本發(fā)明涉及發(fā)電技術，特別是涉及熱風塔風力發(fā)電機。

背景技術：

1978年，德國J.Schlaich教授提出太陽能煙囪發(fā)電的構想，隨后由德國政府和西班牙一家電力企業(yè)聯(lián)合資助，于1982年在西班牙建成世界上第一座太陽能煙囪發(fā)電站。這座電站的煙囪高度為200m，煙囪直徑10.3m，集熱棚覆蓋區(qū)域直徑約為250m。白天，渦輪發(fā)電機的轉速為1500rpm，輸出功率為100kW；在夜間渦輪發(fā)電機的轉速為1000rpm，輸出功率為40kW J。

太陽能煙囪發(fā)電技術成功地將3種成熟技術結合為一體：溫室技術、煙囪技術和風力透平機技術。集熱棚用玻璃或塑料等透明材料建成，并用金屬框架作為支撐，集熱棚四周與地面留有一定的間隙(高度為H)。大約90％的太陽可見光(短波輻射)能夠穿過透明的集熱棚，被棚內地面(直徑為R)吸收，同時由于溫室效應，集熱棚能夠很好地阻隔地面發(fā)出的長波輻射。因此，太陽能集熱棚是太陽能的一個有效捕集和貯存系統(tǒng)。棚內被加熱的地面(溫度為T)與棚內空氣(溫度為Ti)之間的熱交換使集熱棚內的空氣溫度升高，受熱空氣由于密度下降而上升，進入集熱棚中部的煙囪(半徑為r，高度為H)。同時棚外的冷空氣(溫度為T)通過四周的間隙進入集熱棚，這樣就形成了集熱棚內空氣的連續(xù)流動。熱空氣在煙囪中上升速度提高，同時上升氣流推動渦輪發(fā)電機運轉發(fā)電。

太陽能煙囪發(fā)電技術自從提出以后，廣泛收到關注。從20世紀80年代開始一直到現(xiàn)在，美國、德國、西班牙、印度、澳大利亞、埃及、摩落哥和南非等一些國家對太陽能煙囪發(fā)電及相關技術開展了一系列研究。1983年美國科學家Krisst建了一座煙囪高度為10m，集熱棚直徑6m，輸出功率10W的庭院式太陽能發(fā)電裝置_3J。1997年在美國佛羅里達大學花園中建了三種不同型式的太陽能煙囪模型進行了大量的理論和實驗研究。在印度的拉賈斯坦的塔爾沙漠建一座100MW太陽能煙囪發(fā)電站的計劃曾得到論證并開始實施，但由于印度和巴基斯坦之間的核競賽使該計劃落空。自從1995年起，由物理學家沃爾夫沃爾特&middot；斯廷納領導的小組已提出計劃2016年在南非邊遠的沙漠城錫興附近建造200MW太陽能煙囪發(fā)電站方案，但這龐大的計劃仍存在許多巨大的困難，其中所需要的1500m高煙囪計劃是前所未有的。

太陽能煙囪發(fā)電技術之所以受到廣泛的關注，主要因為它具有以下優(yōu)點：

1)太陽能煙囪發(fā)電技術是環(huán)境友好的清潔能源，不會象化石能源產生環(huán)境污染，太陽能幾乎是取之不盡，用之不竭，太陽能煙囪發(fā)電技術是可再生能源的開發(fā)利用，對緩解日益嚴重的能源危機有重要意義。

2)太陽能煙囪發(fā)電技術適合于建在人口稀少的閑置的土地上，這對于耕地面積銳減的當今世界也具有重要的現(xiàn)實意義，因此太陽能煙囪發(fā)電技術特別適合于我國廣闊的西部地區(qū)，為我國的西部大開發(fā)做出獨特的貢獻。

3)太陽能煙囪發(fā)電技術是一種很好的太陽能轉化技術，集熱棚地面吸收的太陽能不但白天能夠發(fā)電，而且晚上也能釋放能量，保證發(fā)電機組的連續(xù)運行。

