一种高空风力发电漂浮体及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种高空风力发电漂浮体及其制备方法，以及利用其制作的漂浮体及其使用方法，属于高空风力发电技术领域。

背景技术

目前，高空风力发电所用漂浮器一般是采用具有金属框架结构的气球作为浮体，气球内填充氦气，尽管在整个宇宙中，氦元素的质量总数仅次于氢元素，是排名第二的元素，但是，氦气在地球的含量极少，1000000升的空气中，有5.2升氦气，以目前的技术而言，不具备工业提取价值，从空气中提取氦气，成本可能比等体积的黄金还要贵，目前提取氦气的技术是从富含氦气的天然气中提取氦气，因此，氦气属于不可再生资源，而氦气在航天工业、导弹武器工业、低温超导研究、半导体生产等方面都具有重要用途，因此，减少氦气的使用对未来可持续发展具有重要意义。

发明内容

本发明的目的在于：提供一种高空风力发电漂浮体及其制备方法，以解决现有高空风力发电一般都是采用填充有氦气的类似气球结构的漂浮器，对不可再生资源氦气的需求非常大，不利与可持续发展的问题。

为解决上述问题，拟采用这样一种高空风力发电漂浮体，包括框架本体，框架本体是由碳纤维杆拼装而成的平面或曲面框架，或由碳纤维网组成的平面或曲面网状框架，框架本体的单侧或两侧设置有泡沫，且泡沫为内部中空的气密性泡沫，泡沫内部填充有氢气或氦气，且所述框架结构受到的浮力小于等于所受到的重力。

前述高空风力发电框架结构中，所述由碳纤维杆或碳纤维网组成的框架本体内及两侧均填充有泡沫。

前述高空风力发电框架结构中，所述泡沫与框架本体为一体式发泡成型，且碳纤维网位于泡沫的中层。

本发明还提供了所述高空风力发电框架结构的制备方法，该方法是先将框架本体制作成型，再将框架本体平放于泡沫成型模具中，在泡沫成型模具中发泡，使泡沫成型即与框架本体为一体式结构，

发泡前，使框架本体位于泡沫成型模具的中间层，以使发泡后，框架本体位于泡沫的中部，即框架本体的两侧均具有泡沫，提高泡沫比例，从而提高漂浮体受到的浮力与自重的比例。

本发明还提供了一种由所述高空风力发电框架结构组成的漂浮体，该漂浮体是由单个框架本体构成或多个框架本体拼装而成的飞机状、风筝状或降落伞状结构，且漂浮体上框架本体的单侧或两侧设置有泡沫。

前述漂浮体中，框架本体为长条状结构，且框架本体一端的下侧为向内侧倾斜的斜面结构，框架本体另一端的下侧开设有凹槽，风力发电机吊设固定于框架本体下侧的凹槽处，框架本体内填充泡沫，所述漂浮体由多个框架本体沿宽度方向依次并排拼装而成。

前述漂浮体是由单个框架本体构成的飞机状、风筝状或降落伞状结构，且所述飞机状、风筝状或降落伞状结构下侧的中部、相对两侧和前端均连接有牵引绳，牵引绳的牵引端均位于地面，通过地面控制牵引绳的收放以根据需要控制漂浮体的升降及回收和释放。

漂浮体的上方分布设置有至少三个或四个螺旋桨，以启动螺旋桨能够维持漂浮体稳定上浮为准，螺旋桨的固定端固定于框架本体的碳纤维杆或碳纤维网上，螺旋桨均传动连接有驱动电机，且驱动电机连接有电源，驱动电机的控制端设置于地面。

