本發(fā)明屬于風(fēng)能利用技術(shù)領(lǐng)域，尤其是適用于風(fēng)力機械及風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

世界上并不是每一種東西都是越大越好，但是風(fēng)力發(fā)電機卻是個例外，風(fēng)力發(fā)電機單機功率越大，其單位發(fā)電的成本就越低，因此，世界上許多著名的風(fēng)機企業(yè)，都在不遺余力的進行大型機或超大型機的研制與開發(fā)，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機安裝擋風(fēng)裝置后具有許多水平軸風(fēng)機無法比擬的優(yōu)勢，然而，其也存在明顯不足，其不足之處就是由于所述擋風(fēng)裝置與風(fēng)輪或葉片相比，體積或重量十分巨大，風(fēng)吹過來后晃動巨大，帶動整個發(fā)電機系統(tǒng)晃動，控制裝置也不能做到準(zhǔn)確控制擋風(fēng)裝置的方向及位置，因此，無法正常工作，帶來了一系列的問題，無法真正達(dá)到大型化實用性的目的。世界上許多著名企業(yè)都在研究開發(fā)大型或超大型垂直軸風(fēng)機，然而，到目前為止，還沒有任何一家企業(yè)可以真正開發(fā)成功1兆瓦以上的大型垂直軸風(fēng)機在實際應(yīng)用當(dāng)中，本發(fā)明目的就是為了開發(fā)一種1-2兆瓦以上甚至10兆瓦以上垂直軸風(fēng)力發(fā)電機型的應(yīng)用。

公告號為：CN 201486752 U，公告日是2010年05月26日，發(fā)明名稱：“一種遮流式垂直軸風(fēng)力發(fā)電機”，公開了一套風(fēng)力發(fā)電機，它在葉片外側(cè)加裝遮流罩，擋住吹向軸向葉片的氣流，使葉片回旋時不受逆時針方向的阻滯回旋的負(fù)推力，可以提高風(fēng)能利用效率。其不足之處在于，當(dāng)風(fēng)力過大時，不能解決發(fā)電機的制動問題。同時，也無法解決大型化的問題。

本發(fā)明人于2010年8月26日申請的，公告號為：CN 201982245 U，公告日是2011年09月21日，發(fā)明名稱：“一種聚風(fēng)裝置”，公開了一種聚風(fēng)裝置，所述裝置包括風(fēng)導(dǎo)流面，偏航裝置以及支撐裝置，所述導(dǎo)流面安裝在風(fēng)機風(fēng)輪的逆向風(fēng)部位的前面；所述裝置不僅可以擋住吹向軸向葉片的氣流，使葉片回旋時不受逆時針方向的阻滯回旋的負(fù)推力，并同時可以將這部分氣流導(dǎo)向風(fēng)機葉片的順時針方向，使得本來產(chǎn)生負(fù)推力的風(fēng)轉(zhuǎn)而產(chǎn)生了正向風(fēng)力，可以更大的提高風(fēng)能利用效率。然而，其不足之處也在于，當(dāng)風(fēng)力過大時，不能解決發(fā)電機的制動問題或減速問題。同時，也無法解決大型化的問題。

本發(fā)明人一直持續(xù)研究這個課題，又于2013年6月20日申請的，公告號為：CN 201310245680.9，公告日是2014年12月24日，發(fā)明名稱：“一種擋風(fēng)裝置及方法及應(yīng)用”，通過將一擋風(fēng)物體安裝在風(fēng)機風(fēng)輪的正向風(fēng)部位的前面，當(dāng)風(fēng)力過大時，用以阻擋吹向風(fēng)輪并使風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)做正功的風(fēng)力氣流，從而實現(xiàn)為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機制動或減速的。雖然從理論上既解決了發(fā)電效率的問題，又解決了制動的問題，但是，本發(fā)明人做了大量的實驗，由于所述擋風(fēng)裝置與風(fēng)輪或葉片相比，體積或重量十分巨大，風(fēng)吹過來后晃動巨大，帶動整個發(fā)電機系統(tǒng)晃動，控制裝置也不能做到準(zhǔn)確控制擋風(fēng)裝置的方向及位置，因此，無法正常工作，帶來了一系列的問題，無法真正達(dá)到大型化、實用性的目的。

