一种近地面层污染空气的抽吸排放装置的制作方法

技术领域：

本发明涉及一种风能利用装置，是利用高空风能将地面污染空气如雾霾气体通过管道输送并排放到高空的装置，属于一种高低空空气对流装置，同时该装置也可用于发电及其他动力系统。

背景技术：
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从目前公知的风能利用技术来看，大都着眼于风力发电，如：通过高空风能转换成机械能，通过机械能再转换成电能，一些超前的构思是通过风筝拖动线绳来带动发电设备，如：欧洲专利申请0420028646.0，意大利专利申请to2003a000945公开了通过控制飞行或通过牵引和收回，将千米高空乃至万米高空的风能通过风筝转换成电能的系统，这些系统大都需要通过复杂的机械控制才能获得能量转换，而且建设成本高，维护困难。

本人曾申请专利《一种高空与地面空气的输送与排放装置》cn104633811a，是通过风筝将相当于风筝线的通风管道升至高空，利用烟囱效应及缩放喷管效应将地面空气吸入管道并排放至高空，但在设计过程中由于缩放喷管相对整个系统较小，通过计算抽吸量有限，只能适用小型换气系统，不能满足大工况需求及应用。

为了克服该管道效能低的问题，本人对前述发明进行重大改进以适应大抽吸量效能，该装置具有结构简单、成本低、工作效率高及用途广泛的特点。

本发明是通过风能输送系统将地表雾霾等污染空气排入高空，经检索相关专利，尚未发现与本发明权利要求书中有相同的记载。

技术实现要素：
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本发明的目的在于提供一种风能利用装置，利用抽吸管道排放系统，将地表受污染空气如：雾霾等抽吸进管道并排入高空，同时可利用管道内形成的涡旋风力带动风力发电机发电，该装置也可作为其他工程的动力系统如船用动力、钻井平台等。

附图说明：

参照附图通过一些作为非限定性例子提供的优选实施例更好地描述本发明，其中：

图1为本发明雾霾抽吸装置总体示意图。

图2为本发明仿鲨鱼鱼形管道示意图。

图2-1为本发明鱼形管道原理示意图。

图3为涡旋气流聚能器与发电单元组合示意图。

图4为本发明雾霾抽吸装置具体应用示意图。

图5为本发明地面环形轨道连接示意图。

具体实施方式：

见图1，本发明主要由风筝组件(1)、仿鲨鱼鱼形管道(简称鱼形管道)(2)、输气管道(3)、涡旋气流聚能器(4)及发电单元(5)(图3)等组成；其特征是：风筝组件(1)下接鱼形管道(2)，鱼形管道下接输气管道(3)，输气管道底部连接涡旋气流聚能器(4)；鱼形管道横刨面为鱼形(类似冲压发动机中间体)，管道两侧最高点稍后纵向设有若干类似鲨鱼腮的侧开缝(9)贯穿于整个鱼形管道并与管道内相通，根据伯努力原理及文丘里管原理，高空风吹过鱼形管道两侧产生负压，抽吸管道内空气并从鲨鱼腮缝隙排出；涡旋气流聚能器(4)上部呈圆锥形(或喇叭形)，下部连接有若干个导风格栅(6)，每个导风格栅都与圆锥呈切向连接，以便使所有进入管道的空气沿管道切面进入并形成螺旋风，导风格栅由牵引绳索(7)固定于地面圆形轨道(8)。

参照图1，风筝(1)下方悬挂有仿鲨鱼鱼形管道(2)，以后简称鱼形管道，利用高空风气流，吹过鱼形管道两侧的气流形成负压，将鱼形管道内空气经鲨鱼腮(9)缝隙吸出，地表受污染空气流经涡旋气流聚能器(4)、输气管道(3)进入鱼形管道，同时高空冷气下沉补充地表空气，从而实现人工空气对流。

