专利名称：立式集热板式太阳能热气流电站的制作方法
技术领域：
本实用新型属于太阳能热利用技术领域。具体地说是利用风力发电原理， 首先将太阳热能转换为空气流动的动能，空气在流动过程中带动风力透平设备 旋转，将动能转换为机械能，进而风力透平设备带动发电机运转，将机械能转 换为电能。
背景技术：
太阳能热气流发电技术是被许多能源专家看好的一项新技术。建造太阳能
热气流电站的设想最初是来自斯图加特大学的J . Schlaich教授于1978年提出 的。他认为建造太阳能热气流电站是解决广大发展中国家由于缺乏电力致使经 济长期处于停滞状态问题的好办法。建造太阳能热气流电站的主要材料是玻璃 和水泥。这种电站不像其他太阳能电力系统，它不需要高技术的设备和人才， 维修简便。
太阳能热气流发电系统由太阳能集热棚、烟囱和涡轮机发电机组3个基本部 分所构成。太阳能集热棚建在一块太阳能辐射强、绝热性能比较好的土地上； 集热棚和地面有一定的间隙，可以让周围的空气进入系统；集热棚中间离地面 一定距离处建造烟囱，在烟囱底部装有涡轮机。太阳光照射集热棚，集热棚下 面的土地吸收透过覆盖层的太阳辐射能，并加热土地和集热棚覆盖层之间的空 气，使集热棚内空气温度升高，密度下降，并沿着烟囱上升，集热棚周围的冷 空气进入系统，从而形成空气循环流动。由于集热棚内的空间足够大，当集热 棚内的气流到达烟囱底部时，在烟囱内将形成强大的气流，利用这股强大的气 流推动装在烟囱底部的涡轮机，带动发电机发电。
在国外，德国、西班牙等国在荒漠地区已经建立了大型太阳能热气流电站(集热棚直径为250m，烟囱高200m,功率为100kW),并一直运行至今。此后，美 国、印度、南非和澳大利亚等国家相继开展了太阳能热气流电站的工程设计研 究和技术经济评估，先后建立了多个不同尺寸的太阳能热气流发电模型电站， 开展了一系列基础性研究。近年还发表了一些太阳能热气流发电技术相关的研 究报告，内容涉及结构模型、能量转换、发电质量控制以及可能产生的环境效 应等方面。
在国内，上海交通大学、华中科技大学及中科院广东能源所等几所在热能 及动力工程领域有较强实力的研究机构及高校对太阳能热气流发电技术进行了 一定的研究。上海交通大学对太阳能热风技术在宁夏地区的应用进行了可行性 分析，构建了一座太阳能热风发电站，该太阳能热风发电站集热面直径500m， 太阳能烟囱高200m，直径10m，并对银川、平罗及贺兰等三个地区的分析表明， 一年内该电站月平均发电功率大约110 190kW，能为附近村庄提供电力，集热 棚还可用作农用大棚，为促进农业生产发挥积极作用；华中科技大学为获得太 阳能热气流发电装置内气流流速及温度等分布的情况，构建了一座烟囱高度8m， 直径0.3m，集热棚直径10m,其周边距离地面O. lm,，在烟囱的底部安装了一个 长约O. 15m的多叶片涡轮机的太阳能热气流发电装置，从而得到了理论分析与实 际装置实验之间的差别。2005年华中科技大学的刘伟教授及其博士研究生明廷 臻对丽级的太阳能热气流电站的流动特性及运动特性等问题进行了比较深入的 研究。
但上述现有技术均只适用于建立大型的热气流电站，这种类型电站需要建 立面积足够大的集热棚，以收集更多的太阳能，同时由于烟囱高度高，因此适 用于人稀地广的地区，不适用在城市地区建造。 实用新型内容本实用新型提供了一种立式集热板式太阳能热气流电站，它可以解决现有 技术只适用于荒漠及沙化地区的不足，将太阳能热气流发电技术用于城市，扩 大了太阳能热气流发电技术的利用领域。
为了达到解决上述技术方案的目的，本实用新型的技术方案是一种立式集 热板式太阳能热气流电站，它包括依托高楼向阳墙面由内涂选择性吸收涂层的 集热板搭建而成的空气向上引射流动的太阳能烟囱，安装在太阳能烟囱下部将 空气流动的动能转换成电能的风力透平机组，以及为保证电站系统的连续运转 而设置的储热装置，为防止烟囱内热量向高楼室内传热在高楼向阳墙外侧设置 的绝热层。空气入口设置在高楼内的地下室层，空气通过通风口进入地下室内， 然后通过具有扩压作用的引导管进入太阳能热气流发电系统。
