CN102770014A

CN102770014A - 大气传送系统

Info

Publication number: CN102770014A
Application number: CN2010800575297A
Authority: CN
Inventors: P·戴维森; H·E·M·亨特; C·J·伯戈恩
Original assignee: Davidson Technology Ltd
Current assignee: Davidson Technology Ltd
Priority date: 2009-12-15
Filing date: 2010-12-15
Publication date: 2012-11-07
Also published as: JP2013513396A; GB201200234D0; WO2011073650A1; US20120241554A1; GB2487289A; GB2487287B; GB2476518B; GB2487286A; US9363954B2; GB0921879D0; GB2487627A; EP2512216A1; GB2487289B; GB201200231D0; GB201200256D0; GB2476518A; GB2487287A; GB2487286B; GB201200266D0; GB201004146D0

Abstract

本发明涉及一种用于将固体颗粒运输和分散至地球的平流层中的器具，该器具包括将一个大体地平面场所与一个升高的场所相连接的一个管道、一个颗粒运输装置、以及与一个散布装置相连接的一个解聚装置，其中该解聚装置和散布装置是位于一个升高的场所处，并且涉及一种将具有高折射率的颗粒运输到平流层中的方法以及飞行器和由此形成的云状物。

Description

大气传送系统

技术领域

本发明涉及用于将颗粒运输和分散至地球的平流层中，特别地实现全球或局部冷却效应的器具和方法。

背景技术

现在许多作者承认地球气候存在着突然的不连续性(abruptdiscontinuities)的极大可能性，例如，由全球变暖，通过增加大气温室气体水平导致，大气温室水平的增加接下来可以导致明显的正反馈，诸如从融化的北极冻原释放甲烷，或通过改变的降水型式的雨林消失。这种不连续性可能导致对海平面以及农业的严重影响。

然而，温室气体诸如CO₂的排放与世界经济密切相关。在生效时间表内急剧减少这些气体的水平可能难以实现。

已经提出了许多减少对地球的太阳辐射入射水平的方法，例如，空间反射镜、种云和平流层硫酸盐气溶胶。在1991年菲律宾皮纳图博火山(Mount Pinatubo)爆发的两年时期内已经证明了注入大量平流层硫酸盐气溶胶从而将平均全球温度降低大约0.5摄氏度的效应。

减少入射的太阳辐射以削减由增加的温室气体排放导致的截热，使得海洋酸度由于吸收的二氧化碳水平增加而升高。然而，其可能通过融化北极永久冻土来降低升高的温度，产生更多温室气体，加重海洋酸度问题。

平流层硫酸盐气溶胶的具体方法存在许多缺陷：如果使用诸如二氧化硫或硫化氢的前驱体材料，则通过平流层中的自然过程来确定对颗粒直径的选择，并且具有限定特征的稳定气溶胶的生成存在许多困难。此外，它们对平流层化学，尤其是对臭氧浓度的作用可能引起关注。另外，由于在注入二氧化硫之后以通过自然过程生成硫酸或硫酸铵颗粒(氢化并与紫外大气中的一氧化二氮反应)要花费大量时间(至少几天)，因此不会发生生成局部“遮荫”的可能性，在该时间期间任何高的局部浓度都将被甚至平流层中度风充分地驱散。

因此，需要更有效地解决全球变暖问题并不具有太让人忧虑副作用的方案。

发明内容

在第一个方面，本发明涉及一种用于将固体颗粒运输和分散至地球的平流层中的器具，该器具包括连接大体地平面场所与升高的场所的管道、颗粒运输装置和与散布装置连接的解聚装置，其中该解聚装置和散布装置位于该升高的场所处。

通过将颗粒通过管道运输到地球的大气中，这些颗粒可以被解聚并分散以影响入射的太阳辐射并且提供局部或区域性的冷却效应。如果分散足够数量的颗粒，则可以形成这些颗粒的云状物，提供局部的、区域性的或全球的冷却效应。另外，因为这些颗粒是固体，因此可以控制它们的尺寸以提供最佳的结果。

这些云状物的寿命主要由颗粒从云状物中的消耗速率决定。

确切的消耗速率受数种因素的影响，特别地包括颗粒的尺寸。对于平流层中的亚微米颗粒，当沉降速率非常低时，从平流层至对流层的损失通过平流层和对流层之间相对小的混合量来确定。估计在平流层中的亚微米颗粒区域中每年可能有一半的亚微米颗粒离开平流层。另外，颗粒与颗粒之间通过布朗运动的碰撞将导致亚微米颗粒聚集并且形成较大的颗粒，极大地增加了它们的沉降速率。

因此，在另一个方面，本发明涉及一种在地球大气中位于升高的场所处的固体颗粒的云状物，其中该云状物在至少一千平方公里的区域，例如1,000至300,000平方公里内包含至少1,000吨(优选至少5,000吨，或甚至至少10,000吨)的固体颗粒。这种云状物典型地扩散至少3,000平方公里，优选至少30,000平方公里，例如50,000至300,000平方公里的区域。

由于增加的湍流并且在对流顶层和对流层之间混合，平流层下的消耗速率将显著地较大。因此，升高的场所优选处于至少5,000m，更优选至少10,000m的海拔高度，并且最优选地在平流层中，以便使颗粒消耗速率最小化。

对于局部或区域性冷却，这样的云状物的特征是能够散射至少10％的入射的太阳辐射，由此提供局部冷却效应。

在一种配置中，该云状物可以在白昼期间生成，以提供有效的局部或区域性冷却效应，而在夜晚期间散开。

因此，本发明可以提供局部遮蔽效应，如果，其在大量水体上提供该局部遮蔽效应，则可以(a)将水面冷却几摄氏度，从而减小局部热带风暴的动力，和(b)允许形成满载水的向岸风以促进对沿岸滩涂的灌溉。

如所讨论，随着时间推移云状物将散开，并且如果其位于平流层中，则将产生没有明确边界的稀薄云状物，在大部分的地球表面上扩散。当数量充足时，这样的稀薄云状物可能仅散射百分之几的入射的太阳辐射，但可以提供全球冷却效应。

因此，在另一个方面，本发明涉及一种影响入射的太阳辐射的全球平均水平的方法，该方法包括在12个月的时期内向地球的平流层中释放至少100,000公吨，优选至少200,000公吨，更优选至少500,000公吨的亚微米固体颗粒。

为了以稳定的状态保持这种局部或区域性的云状物，可能需要至少500公吨颗粒/12小时，优选至少1000公吨，更优选至少2000公吨，或更优选至少4000公吨，或最优选至少10,000公吨/12小时的排放速率。

通过单根管道或多根管道可以提供这种输送量。在存在多根管道的情况下，每根管道可以独立于其他管道或它们可以组合成单个器具。

利用散布装置将固体颗粒释放至平流层中将形成颗粒锥体，与其垂直跨度相比，其在注入点下游的横截面非常宽，并且由该锥体形成根据本发明的云状物。这是因为在平流层中垂直方向上的湍流强度小于水平方向上的湍流强度。

在另一个方面，本发明涉及一种飞行器，例如飞机、气球或位于平流层场所处的其他交通工具，该飞行器包括固体颗粒源、解聚装置和散布装置。

已经发现具有高折射率，例如超过1.40的颗粒能够有效地散射射入的太阳辐射使得较少的辐射冲击地球。

因此，在另一个方面，本发明涉及一种将折射率大于1.40的固体颗粒运输到地球的平流层中的方法，该方法包括将这些颗粒经由管道从大体地平面场所运输到升高的场所并且将这些颗粒分散到大气中。

优选地，这些颗粒具有大于2.0，更优选大于2.3的折射率。合适的材料包括二氧化钛、氯化钠、二氧化硅和硅。高度优选的材料是二氧化钛。然而，氯化钠可以是优选的，因为其可以容易地从海水获得。

