CN102220943B - 从废弃动能产生势能的管道动力涡轮系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种从无用的废弃动能产生势能的管道动力涡轮系统，所述系统具有3个设备，势能产生的主要设备是管道动力涡轮系统(图1和2)，在其中具有3个设备：(I)管道动力设备；另外两个外部设备是(II)被遮蔽的烟囱设备(图3和4)和(III)温度控制设备(图5)。本发明没有油料的使用或环境污染或温室气体排放的增加。

Description

从废弃动能产生势能的管道动力涡轮系统
技术领域
本发明涉及从无用的废弃动能产生的势能，其中将无用的废弃动能从静止状态(dormant state)激起、激活、激励、激发为势能。
背景技术
废弃动能的来源：我们的城市“热岛”是巨大的废弃动能的来源。高层住宅(厨房、家用设备、空调、发电机等)、商务活动、工业、发电厂等，处处存在高温、热的散热器空气(hot radiator air)和烟道废气。无用的废弃动能简单地耗散在空气中。另外，高层建筑物从太阳、商务活动和密集的运输废气中吸收/保留热量。城市越大，热岛就越大。试想一下从世界最高塔：一个160层楼、828米(2717英尺)高的人造建筑物——迪拜的哈利法塔(Burj Khalifa)排放/耗散到空气/风中的巨大的废弃动能。
将下列的现有技术中已知的科学原理与本发明的创新系统(从处于静止状态的废弃动能的势能产生)集成、组合并且合并，可以带来崭新的功能和目的，成倍地提高系统的效率。
1：“风力涡轮机场(wind turbines farms)”
(a)风力涡轮机发电所涉及的基本原理是：风速增加20％，则发电量增加73％，尽管空气密度随温度和海拔的升高而降低。发电的主要因素的风速的立方。
(b)风车不能以100％的效率工作，因为其结构阻碍了风的流动。因为风车的工作与翼片类似(飞机上的机翼)，所以其结构还在涡轮叶片上施加背压。风力涡轮机的平均效率是20％左右。
(c)风动能的基本原理：可达到的“P”(功率KW)是P＝1/2pAV3，即0.5×p(质量Kg/m2)×A(风扇面积m2)×V3((速度m/s)3)＝KW。
2：“热气球”
气压随温度的升高而升高——热空气比冷空气密度小，因此热空气是易浮的并且上升，其利用垂直压力向上移动。
3：“直立式风洞”
通过竖直产生的风力，“室内跳伞”使得人类能够在空中飞行。风洞的基本原理是：称为静压的第二压力总是存在于风道/管道/通道中；其对管道各侧的作用相同——独立于速度或其移动方向。
4：“风斗(wind hopper)”
公知风斗可以俘获用于发电的外来风，正如1985年11月30日出版的Mujeeb R.Alvi拥有的巴基斯坦专利No.128764中所公开的，但是风斗并不以本发明的方式而起作用。
发明内容
出于以下一些原因，本发明与产生可再生能的传统风车或废热发电(cogeneration)系统有着明显的不同。
a)传统风力涡轮机场的涡轮机塔是非常高(80米或更高)且非常重的(每座塔450吨或更重)，产生3MW的能量，本发明省去了对于庞大且非常重的高塔的使用，并且消除了其逻辑问题——更加难于生产、建造、运输和安装。
b)传统的风力涡轮机场的平均效率很低——20％，原因是其结构阻碍风的流动并且在涡轮叶片上施加背压；而本发明没有这些阻碍，效率在95％以上。
c)传统的风车依靠非常不规则的风速和风向(非常易变的因素)发电；而本发明具有额外的优点——静压(管道)，其给出系统在方向和速度上的一致性，可以管理、控制和调节。
d)在废热发电系统中，利用烟道热在锅炉中产生蒸汽而用于更大的发电量，并且烟道热加热用于循环的水，但是此后，在散去部分热量之后，离开的烟道热作为废弃能量简单地耗散到环境中。
本发明(从废弃动能产生势能的管道动力涡轮系统)具有以下创新性的特征：
