CN117813449A - 一种风筝换能装置 - Google Patents
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Abstract
一种风筝换能装置，包括借助风力悬于高空的牵引风筝组件(1)、与所述牵引风筝组件(1)相连的将风能转成旋转运动的动力风筝组件(2)和通过所述动力风筝组件(2)与所述牵引风筝组件(1)相连的控制所述牵引风筝组件(1)并将旋转运动转成电能的地面控制台(3)，所述动力风筝组件(2)包括动力传递装置(24)，所述动力传递装置(24)设有动力风筝(241)并设置为使得所述动力风筝(241)既做上升运动又传递运动给所述地面控制台(3)。
Description
本发明涉及一种利用高空风能的动力装置，特别是一种利用风筝发电的装置。
目前公知的技术有双风筝往复拖动绳索技术，旋转木马技术，伞梯技术及空中滚轮技术等，以上技术都由于结构庞大，系统复杂，不易控制等缺点仍在实验中。
中国专利CN104863795公布了一种《风筝沿滚梯式轨道飞行发电方法》，是通过风筝将至少三个滑轮组成三角形，轨道绳索沿三个滑轮绕行，但根据说明书及附图至少存在二个问题导致该发电装置无法实现，下面就这二个问题加以说明：一、说明书中所述的风筝伞叙述不明，具体是风筝还是伞没有详细说明，且说明书附图显示风筝安装位置不符合常理，附图1中的风筝伞6系在轨道绳索的左侧，即迎风侧的上风方向，势必导致风筝伞被风吹至轨道绳索右侧的下风方向，由于风筝不可能做的非常精细，再加上风的不稳定性，必然导致风筝伞在轨道绳索上缠绕而无法展开，从而失去上升力；二、图2中的槽轮8的轴与拉线5在一条直线上，不符合常理，槽轮8在重力的作用下必然将两侧的风筝拉向中间，从而导致两个风筝碰撞，打架，缠绕，从而导致风筝根本飞不起来。
发明内容
为了解决上述问题，优化设计结构、降低制造成本，改进目前公知的技术缺陷，本发明公开了一种新的风筝换能装置。
一种风筝换能装置，包括借助风力悬于高空的牵引风筝组件、与所述牵引风筝组件相连的将风能转成旋转运动的动力风筝组件和通 过所述动力风筝组件与所述牵引风筝组件相连的控制所述牵引风筝组件并将旋转运动转成电能的地面控制台，其特征在于，所述动力风筝组件包括动力传递装置，使得所述动力风筝既作上升运动又传递运动给所述地面控制台。
优选地，所述牵引风筝组件包括：至少1个牵引风筝，将所述牵引风筝与地面连接的牵引线和连接所述牵引风筝与所述动力风筝组件的连接装置。
优选地，所述连接装置包括设置于所述动力风筝组件上的滑轮架和设置在所述牵引风筝上的悬吊线束。
优选地，所述动力风筝组件还包括分别设置于所述滑轮架上的第一滑轮和设置于所述地面控制台上的第二滑轮。
优选地，所述动力传递装置包括至少2个串联的动力风筝，使得每个所述动力风筝受风力作用拖动所述动力传递装置围绕所述第一滑轮和第二滑轮循环运动。
优选地，所述动力传递装置还包括穿过并连接所述动力风筝的贯连装置。
优选地，所述动力风筝设有防止其旋转的稳定器。
优选地，所述稳定器包括沿风向方向摆动的柔性织物。
最好，所述动力风筝为降落伞形状的悬浮装置。
优选地，所述地面控制台包括与所述第二滑轮传动连接的发电机、车水装置或者水上运送工具的马达。