二氧化钛以数种材料形式存在，用于散射的主要形式是金红石和锐钛矿。所有这些形式具有超过2.4的折射率，并且因此成为用于本发明中的优良材料。另外二氧化钛在空气中是稳定的并且是无毒的。锐钛矿晶体可以是优选的，因为其具有比金红石晶体形式相对更低的磨损性。

本文限定的折射率值是指复折射率的实数部分，经常称为n，并且在500nm波长处测量。此部分涉及材料散射入射光的能力。

然而，虚数部分，经常称为k，也是重要的，因为其涉及材料吸收入射光的能力，并且可以在500nm处测量。

材料散射入射光的能力比吸收入射光的能力有利得多。吸收导致材料加热，其可接着导致平流层的加热，这将对天气模式产生显著的影响。因此在500nm处的n/k比优选大于5，更优选大于10，最优选大于50。

在优选的实施方式中，本发明涉及入射的太阳辐射的米氏散射。当颗粒的尺寸与入射光的波长尺寸相当并且优选粒径为入射光波长的10倍，更优选3倍内时发生米氏散射。

因此，这些颗粒典型地是亚微米的，并且优选这些颗粒的平均粒度在0.01至1.3μm的范围内，更优选在0.02至0.5μm的范围内。此尺寸范围跨越电磁波频谱的紫外区和可见区，并且因此将有效地散射入射的太阳辐射的这些主要区。

在特别优选的实施方式中，这些颗粒可以具有分别在可见波长和紫外波长中具有峰的双峰粒度分布。例如，在0.1至0.3μm处和在0.02至0.06μm处的峰是特别有效的，特别是如果需要UV散射来减少地面基对UV的暴露。

以这样小的粒度，颗粒的聚集面临着很大的难度。对于二氧化钛，粒间力由于颗粒中氧的高极化性而特别高。由于聚集导致有效粒度增加，聚集将抑制颗粒参与米氏散射入射辐射的能力。因此非常需要能够在平流层场所处解聚这些颗粒。

在优选的实施方式中，固体颗粒用与这些颗粒的材料不同的一种或多种材料涂覆。

涂层可以选自一定的选择范围，例如，以减小平流层中存在的氯浓度，减小冰、一氧化二氮或其他极性分子覆盖表面的趋势，减少臭氧消耗，和促进平流层中臭氧生成，或减少散布装置附近放电的可能性。例如，包括氧化物、氢氧化物、铝酸盐、二氧化硅及其组合的碱性(金属和土)涂层可以用来从平流层清除氯，由此阻止其破坏臭氧。

在颗粒的表面上羟基的存在可以增加其吸收入射光的倾向，如上面所讨论的，这是不合乎需要的。因此采取措施防止羟基的出现可能是有益的。例如，可以通过使用非常干燥的氮气或空气在大于250℃或大于300℃的高温下将颗粒预处理。另一种可能性是应用化学处理，其与吸收的羟基反应，例如，使用辛基氯硅氧烷。

因此，期望颗粒，尤其是二氧化钛已经通过干燥或化学反应或其组合制备，通过移除充分吸收的水、羟基或极性分子，使其太阳辐射吸收比由相等重量的与该离子具有相同粒度分布的水在约2微米的波长处产生的太阳辐射吸收至少小90％。

还可以选择疏水性涂层以减小水蒸气在颗粒上吸收或凝结以及形成冰的趋势。冰可以对臭氧，尤其是极地区域中的臭氧的破坏具有非常不利的作用。在优选的实施方式中，该涂层包括硫酸盐类、磷酸盐类、硅烷和硅氧烷或各种各样的其他疏水性涂层。

也可能使用涂料来在每个颗粒上产生正电荷或负电荷，导致带同种电荷的颗粒的相互排斥和减少聚集。

通过管道将颗粒运输至平流层面临着许多工程上的挑战。然而，据信由于在平流层中，特别是与下面的对流层的混合不佳，因此将颗粒传送至该区域中是特别有益的，这样允许颗粒在平流层中长时间段保持悬浮。

这些颗粒可以通过管道以许多种不同的方式运输。例如，颗粒运输装置可以包括气动输送系统，其中携带颗粒的容器沿管道输送至平流层场所，排空的容器沿第二管道向下返回。

然而，优选这些颗粒分散在流体载体材料中使得该载体和颗粒可以通过管道被泵送，在此情况中，颗粒运输装置包括流体加压装置。

优选地，载体流体是超临界流体或液体，从而使每单位体积该流体能够携带较大密度的颗粒并且因此需要较窄的管道内径。在特别优选的实施方式中，这些颗粒作为在载体流体中的浆料存在，其浓度为按体积计5至50％，更优选按体积计10至30％，例如，约15％。

载体流体的温度为-80至150℃，优选-60至100℃是有益的。优选的载体流体是氮气、空气、富含氮气的氧气流或水的混合物。最优选的是氮气或富含氮气的氧气流。载体流体的pH和组成可以被调整，例如，以增强所携带的颗粒的表面性质、保护管道，或促进在升高处的分散。

对于载体流体也优选的是基本上干燥的，因为水的引入，尤其是引入至平流层中是不合乎需要的，因为水往往会吸收宽范围的入射光，因此潜在地使平流层升温。理想的是，载体流体引入很少的水使得产生的OH吸收与分散颗粒的大气中已经存在的OH相比增加少于1％。例如，其可以获得少于100ppm的水，更优选小于10ppm的水。

为了使载体流体沿如此长的长度的管道并克服重力流动，必须在管道的入口处升高至非常高的压力。为在管道中实现可接受的流量，在管道的基部处的压力超过100MPa，优选超过200MPa，更优选超过400MPa并甚至超过600MPa可能是必不可少的。为了实现这样高的压力，可以经由多个压力容器供应载体流体的。

在这样高的温度和压力下，载体流体将成为超临界流体，其可以是合乎需要的，例如，避免了在升高处将浆料脱水的需要，如下面所讨论的那样，用于向解聚装置和/或散布装置提供动力。

液体超临界流体的平均流速为1至20m/s可以在将管道尺寸保持到最小和同时在流动期间将压降和管道磨损保持在可接受的水平之间提供可接受的平衡。

由于必须承载添加到颗粒和任何载体材料的重量上的管道重量，管道优选至少5000m长，更优选至少10,000m长，最优选10,000至25,000m长从而使其能够到达平流层，同时不会过多的长。可选地，其可以为10,000至27,000m长。颗粒和载体流体的重量可以部分地或全部地由在管道的入口处的压力承载。摩擦压降也可以完全或部分地承载管道的重量，从而减少管道的承载负荷。

另外，管道需要具有足够大的横截面积从而允许流体的流动而不存在无法工作的压降，而又不会如此大使得横向风负荷存在结构性问题。因此，管道优选具有1.0至30cm，更优选2.0至10.0cm的内径。

管道可以由宽范围的材料制成，但优选坚固和轻质的材料诸如高强度碳纤维、芳族聚酰胺纤维或液晶聚合物诸如Kevlar(TM)、Technora(TM)、Vectran(TM)或Twaron(TM)和超高分子量聚乙烯诸如Spectra(TM)和Dyneema(TM)或PBO的诸如Zylon(TM)。选择尤其取决于强度、传导性、工作温度以及耐磨损和耐腐蚀性。例如，确保管道不导电以避免与雷击相关的问题，可能是必不可少的。由于颗粒可以通过管道流动，因此管道的内壁可以用耐磨损-腐蚀材料诸如碳化钡和类似材料涂覆。

管道必须被设计成承受极端的压力，导致非常高的环向应力和纵向应力。已经观察到由于当流体通过管道向上流动时流体压力的下降，导致在管道的基部处的环向应力大大地超过在管道的顶部处的环向应力。相反，在管道的顶部处的纵向张应力比在基部处的纵向张应力大得多，因为在顶部处承载的管道重量比在底部大得多。因此，应力的性质会沿管道的长度而变化。

