專利名稱：旋流式風(fēng)力發(fā)電站及以其取得電力的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種利用風(fēng)力發(fā)電站取得電力的方法，包括一塔，其設(shè)有一由發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)、轉(zhuǎn)軸與所述塔平行并共軸的渦輪機(jī)，令頂部開空并設(shè)一側(cè)面入風(fēng)口讓風(fēng)進(jìn)入的所述塔內(nèi)形成氣旋，氣旋中央的低壓區(qū)從而為所述渦輪機(jī)內(nèi)的氣流產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力。
本發(fā)明也涉及一種旋流式風(fēng)力發(fā)電站，其包括一基部；一設(shè)于所述基部上方、頂部開空的塔，其設(shè)一側(cè)面入風(fēng)口讓風(fēng)進(jìn)入以在塔內(nèi)產(chǎn)生氣旋；一渦輪機(jī)，其轉(zhuǎn)軸與所述塔平行，并設(shè)有連接至所述基部的一個(gè)或多個(gè)入口和連接至所述塔的氣旋中心的一個(gè)或多個(gè)出口，并連接成用以驅(qū)動(dòng)一設(shè)于所述基部的發(fā)電機(jī)。
背景技術(shù)：
以上所述類型的風(fēng)力發(fā)電站已于公告號(hào)US 4,935,639A中公開，屬公知技術(shù)。整座塔的外圍設(shè)有垂直面板，以形成側(cè)面入風(fēng)口。所述面板制造湍流并對(duì)氣流造成障礙。有關(guān)文件明顯顯示利用所述裝置只能取得有限電力，并有關(guān)文件建議改良這個(gè)公知技術(shù)，以增加輸出電力，但所述裝置十分復(fù)雜昂貴。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種可改善上述類型風(fēng)力發(fā)電站的電力生產(chǎn)，以達(dá)到低投資成本、高可靠性和低維修成本的效益。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取后面的獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)方案如下本發(fā)明操作時(shí)，所述塔旋轉(zhuǎn)，令所述入風(fēng)口時(shí)常向風(fēng)，入風(fēng)口即達(dá)到全層流效果。
把塔設(shè)計(jì)成非圓形的橢圓形，并使橢圓形的大軸與進(jìn)入風(fēng)的方向水平平行，可增加功率削減。這是由于層流每次旋風(fēng)式旋轉(zhuǎn)時(shí)，其方向和速度都改變幾次，而每次減速或加速都令動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能，并增加塔內(nèi)的上升速度。熱能的形成簡(jiǎn)單有效。
除了利用橫切面呈非圓形的橢圓形的垂直塔外，也可利用橫切面呈圓形的塔，以形成呈橢圓形的水平面，所述塔與垂直線成一傾斜角度，較佳為10至30度。較佳為，所述傾斜度背風(fēng)或直接向風(fēng)。


圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電站部分切割的透視圖。
圖2a為圖1的風(fēng)力發(fā)電站的側(cè)面圖。
圖2b為圖2a的b-b線的剖面圖。
圖2c為圖2a的c-c線的剖面圖。
圖3為圖1的仰視圖。
圖4a為本發(fā)明另一實(shí)施例的風(fēng)力發(fā)電站的側(cè)面圖。
圖4b為圖4a的d-d線的剖面圖。
具體實(shí)施例方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例詳述本發(fā)明圖1至圖3出示了一風(fēng)力發(fā)電站，其包括一基部11和一安裝在所述基部上的可旋轉(zhuǎn)塔12。所述塔12設(shè)圓形橫切面(見圖2a的b-b)和一圖2b所示的風(fēng)口13。所述風(fēng)口沿著整座塔的高度設(shè)置。所述塔的下部設(shè)一楔14，使所述塔傾斜并背向風(fēng)，所述楔水平設(shè)置在所述基部上部的一支座15，所述塔的轉(zhuǎn)動(dòng)由一馬達(dá)(圖中未示)驅(qū)動(dòng)，并有自動(dòng)控制，令所述入風(fēng)口經(jīng)常向風(fēng)。因此，所述塔圍繞所述支座15的縱軸旋轉(zhuǎn)。
