用於產生混合能量的人造樹的製作方法

2023-06-12 02:44:21

用於產生混合能量的人造樹的製作方法
【專利摘要】本文描述了一種用於產生混合能量的人造樹(1、2)，所述人造樹包括被抬升的結構(100)，所述被抬升的結構連接至與地面(G)整合的基部結構(10)並由所述基部結構支撐。所述基部結構(10)包括中央模塊化樹幹(70)，該中央模塊化樹幹與地面整合併且由彼此連合的豎直疊加的管狀構件(13-16)形成。
【專利說明】用於產生混合能量的人造樹

【技術領域】
[0001]本申請涉及用於產生混合能量的人造樹，S卩，可再生資源能量生成器，其具有合適的形狀和材料以符合對於需要產生和分配能量給公共或私人用戶的自然或城市戶外環境而言是典型的美學性、景觀性和材料相容性需求。具體而言，所述能量生成器適用於以組合的形式開採可再生風能源和光電技術能源，並使用適於對雨水進行懸浮積累、淨化和分配的水池和水管。

【背景技術】
[0002]通常，在城市和城市外區域中安裝和使用能量生成器必須要求開啟景觀相容性調查程序，該程序包括對有關建築物進行識別的航空攝影測量；含有關於市鎮政府和更高級別政府的城市規劃要求和關於本地建築物規範方面的安裝物景觀相容性認證的詳細技術報告；附近區域的攝影證明文件、圖紙和說明書，以及從環境角度強調重大存在物的歷史鑑定環境報告以允許評估所建議的介入對景觀的影響；針對景觀規劃措施所要求和授權內容使用的建築物類型和材料的符合標準聲明。
[0003]考慮到以上述方式規定的景觀約束條件，具有可確定的或易於可確定的景觀相容性的能量生成器是現有技術中就可再生資源能量生成器而言的關注話題。
[0004]US-2010158673描述了連接至中軸的豎直軸線式風力渦輪機，用於產生被插置和隱藏在裝飾性結構中這種類型的電力，所述裝飾性結構複製和仿造自然樹木的樹枝。
[0005]US-2011139215描述了用於被插置在具有自然樹木形狀的結構中的混合類型的工業、住宅和運輸用途的能量生產模塊。具體而言，US-2011139215描述了太陽能電池模塊網絡，所述網絡與分布在城市結構中的混合車輛的充電站相聯通。
[0006]GB-2374122描述了豎直軸線式風力渦輪機，用於產生被插置在自然樹木形狀中的電力。
[0007]小/中型能量生成器通常布置在與附近自然樹木高度相容的豎直高度處。這暗示出在達到並維持能量效率目標方面的問題，首先是對於存在對平坦和丘陵城市以及城市外區域而言是典型的高度可變風速梯度和存在障礙物情況下的風力葉片。該問題涉及適應首先是風力類型的光譜功率密度，但同樣還涉及在城市區域中存在障礙物情況下的太陽能梯度，障礙物阻礙具有景觀相容性形狀和尺寸的混合能量生成器的傳播和使用，因此該生成器易受能量效率降低的風速和太陽能梯度的影響。
[0008]KR20100048534描述了風力渦輪機，其中磁力增加能量產生效率。風能生成器包括旋轉部件和與磁系統整合的固定部件，所述磁系統藉助於磁性排斥力來推動磁性部件旋轉。
[0009]JP-2003139041描述了風力類型的能量生成器，該能量生成器憑藉使用經受排斥磁力的固定和可動的磁鐵利用低速風流進行操作。
[0010]US-2010/0289269描述了用於通過開採太陽能和風能來發電的人造樹。
[0011]W0-2010/098656描述了用於從額外包括雨水收集水槽的太陽能源和風力源發電的設備。


【發明內容】

[0012]本發明的目標在於製造出與給定城市或城市外區域的景觀性和美學性約束條件相配的用於產生混合能量的人造樹。
[0013]本發明的另一個目標在於製造出能夠根據大範圍速率分布中的最佳功率曲線工作的用於產生混合能量的中/小型人造樹。
[0014]本發明的又一個目標在於製造在任何地方都易於運輸和安裝的用於產生混合能量的人造樹。
