本发明专利技术公开了一种人造空气流发电的方法，包括设置两端具有进、出风口的柱筒；所述柱筒为单个柱筒，或柱筒串，或是由共用一进风口的多个柱筒组成的柱筒群；所述柱筒群具有共用的一个或多个出风口；将从进风口被自然抽吸入所述柱筒内的自然温度的空气在柱筒内进行加热或冷却，或先加热再冷却；位于进风口处的气流进入柱筒的通路上，或者，所述进风口与出风口间的、并靠近所述进风口一侧的气流通路上，设有将气流能转换为机械能及电能的装置，该装置在被自然抽吸入所述柱筒内的空气流的驱动下，实现发电。该方法及对应系统适用面广、成本较低、适合投入工业化生产及商业运营。本发明专利技术还公开了一种配套使用的气流能-机械能转换效率极高的轮状风叶轮。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及风力发电领域，更具体地说是涉及一种人造空气流发电的方法和一种人造空气流发电系统。
技术介绍
随着人类对电能的需求的日益增大，电能成为人类生产生活活动最主要的动力来源。但是，过度使用燃料制取电能，已使得气候出现异常。长此以往，人类将不得不面对大自然的报复，并将付出越来越惨重的代价。自然界中有许多种已知且取之不尽用之不竭的能源。怎样更简便地、与自然友善亲和地来开发利用这些能源，是人类一直努力的方向。众所周知，风是流动着的空气，即空气流，是由于空气被加热或冷却而形成，是将空气的位能转化为动能的一种自然现象。虽然空气中有巨大的能量，但由于风的无序运动， 开发利用起来不太方便，所以迄今为止尚未被人类进行充分利用。现有技术中，可查到一些利用烟囱效应(或称“塔效应”)加热空气以人为制造空气流并用于发电的技术方案，其结构大致为在柱状中空筒体(以下简称“柱筒”)的下部和上部分别设有进风口和出风口，并在进风口或出风口处设置风力发电机。其工作原理是利用烟囱效应，把柱筒内的下端空气加热，受热后的空气产生自主的上升运动并获得一定的上升加速度；柱筒越高，柱筒两个端部的空气温差越大，空气的流速越快，同时，对柱筒外的常温空气的抽吸作用也越大；只要不断地加热柱筒下部的空气，其形成的风流就可推动风力发电机运转，实现人造空气流发电。上个世纪80年代，西班牙科学家曾设想建造高度为 300-500米的柱筒，并最终建造了高度为270米的柱筒进行人造空气流发电实验，该系统装机容量为26KW，实验取得了成功并顺利发出了电。利用人造空气流发电，可解决低温差发电中常见的因气体比容大而引起的产生的气体处理量大，并进而导致处理设备庞大、辅机耗能多、热交换器/冷凝器内外侧污染、工质选用/维护及补充/安全防护等问题。不过，利用烟囱效应加热空气，往往要求把柱筒建得非常高，才能得到可为工业利用的、足够大的气体上升加速度。所以，上面提及的在西班牙的实验虽然实现了成功发电，但是，由于建设如此高度的柱筒其建造难度及造价极高，该类方案一直未见投入规模推广及商业运营。
技术实现思路
本专利技术的目的，即在于在上述方案的基础上，提供一种适用面更广、成本更低、更适于推广的人造空气流发电的方法和人造空气流发电系统。一、本专利技术人造空气流发电的方法，包括以下步骤1)设置一处于直立或大致斜立状态的柱筒；该柱筒的两端，分别设有进风口和出风口 ；所述柱筒，是具有平整光滑或大致平整光滑的内表面的柱状中空筒体；所述柱筒，为单筒单节形式的单柱筒，或者，是由若干个所述单柱筒串接连通而成的柱筒串；或者，是多个所述单柱筒或柱筒串或由这二者的组合组成的柱筒群；所述柱筒群具有共用的一个总进风口和共用的一个或多个最终出风口，所述总进风口和与其相连通的各柱筒/柱筒串的进风口之间可选择地采用连通管道连通；所述单柱筒、柱筒串、柱筒群的最终出风口的总截面积，远大于所述总进风口的截面积；所述的共用最终出风口，可以是指柱筒群的所有组成单柱筒/柱筒串共用同一最终出风口，也可以是指柱筒群的所有组成单柱筒/柱筒串分为几组，各组具有共用的同一最终出风口，此时该柱筒群具有几个最终出风口 ；所述单柱筒、柱筒串、柱筒群的最终出风口的总截面积与所述总进风口的截面积的比值，与环境温度及加热或冷却后的空气温度、 及、柱筒大小及数量、及、可用于实际发电的风速要求等因素有关，故该所述单柱筒、柱筒串、柱筒群的最终出风口的总截面积与所述总进风口的截面积的实际比值，应结合上述具体参数而定。