下面根据各部分的功能分别进行详细描述：

风筝组件(1)为产生升力的组件，主要功用是将鱼形管道及输气道升至高空并悬停。

鱼形管道(2)道实际上是缩放喷管的变形，本人曾申请的专利cn104633811a中缩放喷管与输气管道是分开设计，即缩放喷管专用于产生负压、抽吸气体，输气管道专用于输送气体，而本次专利申请的鱼形管道将抽吸、输送气体集于一体，即整个管道大部乃至全部都可用来抽吸及输送气体，鱼形管道两侧相对称的弧形形状相当于飞机机翼上表面，即它同样是根据伯努力原理设计而成，在专利cn104633811a中，缩放喷管实际上是根据冲压发动机原理，由鱼形的中间体与两侧的挡板组成，在专利cn104633811a中，如果为了增加抽吸量，把中间体向下加长，则两侧的挡板势必也要加长，但加长的挡板无法形成有效支撑，在风吹过中间体与挡板时，产生的负压会将挡板与鱼形中间体吸在一起，影响了气体的抽吸，为此，本人在上述专利中提出增加缩放喷管叠加个数，就可增大空气的抽吸能力，但这无疑增加了成本及重量，本人经过反复研究，最终去掉了两侧挡板，只用中间体并将其向下延伸变成管道，从而即解决了抽吸量问题，又同时具有了管道输送功能。

所谓仿鲨鱼鱼形管道(附图2)，是指管道的横刨面看似为鱼形，例如鲨鱼，其外形与冲压发动机中间体具有相似的外形；通常在鱼头后部的两侧总会有对称的最高点，相当于冲压发动机缩放喷管的喉部，从最高点往后鱼身逐渐收敛直至鱼尾使两侧重合；而如果对鱼形管道进行纵刨，并将两部分进行对调，则可以看出它其实就是一个缩放喷管；附图2中，鱼形管道从两侧最高点稍后纵向开有若干条缝隙(9)，就好比鲨鱼的鱼鳃，而这组鱼鳃贯穿于整个鱼形管道并与管道内部相通，鲨鱼的鱼鳃主用于呼吸并排出口中海水，因此鱼鳃多集中于鱼头，而本发明是要将整个管道内的空气排出，因此鳃线分布不同于鲨鱼仅限于头部，而是分布于整个鱼身，鳃线个数可参照鲨鱼鳃个数而定，也可以参照蜜蜂尾部外壳条数及间隔按比例放大；鳃线沿管道向下一直延伸至输气管道，因此使整个鱼形管道全部具有缩放喷管的功能即文丘里管功能，当风吹过鱼形管道后，风被鱼形管道分开并沿两侧流过鱼身，当风吹过鱼形管道两侧后，形成伯努力效应，鱼形管道两侧形成负压，管道内空气压强大于管道外侧，因而管道内空气沿缝隙排出，附图2-1为其原理示意图；而在专利cn104633811a中，缩放喷管喉部之后是侧开口，与本发明的鲨鱼鳃完全不同，主要原因是保持管道的完整性及气流的流畅性；所以说，仿鲨鱼鱼形管道即有了类似于鱼形的冲压发动机中间体，又有了鲨鱼腮的侧开缝，因此称之为仿鲨鱼鱼形管道，简称鱼形管道；鱼形管道第一条侧开缝位置可以参照鲨鱼腮第一条侧开缝位置按比例放大。

图2-1为鱼形管道的原理图，高空气流沿箭头方向吹过鱼形管道，根据伯努利原理，使鱼形管道两侧形成负压，此时鱼形管道内压力大于管道外压力，鱼形管道向外膨胀，受污染空气在大气压力下经鲨鱼鳃缝隙排出管外进入高层大气；管道内的网格线(10)使鱼形管道保持鱼形，并可每隔一段距离如：每隔10-50米设置一道。

鱼形管道可以是圆形、椭圆形、棱形等具有可产生伯努力效应或文丘里管效应的管道，并根据需要可将其设置长度达数千米乃至整个管道；鱼形管道与输气管道具有风筝线功能，即是管道，又是风筝线。

输气管道(3)是连接在鱼形管道与涡旋气流聚能器之间的输送空气的管道，同时也是稳定涡旋气流的约束管道，多用于风小或无风的近地面层，使涡旋气流不因进入鱼形管道变形而被打乱；为防止输气管道被吸瘪，可以在管道壁上设置单向活门片，当管道内压力低于外界时，单向活门打开，外界空气进入管内达到平衡，当输气管道内部压力大于管道外部时，单向活门关闭；输气管道也可以被鱼形管道完全取代。

涡旋气流聚能器(4)呈圆锥形(或喇叭形)，也可称为锥形管道，下部连接有导风格栅(6)并被牵引绳索(7)固定于圆形轨道(8)，导风格栅与圆锥呈切向连接，以便使所有进入管道的空气沿管道切面进入并形成螺旋风，由于鱼形管道的抽吸作用，使螺旋风沿锥形管道向上运动，而锥形管道向上的口径是越来越小，从而导致涡旋风速越来越大，当涡旋气流到达输气管道接口时，此时管道直径最小，风速达到最大值，这便是涡旋气流聚能器的聚能作用。

