CN209704751U - 垂直轴风力系统 - Google Patents

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江启峰
张惟斌
张慧宇
韩宇明
衡亚光
刘小兵
G·博华
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    • Y02E10/74—Wind turbines with rotation axis perpendicular to the wind direction

Abstract

本实用新型公开了一种垂直轴风力系统。包括集热系统和转动系统及其驱动的动力用户，转动系统由转轮构成；转轮竖直设置，包括中心的转轴和绕转轴径向对称固定布置的叶片，相邻叶片之间均固定有两级由下向上变径结构的圆锥型导流部件，两级导流部件分别构成渐变径的双层风道，集热系统包括反射集热装置和球体集热装置。本实用新型充分利用了风能和太阳能，提高系统的空气流动性，使吹向叶片自然风的风速加快，发电机的效率得以提高，具有结构简单，装配方便，适用范围广，可靠性强的优点。

Description

垂直轴风力系统
技术领域
本实用新型属于风力机械设计技术领域，尤其属于一种垂直轴风力机的设计技术领域，特别是涉及一种太阳能垂直轴风力系统。
背景技术
在经济飞速发展的今天，能源供应问题日趋紧张，环境污染、气候恶化等一系列问题日益突出，在环境保护的大趋势下，清洁可再生能源备受各国的青睐。而风力发电是经济性竞争力的新能源发电资源，对社会能源资源的供应和经济增长以及治理大气污染物的排放有起着积极地作用，受到了各国的广泛关注。
我国有利于风力发电海岸线较长，岛屿众多，太平洋季风充足，改变大气压分布的内陆大山较多，由此形成我国分布很广的风力发电能源资源。目前所使用的风力机主要分为水平轴风力机和垂直轴风力机两种。相比水平轴分力机，垂直轴分力机具有结构简单、易于安装、成本较低、无需对风、运行稳定等优点。然而传统的垂直轴风力机，完全采用自然风带动发电机工作，其效率低下，风能得不到充分利用。且自动启动性能较差，适用范围受到了限制。
发明内容
本实用新型根据现有技术的不足公开了一种垂直轴风力系统。本实用新型目的是针对传统阻力型垂直轴风力机存在的效率低下和自动启动性能较差的问题，提出了一种太阳能阻力型垂直轴风力机。
本实用新型通过以下技术技术方案实现：
垂直轴风力系统，包括集热系统和转动系统及其驱动的动力用户，其特征在于：
所述转动系统由转轮构成；转轮竖直设置，包括中心的转轴和绕转轴径向对称固定布置的叶片，转轴下端作为输出轴与动力用户联接；相邻叶片之间均固定有两级由下向上变径结构的圆锥型导流部件，两级圆锥型导流部件的下端分别均设置于转轮圆周壁、上端分别均设置于转轮上平面；
所述集热系统包括反射集热装置和球体集热装置；反射集热装置绕转动系统四周布置数组，每组反射集热装置的反射面将太阳光始终反射至转动系统的转轮四周；球体集热装置固定设置于转轮转轴的顶端，包括园球形集热腔、集热腔顶部的玻璃盖板、集热腔外周传热导体制成的导热腔壁，所述集热腔壁上涂有光谱选择性热吸收涂层。
进一步所述两级圆锥型导流部件为一级导流部件和二级导流部件；一级导流部件下端设置于转轮圆周壁轴向低于转轮高度二分之一处、上端设置于转轮上平面径向小于转轮半径二分之一处；二级导流部件设置于转轮圆周壁底部、上端设置于转轮上平面与转轴结合部；一级导流部件和二级导流部件分别构成两级渐变径的风道。
进一步所述每组反射集热装置由支架及其支撑的太阳光反射板构成，太阳光反射板由表面的胶合层、中间的超薄银镜和背面的玻璃背板组合构成。
进一步所述径向布置的各叶片有相同的弧形表面。叶片沿转轮径向对称布置12片。
所述动力用户是发电机或其他动力驱动设备。
所述各叶片、各导流部件表面均有吸热材料涂覆构成的涂层。
本实用新型太阳能阻力型垂直轴风力机，包括可调倾角的太阳能反射板构成的反射集热装置和球体集热装置，球体集热装置连接的带有圆形端板和中心竖直转轴的两级导流部件，两级导流部件与结构相同的翼型叶片固定布置，两级部件与翼型叶片形成双层风道。
反射集热装置将高反射率高强度超薄银镜与精确成型的玻璃背板粘合在一起，满足高反射率的要求。光线经过反射板反射到风力机上。提高风力机上空气温度，随着热空气上升，进而抽吸底部冷空气，产生热岛效应，使风力机内流动风速加快，进而提高风力机输出功。
球体集热装置采用一种球型腔结构，主要由集热腔、上玻璃盖板和导热腔壁组成，导热腔壁所用材料为碳纳米管或铜合金作为传热工质，腔体内壁涂有光谱选择性吸收涂层，光线可在腔式内多次反射并实现光线的均匀吸收，产生“黑体”效应，从而提高腔式集热器的光热转化效率。所产生的热能通过导热腔壁向外进行热传递，来提高风力机顶部周围温度。
本实用新型结合了风能和太阳能，提高吹向叶片自然风的风速，使发电机的效率得以提高，具有结构简单，装配方便，适用范围广，可靠性强的优点。
附图说明
图1为本实用新型的太阳能垂直风力机的正等测图；
图2为本实用新型的太阳能垂直风力机的前视图；
图3为本实用新型的太阳能垂直风力机的俯视图；
图4为本实用新型的太阳能垂直风力机的仰视图；
图5为本实用新型的太阳能垂直风力机太阳能集热器的结构连接图；
图6为本实用新型的太阳能垂直风力机剖面图；
图7为本实用新型的太阳能垂直风力机原理工作图；
图8为本实用新型的太阳能垂直风力机反射板结构简图。
图中，1是球体集热装置，2是端板，3是转轴，4是二级导流部件，5是叶片，6是一级导流部件，7是连接圆环，8是盖板，9是集热腔，10是导热腔壁，11是热吸收涂层，12是U型槽板，13是沉头螺栓，14是胶合层，15是超薄银镜，16是玻璃背板，17是支架，18是风道，19是反射集热装置，20是太阳光，21是风能，22是动力用户，23是地面。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本实用新型进一步说明，具体实施方式是对本实用新型原理的进一步说明，不以任何方式限制本实用新型，与本实用新型相同或类似技术均没有超出本实用新型保护的范围。
结合附图。
垂直轴风力系统，包括集热系统和转动系统及其驱动的动力用户22，转动系统由转轮构成；转轮竖直设置，包括中心的转轴3和绕转轴3径向对称固定布置的叶片5，转轴3下端作为输出轴与动力用户联接；相邻叶片5之间均固定有两级由下向上变径结构的圆锥型导流部件，两级圆锥型导流部件的下端分别均设置于转轮圆周壁、上端分别均设置于转轮上平面；
集热系统包括反射集热装置19和球体集热装置1；反射集热装置19绕转动系统四周布置数组，每组反射集热装置19的反射面将太阳光始终反射至转动系统的转轮四周；球体集热装置1固定设置于转轮转轴3的顶端，包括园球形集热腔9、集热腔9顶部的玻璃盖板8、集热腔9外周传热导体制成的导热腔壁10，所述集热腔9壁上涂有光谱选择性热吸收涂层11。
两级圆锥型导流部件为一级导流部件6和二级导流部件4；一级导流部件6下端设置于转轮圆周壁轴向低于转轮高度二分之一处、上端设置于转轮上平面径向小于转轮半径二分之一处；二级导流部件4设置于转轮圆周壁底部、上端设置于转轮上平面与转轴结合部；一级导流部件6和二级导流部件4分别构成两级渐变径的风道18。
每组反射集热装置19由支架17及其支撑的太阳光反射板构成，太阳光反射板由表面的胶合层14、中间的超薄银镜15和背面的玻璃背板16组合构成。
径向布置的各叶片5有相同的弧形表面。
本实用新型可驱动的动力用户22是发电机或其他动力设备。
本实用新型在各叶片5、各导流部件表面均有吸热材料涂覆构成的涂层。
如图所示，球体集热装置1连接的带有圆形端板2和中心竖直转轴3的圆锥型二级导流部件4，转轴3与二级导流部件4上固定十二片大小形状相同的翼型叶片5、翼型叶片5上连接圆锥型的一级导流部件6，且翼型叶片5上端最外围连接圆环7。在外围连接圆环7和双层风道18上涂有吸热涂层以及球体集热装置1的设计，提高其周围局部温度，加快风速。
球体集热装置1包括玻璃盖板8、集热腔体9和导热腔壁10，在导热腔壁10上涂有光谱选择性吸收涂层11。太阳光线透过玻璃盖板8，在集热腔体9内经过涂有光谱选择性吸收涂层11多次反射吸收，将光能转化为热能，使集热腔体9温度升高，并通过导热腔壁10向外传递热量。
球体集热装置1上的导热腔壁10通过在U型槽板12底部均匀分布的沉头螺栓13与U型槽板12相连接，U型槽板12通过沿着中心竖直转轴3均匀分布的8颗沉头螺栓13连接到中心竖直转轴3上。中心竖直转轴3的上端采用凸型结构与U型槽板12在连接时相切。

