具有外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的太陽能煙囪的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的太陽能煙囪包括具有入口端和出口端的長型腔室，所述腔室限定用于流體例如空氣的從入口到出口的路徑。腔室中的上升氣流驅(qū)動(dòng)連接到發(fā)電機(jī)或者其它的設(shè)備的內(nèi)部渦輪機(jī)。腔室具有大致沙漏構(gòu)型；腔室的直徑隨著遠(yuǎn)離入口端逐漸變小，直到所述直徑抵達(dá)最小值，然后向著出口端變得逐漸增大。布置在腔室內(nèi)的是用于通過太陽能和/或風(fēng)能加熱腔室中的空氣的一個(gè)或多個(gè)裝置。
【專利說明】具有外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的太陽能煙囪

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及具有外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的太陽能煙囪領(lǐng)域，所述太陽能煙囪具有一組葉片(vane),該葉片附連到太陽能煙囪的入口下方一點(diǎn)的基底(ground)以捕獲(enmesh)環(huán)境空氣。葉片有助于向著入口導(dǎo)引被捕獲的環(huán)境空氣。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有技術(shù)中的太陽能煙囪包括附連到基底的基部。該基部包括允許環(huán)境空氣流入基部的開口。在基部上方是長型腔室，來自基部的氣流通過腔室向上運(yùn)動(dòng)。該長型腔室隨著遠(yuǎn)離它的底部而向內(nèi)傾斜，從而使得向著腔室的出口部分向上流動(dòng)的風(fēng)速更高。
[0003]向上流動(dòng)通過煙囪的空氣驅(qū)動(dòng)布置在腔室內(nèi)部的渦輪機(jī)。
[0004]渦輪機(jī)連接到安裝在煙囪內(nèi)部的齒輪箱和發(fā)電機(jī)。齒輪箱包含連接渦輪機(jī)到發(fā)電機(jī)的齒輪，其中鋒利渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)產(chǎn)生電力。
[0005]布置在腔室內(nèi)的是用于通過太陽能加熱腔室內(nèi)的空氣的裝置。位于煙囪中的熱交換器通過傳熱導(dǎo)管連接到位于煙?外部的太陽能收集器，其中太陽能收集器將熱傳遞到熱交換器。
[0006]同樣位于煙?中的另一熱交換器從腔室外部接收太陽直接輻射。該熱交換器接收由透鏡收集并通過太陽能煙囪的壁中的開口并碰撞到熱交換器上的太陽能。該熱交換器用作太陽能收集器和熱交換器二者。它接收太陽輻射并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娏Α?br> [0007]輔助燃燒器是非太陽能的熱源，其用于太陽能不足的情形。燃燒器可以是氣體燃燒器，或者一些其它的傳統(tǒng)的熱源，其代替太陽能/熱交換器將煙囪中的空氣加熱。
[0008]現(xiàn)有技術(shù)中的太陽能煙囪包括風(fēng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)，其中安裝在腔室的出口附近的豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)連接到空氣壓縮機(jī)，其中豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)使得空氣壓縮機(jī)操作，并且其中空氣壓縮機(jī)連接來驅(qū)動(dòng)空氣驅(qū)動(dòng)的電機(jī)，該電機(jī)連接來操作在煙囪內(nèi)部的在出口端附近的排風(fēng)渦輪機(jī)。
[0009]長型腔室的上半部隨著遠(yuǎn)離腔室的最窄部分而向外傾斜，其中風(fēng)從最窄部分向著腔室頂部的出口端流動(dòng)。