本发明涉及一种风筝换能装置，包括牵引风筝组件、动力风筝组件及地面控制台组成；牵引风筝组件主要包括：牵引风筝、牵引线及牵引风筝尾部的两组悬吊线束；动力风筝组件主要由滑轮架，滑轮及动力传递装置等组成；地面控制台主要包括：绞盘、皮带轮组、发电机及地面控制器；牵引风筝尾部悬挂动力风筝组件；动力传递装置是由多个动力风筝串接组成；具体的，至少有两个滑轮与动力传递装置组成闭合的，可循环滑轮系统，多个动力风筝通过串接的形式构成动力传递装置，该动力传递装置类似于皮带轮上的皮带，在风的作用下， 牵引风筝线12与动力传递装置的上、下行线在一个平面里，动力风筝受风力作用拖动动力传递装置绕两滑轮循环运动，此时的动力风筝即充当了产生升力的风筝，同时又充当绳索的作用，增大动力传递装置与滑轮的摩擦力，滑轮转动并将动力通过皮带轮组传递给发电机，发电机可以是盘式发电机或滑轮式发电机。
优选的，牵引风筝为软体领航风筝，风筝尾部系有两组悬吊线束，悬吊线束由三根提线组成一个三角形，三根提线在底部集结成悬吊线束，两组悬吊线束等长，悬吊线束相当于四线软体风筝的下提线，两悬吊线束会集点分别系在滑轮架顶部的两端，滑轮架与风筝保持水平，滑轮被固定在滑轮架底部，滑轮架的作用是使滑轮可以在空中保持稳定并与牵引风筝保持水平；牵引风筝可用单线、双线、三线及四线控制；牵引风筝可用氦气球代替；牵引风筝组件为单线控制时，由于上滑轮是固定在领航风筝尾部的悬吊线上的滑轮架上，而下滑轮固定在地面控制台，它们之间的连接是由是由动力风筝串接组成的动力传递装置绕接而成，因此他们的长度是固定不变，所以在调节风筝迎风角度时只需调节牵引线即可轻松调节动力风筝的俯仰角度，如：收紧牵引线，可以使动力风筝仰角增大，风筝向上升起，放松牵引绳索，则减小动力风筝仰角，如要调节动力风筝的俯仰角度，只需要调整动力线的长短度，即可获得最佳拉升力；当完全放开牵引绳索的长度时，就可以使牵引风筝向后翻并落地，因此，只要控制牵引风筝的收紧与放松，就很容易的控制好牵引风筝的飞行及动力风筝的俯仰角度，同时可以获得最佳拉升力。
动力风筝的绳索即是提线绳索，同时也是动力线，动力风筝在经过滑轮时，与动力线一并卷入并通过滑轮，增大了摩擦面积和摩擦力，减少或避免了滑轮打滑，滑轮在轮轴上可设置多个波纹槽，以便使更多的伞绳嵌入波纹槽中以增大摩擦面积。
滑轮架的底部可装有两个旋转狼牙棒，用于收拢卷入滑轮的动力风筝(见图2、3、4)。
上下两动力风筝之间的连接可用转环通过集结成线束连接(图5)， 上下伞边缘上的绳索可以相互对称直连(见图7)在每个动力风筝的一根绳索上可缝制一根布条，相当于动力风筝的尾飘，目的是防止动力风筝在空中乱流中旋转打拧(见图5图7)。
动力风筝组件中的滑轮可由多个滑轮组成并固定于滑轮架，目的是增大动力传递装置上行线与下行线间的距离，防止上行与下行的动力风筝间距离过小，相互碰撞、缠绕；动力风筝组件中的地面上的滑轮可做成大型摩天轮，也可做成多个小滑轮交替缠绕，多个小滑轮替代大滑轮并固定于地面控制台，目的是增大摩擦力和获取动力传递装置上传递出的旋转能量以及减小滑轮的占地面积(见图3)
牵引风筝的牵引线可以是双线牵引，目的是防止相邻牵引风筝碰撞，采用双牵引线时，无论收紧哪侧的牵引线，可以使风筝11向该侧移动，双线牵引时，双牵引线之间的中间线与动力传递装置保持在一个平面上，滑轮架可固定于双牵引线上，也可固定于风筝尾部的悬吊线束(即下提线)上，悬吊线束(即下提线)可以用三角形尾飘布代替(见图1、图6)。
当该装置用于人工降雨时，动力传递装置上可系有长条水袋，地面控制台的滑轮可置于水下，以便于长条水袋在水下取水(见图4)。
该发电装置可应用于轮船上提供动力，并可置于水下利用洋流能量发电及采矿运输(见图8)。
