太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)及其應(yīng)用的制作方法
【專利摘要】太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)由一定高度的向陽上升風(fēng)管3、對污濁熱氣流進行降溫除塵的氣流處理室4、下降管5組成氣流通道。陽光加熱了上升風(fēng)管3吸入的空氣。形成的熱氣流在上升風(fēng)管3頂部的氣流處理室4內(nèi)受到水淋降溫除塵并氣水分離后進入下降風(fēng)管5。由于二管內(nèi)氣流密度差異很大而形成向下的快速氣流,驅(qū)動安裝在下降風(fēng)管5底部的風(fēng)力發(fā)電機3發(fā)電。由于在上升風(fēng)管下部裝有平板空氣加熱器,使上升風(fēng)管下部進風(fēng)口“抽吸”污染空氣的能力增強,也使系統(tǒng)發(fā)電能力提高。本系統(tǒng)可建立太陽能中央熱水系統(tǒng)。還可向用戶供應(yīng)潔凈新風(fēng)。本發(fā)明對依托熱態(tài)煙囪和高架路建造本系統(tǒng)用于環(huán)保、節(jié)能提出新構(gòu)想。請參照摘要附圖。
【專利說明】太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)及其應(yīng)用
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及利用較高樓宇或高塔設(shè)置太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng),用于發(fā)電、除塵排 熱。其核心原理是以太陽能加熱上升風(fēng)管內(nèi)氣流,使其溫度上升和密度下降,在風(fēng)管頂端的 氣流處理室內(nèi)使氣流溫度驟降和密度加大而進入下降風(fēng)管形成高速氣流,這不僅強化了上 升風(fēng)管底部進風(fēng)口對空氣的吸入能力,也形成對位于下降風(fēng)管底部的風(fēng)力發(fā)電機更大的驅(qū) 動力。具體是利用樓宇或高塔的向陽面為基礎(chǔ)安裝薄形上升風(fēng)管,在陽光照射到的表面為 黑化處理過的鋁合金薄板,這些黑化表面接受太陽的幅射熱后加熱管內(nèi)空氣,產(chǎn)生"煙囪效 應(yīng)"而使熱氣流上升,將上升風(fēng)管下部進風(fēng)口附近的空氣"吸"上來。氣流進入樓宇或高塔 頂部的氣流處理室后經(jīng)冷水噴淋和氣水分離后,迅速變?yōu)榈蜏氐妮^高密度的清新空氣排入 下降風(fēng)管,在其下部出口處驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機組。為防止迎面風(fēng)干擾風(fēng)力發(fā)電機的正常運轉(zhuǎn), 距風(fēng)力發(fā)電機排風(fēng)口一定距設(shè)有擋風(fēng)墻。為強化太陽光對上升風(fēng)管內(nèi)氣流加熱,在上升風(fēng) 管下面部位安裝平板空氣加熱器。為增加其吸塵效果,上升管底部進氣口優(yōu)先設(shè)置在馬路 二側(cè),這里是汽車尾氣污染最嚴重地帶;也是產(chǎn)生"熱島效應(yīng)"最集中地帶,因為這里不僅有 黑色路面,更有汽車排出的大量熱量。
[0002] 當(dāng)建造的太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)附近是建筑群時,可將風(fēng)力發(fā)電機排出口的清新 排風(fēng)經(jīng)活性碳層吸附處理除去殘留的有害物后,作為新風(fēng)補入空調(diào)送風(fēng)管。這不僅有高品 質(zhì)的新風(fēng)而且節(jié)能。
