专利名称：一种利用人造热气流发电及制取淡水的装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及利用太阳能进行发电和进行海水(或苦咸水等)淡化 的技术领域。
背景技术：
人造热气流发电系统主要有太阳能烟囱、集热棚、蓄热层和涡轮发电 机组等四部分构成。由透明面盖和支架组成的集热棚以太阳能烟囱为中心， 呈圆周状分布，并与地表蓄热层有一定距离。透光隔热集热棚相当于一个 巨大的玻璃温室，其内的地表蓄热层吸收太阳短波辐射后温度升高，并加 热棚内的空气，空气吸收热量，温度升高，密度降低，与外部环境形成密 度差，从而形成了压力差。起负压管作用的烟囱加大了系统内外的压力差， 形成强大的人造上升热气流驱动置于烟囱底部中央的单台空气涡轮发电机 或呈环形排列的多台小型空气涡轮发电机组发电。由于蓄热层白天吸收了 大量的太阳辐射能，夜间仍会不断释放热量，可实现连续发电。
由于人造热气流发电系统固有的发电特性，即昼夜波动，使它缺少火 电和水电所特有的适应负荷变化和稳定系统的品质。从热力学角度而言， 人造热气流发电技术实际上仍是太阳能热动力发电，太阳能集热棚只是温 度4艮低的热源，这就决定了人造热气流发电系统单纯用于电力生产的效率 很难提高，即使在很理想的情况下也较难取得大于1%的转换效率。同时， 人造热气流发电系统占地较大，土地利用率较低。
利用太阳能从海水(或苦咸水等)中制取淡水，其能量利用方式有两
种。 一是利用太阳能产生的热能来驱动的海水相变过程，即为蒸馏过程； 二是利用太阳能发电来驱动的电渗析过程。太阳能蒸馏技术是指利用从太 阳能采集的热量，加热海水，使海水蒸发产生相变过程形成水蒸汽，再使水蒸汽冷凝收集淡水。
传统太阳能蒸馏装置产水量都比较低，有三点原因 一是蒸汽的凝结潜 热未^皮重新利用，而是通过盖板散失到大气中去了。 二是传统太阳能蒸馏 装置中自然对流的换热模式，大大限制了蒸馏装置热性能的提高。三是传 统太阳能蒸馏装置中待蒸发的海水热容量太大，限制了运行温度的提高， 从而减弱了蒸发的驱动力。因此，要提高太阳能蒸馏系统的产水量，必须 克服上述三个缺陷。同时，太阳能蒸馏装置占地较大，土地利用率较低。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是针对单纯用于电力生产的人造热 气流发电系统及单纯淡水生产中的缺点与不足，提高太阳能综合利用效率， 提高土地资源的综合利用效率，同时变向降低了每个产品的成本，比如电 力、蓄热量、淡水等。
本实用新型为实现上述目的，采用如下的技术方案 本实用新型包括太阳能烟囱、透明集热棚、环形蒸馏池、涡轮发电枳j 组，透明集热棚覆盖在支撑组上，位于太阳能烟囱与透明集热棚连接处的 太阳能烟囱内设置涡轮发电机组；位于透明集热棚的下方设置环形蒸馏池 和岩石蓄热层，环形蒸馏池^L置在岩石蓄热层的外周；环形蒸馏池的径向 等间距布置多组支撑组，每组支撑组包括支墩、支架，支架设置在支墩上 端的一侧，相邻两组支撑组的支墩上端斜向设置透明盖板，靠近岩石蓄热 层的支撑组的支墩上端与岩石蓄热层上端斜向设置透明盖板，支架上固定 设置斜向透明集热棚，环形蒸馏池的下端分别连接海水输入管、盐水输出 管、淡水输出管。
比较好的是，本实用新型的每个支撑组的支墩上端设置水平环形淡水 收集槽，各支墩内分别设置垂直淡水引流管，垂直淡水引流管的两端分别 连通水平环形淡水收集槽、淡水输出管。
