CN1651759A

CN1651759A - 利用大气对流层冷空气下降流发电的方法及其装置

Info

Publication number: CN1651759A
Application number: CN 200410002689
Authority: CN
Inventors: 梁和平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-02-03
Filing date: 2004-02-03
Publication date: 2005-08-10

Abstract

本发明公开了一种利用大气对流层内冷空气下降流发电的方法及其装置，沿垂直高度1000m以上、坡度大于45°的陡峭山体铺设一条或多条5～8m内径的隔热内螺旋降气管道，每条管道顶端与一漏斗状聚气池相连通，如此将山体高处大气对流层内的冷空气引流而下至山脚，利用冷空气重力加速度的动力冲击管道低端的发电机叶轮旋转发电。本发明在于开发蕴藏于大气对流层内冷空气下降流的巨大能量，这是一种取之不尽、用之不竭的绿色能源，是一种无空气污染、无环境破坏、投资少见效快、安全可靠的发电方法及其装置。

Description

利用大气对流层冷空气下降流发电的方法及其装置

技术领域：

本发明涉及一种利用地球大气对流层内冷空气下降流所产生的动力来发电的原理、方法及其装置，尤其是利用本装置高端之漏斗状聚气池及与之连通的隔热内螺旋降气管道产生的冷空气下降高速气流，推动叶轮发电机组发电，属于绿色能源领域。

背景技术：

目前，世界能源处于短缺状态，人类正在大量消耗煤炭、石油、天然气以及核原料等有限的地球资源而获取能量，而且这些物质在转化成能源的同时不可避免地造成人类生存环境的污染与破坏，这是我们不愿意看到和接受的后果。当今的水力发电是比较理想的绿色能源，但是由于地理条件的限制和投资的耗费，远不能满足人类对绿色能源的需求。现在，不少人在探索、开发诸如太阳能、风能、潮汐能、生物能等，但其规模和应用还很有限。对于地球表面大气中的能量，也有人正在探索与开发，如应用地面热空气上升的动力以驱动叶轮机发电等，但同样未能形成实用性规模。近年，有科学家根据“热空气上升，冷空气下降”的原理，设计了一种巨大的筒状物，并让它漂浮在海洋上空，然后用人工方式引导气流在筒内上升、下降，从而驱动涡轮机进行风力发电，这可以说是想到了利用冷空气下降的原理，但是这种方法与装置离实际应用还相差甚远，还不现实。其实，地球表面的大气对流层中蕴藏着人类取之不尽、用之不竭的巨大能源。自1901年法国科学家泰斯朗.德.博尔发现大气对流层以来100多年的时间里，人类对于对流层的研究主要局限于气象、气候领域，对于对流层因地心引力与大气两者相互作用而产生的巨大动能，人们似乎熟视无睹。对流层是指地球表面热空气上升、冷空气下降的大气层的垂直高度而言，根据地球纬度的不同，地球大气对流层的高度从8000m到18000m不等，平均高度约10000m。对流层空气运动的特点是：近地面的空气因受地热辐射与传导的作用而膨胀，密度减小，相对重量减轻，所以处于升浮趋势；对流层上部的空气因温度降低，密度加大，相对重量增加，在地心引力的作用下处于下降趋势。在一定范围内，一旦条件具备，冷热空气即形成上下对流。特别是冷空气在地心引力作用下，伴随重力加速度迅速下降的过程，必然会释放可观的能量，这是获取绿色能源的不竭源泉。对流层冷空气下降流所储备能源的实际开发与有效利用，至今尚未见国内外有报道。

发明目的：

本发明的目的，是提供一种利用地球大气对流层中冷空气因地心引力下降所产生的动力以发电的原理、方法及其装置。通过装置高端的漏斗状聚气池及与之相连通的隔热内螺旋降气管道，将对流层上部的冷空气引流而下，以冲击内螺旋降气管道末端的叶轮发电机组发电，从而逐渐取代现有各种污染性能源，以满足人类对于绿色能源的需求。

发明内容：

为实现上述目的，本发明选择沿垂直高度1000m以上的陡峭山体搭建一条或数条(根据需要及条件而定)隔热内螺旋降气管道，并在隔热内螺旋降气管道顶端建造与之相连通的漏斗状聚气池，该聚气池类似于水塔顶部的储水池，用以储备冷空气。隔热内螺旋降气管道下端，安装叶轮及其发电机组。下降的冷空气流冲击发电机叶轮旋转后，即行出口，在出口处设置一锥形散气罩，借助冷空气流下降的动力，锥形散气罩将冷空气流向四周辐射并与周围空气混合达到热平衡，以保持地面端管道内、外空气的温差而使冷空气得以连续下降。