[0015]根據本發明，所述目標可通過權利要求1中所披露的人造樹實現。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]本發明將通過參考附圖藉助以非限制性實例提供的一些優選實施例被更詳細地描述，在附圖中:
[0017]圖1示出了根據本發明第一實施例的人造樹的主視圖；
[0018]圖2示出了沿圖1中線I1-1I截取的剖視圖；
[0019]圖3示出了沿圖1中線II1-1II截取的剖視圖；
[0020]圖4示出了沿圖1中線IV-1V截取的剖視圖；
[0021]圖5示出了圖1中的人造樹的分解圖；
[0022]圖6示出了根據本發明第二實施例的人造樹的主視圖；
[0023]圖7示出了沿圖6中線VI1-VII截取的剖視圖；
[0024]圖8示出了沿圖6中線VII1-VIII截取的剖視圖；
[0025]圖9示出了沿圖6中線IX-1X截取的剖視圖；
[0026]圖10為沿圖6中線X-X截取的剖視圖；
[0027]圖11為圖6的分解圖；
[0028]圖12示出了圖1中的人造樹的分解圖，該人造數設有被固定至風力葉片的光電構件；
[0029]圖13示出了圖12中的人造樹的部分豎直剖視圖；
[0030]圖14示出了圖1中的人造樹的主視圖，該人造樹具有被整合至風力葉片中的光電構件；
[0031]圖15示出了圖1中的人造樹的主視圖，該人造樹具有被整合至風力葉片中的光電樹葉；
[0032]圖16示出了圖6中的人造樹的主視圖，該人造樹具有被整合至風力葉片中的光電構件；
[0033]圖17示出了圖6中的人造樹的主視圖，該人造樹具有被整合至風力葉片中的光電構件和光電樹葉。

【具體實施方式】
[0034]尤其參見圖1至圖5，第一類型的用於產生混合能量的人造樹I包括被抬升的結構100，該被抬升的結構連接至基部結構10並由該基部結構支撐，所述基部結構藉助於設有鋼螺紋錨定螺栓11的板12而與地面G中的鋼筋混凝土地基F整合。
[0035]基部結構10包括模塊化中心樹幹70，該樹幹由疊加的管狀構件13-16形成，管狀構件例如由鍍鋅鐵製成，所疊加的管狀構件的帶凸緣的和穿通的端部利用抗腐蝕螺栓連口 ο
[0036]待疊加的管狀構件13-16的數量根據樹I的期望總高度而定。
[0037]中心樹幹70的模塊化允許組成構件13-16在任何地方組裝期間的容易運輸性。
[0038]設有孔的四個徑向突出的輪廓件18固定至管狀構件15並利用螺栓聯接至四個等距間隔開並徑向突出的支架19的相應的穿通的端部，所述支架也由鍍鋅不鏽鋼製成。
[0039]中心樹幹70和支架19之間的連接構成剛性的載荷支承結構，該結構又進一步藉助於緊箍件加固，該緊箍件由連接至支架19的突出端部的鍍鋅鐵環20和連接每一支架19的中線的環21組成。
[0040]所述中心樹幹70加襯有由兩個半殼22、23形成的層合木製蓋罩。一系列的層合木製肋狀件28從蓋罩22、23的上端部徑向地突出。由網122加強的人造樹葉罩蓋罩覆蓋住由支架19形成的帽形形狀。
[0041]在形成於所述蓋罩22、23內的隔室中設有PVC水管24，該水管利用水分配器25連接至用戶，並且設有控制單元26，該控制單元利用沿中心樹幹70的內腔延伸的電線27連接。
[0042]所述支架19支撐儲水池80，所述儲水池分成四個水槽101-104，其例如由塑料製成，並在底部處成形成用以固定至所述支架19並在頂部處界定出周邊邊緣81。
[0043]所述水槽101-104在中央成形成用以連合併形成無水的流體密封式柱形隔室130。
[0044]外殼105容納在所述腔室130中，外殼105在中心穿通以允許沿管狀構件16安裝，其中電池106的陣列和淨水器107被容裝在外殼105內。
[0045]也在中心穿通以允許沿管狀構件16安裝的盒體108沿著外殼105放置。尤其是包括發電機109、充電調節器110和逆變器111的電氣設備被容裝在盒體108中。設有一系列的繞內周均勻分布的磁鐵的內冠狀部117與容裝在盒體108中的發電機的定子構件相整八口 ο
