CN101463801B - 气流发电系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种气流发电系统及方法。该系统包括气源、通道、至少一个无动力抽风装置以及至少一台涡轮发电机组;通道包括与气源连通的气流进口、以及气流出口;无动力抽风装置安装在气流出口的位置,且无动力抽风装置位于自然界风场中;涡轮发电机组至少包括位于通道内的转动叶片;无动力抽风装置在热气体与外界形成的温差和/或外界风力的作用下转动,在通道内形成负压,持续地从气源中吸入气体,从而在通道内形成气流,并由气流推动转动叶片转动,进而驱动涡轮发电机组进行发电。本发明系统能够连续运行、稳定发电,减少对天气的依赖性,克服单一种类清洁能源的单一性和局限性。

Description

气流发电系统及方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种利用气流进行发电的系统及方法,更具体地说,涉及一种可有效地利用热温差、有压力的气体所产生的气流或/和自然界的风力(包括微风)进行发电的系统及方法。
背景技术
[0002] 随着经济的快速发展,煤炭、石油等化石燃料短缺问题频频出现,这些不可再生能源的日渐枯竭是人类不得不面对的残酷现实,同时传统燃料产生的环境污染、温室气体排放等问题日益成为制约社会经济发展的瓶颈。
[0003]目前比较常见的清洁能源发电主要集中在太阳能发电以及风能发电,然而依靠单一种类清洁能源进行发电都存在着某些局限性。
[0004] 尽管太阳能光伏发电技术已经成熟,但由于目前成本昂贵,还需要依赖政府的财政性补贴,暂时还无法实现真正的商业化应用。同时在太阳能硅电池材料的生产过程中,还会产生不少对环境有害的物质。另外,目前太阳能热发电技术由于造价高、结构复杂、占地面积大,难以大规模推广,目前还不具备竞争力;同时这类发电站一般都建在偏远的区域,这就需要架设长距离的输变电线路和设施,无疑会加大投资成本。
[0005] 风能是一种安全、清洁、充裕的可再生能源,风力发电虽然能提供源源不断的电能。但风力发电却存在着以下不足之处和疑问:
[0006] 1、由于涡轮发电机的驱动力主要依赖自然界的风力,涡轮发电机需要风力充足的风场资源,而有限的、充足的风场资源也限制了风力发电大规模的应用;
[0007] 2、转动叶片的转速随自然界风速而改变,因此涡轮发电机的转子不可避免地出现转速不均匀的状况;同时涡轮发电机必须要有较高的启动风速。
[0008] 3、人类对这些风力强弱是无法控制的,因此风力发电机组(包括支撑铁架、塔架)必须有足够坚固的强度,以便能够在各种自然条件下安全运行,这无疑加大了风力发电的投资成本;
[0009] 4、由于风力发电站一般都建在偏远的区域,这就需要架设长距离的输变电线路和设施,无疑会加大投资成本。
[0010] 5、而最需要电力供应的城镇,由于风力可利用条件差,风向经常变得起伏不定,空气湍流会磨损涡轮机,就造成安装在城镇中的风力发电机运行效率低。最近英国一项住宅屋顶风力发电的研究发现,涡轮机产生的电力比安装者预计的要少,因为风速比预期的要低。而在当多风的时候,叶片旋转产生的噪音非常大,简直就是在嚎叫。
[0011]另外,在日常生活中还有很多能量(包括排废的能量)没有被充分地加以利用,被白白浪费掉。例如在炎热的夏天,露天物体(例如高速公路柏油路面、飞机场水泥道路、广场以及建筑物外墙、屋顶等等)表面温度较高,有时人们又不得不通过洒水进行即时降温,浪费了热量;又如受钢水(或锅炉)的热辐射影响,炼钢(或锅炉)车间内温度非常高,工人有时不得不采取措施进行即时降温,而这些热量并没有被充分地加以利用,又被白白浪费掉;又如在夏(冬)季节,很多建筑物都使用空调或热栗对室内进行调温,而风冷式空调或热栗会直接将室内调温所产生的废热(冷)气体直接排入大气,并没有被充分地加以利用,同时排出的废气流还可能对周边产生影响;又如存在于自然界的温泉、地热等长年产生大量的热量,并没有被人类充分地加以利用。
[0012]消费者能够从清洁能源发电技术受益的关键在于产品应该价格便宜,耐用,实用,运行和维护成本低等。因此有理由相信:即便发电效率暂时可能比较低,但产品的廉价足以弥补其效率低的缺点,使每瓦的发电成本仍然有非常强的竞争优势;同时,产品的廉价还可以促使清洁能源发电无需过多地依赖政府的政策支持和财政补贴,真正跨入清洁能源的商业化和市场化应用;并且产品的廉价还可以激发消费者自觉地使用清洁能源的积极性。
发明内容
[0013] 本发明要解决的技术问题在于,提供一种可有效利用热温差、有压力的气体所产生的气流或/和自然界的的风力(包括微风)进行发电的系统及方法;本系统和方法还可形成互补式发电,克服单一种类清洁能源发电的单一性和局限性。
[0014] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种气流发电系统,包括气源、通道、至少一个无动力抽风装置以及至少一台涡轮发电机组;
[0015] 所述通道包括与气源连通的气流进口、以及气流出口 ;所述无动力抽风装置安装在所述气流出口的位置,且所述无动力抽风装置位于自然界风场中;所述涡轮发电机组至少包括位于所述通道内的转动叶片;