本發(fā)明人又持續(xù)研究了3年多，經(jīng)過長期的分析研究，做了大量實驗研究，終于通過采用密閉空間裝置的方法，成功解決了這一問題。

目前我國的專利申請量非常大，但是實際轉(zhuǎn)化率非常低，使得大量的專利無人問津，甚至被廢棄，而這些專利實際上是具有非常大的價值的，只是可能由于存在某一點小小的缺陷，造成整個專利無人問津，無法真正為國家創(chuàng)造財富，因此，提高現(xiàn)有專利的實用性或轉(zhuǎn)化率是十分有必要的和具有重大技術(shù)進步的。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決本發(fā)明人自己申請的發(fā)明名稱：“一種聚風(fēng)裝置”和“一種擋風(fēng)裝置及方法及應(yīng)用”這兩項專利無法達(dá)到實際應(yīng)用的大型化、實用性的目的，解決現(xiàn)有專利實際轉(zhuǎn)化率低的問題，使得真正有價值的發(fā)明創(chuàng)造能夠得到實際的應(yīng)用，從而為國家創(chuàng)造財富。

本發(fā)明的目的在于改進現(xiàn)有技術(shù)的不足，真正解決擋風(fēng)裝置大型化、高空化、實用性的問題以及利用100或150米以上高空風(fēng)能資源的問題；以及垂直軸風(fēng)力發(fā)電機當(dāng)風(fēng)速超過設(shè)計所需風(fēng)速或超過工作風(fēng)速時的制動系統(tǒng)的問題，當(dāng)超過安全風(fēng)速時的對風(fēng)機的強風(fēng)保護問題以及在超強風(fēng)力時仍然可以正常工作問題；本發(fā)明的另一目的是解決消除周期性扭矩“脈沖”的影響問題，并同時提高垂直軸風(fēng)機或風(fēng)力發(fā)電機的效率；本發(fā)明的再一目的是當(dāng)風(fēng)力不足時，將吹響風(fēng)輪的逆向風(fēng)導(dǎo)流到正向風(fēng)部位，從而提高風(fēng)力發(fā)電機效率；本發(fā)明的再一目的是解決安裝聚風(fēng)裝置或擋風(fēng)裝置后，振動過大控制裝置不能做到準(zhǔn)確控制聚風(fēng)裝置或擋風(fēng)裝置的方向及位置問題；本發(fā)明的再一目的是解決在實用時可以將聚風(fēng)裝置或擋風(fēng)裝置安裝在高空100米或150米以上的問題。

本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的：

一種擋風(fēng)裝置大型化的裝置或方法，包括支撐裝置、控制器、擋風(fēng)裝置；其特征是：在垂直軸風(fēng)機或風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪外面安裝有擋風(fēng)物體，所述擋風(fēng)物體安裝在支撐裝置上，當(dāng)風(fēng)速過低時，通過控制器將所述擋風(fēng)物體移動到風(fēng)輪的前面部位，所述部位可以將吹向風(fēng)輪的逆向風(fēng)阻擋住或?qū)⑺瞿嫦蝻L(fēng)導(dǎo)流到風(fēng)輪的正向風(fēng)部位，提高風(fēng)輪轉(zhuǎn)速，從而提高發(fā)電效率；當(dāng)風(fēng)速過高時，通過控制器將所述擋風(fēng)物體移動到風(fēng)輪的前面部位，所述部位可以將吹向風(fēng)輪的正向風(fēng)阻擋住或?qū)⑺稣蝻L(fēng)導(dǎo)流到風(fēng)輪的逆向風(fēng)部位，降低風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，從而可以實現(xiàn)在臺風(fēng)或強風(fēng)當(dāng)中繼續(xù)發(fā)電不用停機。