[0010]現(xiàn)有技術(shù)的太陽能煙囪如上所述，其中基部包括僅允許環(huán)境空氣流入基部的開口。但是，在本發(fā)明中，太陽能煙囪包括在入口或者基部下面的一組葉片，其中葉片有助于將捕獲的環(huán)境空氣向著入口導(dǎo)引并在煙囪中螺旋向上流動(dòng)。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的太陽能煙囪同樣包括在煙囪的出口端的輪環(huán)，從而產(chǎn)生對向上流動(dòng)通過煙囪的空氣的額外的抽吸。
[0012]本發(fā)明的太陽能煙囪進(jìn)一步包括具有一組葉片的外部環(huán)形圓柱罩，其圍繞外部豎軸風(fēng)力渦輪機(jī)并形成一系列管，從而導(dǎo)致甚至更高的壓力以及風(fēng)力渦輪機(jī)更快的轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0013]本發(fā)明的太陽能煙囪能夠通過將流體用作相變材料而專門存儲(chǔ)多余能量。
[0014]本發(fā)明的具有外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的太陽能煙囪具有一組葉片，該葉片附連到太陽能煙囪的入口下方一點(diǎn)的基底以捕獲環(huán)境空氣。葉片有助于向著入口導(dǎo)引被捕獲的環(huán)境空氣。
[0015]太陽能煙囪還優(yōu)選地包括無軸的外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)，其安裝來相對于太陽能煙囪并繞太陽能煙囪轉(zhuǎn)動(dòng)。外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)俘獲周圍環(huán)境中的風(fēng)能。該風(fēng)能用于產(chǎn)生電力，電力可以與來自內(nèi)部渦輪機(jī)的輸出組合，或者它可以存儲(chǔ)在風(fēng)能存儲(chǔ)裝置中以便以后使用。
[0016]周圍的與外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)同心并大致在同一高度的是另一環(huán)形圓柱罩。安裝在該外部環(huán)形圓柱罩上的是一組葉片，用于重新定向一些風(fēng)流。外部環(huán)形圓柱罩通過偏航角機(jī)構(gòu)直接迎風(fēng)。
[0017]定位在外部環(huán)形圓柱罩的蓋體上方的是允許已經(jīng)釋放出它的能量的風(fēng)退出的孔，該蓋體成形為以使得在上面流動(dòng)的風(fēng)有助于風(fēng)從豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)葉片通風(fēng)。
[0018]太陽能煙囪包括可膨脹輪環(huán)，該輪環(huán)向著安裝在外部環(huán)形圓柱罩上的葉片偏轉(zhuǎn)空氣。
[0019]太陽能煙囪包括安裝在長型腔室的出口端附近的輪環(huán)或者一組葉片，從而將吹過的風(fēng)偏轉(zhuǎn)，從而對向上流動(dòng)通過煙囪的空氣產(chǎn)生額外的抽吸。
[0020]本發(fā)明具有提供一種太陽能煙囪的主要目的，其中太陽能加熱煙囪中的空氣，從而產(chǎn)生上升氣流，該上升氣流可以被約束以執(zhí)行有用的工作。
[0021]本發(fā)明具有提供具有在煙囪外部的豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的太陽能煙囪的進(jìn)一步的目的，該太陽能煙囪約束在煙囪環(huán)境中的風(fēng)能，其中該能量用于產(chǎn)生電力。
[0022]本發(fā)明具有提供用于約束太陽能和風(fēng)以做有用工作的改進(jìn)的裝置。
[0023]本發(fā)明具有提供用于風(fēng)和太陽能的存儲(chǔ)的進(jìn)一步的目的。
[0024]本發(fā)明具有提聞太陽能煙園的效率的進(jìn)一步的目的。
[0025]本領(lǐng)域技術(shù)人員將從對下面對附圖的簡要描述、本發(fā)明的詳細(xì)描述以及所附權(quán)利要求的閱讀而認(rèn)識到本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0026]圖1提供部分地示意性形式的側(cè)面立視圖，其示出本發(fā)明的具有外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的太陽能煙囪；
