本實用新型涉及利用太陽能進行發(fā)電及海水淡化技術領域，具體涉及一種風壓式通風裝置，還涉及一種聯(lián)合太陽能煙囪發(fā)電、風壓式通風裝置和海水淡化的綜合裝置。

背景技術：

隨著全球經(jīng)濟的迅速發(fā)展，化石燃料的消耗速度加大，能源供需矛盾以及環(huán)境問題非常突出，優(yōu)化能源結構迫在眉睫。太陽能作為一種持久而環(huán)保的能源，能夠有效應對能源短缺和氣候變化等問題。

太陽能煙囪技術綜合了蓄熱技術、煙囪技術、風力渦輪機發(fā)電技術于一體，具有維修方便、運行可靠、使用周期長等優(yōu)點，是實現(xiàn)大規(guī)模開發(fā)和利用太陽能的可行途徑之一，擁有巨大的應用前景。

淡水是我們日常生活中不可分割的必需品，然而近幾年來，由于經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口的膨脹，淡水短缺問題對人類已經(jīng)造成了嚴重的威脅，并引起了世界各地的重視。海水淡化是目前獲得大量淡水從而解決淡水短缺問題的最普遍的方法之一。但是，海水淡化是一種高耗能的方式，以環(huán)境友好方式利用可再生能源驅動的海水淡化系統(tǒng)作為一種創(chuàng)新的方法，目前已經(jīng)得到廣泛關注。

然而，單一的太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)由于太陽能的轉換效率一般不到1％，而且受氣候和天氣影響很大，這種太陽能煙囪發(fā)電形式很難大規(guī)模商業(yè)化。太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)在煙囪高度和集熱棚半徑一定的情況下，系統(tǒng)內外的氣流密度差是影響系統(tǒng)內外壓差大小的主要因素。由于空氣密度小，盡管系統(tǒng)能取得可觀的內外氣流溫差，但內外氣流密度差并不大，導致內外氣流壓差也并不大，這制約了系統(tǒng)發(fā)電量的提高，這是系統(tǒng)本身的不足。

現(xiàn)有的聯(lián)合海水淡化太陽能煙囪發(fā)電裝置，如專利200810021605.3公開了一種利用太陽能進行煙囪發(fā)電及海水淡化的裝置，將太陽能發(fā)電和太陽能海水淡化裝置組合在一起，雖然提高了太陽能的轉換效率，同時能夠附加淡水產(chǎn)出，但是這種系統(tǒng)并沒有改善系統(tǒng)內外氣流的壓差，又由于綜合系統(tǒng)中有一部分能量被凝結的淡水帶走，導致了系統(tǒng)的集熱棚內氣流溫度稍有下降，反而進一步減小了綜合系統(tǒng)的內外壓差，造成發(fā)電量的下降。

技術實現(xiàn)要素：

本實用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術中的不足，提供了一種風壓式通風裝置以及聯(lián)合風壓式通風裝置的太陽能發(fā)電及海水淡化裝置，通過在煙囪出口安裝風壓式通風裝置，讓風力機葉片直接帶動鋼管旋轉，進而帶動通風機葉片旋轉，旋轉的通風機葉片產(chǎn)生的負壓使煙囪內外壓差進一步加大。同時，尖端開口的風力機葉片旋轉時也會加速煙囪內做完功的熱氣流的排出，強化了煙囪效應，從而顯著地提高了太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量，同時也增加了海水淡化裝置的淡水產(chǎn)量。

為解決上述技術問題，本實用新型提供了一種風壓式通風裝置，其特征是，包括筒狀圓形鋼管，在圓形鋼管的外壁面上沿圓周安裝有風力機葉片，風力機葉片從根部到尖端呈中空狀，并在根部與圓形鋼管的空腔相連通，在圓形鋼管出口側中心處設有輪轂，輪轂沿圓周設有通風機葉片，各通風機葉片的末端固定連接圓形鋼管的內壁。

相應的，本實用新型還提供了一種聯(lián)合風力增壓型煙囪進行太陽能發(fā)電及海水淡化的裝置，其特征是，包括海水淡化裝置、集熱棚、渦輪機、煙囪和風壓式通風裝置；

