CN112344480A - 一种利用风能驱动的高楼换气装置 - Google Patents

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Abstract

本发明专利公开了一种利用风能驱动的高楼换气装置，包括H型风扇、电磁离合器、主轴、转向机构、变速箱、传动轴、换气扇轴、底座、换气扇、控制器、控制系统、风速传感器、电动机、主动齿轮、从动齿轮、蜗杆、蜗轮、箱壳、轴承和基座。H型风扇在楼顶的风推动下带动主轴转动，经由转向机构改变动能传递方向带动换气扇工作，通过机械传动方式高效地利用了高楼风能实现室内通风。变速箱可根据用户需求调整换气扇转速，电磁离合器可随时连接或解列单独实现任意层楼换气扇的工作或停转，通风方式灵活多变。在风速过低或过高时，可外接电源驱动电动机，保证换气扇正常工作。

Description

一种利用风能驱动的高楼换气装置
技术领域
本发明专利涉及新能源及机械设备技术领域，更具体地说是一种利用风能驱动的高楼换气装置。
背景技术
面对全球日益严重的能源和环境问题，大力发展清洁能源和可再生能源，促进多能互补和融合发展已成为世界各国保障能源安全、应对气候变化、实现可持续发展的重要举措。高楼顶部的风能潜力巨大，设计高楼楼顶风能的捕捉及利用装置非常必要。现有的风能利用装置大多将风能转化为电能，风能转化为电能的效率一般在40％左右，风能利用效率较低，若风能直接通过机械结构转化为动能则可大幅提高风能利用效率。利用高楼楼顶的风能直接为建筑物室内通风不仅风能利用效率高，还可以有效节约大楼的用电成本，减少常规能源的消耗。因此，一种利用风能驱动的高楼换气装置成为本领域的迫切需求之一。
发明专利内容
本发明专利的目的在于高效率地利用风能，提供了一种利用风能驱动的高楼换气装置。本发明专利采用高层楼顶的风带动室外风扇转动，再通过机械传动的方式带动楼内的换气扇工作。该装置不仅利用了高楼的风能，还避免了风能转化为电能的能量损失，创新性明显。
本发明专利的实施例是这样实现的：
一种利用风能驱动的高楼换气装置，包括H型风扇1、电磁离合器a2、主轴3、转向机构4、变速箱5、传动轴6、换气扇轴7、电磁离合器b8、底座9、换气扇10、控制器11、控制系统12、风速传感器13、电动机14、主动齿轮15、蜗杆41、蜗轮42、箱壳43、从动齿轮71、轴承91和基座92。
H型风扇1适用于风向多变的工况，能够有效利用来自各方向的风，无需像普通风扇一样必须随着风向的变化而调整朝向。
电磁离合器a2与控制器11相连，控制器11与控制系统12连接，控制系统12与风速传感器13相接。当风速处于换气装置工作范围内时，风速传感器13将风速信号传递给控制系统12，控制系统12下达指令给控制器11，断开所有楼层中的电动机14，接通电磁离合器a2，通风机构切换为风力驱动状态，H型风扇1带动所有楼层的换气扇10实现换气功能；当风速过小或过大时，风速传感器13将风速信号传递给控制系统12，控制系统12下达指令给控制器11，断开电磁离合器a2，接通所有楼层中的电动机14，通风机构切换为电力驱动状态，通过各层的主动齿轮15和从动齿轮71传动保证该层换气扇10的正常工作。换气装置工作风速范围可以现场实验确定并可调节，通常为3-15m/s。
转向机构4由蜗杆41、蜗轮42和箱壳43构成，蜗杆41是一个外壁是螺旋齿的空心圆管，主轴3穿入蜗杆41的空心并且与蜗杆41通过焊接固定，蜗轮42焊接在传动轴6上，蜗杆41和蜗轮42啮合连接，蜗杆41和蜗轮42都封装在箱壳43中，保证了转向机构4的安全性，同时能有效避免灰尘等杂物落入转向机构4中影响蜗杆41和蜗轮42工作。
