专利名称：热能风力发电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风力发电机，尤其是涉及一种使用太阳热能转化为风能、再由风 能转化为电能的风力发电装置。
背景技术：
风力发电机，简称为“风力机”，是一种利用天然风为能源，获得一定电能的设备。目前公知的风力发电机，常见的有轮式风力发电机、立式风力发电机、塔式风力 发电机、螺旋桨式发电机……，这些风力发电机无论采用何种结构，均需有一定风速的自然 风；当自然风风速小于风力发电机启动极限(往往为每秒2米)时，这些风力发电机便无法 正常运作发电，且这些风力发电机或多或少存在外观结构宠大、风能利用效率低、无法全方 位接受天然风等缺陷，影响到风力发电机的应用范围和经济效果。
发明目的
本发明的目的，在于设计出一种利用太阳光热能便能激活空气流动的风力发电装置， 赋予风力发电机以更大的应用范围和更宽广的使用空间。
发明内容
本发明在综合目前公知的各种风力发电机优势基础上，克服现有风力发电机无风 不起动的缺陷，运用阳光热幅射、空气热膨胀等原理，设计出一种利用阳光热能激发空气流 动、利用高空气流增强气流能量的装置，使装置即使在天然风风速等于零的情况下，也能单 纯依靠阳光热能和高低空气流温差正常运转发电，从而形成一种独特的热能风力发电机。本发明所依据的有阳光热幅射原理、气体膨胀原理、气流旋涡原理、烟囱原理等， 这些原理主要内容是
1，阳光热幅射原理阳光热幅射与光一样，均是以电磁波形式出现；太阳的热能转换 成电磁波并传播出去。当物质接受电磁波后，又转换成热的形式。在单位时间内从单位面积 上放射出来的热量称为放射力(幅射力)；在单位时间内，从单位面积上通过单位立体角放 射出去的热量，称为放射强度。阳光放射到物体表面的能量中，一部分被表面反射，一部分 被表面吸收，剩下的部分则透过该物体；对于固体和液体而言，能量透过的比率几乎为零。 能够全部吸收入射能的物体，称为黑体。2，温室效应原理在阳光照射下，室内温度可在不经人工加温而高于室外温度。3，气体热膨胀原理气体(包括空气)在压力不变的情况下，气体体积随温度升高 而增大的特性，称为气体的膨胀性；气体膨胀性的大小，用体积膨胀系数来度量，它是增加 一单位温度时 引起的体积相对增大量。膨胀后气体的单位体积重量变轻，呈漂浮上升趋 势。
4，空气对流原理空气中较热的部分和较冷的部分，通过循环运动，使温度趋于均 勻，这是空气传热的主要方式；空气对流的特点是热空气上升，冷空气下降。5，旋涡原理气体在作螺旋形旋转运动时，可形成旋涡结构的气流；该气流积蓄 有较大的能量。利用气流切向引入，可造成气流的旋转运动，使具有一定质点的气体通过惯 性离心力而甩向外壁面作附壁流动。6，烟囱原理利用高低空气流的温差，以及高空气流的运动，在烟囱内部造成空气 负压，使烟@内部空气上升，形成抽拔空气效果；其中，烟@越高，负压效应越大，抽拔空气 效果越好。根据上述原理，本发明所采用的技术方案是
(1)建造一大温室，屋顶覆盖以专门吸收太阳光幅射热能的吸热板，尽可能促使室内气 温上升，造成室内气体热膨胀效果。(2)将温室平面设计为圆角矩形或近似于圆角矩形，一方面适应于我国城乡街区 土地建设规划，一方面适应于自身运作特点，最大限度地利用土地资源。(3)在温室内部设置热交换墙，尽可能地增大屋顶吸热板的散热面积，促使室内气 温快速提升，产生热膨胀效应而发生流动，形成风能。(4)将室内热交换墙设计为弧线形状，绕室内正中位置环形阵列；热交换墙与热交 换墙之间形成风道，使所有切向进入风道的空气发生旋转流动，在温室正中形成气流旋涡， 聚集更大的风力能量。