集熱棚包括集熱棚底板、覆蓋在集熱棚底板上方的集熱棚蓋板，集熱棚蓋板與集熱棚底板之間形成喇叭狀的導流腔；導流腔從下往上逐漸變窄；

海水淡化裝置包括位于底部的蒸餾池底槽，蒸餾池底槽沿集熱棚底板環(huán)形設置，蒸餾池底槽的外環(huán)側設有位于底端的濃鹽水出口、與海水層相連通的海水進口和位于上端的淡水出口；蒸餾池底槽內沿徑向等間距布置多組支撐架，相鄰兩組支撐架的頂端設置有玻璃隔板，在支撐架兩側位于玻璃隔板的下方均設有向上方斜向延伸的淡水收集器，相鄰淡水收集器之間沿底部設有連通兩者的引流槽，最外層引流槽的出口處連通淡水出口；

煙囪為包括豎直段和水平段的彎折中空圓筒，導流腔的出口與煙囪的豎直段下端口連通，且在兩者連通的中心處設置所述渦輪機；煙囪水平段的出口處水平設置風壓式通風裝置；

風壓式通風裝置，包括筒狀圓形鋼管，圓形鋼管通過軸承套在煙囪水平段煙囪外壁上，在圓形鋼管的外壁面上沿圓周安裝有風力機葉片，風力機葉片從根部到尖端呈中空狀，并在根部與圓形鋼管的空腔相連通，在圓形鋼管出口側中心處設有輪轂，輪轂沿圓周設有通風機葉片，各通風機葉片的末端固定連接圓形鋼管的內壁。

進一步的，玻璃隔板的截面呈開口向下的弧形。

進一步的，玻璃隔板的截面呈開口向下Λ型。

進一步的，玻璃隔板的Λ型截面的頂端夾角范圍為90°～120°。

進一步的，位于同一個支撐架上的淡水收集器對稱設置。

進一步的，對稱設置的兩個淡水收集器其截面可以為開口向上的弧形。

進一步的，對稱設置的兩個淡水收集器其截面可以為開口向上的V型。

進一步的，V型截面的底端夾角范圍為60°～90°。

與現(xiàn)有技術相比，本實用新型所達到的有益效果是：本實用新型通過風壓式通風裝置加大了煙囪內部負壓從而顯著地提高了太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量并增加了海水淡化裝置的淡水產(chǎn)出，極大提高了太陽能綜合利用率。

附圖說明

圖1是本實用新型裝置的結構示意圖；

圖2是本實用新型裝置中海水淡化裝置的局部結構示意圖；

圖3是海水淡化裝置中玻璃隔板支架的局部放大圖；

圖4是海水淡化裝置的俯視圖；

圖5是風壓式通風裝置結構局部放大圖；

圖6是風壓式通風系統(tǒng)結構右視圖。

附圖標記：1、海水淡化裝置；11、玻璃隔板；12、支撐架；13、淡水收集器；14、海水層；15、蒸餾池底槽；16、引流槽；17、淡水出口；18、海水進口；19、濃鹽水出口；2、集熱棚；21、集熱棚蓋板；22、集熱棚底板；3、風力渦輪機；4、煙囪；41、煙囪外壁；5、風壓式通風裝置；51、風力機葉片；52、通風機葉片；53、輪轂；54、圓形鋼管；55、軸承。

具體實施方式

下面結合附圖對本實用新型作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本實用新型的技術方案，而不能以此來限制本實用新型的保護范圍。

本實用新型的一種風壓式通風裝置，如圖5和圖6所示，包括筒狀圓形鋼管54，在圓形鋼管54的外壁面上沿圓周安裝有風力機葉片51，風力機葉片51從根部到尖端呈中空狀，在根部與圓形鋼管54的空腔相連通，可以使氣流從圓形鋼管54空腔內部沿風力機葉片51的空腔直接流到外界環(huán)境中，在圓形鋼管54出口側中心處設有輪轂53，輪轂53沿圓周設有通風機葉片52，所有通風機葉片52的末端固定連接圓形鋼管54的內壁，輪轂53起到穩(wěn)定通風機葉片52的作用。由于風力機葉片51和通風機葉片52都固定在圓形鋼管54上，當高空自然風吹動風力機葉片51旋轉時，直接帶動圓形鋼管54旋轉，進而帶動通風機葉片52以相同角速度旋轉，旋轉的通風機葉片52使圓形鋼管空腔內產(chǎn)生負壓。

可以將此風壓式通風裝置安裝在現(xiàn)有技術中太陽能煙囪發(fā)電裝置中或專利200810021605.3公開的利用太陽能進行煙囪發(fā)電及海水淡化的裝置，通過在煙囪出口將圓形鋼管用軸承安裝在煙囪外壁面，產(chǎn)生的負壓可以使煙囪內外壓差進一步加大，提升太陽能發(fā)電的效率。

