专利名称：人造空气低温温差发电系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种人造空气低温温差发电系统，更确切地说，涉及一种利用热力形 成的冷热空气之间的温差和对流进行空气发电的人造空气低温温差发电系统。
背景技术：
目前，进行大规模发电所用的方法主要有火力发电、水力发电和核电，其缺点是成 本高、效率低，对环境污染严重。而进行小规模发电所用的方法主要有太阳能发电、自然风 力发电、潮汐发电和地热发电，其所存在的问题是其发电量小且不稳定，无法满足对发电量 日益增长的需要。北京市《太阳能》编辑部出版的《太阳能》杂志1983年第2期第12页(作者温俊 洲)报道了一种由菲利浦 卡尔逊博士设计的太阳能气流发电塔。其原理是用泵将海水沿 管路抽上塔顶，通过喷雾装置使水呈雾状喷出，水雾在干燥的热空气中迅速蒸发，使周围的 空气冷却湿润，从而其密度增加。冷却后的塔顶空气沿着圆形塔腔下沉，形成持续向下的气 流。由于塔身很高，圆筒形塔腔对气流有导流作用，加快了气流的速度，在塔的下部，塔腔被 一个巨大的气流罩隔成了环形通道，其截面迅速变小，流经此处的气流的速度进一步增大， 从而产生强风。在环形通道中，沿周围方向均勻地布置有10台涡轮发电机组，其在高气流 的推动下旋转发电。该气流发电塔的高度为MOO米，顶部直径为274米，最大输出功率为 250万千瓦。运行时所需空气流量多达3，964，321立方米/秒，所需喷雾水量为28. 3立方 米/秒。这种气流发电塔的缺点在于其只能在水和阳光充足的地区建造，而且抽取大量的 水需消耗大量的电力，使发电成本增高，并且使用海水时，其所含盐份的处理也是一大难题。中国天津市《科学与生活》编辑部编辑，天津科学技术出版社出版的《科学与生活》 杂志1987年7月15日第4期第51页(作者魏敏捷)报道了一种由严隽森博士设计制 造的龙卷风模型(利用自然风)。其原理是这种塔形建筑的四周全是由条板间隔成方格的 小窗，朝风的小窗开着，背风的小窗关着。风吹进塔后开始旋转，形成小龙卷风。小龙卷下 面即塔底装有一个螺旋风动叶轮，龙卷将下方的空气吸入塔中时，便转动风动叶轮，使发电 机转动发电。这样的龙卷风机比装有同样大小风动叶轮的风车功率要高10倍。而另一位 科学家提出太阳能龙卷风发电站的设想，其原理相当简单铺设一个大面积的完全透明圆 形塑料薄膜顶棚，塑料棚由四周向中心逐渐升高，连接着中心的烟筒状高塔，被阳光晒热到 20-50°C的塑料棚与地面间的空气流向筒状高塔，再沿高塔上升，带动塔中的风动叶轮。即 使外界无风，高塔内的气流速度也能达到每秒60米，即龙卷风速。这种电站的功率可达到 70-100万千瓦。这两种龙卷风发电塔的缺点在于其只能在自然风和阳光充足的地区建造，而且受 地形和气候的影响，时有时无，时大时小，很不稳定，严重影响正常发电，且不易控制。中华人民共和国国家知识产权局于2003年5月14日公告了一种《风力发电系统》，国际公告日1997年12月11日(PCT国际发明专利)。于2005年6月1日公告了一 种《人造龙卷风发电系统》。又于2006年9月20日公开了一种《人造龙卷风空气温差发电 系统》。上述的利用各种风塔形式发电的技术方案的共同缺陷是，利用每一个进气管直接 与风塔底部塔壁周围的每一个塔壁进气口相连接，使得每一个进气管直接成为每一个塔壁 进气口的导流管，使得大量气流在每一个进气管内加快了速度，使从每一个进气管内高速 流动的大量气流以破坏性的速度和力量直冲经塔壁的每一个进气口，高速流入风塔内破坏 性冲击或冲刷风塔内壁周围，使风塔壁严重受损，在数十万吨重的风塔自重作用下，风塔的 安全受到严重威胁，使风塔的使用寿命大大缩短或根本就不能再继续进行发电。