技術(shù)領(lǐng)域

本實(shí)用新型屬于一種龍卷風(fēng)發(fā)電裝置，尤其涉及一種可以利用人工溫度場(chǎng)制造較高的熱功轉(zhuǎn)換率的人工龍卷風(fēng)熱氣流發(fā)電裝置。

背景技術(shù)

近年來新能源產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，使得風(fēng)電規(guī)模、太陽(yáng)能光伏發(fā)電規(guī)模快速遞增，但是風(fēng)電及光伏的隨機(jī)性對(duì)電網(wǎng)的安全性穩(wěn)定性帶來了挑戰(zhàn)，為應(yīng)對(duì)不斷升高的新能源上網(wǎng)比例，國(guó)家電網(wǎng)加快建設(shè)儲(chǔ)能調(diào)峰電站，建設(shè)大型上下游調(diào)峰水電站；以及利用大規(guī)模的液流電池、鋰離子電池進(jìn)行儲(chǔ)能調(diào)峰發(fā)電，來平抑電網(wǎng)的峰谷差；太陽(yáng)能應(yīng)用也向塔式或槽式儲(chǔ)熱均衡發(fā)電尋求突破，新能源產(chǎn)業(yè)正在克服自身的瓶頸向前發(fā)展。新能源產(chǎn)業(yè)需要儲(chǔ)能調(diào)峰、需要自身均衡發(fā)電，而儲(chǔ)能調(diào)峰不僅需要較高的能源效率，而且需要合理的投資成本和恰當(dāng)?shù)膲勖冢啪哂邪l(fā)展價(jià)值。同樣太陽(yáng)能熱發(fā)電也必須具有同其他能源發(fā)電的競(jìng)爭(zhēng)能力。前期國(guó)家補(bǔ)貼只能是導(dǎo)向性的臨時(shí)措施，新能源雖然具有環(huán)境友好綠色低碳的特點(diǎn)，但也需要有較好的經(jīng)濟(jì)效益，才能做大做強(qiáng)。

龍卷風(fēng)是自然界的一種氣候現(xiàn)象，它是由兩股空氣強(qiáng)烈相向?qū)α鳌⑾嗷ツΣ炼纬傻目諝怃鰷u。由于龍卷風(fēng)是大氣對(duì)流層下部熱空氣劇烈上升，上部冷空氣急劇下降的強(qiáng)對(duì)流氣候所致，其直徑從幾米到數(shù)百米不等，風(fēng)速可以達(dá)到200m/s，具有強(qiáng)大的空氣流和巨大的能量，因此，可以利用龍卷風(fēng)發(fā)電裝置進(jìn)行發(fā)電。現(xiàn)有的龍卷風(fēng)發(fā)電裝置雖然能夠利用大氣對(duì)流層空氣對(duì)流規(guī)律，通過自然環(huán)境的上升氣流形成的高速氣旋，從而產(chǎn)生龍卷風(fēng)效應(yīng)進(jìn)行發(fā)電，然而，這種發(fā)電裝置需要沿陡峭的山體建筑，達(dá)到一定高度的垂直高度差，從而獲得足夠的梯度溫差動(dòng)力，同時(shí)還需要利用間斷性、不對(duì)稱機(jī)翼形螺旋脊管道形成高速氣旋，才能具備龍卷風(fēng)發(fā)電裝置發(fā)電的必備因素，因此，現(xiàn)有的龍卷風(fēng)發(fā)電裝置具有較大的局限性，無(wú)法在非高山的地方推廣使用，此外，現(xiàn)有的龍卷風(fēng)發(fā)電裝置匯集能量不夠穩(wěn)定，能量轉(zhuǎn)換率較低，無(wú)法實(shí)現(xiàn)全天候、全時(shí)段均衡發(fā)電。

實(shí)用新型內(nèi)容

本實(shí)用新型目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足而提供一種人工龍卷風(fēng)熱氣流發(fā)電裝置，充分利用了人工溫度場(chǎng)，克服自然塵卷風(fēng)匯集能量太小的缺點(diǎn)，提高了熱功轉(zhuǎn)換率，實(shí)現(xiàn)全天候、全時(shí)段均衡發(fā)電。