1.本发明的“管道动力涡轮”是世界上唯一将无用的“废弃动能”从静止状态激起、激活、激励、激发以产生势能、而没有油料的使用或环境污染或温室气体(碳)排放增加的系统。
2.本发明的产生势能的“管道动力涡轮”系统位于无用的废弃动能产生最多、但是需要更多能源的地方。
3.本发明的“管道动力涡轮”是世界上唯一包含且结合了其他不同的系统单独利用的所有已知的科学原理的系统，这些原理如下：
(a)“风力涡轮机场”：发电的主要因素的风速的立方。
(b)“热气球”：热空气比冷空气密度小，因此热空气是易浮的并且上升，其利用垂直压力向上移动。
(c)“直立式风洞”：称为静压的第二压力总是存在于风道/管道/通道中；其对管道各侧的作用相同——独立于速度或其移动方向。
(d)“风斗”：俘获用于发电的外来风，1985年11月30日出版的巴基斯坦专利No.128764。
4.从无用的废弃动能产生势能的“管道动力涡轮系统”的3个设备是：(I)“通道动力设备”(内部设备)；(II)“遮蔽的烟囱(funnel)设备”(外部设备)和(III)“温度控制设备”(外部设备)。这3个设备具有相似的排出器装置机构；而两个组件(I)“通道动力设备”和(II)“遮蔽的烟囱设备”具有另外的相似的调解机构(defuser mechanism)，各自设备的功能/操作是相同的，如下：
(i)全部3个设备中的排出器装置主体机构是相同的。排出器装置主体具有入口，围绕管道主体安装并且结合排出器装置主体；在管道主体的圆周中以倾斜的角度切有狭缝，以形成遮在排出器装置主体内部的狭缝文氏管(slit venturi)，狭缝文氏管在管道通路中打开；无用的废弃动能在压力下经过排出器装置主体入口被引入，并通过速压以倾斜的角度经过狭缝文氏管自行排到管道通道中。在管道通道中，无用的废弃动能在狭缝文氏管的上方产生涡流，在狭缝文氏管的下方产生真空，并且根据需要，经过管道通道在其下方的开口吸入更多低压状态的无用的废弃动能或外部空气。唯一的区别是流动方向(图1、3和5)。
(ii)两个设备(不包括“温度控制设备”)中的调解机构：竖直地架设调解板(defuser plate)并且将其抵靠管道通道的壁而固定，板的边缘成一定角度，面对流动方向，从而最终将涡流旋转运动转变为线性运动，增加管道通道内部的速压(图1和3)。
(iii)第二设备：“被遮蔽的烟囱”具有另外的特征：其设有竖直轴，所述竖直轴在“被遮蔽的烟囱入口”上方与大的半球形设备相连，在“被遮蔽的烟囱入口”下方与风扇相连。来自任意方向的风力将轴和风扇高速旋转，显著地增加了从所有被遮蔽的烟囱入口吸入的外来风的运动和压力(图3和4)。
5.第三设备：“温度控制设备”包括一些壳体/层，在每一层引入冷空气以将混合物{散热器的热空气(75℃)和排气烟道废气(484℃)}的高温因素降至合理的安全水平，由此显著增加了废弃的动能(将被供应到“管道动力涡轮”系统中用于产生势能)排出的混合物的体积和速压(图1和5)。
附图说明
图1是本发明(管道动力涡轮系统：从无用的废弃动能产生势能的中心设备)的立体图，示出了：“管道动力涡轮系统”大的主体遮蔽内部设备——“管道动力设备”，“管道动力设备”具有在管道主体周围安装并且结合的排出器装置主体，其中狭缝文氏管出口集成在管道主体中，被遮在排出器装置主体内部，并且在管道主体通道中打开，并且“管道动力设备”还具有在管道通道内部安装/架设的调解系统。“管道动力涡轮系统”大的主体具有另外的两个外部入口以接收来自：(1)被遮蔽的烟囱设备(废弃的动能+外部空气)和(2)温度控制设备(热的散热器空气+烟道废气+冷空气混合物)的辅助的能量；来自以上3个设备的所有能量在“管道动力涡轮系统”大的室中混合，增加了其中的体积和速压，从而驱动发电机。发电机安装在适宜之处，以避免大而重的发电机位于系统脆弱的结构上。
