專利名稱：風洞式氣流渦輪發電機的制作方法
技術領域：
本發明是有關一種渦輪機發電機，尤指一種能以風機產生氣流，再使氣流加速后，以進行發電的風洞式氣流渦輪發電機。
背景技術：
近年來由于地球的石油即將面臨耗盡的危機，世界各國皆不斷的積極開發風力、水力、地熱或太陽能等利用天然資源以產生電力能量的方法，以此來緩減石油能源消耗的速度。其中，針對風力發電而言，一般是以增大風力發電渦輪機的渦輪葉片掃風面積做 為增加發電功率的努力方向，而依據發電功率的計算公式發電功率=1/2(渦輪有效系數)X (空氣密度)X (圓周率)X (渦輪半徑)2X (風速)3，可知增加渦輪半徑而使得渦輪葉片的掃風面積增加確實可以提高發電功率。只是，在實際應用時，渦輪半徑增加得太大，相對的將使得整個風力發電渦輪機組的體積重量加大，大幅增加制造成本。有鑒于此，為了改善上述之缺點，使風洞式氣流渦輪發電機不但能在不使用風力的狀態下，利用高速的氣流以進行發電，且可減少發電渦輪機的體積重量，發明人積多年的經驗及不斷的研發改進，遂有本發明之產生。
發明內容
本發明之主要目的在提供一種能利用風洞裝置所形成的文氏管效應，使高速的氣流推動氣流渦輪機轉動，以進行發電的風洞式氣流渦輪發電機。本發明之次要目的在提供一種能直接以風機產生氣流，再使氣流加速，以進行發電的風洞式氣流渦輪發電機。本發明之又一目的在提供一種能將風洞裝置直接容納在一容器內，以方便使用者攜帶的風洞式氣流渦輪發電機。本發明之再一目的在提供一種能在有風狀態時，以風力渦輪機驅使風機轉動，讓風機產生氣流，再使氣流加速，以進行發電的風洞式氣流渦輪發電機。為達上述發明之目的，本發明所設的風洞式氣流渦輪發電機是包括一風洞裝置、一驅動馬達、一氣流渦輪機以及一發電機。其中，該風洞裝置包括一測試段，測試段的前端設有一進氣收縮管，測試段的后端設有一排氣擴散管；該連續設置的進氣收縮管、測試段及排氣擴散管內的氣流是以風機進行強制導引，且進氣收縮管的前端設有整流器，供整理進氣成為層流。該驅動馬達分別與風機及電源連接，以提供風機初始轉動之動力；該氣流渦輪機是設于風洞裝置的測試段內；而該發電機是與氣流渦輪機連接，供氣流渦輪機轉動時進行發電。實施時，進氣收縮管及排氣擴散管分別為錐形管，進氣收縮管較細的一端與測試段的前端連接，而排氣擴散管較細的一端與測試段的后端連接。實施時，該風機是設于進氣收縮管的前端，所述的風機亦可設于排氣擴散管的后端，同樣可以強制導引氣流通過測試段內的氣流渦輪機，以進行發電。實施時，該整流器是呈蜂巢狀。實施時，該風洞裝置亦可為連續閉合式，亦即進氣收縮管的前端與排氣擴散管的后端連通，以形成連續循環的氣流。實施時，本發明更包括一容器，供容納風洞裝置于其中。實施時，本發明更包括一風力渦輪機，其是與風機連接，以驅使風機轉動。實施時，更包括一控制器，該控制器分別與該電源、驅動馬達及發電機呈電連接，能在發該電機達到預定的輸出電力后，中斷電源輸出電力給驅動馬達。為便于對本發明能有更深入的了解，茲詳述于后
圖I為本發明的第一實施例的剖面示意圖。圖2為本發明的第一實施例的使用狀態圖。圖3為本發明的第二實施例的剖面示意圖。圖4為本發明的第三實施例的使用狀態圖。圖5為本發明的第四實施例的剖面示意圖。圖6為本發明的第五實施例的剖面示意圖。主要元件符號說明
風洞式氣流渦輪發電機I 風洞裝置2 進氣收縮管21加熱器211 測試段22排氣擴散管23 邊界層吸出器231熱交換器232 整流器3風機4 氣流渦輪機5傳動裝置51 發電機6驅動馬達7 控制器8電源9 容器91加速裝置92 風力渦輪機9具體實施例方式請參閱圖I所示，其為本發明風洞式氣流渦輪發電機I的第一實施例，是包括一風洞裝置2、一整流器3、一風機4、一氣流渦輪機5、一發電機6、一驅動馬達7以及一控制器8。
