CN201187414Y - 一种烟囱式太阳能和风能集合发电装置 - Google Patents

一种烟囱式太阳能和风能集合发电装置 Download PDF

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Abstract

一种烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征在于包括支座、太阳能热水器和至少一台风力发电机组；支座中设有上下走向的气流通道；气流通道的下部设有贮水箱，贮水箱上设有进水口和出水口，太阳能热水器的热水出口经出水管与贮水箱的进水口连通，贮水箱的出水口经回流管与太阳能热水器的冷水入口连通；风力发电机组包括扇叶和发电机，扇叶设于气流通道内并且与发电机的转子传动连接。本实用新型综合利用太阳能和风能进行发电，烟囱效应产生上升气流，而且太阳能热水器吸收太阳光而产生热水，热水流经贮水箱、出水管和回流管时对其周围的空气加热，被加热的空气上升，增强上升气流的速度；上升气流推动扇叶旋转，并带动发电机的转子旋转，进行发电。

Description

一种烟囱式太阳能和风能集合发电装置
技术领域
本实用新型涉及一种利用太阳能和风能发电的烟囱式太阳能和风能集合发电装置。
背景技术
太阳能和风能均是清洁且取之不尽的能源，利用太阳能和风能进行发电，可有效缓解目前世界能源紧缺状况，并且不会造成环境污染。
但目前已有的太阳能发电装置只能利用太阳能发电，已有的风能发电装置只能利用风能发电，它们均不能同时综合利用太阳能和风能，因此总的发电量较少，且受气候影响大，例如在夜晚或阴雨天时太阳能发电装置不能发电，在无风时风能发电装置不能发电。另外，已有的风能发电装置利用外界自然风发电，由于外界自然风的风向和风速均不断发生变化，因此风能的利用率不高，发电量较少，在风力较小或无风时甚至不发电。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种能够利用太阳能和风能进行发电的烟囱式太阳能和风能集合发电装置。采用的技术方案如下：
一种烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征在于包括支座、太阳能热水器和至少一台风力发电机组；支座中设有上下走向的气流通道；气流通道的下部设有贮水箱，贮水箱上设有进水口和出水口，太阳能热水器的热水出口经出水管与贮水箱的进水口连通，贮水箱的出水口经回流管与太阳能热水器的冷水入口连通；风力发电机组包括扇叶和发电机，扇叶设于气流通道内并且与发电机的转子传动连接。
上述气流通道是烟囱效应通道，其下端为气流入口，其上端为气流出口，气流自下端的气流入口进入气流通道，在气流通道中形成上升气流，上升气流推动扇叶旋转，扇叶带动发电机的转子旋转，进行发电。在太阳光照射下，太阳能热水器中产生热水，热水经上述热水出口、出水管和进水口进入贮水箱，贮水箱中的水经出水口、回流管和冷水入口进入太阳能热水器，循环流动；贮水箱、出水管和回流管中的水在气流通道中散热，对其周围的空气加热，被加热的空气上升，气流通道内被加热的空气上升的同时，冷空气从气流入口补充到气流通道中，再由贮水箱、出水管和回流管中的水对冷空气加热，从而连续产生上升气流，这样可增加进入气流通道的气流量，增强烟囱效应，增强气流通道内上升气流的速度，从而使扇叶捕获更多的风能，增加发电量。在没有太阳光照射的时候(如在晚上)，太阳能热水器中的水温度逐渐降低，水不再流动；由于在太阳光照射的时候(如白天)，太阳能热水器产生热水，在贮水箱、出水管和回流管中贮存有温度较高的水，因此在没有太阳光照射的时候(如在晚上)，这些贮存的热水逐渐散热，可对其周围的空气持续加热一段时间，直至其水温与周围气温相同。
在优选方案中，上述气流通道的横截面面积自下至上逐渐减小，这样，越往上，气流速度越大。通常扇叶尽量靠近气流通道的上端，这样扇叶能捕获更多的风能。
上述太阳能热水器通常放置在支座的一侧，可安装在地面上。
通常贮水箱中没有水的部分腔体为真空状态，这样可减少水蒸气损失。
上述贮水箱、出水管和回流管通常由导热系数较大的材料(如金属或合金)制成，以利于其内部的热水散热。
优选上述出水管处于气流通道中的部分包括一弯曲段；更优选该弯曲段呈螺旋状。上述弯曲段可延长热水在气流通道中流动的时间，使热水更加充分地散热，从而将其周围的空气加热至更高温度，进一步增强烟囱效应，增强气流通道内上升气流的速度。
