CN104100452A - 太阳能-风能联用***及其应用 - Google Patents

Abstract

太阳能-风能联用***由一定高度的向阳上升风管3、对污浊热气流进行降温除尘的气流处理室4、下降管5组成气流通道。阳光加热了上升风管3吸入的空气。形成的热气流在上升风管3顶部的气流处理室4内受到水淋降温除尘并气水分离后进入下降风管5。由于二管内气流密度差异很大而形成向下的快速气流，驱动安装在下降风管5底部的风力发电机3发电。由于在上升风管下部装有平板空气加热器，使上升风管下部进风口“抽吸”污染空气的能力增强，也使***发电能力提高。本***可建立太阳能中央热水***。还可向用户供应洁净新风。本发明对依托热态烟囱和高架路建造本***用于环保、节能提出新构想。请参照摘要附图。

Description

太阳能-风能联用***及其应用

技术领域

本发明涉及利用较高楼宇或高塔设置太阳能-风能联用***，用于发电、除尘排热。其核心原理是以太阳能加热上升风管内气流，使其温度上升和密度下降，在风管顶端的气流处理室内使气流温度骤降和密度加大而进入下降风管形成高速气流，这不仅强化了上升风管底部进风口对空气的吸入能力，也形成对位于下降风管底部的风力发电机更大的驱动力。具体是利用楼宇或高塔的向阳面为基础安装薄形上升风管，在阳光照射到的表面为黑化处理过的铝合金薄板，这些黑化表面接受太阳的幅射热后加热管内空气，产生“烟囱效应”而使热气流上升，将上升风管下部进风口附近的空气“吸”上来。气流进入楼宇或高塔顶部的气流处理室后经冷水喷淋和气水分离后，迅速变为低温的较高密度的清新空气排入下降风管，在其下部出口处驱动风力发电机组。为防止迎面风干扰风力发电机的正常运转，距风力发电机排风口一定距设有挡风墙。为强化太阳光对上升风管内气流加热，在上升风管下面部位安装平板空气加热器。为增加其吸尘效果，上升管底部进气口优先设置在马路二侧，这里是汽车尾气污染最严重地带；也是产生“热岛效应”最集中地带，因为这里不仅有黑色路面，更有汽车排出的大量热量。

当建造的太阳能-风能联用***附近是建筑群时，可将风力发电机排出口的清新排风经活性碳层吸附处理除去残留的有害物后，作为新风补入空调送风管。这不仅有高品质的新风而且节能。

工厂的烟囱是重要的大气污染源。利用上述原理，以烟囱代替太阳能加热的上升风管，只要再建造下降风道、对烟气进行水喷淋净化和降温的气流处理室、配有风力发电机的下降风道就不仅能更彻底净化烟气，而且能利用其能量发电、节能。

此外，城市是“寸金地”，利用高架路上空建造本***是一种很好的选择。

背景技术

随着国民经済快速发展，使我国能源需求大幅增加和生态环境受到严重损害。对于这二大亟待解决的难题，应采取有效而低成本的应对措施。

当前为缓解能源需求的增长，采用了光伏发电和风力发电等措施，但往往受掣于投资巨大，成本回收期长，抵消了利用太阳能和风能带来的经济效益。本案采用太阳能-风能联用发电模式，是一种可广为布点的小电站，其成本的投入较低，有助于解决上述难题。

经济发展对生态环境造成的负面影响是众所周知的。发达国家以数十年投入巨资和转移污染源才达到当前优化的生态环境。面对当前我国严重的空气污染问题，本案所述太阳能和风能联用***设计凸显其优越的除尘降温效能。如能广泛实施将对肆虐半个中国、每年超过半年的大气严重污染具有较强的压制作用。

发明内容

本发明提出一个全新的太阳能-风能联用***，它是集太阳能-风能联用发电、污浊空气净化、降低城市“热岛效位”于一体的低投入技术方案。该***主要由上升风管、气流处理室、下降风管、风力发电机组、挡风墙组成。

