专利名称：利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统及方法
技术领域：
本发明涉及一种利用设置在高层建筑物的高速电梯烟囱效应的风力发电系统及方法。
背景技术：
由于建筑技术的发展和人口向城市集中，高层建筑物也逐渐增加。世界各国为了 提高本国的技术实力和国家形象，争相恐后地建设了世界最高建筑物。因此，建筑物逐渐朝 向高层化的形式发展。在此过程中，必然会施工建筑物内垂直移动机构升降器和电梯芯筒。电梯的垂直 移动路径升降器和楼梯等电梯芯筒由于以烟囱状垂直形成的空间，会出现因为建筑物内外 部空气柱的重量差产生的压力差而引起的烟囱现象。此时，升降器和电梯芯筒内部的空气 柱保持室温状态，而外面的空气柱保持与高度相同的外面空气相同的温度。如此，建筑物内 外部的压力差因室内和室外的温度差而异。由于烟@效应产生的压力差大体上分为建筑物的下部和上部两个部分，从建筑物 上部流失的空气被从建筑物下部流入的空气填充。如上所述，由于空气的密度差，截面上发生的空气密度差因高度而异，即建筑物下 部发生浸润，而上部因内部压力变大而发生漏气。由于上述压力差而产生的空气流动与烟囱的空气流动类似，因此，我们将上述现 象称作烟囱效应。在室内外温度差变大的冬季，高层建筑物的烟囱效应特别严重。电梯芯 筒部分，即，楼梯间和电梯升降器引起烟囱效应，而第1层部分成为增加浸润量的成因。所 有的建筑物均发生上述烟 效应。过去为了防止发生上述烟囱效应，设计高层建筑物时，在地下停车场入口设置通 风间，从而通过上述通风间向外排放在电梯芯筒产生的风力(气流)。与以上所述的向外排放在电梯芯筒产生的气流(风力)的现有技术不同，本发明 实施例将现有技术中向外排放的风力重新应用为风力发电的原动力，从而用作高层建筑物 所需能源。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种以如下内容为特征的利用高层建筑物高速电 梯烟囱效应的风力发电系统及方法，将垂直运行高速电梯轿箱时产生的气流(风力)应用 为新型可再生能源风力发电的原动力，从而用作高层建筑物所需能源。本发明提供一种以如下内容为特征的利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力 发电系统及方法，利用旧型陀螺风力涡轮机，对于位于电梯芯筒内部的方向不均一且不规 则(混乱)的小容量涡流也可以有效地实施风力发电。本发明要解决的技术问题并不局限在以上内容里阐述的技术问题，本领域技术人 员都应该从以下内容充分地理解到以上内容里没有涉及到的技术问题。
本发明的技术方案在于
本发明一实施例中，利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统包括运行 沿着上下方向移动设置在高层建筑物的电梯芯筒内部空间的电梯轿箱时产生的风力带动 旋转的风力涡轮机、将由于所述风力涡轮机的旋转产生的运动能量转换成电能的风力发电 机以及存储所述电能的蓄电池。在所述电梯芯筒的上部及下部分别设置多个所述风力涡轮机，且所述电梯轿箱的 上部及下部也可以分别设置多个所述风力涡轮机。所述风力涡轮机以球体状结合分别沿着X、Y、Z轴方向分布的3个万向架，而沿着 上述Y轴方向分布的万向架可以包括形成水平旋翼的陀螺风力涡轮机。所述风力涡轮机可以包括即使风力小也可以启动的小型风力涡轮机。风力涡轮机设置在所述电梯轿箱的上部及下部，但也可以设置在所述电梯轿箱的 上部及下部的外侧部门。所述风力涡轮机及所述风力发电机在所述电梯轿箱的内部相互物理结合，而所述 蓄电池可以设置在控制所述风力发电机运行的风力发电站机械室的内部。利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统还可以包括 转换存储在所述蓄电池的电能而供应到包括所述电梯在内的所述高层建筑物内电气装置 的转换器。所述转换器根据所述电气装置的动作电压等级转换所述电能的电压等级。