滑轮架上可安装云台，包括激光信号发射接收机及无线信号接收设备，使各牵引风筝之间形成信息互通的网络平台，牵引线为包芯电缆线，为云台等设备传输电力和传递信号。
风筝线外层可附着有导电外层，风筝表面附着导电材料如导电纤维，超细金属网等，风筝的每个角缝制有放电针，目的是放电防雷击(尖端放电原理)。
本发明所述的风筝换能装置的地面控制台还可参照吊车平台并安装于吊车上。
根据空气动力学原理，上行的动力风筝受风的作用力向上飞行，当转过上部的滑轮时，动力风筝调转方向，此时动力风筝的受力方向 正好相反，动力风筝向下飞行，当动力风筝转过下部的滑轮时，其方向又自动变成上升状态，该装置的优点是不用任何调整伞的姿态即可完成动力风筝的做功过程。动力传递装置绕滑轮运动的能量来自于动力风筝获取的风能。
本发明和现有技术相比其特征在于：利用至少两个滑轮与由动力风筝组成动力传递装置连接起来，利用风能使动力风筝拖动动力传递装置即完成了该动力系统的基本要求，并且动力风筝与伞绳(其中一根伞绳在伞中央)一并绕过滑轮，即充当动力线功能，又充当皮带轮的皮带功能，极大的简化了系统结构，因此结构简单，操作方便，通过设置小滑轮组增加了上下行动力线的间距，通过多个小滑轮多次折返，动力线上的能量被传递给了小滑轮并带动电机发电，也克服了上行伞与下行伞相互缠绕打架问题，由牵引风筝组件搭建的牵引平台可以使该动力风筝组件上升到上千米的高度，所获取的风能也由目前的百米风力机升至千米，实现在现有的风力发电机基础上功率提升几倍至十几倍，而成本可以降低几倍，该装置原理简单、易于安装、动力强劲，操作方便，与目前的风力发电机相比具有很强的优势，可产生巨大的经济效益，同时大量降低二氧化碳排放量，由于风筝高度取500米以上，在此高度通常能够获得稳定风力，即基本上可以长年发电，相比于太阳能电池板发电，克服了其最大缺点，即白天发电，晚上没电的问题，同时也克服了其自身的白天风小不发电，晚上发电没人用的垃圾电问题。
参照附图通过一些作为非限定性例子提供的优选实施例更好地描述本发明，其中：
图1为本发明风筝换能装置基本原理示意图。
图2为本发明风筝换能装置侧视示意图。
图3为上滑轮组结构示意图。
图4为带有云台及长条水袋装置的示意图。
图5为动力风筝的连接方式示意图。
图6为双线牵引风筝悬吊滑轮架装置示意图。
图7为动力风筝绳索连接点相互直连示意图。
图8为轮船利用水下洋流提取能量装置示意图。
见图1，本发明由牵引风筝组件1、动力风筝组件2及地面控制台3组成，参照图1，牵引风筝11通过尾部的两组悬吊线111与滑轮架的两固定点连接，两组悬吊线111分别由三根(或多根)绳索组成三角形，目的是保持尾部平衡不变形，各组悬吊线111也可由相同大小的三角形尾飘代替，牵引线12的下方连接绞盘31；动力风筝组件2主要由滑轮架21、第一滑轮22、第二滑轮23及由动力风筝241串接起来的动力传递装置24组成，具体的，第一滑轮22与第二滑轮23可分别为多个滑轮组成的滑轮组，第一滑轮22、第二滑轮23与动力风筝241组成的动力传递装置24形成闭合的，可循环绕行滑轮系统，类似目前在用的传送带结构，动力传递装置24沿第一滑轮22和第二滑轮23绕行过程中带动发电机33转动并发电，发电机33可以是盘式发电机或滑轮式发电机。
为了减轻第一滑轮22的重量，通常第一滑轮22不安装发电机，风筝上的云台设备电力供给是由发电机33发电产生的电力通过带包芯电缆的牵引绳索12提供电力。