[0016] 所述无动力抽风装置在热气体与外界形成的温差和/或外界风力的作用下转动,在所述通道内形成负压,持续地从所述气源中吸入气体,从而在所述通道内形成气流,并由所述气流推动所述转动叶片转动,进而驱动所述涡轮发电机组进行发电。
[0017] 本发明还提供一种气流发电方法,包括以下步骤:
[0018] S1:设置气源以提供气流;
[0019] S2:通道与所述气源相连通,所述气流从所述通道的气流进口进入到所述通道内;
[0020] S3:设置无动力抽风装置,并与所述通道的气流出口相连接;所述无动力抽风装置在热气体与外界形成的温差和/或外界风力的作用下转动,在所述通道内形成负压,持续从所述气源中抽入气体,从而在所述通道内形成气流;
[0021] S4:在所述通道内设置涡轮发电机组的转动叶片,由步骤S3产生的气流推动所述转动叶片转动,进而驱动所述涡轮发电机组进行发电。
[0022] 本发明技术具有以下优势:
[0023] 1、能够以无动力、主动方式产生热气流,驱动涡轮发电机进行发电;或利用有压力的排废气体所产生的气流,驱动涡轮发电机;还可以借助抽风装置,将任何风方上的自然界风力(包括微风)转换成气流,驱动涡轮发电机进行发电,并与上述气流在驱动方面形成互补,以便系统能够连续运行、稳定发电,减少对天气的依赖性,克服单一种类清洁能源的单一性和局限性。
[0024] 2、本发明所述热源不仅可以来自于太阳能空气集热器(包括中、高温太阳能空气集热器)、放置在热源(例如地热或排废热源)中的换热装置、排废热气体(包括烟气)等等,甚至可来自于物体表面或内部受热后所吸收的热量。
[0025] 3、通过安装足够数量的无动力抽风装置,可提供充足流速的气流,驱动涡轮发电机发电;并可通过系统中的控制装置或阀门,对气流的流速进行及时有效地控制。
[0026] 4、可在系统内安装多台涡轮发电机组,或安装具有二组以上转动叶片的涡轮发电机组,以便提高系统的发电效率和发电量。
[0027] 5、涡轮发电机组不仅可以安装在系统的垂直部分,还可以安装在系统的水平部分,甚至系统上任何合适的位置。
[0028] 6、转动叶片架设在通道内,而发电机安装在通道外,这样可以避免发电机长时间在高温状态下运行,直接降低发电机运行时的工作温度,并便于对发电机进行及时的维护、检修等。
[0029] 7、可实现就地发电,就地使用,无需架设输变电线路和设施。
[0030] 8、可直接安装在城市建筑物屋顶进行发电,对周边环境影响小,无需占用土地资源;同时还可降低建筑物外墙、屋顶的温升,减轻建筑单元内空调负荷。本发明技术不仅适用于新建筑物,而且也适用于已有建筑物的绿色节能改造。
[0031] 9、可实现一套系统冬季用于供热、夏季用于发电,提高设备的使用效率和投资收益率,激发消费者自觉使用清洁能源的积极性。
[0032] 10、系统结构简单,投资相对低廉,全部使用常规的、环保材料,容易安装,使用寿命长,运行维护方便、成本低等,易于广泛地推广使用。
附图说明
[0033] 下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明,附图中:
[0034] 图1A、1B、IC是本发明的第一实施例示意图;
[0035] 图2A是本发明的第二实施例应用于在热带或亚热带地区的示意图;
[0036] 图2B是图2A的A-A剖视示意图;
[0037] 图2C是图2A的B向示意图;
[0038] 图2D是本发明的第二实施例应用于其他地区(如冬季需要防止路面结冰的地区)的不意图;
[0039] 图3A是本发明的第三实施例的平面示意图;
[0040] 图3B是本发明的第三实施例的立面示意图;
[0041] 图4A是本发明的第四实施例应用于在热带或亚热带地区的示意图;
[0042] 图4B是本发明的第四实施例应用于冬季需要采暖供热地区的示意图;
[0043] 图5A是本发明的第五实施例的平面示意图;
[0044] 图5B是图5A中的C向示意图;
[0045] 图6是本发明的第六实施例示意图;
[0046] 图7是本发明的第七实施例示意图。
具体实施方式
[0047] 本发明的工作原理:当有热源时,即使是外界无风的情况下,由于热源里的空气会吸收热源的热量而不断地受热膨胀,形成热气源,由于热气源与外界所产生的热温差,促使热气源中的热空气进入到通道内,驱动通道出口处的无动力抽风装置转动而将其抽风口处的热空气排出,从而在通道内部形成负压,不断地将外界空气吸入到热源里,经过热源加热的热空气又会进入通道内,并在通道内形成热气流;当无热源时,任何方向上的外界风力(包括微风)都会驱动无动力抽风装置转动,在通道内形成负压,这时作为气源的外界空气由通道进气口处被不断地吸入到通道内,在通道内形成气流;当有热源和外界风力时,受热膨胀的热空气与外界风力(包括微风)会同时驱动无动力抽风装置转动,从而在通道内形成热气流。同理,在有压力排废气源时,废气源作为气源,由于无动力抽风装置在外界风力(包括微风)作用下,会在其抽风口处产生负压,从而引导并继续将已进入通道的排废气体经无动力抽风装置排出,在通道内形成较高流速的气流。这样系统内这些气流就能够做功,驱动涡轮发电机组进行发电了。
