專利名稱：動(dòng)力生產(chǎn)裝置及其建造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種動(dòng)力生產(chǎn)裝置及其建造方法，雖然該裝置主要目的是用于太陽(yáng)能發(fā)電，但它也能由其它能源如地?zé)岷?或風(fēng)力運(yùn)行，并可具有其它用途，如在物品上產(chǎn)生空氣流進(jìn)行干燥。
本發(fā)明的方法對(duì)于建造大規(guī)模動(dòng)力生產(chǎn)裝置具有極大用途，以生產(chǎn)例如100MW以上的電力供當(dāng)?shù)?，全?guó)或出口用。
在本說(shuō)明書(shū)中，所用的‘上’和‘下’等詞應(yīng)理解為相對(duì)于重力方向。
許多動(dòng)力生產(chǎn)裝置，如用于全國(guó)性電網(wǎng)的電廠需連續(xù)使用不可再生的資源，如煤，石油或天然氣，這些必須運(yùn)輸?shù)诫姀S。其它電廠，如水電裝置，僅可設(shè)置在一個(gè)具有天然或人工水頭的位置，并且這個(gè)水頭可能不便于獲得。在工程完成之前，沒(méi)有令人滿意的裝置檢查該裝置是否會(huì)達(dá)到技術(shù)要求。
動(dòng)力裝置建設(shè)耗資巨大。為了償還投資，需要生產(chǎn)和銷售電力，但是用已知的建設(shè)方法，在完工前動(dòng)力裝置不能生產(chǎn)動(dòng)力，對(duì)于200MW或更大的大型裝置要在建設(shè)開(kāi)始后三年或更多的時(shí)間才能生產(chǎn)。因?yàn)殚L(zhǎng)的償還時(shí)間，訂購(gòu)新的動(dòng)力裝置的人不愿花錢投資可能提供節(jié)約但并未經(jīng)證明的新技術(shù)，這些新技術(shù)只有到最后建設(shè)完成后才可證實(shí)。
法國(guó)專利2,531,753公開(kāi)了一動(dòng)力生產(chǎn)裝置，它包括一個(gè)煙囪，具有一中心軸線；在該煙囪中的一管道，具有與煙囪中心軸線重合的一軸線，管道具有一入口和一出口；和一太陽(yáng)能收集器，具有與煙囪連接的一出口。在煙囪頂上設(shè)置有一渦輪。
英國(guó)專利2,055,980A公開(kāi)了一動(dòng)力生產(chǎn)裝置，它包括一煙囪，具有一下入口和上出口，以向下入口引入空氣，通過(guò)煙囪由上出口出來(lái)；和一安裝在煙囪上的發(fā)動(dòng)機(jī)，帶有用空氣流驅(qū)動(dòng)該發(fā)動(dòng)機(jī)的裝置。有一個(gè)轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)該發(fā)動(dòng)機(jī)，轉(zhuǎn)子軸線水平并平行于空氣流。
本發(fā)明提出的動(dòng)力生產(chǎn)裝置包括一煙囪；一在煙囪中的管道，該管道具有一出口和入口；和一太陽(yáng)能收集器，具有與該煙囪連接的一出口，它的特點(diǎn)在于太陽(yáng)能收集器輸出端與管道入口相連，一轉(zhuǎn)子在上述出口中，以及管道與煙囪中心軸線偏移。轉(zhuǎn)子是風(fēng)力驅(qū)動(dòng)的，最好是一帶外罩的、水平軸線的、壓力分級(jí)風(fēng)力渦輪的部分。
因?yàn)楣艿琅c煙囪的中心軸線偏移，在煙囪中能夠設(shè)置一個(gè)或多個(gè)附加的管道，每個(gè)管道具有與一相應(yīng)的太陽(yáng)能收集器的出口連接的入口。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)收集器和管道組裝，就能生產(chǎn)動(dòng)力，而不必等第二個(gè)和附加的收集器/管道安裝好之后再生產(chǎn)。而且，動(dòng)力裝置的動(dòng)力輸出能夠根據(jù)安裝的收集器/管道組的數(shù)目進(jìn)行控制，控制的最大組數(shù)由煙囪的直徑(或許還有高度)所確定。
