專利名稱：熱氣流發(fā)電裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及發(fā)電設(shè)備，特別是一種熱氣流發(fā)電裝置。
背景技術(shù)：
太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā)電的構(gòu)想是1978年由德國(guó)J. schlaich教授提出來(lái)的，主要由太陽(yáng)能集熱棚、導(dǎo)流煙 、渦輪發(fā)電機(jī)組三個(gè)部件組成，之后，美國(guó)、德國(guó)、南非、日本等國(guó)的專家學(xué)者對(duì)此產(chǎn)生了濃厚興趣，展開(kāi)了一系列研究，先后建立了多種發(fā)電模型實(shí)驗(yàn)進(jìn)行基礎(chǔ)性研究；我國(guó)對(duì)太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電的研究始于20世紀(jì)70年代，華中科技大學(xué)的楊家寬博士等承擔(dān)的武漢市青年科技晨光計(jì)劃項(xiàng)目首次在國(guó)內(nèi)建造了一座輸出功率為IOW的小型太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電實(shí)驗(yàn)裝置，2010年，我國(guó)在內(nèi)蒙西部沙漠中建立了 200KW的太陽(yáng)能熱風(fēng)發(fā) 電站并投入運(yùn)行，三期建成后發(fā)電量可達(dá)2. 7MW ;最近，澳洲能源公司計(jì)劃在美國(guó)亞利桑那州沙漠中興建一個(gè)高792米的巨型煙囪型太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電巨塔，由于沙粒在日間吸收了過(guò)量熱力，在夜間還能令氣體變暖，持續(xù)供電。據(jù)估計(jì)，該太陽(yáng)能巨塔建成后，可產(chǎn)生100多萬(wàn)兆瓦電量，將為大約15萬(wàn)個(gè)家庭提供電力，相當(dāng)于伯班克(美國(guó)加州城市)整個(gè)城市的用電量，同時(shí)還可以減少90萬(wàn)噸二氧化碳?xì)怏w進(jìn)入環(huán)境。但太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電仍然存在無(wú)法普及的問(wèn)題一、太陽(yáng)能集熱棚占用大量土地；二、因受氣候等因素的影響，單靠太陽(yáng)能產(chǎn)生的熱氣流不足以維持發(fā)電裝置持續(xù)、穩(wěn)定、高效運(yùn)轉(zhuǎn)；三、普及推廣有一定的局限性；四、熱氣流直接進(jìn)入渦輪發(fā)電機(jī)給設(shè)備安全穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)帶來(lái)考驗(yàn)。中國(guó)專利申請(qǐng)201110137765. 6公開(kāi)了一種利用太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電的方法，利用太陽(yáng)能集熱棚溫室產(chǎn)生的熱氣流進(jìn)入進(jìn)風(fēng)通道，帶動(dòng)通道中的發(fā)電機(jī)發(fā)電。該方法存在以下不足1、集熱棚占地面積大，在山脊上架設(shè)集熱棚施工、維護(hù)難度大，不安全；2、發(fā)電機(jī)設(shè)置有限，形不成規(guī)模效益；3、熱氣流直通發(fā)電設(shè)備容易造成發(fā)電機(jī)組升溫，不利機(jī)組安全運(yùn)行；4、投資成本高，普及難度大。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于提供一種熱氣流發(fā)電裝置，它克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，不受地理?xiàng)l件限制、能夠全天候工作，具有高效率、低成本的特點(diǎn)。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)如下途徑實(shí)現(xiàn)的一種熱氣流發(fā)電裝置，山頂平臺(tái)建造圓柱形豎井，在豎井頂部設(shè)一風(fēng)筒，豎井和風(fēng)筒構(gòu)成塔 ，沿豎井底部周圍建造若干L形進(jìn)風(fēng)洞，進(jìn)風(fēng)洞連通塔囪底部；所述的進(jìn)風(fēng)洞的水平通道分三段，一段為洞徑逐漸縮小的進(jìn)風(fēng)洞壓縮區(qū)，該區(qū)域與垂直通道相接，另兩段相連的為洞徑一致的進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)和進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)，進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)連通塔囪底部；所述的風(fēng)筒外壁設(shè)置安裝有風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組，進(jìn)風(fēng)洞壓縮區(qū)內(nèi)設(shè)置圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組，進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)內(nèi)設(shè)置渦輪發(fā)電機(jī)組；所述的塔 底部中央設(shè)有熱氣流生成器，熱氣流噴射器設(shè)置在進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)出口位置；所述的風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組、圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組、熱氣流生成器，熱氣流噴射器及渦輪發(fā)電機(jī)組均由外部控制裝置控制。更進(jìn)一步的，所述的豎井長(zhǎng)度與直徑比< 10，豎井底部直徑與豎井頂部直徑相同，豎井底部直徑為風(fēng)筒頂部直徑的I. 3-1. 5倍，風(fēng)筒長(zhǎng)度<豎井長(zhǎng)度的50%，風(fēng)筒底部直徑與豎井直徑相同，風(fēng)筒向上均勻收縮，呈中空錐形。更進(jìn)一步的，所述的熱氣流生成器為太陽(yáng)能散熱器、電熱器或燃燒器。更進(jìn)一步的，所述的進(jìn)風(fēng)洞的進(jìn)風(fēng)口口徑大于出風(fēng)口口徑。 更進(jìn)一步的，相鄰的進(jìn)風(fēng)洞之間設(shè)有維修洞，所述維修洞與進(jìn)風(fēng)洞的壓縮區(qū)以安全閘門(mén)相連通。更進(jìn)一步的，所述風(fēng)筒以及進(jìn)風(fēng)洞進(jìn)風(fēng)段為金屬或磚混結(jié)構(gòu)建造，所述豎井以及進(jìn)風(fēng)洞出風(fēng)段用鋼筋混凝土澆注，所述塔 內(nèi)壁襯砌耐火材料，設(shè)有保溫層。更進(jìn)一步的，所述熱氣流噴射器其噴口設(shè)為向上45 °。本實(shí)用新型熱氣流發(fā)電裝置，類似于煙囪抽吸煙塵原理，或類似于“連通器”效應(yīng)原理，一旦大口徑管道(塔囪)內(nèi)氣體流動(dòng)，即可引發(fā)大氣柱以每平方米約10噸的重力向進(jìn)風(fēng)管道內(nèi)壓迫，迫使管道內(nèi)的風(fēng)輪機(jī)、渦輪機(jī)帶動(dòng)相應(yīng)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電。本實(shí)用新型熱氣流發(fā)電裝置是可再生能源發(fā)電的一種新方式，不受地理、天氣條件影響，應(yīng)用范圍廣、能夠全天候運(yùn)行，并且發(fā)電效率高、成本低、清潔環(huán)保，應(yīng)用前景廣闊。
以下結(jié)合附圖
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明圖I為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)示意圖；其中，I避雷裝置、2頂蓋、3塔囪、4風(fēng)輪機(jī)葉片保護(hù)蓋、5風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組、6熱氣流生成器、7導(dǎo)風(fēng)裝置、8閘門(mén)、9熱氣流噴射器、10渦輪發(fā)電機(jī)組、11圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組、12進(jìn)風(fēng)洞、13進(jìn)風(fēng)洞壓縮區(qū)、14進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)、15進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)。
具體實(shí)施方式
