專利名稱：風能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種風能系統(tǒng)，特別但不限于用于建筑物。
背景技術(shù)：
目前，可以將風力渦輪安裝到建筑物的屋頂上來驅(qū)動發(fā)電機發(fā)電，用來滿足建筑物的至少一部分電力需要。申請人之前設(shè)計了一種用于建筑物的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括沿有斜度屋頂?shù)奈菁共贾玫囊粋€或多個風力渦輪。該系統(tǒng)也包括支撐在有斜度屋頂上的蓋子， 其中蓋子的斜度小于斜屋頂?shù)男倍?。蓋子和屋頂結(jié)構(gòu)共同構(gòu)建了一個風洞(wind tunnel), 該風洞導(dǎo)引風流過風力渦輪。申請人:以上提及的系統(tǒng)的進一步細節(jié)被描述于專利申請?zhí)枮?00716868-5的新加坡專利申請中。本發(fā)明是風能系統(tǒng)領(lǐng)域進一步研究和發(fā)展的結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種風能系統(tǒng)包括風洞模塊，具有在相對端上的第一和第二開口以及位于第一和第二開口之間的中間部分，每個開口的橫截面積基本相同，風洞模塊的橫截面積從每個開口向中間部分減小， 其中中間部分的橫截面積基本不變；支撐在中間部分內(nèi)的或臨近中間部分的一個或多個風力渦輪；和被至少一個所述風力渦輪所驅(qū)動的至少一個發(fā)電機。每個開口可被構(gòu)造為接收從其每一側(cè)以最高達60度的角度吹來的風。中間部分可以是柔性的或其他可彎曲的管。風洞模塊還可包括第一和第二管道部分，中間部分的每一端上各有一個所述管道部分，第一通道部分具有限定第一開口的嘴部，第二管道部分具有限定第二開口的嘴部。風洞模塊還包括位于靠近中間部分的一端的第一渦輪殼，和位于靠近中間部分的相對一端的第二渦輪殼。風能系統(tǒng)可包括兩個風力渦輪?？梢詾槊總€風力渦輪配置發(fā)電機。在可替代的實施例中，可以配置單個的由兩個風力渦輪驅(qū)動的發(fā)電機。這個實施例在大和強風環(huán)境尤其有用，但不限于在這樣的環(huán)境下使用。至少一個所述發(fā)電機可以被安裝在渦輪的輪轂上。在包括兩個風力渦輪的風能系統(tǒng)的實施例中，可以將兩個風力渦輪設(shè)計為有相同或不同的氣流特征。特別是，在一些實施例中，渦輪可以有不同數(shù)量的葉片。在一個實施例中，一個或多個風力渦輪配置有多個放射狀延伸的葉片，和環(huán)繞葉片的放射狀外邊緣的外圍圓周表面。一個或多個風力渦輪還包括在渦輪的旋轉(zhuǎn)軸與外圓周表面中間、在放射狀位置處與渦輪葉片相交的中間圓周表面。風能系統(tǒng)還可包括在風洞模塊上的蓋子。蓋子可包括可調(diào)節(jié)地被連接在一起的第一和第二部分，以便能沿著與中間部分的延伸方向垂直的直線調(diào)節(jié)第一和第二部分之間的夾角。本發(fā)明的另一方面提供一種用于建筑物的風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括多個根據(jù)本發(fā)明第一方面的風能系統(tǒng)，其中并排地布置風能系統(tǒng)，在所述多個風能系統(tǒng)上蓋有防水蓋子，蓋子有相對的縱向邊緣，該相對邊緣延伸到至少蓋住每個風能系統(tǒng)的中間部分。蓋子可包括可調(diào)節(jié)地被連接在一起的第一和第二部分，以便能沿著與中間部分的延伸方向垂直的直線調(diào)節(jié)第一和第二部分之間的夾角。本發(fā)明的另一方面提供一種風洞模塊，包括位于相對端的第一和第二開口，以及位于第一和第二開口之間的中間部分，每個開口的橫截面積基本相同，風洞模塊的橫截面積從每個開口向風洞模塊的中間部分減小，其中中間部分的橫截面積基本不變。本發(fā)明的又一個實施例提供一種風能系統(tǒng)，包括在相對端有開口的風洞，使風能夠從兩個方向的任一方向穿過風洞；兩個風力渦輪，上述每一端上或每一端附近各具有一個所述風力渦輪；和由風力渦輪驅(qū)動的發(fā)電機。在這個實施例中，兩個風力渦輪可被構(gòu)造為提供最高為0. 83的總的Betz極限。


現(xiàn)參考附圖，通過舉例的方式對本發(fā)明的實施例進行描述，其中圖1是應(yīng)用在建筑物屋頂?shù)娘L能系統(tǒng)的一個實施例的示意性透視圖；圖2是圖1所描述系統(tǒng)的AA截面視圖；圖3是可結(jié)合到風能系統(tǒng)的風力渦輪的一個實施例的前視圖；圖4是可結(jié)合到風能系統(tǒng)的另一個風力渦輪的示意圖；圖5是可結(jié)合到風能系統(tǒng)的又一種風力渦輪的示意圖；和圖6是可結(jié)合到風能系統(tǒng)的風洞的寬闊端的風的覆蓋范圍的平面示意圖。