[0003] 工廠的煙囪是重要的大氣污染源。利用上述原理,以煙囪代替太陽能加熱的上升 風(fēng)管,只要再建造下降風(fēng)道、對煙氣進行水噴淋凈化和降溫的氣流處理室、配有風(fēng)力發(fā)電機 的下降風(fēng)道就不僅能更徹底凈化煙氣,而且能利用其能量發(fā)電、節(jié)能。
[0004] 此外,城市是"寸金地",利用高架路上空建造本系統(tǒng)是一種很好的選擇。
【背景技術(shù)】
[0005] 隨著國民經(jīng)済快速發(fā)展,使我國能源需求大幅增加和生態(tài)環(huán)境受到嚴重損害。對 于這二大亟待解決的難題,應(yīng)采取有效而低成本的應(yīng)對措施。
[0006] 當(dāng)前為緩解能源需求的增長,采用了光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等措施,但往往受掣于 投資巨大,成本回收期長,抵消了利用太陽能和風(fēng)能帶來的經(jīng)濟效益。本案采用太陽能-風(fēng) 能聯(lián)用發(fā)電模式,是一種可廣為布點的小電站,其成本的投入較低,有助于解決上述難題。
[0007] 經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)環(huán)境造成的負面影響是眾所周知的。發(fā)達國家以數(shù)十年投入巨資 和轉(zhuǎn)移污染源才達到當(dāng)前優(yōu)化的生態(tài)環(huán)境。面對當(dāng)前我國嚴重的空氣污染問題,本案所述 太陽能和風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)設(shè)計凸顯其優(yōu)越的除塵降溫效能。如能廣泛實施將對肆虐半個中 國、每年超過半年的大氣嚴重污染具有較強的壓制作用。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0008] 本發(fā)明提出一個全新的太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng),它是集太陽能-風(fēng)能聯(lián)用發(fā)電、污 濁空氣凈化、降低城市"熱島效位"于一體的低投入技術(shù)方案。該系統(tǒng)主要由上升風(fēng)管、氣 流處理室、下降風(fēng)管、風(fēng)力發(fā)電機組、擋風(fēng)墻組成。
[0009] 當(dāng)本系統(tǒng)可依托樓宇建造,上升風(fēng)管貼樓宇向陽外墻安裝,其黑化后的管壁受陽 光幅照后管內(nèi)空氣被加熱而上升,進入與其頂端相連的氣流處理室而受到水的噴淋清洗使 其溫度和塵埃大幅下降,經(jīng)汽水分離后氣流進入下降風(fēng)管,由于上升風(fēng)管和下降風(fēng)管內(nèi)氣 流密度有較大的差異,使二管內(nèi)空氣流速很大,足以驅(qū)動下降風(fēng)管末端設(shè)置的風(fēng)力發(fā)電機 組,而源源不斷的風(fēng)量是靠上升風(fēng)管下方設(shè)置的進風(fēng)口把其四周的污濁空氣吸入而補充。 為加強上升風(fēng)管內(nèi)氣流的加熱,在適當(dāng)部位敷設(shè)了太陽能加熱器件。在氣流處理室水箱二 側(cè)按氣流的流向安裝有導(dǎo)風(fēng)板和氣水分離器。它們保障氣流被高效淋洗和氣水分離;氣流 處理室下部水箱內(nèi)裝有水-水換熱器,它將受熱空氣加熱的循環(huán)噴淋水迅速冷卻,保證噴 淋水溫恒定和防止噴淋水大量汽化。同時換熱器內(nèi)的冷卻水被加熱后供用戶使用。進入下 降風(fēng)管末端的氣流驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機發(fā)電后,一部分經(jīng)吸附處理后除去氣流中殘存的有害物 質(zhì)成為高質(zhì)量的新風(fēng)供樓宇內(nèi)人群呼吸,一部分向外排放。為此擋風(fēng)墻迎風(fēng)面設(shè)有吸附層 和新風(fēng)機。