[0048] 由此可见,本发明可以同时利用太阳能、地热、温泉、排废热源(包括烟气)等热源所产生的热温差以及自然界的风力(包括微风),或同时利用有压力的排废气体(如风冷式空调或热栗等排出的废气体)以及自然界的风力(包括微风),或利用自然界的风力(包括微风),驱动一台或一台以上的无动力抽风装置工作,在通道内形成气流,并由该气流驱动至少一台涡轮发电机组转动进行互补式发电发电,从而有效地克服现有的太阳能发电、风能发电等技术的单一性。
[0049] 值得说明的是:这里热源或排废气源可以由多个热源或多个排废气源所组成。另夕卜,当使用热源时,可在通道或热源内合适之处铺设蓄热材料,以便提高系统的集热性能。当热源来自于太阳能空气集热装置(包括中、高温太阳能空气集热器)时,可在太阳能空气集热装置处安装太阳自动跟踪系统,以便提高其集热效果。
[0050] 同时,还可以通过安装足够数量的无动力抽风装置,以便提高气流的流速;并且可以通过改变设在通道上或无动力抽风装置抽风管道上的阀门开度,调节气流的流速。这样就可以对气流的流速进行及时有效地控制,并保证气流的流速基本均匀,从而有效地克服了现有风能发电等技术的局限性。
[0051] 同时,当需要时(例如出现台风),可及时关闭通道上或无动力抽风装置抽风管道上阀门,以便保护涡轮发电机;并及时升起设置在无动力抽风装置旁的保护套,防止无动力抽风装置损坏,从而提高整个系统设备的使用寿命。
[0052] 同时,当气流的设计流速足够高时,还可串联或并联安装多台涡轮发电机组,或安装具有二组以上转动叶片(例如小、大转动叶片)的涡轮发电机组,并且通过设置环型导流栅,提高每台涡轮发电机组转子的转速;另外当系统内具有多个热源或排废气源时,在此工况条件下,又可以并联安装多台涡轮发电机组;这些都可以提高系统的发电效率和发电量。
[0053] 同时,可根据实际情况,选用卧式或立式涡轮发电机组,这样涡轮发电机组就可安装在通道的水平部分或垂直部分,甚至通道上任何合适的位置。
[0054] 同时,可通过密封轴承支座,将转动叶片通过转子架设在通道中,而发电机组的其他组件安装在通道外,此时发电机组的转子与气流方向是垂直的,这样不仅可以避免发电机长时间在高温状态下运行,直接降低发电机运行时的工作温度,而且还便于对发电机进行及时的维护、检修等。
[0055] 另外,还可以在涡轮发电机组前后设置至少一个旁路系统,利用这些旁路系统上的经常性密闭空间对物料进行供热,这样实现了一套系统冬季可以用于供热、夏季用于发电,从而提高了设备的使用效率和投资收益率,以便满足消费者的各种需求,激发他们自觉使用清洁能源的积极性。
[0056] 上述的技术特点可以根据需要进行选择组合使用,下面将结合一些具体的应用场合对本发明进行进一步的说明:
[0057] 本发明施例1:在戈壁、沙漠地区、海岛上建立风热互补发电站,如图1A、1B、1C所不O
[0058] 尽管一望无际的戈壁、沙漠、海岛地域空旷,太阳能丰富(太阳辐射强度可达到500〜600W/m2),并具有较好的风场资源,但到目前为止,这些优点却没有被充分地加以利用。本实施例的目的就是同时利用此处的太阳能和风能以及沙子的吸热性,通过系统内所产生的气流,驱动涡轮发电机进行发电,以便系统能够连续运行、稳定发电,减少对天气的依赖性,提高风热互补发电站的发电量。
[0059] 如图1A所示,本实施例中,气源来自于太阳能空气集热装置101(例如由Solarwall太阳板制成),在太阳能空气集热装置101内部铺有蓄热材料115 ;每套太阳能空气集热装置101分别通过管道105与烟囱106相连接,管道105和烟囱106组成了通道;管道105通过变径接头107与太阳能空气集热装置101的热气流出口相连接,在管道105内部合适之处安装环型导流栅108以及具有二组转动叶片的卧式涡轮发电机组102,而在管道105与烟囱106之间则通过弯头109进行相连接。同时,在烟囱106的底部也装有适量的立式涡轮发电机组103。在已封闭的烟囱106顶面安装适量的无动力风机104,且这些无动力风机104均匀地布置在烟囱106的顶面,每台无动力风机104的抽风口处都装有一个逆止阀110 ;另外在烟囱106的烟道中合适的位置安装调节风(阀)门111作为气流流量控制装置或阀门,用于调节管道105内气流的流速(包括开启、关闭、或控制开度等);并在烟囱106上部外侧合适的位置设置可升降的保护套112。
[0060] 进一步的,也可以在每个无动力风机104抽风口处安装独立的控制阀门,通过调节此抽风口处气流的流速(包括开启、关闭、或控制开度等),进而控制通道内气流的流速,提高发电效率,保护设备。
[0061] 如图1B所示,当本实施例应用于沙漠地区时:
[0062] 考虑到沙漠的流动性,为防止太阳能空气集热装置101被沙子掩埋,将太阳能空气集热装置101安装在一个平台113上,两块太阳能空气集热板与此平台形成三角形,蓄热材料115铺设在此平台上,且每块太阳能空气集热板都位于吸收阳光的最佳角度。这样就可以充分地吸收阳光的直射以及沙子所产生的漫射等热量。
[0063] 可以理解的,太阳能空气集热装置101也可以由多块太阳能空气集热板组成,或者搭设成不同的形状。
[0064] 如图1C所示,当本实施例应用于戈壁、海岛等地区时:
[0065] 太阳能空气集热装置101的顶部为太阳能空气集热板,其底部铺有蓄热材料115,在此装置的下方装有太阳自动跟踪系统114,自动跟踪太阳,以便提高太阳能空气集热装置的集热效果。