所述風(fēng)速過低，是指風(fēng)速低于額定風(fēng)速或根據(jù)工程技術(shù)要求制定的風(fēng)速。

所述風(fēng)速過高，是指風(fēng)速高于切出風(fēng)速或根據(jù)工程技術(shù)要求制定的風(fēng)速。

所述逆向風(fēng)，是指吹向風(fēng)輪，其作用是降低風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，阻礙風(fēng)輪做正功的風(fēng)。

所述正向風(fēng)，是指吹向風(fēng)輪，其作用是推動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動或提高風(fēng)輪的轉(zhuǎn)速，提高風(fēng)輪做正功的風(fēng)。

在所述擋風(fēng)裝置上，安裝有控制器，所述控制器，是根據(jù)風(fēng)向或風(fēng)速的大小，用來控制所述擋風(fēng)物體轉(zhuǎn)動方向和位置的。

所述控制器可以是包括風(fēng)速或/和風(fēng)向測量儀，測量儀連接傳感器，傳感器連接電動控制儀，根據(jù)風(fēng)速或向測量儀測出的風(fēng)速或風(fēng)向，傳感器將信息傳遞給電動控制儀，電動控制儀控制支撐裝置，擋風(fēng)物體按控制器要求移動或轉(zhuǎn)動到所需位置及方向。

所述控制器，可以有多種型式，凡是能滿足上述功能的控制器，都在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。

所述擋風(fēng)物體，可以是任意形狀任意材料，如平面型、曲面型、柔性材料或硬質(zhì)材料等；所述擋風(fēng)物體，是可以根據(jù)風(fēng)速的不同而任意調(diào)節(jié)擋風(fēng)面積或擋風(fēng)部位的；或所述擋風(fēng)物體，可以是一個或多個。

優(yōu)選的，所述擋風(fēng)裝置包括兩個曲面，包括聚風(fēng)面和擋風(fēng)面，所述兩個曲面，形成一個尖頭夾角，所述夾角大于零度，小于90度。

所述擋風(fēng)裝置，由于體積或/和重量十分巨大，如果用普通材料及工藝會產(chǎn)生一系列的問題，例如，風(fēng)吹過來后晃動巨大，帶動整個發(fā)電機系統(tǒng)晃動，控制裝置也不能做到準(zhǔn)確控制擋風(fēng)裝置的方向及位置，因此，無法正常工作，帶來了一系列的問題，無法真正達(dá)到大型化、高空化、實用性的目的。

目前世界上主要風(fēng)力發(fā)電機利用的風(fēng)力資源是在20米—160米的高度，而這一高度，也是大多數(shù)城市樓群建筑的平均高度范圍，風(fēng)力發(fā)電大量的消耗了這一高度的風(fēng)力資源，因此，形成了容易產(chǎn)生嚴(yán)重霧霾的靜穩(wěn)氣候條件，因此，只要避開這一高度范圍的風(fēng)力資源，停止使用這一高度的風(fēng)力資源，放行這一高度的風(fēng)力資源進入廣大內(nèi)陸地區(qū)，就可以徹底消除霧霾問題。 因此，為了降低霧霾，需要將擋風(fēng)裝置的最低點，安裝在100或150米以上的高空中，利用普通材料，現(xiàn)有的工藝也是無法做到的。

因此，我們需要使用特殊的結(jié)構(gòu)和方法制作。

優(yōu)選的，所述擋風(fēng)裝置包括殼體，在所述殼體的內(nèi)部或外部，安裝有密閉裝置，在所述密閉裝置內(nèi)盛有密度小于空氣的氣體，或在所述密閉空間裝置內(nèi)是稀薄氣體。所述稀薄氣體，是密度小于空氣的空氣。