具體實施例方式參考附圖特別是圖1和2，根據(jù)本發(fā)明的風能系統(tǒng)10的一個實施例包括在相對端有開口 1 和14b(下文通稱為“開口 14”)的風洞模塊12。盡管風洞模塊12的橫截面積從開口 14向風洞模塊12的中間部分16減小，但開口 14的橫截面積基本相同。中間部分 16的橫截面積基本上不變。系統(tǒng)10可包括一個或多個風力渦輪18a、18b或18c (下文通稱為“渦輪18”)，分別如圖3-5中所示。渦輪18安裝在系統(tǒng)10內(nèi)，在中間部分16內(nèi)或臨近中間部分16。還具有至少一個發(fā)電機(未示出)，其被至少一個風力渦輪18所驅(qū)動。在描述的實施例中，系統(tǒng)10是并排安裝在有斜度屋頂20上的多個相鄰的等同系統(tǒng)10中的一個，其中中間部分16跨越屋頂20的屋脊22。渦輪殼2 和Mb (下文通稱為“殼對”)安裝在中間部分16各自的相對端。殼 24的內(nèi)徑與中間部分16的內(nèi)徑相似。殼對也起到連接中間部分16和風洞12各個管道部分26a和26b的作用。參考圖6，每個開口 14被構(gòu)造為使風洞模塊12能接收從每一側(cè)開口以角度α (最高達60度)(相當于與開口 14和管道沈的縱向軸Y之間的角度α)吹入的風。圖6還示意了管道部分沈的側(cè)壁25的一種可能的形狀和構(gòu)造，其使風洞模塊12的橫截面積從開口14向風洞模塊12的中間部分16減小。當系統(tǒng)10包括兩個風力渦輪18時，每個風力渦輪安裝在各自的殼M內(nèi)。進入其中一個開口 14的風W流經(jīng)鄰近的管道部分26、中間部分16、另一個管道部分沈，然后從相對的開口 14流出。因為風洞模塊12 (特別是管道部分沈)的橫截面積從開口 14向風洞模塊12的中間部分16減小，風速隨之增大。眾所周知，風力渦輪的輸出功率與風速的三次方成比例。因此增大風速能夠改善輸出功率。也是眾所周知的，風的動能不能以100%的效率所利用。特別是Betz定律提出，利用風力渦輪將動能轉(zhuǎn)換為機械能的最大轉(zhuǎn)換率為約59%。風力渦輪從風中獲得的動能越多，穿過風力渦輪的風被減緩的越多。對于風力渦輪的效率是100%的情況，風速需要在它離開渦輪時降低到零。然而，如果該速度降低為零，就沒有空氣離開渦輪，那么將沒有能量可以獲取，因為沒有風可以進入渦輪。一些系統(tǒng)10的實施例嘗試提供一種合成系統(tǒng)，其中合成系統(tǒng)的總能量效率將大于單個渦輪的Betz極限。系統(tǒng)10的一個實施例尤其適合于大或強風的環(huán)境，其中，比方說， 風主要從開口 Ha進入風洞模塊12，將圖3所示的十葉片渦輪18a安裝在殼Ma中，將圖4 所示的六葉片渦輪18b安裝在殼Mb中。在這個構(gòu)造中，風能一開始被十葉片渦輪18a所利用，然后被六葉片渦輪18b所利用。每一個渦輪18都連接一個發(fā)電機，或可替代地經(jīng)由齒輪箱(未示出)連接一個發(fā)電機，用于把風能轉(zhuǎn)換成電能。當風W首先從開口 1 進入風洞模塊12，獲得的能量為100%的原始風能時。第一個渦輪獲得的風能的百分比是第一個渦輪獲得的風能的百分比=nturb其中Jlturb是渦輪的效率。忽略風管道中由于摩擦的功率損失，穿過第一個渦輪到達第二個渦輪的風能是到達第二個渦輪的風能的百分比=i-nturb第二個渦輪的效率也是ntuA。雙渦輪模塊的復(fù)合效率是η dual turb = η turb+ η turb (ι- η turb)= nturb[i+(i-nturb)]= nturb[2-nturb]
權(quán)利要求
1.一種風能系統(tǒng)包括風洞模塊，具有在相對端上的第一和第二開口以及位于第一和第二開口之間的中間部分，每個開口的橫截面積基本相同，風洞模塊的橫截面積從每個開口向中間部分減小，其中中間部分的橫截面積基本不變；支撐在中間部分內(nèi)的或臨近中間部分的一個或多個風力渦輪；和被至少一個風力渦輪所驅(qū)動的至少一個發(fā)電機。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的風能系統(tǒng)，其中中間部分為柔性的或其他可彎曲的管。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的風能系統(tǒng)，還包括第一和第二管道部分，中間部分的每一端上具有一個所述管道部分，第一管道部分具有限定第一開口的嘴部，第二管道部分具有限定第二開口的嘴部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任一項的風能系統(tǒng)，還包括位于靠近中間部分的一端的第一渦輪殼，和位于靠近中間部分的相對一端的第二渦輪殼。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4中任一項的風能系統(tǒng)，包括兩個風力渦輪。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的風能系統(tǒng)，其中風力渦輪有相同的氣流特征。