本發(fā)明提供的建造動(dòng)力生產(chǎn)裝置的方法包括以下步驟沿一中心軸線建一煙囪；在煙囪內(nèi)安裝一管道，管道具有一入口和一出口；固定一太陽(yáng)能收集器，該收集器具有一空氣入口和一空氣出口，該空氣出口連接該煙囪；其特點(diǎn)是將該空氣出口連接到煙囪的入口；在該空氣出口中安裝一轉(zhuǎn)子，從而使該轉(zhuǎn)子由流入煙囪入口的空氣轉(zhuǎn)動(dòng)；以及偏離上述中心軸線安裝管道。最好太陽(yáng)能收集器由該中心軸線徑向延伸，并具有隨著離中心軸線的距離的增加而增加的寬度，從而形成扇形，該扇形對(duì)的角至少是三度，最好至少十度。
如果太陽(yáng)能收集器對(duì)角為十度，在煙囪周圍可設(shè)有相似的三十六個(gè)收集器，并在煙囪中安裝三十六個(gè)管道。但最好是將收集器和管道的數(shù)目限制為二十組。在另一實(shí)施例中，當(dāng)最后的收集器(第20個(gè))到位，準(zhǔn)備進(jìn)行最大的太陽(yáng)能煙囪的輸出時(shí)，早先裝的十九個(gè)管道可除去。在又一實(shí)施例中，當(dāng)最后的收集器(第20個(gè))到位，準(zhǔn)備進(jìn)行最大的太陽(yáng)能煙囪的輸出，早先裝的十九個(gè)轉(zhuǎn)子可從太陽(yáng)能連接器除去，一個(gè)或多個(gè)風(fēng)動(dòng)渦輪安裝在煙囪中。
本發(fā)明的一個(gè)方面是起初建的煙囪具有達(dá)到設(shè)計(jì)的最大動(dòng)力輸出的直徑。這樣的煙囪的基礎(chǔ)建成的強(qiáng)度能允許為分階段增加動(dòng)力輸出直到設(shè)計(jì)的最大輸出而增加煙囪的高度(具有標(biāo)準(zhǔn)的安全系數(shù))裕度。
下面參考附圖通過(guò)實(shí)施例介紹本發(fā)明。附圖中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的太陽(yáng)能煙囪的剖面圖，一單個(gè)太陽(yáng)能收集器設(shè)置在煙囪中心軸線的徑向，并有單個(gè)的管道，虛線示出整個(gè)完成后的煙囪的設(shè)計(jì)形狀和大?。粓D2是圖1太陽(yáng)能煙囪的平面圖，但第二個(gè)收集器已到位，第二個(gè)管道已安裝；圖3是一太陽(yáng)能收集器中風(fēng)動(dòng)渦輪剖面圖，帶有氣流控制；以及圖4是根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)完成后的動(dòng)力生產(chǎn)裝置透視圖。
圖1的太陽(yáng)能動(dòng)力生產(chǎn)裝置10提供200MW的輸出。然而在建設(shè)的第一階段完成后(如圖1所示)，裝置10僅有1.75MW的能力，但卻代表了就地可用的或出售的幫助償還建設(shè)費(fèi)的較大的動(dòng)力輸出。
第一實(shí)施例提出的裝置被認(rèn)為適合于整體的太陽(yáng)能輻射平均為960瓦/平方米和環(huán)境溫度平均為30℃的國(guó)家或地區(qū)。
這樣的國(guó)家或地區(qū)的一個(gè)一般的200MW裝置的設(shè)計(jì)規(guī)格可要求一個(gè)250米直徑的煙囪，并建議該煙囪在初始建設(shè)中象建一已知?jiǎng)恿ρb置那樣建設(shè)。