因此，优选管道包含增强的细长纤维材料，该纤维材料被编织或以与该管道的中心轴成角度地缠绕，其中在该管道的一端处缠绕角度大于在另一端处。因此可以沿管道的长度调整缠绕角度以应付所遇到的应力性质的变化。这导致需要较少的材料，减小了管道和支持飞船或气球的尺寸和成本。

因此，具有较大的缠绕或供应角度的端部典型地处于大体地平面场所。这为在基部处的高环向应力提供较大的支持，同时解决了顶端处高纵向张力的问题。

在优选的实施方式中，缠绕或供应角度是的变化是渐变的或以多个步进变化发生的。例如，与平行于管道轴的线的较大的缠绕或供应角度可以为30至80°，优选35至60°，并且与平行于管道轴的线的较小的缠绕角度可以为小于30°。

一旦处于升高的场所，颗粒，通常与它们的载体流体诸如氮气一起，典型地通过散布装置分散至大气中。合适的散布装置包括将颗粒运输至高速气流中并且可以通过喷气发动机或一个或多个桨片提供。

操作散布装置的一个难点是提供动力从而在平流层场所对其进行驱动。在一个实施方式中，通过沿管道提供电力或燃料管线来提供动力。

在另一个实施方式中，燃料气体诸如氢气和甲烷可以包含在用于颗粒的载体流体中。采用适宜的抽气阶段，燃料气体可以被提取以在平流层场所使用。

在优选的实施方式中，该器具包括升高的场所处的降下设施(let-down facility)，诸如涡轮机。这样的涡轮机可以向散布装置和/或解聚装置提供动力。

解聚装置优选地包括粉碎机、文氏管喷嘴或其组合。可以使用单个或多个粉碎机。此类粉碎机优选地与如上面该的超临界流体组合使用。这可包括通过研磨喷嘴的膨胀。合适的粉碎机尺寸的直径在0.2-4m的范围内。在优选的实施方式中，解聚装置优选在颗粒传送到粉碎机之前包括喷射冲击式磨机。

一旦颗粒被解聚，它们就通过散布装置被分散至平流层中。因为颗粒典型地往往会非常快速地再聚集，优选散布装置与解聚装置紧密连接。例如，解聚装置的出口可以直接处于由散布装置生成的任何气流中。

散布装置应当促使大量稀释空气的快速混合以增加单个颗粒之间的距离，从而减少颗粒碰撞和再聚集的机率并防止云状物过大程度地下沉。此类系统典型地包括一个或多个喷嘴，该一个或多个喷嘴位于由任何载体流体蒸汽的膨胀所提供的器具，例如桨片或喷气发动机排出和/或喷射装置的运动的组合所提供的快速流动空气流中。

该器具可根据需要包括在平流层场所处与管道连接的气球、飞船或飞艇。这样的飞船可能需要承载管道及其内容物以及任何相关器具的全部重量。

这样的气球或飞船因此优选地能够提供至少40公吨，更优选至少100公吨，和最优选至少200公吨的提升力。用于提供局部遮蔽效应的大型形式可以多至2500公吨。这样的提升值可以例如，用直径为50-300m的气球来实现，或可选地用包括长度为600m和宽度为130m的比空气轻的室的飞船来实现。

管道可以装配有降落伞器具以允许管道从气球或飞船的释放和管道的更为平缓的下落。

平流层中的风速通常比对流层中达到的风速低得多。气球或飞船因此可以位于比升高的场所更高的海拔高度处，以允许其停留在相对平静的空气中。例如，升高的场所可以在平流层下方，而同时气球或飞船停留在平流层中。

在优选的实施方式中，气球或飞船能够改变其海拔高度以通过改变管道出口的海拔高度来改变管道的有效长度。例如，飞船优选地包括用于管道卷绕在上面的卷轴。这种卷轴需要足够大以防止管道壁上的应力由于卷绕而变得过大，又不大得使其变得不实用。因此，具有2-40m的直径的卷轴是合适的，优选直径为5至20m。

卷轴可以具有电动机驱动的缠绕装置以卷绕管道并为明显的管道振动提供主动阻尼。

这样的气球或飞船可以方便地用来将管道安装就位。因此，在另一个方面，本发明涉及安装连接大体地平面场所与至少10,000m的海拔高度处的升高的场所的管道的方法，该方法包括将该管道的一端固定至该大体地平面场所并将该管道卷绕在与气球或飞船连接的卷轴上，然后升高该飞船的海拔高度从而解开该管道直至该管道到达该升高的场所。

根据本发明的器具还可以包括主动阻尼控制装置，以减小管道中任何不需要的的振动。

大体地平面场所典型地位于或非常靠近星球的陆地或海洋表面，例如陆地或海洋表面的1,000m内，优选100m内。在一个优选的实施方式中，该器具包括船只，管道的基部与船只连接。在船只上也可以提供带有或不带有主动阻尼装置的卷轴。在一个可能的操作模式中，可以采用多艘船只，每艘带有其自己的管道和相关器具。以此方式，可以生成一个大的云状物或多个较小的云状物。

现在将通过举例的方式，并参照下面的附图说明本发明，其中：

图1是显示根据本发明的云状物对入射至地球表面的太阳辐射的作用的示意图。

图2是根据本发明的器具的图示。

图3是根据本发明的云状物对局部天气条件的作用的图示。

图4显示三个根据本发明的器具一起工作以改变局部天气条件的图示。

图5是位于平流层场所处的根据本发明的器具的各部件的图示。

图6是位于大体地平面场所处的根据本发明的器具的各部件的图示。

图7是根据本发明的管道构造的图示。

附图详述

图1显示了位于地球平流层中的根据本发明的云状物100的作用的示意图。云状物100包括具有单峰分布或双峰粒度分布的二氧化钛，该单峰分布具有0.25微米粒径处的峰，该双峰粒度分布具有在0.15微米粒径处和在0.04微米粒径处的峰。

入射的太阳辐射102冲击云状物100。由于云状物中二氧化钛颗粒的粒度，导致入射的太阳辐射发生米氏散射，导致一部分入射的太阳辐射102作为散射的射线104被反射远离地球。因此，入射的太阳辐射102中的大部分紫外线、可见光和红外线被阻止到达地球的表面。降低水平的太阳辐射106穿过云状物冲击地球表面。

红外辐射108从地球表面发射，大部分穿过云状物100，由于红外辐射的波长非常显著大于二氧化钛颗粒的粒度而不被散射。因此，根据本发明的云状物100能够减小入射的太阳辐射的水平，而不显著地抑制红外辐射向太空的发射，并且因此能够导致局部或区域性的冷却效应。

图2显示根据本发明的器具包括管道210，该管道210，其将船只200上的大体地平面场所连接到飞船220处的平流层场所。飞船220包括解聚装置(未显示)和散布装置(未显示)。也显示了对流顶层240，其表示下方的对流层和上方的平流层之间的边界。

在使用中，典型地为亚微米高折射率颗粒的颗粒，诸如二氧化钛，从船只200借助于颗粒运输装置的方式，诸如载体流体的加压被运输，使得这些颗粒沿管道210移动至平流层场所220。由于二氧化钛的颗粒是亚微米的，因此在通过管道运输期间已经发生了一些聚集，因而这些颗粒通过解聚装置(未显示)，然后传送到散布装置(未显示)诸如桨片或喷气发动机。一旦这些颗粒已经通过散布装置，它们开始形成根据本发明的云状物230。

图3显示通过根据本发明的云状物360的作用如何可以影响局部天气模式的图示。如上面所讨论，入射的太阳辐射370被云状物360散射，在云状物360的阴影中导致冷却的水表面300的区域。冷却的水表面300具有冷却其上方的空气的作用，其具有引起比邻近的空气较冷并且因此密度更大的空气的向下气流310的作用。向下气流310导致水表面320处的水平风速的增加，其具有在空气320上升前增加其水蒸气吸收并冷却水表面的作用。上升的空气柱330导致云状物的形成并最终降水。上升的空气330通过水平地移动340退回至云状物的阴影中，并且它开始其又一次的下降。