[0010] 工廠煙@排煙是大氣污染的重要根源。把煙@作為塔體和上升風(fēng)管建造本系統(tǒng)不 僅較徹底凈化煙氣,而且可利用下降風(fēng)管氣流發(fā)電。但需建造水處理系統(tǒng),防止對大氣的污 染轉(zhuǎn)嫁為對地表水體污染。本模型有可能使許多煙?變?yōu)闊o排煙煙囪。
[0011] 在城市高架路上方空間建造太陽能除塵和發(fā)電系統(tǒng),能有效降低機動車對環(huán)境的 污染,因為高架路沿線是車流最大的地方,汽車尾汽不僅排出大量有害氣體,也排出大量熱 量。這一方案有效地利用了城市的可利用空間資源。
[0012] 由上概述可知,本發(fā)明具有以下特點:
[0013] 1、提出了太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)??山ㄔ斓统杀镜奶柲?風(fēng)能發(fā)電站。
[0014] 2、對大氣污染具有有效的治理作用,而不僅僅仃留在空氣質(zhì)量予測予報上。如能 廣為建造本系統(tǒng),還我蘭天白云的日子會到來。
[0015] 3、降低城市"熱島效應(yīng)"。這是一種大面積間接節(jié)能,也改善了生態(tài)環(huán)境。特別對 于"火爐"城市更具降溫、節(jié)能作用。
[0016] 4、依托樓宇建造本系統(tǒng),可形成低投入多功能的小發(fā)電站,不僅不同程度解決了 樓宇的供電。而且能形成分布廣、投資省、見效快的除塵網(wǎng)。為我國解決大氣污染問題提供 有效的技術(shù)措施。
[0017] 5、依托樓宇建造本系統(tǒng),可形成大規(guī)模廉價的太陽能中央熱水系統(tǒng),減少或代替 不可再生能源的消耗。不僅大量節(jié)省了我國能源資源的消耗,也從源頭上減少大氣污染源。
[0018] 6、大城市高架路上空建造本系統(tǒng),不僅減少污染最嚴重地帶對市區(qū)大氣影響,而 且不占用市內(nèi)寶貴的土地資源。
[0019] 7、當(dāng)依托煙囪建造本系統(tǒng)時,不僅消除了一個大氣污染源,而且可利用下排的氣 流發(fā)電。但需增加污水處理系統(tǒng)。當(dāng)需投巨資搬遷城市附近的污染大氣環(huán)境的工廠時,如 建造本系統(tǒng)就能解決問題,那么它的投資就十分少。尤為重要的是我國治理大氣污染的進 程將快得多。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0020] 圖1為太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)原理圖。
[0021] 圖2為依托樓宇建造的太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)正視圖。
[0022] 圖3為依托樓宇建造的太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)側(cè)視圖。
[0023] 圖4為利用高架路上部空間建造太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)。
[0024] 圖5為工廠煙囪排氣環(huán)保處理原理圖。 具體實施方案
[0025] 請參照圖1。這是太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)原理圖。它主要由架設(shè)在向陽面的上升 風(fēng)管3、架設(shè)在背陽面的下降風(fēng)管5和位于此二管頂部的氣流處理器4組成氣流通道。在上 升風(fēng)管3下部設(shè)有進風(fēng)口 1可"吸入"污濁空氣,在下降風(fēng)管5底部排風(fēng)處設(shè)有風(fēng)力發(fā)電機 6。當(dāng)陽光照射在能吸收其幅射熱的風(fēng)管表面時,加熱了管內(nèi)空氣流,上升的熱氣流進入其 頂部的氣流處理室4受到快速降溫除塵處理后流入下降風(fēng)管5。由于上升風(fēng)管3和下降風(fēng) 管5空氣存在很大的密度差,使管內(nèi)空氣流速較大,可驅(qū)動下降風(fēng)管底部的風(fēng)力發(fā)電機發(fā) 電。
