專利名稱：風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于一種能量轉(zhuǎn)換裝置，特別是指一種風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
目前，已有使用風(fēng)車及空氣壓縮機(jī)將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為壓縮空氣貯存使用，如用來(lái)發(fā)電的有美國(guó)專利第4055950；4236083及4447738即為其中數(shù)例。
風(fēng)車的設(shè)計(jì)亦有使用于風(fēng)動(dòng)輪機(jī)中，包含各種形狀的動(dòng)葉輪片及角度裝設(shè)于一整流罩內(nèi)以導(dǎo)引風(fēng)吹過(guò)葉片，如美國(guó)專利第1025428；4021135；4140433；4132499；4143992；4324985及4720640號(hào)等皆是。
上述已有技術(shù)的主要目的之一是要獲得較高的轉(zhuǎn)速，因此葉片的配置旨在使空氣流能快速通過(guò)設(shè)備，葉片的形狀及位置力求不干擾空氣流動(dòng)。
已有技術(shù)遭遇的問(wèn)題之一是在持續(xù)強(qiáng)風(fēng)吹動(dòng)時(shí)，該等設(shè)施可能急轉(zhuǎn)失控而燒毀。而在低速或間歇性風(fēng)吹時(shí)，則無(wú)法產(chǎn)生持續(xù)能量，因此需穩(wěn)定的風(fēng)速始能產(chǎn)生足夠的能量，如電力。
本發(fā)明的目的即在提供一風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)以貯存能量，如壓縮空氣。依據(jù)本發(fā)明，自低速的空氣流動(dòng)中可擷取能量，本發(fā)明的裝置及葉片配置方式可使相鄰葉片之間造成互動(dòng)，因而在低速時(shí)可產(chǎn)生轉(zhuǎn)距。本發(fā)明的裝置可收集空氣流而非使之快速通過(guò)，因而可獲取更多的能量。再者本發(fā)明的葉片形狀，位置及配置方式可防止急轉(zhuǎn)失控，亦即實(shí)質(zhì)上有制動(dòng)的效果。
本發(fā)明風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的特征在于，包括一風(fēng)動(dòng)輪機(jī)裝置；及一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與風(fēng)動(dòng)輪機(jī)連接以傳送風(fēng)動(dòng)輪機(jī)的能量到一空氣壓縮裝置；風(fēng)動(dòng)輪機(jī)包含一文管型式的覆環(huán)其內(nèi)有一轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子及覆環(huán)之間裝設(shè)多數(shù)枚葉片，至少有一葉片是以平板材料形成有一頭端子一尾端形成大致呈倒置的平底鍋狀的截面；葉片的尾端有一凸像朝向頭端；多數(shù)的葉片其位置與空氣流向風(fēng)動(dòng)輪機(jī)的方向大致呈32度；覆環(huán)有一圓筒狀尾部自文式管的尾端延伸而成；轉(zhuǎn)子與覆環(huán)形成環(huán)形圓；包括一支架及承載設(shè)備以支持風(fēng)動(dòng)輪機(jī)裝置，一可轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸與轉(zhuǎn)子連結(jié)且與之同一軸心，該心軸是自支架及承載設(shè)備延伸而出可供風(fēng)動(dòng)輪機(jī)據(jù)以旋轉(zhuǎn)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一曲柄圓盤連接心軸的另一端，曲柄圓盤上有一偏心梢樞接一連桿的一端；當(dāng)心軸驅(qū)動(dòng)曲柄圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿的另一端可作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)；其中連桿的另一端連接一空氣活塞及汽缸組合，使連桿另一端的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)可驅(qū)動(dòng)活塞在汽缸組合并隨連桿上下運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)；一承載器以支持活塞及汽缸組合并可隨連桿上下運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)；及一支撐裝置以支持風(fēng)動(dòng)輪機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可使之以支架為軸心朝風(fēng)流方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