[0027]圖2提供附連到基底的一組葉片的頂視圖；
[0028]圖3提供附連到基底的一組葉片的三維視圖；
[0029]圖4提供布置在太陽能煙囪外部周圍在外部環(huán)形圓柱罩的下方的可膨脹輪環(huán)的三維視圖；
[0030]圖5提供布置在太陽能煙囪外部周圍在外部環(huán)形圓柱罩下方的可膨脹輪環(huán)的頂視圖；
[0031]圖6提供具有拱形頂部的外部環(huán)形圓柱罩的側(cè)視圖；
[0032]圖7提供外部環(huán)形圓柱罩、形成一系列管的葉片、在中間的孔和流入葉片/ 一系列管的風(fēng)向的頂視圖；
[0033]圖8提供外部環(huán)形圓柱罩以及導(dǎo)風(fēng)葉片、風(fēng)偏轉(zhuǎn)器和偏航角機(jī)構(gòu)(yawmechanism)的結(jié)構(gòu)的三維視圖；
[0034]圖9提供煙囪的頂部和在煙囪外部周圍的裙?fàn)钶啳h(huán)(torus)的側(cè)視圖；
[0035]圖10提供在本發(fā)明的可膨脹輪環(huán)的頂部的靜止圓形軌路的三維視圖；
[0036]圖11提供附連到本發(fā)明的太陽能煙囪的發(fā)電機(jī)的放大視圖；
[0037]圖12提供本發(fā)明的定位在煙囪外部的外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的三維視圖；
[0038]圖13提供本發(fā)明的定位在煙囪外部的外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的側(cè)視圖；
[0039]圖14提供本發(fā)明的定位在煙囪外部的外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的頂視圖；
[0040]圖15是詳細(xì)示出本發(fā)明的電能(來自于風(fēng))存儲(chǔ)系統(tǒng)的方框圖；
[0041]圖16是詳細(xì)示出本發(fā)明的電能(來自于太陽能熱)存儲(chǔ)系統(tǒng)的方框圖；
[0042]圖17是示出本發(fā)明的能量可用資源的方框圖。

【具體實(shí)施方式】
[0043]圖1提供本發(fā)明的太陽能煙囪的部分示意性形式的側(cè)面立視圖。太陽能煙囪101安裝在基底102上。太陽能煙囪包括置靠基底上或者剛性附連到基底的基部I。圖2和圖3提供在入口下方一點(diǎn)附連到基底的一組葉片111的頂視圖和透視圖。葉片111捕獲流入基部的環(huán)境空氣，從而有助于向上流動(dòng)通過太陽能煙囪，如箭頭103所示。
[0044]向上流動(dòng)通過太陽能煙囪的空氣驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)3，渦輪機(jī)3連接到齒輪箱和發(fā)電機(jī)
2。渦輪機(jī)和發(fā)電機(jī)未必是按比例示出的。齒輪箱和發(fā)電機(jī)可以安裝在基部內(nèi)部或者附近。齒輪箱包含連接渦輪機(jī)3到發(fā)電機(jī)的齒輪(未示出)。發(fā)電機(jī)可以由需要機(jī)械能輸入的一些其它設(shè)備替換。
[0045]如圖1所示，本發(fā)明的太陽能煙囪具有大致沙漏的構(gòu)型。也就是，太陽能煙囪的直徑減小到窄的咽喉部分4，然后隨著向上行進(jìn)而增大。
[0046]太陽能煙囪因此包括具有在圖1的底部附近的入口和在圖1的頂部附近的出口的長型腔室110，所述腔室限定用于流體例如空氣從入口到出口的路徑。
[0047]在環(huán)境溫度下被葉片111捕獲的空氣通過煙囪內(nèi)的上升氣流抽吸到煙囪中，由于由直徑不斷減小引起的“縮流”效應(yīng)而向著咽喉4以越來越快的速度向上流動(dòng)，咽喉包括太陽能煙囪的最窄部分。
[0048]從咽喉4的區(qū)域出來的空氣通過布置在咽喉處或者上方的熱交換器(這些交換器如下所述)加熱。加熱的空氣膨脹，空氣體積的增大與空氣溫度的升高成比例。