换气扇轴7的一端与换气扇10焊接，换气扇轴7的另一端插入电磁离合器b8中，传动轴6的一端插入转向机构4中并焊有蜗轮42，传动轴6的另一端插入电磁离合器b8中，电磁离合器b8连接传动轴6和换气扇轴7。电动机14固定在楼层地面上并且与控制器11相连，电动机14的转轴与主动齿轮15焊接，换气扇轴7与从动齿轮71焊接，主动齿轮15和从动齿轮71相啮合。若整个换气装置由风力驱动，各层用户均可根据需求向控制系统12发送指令，经由控制器11来将本层电磁离合器b8设定为接通或断开，进而开始或停止本层通风；各层用户也可以向控制系统12发送指令，通过控制器11断开本层的电磁离合器b8，接通本层的电动机14，单独将本层的通风系统由风力驱动改换为电力驱动。若整个换气装置为电力驱动，各层用户均可根据需求向控制系统12发送指令，经由控制器11断开电动机14，停止本层通风。
主轴3沿整个高楼的外墙自楼顶一直延伸到地面，主轴3在每层对应的部分上均设有转向机构4，转向机构4后接有通风机构，通风机构有两种连接方案。第一种连接方案为传动轴6、换气扇轴7、电磁离合器b 8、换气扇10、电动机14、主动齿轮15和从动齿轮71组成的通风机构，此种连接方式只能单独控制本层通风与否，而不能控制通风速度。第二种连接方案为传动轴6、换气扇轴7、电磁离合器b 8、变速箱5、换气扇10、电动机14、主动齿轮15和从动齿轮71组成的通风机构，不仅可以单独控制本层通风与否，还能实时、方便地改变本层的换气量。上述两种连接方案都是组成本专利所述的高楼换气装置的基本工作单元，可以方便地安装或更换某一楼层的相关零部件。每层楼都可以根据使用需要选择在转向机构4后连接便于使用的方案一或可以改变通风量的方案二，整层楼的通风装置就有三种状态：第一种状态是所有楼层使用第一种连接方式，此时所有楼层均单独控制本层通风与否，而不能控制通风速度；第二种状态是所有楼层使用第二种连接方式，此时全部楼层均能通过变速箱5改变换气扇10的通风速度；第三种状态是部分楼层使用第一种连接方式，另一部分部分楼层使用第二种连接方式，此时使用第一种连接方式的楼层只能单独控制本层通风与否而不能控制通风速度，而另一部分使用第二种连接方式的楼层实现室内通风风速的可调。可以自楼顶到楼底一条直线上的所有房间同时换气，也可以指定某些特定的房间实现换气功能，每个房间的换气速度可以通过变速器5单独调解，还可以直接采用电动机14驱动换气扇10。
底座9由轴承91和基座92构成，基座92通过轴承91与主轴3底部连接，轴承91的内圈与主轴3之间系过盈配合，轴承91外圈由过盈配合安装在基座92中，基座92通过四个M30螺栓固定在地面上，起固定支撑作用。
该结构适合一栋楼的每层房子结构一致，而且每层楼需要换气的房间在一条竖线上，换气扇在每层的位置也相同，则H型风扇1通过主轴3等与所有楼层的换气扇10连接，一个H型风扇1可以带动一栋楼位于同一条直线位置的所有楼层的房间换气。
本发明专利的有益效果是：
本发明专利采用能够有效利用不同风向的H型风扇1，通过纯机械传动将室外风能转化为换气扇10的动能进行室内通风，无需根据风向改变风扇朝向，同时也避免了将风能转化为电能利用时产生的大幅损失；整个换气装置存在工作风速区间，当室外风速在换气装置工作区间内，换气装置由风能驱动，而当室外风速过大或过小时，换气装置可切换为电能驱动模式，在有效利用风能的同时保证了其的稳定运行；此外，各楼层的通风机构可以根据用户需求单独实现通断与变速，具有很强的灵活性。
附图说明
图1为本发明专利一种风能驱动的高楼换气装置的示意图；
图2为本发明专利一种风能驱动的高楼换气装置的转向机构的剖面图；
图3为本发明专利一种风能驱动的高楼换气装置的底座的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明专利作进一步详细说明，以使本发明专利的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明专利的保护范围做出更为清楚明确的界定。
本发明专利的目的在于高效率地利用风能，提供了一种利用风能驱动的高楼换气装置。本发明专利采用高层楼顶的风带动风能驱动装置运动，再通过机械传动的方式带动楼内的换气扇进行工作。该装置不仅利用了高楼的风能，还避免了风能转化为电能的能量损失，创新性明显。
本发明专利的实施例是这样实现的：
