CN111017183A

CN111017183A - 一种筒式系留气球及其用途

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Publication number: CN111017183A
Application number: CN201810256779.1A
Authority: CN
Inventors: 李志强; 万隆; 娄剑永; 吕赛军; 用雪原; 刘玲
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2018-03-27
Filing date: 2018-03-27
Publication date: 2020-04-17

Abstract

一种筒式系留气球及其应用，包括筒式系留气球、系留绳和固定端，所述筒式留气球由多个单体环状气球相互堆叠拼接组成，形成内壁气密、两端贯通的筒状体通风管道；系留绳的一端固定在筒式气球的底端，另一端固定在固定端。该发明还公开了同时系留气球在治理低空雾霾及城市温室效应/降水/水资源调配/高空云团形成/风力发电机中的应用。

Description

一种筒式系留气球及其用途

技术领域

本发明涉及系留气球技术领域，特别涉及一种筒式系留气球及其应用。

背景技术

系留气球是使用缆绳将其固定在地面绞车上并可控制其在大气中飘浮高度的气球，其制作材料、技术为公共熟知。

太阳热辐射导致大气垂向气流运动。而当空域中出现逆温层时，受相对稳定的逆温层阻隔，逆温层下部大气向上的气流运动将受限，导致雾霾、梅雨、温室效应等区域性气候问题。

2017年，有媒体披露，我国成都采用在逆温层顶部播撒干冰的方法，破坏逆温层的垂向气流稳定性，对该城市雾霾治理起到了有效作用。

2017年7月李俊峰提出“可悬浮螺纹环形抽风管(CN201610055916)”发明并申请公开。该申请发明所涉及的漂浮在空中的“塑料薄膜螺纹环形抽风管”，受塑料薄膜材料强度、弹性模量限制，其气囊充气压力水平有限，导致整体刚度不足，在大气水平气流作用下难以维持整体稳定，亦难以抵御空中意外荷载(如大颗粒风沙侵蚀、鸟类意外啄食等)，其螺纹环形一体结构更易产生漂浮体整体气密性消失而坠毁。因此，该发明在其特指的雾霾治理领域，技术上不具备可实施性。

发明内容

为克服现有技术中存在的问题，本发明提供了一种筒式系留气球及其应用。依据“烟囱效应”，将筒式系留气球升入空中，触发或强化局部大气垂向对流，进而达到消散雾霾、降低城市温室效应、局域暖湿气团迁移、空中造云遏制全球变暖、风力发电等多种目的。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：该种筒式系留气球，其特征在于，包括筒式系留气球、系留绳和固定端(系留基础)，所述筒式系留气球由多个单体环状气球相互堆叠拼接组成，形成内壁气密、两端贯通的筒状体通风管道；系留绳的一端固定在筒式气球的底端，另一端固定在固定端(系留基础)。

进一步地，所述筒式气球从下到上筒径逐渐变小。

进一步地，所述单体环状气球通过其上、下裙边相互拼接固定。

进一步地，所述单体环状气球内充氢气或氦气。

进一步地，所述系留绳设置一条或多条，系留绳长度可调。

进一步地，筒式系留气球内壁安装有探测气体气压、密度、温度的传感器。

进一步地，单体环状气球的直径为d，筒式系留气球的筒径为D、高度为H，筒式系留气球底端衔接固定直径大于D、上表面涂有太阳能吸热涂层的伞状体，所述伞状体由骨架和伞面构成，所述骨架包括若干径向弧状骨架气球和边檐环状骨架气球，伞面为与气球同材质的、经吸热涂层处理的薄膜材料；所述的骨架气球独立充填氢气或氦气。

进一步地，所述筒式系留气球的底端设有风力发电机。

进一步地，固定端设置在地面或车或船上。

一种筒式系留气球在治理低空雾霾及城市温室效应/降水/水资源调配/高空云团形成/风力发电机中的应用。

综上，本发明的上述技术方案的有益效果如下：

当筒式系留气球悬浮于空中，利用固定于系留基础上、可调长度的系留绳，根据筒式气球内壁预置的气体气压、密度、温度传感器的数据调整筒式气球在空中的姿态，触发该装置产生烟囱效应，实现强化垂向空气对流的效果。由于底部空气上升、形成负压、向顶部抽排、向高空疏散，从而形成低空大气垂向对流通道，进而增强区域大气的水平流动。