4)太陽能集熱棚以及煙囪材料均可以使用現(xiàn)有的常規(guī)材料，設備較其它發(fā)電技術簡單，運行費用低；而且設備規(guī)模越大，功率越大，發(fā)電的效率也越高，經濟性上適合于建立大功率的太陽能煙囪發(fā)電站。

5)太陽能煙囪發(fā)電技術除了在能源開發(fā)上被利用以外，近年來用于改善局部地區(qū)的空氣擴散，消除局部空氣污染上的研究報道也很多。

太陽能煙囪發(fā)電技術自從1978年的西班牙的第一座示范工程以來，至今仍沒有建成大規(guī)模的太陽能發(fā)電站，主要因為該技術還存在以下缺點：

1)集熱棚的透明材料，很容易被塵土蓋上，不易清洗，使透明材料的熱交換效率下降。

2)在大風下，透明材料易被破壞。

3)超高煙囪的防風防震的安全問題也值得進一步探討。

4)與普通的風力機相比，大結構的太陽能煙囪內的渦輪發(fā)電機在經濟上是不合算的。

5)太陽能煙囪占用大量土地面積。

考慮到工業(yè)上有大量余熱可以利用，利用工業(yè)余熱轉變成熱風，在類似煙囪的粗大熱風塔里，熱風沿著煙囪上升，同樣可以發(fā)電，又不用占用大量土地，這樣的裝置可稱作熱風塔風力發(fā)電機。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明目的是給出一種熱風塔風力發(fā)電機，它的結構包括：塔體、支架、葉片、葉輪、機座、傳動裝置、發(fā)電機。

塔體酷似粗大的煙囪，水平的支架的兩端固定于塔體內壁上，支架中部有一個軸承，它用于固定葉輪中心軸的上軸頭，葉輪可以旋轉，它包括中心軸和多個懸臂，每個懸臂固定承載一片豎立的葉片，葉片與塔體內壁距離約半米，中心軸的下軸頭通過機座上的坐力軸承后，與傳動裝置相連接，傳動裝置帶動發(fā)電機發(fā)電，其特征在于：對應豎立葉片全長的高度區(qū)間， 在塔體的圓周壁面上，有多個進氣口。

所述塔體，它是直立等截面的筒體結構，用鋼筋混凝土制成，高度可達百余米，內徑可達10余米，在塔底部，對應葉片全長的高度區(qū)間，在塔體的圓周壁面上，有多個在相同高度區(qū)間的向內沿徑向吹風的進氣口。

所述葉片，它的結構包括：蒙皮、骨架、填充材料。

葉片的蒙皮利用玻璃復合纖維制作，骨架利用輕金屬制作，填充材料為聚氯乙烯泡沫，葉片外形為翼型直葉片，它的橫截面是翼型，葉片沿長度方向不扭曲。

所述葉輪，它的結構包括：中心軸、輪轂、中心盤和若干懸臂。

中心軸的中部有一個輪轂，輪轂位于水平的中心盤的中心，輪轂固定中心盤，中心盤的圓周邊緣均勻設有多個水平的懸臂，懸臂呈輻射狀，向內一端與中心盤固定，每個懸臂的向外一端垂直固定一個豎立的葉片，葉片受氣動作用，帶動葉輪圍繞其直立的中心軸旋轉，葉輪承載全部葉片的重力、振動力、離心力和水平的風荷載，用優(yōu)質鋼材制造。

所述傳動裝置，它的結構包括：換向器、傳動軸、增速器。

換向器內部有一對錐齒輪，實現(xiàn)機械傳動由豎直到水平的方向轉換，它的輸入軸垂直向上，與葉輪中心軸的向下的軸頭連接，換向器的水平輸出軸與傳動軸連接，傳動軸的另一端連接增速器，增速器提高轉數(shù)，其輸出軸連接發(fā)電機。

附圖說明

圖1是本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的總體結構圖；

圖2是本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的葉片結構圖；

圖3是本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的葉輪結構圖；

圖4是本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的傳動裝置結構圖。

具體實施方式

下面結合附圖和實施例，對本發(fā)明作進一步詳細描述。

圖1給出了本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的總體結構圖。

本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的總體結構包括：塔體10、支架20、葉片30、葉輪40、機座50、傳動裝置60、發(fā)電機70。