本发明的原理、方法及装置如下：地球表面，有许多山体的海拔高度是在1000～5000m，属于对流层的中下部分，在该层内，空气温度随海拔增加而降低，平均每升高100m温度降低约0.65℃，且在此范围内，气压变化相对较小。若在陡峭的山体(坡度大于45°，小于90°)垂直高度1500m处建造一漏斗状聚气池，并连通隔热内螺旋降气管道至山脚发电机组，此高度所获得的温差为10℃左右，这样的温差足以使冷空气流顺利下降。为加强冷空气流下降的动力，本发明采用了“隔热内螺旋降气管道”的装置。隔热材料是为了防止冷空气流在下降过程中获得近地面空气中的传导热量而降低密度和速度；内螺旋的作用是使冷空气流在下降过程中形成“反气旋”而加速下沉，获得类似于“下曳型龙卷风”的效应。此处的隔热内螺旋降气管道之“内螺旋”具有区域性差别：因受地球偏转力的影响，在北半球要求为顺时针内螺旋，在南半球要求为逆时针内螺旋，在赤道则两者均可。管道顶端漏斗状聚气池的作用是一旦冷空气向下流动，池内冷空气便出现向心性聚集下沉，从而增加空气密度与重力，同时使冷空气流动前处于相对静止状态。铺建内螺旋降气管道等装置时，其行走坡度应大于45°，理想的坡度是接近90°，最好是沿途直线铺设，即使地形条件需要转弯，弯度要求大于45°且应采取弧形弯曲方式安装。高端紧接漏斗状聚气池，垂直安装30～50m隔热内螺旋降气管道；紧接山脚发电机组叶轮上端，同样要求垂直安装30～50m隔热内螺旋降气管道。这样的装置是为了减少气流阻力和增加重力加速度，以获得更好的冷空气流动力效应。为了控制冷空气进入漏斗状聚气池的总量，在聚气池上方装置雨棚及栅栏式可调节进气闸门，此闸门可设置反馈调节系统控制进入聚气池的冷空气量。

本发明的优点和积极效果在于：1、隔热内螺旋降气管道能使冷空气加速下降，形成具有较强动力的冷空气流；2、利用漏斗状聚气池装置储备高端冷空气，一是使冷空气在下降前处于相对稳定的静态，二是使冷空气下降时产生内聚力以增加密度及重力；3、设备、装置简单，建造、施工易行，生产安全可靠，投资少，见效快，易推广，尤其适合广大山地区域；4、实用范围广阔，全世界凡具备垂直高度在1000m以上的较陡山体之处均可建造；5、在山体条件合适的地方，可建造数个这样的冷空气流发电机组，组成功率强大的冷空气流发电厂；6、无空气污染，无环境破坏，属于理想的绿色能源，必将逐渐取代现有污染性能源，从根本上改变目前的世界能源结构状态；7、此种能源取之不尽，用之不竭，开发寿命长，可与地球同存。

附图说明：

(H)为山体的垂直高度，1500～2000m以上的陡峭山体比较理想；(4)为沿山体铺设之隔热内螺旋降气管道，该管道可用塑料(如PVC)为材料铸成，每节长度6～10m，内径5～8m，管壁厚度5～10cm，管内壁铸造三条2～3cm深、曲度35°左右的凹形螺旋槽，类似步枪的堂线，北半球铸为顺时针旋转，南半球铸为逆时针旋转，管端接头处设计为“公母榫”并在表面铸造对接螺栓孔便于用螺丝连接固定，管道外表面采用高效隔热材料涂抹或包裹，以保持管道内冷空气流的温度相对恒定；(2)为漏斗状聚气池，可用内表面光滑的塑料板、不锈钢板或钢筋混凝土建造制作，根据需要及条件，其上口内径可为10～20m，高度15～25m，池壁厚度根据所用材料不同在2cm(如钢板)至20cm(如钢筋混凝土)之间，漏斗状聚气池底部孔径与隔热内螺旋降气管道孔径一致并与其紧密连接相通；(1)为漏斗状聚气池上面装置的栅栏式进气调节闸门及雨棚和避雷针，栅栏和雨棚均可用适宜厚度的塑料质材建造，雨棚用2～4cm直径1.5～2m长的钢筋柱间隔0.5m的距离沿聚气池上口边缘直立焊接支撑，可调节进气闸门装置于钢筋柱并设置反馈调节系统；(3)漏斗状聚气池用金属或钢筋混凝土支架支撑保护；(6、8)隔热内螺旋降气管道低端近冷空气流出口1～2m处装置发电机的叶轮，并从发电机组引出输电导线；(7)冷空气流出口处紧接锥形散气罩，锥形散气罩用金属或塑料质材，为双层结构，上层为隔热内螺旋降气管道末端的延续，下层锥形罩顶部留置仅能伸出发电机组叶轮轴为度的圆孔，其余部分将发电机组覆盖，锥形散气罩中央冷空气流出口处双层之间隔空间面积须大于内螺旋降气管道出口的面积，以使冷空气流能顺利散开；(9)为用金属或强力材料制作的锥形散气罩支撑架，同时也可作为发电机组安装空间；(10)用于衬垫安装发电机组及锥形散气罩支架的钢筋混凝土墩；(5)为铺设建造隔热内螺旋降气管道及漏斗状聚气池的陡峭山体。

