CN112253379A - 一种利用风能和光能发电的能源采集装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种利用风能和光能发电的能源采集装置，包括旋转阻风装置、上部导风装置、下部导风装置和风能加速装置；其特征在于：所述上部导风装置、下部导风装置和风能加速装置从上往下重叠设置；所述上部导风装置和下部导风装置均包括主体和若干导风板，所述主体呈喇叭状，喇叭口位于主体的顶部；在所述主体的外侧，沿周向均匀分布有若干导风板，每块导风板的一侧均与主体的外表面连接，使相邻两块导风板之间的区域成为风能收集区；所述上部导风装置的主体内部沿轴向设置有连接杆，所述连接杆向上延伸形成轴承座；所述下部导风装置的主体内部沿轴向设置有通风孔；本发明可广泛应用在能源、电力等领域。

Description

一种利用风能和光能发电的能源采集装置
技术领域
本发明涉及能源采集装置，具体涉及一种利用风能和光能发电的能源采集装置。
背景技术
能源是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础，人类文明的每一次重大进步都伴随着能源的重要变革。随着科技的发展，人类越来越关注到风能、太阳能等可再生能源的巨大利用价值。中国的风能和太阳能资源十分丰富，据报道，我国10m高度层的风能资源总储量为32.26×109kw，其中实际可开发利用的风能资源储量为2.53×109kw，在沿海地段尤其丰富；此外，我国陆地表面每年接受的太阳辐射能约为50×1019kj，全国各地太阳年辐射总量达到较高水平。但是，传统的风能收集装置大多都存在成本高、设备庞大复杂难以维护、对风向和风速要求高,对地理位置要求极为苛刻等问题，通常只能用于较大风速下的能源收集，因此城市或道路中丰富的自然风能资源被浪费。同时，目前尚无有效的装置来收集城市自然风能。
发明内容
本发明解决的技术问题是提供一种利用风能和光能发电的能源采集装置。
本发明的技术方案是，一种利用风能和光能发电的能源采集装置，包括旋转阻风装置、上部导风装置、下部导风装置和风能加速装置；其特征在于：所述上部导风装置、下部导风装置和风能加速装置从上往下重叠设置。
所述上部导风装置和下部导风装置均包括主体和若干导风板，所述主体呈喇叭状，喇叭口位于主体的顶部；在所述主体的外侧，沿周向均匀分布有若干导风板，每块导风板的一侧均与主体的外表面连接，使相邻两块导风板之间的区域成为风能收集区；所述上部导风装置的主体内部沿轴向设置有连接杆，所述连接杆向上延伸形成轴承座；所述下部导风装置的主体内部沿轴向设置有通风孔，上部导风装置的风能收集区收集的风通过下部导风装置的喇叭口以及通风孔进入风能加速装置内；所述下部导风装置的风能收集区收集的风直接进入风能加速装置内。
所述风能加速装置采用文丘里管，该文丘里管的内部沿轴向设置有通孔，所述文丘里管的上部为风能提速管，下部为出风管，在文丘里管内设置有涡轮机，该涡轮机放置在文丘里管的咽喉部，涡轮机将风能转化成电能输出。
所述旋转阻风装置包括风向定位板和阻风板；所述阻风板呈半圆弧状，设置在上部导风装置和下部导风装置的外侧；所述风向定位板位于所述上部导风装置的上方，并沿轴向设置；所述风向定位板的底部一端向轴承座方向延伸形成安装架，该安装架上设置安装孔，所述安装孔内套设轴承，所述轴承固定在轴承座上；所述风向定位板底部另一端向下延伸，形成吊耳，所述吊耳与阻风板连接，当风向定位板受风力推动旋转时，带动阻风板沿所述上部导风装置和下部导风装置的外侧转动。
本发明通过导风装置实现环境自然风的全方位捕获，被捕获的风能被引导至内部孔径逐渐变细的文丘里管内，从而实现流动加速，风的快速流动被有效地转换为涡轮机的机械旋转而发电。同时，旋转阻风装置会随着风向改变而转动，防止捕获的自然风从背向的导风板逃逸而导致部分能量损失，提高了风能的产电率。本发明实现了让采集装置尽可能多的进风、使溢出风尽可能的少，以及高效率、低损失的加快风速。
根据本发明所述的一种利用风能和光能发电的能源采集装置的优选方案，在上部导风装置的主体的喇叭口表面设置有太阳能集光器，所述太阳能集光器将太阳能转换成电能后输出。
本发明通过合理布置太阳能集光器以减少光学反射损失、增大受光面积。将太阳能集光器布置在喇叭口表面，能够使太阳光在装置内多次反射，减少太阳光逃逸量，从而实现有效利用太阳能，提高太阳能发电率。