另外，热 能以及土地的利用效率低，而且风塔越高大建造的难度越大，造价也越高。风塔的底部和 顶部内的气温不均等，顶部内的气温低于底部内的气温，即高大的风塔内低压空间的气温 不均等。其原因是风塔底部内的热空气在上升至塔顶出气口被排出流入塔外的大气的过程 中，流经又高(600米高)又大(60米直径)的风塔周围塔壁时，将塔内热风的热量通过塔 壁热传递至塔外的大气中，损耗了塔内热风的部分热量，从而导致塔内上部的气温降低；且 又高又大的风塔内的气温越高，塔壁的热传递就越快，导致风塔内热风的热量损耗就越大， 这样高大风塔内上部热空气的气温就越低于下部的气温。并且风塔越高，上空的自然风的 扰动越大，导致风塔的稳定性越差，雷击风险越多，防地震裂度越高，自重也越大(数十万 吨重以上)，风塔底部基座的地质要求越高，投资也越多等一系列问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人造空气低温温差发电系统，其无须大量水，只需利 用广泛存在永久性的、干净的低温热源，如太阳能、地温热源、热水、热气以及各种燃料，并 可在有空气的地区都可选址建设空气低温温差发电站。这种电站的空气运动强大稳定容易 控制，低压空间庞大但不很高，其建造难度和造价都很小，热利用和土地利用高并能安全的 进行发电以及还可方便的扩大整体发电规模，使其投资成本和发电成本大大降低，装机容 量和规模可根据需要进行选择，从而解决系列利用风塔和进气管形式进行发电的系列缺陷 问题。根据本发明的第一方面，本发明的人造空气低温温差发电系统包括减速通风管， 其为单层或多层或多层螺旋状中空的柱形，用于形成低压空间和使气流减速在所述的减 速通风管中心内层下部周围管壁设置一个或多个进气口，在减速通风管的外层周围管壁设 置一个或多个进气口，用于使气流在高速流入减速通风管内迅速减速后再慢速流入所述的 减速通风管内的中心内层，可避免高速气流破坏性冲击和冲刷管壁，在所述的多层或多层 螺旋状减速通风管内的管壁设置一个或多个通风口，用于使流入所述的减速通风管内的气 流分流减速，可确保所述的减速通风管的安全；在所述的减速通风管内或外设置传热装置， 用于向所述的减速通风管内放出热量，使减速通风管内的空气吸收热量后形成低压空间， 例如可以在所述的减速通风管内或外设置一个或多个热管或热泵或太阳能吸热装置，用 于吸取地热或太阳热源或热水或热气，使减速通风管内部的空气吸取热源后形成低压空 间；从所述的减速通风管外层周围管壁的每一个进气口处向外伸出一个或多个多孔蜂窝式 通风管，用于使气流在高速通过一个或多个多孔蜂窝式通风管内时，与一个或多个多孔蜂窝式通风管的内壁发生高速摩擦产生热量，使所述的一个或多个多孔蜂窝式通风管成为热 管，同时使气流吸收热量流入所述的减速通风管内部；在所述的一个或多个多孔蜂窝式通 风管设有阀门或间门，用于调节所述的气流在高速通过所述的一个或多个多孔蜂窝式通风 管时的流速，并配合所述的传热装置调节所述的减速通风管内外冷热空气的温差和气压差 及对流速度与流量；在所述的一个或多个多孔蜂窝式通风管处再向外延伸出一个通风管， 并在所述的通风管内设有涡轮机，在所述的通风管外设有与所述的涡轮机同轴相连的发电 机。 