CN201187415Y - 烟囱式太阳能和风能集合发电装置 - Google Patents

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，其特征在于包括空心柱体、由导热材料制成的集热罩和至少一台风力发电机组；空心柱体中设有上下走向的气流通道；集热罩安装于空心柱体下方，集热罩中设有腔体，集热罩上设有分别与腔体连通的进风口和出风口，出风口与所述气流通道的下端连通；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。本实用新型利用烟囱效应产生的上升气流进行发电，而且集热罩能够吸收太阳能并转化为热能，使腔体中的空气被加热并上升，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，本实用新型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。

Description

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，其特征在于包括空心柱体、由导热材料制成的集热罩和至少一台风力发电机组；空心柱体中设有上下走向的气流通道；集热罩安装于空心柱体下方，集热罩中设有腔体，集热罩上设有分别与腔体连通的进风口和出风口，出风口与所述气流通道的下端连通；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，集热罩吸收太阳能并转化为热能，对腔体中的空气加热，被加热的空气上升，并经出风口、气流通道下端的气流入口进入气流通道，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；腔体内被加热的空气上升的同时，冷空气从进风口补充到腔体中，再由集热罩加热，从而连续产生上升气流。
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。
上述集热罩能够吸收太阳光能并转化为热能，用于制造集热罩的导热材料可以是黑色玻璃、红外线导热板、金属或合金等。
上述集热罩的出风口通常设于集热罩的顶部，进风口可设于集热罩的侧面或底部。
优选上述集热罩上的出风口设于集热罩的顶部，进风口设于集热罩的底部；腔体的横截面面积自下至上逐渐减小，也就是说，集热罩呈下大上小的喇叭状。安装时，可将集热罩安装在支撑架上，集热罩的底部与地面之间有间隙，外界空气经集热罩底部与地面之间的间隙后，再经进风口进入集热罩；为了更好地收集从各个方向进入的空气流，防止风能损失，优选集热罩下方设有一外侧面呈锥状的导流板，导流板的上端伸入集热罩的腔体中；更优选导流板的外侧面呈圆锥状，其中心线与空心柱体的中心线重合。
优选上述发电机的定子固定安装在空心柱体上。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，外部扇叶设于空心柱体的上方。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，并带动该外部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。
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，集热罩吸收太阳能并转化为热能，对腔体中的空气加热，被加热的空气上升，并经出风口、气流通道下端的气流入口进入气流通道，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。
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空心柱体3、由导热材料制成的集热罩2、四台风力发电机组和一台外部风力发电机组。
空心柱体3中设有上下走向的气流通道31，气流通道31的横截面面积自下至上逐渐减小；气流通道31是烟囱效应通道，其下端为气流入口32，其上端为气流出口33；地面5上设有支撑座1，空心柱体3安装在支撑座1上。
集热罩2安装于空心柱体3下方，集热罩2中设有腔体21，腔体21的横截面面积自下至上逐渐减小(也就是说，集热罩2呈下大上小的喇叭状)，集热罩2的顶部设有与腔体21连通的出风口22，集热罩2的底部设有与腔体21连通的进风口23；出风口22与气流通道31的下端连通。地面5上设有支撑架4，集热罩2安装在支撑架4上，安装时，集热罩2的底部与地面5之间有间隙。
集热罩2下方设有一外侧面呈圆锥状的导流板6，导流板6的上端伸入集热罩2的腔体21中，导流板6的中心线与空心柱体1的中心线重合。
风力发电机组包括扇叶7和发电机8；扇叶7设于气流通道31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沿气流通道31自下至上依次排列；各扇叶7的安装位置尽量靠近气流通道31的上端；各发电机8的定子82固定安装在空心柱体3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3的上方；外部发电机11的定子112固定安装在空心柱体3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：
外界气流经集热罩2底部与地面5之间的间隙后，再经进风口23进入集热罩2的腔体21中，然后自气流通道31下端的气流入口32进入气流通道31，在气流通道31中形成上升气流；在太阳光照射下，集热罩2吸收太阳能并转化为热能，对腔体21中的空气加热，被加热的空气上升，并经出风口22、气流通道31下端的气流入口32进入气流通道31，也在气流通道31中形成上升气流，可增加进入气流通道31的气流量，增强烟囱效应，增强气流通道31内上升气流的速度；在腔体21内被加热的空气上升的同时，冷空气从进风口23补充到腔体21中，再由集热罩2加热，从而连续产生上升气流；
气流通道31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31内的上升气流；
气流最后从气流通道31上端的气流出口33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，其特征在于包括空心柱体、由导热材料制成的集热罩和至少一台风力发电机组；空心柱体中设有上下走向的气流通道；集热罩安装于空心柱体下方，集热罩中设有腔体，集热罩上设有分别与腔体连通的进风口和出风口，出风口与所述气流通道的下端连通；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：所述集热罩上的出风口设于集热罩的顶部，进风口设于集热罩的底部；腔体的横截面面积自下至上逐渐减小。
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：所述集热罩安装在支撑架上，集热罩的底部与地面之间有间隙。
5、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：所述集热罩下方设有一外侧面呈锥状的导流板，导流板的上端伸入集热罩的腔体中。
6、根据权利要求5所述的烟囱式太阳能和风能集合发电装置，其特征是：所述导流板的外侧面呈圆锥状，其中心线与空心柱体的中心线重合。
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：所述发电机的定子固定安装在空心柱体上。
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。
9、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，外部扇叶设于空心柱体的上方。
10、根据权利要求9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。
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