所述转换器可以设置在控制所述风力发电机动作的风力发电站机械室的内部。利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电方法包括借助运 行沿着上下方向移动设置在高层建筑物的电梯芯筒内部空间的电梯轿箱时产生的风力产 生运动能量的步骤、将所述运动能量转换成电能的步骤以及将上述电能存储在蓄电池的步 马聚ο所述运动能量产生步骤可以包括利用所述风力旋转风力涡轮机而产生所述运动 能量的步骤。将所述运动能量转换成电能的步骤可以包括利用风力发电机将所述运动能量转 换成所述电能的步骤。利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电方法还可以包括 转换存储在所述蓄电池的电能而供应到包括所述电梯在内的所述高层建筑物内的电气装 置的步骤。供应到所述电气装置的阶段可以包括利用逆变器依据所述电气装置的动作电压 等级转换所述电能电压等级的步骤和将转换所述电压等级的电能供应到所述电气装置的步骤。其它实施例的具体事项包括在发明内容和附图中。参考附图和以下内容详细说明的实施例就可以充分理解到本发明的优点及/或 者特征以及其实现方法。本发明并不局限在以下内容阐述的实施例，而是以相互不同的各 种形态得到实现。为了完整地阐述本发明，使本发明所属技术领域技术人员清楚地理解本 发明的权利要求范围而提供本实施例，且根据权利要求范围定义本发明。说明书中相同的 参考符号在指相同的构成因素。
本发明的技术效果在于本发明一实施例将垂直运行高速电梯轿箱时产生的气流(风力)应用为新型可再生能源风力发电的原动力，从而用作高层建筑物所需能源。本发明一实施例利用旧型陀螺风力涡轮机，对于位于电梯芯筒内部的方向不均一 且不规则(混乱)的小容量涡流也可以有效地实施风力发电。
图1为利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统的结 构方框图。图2为利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统的位置图。图3是图示本发明一实施例风力发电系统的风力涡轮机变形例的示意图。图4是图示本发明一实施例风力发电系统的使用状态的示意图。图5是图示利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电方法 的流程图。附图主要部分的符号说明110-风力涡轮机120-风力发电机130-蓄电池140-转换器150-电梯芯筒160-风力发电机机械室
具体实施例方式利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统提供一种在 高密度市区高层建筑物也可以通过风力发电产生用于建筑物的能源的技术方案。S卩，利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统在垂直运 行(上下运行)高速电梯轿箱时，将在所述高速电梯轿箱运行空间电梯芯筒里发生的气流 (风力)用作新型可再生能源风力发电的原动力。所述风力是由于烟囱效应产生。所述烟囱效应是指由于内/外部温度差而产生的 空气密度差导致强上升气流的产生而打破市内空气均衡。建筑物温度差距大的冬季和高度 越高的建筑物，其烟囱效应也更明显。所述烟囱效应如30层以上高层建筑物大厅出入门时很难打开或者发出‘咻’的声 音等。有时，电梯摇晃，致使电梯乘客误以为发生了故障而惊慌失措(这种情况主要发生在 冬季)。所述烟 效应类似于建筑物烟 的空气流通。以下参考附图详细说明本发明实施例。图1为利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统的结 构方框图，图2为利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统的位置图。参考图1及图2，利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电 系统(100、以下简称为”风力发电系统”)包括风力涡轮机110、风力发电机120、蓄电池130 以及转换器140。
