專利名稱:一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),尤其涉及一種利用風(fēng)能做功,由升力 導(dǎo)引體導(dǎo)引的傘來產(chǎn)生拉力的發(fā)電系統(tǒng)。
背景技術(shù):
風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源,越來越受到世界各國的重視。其蘊(yùn)量巨大,全球 的風(fēng)能約為2. 74X 109MW,其中可利用的風(fēng)能為2X107MW,比地球上可開發(fā)利用的水能總量 還要大10倍。風(fēng)很早就被人們利用一主要是通過風(fēng)車來抽水、磨面等,而現(xiàn)在,人們感興 趣的是如何利用風(fēng)來發(fā)電。我們把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能,來提升重物或再把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能,這就是風(fēng) 力發(fā)電。利用風(fēng)力發(fā)電的嘗試,早在本世紀(jì)初就已經(jīng)開始了。三十年代,丹麥、瑞典、蘇聯(lián)和 美國應(yīng)用航空工業(yè)的旋翼技術(shù),成功地研制了一些小型風(fēng)力發(fā)電裝置。這種小型風(fēng)力發(fā)電 機(jī),廣泛在多風(fēng)的海島和偏僻的鄉(xiāng)村使用,它所獲得的電力成本比小型內(nèi)燃機(jī)的發(fā)電成本 低得多。不過,當(dāng)時的發(fā)電量較低,大都在5千瓦以下?,F(xiàn)有技術(shù)中風(fēng)輪是把風(fēng)的動能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能的重要部件,它由兩只(或更多只) 螺旋槳形的葉輪組成。當(dāng)風(fēng)吹向漿葉時,槳葉上產(chǎn)生氣動力驅(qū)動風(fēng)輪轉(zhuǎn)動。槳葉的材料要 求強(qiáng)度高、重量輕,目前多用玻璃鋼或其它復(fù)合材料(如碳纖維)來制造。并且風(fēng)輪需要鐵 塔的支承。這就造成了風(fēng)力發(fā)電設(shè)備需要高昂的成本。同時,很多人都有放風(fēng)箏的經(jīng)歷。只要系繩的長度足夠,風(fēng)箏可以放的很高,并且 越高越穩(wěn)定。不過風(fēng)箏的拉力非常有限,一般可以用手拉住風(fēng)箏。我們很難想象一把傘,不 管是圓形方形或其它形狀,會象風(fēng)箏一樣能在空中飛行并保持穩(wěn)定。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種能更好、更有效的利用風(fēng)能,成本較低的風(fēng)能傘拉力裝置。其是有 關(guān)一種可產(chǎn)生巨大拉力的由風(fēng)箏或浮空氣球?qū)б囊粋€傘或多個傘組成的風(fēng)力系統(tǒng),其提 供了一種使一個傘或多個傘在空中穩(wěn)定飛行并產(chǎn)生巨大拉力來發(fā)電的裝置。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案為一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其包括軌道繩、升力導(dǎo)引體、至少一組傘梯和發(fā)電 裝置,所述軌道繩的一端穿過傘梯系住所述升力導(dǎo)引體,另一端緊固于地面物體上;升力導(dǎo) 引體與承力傘拉直軌道繩,形成一個傘軌道;所述升力導(dǎo)引體和所述傘之間保持有距離; 所述傘梯包括一個或多個傘,按其作用分為承力傘和做功傘。所述傘與傘之間保持一定距 離。所述承力傘(或稱平衡傘)緊固于軌道繩上,而所述做功傘則可在軌道繩某一區(qū)域內(nèi) 上下滑動。所述某一區(qū)域之軌道繩上有一上檔塊和一下檔塊用以限制所述做功傘的滑動范 圍。所述做功傘連有做功繩,所述做功繩一端緊固連接做功傘,另一端連接發(fā)電裝置,拉動 發(fā)電裝置做機(jī)械運(yùn)動。所述做功傘張開時,由于風(fēng)力的作用能形成一個向上的巨大的拉力。 此升力推動做功傘沿軌道繩向上滑動并拉動做功繩向上。做功繩往上拉時,帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)