如图1所示，一种利用风能驱动的高楼换气装置包括H型风扇1、电磁离合器a2、主轴3、转向机构4、变速箱5、传动轴6、换气扇轴7、电磁离合器b8、底座9、换气扇10、控制器11、控制系统12、风速传感器13、电动机14、主动齿轮15和从动齿轮71等。H型风扇1适用于风向多变的工况，能够有效利用来自各方向的风，无需像普通风扇一样必须随着风向的变化而调整朝向。电磁离合器a2与控制器11相连，控制器11与控制系统12连接，控制系统12与风速传感器13相接。当风速处于换气装置工作范围内时，风速传感器13将风速信号传递给控制系统12，控制系统12下达指令给控制器11，断开所有楼层中的电动机14，接通电磁离合器a2，通风机构切换为风力驱动状态，H型风扇1带动所有楼层的换气扇10实现换气功能；当风速过小或过大时，风速传感器13将风速信号传递给控制系统12，控制系统12下达指令给控制器11，断开电磁离合器a2，接通所有楼层中的电动机14，通风机构切换为电力驱动状态，通过各层的主动齿轮15和从动齿轮71传动保证该层换气扇10的正常工作。换气装置工作风速范围可以现场实验确定并可调节，通常为3-15m/s。
由图1可见，换气扇轴7的一端与换气扇10焊接，换气扇轴7的另一端插入电磁离合器b8中，传动轴6的一端插入转向机构4中并焊有蜗轮42，传动轴6的另一端插入电磁离合器b8中，电磁离合器b8连接传动轴6和换气扇轴7。电动机14固定在楼层地面上并且与控制器11相连，电动机14的转轴与主动齿轮15焊接，换气扇轴7与从动齿轮71焊接，主动齿轮15和从动齿轮71相啮合。若整个换气装置由风力驱动，各层用户均可根据需求向控制系统12发送指令，经由控制器11来将本层电磁离合器b8设定为接通或断开，进而开始或停止本层通风；各层用户也可以向控制系统12发送指令，通过控制器11断开本层的电磁离合器b8，接通本层的电动机14，单独将本层的通风系统由风力驱动改换为电力驱动。若整个换气装置为电力驱动，各层用户均可根据需求向控制系统12发送指令，经由控制器11断开电动机14，停止本层通风。
从图1中还可以看出，主轴3沿整个高楼的外墙自楼顶一直延伸到地面，因此该结构适合一栋楼的每层房子结构一致，而且每层楼需要换气的房间在一条竖线上，换气扇在每层的位置也相同，则H型风扇1通过主轴3等与所有楼层的换气扇10连接，一个H型风扇1可以带动一栋楼位于同一条直线位置的所有楼层的房间换气。主轴3在每层对应的部分上均设有转向机构4，转向机构4后接有通风机构，通风机构有两种连接方案。图1中第一层所示结构为第一种连接方案，由传动轴6、换气扇轴7、电磁离合器b8、换气扇10、电动机14、主动齿轮15和从动齿轮71组成，此种连接方式只能单独控制本层通风与否，而不能控制通风速度。第二种连接方案为传动轴6、换气扇轴7、电磁离合器b 8、变速箱5、换气扇10、电动机14、主动齿轮15和从动齿轮71组成的通风机构，不仅可以单独控制本层通风与否，还能实时、方便地改变本层的换气量。上述两种连接方案都是组成本专利所述的高楼换气装置的基本工作单元，可以方便地安装或更换某一楼层的相关零部件。每层楼都可以根据使用需要选择在转向机构4后连接便于使用的方案一或可以改变通风量的方案二，整层楼的通风装置就有三种状态：第一种状态是所有楼层使用第一种连接方式，此时所有楼层均单独控制本层通风与否，而不能控制通风速度；第二种状态是所有楼层使用第二种连接方式，此时全部楼层均能通过变速箱5改变换气扇10的通风速度；第三种状态是部分楼层使用第一种连接方式，另一部分部分楼层使用第二种连接方式，此时使用第一种连接方式的楼层可以单独控制本层通风与否，而另一部分使用第二种连接方式的楼层可以同时控制通风与否和通风量大小。可以自楼顶到楼底一条直线上的所有房间同时换气，也可以指定某些特定的房间实现换气功能，每个房间的换气速度可以通过变速器5单独调解，还可以直接采用电动机14驱动换气扇10。