[0046]徑向流風力渦輪機90由葉片112、113和114形成，該葉片例如用玻璃纖維、碳或鋁製成，按螺旋形狀朝中央會聚，並藉助於中央軸115連接，該中央軸可轉動地與疊加的管狀構件17相關聯，該管狀構件17藉助於一對滾珠軸承固定至被容裝在所述隔室130中的所述構件16。與中空軸115整合的旋轉冠狀部116具有一系列的沿外周均勻分布的磁鐵。
[0047]旋轉冠狀部116與定子冠狀部117的同軸聯接形成了由排斥磁極形成的磁馬達。
[0048]特別參見圖12，每一葉片112-114具有凸形彎曲的外表面91，該表面在底部處與其他葉片114、113、112結合從而形成風力渦輪機90的單個下邊緣92。所述葉片112-114固定至所述中軸115以促動該中軸旋轉。
[0049]所述彎曲表面91從頂部向下徑向擴展，使得組裝後所述下邊緣92保持在水池80的邊緣81中。因此，雨水可容易地沿彎曲表面91滑動並有利地進入水池80中。
[0050]表面91支撐光電構件34，所述光電構件跟隨所述表面91的曲線形狀並與該表面一起旋轉(圖12和圖13)。所述構件34包括光電錶面，該光電錶面可為剛性的或由織物製成(多色樹葉效果)。有利地，可利用整個光電太陽能輻射收集表面(而不是僅僅是被暴露的南方、東南方和西南方)。
[0051]水接收件118藉助於軸承119安裝在管狀構件17的端部上。
[0052]光電蓋帽120與水接收件118整合(圖2)。
[0053]風速計121疊加在與人造樹I整合的一體式混合能量生成器之上。
[0054]風力渦輪機90可以覆蓋有防雪蓋帽。
[0055]人造樹I因此包括風力渦輪機90，該風力渦輪機具有被分成三塊面板(具有螺旋形狀的半徑，即葉片112-114)的大型蓋帽，每一面板例如可由玻璃纖維和/或碳和/或鋁和/或尼龍製成，其中帽區段上表面具有半圓的和/或橢圓的輪廓，在蓋輪廓上整合有光電襯套34(圖14)，風在徑向方向上衝擊該光電襯套。蓋帽形狀允許形成與風力葉片整合的大型光電收集表面，憑藉葉片自身的瞬間旋轉運動由太陽能輻射整體地衝擊所述收集表面(且因此不僅僅是面向南方、東南方或西南方的部分)。風力系統和所整合的光電系統之間的協同作用允許反應表面加倍，並因此同樣使產生的光電能量加倍。
[0056]或者(圖15)，光電構件34可由人造塑料樹葉和/或人造光電織物樹葉製成的襯套組成，以代替圖14中所示的光電錶面，所述光電錶面由風在徑向方向上衝擊。
[0057]風力渦輪機90的曲線輪廓蓋帽形狀具有以下功能:協同地允許擴大可用的光電錶面(與葉片112-114整合)以及用於攔截大量雨水的表面，所述雨水在表面上滑動並通過重力運送。隨後，雨水同樣還會藉助於以圓形方式布置的大型水接收件125 (圖2)儲存在水池80中，所述水接收件由水池80的蓋127上的靠近邊緣81的圓形開口組成。當水池80裝滿時，水接收件125通過連接至定位在水池80內的溢流浮子126的特定機構關閉。
[0058]水池80為具有曲線輪廓的蓋帽形狀，所述曲線輪廓向下朝向中央會聚以允許所收集的雨水通過重力朝向淨水器107和位於中心樹幹70處的配水管24傳送。
[0059]根據本發明的人造樹2的第二實施例參考圖6至圖11描述。
[0060]有意使用了與第一人造樹I相同的元件符號，第二人造樹2基本上包括樹I的所有部件。
[0061]樹2與樹I不同之處在於，樹2的長形向上形狀模仿柏樹的形狀。
[0062]從結構的觀點來看，形狀的不同暗示了水池80的不同構造，該水池由總體上呈截頭錐形狀(具有在中央的柱形孔105)並向上漸縮的多層堆疊的儲槽101-104形成。
[0063]由此得到的水池80的雙重模塊化:帶有圍繞中央樹幹70並排布置的四個水槽101-104的水池80的水平模塊化；以及帶有朝向樹2和頂部向上漸縮(圖7和圖11)的徑向尺寸的多個儲槽層101-104的水池80的垂直模塊化。