[0066] 在有阳光时,即使是外界无风的情况下,由于空气在太阳能空气集热装置101内不断地受热膨胀,热空气通过管道105和烟囱106,驱动无动力风机104转动而将其抽风口处的热空气排出,从而在通道内部形成负压,不断地促使外界空气被吸入太阳能空气集热装置101,在通道内形成热气流;在有阳光和外界风力(包括微风)时,通道内空气的热膨胀和外界的风力(包括微风)会同时驱动无动力风机104转动,在通道内形成热气流;在无阳光时,外界的风力(包括微风)也会驱动无动力风机104转动,在通道内形成气流。这样通道内的气流就能够做功,驱动涡轮发电机组102进行发电了,并可实现风热互补发电。气流方向如图中空心箭头所示。
[0067] 另外,通过调节风(阀)门111,可对通道内气流的流速进行及时、有效地调节,保证气流的流速基本均匀。当需要时(例如出现台风),可及时关闭可调节风门(阀)111,并升起保护套112,保护设备。
[0068] 由此可见,本实施例可以同时利用热源(包括太阳能)和风能,以互补方式在系统内产生气流进行发电,保证了风热互补发电站能够连续运行、稳定发电,减少对天气的依赖性,克服了现有的太阳能烟囱发电技术和风力发电技术的单一性和局限性。
[0069] 通过与太阳能烟囱发电技术对比,本发明至少具有以下的优点:
[0070] 1、以无动力、主动方式产生热气流。
[0071] 2、同时还利用了自然界的风力(包括微风)产生气流,达到风热互补进行发电的目的。
[0072] 3、不需要架设庞大的太阳能烟囱,仅需搭设较矮的烟囱106即可,因而大幅度降低了施工难度、建设和维修成本。
[0073] 4、可以人为地提尚系统内气流的设计流速,并对其进彳丁有效地控制,提尚发电效率,保护设备。
[0074] 5、涡轮发电机组可以安装在通道的垂直或水平部分。
[0075] 6、在通道内可串联、并联安装多台涡轮发电机组。
[0076] 7、造价低廉、结构简单、占地面积小,可以建造在城市附近,易于大规模推广使用。
[0077] 本发明施例2:利用高速公路(包括露天广场、城市道路、机场跑道等等)进行发电,并防止路面结冰,如图2A、2B、2C、2D所示。
[0078] 高速公路开阔,具有较好的风场资源;同时在炎热的夏季,高速公路路面经常非常烫(有时高达60°C左右),容易造成行驶车辆爆胎;另外,在冬季冰冻季节,高速公路又会出现结冰现象,影响交通和行车安全。
[0079] 本实施例的目的:在热带或亚热带地区,充分地利用路面所吸收的热量以及其风场资源进行发电;在其它地区,利用铺设在高速公路中间隔离带上的太阳能空气集热装置,夏季用于风热互补式发电,冬季用于防止路面结冰。
[0080] 如图2A、2B、2C所示,在热带或亚热带地区(或冬季路面不会结冰的地区)实施方案:
[0081] 在路面207下方浅埋适量的金属管201,每条金属管201上都连接着一块换热肋板209,金属管201的进气口 206均位于道路旁、合适的地方,所有的金属管201的出气口并联后,连接到安装在中间隔离带208上的管道205的进口,管道205的出口与竖立在隔离带208上的风箱204相连接。路面207作为热源,加热金属管内201的空气,形成热气源;而管道205作为通道,适量的涡轮发电机组202安装在管道205内部,并位于隔离带的位置上。适量的无动力风机203安装在风箱204的顶部,且这些无动力风机203呈并排、错列式布置,每台无动力风机203的抽风口处都装有一个逆止阀215,防止气流逆向流动;另外,在风箱204内部安装有调节风(阀)门216,并在其顶部外侧合适的位置设置可升降的保护套,起到保护无动力风机203的作用。
[0082] 这样,本系统就可以有效地利用路面207作为热源,同时也利用自然界的风力(包括微风),并且在驱动方面两者可以形成互补,驱动无动力风机203转动,在系统内部产生气流,驱动涡轮发电机组202连续不断、稳定地发电。
[0083] 值得说明的是:可将涡轮发电机组202所发出的电力就地直接用于高速公路的照明、指示牌、(信息无线接受式)电子告示板、监控系统、收费站、甚至广告等等,这样不仅有利于高速公路的畅通,保证行车安全,甚至增加收入,而且还能够及时降低路面的温度,防止车辆爆胎,减少安全事故的发生。同时,也不需要架设长距离的供电线路,从而大大地削减了投资成本。
[0084] 如图2D所示,在其它地区(如冬季需要防止路面结冰的地区)实施方案:
[0085] 将太阳能空气集热装置210(包括中、高温太阳能空气集热器)架设在高速公路中间隔离带208上,太阳能空气集热装置210的出风口通过管道205 (也安装在道路中间隔离带208上)与风箱204 (竖立在隔离带208上)相连接,适量的涡轮发电机组202安装在管道205内部,涡轮发电机组202前后均装有第一阀门212 ;在路面207下方浅埋适量的金属管201,每条金属管201上都连接着一块换热肋板209,所有这些金属管201都并联布置,这样这些金属管201就组成了一个经常性密闭空间;此经常性密闭空间的进风口通过第二阀门211连接到太阳能空气集热装置210的出风口处,其出风口通过第三阀门213连接到风箱204的进风口处,因而这个经常性密闭空间就成为了装有涡轮发电机组202的管道205的一个旁路系统;适量的无动力风机203安装在风箱204的顶部,这些无动力风机203呈并排、错列式布置,且每台无动力风机203的抽风口处都装有一个逆止阀215 ;另外,在风箱204内部安装有调节风(阀)门,并其在外侧合适的位置设置可升降的保护套。