3軸轉(zhuǎn)動,這樣風(fēng)能通過傘轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,發(fā)電裝置再將機(jī)械能轉(zhuǎn)換為電能。所述發(fā)電裝置為轉(zhuǎn)軸式發(fā)電機(jī),所述做功繩可直接纏繞在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上,帶 動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動。也可纏繞在其他傳力機(jī)構(gòu)如齒輪箱的轉(zhuǎn)軸上,通過所述傳力機(jī)構(gòu)帶動發(fā)電 機(jī)轉(zhuǎn)動。所述傘梯每一個傘的中心有一開孔,所述軌道繩穿過該開孔。所述風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時,所述承力傘一直張開,而所述做功傘則在所 述軌道繩某一區(qū)域內(nèi)上下滑動,做功傘張開時向上滑動,做功傘閉合時向下滑動。所述升力導(dǎo)引體為風(fēng)箏或浮空氣球或滑翔傘中的一種或多種的組合。所述傘的形狀為多邊形傘或圓形傘,所述傘有若干(至少三根)細(xì)繩對稱分布并 連接傘體邊沿,所述細(xì)繩的另一端一起或固接于軌道繩上或固接于做功傘之細(xì)繩滑塊上。 所述多邊形傘的每個邊角都至少有一根細(xì)繩。所述傘的傘體中心有一開孔,所述軌道繩穿過該開孔;所述傘的開孔上安裝有傘 體滑塊,所述傘體滑塊滑動套接于所述軌道繩。所述做功傘有一細(xì)繩滑塊,所述細(xì)繩滑塊滑動套接于所述軌道繩。所述細(xì)繩滑塊 與所述做功繩的一端相連。本發(fā)明做功傘打開裝置的一種優(yōu)選方案為所述做功傘的傘體滑塊滑孔小于所述 上檔塊外徑;所述做功傘的傘體滑塊滑孔小于所述下檔塊外徑;所述做功傘的細(xì)繩滑塊滑 孔大于所述下檔塊外徑。本發(fā)明做功傘打開裝置的另一種優(yōu)選方案為其包括一回拉繩,所述回拉繩一端 固定于所述上擋塊,另一端固定于所述傘體滑塊。所述傘梯包括至少一個承力傘和至少一個做功傘,所述承力傘的細(xì)繩固定于所述 軌道繩,承力傘能使軌道繩負(fù)荷更多的做功傘;每一個所述做功傘在軌道繩上都有相應(yīng)的上檔塊及下檔塊,其運(yùn)動軌道在上檔塊 與下檔塊之間,且同一個做功傘的細(xì)繩緊固于同一個細(xì)繩滑塊上,此結(jié)構(gòu)使做功傘能在其 軌道上上下運(yùn)動,而不干擾其他傘的正常運(yùn)作。本發(fā)明做功傘下拉裝置中的一種優(yōu)選方案為所述做功傘的傘體滑塊上有磁鐵, 所述做功傘的細(xì)繩滑塊上有磁鐵,所述做功傘的傘體滑塊磁鐵下部和所述做功傘的細(xì)繩滑 塊磁鐵上部磁極相異。本發(fā)明做功傘下拉裝置中的另一種優(yōu)選方案為所述做功傘的傘體滑塊上有粘膠 墊,所述做功傘的細(xì)繩滑塊上有粘膠墊。本發(fā)明傘梯的一種優(yōu)選方案為所述承力傘位于所述做功傘上端。本發(fā)明傘梯的另一種優(yōu)選方案為所述承力傘與所述做功傘交錯排列。所述軌道繩上有緊固有帶做功繩通過孔的緊固件。在所述做功繩下端的檔塊和滑塊以及滑動裝置上都有做功繩通過孔,每個做功繩 通過孔通過一根做功繩,這種設(shè)計使做功繩與做功繩之間,做功繩與軌道繩和傘的細(xì)繩之 間相互分離,不至于纏繞在一起,影響裝置的正常工作。所述傘的受風(fēng)面積與其上一個傘的受風(fēng)面積相同。所述傘的受風(fēng)面積大于其上一個傘的受風(fēng)面積。所述傘的受風(fēng)面積可以大小交替變化。
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所述軌道繩和地面之間夾角大于等于十五度,小于等于八十度。本發(fā)明提供了一種有效地利用風(fēng)能發(fā)電的方法和系統(tǒng)。這種系統(tǒng)產(chǎn)生極其強(qiáng)大的 拉力,可廣泛應(yīng)用于發(fā)電領(lǐng)域。
本發(fā)明包括如下附圖圖1為本發(fā)明最簡化拉力裝置原理示意圖;圖2為本發(fā)明傘梯拉力裝置示意圖;圖3為本發(fā)明帶做功繩的傘梯拉力裝置示意圖;圖4為本發(fā)明帶做功繩與發(fā)電裝置連接示意圖;圖5為本發(fā)明傘梯風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)實施例示意圖;圖6為本發(fā)明實施例示意圖;圖7為本發(fā)明實施例做功傘空中打開原理示意圖;圖8為本發(fā)明實施例做功傘空中閉合原理示意圖。