在本实用新型中还具有以下技术特征其集热板采用双层结构，在两层表 面之间填充相变吸热材料；在集热板外层采用透光性及强度均较好的钢化玻璃，
并在钢化玻璃内表面涂有选择性吸收涂层；集热板内层采用类似肋片的扩展表
面形式。集热板结构形式见附图3。
在集热板外层内表面涂有选择性吸收涂层，主要用途是使太阳能的可见光 能通过，用来加热集热板夹层内的相变吸热材料，并通过集热板内层及其扩展 表面加热烟囱内的空气。当空气吸热后温度升高，此时涂层起到了使空气中的 热量不能通过涂层向环境进行传递。目前具有这种功能的可选择性涂层非常多， 一般可用于太阳能选择性吸收的涂层均可用于本实用新型的保温涂层，比较常 用的有渐变铝一氮/铝选择性吸收涂层；阳极氧化电解着色涂层；电镀黑铬涂层; 电镀黑镍涂层；电镀黑钴涂层；硫化铝涂层；FeMoCll0x涂层；黑漆涂层；多元 合金复合涂层；金属陶瓷复合膜等。
在本实用新型中还具有以下技术特征所述的储热装置包括两部分，集热板装置可作为储热器的一部分，另一部分是独立的储热装置，这两部分储热装 置联合使用用以补充夜晚或阴天的热能供应。
在本实用新型中还具有以下技术特征所述的空气引导管水平放置，管径 逐渐增大，其管壁与其轴线夹角范围为10。一12。。其作用为 一方面可引导空 气进入太阳能热气流发电系统，另一方面其管径逐渐增大可使空气压力逐渐增 大，加大风力透平设备两边的压差，从而达到提高能量转换效率的作用。其具 体形式见附图4。
本实用新型将原始太阳能热气流电站中占地面积很大的集热棚改进为新型 的立式集热板，同时利用此种集热板依托高楼的向阳墙面搭建供空气吸热、并
将热能转换为空气流动的机械能的场所——太阳能烟囱，将集热器与烟囱集成 为一体，不仅使太阳能热气流电站的占地面积减小，同时由于烟囱依托高楼而 建，使烟囱的受力情况得到较好的改善，将原来只适用于沙漠及人口相对较少 的地区的太阳能热气流发电技术引入城市中；同时在高楼外墙面形成的较强的 空气流动可改善高楼周围的微气象环境，为城市的建筑节能提供了新的思路。 对于太阳能同样的丰富的城市，因为城市本身的特点，没有较大的空间建造具 有大型集热棚的太阳能热气流电站，只能因地制宜的考虑建造小型的太阳能热 气流电站。立式集热板式太阳能热气流电站是一种改进的太阳能热气流电站， 它是依托高楼的向阳墙面利用内涂选择性吸收涂层的、具有扩展表面的透光材 料搭建的既是空气流通通道，又是空气吸收太阳热能的场所的太阳能烟囱，此 时再利用太阳能热气流电站较为成熟的技术进行热能转变成电能的能量转换工 作。在这种新型的太阳能热气流电站中主要特征有依托高楼，具有肋片式扩 展表面的立式集热装置，集热板内充相变吸热材料，集热装置同时具有加热空 气及储存热量的作用，同时附加另一储热能力较强的储热装置，储热装置安置与水平方向成r-3°的夹角，引导空气进入太阳能热气流发电系统的引导装置，
风力透平发电机组。
基于上述技术特征所构成的技术方案的优点在于
① .将原来只适用于荒漠及沙化地区的太阳能烟囱技术用于城市，扩大了太阳 能热气流发电技术的利用领域。
② .由于用透明材料建造了太阳能烟囱即是空气流通通道，又是空气被加热的 场所，因此相对于原始的太阳能热气流电站，这种新型的太阳能热气流电站 结构更加简单。
由于构建这种立式集热板式太阳能热气流电站所需的主要材料为强度较 高的钢化玻璃，而这种玻璃的价格比较便宜，同时由于这种太阳能热气流电 站规模较小，因此与大型的太阳能热气流电站相比，减少了材料的种类，并 且造价较低。
④.由于烟囱通风效应，使立式集热板式太阳能热气流电站可改善高楼室内的 空气质量，减少建筑本身高耗能设备的使用率，进而改善高楼周围的微气象 环境。以下结合附图和实施例对本实用新型进行详细地描述.