(5)在温室屋顶正中位置耸立烟囱设施，利用高空气流与低空气流的温差效应，强 劲抽拔温室内气流，提升风能强度。(6)在温室屋顶与烟囱设施的连接处，设置一涡轮盘，用以吸纳室内奔流的风能， 将挤入烟 向上奔流的风能转化为向心旋转的机械能。(7)在涡轮盘下方设置一恒压发电机，利用变速齿轮传递能量、改变转速，将涡轮 盘的机械能转化为恒压发电机所产生的电能。(8)在恒压发电机外围设置防护罩，以抵御气流旋涡所夹带风沙对恒压发电机及 变速齿轮的侵害，以确保设备能够在气流旋涡中心安全平稳地运行。与目前公知的风力发电设备相比，本发明所形成的热能风力发电机，可以取得下 列有益效果
1，全天候——本发明产品可全天候运行，无论是冬季夏季，无论是白天黑夜，无论是有 风无风，无论是风大风小，本发明产品均可顺利运转；即使在隆冬黑夜，本发明产品还可以 利用高低空气流的温差顺利发电。2，全风向——本发明产品不存在风向格禁问题，无需风向调节机构，来自任何方 向的自然风力均可利用。3，可靠性强——本发明产品结构简单、操作简便，运行平稳，防护能力强，工作可 靠，故障率低。4，应用范围广——本发明产品几乎可适应于一切需要发电的场合使用，尤其适应 于在闷热无风的环境中使用，既符合平原、山地、草场、林场等普通地理环境下的发电要求， 也符合盆地、丘陵、沙漠、戈壁等特殊地理环境的发电需要，甚至可以将本发明产品耸立使 用于城镇建筑群中，应用范围广。
另外，本发明产品还有工作环境安静，无需燃油、无噪声、无污染等绿色环保优点， 市场空间广阔，具有极高的经济附加价值和社会使用价值。下面，结合一实施例及附图，对本发明作进一步说明。
图1，是本发明一实施例的组织结构示意图。图2，是本发明一实施例产品热能部件的构件示例图。图3，是本发明一实施例产品风囱部件的构件示例图。图4，是本发明一实施例产品涡轮部件的构件示例图。图5，是本发明一实施例产品电机部件的构件示例图。图6，是本发明一实施例产品装配完毕后的外观立体示例图。
具体实施例方式本发明作为一项产品技术方案，通过特定模块、部件的组合，可得到具体实施。本 发明产品各模块、部件之间的组织结构，如图1所示。图1中，本发明所述的热能风力发电机，由热基、发电二个模块组成，每个模块又 各包含着二个不同的部件，其中
热基模块——包含热能、风囱二个部件。 发电模块——包含涡轮、电机二个部件。产品模块中的每个部件，均包含着若干个不同的构件，其中
O热能部件——包括隔热底座、垫台、进风墙、热交换墙、热能片A、热能片B、热能片 C、热能片D八个构件。O风囱部件——包括涡轮支承座、囱连接座、囱基、囱筒四个构件。O涡轮部件——包括紧固螺母、垫圈、变速主轮、下轴承盘、轴承钢珠、上轴承盘、 涡轮盘、中心轴、销九个构件。O电机部件——包括定位座、底座、底座螺丝、恒压发电机、销、变速从轮、护罩片 A、护罩架、定位轴承、护罩片B、护罩片C、护罩片C十二个构件。实施例中，热基模块是将太阳热能转化为风能的主体设施，也是整个发电装置中 的“温室”，其中各个构件之间配合关系如图2所示。在图2中，热基模块由隔热底座(1)、垫台(2)、进风墙(3)、热交换墙(4)、热能片A (5)、热能片B (6)、热能片C (7)、热能片D (8)这八个构件组成；其中隔热底座(1)置于 模块的最底层，作为，整个模块及至整个发电装置的基础屏护，同时起到防止热能流失的作 用；垫台(2)置于隔热底座(1)的正中上方，用于安装固定装置中的发电设备，同时起到烘 托受热气流上升、防止气流直冲流失的作用。