如圖I所示，本實(shí)用新型熱氣流發(fā)電裝置，可以人工建造，也可以依據(jù)有利地形挖掘建造。例如，選擇高度適合的山坡地、山丘為建設(shè)平臺(tái)，垂直向下鑿進(jìn)建造一個(gè)圓柱形豎井，沿豎井中軸線垂直向上建造一個(gè)錐形風(fēng)筒，豎井和風(fēng)筒構(gòu)成塔 3。所述塔 3頂部設(shè)置自動(dòng)啟閉的頂蓋2和避雷裝置1，所述塔囪3下部的內(nèi)側(cè)壁上設(shè)置耐火層、保溫層。豎井與進(jìn)風(fēng)洞的開(kāi)挖建造可按傳統(tǒng)的隧道工程施工方法進(jìn)行，開(kāi)挖后采用鋼筋混凝土澆注成型，風(fēng)洞應(yīng)按設(shè)計(jì)規(guī)范要求進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，二襯脫模后應(yīng)使內(nèi)壁光滑無(wú)風(fēng)窩、毛刺。所述風(fēng)筒以及進(jìn)風(fēng)洞進(jìn)風(fēng)段為金屬或磚混結(jié)構(gòu)建造，所述豎井以及進(jìn)風(fēng)洞出風(fēng)段用鋼筋混凝土澆注，所述塔囪內(nèi)壁襯砌耐火材料，設(shè)有保溫層，并保持內(nèi)壁光滑減少熱氣上升阻力。所述的豎井長(zhǎng)度與直徑比< 10，豎井底部直徑為風(fēng)筒頂部直徑的I. 3-1. 5倍，風(fēng)筒長(zhǎng)度<豎井長(zhǎng)度的50%，風(fēng)筒底部直徑與豎井直徑相同，風(fēng)筒向上均勻收縮，呈中空錐形。沿豎井底部周圍建造若干L形進(jìn)風(fēng)洞12，進(jìn)風(fēng)洞12連通塔囪3底部；所述進(jìn)風(fēng)洞12的進(jìn)風(fēng)口大于(數(shù)倍)出風(fēng)口。進(jìn)風(fēng)洞進(jìn)風(fēng)段與出風(fēng)段垂直連通，進(jìn)風(fēng)口向上，進(jìn)風(fēng)洞設(shè)置一定坡度，通常底坡度< 5%。;進(jìn)風(fēng)口設(shè)置安全防護(hù)網(wǎng)，可用鋼材或纖維等材料制作，預(yù)防進(jìn)風(fēng)口附件人、動(dòng)物或其他物體被氣流卷進(jìn)風(fēng)洞12，危及生命和發(fā)電設(shè)施安全；進(jìn)風(fēng)洞出風(fēng)口同方向與豎井切向連通，使進(jìn)風(fēng)口進(jìn)風(fēng)旋轉(zhuǎn)上升。相鄰的進(jìn)風(fēng)洞之間設(shè)有維修洞，所述維修洞與進(jìn)風(fēng)洞的壓縮區(qū)以安全閘門(mén)相連通。所述的進(jìn)風(fēng)洞12的水平通道分三段，一段為洞徑逐漸縮小的進(jìn)風(fēng)洞壓縮區(qū)13，該區(qū)域與垂直通道相接，另兩段相連的為洞徑一致的 進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)14和進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)15，進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)15連通塔囪3底部；所述進(jìn)風(fēng)洞壓縮區(qū)13的截面積由外向內(nèi)遞減，氣流由外界進(jìn)入風(fēng)洞壓縮區(qū)13時(shí)，由于狹管效應(yīng)，空間變小、氣壓增加，導(dǎo)致風(fēng)速增大。在現(xiàn)有技術(shù)的情況下，當(dāng)進(jìn)風(fēng)洞壓縮區(qū)13內(nèi)的風(fēng)速增大到9m/s以上時(shí)，即可以進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電。所述的風(fēng)筒外壁設(shè)置有若干組同軸風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組5，所述風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組5包括設(shè)置在豎井外壁周邊的復(fù)數(shù)個(gè)風(fēng)輪機(jī)，每個(gè)風(fēng)輪機(jī)通過(guò)同軸傳動(dòng)方式帶動(dòng)發(fā)電機(jī)進(jìn)行發(fā)電。這里采用同軸傳動(dòng)的方式帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，可以減少能量損耗，提高發(fā)電效率。所述風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組5外側(cè)還設(shè)置有風(fēng)輪機(jī)葉片保護(hù)蓋4。進(jìn)風(fēng)洞壓縮區(qū)13內(nèi)設(shè)置圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組11，所述圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組11包括設(shè)置在圓筒內(nèi)外壁的復(fù)數(shù)個(gè)風(fēng)輪機(jī)，風(fēng)輪機(jī)轉(zhuǎn)軸位于圓筒外壁，風(fēng)輪機(jī)通過(guò)扇形齒輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)，發(fā)電機(jī)位于圓筒外壁。根據(jù)所述壓縮區(qū)的長(zhǎng)度可批量安裝圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組