云状物的形成具有进一步将入射的辐射减小至使冷却的水表面300的区域扩大到扩大的冷却水区域380的作用。

因此，可以看出根据本发明的云状物可以用来将水表面冷却几度并且允许形成满载水的向岸风以促进对沿海滩涂的灌溉。

图4显示了使用三个根据本发明的器具一起产生更大的冷却效应的作用。在此实施方式中，采用三艘船400，每艘船都有自己的管道410与飞船420连接。生成了具有高折射率颗粒的三个独立的云状物，具有冷却扩大的水表面区域460的作用。

在显示的实施方式中，在云状物之间留下了明显的间距，以便在云状物之间产生循环模式。因此，冷却水引起上方空气的冷却，导致向下气流440和吸收了额外的水蒸气的水平风430。气流430上升450并且形成云状物，最终降水，随后退回至气流440中。然而，具有没有明显间距的多个来源可以是有利的。

图5更详细地显示位于平流层场所处的根据本发明的器具的合适装备，一些装备可以任选地是根据本发明的飞行器的部件。该装备包括围绕卷轴510缠绕并经由旋转密封520与管线连接的管道500的上端，该卷轴510由电动机525电动驱动，该电动机525带有主动阻尼控制以衰减管道500中的振动。管道中的颗粒由超临界的氮气载体携带并且在平流层场所处仍然处于超临界状态，尽管在从大体地平面场所(未显示)运输期间的压头损失和摩擦压降。在此超临界水中携带的颗粒通过涡轮机和/或减压阀530从而闪蒸出氮气并使载体流体脱离超临界状态。

目前在主要为气态的载体中携带的颗粒然后传送到喷射冲击式磨机和粉碎机540，经由多个进入点传送到直径为大约4米的粉碎机。构成解聚装置的喷射冲击式磨机和粉碎机，将颗粒间形成的任何团块破碎，并且将单个颗粒经由一个或多个喷嘴570排出。也显示了带有进气口550的桨片或喷气发动机560。构成散布装置的桨片或喷气发动机560生成大量的空气流。如所见到的，喷嘴570位于流动的气流中，并且解聚装置因此与散布装置紧密连接。这具有下列的作用：解聚的颗粒没有再聚集的机会，并且被分散到平流层中以形成根据本发明的云状物580。颗粒流也可以注入至喷嘴、桨片或燃气涡轮机中以辅助分散，但可以导致颗粒积聚和颗粒降解问题。也显示了阀525，当需要排出管道500的内容物时，该阀525可以开放以允许气体进入。

图6更详细地显示位于大体地平面场所处的根据本发明的器具的合适装备。显示了浆料管线或管道600的一部分，该部分连接至卷轴610以承受来自浆料管线600的张力。卷轴610具有主动张紧装置625以控制管线振动。管线600通过管道释放限制器690固定，管道释放限制器690由锚695固定到船只或地面上。

也显示了合适的浆料制备器具。高折射率颗粒和载体流体，例如氮气的分开流传送到浆料混合容器650。一旦被混合，混合物被传送到泵640，泵640将混合物的压力增加至非常高的水平。一旦处于高压，混合物被传送至压力缓冲容器630以便消除来自泵640的任何压力脉冲。如所示，采用多个流，并且还在传送到管线600以向平流层输送之前合并在一起以增加浆料的压力。

另外，可以经添加剂进料泵670包含添加剂，并且当飞船需要独立于地面位置而移动位置时管道倾卸罐680方便地允许排空管道。典型地，还可以采用加热器具(未显示)以便使载体流体变成超临界流体。

图7更详细地显示管道构造和其结构的布置。显示了由复合材料管702围绕的线圈架701，绝缘体703和表面防护体704。流体从船只或地面站709经由管道708被泵送至升高的场所处的散布装置710。

线圈架701典型地是钢制的，但可以是坚固的不导电的耐磨的塑料，典型地为0.2至2.0mm厚，提供耐磨性和纤维在其上缠绕或编织物在其上伸展的基座。环氧树脂或其他填料将对纤维取向提供一些额外的稳定性。

近视图706图示了细长纤维或编织物如何相对于通过纤维并与中心轴平行的线以非常小的角度围绕管道缠绕。这有助于处置由于被承载的管道重量导致的在该处所遇到的非常高的纵向张力。在近视图705中管道的基部处，可以看出细长的纤维或编织物相对于通过纤维并与中心轴平行的线以较大的角度围绕管道缠绕。这是为了对由于高流体压力导致的在该处所遇到的高环向应力提供较大的防护作用。尽管未显示，但是缠绕或编织物的角度从顶部至底部逐渐地改变，以考虑管道中逐渐改变的应力性质。这提供了对材料的有效使用，减少管道的尺寸和成本。

下面涉及高空平台，尤其是用于在高空处传送信息服务的平台，该服务包括远程通信、观察和定位服务。

例如，位于10至25km海拔高度的高空平台，已经被提出用于宽范围的应用。一个逐渐令人感兴趣的领域是从具有诸如远程通信、定位和观察能力的此类装置提供信息服务，该能力包括高速互联网、电子邮件、电话、电视服务、视频点播、全球定位。

与卫星相比，高空平台具有一些优点，主要是因为从发送器至地球上的接收机的距离可以小得多，而静止轨道卫星典型地处于40,000km海拔高度，并且对于低地球轨道卫星为约1000km海拔高度。

高空平台的此相对接近可以产生更强的信号并且避免运载火箭的成本以及提供较短的开发时间。

US 7,046,934公开了用于与卫星相结合传送信息服务的高空气球。

然而，为从高空平台提供可靠的商业信息服务存在着巨大的和重大的技术挑战。关键的问题是保持此类平台的稳定性，此平台将经受风的影响，风可能波动很大并且具有非常高的速度。特别地，许多信息服务要求准确的定向传送，而从经受在此海拔高度处存在的疾风的平台难以传送这种定向传送。

此外，在高空处局部可用的功率通常限于几kW，排除了涉及大功率装置的工程解决方案。

因此，在此领域非常需要进一步的改进。

在另一方面，本发明涉及一种用于在高空生成电能的器具，该器具包括连接大体地平面场所与升高的场所处的平台的系绳，该系绳包括与该平台处的发电机连接的管道，该管道被配置成允许燃料流体从大体地平面场所流动至升高的场所，并且该发电机可操作地在该升高的场所处将燃料流体中的能量转换成电能。

已经发现提供可以由燃料流体生成电力的高空平台使得可用的动力可以比由原位发电诸如太阳能发电机或从大气中提取它们的燃料的燃料电池可用的动力多几个数量级。

随着在高空处有大量的动力可用，就可以获得解决与此类平台相关的各种技术困难的多种选择，这在以前是不可能的。

此类配置中涉及的工程技术挑战是明显的。然而，通过仔细地设计器具，其可以实现，如下面将要讨论。

典型地，升高的场所将处在5,000m至30,000m，优选10,000m至25,000m，更优选15,000m至25,000m的海拔高度。这提供了足够的海拔高度以在宽广的范围内传送信息服务，而又不那么高从而面临不可逾越的工程技术挑战。在优选的实施方式中，该升高的场所处于平流层中，优选刚好在对流顶层上方或处于对流顶层处，在此处侧风不太严重。

大体地平面场所典型地处于或非常接近地球的陆地或海洋表面，例如，陆地或海洋表面的1000m内，优选100m内。在一个优选的实施方式中，该器具包括连接系绳的船只。

在优选的实施方式中，该器具包括处在升高的场所处的一个或多个气球或飞船，以提供在该升高的场所处保持该器具所必需的升力。因此这样的一个或多个气球或飞船优选能够提供至少5.0公吨，更优选至少10.0公吨，和可能至少25公吨的提升力。

