[實用新型]太陽能發電的渦輪機

有效

• 申請號: 201220133502.8
• 申請日: 2012-03-23
• 公開（公告）號: CN202628197U
• 公開（公告）日: 2012-12-26
• 發明（設計）人: 張興才;張瑾珠
• 申請（專利權）人: 張興才
• 主分類號: F01D5/06
• 分類號: F01D5/06;F01D5/14;F03G6/06
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

所屬技術領域：

本實用新型涉及一種太陽能發電裝置，是利用太陽能作為發電能源，屬于太陽能發電領域，具體地說是屬于煙囪式太陽能熱發電的器件。?

背景技術：

現有的太陽能發電技術主要以單晶硅、多晶硅等光電池為主，雖然這些光電池使用時不污染環境，但制造成本高，價格昂貴，且在制造這些硅材料的過程中即消耗能源，又污染環境。為了克服硅材料制造中消耗能源和污染環境的問題，降低太陽能發電的成本，科技工作者進行了大量的試驗，其中煙囪式太陽能熱發電就是通過太陽能加熱空氣，依靠空氣的對流推動渦輪機轉動，從而帶動發電機發電。煙囪式太陽能熱發電的構想是1978年由德國J.Schlaich教授首先提出的，隨后由德國政府和西班牙一家電力企業聯合資助，于1982年在西班牙建成了世界上第一座煙囪式太陽能發電站，證明這個構想是科學合理的。但隨后進展緩慢，直至目前尚未進入實用，特別是一些小型的煙囪式太陽能熱發電試驗多數沒有取得成功。究其原因，是因為煙囪式太陽能熱發電與常規風力發電的能量轉換原理不完全相同，但所使用的渦輪機卻延用了風力發電機的螺旋槳結構，只是葉片數量有所增加。由于這種螺旋槳結構的渦輪機不完全適合煙囪式太陽能熱發電，所以導致小規模的試驗難以取得滿意的效果。本實用新型的目的就是克服現有渦輪機的不足，提供一種適應煙囪式太陽能熱發電的渦輪機，力求推進這種發電技術進入實用。?

發明內容：

煙囪式太陽能熱發電系統，由透光材料覆蓋的太陽能聚熱溫室、抽風煙囪、發電機和渦輪機組成，其中渦輪機由固定支架和旋轉部分組成，旋轉部分的軸垂直于地面，通過固定支架安裝于抽風煙囪內的抽風通道中，當聚熱溫室中被太陽能加熱的空氣在抽風通道中上升時形成氣流，推動渦輪機旋轉發電。本方案提供了一種新的渦輪機結構，有別于現有的螺旋漿式渦輪機結構。為了說明本實用新型的內容，首先對現有的螺旋槳結構做一個簡要的分析：螺旋槳結構主要有兩個方面的用途，一是排風，如電風扇之類，人們希望使用最小的能量獲得最大的排風量；二是接受能量，如風力發電機之類，希望盡可能地多獲取能量，于是，人們將槳葉(風葉)做得很長。如果近似地把風看作均勻的流體，并假設風力發電機的槳葉上有離轉軸遠近不同的兩個質點(代表接受風能的強度、方向和面積均相同。下同)，那么接受同樣的風能后，離轉軸越遠的質點對轉軸的驅動能力就越大，反之，越靠近轉軸的質點對轉軸的驅動能力就越小。應用螺旋槳結構的以上兩種情況還有一個共同的特點，就是對于工作的渦輪機而言，氣流是“無限”的，排出或接受的越多越好，于是人們不關心氣體作用的部位是靠近轉軸還是遠離轉軸。但在煙囪式太陽能熱發電中，從抽風通道上升的氣流是“有限”的，應當盡量使“有限”的氣流作用于遠離轉軸的部位才能最大限度地增加對轉軸的驅動能力。?

鑒于以上的分析，為了達到本實用新型的目的，本方案采取了以下兩項技術措施：?

1、用邊緣帶有迎風葉的輪盤取代了現有渦輪機的螺旋槳。渦輪機的軸之所以能夠旋轉，是由于在風力的作用下，槳葉對渦輪機的軸產生了轉動的力矩(工程上稱為扭矩)。根據物理學知識，力矩等于力和力臂的乘積。由于本方案渦輪機迎風葉的迎風面同輪盤平面的夾角為30度-75度，并設置在輪盤的邊緣，距離輪軸較遠，相當于增大了風力作用的力臂長度(可以近似地將輪盤的半徑視作力臂長度)，因此，只要在迎風葉上受到較小的氣流沖力，則對渦輪機的輪軸就會產生較大的力矩。本方案與現有的螺旋槳式渦輪機相比較，因為增加了風力作用的力臂長度，所以增大了推動輪軸旋轉的力矩。?

2、同一根輪軸上組裝了多個輪盤。從理論上講，氣流通過渦輪機輪盤邊緣的迎風葉，被渦輪機吸收了部分能量后，流速會有所降低，但由于渦輪機工作時所獲取的能量只是氣流中很小的一部分(可以理解為只有極少數的空氣分子與迎風葉相碰撞)，在抽風通道(煙囪效應)的作用和聚熱溫室中熱空氣的連續推動下，通過渦輪機的氣流又有回復原來流速的趨勢，經過適當的距離后，可能接近或達到原有的流速。根據這一特性，將渦輪機的輪軸延長，并在輪軸上安裝相隔適當距離的多個輪盤。與現有的渦輪機相比較，由于用多個輪盤驅動同一根輪軸轉動，從而增大了推動輪軸旋轉的力矩。?

通過以上兩項技術措施，使渦輪機的旋轉部分變為多層輪盤同軸固定安裝的旋轉風輪，與現有的單層螺旋漿結構有較大區別。本實用新型的有益效果是：通過以上兩項技術措施，增大了渦輪機的輪軸對發電機的輸出力矩。?

根據以上分析和改進，本技術方案提供的渦輪機結構如圖1所示。?

附圖說明

圖1為本方案提供的渦輪機結構圖(圖中只畫出了三個輪盤)。?