本實(shí)用新型的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的：一種人工龍卷風(fēng)熱氣流發(fā)電裝置，包括設(shè)置在地面上的負(fù)壓渦輪機(jī)和設(shè)置在負(fù)壓渦輪機(jī)下方的發(fā)電機(jī)，其特征在于：所述的負(fù)壓渦輪機(jī)圓周內(nèi)側(cè)設(shè)置有葉片，葉片形成氣流通道，氣流通道頂部設(shè)置有短氣囪，短氣囪外側(cè)設(shè)置有內(nèi)圈玻璃大棚，內(nèi)圈玻璃大棚外側(cè)設(shè)置有外圈玻璃大棚，負(fù)壓渦輪機(jī)外側(cè)設(shè)置有固定導(dǎo)流板。

所述的內(nèi)圈玻璃大棚和外圈玻璃大棚底部均通過大棚支柱與地面連接。

所述的內(nèi)圈玻璃大棚內(nèi)設(shè)置有環(huán)形燃燒帶，環(huán)形燃燒帶上設(shè)置有燃燒炬。

所述的氣流通道半徑與短氣囪半徑相等，故渦輪為大直徑低速負(fù)壓渦輪機(jī)。

????本實(shí)用新型的工作原理為：在地面上由內(nèi)圈玻璃大棚和外圈玻璃大棚形成的熱力大棚內(nèi)，以空氣為介質(zhì)的熱載體，太陽(yáng)能透過雙層玻璃大棚加熱棚內(nèi)空氣，棚內(nèi)被加熱的空氣受到熱成風(fēng)的機(jī)理作用，在固定導(dǎo)流板導(dǎo)引下，在科氏力、慣性離心力作用下，通過棚中央出口匯集旋升形成人造龍卷風(fēng)。而成勢(shì)龍卷風(fēng)中心的低氣壓和較高風(fēng)速為熱氣流作用負(fù)壓渦輪機(jī)獲得機(jī)械能提供了良好的技術(shù)條件，在熱風(fēng)場(chǎng)中央出口水平安裝大型負(fù)壓渦輪機(jī)，即可獲取熱氣流的部分能量，實(shí)現(xiàn)熱能-風(fēng)能-電能的轉(zhuǎn)換。在夜間或太陽(yáng)能不足時(shí)，采用輔助能源—荒煤氣，在棚內(nèi)環(huán)形燃燒帶上燃燒加熱空氣，熱空氣工作溫度控制在65℃—95℃之間，完善的系統(tǒng)具備均衡發(fā)電和調(diào)峰發(fā)電的能力。

熱成旋風(fēng)的機(jī)理分為自然龍卷風(fēng)和人工龍卷風(fēng)，自然龍卷風(fēng)如荒漠戈壁的塵卷風(fēng)發(fā)生在夏季的午后時(shí)分，地表被陽(yáng)光持續(xù)照射，加熱地表的空氣，并形成一定的熱空氣層厚度，當(dāng)該空氣層的溫度達(dá)到門限值時(shí)，氣體分子的熱運(yùn)動(dòng)力克服氣體的重力，氣團(tuán)瞬間向上運(yùn)動(dòng)，在某個(gè)隨機(jī)地點(diǎn)以熱空氣層厚度8倍的半徑形成上升氣體柱，在科氏力和地球慣性離心力的作用下，上升氣體柱快速起旋，熱氣體向相對(duì)低溫低壓的上層大氣升旋排泄，在上升氣體柱的底面形成低氣壓，外圍熱空氣在前導(dǎo)氣體的氣流場(chǎng)的作用下，沿柱面近90度的角度被吸入形成龍卷風(fēng)，龍卷風(fēng)中心的低氣壓使得氣體的熱能轉(zhuǎn)化為氣體的動(dòng)能，升旋中轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，將地面能量向高層大氣擴(kuò)散，在龍卷風(fēng)發(fā)展和成型階段，地面熱空氣層形成水平渦旋。塵卷風(fēng)的空氣溫度無(wú)法高于門限值，熱空氣層厚度小，水平渦旋直徑有限，無(wú)法收集大范圍內(nèi)的太陽(yáng)能。