当牵引风筝11升起后，第一滑轮22、第二滑轮23与动力传递装置24组成的滑轮组被牵引风筝11自动拉紧，并具有自动张紧功能，此时动力传递装置24即充当了落地尾飘的功能，又充当了皮带轮的皮带功能，并在动力风筝241拉动下沿第一滑轮22和第二滑轮23循环运动，地面控制台3上的第二滑轮23与皮带轮组32相连接，皮带轮组32的转动带动发电机33发电，第二滑轮23也可以与目前的风力发电机直连，通过机内的变速齿轮箱完成转速转换。
所谓落地尾飘是指风筝的尾飘通常都是飘在空中，而本发明中的 尾飘(悬吊线束111由三角形面料替代)被动力传递装置直接拉回地面来传递能量，所以称其为落地尾飘。
牵引线12与动力传递装置24中的绳索使用高强度绳索，如：碳纤维或高强度聚乙烯纤维等；牵引风筝采用单拉线风筝时，可使用领航风筝，同时该牵引风筝还可用氦气球代替；动力风筝采用飞机减速伞面料，可以抵抗12级台风的风力。
图2出示了风筝换能装置侧视效果图，为了便于理解，人为将该结构分成左右两个部分，牵引风筝11，牵引线12，滑轮架21及绞盘31构成了静态侧，由第一滑轮22、动力风筝241组成的动力传递装置24、第二滑轮23、皮带轮组32及发电机33构成动态侧，在风筝换能装置整个运行过程中，静态侧负责将风筝系统悬浮于空中，相当于搭建了一个平台，动态侧在该平台上负责获取风能带动滑轮转动并带动皮带轮和发电机转动发电，两侧独立运行又相互依存。
第一滑轮22(滑轮架)上可安装云台，包括视屏系统，信号传输系统(如：激光信号发射接收机，无线信号接收机等)，使各发电风筝之间的网络传输成为可能。
图2还出示了该装置的第一滑轮22和第二滑轮23实施例侧视图，第一滑轮22采用多个小滑轮(图上显示为3个小滑轮)，第一滑轮22采用多个小滑轮固定在一个大滑轮架上，其优点是减轻重量、受力分散，增加上行线与下行线间的距离，防止缠绕，第二滑轮23采用多个小滑轮代替单个大滑轮同样是为了分散受力，增加间距，防止缠绕，同时将旋转能量分配在每个小滑轮上，有益于降低成本。
所述动力风筝241为降落伞形状的悬浮装置,主要包括：降落伞、阻力伞等，其主要特征是圆形伞、正方形、正多边形等各边对称的伞形，如正五边形、六边形等伞形,优点是圆形伞正多边形不用增加调整控制线，特点是容易展开，飞行稳定，不用操控，圆形、正多边形动力风筝优点在于其为圆形及正多边形各边对称，无论风向风速如何变化，都会保持形态不变，不用调整角度和方向。任何方向的来风对圆形及正多边形伞来说其各个点受力都是沿中心线展开，不会发生大 的变化，这也是海上娱乐拖伞都使用圆形伞的原因之一，因此，海上娱乐拖伞也是动力风筝的选项之一。
图3为图2中的第一滑轮22的放大结构，图中显示动力风筝241在上行至旋转狼牙棒25位置时被挤扁并随伞绳一并进入上滑轮，在转过第一滑轮22后，动力风筝241又重新打开并向下飞行，所谓旋转狼牙棒25实际上就是两个被固定在滑轮架21两侧上的转轴，转轴上固定了一些棒状杆，目的是将上升至该位置的动力风筝241收拢挤扁并顺利通过滑轮，防止缠绕和脱落，好处是缩窄上滑轮尺寸，减轻重量。
图4为上行线与第一滑轮22及滑轮架21装置正面视图，图中显示旋转狼牙棒25正在挤扁动力风筝；在图4中，在上行线中显示同时安装了长条水袋26，其目的是可以利用该装置进行人工降雨、森林救火及切断火路，应用人工降雨或灭火时将第二滑轮23至于水下，长条水袋26在上行时将水带入高空，在绕过第一滑轮22时将水挤出，水随风向下飘散，然后长条水袋26继续向下飞行，在绕过第二滑轮23后再次变成上升过程，将水灌入长条水袋26，之后再将水带入高空，如此循环往复便形成人工降雨。