所述密度小于空氣的氣體，是指所有相對分子量小于29的氣體的密度,都小于空氣的密度，例如, 氫氣、氦氣、氖氣、氮氣、一氧化碳、甲烷,氟化氫、乙炔等。

優(yōu)選的，所述密閉裝置內(nèi)盛有氫氣或氦氣或氖氣或氮氣或所述氣體的任意比例混合體。

最優(yōu)選的是使用氦氣。但為了降低成本，也可以使用氫氣和氮氣或氫氣和氦氣的混合氣體，這樣既可以克服單獨使用氫氣容易引爆的缺點，還可以降低成本，也可以達(dá)到我們的使用目的。

所述殼體，可以采用柔性材料，例如，采用橡膠類膜材料或塑料類膜材料；也可以采用玻璃鋼或合金材料或公知硬質(zhì)材料。

所述密閉裝置可以采用任意材料，包括軟性材料或硬質(zhì)材料。

當(dāng)所述密閉裝置采用軟性材料時，例如，采用橡膠類膜材料或塑料類膜材料時，須在其內(nèi)部充入密度小于空氣的氣體，例如氦氣或氫氣與氮氣的混合體；橡膠類膜材料或塑料類膜材料體積便會膨脹，然后密封。所述密閉裝置在空氣中產(chǎn)生向上的浮力，所述浮力就會抵消或部分抵消殼體向下的重力，從而降低殼體的重量，當(dāng)所述密閉裝置體積足夠大時，其所產(chǎn)生的浮力大于殼體向下的重力時，所述殼體的重量即為零或負(fù)值。為了達(dá)到實用性，只有當(dāng) 殼體或/和密閉裝置體積大于1000立方米以上時，本發(fā)明才具有實用性。

當(dāng)所述密閉裝置采用硬質(zhì)材料時，其有兩種選擇，即可以采用在其內(nèi)部充入密度小于空氣的氣體產(chǎn)生浮力，也可以將其內(nèi)部空間內(nèi)的空氣抽出，形成稀薄氣體或真空狀態(tài)，所述稀薄氣體的密度小于空氣的密度，也可以產(chǎn)生向上的浮力，所述浮力就會抵消或部分抵消殼體向下的重力，從而降低殼體的重量。由于氦氣成本較高，氫氣易爆，因此，采用稀薄氣體的優(yōu)點是，既降低了成本，又解決了氫氣易爆的問題。

所述密閉裝置，還可以作為殼體的內(nèi)部支撐體，當(dāng)所述密閉裝置內(nèi)的氣體壓力足夠大時，其完全可以替代或部分替代殼體內(nèi)部的支撐體，從而減少支撐體材料。所述密閉裝置就是密封后氣體不再外泄。

我們通過大量的計算及模擬實驗得出結(jié)論，當(dāng)密閉空間裝置內(nèi)的氣體壓力大于1.5—2個大氣壓時，其完全可以替代或部分替代風(fēng)輪或葉片內(nèi)部的支撐體。

當(dāng)所述密閉裝置采用軟性材料時，由于其可以和殼體的內(nèi)部更緊密的貼合，當(dāng)其充滿壓力時，可以緊密的貼合在殼體的內(nèi)壁上且對內(nèi)壁形成非常均勻的壓力，形成支撐體。本發(fā)明采用密閉空間裝置，既解決了擋風(fēng)裝置重量大的問題，又解決了體積大結(jié)構(gòu)上的問題。

所述支撐裝置，是可以將所述擋風(fēng)物體固定支撐并可以使所述擋風(fēng)物體按需要移動的；或所述支撐裝置，是可以將所述擋風(fēng)物體穩(wěn)定支撐并可以使所述擋風(fēng)物體繞一個軸旋轉(zhuǎn)的裝置；所述軸可以是風(fēng)輪葉片的中心軸；所述支撐裝置，是可以安裝在風(fēng)機或風(fēng)力發(fā)電機的塔桿上，也可以安裝在另外的支撐物體上，如軌道支撐等。

