[发明专利]风力发电设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于产生能量的风力发电设备，其包括轴向被流过的、可转动地支承在一根轴上的、旋转的产生涡流的聚风器，该聚风器具有环形的外壳，在其外侧在360°上分布设置有导向装置，并且该聚风器在所述轴与所述环形的外壳之间配备有成圆形分布的聚风器叶片。

背景技术

文献WO 02/057625 A1公开了上述类型的用于产生能量的风力发电设备。这种已知的装置在其外壳上配备有一涡旋发电机，但是总体上具有非常复杂的涡轮机式的结构形式。此外可以借助不同的系统来利用风力中所包含的动能。

已知的风力发电设备大多具有螺旋桨式的转轮，它们为了产生能量而沿着或逆着风向利用升力地定位取向。但是该螺旋桨式的风力发电设备具有下述缺点：其经济性特别是在低风速和在较小直径的情况下根据贝兹理论非常地小。此外普遍为人所知的是，螺旋桨式的风力发电设备产生很高的噪声级，超过了在居住区域内对于较小型家用设备的噪声级准则。螺旋桨式的转轮也需要相应的轮毂高度，因为气流的可用能量密度和其内能随着转子叶片尺寸规格的增大而在所掠过的总横截面上剧烈变化。

为了对这一点进行改进，已知的是(EP 1415089)，通过一种轴向被流过的转轮以更高的能量密度及提高的内能来输送气流，并使自然风的动能转换为电能。

所述轴向被流过的、在一个可转动地支承的轴上设有转子叶片的转轮具有一个在轴向上加速气流的导向装置。该已知的风力发电设备可以通过轴向气流有利地利用所在位置存在的风的流动分量，由此可以在贝兹理论的允许范围内通过进行加速的导向装置以更高效率利用该气流的动能，然后将其转换为电能。

同样已知的是：底部/地面的粗糙度越显著，则气流受到的制动作用越大。另一个事实在于所说的取决于位置的风剪切力，这意味着：越靠近底部/地面，则风速越小。这种情况能明显觉察：越来越靠近底部/地面，就致使强风过渡到涡流吹风，其不利地影响粗糙度长度，并且大大减少了气流的内能。关于这些条件的更为详尽的细节可以从瑞索国家实验室(Risoe National Laboratory)的风力涡轮机设计指导手册(Handbuch Guidlines for Design of Wind Turbines)中找到。

发明内容

因此本发明的目的在于：消除所述缺陷，并提供一种简单和高效的开头所述类型的风力发电设备，它以更佳的效率利用可供使用的风能并且特别是对于所有可用风速都能以更佳粗糙度长度和更高内能将风供送给被流过的、旋转的和形成涡流的聚风器。

为此，本发明提供一种用于产生能量的风力发电设备，其包括轴向被流过的、可转动地支承在一根轴上的、旋转的、形成涡流的聚风器，该聚风器具有环形的外壳，在所述环形的外壳的外侧在360°上分布设置有导向装置，并且该聚风器在所述轴与所述环形的外壳之间配备有成圆形分布的聚风器叶片，其特征在于，在所述聚风器下游设有一个安置于一根附加轴上的轴向被流过的辅助聚风器，所述聚风器和所述辅助聚风器各自支承在一个水平轴上并且用一个固定的环形罩壳包围；所述导向装置包括锯齿形的、弯曲的导向成型件，这些导向成型件生成边缘涡流，所述边缘涡流在所述环形的外壳的整个横截面上顺流而下地造成一个涡流芯。

本发明通过下述方式实现了上述目的：导向装置包括锯齿形的、弯曲的导向成型件，这些导向成型件生成边缘涡流，所述边缘涡流在环形外壳的整个横截面上顺流而下地造成一个涡流芯。尤其是，设置在外壳上的、在360°上分布的锯齿形的并且在流动方向上卷起的、弯曲的导向成型件在聚风器的后面生成边缘涡流，所述边缘涡流在导向成型件上分离。

所述边缘涡流在气流中一起流动，并由于彼此间的感应影响在下游相互螺旋形围绕地旋转并且顺流而下地形成一个涡流芯，该涡流芯在聚风器后面构成一个聚风器孔眼，该聚风器孔眼在环形外壳的整个横截面上具有强烈的负压。

在该涡流芯的内部形成了提高的流动速度，该提高的流动速度在聚风器后面导致局部压力的降低，从而由于更大的压力落差而可以提高所述旋转的聚风器的功率。

由流体技术可以知道的是，负压在邻接着远离的区域内继续延伸，因此也通过聚风器叶片提高了在所述的聚风器中的空气流动，这样也造成提高的能量功率，因为强制发生更大的通过量。