专利名称：风能系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种风能系统，特别但不限于用于建筑物。
背景技术：
目前，可以将风力涡轮安装到建筑物的屋顶上来驱动发电机发电，用来满足建筑物的至少一部分电力需要。申请人之前设计了一种用于建筑物的能量转换系统，包括沿有斜度屋顶的屋脊布置的一个或多个风力涡轮。该系统也包括支撑在有斜度屋顶上的盖子， 其中盖子的斜度小于斜屋顶的斜度。盖子和屋顶结构共同构建了一个风洞(wind tunnel), 该风洞导引风流过风力涡轮。申请人:以上提及的系统的进一步细节被描述于专利申请号为200716868-5的新加坡专利申请中。本发明是风能系统领域进一步研究和发展的结果。
发明内容
根据本发明的一个方面，提供一种风能系统包括风洞模块，具有在相对端上的第一和第二开口以及位于第一和第二开口之间的中间部分，每个开口的横截面积基本相同，风洞模块的横截面积从每个开口向中间部分减小， 其中中间部分的横截面积基本不变；支撑在中间部分内的或临近中间部分的一个或多个风力涡轮；和被至少一个所述风力涡轮所驱动的至少一个发电机。每个开口可被构造为接收从其每一侧以最高达60度的角度吹来的风。中间部分可以是柔性的或其他可弯曲的管。风洞模块还可包括第一和第二管道部分，中间部分的每一端上各有一个所述管道部分，第一通道部分具有限定第一开口的嘴部，第二管道部分具有限定第二开口的嘴部。风洞模块还包括位于靠近中间部分的一端的第一涡轮壳，和位于靠近中间部分的相对一端的第二涡轮壳。风能系统可包括两个风力涡轮。可以为每个风力涡轮配置发电机。在可替代的实施例中，可以配置单个的由两个风力涡轮驱动的发电机。这个实施例在大和强风环境尤其有用，但不限于在这样的环境下使用。至少一个所述发电机可以被安装在涡轮的轮毂上。在包括两个风力涡轮的风能系统的实施例中，可以将两个风力涡轮设计为有相同或不同的气流特征。特别是，在一些实施例中，涡轮可以有不同数量的叶片。在一个实施例中，一个或多个风力涡轮配置有多个放射状延伸的叶片，和环绕叶片的放射状外边缘的外围圆周表面。一个或多个风力涡轮还包括在涡轮的旋转轴与外圆周表面中间、在放射状位置处与涡轮叶片相交的中间圆周表面。风能系统还可包括在风洞模块上的盖子。盖子可包括可调节地被连接在一起的第一和第二部分，以便能沿着与中间部分的延伸方向垂直的直线调节第一和第二部分之间的夹角。本发明的另一方面提供一种用于建筑物的风能转换系统，包括多个根据本发明第一方面的风能系统，其中并排地布置风能系统，在所述多个风能系统上盖有防水盖子，盖子有相对的纵向边缘，该相对边缘延伸到至少盖住每个风能系统的中间部分。盖子可包括可调节地被连接在一起的第一和第二部分，以便能沿着与中间部分的延伸方向垂直的直线调节第一和第二部分之间的夹角。本发明的另一方面提供一种风洞模块，包括位于相对端的第一和第二开口，以及位于第一和第二开口之间的中间部分，每个开口的横截面积基本相同，风洞模块的横截面积从每个开口向风洞模块的中间部分减小，其中中间部分的横截面积基本不变。本发明的又一个实施例提供一种风能系统，包括在相对端有开口的风洞，使风能够从两个方向的任一方向穿过风洞；两个风力涡轮，上述每一端上或每一端附近各具有一个所述风力涡轮；和由风力涡轮驱动的发电机。在这个实施例中，两个风力涡轮可被构造为提供最高为0. 83的总的Betz极限。
现参考附图，通过举例的方式对本发明的实施例进行描述，其中图1是应用在建筑物屋顶的风能系统的一个实施例的示意性透视图；图2是图1所描述系统的AA截面视图；图3是可结合到风能系统的风力涡轮的一个实施例的前视图；图4是可结合到风能系统的另一个风力涡轮的示意图；图5是可结合到风能系统的又一种风力涡轮的示意图；和图6是可结合到风能系统的风洞的宽阔端的风的覆盖范围的平面示意图。