由于大型擋風(fēng)裝置非常高，其頂部所受任何一個微小的風(fēng)吹力，在底部將會產(chǎn)生一個巨大的力矩，為了解決擋風(fēng)裝置晃動時，帶動整個發(fā)電機系統(tǒng)晃動，在擋風(fēng)裝置和支撐裝置之間，安裝有緩沖裝置或彈性裝置，所述彈性裝置可以是彈簧等；使得當(dāng)擋風(fēng)裝置因風(fēng)吹過產(chǎn)生晃動時，可以有一定程度的自由晃動，這樣就可以消耗一部分晃動能量。

經(jīng)大量的理論研究及試驗驗證，我們得到了十分精確的數(shù)據(jù)，當(dāng)垂直軸風(fēng)機為升力型風(fēng)機時，聚風(fēng)面臨近風(fēng)輪主軸的邊與風(fēng)輪軸之間的連線與來風(fēng)方向之間的夾角，為20—39度角時，其導(dǎo)流效果最好，湍流最小，當(dāng)風(fēng)速過低時，聚風(fēng)面位于這個位置時，可以最大限度的將逆向風(fēng)導(dǎo)流到正向風(fēng)部位，提高發(fā)電效率最好；當(dāng)垂直軸風(fēng)機為阻力型風(fēng)機時，聚風(fēng)面臨近風(fēng)輪主軸的邊與風(fēng)輪軸之間的連線與來風(fēng)方向之間的夾角，為0—20度角時，其導(dǎo)流效果最好，湍流最小，當(dāng)風(fēng)速低時，聚風(fēng)面位于這個位置時，可以最大限度的將逆向風(fēng)導(dǎo)流到正向風(fēng)部位，提高發(fā)電效率最好。

本發(fā)明適用于任意類型的垂直軸風(fēng)機或風(fēng)力發(fā)電機，包括但不限于升力型和/或阻力型垂直軸風(fēng)機或風(fēng)力發(fā)電機。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明通過采用采用密閉裝置的方法，有效的解決了以前擋風(fēng)裝置無法達(dá)到大型化和高空化、實用性的難題；所述擋風(fēng)物體，可以有效地解決空氣動力制動系統(tǒng)的問題，同時，也可以解決風(fēng)力過大時的強風(fēng)保護問題，無論多大的強風(fēng)，都可以控制到達(dá)風(fēng)輪葉片的風(fēng)量為一恒定值，因此，遇到超級強風(fēng)時也可以正常發(fā)電，不用停機；本發(fā)明由于消除了逆向風(fēng)所產(chǎn)生的動力脈沖，因此，可以消除周期性扭矩“脈沖”的影響問題，還可以大大的提高風(fēng)能利用效率，本發(fā)明通過大量的實驗研究，找到了風(fēng)導(dǎo)流面與風(fēng)輪軸之間的連線與豎軸之間的最佳夾角角度，使風(fēng)導(dǎo)流面能夠最大限度的發(fā)揮效能；本發(fā)明還特別適用于高空風(fēng)力發(fā)電。

四、附圖說明

圖1是本發(fā)明實施例一的一種結(jié)構(gòu)原理俯視圖示意圖；

圖2是本發(fā)明實施例一的另一種結(jié)構(gòu)原理俯視圖示意圖；

圖3是本發(fā)明實施例二的一種結(jié)構(gòu)原理俯視圖示意圖；

圖4是本發(fā)明實施例三的一種結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；

附圖標(biāo)志

1風(fēng)導(dǎo)流面 2擋風(fēng)面 3密閉裝置 4支撐裝置 5風(fēng)葉 6風(fēng)輪軸 7正向風(fēng)

8聚風(fēng)面臨近風(fēng)輪主軸的邊與風(fēng)輪軸之間的連線 9聚風(fēng)面臨近風(fēng)輪主軸的邊與風(fēng)輪軸之間的連線與來風(fēng)方向之間的夾角 10逆向風(fēng) 11來風(fēng)方向 12擋風(fēng)裝置 13緩沖裝置或彈性裝置 14風(fēng)力發(fā)電機塔桿 15控制器