当本***可依托楼宇建造，上升风管贴楼宇向阳外墙安装，其黑化后的管壁受阳光幅照后管内空气被加热而上升，进入与其顶端相连的气流处理室而受到水的喷淋清洗使其温度和尘埃大幅下降，经汽水分离后气流进入下降风管，由于上升风管和下降风管内气流密度有较大的差异，使二管内空气流速很大，足以驱动下降风管末端设置的风力发电机组，而源源不断的风量是靠上升风管下方设置的进风口把其四周的污浊空气吸入而補充。为加强上升风管内气流的加热，在适当部位敷设了太阳能加热器件。在气流处理室水箱二侧按气流的流向安装有导风板和气水分离器。它们保障气流被高效淋洗和气水分离；气流处理室下部水箱内装有水-水换热器，它将受热空气加热的循环喷淋水迅速冷却，保证喷淋水温恒定和防止喷淋水大量汽化。同时换热器内的冷却水被加热后供用户使用。进入下降风管末端的气流驱动风力发电机发电后，一部分经吸附处理后除去气流中残存的有害物质成为高质量的新风供楼宇内人群呼吸，一部分向外排放。为此挡风墙迎风面设有吸附层和新风机。

工厂烟囱排烟是大气污染的重要根源。把烟囱作为塔体和上升风管建造本***不仅较彻底净化烟气，而且可利用下降风管气流发电。但需建造水处理***，防止对大气的污染转嫁为对地表水体污染。本模型有可能使许多烟囱变为无排烟烟囱。

在城市高架路上方空间建造太阳能除尘和发电***，能有效降低机动车对环境的污染，因为高架路沿线是车流最大的地方，汽车尾汽不仅排出大量有害气体，也排出大量热量。这一方案有效地利用了城市的可利用空间资源。

由上概述可知，本发明具有以下特点：

1、提出了太阳能-风能联用***。可建造低成本的太阳能-风能发电站。

2、对大气污染具有有效的治理作用，而不仅仅仃留在空气质量予测予报上。如能广为建造本***，还我兰天白云的日子会到来。

3、降低城市“热岛效应”。这是一种大面积间接节能，也改善了生态环境。特别对于“火炉”城市更具降温、节能作用。

4、依托楼宇建造本***，可形成低投入多功能的小发电站，不仅不同程度解决了楼宇的供电。而且能形成分布广、投资省、见效快的除尘网。为我国解决大气污染问题提供有效的技术措施。

5、依托楼宇建造本***，可形成大规模廉价的太阳能中央热水***，减少或代替不可再生能源的消耗。不仅大量节省了我国能源资源的消耗，也从源头上减少大气污染源。

6、大城市高架路上空建造本***，不仅减少污染最严重地带对市区大气影响，而且不占用市内宝贵的土地资源。

7、当依托烟囱建造本***时，不仅消除了一个大气污染源，而且可利用下排的气流发电。但需增加污水处理***。当需投巨资搬迁城市附近的污染大气环境的工厂时，如建造本***就能解决问题，那么它的投资就十分少。尤为重要的是我国治理大气污染的进程将快得多。

附图说明

图1为太阳能-风能联用***原理图。

图2为依托楼宇建造的太阳能-风能联用***正视图。

图3为依托楼宇建造的太阳能-风能联用***侧视图。

图4为利用高架路上部空间建造太阳能-风能联用***。

图5为工厂烟囱排气环保处理原理图。

具体实施方案

请参照图1。这是太阳能-风能联用***原理图。它主要由架设在向阳面的上升风管3、架设在背阳面的下降风管5和位于此二管顶部的气流处理器4组成气流通道。在上升风管3下部设有进风口1可“吸入”污浊空气，在下降风管5底部排风处设有风力发电机6。当阳光照射在能吸收其幅射热的风管表面时，加热了管内空气流，上升的热气流进入其顶部的气流处理室4受到快速降温除尘处理后流入下降风管5。由于上升风管3和下降风管5空气存在很大的密度差，使管内空气流速较大，可驱动下降风管底部的风力发电机发电。

为强化阳光对上升风管3内气流的加热，在上升风管3下部设置了平板空气加热器2，它下端开有可调节的进气口，一方面应保证下部进风口1有较大进风量，另外也保证每一平板空气加热器2有一定空气量吸入。形成立体布阵的污染空气吸入点。