图2中的进风墙(3)，是热能部件的立面外观，其中排列设置多个进风口，使周边 冷空气能够及时补充进入模块内部；同时，进风墙(3)又以围墙的方式，设定了热基模块的 面积范围，限定了整个热能风力发电装置在水平投影面上的形状。本实施例产品的水平投影面形状近似于圆角矩形，长宽比例在1 1至3:2之间，圆角半径为矩形边长在5%至15% 之间。图2中的热能片A (5)、热能片B (6)、热能片C (7)、热能片D (8)，是实施例产品 吸纳太阳光热能的主要构件，是“温室”的屋顶。每一热能片均由多片太阳能吸热板组成， 覆盖于热能部件顶面，用于加热部件内部的空气，提升空气温度。热能片在实施时的水平倾 角，设置在3°至7°之间。图2中的热交换墙(4)，是实施例产品扩大散热面积的装置，上端与热能片连接， 下端耸立于隔热底座之上，水平截面为弧线形状态；热能部件内部设置8至36道热交换墙， 绕部件正中位置环形阵列，形成涡流形状；热交换墙与热交换墙之间，形成弧形进风通道； 当顶面热能片到太阳光热能时，热交换墙可辅助将热能散发到进风通道的空气中，提升空 气温度，激发空气热膨胀效应，促使受热空气沿着弧形通道旋转流动到垫台(2)上方，在热 能部件中心形成旋涡结构的气流，凝聚强劲风能。在实施例中，引导旋涡气流流动、提升风能强度的任务，落实在风囱部件上。本实 施例风囱部件各构件的配合关系及具体结构，如图3所示。图3中，风囱部件由涡轮支承座(9)、囱连接座(10)、囱基(11)、囱筒(12)四个构 件组成，在实施过程中，囱连接座(10)、囱基(11 )、囱筒(12)三个构件依次重叠连接，形成 风囱部件的主体；其中，囱基(11)是部件的主心骨，它下端连接囱连接座(10)，上端连接囱 筒(12)，自身结构为圆台筒体，面垂直斜角在80°至87°之间。而涡轮支承座(9)作为承 载发电模块涡轮部件的支撑机构，紧密嵌套在 连接座(10)之中。在实施例中承担将风能转化为机械能任务的，是发电模块中的涡轮部件；该部 件中各构件的具体形状和方位配合关系，如图4所示。图4中，涡轮部件由紧固螺母(13)、垫圈(21)、变速主轮(14)、下轴承盘(15)、轴 承钢珠(16 )、上轴承盘(17 )、涡轮盘(18 )、中心轴(19 )、销(20 )九个构件组成，其中，下轴承 盘(15)、轴承钢珠(16)、上轴承盘(17)三个构件相互配合，可形成完整的推力球轴承(即平 面轴承盘)，作为转化风能为机械能的核心构件涡轮盘(18)，就紧密嵌套其中。涡轮盘(18)是涡轮部件的核心构件，由12至26个扇叶片环形阵列组成；每个扇 叶片的长宽比例在10:1到5:1之间，扇叶片的水平倾角在30°至45°之间。当气流由下 而上穿越涡轮盘(18)升腾流动时，气流所带的能量就推动扇叶片作水平运动，促使涡轮盘 (18)绕轴心旋转，从而产生机械能。在实施过程中，涡轮盘(18)所产生的机械能通过销(20)传递给套嵌于涡轮盘 (18)中心的中心轴(19)，再由中心轴(19)传递给变速主轮(14)[变速主轮(14)由垫圈 (21)、紧固螺母(13)固定于中心轴(19)下端]，最终由变速主轮(14)传递给电机部件，从而 完成机械能在涡轮部件中的一系列传递过程。在本实施例中，电机部件各个构件的具体形状及相互方位配合关系，如图5所示。图5中，电机部件由定位座(22)、底座(23)、底座螺丝(24)、恒压发电机(25)、销 (26)、变速从轮(27)、护罩片A (28)、护罩架(29)、定位轴承(30)、护罩片B (31)、护罩片C (32)、护罩片C (33)十二个构件组成，其中，定位座(22)、底座(23)、底座螺丝(24)、恒压发 电机(25)、销(26)、变速从轮(27)六个构件组成部件的主体，承担着将机械能转化为电能 的功能；而护罩架(29)、定位轴承(30)、护罩片A (28)、护罩片B (31)、护罩片C (32)、护罩片C (33)六个构件互相配合，则可组成完整的电机护罩，该护罩置于电机部件的外围，用以 抵御气流风沙对发电机、变速齿轮的侵袭；在该护罩中，定位轴承(30)置于护罩架(29)顶 端正中位置，其轴心位置与涡轮部件中心轴构件的垂直中心线对齐。