Claims (7)

1.垂直轴风力系统，包括集热系统和转动系统及其驱动的动力用户，其特征在于：
所述转动系统由转轮构成；转轮竖直设置，包括中心的转轴和绕转轴径向对称固定布置的叶片，转轴下端作为输出轴与动力用户联接；相邻叶片之间均固定有两级由下向上变径结构的圆锥型导流部件，两级圆锥型导流部件的下端分别均设置于转轮圆周壁、上端分别均设置于转轮上平面；
所述集热系统包括反射集热装置和球体集热装置；反射集热装置绕转动系统四周布置数组，每组反射集热装置的反射面将太阳光始终反射至转动系统的转轮四周；球体集热装置固定设置于转轮转轴的顶端，包括园球形集热腔、集热腔顶部的玻璃盖板、集热腔外周传热导体制成的导热腔壁，所述集热腔壁上涂有光谱选择性热吸收涂层。
2.根据权利要求1所述的垂直轴风力系统，其特征在于：所述两级圆锥型导流部件为一级导流部件和二级导流部件；一级导流部件下端设置于转轮圆周壁轴向低于转轮高度二分之一处、上端设置于转轮上平面径向小于转轮半径二分之一处；二级导流部件设置于转轮圆周壁底部、上端设置于转轮上平面与转轴结合部；一级导流部件和二级导流部件分别构成两级渐变径的风道。
3.根据权利要求1所述的垂直轴风力系统，其特征在于：所述每组反射集热装置由支架及其支撑的太阳光反射板构成，太阳光反射板由表面的胶合层、中间的超薄银镜和背面的玻璃背板组合构成。
4.根据权利要求1所述的垂直轴风力系统，其特征在于：所述径向布置的各叶片有相同的弧形表面。
5.根据权利要求4所述的垂直轴风力系统，其特征在于：所述叶片沿转轮径向对称布置12片。
6.根据权利要求1所述的垂直轴风力系统，其特征在于：所述动力用户是发电机或其他动力驱动设备。
7.根据权利要求1所述的垂直轴风力系统，其特征在于：所述各叶片、各导流部件表面均有吸热材料涂覆构成的涂层。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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