通过此装置可以达到以下效果：

(1)破坏低空大气逆温层的稳定，促使低空大气产生垂向对流，改善低空大气条件，对治理低空雾霾及城市温室效应有直接效益。

(2)强化水面蒸发，借助自然风力定向迁移水汽，调节目标区大气湿度，当目标区湿度达到降水临界条件时可形成降水。

(3)该装置可以阵列式组合应用，借助自然风力定向迁移水汽，将富含水汽的空气迁移至缺水区域，对水资源的调配具有重大意义。

(4)可采用更多数量的该装置经阵列式组合，应用于海域促使海洋表面蒸发，进而形成高空云团，阻隔太阳辐射，遏制地球变暖。

(5)筒式系留气球底部可安装风力发电机发电。

附图说明

图1为伯努利方程在该发明中的应用原理图；

图2筒式系留气球结构示意图；

图3为筒式系留气球结构剖面示意图；

图4带有伞状体的筒式系留气球结构示意图；

图5带有风力发电机和伞状体的筒式系留气球结构示意图；

图6单体环状气球结构剖面示意图

图7为本发明原理示意图；

图8为本发明用于改善降水条件效果示意图1；

图9为本发明用于改善降水条件效果示意图2；

图10为本发明用于造云效果示意图。

图中：

1筒式系留气球、2单体环状气球、3系留绳、4固定端、5裙边、6径向弧状骨架气球、7边檐环状骨架气球、8伞面、9风力发电机。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的特征和原理进行详细说明，所举实施例仅用于解释本发明，并非以此限定本发明的保护范围。

本发明在制作技术、制作材料均十分成熟的系留气球基础上，将多个环状气球气密叠合成筒式系留气球。依据“烟囱效应”，将筒式系留气球升入空中，触发或强化局部大气垂向对流，进而达到消散雾霾、降低城市温室效应、局域暖湿气团迁移、空中造云遏制全球变暖、风力发电等多种目的。

伯努利方程表达了烟囱内气体静压强、势能及动能平衡关系。大气逆温层现象即是这种平衡的宏观表现。烟囱内气体流态与烟囱底、顶部附加能量差相关。一般情况下，受太阳辐射影响，近地表太阳辐射能吸附强度高于远地表，造成烟囱底、顶部能量差，导致烟囱内气流发生向上流动。类似的，烟囱底部气体经加热后，亦导致顶、底部能量差，使得烟气排向高空。而高空气流流速一般高于低空气流流速，使得烟囱顶部出口气流流速增加，进一步强化烟囱内气体对流效果。

基于能量差的互异，烟囱内气体流态可发生逆转。如图1所示，

P₁、ρ₁、Z₁、V₁分别为烟囱底部气压强、气体密度、位置高程、气流流速P₂、ρ₂、Z₂、V₂分别为烟囱顶部气压强、气体密度、位置高程、气流流速g为重力加速度

如图2、图3，筒式留气球1由多个单体环状气球2通过其上下裙边相互拼接，形成内壁气密、两端贯通的筒状体通风管道。筒式气球从下到上筒径可逐渐变化。筒式系留气球的直径D、高度H依据流体力学、大气物理学、空气动力学确定。筒式系留气球底端通过长度为L的系留绳3与固定端4即系留基础连接。视使用目的不同，系留绳可单条或多条。视使用方式、环境不同，系留基础可以为陆基固定式或车载或船载移动式。

如图6所示，单体环状气球独立充填氢气或氦气，其气密体直径d应满足气球本体及附加载荷升空、漂浮要求。制作材料及充气压力水平应满足刚度、强度要求。其上、下部留有与其它单体环状气球相互衔接的结合裙边5。

在筒式系留气球内壁安装探测气体气压、密度、温度传感器，并根据传感器反馈数据及使用目的，通过系留绳调整筒式气球姿态。

如图4和图5所示，筒式气球底端可衔接直径远大于D、上表面涂有太阳能吸热涂层的伞状体，用以提高筒式气球底部局域大气温度，进一步强化空气垂向对流。所述伞状体由骨架和伞面8构成，所述骨架包括若干径向弧状骨架气球6和边檐环状骨架气球7，伞面为与气球同材质的、经吸热涂层处理的薄膜材料；所述的骨架气球独立充填氢气或氦气。其气密体直径d应满足气球本体及附加载荷升空、漂浮要求；制作材料及充气压力水平应满足刚度、强度要求。

