[发明专利]屋顶风力涡轮流动改进系统

说明书

屋顶风力涡轮的挑战之一是建筑物引起的湍流及上升气流，并且可能在屋顶水平上造成对风的阻塞。也就是说，更低速及更高位置的湍流的风会击中涡轮并减少功率输出。现有技术的解决方案包括升高屋顶涡轮的叶片，或使上升气流撞击叶片。创建结构将屋顶下方空气的湍流与屋顶上方迎面而来的高速线性的风分开，涡轮所在的位置，可以减少屋顶水平风流的减速，并使叶片更靠近屋顶水平，从而节省建筑物成本及屋顶的重量。将这些改进与垂直轴风力涡轮结合起来是理想态样。

交互引用相关申请文件

本申请主张2016年9月8日提交的美国临时专利申请第62/384,732号的权益。

技术领域

本发明涉及一种影响屋顶风动的方法，使得建筑物较少地干扰屋顶涡轮的动力的产生。当然，这能够应用，并且所述应用意味着可以应用于任何类似的环境，而且也可以应用于水下涡轮及海景。

背景技术

先前的研究已经注意到在屋顶上的风的湍流的问题，但大多数人已经将屋顶作为避免障碍物的解决方案，通常在屋顶表面：“根据经验，涡轮应至少比150米(500英尺)范围内的任何障碍物高9米(30英尺)：”一参考文献确定了没有解决方案的问题：“更糟糕的是，所有的障碍物、树木、其他建筑物，甚至房屋本身，都会引起风的湍流。”(http://www.engineering.corn/ElectronicsDesign/ElectronicsDesignArticles/ArticleID/9556/Rooftop-Wind-Turbines-Are-They-Worthwhile.aspx)

评论的文章，城市环境中的风力涡轮(http://www.ragheb.co/NPRE％20475％20Wind％20Power％20Svstems/Wind％20Turbines％20in％20the％20Urban％20Environment.pdf)，没有证据显示现有技术重塑建筑物的边缘或顶部。事实上，其中的图1(类似于本申请图1)显示建筑物的边缘的问题，以及目前使用的解决方案是将叶片定位在湍流的水平之上。涡轮的高度涉及大量费用并且难以获得分区许可。

文章的图12是使用管道的不同解决方案，但依赖于使用在侧面转动的水平轴涡轮仍然会产生与叶片成一定角度的风。这具有以下缺点：来自倾斜向量的功率较小，以及涡轮不平衡力的较快劣化，因此并未真正解决问题。另外，在涡轮右侧存在阻挡壁的管道的设置，大幅降低流动速度。

美国专利第US20070222225号，显示通过使用涡轮水平面上方的偏转器，具有水平轴线的涡轮及倾斜障碍物(指倾斜建筑物或倾斜屋顶)来获得所述风的结构。其中所述专利教示面向迎风面的表面。不适用于具有直边或非水平轴涡轮的建筑物。而且构造有点简单，因为没有考虑由第一图中显示的形状引起的湍流的可能性。

美国专利第US20070176431号，教示一种水平风力涡轮，放置在边缘处，以及可调节的集中器(350)，其中有配置都具有阻挡结构，无论是元件(311)还是元件(411)，以阻止下风处在返回路径上撞击叶片。这是本发明的实质性弱点，因为通过延伸外壁的高度引入更大的湍流。其中所述专利教示的是关于建筑物垂直侧的风流被动集中的非常广泛的限定。这几乎没有解决在图1A中的建筑物边缘准确地显示的问题，因而导致低速风的区域。后来将改申请为美国专利第US8257020及US7315093号。上述多个专利具体指出，在涡流内定位是本发明的一部分，并且偏转是向下的。

上述两项专利都阻挡了部分的风流。如果涡轮是垂直轴涡轮，则这种筛选将适得其反，因为会阻挡来自其他方向的风并阻挡一部分叶片。水平定向涡轮的使用具有主要缺点，即风向处理不完全与涡轮不完全对齐。目标是将流量偏转到偏转器下方的区域；而且涡轮位于偏转器下方的高度。

另一种处理上升气流的方法是由一个小型风力涡轮机制造商采用，通过水平轴涡轮并使其在屋顶边缘倾斜。然而，这不涉及建筑物的屋顶本身。另外，水平轴涡轮具有在建筑物上产生大量振动的缺点。使用所述方法的专利的一示例为美国专利第US7276809号。