图2是狭缝文氏管出口的截面图，狭缝文氏管以倾斜的角度在管道主体圆周中切出，并被遮在排出器装置主体的内部；图2示出了狭缝文氏管倾斜角度的斜面，在斜面上以一角度固定屏障，如果需要，则在需要之处和需要之时调节涡流的旋转量级。
图3是第二外部设备——“被遮蔽的烟囱”的立体图，示出了相似的排出器装置，狭缝文氏管出口和调解系统遮在其中；“被遮蔽的烟囱”具有另外的特征——竖直轴，所述竖直轴在“烟囱入口”上方与大的半球形设备相连，在“烟囱入口”下方与风扇相连。
图4是被遮蔽的烟囱的中点的截面图，竖直驱动轴经过烟囱并且在“烟囱入口”上方连接大的半球形设备，在“烟囱入口”下方连接风扇。
图5是第三外部设备——“温度控制设备”的立体图，示出了被遮在其中的排出器装置和狭缝文氏管，“温度控制设备”具有一些壳体和层，每一层均带有出口和入口。
具体实施方式
通过下文对附图的详细描述，将会彻底理解本发明的特征、目标和优点。
图1是从无用的废弃动能产生势能的中心设备：“管道动力涡轮系统”的立体图，其中示出了：
竖直架设“管道动力涡轮系统”16以实现更好的性能，因为废弃动能(气体)是易浮的/上升——利用垂直压力。系统的大主体16遮蔽内部设备：“管道动力设备”1到11；其中设备1具有排出器装置3，围绕管道主体1安装并且结合排出器装置3，排出器装置3带有入口4，无用的废弃动能在压力下经过入口4被引入装置主体3；其中废弃动能以更高的速压经过遮住的狭缝文氏管5以倾斜的角度自行排到管道通道2中。在管道通道2中，废弃动能在狭缝文氏管出口5的上方产生涡流10并且在狭缝文氏管出口5的下方产生真空11——经过管道通道2的底部中被管道遮蔽的开放入口9吸入更多的废弃动能6。竖直架设调解板7，抵靠管道通道的壁固定，板角边缘8面对流动方向——将涡流旋转运动转变为线性运动，增加了进入系统的大主体16的室12的线性速度。存在两个另外的外部入口以接收额外的能量，即(a)经过入口13的来自外部设备(遮蔽的烟囱设备)的废弃动能+外部空气；和(b)经过入口14的来自外部设备(温度控制设备)的热的散热器空气+烟道废气+冷空气混合物。无用的废弃动能来自3个设备，即管道2、入口13和入口14。所有的废弃动能在系统的大主体16的室12中混合，增加废弃动能的体积和速压并且驱动发电机15。发电机15安装在适宜之处，避免大而重的发电机位于系统脆弱的结构上。
图2是图1的狭缝文氏管5的截面图。狭缝文氏管斜面5/a被遮在排出器装置主体3的内部，屏障5/b以一角度固定在狭缝文氏管斜面5/a上，如果需要，则在需要之处和需要之时调节涡流10的旋转量级。
图3是本发明的第二外部设备(“遮蔽的烟囱设备”)的立体图，第二外部设备具有与图1中相似的排出器装置主体和调解器；图3示出了另外的特征：半球形设备，在被遮蔽的烟囱入口的上方固定在竖直轴上，在被遮蔽的烟囱入口的下方与风扇连接。图3和4示出了：
管道主体1；围绕管道主体1安装并且结合排出器装置主体3，排出器装置主体3带有入口4，无用的废弃动能在压力下经过入口4被引入装置主体3；废弃动能以更高的速度经过的狭缝文氏管5的开口自行排到管道通道2中。在管道通道2中，废弃动能在狭缝文氏管出口5的下方产生涡流10并且在狭缝文氏管出口5的上方产生真空11，由此经过上方被遮蔽的入口9吸入更多的外部空气6。竖直架设调解板7，抵靠管道通道的壁固定，板角边缘8面对流动方向——将涡流旋转运动转变为线性运动，增加了混合物对于出口12的线性速度。“被遮蔽的烟囱”9另外的特征是，具有3个或4个面对不同方向连接的“入口”(图4)。竖直的驱动轴13经过“入口”13/a的连接中点(图4)；驱动轴13在“被遮蔽的烟囱入口”9的上方连接半球形的杯状设备14(图3)，在“被遮蔽的烟囱入口”9的下方连接风扇15(图3)；来自任何方向的风力旋转半球形的杯状设备14，半球形的杯状设备14高速旋转下方的风扇15，从而显著增加了经过被遮蔽的烟囱入口吸入的外来风6(图3)。
