TW201307678A - 複合式風力發電機 - Google Patents

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TW201307678A
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Chang-Hsien Tai
Uzu-Kuei Hsu
Shi-Wei Lo
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Univ Nat Pingtung Sci & Tech
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Abstract

一種複合式風力發電機，係包含：一第一管體，具有一第一端與一第二端，該第一端設有一進風口，該第一管體內形成一第一流道；一第二管體，設於該第一管體之第一流道內，該第二管體內形成一第二流道；一擋流組件，設置於該第一管體與第二管體之間，該擋流組件具有數擋板，該數擋板可藉由風力在第一管體與第二管體間啟閉；及一發電組件，設置於該第一流道與第二流道內。

Description

複合式風力發電機
本發明係關於一種風力發電裝置，尤其是一種可因風力調整進氣型態之風力發電裝置。
風力發電不僅能提供人類生活所需之電能，同時又能兼具環境保護與永續能源的發展。利用來自大自然的風力，帶動一風力發電裝置之葉片旋轉，再利用該葉片旋轉後所產生之軸功，帶動一發電機產生電能。該電能產生方式符合現代環保議題，可避免因電能的轉換生成而造成環境的惡性負擔。
請參閱第1圖所示，習知管束式風力發電裝置9具有一導流管91與一軸流發電裝置92，透過該導流管91匯集自然風力，將該自然風力集中於該導流管91內，使該自然氣流能順著該導流管91內傳輸至該軸流發電裝置92，使該軸流發電裝置92能集中接收氣流，增加該軸流發電裝置92的電力輸出，完成風力發電的作動。
對該軸流發電裝置92而言，風力是最主要的動力來源。然而，風力並非是一成不變的，當風力夠大時，透過該導流管91的匯集可順利推動該軸流發電裝置92，產生電能；當風力變小時，進入該導流管91之氣流量也隨之減少，更由於該導流管91內之徑向截面積無任何變化，無法對氣流提供加速效果，使該氣流無法推動該軸流發電裝置92，造成風力發電的供電效果不佳，使得該管束式風力發電裝置9的使用效能受到風力的限制。
本發明之主要目的係提供一種複合式風力發電機，該風力發電機可因應風力調整流道之徑向截面積，使該風力發電裝置可適用於風力較小之情況。
為達到前述發明目的，本發明所運用之技術手段包含有：一種複合式風力發電機，係包含：一第一管體，具有一第一端與一第二端，該第一端設有一進風口，該第一管體內形成一第一流道；一第二管體，設於該第一管體之第一流道內，該第二管體內形成一第二流道；一擋流組件，設置於該第一管體與第二管體之間，該擋流組件具有數擋板，該數擋板可藉由風力在第一管體與第二管體間啟閉；及一發電組件，設置於該第一流道與第二流道內。
本發明之複合式風力發電機，其中，該數擋板各具有一扣合部與一環抵部。
本發明之複合式風力發電機，其中，該擋流組件具有一支架，該支架具有數連接部與數扣接部，該數連接部連接於該第一管體之內管壁，該數擋板之扣合部活動樞接相對之該支架之數扣接部。
本發明之複合式風力發電機，其中，該支架之結構為八邊形。
本發明之複合式風力發電機，其中，該擋流組件具有數彈性組件，該數彈性組件與該數擋板對應設置，該數彈性組件一端結合於該第一管體之管壁，另一端抵接相對之該數擋板之一端面，使該數擋板之環抵部可活動的環抵該第二管體之管壁。
本發明之複合式風力發電機，其中，該數彈性組件各具有一彈性元件、一抵頂部及一固定座，該彈性元件一端結合該抵頂部，另一端結合該固定座，該抵頂部抵接相對之該數擋板之一端面，該固定座設於該第一管體之內管壁。
