本發(fā)明涉及新能源發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種基于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電方法及裝置。

背景技術(shù)：

目前，通過外接電線給道路照明、交通指示燈等供電是市場(chǎng)的主流，但是其安全隱患較大，人們的生活環(huán)境在不斷變化的情況下，如道路改造、景觀工程的施工，供電不正常，水煤氣管道的交叉施工等都帶來(lái)了諸多隱患。在此基礎(chǔ)上，新能源發(fā)電裝置和方法(如太陽(yáng)能發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)光互補(bǔ)發(fā)電等)得到了快速的發(fā)展和應(yīng)用。和傳統(tǒng)的外接電線供電相比，新能源發(fā)電裝置電壓穩(wěn)定，運(yùn)行可靠，不存在安全隱患，安裝時(shí)不用輔設(shè)復(fù)雜線路，不需消耗大量人力、物力，由于線路簡(jiǎn)便，不產(chǎn)生維護(hù)費(fèi)用，不產(chǎn)生昂貴電費(fèi)，可省去市電電費(fèi)高昂，線路復(fù)雜，需長(zhǎng)期不間斷的對(duì)線路進(jìn)行檢修等問題。

煙囪效應(yīng)是指如果煙囪底部的空氣溫度高于煙囪頂部的煙囪口的空氣溫度，則煙囪中的空氣上升，煙囪發(fā)電是利用煙囪效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電，它的發(fā)電過程不完全依賴于風(fēng)力的大小和強(qiáng)弱，在有風(fēng)和無(wú)風(fēng)狀態(tài)下都能持續(xù)不斷地利用上升的氣流發(fā)電。許多公共服務(wù)設(shè)備(如LED高桿燈、道路燈、交通信號(hào)燈、監(jiān)控桿、新款異形管路燈、造型景觀燈、庭院燈等)都具有形成煙囪效應(yīng)的塔桿結(jié)構(gòu)。目前，塔桿主要可分為三類：1、不銹鋼塔桿，我國(guó)采取的方式是進(jìn)行熱鍍鋅表面處理，大多應(yīng)用于庭院，小區(qū)，園區(qū)等場(chǎng)所；2、鐵質(zhì)塔桿：我國(guó)大部分是這種塔桿，只是表面做一下噴涂(刷漆或噴粉處理)，壽命是3～5年，一般道路照明主要使用鐵質(zhì)燈桿；3、鋁合金塔桿：高強(qiáng)度鋁合金制造，強(qiáng)度高，耐腐蝕性好。但是，這三種塔桿一般成本高、重量大，不利于運(yùn)輸和安裝，因此，若能利用強(qiáng)度高、耐腐蝕性好的高分子材料及其復(fù)合材料制造塔桿，不僅成本低、加工制造工藝簡(jiǎn)單，而且質(zhì)量輕，便于運(yùn)輸和安裝，對(duì)新能源發(fā)電裝置輕量化的推廣和應(yīng)用具有重要意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電方法，該方法利用塔桿結(jié)構(gòu)形成煙囪效應(yīng)，通過人造風(fēng)和自然風(fēng)耦合發(fā)電，發(fā)電不完全依賴于風(fēng)力的大小和強(qiáng)弱，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，發(fā)電穩(wěn)定。

本發(fā)明的另一目的在于提供一種用于上述方法的基于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置。

本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電方法，具體為：先架空聚合物中空塔桿的底部，建立由下而上的鉛錘風(fēng)道，利用聚合物中空塔桿吸收太陽(yáng)光，加熱聚合物中空塔桿內(nèi)部的空氣，使聚合物中空塔桿內(nèi)部的空氣產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，上升的熱氣流經(jīng)過設(shè)于聚合物中空塔桿內(nèi)部的風(fēng)力渦輪機(jī)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，通過蓄電池和控制器向負(fù)載供電，多余的電能通過控制器儲(chǔ)存于蓄電池中。

所述聚合物中空塔桿的表面涂有太陽(yáng)光選擇吸收層，或者聚合物中空塔桿的原料中含有對(duì)太陽(yáng)光具有選擇吸收性的功能粉體。

所述太陽(yáng)光選擇吸收層的材料為碳納米管、過渡金屬、過渡金屬氧化物、硫化物、氮化物或過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物中的一種或多種；功能粉體為碳納米管、過渡金屬、過渡金屬氧化物、硫化物、氮化物或過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物中的一種或多種的粉狀材料。

所述聚合物中空塔桿中，當(dāng)風(fēng)力不足以發(fā)電供負(fù)載使用時(shí)，通過蓄電池供電給負(fù)載，從而實(shí)現(xiàn)負(fù)載持續(xù)使用。