然而對(duì)這個(gè)特定的動(dòng)力輸出的設(shè)計(jì)規(guī)格也可要求(a)一個(gè)高度為1000米的煙囪；(b)467公頃的太陽(yáng)能收集器區(qū)；(c)9,300公頃太陽(yáng)能水池?zé)崾占鲄^(qū)；以及(d)36個(gè)壓力級(jí)風(fēng)動(dòng)渦輪，每個(gè)具有5.5MW的能力。但已認(rèn)識(shí)到，能修改這個(gè)裝置的設(shè)計(jì)，以致在能獲得有用的動(dòng)力前不需要滿足這些要求的全部或者是任何一個(gè)要求，即，當(dāng)投資較低時(shí)，就可生產(chǎn)動(dòng)力，該投資只占按常規(guī)甚至在裝置開(kāi)始生產(chǎn)動(dòng)力前(如電力)就需花出的投資的較小的比例。
如果條件改變而該裝置不能在完成時(shí)達(dá)到它的全部200MW的指標(biāo)，那么該裝置可以按減低的指標(biāo)繼續(xù)滿意地運(yùn)行。
因此，按已知方式，在基礎(chǔ)14上將煙囪12建到300米的高度，在地16中的基礎(chǔ)14的深度為支撐煙囪最終全部高度所要求的深度。煙囪12具有圍繞其中心軸線A的圓形地基。在本實(shí)施例中，地基的直徑是250米。這是適于設(shè)計(jì)最大輸出為200MW的動(dòng)力裝置的煙囪的計(jì)算直徑。
本發(fā)明的特點(diǎn)是，在第一階段，整個(gè)煙囪直徑(本實(shí)施例為250米)不完全用于空氣上流。該煙囪包括一個(gè)管道18，其目的下面將詳細(xì)說(shuō)明。管道18的位置從軸線A偏移。在本實(shí)施例中管道18固定到煙囪的內(nèi)壁。
圍繞煙囪的圓周設(shè)有數(shù)個(gè)煙囪入口20。如圖所示，每個(gè)煙囪入口是方形截面，其面積與它所連接的管道18的面積相應(yīng)。在另外的實(shí)施例中，開(kāi)口是矩形的或圓的。如果煙囪入口與開(kāi)口的形狀和大小不同，開(kāi)口可部分地由一具有煙囪入口的形狀和大小的組件封閉。
每個(gè)煙囪入口起初是密封的不讓空氣進(jìn)入。當(dāng)建設(shè)時(shí)，通向第一管道18的入口與一個(gè)選擇的煙囪入口20連接。然后去掉這個(gè)煙囪入口的密封或蓋子。
與該選擇的煙囪入口20對(duì)準(zhǔn)是的一個(gè)已知設(shè)計(jì)的太陽(yáng)能收集器30，它適當(dāng)?shù)匕ㄒ挥山饘僦е?4支撐的透明頂部32，用粗或黑的墊覆蓋太陽(yáng)能收集器區(qū)36。環(huán)境空氣可由入口38吸入，并在進(jìn)入到相應(yīng)的煙囪入口20之前被加熱，在管道18中上升，之后消散到大氣中。
在煙囪12中的空氣流動(dòng)不僅可由煙囪上下水平面的溫差產(chǎn)生，而且可由氣壓差和外部的風(fēng)引起。這些效應(yīng)在另外的實(shí)施例中被加強(qiáng)，在此實(shí)施例中煙囪12的高度增加到圖中虛線所示的尺寸。在另一實(shí)施例中，煙囪的外徑隨高度增加逐漸減小。
第一太陽(yáng)能收集器30最好設(shè)置得使它的入口38面向主風(fēng)。
在此實(shí)施例中，太陽(yáng)能收集器30具有面積為12.9公頃的透明蓋面，并有面積為465公頃的太陽(yáng)能水池收集器區(qū)，該水池在用作太陽(yáng)能收集器的區(qū)域周圍形成溝槽，并蓋有蓋子42。
圖4的完成后的太陽(yáng)能動(dòng)力裝置包括20個(gè)太陽(yáng)能收集器30和太陽(yáng)能水池收集器區(qū)40，它有258公頃的(粗石或墊)遮蓋面積和9,300公頃的水池區(qū)。但是在另一實(shí)施例中用的太陽(yáng)能收集器(和水池)是大小不同的。在又一實(shí)施例中，太陽(yáng)能收集器和水池的對(duì)角是不同的。
如圖2所示，在第一階段，完成了太陽(yáng)能收集器30a，進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)；在第二階段，太陽(yáng)能收集器30b在建設(shè)中，需要最后的頂部部分。但在某些場(chǎng)合可能希望在圖2的狀態(tài)中運(yùn)行太陽(yáng)能收集器30b，以致在最后的頂部裝上之前太陽(yáng)能收集器30b的(減小的)區(qū)域可用于生產(chǎn)電力。因此，可能有某些使用者傾向于建一個(gè)太陽(yáng)能收集器的圓環(huán)，每個(gè)具有減小的(未完成的)頂部面積的太陽(yáng)能收集器在需要時(shí)再增加頂部面積。