本發明之複合式風力發電機，其中，該固定座具有一容置空間，可收納被壓縮之彈性元件。
本發明之複合式風力發電機，其中，該第一管體之第一端設有數導流口。
本發明之複合式風力發電機，其中，該數導流口包含一第一導流口，該第一導流口設於該第一管體之第一端的頂部。
本發明之複合式風力發電機，其中，該數導流口包含一第二導流口，該第二導流口設於該第一管體之第一端的喉部。
本發明之複合式風力發電機，其中，，該第一管體之第一流道內設有一第一縮徑部。
本發明之複合式風力發電機，其中，該第二管體之第二流道內設有一第二縮徑部。
本發明之複合式風力發電機，其中，該第一縮徑部延伸至該第一管體之第二端之徑向截面積逐漸擴大。
本發明之複合式風力發電機，其中，該發電組件具有一第一軸流發電機，該第一軸流發電機設置於該第一縮徑部。
本發明之複合式風力發電機，其中，該發電組件具有一第二軸流發電機，該第二軸流發電機設置於該第二縮徑部。
本發明之複合式風力發電機，其中，設有一第三管體，該第三管體沿該第一管體之外壁環設，具有一開口端與一封閉端，該第三管體之內壁與該第一管體之外壁形成一出風道，該封閉端與該第一管體之第二端形成一間隙，使該出風道與第一流道之氣流由該間隙相通。
本發明之複合式風力發電機，其中，該第三管體之開口端設有數迎風口與數引流口。
本發明之複合式風力發電機，其中，該數迎風口之開口高度皆高於相對應之數引流口之開口高度。
為讓本發明之上述及其他目的、特徵及優點能更明顯易懂，下文特舉本發明之較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：請參照第2、3圖所示，本發明之複合式風力發電機包含一第一管體1、一第二管體2、一擋流組件3及一發電組件4。該第二管體2設置於該第一管體1內，該擋流組件3設置於該第一管體1之管壁與第二管體2之管壁間，該發電組件4設於該第一管體1與第二管體2內。
該第一管體1為一中空管體，具有一第一端11與一第二端12，該第一端11設有一進風口111，該進風口111之開口朝向水平方向以接收風力，該進風口111之管壁底端可向外延伸，以利引導自然氣流由該進風口111進入。該第一管體1可在該第一端11之轉折處設有數導流口112，該數導流口112之設置位置與數量在此並不設限，較佳可如本實施例中，包含一第一導流口112a及一第二導流口112b。其中，該第一導流口112a設於該第一管體1之頂部，並於該處接收風力形成一導流，以避免該第一管體1之頂部受到水平方向的風力作用形成高壓區，使進氣更加順暢；該第二導流口112b設於該第一管體1之喉部，並於該處接收風力形成另一導流，以避免氣流進入進風口111後，因為流向改變而在該第一管體1之喉部產生氣流干擾。
該第一管體1之內壁形成一第一流道13，該第一流道13內較佳設有一第一縮徑部131，且位於該第一管體1之第一端11與第二端12之間，使該氣流進入該第一流道13後，可因為該第一流道13之徑向截面積縮減，而達到氣流在該第一縮徑部131處加速之效果。在本實施例中，該第一流道13之徑向截面積變化，自該第一端11以相同之徑向截面積往該第二端12之方向延伸，並在該第一端11與該第二端12之間逐漸縮小形成一第一縮徑部131，接著再由該第一縮徑部131逐漸擴大該第一流道13之徑向截面積，並延伸至該第一管體1之第二端12。
該第二管體2為一中空管體，設置於該第一管體1之第一流道13內。該第二管體2之內壁形成一第二流道21，該第二流道21之截面積小於該第一流道13之截面積，且該第二流道21與第一流道13相通。該第二流道21可如本實施例中，設有一第二縮徑部211，使該氣流進入該第二流道21後，可因為該第二流道21之徑向截面積縮減，而達到氣流在該第二縮徑部131處加速之效果。
請參閱第3圖所示，該擋流組件3一端環接該第一管體1之管壁，另一端可活動的環抵該第二管體2之管壁。當風力較小時，可將該第一流道13之氣流導入第二流道21內；當風力較大時，可利用風力將該擋流組件3推離該第二管體2之管壁，使氣流同時流動於該第一流道13與第二流道21。該擋流組件3之擋流結構與作動方法在此並不設限，較佳可如本實施例中，具有一支架31、數擋板32及數彈性組件33。