五、具體實施方式

實施例一：

如圖1、圖2所示；圖1是本發(fā)明之一種結(jié)構(gòu)原理俯視圖示意圖；所述位置為當(dāng)風(fēng)力不足時擋風(fēng)裝置12的位置，風(fēng)導(dǎo)流面1在風(fēng)機風(fēng)輪接收逆向風(fēng)部位的前面，當(dāng)風(fēng)力不足時，風(fēng)導(dǎo)流面不僅可以阻擋逆向風(fēng)，而且還可以將吹向風(fēng)力發(fā)電機風(fēng)輪的逆向風(fēng)導(dǎo)流至風(fēng)輪做正功的部位，從而使氣流的逆向推力轉(zhuǎn)化為正向推力，提高風(fēng)機或風(fēng)力發(fā)電機效率；同時可以消除逆向風(fēng)所產(chǎn)生的動力脈沖；優(yōu)選的，所述聚風(fēng)面臨近風(fēng)輪主軸的邊與風(fēng)輪軸之間的連線與來風(fēng)方向之間的夾角9為20—39度；本發(fā)明所述風(fēng)導(dǎo)流面可以有多種變型，如曲率半徑的變化或風(fēng)導(dǎo)流面為平面等，凡是能起到上述作用的物體，都在本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。當(dāng)風(fēng)力過大時，控制器控制支撐裝置4旋轉(zhuǎn)，帶動擋風(fēng)裝置旋轉(zhuǎn)到正向風(fēng)的位置，如圖2所示；標(biāo)志2為擋風(fēng)面，當(dāng)風(fēng)速過大時，擋風(fēng)物體可以將風(fēng)輪保護起來，由于擋風(fēng)物體可以設(shè)計成曲面形狀，氣流可以順曲面流走，不會產(chǎn)生正面的風(fēng)壓或破壞性的風(fēng)力，因此，當(dāng)遇到超強風(fēng)時，可以有效地保護風(fēng)機；控制器可以根據(jù)風(fēng)力的強弱調(diào)節(jié)擋風(fēng)裝置的具體位置來控制擋住的風(fēng)量，可以使風(fēng)機在臺風(fēng)狀態(tài)下繼續(xù)工作，不用停機。所述擋風(fēng)裝置殼體采用硬質(zhì)材料，如玻璃鋼或合金材料，在所述殼體的內(nèi)部或外部，安裝有密閉裝置，所述密閉裝置采用軟性材料，例如，采用橡膠類膜材料或塑料類膜材料時；在所述密閉裝置內(nèi)盛有密度小于空氣的氣體，或在所述密閉空間裝置內(nèi)是稀薄氣體。所述擋風(fēng)裝置的最低點，距離地面的垂直距離大于100米或150米。

所述圖1或圖2，風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)為公知升力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機；圖 1、圖2為俯視圖示意圖，其正視圖與左視圖屬于公知常識，因此，省略。所述擋風(fēng)裝置為按此俯視圖截面上下一致，為一柱狀體。故此，其正視圖與左視圖也屬于公知常識，因此，省略。

實施例二：

如圖3所示；圖3是本發(fā)明實施例二的一種結(jié)構(gòu)原理俯視圖示意圖；所述風(fēng)力發(fā)電機系統(tǒng)為公知阻力型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機；控制器也可以控制所述擋風(fēng)裝置調(diào)整到逆向風(fēng)位置或正向風(fēng)位置；優(yōu)選的，當(dāng)風(fēng)力不足時，所述聚風(fēng)面臨近風(fēng)輪主軸的邊與風(fēng)輪軸之間的連線與來風(fēng)方向之間的夾角9為0—20度。

實施例三：

如圖4所示；圖4是本發(fā)明實施例三的一種結(jié)構(gòu)原理正視圖示意圖；在擋風(fēng)裝置和支撐裝置之間，安裝有緩沖裝置或彈性裝置，使得當(dāng)擋風(fēng)裝置因風(fēng)吹過產(chǎn)生晃動時，可以有一定程度的自由晃動，這樣就可以消耗一部分晃動能量。因此不會帶動風(fēng)機塔桿晃動。