具体实施例方式参考附图特别是图1和2，根据本发明的风能系统10的一个实施例包括在相对端有开口 1 和14b(下文通称为“开口 14”)的风洞模块12。尽管风洞模块12的横截面积从开口 14向风洞模块12的中间部分16减小，但开口 14的横截面积基本相同。中间部分 16的横截面积基本上不变。系统10可包括一个或多个风力涡轮18a、18b或18c (下文通称为“涡轮18”)，分别如图3-5中所示。涡轮18安装在系统10内，在中间部分16内或临近中间部分16。还具有至少一个发电机(未示出)，其被至少一个风力涡轮18所驱动。在描述的实施例中，系统10是并排安装在有斜度屋顶20上的多个相邻的等同系统10中的一个，其中中间部分16跨越屋顶20的屋脊22。涡轮壳2 和Mb (下文通称为“壳对”)安装在中间部分16各自的相对端。壳 24的内径与中间部分16的内径相似。壳对也起到连接中间部分16和风洞12各个管道部分26a和26b的作用。参考图6，每个开口 14被构造为使风洞模块12能接收从每一侧开口以角度α (最高达60度)(相当于与开口 14和管道沈的纵向轴Y之间的角度α)吹入的风。图6还示意了管道部分沈的侧壁25的一种可能的形状和构造，其使风洞模块12的横截面积从开口14向风洞模块12的中间部分16减小。当系统10包括两个风力涡轮18时，每个风力涡轮安装在各自的壳M内。进入其中一个开口 14的风W流经邻近的管道部分26、中间部分16、另一个管道部分沈，然后从相对的开口 14流出。因为风洞模块12 (特别是管道部分沈)的横截面积从开口 14向风洞模块12的中间部分16减小，风速随之增大。众所周知，风力涡轮的输出功率与风速的三次方成比例。因此增大风速能够改善输出功率。也是众所周知的，风的动能不能以100%的效率所利用。特别是Betz定律提出，利用风力涡轮将动能转换为机械能的最大转换率为约59%。风力涡轮从风中获得的动能越多，穿过风力涡轮的风被减缓的越多。对于风力涡轮的效率是100%的情况，风速需要在它离开涡轮时降低到零。然而，如果该速度降低为零，就没有空气离开涡轮，那么将没有能量可以获取，因为没有风可以进入涡轮。一些系统10的实施例尝试提供一种合成系统，其中合成系统的总能量效率将大于单个涡轮的Betz极限。系统10的一个实施例尤其适合于大或强风的环境，其中，比方说， 风主要从开口 Ha进入风洞模块12，将图3所示的十叶片涡轮18a安装在壳Ma中，将图4 所示的六叶片涡轮18b安装在壳Mb中。在这个构造中，风能一开始被十叶片涡轮18a所利用，然后被六叶片涡轮18b所利用。每一个涡轮18都连接一个发电机，或可替代地经由齿轮箱(未示出)连接一个发电机，用于把风能转换成电能。当风W首先从开口 1 进入风洞模块12，获得的能量为100%的原始风能时。第一个涡轮获得的风能的百分比是第一个涡轮获得的风能的百分比=nturb其中Jlturb是涡轮的效率。忽略风管道中由于摩擦的功率损失，穿过第一个涡轮到达第二个涡轮的风能是到达第二个涡轮的风能的百分比=i-nturb第二个涡轮的效率也是ntuA。双涡轮模块的复合效率是η dual turb = η turb+ η turb (ι- η turb)= nturb[i+(i-nturb)]= nturb[2-nturb]
权利要求
1.一种风能系统包括风洞模块，具有在相对端上的第一和第二开口以及位于第一和第二开口之间的中间部分，每个开口的横截面积基本相同，风洞模块的横截面积从每个开口向中间部分减小，其中中间部分的横截面积基本不变；支撑在中间部分内的或临近中间部分的一个或多个风力涡轮；和被至少一个风力涡轮所驱动的至少一个发电机。
2.根据权利要求1的风能系统，其中中间部分为柔性的或其他可弯曲的管。