該支架31可為一多邊形之設置，並具有數頂點與數邊，在此並不設限。較佳可如本實施例中為一八邊形架構，並具有八個頂點之數連接部311與八個邊之數扣接部312，且該數連結部311可使用焊接等習知結合方法結合於該第一管體1之內管壁。該數擋板32各具有一扣合部321、擋流部322及一環抵部323，該數檔板32可透過該扣合部321活動樞接於相對之該數扣接部312，並使該數檔板32之擋流部322置於該第一管體1與第二管體2間之第一流道13內，其中，該擋流部之一端緊鄰該第一管體1之內管壁，另一端之環抵部323可活動的抵接於該第二管體2之管壁。
該數彈性組件33係與該數擋板32對應設置，各具有一彈性元件331、一抵頂件332及一固定座333。該彈性元件331之一端連接該抵頂件332，另一端連接於該固定座333，該固定座333可如本實施例中具有一容置空間，當該彈性元件331受到外力作用而壓縮時，可使該彈性元件331收納於該容置空間內。該固定座333係設於該第一管體1之內管壁，該抵頂部332係抵頂各該擋板32之一端面，該數彈性元件331除了可提供一支撐力外，更可藉由外力作用而壓縮，使該數擋板32之環抵部323可活動的環抵該第二管體2之管壁。
請參閱第4、5圖所示，更詳言之，當進入該第一流道13之風力較小時，由於該氣流對該數擋板32之作用力小於該數彈性組件33對該數擋板32之支撐力，故該數擋板32之環抵部323會緊抵該第二管體2之管壁，並透過該數擋板31之擋流部322，將氣流自該第一流道13引入該第二流道21；當進入該第一流道13之風力較大時，由於該氣流對該數擋板32之作用力大於該數彈性組件33對該數擋板32之支撐力，故該數擋板32會擠壓該數彈性組件33，使該彈性性元件331壓縮至該固定座333之容置空間內，使得該數擋板32之環抵部323與第二管體2之管壁間具有空隙供氣流通過，使氣流同時通過該第一流道13與第二流道21。
該發電組件4係設置於該第一流道13與第二流道21內。在本實施例中，該發電組件4可包含一第一軸流發電機41及一第二軸流發電機42。該第一軸流發電機41較佳設於該第一流道13之第一縮徑部131，該第二軸流發電機42較佳設於該第二流道21之第二縮徑部211，當風力夠大時，該氣流的作用力會推開該數擋板31，使得氣流同時通過該第一流道13與第二流道21，同時推動該第一軸流發電機41與第二軸流發電機52；當風力較小時，該擋板31之環抵部323會緊抵該第二管體2之管壁，使該第一流道13之氣流完全進入該第二流道21，推動該第二軸流發電機42。
為使該進風效果能得到進一步的提升，在本實施例中可設有一第三管體5。該第三管體5係沿著該第一管體1之外壁環設，並具有一開口端51與一封閉端52。該開口端51設有數迎風口511與數引流口512，該數迎風口511與數引流口512之數量並不設限，較佳可如本實施例中設有一第一迎風口511a、一第二迎風口511b、一第一引流口512a及一第二引流口512b，以增加排氣效率，且該數迎風口511之開口高度皆高於相對應之數引流口512之開口高度。該第三管體5之內壁與該第一管體1之外壁間形成一出風道53，該第三管體5之封閉端52與該第一管體1之第二端12形成一間隙121，使得該第一流道13與出風道23之氣流由該間隙121相互流通。
請參閱第6圖所示，更詳言之，本發明複合式風力發電機係透過該進風口111匯集自然氣流，再將該氣流引入該第一流道13。透過該第一導流口112a與第二導流口112b之導流作用，降低該第一流道13內轉折處之高壓擾流效應，使自然氣流能更順利的沿著該第一流道13流動。當風力較小時，由於氣流對該數擋板32的作用力小於該數彈性組件33對該數擋板32之支撐力，故該擋板32之環抵部323會緊抵該第二管體2之管壁，並將該第一流道13之氣流完全引入該第二流道21，由於該第二流道21之徑向截面積小於該第一流道13，故該氣流由該第一流道13進入第二流道21會產生一加速效果，而當該氣流經由該第二流道21進入第二縮徑部211時，也會因為徑向截面積的縮減再次使得氣流加速，令該氣流具有比剛入進風口111時更快之風速，並順利的推動位於該第二縮徑部211之第二軸流發電機52。