优选上述发电机的定子固定安装在支座上。上述发电机的定子也可安装在地面上。
上述扇叶可通过传动机构(如齿轮组)与发电机的转子传动连接，也可直接安装在发电机的转子上。
在优选方案中，上述烟囱式太阳能和风能集合发电装置设有多台风力发电机组，各风力发电机组的扇叶沿气流通道自下至上依次排列。气流通道中的上升气流推动最下面的扇叶旋转，使相应的发电机发电；然后继续上升，依次推动其上面的各扇叶旋转，使相应的各发电机发电，从而更加充分利用烟囱效应通道产生的气流，气流最后从气流通道上端的气流出口吹出；多个扇叶分别带动多个发电机的转子旋转，可提高总发电量。
在优选方案中，上述烟囱式太阳能和风能集合发电装置还包括外部风力发电机组，外部风力发电机组包括外部扇叶和外部发电机，外部扇叶与外部发电机的转子传动连接，外部扇叶设于支座的上方。外部发电机的定子通常固定安装在空心柱体上。外部扇叶可受外界自然风推动而旋转，并带动该发电机的转子一起旋转，进行发电。
优选上述外部扇叶总体上呈回转体状，如球状、圆柱状、圆锥台状或圆锥状，也就是说，外部扇叶中各个叶片旋转时，其轮廓所形成的回转面是一致的。这样，外部扇叶旋转时，呈稳定的回转体状，基本上没有变化，当烟囱式太阳能和风能集合发电装置为路灯提供电源时，外部扇叶不会干扰司机的视线。
优选上述支座由底座和空心柱体组成，空心柱体安装在底座上；底座中设有腔体，底座的侧面设有至少一个与腔体连通的进风口，底座的顶部设有与腔体连通的出风口；空心柱体中设有上下走向的通孔，通孔下端与底座的出风口连通；底座的腔体和空心柱体的通孔组成上述气流通道，底座的进风口是气流通道的气流入口，空心柱体的通孔上端是气流通道的气流出口。上述底座上的进风口个数根据实际需要设计；当设有多个进风口时，各进风口通常不能直接对准，以防止进风口之间产生空气对流而造成风能损失。通常，扇叶设于空心柱体的通孔内，发电机的定子安装在空心柱体上；外部扇叶设于空心柱体的上方；贮水箱设于空心柱体通孔下部或底座的腔体中。
本发明利用烟囱效应产生的上升气流进行发电，一方面，地面上尤其是道路附近，汽车等交通工具的移动能够产生气流；另一方面，贴近地面的自然风也能够产生气流，这些气流可经集热罩的进风口进入腔体和气流通道，并在气流通道中形成流向稳定且能量集中的上升气流；而且，在太阳光照射下，太阳能热水器中产生热水，热水经上述热水出口、出水管和进水口进入贮水箱，贮水箱中的水经出水口、回流管和冷水入口进入太阳能热水器，循环流动，贮水箱、出水管和回流管中的水在气流通道中散热，对其周围的空气加热，被加热的空气上升，可增加进入气流通道的气流量，增强烟囱效应，增强气流通道内上升气流的速度；上升气流推动气流通道中的扇叶旋转，并带动发电机的转子旋转，进行发电，本发明能综合利用太阳能和风能进行发电，受气候影响小，具有较大的发电量。本发明结构简单，易于安装，对自然环境适应性强，可为室外场所的照明灯(尤其是路灯)提供电源，减少室外场所的照明灯给电网造成的负担；也可建造成大型发电装置。
附图说明
图1是本实用新型优选实施例的结构示意图；
图2是图1的A-A剖面图；
图3是图1中外部扇叶的俯视图；
图4是图1中底座的B-B剖视图；
图5是另一种底座的结构示意图；
图6是另一种底座的结构示意图；
图7是另一种底座的结构示意图；
图8是另一种底座的结构示意图。
具体实施方式
如图1所示，这种烟囱式太阳能和风能集合发电装置包括支座、太阳能热水器30、四台风力发电机组和一台外部风力发电机组。
支座由底座3和空心柱体2组成，空心柱体2安装在底座3上。
底座3安装在地面1上，底座3呈长方体形。参考图4，底座3中设有腔体31，底座3的侧面设有一个与腔体31连通的进风口32，底座3的顶部设有与腔体31连通的出风口33。
空心柱体2中设有上下走向的通孔21，通孔21的下端22与底座3的出风口33连通。通孔21(通孔21是上述支座中上下走向的气流通道的一部分)的横截面面积自下至上逐渐减小。
底座3的腔体31和空心柱体2的通孔21组成支座中上下走向的气流通道，该气流通道是烟囱效应通道，底座3的进风口32是气流通道的气流入口，空心柱体2的通孔21的上端23是气流通道的气流出口。