比较好的是，本实用新型的利用人造热气流发电及制取淡水的装置， 其特征在于上述岩石蓄热层的下端设置保温层。
比较好的是，本实用新型的利用人造热气流发电及制取淡水的装置，其特征在于上述环形蒸馏池与海水输入管、盐水输出管、淡水输出管之
间设置保温层。
本实用新型在工作时由透明面盖和支架组成的透明集热棚以太阳能 烟囱为中心，呈圆周状分布，并与蒸馏池的透明盖^1间有一定距离，烟自 底部装有涡轮发电机组。透过透明集热棚和蒸馏池透明盖板的太阳辐射， 一部分从水面反射，其余的通过盛水槽中黑色衬里被水体吸收，使海水温 度升高，并使部分水蒸发。由于盖板吸收的太阳能很少，且直接向集热棚 与透明盖板间的气流散热，故透明盖板的温度低于盘中的水温，因此在蒸 馏池内部空间中产生对流，在水面和透明盖板之间将会通过辐射、对流和 蒸发进行热交换，使湿空气与透明盖板冷凝面接触。于是，由槽中水蒸发 的水蒸气会在透明盖板的下表面凝结而放出汽化潜热。只要透明盖板有一 合适的倾角，凝结水就会在重力的作用下顺透明盖板流下，汇集在集水槽 中，再通过装置的泄水孔流出蒸馏器外成为成品淡水。受热的海水蓄热层 以及水蒸气凝结放出的汽化潜热加热集热棚与太阳能蒸馏池透明盖板间的
空气。透过透明集热棚的太阳辐射同时被岩石蓄热层吸收，来进一步加热 棚内的空气，空气吸收热量，温度升高，密度降低，与外部环境形成密度 差，从而形成了压力差。起负压管作用的烟自加大了系统内外的压力差， 形成强大的人造上升热气流驱动置于烟囱底部中央的单台空气涡轮发电机 或呈环形排列的多台小型空气涡轮发电机组发电，同时，透明集热棚周围 的冷空气进入棚内，形成持续不断的空气循环流动。另一方面，棚内气流 速度的增加反过来有利于透明盖板的散热，从而相对地提高了盖板与海水 蒸发面的温差，提高淡水产量。研究指出，当风速从0增加到2. 15m/s时， 装置产水量约有11. 5%的增加。从2. 15m/s增加到8. 81m/s时，装置产水 量增加仅为1.5°/ 。这说明，微风有利于产水量的增加，而强风则使产水量 增加不明显。这正是将海水蓄热层布置在外侧、岩石蓄热层布置在内侧的 原因。外侧海水蓄热层与内侧岩石蓄热层^L置比例需才艮据最佳收益来确定。 由于海水与岩石蓄热层白天吸收了大量的太阳辐射能，在夜间仍会不断释 放热量，可实现连续发电，生产淡水。
本实用新型的技术方案与现有技术相比，具有如下的有益效果
51、 利用本实用新型的结构，海水在蒸发凝结过程中释放的凝结潜热被 用于加热综合系统中的气流，气流的流动又会促进海水的蒸发，增大淡水 的产量。显著提高了太阳能利用效率。
2、 本实用新型将人造热气流发电和太阳能制取淡水装置组合在一起， 其建造成本低于同容量单目标人造热气流发电与制取淡水装置的建造成本 之和，所占用的土地资源也大大低于同容量单目标人造热气流发电与制取 淡水装置的土地资源之和。由此可知，此综合系统在改善太阳能的综合转 化效率的同时，提高土地资源的综合利用效率，另外还可以从另一个角度 变向降低了每个产品(电力、蓄热量、淡水)的成本。
3、 本实用新型在兼顾起蓄热作用的制取淡水装置的中心设置岩石蓄热 层，从而使得在夜晚没有太阳的情况下，也能够完成连续发电和海水的淡 化，增强了本实用新型的使用范围。