具體實施例方式下面根據(jù)附圖和實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明如圖1所示,本實施例是本發(fā)明的一種最簡化的表現(xiàn),用來說明原理。它由軌道繩 11,風(fēng)箏12和傘13組成。軌道繩11的一端系住風(fēng)箏12,另一端緊固于地面的物體上。傘 13有多條細(xì)繩14,每一條細(xì)繩的一端系在傘的邊沿,另一端一起緊固在軌道繩11的某一位 置15上。傘13有一中心開孔16。軌道繩11竄過開孔16,這樣傘13就可以對稱地緊固在 軌道繩11上。風(fēng)箏12和傘13之間要保持一定的距離,目的是先讓風(fēng)箏升空而不受傘的影響。風(fēng) 箏升空后,慢慢放軌道繩并最終將傘一起拉上去。最初傘13處于自由閉合狀態(tài)。如果風(fēng)速 足夠大,傘將被自動打開并保持穩(wěn)定。這時如果用手拉軌道繩你會感覺到比只有風(fēng)箏時強(qiáng) 很多的拉力。顯然,穩(wěn)定飛行的風(fēng)箏12將使軌道繩11和地面有一相對穩(wěn)定的夾角a。夾角的大 小與風(fēng)速有關(guān),最好能保持在十五度和八十度之間。正是這一夾角使傘承受一個有效且相 對穩(wěn)定的風(fēng)壓,從而保持穩(wěn)定的打開狀態(tài)。由傘產(chǎn)生的強(qiáng)大拉力與傘的面積成正比,面積越大拉力越大。這種系統(tǒng)最大特征 是可以讓一個受風(fēng)面積不大的風(fēng)箏帶動一個比其受風(fēng)面積大好幾倍的傘,從而產(chǎn)生大得多 的系統(tǒng)拉力。而這個傘又可以帶動下一個更大面積的傘,產(chǎn)生更大的拉力。傘的形狀可以各種各樣,但最好是圓形或多邊形,如六邊形和八邊形。傘的細(xì)繩 14應(yīng)不少于三根,如傘為多邊形,那么每個邊角都應(yīng)有一根細(xì)繩,同一個傘上的細(xì)繩長度相 等。做傘面的材料應(yīng)該是柔韌且耐用,如尼龍和晴綸等。為了減少開孔16的損壞,開孔上 可安裝耐磨滑塊。另外,風(fēng)箏12也可以由可在空中漂浮的氣球或滑翔傘等代替。原則是風(fēng)箏或氣球 的上升拉力應(yīng)大于緊靠風(fēng)箏或氣球的傘,或者說最上面的傘的重量。如圖2所示的系統(tǒng)由軌道繩21,風(fēng)箏22和傘一 23及傘二 24組成。傘一和傘二組成了一個簡單的傘梯。原理上,一個傘梯可以有很多傘。本發(fā)明提供了一種有效地利用風(fēng)能的方法和系統(tǒng)。這種系統(tǒng)產(chǎn)生極其強(qiáng)大的拉 力,可廣泛應(yīng)用于發(fā)電或提升重物等。圖3所示的是一個相對完整的可用來發(fā)電的傘梯系統(tǒng)。它由導(dǎo)引風(fēng)箏32,承力傘 (或稱平衡傘)33,做功傘34,軌道繩31以及做功繩35組成。方框36表示地面力傳動及 發(fā)電部分。一般情況下軌道繩31將固定于地面的物體上,而做功繩35可能繞在一轉(zhuǎn)軸上。 導(dǎo)引風(fēng)箏32也可由可漂浮于空中的氣球代替,承力傘可以不止一把。圖4是一個改進(jìn)的系統(tǒng),它有做功傘44和做功傘48和做功繩42和做功繩43。把 兩個做功傘上升下降時間錯開就可以基本保證系統(tǒng)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)。如圖4所示,做功傘44的運(yùn)動區(qū)域為A,做功傘48的運(yùn)動區(qū)域為B。兩個做功傘 在同一軌道繩43上滑動,但不會碰在一起。因為連接做功傘48的做功繩43需要通過做功 傘44的運(yùn)動區(qū)域A,在設(shè)計做功傘44的上擋塊45以及上滑塊46和下滑塊47時需考慮讓 做功繩43自由通過。如圖5所示,為做功繩52繞在發(fā)電機(jī)51的轉(zhuǎn)軸53上,帶動發(fā)電機(jī)51轉(zhuǎn)動的工作不意。如圖6所示,為是一個完整的可用來發(fā)電的傘梯系統(tǒng)。它由導(dǎo)引風(fēng)箏61,兩個承力 傘62,做功傘63,軌道繩64以及做功繩65和發(fā)電機(jī)組66組成。一般情況下軌道繩64將 固定于地面的物體上,而做功繩65可能繞在一轉(zhuǎn)軸上。導(dǎo)引風(fēng)箏61也可由可漂浮于空中 的氣球代替,做功傘63可以不止一把。傘的數(shù)目根據(jù)需要增加。增加傘的數(shù)量的目的是為了增大系統(tǒng)的總體受風(fēng)面積, 從而產(chǎn)生更大的拉力。傘的數(shù)量可達(dá)幾十甚至幾百,主要取決于軌道繩的長度和強(qiáng)度。