太阳能热水器30安装在地面1上；通孔21的下部设有贮水箱4，贮水箱4上设有进水口41和出水口42，太阳能热水器30的热水出口301经出水管5与贮水箱4的进水口41连通，贮水箱4的出水口42经回流管6与太阳能热水器30的冷水入口302连通。出水管5处于气流通道中的部分包括一呈螺旋状的弯曲段51。贮水箱4、出水管5和回流管6由导热系数较大的材料(如金属或合金)制成。
风力发电机组包括扇叶7和发电机8；扇叶7设于通孔21内，并且通过齿轮组9与发电机8的转子81传动连接；各风力发电机组的扇叶7沿通孔21自下至上依次排列；各扇叶7的安装位置尽量靠近通孔21的上端；各发电机8的定子82固定安装在空心柱体2上。
外部风力发电机组包括外部扇叶10和外部发电机11，外部扇叶10通过齿轮组12与外部发电机11的转子111传动连接，外部扇叶10设于空心柱体2的上方；外部发电机11的定子112固定安装在空心柱体2上。如图2和图3所示，外部扇叶10总体上呈球状，本实施例中，外部扇叶10由上固定盘101、下固定盘102、六个叶片103和转轴104组成，上固定盘101和下固定盘102均安装在转轴104上，叶片103的上端和下端分别固定在上固定盘101和下固定盘102上。外部扇叶10中各个叶片103旋转时，其轮廓所形成的回转面是相一致的球面。
下面简述一下本发电装置的工作原理：
外界气流经进风口32进入腔体31，然后经出风口33、通孔21下端22进入通孔21，在通孔21中形成流向稳定的上升气流，越往上，上升气流的流速越大；
在太阳光照射下，太阳能热水器30中产生热水，热水经热水出口301、出水管5和进水口41进入贮水箱4，贮水箱4中的水经出水口42、回流管6和冷水入口302进入太阳能热水器30，循环流动；贮水箱4、出水管5和回流管6中的水在气流通道中散热，对其周围的空气加热，被加热的空气上升，可增加进入气流通道的气流量，增强烟囱效应，增强气流通道内上升气流的速度；气流通道内被加热的空气上升的同时，冷空气从进风口32补充到气流通道中，再由贮水箱4、出水管5和回流管6中的水加热，从而连续产生上升气流；
在没有太阳光照射的时候(如在晚上)，太阳能热水器30中的水温度逐渐降低，水不再流动；由于在太阳光照射的时候(如白天)，太阳能热水器30产生热水，在贮水箱4、出水管5和回流管6中贮存有温度较高的水，因此在没有太阳光照射的时候(如在晚上)，这些贮存的热水逐渐散热，可对其周围的空气持续加热一段时间，产生上升气流，可增加进入气流通道的气流量，增强烟囱效应，增强气流通道内上升气流的速度，直至其水温与周围气温相同；
气流通道中的上升气流推动最下面的扇叶7旋转，并带动相应的发电机8的转子81一起旋转，使相应的发电机8发电；然后继续上升，依次推动其上面的各扇叶7旋转，使相应的各发电机8发电，从而充分利用气流通道内的上升气流；
气流最后从通孔21的上端23吹出；
上述气流的方向如图1中的箭头所示；
外部扇叶10受外界自然风推动而旋转，并带动外部发电机11的转子111一起旋转，进行发电。
在其它实施方案中，底座可设计成其它结构，如图5所示，底座3中设有腔体31，底座3的侧面设有两个与腔体31连通的进风口32，底座3的顶部设有与腔体31连通的出风口，两个进风口32分设于底座1一对相邻侧面上，腔体31中设有隔板34，隔板34将腔体31分隔成两部分，腔体31的两部分均与出风口连通，两个进风口32各与腔体31的一部分连通，隔板34可防止两进风口32之间产生空气对流而造成风能损失；如图6所示，底座3呈长方体形，底座3上设有两个进风口32，腔体31中设有隔板34，隔板34将腔体31分隔成两部分，两个进风口32分设于底座3一对相对侧面上，腔体31的两部分均与底座3的出风口连通，两个进风口32各与腔体31的一部分连通；如图7所示，底座3呈长方体形，底座3上设有三个进风口32，腔体31中设有隔板34，隔板34将腔体31分隔成三部分，腔体31的三部分均与底座3的出风口连通，三个进风口32分设于底座3的三个侧面上，三个进风口32各与腔体31的一部分连通；如图8所示，底座3呈长方体形，底座3上设有四个进风口32，腔体31中设有隔板34，隔板34将腔体31分隔成四部分，腔体31的四部分均与底座3的出风口连通，四个进风口32分设于底座3的四个侧面上，四个进风口32各与腔体31的一部分连通。
在其它实施方式中，扇叶、外部扇叶也可直接安装在对应的发电机的转子上；外部扇叶也可总体上呈其它回转体状，如圆柱状、圆锥台状或圆锥状。