4、 我国西部太阳能资源十分丰富，平均年日照时间高达2800 - 3300 小时，又有大量可供选址使用的荒地、戈壁滩和沙漠，因而特别适合于建 造大型人造热气流电站。再者，基于西部许多地区同时拥有丰富的苦咸水 资源，若能实施人造热气流发电与制取淡水的联合开发，势必产生更加巨 大的资源利用效益，并提高供电供水质量、供电供水能力，前景十分广阔。
5、 本实用新型的人造热气流电站的建设成本不高，制造技术相对成熟， 电站建成后的运行成本和维护费用低；不侵占耕地，不破坏资源，只是利 用荒漠的土地；大面积的集热温室进行制取淡水、原盐生产等综合利用， 不仅没有污染，而且可望改善缺水缺电、生态脆弱的西部环境。这些都十 分适合我国的国情以及西部的地域和经济条件，同时，也是可能部分替代 化石能源的极好途径，若能获得应用，将具有十分巨大的经济、社会和生 态效益，具有广阔的应用前景。
图l是本实用新型的一种结构示意图。
图2是本实用新型支撑组的一种结构示意图。
图中1、太阳能烟囱；2、涡轮发电机组；3、透明集热棚；4、支 架；5、透明盖板；6、支撑组；61、支墩；7、冷空气；8、淡水收集槽；9、淡水引流管；10、环形蒸馏池；11、岩石蓄热层；12、绝热保 温层；13、海水输入管；14、盐水输出管；15、淡水输出管；16、海水。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型的技术方案进行详细说明 如图1所示，本实用新型包括太阳能烟自1、透明集热棚3、环形蒸馏 池10、涡轮发电机组2，透明集热棚3覆盖在支撑组6上，位于太阳能烟 自1与透明集热棚3连接处的太阳能烟自1内设置涡l仑发电机组2;位于 透明集热棚3的下方设置环形蒸馏池10和岩石蓄热层11,环形蒸馏池10 设置在岩石蓄热层11的外周；环形蒸馏池10的径向等间距布置多组支撑 组6,每组支撑组6由沿周向等间距布置的若干个支撑组6组成，每个支 撑组6包括支墩61、支架4，支架4设置在支墩61上端的一侧，相邻两组 支撑组6的支墩61上端斜向设置透明盖板5,靠近岩石蓄热层11的支撑 组6的支墩61上端与岩石蓄热层11上端斜向设置透明盖板5,支架4上 固定设置斜向透明集热棚3,环形蒸馏池10的下端分别连通海水输入管13、 盐水输出管14、淡水输出管15。
如图2所示，比较好的是，本实用新型的每个支撑组6的支墩61上端 设置水平环形淡水收集槽8，各支墩61内设置垂直淡水引流管9，垂直淡 水引流管9的两端分别连通水平环形淡水收集槽8、淡水输出管15。
本实用新型的环形太阳能蒸馏池10中可以是海水16,还可以是苦咸 水、非挥发性废水和污水等。
比较好的是，本实用新型的岩石蓄热层11的下端设置保温层12。 比较好的是，本实用新型的环形蒸馏池10与海水输入管13、盐水输 出管14、淡水输出管15之间设置保温层12。
下面通过一组数据来对比独立的AJt热气流发电系统与人造热气流发 电-蓄热层-制取淡水综合系统对太阳能的利用率
为了计算上的统一，^i殳集热棚直径为A。,^250m，岩石蓄热层直径为 Z)TO=40m，烟囱直径为Z^ = 10.3m ，高度为i^:200m，集热棚入口处高度为i/c。^-2m,海水层厚度为&= 0.05m 。
同时在分析中取稳定气象条件平均太阳辐射强度为iZ-800 W/m2，平均 环境温度为^=27.2 。C。下面公式中^为涡轮机和发电机组的功率，单位是 w; r—为烟自入口处空气温度，单位是K; y9—为烟囱入口处空气密度， 单位是K; ^为从水面到凝结面的热量传输速率，单位是W/m2; ~为水的