根据本发明所述的一种利用风能和光能发电的能源采集装置的优选方案，在上部导风装置和下部导风装置之间还重叠设置有若干个中部导风装置，所述中部导风装置包括主体三和若干导风板三，所述主体三呈喇叭状，喇叭口位于主体三的顶部，主体三内部沿轴向设置有通风孔三；在所述主体三的外侧沿周向均匀分布有若干导风板三，每块导风板三的一侧均与主体三的外表面连接。
根据本发明所述的一种利用风能和光能发电的能源采集装置的优选方案，所述风能加速装置的外部设置有支撑体，对风能加速装置进行支撑。
本发明所述的一种利用风能和光能发电的能源采集装置有益效果是：
本发明通过导风装置实现环境自然风的全方位捕获，而被捕获的风能被引导至内径逐渐变细的文丘里管内，从而实现流动加速；风的快速流动被有效地转换为涡轮机的机械旋转而发电。同时，旋转阻风装置防止捕获的自然风逃逸而导致的部分能量的损失，提高了风能的产电率；该采集装置具有启动风速低、装置漏风量低、能源转化效率高，投资和维护成本低，应用范围广，结构美观等特点，实现了风能和光能一体化采集。本发明可广泛应用在能源、电力等领域。
附图说明
图1是本发明所述的一种利用风能和光能发电的能源采集装置的结构示意图。
图2是本发明所述上部导风装置3的结构示意图。
图3是本发明所述下部导风装置4的结构示意图。
图4是本发明所述旋转阻风装置2的结构示意图。
图5是本发明所述风能加速装置5的结构示意图。
图6是本发明所述风能加速装置5的内部结构示意图
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步说明。
参见图1至图6，一种利用风能和光能发电的能源采集装置，一种利用风能和光能发电的能源采集装置，包括旋转阻风装置2、上部导风装置3、下部导风装置4和风能加速装置5；所述上部导风装置3、下部导风装置4和风能加速装置5从上往下重叠设置。
所述上部导风装置3和下部导风装置4均包括主体和若干导风板，所述主体呈喇叭状，喇叭口位于主体的顶部；在所述主体的外侧，沿周向均匀分布有若干导风板，每块导风板的一侧均与主体的外表面连接，使相邻两块导风板之间的区域成为风能收集区；所述上部导风装置的主体31内部沿轴向设置有连接杆33，所述连接杆33向上延伸形成轴承座34；所述下部导风装置4的主体41内部沿轴向设置有通风孔，上部导风装置3的风能收集区收集的风通过下部导风装置4的喇叭口以及通风孔进入风能加速装置5内；所述下部导风装置4的风能收集区收集的风直接进入风能加速装置5内。
所述风能加速装置5采用文丘里管，该文丘里管的内部沿轴向设置有通孔，所述文丘里管的上部为风能提速管，下部为出风管，该风能提速管的通孔内径由大逐渐变小，该出风管的通孔内径由小逐渐变大，在文丘里管内设置有涡轮机6，该涡轮机放置在文丘里管的咽喉部，即风能提速管与出风管的连接部，涡轮机将风能转化成电能输出。
所述旋转阻风装置2包括风向定位板21和阻风板22；所述阻风板22呈半圆弧状，设置在上部导风装置3和下部导风装置4的外侧；所述风向定位板21位于所述上部导风装置3的上方，并沿轴向延伸；所述风向定位板21的底部一端向轴承座34方向延伸形成安装架，该安装架上设置安装孔，所述安装孔内套设轴承23，所述轴承23固定在轴承座34上；所述风向定位板21底部另一端向下折弯，形成吊耳24，所述吊耳24与阻风板22连接，当风向定位板21受风力推动旋转时，带动阻风板22沿所述上部导风装置3和下部导风装置4的外侧移动。
在具体实施例中，在上部导风装置3的主体31的的喇叭口表面设置有太阳能集光器1，所述太阳能集光器1将太阳能转换成电能后输出。
在上部导风装置3和下部导风装置4之间还重叠设置有若干个中部导风装置，所述中部导风装置包括主体三和若干导风板三，所述主体三呈喇叭状，喇叭口位于主体三的顶部，主体三内部沿轴向设置有通风孔三；在所述主体三的外侧沿周向均匀分布有若干导风板三，每块导风板三的一侧均与主体三的外表面连接。
所述风能加速装置5的外部设置有支撑体7，对风能加速装置5进行支撑和装饰及固定。