为了提供这样的升力，任何气球优选地具有60,000m³至2,000,000m³的总体积。

这样的气球或飞船可以是球体的，但优选是非球体或椭圆体的形状。这提供了更流线型的形状，有助于减少风力。

管道典型地是具有圆形或近圆形横截面的管子，燃料流体通过该管道流动。

因此，燃料流体流动通过的内径优选为1.5至30mm。这足以允许0.00005至3.0kg/s，优选0.00015至1.0kg/s的燃料流体的实际流量。

为了使燃料流体在管道的如此长的长度内流动，并且克服重力，在管道的入口处必须升高到高压。为了在管道中达到可接受的流量，超过100MPa，优选超过200MPa，更优选超过400MPa和甚至超过600MPa的压力可能是必需的。然而，如果燃料流体是氢，则需要较低的压力，1至100MPa的压力是适宜的。为了达到这样高的压力，燃料流体可以经由多个压力容器提供。

燃料流体优选地包含氢和/或烃流体。由于通过管道运输流体所必不可少的高压，优选烃流体的平均分子量为小于200，优选小于150，更优选小于100，最优选小于50或甚至小于20。在一个优选的实施方式中，燃料流体包含至少90wt％，更优选至少99wt％，最优选至少99.9wt％的氢，或甚至至少99.99wt％的氢。

在一个优选的实施方式中，发电机包括内燃机，通过燃料流体的燃烧发电，例如，利用取自高空的空气。在另一个优选的实施方式中，发电机包括燃料电池，其可以消耗作为燃料流体的氢，通过氢与从高空处的空气压缩并可能脱水的空气的反应发电。

发电机典型地能够产生几kW至多达几MW。因此，优选发电机可以产生3至60,000kW，更优选100至20,000kW的电力。

管道可以由宽范围的材料制成，但坚固的和轻质的材料是优选的，诸如高强度碳纤维，或芳族聚酰胺纤维诸如Kevlar^TM、Technora^TM、Vectran^TM或Thoron^TM和超高分子量聚乙烯诸如Spectra^TM和Dyneema^TM或PBO的诸如Zylon^TM。

对于氢输送，管道可以包括带有衬层的复合材料管，诸如金属或PTFE或其他低渗透性塑料，以携带燃料流体。此组合防止氢的扩散和氢损失。

系绳可以包括一个或多个增强线缆，其沿管道的外侧延伸以提供强度。因此，系绳起的作用是承担承载器具所必需的张力，而管道起的作用是运输燃料流体，尽管其也可以承受一些张力。

还进一步发现此类系绳可以优选地具有非圆形横截面以减少水平拖拽，同时维持管道的垂直强度和压力包容性。

系绳上的水平拖拽是一个重大的问题，因为其可以导致系绳移动至更为水平的定位，因此将平台的海拔高度降低至所需升高的场所的海拔高度下方，这个问题可以被描述为吹走(blow-over)。如果平台进入较高的风速区则这个问题会被加重，由于过大的风载荷可以导致灾难性故障。

因此，在另一个方面，本发明涉及一种用于提供高海拔高度服务的器具，该器具包括处于升高的场所的平台，该平台被拴在大体地平面场所，其中该系绳具有非圆形横截面。

这样的系绳的特征可以是横截面的纵横比，即，刚好包含该横截面的矩形的各侧长度的比率。优选纵横比为1.5至20.0。

如上该，系绳可以包括增强线缆以便为系绳提供充分的强度。在一个优选的实施方式中，系绳包括多于一条的线缆，每条彼此平行。以此方式，具有圆形横截面的线缆可以产生根据本发明的具有非圆形横截面的系绳。可以包含更多的线缆，它们也可以与其他线缆对齐以产生细长横截面的系绳。例如，优选包含1至10条线缆的系绳。

如本领域中所公知的，圆形横截面系绳将总是在空气中呈现相同的面积，无论系绳中是否存在任何扭转作用。然而，具有非圆形横截面的系绳具有根据系绳的旋转状态向流动空气展现可变的面积的潜力。

然而，长的非圆形横截面系绳带来的一个问题是它们往往向流动空气展现其最大的面积，而不是展现它们的最小面积。这是因为此类系绳通常具有低的抗扭劲度并在流动的空气中将它们自身调整为最小的应变能，由此将其长轴与流动方向成直角，除非通过例如，叶片来定期定向。

因此，它们以增加的面积存在的天然趋势可以因流动的空气而增加对系绳的力。因此需要采取措施来确保非圆形横截面系绳趋于向流动的空气展现最小面积。

现在已经惊奇地发现可以使这样的非圆形横截面系绳向流动的空气展现它们的最小面积，即使它们可能具有低抗扭劲度。

因此这样的系绳的横截面典型地是细长的，其细长横截面具有两个边界明确的端部。这两个端部可以分别称为前缘和后缘。前缘典型地是圆的，并且期望处于在流过系绳的空气的最上游点处。同样，后缘期望是流动空气的最下游点。在给定的横截面上，系绳的最上游点至系绳上最下游点的距离称为在该横截面处系绳的弦长。

当空气流过这样的系绳时，其在系绳上产生力。在任何指定的时间，在系绳的横截面内存在有理论上的点，围绕其由这种力所引发的所有力矩的总和彼此相互抵消。这个点在本文中被称为空气动力压力的中心。

由于系绳的长度导致其通常具有低抗扭劲度。已经惊奇地发现如果在给定的横截面处系绳的质量中心与空气动力压力中心相比更靠近系绳的前缘，则当系绳向流动的空气展现其最小面积时将形成其最稳定的布置形式，即使保留的应变能可能不是最小的。

换句话说，优选地在使用中质量中心与空气动力压力中心相比更靠近前缘。

典型地是下面这样的情况：对于被定位成向流动的空气展现其最小面积的系绳的细长横截面，空气动力压力中心将接近于距前缘四分之一弦长处。因此，为了确保质量中心与空气动力压力中心相比更接近前缘，需要采取特殊的步骤。

例如，系绳横截面的形状优选是泪珠形，例如，类似于直升机浆横截面。然而，仅此不能确保质量中心足够地接近前缘。因此，典型地，系绳接近前缘的材料密度与中心和接近后缘的材料密度相比更大。

材料密度的这种变化可以是渐变的或突然的。甚至可以涉及移位，在这种情况下，其他材料，诸如光纤电缆和增强线缆通过系绳。然而，材料密度的任何变化以及形状的变化一起提供了在系绳内适宜定位的质量中心。

因此，优选系绳的质量中心距前缘小于弦长的25％。更优选地，其距前缘小于弦长的24％。典型地其距前缘10％至24％，更优选15％至24％的弦长。

当然，当系绳连接大体地平面场所与平台时，其承受张力。已经惊奇地发现如果在使用中张力中心与空气动力压力中心相比更接近前缘，则可以实现系绳稳定性的改进。

已经发现，如果张力中心处于空气动力压力中心的下游，则系绳可能易于扭曲使得纵轴与任何风成大角度倾斜。一旦此过程开始，系绳的越来越多的长度将呈现于此海拔高度，潜在地比系绳迎风时产生更高的风载荷。

张力中心是系绳横截面中的点，围绕该点在该横截面中由系绳所承载的张力(其指向与横截面的平面垂直)所建立的所有力矩总和为0。

因此，优选系绳的张力中心距前缘小于25％的弦长。更优选其距前缘小于24％的弦长。典型地其距前缘10％至24％，更优选15-24％的弦长。

已经惊奇地发现如果在使用中剪切力中心与空气动力压力中心相比更接近前缘，则可以实现系绳稳定性的改进。

剪切力中心是系绳横截面中的点，如果理论上的力施加于横截面的平面中，则通过该点不会对系绳产生旋转力。换句话说，施加的力只导致系绳的偏移，而不导致其任何的旋转。

因此优选系绳的剪切力中心距前缘小于25％的弦长。更优选其距前缘小于24％的弦长。典型地其距前缘10％至24％，更优选15％至24％的弦长。

已经发现，质量、张力和剪切力的中心彼此靠近，而同时保持相比于空气动力压力中心更靠近前缘是最理想所期望的。因此，质量、张力和剪切力的中心优选地在小于10％的弦长，优选地小于5％的弦长的区域内。如果要实现具有低拖拽的动力稳定体系，有时有可能这些中心中的一个或两个可以相比于空气动力压力中心更远离前缘，但不是所有三个中心。