在电机部件中，接受涡轮部件机械能传递的是变速从轮(27)，该构件与涡轮部件 变速主轮(14)配合，可形成完整的变速离合机构；移动、变换变速从轮所属恒压发电机的 水平方位，可实现变速从轮(27)与变速主轮(14)之间的脱离、咬合功能；变速从轮(27)与 变速主轮(14)之间的直径比为1:5，变速主轮(14)每旋转一周，即可驱动变速从轮(27)旋 转五周。在实施过程中，将热基模块、发电模块所有的部件按照一定的方位关系进行组合 拼装，可形成完整的实施例产品，所形成产品外观如图6所示。图6中，热基模块中的风囱部件，置于热基模块热能部件的上方，共同形成实施例 产品的外观，置于发电模块的外围。该外观通过热能片A、热能片B、热能片C、热能片D吸收 太阳光热能，加热装置内部空气，使被加热空气沿着由热交换墙组成的风道漂浮上升，形成 风能；同时，以风囱部件接驳自然界高空气流，通过高低空气流之间的温差，及高空气流流 动的风速，抽拔风 部件内部空气，提升装置内部的风能强度。在实施过程中，发电模块的所有部件，均置于热基模块内部之中，处于外界不可见 状态。其中，涡轮部件置于电机部件之上，嵌于热基模块风 部件之中，将热基模块所产生 的风能转化为机械能，形成风能转化为机械能的能量转化机构；该机构再通过中心轴、变速 主轮、变速从轮等构件，将机械能传递到恒压发电机，共同完成热能一风能一机械能一电能 的一系列能量转化过程，形成一整套无噪声、无污染、无废弃物、且无需燃料的环保安全发 电机制。本发明在实施过程中，可以根据实际情况灵活设计出模块的具体形状和不同规 格，并通过各种相应规格模块的有机组合，形成多种实施方案，开拓出千姿百态产品。
权利要求
一种热能风力发电装置，由热基、发电二个模块组成，其特征是⑴ 所述的热基模块，由热能、风囱二个部件组成；其中的热能部件，包括隔热底座、垫台、进风墙、热交换墙、热能片A、热能片B、热能片C、热能片D八个构件；其中的风囱部件，包括涡轮支承座、囱连接座、囱基、囱筒四个构件；⑵ 所述的发电模块，由涡轮、电机二个部件；其中的涡轮部件，包括紧固螺母、垫圈、变速主轮、下轴承盘、轴承钢珠、上轴承盘、涡轮盘、中心轴、销九个构件；其中的电机部件，包括定位座、底座、底座螺丝、恒压发电机、销、变速从轮、护罩片A、护罩架、定位轴承、护罩片B、护罩片C、护罩片C十二个构件；⑶ 在整个热能风力发电装置中，所述的热基模块置于发电模块的外围，通过热能片A、热能片B、热能片C、热能片D吸收太阳能，加热装置内部空气，使被加热空气沿着由热交换墙组成的风道漂浮上升，形成风能；同时，以风囱部件接驳自然界高空气流，通过高低空气流之间的温差，及高空气流流动的风速，抽拔风囱部件内部空气，提升装置内部的风能强度；⑷ 在整个热能风力发电装置中，所述的发电模块被包含在热基模块内部之中，通过涡轮盘将热基模块产生的风能转化为机械能，再通过中心轴、变速主轮、变速从轮等构件，将机械能传递到恒压发电机，完成热能→风能→机械能→电能的一系列能量转化过程，形成一整套无噪声、无污染、无废弃物、且无需燃料的环保安全发电机制。