[0064]和樹I不同，樹2包括在中央被穿通的外殼105，以允許沿管狀構件14安裝在水槽101-104下方。在所有情況下，電池106的陣列和淨水器107被容裝在外殼105中。此外，盒體108在中央被穿通以允許將管狀構件17安裝在水池80上方。
[0065]因此，隔室130僅用於界定出用於與中央樹幹70聯接的空間。
[0066]樹2進一步包括附加的水接收件31，所述附加的水接收件布置在水池80的頭部上從而形成雨水收集環。
[0067]在樹的豎直樹冠上還設有光電錶面32，其可以同樣由光電織物製成的人造塑料樹葉和/或人造樹葉製成(圖16、圖17)。
[0068]儲水池80佔用的空間通過鍍鋅鐵製成的穩定環路20劃界，所述穩定環路以規則的節距分布在與人造樹2的豎直中軸線齊平的表面上並藉助於鋼索30豎直地連接。
[0069]與人造樹1、2整合的混合能量生成器的能量功率覆蓋自數千瓦特至五十萬瓦特的範圍。
[0070]樹本身的高度可根據所開發的能量功率和安裝該樹的環境類型改變。
[0071]人造樹1、2包括與景觀約束條件相容的組合的風力和光電技術。
[0072]與風力系統整合的磁性馬達的組合允許足以從可再生資源產生能量的最小旋轉，從而解決在出現弱風速梯度或受幹擾的風速梯度時操作的問題。
[0073]混合操作允許回應於在非城市化區域中自給自足的需要而進行的能源的組合開發，所述非城市化區域未連接至電源和水幹線，例如沙漠或低降雨區域以及山脈、農業區域和近郊區域。
[0074]樹1、2允許從可再生的風、磁和光電資源產生能量，並能夠積聚懸浮水，所述懸浮水積聚在景觀影響和轉變方面不是突兀的。此外，該結構可以移動和拆除。在下雨期間收集的雨水儲存在水池中，經淨化後用於動物和人類飲用、用於衛生用途以及用於地球上不能連接至傳統水幹線或頻繁乾旱而不允許種植農作物的區域中的灌溉。
[0075]整個結構由模塊化構件形成，所述模塊化構件由易於組裝以允許在難以到達的偏遠區域中使用的可回收利用的材料製成。
[0076]通過位於管狀構件13-17處的鉸鏈33 (樹I和2)來促進安裝，所述鉸鏈允許在組裝期間在僅僅通過利用配備有用於到達地點的運輸工具的起重裝置或滑輪而不需要將大型起重機運輸到安裝地點的情況下對被組裝在地面上的結構豎直地安裝頂端。
[0077]憑藉所述系統，豎直結構可布置在地面上用於定期維護。
[0078]有利地，根據本發明的人造樹1、2允許在沒有連接至水或輸電幹線的地方提供對人類、動物和植物生存必須的主要資源，例如(用於加熱、照明或其他的)能量以及(同樣淨化的)水，或者允許在已具備所述連接的城市化區域中開發可持續能量和水開發。
[0079]人造樹1、2結合有數種可再生風、光電和水資源技術機構，在降雨量低或不宜的氣候條件(例如，低/無太陽能輻射)不允許未設有高容量水收集池的傳統風力和光電系統的最佳且恆定開發的環境中，所述機制在其中協同地工作並同時保證儲存大量水以及產生並儲存與組成構件的尺寸成比例的大量乾淨能量的可能性。
[0080]有利地，基部結構由數個模塊模組和鉸鏈組成，其使得在較大樹幹的難以達到的位置中的安裝和拆卸同樣得以簡化。
[0081]人造樹1、2可包括電動馬達，所述電動馬達用於在出現低或無風強度時開始旋轉葉片或用於在出現低風強度時協助旋轉葉片。通過控制單元管理馬達並通過電池陣列中累積的能量供電所述馬達，所述能量轉而通過整合在風力葉片中的光電系統產生。
[0082]傳統風力系統、與葉片112-114整合的磁性馬達系統117(所述系統同樣在出現低強度風時允許增加葉片的旋轉)、(用於在出現低和/或無風速時啟動/協助旋轉的)電動馬達系統124和與風力葉片112-114和/或與人造光電織物樹葉整合的光電系統34的協作動作同樣在(由於各種因素)出現低風強度時允許較高的總體可再生資源能量生產，因為可合計由光電系統、與風力葉片和/或人造樹葉整合的大收集表面和由磁性馬達和電動馬達協助的風力系統得到的單一能量生產。
[0083]根據本發明的人造樹1、2可包括LED照明構件，所述LED照明構件由樹1、2本身的發電機供電。