图4是“被遮蔽的烟囱入口”的截面图，其中被遮蔽的烟囱被示出为具有3个或4个相连的、独立的、同样的空气入口9；并且示出了竖直驱动轴14，竖直驱动轴14经过被遮蔽的烟囱入口13/a的中点。
图5是本发明的第三外部设备(“温度控制设备”)的立体图，第三外部设备具有相似的排出器装置，所述排出器装置带有被遮在其中的狭缝文氏管；此外，第三设备具有一些位于彼此上方的壳体，每层壳体均带有狭缝文氏管出口和空气入口。图5示出了：
管道主体1是设备的第一壳体层。围绕管道主体1安装并且结合排出器装置主体，排出器装置主体带有入口4，高温混合物{散热器的热空气(75℃)+排气烟道废气(484℃)}在速压下被引入排出器装置主体3，高温混合物经过狭缝文氏管5自行排到管道通道2中，狭缝文氏管5集成在管道主体中，被遮在排出器装置主体3的内部。在通道2中，混合物在狭缝文氏管出口5的上方产生涡流10，在狭缝文氏管出口5的下方产生真空11，并且经过下方的入口7吸入外部空气6。第二壳体8、第三壳体9和最后的壳体12是位于彼此上方的设备壳体层。设备的每层壳体具有狭缝文氏管出口13和遮蔽的空气入口14。带槽(strip)15分开并且保持在适当的位置，并且将设备的每层壳体之间的通道提供为冷空气入口通道16和混合物出口17。
为便于理解，全部3个设备中的排出器装置系统3是相似的，并且因此附图标记是相同的。相似地，两个设备中的调解系统7和8是相同的，并且因此附图标记也是相同的。

Claims (8)

1.一种将丢弃的无用的废弃能量转换为势能的管道动力涡轮系统，与外部空气或风混合，并且增加了混合成的废弃能量的体积，其特征在于，所述系统包括3个设备：
a.内部设备：管道动力设备“I”；
b.外部设备：被遮蔽的烟囱设备“II”；和
c.外部设备：温度分散设备“III”，
其中：
a)所述管道动力涡轮系统大的主体(16)遮蔽并且在内部容纳内部的管道动力设备“I”(1至11)，其通道(2)在统一室(12)中开放；
b)系统大的主体(16)遮蔽统一室(12)，其具有两个另外的入口，其中外部的被遮蔽的烟囱设备“II”连接入口(13)，外部的温度分散设备“III”连接入口(14)；
c)每个设备具有必要的部件：带有入口(4)的排出器装置主体(3)，所述入口(4)在文氏管室(4a)中敞开，所述排出器装置主体(3)在管道开放的入口(6)的上方围绕管道主体(1)结合并且安装；狭缝文氏管(5)被遮在排出器装置主体(3)的内部，朝向管道通道(2)打开；
d)不同相的废弃能量移动经过三个设备：内部的管道动力设备“I”，管道出口(2)，外部的被遮蔽的烟囱设备“II”-入口(14)，以及外部的温度分散设备“III”-入口(13)，废弃能量在大的主体(16)的统一室中混合，并且几何地增加混合的废弃能量的体积，其由系统的大的主体(16)中的静压抑制并且增加其中的速压；
e)产生于系统的统一室(12)的混合的废弃能量经过系统的出口(15)排放，混合的废弃能量具有增加的潜在的速压，并且进入管道；
f)来自系统的出口(15)的势能进入管道并且在管道中被抑制，其独立于速度；
或者其方向确保没有传统的风力涡轮机场中的速压损耗或损失，最大限度地利用涡轮叶片上的速压，以旋转架设在管道通道中的发电机，其中驱动因素是速度的立方，其作为废弃能量再次从系统中排放出。
2.根据权利要求1所述的管道动力涡轮系统，其特征在于，由管子或管线或管道中的静压所抑制的排放出的废弃能量继续其在系统的三个设备中的运动，所述三个设备是内部的管道动力设备“I”、外部的被遮蔽的烟囱设备“II”以及外部的温度分散设备“III”，
其中排出器装置是必要部件，排出器装置主体(3)围绕管道主体(1)结合并且安装，
其中进一步地，压力下的废弃能量经过入口(4)被引入主体(3)到文氏管室(4a)中，废弃能量从文氏管室经过文氏管(5)排出，这在管道通道(2)中引起涡流(10)并产生真空腔(11)，并且在通道(2)中引发关键的吸气作用，并且经过开口(6)将空气或风或废弃能量或它们的组合吸入管道通道(2)。
