风洞式涡轮发电机制造技术

本发明专利技术公开了一种风洞式涡轮发电机，其包括一具隔热性的风洞装置，风洞装置包括由前而后连续设置的进气收缩段、测试段及排气扩散段，进气收缩段的前端设有空气压缩机，空气压缩机的前端设有加热元件，测试段内设有气流涡轮机，而气流涡轮机与发电机连接。藉此，经由加热元件预先加热通过空气压缩机的空气，即能在风洞装置的测试段内形成高速的气流，驱使气流涡轮机转动，以产生电力，并同时避免气流涡轮机出口因低温而使水汽凝结，从而确保发电效果。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种风洞式涡轮发电机，其包括一具隔热性的风洞装置，风洞装置包括由前而后连续设置的进气收缩段、测试段及排气扩散段，进气收缩段的前端设有空气压缩机，空气压缩机的前端设有加热元件，测试段内设有气流涡轮机，而气流涡轮机与发电机连接。藉此，经由加热元件预先加热通过空气压缩机的空气，即能在风洞装置的测试段内形成高速的气流，驱使气流涡轮机转动，以产生电力，并同时避免气流涡轮机出口因低温而使水汽凝结，从而确保发电效果。【专利说明】
本专利技术有关一种涡轮发电机，尤指一种能以空气压缩机产生高速气流，以进行发 电的风洞式涡轮发电机。 风洞式涡轮发电机
技术介绍
近年来由于地球的石油即将面临耗尽的危机，世界各国皆不断的积极开发风力、 水力、地热或太阳能等利用天然资源以产生电力能量的方法，以此来缓减石油能源消耗的 速度。 其中，针对风力发电而言，一般是以增大风力发电涡轮机的涡轮叶片扫风面积做 为增加发电功率的努力方向，而依据发电功率的计算公式：发电功率=1/2 (涡轮有效系 数）X (空气密度）X (圆周率）X (涡轮半径)2X (风速)3,可知增加涡轮半径而使得涡轮 叶片的扫风面积增加确实可以提高发电功率。
技术实现思路
在实际应用时，涡轮半径增加得太大，相对的将使得整个风力发电涡轮机组的体 积重量加大，大幅增加制造成本。 为了解决现有技术中的上述问题，改善现有结构缺点，专利技术人积多年的经验及不 断的研发改进，提供了一种风洞式涡轮发电机。 本专利技术提供的风洞式涡轮发电机，包括一风洞装置、一空气压缩机、一气流涡轮 机、一发电机以及一加热元件。其中，该风洞装置包括一进气收缩段、一测试段及一排气扩 散段，该进气收缩段及该排气扩散段分别为收敛形及发散形，该进气收缩段较细的一端与 该测试段的前端连接，该排气扩散段较细的一端与该测试段的后端连接；该空气压缩机设 于该进气收缩段的前端；该气流涡轮机设于该测试段内；该发电机与气流涡轮机连接，供 气流涡轮机转动时进行发电；而该加热元件设于空气压缩机的前端，供预先加热通过空气 压缩机的空气。 优选地，上述风洞式涡轮发电机还包括一管，该管的后端连接进气收缩段的前端， 该管的前端连接排气扩散段的后端。 更优选地，该风洞装置及管设有至少一隔热材料，供阻隔风洞装置及管内的热量 向外散出。 更优选地，该风洞装置及管为一隔热材料制成，供阻隔风洞装置及管内的热量向 外散出。 优选地，该空气压缩机、该发电机及该气流涡轮机依序排列，且位于同一轴线上。 优选地，该加热元件具有一排热端，该排热端设于风洞装置的内部。 更优选地，该排热端包括多个并列且分别呈飞机机翼截面形状的散热叶片，该多 个散热叶片分别具有宽端及窄端，宽端是以远离空气压缩机的方向由该窄端向前延伸而 成。所述宽端与窄端是相对的，散热叶片宽端横截面的最长直径大于窄端横截面的最长直 径。 更优选地，该多个散热叶片分别由导热材料所制成，其内部中空，且各中空散热叶 片的内部相互连通 优选地，该加热元件为一热泵，该热泵还具有一排冷端，且该排冷端设于风洞装置的外 部。 与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果： 本专利技术的风洞式涡轮发电机能利用风洞装置所形成的文氏管效应，直接以空气压缩机 产生气流，再使气流加速，使高速的气流推动气流涡轮机转动，以进行发电。 本专利技术的结构在空气压缩机的前端设置加热元件，以预先加热通过空气压缩机的 空气，并使本专利技术具有隔热效果，而可使气流温度有效的提升，以提供充足的能量，从而使 高速气流驱动气流涡轮机和发电机，以输出电能，并同时避免气流涡轮机出口因低温而使 水汽凝结，从而确保发电效果。 