[0049]在太陽能煙囪中的空氣通過熱交換器6，7和14進(jìn)行加熱。熱交換器包括用于通過如方框圖15和16所示的太陽能和存儲(chǔ)的風(fēng)和存儲(chǔ)的太陽能加熱煙囪中的空氣的裝置。在圖1中，熱交換器6通過由線106表示的適當(dāng)?shù)臒醾鬟f導(dǎo)管連接到外部太陽能收集器105。熱交換器7接收太陽能(由線109表示)，所述太陽能是被太陽能收集器107a收集和聚集的太陽輻射。收集的聚集的太陽輻射可以或者可以不通過第二聚集器107b再次聚集。太陽輻射線聚集到它的聚集點(diǎn)即焦點(diǎn)處或附近，太陽輻射線通過在煙囪壁上的孔(附圖標(biāo)記108)而進(jìn)入煙囪結(jié)構(gòu)中。在進(jìn)入后，輻射線在膨脹到物件(item)7上之前分叉。太陽輻射在那里轉(zhuǎn)換為熱。產(chǎn)生的熱由熱交換器傳遞到煙囪內(nèi)的空氣從而加熱空氣。因此物件7用作煙囪內(nèi)部的太陽能收集器和熱交換器二者。在圖1中，熱交換器14通過由線206表示的適當(dāng)?shù)臒醾鬟f導(dǎo)管連接到外部風(fēng)力渦輪機(jī)蓄能器207。
[0050]輔助燃燒器11是傳統(tǒng)的非太陽能熱源，其用于在特定日子里太陽能或者風(fēng)能不足的情形。燃燒器11可以是氣體燃燒器，吸收熱泵系統(tǒng)的冷凝器，或者一些其它傳統(tǒng)的熱源，其代替太陽能收集器/熱交換器6和7或者風(fēng)能存儲(chǔ)器14加熱煙?中的空氣。
[0051]太陽能煙?還可包括直接能量轉(zhuǎn)換裝置例如光伏裝置、熱電裝置等。這些裝置可以是固定的，即附連到葉片或者輪環(huán)或者煙囪的外部表面，或者是可移動(dòng)的。導(dǎo)向到這些裝置上的入射輻射可以或者可以不聚集。
[0052]圖12、13 和 14
[0053]豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)定位在煙囪外部。它在圖1和9中位于輪環(huán)/葉片15下方。豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)包括兩個(gè)環(huán)形圓柱罩、外部環(huán)形圓柱罩8和內(nèi)部圓柱罩9。兩個(gè)環(huán)形圓柱罩8和9大致在同一高度，彼此同心，并且與煙囪同心。
[0054]支撐環(huán)形圓柱罩8和9的輪12a允許罩在圓形軌道/軌路5a上自由轉(zhuǎn)動(dòng)。內(nèi)部環(huán)形圓柱罩9僅在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)；而外部環(huán)形圓柱罩8可以在任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。傾斜和翻滾通過輥/輪12b和12c減輕。內(nèi)部圓柱罩9類似于渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子。它具有附連到框架93的葉片?？蚣?3在頂部處附連在環(huán)形圓柱罩的上內(nèi)部環(huán)和上外部環(huán)之間，在底部處附連在環(huán)形圓柱罩9的下內(nèi)部環(huán)和下外部環(huán)之間?？梢允莿傂曰蛘呷嵝缘娜~片92掛在框架93之間。柔性葉片趨于呈現(xiàn)最適于從風(fēng)獲取能量的構(gòu)型。從風(fēng)獲取的能量使得整個(gè)圓柱罩9即風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
[0055]圖6、7 和 8
[0056]外部環(huán)形圓柱罩8具有由平面的凸出形狀(ledge)的頂部83的楔形或者1/2回轉(zhuǎn)拋物面。葉片81附連于在頂部的平面凸出部和下方的圓形帶82之間，從而形成一系列管。管根據(jù)葉片的曲率而不同地彎曲，如圖7所示。管在中斷側(cè)，即風(fēng)流向與風(fēng)力渦輪機(jī)9的轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的那側(cè)，用于重新定向進(jìn)來的風(fēng)的流向。重新定向風(fēng)的流向使得風(fēng)從后面沖擊風(fēng)力渦輪機(jī)葉片92，并推動(dòng)它。