[0026] 為強化陽光對上升風(fēng)管3內(nèi)氣流的加熱,在上升風(fēng)管3下部設(shè)置了平板空氣加熱 器2,它下端開有可調(diào)節(jié)的進氣口,一方面應(yīng)保證下部進風(fēng)口 1有較大進風(fēng)量,另外也保證 每一平板空氣加熱器2有一定空氣量吸入。形成立體布陣的污染空氣吸入點。
[0027] 氣流處理室4由循環(huán)泵8、水箱9、冷卻器10、氣水分離器11、噴淋管12和導(dǎo)風(fēng)板 13組成。當(dāng)上升管3內(nèi)熱氣流從導(dǎo)風(fēng)板13流入氣流處理室4后,受到多組噴淋管12的冷 水噴淋,使氣流溫度驟降、密度大增,經(jīng)氣水分離器11后流入下降管5去驅(qū)動風(fēng)力發(fā)電機6。 上升管3內(nèi)污濁的熱氣流在氣流處理室4內(nèi)受到充分淋洗,進入下降管5內(nèi)的氣流較為潔 凈。受熱氣流加熱的循環(huán)噴淋水由冷卻器10降溫,以保證噴淋水降溫效果。
[0028] 請參照圖2和圖3。這是依托樓宇建造的太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)。它主要由貼墻 而裝的向陽上升風(fēng)管3、樓頂氣流處理室4、背陽貼墻的下降風(fēng)管5、風(fēng)力發(fā)電機6組成氣流 通道。通道的進風(fēng)口 1位于上升風(fēng)管3的下部,優(yōu)先設(shè)置在馬路二側(cè),這里的空氣最為污 濁。在下降風(fēng)管5底部安裝風(fēng)力發(fā)電機6及其排風(fēng)口。設(shè)在樓宇頂層的氣流處理室4由水 箱9、導(dǎo)風(fēng)板13、噴淋管12、氣水分離器11、循環(huán)泵8組成。由安裝在水箱9內(nèi)的水-水冷 卻器10對受氣流加熱的噴淋水進行冷卻。冷卻器10內(nèi)輸進冷水輸出溫水,溫水再加熱后 進入熱水供應(yīng)系統(tǒng),形成太陽能集中供熱系統(tǒng)。這不僅提升用戶生活質(zhì)量,為廉價推廣太陽 能采暖提供新的技術(shù)措施。在風(fēng)力發(fā)電機6出風(fēng)口一定距離處設(shè)有擋風(fēng)墻,在其迎風(fēng)面設(shè) 有由活性炭組成的吸附層,對出風(fēng)中殘存有害物質(zhì)進行吸附,再由新風(fēng)機將這部分優(yōu)質(zhì)新 風(fēng)鼓入空調(diào)送風(fēng)系統(tǒng)。
[0029] 高架路是城市空氣嚴重污染地帶。利用其上部空間建造太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng), 不僅對機動車尾氣凈化處理十分有效,而且不占用城市寶貴的土地資源。沿道側(cè)分布的風(fēng) 力發(fā)電機帶,可成為城市不小的動力源。請參照圖4,這是利用高架路上空的空間資源建造 的太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng)。它由上升風(fēng)管32、氣流處理室31、下降風(fēng)管33組成氣流通道。 在上升風(fēng)管32下端沿道路二側(cè)布有多只進風(fēng)口吸入污濁空氣,進入氣流處理室31經(jīng)降溫 除塵處理后快速下沉,在下降風(fēng)管33底部驅(qū)動該處的風(fēng)能發(fā)電機36。為能產(chǎn)生高速氣流, 在上升風(fēng)管32的向陽面應(yīng)加裝較多的平板氣流加熱器。而對循環(huán)噴淋水的冷卻也可采用 風(fēng)冷,因為有的地方離熱水用戶太遠。為防止迎面風(fēng)對風(fēng)力發(fā)電機36的干擾和影響迎面而 來的機動車行駛,在排風(fēng)口一定距離處設(shè)置擋風(fēng)板。