雖然空氣流可有各種工業(yè)用途，實(shí)用中，太陽(yáng)能收集器30中安裝一風(fēng)動(dòng)渦輪50，渦輪50被支撐在軸54上，與軸線A相距165米。在這個(gè)實(shí)施例中，風(fēng)動(dòng)渦輪50具有兩個(gè)葉片，其掃過(guò)的截面積為490平方米，額定功率為5.5MW，在其它的實(shí)施例中該渦輪可有四個(gè)或更多的葉片。但是，在第一階段，風(fēng)動(dòng)渦輪50的輸出人為地限制在1.75MW內(nèi)，以使在第一風(fēng)動(dòng)渦輪50能運(yùn)行之前，它的太陽(yáng)能收集器不必建成為設(shè)計(jì)的完整尺寸。
煙囪直徑為250米，截面約為49000平方米，使用掃過(guò)面積僅為490平方米的葉片的風(fēng)動(dòng)渦輪50的情況下，與現(xiàn)行的設(shè)計(jì)規(guī)則矛盾。因此在煙囪12內(nèi)的空氣會(huì)有突然減壓，這又會(huì)使得空氣流速降低，并使跨葉片的壓降下降到葉片不能開(kāi)始旋轉(zhuǎn)的程度，或者如果旋轉(zhuǎn)，也會(huì)慢慢地停止。為了克服這個(gè)問(wèn)題，風(fēng)動(dòng)渦輪50的出口連接煙囪入口20，作為本發(fā)明的重要特征，隨后連接到管道18。
向風(fēng)動(dòng)渦輪流動(dòng)的空氣流量部分地由它的配套的太陽(yáng)能收集器30的大小和形狀所決定。在第一階段，僅建了單個(gè)的楔形或扇形的收集器30，它由煙囪12輻射出，邊部39是用側(cè)蓋封閉的。如圖4所示，即使在太陽(yáng)能煙囪10全部組裝的狀態(tài)下，邊蓋39仍可保留在位使用，起著隔斷向風(fēng)動(dòng)渦輪50的空氣流的作用，以使它們可以分別地退出工作以進(jìn)行維修或更換(太陽(yáng)能煙囪不必關(guān)閉)，并且邊蓋如果選擇是剛性的，可幫助支撐頂部32。
在所示的優(yōu)選實(shí)施例中，向風(fēng)動(dòng)渦輪50流動(dòng)的空氣體積是由跨收集器入口38的可動(dòng)閘板控制，在太陽(yáng)能收集器完成到它的整個(gè)尺寸之前，使風(fēng)動(dòng)渦輪能開(kāi)始運(yùn)行。但是，這些體積的空氣可能不會(huì)全部產(chǎn)生有用的動(dòng)力。因此如果風(fēng)動(dòng)渦輪是安裝在具有方形或矩形邊的箱中，一些體積的空氣將碰撞到箱上。而且，如果該箱沒(méi)有一個(gè)封閉結(jié)構(gòu)包圍，以阻止渦輪周圍的空氣流動(dòng)，如在該渦輪和一個(gè)或多個(gè)收集器頂部32，側(cè)蓋39和地面(它們一同限定收集器空氣流道，大約為625平方米)之間的空氣流動(dòng)，那么，可利用的空氣流能量就會(huì)有進(jìn)一步的減少。因此，作為本發(fā)明的另一特點(diǎn)，設(shè)置了一個(gè)罩52，它與風(fēng)動(dòng)渦輪入口連接，并具有一個(gè)內(nèi)表面，這個(gè)內(nèi)表面由大體等于收集器空氣流道(如625平方米)的截面逐漸地、平滑地會(huì)合到風(fēng)動(dòng)渦輪入口處的截面(如490平方米)，以使所有的或大致所有的進(jìn)入太陽(yáng)能收集器30的空氣能夠以層流流動(dòng)，并使進(jìn)入和通過(guò)渦輪50的摩擦損失最小。
渦輪50的出口鄰近煙囪入口20。但在另一個(gè)實(shí)施例中，管道18可具有下端，其大小和形狀使得可由相應(yīng)的入口20支撐，管道端部直接與渦輪出口相配，防止空氣流的損耗。