具体实施方式：

实施本发明装置系统时，选择地形必须满足两个条件：一是山体要具备足够的垂直高度，通常应在1500m以上；二是山体要具备足够的坡度，通常应大于45°。铺设隔热内螺旋降气管道时，在满足坡度的前提下，管体可全埋入或半埋入山体土层，根据需要，有的节段也可悬空架设。具体实施可根据附图(示意图)及附图说明操作。

现举两例说明该发明之效益：

例一：某地区建一冷空气流发电厂，选定一垂直高度1500m的陡峭山体，选择净空为6m直径的隔热内螺旋降气管道，山顶建15m口径的漏斗状聚气池。此高度可获梯度温差近10℃，管内冷空气流速可达20～50m/秒。根据功率公式：质量(m)X流量(Q)X高度(H)X效率(η)＝？千瓦。冷空气质量1.27kg/m³＝12.445牛顿，流速按30m/秒计，管道空间面积28.27m²(流速乘以面积得流量)，高度1500m，效率0.75，即：12.445*848.1*1500*0.75＝11873250瓦，合11800千瓦，这样的动力可推动5000-10000千瓦的发电机组发电。

例二：某地建一冷空气流发电厂，选定一垂直高度2000m的陡峭山体，选择净空为8m直径的隔热内螺旋降气管道，按上述功率公式计算：12.445*1508*2000*0.75＝28150590瓦，合28150千瓦，这样的动力可推动15000-20000千瓦的发电机组发电。

如果地形、条件适合，在同一处建造3～5组此装置系统，可以提供较大功率的电能基地。

Claims

1、一种利用大气对流层内冷空气下降流发电的方法及其装置，其特征是：沿适宜高度的陡峭山体铺设隔热内螺旋降气管道并将管道上端与山体高处之漏斗状聚气池连通，下端与山脚处发电机组叶轮连接，将对流层的冷空气引流而下冲击发电机叶轮旋转发电，冲击叶轮后的冷空气流出口处，装置一锥形散气罩将冷空气辐射融入地面周围空气，使冷空气流与地面空气迅速混合达到热平衡以维持近地面处隔热内螺旋降气管道内外空气的温差，从而保证管内冷空气流得以快速下降。

2、根据权利要求1所述利用大气对流层冷空气下降流发电的方法及其装置，其特征是：隔热内螺旋降气管道为内径5～8m、壁厚5～10cm，管内壁铸三条2～3cm深、曲度35°左右的凹形螺旋槽，北半球铸为顺时针旋转、南半球铸为逆时针旋转，其作用是使冷空气流下降时形成“下曳型龙卷风”效应以增强气流动力，隔热内螺旋降气管道外表涂抹或包裹高效隔热材料，以保证冷空气流相对恒定的温度、密度及重力。

3、根据权利要求1所述利用大气对流层冷空气下降流发电的方法及其装置，其特征是：在隔热内螺旋降气管道之高端，连接漏斗状聚气池及与其配套的栅栏式可调节进气闸门和雨棚，聚气池上口内径为10～20m，高度为15～25m，聚气池下口与隔热内螺旋降气管口径道一致，聚气池的作用是储备足够的静态冷空气及冷空气流动时产生内聚力。

4、根据权利要求1所述利用大气对流层冷空气下降流发电的方法及其装置，其特征是：隔热内螺旋降气管道低端冷空气流出口处连接锥形散气罩，锥形散气罩为双层结构，上层与隔热内螺旋降气管道相连续，下层锥形罩顶处仅留与发电机叶轮转轴相适应的圆孔，其余部分将发电机组覆盖，锥形散气罩的作用是使做功后的冷空气流迅速向四周辐射，以保证地面处隔热内螺旋降气管道内、外空气的温度差，使管内冷空气得以快速下降。

5、根据权利要求1所述利用大气对流层冷空气下降流发电的方法及其装置，其管道铺设特征是：高端与漏斗状聚气池相连接段及低端与发电组叶轮相连接段，各垂直安装30～50m长隔热内螺旋降气管道，以保证冷空气流的垂直加速度。

6、根据权利要求1所述利用大气对流层冷空气下降流发电的方法及其装置，其陡峭山体特征为：坡度大于45°，垂直高度大于1000m，理想高度是1500～2000m以上，方能具有足够的温差，从而获得温度较低的冷空气流。