[发明专利]太阳能发电的涡轮机

说明书

所属技术领域：

本发明涉及一种太阳能发电装置，是利用太阳能作为发电能源，属于太阳能发电领域，具体地说是属于烟囱式太阳能热发电的器件。

背景技术：

现有的的太阳能发电技术主要以单晶硅、多晶硅等光电池为主，虽然这些光电池使用时不污染环境，但制造成本高，价格昂贵，且在制造这些硅材料的过程中即消耗能源，又污染环境。为了克服硅材料制造中消耗能源和污染环境的问题，降低太阳能发电的成本，科技工作者进行了大量的试验，其中烟囱式太阳能热发电就是通过太阳能加热空气，依靠空气的对流推动涡轮机转动，从而带动发电机发电。烟囱式太阳能热发电的构想是1978年由德国J.Schlaich教授首先提出的，随后由德国政府和西班牙一家电力企业联合资助，于1982年在西班牙建成了世界上第一座烟囱式太阳能发电站，证明这个构想是科学合理的。但随后进展缓慢，直至目前尚未进入实用，特别是一些小型的烟囱式太阳能热发电试验多数没有取得成功。究其原因，是因为烟囱式太阳能热发电与常规风力发电的能量转换原理不完全相同，但所使用的涡轮机却延用了风力发电机的螺旋桨结构，只是叶片数量有所增加。由于这种螺旋桨结构的涡轮机不完全适合烟囱式太阳能热发电，所以导致小规模的试验难以取得满意的效果。本发明的目的就是克服现有涡轮机的不足，提供一种适应烟囱式太阳能热发电的的涡轮机，力求推进这种发电技术进入实用。

发明内容：

为了说明发明内容，首先对现有的螺旋桨结构做一个简要的分析：螺旋桨结构主要有两个方面的用途，一是排风，如电风扇之类，人们希望使用最小的能量获得最大的排风量；二是接受能量，如风力发电机之类，希望尽可能地多获取能量，于是，人们将桨叶(风叶)做得很长。如果近似地把风看作均匀的流体，并假设风力发电机的桨叶上有离转轴远近不同的两个质点(代表接受风能的强度、方向和面积均相同。下同)，那么接受同样的风能后，离转轴越远的质点对转轴的驱动能力就越大，反之，越靠近转轴的质点对转轴的驱动能力就越小。应用螺旋桨结构的以上两种情况还有一个共同的特点，就是对于工作的涡轮机而言，气流是“无限”的，排出或接受的越多越好，于是人们不关心气体作用的部位是靠近转轴还是远离转轴。但在烟囱式太阳能热发电中，从抽风通道上升的气流是“有限”的，应当尽量使“有限”的气流作用于远离转轴的部位才能最大限度地增加对转轴的驱动能力。

鉴于以上的分析，为了达到本发明的目的，本方案采取了以下两项技术措施：

1、用边缘带有迊风叶的轮盘取代了现有涡轮机的螺旋桨。涡轮机的轴之所以能够旋转，是由于在风力的作用下，桨叶对涡轮机的轴产生了转动的力矩(工程上称为扭矩)。根据物理学知识，力矩等于力和力臂的乘积。由于本方案将涡轮机的迊风叶设置在轮盘的边缘，距离轮轴较远，相当于增大了风力作用的力臂长度(可以近似地将轮盘的半径视作力臂长度)，因此，只要在迊风叶上受到较小的气流冲力，则对涡轮机的轮轴就会产生较大的力矩。本方案与现有的螺旋桨式涡轮机相比较，因为增加了风力作用的力臂长度，所以增大了推动轮轴旋转的力矩。

2、同一根轮轴上组装了多个轮盘。从理论上讲，气流通过涡轮机轮盘边缘的迊风叶，被涡轮机吸收了部分能量后，流速会有所降低，但由于涡轮机工作时所获取的能量只是气流中很小的一部分(可以理解为只有极少数的空气分子与迊风叶相碰撞)，在抽风通道(烟囱效应)的作用和聚热温室中热空气的连续推动下，通过涡轮机的气流又有回复原来流速的趋势，经过适当的距离后，可能接近或达到原有的流速。根据这一特性，将涡轮机的轮轴延长，并在轮轴上安装相隔适当距离的多个轮盘。与现有的涡轮机相比较，由于用多个轮盘驱动同一根轮轴转动，从而增大了推动轮轴旋转的力矩。

本发明的有益效果是通过以上两项技术措施，增大了涡轮机的轮轴对发电机的输出力矩。

根据以上分析和改进，本发明提供的涡轮机结构如图1所示。

附图说明

图1为本方案提供的涡轮机结构图。

图2为烟囱式太阳能热发电系统的工作原理图(图中将图1所示的涡轮机结构进行了缩小和简化，故没有画出迊风叶)。

图中符号说明：

太阳能聚热温室1

抽风烟囱2

发电机3

涡轮机上支架4

涡轮机下支架5

涡轮机轴6

涡轮机轮盘7

设置在轮盘边缘的迊风叶8(在图1中可以看清楚)

皮带传动装置9

聚热温室的覆盖材料与地面的间隙10

上升的热气流11

聚热温室的覆盖材料12