11。本裝置可采用最新無(wú)芯稀土永磁發(fā)電機(jī)，安裝調(diào)試后將進(jìn)一步降低發(fā)電成本、極大提升發(fā)電效率。所述進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)14的截面積不變，氣流經(jīng)過(guò)壓縮區(qū)之后已經(jīng)加速到比較理想的風(fēng)速。在所述進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)14內(nèi)設(shè)置一定數(shù)量的渦輪發(fā)電機(jī)組10進(jìn)行發(fā)電。所述進(jìn)風(fēng)洞的出風(fēng)口設(shè)置在所述擴(kuò)散區(qū)末端；所述均衡區(qū)與擴(kuò)散區(qū)之間設(shè)置閘門(mén)，當(dāng)圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組11、渦輪發(fā)電機(jī)組10需要進(jìn)行維修時(shí)，關(guān)閉均衡區(qū)末端閘門(mén)，方便調(diào)度和對(duì)單獨(dú)的出風(fēng)管道進(jìn)行維護(hù)，不影響其它進(jìn)風(fēng)洞發(fā)電。所述的塔囪3底部中央設(shè)有熱氣流生成器6，用于加熱從進(jìn)風(fēng)洞進(jìn)入的氣流使熱氣流高速螺旋上升，以產(chǎn)生龍卷風(fēng)效應(yīng)，從而一并帶動(dòng)風(fēng)筒外側(cè)設(shè)置的風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組5進(jìn)行發(fā)電。所述的熱氣流生成器6為太陽(yáng)能散熱器、電熱器或燃燒器。熱氣流生成器的熱源，是選擇項(xiàng)目所在地的兩項(xiàng)優(yōu)勢(shì)熱源(如太陽(yáng)能集熱棚產(chǎn)生的熱氣流、垃圾產(chǎn)生的沼氣、地?zé)崮?、小水電、天然氣、工業(yè)廢氣余熱等可再生能源)作為本發(fā)電裝置的主付熱源。熱氣流噴射器9設(shè)置在進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)15出口對(duì)應(yīng)熱氣流生成器6的位置，設(shè)置成向上45°噴射狀態(tài)；太陽(yáng)能散熱器與太陽(yáng)能集熱棚中的導(dǎo)熱器連通；電熱器與小水電的電能連通；燃燒器與天然氣或沼氣連通；熱氣流噴射器通過(guò)預(yù)埋絕緣壓力管道與太陽(yáng)能集熱棚出氣口連通或與工業(yè)廢氣余熱裝置連通。所述的風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組5、圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組11、熱氣流生成器6，熱氣流噴射器9及渦輪發(fā)電機(jī)組10均由外部控制裝置控制。此外，本實(shí)用新型的熱氣流發(fā)電裝置還包括用于控制風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組5、圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組11、熱氣流生成器6，熱氣流噴射器9及渦輪發(fā)電機(jī)組10、閘門(mén)、塔囪調(diào)溫調(diào)速、兩片頂蓋啟閉和用于向熱氣流生成器提供熱源的熱能系統(tǒng)，以上均可以采用現(xiàn)有技術(shù)中的方式實(shí)現(xiàn)，這里不贅述。[0030]工作時(shí)，通過(guò)計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)啟動(dòng)集成在豎井底部的兩套熱氣流生成器6和熱氣流噴射器9，加熱塔囪3塔腔空氣，當(dāng)豎井塔囪上下溫度達(dá)到設(shè)定值時(shí)依次打開(kāi)風(fēng)筒上部的兩片頂蓋2，并依次打開(kāi)進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)14閘門(mén)，產(chǎn)生速度很高的風(fēng)，進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)14、13進(jìn) 風(fēng)洞壓縮區(qū)內(nèi)的電機(jī)受風(fēng)力驅(qū)動(dòng)發(fā)電，渦輪發(fā)電機(jī)組10和風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組5的電機(jī)所發(fā)的電力進(jìn)行集中控制、升壓后送出并入電網(wǎng)。發(fā)電機(jī)組正常工作后，可適時(shí)切換關(guān)閉其中的一套熱氣流生成器，保留一套熱氣流生成器工作維持豎井風(fēng)洞內(nèi)溫度、風(fēng)速，確保各發(fā)電機(jī)組的電機(jī)高效運(yùn)轉(zhuǎn)。