[0030] 許多工廠煙囪向天空排出大量煙氣,其中大多裝有煙氣處置設(shè)備,但能較徹底對 煙氣進行處理而對大氣基本不產(chǎn)生污染的情況幾乎很少。有些靠近大城市的污染工廠可能 遷址和關(guān)仃。為此,提出對煙囪排煙后道處理模式。請參照圖5,它在煙囪外圍建造了與煙 囪同軸線的園筒體形成園環(huán)形下降風(fēng)道22,在園環(huán)形下降風(fēng)道22和煙?頂部建有環(huán)型氣 流處理室23,由煙囪排出的煙氣經(jīng)氣流處理室23的循環(huán)冷卻水噴淋除害、降溫、再經(jīng)氣水 分離后,排入園環(huán)形下降風(fēng)道22去驅(qū)動設(shè)置在其底部的風(fēng)力發(fā)電機24運行。在風(fēng)力發(fā)電 機24的排風(fēng)口一定距離處設(shè)有擋風(fēng)墻25,防止迎面風(fēng)干擾系統(tǒng)正常工作。當(dāng)煙囪的高度較 高時,下降風(fēng)道22有較強的抽吸能力,可能影響原系統(tǒng)的正常運行。為此,在煙氣進入煙囪 的通道開設(shè)風(fēng)量調(diào)節(jié)口 21引入外界空氣使煙氣流量調(diào)節(jié)至設(shè)計工況,通常鼓風(fēng)機配置了 變頻電機,二者配合運行就具有很好的節(jié)能效果。用于對煙氣噴淋的水受嚴重污染,除相關(guān) 設(shè)施和材料應(yīng)耐蝕外,還應(yīng)增加水處理設(shè)施的投入,防止把對大氣的污染轉(zhuǎn)嫁為對地表水 體的污染。這里,煙?熱煙氣代替了太陽能產(chǎn)生的熱氣流。這一措施有可能出現(xiàn)許多無排 煙煙?。這類大氣污染源有可能基本消失。
【權(quán)利要求】
1. 太陽能-風(fēng)能聯(lián)用系統(tǒng),其特征在于:依托樓宇或塔形結(jié)構(gòu)建造一種倒"U"型密閉 風(fēng)道,形成向陽的上升風(fēng)管3和背陽的下降風(fēng)管5,它們的頂部設(shè)有氣流處理室4,成為水平 通道。在上升風(fēng)管3下部設(shè)有防雨的進風(fēng)口 1,在下降風(fēng)管下端設(shè)有風(fēng)力發(fā)電機6。利用太 陽幅射熱加熱上升風(fēng)管3內(nèi)空氣形成上升熱氣流,通過其底部進風(fēng)口 1把周圍污濁空氣吸 入,上升至氣流處理室4受到冷水噴淋而使氣溫驟降氣體密度大增,經(jīng)氣水分離器11后進 入下降風(fēng)管5而快速下沉,由二根風(fēng)道內(nèi)氣體密度差形成的高速氣流驅(qū)動下降風(fēng)管5末端 的風(fēng)力發(fā)電機6。 在風(fēng)力發(fā)電機6排風(fēng)口一定距離處設(shè)有擋風(fēng)墻7,其主要作用為擋風(fēng),防止迎面風(fēng)影響 風(fēng)力發(fā)電機6正常運行。 在氣流處理室的水箱9內(nèi)安裝有水-水換熱器10,它將受到熱氣流加熱的噴淋水冷卻, 保證噴淋水溫恒定,達到持續(xù)冷卻氣流的作用。此外,換熱器10輸出溫水至再加熱設(shè)施向 用戶供應(yīng)熱水。 本發(fā)明用于對煙?排煙的凈化和發(fā)電,有可能使一些大城市周邊須化巨資遷址和關(guān)仃 的工廠得以仃遷和存在,產(chǎn)生很好的經(jīng)濟效益。使許多工廠的煙?成為無排煙煙囪。 利用高架路上部空間資源建造本系統(tǒng)。能在不占用城市寶貴的土地資源前提下,取得 凈化城市空氣、弱化城市"熱島效應(yīng)"、供電、或供熱多重效果。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1,本發(fā)明提出了新的太陽能-風(fēng)力發(fā)電模式。它由向陽面的上升風(fēng) 管3、背陽面的下降風(fēng)管5、在這二根風(fēng)管頂部水平設(shè)置的氣流處理器4組成的氣流通道。