為了進(jìn)一步了解本發(fā)明的特征及技術(shù)內(nèi)容，請(qǐng)?jiān)敿?xì)參閱以下有關(guān)發(fā)明的詳細(xì)說(shuō)明與附圖，其中
圖1是本發(fā)明實(shí)施例的前視2是根據(jù)圖1實(shí)施例的側(cè)視3是根據(jù)圖1及圖2的葉片放大截面4是根據(jù)圖1及圖2的局部放大及剖開(kāi)5是根據(jù)圖4的部份端視6是根據(jù)圖3葉片可能變化的位置7是葉片的各種可能截面8是本發(fā)明另一實(shí)施例前視9是根據(jù)圖8實(shí)施例的側(cè)視圖請(qǐng)參照?qǐng)D1及圖2依據(jù)本發(fā)明的風(fēng)動(dòng)輪機(jī)裝置10是裝設(shè)在一支架12上經(jīng)由一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)14與一空氣壓縮裝置16連接以將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為壓縮空氣。風(fēng)動(dòng)輪機(jī)裝置10的基本結(jié)構(gòu)包括一覆環(huán)18大致形成文式管形狀，有一進(jìn)氣端20，喉部22，排氣端24及尾端26。其中心部有一轉(zhuǎn)子28以裝設(shè)葉片于其四周。轉(zhuǎn)子與覆環(huán)之間形成文式管效應(yīng)，宜以金屬板如鋁板制成。轉(zhuǎn)子具有一體成型的心軸30其是裝設(shè)在風(fēng)軸31上可據(jù)以旋轉(zhuǎn)。如圖4、5所示，支架12的上端有一垂直軸72其側(cè)有一垂直凸緣33其側(cè)再焊接一水平管臂32，管臂前后端各有一軸承34、36，風(fēng)車軸31是架設(shè)于軸承34、36內(nèi)可在管臂32內(nèi)旋轉(zhuǎn)。心軸30的另一端設(shè)一曲柄圓盤38其上設(shè)一偏心梢42與一連桿40一端的孔眼44內(nèi)的軸承46相樞合，因此當(dāng)心軸30、31轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，曲柄圓盤38亦隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，因而經(jīng)由偏心梢42驅(qū)動(dòng)連桿38亦隨之轉(zhuǎn)動(dòng)，因而經(jīng)由偏心梢42驅(qū)動(dòng)連桿40作上下往覆運(yùn)動(dòng)。
連桿40的另一端經(jīng)由一管接頭48與一活塞桿50連接，再驅(qū)動(dòng)一汽缸活塞52，其另一端連接另一軸54再接一萬(wàn)向接頭56，其下接一軛58再接一固定器60其是固定在支架12上。
根據(jù)上述的構(gòu)造，當(dāng)心軸30、31轉(zhuǎn)動(dòng)而帶動(dòng)曲柄圓盤38旋轉(zhuǎn)，又驅(qū)動(dòng)連桿40作上下往覆運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞桿50亦作上下往覆運(yùn)動(dòng)，因而可上下壓縮汽缸52產(chǎn)生壓縮空氣，如圖1、4所示汽缸上一兩端各接出一氣管62、63，單向閥64、65，控制閥66、67再連通到一壓縮空氣貯氣筒70，因此因風(fēng)力吹動(dòng)風(fēng)車旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的風(fēng)能便可經(jīng)由本發(fā)明的裝置轉(zhuǎn)換成壓縮空氣貯存之。
本發(fā)明尚可做各種變化以配合各種不同情況，如偏心梢42距曲柄圓盤38中的中心距離可調(diào)大或調(diào)小使汽缸活塞位移亦隨之改變。
又顧及風(fēng)吹的方向可能改變；垂直軸7 2是可以在垂直的支持圓筒76內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，圓筒76內(nèi)設(shè)有軸承78及止推軸承80以利垂直軸72的轉(zhuǎn)動(dòng)。因此風(fēng)車尾端26的方向可隨風(fēng)向A而調(diào)整改變。當(dāng)垂直軸72轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，軛58亦以其下的支持梢59為中心而旋轉(zhuǎn)以資配合。
圖3、6、7表示葉片的構(gòu)造，其中圖3是本發(fā)明建議一實(shí)施例，其尺寸形狀如下a＝4寸，b＝11.5寸，c＝4.125寸，d＝0.562寸，角度e＝130度，f＝127度，g＝90度，使用的材料為11號(hào)鋁材，是大致為平面板材成型的，首尾兩端相對(duì)彎起如倒置的平底鍋。