3.根据权利要求1或2所述的管道动力涡轮系统，其特征在于，系统大的主体(16)容纳内部的管道动力设备“I”(1至11)，真空腔(11)引发关键的吸气作用，以经过开口(6)将外部空气或风吸入管道通道(2)从而增加体积并提高混合的废弃能量的速压，混合的废弃能量从内部设备“I”经过管道通道(2)开口排到被管道动力涡轮系统的大的主体(16)所遮蔽的统一室(12)中。
4.根据权利要求1或2所述的管道动力涡轮系统，其特征在于，外部的被遮蔽的烟囱设备“II”装有半球形的设备(26)，所述半球形的设备安装并固定在竖直轴(27)上的被遮蔽的烟囱入口(28)的上方，所述竖直轴经过三个或四个相等但连接的分别被遮蔽的入口(28)的中点(27/a)并且在被遮蔽的烟囱入口(28)下方连接风扇(29)，
其中来自任何方向的风力旋转半球形的设备(26)，并且竖直轴(27)驱动安装在被遮蔽的烟囱入口(28)的下方的风扇(29)；
其中进一步地，风扇(29)加强外部空气或风的引入流动运动并且增加经过被遮蔽的烟囱的多个入口(28)从外部环境所俘获的风的速度，并且增加混合的体积和速压，从外部的被遮蔽的烟囱设备“II”经过出口(30)排放。
5.根据权利要求2或4所述的管道动力涡轮系统，其特征在于，所述内部的管道动力设备“I”和外部的被遮蔽的烟囱设备“II”包括相似的调解板(7)，所述调解板竖直地直立，抵靠管道通道(2)而固定，并且所述板的角边缘(8)面对流动方向；将涡流(10)的旋转运动改变为直线运动增加了混合的废弃能量的线速度流出。
6.根据权利要求5所述的管道动力涡轮系统，其特征在于，涡流(10)的旋转轴流速运动仅取决于涡流螺旋量的长度，通过将屏障(5/b)放置在文氏管(5)倾斜的斜面(5/a)上而改变水平出口角，所述涡流螺旋量的长度能够被伸长/缩短；减小或增加涡流螺旋量的长度；阻碍或加快直线轴流速度。
7.根据权利要求1或2所述的管道动力涡轮系统，其特征在于，外部的温度分散设备“III”将高温废弃能量与空气混合，削弱高温因素，并且成比例地增加混合体积并提高从设备获得的废弃能量的压力，
其中进一步地，正如在内部的管道动力设备“I”和外部的被遮蔽的烟囱设备“II”这两个设备中，外部的温度分散设备“III”也包括相似的排出器装置部件主体(3)和入口(4)，
其中进一步地，热的散热器空气75℃+引擎烟道废气484℃被经过入口(4)进入文氏管室(4a)而引入外部的温度分散设备“III”的排出器装置主体(3)，经过文氏管(5)释放到管道通道(2)中，并且引起涡流(10)，涡流(10)产生真空室(11)，触发关键的吸气作用，以经过通路(2)下方的开口(6)吸入空气/风，再次经过文氏管出口(19)排到外部的温度分散设备“III”中的每个壳体的顶部，引起涡流(24a)产生真空腔(24b)，并且进一步经过设备的两个壳体之间的通道(17)吸入更多空气，进一步分散/降低高温因素并且增加混合体积，并且提高速压并且从外部的温度分散设备“III”出口(20)排放。
8.根据权利要求1所述的管道动力涡轮系统，其特征在于，温度分散设备“III”具有一些壳体，较大的壳体顺次遮蔽较小的壳体；
其中壳体通过带(18)而分隔，所述带将壳体保持到位并且提供两个壳体主体之间的通道(17)；并且经过通道(17)将附加的空气吸入外部的下一壳体的底部；
其中进一步地，分隔的带(18)用作吸热设备，并且将热从较小的内部壳体主体传输至经过两个带(18)之间的通路(17)中的空气，其中每个壳体主体在顶部具有文氏管(19)并且在每个壳体的底部具有空气通路(17)；在速压下的混合的废弃能量经过出口(20)排出。
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