[0086] 在路面不会结冰的季节,只需关闭这个经常性密闭空间进、出风口处第一阀门212、第三阀门213,利用太阳能空气集热装置210作为热源,同时也利用自然界的风力(包括微风),并且在驱动方面两者形成互补,驱动无动力风机203转动,在系统内部产生气流,驱动涡轮发电机组202连续不断、稳定地发电。
[0087] 当然,也可以在路边设置备用进风口 214,打开备用进风口 214和经常性密闭空间进风口出的第一阀门212,同时利用太阳能空气集热装置210以及这个经常性密闭空间作为热源,进行发电。
[0088] 在路面可能出现结冰的季节,只需关闭涡轮发电机组202前后的第二阀门212,利用太阳能空气集热装置210作为热源,同时也利用自然界的风力(包括微风),在此经常性密闭空间产生热气流,对此经常性密闭空间中所有的金属管201以及换热肋板209进行即时加热,从而防止路面207结冰。
[0089] 值得说明的是:在此气候条件下,还可以利用高速公路附近的地热或烟气等作为热源,通过备用进风口 214接入经地热或烟气加热的热空气,对路面207进行即时加热,防止其结冰。
[0090] 另外,竖立在隔离带208上的风箱204间距较大,而金属管201以及太阳能空气集热装置210又是贴着隔离带208安装,故本系统对驾驶员的影响非常小。
[0091] 由此可见,本实施例不仅能够利用热源(例如高速公路路面所吸收的热量以及太阳能等,当然还可以利用其它吸热的高温物体的热量),进行发电,而且还能够防止路面结冰,实现了一套系统冬季用于供热、夏季用于发电,提高了设备的使用效率和投资收益率,激发消费者自觉使用清洁能源的积极性,同时也充分地利用废热,变废为宝,为人类服务。
[0092] 本发明施例3:利用风冷式空调或热栗等排出的废气进行发电,如图3A、3B所示。
[0093] 在冬、夏季节,很多建筑物单元都使用风冷式空调或热栗对室内进行调温,而几乎所有空调或热栗产生的废气都直接排入大气,并没有充分地被利用,同时排出的废气流还可能对周边产生影响。
[0094] 本实施例的目的:充分地利用这些有压力的排(废)气进行发电。
[0095] 如图3A、3B所示,每层楼的风管301上每个进气口都正对着一个建筑物单元空调或热栗308的排风口,利用这些排风口排出的废气作为气源;且所有的进气口处都装有一个单向活页式风门307,每层楼的风管301都与烟囱306连接。利用风管301和/或烟囱306作为通道,在风管301和/或烟囱306内装有适量的涡轮发电机组302,在烟囱306的顶部(可高于建筑物)装有适量的涡轮通风器303,每台涡轮通风器303的抽风口处都装有一个截止阀304和一个逆止阀305 ;另外在烟囱305的顶部外侧合适的位置设置可升降的保护套309。
[0096]当某个建筑物单元空调或热栗308开始工作时,其排出的有压力废气就会吹开相对应的单向活页式风门307,让该废气流进入风管301,同时其它处的单向活页式风门307又阻止了风管301内的废气流外泄;而涡轮通风器303会引导并继续将风管301内的废气流沿着烟囱306抽出,从而在系统内产生较高流速的做功气流,驱动涡轮发电机组302进行发电。
[0097] 另外,通过截止阀304的开启或关闭,可以改变所对应的涡轮通风器303的工作状态,进而实现对系统进行有效地控制;当所有的截止阀304全部关闭后,可以保护涡轮发电机组302。
[0098] 值得说明的是:可将涡轮发电机组302所发出的电力就地直接用于建筑物内、外的照明等,同时还可将每层楼风管301的外侧制作成装饰板或广告牌等,以便美化建筑物的外观,增加收入。
[0099] 本发明施例4:利用建筑物外墙、屋顶,夏季进行隔热和发电,冬季进行供热、室内取暖。如图4A、4B所示。
[0100] 在炎热的夏天,建筑物外墙和屋顶表面温度较高,造成室内温度也随之升高,因而增加了室内空调的负荷,消耗更多的电力。
[0101] 本实施例的目的:在热带或亚热带地区,充分地利用建筑物外墙、屋顶所吸收的热量以及建筑物楼顶的较好的自然风力条件进行发电;在其它地区,利用铺设在建筑物外墙和屋顶的太阳能空气集热装置,夏季用于风热互补式发电,冬季用于供热、室内取暖。
[0102] 如图4A所示,在热带或亚热带地区(或冬季不需要采暖供热地区)实施方案:
[0103] 在建筑物外墙、屋顶搭建空气可以流动的隔热层401,例如双层玻璃幕墙、或在阳光照射强度最大的建筑物外表上架设的(彩色)金属板、吸热板等等,并将此隔热层401两端开口处封闭,在合适的位置设置隔热层401的进风口和出风口,隔热层401的出风口均通过管道405 (作为通道)连接到风箱406的进风口处,风箱406是竖立在建筑物屋顶且其高度略高于屋顶上建筑构件(例如围墙);适量的涡轮通风器403安装在风箱406的顶部,且这些涡轮通风器403呈并排、错列式布置,每台涡轮通风器403的抽风口处都装有一个逆止阀404 ;适量的涡轮发电机组402安装在管道405位于屋顶部分的内部,在涡轮发电机组402与风箱406之间的管道405上装有调节风(阀)门408。另外,在风箱406的顶部外侧合适的位置设置可升降的保护套407。
[0104] 由于阳光的不断地照射,使得隔热层401里的空气被加热,因而会驱动涡轮通风器403转动,同时自然界的微风也会驱动涡轮通风器403转动,从而在管道405内形成热气流;当无阳光时,自然界的风力(包括微风)也会驱动涡轮通风器403转动,在管道405内形成负压,吸入外界的空气形成气流;这样,管道405内所产生的气流就会驱动涡轮发电机组402进行发电,同时该气流又会将建筑物外墙、屋顶所吸收的热量及时带走,降低建筑物外墙、屋顶的温升,起到隔热的作用,有利于建筑节能。
[0105] 另外,可通过调节风(阀)门408对管道405内气流的流速进行有效地控制,并且在需要时,通过调节风(阀)门408和保护套407保护设备。
[0106] 值得说明的是:尽量地使用廉价的常规材料,不仅能够降低投资成本,而且还能够激发消费者自觉地使用清洁能源的积极性。
[0107] 如图4B所示,在冬季需要采暖供热地区实施方案:
[0108] 在阳光照射强度最大的建筑物外墙、屋顶上铺设太阳能空气集热装置410,太阳能空气集热装置410里装有蓄热材料414 ;在涡轮发电机组402前以及风箱406进风口之间设置一个旁路系统411,该旁路系统411进风管和出风管上都装有阀门412,在该旁路系统411内设置有热交换器413。
[0109] 在夏天,只需关闭旁路系统411上阀门412,利用太阳能空气集热装置410作为热源,同时也利用自然界的风力(包括微风),并且在驱动方面两者形成互补,驱动涡轮通风器403转动,在系统内部产生气流,驱动涡轮发电机组402发电。
[0110] 在冬天,关闭调节风(阀)门408,并打开旁路系统411上阀门412,利用太阳能空气集热装置410以及自然界的风力(包括微风),在该旁路系统411内产生热气流,从而对热交换器413进行采暖供热。
[0111] 本实施方案不仅适用于新建筑物,而且也适用于已有建筑物的绿色节能改造。
[0112] 通过与风力发电技术对比,本发明至少有以下的优点:
[0113] 1、不仅利用风能,而且还可以利用太阳能、地热、排废热源(包括烟气)等热源以及有压力的排废气体,进行风热互补式发电,从而有效地克服了风力发电的单一性。
[0114] 2、可将任何风向上的风力(包括微风)先转换成气流的动能,再利用此气流进行发电,从而有效地克服了风力发电的局限性。
[0115] 3、通过安装足够数量的无动力抽风装置,提供充足流速的气流,驱动涡轮发电机发电。
[0116] 4、可以控制系统内做功气流的流速,并及时关闭系统,保护涡轮发电机组等设备。
[0117] 5、可以在城市中使用,几乎没有噪音,对周边环境没有影响。
[0118] 6、系统简单,无需庞大的支架,投资成本低,维修方便,易于广泛推广使用。
[0119] 本发明施例5:利用高温烟气进行发电,如图5A、5B所示。
[0120] 将适量的换热装置501安装在排烟烟囱510的烟道里或其内壁上,换热装置501的进气口 509位于烟道外开阔的地方,其出气口通过管道505连接到风箱506 (竖立在排烟烟囱510外合适的地方)的进风口处;适量的无动力风机503安装在风箱506的顶部,且这些无动力风机503呈并排、错列式布置,每台无动力风机503的抽风口处都装有一个逆止阀504,风箱506的顶部外侧合适的位置设置可升降的保护套508 ;在管道505的内壁上或管道外安装一对密封轴承支座,涡轮发电机组502的转动叶片通过转子架设在管道505内,涡轮发电机组502的发电机安装在管道505外,此时涡轮发电机组502的转子与管道505是垂直的;在涡轮发电机组502与风箱506之间的管道505上装有调节风门(阀)507。
[0121] 这样,利用换热装置501作为热源,加热外界吸入的空气,同时也利用自然界的风力(包括微风),并且在驱动方面两者形成互补,驱动无动力风机503转动,在系统内部产生较高温度的热气流,驱动涡轮发电机组502连续不断、稳定地发电。同时也避免了发电机长时间在高温状态下运行,直接降低了发电机运行时的工作温度,并便于及时进行发电机的维护、检修等等。
[0122] 本发明至少有以下的优点:
[0123] 1、以无动力、主动方式方式在系统内产生热气流进行发电。
[0124] 2、不仅可以利用热气流,还可以利用自然界的风力(包括微风)进行发电,并可形成风热互补式发电。另外,还可利用有压力的排(废)气进行发电。
[0125] 3、可避免了发电机长时间在高温状态下运行,直接降低了发电机运行时的工作温度,并便于及时进行发电机的维护、检修等等。
[0126] 本发明施例6:应用于车辆隧道中,及时将隧道内的废热气体排出,并利用废热气体进行发电,如图6所示。
[0127] 众所周知,尽管不少隧道中安装了排风机,但隧道内的空气却仍然难以流通,特别是比较长的隧道,由于大量的车辆(例如汽车、火车)在隧道内行驶,所排出的废热气体会聚集在隧道的上部,造成隧道内的温度升高,空气质量变差。
[0128] 本实施例的目的:及时将聚集在隧道上部的废热气体排出,改善隧道里空气质量,并利用所排出的废热气体进行发电。
[0129] 在隧道609的顶部设置多个吸风口 601,这些吸风口 601均通过管道607 (作为通道)连接到烟囱605的进风口处,烟囱605是竖立在隧道外且四周开阔的地方;适量的无动力风机603安装在已封闭的烟囱605顶部,且这些无动力风机603均匀布置在烟囱605的顶部,每台无动力风机603的抽风口处都装有一个逆止阀604,烟囱605的顶部外侧合适的位置设置可升降的保护套606 ;适量的涡轮发电机组602安装在管道607的内部,在涡轮发电机组602与烟囱605之间的管道607上装有调节风(阀)门608。
[0130] 这样,隧道609里的废热气体作为热气源,就会驱动无动力风机603转动,同时自然界的风力(包括微风)也会驱动无动力风机603转动,不断地通过吸风口 601吸入隧道内的废热气体,从而在系统内形成热气流,驱动涡轮发电机组602进行发电;同时,聚集在隧道609的上部的废热气体也不断地被排出,保持了隧道内空气新鲜。
[0131] 同时,通过调节风(阀)门608,可以对系统内气流的流速进行有效地控制,并且在需要时(例如出现台风),及时关闭调节风门(阀)608和保护套606以便保护系统护设备。另外,当隧道内发生火灾事故且人员已安全撤离时,工作人员可以根据现场的实际情况,及时关闭调节风(阀)门608,防止空气对流,起到助燃的作用。
[0132] 本发明施例7:利用地热、温泉、炼钢(或锅炉)车间等热源进行发电。
[0133] 在现实中,很多的热量并没有完全被人类充分地加以利用,通常是被白白地浪费掉,例如自然界的地热、温泉长年产生大量的热量,炼钢(或锅炉)车间等场所热辐射所产生的热量等等。
[0134] 在地热、温泉里放置适量的换热装置701,或在炼钢(或锅炉)车间的内墙上安装换热装置701,利用这些换热装置作为热源;而换热装置701的进风口设在外界,引入外界空气进行加热。在热温差以及自然界的风力(包括微风)作用下,加热后的气流通过管道702进入到烟囱或风箱703,并驱动烟囱或风箱703顶部的无动力抽风装置704转动,在管道702内形成负压,进而连续的抽入外界的空气进入到换热装置701中进行加热,从而在管道702内形成连续的热气流,驱动涡轮发电机组进行发电。与此同时,又能够及时地将炼钢(或锅炉)车间等场所的热量抽走,起到降温的作用。
[0135] 通过与美国专利United States Patent 6,798,082对比,本发明至少有以下的优占.V.
[0136] 1、无动力抽风装置与涡轮发电机组之间没有传动装置,因而减少了机械传动所带来的能量损耗等。
[0137] 2、涡轮发电机组可以安装在系统上任何合适的位置。
[0138] 3、可通过安装在通道内的调节风(阀),调节气流的流速,进而调节涡轮发电机组转子的转速。
[0139] 4、一台具有足够抽风量的无动力抽风装置可以驱动多台涡轮发电机组进行发电。
[0140] 以上列举了本发明在有代表性应用领域、较佳实施例进行了说明,但众所周知,不应该由这些实施例反而限制了本发明的权利保护范围。在不脱离本发明设计构思的前提下,任何熟悉本发明创新点的工程技术科学研究人员,若应用本发明主要特征,所进行若干细节的变动,应属于本发明的专利保护范围。例如将上述气源进行组合使用、设置多个并排的通道等。

Claims (23)

1.一种气流发电系统,其特征在于,包括气源、通道、至少一个无动力抽风装置以及至少一台涡轮发电机组; 所述通道包括与气源连通的气流进口、以及气流出口 ;所述无动力抽风装置安装在所述气流出口的位置,且所述无动力抽风装置位于自然界风场中;至少所述涡轮发电机组的转动叶片位于所述通道内; 所述无动力抽风装置在热气体与外界形成的温差和/或外界风力的作用下转动,在所述通道内形成负压,持续地从所述气源中吸入气体,从而在所述通道内形成气流,并由所述气流推动所述转动叶片转动,进而驱动所述涡轮发电机组进行发电。
2.根据权利要求1所述的气流发电系统,其特征在于,所述气源为热气体,包括烟气、或经热源加热后所产生的热气体、或有压力气流、和/或外界空气;所述气源是由单个或多个同类气源所组成。
3.根据权利要求2所述的气流发电系统,其特征在于,所述热源为放置在热环境里的集热装置和/或热交换装置,在所述集热装置和/或热交换装置内部设有蓄能材料;所述集热装置包括太阳能空气集热装置;所述有压力气流包括排废压力气流。
4.根据权利要求1所述的气流发电系统,其特征在于,所述通道包括竖立的风箱、管道或烟囱,且所述无动力抽风装置安装在所述风箱、管道或烟囱的顶部。
5.根据权利要求1所述的气流发电系统,其特征在于,所述涡轮发电机组包括具有至少一组所述转动叶片的涡轮发电机,且所述涡轮发电机为立式涡轮发电机、或卧式涡轮发电机;所述涡轮发电机组包括多台串联或并联的涡轮发电机组;在所述转动叶片前的所述通道内装有环形导流栅。
6.根据权利要求1所述的气流发电系统,其特征在于,所述涡轮发电机组的转动叶片通过转子架设在所述通道内,所述涡轮发电机组的其他组件安装在所述通道内或所述通道外。
7.根据权利要求1所述的气流发电系统,其特征在于,在所述通道上装有气流流量控制装置或阀门,或在所述无动力抽风装置的抽风口处装有气流流量控制装置或阀门。
8.根据权利要求1所述的气流发电系统,其特征在于,在所述无动力抽风装置外侧、或在所述无动力抽风装置与所述通道连接段外侧设有可升降的保护套。
9.根据权利要求1所述的气流发电系统,其特征在于,涡轮发电机组进气侧的所述通道与其排气侧的所述通道之间连接至少一个旁路系统,且该旁路系统里装有换热装置或经常性密闭空间。