所述基部?jī)?nèi)設(shè)有一發(fā)電機(jī)16，其與一液壓馬達(dá)共同設(shè)置，所述液壓馬達(dá)由一液壓泵18驅(qū)動(dòng)，并兩者由液壓軟管17連接。位于所述塔下部的一大致為橫軸式的渦輪機(jī)19連接一空心管狀軸20并驅(qū)動(dòng)所述液壓泵18，所述管狀軸20與所述塔12平行并共軸。所述渦輪機(jī)19設(shè)一文丘里形入口21，其連接多個(gè)螺旋形進(jìn)氣管22。
所述塔設(shè)一與所述塔和所述渦輪機(jī)共軸的轉(zhuǎn)子23，以及一穿過(guò)所述管狀軸20的轉(zhuǎn)軸24，兩者由一自由回轉(zhuǎn)偶合器25連接。所述自由回轉(zhuǎn)偶合器是一標(biāo)準(zhǔn)機(jī)器單元，故不在此詳細(xì)說(shuō)明。所述轉(zhuǎn)軸24有一萬(wàn)向接頭26并連接至一水力制動(dòng)器27，所述轉(zhuǎn)子23把水力制動(dòng)器的水加熱。所述轉(zhuǎn)子23設(shè)三塊槳葉28，令所述塔的中央留有空位，空位部分最少有所述渦輪機(jī)19的大小(見圖2b)。由于本實(shí)施例的所述塔呈傾斜狀，所述槳葉28也傾斜成受風(fēng)時(shí)呈垂直。所述槳葉的傾斜或彎曲設(shè)計(jì)也令所述槳葉的后方在槳葉螺旋式轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)幫助引導(dǎo)空氣向上升至塔外。
當(dāng)風(fēng)通過(guò)入風(fēng)口13進(jìn)入時(shí)，空氣會(huì)形成氣旋，其渦流(「眼」)正處于所述渦輪機(jī)19的出口位置。這是氣壓最低的地區(qū)，所述氣旋即從所述渦輪機(jī)抽吸空氣，令所述渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)?？諝獬事菪蜗蛏仙乃鏊捻敳侩x開。
風(fēng)速低時(shí)，形成的氣旋微弱得令所述轉(zhuǎn)子23利用設(shè)于所述轉(zhuǎn)軸24和20之間的所述自由回轉(zhuǎn)偶合器25以驅(qū)動(dòng)所述渦輪機(jī)19。風(fēng)速較高時(shí)，所述轉(zhuǎn)子23只是輕微干擾氣旋的形成。使用所述轉(zhuǎn)子23有利風(fēng)速較低時(shí)的運(yùn)作，氣旋形成和所述轉(zhuǎn)子23的同時(shí)使用是一折衷辦法，并證明適用于很多實(shí)例。由于所述轉(zhuǎn)子23的所述槳葉28只覆蓋所述塔的半徑的一小部分，所述塔的中央仍留有空位，其沖擊是可以接受的。然而，在其它實(shí)施例中，可省去所述轉(zhuǎn)子23并改用空塔。
所述水力制動(dòng)器27產(chǎn)生的熱量可用作如地區(qū)供熱網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用。所述水力制動(dòng)器可由電子控制，從零功率起往上，從而令風(fēng)力發(fā)電站的輸出熱能和電力的相互關(guān)系在任何時(shí)候都保持理想。
如圖2b和圖2c所示，所述塔12的橫切面呈圓形，即從水平角度看(圖2c)所述橫切面為橢圓形。與橫切面呈圓形的垂直塔設(shè)計(jì)相比，這種設(shè)計(jì)證明為有效增加所述風(fēng)力發(fā)電站的輸出功率，并增加塔內(nèi)的上升速度，這可能是由于形成的氣旋的氣流會(huì)在每次旋轉(zhuǎn)時(shí)都減速和加速兩次，即每次旋轉(zhuǎn)涉及四次速度改變，令動(dòng)能轉(zhuǎn)化成熱能。氣溫增加令空氣密度減低，并氣旋中空氣的垂直上升速度也提升，從而增加所述渦輪機(jī)的電力。一個(gè)中型的風(fēng)力發(fā)電站的所述塔的直徑可以是10至15米，所述塔的高度可以是直徑的三倍。
于上述實(shí)施例中，水平面呈橢圓形的所述塔形可利用橫切面呈圓形的塔達(dá)成，所述傾斜角度一般是2至40度，較佳為10至30度。
圖4a和圖4b出示了另一實(shí)施例，所述塔設(shè)置成呈垂直，豎立的所述塔設(shè)計(jì)成本身為橢圓形，便能做出水平橫切面呈非圓形的橢圓形狀的效果，見圖4b中圖4a的d-d線。另所述塔的定向設(shè)置成令其橢圓形的大軸與吹來(lái)的風(fēng)的方向平行。
這樣無(wú)需把所述槳葉28傾斜設(shè)置，也可省去令所述塔傾斜的所述楔(見圖1和圖2a的14)。從機(jī)械角度出發(fā)，此實(shí)施例比圖1和圖2所示的實(shí)施例簡(jiǎn)單。本發(fā)明的此種豎立實(shí)施例不在此詳述，因?yàn)樗鏊?2以類似方法安裝，其包括于圖1和圖2已說(shuō)明的部件。
權(quán)利要求