流入隨后的管中的風(fēng)將遇到來自被前面的管已經(jīng)俘獲的風(fēng)的越來越大的阻力，從而導(dǎo)致更高的壓力以及風(fēng)力渦輪機(jī)更快的轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著它在轉(zhuǎn)動(dòng)方向通過最后的管，壓力達(dá)到最高，轉(zhuǎn)動(dòng)達(dá)到最快。由風(fēng)導(dǎo)引器87-F，87-S，87-R導(dǎo)引的流過頂部的風(fēng)使得在孔85周圍的區(qū)域上的壓力降低。在頂部的低的壓力允許捕獲在風(fēng)力渦輪機(jī)中的更高壓的風(fēng)隨著渦輪機(jī)向著孔85轉(zhuǎn)動(dòng)而通風(fēng)。來自前部的風(fēng)流的推動(dòng)以及它在后部即低壓區(qū)域的強(qiáng)制通風(fēng)導(dǎo)致比其它方式在孔84周圍圓柱罩9的更快的轉(zhuǎn)動(dòng)。通過渦輪機(jī)從風(fēng)獲取的能量用于通過發(fā)電機(jī)13產(chǎn)生電力。
[0057]孔85的數(shù)量、形狀和尺寸可以變化以便提供最好的通風(fēng)。
[0058]在頂部的外緣邊和圓形帶82的外緣邊之間在外部環(huán)形圓柱罩周圍布置的是附連的圓筒篩或者簾狀物88。簾狀物，通常向上卷起，可以被葉片81抽取從而阻擋到豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)8的氣流。阻擋到豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)的風(fēng)流將導(dǎo)致渦輪機(jī)停止。然后可以進(jìn)行修理、翻新。
[0059]偏航角機(jī)構(gòu)控制外部環(huán)形圓柱罩的方向，從而定向風(fēng)偏轉(zhuǎn)器87-F到總是迎風(fēng)的位置。偏航角機(jī)構(gòu)86可以是由風(fēng)驅(qū)動(dòng)的,或者機(jī)械地或者電力地驅(qū)動(dòng)的。
[0060]圖1、4 和 5
[0061]在外部環(huán)形圓柱罩8的下方一點(diǎn)布置在太陽能煙囪外部的是可膨脹的輪環(huán)10。輪環(huán)在膨脹時(shí)形成圍繞煙囪的裙?fàn)畈?。否則將沖擊到煙囪的側(cè)面的風(fēng)被向上偏轉(zhuǎn)，從而導(dǎo)致風(fēng)速增大，該風(fēng)速可以被豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)作為額外能量而捕獲。輪環(huán)在不需要時(shí)可以縮小。
[0062]圖1 和 9
[0063]定位在太陽能煙囪的外部和頂部附近的是輪環(huán)或者一組葉片15。輪環(huán)或者葉片形成煙囪周圍的裙?fàn)畈?，用于將風(fēng)向上偏轉(zhuǎn)，與吹過煙囪的頂部的風(fēng)混合。在此環(huán)境下的壓力將比其它情況下更低。在煙囪出口處環(huán)境中的壓力降低將提供對向上流動(dòng)通過煙囪的空氣的額外的抽吸。
[0064]圖10
[0065]5a表示固定的圓形軌路。該軌路提供用于外部環(huán)形圓柱罩8、內(nèi)部環(huán)形圓柱罩9的輪或者輥和輪環(huán)10的支撐。軌路5a附連到支架5b并由支架5b支撐，該支架附連到太陽能煙囪的壁。
[0066]圖10 和 11
[0067]由豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)9俘獲的風(fēng)能使得整個(gè)環(huán)形圓柱罩殼體即渦輪機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。在圖11中由9表示的整個(gè)圓柱罩的轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)由無級傳動(dòng)系統(tǒng)13-1傳遞到發(fā)電機(jī)13從而產(chǎn)生電力。發(fā)電機(jī)13附連到太陽能煙囪的壁。輸出控制器30，如圖17的方框圖所示，確定在那里進(jìn)行路徑控制。在圖11中的無級傳動(dòng)系統(tǒng)13-1確保將機(jī)械能有效地轉(zhuǎn)換為電能?？梢跃哂谐^一個(gè)發(fā)電機(jī)。