运行沿着上下方向移动设置在高层建筑物200的电梯芯筒内部150空间的电梯 轿箱210时产生的风力带动旋转所述风力涡轮机110。S卩，由于上述旋转，所述风力涡轮机 110将所述电梯芯筒内部150空间的风力，即，风力能量转换成运动能量而传达到风力发电 机 120。这里，如上所述，所述风力可以通过烟@效应产生。而且，所述高层建筑物200可 以包含20层以上的建筑物，所述电梯轿箱210可以是运行速度达到210m/分钟以上的高速 电梯轿箱，优选地，是运行速度达到300m/分钟以上的高速电梯轿箱。在所述电梯芯筒内部150的上部和下部分别设置多个所述风力涡轮机110，但是， 也可以在所述电梯轿箱210的上部和下部分别设置多个所述风力涡轮机110。例如，在所述电梯芯筒内部150的上部设置2个陀螺风力涡轮机-A112，在所述电 梯芯筒内部150的下部可以设置2个陀螺风力涡轮机-D118。更具体地讲，所述2个陀螺风力涡轮机-A112具备在所述电梯轿箱150的上部，可 以设置在控制所述电梯轿箱210动作的电梯机械室220的下部。而且，所述2个陀螺风力涡轮机-D118可以设置在具备于所述电梯轿箱150的下 部的电梯底座的下部。另外，在所述电梯轿箱210的上部设置2个陀螺风力涡轮机-B114，在所述电梯轿 箱210的下部设置2个陀螺风力涡轮机-Cl 16。更具体地讲，所述2个陀螺风力涡轮机-B114可以设置在所述电梯轿箱210的上 部外侧。而且，所述2个陀螺风力涡轮机-C116可以设置在所述电梯轿箱210的下部外侧。所述风力涡轮机110可以包括即使风力小也可以启动的小型风力涡轮机。这里， 所述小型风力涡轮机例如可以具有50kW以下功率。直径为2. Im以下，重量轻，直径小，噪 音相对小于大中型风力涡轮机。所述风力涡轮机110可以在所述电梯芯筒内部150与所述风力发电机120相互物 理结合。附图用一个方框示了所述风力发电机120，可是，在所述电梯芯筒150的上下 部及所述电梯轿箱210的上下部共设置8个所述风力涡轮机110，因此，总共可以形成8个 所述风力发电机120。换言之，所述风力涡轮机110，即，2个陀螺风力涡轮机_A112、2个风力涡轮 机-B114、2个风力涡轮机-C116以及2个风力涡轮机-D118分别与一个风力发电机120物 理结合，且向所述各个风力发电机120传达运动能量。所述风力涡轮机110在以一个轴为中心进行结合的圆形上板及下板之间结合弯 曲形成四角形板材的叶片。例如，所述风力涡轮机110可以形成为达里厄型风机、萨窝纽斯 型风机等垂直轴风力涡轮机。可是，所述风力涡轮机110还可以形成为与此方式不相同的 风力涡轮机。参考附图详细说明如下。图3是图示本发明一实施例风力发电系统风力涡轮机变形例的示意图。如图3所示，风力涡轮机300在结构上不像上述内容以一个轴为中心，而是以若干 个轴为中心。S卩，风力涡轮机300以球体状结合以X轴为中心轴分布的1个万向架310、以Y轴 为中心轴分布的1个万向架320以及以Z轴为中心轴分布的1个万向架330。沿着所述Y 轴方向分布的万向架320可以形成为回转翼结构，即，可以形成为包括具备回转翼的万向架风力涡轮机在内的万向架风力涡轮机结构。因此，所述风力涡轮机300可以通过所述电梯芯筒内部150的所有方向吹来的风力得到启动。如图1及图2所示，所述风力发电机120将通过所述风力涡轮机110的旋转产生 的运动能量转换成电能。即，所述风力发电机120可以利用所述运动能量产生所述电能。所述风力发电机120在所述电梯芯筒内部与所述风力涡轮机110物理结合。即， 所述风力发电机120通过所述风力涡轮机110和轴进行物理结合且从所述风力涡轮机110
