CN1331765C - 太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统 - Google Patents

太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，在太阳能集热棚的上面设置有太阳能烟囱，在所述太阳能烟囱的上端设置有间接冷凝装置，在所述太阳能烟囱的下部的外面设置有水力涡轮发电机组，承压水管道分别与所述间接冷凝装置和水力涡轮发电机组连接，本发明采用集热棚温室技术和烟囱技术强化水分蒸发，利用间接换热设备冷凝湿热空气收集淡水，大量的淡水沿承压水管流下推动水力涡轮机进行发电，可分别用于海水或苦咸水或所含污染物为非挥发性物质的工业废水或污水的处理，蒸发浓缩后的产品可分别进行海盐或有机物质或无机物质的生产，并进行盐水生物养殖和旅游观光等有益用途，具有经济、环境和社会效益上的可行性。

Description

太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统
技术领域
本发明涉及一种太阳能利用装置，特别是涉及一种太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及进行水力发电的系统。
背景技术
在淡水资源日益匮乏的今天，利用太阳能进行海水或苦咸水的淡化，已愈来愈受到重视。太阳能淡化海水的优势在于，不消耗常规能源，不产生二次污染，运行费用最省，所得淡水纯度高等。此技术中能量的利用方式有两种：其一是利用太阳能产生热能以驱动海水相变过程(蒸馏)；其二是利用太阳能发电以驱动渗析过程。前者一般分为直接法和间接法两大类，直接法指直接利用太阳能在集热器中产生蒸馏过程，而间接法是系统中的太阳能集热器与海水蒸馏部分是分离的。虽然两种利用方式在技术上没有很大的困难，但在经济上仍不能和传统的海水淡化技术相比拟。
自斯图加特大学的J.Schlaich教授在1978年提出了利用太阳能烟囱技术进行发电以来，二十多年间国内外发表了多篇关于太阳能烟囱发电的文章。J.Schlaich教授认为建造太阳能烟囱是解决广大发展中国家由于缺乏电力致使经济长期处于停滞状态问题的好办法。这种电站不像其他太阳能电力系统，它不需要高技术的设备和人才，而且维修简便。1982年西班牙建成了一座高200米、直径10.3米的太阳能烟囱发电站，白天的输出功率为100千瓦、夜间的输出功率为40千瓦。1986至1989年该系统进入长期完全自动化运行，为太阳能烟囱发电技术提供了许多宝贵的经验。随后美国、西班牙、印度、澳大利亚、土耳其、中国和南非等一些国家对太阳能烟囱发电及相关技术开展了一系列研究，虽经过多年的深入研究，这项技术已经比较成熟，但是由于系统受卡诺循环的限制，其热力学效率很难突破1％。为了实现经济和技术上同时进行，我们提出了利用太阳能烟囱间接冷凝制取淡水并进行水力发电的综合系统，从而提高了系统的利用效率。
发明内容
本发明的目的是克服现有技术中的不足，提供一种太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及进行水力发电的系统。
本发明的技术方案概述如下：
一种太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，在太阳能集热棚的上面设置有太阳能烟囱，在所述太阳能烟囱的上端设置有间接冷凝装置，在所述太阳能烟囱的下部的外面设置有水力涡轮发电机组，承压水管道分别与所述间接冷凝装置和水力涡轮发电机组连接。
所述太阳能烟囱的高为1-1000米，所述太阳能烟囱的内径为1-100米。
所述的太阳能集热棚的面积为0.00001-300平方公里。
所述太阳能集热棚与所述太阳能烟囱的结合部位距水平面的距离等于或大于所述太阳能集热棚的外周距所述水平面的距离。
所述太阳能集热棚的材料为透光塑料材料或透光玻璃材料或由塑料和玻璃组成的复合透光材料。
所述太阳能集热棚的形状为圆形或椭圆形或扇形或长方形或多边形或不规则形状。
所述太阳能烟囱由钢筋混凝土或金属或塑料或上述材料复合而成的材料建造而成。
所述太阳能烟囱还可以是用自然山体开凿，并通过钢筋混凝土进行围护的隧道结构，所述隧道形式为垂直隧道或倾斜隧道。
所述太阳能烟囱还可以是它的一面、两面或三面为经过钢筋混凝土锚固后的山体表面，其余侧表面由钢筋混凝土或金属或塑料或上述材料复合而成的材料建造。
所述的太阳能集热棚的面积为0.01-50平方公里。
本发明的一种太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，可以用于海水、苦咸水或所含污染物为非挥发性物质的工业废水或污水的处理。由于集热棚温室技术和烟囱技术的采用，可使水面上气流在烟囱入口处增至一定的速度，提高了水分蒸发速率，达到强化水分蒸发的效果。利用间接换热设备冷凝湿热空气，收集大量的淡水，大量的淡水从烟囱顶部沿承压水管流下，推动水力涡轮机进行发电，可以在发电的同时，获取淡水，大大提高了整个系统的综合利用程度。本发明还可进行海盐或有机物质或无机物质的生产，并进行盐水生物的养殖，同时烟囱本身就可以作为一个风景观光的景点，本发明具有经济、环境和社会效益上的可行性。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
具体实施方式
一种太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，在太阳能集热棚1的上面设置有太阳能烟囱2，在太阳能烟囱的上端设置有间接冷凝装置3，在太阳能烟囱的下部的外面设置有水力涡轮发电机组5，承压水管道4分别与所述间接冷凝装置和水力涡轮发电机组连接。
太阳能烟囱的高为可以选用1米，或者是1000米，还可以选取5米、10米、50米、100米、150米、200米、500米、700米、900米。
太阳能烟囱的内径可以选取1米或100米，也可以选5米、10米、15米、20米、30米、40米、50米、60米、70米、80米、90米。
太阳能集热棚的面积可以是0.00001平方公里，还可以是300平方公里，也可以选0.0001平方公里、0.001平方公里、0.01平方公里、0.1平方公里、1平方公里、2平方公里、10平方公里、50平方公里、100平方公里、200平方公里。
太阳能集热棚与太阳能烟囱的结合部位距水平面的距离等于或大于太阳能集热棚的外周距水平面的距离。
太阳能集热棚的材料可以选透光塑料材料或透光玻璃材料或由塑料和玻璃组成的复合透光材料。
太阳能集热棚的形状可以选圆形或椭圆形或扇形或长方形或多边形或不规则形状。
太阳能烟囱可以是由钢筋混凝土或金属或塑料或上述材料复合而成的材料建造而成。
太阳能烟囱还可以用自然山体开凿，并通过钢筋混凝土进行围护的隧道结构，隧道形式为垂直隧道或倾斜隧道。
太阳能烟囱还可以是，它的一面、两面或三面为经过钢筋混凝土锚固后的山体表面，其余侧表面由钢筋混凝土或金属或塑料或上述材料复合而成的材料建造。
本发明的一种太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，可以设置在海水盐池、苦成水储槽或所含污染物为非挥发性物质的工业废水或污水的储槽的上方，太阳能集热棚与储槽内液面留有一定间隙，太阳能烟囱设置在太阳能集热棚的上面。太阳能集热棚下面的海水或苦咸水或所含污染物为非挥发性物质的工业废水或污水等吸收透过太阳能集热棚的太阳辐射能后被加热，同时，太阳能集热棚与液体之间的空气也被加热，使太阳能集热棚内空气温度升高并增湿，密度下降，湿热空气沿着烟囱上升，又促进太阳能集热棚周围的冷空气进入太阳能集热棚内，从而形成空气连续流动。由于太阳能集热棚内的空间足够大，当集热棚内的空气流到达烟囱底部的时候，在烟囱内形成强大的气流，在此过程中空气被加热增湿至饱和，在它到达烟囱的顶部时，和从外界进入的冷空气在间接换热装置中进行热量交换。饱和的湿热空气在降温过程中冷凝，产生大量淡水，由于具有高势能，淡水沿承压管道流下，继而推动水力涡轮机旋转进行发电。