相應的，本實用新型的一種聯(lián)合風壓式通風裝置的太陽能發(fā)電及海水淡化裝置，如圖1所示，包括海水淡化裝置1、集熱棚2、渦輪機3、煙囪4和風壓式通風裝置5。

如圖2所示，集熱棚2包括集熱棚底板22、覆蓋在集熱棚底板22上方的集熱棚蓋板21，集熱棚蓋板21與集熱棚底板22之間形成喇叭狀的導流腔；導流腔從下往上逐漸變窄。

海水淡化裝置1包括位于底部的蒸餾池底槽15，如圖2所示(圖2中僅顯示了右側海水淡化裝置的局部放大結構)，蒸餾池底槽15沿集熱棚底板22環(huán)形設置，蒸餾池底槽15的外環(huán)側設有位于底端的濃鹽水出口19、與海水層14相連通的海水進口18和位于上端的淡水出口17；蒸餾池底槽15內沿徑向等間距布置多組支撐架12，相鄰兩組支撐架12的頂端設置有玻璃隔板11，支撐架12與玻璃隔板11之間的連接關系如圖3所示，玻璃隔板11的截面呈開口向下的弧形或Λ型，其兩側底端固定在相鄰支撐架12的頂端，在支撐架12兩側位于玻璃隔板11的下方均設有向上方斜向延伸的淡水收集器13，位于同一個支撐架上的淡水收集器13對稱設置，其截面可以為開口向上的弧形或V型，相鄰淡水收集器13之間沿底部設有連通兩者的引流槽16，最外層引流槽16的出口處連通淡水出口17。

進一步的，玻璃隔板11優(yōu)選截面為Λ型的環(huán)狀結構，頂端夾角小于120°，優(yōu)選夾角范圍為90°～120°，以使淡化的水滴能夠從頂端沿玻璃隔板11坡度流到位于下方的淡水收集器13中。防止夾角過大時，水滴從頂端直接回落到海水層14中。

各淡水收集器13與支撐架12的夾角范圍優(yōu)選為30°～45°，當支撐架12的兩側對稱設有淡水收集器13時，兩側淡水收集器13構成一體，優(yōu)選截面為V型的環(huán)狀槽，底端夾角大于60°，優(yōu)選夾角范圍為60°～90°，V型槽可以有利于快速將水滴聚集到槽底。

淡水收集器13與引流槽16的連接關系如圖4所示，支撐架12和淡水收集器13是繞著集熱棚2中心一環(huán)一環(huán)分布的，從玻璃隔板11上冷凝獲得的淡水沿著支撐架12落入淡水收集器13中，如果沒有引流槽16，那么所產(chǎn)生的淡水只會在一環(huán)又一環(huán)的淡水收集器13中，無法排出到外面；而引流槽16的作用就是在相鄰的淡水收集器13之間開一個連通的通道，讓所有的淡水收集器13聯(lián)通，進而從淡水出口17流出。

煙囪4為包括豎直段和水平段的彎折中空圓筒，導流腔的出口與煙囪4的豎直段下端口連通，且在兩者連通的中心處設置所述渦輪機3。煙囪4水平段的出口處水平設置風壓式通風裝置5。

風壓式通風裝置5為上述的風壓式通風裝置，如圖5和圖6所示，圓形鋼管54通過軸承55套在煙囪水平段煙囪外壁41上。

本實用新型裝置的工作原理為，外界空氣經(jīng)集熱棚進口流入集熱棚2，透過集熱棚蓋板21的太陽輻射一部分從玻璃隔板11反射出去，其余透射過玻璃隔板11的太陽輻射被海水層14及蒸餾池底槽15吸收，海水溫度升高并蒸發(fā)，同時海水進口18以一定速度補充海水，使海水層14保持在恒定高度。由于玻璃隔板11吸收的太陽能很少，且直接向集熱棚2里面的氣流散熱，故玻璃隔板11的溫度低于海水層14水溫，因此在海水層14和玻璃隔板11之間將會通過輻射、對流和蒸發(fā)進行熱交換，海水蒸發(fā)并形成水汽。水汽會在玻璃隔板11的下表面凝結成水珠。玻璃隔板11有一合適的傾角，水珠就會在重力的作用下順著玻璃隔板11流下，落到淡水收集器13中，再通過引流槽16流到淡水出口17，而蒸餾池底槽15的濃鹽水通過濃鹽水出口19排出。