在 此通道由太陽能加熱上升氣流,由噴淋水快速冷卻而形成較低溫下降氣流,由于二風(fēng)管內(nèi) 氣流較大密度差而形成的高速氣流,驅(qū)動下降風(fēng)管5下端的風(fēng)力發(fā)電機6。這一機制可建造 低投入的獨立的小、中型發(fā)電站。開創(chuàng)了太陽能-風(fēng)能聯(lián)合發(fā)電的新模式。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1,本發(fā)明提出了廉價的太陽能中央熱水系統(tǒng)。它的流程是:太陽幅射 熱加熱上升風(fēng)管3形成熱氣流、熱氣流加熱了噴淋水,使冷卻噴淋水的冷卻器輸出大量溫 水,將溫水再加熱便可向整個樓宇供應(yīng)熱。顯然,再加熱的能耗將十分小。甚至,炎熱季節(jié) 可不必"再加熱"直接供應(yīng)用戶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1,在上升風(fēng)管13的下面部位加裝平板空氣加熱器2等高效太陽能加 熱裝置,使管內(nèi)氣流的溫度更高,密度更低。大大提高系統(tǒng)吸塵和發(fā)電功效。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1,在風(fēng)力發(fā)電機3排風(fēng)口一定距離處建造擋風(fēng)墻7,防止迎面風(fēng)干擾 風(fēng)力發(fā)電機6正常運行。從排風(fēng)口出來的氣流是較潔凈的,其中一部分經(jīng)活性碳層吸附處 理后可作為高質(zhì)量新風(fēng)輸入樓宇內(nèi)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1,為消除工廠煙氣對大氣的污染,本案在煙囪外圍建造同軸線的園 筒形塔體。在煙?外壁和園筒形塔體內(nèi)壁形成環(huán)形的氣流下降風(fēng)管22,而煙?取代了接受 太陽能幅射熱的上升風(fēng)管。在它們的頂端建造環(huán)形的煙氣處理室23,對由煙?內(nèi)排出的熱 態(tài)煙氣流進行水噴淋凈化和降溫。由于氣流密度差很大,凈化后的氣流可驅(qū)動設(shè)置在下降 風(fēng)管22底部的風(fēng)力發(fā)電機24。在其出口一定距離處設(shè)置擋風(fēng)墻25。由于煙氣中大部分有 害顆粒物為噴淋水所納污,因而應(yīng)加強對噴淋水排污和處理。 對于較高的煙囪采用本方案時,有可能產(chǎn)生較強的拔風(fēng)能力,這會影響原系統(tǒng)的正常 工作。為能自動將系統(tǒng)調(diào)節(jié)到正常工況,在排煙進入煙囪前的通道上開有風(fēng)量調(diào)節(jié)風(fēng)口 21。 當(dāng)拔風(fēng)能力較強而影響正常工況時,可從調(diào)節(jié)風(fēng)口引入外部空氣,降低上升煙氣溫度、增加 氣流密度和流體阻力來抵消影響,使工況恢復(fù)正常。與變頻鼓風(fēng)機進行匹配程控調(diào)節(jié),將取 得最佳的節(jié)能效果。
7.根據(jù)權(quán)利要求1,當(dāng)本系統(tǒng)適當(dāng)架空在高架路上部空間,將取得最佳的除塵降溫效 果。因為高架路二側(cè)是條受汽車尾氣污染嚴重的地帶,是尾氣排熱和路面吸收太陽熱幅射 最集中的空間,對城市空氣污染和"熱島效應(yīng)"影響最大的地方。為強化太陽能對上升氣流 的加熱,使二股氣流的密度差較大。因而將上升風(fēng)道32以一定斜角安裝,以增加向陽面積, 在其下部裝有氣流加熱器。在頂部安裝冷卻能力較強的空氣處理室31。噴淋水可用二次水 或雨水甚至自來水。對噴淋水可采用風(fēng)冷系統(tǒng)降溫。
【文檔編號】F03D9/00GK104100452SQ201310119416
【公開日】2014年10月15日 申請日期:2013年4月8日 優(yōu)先權(quán)日:2013年4月8日
【發(fā)明者】彭辰祺 申請人:彭辰祺