在优选的实施方式中，系绳可以包括一系列叶片或风板从而从水平或近水平风向系绳提供升力。系绳也可以包括翅片，可以向该翅片提供动力以提供主动控制。

任选地或另外地，系绳可以包括沿导管的长度定位的多个旗标。已经发现这些旗标防止非圆形横截面系绳的飘动。

如上该，有如此多可用的动力，用于提高以前无法提供的信息服务的性能的选择变得可能。

例如，在优选的实施方式中，该器具包括回转装置和/或重力稳定装置。这样器具可以起作用以保持在大气中的固定海拔高度。这能够指引从该器具通过大气的传送，并且至地球表面的传送。没有这样的稳定装置，该器具的移动会使定向传送很困难。

增加的动力使得大功率的远程通信信号能够传送到地球。这可以提供数个优势。例如，信号变得能够穿透建筑物或进入地下设施中。另一益处是陆基器具可以能够使用较小的天线运转，较小的天线更为便利并且能够便携。

因此，该平台典型地包括信息服务器具。例如，该器具可以包括电磁发送器和/或接收机用于将远程通信服务传送到地球的表面。

在优选的实施方式中，系绳也包括从大体地平面场所至升高的场所的光纤电缆，以向升高的场所处的发送器/接收机传输高比特率和从其接收高比特率。从大体地平面场所，光纤可以通过光纤与通信的陆基中心连接。在大体地平面场所为船只的情况下，则需要配置能够从海底大陆传送到航标的光纤，航标通过光纤或其他装置连接到船只。与船只的来回通信则可以通过光纤经由海底光纤电缆传输。

在优选的实施方式中，该器具采用光载波无线通信(Radio-over-fibre)技术。

因此，在另一个方面，本发明涉及一种用于在高空处提供信息服务的器具，该器具包括平台、系绳，该平台包括在升高的场所处的信息服务器具，该平台拴在大体地平面场所上，该系绳包括连接该信息服务器具与该大体地平面场所附近的基站的光纤电缆，其中该基站包括通过无线电信号调制光的装置，该信息服务器具包括光电转换装置和至少一根天线，该配置可操作用于将被调制的光沿该光纤电缆传输到该信息服务器具，在该信息服务器具处该信号被转换成电子形式并通过天线发射。

典型地，该无线电信号将是无线信号，例如，具有几GHz频率。

光载波无线通信是特别有利的，因为在向平台的传输中信号衰减非常小，并且大部分信息处理器具可以位于基站处，由此减小了平台的重量。另外一个优势是在不改变高空处的器具的情况下开发服务类型的可能性。

因此，调制和切换功能典型地可以在基站处进行。其他功能诸如频率上转换和多路传输也可以在基站处实施。因此一些信息服务器具仅需要在平台处具有光电子和放大功能。

也已经发现对于许多应用在高空处任何器具的平移运动比旋转运动产生的问题少得多。对于远距离的通信，即使定向传输的方向上小的变化将导致向地球的传输或从地球的接收明显脱靶。然而，如果该方向被固定或特别地角速度被最小化，则平移运动仅导致距靶标相对小的偏离。因此，已经发现由于风引起的平移运动可以比旋转运动更容易被容忍。

因此，在另一个方面，本发明涉及一种用于在高空处提供信息服务的器具，该器具包括平台，该平台包括在升高的场所处的信息服务器具，该平台拴在大体地平面场所上，其中该平台容纳在护罩内，但它并不与其刚性连接。典型地，该平台通过轴承布置与该系绳连接，该轴承布置允许相对于该系绳自由转动。

已经发现通过位于护罩内平台可被保护免受疾风损坏。此外，因为平台与护罩或系绳未刚性连接，护罩或系绳所发生的任何旋转运动不会传递到平台。因此护罩防护平台免受风的损坏并且提供一定体积的静态空气或气体，而平台安装在该体积的静态空气或气体内。因此，尽管护罩的平移运动可能被传递，但几乎没有旋转运动被传递，并且显著地改善了定向信息服务。

在优选的实施方式中，该护罩是气球并且平台可以通过系绳而悬浮但在所有平面中相对于细绳自由旋转。例如，该护罩可以是悬浮在为平台提供升力的较大气球或飞船下方的气球。

此外，如果护罩与如上该的回转装置和/或重力稳定装置组合，则护罩的益处进一步和显著地增强。在此实施方式中，可以获得非常稳定的姿势，提供显著增强的定向信息服务。

此外，如果其与上面讨论的本发明的燃料流体方面组合，则更是所期望的。

根据本发明的系绳和平台也可能易遭受雷击。这种雷击可非常危险，特别是如果燃料流体在通过系绳中的管道时。因此，优选管道是不导电的。例如，这可以通过如下实现：通过确保系绳的任何金属部件每隔一段例如，每几米就被中断，从而切断电路。可选地该管道可以基本上不含导电元件。

在管道优选地不导电的同时，系绳本身可以也是不导电的，或可选地可以包括将大体地平面场所与平台电连接的避雷针。因此，任何雷击将被该避雷针带走并且不影响不导电的管道。

在另一个方面，本发明涉及一种用于在高空处提供信息服务的器具，该器具包括平台，该平台包括在升高的场所处的信息服务器具，该平台拴在大体地平面场所上，其中该系绳包括至少两根电力电缆，该电力电缆可操作地将电力从地平面场所传输到平台。

在此实施方式中，不可能确保系绳是不导电的。因此，优选系绳也包括避雷针，该避雷针将大体地平面场所与平台电连接。在一个实施方式中，避雷针可以是非绝缘形式的电力电缆中的一根。因此，尽管可能不能防止雷击，但通过在系绳中提供导电通路可以将其影响极大地最小化。

例如，避雷针可以包括铝条或其他导电材料，优选地具有100-400mm²横截面积的横截面。

也优选一根或多根电缆是绝缘的。已经发现3.3kV至330kV的高压电缆是合适的。

也已经发现存在这样的危险：水可以在系绳的外侧上形成导电通路。因此，如果其是不导电的，然而水可以提供导电通路，因而雷击的问题仍然是个问题。

因此，在另一个方面，本发明涉及一种用于提供高空服务的器具，该器具包括升高的场所处的平台，该平台拴在大体地平面场所上，其中该系绳涂覆疏水性材料。

因此，如果在系绳的表面上形成任何液体，则其通常将不会形成连续通路，因此防止了形成电通路的可能性。另外，通过防止在系绳上形成冰可以避免其他潜在的有问题的情况，特别是在非圆形系绳的情况下冰的形成可能促进空气动力学不稳定性。

也优选，如果系绳包括可移动运输工具，该移动工具可操作地检查系绳的损坏，可能地进行小修理并且提供除冰能力。

因为这样的高空平台通常位于人群区域附近，也必需考虑飞行器安全性和规章。一种这样的安全性考虑是要求系绳包含大量的发光体，其可以连续或间歇地运行，以便警示飞机飞行员注意系绳的存在。

然而，沿系绳的长度提供发光体和提供充足的电力可能涉及重量显著增加，而这通常要被避免。因此，可以提供此类照明而不额外显著增加重量的系统将是非常合乎需要的。

因此，在另一个方面，本发明涉及一种用于提供高空服务的器具，该器具包括升高的场所处的平台，该平台拴在大体地平面场所上，其中该系绳包括连接大体地平面场所与平台的光纤电缆，该光纤电缆包括沿该光纤电缆的长度间隔排列的多个耦合器，每个耦合器适于将该光纤电缆中的一部分光转向，并且将其引向各个发光装置。