Claims (10)

1.一种太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，在太阳能集热棚的上面设置有太阳能烟囱，其特征是在所述太阳能烟囱的上端设置有间接冷凝装置，在所述太阳能烟囱的下部的外面设置有水力涡轮发电机组，承压水管道分别与所述间接冷凝装置和水力涡轮发电机组连接。
2.根据权利要求1所述的太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，其特征是所述太阳能烟囱的高为10-1000米，所述太阳能烟囱的内径为1-100米。
3.根据权利要求1所述的太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，其特征是所述的太阳能集热棚的面积为0.001-300平方公里。
4.根据权利要求1所述的太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，其特征是所述太阳能集热棚与所述太阳能烟囱的结合部位距水平面的距离等于或大于所述太阳能集热棚的外周距所述水平面的距离。
5.根据权利要求1或2或3所述的太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，其特征是所述太阳能集热棚的材料为透光塑料材料或透光玻璃材料或由塑料和玻璃组成的复合透光材料。
6.根据权利要求1或2或3所述的太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，其特征是所述太阳能集热棚的形状为圆形或椭圆形或扇形或长方形或多边形或不规则形状。
7.根据权利要求1或2或3所述太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，其特征是所述太阳能烟囱由钢筋混凝土或金属或塑料或上述材料复合而成的材料建造而成。
8.根据权利要求1或2或3所述太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，其特征是所述太阳能烟囱为自然山体开凿，并通过钢筋混凝土进行围护的隧道结构，所述隧道形式为垂直隧道或倾斜隧道。
9.根据权利要求1或2或3所述太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，其特征是所述太阳能烟囱的一面、两面或三面为经过钢筋混凝土锚固后的山体表面，其余侧表面由钢筋混凝土或金属或塑料或上述材料复合而成的材料建造。
10.根据权利要求3所述的太阳能烟囱间接冷凝换热制备淡水及水力发电综合系统，其特征是所述的太阳能集热棚的面积为50平方公里。
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