本发明还提供一种所述漂浮体的使用方法，首先，测量漂浮体设定发电高度范围的高空风速，当风速达到设定值时，该设定值至少是在该设定值风速下，漂浮体及固定于漂浮体上的附属装置能够稳定漂浮在设定发电高度范围，即漂浮体及固定于漂浮体上的附属装置受到的浮力和风力的竖向分力大于等于自身重力，通过牵引绳的牵引力稳定漂浮，所述附属装置包括螺旋桨、风力发电机，启动螺旋桨使漂浮体稳定升空，同时缓慢释放牵引绳，控制漂浮体升空的稳定，当漂浮体升到设定发电高度范围并稳定后，关闭螺旋桨，使漂浮体稳定漂浮于高空，通过漂浮体上附带的风力发电机发电即可，发出的电能再通过电线传输至地面基站。

与现有技术相比，本发明利用碳纤维杆或碳纤维网与泡沫组合成一体化结构制作高空风力发电漂浮体的框架结构，以替代现有的充入氦气的气球作为高空风力发电的漂浮体，从而避免对氦气这种用处较大的不可再生资源的依赖，本发明主要适用于100-150米高空使用。

附图说明

图1是本发明所述漂浮体(飞机状)的立体结构示意图；

图2是框架本体位于泡沫中层的剖面示意图；

图3是驱动电机的控制原理图；

图4是实施例3所述漂浮体；

图5是图4中安装风力发电机后的结构示意图；

图6是图5的正面示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将参照附图对本发明作进一步的详细说明，应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本实施例提供一种高空风力发电漂浮体，主要应用于100-150m高空，包括框架本体1，框架本体1是由碳纤维杆拼装而成的平面框架，框架本体1的两侧设置有泡沫2，泡沫2与框架本体1为一体式发泡成型，且碳纤维网位于泡沫2的中层，泡沫2为内部中空的气密性泡沫，泡沫2内部填充有氢气或氦气，且所述框架结构受到的浮力小于等于所受到的重力。

具体制备时，先将框架本体1制作成型，再将框架本体1平放于泡沫成型模具中，泡沫成型模具可根据所要制作的高空风力发电框架结构的尺寸进行加大设计，以保证框架本体1能够平放于模具内，在泡沫成型模具中发泡，使泡沫2成型即与框架本体1为一体式结构，最佳选择是使框架本体1位于泡沫成型模具的中间层，以使发泡后，框架本体1位于泡沫2的中部，即框架本体1的两侧均具有泡沫2，提高泡沫2比例，从而提高漂浮体受到的浮力与自重的比例。

实施例2

本实施例提供一种高空风力发电漂浮体，包括框架本体1，框架本体1是平面碳纤维网结构，框架本体1的两侧设置有泡沫2，泡沫2与框架本体1为一体式发泡成型，且碳纤维网位于泡沫2的中层，泡沫2为内部中空的气密性泡沫，泡沫2内部填充有氢气或氦气，且所述框架结构受到的浮力小于等于所受到的重力。

具体制备时，先将框架本体1制作成型，再将框架本体1平放于泡沫成型模具中，泡沫成型模具可根据所要制作的高空风力发电框架结构的尺寸进行加大设计，以保证框架本体1能够平放于模具内，在泡沫成型模具中发泡，使泡沫2成型即与框架本体1为一体式结构，最佳选择是使框架本体1位于泡沫成型模具的中间层，以使发泡后，框架本体1位于泡沫2的中部，即框架本体1的两侧均具有泡沫2，提高泡沫2比例，从而提高漂浮体受到的浮力与自重的比例。

实施例3

本实施例提供一种高空风力发电漂浮体，包括框架本体1，框架本体1为长条状碳纤维网结构，且框架本体1一端的下侧为向内侧倾斜的斜面结构11，框架本体1另一端的下侧开设有凹槽12，风力发电机7吊设固定于框架本体1下侧的凹槽12处(绑扎固定)，框架本体1内填充泡沫2，所述漂浮体由多个框架本体1沿宽度方向依次并排拼装而成，泡沫2与框架本体1为一体式发泡成型，泡沫2为内部中空的气密性泡沫，泡沫2内部填充有氢气或氦气，且通过控制泡沫2及内部填充氦气或氢气的量以使框架结构及风力发电机7受到的浮力与所受到的重力近似相等。