典型地该发光装置包括准直器，并且可包括，例如一个或多个透镜，一些反光镜或衍射光栅(常规的或全息的)。

沿光纤电缆传输的光优选是间歇的，以便在各个发光装置处提供闪光效应。

在优选的实施方式中，该发光装置均匀地间隔开。发光装置之间的间隔可以为50至200m。

因此，这样的系绳可以包括20至200个这样的发光装置。因此，被每个耦合器转向的光量优选地在该点处光纤中光的0.5-5.0％的范围内。

在此实施方式中的光纤典型地是用于传送光信号的不同的光纤，该光信号用于根据本发明的其他方面的信息服务器具。

这种配置是轻质的、紧凑的，可以表现出很少的额外风阻并且不需要任何局部电力要求，因此简化了需要的器具。

关于高空平台本文所公开的任何特征可以与任何其他特征组合以提供根据本发明的各种实施方式。

现在将通过举例的方式，并参考下列的附图说明高空平台发明，其中：

图8是根据本发明的器具的图示。

图9是通过根据本发明的器具所使用的系绳的横截面的平面剖视图。

图10是通过根据本发明的器具所使用的另一种系绳的横截面的平面剖视图。

图11是通过根据本发明的器具所使用的另一种系绳的截面的立体图。

图12是通过根据本发明的器具所使用的另一种系绳的截面的立体图。

图13是通过根据本发明的器具所使用的另一种系绳的截面的立体图。

图14是通过根据本发明的器具所使用的另一种系绳的截面的立体图。

图15是通过根据本发明的器具所使用的另一种系绳的截面的立体图。

图16是根据本发明的器具的元件的图示。

图17是通过根据本发明的系绳的横截面的剖视图。

图18是根据本发明的另一个器具的图示。

图19是根据本发明的系绳所使用的发光装置的图示。

转到附图，图8显示了根据本发明的器具，该器具包括由气球3和系绳2支撑的高空平台4。系绳与位于海平面处作为地平面场所的船只1连接。

平台4包括燃料电池形式的发电机，尽管其可以是燃气发动机，喷气发动机或柴油机等。

平台4也包括多个信息服务器具，诸如内部天线、用于无线互联网的多个网络、供应1至20km直径信元的700个喇叭形天线、电视发送器、GPS发送器、飞行器警告系统，例如，雷达反射器和闪光灯。

系绳2包括外径为15mm和内径为12mm的由复合材料制成的带有PTFE衬层的Kevlar^TM管。该管由4个额外的直径为15mm的Kevlar^TM线缆增强，从而为系绳提供非圆形的横截面。

气球3具有600,000立方米容量，为椭圆体形状，横向直径为158m，垂直高度为46m，并且充满了氦气以支撑重量为8公吨的平台4。

船只1包括氢储库，和任选地制氢站，并且可以通过两个高压压气机(未显示)将氢加压至350bar的压力，使得其可以从系绳向上流动到达平台4。一旦氢到达平台处，其传送至燃料电池，于是在高空处产生电能。产生的电能典型地为100至10,000kW，例如1000kW，并且超过足以提供信息服务器具所使用的高强度信号的电能。

图9显示了通过图8中使用的系绳2的一部分的横截面。系绳2包括管道6，管道6携带燃料流体，例如氢。其通过复合材料制成的壁8加固。

也提供了4根加固线缆10，这些加固线缆不携带燃料流体但为系绳提供强度。也提供了尾部12和通过环或动臂机构16与尾部12连接的翅片部14。系绳被外皮18包绕以维持系绳2的完整性。横截面的细长性质有助于减小疾侧风引起的水平拖拽。动臂机构16可操作地提供主动控制以防止不利的系绳移动。

图10显示用于本发明的另一种系绳20的一部分的横截面。系绳20包括燃料管线22，该燃料管线22包埋在非圆形复合材料24中。也提供了翅片26，其通过环或动臂机构28与系绳20连接。动臂机构28可操作地提供主动控制以防止不利的系绳移动。

图11显示用于本发明的另一种系绳30的一部分的视图。显示了携带燃料流体的中央管道32，其每侧被两根加固线缆34包绕。

也提供了叶片36，其作用是当疾侧风流过系绳时为系绳提供升力。这有助于防止平台被吹走。

图12显示用于本发明的另一种系绳40的一部分的视图。显示了携带燃料流体的中央管道42，其每侧被两根加固线缆44包绕。

也提供了叶片46，其通过连接件48和弹簧50与加固线缆44连接。在使用中，当强侧风流过系绳时叶片46为系绳40提供升力。

图13显示缠绕在系绳上的提升叶片的另一种形式。叶片52的直径可以为0.2至10mm，但典型地为约1mm，垂向间隔为4mm。沿系绳长度的绕组可以是连续的或不连续的。优选该绕组存在于7000m至13000m的海拔高度。

图14显示另一种构造方式，叶片55与系绳线缆交错。

图15显示用于本发明的另一种系绳58的一部分的视图。该系绳包括旗标57，该旗标57通过线圈59和旗标中的孔洞60与系绳连接。该旗标可以可选地是简单的金属丝以防止系绳的非圆形横截面在疾风中的飘动。

图16更详细显示燃料管理系统和图1中显示的平台。显示的是地平面场所处的卷轴64内的氢增压系统、管道65和平台79。

卷轴64内的增压系统包括低压滑动密封62，氢通过该滑动密封62通到压缩机63，然后氢经系绳中的管道65向上流动。

一旦处于平台79处，管道进入具有排放阀66的上卷轴68。在另一个实施方式中，可以省略卷轴68。然后氢经过滑动密封67流入由阳极69、膜70和阴极71组成的燃料电池中。大气73在压缩机74中压缩，通过除湿器75，然后进入阴极71。水经出口72排出。

来自燃料电池的动力驱动电动机78，其接着驱动压缩机74。其他动力的使用是供应发送器77的有效载荷电子器件76以及任何平台稳定器(未显示)。

图17显示通过根据本发明的系绳的截面。该系绳包括外皮84，其包含两条光纤电缆束86和两个管道或线缆88。横截面是非圆形的和细长的，纵横比为约4。在使用中，空气从左侧流向右侧，限定前缘90和后缘91。也限定了弦长92和弦宽93。在90和91处，有提供外部光源的小光纤。

横截面在前缘处填充芳族聚酰胺94，并且剩余部分填充低密度泡沫95。通过系绳的横截面的元件的相对密度设置成使得沿线96提供质量中心，并且靠近弦线对称。

当空气从前缘向后缘流动时，空气动力压力中心位于线97上。因为质量中心96比空气动力压力中心97更靠近前缘90，显示的配置是稳定的。因此，该系绳的设计向流动的空气展示其最小面积，并且因此经受最小化的风阻。

图18显示根据本发明的器具100，该器具100包括气球或飞船102，其通过系绳106与基站(未显示)连接。该系绳包括光纤电缆108，其从间歇的光源104延伸至气球或飞船102。

多个发光体110，112沿光纤108间隔排列，发光体114围绕气球或飞船102。如更详细地显示，光纤电缆108进入耦合器116，其使光纤中的一部分光转向至发光体110和112。大部分光保留在光纤中，并且行进到下一对发光体，在此进行相同的过程。在气球或飞船102处，其余的光同等地转向至发光体114。

因此，安全信号灯以轻质的、紧凑的和低风阻形式提供。图19详细地显示了耦合器116提供发光的操作。来自光电缆108的光进入耦合器116，于是一部分光108a发生转向，并且引向光栅118。大部分光通过耦合器116，不发生转向。被转向的光离开光栅118，并被引向至反射锥120，反射锥120以大角度反射光从而提供发光装置。可以容易地想到分配被转向的光以提供发光装置的其他方法。