請參閱第7圖所示，當風力較大時，由於氣流對該數擋板32的作用力大於該數彈性組件33對該數擋板32之支撐力，風力會將該擋板32之環抵部323推離該第二管體2之管壁，使得氣流同時通過該第一流道13與第二流道21。如上所述，該氣流經由該第二流道21進入第二縮徑部211時，會因為徑向截面積的縮減使得氣流加速，令該第二軸流發電機52獲得較佳之動能。當該氣流通過該第二流道21而進入該第一流道13時，該氣流會與沿著第一管體1與第二管體2間之分流再度匯集，並經過該第一流道13之第一縮徑部131，利用徑向截面積的縮減達到氣流加速的效果，並推動位於該第一縮徑部131處之第一軸流發電機51，使該發電組件5具有雙層的輸出動力。
由於該第一管體1之第二端12與該第三管體5之封閉端52具有間隙121，使該第一流道13與出風道53之氣流相通，不論風力大或小，該氣流必由該間隙121流入該出風道53，並從該出風道53之數迎風口511與數引流口512流出，該數迎風口511較佳設置於迎風向，使得風力將排出之氣流由該數迎風口511吹向該數引流口512。由於該數引流口512之開口高度皆低於相對之該數迎風口511之開口高度，故當氣流由該數迎風口511吹往該數引流口512時，透過氣流相互牽引的效果，會牽拉相對低端之該數引流口512之空氣，並於該處形成一相對低壓，產生一負壓效應，讓該數引流口512處之拔風效應更加明顯，加速該出風道53內之氣流排出，提升整體之進氣流速，進而提升風力發電效率。
本發明之複合式風力發電機，可根據風力大小調整氣流通過之徑向截面積，使該風力發電裝置能於不同之風力情況作出相對應的調適，具有增加該發電裝置之適用風力範圍之功效。
雖然本發明已利用上述較佳實施例揭示，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者在不脫離本發明之精神和範圍之內，相對上述實施例進行各種更動與修改仍屬本發明所保護之技術範疇，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
 [本發明]
1．．．第一管體
11．．．第一端
111．．．進風口
112．．．數導流口
112a．．．第一導流口
112b．．．第二導流口
12．．．第二端
121．．．間隙
13．．．第一流道
131．．．第一縮徑部
2．．．第二管體
21．．．第二流道
211．．．第二縮徑部
3．．．擋流組件
31．．．支架
311．．．連接部
312．．．扣接部
32．．．數擋板
321．．．扣合部
322．．．擋流部
323．．．環抵部
33．．．彈性組件
331．．．彈性元件
332．．．抵頂部
333．．．固定座
4．．．發電組件
41．．．第一軸流發電機
42．．．第二軸流發電機
5．．．第三管體
51．．．開口端
511．．．數迎風口
511a．．．第一迎風口
511b．．．第二迎風口
512．．．數引流口
512a．．．第一引流口
512b．．．第二引流口
52．．．封閉端
53．．．出風道
[習知]
9．．．管束式風力發電裝置
91．．．導流管
92．．．軸流發電裝置
第1圖：習知管束式風力發電結構示意圖。
第2圖：本發明複合式風力發電機架構圖。
第3圖：本發明複合式風力發電機擋流組件分解圖。
第4圖：本發明較小風力之擋流組件位置圖。
第5圖：本發明較大風力之擋流組件位置圖。
第6圖：本發明複合式風力發電機較小氣流圖。
第7圖：本發明複合式風力發電機較大氣流圖。
1．．．第一管體
11．．．第一端
111．．．進風口
112．．．數導流口
112a．．．第一導流口
112b．．．第二導流口