本發(fā)明用于風(fēng)能發(fā)電的關(guān)鍵是如何可靠地實現(xiàn)做功傘在空中的開合及沿著軌道 繩上下周期運(yùn)動。有了這樣的開合機(jī)制,這種傘梯系統(tǒng)就可廣泛應(yīng)用于大功率的風(fēng)能發(fā)電。 下面參照圖7和圖8來說明做功傘的開合。圖7和圖8分別為做功傘打開和閉合時的兩種狀態(tài)。參照圖7,做功傘72有兩個 耐磨滑塊73和74,這樣做功傘72可以沿著軌道繩71上下運(yùn)動。如圖所示,上滑塊73在傘 面的中心,下滑塊74讓傘的所有細(xì)繩纏繞在一起。另外,上下滑塊還各附有一塊磁鐵75。 做功傘72的運(yùn)動區(qū)域在上擋塊76和下?lián)鯄K77之間。做功傘72產(chǎn)生的拉力通過做功繩78 帶動地面的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸進(jìn)行發(fā)電。做功繩78獨立于軌道繩71但與下滑塊74連在一起?;?形夾79固定在軌道繩71上,其作用是讓做功繩78緊貼軌道繩71。在一定的風(fēng)速情況下,做功傘72將處于打開狀態(tài),并帶動做功繩78 —起向上運(yùn) 動。當(dāng)上滑塊73碰到上擋塊76時將被其擋住停止運(yùn)動,而傘的其他部分以及下滑塊74和 做功繩78將在風(fēng)壓和慣性的作用下繼續(xù)向上運(yùn)動,同時做功傘72的有效受風(fēng)面積不斷減 少(傘逐漸外向收攏),直到下滑塊74碰到上滑塊73為止。因為上下兩滑塊各有磁鐵75, 它們將吸在一起,如圖8所示,這一狀態(tài)為做功傘的閉合狀態(tài)。當(dāng)傘處于閉合狀態(tài),傘的受風(fēng)面積相對很小,可以很容易地通過回拉做功繩78將 做功傘往下拉。拉到下?lián)鯄K77位置時,下?lián)鯄K77將讓下滑塊74通過,但擋住上滑塊73。 如果繼續(xù)往下拉做功繩78,兩個滑塊73和74將被迫分開。如果風(fēng)速足夠,比如不少于3m/秒,做功傘將再次自動打開,從而開始一個新的上下運(yùn)動周期。顯然,做功傘72的上下一周的行程可簡單地分為始于下?lián)鯄K77止于上擋塊76的 做功行程和始于上擋塊76止于下?lián)鯄K77的回復(fù)行程。傘打開時上升做功,傘閉合時下降 回復(fù)。盡管做功行程和回復(fù)行程長度相等,但回復(fù)時間可以比做功時間短的多,比如回復(fù)時 間可能只占整個周期的10%甚至更短。顯然,做功傘的回復(fù)時間越短,整個系統(tǒng)的發(fā)電效率 將越大。需要指出的是兩塊磁鐵75的相互吸力必須適當(dāng)。如果太弱就無法保證將處于閉 合狀態(tài)的做功傘拉回到其做功行程的最初點;如果太強(qiáng),就很難將吸在一起的上下滑塊分 開。另外還需指出的是利用磁鐵只是一個簡單實用的例子。也可以利用其它方法達(dá)到 同樣的目的,比如粘膠墊等。同樣,利用上下?lián)鯄K76和77控制做功傘的行程也只是一個實用的例子而已。實 際上,當(dāng)往下拉做功繩78時,也可以利用突然加速的辦法將吸在一起的滑塊分開,這樣就 可以不需要下?lián)鯄K。再比如,也可利用一短繩,其長度與做功行程相當(dāng),短繩一端系于上擋 塊,另一端同上滑塊73連在一起。當(dāng)做功傘下降到短繩被拉直時,繼續(xù)拉做功繩就自然可 把吸在一起的滑塊拉開。兩滑塊73和74的主要作用是讓做功傘在軌道繩71上自由滑動。顯然也可利用 滑輪或其它方式實現(xiàn)同樣的目標(biāo)。本發(fā)明提供了一種有效地利用風(fēng)能的方法和系統(tǒng)。這種系統(tǒng)產(chǎn)生極其強(qiáng)大的拉 力,可廣泛應(yīng)用于發(fā)電或提升重物等。本領(lǐng)域技術(shù)人員不脫離本發(fā)明的實質(zhì)和精神,可以有多種變形方案實現(xiàn)本發(fā)明, 以上所述僅為本發(fā)明較佳可行的實施例而已,并非因此局限本發(fā)明的權(quán)利范圍,凡運(yùn)用本 