在產(chǎn)生淡水的同時，流入集熱棚2的氣流流動到煙囪4底部，氣流的密度下降，系統(tǒng)內外密度差加大，煙囪效應加劇，抽力達到最大，氣流得以上升并排出，同時外界空氣經(jīng)集熱棚2進口源源不斷地補充進來以達到動態(tài)平衡。在煙囪4底部內外密度差和壓差為最大，因此在此處設置軸流式風力渦輪機3，上升氣流推動渦輪機3的葉片旋轉，并帶動相應的發(fā)電機進行發(fā)電。渦輪機3消耗了熱氣流大部分壓力勢能以及部分動能，并剩下的小部分壓力勢能和動能用以驅動熱氣流繼續(xù)沿著煙囪4上升，上升過程中氣流的溫度逐漸降低，焓降轉化成為重力勢能，氣流的速度稍有下降，然后熱氣流沿水平段煙囪流入風壓式通風裝置5中。

由于風力機葉片51和通風機葉片52都固定在圓形鋼管54上，當高空自然風吹動風力機葉片51旋轉時也會帶動通風機葉片52以相同角速度旋轉，旋轉的通風機葉片52產(chǎn)生的負壓使煙囪內外壓差進一步加大。同時，尖端開口的風力機葉片51旋轉時產(chǎn)生的離心力會加速煙囪4內做完功的熱氣流的排出，強化了煙囪效應，從而提高了渦輪機3的軸功率。此外，由于煙囪4內外壓差的提高導致氣流質量流量增加，氣流速度上升，引起了對流換熱系數(shù)的增大，氣流和玻璃隔板11之間對流換熱加劇，熱氣流帶走更多的熱量用于升溫，玻璃隔板11溫度因此下降，海水層14和玻璃隔板11溫差加大，海水蒸發(fā)量上升，更多的水汽在玻璃隔板11內側冷凝成水滴，淡水產(chǎn)量得到了提高。

本實用新型通過風壓式通風裝置加大了煙囪內部負壓從而顯著地提高了太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量并增加了海水淡化裝置的淡水產(chǎn)出，極大提高了太陽能綜合利用率。

在西班牙太陽能煙囪原型中，煙囪高度H_c＝200m，煙囪直徑D_c＝10m；集熱棚直徑D_coll＝244m，集熱棚進口高度H_in＝2m，出口高度H_out＝8m。分析中取穩(wěn)態(tài)氣象條件，太陽輻射強度I＝800W/m²，環(huán)境溫度T_a＝298.15K，外環(huán)境密度ρ_a＝1.225kg/m³。

在單一太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)中，從集熱棚進口到出口氣流溫升質量流量m＝ρπD_c²v，煙囪進口氣流速度上式中η_c為蓄熱層效率；C_p為空氣定壓比熱容，單位J/(kg·K)；ρ為氣流密度，單位kg/m³；將三個方程聯(lián)立求解得到三個未知量的值，ΔT＝12.26K，m＝1220kg/s，v＝12.7m/s。系統(tǒng)抽力氣流功率P_m＝Δp·m/ρ＝94.93kW。取渦輪機效率η_t＝0.4，輸出功率P＝η_t·P_m＝38kW。太陽能綜合利用率

在聯(lián)合海水淡化太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)中，蓄熱層由玻璃隔板代替，由于一部分能量用于海水淡化，導致氣流溫升降低，氣流速度下降。此時系統(tǒng)抽力氣流功率P_m＝Δp·m/ρ＝76.1kW，輸出功率P＝η_t·P_m＝30.4kW，同時產(chǎn)生淡水其中q_e為海水蒸發(fā)傳熱速率，單位W/m²，h_w為海水單位面積汽化潛熱，單位J/(kg·m²)，太陽能綜合利用率

在本實用新型風壓式通風裝置驅動的聯(lián)合海水淡化太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)中，增壓系統(tǒng)提供的負壓值為75Pa，此時氣流功率P_m＝Δp·m/ρ＝130.6kW，輸出功率P＝η_t·P_m＝52.2kW，同時淡水產(chǎn)出太陽能綜合利用率

通過理論計算可以看出，本實用新型通過風壓式通風裝置加大了煙囪內部負壓從而顯著地提高了太陽能煙囪發(fā)電系統(tǒng)的發(fā)電量并增加了海水淡化裝置的淡水產(chǎn)出，極大提高了太陽能綜合利用率。

以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本實用新型技術原理的前提下，還可以做出若干改進和變型，這些改進和變型也應視為本實用新型的保護范圍。