气化潜热，单位是J/kg。
1. 独立AJt热气流发电系统 人造热气流发电系统的发电功率为
尸e =会仏々《)(2艮^1^)3/2 =2.8955xl05 W
太阳能利用效率为
77sc = ~^^~^-= 0.74%
2. 人造热气流发电-蓄热层-制取淡水综合系统 AJt热气流发电系统的发电功率为
g 4仏々《)(2艮^V2 =l，xl05 W
产水率附'e = 9 e= 1.8 4 2 x 1 0 — 4 kg/(m2-s)
综合系统太阳能利用效率为7，, =^~^-= 55.35% 。
从上面的数据可以看出，同时具有人造热气流发电和制取淡水功能的 综合系统的太阳能利用率更高。
权利要求1、一种利用人造热气流发电及制取淡水的装置，其特征在于包括太阳能烟囱(1)、透明集热棚(3)、环形蒸馏池(10)、涡轮发电机组(2)，位于太阳能烟囱(1)与透明集热棚(3)连接处的太阳能烟囱(1)内设置涡轮发电机组(2)；位于透明集热棚(3)的下方设置环形蒸馏池(10)和岩石蓄热层(11)，环形蒸馏池(10)设置在岩石蓄热层(11)的外周；环形蒸馏池(10)的径向等间距布置多组支撑组(6)，每组支撑组(6)包括支墩(61)、支架(4)，支架(4)设置在支墩(61)上端的一侧，相邻两组支撑组(6)的支墩(61)上端斜向设置透明盖板(5)，靠近岩石蓄热层(11)的支撑组(6)的支墩(61)上端与岩石蓄热层(11)上端斜向设置透明盖板(5)，支架(4)上固定设置斜向透明集热棚(3)，环形蒸馏池(10)的下端分别连接海水输入管(13)、盐水输出管(14)、淡水输出管(15)。
2、 根据权利要求1所述的利用人造热气流发电及制取淡水的装置，其 特征在于上述每个支撑组(6 )的支墩(61)上端设置水平环形淡水收集 槽(8 )，各支墩(61)内分别设置垂直淡水引流管(9 )，垂直淡水引流管(9)的两端分别连通水平环形淡水收集槽(8)、淡水输出管(15)。
3、 根据权利要求1所述的利用人造热气流发电及制取淡水的装置，其 特征在于上述岩石蓄热层(11)的下端设置保温层(12)。
4、 根据权利要求1所述的利用人造热气流发电及制取淡水的装置，其 特征在于上述环形蒸馏池(10)与海水输入管(13)、盐水输出管(14)、 淡水输出管(l5 )之间设置保温层(l2 )。
专利摘要一种利用人造热气流发电及制取淡水的装置，涉及利用太阳能进行发电和进行海水(或苦咸水等)淡化的技术领域。本实用新型位于透明集热棚的下方设置环形蒸馏池和岩石蓄热层，环形蒸馏池设置在岩石蓄热层的外周；环形蒸馏池的径向等间距布置多组支撑组，支架设置在支墩上端的一侧，相邻两组支撑组的支墩上端斜向设置透明盖板，靠近岩石蓄热层的支撑组的支墩上端与岩石蓄热层上端斜向设置透明盖板，支架上固定设置斜向透明集热棚，环形蒸馏池的下端分别连接海水输入管、盐水输出管、淡水输出管。本实用新型提高太阳能综合利用效率，提高土地资源的综合利用效率，同时变向降低了每个产品的成本。
文档编号F03D9/00GK201258828SQ20082004219
公开日2009年6月17日 申请日期2008年8月5日 优先权日2008年8月5日
发明者波 屈, 潞 左, 沙玉俊, 袁博融, 源 郑, 鲁华永 申请人:河海大学