[發明專利]一種用于捕獲大氣垂向氣流運動動能的裝置及方法

有效

• 申請號: 201810454562.1
• 申請日: 2018-05-02
• 公開（公告）號: CN108757302B
• 公開（公告）日: 2019-12-17
• 發明（設計）人: 張剛;王德利;胡嘉琪;崔芷瑄;周曉蕊;王肇鈞
• 申請（專利權）人: 東北師范大學
• 主分類號: F03D3/00
• 分類號: F03D3/00;F03D3/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明公開了一種用于捕獲大氣垂向氣流運動動能的裝置及方法，包括捕能風扇、上螺旋臂、下螺旋臂、支撐柱、橫向連接柱、永磁體和能量轉換裝置；所述螺旋臂為上下倒放相連的兩螺旋空心管結構，為整個裝置的框架，用于依放所述捕能風扇及能量轉換裝置；所述捕能風扇是材料為碳纖維的輕質風扇，依附于所屬螺旋臂之上，用于捕獲大氣垂向氣流；所述能量轉換裝置放置于所述螺旋臂空心管內，用于將捕獲的風的動能轉換成電能；所述支撐柱是與所述螺旋臂相同材質的結構，用于支撐與固定整個裝置。本發明利用垂直氣流帶動風扇轉動所提供的動能，經過一系列步驟轉化為電能，以清潔、環保的途徑發電，對于自然大氣運動所蘊藏資源充分的利用。

技術領域

本發明涉及環境科學技術、生態修復技術領域，具體為一種用于捕獲大氣垂向氣流運動動能的裝置及方法。

背景技術

由于傳統能源，主要為化石能源，包括煤、石油、天然氣的大量使用，所排放的廢氣會帶來許多嚴重的環境污染現象，如造成酸雨、氣候變暖、光化學煙霧等各種全球性的環境問題。

現在對于新型清潔能源的開發、使用的趨勢越來越強烈，清潔能源即綠色能源，是指不排放污染物、能夠直接用于生產生活的能源，它包括核能和“可再生能源”。

可再生能源，是指原材料可以再生的能源，如水能、風能、太陽能、生物能(沼氣)、地熱能(包括地源和水源)、海潮能等能源。

清潔能源中的風能是一種易捕捉、無二次污染的能源，對于風能最成熟的利用技術是風力發電技術，原理是通過風力發電裝置將風能捕捉后，利用風力帶動裝置風車葉片旋轉，把風的動能轉變成機械能，再將機械能轉化為電能，來實現風力發電效果。

由于我國風能資源豐富，可開發利用的風能儲量約10億kW，而風能本身無公害、取之不盡用之不竭，對于風力發電技術的探索一直處于熱門話題。

風是范指大氣的水平運動，風的形成是太陽輻射到地球表面，由于地表差異所致輻射不均，所導致的氣塊的規則運動，表現為大氣氣流持續流動的結果。傳統的風力發電技術，主要是捕捉水平方向的氣流動能，主要裝置是風力發電機組，大體上可分風輪(包括尾舵)、發電機和鐵塔三部分。

自然狀態下的氣流運動，分為水平方向與垂直方向，從科學的角度來看，風常指空氣的水平運動分量，現有的風力發電裝置能夠高效的捕獲水平方向氣流流動形成的風的動能。

而除了水平方向氣流流動以外，氣流還有垂直方向的分運動，太陽輻射使地表溫度上升，接近地面的氣流受熱膨脹而上升，而熱空氣上升后，低溫的冷空氣橫向流入，上升的空氣因逐漸冷卻變重而降落，由于地表溫度較高又會加熱是空氣上升，這樣就形成了空氣的垂直對流運動，而現有的風力發電裝置并沒有對于這部分氣流進行利用。

風力發電技術目前已經發展得比較成熟，然而由于對風能捕捉效率要求較高，傳統風力發電裝置大多需要設置在平原、高原等障礙少、風能資源高的地區，風車裝置較大型，整體運行占地面積很大，并且局限于對于水平氣流的捕捉。

鑒于以上所述大氣氣流運動原理情況以及現有風力發電僅僅開發利用水平風能資源的現狀，如果能夠設置出一類捕捉大氣垂直方向氣流運動動能的裝置，并且該裝置捕獲氣流的動能不受到過多地形限制、占地面積不過大，那么對于大氣氣流動能發電這種清潔能源的開發應用將會更加全面和充分，原理上分析，該種資源的利用“零排放”，不會對環境造成二次污染。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于捕獲大氣垂向氣流運動動能的裝置及方法，利用垂直氣流帶動風扇轉動所提供的動能，經過一系列步驟轉化為電能，以清潔、環保的途徑發電，對于自然大氣運動所蘊藏資源充分的利用，以解決上述背景技術中已有風力發電裝置體型較大、整體運行占地面積大、受地形限制、對于垂直氣流沒有設置捕捉等不足的問題。