气流处理室4由循环泵8、水箱9、冷却器10、气水分离器11、喷淋管12和导风板13组成。当上升管3内热气流从导风板13流入气流处理室4后，受到多组喷淋管12的冷水喷淋，使气流温度骤降、密度大增，经气水分离器11后流入下降管5去驱动风力发电机6。上升管3内污浊的热气流在气流处理室4内受到充分淋洗，进入下降管5内的气流较为洁净。受热气流加热的循环喷淋水由冷却器10降温，以保证喷淋水降温效果。

请参照图2和图3。这是依托楼宇建造的太阳能-风能联用***。它主要由贴墙而装的向阳上升风管3、楼顶气流处理室4、背阳贴墙的下降风管5、风力发电机6组成气流通道。通道的进风口1位于上升风管3的下部，优先设置在马路二侧，这里的空气最为污浊。在下降风管5底部安装风力发电机6及其排风口。设在楼宇顶层的气流处理室4由水箱9、导风板13、喷淋管12、气水分离器11、循环泵8组成。由安装在水箱9内的水-水冷却器10对受气流加热的喷淋水进行冷却。冷却器10内输进冷水输出温水，温水再加热后进入热水供应***，形成太阳能集中供热***。这不仅提升用户生活质量，为廉价推广太阳能采暖提供新的技术措施。在风力发电机6出风口一定距离处设有挡风墙，在其迎风面设有由活性炭组成的吸附层，对出风中残存有害物质进行吸附，再由新风机将这部分优质新风鼓入空调送风***。

高架路是城市空气严重污染地带。利用其上部空间建造太阳能-风能联用***，不仅对机动车尾气净化处理十分有效，而且不占用城市宝贵的土地资源。沿道侧分布的风力发电机带，可成为城市不小的动力源。请参照图4，这是利用高架路上空的空间资源建造的太阳能-风能联用***。它由上升风管32、气流处理室31、下降风管33组成气流通道。在上升风管32下端沿道路二侧布有多只进风口吸入污浊空气，进入气流处理室31经降温除尘处理后快速下沉，在下降风管33底部驱动该处的风能发电机36。为能产生高速气流，在上升风管32的向阳面应加装较多的平板气流加热器。而对循环喷淋水的冷却也可采用风冷，因为有的地方离热水用户太远。为防止迎面风对风力发电机36的干扰和影响迎面而来的机动车行驶，在排风口一定距离处设置挡风板。

许多工厂烟囱向天空排出大量烟气，其中大多装有烟气处置设备，但能较彻底对烟气进行处理而对大气基本不产生污染的情况几乎很少。有些靠近大城市的污染工厂可能迁址和关仃。为此，提出对烟囱排烟后道处理模式。请参照图5，它在烟囱***建造了与烟囱同轴线的园筒体形成园环形下降风道22，在园环形下降风道22和烟囱顶部建有环型气流处理室23，由烟囱排出的烟气经气流处理室23的循环冷却水喷淋除害、降温、再经气水分离后，排入园环形下降风道22去驱动设置在其底部的风力发电机24运行。在风力发电机24的排风口一定距离处设有挡风墙25，防止迎面风干扰***正常工作。当烟囱的高度较高时，下降风道22有较强的抽吸能力，可能影响原***的正常运行。为此，在烟气进入烟囱的通道开设风量调节口21引入外界空气使烟气流量调节至设计工况，通常鼓风机配置了变频电机，二者配合运行就具有很好的节能效果。用于对烟气喷淋的水受严重污染，除相关设施和材料应耐蚀外，还应增加水处理设施的投入，防止把对大气的污染转嫁为对地表水体的污染。这里，烟囱热烟气代替了太阳能产生的热气流。这一措施有可能出现许多无排烟烟囱。这类大气污染源有可能基本消失。

Claims (7)