1.一種利用風(fēng)力發(fā)電站取得電力的方法，包括一由發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)的渦輪機(jī)(19)，其轉(zhuǎn)軸與所述塔平行，令頂部開空并設(shè)一側(cè)面入風(fēng)口(13)讓風(fēng)進(jìn)入的所述塔(12)內(nèi)形成氣旋，氣旋中央的低壓區(qū)從而為所述渦輪機(jī)內(nèi)的氣流產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力，操作時(shí)所述塔(12)被轉(zhuǎn)動(dòng)，使所述塔的所述入風(fēng)口(13)保持于向風(fēng)方向，其特征在于所述塔(12)與垂直線保持一傾斜角度，并方向與風(fēng)向平行。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于所述塔(12)與垂直線保持于10至30度的傾斜角度。
3.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于所述塔(12)傾斜于垂直線并方向與風(fēng)向一致。
4.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的方法，其特征在于空氣經(jīng)過(guò)設(shè)于所述風(fēng)力發(fā)電站一基部(11)的多個(gè)螺旋形進(jìn)氣管(22)進(jìn)入一文丘里形入口(21)。
5.一種旋流式風(fēng)力發(fā)電站，其包括一基部(11)；一設(shè)于所述基部上方的塔(12)，其頂部開空，并設(shè)一側(cè)面入風(fēng)口(13)讓風(fēng)進(jìn)入以在所述塔內(nèi)產(chǎn)生氣旋；一大致為橫軸式的渦輪機(jī)(19)，其設(shè)有連接至所述基部的入口(21，22)和連接至所述塔的氣旋中心的出口，并連接成用以驅(qū)動(dòng)一設(shè)于所述基部的發(fā)電機(jī)(16)，其特征在于所述塔(12)設(shè)置成在水平面呈橢圓形。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于所述塔的橫切面呈圓形，其與垂直線保持一傾斜角度，并方向與風(fēng)向平行，以形成所述橢圓形。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于所述塔(12)與垂直線成10至30度的傾斜角度，較佳為方向與風(fēng)向一致。
8.根據(jù)權(quán)利要求5所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于所述塔(12)呈垂直，其橫切面呈橢圓形。
9.根據(jù)權(quán)利要求5至8任一所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于所述塔(12)包括一設(shè)有多個(gè)槳葉(28)的轉(zhuǎn)子(23)，以及一與所述塔平行并共軸的轉(zhuǎn)軸(24)，所述轉(zhuǎn)軸(24)利用一自由回轉(zhuǎn)偶合器(25)連接所述渦輪機(jī)的所述轉(zhuǎn)軸(20)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的風(fēng)力發(fā)電站，其特征在于所述轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸(24)設(shè)置成用以驅(qū)動(dòng)一水力制動(dòng)器(27)，以把水加熱。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種風(fēng)力發(fā)電站，其包括一頂部開空的塔(12)，其設(shè)一側(cè)面入風(fēng)口(13)讓風(fēng)進(jìn)入并在所述塔內(nèi)產(chǎn)生氣旋；一大致為橫軸式的渦輪機(jī)(19)，其設(shè)有連接至所述基部的入口(21，22)和連接至所述塔的氣旋中心的出口，并驅(qū)動(dòng)一發(fā)電機(jī)(16)。所述塔可旋轉(zhuǎn)，從水平面看呈橢圓形。與圓形塔相比，橢圓形塔風(fēng)力發(fā)電站的電力較高。本發(fā)明操作時(shí)，所述塔轉(zhuǎn)動(dòng)，令所述入風(fēng)口時(shí)常向風(fēng)。
文檔編號(hào)F03D3/04GK1780984SQ200480011448
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2003年4月30日
發(fā)明者艾力·史迪, 默罕默德·R·哥利斯 申請(qǐng)人:凱林·奧丁