一般情况下，该比值越大越好；所述柱筒串，可由多节直立的单柱筒串接而成，或由多节斜立的单柱筒串接而成， 或由部分直立而另一部分斜立的多节单柱筒串接而成，亦或者，由外形与具体地形或应用环境相适应的一个单柱筒或多节单柱筒串接而成；串接的所述各单柱筒相互联接处具气密性；所述柱筒最终出风口与总进风口之间的垂直高度，为几十米至一百米；2)将从所述总进风口被自然抽吸入所述柱筒内的自然温度的空气在柱筒内或者在所述连通管道内进行加热和/或冷却；3)位于所述总进风口处的气流进入柱筒的通路上，或者，位于所述总进风口与最终出风口间的、并靠近所述总进风口一侧的气流通路上，设有将气流能转换为机械能及电能的装置；该装置在所述被自然抽吸入所述柱筒内的空气流的驱动下，实现发电。上述方案中，所述将空气在柱筒内或者在所述连通管道内进行加热，可以利用自然热源或工业余、废热源实现；所述自然热源，包括太阳能、地热能、火山热能中的一种或多种的组合；(1)所述利用太阳能加热，是利用阳光透过设在所述柱筒筒体或连通管道上的阳光采集单元对柱筒或连通管道内的空气进行加热；具体方案可采用所述阳光采集单元与与其自身所处位置处的柱筒筒体或连通管道采用一体式结构，即所述阳光采集单元的透光面设在所述柱筒的筒体上或连通管道管壁上，该处的柱筒筒体或连通管道可根据地形等综合因素选择采用具有透光面的棚式或筒状结构；所述阳光采集单元还在位于所述棚式或筒式的柱筒筒体或连通管道内的、与所述透光面对应的阳光吸收面上，铺装或涂覆有易吸收太阳能的膜片或涂料，阳光透过所述透光面加热柱筒或连通管道内的空气；(2)所述利用地热能、火山热能、工业余热源、工业废热源加热，是在柱筒内或者在连通管道内安装并利用热交换器进行空气加热。上述方案中的所述将空气在柱筒内进行冷却，可以选择采用将冷水引入所述柱筒内并形成喷雾，利用该喷雾对柱筒内空气进行冷却的方式获得；所述冷水，为地表或地下水，或深海冷水，或其它低温水。其中，所述利用冷水喷雾冷却柱筒内空气，可具体采用如下方法1)将所述进风口设于所述柱筒的顶部；将所述将气流能转换为机械能及电能的装置设在所述柱筒内，并位于所述进风口的下方；所述将气流能转换为机械能及电能的装置上，设有由气流驱动的风叶；2)在所述风叶叶片下方，设置有喷雾头组群；其中的各喷雾头，经管道及冷却水泵与冷水源相连；3)启动冷却水泵，将所述冷水经各喷雾头喷成雾状；4)所述柱筒内的空气被该喷雾状冷水冷却，产生重力沉降；从所述进风口被强制抽吸入所述柱筒内的自然温度的高速空气流，驱动所述将气流能转换为机械能及电能的装置，实现发电。本专利技术还可将上述两种加热、冷却柱筒内或者连通管道内空气的方法进行组合使用将所述加热法柱筒出风口的热空气引进到冷却法柱筒的进风口，被自然抽吸入所述柱筒内的空气先经过上述加热方案进行加热、再采用上述冷却方案进行冷却，从而可以实现双系统的组合联合运行发电。由于本双系统组合运行的方案中，冷却部分的进风口处的空气温度往往比单冷却法的高几度甚至几十度，从而其与冷却水的温差更大，根据空气动力学的常识，这样即导致被抽吸入柱筒内的空气的流速愈快，并带来更好的人造空气流发电效果。此外，现有的气流发电，主要采用涡轮发电机组或风力发电机组，但二者均要求气流有较高的流速，否则就会产生推力不够、风电转换效率低甚至无法转换的问题。本专利技术人经过研究分析发现虽然气流对涡轮风叶和风力叶片的叶尾到轴心的作用力一致，但根据杠杆原理，叶尾部分到轴心部分将气流对叶片的冲力转化为推力的效率是递减的。为提高风力转换效率，本专利技术人上述方案中的所述将气流能转换为机械能及电能的装置，其气流能-机械能转换单元优选包括有轮状风叶轮，该轮状风叶轮是指轮圈上设有风叶叶片的轮状体，所本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：夏卫平，
申请(专利权)人：夏卫平，
类型：发明
国别省市：
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