【權利要求】
1.一種用於產生混合能量的人造樹(1、2)，該人造樹包括被抬升的結構(100)，該被抬升的結構連接至與地面(G)整合的基部結構(10)並由該基部結構支撐， 其特徵在於， 基部結構(10)包括與地面整合的模塊化中央樹幹(70)，該模塊化中心樹幹由彼此連合的豎直疊加的管狀構件(13-16)形成，支架(19)被固定至管狀構件中的一個管狀構件(15)，支架(19)支撐被抬升的結構(100)，該被抬升的結構包括被分離成儲槽(101-104)的儲水池(80)，儲槽在頂部上限定出周邊邊緣(81)， 外殼(105)，該外殼被額外設置並在中央被穿通以允許聯接至管狀構件(14、16)，電池(106)的陣列和淨水器(107)被容裝在外殼中；以及盒體(108)，該盒體同樣在中央被穿通以允許聯接至管狀構件(16)，磁性類型(116、117)的發電機(109)、充電調節器(110)及逆變器(111)被容裝在盒體中， 模塊化中央樹幹(70)由兩個半殼(22、23)閉合，在該中央模塊化樹幹中的水管(24)將儲水池(80)連接至外部用戶，並且在該中央模塊化樹幹中設有帶電線(27)的控制單元(26)， 被抬升的結構(100)進一步包括徑向流風力渦輪機(90)，該渦輪機由葉片(112、113和114)形成，所述葉片根據螺旋形狀朝向中央會聚並藉助於中軸(115)連接，該中軸可旋轉地與疊加的管狀構件(17)相關聯並被固定至模塊化中央樹幹(70)的管狀構件(13-16)， 渦輪機(90)的每一個葉片(112-114)包括凸形彎曲的外表面(91)，該外表面在底部處連合至其他葉片(112-114)以形成單一下邊緣(92)，葉片(112-114)被固定至中軸(115)以促動其旋轉， 凸形彎曲的外表面(91)從頂部徑向向下地擴展，以便在組裝之後，下邊緣(92)保持在儲水池(80)的周邊邊緣(81)內，從而使得雨水滑動至所述水池(80)中， 凸形彎曲的外表面(91)支撐光電構件(34)，該光電構件沿著凸形彎曲的外表面(91)的曲線並隨其轉向。
2.根據權利要求1所述的人造樹(I)，其特徵在於，儲槽(101-104)在中央成形成用以通過連合形成沒有水的不透流體的柱形隔室(130)，外殼(105)和盒體(108)被容裝在該隔室中。
3.根據權利要求1所述的人造樹(2)，其特徵在於，儲水池(80)由儲槽(101-104)的多個層形成，從而實現儲水池(80)的水平模塊化，其中儲槽(101-104)圍繞模塊化中央樹幹(70)並排地布置；並實現儲水池(80)的豎直模塊化，其中儲槽(101-104)的多個層堆疊。
4.根據前述權利要求中任一項所述的人造樹(1、2)，其特徵在於，人造樹包括電動馬達(124)，該電動馬達用於在出現低風或無風強度時啟動葉片(112-114)旋轉，並用於在出現低風強度時輔助葉片(112-114)旋轉，所述電動馬達由控制單元管理，並由電池(106)的陣列所累積的能量供電，該能量又由被整合在風力葉片(112-114)中的光電構件(34)產生。
5.根據前述權利要求中任一項所述的人造樹(1、2)，其特徵在於，人造樹包括以圓形方式布置的水接收件(31、125)，該水接收件由在儲水池(80)的蓋(127)上靠近周邊邊緣(81)的圓形開口構成，當儲水池(80)充滿時，水接收件(31、125)由位於儲水池(80)內的特定溢流浮子(126)關閉。
6.根據前述權利要求中任一項所述的人造樹(1、2)，其特徵在於，光電構件(34)由光電織物製成的人造塑 料樹葉襯套和/或人造樹葉組成。
【文檔編號】F03D9/00GK104081042SQ201280068601
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2012年12月27日 優先權日:2011年12月28日
【發明者】皮耶羅·彼得羅西洛 申請人:斯特凡諾·萊奧奇, 皮耶羅·彼得羅西洛