【专利附图】【附图说明】 图1为本专利技术的第一实施例的剖面示意图。 图2为本专利技术的第二实施例的剖面示意图。 图3为本专利技术的实施例的气流涡轮机与热泵的发电系统示意图。 图4为本专利技术的实施例的压力-体积（P-V)图。 图5为本专利技术的实施例的温度-熵（T-S)图。 图6为现有燃气涡轮机的剖面示意图。 图7为第6图的燃气涡轮机的压力-体积（P-V)图。 图8为第6图的燃气涡轮机的温度-熵（T-S)图。 符号说明： 风洞式涡轮发电机1 ; 风洞装置2 ; 进气收缩段21; 测试段22; 排气扩散段23 ; 空气压缩机3 ; 发电机4; 气流涡轮机5; 加热元件6; 排热端61; 排冷端62 ; 散热叶片63 ; 管7。 【具体实施方式】 下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地 理解本专利技术并能予以实施，但所举实施例不作为对本专利技术的限定。 本专利技术是以风洞装置做为设计基础，其中，以现今的密闭式风洞装置而言，因其内 部阻力及空气压缩机的运转，将使气流持续加温，所以气流必须经过冷却降温之后，才能提 供风洞装置的测试段使用。但是，冷却系统会消耗大量的能源，而本专利技术的气流涡轮机正需 要热气流驱动，使风洞原有的缺点变成优点，且因本专利技术的风洞装置无需设置冷却系统，将 大幅减少能源浪费；而利用气流温度上升所增加的能量驱动气流涡轮机，则可提高能源效 率。 本专利技术的作用原理在于，风洞装置内的气流被热泵（Heat Pump)取自外界的 热能预热后，进入空气压缩机加温加压，再经进气收缩段增速，此高速气流常在马赫 (Mach) 0. 6-0. 9之间，通过并驱动气流涡轮机以释出能量，同时气温和流速大幅下降，气温 将低于其原来进入空气压缩机前的温度。如此一来，气流前、后温度差和速度差表示气流释 出大量内能和动能，当气流驱动气流涡轮机释出的能量大于空气压缩机和热泵压缩机二者 的消耗能量时，系统能量输出净值变为正数，以对外输出电能。 而如果空气压缩机送出的气流温度不高，当气流进入气流涡轮机再离开时，温度 可能会下降至接近零摄氏度，使气流内的水汽凝结成冰而伤害机件。为避免此种现象，即 必须提高气流温度，而提高气流温度最有效的方法就是在气流离开气流涡轮机，而回流到 空气压缩机之间，或在空气压缩机之前方以热泵（Heat Pump)预热，提高空气压缩机的进气 温度，以使风洞装置内的气流不再凝结。同时，由于热泵自外界输入的热能约为热泵压缩机 耗能的三倍（Coefficient of Performance，C0P=3)，如此一来，将会大幅增加气流内能， 转化成输出功，而提升本专利技术系统的能源效率。 请参阅图1所示，其为本专利技术风洞式涡轮发电机1的第一实施例，包括一风洞装置 2、一空气压缩机3、一发电机4、一气流润轮机5以及一加热兀件6。 该风洞装置2为连续开放式（Continuous Open-Circuit Type, C0CWT)，包括由前 而后连续设置的一进气收缩段21、一测试段22及一排气扩散段23。其中，进气收缩段21及 排气扩散段23分别为收敛形及发散形，测试段22为圆形管。进气收缩段21的前端较粗， 进气收缩段21的后端较细，该较细的后端与测试段22的前端连接，而排气扩散段23较细 的前端与测试段22的后端连接。 该空气压缩机3、发电机4及气流涡轮机5由前而后依序排列，且位于同一轴线上。 其本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种风洞式涡轮发电机，其特征在于，包括：一风洞装置，包括一进气收缩段、一测试段及一排气扩散段，该进气收缩段及该排气扩散段分别为收敛形及发散形，该进气收缩段较细的一端与该测试段的前端连接，该排气扩散段较细的一端与该测试段的后端连接；一空气压缩机，设于该进气收缩段的前端；一气流涡轮机，设于该测试段内； 一发电机，与气流涡轮机连接，供气流涡轮机转动时进行发电；以及一加热元件，设于该空气压缩机的前端，供预先加热通过该空气压缩机的空气。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：冯以张，
申请(专利权)人：冯以兴，冯以张，
类型：发明
国别省市：中国台湾;71