接收运动能量。所述风力发电机120可以以一体型结构与所述风力涡轮机110结合。即，所述风 力发电机120与所述风力涡轮机110呈一体型结构，且可以在所述电梯芯筒150的上部及 下部以及所述电梯轿箱210的上部及下部分别设置多个。蓄电池130接收所述风力发电机120传达的所述电能进行存储(充电)。所述蓄 电池130可以设置在控制所述风力发电机120动作的风力发电站机械室160的内部。所述转换器140转换存储在所述蓄电池130的电能而供应到所述高层建筑物200 内的电气装置(包括电梯)。更具体地讲，所述蓄电池130里可以存储功率等级均衡的电 压(直流电压)，例如，12、24、48伏特(V)中之一。因此，所述转换器140可以将所述电能 的电压转换成符合所述电气装置的电压。例如，假设存储在所述蓄电池130的电能的电压是直流24V，所述高层建筑物200 内任一电气装置的电压是交流220V。此时，所述转换器140可以将所述24V直流电压转换 成220V交流电压而供应到所述任一电气装置。所述转换器140可以是逆变器。而且，所述转换器140可以设置在控制所述风力 发电机120动作的风力发电站机械室160的内部。图4是图示本发明一实施例风力发电系统使用状态的示意图。如图4所示，高层建筑物200具备电梯芯筒150，而所述电梯芯筒150的内部空间 沿着上下方向运行电梯轿箱210。随着所述电梯轿箱210的运行，所述电梯芯筒150内部空间由于烟囱效应产生风 力(气流)，而所述风力带动启动风力涡轮机112、114、116、118。所述电梯轿箱210向上运行时，启动设置在所述电梯芯筒150上部的风力涡轮 机-A112和设置在所述电梯轿箱210上部的风力涡轮机-B114。而且，所述电梯轿箱210向下运行时，启动设置在所述电梯芯筒150下部的风力涡 轮机-D118和设置在所述电梯轿箱210下部的风力涡轮机-C116。随着所述风力涡轮机112、114、116、118的启动，所述风力涡轮机112、114、116、
118会产生运动能量。所述运动能量传达到风力发电机(参考图1及图2的120)而转换成 电能。所述电能存储到蓄电池(参考图1中130)，然后，通过转换器(参考图1中140) 转换其电压而供应到高层建筑物200内任一电气装置。图5是图示利用本发明一实施例高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发点方法 的流程图。这里，可以通过图1中风力发电系统100实施所述风力发电方法。如图5所示，步骤510中，所述风力发电系统利用运行沿着上下方向移动设置在高层建筑物的电梯芯筒内部空间的电梯轿箱时发生的风力产生运动能量。即，所述风力发电 系统可以利用所述电梯芯筒状内部产生的风力旋转风力涡轮机产生所述运动能量。这里，所述电梯芯筒内部的上部及下部分别设置多个所述风力涡轮机，也可以在所述电梯轿箱的上部及下部分别设置多个所述风力涡轮机。所述风力涡轮机可以包括即使风力小也可以启动的小型风力涡轮机。这里，所述 风力涡轮机具备50kW以下功率，而其直径只有2. Im以下。所以，体积小，重量轻，而且噪音 相对小于大中型风力涡轮机。其次，步骤520中，所述风力发电系统将所述运动能量转换成电能。即，所述风力 发电系统可以利用风力发电机将所述运动能量转换成所述电能。这里，所述风力发电机可以在所述电梯芯筒内部与所述风力涡轮机进行物理结 合。即，所述风力发电机通过所述风力涡轮机和轴进行物理结合，从而接收所述风力涡轮机 传达的运动能量。所述风力发电机可以以一体型结构与所述风力涡轮机结合。即，可以在所述电梯 芯筒的上部及下部和所述电梯轿箱的上部及下部分别设置多个相互结合所述风力发电机 和所述风力涡轮机而成的一体型结构。再次，步骤530中，所述风力发电系统将所述电能存储到蓄电池里。这里，所述蓄 电池可以设置在控制所述风力发电机动作的风力发电站机械室的内部。最后，步骤540中，所述风力发电系统转换存储在所述蓄电池里的电能而供应到 所述高层建筑物内的电气装置(包括电梯)。即，所述风力发电系统利用逆变器应对所述电 气装置的动作电压等级转换电能的电压等级之后，供应到所述电气装置。这里，所述逆变器可以设置在控制所述风力发电机动作的风力发电站机械室的内 部。如上所述，本发明一实施例风力发电系统及方法将垂直运行高速电梯轿箱时产生 的气流(风力)使用为新型可再生能源风力发电的运动力，从而将通过所述风力发电产生 的电能供应到高层建筑物的电气装置。因此，本发明一实施例风力发电系统及方法可以使由于烟囱效应产生的高层建筑 物内部的气流(风力)达到最低点。以上详细说明了本发明的具体实施例。在不脱离本发明权利要求请求范围的情况 下可以对本发明进行各种变型和改进。本发明的权利要求请求范围并不局限在说明的实施 例，而应该根据权利要求请求范围以及等同物确定。以上根据被选定的实施例和附图详细说明了本发明，可本发明并不局限在上述实 施例。本发明所属领域技术人员都应该理解到，对于本发明的上述内容可以进行各种修改 和变型。本发明的精神应该只根据权利要求请求范围确定，其均等物或者等值变型物均应 涵盖在本发明精神范畴之内。