如图2所示，转向机构4由蜗杆41、蜗轮42和箱壳43构成，蜗杆41是一个外壁是螺旋齿的空心圆管，主轴3穿入蜗杆41的空心并且与蜗杆41通过焊接固定，蜗轮42焊接在传动轴6上，蜗杆41和蜗轮42啮合连接，蜗杆41和蜗轮42都封装在箱壳43中，保证了转向机构4的安全性，同时能有效避免灰尘等杂物落入转向机构4中影响蜗杆41和蜗轮42工作。
如图3所示，底座9由轴承91和基座92构成，基座92通过轴承91与主轴3底部连接，轴承91的内圈与主轴3之间系过盈配合，轴承91外圈由过盈配合安装在基座92中，基座92通过四个M30螺栓固定在地面上，起固定支撑作用。
该结构适合一栋楼的每层房子结构一致，而且每层楼需要换气的房间在一条竖线上，换气扇在每层的位置也相同，则H型风扇1通过主轴3等与所有楼层的换气扇10连接，一个H型风扇1可以带动一栋楼位于同一条直线位置的所有楼层的房间换气。
本发明专利的有益效果是：本发明专利采用风能带动H型风扇1的运动，再通过纯机械传动的带动换气扇10运动，减少了利用风能时因能量转化造成的能量损失，同时所述的H型风扇1的设定，可以更有效的采集风能；本发明专利采用从上至下的一根主轴3，使整个装置运行更加稳定；本发明专利根据楼层需要设置变速箱5，可以依据用户需求选择调节换气扇10的转速；本发明专利设有备用电路，在风速过低时，H型风扇1不能工作，可以通过备用电路驱动电动机14，进而带动换气扇10工作；在风速过大时，为了保证设备安全，H型风扇1也不能工作，也是通过备用电路驱动电动机14，进而带动换气扇10工作；本发明专利充分利用高楼风能进行驱动，直接利用了可再生能源。

Claims (3)

1.一种利用风能驱动的高楼换气装置，其特征在于：包括H型风扇(1)、电磁离合器a(2)、主轴(3)、转向机构(4)、变速箱(5)、传动轴(6)、换气扇轴(7)、电磁离合器b(8)、底座(9)、换气扇(10)、控制器(11)、控制系统(12)、风速传感器(13)、电动机(14)、主动齿轮(15)和从动齿轮(71)；电磁离合器a(2)与控制器(11)相连，控制器(11)与控制系统(12)连接，控制系统(12)与风速传感器(13)相接；转向机构(4)由蜗杆(41)、蜗轮(42)和箱壳(43)构成，蜗杆(41)是一个外壁为螺旋齿的空心圆管，主轴(3)穿过蜗杆(41)的空心并且与蜗杆(41)之间通过焊接固定，蜗轮(42)焊接在传动轴(6)上，蜗杆(41)和蜗轮(42)啮合连接，蜗杆(41)和蜗轮(42)都封装在箱壳(43)中；电磁离合器b(8)和控制器(11)相连；换气扇轴(7)的一端与换气扇(10)焊接，换气扇轴(7)的另一端插入电磁离合器b(8)中，传动轴(6)的一端插入转向机构(4)中并与蜗轮(42)焊接，传动轴(6)的另一端插入电磁离合器b(8)中，电磁离合器b(8)连接传动轴(6)和换气扇轴(7)；电动机(14)固定在楼层地面上并且与控制器(11)相连，电动机(14)的转轴与主动齿轮(15)焊接，换气扇轴(7)与从动齿轮(71)焊接，主动齿轮(15)和从动齿轮(71)相啮合；底座(9)由轴承(91)和基座(92)构成，基座(92)通过轴承(91)与主轴(3)底部连接，轴承(91)的内圈由过盈配合与主轴(3)连接，轴承(91)外圈为过盈配合安装在基座(92)之中，基座(92)通过四个螺栓固定在地面上。
2.根据权利要求1中所述一种利用风能驱动的高楼换气装置，其特征在于：所述的变速箱(5)安装在换气扇轴(7)上，位于电磁离合器b(8)和换气扇(10)之间。
3.根据权利要求1中所述一种利用风能驱动的高楼换气装置，其特征在于：所述的主轴(3)沿高楼的外墙自楼顶一直延伸到地面，主轴(3)在每层对应的部位均设有转向机构(4)，转向机构(4)后接有通风机构，通风机构有两种连接方案：第一种连接方案是在转向机构(4)后依次连接传动轴(6)、电磁离合器b(8)、换气扇轴(7)和换气扇(10)；第二种连接方案是在转向机构(4)后依次连接传动轴(6)、电磁离合器b(8)、变速箱(5)、换气扇轴(7)和换气扇(10)。
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