葉片可以前置或后置方式設(shè)在風(fēng)動(dòng)輪機(jī)裝置10上，如圖6所示，實(shí)施顯示后置方式效果較佳。
葉片是裝設(shè)在介于覆環(huán)18及轉(zhuǎn)子28之間的喉部22。實(shí)際測(cè)試時(shí)，使用十四枚葉片于八尺風(fēng)車中，以各種不同速度測(cè)試。每?jī)擅度~片相距約一尺，角度自6到45度之間(如圖二h所示)。在36度時(shí)，需每小時(shí)七英哩的速度始能克服惰性使風(fēng)車轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦轉(zhuǎn)動(dòng)后，需風(fēng)速每小時(shí)三英哩以維持其繼續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)。當(dāng)角度增大時(shí)，臨界速度提高而轉(zhuǎn)速加快。為獲致最佳的低速效果，則葉片角度不宜過(guò)大。
理論上說(shuō)，葉片的形狀及位置宜使之捕集空氣而非使空氣自由通過(guò)。目的在造成兩種效果，第一是引起空氣動(dòng)力的提升力，第二是相鄰的葉片有助于提升力的增加。本發(fā)明使用的葉片在較小角度上時(shí)效果較使用風(fēng)車標(biāo)準(zhǔn)葉片者為佳。本發(fā)明不致因持續(xù)加速而失控，因?yàn)橄鄬?duì)風(fēng)速的改變會(huì)使沖擊角度接近零提升力的范圍，因而產(chǎn)生制動(dòng)效果。在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，本發(fā)明可獲致更多的力，即使在低速時(shí)亦然。例如在風(fēng)速為60到65mph時(shí)，最快轉(zhuǎn)速約100rpm。
另一現(xiàn)象是減少葉片數(shù)目會(huì)增加速度。增加葉片則會(huì)增加轉(zhuǎn)距但減少速度。
如圖7所示的各種葉片形狀亦在風(fēng)洞中測(cè)試。圖7J是以balsa的輕質(zhì)木材形成的一般葉片，圖7K是一般風(fēng)扇用的塑膠片，圖7L受美國(guó)專利第4655，122號(hào)所揭示的葉片；之后端附加以襟翼者；圖7N是本發(fā)明的前置式葉片，圖7P則是本發(fā)明的后置式葉片。
針對(duì)風(fēng)車轉(zhuǎn)子葉片或氣壩對(duì)氣流引起的轉(zhuǎn)矩增長(zhǎng)曾作各種實(shí)驗(yàn)，包括選擇能產(chǎn)生最大力量者，在同一壓力下空氣流速及體積的關(guān)系等。其目的在決定獲致最大力時(shí)葉片之間的空間及流速互動(dòng)關(guān)系。初步測(cè)試使用八尺風(fēng)車裝設(shè)十四枚葉片，總共選用十七種不同葉片與形式，圖7及為其中部份例。測(cè)試包括數(shù)階段，首先每枚葉片以某一特定角度裝設(shè)(自20度到35度，以5度逐漸變更之，有時(shí)包括15度)。葉片裝設(shè)力求平衡。每次加以風(fēng)速時(shí)，測(cè)量其最大提升力及角度。同時(shí)亦紀(jì)錄下列數(shù)據(jù)1.最佳位置(前置或后置形式)。
2.獲放最大力時(shí)兩相鄰葉片間的距離。
3.最大力時(shí)的葉片角度。
實(shí)驗(yàn)得知葉片間的空間安排甚為重要。葉片位置對(duì)力量亦有關(guān)。風(fēng)洞測(cè)試得知，兩葉片相互重疊安排，以后置方式，相隔的距離約為弦長(zhǎng)的70％到75％時(shí)可獲致最大力。
圖8、9顯示本發(fā)明的另一實(shí)施例，其中空氣壓縮裝置100是經(jīng)由一皮帶輪裝置162由軸心30帶動(dòng)運(yùn)作。
由上述說(shuō)明可知本發(fā)明的確提供一新穎的風(fēng)能轉(zhuǎn)換裝置可以高效率地將風(fēng)能轉(zhuǎn)換成有用的能量。大部份已知的風(fēng)力裝置是設(shè)計(jì)用來(lái)泵送水或產(chǎn)生電力。本發(fā)明則旨在壓縮空氣。空氣可無(wú)限期貯存于任何需要的地方而不會(huì)喪失能量，而電力則會(huì)逐漸漏失電能導(dǎo)致效率的損失，水則需泵引到高處以轉(zhuǎn)換成位能。尤有進(jìn)者，空氣可以任何機(jī)械速度予以壓縮，因此風(fēng)力的大小及風(fēng)車的轉(zhuǎn)速不影響本發(fā)明的運(yùn)作，而電力的產(chǎn)生需特定的頻率，因此使用本發(fā)明的風(fēng)能以轉(zhuǎn)換及貯存壓縮空氣可大為簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及運(yùn)作。