根据本发明的第二方面，本发明的人造空气低温温差发电系统包括减速通风管， 其为单层或多层或多层螺旋状中空的柱形，用于形成低压空间和使气流减速；在所述的减 速通风管中心内层下部周围管壁和外层周围管壁设置一个或多个进气口，用于使气流在高 速流入减速通风管内迅速减速后再慢速流入减速通风管内的中心内层，可避免高速气流破 坏性冲击和冲刷管壁，在所述的多层或多层螺旋状减速通风管内的管壁设置一个或多个通 风口，用于使流入所述的减速通风管内的气流分流减速，可确保所述的减速通风管的安全； 在所述的减速通风管内或外设置传热装置，用于向所述的减速通风管内放出热量，使减速 通风管内的空气吸取热量后形成低压空间，例如可以在所述的减速通风管内或外设置一 个或多个热管或热泵或太阳能传热装置，用于吸取地热或太阳热源或热水或热气，使减速 通风管内部的空气吸取热源后形成低压空间；从所述的减速通风管外层周围管壁的每一个 进气口处向外伸出一个或多个多孔蜂窝式通风管，用于使气流在高速通过一个或多个多孔 蜂窝式通风管内时，与一个或多个多孔蜂窝式通风管的内壁发生高速摩擦产生热量，使所 述的一个或多个多孔蜂窝式通风管成为热管，同时使气流吸收热量，流入所述的减速通风 管内部；在所述的一个或多个多孔蜂窝式通风管设有阀门或闸门，用于调节所述的气流在 高速通过所述的一个或多个多孔蜂窝式通风管时的流速，并配合所述的传热装置调节所述 的减速通风管内外冷热空气的温差和气压差及对流速度与流量；在所述的一个或多个多孔 蜂窝式通风管处再向外延伸出一个或多个通风管；在所述的每一个通风管内设置有涡轮机 和通风管外同轴相连的发电机；在所述的每个通风管外设有相连通的预备通风管和闸门， 用于在通风管内有涡轮机进行维修时启动预备通风管通风。
下面参照
详细介绍本发明的优选实施例。图1、图6为本发明的人造空气低温温差发电系统的第一优选实施例的纵向剖面 图。图2、图3、图4、图5、图7、图8、图9、图10、图16、图17为本发明的人造空气低温
温差发电系统的第一优选实施例的俯视图。图11为本发明的人造空气低温温差发电系统的第二优选实施例的纵向剖面图。图12、图13、图14、图15、图18为本发明的人造空气低温温差发电系统的第二优 选实施例的俯视图。
具体实施例方式本发明的人造空气低温温差发电系统是利用热管或热泵或太阳能传热装置或燃 烧装置或电阻丝装置或其它传热装置吸取地热或太阳热源或热水或热气或燃料或其它热源以及根据两种物体相互摩擦产生热能的自然规律，将热源引入单层或多层或多层螺旋状 减速通风管内部加热空气形成庞大范围的低压空间，可提高热能的利用效率和降低低压空 间的气温要求，从而实现空气低温温差发电的目的，即利用各种热源引入所述的单层或多 层或多层螺旋状减速通风管内部加热空气形成庞大的低压空间，使减速通风管和相连通的 通风管(风洞)内外的空气形成冷热空气的温差和气压差及对流运动，从而可利用大量气 流在高速通过所述的通风管时推动设置在通风管内的涡轮机快速旋转并带动同轴相连的 发电机发电后，又使大量气流高速在通过多孔蜂窝式通风管(组合式多个小风洞)的大面 积内壁时(多孔蜂窝式通风管的全部内壁面积大于同等截面积的单个通风管的内壁面积) 发生高速剧烈摩擦产生热量使多孔蜂窝式通风管成为热管，同时也使气流吸收热量后高速 流入单层或多层或多层螺旋状减速通风管内部迅速减速后再慢速安全的流入减速通风管 的中心内层上升(例如子弹或炮弹从枪管或炮管内射出后以约800-900米/秒的速度 在相对静止的空气中高速运动，并与其所经过中的空气发生高速剧烈摩擦产生火光，其有 火光则证明其表面温度有300°C以上，与其发生高速剧烈摩擦经过的空气也必然要吸收热 量使空气的温度升高，只是子弹或炮弹与经过的空气发生高速剧烈摩擦的持续时间不长而 已，而子弹或炮弹与枪管或炮管发生高速剧烈摩擦时也能使整个枪管或炮管成为非常烫手 的热管。