一種用于實(shí)現(xiàn)上述方法的基于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置，包括聚合物中空塔桿、風(fēng)力渦輪機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池、控制器、出風(fēng)渦輪和底座，聚合物中空塔桿安裝于底座上，底座上設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝于底座上并位于聚合物中空塔桿內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入端設(shè)有傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸上設(shè)置風(fēng)力渦輪機(jī)，底座上還設(shè)有控制箱，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、控制器和蓄電池設(shè)于控制箱內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過控制器與蓄電池連接，蓄電池與負(fù)載連接，聚合物中空塔桿頂部還設(shè)有出風(fēng)渦輪，出風(fēng)渦輪上設(shè)有出風(fēng)口。其中，出風(fēng)渦輪除了用于出風(fēng)，使聚合物中空塔桿內(nèi)部形成由下至上的鉛垂風(fēng)道外，也起到了防止雨雪進(jìn)入聚合物中空塔桿內(nèi)部，對(duì)其內(nèi)部各部件起保護(hù)作用。

所述聚合物中空塔桿內(nèi)部形成由下至上的鉛垂風(fēng)道，鉛錘風(fēng)道呈漸收型、平直型或漸擴(kuò)型。

所述負(fù)載為路燈或交通信號(hào)燈。

所述風(fēng)力渦輪機(jī)包括多個(gè)輪葉，各輪葉在傳動(dòng)軸上由上至下均勻分布，各輪葉的外側(cè)邊沿靠近于聚合物中空塔桿的內(nèi)壁。

所述底座包括相連接的上安裝部和下安裝部，上安裝部呈倒置的漏斗狀結(jié)構(gòu)，下安裝部呈法蘭狀結(jié)構(gòu)，上安裝部和下安裝部的相接處設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，聚合物中空塔桿的底部穿過上安裝部后，固定安裝于下安裝部上。根據(jù)實(shí)際需要，還可在底座下方安裝工業(yè)腳輪，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)風(fēng)力發(fā)電裝置的移動(dòng)，非常適用于海島、偏遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)村等地區(qū)及道路維修、施工工地等場(chǎng)所。另外，還可在控制箱上開設(shè)檢修門，以便工作人員隨時(shí)進(jìn)行檢修或維護(hù)。

所述聚合物中空塔桿、出風(fēng)渦輪和底座的材料均采用強(qiáng)度高、耐候性好的高分子材料及其復(fù)合材料，如PBT、PA、PET、PC、尼龍玻纖復(fù)合材料或聚丙烯玻纖復(fù)合材料中的一種。

上述于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置使用時(shí)，其原理是：利用聚合物中空塔桿內(nèi)部形成的鉛垂風(fēng)道，使其內(nèi)部空氣由下至上流動(dòng)，同時(shí)利用聚合物中空塔桿吸收太陽(yáng)光，加熱聚合物中空塔桿內(nèi)部的空氣，使聚合物中空塔桿內(nèi)部的空氣產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，上升的熱氣流經(jīng)過設(shè)于聚合物中空塔桿內(nèi)部的風(fēng)力渦輪機(jī)時(shí)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，通過蓄電池和控制器向負(fù)載供電，多余的電能通過控制器儲(chǔ)存于蓄電池中。該過程通過人造風(fēng)(即通過煙囪效應(yīng)所形成的風(fēng))和自然風(fēng)(即外界環(huán)境的風(fēng)力)耦合發(fā)電，發(fā)電不完全依賴于自然風(fēng)的大小和強(qiáng)弱，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，發(fā)電穩(wěn)定。

本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有以下有益效果：

1、本聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電方法及裝置利用了LED高桿燈、道路燈、交通信號(hào)燈等的塔桿結(jié)構(gòu)形成煙囪效應(yīng)，通過人造風(fēng)和自然風(fēng)耦合發(fā)電，發(fā)電不完全依賴于風(fēng)力的大小和強(qiáng)弱，環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)，發(fā)電穩(wěn)定。

2、本聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置利用強(qiáng)度高、耐候性好的高分子材料或其復(fù)合材料代替?zhèn)鹘y(tǒng)的不銹鋼、鐵和鋁合金等材料制造塔桿，其加工成本低、質(zhì)量輕，有利于實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電裝置的輕量化。

3、本聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置的各部件均安裝于中空塔桿內(nèi)部，解決了現(xiàn)有新能源發(fā)電裝置需要進(jìn)行電池組件支架或風(fēng)力組件支架的抗風(fēng)設(shè)計(jì)問題，結(jié)構(gòu)安全可靠。

附圖說(shuō)明

圖1為本聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置應(yīng)用于路燈時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置應(yīng)用于交通信號(hào)燈時(shí)的結(jié)構(gòu)示意圖。

上述各圖中，1為出風(fēng)渦輪，2為聚合物中空塔桿，3為風(fēng)力渦輪機(jī)，4為傳動(dòng)軸，5為控制箱，6為風(fēng)力發(fā)電機(jī)，7為底座，8為負(fù)載，9為進(jìn)風(fēng)口，10為出風(fēng)口。控制器和蓄電池在圖中未示出。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式不限于此。

實(shí)施例1

本實(shí)施例一種基于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置，應(yīng)用于道路照明用的LED燈具，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