塔體10為鋼筋混凝土結構，酷似粗大的煙囪，高度可達百余米，內徑可達10米以上，從上到下為等截面。在塔底部，對應葉片全長的高度區(qū)間，沿塔體壁面的圓周上，有多個進氣口。

支架20用厚鋼板制作，位于葉片上部，它的兩端固定于塔體內壁上，支架20的中部有一個軸承，它用于固定葉輪40中心軸的上軸頭。

葉片30是翼型直葉片，若干個豎立的直葉片類似籬笆式的圍成一個圓環(huán)形，排列固定在在葉輪40的懸臂上，葉片與塔體內表面距離約半米。葉輪40類似陀螺，可以旋轉，它由中心軸、中心盤和多個懸臂組成。懸臂承載豎立的葉片30，懸臂安裝在中心盤上，中心盤安裝在中心軸上，中心軸可以旋轉，它的上端的軸頭位于支架30中心的的軸承中，下端的軸頭通過機座50上的坐力軸承后，與傳動裝置60相連接。

傳動裝置60由換向器和增速機組成，傳動裝置帶動發(fā)電機70發(fā)電。

由于熱風塔的進風口均勻分布在熱風塔的圓形墻壁上，從四周向塔內沿徑向吹風，風力作用于葉片30上，全部葉片具有同一最佳攻角，每個葉片的不同高度，都具有捕獲風能的最佳效率和最大功率。

由于高大熱風塔類似煙囪的引力作用，外界的熱空氣或熱煙氣，由四周向塔內沿徑向吹風，風力作用于葉片30上，全部葉片都受到向同一方向旋轉的驅動力矩，葉片通過葉輪懸臂，帶動中心軸旋轉，中心軸下端的軸頭通過機座50上的坐力軸承后，驅動傳動裝置60，傳動裝置帶動發(fā)電機70發(fā)電。

本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例不討論調速和剎車裝置。

圖2給出了本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的葉片結構圖。

本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的葉片，它的結構包括：蒙皮31、骨架32、填充材料33。葉片的蒙皮31利用玻璃復合纖維制作，要求它的表面光滑，強度高，韌性好。骨架32利用輕金屬制作，比如鋁合金，或用不銹鋼材料。填充材料33用聚氯乙烯泡沫。

葉片本體31是翼型直葉片，它的橫截面是翼型，沿長度方向是不扭曲的直葉片。采用直葉片的原因是它是平動運動，沿長度方向葉片各點所受到的風速、風向都是相同的。熱風塔內，四周空氣流向中心，沿著徑向，向中心軸吹風，因此可以將所有葉片，都調到同一最佳攻角，都能得到最大效率和最大功率。

圖3給出了本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的葉輪結構圖。

本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的葉輪，葉輪類似陀螺，可以直立旋轉。它的結構包括：中心軸41、輪轂42、中心盤43和若干懸臂44。直立的中心軸41，它的中部有一個輪轂42，輪轂42位于中心盤的中心，輪轂42固定中心盤43，水平的中心盤43的四周邊緣均勻設有若干懸臂44，懸臂44呈輻射狀，向內一端與中心盤固定，每個懸臂的向外一端垂直固定一 個豎立的葉片。

本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的葉輪，它承載全部葉片的重力、振動力、離心力和水平的風荷載，需要有較高的強度，用優(yōu)質的鋼材制造。

圖4給出了本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的傳動裝置結構圖。

本發(fā)明熱風塔風力發(fā)電機實施例的傳動裝置，它的結構包括：換向器62、傳動軸63、增速器64。換向器62內部有一對錐齒輪，實現(xiàn)機械傳動由豎直到水平的方向轉換，它的輸入軸61垂直向上，與葉輪的中心軸的向下的軸頭連接；換向器62的水平輸出軸與傳動軸63連接，傳動軸63的另一端連接增速器64。增速器64提高轉數(shù)后，其輸出軸連接發(fā)電機。