又如，当太空中的陨石高速进入地球大气中时，与大气层内的空气发生高速剧烈摩 擦产生2000°C以上的高温并发生猛烈燃烧形成流星，同时与陨石发生剧烈摩擦的空气也必 然吸收大量的热量使空气的温度升高，相反，如果是空气以极快的速度与陨石发生剧烈摩 擦，也能使陨石发生猛烈燃烧，同时使空气的气温急剧升高。)众所周知，气体总是从高压空间流向低压空间，从低压空间流向真空空间。而当气 体从高压空间流向低压空间或从低压空间流向真空空间时，其气压差越大，气体流动的速 度也越快，使得气体流动的动力也就越大。此外，在气体流量相同的情况下，其所穿过管道 的气流通道的截面积越小，气体的流速越快。目前的火力发电系统正是利用以上所述的原理进行发电的。以12. 5万千瓦的汽 轮发电机组的工作原理为例它是利用燃料将水在高压锅炉里变成高温高压的蒸汽，通过 与高压锅炉相连通的两根内径为0. 5米粗的金属管道将蒸汽引出，将动能为600米-700米 /秒，蒸汽流量为400吨/时的蒸汽连续冲击汽轮机，使其快速旋转并带动12. 5万千瓦的发 电机连续发电的。本发明的人造空气低温温差发电系统的原理与其相似。图1、图6为本发明的人造 空气低温温差发电系统的一个优选实施例的纵向剖面图，图2、图3、图4、图5、图7、图8、图 9、图10为本发明的人造空气低温温差发电系统所述优选实施例的俯视图。从图中可以看 出，本发明的人造空气低温温差发电系统包括减速通风管1，其为单层或多层或多层螺旋 状中空的圆柱形，用于形成低压空间和使气流减速，该减速通风管的底部面积等于或大于 其顶部面积，设置单层或多层或多层螺旋状减速通风管1的作用是扩大减速通风管1的低 压空间的范围和使高速气流流入减速通风管1内时有缓冲距离并迅速减速，可有效保护管 壁的安全，同时具有减轻自重，加固和更加稳定，减少雷击风险以及降低选址地的地质要求 和降低防地震的裂度，可保温、降低其高度和建造难度和造价、提高热效率、保护减速通风 管管壁安全的多种作用。在减速通风管中心内层下部管壁周围设有10组进气口 2，每组自 下而上垂直设有10个进气口 2，在减速通风管1内或外设置传热装置，可将各种高低温热源引入减速通风管内部加热空气后形成庞大的低压空间，可提高热能的利用效率和降低低压 空间的气温要求。例如设置30-50个热管或热泵(未示出)或太阳能传热装置，用于吸取 恒温的低温地热源或太阳能或热水或热气等热源，地温随地下深度增加而温度升高，利用 燃烧装置或电阻丝装置等。在多层或多层螺旋状减速通风管内的管壁设置50-60组通风口 4，每组自下而上垂直设有10个通风口 4，用于使流入多层或多层螺旋状减速通风管内后快 速分流减速，减缓气流在多层或多层螺旋状通风管内的流速可保护管壁的安全，在减速通 风管1的外层周围管壁设置有20个进气口 3，从每个进气口 3处向外伸出一个通风管或一 个多孔蜂窝式通风管8，用于使高速气流在经过多孔蜂窝式通风管8 (并列多个小风洞)时 发生高速剧烈摩擦产生热量，使多孔蜂窝式通风管成为热管，同时使气流吸收热量高速流 入减速通风管内部迅速减速后慢速流入减速通风管的中心内层。在一个通风管或一个多孔 蜂窝式通风管8设有阀门5或间门5，在一个通风管或一个多孔蜂窝式通风管8处再向外延 伸出一个通风管15和9，在每个通风管15内设置一个涡轮机7，每个涡轮机7与位于通风 管15外的发电机13同轴相连，在每个通风管15内设有闸门6。