本发明将自然风通过导风板的引导而进入风能加速装置5内部。由于所述导风板沿周向均匀设置在主体的外表面，每块导风板的一侧均与主体的外表面连接，使该装置能收集来自各个方向的风进入。但考虑到单层导风板结构的迎风面积较小，总进风量相对较少，直接影响装置的总发电量。因此，本装置采用上部导风装置3和下部导风装置4重叠设置结构，即双层导风板结构。为验证该方案的可行性，首先对双层结构的装置中的空气流动过程建立物理和数学模型并进行数值模拟，计算所获得的装置内速度分布图，可以发现，在5.2m/s，的稳态流场中，双层结构相较于单层结构总进风量提高约为15.4％，可见双层结构较单层结构具有较好的优势。
在具体实施例中，导风板的形状采用直角三角形，高与主体一致，斜边的形状与主体的外表面相适应。导风板的一条直角边水平设置在导风装置的底部，另一条直角边沿轴向设置，导风板的斜边与主体的外表面连接。
所述旋转阻风装置2用于防止部分风的溢出。因为，当风由上部导风板进入下部导风板时，如果没有旋转阻风装置2，部分风将从背风面的导风板溢出，这将导致一大部分风能的损失，降低了装置的效率。当设置了所述旋转阻风装置2后，当环境风以某一风向吹来时，风会推动风向定位板21旋转，使其旋转到该风向的对立面即背风面，而阻风板22正好封闭背风面的风能收集区，因此，进入导风装置的风无法从背风面的风能收集区溢出，达到消除溢出风的效果。设置旋转阻风装置2使装置的总进风量提高约32.6％，对装置总发电量具有显著提升作用。
本发明集光伏发电技术和新型集风增速风力发电系统等技术为一体，丰富和发展了低风速下的城市自然风能源收集技术。同时，通过设置旋转阻风装置2来大幅抑制漏风问题。
以上所述实施例仅为本发明的一部分实施例，而并非本发明可行实施的全部实施例。对于本领域一般技术人员而言，在不脱离本发明上述技术思想的情况下作出的任何无创造性的改动，都应当被认为包含在本发明的权利要求保护范围之内。

Claims (4)

1.一种利用风能和光能发电的能源采集装置，包括旋转阻风装置(2)、上部导风装置(3)、下部导风装置(4)和风能加速装置(5)；其特征在于：所述上部导风装置(3)、下部导风装置(4)和风能加速装置(5)从上往下重叠设置；
所述上部导风装置(3)和下部导风装置(4)均包括主体和若干导风板，所述主体呈喇叭状，喇叭口位于主体的顶部；在所述主体的外侧，沿周向均匀分布有若干导风板，每块导风板的一侧均与主体的外表面连接，使相邻两块导风板之间的区域成为风能收集区；所述上部导风装置的主体(31)内部沿轴向设置有连接杆(33)，所述连接杆(33)向上延伸形成轴承座(34)；所述下部导风装置(4)的主体(41)内部沿轴向设置有通风孔；
所述风能加速装置(5)采用文丘里管，该文丘里管的内部沿轴向设置有通孔，在文丘里管内设置有涡轮机(6)，该涡轮机放置在通孔的咽喉部，涡轮机将风能转化成电能输出；
所述旋转阻风装置(2)包括风向定位板(21)和阻风板(22)；所述阻风板(22)呈半圆弧状，设置在上部导风装置(3)和下部导风装置(4)的外侧；所述风向定位板(21)位于所述上部导风装置(3)的上方，并沿轴向设置；所述风向定位板(21)的底部一端向轴承座(34)方向延伸形成安装架，该安装架上设置安装孔，所述安装孔内套设轴承(23)，所述轴承(23)固定在轴承座(34)上；所述风向定位板(21)底部另一端向下延伸，形成吊耳(24)，所述吊耳(24)与阻风板(22)连接，当风向定位板(21)受风力推动旋转时，带动阻风板(22)沿所述上部导风装置(3)和下部导风装置(4)的外侧转动。
2.根据权利要求1所述的一种利用风能和光能发电的能源采集装置，其特征在于：在上部导风装置(3)的主体(31)的喇叭口表面设置有太阳能集光器(1)，所述太阳能集光器(1)将太阳能转换成电能后输出。
3.根据权利要求1或2所述的一种利用风能和光能发电的能源采集装置，其特征在于：在上部导风装置(3)和下部导风装置(4)之间还重叠设置有若干个中部导风装置，所述中部导风装置包括主体三和若干导风板三，所述主体三呈喇叭状，喇叭口位于主体三的顶部，主体三内部沿轴向设置有通风孔三；在所述主体三的外侧沿周向均匀分布有若干导风板三，每块导风板三的一侧均与主体三的外表面连接。
4.根据权利要求1或2所述的一种利用风能和光能发电的能源采集装置，其特征在于：所述风能加速装置(5)的外部设置有支撑体，对风能加速装置(5)进行支撑。
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