垂直轴风力发电机的下风处，并且所述第三垂直轴风力发电机安装在所述第一垂直轴风力发电机的风轮中心与所述第二垂直轴风力发电机的风轮中心的连线的垂直平分线上，
所述第三垂直轴风力发电机的风轮中心距所述第一垂直轴风力发电机的风轮中心与所述第二垂直轴风力发电机的风轮中心的连线中点的距离h满足：
h＝nD，
n的取值范围为2≤n≤4。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20190730 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |