CN1223363A - 太阳能/雨水发电与空调系统 - Google Patents

Abstract

本发明是一种晴天利用太阳能雨天积集雨水用以发电并进行空调的系统,其特征是聚集太阳能发电的阳光反射器的底部在下雨天就积蓄雨水急速流向下面的贮水器使水涡轮旋转而使发电机发电。太阳能或水流所发电能可先向蓄电池组充电再利用,也可直接接到半导体温差电制冷装置上使作为贮水器的两个大铜球壳分别作为吸热端的吸热片和放热端的散热片,既可积蓄雨水加以利用又可调节周围的气温以改善我们的生活环境。

Description

太阳能/雨水发电与空调系统

本发明涉及一种晴天利用太阳能雨天又可积集雨水利用水流动的能量发电并进行空调的系统，尤其涉及具有一种特殊的阳光反射器的系统，这种聚集太阳能的阳光反射器的底部在下雨天可积蓄雨水向下急流使水涡轮旋转而使发电机发电，所发之电可先充入蓄电池组也可直接接到半导体温差电制冷装置上进行空调。

世界上许多城市夏季酷暑，持续十天甚至三十多天气温高达摄氏35度以上，有的城市气温甚至高达摄氏38-39度，更有高达41度的，许多大城市使用数十万台空调器，耗电功率数十万甚至上百万(千瓦)，把室内的热量转移到室外，实际上每日消耗的数百万(千瓦小时)的电能全部转变为热量与从室内吸收的热量一起由室外机排放到马路边的人行道上，使整个城市更热！针对上述全世界许多地方酷暑难挡的问题已经发明利用太阳能-半导体温差电效应的发电与致冷系统(发明专利申请号96103179.4公开号CN1172236A)，但是，许多热带地区旱季干热，气温高达40-45度，然后就是闷热的雨季，有许多地方数日甚至数十日连降暴雨造成洪涝灾害，因此，还需要一种晴雨两用的解决方案。

本发明的目的就是提供一种晴天利用太阳能而在下雨天可积集雨水利用水向下急流的动能发电并进行空调的系统，该系统还可积蓄雨水加以利用。

本发明的目的是这样来实现的，用一抛物面形状的阳光反射器将大量的太阳能聚集在一热气流发生器上，使其中的空气受热上升冲向涡轮叶片使涡轮旋转带动装在同一转轴上的发电机线圈在强磁场中转动而发电，热气流发生器由两部分组成，它的主体是一圆球形的三层球壳，三个同心球壳的中心处于抛物面的焦点上，最外层球壳是透明材料制成的，从外面可以看到内层用铜或导热性能良好的金属制成的球壳光亮美观，内外两层球壳相距很近，夹层空间很小，最里面一层球壳是用隔热的绝缘材料制成的，在它内部可以安装一台发电机与上面的涡轮叶片配合运转。在圆球与下面阳光反射器之间，还有两块大圆盘，也是热气流发生器的重要组成部分，下面的圆盘是铜制成的，平滑光亮，在它上面的另一块略大一些的圆盘是用透明材料制成的，两圆盘相距很近，夹层的空间很小，两圆盘的中心处用一小圆柱体连接在一起，在透明圆盘靠近中心连接处的周围一圆圈上开8个对称的小圆孔，即每两个相邻的孔与中心联线的夹角都是45度角，每个小圆孔有一根细长的圆管子与它上面透明圆球壳的底部相连通，即8根管子把下面两个圆盘之间的夹层空间与上面两个圆球壳之间的夹层空间连通起来，在透明球壳上面与底部对称的位置上也有8个小圆孔和8根细长的圆管子与在它上面的一个透明的小圆球壳相连通，最上面的这个透明的小圆球壳内安装着涡轮叶片，有一根涡轮与发电机线圈共同的轴贯通上面的小圆球壳和下面三个同心球壳，轴与球壳接触处都装有弹子盘以减少摩擦，涡轮叶片受到下面冲上来的热气流推动，就会旋转起来，因为球壳是透明的，我们可以看见五颜六色的叶片旋转而知道系统在正常运转。太阳能由阳光反射器聚集到铜圆球壳和铜圆盘上再加上直接射来的太阳能使铜球壳和铜圆盘的温度急剧上升散发出大量热量使两夹层内的空气受热成为热气流通过8根管道急速上升冲向装着涡轮叶片的小透明球壳驱动涡轮叶片转动，叶片转动后可吹开小透明球壳周边只能向外开启的百叶窗把气体排出去，而下面铜圆盘周围在阳光反射器包围的空间已经预热过的空气自然从圆盘夹层边缘补充到夹层中来，受热后又成为热气流从8根管道中向上升。形成热气流的关键要铜圆盘温度高，使夹层中空气受热上升。为有效地形成热气流使系统启动并持续正常运转，在铜圆盘与阳光反射器之间安装一组半导体温差电致冷装置(可以采用二级或三级致冷，两端的温差可达60～70摄氏度甚至更高)，将铜圆盘连接在放热端作为散热片，而将吸热端与阳光反射器相连接，阳光反射器接受到大量太阳能温度已升高，现在用半导体温差电致冷装置从阳光反射器吸收热量，与输送到半导体温差电致冷装置的电能转变成的热量一起转移到放热端散热片铜圆盘上去，目的就是要使铜圆盘温度急剧上升，使两圆盘夹层中的空气受热向上升形成热气流，我们可以向半导体温差电致冷装置输送适当功率的电能来控制铜圆盘及其周围空气的温度，使那里达到适当高的温度而使它上面的空气受热形成热气流，我们可以从热气流驱动涡轮叶片转动使发电机发电输出的电功率来检验所形成的热气流是否足够，再进一步调整输送给半导体温差电致冷装置的电功率，这可以调节输入的电流或者增减通电的半导体温差电致冷装置的数量来进行，直到达到最佳状态(即发电输出功率减去输送到半导体温差电致冷装置的功率达到最大值)为止。本发明的第二部分是利用集积雨水向下流动来发电，方法是在上述阳光反射器的底部开一出口，在出口周围从上到下制成许多螺旋沟道，当降雨时，特别是连降暴雨时，雨水急速流向阳光反射器底部从这一小出口急速向下流动，因为有螺旋沟道流水在出口上面形成旋涡就在旋涡处安装一水涡轮，水急速向下流动就驱动涡轮叶片快速旋转，在阳光反射器距底部稍高一些的部位安装一水密球壳，其中安装一台发电机，发电机的线圈与水涡轮装在同一根轴上和水涡轮叶片一起旋转，水涡轮旋转就使发电机的线圈在磁场中旋转而发电，在出口下面装着一个铜制大球壳为第一贮水器，在它下面在装一个更大的铜球壳为第二贮水器，在两个贮水器接头处安装一套净水装置，使贮入第二贮水器的水就是比较洁净的水，两个贮水器上可安装一些有电磁阀可遥控开关的管道，以便将洁净水输出使用，也可用抽水机抽水贮入第一贮水器，还可以制造一些大容量的雨水集积器，本身不装发电设备，但架高在上述阳光反射器高度之上，在雨停后可将集积的雨水输送到有发电装置的阳光反射器底部去，利用积水发电并积蓄雨水净化后备用。本发明第三部分是进行空调，方法是在大铜球壳与上面的小铜球壳之间装一组半导体温差电致冷装置，在夏天酷热时将大铜球壳接在吸热致冷端作为吸热片而将小铜球接在放热端作为散热片，在冬天严寒是将通入电流的方向反转，使大铜球壳成为放热端的散热片而小铜球壳变成吸热致冷端的吸热片，在小铜球壳与抛物面形状的阳光反射器之间装另一组半导体温差电致冷装置，将小铜球壳接在吸热致冷端作为吸热片在夏天就从大铜球壳吸收热量转移到小铜球壳在转移到接在放热端作为散热片的阳光反射器上经过装在阳光反射器与铜圆盘之间的半导体温差电装置的作用又将热量转移到铜圆盘上使铜圆盘温度升高更有利于热气流形成而利用太阳能发电，本发明进行空调的方法与现有空调器的不同在于现有空调器要耗费发电厂供给的电能化电费，在酷暑时把室内的热量转移到室外又加上耗电所转变的热量使室外更热而实施本发明进行空调是利用太阳能或集积雨水流动的能量发电输入蓄电池组再用于空调的，可以在气温高于摄氏三十五度以上的大热天把蓄于蓄电池组的电能大量供给半导体温差电致冷装置足够的电能使吸热致冷端作为吸热片的大铜球壳温度降低10至20摄氏度甚至更低，使周围气温也随着下降，而把吸收的热量一层一层地向上面转移，面积庞大的阳光反射器把上面温度较高的放热区域与下面的吸热区域分隔开，而下面又分成两层，在中间小铜球壳附近是中间过渡层，最下面大铜球壳近地面的一层温度最低，而且，这一空调系统装在室外，使人们活动的室外空间变得凉爽宜人，在系统附近的房屋可将窗户打开让热气散出去而不像现在使用耗电空调耗电量很大要化很多电费在使用时要把门窗关紧，虽然室内温度降低但空气不流通，使人感到不舒服，甚至生空调病，实施本发明的空调是供大众享用的而不是独善其身，甚至使整个城市舒适宜人。

以下参照附图说明实施本发明的范例，图中(1)抛物线是表示阳光反射器的剖面，仅用一抛物线表示，绕轴线旋转180度就是立体的抛物面，未标明厚度，在其底部有一集积雨水可向下流动的出口，周围刻有许多条螺旋沟道使水流到出口处会形成旋涡，图中未画出，(2)铜圆盘与它上面透明的圆盘用两条平行线代表，绕通过中心的轴线旋转180度就是两个圆盘，在铜圆盘与阳光反射器之间装有一组半导体温差电致冷装置，图中未画出，透明圆盘上有八根细管子通向上面的透明圆球壳与里面铜圆球壳之间的夹层，图中只画了剖面处两根管子，饶中心轴线旋转，每转45度就有同样的两根管子，转180度就一共有八根管子，(3)三个同心圆球壳组成的热气流发生器的主体部分，最外层的圆代表外层透明球壳，只画了个圆圈未标明球壳的厚度，中间的圆代表内层铜圆球壳，它与外面透明圆球壳相距很近，图中所画未按实际比例，最里面的圆代表最内层用绝缘隔热材料制成的圆球壳，它的内部装着一台发电机，图中未画出，上面有八根管子通向上面透明的小圆球壳，图中只画了剖面的两根，(4)透明小圆球壳，它的内部装着可转动的涡轮叶片，中心转轴与下面发电机的线圈的轴是同一根轴，因此，涡轮旋转可使发电机发电，涡轮叶片及其转轴图中均未画出，(5)小铜球壳作为第一贮水器，图中只画了剖面一个圆，绕中心轴线转180度就成为立体的圆球壳，在小铜球壳与阳光反射器接头处有一水向下流动的出口，出口处有一水涡轮，上面还有一个水密的小圆球壳其中有一台发电机，由于水涡轮转动使这发电机发电，图中未画出，下面(6)大铜球壳，作为第二贮水器也是空调系统夏天致冷的吸热片，图中以一个大圆圈表示其剖面，绕轴线转180度就是一圆球壳，未标明厚度，两个铜圆球壳接头处有净水装置使流入第二贮水器的水成为比较洁净的水，在净水器周围上下两个铜球壳之间装着一组半导体温差电致冷装置，在小铜球壳与阳光反射器之间即在水向下流动的出口的周围，装着另一组半导体温差电致冷装置，图中均未画出，整个系统架空装置，占‘天’不占‘地’，以下说明一实施范例，在城市的各处街心花园，住宅小区的房屋之间绿化地带均可装置这种小型的太阳能/雨水发电与空调系统，也适用于农村及山区，如在一电影院旁有一圆形喷水池，半径为3.5(米)，而在周围半径10(米)范围内种有花草树木，可以在喷水池上架高3.6(米)装置一半径为3.6(米)的大铜球壳(6)，它的上面与小铜球壳(5)接头处是厚度为0.72(米)的净水器，再上面是半径为3.0(米)的小铜球壳(5)，两个铜球壳之间装置一组16套半导体温差电致冷装置，每套装置输入的电功率可在0.5～0.8(千瓦)间调节，小铜球壳与阳光反射器接头处装有一水涡轮，出口处的高度约为0.6(米)，上面是阳光反射器(1)，焦点位置是三个同心圆球壳中心所在，距阳光反射器底部约12(米)，上面圆球壳与阳光反射器的中间还有两个圆盘(2)，下面的铜圆盘半径是3.3(米)，上面的透明圆盘略大，半径是3.6(米)，这是为防止雨水进入两圆盘中间的夹层，夹层的厚度为0.15～0.25(米)，再上面是八根细管子与上面的两球壳之间的夹层连通，每根管子的半径是0.075～0.100(米)，长0.5～0.6(米)，再上面是三个同心的圆球壳(3)，最外层透明的圆球壳半径是1.8(米)，内层铜圆球壳半径是1.65(米)，最里层的绝缘隔热球壳半径是1.5(米)，内部装有一台有强磁场的发电机，发电功率为5～10(千瓦)，在小铜球壳(5)与阳光反射器(1)之间以及阳光反射器(1)与铜圆盘之间各装一组8套半导体温差电致冷装置，每套半导体装置输入的电功率为0.5(千瓦)，在三个同心球壳(3)的上面又有8根和下面相同的细管子与上面小透明圆球壳(4)相连通，小透明圆球壳(4)的半径为1.2(米)，内部装着涡轮叶片可被热气流推动而旋转使发电机的线圈一起旋转而发电，周边球壳上有只可向外开启的百叶窗，在叶片旋转时可吹开百叶窗将气体排出球壳，在小透明圆球壳顶上装着一个半径1.5(米)的遮阳、遮雨的圆盘，上面装着半导体太阳能电池，可发电0.5～0.8(千瓦)，可先输入蓄电池组再利用，阳光电池板上有透明保护层防止雨水侵蚀，在遮阳板上面有一根长3.6(米)的避雷针杆和避雷针，用导线接地以防雷击，必须注意，本发明的系统中采用了铜制阳光反射器及两个大铜球壳等，铜是良导体，系统又高又大，与普通建筑物不同，有其特殊性，防雷电措施必须周密考虑，北京颐和园中有一铜亭，加纳首都盛行铝顶房屋，阳光照射下银光道道，非常美观，赞比亚首都卢萨卡，议会大厦的屋顶覆以金光灿烂的铜瓦，外墙也用铜皮包成，纪念碑也用铜铸成，实施本发明应参考这些金属建筑物如何防雷电作周密研究，采取有效的避雷装置确保安全，上述典型的小型系统，阳光反射器接受阳光的圆截面积为108(平方米)，按地面上每平方米平均接受到太阳能功率为1(千瓦)，阳光反射器接受到的太阳能功率为108(千瓦)，约有5％～8％可转变为电能，即利用太阳能发电的功率为5～8.6(千瓦)，小批量生产造价约为6～9万元，制样机费用约为造价的5～10倍，夏天致冷效果可使大铜球壳降温5～20摄氏度，小铜球壳温度将升高10～40摄氏度，当发现小铜球壳温度升得过高而大铜球壳降不下去时应向装在小铜球壳与阳光反射器之间的半导体温差电致冷装置输入适当功率的电能，将小铜球壳接在吸热致冷端作为吸热片而把阳光反射器作为放热端的散热片，就可使小铜球壳降温10～20度，使大铜球壳温度再下降5～10度，在周围100(平方米)绿化带内休息的人们就感到凉爽宜人，若在高80(米)的高楼大厦前的广场上建造太阳能/雨水发电与空调系统，应使夏天吸热致冷的大铜球壳高于大楼，即应按上述典型的小型系统的尺寸放大8倍，即应将大铜球壳架空28.8(米)，而大铜球壳的直径为57.6(米)相加为86.4(米)，大铜球壳已高于80(米)的大楼，上面放热部分散发的热气只向上升，大楼中住户在夏季可将窗户全部打开让室内热气都往外流向大铜球壳，因为接受太阳能的面积增大8*8倍，这一大型系统的发电功率应为5～8.6(千瓦)的64倍，即320～550(千瓦)，造价也是小型系统的6 4倍，致冷效果也可使大铜球壳降温10～20摄氏度，但这一大铜球壳非常大，所以可使附近的整幢大楼内的住户都受益，现在城市地面空间不够用已在向地下发展，实施本发明可充分利用架空的空间以及上有贮水大铜球壳的条件，在大铜球壳与地面之间可设置几层架空的无土栽培植物的架空层仍可得到阳光照射，如有一层水养花卉层，用塑料花瓶养花再连花瓶浸在浅水池中用配有营养液的水浇灌，成本较低又随时可出售美化城市，还可发展水生蔬菜，既清洁卫生又可保持新鲜。