具体制备时，先将框架本体1制作成型，再将框架本体1平放于泡沫成型模具中，且在待成型泡沫结构中心处预先设置耐高温气囊，泡沫成型模具可根据所要制作的高空风力发电框架结构的尺寸进行加大设计，以保证框架本体1能够平放于模具内，在泡沫成型模具中发泡，使内部中空的泡沫2成型即与框架本体1为一体式结构，最佳选择是使框架本体1位于泡沫成型模具的中间层，以使发泡后，框架本体1位于泡沫2的中部，即框架本体1的两侧均具有泡沫2，提高泡沫2比例，从而提高漂浮体受到的浮力与自重的比例，而后，在泡沫2一侧开口将耐高温气囊放气后取出，再泡沫2内填充氢气或氦气，再对开口处使用发泡胶等密封。

实施例4

本实施例提供一种由高空风力发电框架结构组成的漂浮体，该漂浮体是由单个框架本体1构成的飞机状结构，该单个框架本体1是由碳纤维杆组装而成的飞机框架，在飞机框架内部填充泡沫2，外表面也设置泡沫2，具体实现方式可采用设计与该框架本体1结构及尺寸相匹配的发泡模具，将框架本体1组装后放入发泡模具内，利用发泡机在发泡模具内发泡成型，即形成与泡沫一体式结构的飞机状漂浮体，也可采用风筝状或降落伞状结构，原理相同，且所述飞机状、风筝状或降落伞状结构下侧的中部、相对两侧和前端均连接有牵引绳3，牵引绳3的一端固定于框架本体1上，牵引绳3的牵引端(另一端)位于地面基站，通过地面基站控制牵引绳3的收放以根据需要控制漂浮体的升降及回收和释放，利用风吹动的浮力使漂浮体漂浮在高空，风力发电机通过固定架吊设于漂浮体的下方，即风力发电机通过固定架固定于框架本体1的下方，风力发电机固定于固定架上，固定架固定于框架本体1上，利用高空风能发电，再通过电线连接至地面基站将电能输送至地面基站，该漂浮体使用的难点在于如何将漂浮体升空，为此设计如下方案：

漂浮体的上方设置有四个螺旋桨4，四个螺旋桨4分布设置于飞机状结构的机头、两翼和机尾处，以启动螺旋桨4能够维持漂浮体稳定上浮为准，螺旋桨4的固定端固定于框架本体1的碳纤维杆或碳纤维网上，以使螺旋桨4与漂浮体连接稳定为准，螺旋桨4均传动连接有驱动电机5，且驱动电机5连接有电源6，驱动电机5的控制端设置于地面基站，可通过无线或有线的方式实现在地面基站远程控制高空中螺旋桨4的工作。

漂浮体的使用方法，首先，测量漂浮体设定发电高度范围的高空风速，当风速达到设定值时，该设定值至少是在该设定值风速下，漂浮体及固定于漂浮体上的附属装置能够稳定漂浮在设定发电高度范围，即漂浮体及固定于漂浮体上的附属装置受到的浮力和风力的竖向分力大于等于自身重力，通过牵引绳3的牵引力稳定漂浮，所述附属装置包括螺旋桨4、风力发电机，启动螺旋桨4使漂浮体稳定升空，同时缓慢释放牵引绳3，控制漂浮体升空的稳定，当漂浮体升到设定发电高度范围并稳定后，关闭螺旋桨4，使漂浮体稳定漂浮于高空，通过漂浮体上附带的风力发电机发电即可，发出的电能再通过电线传输至地面基站。

当风速降低到接近设定值时，此时依靠风力即将无法维持漂浮体在高空的稳定，提前启动螺旋桨4以维持漂浮体的稳定，再通过回收牵引绳3使漂浮体缓慢落向地面，完成漂浮体的回收。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。