所述的筒式系留气球整体可采用常规技术、材料通过专业厂家定制。

使用时将氢气(或氦气)逐一充入各个单体环状气球形成筒式气球整体(可附加伞状体)，通过自身产生的浮力以及系留绳悬浮在空中。依据筒式气球内壁预置的气体气压、密度、温度等传感器数据，调整气球至适宜姿态以触发烟囱效应，进而将筒式气球底部的气体抽吸至顶部扩散，或将高空清新大气吸至底部扩散。通过该装置的合理调控，可实现对低空大气运动进行人工干预，进而达到如下效果：

(1)破坏低空大气逆温层的稳定，促使低空大气产生垂向对流，改善低空大气条件，可有效治理大气雾霾及城市温室效应；

(2)强化水面蒸发，定向调节大气湿度，当湿度达到降水临界条件时可形成降水，改善区域降水条件。例如在旱灾频发的近海区域，将海域富含水汽的低空大气迁移(如图8)，提高目标区大气湿度，必要时可人工干预形成降水；

(3)可采用一定数量的该装置以阵列式组合方式应用，借助区域大气自然风力，将富含水汽的空气定向输送至缺水区域，包括使该富含水汽的空气抬升并跨越阻碍水汽水平运动的山脉，将水汽迁入需水目标区(如图9)。对水资源的调配具有重大意义。

(4)太阳辐射影响地球温度，低空云朵能有效反射阳光。网载，为应对全球变暖，美国国家大气研究中心的约翰·拉特哈姆和爱丁堡大学工程师斯蒂芬·萨尔特计划大规模造云。该计划拟在未来25年内，由1900艘"造云船"组成的团队驶向大洋深海，利用海水制造云层，为越来越热的地球降温。目前，丹麦哥本哈根共识中心开始资助这一项目，英国皇家学会也将宣布"造云船"计划是前景最广阔的创意之一。

与"造云船"类似的，可采用更多数量的筒式系留气球以阵列式组合方式应用于海洋，促使海洋水面蒸发，进而形成空中云团，阻隔太阳辐射，遏制地球变暖(图10)。与"造云船"相比较，本设计结构简单，成本较低。

(5)筒式系留气球底部安装风力发电机9发电，获得廉价绿色能源。

通过筒式系留气球的上述应用，不仅可有效治理大气雾霾，同时针对城市温室效应、水资源的空间分配、地球变暖等问题以及获得绿色能源具有重大意义。

上述实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行的描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域相关技术人员对本发明的各种变形和改进，均应扩入本发明权利要求书所确定的保护范围内。

Claims

1.一种筒式系留气球，其特征在于，包括筒式系留气球、系留绳和固定端，所述筒式系留气球由多个单体环状气球相互堆叠拼接组成，形成内壁气密、两端贯通的筒状体通风管道；系留绳的一端固定在筒式气球的底端，另一端固定在固定端；固定端设置在地面或车或船上；所述系留绳设置一条或多条，系留绳长度可调；

所述筒式气球从下到上筒径逐渐变小；所述单体环状气球通过其上、下裙边相互拼接固定。

2.根据权利要求1所述的一种筒式系留气球，其特征在于，所述单体环状气球内充氢气或氦气。

3.根据权利要求1所述的一种筒式系留气球，其特征在于，筒式系留气球内壁安装有探测气体气压、密度、温度的传感器。

4.根据权利要求1所述的一种筒式系留气球，其特征在于，单体环状气球的直径为d，筒式系留气球的筒径为D、高度为H，筒式留气球底端衔接固定直径大于D、上表面涂有太阳能吸热涂层的伞状体，所述伞状体由骨架和伞面构成，所述骨架包括若干径向弧状骨架气球和边檐环状骨架气球，伞面为与气球同材质的、经吸热涂层处理的薄膜材料；所述的骨架气球独立充填氢气或氦气。

5.根据权利要求1或5所述的一种筒式系留气球，其特征在于，所述筒式留气球的底端设有风力发电机。

6.一种筒式系留气球在治理低空雾霾及城市温室效应/降水/水资源调配/高空云团形成/风力发电机中的应用。