Claims (6)

1．一种太阳能/雨天发电与空调系统，其特征是有一抛物面形状的阳光反射器(1)，晴天将太阳能聚集到热气流发生器(2)(3)上使其中的空气受热上升形成热气流推动涡轮叶片旋转使发电机发电，而在雨天利用阳光反射器集积的雨水从底部出口流向下面的贮水器(5)使装在出口处的水涡轮旋转而使发电机发电，太阳能/雨水所发之电可先输入蓄电池组再利用也可直接输入到半导体温差电致冷装置进行空调。

2．按权利要求1所述的太阳能/雨水发电与空调系统，其特征还在于有一热气流发生器，包括由三个同心球壳构成的主体，最外层是一透明的圆球壳，内层是一铜制的圆球壳与外层透明圆球壳相距很近，最里面一层是绝缘隔热的球壳，内部装有一台发电机，三个同心圆球壳的中心处于抛物面(1)的焦点上，圆球壳(3)与抛物面的中间还有两块圆盘(2)也是热气流发生器的重要组成部分，下面是一块铜圆盘，上面是一块略大一些的透明圆盘，两圆盘相距很近，透明圆盘近中心处有八根管子通向上面两球壳之间把两圆盘之间的夹层与上面两球壳之间的夹层连通起来，由阳光反射器聚集的太阳能使两个夹层中的空气受热上升形成热气流，通过透明圆球壳上面的八根管子冲向上面的透明小圆球壳(4)，推动装在这个小球壳中的涡轮叶片旋转就使与涡轮装在同一根轴上的发电机线圈旋转而发电。

3．按权利要求1、2所述的太阳能/雨水发电与空调系统，其特征还在于铜圆盘与阳光反射器之间装着一组半导体温差电致冷装置，铜圆盘接在放热端作为散热片，阳光反射器接在吸热端也就是致冷端作为吸热片，可以调节输入半导体温差电致冷装置的电功率及通电半导体温差电致冷装置的数量就可使铜圆盘温度上升到足以使两圆盘夹层中的空气受热形成热气流上升到两圆球壳的夹层中推动这里的空气向上升形成热气流由透明球壳上面的八根管子向上流动推动涡轮叶片旋转使发电机发电。

4．按权利要求1所述的太阳能/雨水发电与致冷系统，其特征还在于阳光反射器底部有一集积雨水可向下流动的出口，在出口周围制成许多条螺旋沟道使水流到出口处会形成旋涡，在此处装有一水涡轮可在水向下流动时使涡轮旋转，在出口上方装有一水密球壳，其中装有一台发电机，其线圈的轴与水涡轮的轴是同一根轴，水涡轮旋转就使发电机的线圈在磁场中旋转而发电。

5．按权利要求1、4所述的太阳能/雨水发电与空调系统，其特征还在于在出口的下面有一铜制的圆球壳作为第一贮水器，在它下面有一个更大的铜圆球壳作为第二贮水器，在两个大铜球壳的接头处装有一净水装置使流入第二贮水器的水是比较洁净的水，两个贮水器上装有电磁阀可遥控开关的管道使第二贮水器中的水可以输出，也可用抽水机将水输入到第一贮水器中去经过净水装置再贮入第二贮水器。

6．按权利要求1、5所述的太阳能/雨水发电与空调系统，其特征还在于在两个大铜球壳之间装有一组半导体温差电致冷装置，在夏天下面的大铜球壳是接在吸热致冷端作为吸热片的，上面的小铜球壳接在放热端作散热片，在向半导体温差电致冷装置输送适当功率的电能时就可使大铜球壳吸热致冷，温度下降而使周围的气温也下降，到冬天将通入半导体温差电致冷装置的电流反转方向，大铜球壳就变成放热端的散热片，就使周围气温升高，在小铜圆球壳(5)与阳光反射器之间装有另一组半导体温差电致冷装置，小铜球壳在这里是接在吸热致冷端作为吸热片的，阳光反射器接在放热端作为散热片，当夏天使大铜球壳吸热致冷时如小铜球壳温度升得过高而大铜球壳温度降不下去时，可向这一组半导体温差电装置输入适当功率的电能就可使小铜球壳降温，接着大铜球壳的温度也可再降而使周围气温下降。

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