10.根据权利要求1或3所述的气流发电系统,其特征在于,所述热交换装置是多条并联设置在热环境中的金属管道,每条所述金属管道连接着换热板,所述金属管道的进气口位于热环境之外,所述金属管道的出气口与所述通道相接; 所述通道包括竖立的风箱、以及连通所述风箱和金属管道的管道;所述无动力抽风装置安装在所述风箱的顶部;至少所述涡轮发电机组的转动叶片设置在所述管道内。
11.根据权利要求1或3或9所述的气流发电系统,其特征在于,所述热源包括太阳能空气集热装置;所述通道包括竖立的风箱;所述无动力抽风装置安装在所述风箱的顶部;至少所述涡轮发电机组的转动叶片设置在所述通道内;涡轮发电机组进气侧的所述通道上装有第一阀门A,涡轮发电机组排气侧的所述通道上装有第一阀门B ; 第一阀门A进口侧的所述通道与第一阀门B出口侧的所述通道之间连接一个旁路系统;该旁路系统是由多条并联设置在物体内部的金属管件所组成,且每个金属管件连接着换热肋板;该旁路系统的进口通过第二阀门与第一阀门A进口侧的所述通道相连接,并且该旁路系统的进口还与一个备用进气口相连接;该旁路系统的出口通过第三阀门与第一阀门B出口侧的所述通道相连接。
12.—种气流发电方法,其特征在于,包括以下步骤: 51:设置气源以提供气流; 52:设置通道,包括所述通道的气流进口以及气流出口 ;所述通道与所述气源相连通,所述气流从所述通道的气流进口进入到所述通道内; 53:设置至少一个无动力抽风装置,所述无动力抽风装置安装在所述通道的气流出口位置,且所述无动力抽风装置位于自然界风场中; 所述无动力抽风装置在热气体与外界形成的温差和/或外界风力的作用下转动,在所述通道内形成负压,持续从所述气源中抽入气体,从而在所述通道内形成气流; 足够数量的所述无动力抽风装置可在所述通道内产生充足流速的气流; S4:设置至少一台涡轮发电机组,且至少所述涡轮发电机组的转动叶片设置在所述通道内; 由步骤S3产生的气流推动所述转动叶片转动,进而驱动所述涡轮发电机组进行发电。
13.根据权利要求12所述的气流发电方法,其特征在于,所述方法还包括控制步骤S5:设置控制装置,对气流进行控制。
14.根据权利要求12所述的气流发电方法,其特征在于,所述气源为热气体,包括烟气、或经热源加热后所产生的热气体、或有压力气流、和/或外界空气;所述气源是由单个或多个同类气源所组成。
15.根据权利要求14所述的气流发电方法,其特征在于,所述热源为放置在热环境里的集热装置和/或热交换装置,在所述集热装置和/或热交换装置内部设有蓄能材料;所述集热装置包括太阳能空气集热装置;所述有压力气流包括排废压力气流。
16.根据权利要求12所述的气流发电方法,其特征在于,所述通道包括竖立的风箱、管道或烟囱,且所述无动力抽风装置安装在所述风箱、管道或烟囱的顶部。
17.根据权利要求12所述的气流发电方法,其特征在于,所述涡轮发电机组包括具有至少一组所述转动叶片的涡轮发电机,且所述涡轮发电机为立式涡轮发电机、或卧式涡轮发电机;所述涡轮发电机组包括多台串联或并联的涡轮发电机组;在所述转动叶片前的所述通道内装有环形导流栅。
18.根据权利要求12所述的气流发电方法,其特征在于,所述涡轮发电机组的转动叶片通过转子架设在所述通道内,所述涡轮发电机组的其他组件安装在所述通道内或所述通道外。
19.根据权利要求12或13所述的气流发电方法,其特征在于,所述通道上装有气流流量控制装置或阀门,或在所述无动力抽风装置的抽风口处装有气流流量控制装置或阀门。
20.根据权利要求12所述的气流发电方法,其特征在于,在所述无动力抽风装置外侧、或在所述无动力抽风装置与所述通道连接段外侧设有可升降的保护套; 需要时,及时升起所述可升降的保护套,保护设备。
21.根据权利要求12所述的气流发电方法,其特征在于,涡轮发电机组进气侧的所述通道与其排气侧的所述通道之间连接至少一个旁路系统,且该旁路系统里装有换热装置或经常性密闭空间。
22.根据权利要求12或15所述的气流发电方法,其特征在于,所述热交换装置是多条并联设置在热环境中的金属管道,每条所述金属管道连接着换热板,所述金属管道的进气口位于热环境之外,所述金属管道的出气口与所述通道相接; 所述通道包括竖立的风箱、以及连通所述风箱和金属管道的管道;所述无动力抽风装置安装在所述风箱的顶部;至少所述涡轮发电机组的转动叶片设置在所述管道内。
23.根据权利要求12或15或21所述的气流发电方法,其特征在于,所述热源包括太阳能空气集热装置;所述通道包括竖立的风箱;所述无动力抽风装置安装在所述风箱的顶部;至少所述涡轮发电机组的转动叶片设置在所述通道内;涡轮发电机组进气侧的所述通道上装有第一阀门A,涡轮发电机组排气侧的所述通道上装有第一阀门B ; 第一阀门A进口侧的所述通道与第一阀门B出口侧的所述通道之间连接一个旁路系统;该旁路系统是由多条并联设置在物体内部的金属管件所组成,且每个金属管件连接着换热肋板;该旁路系统的进口通过第二阀门与第一阀门A进口侧的所述通道相连接,并且该旁路系统的进口还与一个备用进气口相连接;该旁路系统的出口通过第三阀门与第一阀门B出口侧的所述通道相连接。
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