权利要求
一种利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统，其特征在于，所述风力发电系统包括运行沿着上下方向移动设置在高层建筑物的电梯芯筒内部空间的电梯轿箱时产生的风力带动旋转的风力涡轮机、将由于所述风力涡轮机的旋转产生的运动能量转换成电能的风力发电机以及存储所述电能的蓄电池。
2.根据权利要求1所述的利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统，其特征在于，在所述电梯芯筒的上部及下部分别设置多个所述风力涡轮机，且在所述电梯轿箱的 上部及下部分别设置多个所述风力涡轮机。
3.根据权利要求1所述的利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统，其特征 在于，所述风力涡轮机以球体状结合分别沿着Χ、γ、ζ轴方向分布的3个万向架，以利用来自 所有方向的风力进行启动，而沿着所述Y轴方向分布的万向架包括具备回转翼的陀螺风力 涡轮机。
4.根据权利要求1所述的利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统，其特征 在于，所述风力涡轮机包括即使风力小也能够启动的小型风力涡轮机。
5.根据权利要求1所述的利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统，其特征 在于，设置在所述电梯轿箱上部及下部的风力涡轮机设置在所述电梯轿箱上部及下部的外 侧部分。
6.根据权利要求1所述的利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统，其特征 在于，所述风力涡轮机和所述风力发电机在所述电梯芯筒内部相互物理结合，而所述蓄电 池设置在控制所述风力发电机动作的风力发电站机械室的内部。
7.根据权利要求1所述的利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统，其特征 在于，所述风力发电系统还包括转换存储在所述蓄电池的电能而供应到包括所述电梯在内 的所述高层建筑物内的电气装置的转换器。
8.一种利用高层建筑物高速电梯烟@效应的风力发电方法，其特征在于，所述风力发 电方法包括借助运行沿着上下方向移动设置在高层建筑物的电梯芯筒内部空间的电梯轿 箱时产生的风力产生运动能量的步骤、将所述运动能量转换成电能的步骤以及将上述电能 存储在蓄电池的步骤。
9.根据权利要求8所述的利用高层建筑物高速电梯烟 效应的风力发电方法，其特征 在于，产生所述运动能量的步骤包括利用所述风力旋转风力涡轮机而产生所述运动能量的 步骤。
10.根据权利要求8所述的利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电方法，其特 征在于，所述风力发电方法还包括转换存储在所述蓄电池的电能而供应到包括所述电梯在 内的所述高层建筑物内的电气装置的步骤。
全文摘要
本发明涉及一种利用高层建筑物高速电梯烟囱效应的风力发电系统及方法，该风力发电系统包括运行沿着上下方向移动设置在高层建筑物的电梯芯筒内部空间的电梯轿箱时产生的风力带动旋转的风力涡轮机、将由于所述风力涡轮机的旋转产生的运动能量转换成电能的风力发电机以及存储所述电能的蓄电池。
文档编号F03D9/00GK101988474SQ201010210539
公开日2011年3月23日 申请日期2010年6月22日 优先权日2009年7月29日
发明者朴圣熙 申请人:朴圣熙