該風洞裝置2為連續開放式(Continuous Open-Circuit Type, C0CWT),包括由前而后連續設置的一進氣收縮管21、一測試段22及一排氣擴散管23。其中，進氣收縮管21及排氣擴散管23分別為錐形管，且進氣收縮管21的前端較粗，進氣收縮管21的前端內設有蜂巢狀的整流器3，進氣收縮管21的后端較細，該較細的一端是與測試段22的前端連接。而排氣擴散管23較細的前端是與測試段22的后端連接，排氣擴散管23較粗的后端內設置一風機4。該測試段22為圓形管，該氣流渦輪機5是同軸定位在測試段22內，而發電機6是設于測試段22的外部，且該氣流渦輪機5經由一傳動裝置51以與發電機6連接。實施時，該傳動裝置51為一齒輪變速箱,該齒輪變速箱為數個具不同齒數的齒輪所組成，以借助不同齒數比降低輸出轉速。所述的傳動裝置51亦可為數個具不同直徑的皮帶輪以皮帶連接而成，同樣可以在氣流渦輪機5轉動時，傳送動力給發電機6。另，該發電機6亦可同軸連接在氣流渦輪機5的后端，同樣可讓發電機6發電。該驅動馬達7是同軸固定在風機4的后端，以供電源9導通時，以驅動馬達7帶動風機4轉動，使風洞裝置2內形成由前端向后端流動的氣流。實施時，該驅動馬達7亦可與風機4分離，并經由間接連動的減速裝置使風機4轉動。而該控制器8是分別與電源9、驅動馬達7及發電機6呈電連接。 借此，如圖2所示，當電源9導通使驅動馬達7轉動，以提供風機4初始轉動之動力時，即可在風洞裝置2內形成強制導引的氣流，讓氣流由風洞裝置2的前端向后端的方向流動；借助進氣收縮管21前端的整流器3的整流作用，即可整理進氣成為順暢的層流；而借助文氏管效應，則可使氣流在風洞裝置2的測試段22內高速流動，以推動氣流渦輪機5的葉片轉動，并帶動發電機6進行發電。此時，當發電機6持續發電，并達到控制器8所預先設定的輸出電力后，在控制器8的控制下，即會中斷電源9的輸出，改由發電機6提供給驅動馬達7持續運轉的電力。而由于發電機6運轉所產生的電力遠大于提供給驅動馬達7持續運轉的電力，因此，多余的電力部份即可向外輸出。實施時，該電源9為電池組，所述的電源9亦可為輔助交流發電機組(ACAuxiliary Power Unit);該發電機6亦可以一機兩用的起動發電機(Starter/Generator)取代。而該風機4亦可設置于進氣收縮管21的前端，同樣可以具有強制導引氣流的作用。在上述結構中，根據空氣動力學的原理,定量空氣以等熵流動(Isentropic Flow,無熱能進出)通過本發明的測試段22內的氣流渦輪機5時，其能量關系表示如下mCPT+l/2mV2 = Constantm:定量空氣的質量Cp 定量空氣的等壓比熱T :定量空氣的絕對溫度V:定量空氣的流速mCpT:定量空氣的內能l/2mV2 :定量空氣的動能在O 30°C的常溫下，上述定量空氣的內能約為其動能之數百倍，而在實驗顯示定量空氣通過本發明的氣流渦輪機5后，空氣溫度會略微下降，表示其所含內能部份轉化為氣流渦輪機5的葉片轉動的動能，因此符合能量不滅定率。
請參閱圖3所示，其為本發明風洞式氣流渦輪發電機I的第二實施例，其中，該氣流渦輪機5后端的排氣擴散管23的內壁上是設有一邊界層吸出器(Boundary LayerSucker)231，借以吸出因受氣流渦輪機5的葉片攪亂而貼住或靠近排氣擴散管23內壁的氣流邊界層，使氣流向后順暢流動。該進氣收縮管21的前端內部設有一加熱器211，借以在進入進氣收縮管21內的溫度過低時，對通過進氣收縮管21的氣流加熱，以防止氣流降至0°C以下水氣結冰，而造成氣流渦輪機5的葉片損壞。實施時，該加熱器211亦可設置在整流器3的內部，同樣可以對通過進氣收縮管21的氣流加熱。另，該排氣擴散管23的外周緣是套接一熱交換器232，借以在通過測試段22內的氣流溫度下降并通過排氣擴散管23的內部時，提供外界管路的熱交換使用。請參閱圖4所示，其為本發明風洞式氣流渦輪發電機I的第三實施例，其與第一實施例不同之處在于第一實施例的風洞裝置2為連續開放式，而本實施例的風洞裝置2為連續閉合式(Continuous Closed-Circuit Type, CCCWT),亦即，本實施例的進氣收縮管21的前端是與排氣擴散管23的后端連通，以形成氣流的循環管路。