涡旋气流聚能器(4)的导风格栅(6)由牵引绳索(7)固定于地面圆形滑动轨道(8)，图5中，每个导风格栅(6)的各个远端点(12)固定在外侧环形轨道(13)，并在该点由另一绳索(14)牵引与导风格栅(6)形成镜向的对称连接在圆形滑动轨道(8)的各个切点(15)，因此无论风向如何变动，每个导风格栅始终与锥形管道保持切向连接，并使其与锥形管道同步转动。涡旋气流聚能器也可做成坚固的锥形塔，此时可在输气管道与涡旋气流聚能器的结合部安装滑动轨道。

导风格栅(6)是以切线形式沿锥形管道安装于各个牵引绳索上，导风格栅可以是以直线、渐开线或螺旋线等著名数学曲线形式沿锥形管道均匀分布，其形状可以通过外侧圆形轨道(13)的各个远端点(12)控制。

龙卷风产生要件是一要有向上的气流，二要有旋转气流，三要有空气自旋转的约束管道，由于该装置已构成了龙卷风产生要件，因此其形成的风也可称之为人造龙卷风，而龙卷风可使其周边急速产生负压，因此可迅速抽吸附近空气进入管道并排入高空，因而大大增加了污染空气的排放速度，同时龙卷风可将水直接吸入高空，因此该装置可用于人工降雨；该装置产生的风也可以对物质进行烘干。

发电单元(5)，图3出示了涡旋气流聚能器(4)与垂直轴风力发电机(5)结合示意图，为了方便示意，该图将涡旋气流聚能器(4)与垂直轴风力发电机(5)分开画出，实际情况是垂直轴风力发电机布置在涡旋气流聚能器内，利用形成的涡旋气流带动风力发电机发电。

涡旋气流聚能器(4)内加装垂直轴风力发电机(5)(图3)，即可增加电力输出，减少火电厂布置个数，降低碳物质的排放，该装置安装于船上(11)(图4)时，无论顺风逆风都可行船，因此，该装置也可作为其他工程的动力系统如船用动力、钻井平台等。

风筝、鱼形管道、输气管道及涡旋气流聚能器等均可采用风筝面料并与碳纤维管、片、条结合制作，鱼形管道的形状可用网格线(10)(附图2-1)保持并可由支撑杆绷紧固定。

通常空气在地球表面的流动有很大的不同，高度越高，空气的流动速度越大，高度越低，空气流动速度越小，这主要是由于空气的粘性及地表面的摩擦力造成，近地面层污染空气在逆温及等温条件下，更不容易扩散，如北京地区在雾霾天百米以下的空气流速通常只能达到1-2米/秒风速，而500米以上的风速可以达到5级，1000米以上高度风速可达8级以上，因此，在利用该系统中，如果我们在500米以下使用输气管道，500-1500米以上使用鱼形管道，那么将有1000米具有抽吸功能的管道泵将地面污染空气带入高空，也就是说，1500米长的污染空气的抽吸排放装置即可解决一定范围的空气污染。

该装置可解决部分地区干旱问题，假定该装置的输气管道部分设定为2000米，鱼形管道设定为1000米，沿中国的海岸线布置这种装置，利用东南风即可将海上水气带至2000-3000米以上的高度，而这个高度正好是形成降雨的云层高度，把水气从东南引至西北，通过接力的方式解决北方地区干旱问题；如果在印度洋的孟加拉湾设置该装置，假定该装置的高度设定为2000-3000米，那么通过5-6次的接力，即可使印度洋的暖湿气流沿喜马拉雅山南坡翻过喜马拉雅山。

整套装置本身为静态装置，几乎没有移动部件，因此操作简单，使用方便。

优点及积极效果：将地面污染空气抽入高空，尘粒的增多会与空气中的水分子接触增多，增加了水气凝结速度，从而也就增加了降雨的概率，而降雨可将空气中的污染物含量降低；当地面污染空气被迅速排入高空后，近地面层流失的污染空气从周边补充，从而导致部分高空冷气下沉，加快对流，因此，只要该装置带走地面空气的速度大于太阳对地面辐照加热的速度，就可降低地表温度及防止污染空气的滞留，也就是说，高空风速越大，越利于降温及污染空气排放；该装置尤其适合夏天及热带地区降温。

最后应当说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。

凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。