该装置可用于洋流发电，只需将动力风筝241面料换成抗磨抗撕裂材料，即可采用同样原理在海洋中使用，如：牵引风筝11由船舶平台代替，动力风筝组件2沉入海底矿床即可海底发电并提供采矿动力及运输。
该装置还可用于海底采矿，例如：将动力传递装置24换成钢缆，动力传递装置24上的长条水袋26换成金属链子网兜，便可将海底矿石提升到所需高度；风筝面料换成抗磨抗撕裂材料时，第二滑轮23带动发电机33即可提供海底采矿电力，金属链子网兜成为运输或挖掘工具，海面平台上空使用风筝换能装置为平台提供工作及生活电力。
当滑轮架21悬吊在领航风筝的双牵引线上时，放松双牵引线，则动力传递装置24便有了牵引线的功能。
将该装置安装于船上，顺风、逆风都可提供动力，以上各实施例 可相互借鉴参考组合。
动力风筝组件2主要由滑轮架21，第一滑轮22、第二滑轮23及动力传递装置24等组成；地面控制台3主要包括：绞盘31、皮带轮组32、发电机33及地面控制器34；其特征在于，牵引风筝11尾部悬挂动力风筝组件2；动力传递装置24是由多个动力风筝241串接组成，具体的，至少有两个滑轮与动力传递装置24组成闭合的，可循环滑轮系统，多个动力风筝241通过串接的形式构成动力传递装置24，该动力传递装置24类似于皮带轮上的皮带，在风的作用下，动力风筝241受风力作用拖动动力传递装置24绕第一滑轮22和第二滑轮23循环运动，此时的动力风筝241即充当了产生升力的风筝，同时又充当绳索的作用，增大绳索与滑轮的摩擦力，第二滑轮23转动并将动力通过皮带轮组32传递给发电机33，发电机33可以是盘式发电机或滑轮式发电机。优选的，牵引风筝11为软体领航风筝，风筝尾部系有两组悬吊线束111，悬吊线束111由三根提线组成一个三角形，三根提线在底部集结成悬吊线束111，两组悬吊线束111等长，两悬吊线束111会集点分别系在滑轮架顶部的两端，滑轮架21与牵引风筝11保持水平，第一滑轮22被固定在滑轮架21底部，滑轮架21的作用是使第一滑轮22可以在空中保持稳定并与牵引风筝11保持水平；牵引风筝11可用单线、双线、三线及四线控制；牵引风筝11可用氦气球代替。当牵引风筝使用单线牵引时，滑轮架悬挂在风筝尾部的悬吊线束(即下提线)时，实际上形成了三线风筝，即三组提线；当牵引风筝使用双线风筝时，无论滑轮架21悬挂在风筝尾部的悬吊线(即下提线)111上，还是悬挂在风筝的双牵引线12上时，实际上都形成四线软体风筝，即四组提线。
动力风筝241的绳索即是提线绳索，同时也是动力传递装置24，动力风筝241在经过第一滑轮22和第二滑轮23时，与动力传递装置24一并卷入并通过滑轮，增大了摩擦面积和摩擦力，减少或避免了滑轮打滑，第一滑轮22和第二滑轮23在轮轴上可设置多个波纹槽，以便使更多的伞绳嵌入波纹槽中以增大摩擦面积。
滑轮架21的底部可装有两个旋转狼牙棒25，用于收拢卷入第一滑轮22的动力风筝241(见图2、3、4)。
上下两动力风筝241之间的连接可用转环2411通过集结成线束连接(见图5)，上下伞边缘上的绳索可以相互对称直连(见图7)，在每个动力风筝241的一根绳索上可缝制一根布条2412，相当于动力风筝241的尾飘(即稳定器)，目的是防止动力风筝241在空中乱流中旋转打拧(见图5、7)。