如圖4所示，隨后太陽(yáng)能煙囪可通過(guò)附加另外的收集器30′完成，從而能與另外的管道18(它們中一些可捆綁到煙囪壁上，另外的可捆綁到現(xiàn)有的管道上，如果需要的話，以一個(gè)管道沿著軸線A)一起達(dá)到全部設(shè)計(jì)動(dòng)力輸出。如果在例如第一階段完成后若干年時(shí)，要求更大的輸出，那時(shí)可在煙囪12上建一向上的延長(zhǎng)部分，例如達(dá)到虛線所示的高度。并且，如果希望的話，在這樣增加煙囪的高度的情況下，在收集器頂部32上可增加另一排收集器，每個(gè)收集器具有它自己的渦輪?，F(xiàn)在去掉閘板等可將入口38全部打開(kāi)。
這個(gè)方法的重要優(yōu)點(diǎn)是小規(guī)模的裝置可以交工運(yùn)行，而通過(guò)大概在若干年內(nèi)分階段地向該小規(guī)模的裝置附加，可獲得大規(guī)模的裝置(發(fā)電量超過(guò)200MW)。該大規(guī)模的裝置，可以預(yù)見(jiàn)，能夠和使用非再生能源的氣輪機(jī)，柴油渦輪，和燃煤裝置有效地競(jìng)爭(zhēng)。而且，在具有適當(dāng)?shù)奶?yáng)能輻射和風(fēng)力水平的國(guó)家，當(dāng)?shù)厝绻麤](méi)有那些能源，使用本發(fā)明最好。
權(quán)利要求
1.一種動(dòng)力生產(chǎn)裝置，包括一煙囪；一在所述煙囪中的管道，所述管道具有一入口和出口；和一太陽(yáng)能收集器，它具有與所述煙囪連接的一出口；其特征在于所述太陽(yáng)能收集器輸出口與所述管道入口相連；一轉(zhuǎn)子在所述出口中；以及所述管道從所述煙囪中心線偏移。
2.一種建造一動(dòng)力生產(chǎn)裝置的方法，包括以下步驟繞一中心軸線建一煙囪；在所述煙囪內(nèi)安裝一管道，所述管道具有一入口和一出口；定位一太陽(yáng)能收集器，所述收集器具有一空氣入口和一空氣出口，所述空氣出口連接所述煙囪；其特征在于將所述空氣出口連到所述管道入口；在所述空氣出口中安裝一轉(zhuǎn)子，以便流入所述管道入口的空氣使轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)；以及偏離所述中心軸線安裝所述管道。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述煙囪增高，并將附加的管道裝入所述煙囪，每個(gè)管道連接一個(gè)具有一風(fēng)動(dòng)渦輪的太陽(yáng)能收集器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，當(dāng)所述的煙囪高度增加十倍后，將所述管道除去。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種動(dòng)力生產(chǎn)裝置(10)和方法。該動(dòng)力生產(chǎn)裝置包括:一煙囪(12);一在該煙囪中的管道(18),該管道具有一出口和入口;和一太陽(yáng)能收集器(30),它具有與該煙囪連接的一出口,其特點(diǎn)是:太陽(yáng)能收集器輸出口與管道入口相連;一轉(zhuǎn)子(50)在上述出口中;以及管道與煙囪中心線(A)偏離。在煙囪中設(shè)置一管道使該裝置能夠分步驟地建設(shè),并允許在整個(gè)裝置完成前輸出動(dòng)力。
文檔編號(hào)F03D1/04GK1186539SQ96194415
公開(kāi)日1998年7月1日 申請(qǐng)日期1996年4月4日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月6日
發(fā)明者戴亞·R·塞納納亞科 申請(qǐng)人:戴亞·R·塞納納亞科