基于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置包括聚合物中空塔桿、風(fēng)力渦輪機(jī)、風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池、控制器、出風(fēng)渦輪和底座，聚合物中空塔桿安裝于底座上，底座上設(shè)有進(jìn)風(fēng)口，風(fēng)力發(fā)電機(jī)安裝于底座上并位于聚合物中空塔桿內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的輸入端設(shè)有傳動(dòng)軸，傳動(dòng)軸上設(shè)置風(fēng)力渦輪機(jī)，底座上還設(shè)有控制箱，風(fēng)力發(fā)電機(jī)、控制器和蓄電池設(shè)于控制箱內(nèi)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過控制器與蓄電池連接，蓄電池與負(fù)載連接，聚合物中空塔桿頂部還設(shè)有出風(fēng)渦輪，出風(fēng)渦輪上設(shè)有出風(fēng)口。其中，出風(fēng)渦輪除了用于出風(fēng)，使聚合物中空塔桿內(nèi)部形成由下至上的鉛垂風(fēng)道外，也起到了防止雨雪進(jìn)入聚合物中空塔桿內(nèi)部，對(duì)其內(nèi)部各部件起保護(hù)作用。其中，聚合物中空塔桿、出風(fēng)渦輪和底座均采用強(qiáng)度高、耐候性好的高分子材料或其復(fù)合材料制造而成。

聚合物中空塔桿的表面涂有太陽(yáng)光選擇吸收層，或者在制造聚合物中空塔桿的材料中加入對(duì)太陽(yáng)光具有選擇吸收性的功能粉體，用以吸收太陽(yáng)光加熱聚合物中空塔桿內(nèi)部的空氣，其中，太陽(yáng)光選擇吸收層的材料為碳納米管、過渡金屬、過渡金屬氧化物、硫化物、氮化物或過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物中的一種或多種；功能粉體為碳納米管、過渡金屬、過渡金屬氧化物、硫化物、氮化物或過渡金屬?gòu)?fù)合氧化物中的一種或多種的粉狀材料。

中空塔桿根據(jù)需要可以采用漸收型、平直型、漸擴(kuò)型等形狀。如圖1所示，本實(shí)施例采用平直型。

風(fēng)力渦輪機(jī)固定安裝于聚合物中空塔桿的內(nèi)部，其輸出端通過傳動(dòng)軸與底座上方的風(fēng)力發(fā)電機(jī)相接。

風(fēng)力發(fā)電機(jī)、蓄電池和控制器安裝于底座上方(即聚合物中空塔桿底部)的控制箱內(nèi)，控制箱上設(shè)有檢修門以便于后期的檢修和維護(hù)。

根據(jù)需要可以在底座的下方安裝工業(yè)腳輪，能實(shí)現(xiàn)路燈的移動(dòng)，非常適用于海島、偏遠(yuǎn)山區(qū)、農(nóng)村等地區(qū)及道路維修、施工工地等場(chǎng)所。

本實(shí)施例利用上述基于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置連接LED燈具用于道路照明的方法為：通過架空聚合物中空塔桿的底部建立由下而上的鉛垂風(fēng)道，利用聚合物中空塔桿中的太陽(yáng)光選擇吸收層或?qū)μ?yáng)光具有選擇吸收性的功能粉體吸收太陽(yáng)光，加熱聚合物中空塔桿內(nèi)部的空氣，產(chǎn)生煙囪效應(yīng)，上升的熱氣流通過塔桿內(nèi)部的風(fēng)力渦輪機(jī)，將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，再通過傳動(dòng)軸帶動(dòng)塔桿底部的風(fēng)力發(fā)電機(jī)旋轉(zhuǎn)發(fā)電，將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能，通過蓄電池和控制器向LED燈具供電，多余的電能通過控制器儲(chǔ)存于蓄電池中。當(dāng)聚合物中空塔桿內(nèi)部的風(fēng)力不足以發(fā)電供LED燈具發(fā)光照明時(shí)，利用控制器控制蓄電池對(duì)LED燈具供電，從而實(shí)現(xiàn)路燈的持續(xù)使用。

實(shí)施例2

本實(shí)施例一種基于聚合物中空塔桿的風(fēng)力發(fā)電裝置，應(yīng)用于交通信號(hào)燈上，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。與實(shí)施例1相比較，其不同之處在于，交通信號(hào)燈的中空塔桿固定安裝于道路旁，或者在底座上安裝工業(yè)腳輪用于道路維修或交通擁堵時(shí)段，無(wú)需外接電源，實(shí)現(xiàn)在有風(fēng)和無(wú)風(fēng)條件下交通信號(hào)燈均能持續(xù)使用。

如上所述，便可較好地實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，上述實(shí)施例僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非用來(lái)限定本發(fā)明的實(shí)施范圍；即凡依本發(fā)明內(nèi)容所作的均等變化與修飾，都為本發(fā)明權(quán)利要求所要求保護(hù)的范圍所涵蓋。