本发明的人造空气低温温差发电系统的运行原理介绍如下利用传热装置将热源引入减速通风管内部加热空气，使减速通风管内部形成低压 空间，热空气在减速通风管的中心内层上升形成热风，并从内层顶部的出气口被排出流入 大气中，同时使减速通风管内部庞大的热空气总量与外部同等体积的冷空气之间形成一定 的温差和气压差及对流运动，从而使气压较高的减速通风管外部未加热的冷空气经过安全 管10和通风管9和15和8流向减速通风管内部形成冷风，当冷风在通风管9和15内形成 高速气流，并推动位于通风管15内的涡轮机7快速旋转，带动同轴相连的发电机13连续发 电后，又高速经过与通风管15后部连通的多孔蜂窝式通风管8，与多孔蜂窝式通风管8大 面积内壁发生高速剧烈摩擦从而使其内壁的温度升高产生热能，当其剧烈摩擦长期持续不 间断的进行时，使得多孔蜂窝式通风管8成为烫热的热管，同时使流经多孔蜂窝式通风管8 内发生高速剧烈摩擦的气流吸收热量，从相连通的减速通风管外层管壁周围的进气口 3处 高速流入减速通风管内部迅速减速后慢速流入减速通风管中心内层上升，为使其内外冷热 空气的温差和气压差及对流运动保持稳定，需要传热装置以及多孔蜂窝式通风管8的阀门 5或闸门5，调节减速通风管内外冷热空气的温差和气压差及对流运动的流速、流量以及通 风管15和多孔蜂窝式通风管8内气流的流速、流量。只要根据需要适当设定减速通风管的高度和直径以及多层的数量及长度和内空 容积即低压空间范围，以及多孔蜂窝式通风管8和通风管15的数量和直径，并适当控制传 热装置引入减速通风管内部的热量和控制多孔蜂窝式通风管8的阀门5或间门5，就能有效 控制通风管15和多孔蜂窝式通风管8的气流的流速和流量，从而有效控制涡轮机7和同轴 相连的发电机13的发电量。当需要对涡轮机7或发电机13进行维修时，可将闸门5关上， 以保证工作人员的安全并且不影响其它涡轮机7和发电机13的正常运行。本发明的这一实施例的人造空气低温温差发电系统还可以包括与每个通风管9 和对应连通的安全管10，其第一端与通风管9相连，第二端朝向上方或斜上方，在安全管10 的第二端的进气口处设置过滤器11，用于过滤除空气中的异物，以保证通过涡轮机7的气 流的洁净。在安全管10的第一端与通风管9相对应的一侧，可以设有开孔14，用于排出因 下雨而注入安全管10内的雨水，也可以在安全管10的第二端的端口上方设置遮雨盖，即可以防雨水又可以保护端口处空气过滤器的安全。如图1所示，从通风管9与安全管10相连的一端至通风管15中靠近涡轮机7处， 为扩张喷嘴式通风管结构，即其气流通道的截面积随远离安全管10而逐渐缩小，当然也可 以是直管式通风管9和15的结构。从减速通风管的进气口 3至安全管10的出气口沿其长 度均可以为直管式结构。涡轮机7置于通风管15中并靠近与多孔蜂窝式通风管8的连接 处。本发明的人造空气低温温差发电系统的减速通风管1和安全管10、通风管9和15、多 孔蜂窝式通风管8可根据实际需要设置于地平面上，也可以设置于地平面以下或部分设置 于地平面以下。按如此结构设置的本发明人造空气低温温差发电系统，可根据所需发电量的规模 大小和投入资金的多少按不同规模建造。下面介绍的是实施本发明第一个具体实施例子。减速通风管1为多层螺旋状中空的圆柱形状结构，如图1、图5、图10所示，其中 心内层高为200米，从底部至顶部内径为70米，面积为3846. 5平方米，内空容积为769300 米3，底部管壁厚1米，顶部壁厚0. 3米。在中心内层底部管壁周围等距离设置10组直向或 斜向进气口 2，每组进气口 2从底部垂直向上设有10个进气口 2，每个宽3米，高5米，每2 个之间有一横梁，宽3米，高1米，第10个进气口 2的上方为半圆拱状，10组共有进气口 2 为100个，截面积每个为15米2，总截面积为1500米2，占用减速通风管中心内层周围管壁 周长30米，管壁周长为219. 