[0068]圖15、16、17
[0069]太陽能煙囪具有用于儲(chǔ)能的兩個(gè)系統(tǒng)。一個(gè)用于存儲(chǔ)電能(來自于風(fēng))，另一個(gè)用于存儲(chǔ)太陽能熱。存儲(chǔ)能力獨(dú)立于輸出功率。兩個(gè)系統(tǒng)是模塊化的，位于煙囪腔室外部，通過閉環(huán)導(dǎo)管連接到煙?內(nèi)部的熱交換器，熱交換器使用單相和/或多相熱傳遞流體。兩個(gè)系統(tǒng)還可以彼此獨(dú)立地或者彼此協(xié)同地產(chǎn)生電力。物件標(biāo)號后面的字母表示模塊性。
[0070]超過需求的從2和13的產(chǎn)生的電力存儲(chǔ)在風(fēng)能存儲(chǔ)系統(tǒng)207-1Α，Β等中，如圖15所示。產(chǎn)生量不夠時(shí)可以從圖15中的儲(chǔ)能裝置207-1Α，Β中的存儲(chǔ)的風(fēng)能發(fā)電機(jī)207-2A，B，或者從圖16中的太陽能熱能存儲(chǔ)系統(tǒng)105-2A，B中的存儲(chǔ)的太陽能熱發(fā)電機(jī)105_3A，B，或者從二者進(jìn)行彌補(bǔ)。
[0071]圖15和圖17是詳細(xì)示出風(fēng)能/電能存儲(chǔ)和取回的方框圖。當(dāng)輸出的電能超過需求時(shí)，在方框圖17中的輸出控制器30將多余電力分到207-1Α，Β等中的電加熱器。
[0072]圖15
[0073]在容器207-1A，B中的電熱器加熱傳熱流體，從而在該工藝過程中將多余的電能存儲(chǔ)。加熱過程將一些傳熱流體轉(zhuǎn)換為蒸汽。該工藝過程可以在高溫和/或高壓下進(jìn)行。高溫/高壓導(dǎo)致高能量密度的傳熱流體。產(chǎn)生的蒸汽可以用于驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)207-2A，2B,從而在需要時(shí)產(chǎn)生電力。在驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)中釋放一些能量后的蒸汽被傳送到煙囪101中的熱交換器14A，從而將一些熱能傳遞到環(huán)境空氣。來自207-1A，B的蒸汽還可以直接傳送到煙囪101內(nèi)的熱交換器14B，或者傳送到渦輪機(jī)和熱交換器14B 二者。傳熱流體蒸發(fā)損失一些熱量，冷凝為高溫液體或者冷凝物，然后被傳送到容器207-3A并存儲(chǔ)在容器207-3A中。在容器207-3A中的冷凝物可以被泵送到煙囪101內(nèi)的熱交換器14C，在那里冷凝物的一些熱能被傳送到煙囪101內(nèi)的環(huán)境空氣；由環(huán)境空氣冷卻的傳熱流體管道輸送到容器207-3B，在那里它被泵送到容器207-1A和B中以存儲(chǔ)多余的電能，從而再次重復(fù)前述工藝。容器207-3A和207-3B可以是相同的或者單獨(dú)的容器。關(guān)鍵地，液力物理地以及熱學(xué)地彼此分開。Rl表示浮動(dòng)頂部，其使得更冷和更熱的傳熱流體物理地和熱學(xué)地分離。R2是更高溫度流體的浮動(dòng)頂部。容器207-3是允許膨脹的自由板。系統(tǒng)的部件是模塊化的。系統(tǒng)還可以包括熱泵技術(shù)以為了預(yù)熱傳熱液體。
[0074]圖16
[0075]方框圖詳細(xì)示出了太陽能收集、利用和存儲(chǔ)。太陽能通過太陽能收集器105-1A，B，C等收集并存儲(chǔ)在存儲(chǔ)容器105-2A，B，C等中。太陽能收集、存儲(chǔ)容器和機(jī)械部件例如渦輪發(fā)電機(jī)105-3A，B等是模塊化的。在煙?腔室外部，所有部件可以在數(shù)量上和/或尺寸上增大，從而允許太陽能煙囪輸出的電力相應(yīng)增大。
[0076]太陽能收集器105_1A，B，C等收集太陽輻射，將其轉(zhuǎn)換為熱。收集的熱然后在壓力下和高溫下被傳遞到傳熱流體，該傳熱流體然后存儲(chǔ)在容器105-2A，B，C等中。在壓力和高溫下的該傳熱過程導(dǎo)致將一些傳熱流體轉(zhuǎn)換為蒸汽。