本發(fā)明的副產(chǎn)品之一是壓縮空氣過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生熱量，而此熱量可經(jīng)由熱交換器予以擷取應(yīng)用，是則經(jīng)冷卻的壓縮空氣可含有更高的單位容積能量，而產(chǎn)生的熱量可用來(lái)作其他用途如以加熱水，暖房或成為第二種能源。
權(quán)利要求
1.一種風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，包括一風(fēng)動(dòng)輪機(jī)裝置；及一傳動(dòng)機(jī)構(gòu)與風(fēng)動(dòng)輪機(jī)連接以傳送風(fēng)動(dòng)輪機(jī)的能量到一空氣壓縮裝置；風(fēng)動(dòng)輪機(jī)包含一文式管型式的覆環(huán)其內(nèi)有一轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子及覆環(huán)之間裝設(shè)多數(shù)枚葉片，至少有一葉片是以平板材料形成有一頭端子一尾端形成大致呈倒置的平底鍋狀的截面。
2.按權(quán)利要求1所述的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，其中葉片的尾端有一凸像朝向頭端。
3.按權(quán)利要求1所述的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，其中多數(shù)的葉片其位置與空氣流向風(fēng)動(dòng)輪機(jī)的方向大致呈32度。
4.按權(quán)利要求1所述的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，其中覆環(huán)有一圓筒狀尾部自文式管的尾端延伸而成。
5.按權(quán)利要求1所述的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，其中轉(zhuǎn)子與覆環(huán)形成環(huán)形圓。
6.按權(quán)利要求1所述的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，尚包括一支架及承載設(shè)備以支持風(fēng)動(dòng)輪機(jī)裝置，一可轉(zhuǎn)動(dòng)的心軸與轉(zhuǎn)子連結(jié)且與之同一軸心，該心軸是自支架及承載設(shè)備延伸而出可供風(fēng)動(dòng)輪機(jī)據(jù)以旋轉(zhuǎn)；傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括一曲柄圓盤連接心軸的另一端，曲柄圓盤上有一偏心梢樞接一連桿的一端；當(dāng)心軸驅(qū)動(dòng)曲柄圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，連桿的另一端可作上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)。
7.按權(quán)利要求6所述的風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征在于，其中連桿的另一端連接一空氣活塞及汽缸組合，使連桿另一端的上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)可驅(qū)動(dòng)活塞在汽缸組合并隨連桿上下運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)；一承載器以支持活塞及汽缸組合并可隨連桿上下運(yùn)動(dòng)及旋轉(zhuǎn)；及一支撐裝置以支持風(fēng)動(dòng)輪機(jī)及傳動(dòng)機(jī)構(gòu)可使之以支架為軸心朝風(fēng)流方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
全文摘要
本發(fā)明是一種風(fēng)能轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，包括一風(fēng)動(dòng)輪機(jī)裝設(shè)在一支持架上，風(fēng)動(dòng)輪機(jī)有一文式管狀覆環(huán)，其內(nèi)設(shè)有多數(shù)葉片于轉(zhuǎn)子與覆環(huán)之間，葉片設(shè)計(jì)成空氣翼片形狀如倒置的平底鍋截面，可以在低風(fēng)速時(shí)能產(chǎn)生大的轉(zhuǎn)距。
文檔編號(hào)F03D1/00GK1148668SQ96109030
公開(kāi)日1997年4月30日 申請(qǐng)日期1996年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1996年7月30日
發(fā)明者弗朗西斯J·麥卡比, 黃頌華 申請(qǐng)人:弗朗西斯J·麥卡比, 黃頌華