8米，占用中心内层管壁垂直高度59米，包括9个1米高的横 梁。减速通风管的第二层至外层共有5层，第二层的前端高为100米，宽为15米，外层的尾 部高为50米，宽为10米，5层螺旋状减速通风管1的第二层至外层的中空中线周长为1621 米，平均截面积为1000米2，内空容积为1621000米3+减速通风管1的中心内层内空容积 769300米3 = 2390300米3(内空容积内的全部空气被加热即形成低压空间)。5层螺旋状 减速通风管1的底部深入地下成梯形状或坡形状，即第二层深，外层浅，也可以是顶部为梯 形状或坡形状，每层壁厚底部为1米，顶部为0. 5米，5层的顶部为密封状，厚0. 5米为拱状， 在多层螺旋状减速通风管1内的多层管壁设置50-60组直向或斜向通风口 4，每组通风口 4 从底部垂直向上设置10个通风口 4，每个宽5米，高3米，每2个之间有一横梁，宽5米，高 1米，50-60组共有500-600个通风口 4，总截面积为75000-90000米2，占用多层螺旋状减 速通风管内多层管壁总截面积(单面)121，575米2中的75，000-90，000米2。多层螺旋状 减速通风管1不局限于5层，也可以是6层、10层或更多层数，其低压空间的范围还可以增 大若干倍，发电装机容量和规模也可以很方便的增加若干倍，由此不仅可以降低投资成本 和发电成本，降低低压空间的气温要求提高热能的利用效率，还可提高土地的利用效率。在5层螺旋状减速通风管1的外层周围管壁的下部或中部按等距离设置有20个 进气口 3，高为1-5米，宽为1. 5-12米，顶部低于地平面2米，也可以设在地平面以上或部分 设在地平面以上，每个进气口 3对应向外斜向或直向伸出一个通风管或一个多孔蜂窝式通 风管8，高为1-5米，宽为1. 5-12米，长为10-100米后再向外延伸出一个通风管15或分叉 设置多个通风管15，在每一个通风管15内设置一个涡轮机7，每个涡轮机7与位于通风管 15外的发电机13同轴相连，通风管15的结构可以是圆形状，也可以是方形状或其它形状， 大小以及长度可以根据需要设计，与通风管15相连通的安全管10的内径为8-12米，壁厚 为0.5米，位于地面以下的部分深度为10-25米，地面以上的高度为10-25米，与每个安全 管10和每个涡轮机7相连通的通风管段当然也可以设置为一个通风管或一个多孔蜂窝式通风管8的结构。 若持续的引入减速通风管1内200米高，70米直径，面积为3846. 5米2，低压空间 为769300米3的中心内层空间的热源，放出的热量持续不间断的达到89523. 441千卡/秒 时，可将其中心内层空间的空气持续加热，并使内层内外的冷热空气的温差达到15°C，高出 中心内层外空气15°C的热空气在200米高的中心内层的上升速度达到5米/秒，然而，增加 T 5层螺旋状减速通风管的低压空间1，621，000米3后，其总低压空间为2390300米3，只 需持续的引入四841. 147千卡/秒时，可将螺旋状减速通风管1的5层内部空间的全部空 气加热，使多层螺旋状减速通风管1内外的冷热空气的温差降低为5°C，高出多层螺旋状减 速通风管1外空气5°C的热空气在多层螺旋状减速通风管1内部200米高的中心内层的上 升速度仍可达到5米/秒，5°C热空气的上升流量为19232. 5米7秒(热空气的热膨胀不 计)。同时从螺旋状减速通风管1外部流经安全管10、通风管9和15以及8，流入5层螺旋 状减速通风管1内部补充的冷空气流量也为19232. 