动力风筝组件2中的第一滑轮22可由多个滑轮组成并固定于滑轮架21，目的是增大动力传递装置24上行线与下行线间的距离，防止上行与下行的动力风筝241间距离过小，相互碰撞、缠绕；动力风筝组件2中的第二滑轮23可由多个滑轮组成并固定于地面控制台3，目的是增大摩擦力和获取动力传递装置24上传递出的旋转能量以及减小第二滑轮23的占地面积(见图3)。牵引风筝11的牵引线12可以是双线牵引，目的是防止相邻牵引风筝1碰撞，滑轮架21可固定于双牵引线12上，也可固定于风筝尾部的悬吊线束111上，悬吊线束111可以用三角形尾飘布代替(见图1、图6)。
当该装置用于人工降雨时，动力传递装置24上可系有长条水袋26，地面控制台的第二滑轮23可置于水下，以便于长条水袋26在水下取水(见图4)。
该发电装置可应用于轮船上提供动力，并可置于水下利用洋流能量发电及采矿运输(见图8)。
滑轮架21上可安装云台，包括激光信号发射接收机及无线信号接收设备，使各牵引风筝1之间形成信息互通的网络平台，牵引线12为包芯电缆线，为云台等设备传输电力和传递信号。
风筝线外层可附着有导电外层，风筝表面附着导电材料如导电纤维，超细金属网等，风筝的每个角缝制有放电针，目的是放电防雷击。技术优点：该装置结构简单，使用方便，船上、水下、陆地皆可使用放飞高度可达千米以上，且在开放天空区域如沙漠、海洋等均可使用，使发电功率提高几倍至十几倍，产生巨大的经济效益。
最后应当说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
- 一种风筝换能装置，包括借助风力悬于高空的牵引风筝组件(1)、与所述牵引风筝组件相连的将风能转成旋转运动的动力风筝组件(2)和通过所述动力风筝组件与所述牵引风筝组件相连的控制所述牵引风筝组件并将旋转运动转成电能的地面控制台(3)，其特征在于，所述动力风筝组件(2)包括动力传递装置(24)，所述动力传递装置(24)设有动力风筝(241)并设置为使得所述动力风筝(241)既作上升运动又传递运动给所述地面控制台(3)。
- 根据权利要求1所述的风筝换能装置，其特征在于，所述牵引风筝组件(1)包括：至少1个牵引风筝(11)，将所述牵引风筝(11)与地面连接的牵引线(12)和连接所述牵引风筝(11)与所述动力风筝组件(2)的连接装置。
- 根据权利要求1所述的风筝换能装置，其特征在于，所述连接装置包括设置于所述动力风筝组件2上的滑轮架(21)和设置在所述牵引风筝(11)上的悬吊线束(111)。
- 根据权利要求3所述的风筝换能装置，其特征在于，所述动力风筝组件(2)还包括分别设置于所述滑轮架(21)上的第一滑轮(22)和设置于所述地面控制台(3)上的第二滑轮(23)。
- 根据权利要求1所述的风筝换能装置，其特征在于，所述动力传递装置(24)包括至少2个串联的动力风筝(241)，使得每个所述动力风筝(241)受风力作用拖动所述动力传递装置(24)围绕所述第一滑轮(22)和第二滑轮(23)循环运动。
- 根据权利要求5所述的风筝换能装置，其特征在于，所述动力传递装置(24)还包括穿过并连接所述动力风筝(241)的贯连装置。
- 根据权利要求6所述的风筝换能装置，其特征在于，所述动力风筝(241)设有防止其旋转的稳定器。
- 根据权利要求1所述的风筝换能装置，其特征在于，所述稳定器包括沿风向方向摆动的柔性织物。
- 根据权利要求1所述的风筝换能装置，其特征在于，所述动力风筝(241)为降落伞形状的悬浮装置。
- 根据权利要求1所述的风筝换能装置，其特征在于，所述地面控制台(3)包括与所述第二滑轮(23)传动连接的发电机、车水装置或者水上运送工具的马达。
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