[0077]來自105-2A，B，C等的蒸汽可以被傳送到渦輪機(jī)105-3A，B，從而產(chǎn)生電力。太陽能收集器和存儲(chǔ)系統(tǒng)通過閉環(huán)導(dǎo)管連接到在煙?內(nèi)部的熱交換器。蒸汽在驅(qū)動(dòng)渦輪機(jī)中釋放一些能量，然后通過導(dǎo)管106A傳送到煙囪101內(nèi)的熱交換器6A，進(jìn)而將熱能傳遞到環(huán)境空氣。來自105-2A，B, C等的蒸汽還可以直接傳送到煙囪101內(nèi)的熱交換器6B，或者傳送到渦輪機(jī)105-3A，B等和熱交換器6B 二者。傳熱流體蒸汽在損失一些熱量后冷凝為高溫流體或者冷凝物，該冷凝物被傳送以存儲(chǔ)在容器105-4A中。冷凝物可以被泵送到煙囪101內(nèi)的熱交換器6C，在那里它傳遞一些熱量到環(huán)境空氣。容器105-4，105-4A，105-4B可以是相同的或者單獨(dú)的容器。關(guān)鍵地，液體物理地和熱學(xué)地彼此分開。冷卻的冷凝物傳送到容器105-4B，在那里它被泵送以在太陽能收集器105-1A，B，C等中被加熱，然后存儲(chǔ)在容器105-2A, B，C等中。該系統(tǒng)還可以包括熱泵技術(shù)以為了預(yù)熱傳熱液體。
【權(quán)利要求】
1.一種具有外部豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)(101)的太陽能煙囪，包括: a.基部(1)，該基部被附連到基底(102)，該基部是開口結(jié)構(gòu)、中空的并具有至少一組葉片(111)，該至少一組葉片附連到所述基底以捕獲流入到所述基部中的環(huán)境空氣并幫助向上流動(dòng)到所述太陽能煙囪； b.齒輪箱和發(fā)電機(jī)(2)，該齒輪箱和發(fā)電機(jī)安裝在所述基部的中心處或附件，具有在咽喉部分(4)附近連接到煙囪中的渦輪機(jī)(3)的軸； c.長型腔室(110)，該長型腔室(110)的一部分位于咽喉部分(4)附近/上方，熱交換器(6)，(7)和(14)位于該長型腔室上，所述熱交換器包括用于通過太陽能和存儲(chǔ)的風(fēng)和存儲(chǔ)的太陽能加熱煙囪中的空氣的裝置； d.熱交換器￠)，該熱交換器通過熱傳遞導(dǎo)管(106)連接到外部太陽能收集器(105)； e.熱交換器(7)，該熱交換器接收通過煙囪壁上的孔(108)進(jìn)入煙囪結(jié)構(gòu)的太陽能(109)，該孔可以具有或不具有透鏡，該太陽能(109)被太陽能收集器(107a)收集和聚集的太陽輻射，并且可以或者可以不被第二聚集器(107b)再次重新聚集；在通過所述孔后，射線在碰撞在熱交換器(7)上之前分叉； f.熱交換器(14)，該熱交換器通過適當(dāng)?shù)臒醾鬟f導(dǎo)管(206)連接到外部風(fēng)力渦輪機(jī)蓄能器(207)； g.輔助燃燒器(11)，該輔助燃燒器安裝在長型腔室(110)中并將用于在特定日子里太陽能或者風(fēng)能不足的情形；燃燒器(11)可以是氣體燃燒器、熱泵系統(tǒng)的冷凝器或者其它的傳統(tǒng)的熱源； 具有如下獨(dú)特特征: -豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)定位在煙囪外部、輪環(huán)/葉片(15)下方，該輪環(huán)/葉片(15)安裝在所述長型腔室的出口端附近；所述豎軸式風(fēng)力渦輪機(jī)包括兩個(gè)環(huán)形圓柱罩，所述罩安裝在相同高度上，彼此同心并與煙囪同心； -支撐外部環(huán)形圓柱罩(8)和內(nèi)部環(huán)形圓柱罩(9)的輪(12a)允許罩在圓形軌道/軌路(5a)上自由轉(zhuǎn)動(dòng)；傾斜和翻滾通過輥/輪(12b)和(12c)減輕； -內(nèi)部環(huán)形圓柱罩(9)具有附連到框架(93)的葉片(92);框架(93)在頂部附連在內(nèi)部環(huán)形圓柱罩(9)的上內(nèi)部環(huán)和上外部環(huán)之間，并在底部附連在內(nèi)部環(huán)形圓柱罩(9)的下內(nèi)部環(huán)和下外部環(huán)之間； -外部環(huán)形圓柱罩(8)具有楔形或者由平坦的凸?fàn)铐敳?83)圍繞的1/2回轉(zhuǎn)拋物面；葉片(81)附連于在頂部的平坦凸出部和在下方的圓形帶(82)之間，從而形成一系列管