1.太阳能-风能联用***，其特征在于：依托楼宇或塔形结构建造一种倒“U”型密闭风道，形成向阳的上升风管3和背阳的下降风管5，它们的顶部设有气流处理室4，成为水平通道。在上升风管3下部设有防雨的进风口1，在下降风管下端设有风力发电机6。利用太阳幅射热加热上升风管3内空气形成上升热气流，通过其底部进风口1把周围污浊空气吸入，上升至气流处理室4受到冷水喷淋而使气温骤降气体密度大增，经气水分离器11后进入下降风管5而快速下沉，由二根风道内气体密度差形成的高速气流驱动下降风管5末端的风力发电机6。

在风力发电机6排风口一定距离处设有挡风墙7，其主要作用为挡风，防止迎面风影响风力发电机6正常运行。

在气流处理室的水箱9内安装有水-水换热器10，它将受到热气流加热的喷淋水冷却，保证喷淋水温恒定，达到持续冷却气流的作用。此外，换热器10输出温水至再加热设施向用户供应热水。

本发明用于对烟囱排烟的净化和发电，有可能使一些大城市周边须化巨资迁址和关仃的工厂得以仃迁和存在，产生很好的经济效益。使许多工厂的烟囱成为无排烟烟囱。

利用高架路上部空间资源建造本***。能在不占用城市宝贵的土地资源前提下，取得净化城市空气、弱化城市“热岛效应”、供电、或供热多重效果。

2.根据权利要求1，本发明提出了新的太阳能-风力发电模式。它由向阳面的上升风管3、背阳面的下降风管5、在这二根风管顶部水平设置的气流处理器4组成的气流通道。在此通道由太阳能加热上升气流，由喷淋水快速冷却而形成较低温下降气流，由于二风管内气流较大密度差而形成的高速气流，驱动下降风管5下端的风力发电机6。这一机制可建造低投入的独立的小、中型发电站。开创了太阳能-风能联合发电的新模式。

3.根据权利要求1，本发明提出了廉价的太阳能中央热水***。它的流程是：太阳幅射热加热上升风管3形成热气流、热气流加热了喷淋水，使冷却喷淋水的冷却器输出大量温水，将温水再加热便可向整个楼宇供应热。显然，再加热的能耗将十分小。甚至，炎热季节可不必“再加热”直接供应用户。

4.根据权利要求1，在上升风管13的下面部位加装平板空气加热器2等高效太阳能加热装置，使管内气流的温度更高，密度更低。大大提高***吸尘和发电功效。

5.根据权利要求1，在风力发电机3排风口一定距离处建造挡风墙7，防止迎面风干扰风力发电机6正常运行。从排风口出来的气流是较洁净的，其中一部分经活性碳层吸附处理后可作为高质量新风输入楼宇内。

6.根据权利要求1，为消除工厂烟气对大气的污染，本案在烟囱***建造同轴线的园筒形塔体。在烟囱外壁和园筒形塔体内壁形成环形的气流下降风管22，而烟囱取代了接受太阳能幅射热的上升风管。在它们的顶端建造环形的烟气处理室23，对由烟囱内排出的热态烟气流进行水喷淋净化和降温。由于气流密度差很大，净化后的气流可驱动设置在下降风管22底部的风力发电机24。在其出口一定距离处设置挡风墙25。由于烟气中大部分有害颗粒物为喷淋水所纳污，因而应加强对喷淋水排污和处理。

对于较高的烟囱采用本方案时，有可能产生较强的拔风能力，这会影响原***的正常工作。为能自动将***调节到正常工况，在排烟进入烟囱前的通道上开有风量调节风口21。当拔风能力较强而影响正常工况时，可从调节风口引入外部空气，降低上升烟气温度、增加气流密度和流体阻力来抵消影响，使工况恢复正常。与变频鼓风机进行匹配程控调节，将取得最佳的节能效果。

7.根据权利要求1，当本***适当架空在高架路上部空间，将取得最佳的除尘降温效果。因为高架路二侧是条受汽车尾气污染严重的地带，是尾气排热和路面吸收太阳热幅射最集中的空间，对城市空气污染和“热岛效应”影响最大的地方。为强化太阳能对上升气流的加热，使二股气流的密度差较大。因而将上升风道32以一定斜角安装，以增加向阳面积，在其下部装有气流加热器。在顶部安装冷却能力较强的空气处理室31。喷淋水可用二次水或雨水甚至自来水。对喷淋水可采用风冷***降温。