發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)變化,均包含于本發(fā)明的權(quán)利范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于其包括軌道繩、升力導(dǎo)引體、至少一組傘梯和發(fā)電裝置,所述軌道繩的一端穿過傘梯系住所述升力導(dǎo)引體,另一端緊固于地面重物;所述傘梯包括承力傘和做功傘,所述承力傘至少有三根細(xì)繩,每一根細(xì)繩的一端系住傘的邊沿,另一端的細(xì)繩緊固于所述軌道繩;所述做功傘少有三根細(xì)繩,每一根細(xì)繩的一端系住傘的邊沿,另一端的細(xì)繩緊固于可在所述軌道繩滑動的滑塊上;每一個所述做功傘在軌道繩上都有上檔塊及下檔塊,其運(yùn)動軌道在上檔塊與下檔塊之間;每一個所述的傘都與其相鄰的傘之間保持有距離;所述升力導(dǎo)引體與其相鄰的傘之間也保持有距離;所述做功傘在所述軌道繩上下滑動,所述做功傘連有做功繩,所述做功繩一端緊固連接做功傘,另一端連接發(fā)電裝置,拉動發(fā)電裝置做機(jī)械運(yùn)動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述發(fā)電裝置 為轉(zhuǎn)軸式發(fā)電機(jī),所述做功繩纏繞在所述發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)軸上,帶動發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述傘的中心 有一開孔,所述軌道繩穿過該開孔;所述傘的開孔上安裝有滑塊,所述滑塊滑動套接于所述 軌道繩。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述做功 傘的傘體滑塊滑孔小于所述上檔塊外徑;所述做功傘的傘體滑塊滑孔小于所述下檔塊外 徑;所述做功傘的細(xì)繩滑塊滑孔大于所述下檔塊外徑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于其包括一 回拉繩,所述回拉繩一端固定于所述上擋塊,另一端固定于所述傘體滑塊。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述升力導(dǎo)引 體為風(fēng)箏或浮空氣球或滑翔傘中的一種或多種的組合。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述傘的形狀 為多邊形傘或圓形傘,所述多邊形傘的每個邊角都至少有一根細(xì)繩。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傘梯風(fēng)力型發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述做功傘的傘體 滑塊上有磁鐵,所述做功傘的細(xì)繩滑塊上有磁鐵,所述做功傘的傘體滑塊磁鐵下部和所述 做功傘的細(xì)繩滑塊磁鐵上部磁極相異。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傘梯風(fēng)力型發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述做功傘的傘體 滑塊上有粘膠墊,所述做功傘的細(xì)繩滑塊上有粘膠墊。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種傘梯風(fēng)力型發(fā)電系統(tǒng),其特征在于所述軌道繩上有緊 固有帶做功繩通過孔的緊固件。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種大功率傘型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng),包括軌道繩、升力導(dǎo)引體、傘梯和發(fā)電裝置,軌道繩的一端穿過傘梯系住升力導(dǎo)引體,另一端緊固于重物;升力導(dǎo)引體拉直軌道繩,形成一個傘軌道;升力導(dǎo)引體和傘之間保持有距離。傘梯由一個或多個傘組成;相鄰的傘之間保持有距離;傘的中心有一開孔讓軌道繩穿過;傘張開時,由于風(fēng)力的作用能形成一個向上的巨大的拉力。按作用傘分為承力傘和做功傘;承力傘緊固于軌道繩上作系統(tǒng)平衡之用;做功傘上下運(yùn)動做功;做功傘連有做功繩,做功繩一端緊固連接做功傘,另一端連接發(fā)電裝置,拉動發(fā)電裝置做機(jī)械運(yùn)動從而將風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能。
文檔編號F03D9/00GK101852178SQ200910190150
公開日2010年10月6日 申請日期2009年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月8日
發(fā)明者張建軍 申請人:張粵新