Claims

1.一种用于将固体颗粒运输和分散至地球的平流层中的器具，该器具包括将一个大体地平面场所与一个升高的场所连接的管道、一个颗粒运输装置、以及与一个散布装置连接的一个解聚装置，其中该解聚装置和散布装置是位于该升高的场所处。

2.根据权利要求1所述的器具，其中该管道包含的颗粒具有大于1.40的折射率。

3.一种将折射率大于1.40的固体颗粒运输到地球的平流层中的方法，该方法包括将这些颗粒经由一个管道从一个大体地平面场所运输到一个升高的场所并且将这些颗粒分散到大气中。

4.根据权利要求3所述的方法，其中这些颗粒在被分散到该平流层中之前在该平流层场所处被解聚。

5.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中该升高的场所处的海拔高度为至少5,000m，优选至少10,000m，并且更优选地处于该平流层中。

6.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中经由该管道运输的这些颗粒是在一种载体流体中。

7.根据权利要求6所述的发明，其中该颗粒运输装置包括一个载体流体加压装置。

8.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中经由该管道运输的这些颗粒具有的折射率超过2.0，更优选大于2.3。

9.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中经由该管道运输的这些颗粒是二氧化钛颗粒、氯化钠颗粒、硅颗粒或它们的混合物。

10.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中基本上所有的经由该管道运输的颗粒都是亚微米颗粒。

11.根据权利要求9所述的发明，其中经由该管道运输的这些颗粒具有的平均粒度是在0.01至1.0μm范围内，更优选在0.02至0.5μm范围内。

12.根据权利要求10或权利要求11所述的发明，其中这些颗粒具有一种双峰粒度分布，具有的峰值对应地在可见波长和紫外波长处。

13.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中这些颗粒是用一种或多种材料涂覆的。

14.根据权利要求13所述的发明，其中该涂覆材料是疏水性的。

15.根据权利要求14所述的发明，其中该涂覆材料包括的材料选自以下各项：硫酸盐类、磷酸盐类、硅烷类、硅氧烷类、以及它们的混合物。

16.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中这些颗粒是通过干燥或化学反应或其组合来制备的，以便通过移除充分吸收的水、羟基或极性分子，使其具有的太阳辐射吸收与由相等重量的与这些颗粒具有相同粒度分布的水在约2微米的波长处产生的太阳辐射吸收相比至少要低出90％。

17.根据权利要求6至16中任何一项所述的发明，其中这些颗粒按体积计以5％至50％的浓度存在。

18.根据权利要求6至17中任何一项所述的发明，其中在该管道的入口处该载体流体具有的温度为-80℃至15℃，优选-60℃至100℃。

19.根据权利要求6至18中任何一项所述的发明，其中在该管道的入口处该载体流体具有的压力为大于100MPa，优选大于200MPa，更优选大于400MPa，最优选大于600MPa。

20.根据权利要求18和权利要求19所述的发明，其中该载体流体是一种超临界流体。

21.根据权利要求6至20中任何一项所述的发明，其中在该管道中的平均流速为1-20m/s。

22.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中该管道为至少5000m，优选至少10,000m，更优选10,000至25,000m长，以便能够使其到达该升高的场所。

23.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中该管道具有的内径为1.0-30cm，更优选2.0至10.0cm。

24.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中该管道的内壁用一种材料进行了涂覆以减少磨损。

25.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中该管道包含增强的细长纤维材料，该纤维材料以与该管道的中心轴成角度地进行缠绕或供应，其中该缠绕或供应角度在该管道的一端处大于另一端处。

26.根据权利要求25所述的发明，其中具有较大缠绕或供应角度的一端是在该大体地平面场所处。

27.根据权利要求25或26所述的发明，其中缠绕或供应角度的变化是渐变的或以多个步进变化发生的。

28.根据权利要求25至27中任何一项所述的发明，其中该较大的缠绕或供应角度是与平行该管道的轴的线成30至80°，并且该较小缠绕角度是与平行该管道的轴的线小于30°。

29.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中该散布装置参与将这些颗粒运输至高速气流中。

30.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中沿该管道提供了电力和/或燃料管线。

31.根据权利要求6至30中任何一项所述的发明，其中燃料气体诸如氢和甲烷被包含在用于这些颗粒的该载体流体中。

32.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，包括在该升高的场所处的一个降下设施，诸如一个涡轮机。

33.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中颗粒通过该管道的输送量为至少500公吨/12小时，优选至少1000公吨，更优选至少2000公吨，还更优选至少4000公吨，最优选至少10,000公吨/12小时。

34.根据以上权利要求中除权利要求3以外的任何一项所述的发明，其中该解聚装置包括一个粉碎机、一个文氏管喷嘴、或其组合。

35.根据以上权利要求中除权利要求3以外的任何一项所述的发明，其中该散布装置与该解聚装置是紧密连接的。

36.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，该发明包括与该管道连接的一个气球、飞船或飞艇。

37.根据权利要求36所述的发明，其中该飞船能够提供的提升力为至少15公吨，更优选至少100公吨，并且最优选至少200公吨。

38.根据权利要求36或37所述的发明，其中该气球或飞船能够改变其海拔高度从而改变该导管的有效长度。

39.根据权利要求38所述的发明，其中该气球或飞船包括用于该管道在上面卷绕的一个卷轴。

40.根据以上权利要求中任何一项所述的发明，其中该管道的基部与一条船相连接。

41.根据权利要求36至40中任何一项所述的发明，其中该气球或飞船处于该平流层中，但该升高的场所是在该平流层下方。

42.一种位于升高的场所处的固体颗粒的云状物，其中该云状物在至少一千平方公里的区域内包含至少1,000吨，优选至少5,000吨，更优选至少10,000吨的固体颗粒。

43.如权利要求42所述的云状物，它处于至少5,000m，优选至少10,000m的海拔高度，更优选位于平流层中。

44.根据权利要求42或43所述的云状物，它扩散的区域范围为至少3,000平方公里，优选至少30,000平方公里，更优选50,000至300,000平方公里。

45.根据权利要求42至44中任何一项所述的云状物，其中这些固体颗粒具有的折射率超过1.40，优选大于2.0，更优选大于2.3。

46.根据权利要求42至45中任何一项所述的云状物，其中基本上所有的固体颗粒都是二氧化钛、氯化钠、硅、或它们的混合物。

47.根据权利要求42至46中任何一项所述的云状物，其中基本上所有的固体颗粒都是亚微米颗粒。

48.根据权利要求47所述的云状物，其中这些固体颗粒具有的平均粒度是在0.01至1.0μm范围内，更优选在0.04至0.5μm范围内。

49.根据权利要求47或48所述的云状物，其中这些颗粒具有一种双峰的粒度分布，具有的峰值分别在可见波长和紫外波长处。

50.根据权利要求42至49中任何一项所述的云状物，其中这些颗粒是用一种或多种材料来涂覆的。

51.根据权利要求50所述的云状物，其中该涂覆材料是疏水性的。

52.根据权利要求51所述的云状物，其中该涂覆材料包括的材料是选自：硫酸盐类、磷酸盐类、硅烷类、硅氧烷类、以及它们的混合物。

53.一种安装连接大体地平面场所与升高的场所的管道的方法，该方法包括将该管道的一端固定至该大体地平面场所并将该管道卷绕在与一个气球或飞船连接的一个卷轴上，然后升高该飞船的海拔高度从而解开该管道直至该管道到达该升高的场所。

54.一种位于平流层场所处的飞行器，该飞行器包括一个亚微米固体颗粒源、一个解聚装置和一个散布装置。

55.一种影响太阳辐射的全球平均入射水平的方法，该方法包括在12个月的时期内向地球的平流层中释放至少100,000公吨，优选至少200,000公吨，更优选至少500,000公吨的亚微米固体颗粒。