請參閱圖5所示，其為本發明風洞式氣流渦輪發電機I的第四實施例，其中，該風洞裝置2、整流器3、風機4、氣流渦輪機5、發電機6、驅動馬達7及控制器8皆以微型化，以供容納于一容器91內。借此，當本發明置放于室外時，可以獨立供電，而置放于室內時，則可取代一般的電力。請參閱圖6所示，其為本發明風洞式氣流渦輪發電機I的第五實施例，其中，該風機4的后方是連接一加速裝置92，該加速裝置92的后端連接一風力渦輪機93。實施時，該加速裝置92為一齒輪變速箱，該齒輪變速箱為數個具不同齒數的齒輪所組成，以借助不同齒數比提高輸出轉速。所述的加速裝置92亦可為數個具不同直徑的皮帶輪以皮帶連接而成，同樣可以在風力渦輪機93轉動時，經由加速裝置92提高風機4的轉動速率。此時，當風力渦輪機93因風力轉動，控制器8即會中斷電源9的輸出，以停止驅動馬達7輸出動力給風機4。但風機4仍可以經由風力渦輪機93的驅動，迫使空氣由進氣收縮管21的前端加速通過排氣擴散管23，從而使發電機6持續發電，讓發電機6所產生的電力完全向外輸出。請參閱下表所示，為世界著名的連續穿音速風洞(Continuous Transonic WindTunnels, TffT)的測試段的各項數據。
權利要求
1.一種風洞式氣流渦輪發電機，其特征在于，其包括 一個風洞裝置，包括一個測試段，該測試段的前端形成ー個進氣收縮管，該測試段的后端形成ー個排氣擴散管，該連續設置的進氣收縮管、測試段及排氣擴散管內的氣流是以風機進行強制導引，且該進氣收縮管的前端是設有ー個供整理進氣成為層流的整流器；ー個驅動馬達，分別與風機及電源連接以提供風機初始轉動之動カ； ー個氣流渦輪機，設于風洞裝置的測試段內；以及 一個發電機，與氣流渦輪機連接以供氣流渦輪機轉動時進行發電。
2.根據權利要求I所述的風洞式氣流渦輪發電機，其特征在于，該進氣收縮管及排氣擴散管是分別為錐形管，該進氣收縮管較細的一端是與測試段的前端連接，而排氣擴散管較細的一端是與測試段的后端連接。
3.根據權利要求I或2所述的風洞式氣流渦輪發電機，其特征在于，該風機設于進氣收 縮管的前端。
4.根據權利要求I或2所述的風洞式氣流渦輪發電機，其特征在于，該風機設于排氣擴散管的后端。
5.根據權利要求I或2所述的風洞式氣流渦輪發電機，其特征在于，該整流器呈蜂巢狀。
6.根據權利要求I或2所述的風洞式氣流渦輪發電機，其特征在干，該進氣收縮管的前端與排氣擴散管的后端連通。
7.根據權利要求I或2所述的風洞式氣流渦輪發電機，其特征在干，該排氣擴散管的外周緣套接ー個熱交換器。
8.根據權利要求I或2所述的風洞式氣流渦輪發電機，其特征在于，更包括ー個容器，供容納風洞裝置于其中。
9.根據權利要求I或2所述的風洞式氣流渦輪發電機，其特征在于，更包括一個控制器，該控制器分別與該電源、驅動馬達及發電機呈電連接，能在發該電機達到預定的輸出電力后，中斷給驅動馬達的電源輸出電力。
10.根據權利要求I或2所述的風洞式氣流渦輪發電機，其特征在于，更包括一個風カ渦輪機，與風機連接，以驅使風機轉動。
全文摘要
一種風洞式氣流渦輪發電機，包括一風洞裝置，風洞裝置包括由前而后連續設置的進氣收縮管、測試段及排氣擴散管，且進氣收縮管的前端或排氣擴散管的后端設有一風機，該風機與驅動馬達連接；另，該測試段內設有氣流渦輪機，氣流渦輪機與發電機連接。借此，當電源導通以使驅動馬達帶動風機轉動后，即會在風洞裝置的測試段內形成高速的氣流，驅使氣流渦輪機轉動，以產生電力，而該發電機所產生的所有電力，除了一部份是提供給驅動馬達持續運轉使用之外，多出的電力即能向外輸出。
文檔編號F03D1/04GK102828911SQ20111015697
公開日2012年12月19日 申請日期2011年6月13日 優先權日2011年6月13日
發明者馮以張 申請人:馮以張, 桑天佑