图l是本实用新型的立式集热板式太阳能热气流电站主视图； 图2是
图1的侧视方向剖视图3是本实用新型的立式集热板装置的俯视方向剖视图； 图4是本实用新型中引导管的局部放大l.太阳能烟囱；1-l.烟囱出口； 2.集热板系统；2-l.集热板外层；2-2.相
变储热材料；2-3.集热板内层的扩展表面；3.绝热层储热装置；4.空气引导管;5.高楼地下室进气口； 6.高楼；7.储热装置；8.集热板与储热装置之间的联通
管；9.风力透平机组。
具体实施方式
空气由引导管4进入立式集热板式太阳能热气流电站系统。白天当太阳光 照射在具有选择性吸收涂层的太阳能集热板系统2上时，首先通过集热板外层 2-1的选择性吸收涂层加热集热板的相变储热材料2-2,进而将热量传递到集热 板2内层的扩展表面2-3，由扩展表面2-3加热太阳能烟囱1内的空气；当太阳 能烟囱内的空气向上引射流动时就在太阳能烟囱底部形成了一个低压区，此时 由于风力透平发电机组9两侧空气具有一定的压差而推动风力透平机组9旋转 发电。同时白天储热装置7放置在高楼顶部，当集热板内的相变储热材料2-2 吸收热量由固态变为液态时体积膨胀，通过联通管8储热材料会向储热装置7 运动而充满了储热装置7的整个空间；当夜间时集热板2内的相变储热材料2-2 在释放热量后变为固态后体积减小，这时储热装置7中相变材料回流到集热板 系统2中加热太阳能烟囱内的空气，以保证立式集热板式太阳能热气流发电装 置的连续运转。做功后的空气通过太阳能烟囱1的出口 1-1排到大气环境中， 而立式太阳能热气流电站所需的空气由高楼地下进气口5进入高楼地下室,进而 由引导管4进入太阳能热气流发电系统。为了防止太阳能烟囱1中空气所携带 的热量向高楼室内传递，在高楼的向阳墙面外侧设置了绝热层3。
以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其 它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以 变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内 容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化 与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。
权利要求1.一种立式集热板式太阳能热气流电站，它包括依托高层建筑而建的立式引流通道、即太阳能烟囱，立式太阳能集热板，风力透平机组，储热装置，其特征在于所述的太阳能烟囱由集热板依托高层建筑搭建而成，集热板由两层组成，其中外层内侧涂有选择性吸收涂层，其内层具有肋片形式的扩展表面形式，在两层的夹层中充满了相变储热材料，风力透平机组安装在太阳能烟囱的下部。
2. 根据权利要求1所述的立式集热板式太阳能热气流电站，其特征在于所述的储热装置安装在高楼楼顶，储热装置安置与水平方向成r-3。的夹角，所述的 储热装置为内抽真空的容器，同时用联通管与集热板相联，使储热介质可在储 热装置与集热板间运动。
专利摘要本实用新型提供了一种立式集热板式太阳能热气流电站，属于太阳能热利用技术领域。此种电站系统主要结构是依托高楼向阳墙面，利用具有较强吸收能力的内涂选择性吸收涂层、具有肋片扩展表面并在两夹层之间填充相变储热材料的集热板搭建而成，为了维持电站系统的连续运转在高楼顶部安装的储热装置，并用联通管与集热板相联通，在烟囱下部安装风力透平发电机组，用管径递增的引导管引导空气进入发电系统。这种电站将集热板与烟囱集成为一体，占地面积小，可在城市等人口较为稠密的地区建造。其使用可减少高楼高耗能设备的使用率，提高高楼室内的空气质量，从而改善高楼周围的微气象环境，同时可作为分布式能源系统的有益补充。
文档编号F24J2/04GK201340104SQ20082023288
公开日2009年11月4日 申请日期2008年12月23日 优先权日2008年12月23日
发明者艳 周, 李庆领 申请人:青岛科技大学