5米7秒，气流在流经安全管10第一 端口处的气流速度为18公里/时。当如此风速的冷空气流在通过通风管9时(每个通风 管9的入口处的气流通道的截面积为5平方米，共20个通风管9和20个安全管10，每个安 全管10的内径为8米，面积为50. M米2)，流经通风管9入口处冷空气流速是螺旋状减速 通风管1内部中心内层热空气上升速度的38. 5倍，可达192. 5米/秒的流速，由于通风管 9结构的内径逐渐缩小，因此，空气流在越来越窄的通道内的流速越来越快，当流经通风管 9的小口径或直管式9的出气口处时(每个小口径或直管式通风管9的气流通道的截面积 为1. 5米2，共20个X 1. 5米2 = 30米2)产生“狭管效应”，其流速是5层螺旋状减速通风 管1中心内层热空气上升速度的128. 21倍，为641. 05米/秒，从而在1秒长的时间内使重 量为24. 868吨/秒，流量为19232. 5米7秒的冷空气高速通过20个通风管9的小口径或 直管式出气口处并高速喷入通风管15内冲击通风管15内的20个涡轮机7，使位于通风管 15内的涡轮机7高速旋转，可驱动20台60万千瓦的涡轮发电机组连续运行发电(火力发 电系统的12. 5万千瓦的汽轮发电机组所需的蒸汽流速为600-700米/秒，蒸汽流量为400 吨/时，0. 111吨/秒)。冷气流在高速推动通风管15内的20台涡轮机7并带动同轴相连 的发电机13发电后，流经通风管15的后部连通的多孔蜂窝式通风管8 (并列多个小风洞， 此段多孔蜂窝式通风管8为20个，截面积总和为30-60米2或1200米2，与5层螺旋状减速 通风管1内部中心内层的面积的比例为128.21 1-61.1 1或3. 205 1)时，与多孔蜂 窝式通风管8的内壁以641. 15米/秒-16米/秒的速度持续不间断的进行摩擦，可产生热 能，使多孔蜂窝式通风管8成为热管(因多孔蜂窝式通风管8长期持续不间断的与气流进 行高速剧烈摩擦容易损坏，所以需方便的进行更换)，同时使气流持续吸收热量以19232. 5 米7秒的流量，24. 868吨/秒的空气重量，16-641. 05米/秒的流速流入与多孔蜂窝式通 风管8相连通的5层螺旋状减速通风管1内部，内部的外层至第二层的中空中线总周长为 1621米，低压空间为1621000米3时，在庞大的低压空间和50-60组共有500-600个总截面 积为75000-90000米2通风口的共同作用下，气流的流速则以.12. 8米/秒的安全流速在5 层螺旋状减速通风管1的第二层内慢速流动(第二层的截面积为1500米2，它与内层面积 的比例为2. 564 1)，然后以同等流速即12.8米/秒的气流流速，19232. 5米7秒的流量 经内层下部周围管壁的10组共100个进气口 2 (每个进气口 2的截面积为15米2，共1500 米2)，流入中心内层下部内上升(中心内层的低压空间为796300米3)。
为保持通风管15内的涡轮机7和同轴相连的发电机13持续正常稳定运转，5层螺 旋状减速通风管1内外的冷热空气的温差和气压差及对流运动速度和流量必须持续的保 持稳定。为此，5层螺旋状减速通风管1内部必须长期保持稳定的低压空间，即5层螺旋状 减速通风管1内部的热空气的气温必须持续的保持着高于外部冷空气的气温5°C的低温温 差，如果5层螺旋状减速通风管1内部的气温降低或增高，可按需要适当打开或关闭设置在 多孔蜂窝式通风管8处的阀门5或闸门5并配合传热装置进行调节，即可使5层螺旋状减 速通风管1内部低压空间的气温持续的保持所需稳定的气温要求，并使5层螺旋状减速通 风管1与安全管10和通风管9和15和8内外冷热空气的温差和气压差以及循环对流运动 保持持续稳定不变，即可使流经通风管15内的冷空气流高速冲击涡轮机7旋转带动发电机 13持续稳定发电并输出电力。