Claims (10)

1、一种烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征在于包括支座、太阳能热水器和至少一台风力发电机组；支座中设有上下走向的气流通道；气流通道的下部设有贮水箱，贮水箱上设有进水口和出水口，太阳能热水器的热水出口经出水管与贮水箱的进水口连通，贮水箱的出水口经回流管与太阳能热水器的冷水入口连通；风力发电机组包括扇叶和发电机，扇叶设于气流通道内并且与发电机的转子传动连接。
2、根据权利要求1所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述气流通道的横截面面积自下至上逐渐减小。
3、根据权利要求1或2所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述出水管处于气流通道中的部分包括一弯曲段。
4、根据权利要求3所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述弯曲段呈螺旋状。
5、根据权利要求1或2所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述发电机的定子固定安装在支座上。
6、根据权利要求1或2所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述扇叶通过传动机构与发电机的转子传动连接，或者直接安装在发电机的转子上。
7、根据权利要求1或2所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述烟囱式太阳能和风能集合发电装置设有多台风力发电机组，各风力发电机组的扇叶沿气流通道自下至上依次排列。
8、根据权利要求1或2所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述烟囱式太阳能和风能集合发电装置还包括外部风力发电机组，外部风力发电机组包括外部扇叶和外部发电机，外部扇叶与外部发电机的转子传动连接，外部扇叶设于支座的上方。
9、根据权利要求8所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述外部扇叶总体上呈回转体状。
10、根据权利要求1或2所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述支座由底座和空心柱体组成，空心柱体安装在底座上；底座中设有腔体，底座的侧面设有至少一个与腔体连通的进风口，底座的顶部设有与腔体连通的出风口；空心柱体中设有上下走向的通孔，通孔下端与底座的出风口连通；底座的腔体和空心柱体的通孔组成所述气流通道，底座的进风口是气流通道的气流入口，空心柱体的通孔上端是气流通道的气流出口。
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