； -定位在頂部(83)上方的是一組孔(85)和風(fēng)導(dǎo)引件(87-F)，(87-S)，(87-R);風(fēng)由所述風(fēng)導(dǎo)引件導(dǎo)引而在頂部流過導(dǎo)致在孔(85)周圍區(qū)域的壓力下降； -葉片/偏航角機(jī)構(gòu)(86)控制所述外部環(huán)形圓柱罩的方向，從而定向所述風(fēng)偏轉(zhuǎn)器(87-F)為總是迎風(fēng)； -可膨脹的輪環(huán)(10)布置在太陽能煙囪(101)外部周圍，在外部環(huán)形圓柱罩(8)下方；輪環(huán)在膨脹時(shí)形成圍繞煙?的裙?fàn)畈?，向上偏轉(zhuǎn)風(fēng)，從而使得風(fēng)速增大，這能夠被所述豎軸式風(fēng)里渦輪機(jī)捕獲作為額外的能量；輪環(huán)在不需要時(shí)可以縮小。
2.如權(quán)利要求1所述的太陽能煙@，其中，輪環(huán)/葉片(15)安裝在所述長型腔室的頂部的出口端并形成圍繞煙囪(101)的裙?fàn)畈俊?br> 3.如權(quán)利要求1所述的太陽能煙囪，其中，靜止的圓形軌道/軌路(5a)支撐所述外部環(huán)形圓柱罩(8)和內(nèi)部環(huán)形圓柱罩(9)的輪/輥和輪環(huán)(10);所述軌路(5a)附連到支架(5b)并由支架(5b)支撐，該支架附連到所述煙囪壁。
4.如權(quán)利要求1-3所述的太陽能煙囪，其中，所述內(nèi)部環(huán)形圓柱罩(9)的一部分連接到附連于所述煙囪壁的發(fā)電機(jī)(13)的無級傳動(dòng)系統(tǒng)(13-1)，從而產(chǎn)生電力。
5.如權(quán)利要求1-4所述的太陽能煙軋其中，由發(fā)電機(jī)(13)產(chǎn)生的電力經(jīng)由輸出控制器(30)被送到儲(chǔ)能系統(tǒng)。
6.如權(quán)利要求5所述的太陽能煙囪，進(jìn)一步包括兩個(gè)儲(chǔ)能系統(tǒng)，一個(gè)用于電力存儲(chǔ)(來自于風(fēng))，另一個(gè)用于太陽能熱存儲(chǔ)，存儲(chǔ)能力獨(dú)立于輸出電力。
7.如權(quán)利要求1所述的太陽能煙囪，其中，所述內(nèi)部環(huán)形圓柱罩(9)僅在一個(gè)方向轉(zhuǎn)動(dòng)，而所述外部環(huán)形圓柱罩(8)可以在任一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。
8.如權(quán)利要求1所述的太陽能煙囪，其中，可以為剛性或者柔性的葉片(92)掛在框架(93)之間，所述柔性葉片趨于呈現(xiàn)最適于從風(fēng)獲取能量的構(gòu)型，從風(fēng)獲取的能量使得整個(gè)圓柱罩(9)也就是風(fēng)力渦輪機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。
9.如權(quán)利要求5所述的太陽能煙囪，其中，輸出控制器(30)從發(fā)電機(jī)(2)、風(fēng)力渦輪發(fā)電機(jī)(13)和儲(chǔ)能系統(tǒng)(105-3A，105-3B)，(207-A, 207-B)接收電力，并根據(jù)需求管理分配。
10.如權(quán)利要求1所述的太陽能煙囪，其中，熱交換器(7)用作太陽能收集器和煙囪內(nèi)部的熱交換器二者。
11.如權(quán)利要求1所述的太陽能煙囪，其中，葉片(111)捕獲流入到所述基部中的環(huán)境空氣；在煙囪的出口端的輪環(huán)(15)對通過煙囪向上流動(dòng)的空氣產(chǎn)生額外的抽吸。
12.如權(quán)利要求1所述的太陽能煙囪，進(jìn)一步包括產(chǎn)生電力的渦輪發(fā)電機(jī)(207-2和105-3)，這兩個(gè)渦輪發(fā)電機(jī)是模塊化的，并位于煙囪腔室的外部。
【文檔編號】F03G6/04GK104169577SQ201280068258
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2012年4月5日 優(yōu)先權(quán)日:2011年12月30日
【發(fā)明者】皮塔雅.揚(yáng)皮奇特 申請人:皮塔雅.揚(yáng)皮奇特