2.根据权利要求1所述的热能风力发电装置，其特征是所述热基模块中的热能部件， 其水平投影面形状为圆角矩形或近似于圆角矩形，长宽比例在1:1至3:2之间，圆角半径为 矩形边长在5%至15%之间；热能部件顶面覆盖以热能片，用于加热装置内部的空气，热能 片水平倾角在3°至7°之间。
3.根据权利要求1所述的热能风力发电装置，其特征是所述热基模块中的热能部件， 内部设置8至36道互为间隔的热交换墙；热交换墙上端与热能片连接，下端耸立于隔热底 座之上，热交换墙与热交换墙之间形成弧形进风通道；所有进风通道环形阵列，形成涡流形 状。
4.根据权利要求1所述的热能风力发电装置，其特征是所述热基模块中的风 部件， 由涡轮支承座、@连接座、@基、@筒四个构件组成，其中，@连接座、@基、@筒三个构件依 次重叠连接，形成风 部件的主体；而涡轮支承座则嵌套在 连接座之中，成为承载发电模 块涡轮部件的支撑机构；囱基立面垂直斜角在80°至87°之间。
5.根据权利要求1所述的热能风力发电装置，其特征是在所述的发电模块涡轮部件 中，下轴承盘、轴承钢珠、上轴承盘三个构件相互配合，可形成完整的推力球轴承(即平面轴 承盘)；所述涡轮部件中的涡轮盘构件，嵌套于该轴承盘中间。
6.根据权利要求1所述的热能风力发电装置，其特征是所述发电模块涡轮部件中的 涡轮盘，由12至36个扇叶片环形阵列组成；每个扇叶片的长宽比例在10:1到5:1之间，扇 叶片的水平倾角在30°至45°之间。
7.根据权利要求1所述的热能风力发电装置，其特征是所述发电模块涡轮部件中的 变速主轮，与所述发电模块电机部件中的变速从轮相配合，可形成完整的变速离合机构；移 动、变换变速从轮所属恒压发电机的水平方位，可实现变速从轮与变速主轮之间的脱离、咬 合功能；变速主轮与变速从轮之间的直径比为1:5，即变速主轮每旋转一周，驱动变速从轮旋转五周。
8.根据权利要求1所述的热能风力发电装置，其特征是在所述发电模块电机部件中， 护罩架、定位轴承、护罩片A、护罩片B、护罩片C、护罩片C六个构件互相配合，可组成完整 的电机护罩；该护罩置于恒压发电机、变速主轮、变速从轮的外围，用以抵御气流风沙的侵 袭；在该护罩中，定位轴承置于护罩架顶端正中位置，其轴心位置与涡轮部件中心轴构件的 垂直中心线对齐。
9.根据权利要求1所述的热能风力发电装置，其特征是所述热基模块中的风 部件， 置于所述热基模块热能部件的上方，共同形成装置的外观，实现将热能转化为风能的功能。
10.根据权利要求1所述的热能风力发电装置，其特征是所述发电模块中的涡轮部 件，置于所述发电模块电机部件的上方，形成风能转化为机械能的能量转化机构；该机构与 其它部件互相配合，共同形成一整套无噪声、无污染、无废弃物、且无需燃料的环保安全发 电机制。
全文摘要
本发明涉及一种风力发电机，尤其是涉及一种使用太阳热能转化为风能、再由风能转化为电能的风力发电装置。本发明在综合目前公知的各种风力发电机优势基础上，克服现有风力发电机无风不起动的缺陷，运用阳光热幅射、空气热膨胀等原理，设计出一种利用阳光热能激发空气流动、利用高空气流增强气流能量的装置，使装置即使在天然风风速等于零的情况下，也能单纯依靠阳光热能和高低空气流温差正常运转发电。产品由热基、发电二个模块组成，包括热能、风囱、涡轮、电机四个部件，共同完成一系列由热能转为风能、由风能转为机械能、再由机械能转为电能的能量转化过程，形成一整套无噪声、无污染、无废弃物、且无需燃料的环保安全发电机制。该产品尤其适合于闷热无风的山区盆地、沙漠戈壁地带使用。
文档编号F03D11/04GK101922419SQ201010296818
公开日2010年12月22日 申请日期2010年9月29日 优先权日2010年9月29日
发明者钟明华 申请人:钟明华