12．．．第二端
121．．．間隙
13．．．第一流道
131．．．第一縮徑部
2．．．第二管體
21．．．第二流道
211．．．第二縮徑部
3．．．擋流組件
31．．．支架
32．．．數擋板
33．．．彈性組件
4．．．發電組件
41．．．第一軸流發電機
42．．．第二軸流發電機
5．．．第三管體
51．．．開口端
511．．．數迎風口
511a．．．第一迎風口
511b．．．第二迎風口
512．．．數引流口
512a．．．第一引流口
512b．．．第二引流口
52．．．封閉端

Claims (18)

  1. 種複合式風力發電機，係包含：一第一管體，具有一第一端與一第二端，該第一端設有一進風口，該第一管體內形成一第一流道；一第二管體，設於該第一管體之第一流道內，該第二管體內形成一第二流道；一擋流組件，設置於該第一管體與第二管體之間，該擋流組件具有數擋板，該數擋板可受控於風力在第一管體與第二管體間啟閉；及一發電組件，設置於該第一流道與第二流道內。
  2. 申請專利範圍第1項所述之複合式風力發電機，其中，該數擋板各具有一扣合部與一環抵部。
  3. 申請專利範圍第2項所述之複合式風力發電機，其中，該擋流組件具有一支架，該支架具有數連接部與數扣接部，該數連接部連接於該第一管體之內管壁，該數擋板之扣合部活動樞接相對之該支架之數扣接部。
  4. 申請專利範圍第3項所述之複合式風力發電機，其中，該支架之結構為八邊形。
  5. 申請專利範圍第2、3及4項所述之複合式風力發電機，其中，該擋流組件具有數彈性組件，該數彈性組件與該數擋板對應設置，該數彈性組件一端結合於該第一管體之管壁，另一端抵接相對之該數擋板之一端面，使該數擋板之環抵部可活動的環抵該第二管體之管壁。
  6. 申請專利範圍第5項所述之複合式風力發電機，其中，該數彈性組件各具有一彈性元件、一抵頂部及一固定座，該彈性元件一端結合該抵頂部，另一端結合該固定座，該抵頂部抵接相對之該數擋板之一端面，該固定座設於該第一管體之內管壁。
  7. 申請專利範圍第6項所述之複合式風力發電機，其中，該固定座具有一容置空間，可收納被壓縮之彈性元件。
  8. 申請專利範圍第1項所述之複合式風力發電機，其中，該第一管體之第一端設有數導流口。
  9. 申請專利範圍第8項所述之複合式風力發電機，其中，該數導流口包含一第一導流口，該第一導流口設於該第一管體之第一端的頂部。
  10. 申請專利範圍第8項所述之複合式風力發電機，其中，該數導流口包含一第二導流口，該第二導流口設於該第一管體之第一端的喉部。
  11. 申請專利範圍第1項所述之複合式風力發電機，其中，該第一管體之第一流道內設有一第一縮徑部。
  12. 申請專利範圍第1項所述之複合式風力發電機，其中，該第二管體之第二流道內設有一第二縮徑部。
  13. 申請專利範圍第11項所述之複合式風力發電機，其中，該第一縮徑部延伸至該第一管體之第二端之徑向截面積逐漸擴大。
  14. 申請專利範圍第11項所述之複合式風力發電機，其中，該發電組件具有一第一軸流發電機，該第一軸流發電機設置於該第一縮徑部。
  15. 申請專利範圍第12項所述之複合式風力發電機，其中，該發電組件具有一第二軸流發電機，該第二軸流發電機設置於該第二縮徑部。
  16. 申請專利範圍第1項所述之複合式風力發電機，其中，設有一第三管體，該第三管體沿該第一管體之外壁環設，具有一開口端與一封閉端，該第三管體之內壁與該第一管體之外壁形成一出風道，該封閉端與該第一管體之第二端形成一間隙，使該出風道與第一流道之氣流由該間隙相通。
  17. 申請專利範圍第16項所述之複合式風力發電機，其中，該第三管體之開口端設有數迎風口與數引流口。
  18. 申請專利範圍第16項所述之複合式風力發電機，其中，該數迎風口之開口高度皆高於相對應之數引流口之開口高度。
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