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的風能系統(tǒng)，其中風力渦輪有不同的氣流特征。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的風能系統(tǒng)，其中風力渦輪具有不同數(shù)量的放射狀延伸的葉片。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一項的風能系統(tǒng)，其中一個或多個風力渦輪配置有多個放射狀延伸的葉片，和環(huán)繞葉片的放射狀外邊緣的外圓周表面。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的風能系統(tǒng)，其中一個或多個風力渦輪包括在渦輪的旋轉(zhuǎn)軸與外圓周表面中間、在放射狀位置處與渦輪葉片相交的中間圓周表面。
11.根據(jù)權(quán)利要求1-10中任一項的風能系統(tǒng)，還包括在風洞模塊上的蓋子。
12.根據(jù)權(quán)利要求12的風能系統(tǒng)，其中蓋子包括可調(diào)節(jié)地被連接在一起的第一和第二部分，以便能沿著與中間部分的延伸方向垂直的直線調(diào)節(jié)第一和第二部分之間的夾角。
13.一種用于建筑物的風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括多個權(quán)利要求1-10中任一項的風能系統(tǒng)， 其中并排布置風能系統(tǒng)，在多個風能系統(tǒng)上蓋有防水蓋子，蓋子有相對的縱向邊緣，該相對邊緣延伸到至少蓋住每個風能系統(tǒng)的中間部分。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中蓋子包括可調(diào)節(jié)地被連接在一起的第一和第二部分，以便能沿著與中間部分的延伸方向垂直的直線調(diào)節(jié)第一和第二部分之間的夾
15.一種風洞模塊包括位于相對端的第一和第二開口，以及位于第一和第二開口之間的中間部分，每個開口的橫截面積基本相同，風洞模塊的橫截面積從每個開口向風洞的中間部分減小，其中中間部分的橫截面積基本不變。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的風洞模塊，其中中間部分為柔性的或其他可彎曲的管。
17.根據(jù)權(quán)利要求15或16的風洞模塊，包括第一和第二管道部分，中間部分的每一端上具有一個所述管道部分，第一管道部分具有限定第一開口的嘴部，第二管道部分具有限定第二開口的嘴部。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17中任一項的風洞模塊，包括位于靠近中間部分的一端的第一渦輪殼，和位于靠近中間部分的相對一端的第二渦輪殼。
19.根據(jù)權(quán)利要求1-12中任一項的風能系統(tǒng)，其中開口被構(gòu)造為接收從開口每一側(cè)以最高達60度的角度吹來的風。
20.根據(jù)權(quán)利要求13或14的風能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其中開口被構(gòu)造為接收從開口每一側(cè)以最高達60度的角度吹來的風。
21.根據(jù)權(quán)利要求15-18中任一項的風洞模塊，其中開口被構(gòu)造為接收從開口每一側(cè)以最高達60度的角度吹來的風。
22.—種風能系統(tǒng)包括在相對端有開口的風洞，使風能夠從任一方向穿過風洞；兩個風力渦輪，上述每一端上或每一端附近具有一個風力渦輪；和由風力渦輪驅(qū)動的發(fā)電機。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的風能系統(tǒng)，其中風力渦輪被構(gòu)造為提供最高為0.83的總的 Betz極限。
全文摘要
一種風能系統(tǒng)(10)包括在相對端有開口(14a)和(14b)的風洞模塊(12)。盡管風洞模塊(12)的橫截面積從開口(14a)和(14b)向管道模塊的中間部分(16)減小，但開口的橫截面積基本相同。中間部分(16)的橫截面積基本不變。一個或多個具有相同或不同數(shù)量葉片的風力渦輪安裝在風洞中或臨近中間部分(16)。中間部分(16)是可彎曲的以使模塊(12)貼合于任何斜度的屋頂(20)。
文檔編號F03D1/04GK102216606SQ200980145260
公開日2011年10月12日 申請日期2009年9月11日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月12日
發(fā)明者C·G·E·南丁格勒, 吳瑞明, 李君 , 洪德偉, 鄭文浩 申請人:龍源有限公司