3.根据权利要求1或2的风能系统，还包括第一和第二管道部分，中间部分的每一端上具有一个所述管道部分，第一管道部分具有限定第一开口的嘴部，第二管道部分具有限定第二开口的嘴部。
4.根据权利要求1-3中任一项的风能系统，还包括位于靠近中间部分的一端的第一涡轮壳，和位于靠近中间部分的相对一端的第二涡轮壳。
5.根据权利要求1-4中任一项的风能系统，包括两个风力涡轮。
6.根据权利要求5的风能系统，其中风力涡轮有相同的气流特征。
7.根据权利要求5的风能系统，其中风力涡轮有不同的气流特征。
8.根据权利要求7的风能系统，其中风力涡轮具有不同数量的放射状延伸的叶片。
9.根据权利要求1-8中任一项的风能系统，其中一个或多个风力涡轮配置有多个放射状延伸的叶片，和环绕叶片的放射状外边缘的外圆周表面。
10.根据权利要求9的风能系统，其中一个或多个风力涡轮包括在涡轮的旋转轴与外圆周表面中间、在放射状位置处与涡轮叶片相交的中间圆周表面。
11.根据权利要求1-10中任一项的风能系统，还包括在风洞模块上的盖子。
12.根据权利要求12的风能系统，其中盖子包括可调节地被连接在一起的第一和第二部分，以便能沿着与中间部分的延伸方向垂直的直线调节第一和第二部分之间的夹角。
13.一种用于建筑物的风能转换系统，包括多个权利要求1-10中任一项的风能系统， 其中并排布置风能系统，在多个风能系统上盖有防水盖子，盖子有相对的纵向边缘，该相对边缘延伸到至少盖住每个风能系统的中间部分。
14.根据权利要求13的风能转换系统，其中盖子包括可调节地被连接在一起的第一和第二部分，以便能沿着与中间部分的延伸方向垂直的直线调节第一和第二部分之间的夹
15.一种风洞模块包括位于相对端的第一和第二开口，以及位于第一和第二开口之间的中间部分，每个开口的横截面积基本相同，风洞模块的横截面积从每个开口向风洞的中间部分减小，其中中间部分的横截面积基本不变。
16.根据权利要求15的风洞模块，其中中间部分为柔性的或其他可弯曲的管。
17.根据权利要求15或16的风洞模块，包括第一和第二管道部分，中间部分的每一端上具有一个所述管道部分，第一管道部分具有限定第一开口的嘴部，第二管道部分具有限定第二开口的嘴部。
18.根据权利要求15-17中任一项的风洞模块，包括位于靠近中间部分的一端的第一涡轮壳，和位于靠近中间部分的相对一端的第二涡轮壳。
19.根据权利要求1-12中任一项的风能系统，其中开口被构造为接收从开口每一侧以最高达60度的角度吹来的风。
20.根据权利要求13或14的风能转换系统，其中开口被构造为接收从开口每一侧以最高达60度的角度吹来的风。
21.根据权利要求15-18中任一项的风洞模块，其中开口被构造为接收从开口每一侧以最高达60度的角度吹来的风。
22.—种风能系统包括在相对端有开口的风洞，使风能够从任一方向穿过风洞；两个风力涡轮，上述每一端上或每一端附近具有一个风力涡轮；和由风力涡轮驱动的发电机。
23.根据权利要求22的风能系统，其中风力涡轮被构造为提供最高为0.83的总的 Betz极限。
全文摘要
一种风能系统(10)包括在相对端有开口(14a)和(14b)的风洞模块(12)。尽管风洞模块(12)的横截面积从开口(14a)和(14b)向管道模块的中间部分(16)减小，但开口的横截面积基本相同。中间部分(16)的横截面积基本不变。一个或多个具有相同或不同数量叶片的风力涡轮安装在风洞中或临近中间部分(16)。中间部分(16)是可弯曲的以使模块(12)贴合于任何斜度的屋顶(20)。
文档编号F03D1/04GK102216606SQ200980145260
公开日2011年10月12日 申请日期2009年9月11日 优先权日2008年9月12日
发明者C·G·E·南丁格勒, 吴瑞明, 李君 , 洪德伟, 郑文浩 申请人:龙源有限公司