權(quán)利要求1.一種熱氣流發(fā)電裝置，山頂平臺(tái)建造圓柱形豎井，在豎井頂部設(shè)一風(fēng)筒，豎井和風(fēng)筒構(gòu)成塔囪(3)，沿豎井底部周圍建造若干L形進(jìn)風(fēng)洞(12)，進(jìn)風(fēng)洞(12)連通塔囪(3)底部，其特征在于 所述的進(jìn)風(fēng)洞(12)的水平通道分三段，一段為洞徑逐漸縮小的進(jìn)風(fēng)洞壓縮區(qū)(13)，該區(qū)域與垂直通道相接，另兩段相連的為洞徑一致的進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)(14)和進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)(15)，進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)(15)連通塔囪(3)底部； 所述的風(fēng)筒外壁設(shè)置安裝有風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組(5)，進(jìn)風(fēng)洞壓縮區(qū)(13)內(nèi)設(shè)置圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組(11)，進(jìn)風(fēng)洞均衡區(qū)(14)內(nèi)設(shè)置渦輪發(fā)電機(jī)組(10)； 所述的塔 (3)底部中央設(shè)有熱氣流生成器￠)，熱氣流噴射器(9)設(shè)置在進(jìn)風(fēng)洞擴(kuò)散區(qū)(15)出口位置； 所述的風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組(5)、圓筒式風(fēng)輪發(fā)電機(jī)組(11)、熱氣流生成器￠)，熱氣流噴射器(9)及渦輪發(fā)電機(jī)組(10)均由外部控制裝置控制。
2.如權(quán)利要求I所述的熱氣流發(fā)電裝置，其特征在于所述的豎井長(zhǎng)度與直徑比<10，豎井底部直徑與豎井頂部直徑相同，豎井底部直徑為風(fēng)筒頂部直徑的I. 3-1. 5倍，風(fēng)筒長(zhǎng)度<豎井長(zhǎng)度的50%，風(fēng)筒底部直徑與豎井直徑相同，風(fēng)筒向上均勻收縮，呈中空錐形。
3.如權(quán)利要求I所述的熱氣流發(fā)電裝置，其特征在于所述的熱氣流生成器(6)為太陽(yáng)能散熱器、電熱器或燃燒器。
4.如權(quán)利要求I所述的熱氣流發(fā)電裝置，其特征在于所述的進(jìn)風(fēng)洞(12)的進(jìn)風(fēng)口口徑大于出風(fēng)口口徑。
5.如權(quán)利要求I所述的熱氣流發(fā)電裝置，其特征在于相鄰的進(jìn)風(fēng)洞之間設(shè)有維修洞，所述維修洞與進(jìn)風(fēng)洞的壓縮區(qū)以安全閘門(mén)相連通。
6.如權(quán)利要求I所述的熱氣流發(fā)電裝置，其特征在于所述風(fēng)筒以及進(jìn)風(fēng)洞進(jìn)風(fēng)段為金屬或磚混結(jié)構(gòu)建造，所述豎井以及進(jìn)風(fēng)洞出風(fēng)段用鋼筋混凝土澆注，所述塔 內(nèi)壁襯砌耐火材料，設(shè)有保溫層。
7.如權(quán)利要求I所述的熱氣流發(fā)電裝置，其特征在于所述熱氣流噴射器(9)其噴口設(shè)為向上45°。
專利摘要本實(shí)用新型涉及發(fā)電設(shè)備，特別是一種熱氣流發(fā)電裝置。包括塔囪、進(jìn)風(fēng)洞、導(dǎo)風(fēng)裝置、發(fā)電機(jī)組、熱氣流生成系統(tǒng)，在豎井頂部設(shè)一風(fēng)筒，豎井和風(fēng)筒構(gòu)成塔囪(3)，沿豎井底部周圍建造若干L形進(jìn)風(fēng)洞(12)，進(jìn)風(fēng)洞(12)連通塔囪(3)底部。此熱氣流發(fā)電裝置具有原理可靠，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，取材方便，運(yùn)動(dòng)部件少，維修方便，成本低，無(wú)環(huán)境污染，晝夜運(yùn)行穩(wěn)定，使用周期長(zhǎng)等特點(diǎn)，成為完善國(guó)內(nèi)外太陽(yáng)能熱氣流發(fā)電的優(yōu)化升級(jí)方案，對(duì)人類環(huán)境的改善和電力行業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的戰(zhàn)略意義。
文檔編號(hào)E04H5/02GK202450809SQ201220064949
公開(kāi)日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者郭齊貴 申請(qǐng)人:郭齊貴