下面对本发明的第二实施例进行介绍。为简单起见，仅对第二实施例中与第一实 施例不同的部分进行介绍，与第一实施例相同的部分不再赘述。图11示出了本发明的人造空气低温温差发电系统的优选第二实施例的纵向剖面 图。图12、图13、图14、图15示出了本发明的人造空气低温温差发电系统的第二实施例的 俯视图。从图12、图13、图14、图15可以看出，本发明第二实施例的人造空气低温温差发电 系统与第一实施例不同之处仅在于在通风管15中设置有一个或多个通风管15，一个或多 个通风管15中设置一个或多个涡轮机7，每个涡轮机7与每个发电机13同轴相连，每个通 风管15与位于通风管15外的预备通风管20相通，每个预备通风管20与每个通风管15连 接处设有闸门21。如此结构的目的是当热源引入5层螺旋状减速通风管1内部加热空气， 使5层螺旋状减速通风管1以及多孔蜂窝式通风管8和通风管15和安全管10内外冷热空 气形成温差和气压差以及对流运动，使热空气在5层螺旋状减速通风管1内部中心内层上 升并从其顶部出气口排出流入大气中，同时使冷空气流入通风管内部。当冷空气高速流入 第一个通风管15内时冲击第一个涡轮机7快速旋转带动同轴相连的发电机13发电后，继 续高速流向5层螺旋状减速通风管1的方向的多个通风管15内，连续高速冲击多个设置于 通风管15内的涡轮机7快速旋转带动多个同轴相连的发电机13发电(好比水力发电的梯 级多个电站一样，不同的是水电梯级多个电站是靠水的落差而决定设置。本实施例的多级 发电是靠冷热空气的温差和气流速度以及流量大小而决定设置)。从图11、图12、图13、图 14、图15可以看出与第一实施例不同之处还在于通风管15全部为直管结构。只要根据需要适当设定多层螺旋状减速通风管的高度和直径以及通风管15的数 量和多孔蜂窝式通风管8的直径，并适当控制多层螺旋状减速通风管1内外冷热空气的温 差和气压差，就能控制多孔蜂窝式通风管8和通风管15内气流的速度和流量，从而控制一 个或多个通风管15内的一个或多个涡轮机7和同轴相连的发电机13连续的发电量。在本发明的这一实施例的人造空气低温温差发电系统还可以包括设置于多层螺 旋状减速通风管1外层的外壁下部和多孔蜂窝式通风管8和通风管15中并位于涡轮机7 的靠近进气口 3—侧的闸门6。当需要对涡轮机7或发电机13进行检修时，可将该闸门关 上，同时开启预备通风管20两侧的闸门21以保证工作人员的安全并且不影响其它涡轮机 7和发电机13的正常运行。以上以实施例的方式对本发明的人造空气低温温差发电系统进行了介绍，但本发 明并不局限于实施例中所介绍的方式，例如，本发明的人造空气低温温差发电系统的多层螺旋状减速通风管的高度、直径和宽度并不局限于上述数据，通风管等部件的具体数量也 不限于实施例中的具体数据。多层螺旋状减速通风管也不局限于实施例中的5层，也可以 是3层、2层、1层，还可以是6层-10层或更多层，其高度也不局限于50米、80米、300米， 可以是30米、20米、10米以下，也可以是50米、60米、70米以上，还可以是300米、200米、 100米以下或400米、600米、800米、1000米、1200米以上等，只要对其直径、高度或宽度和 厚度以及通风管8和15和9的设计进行相应的改变即可，不过多层螺旋状减速通风管内部 的低压空间及其气温越大，其内外冷热空气的温差越大气压差也就越大；低压空间及气温 越小，其内外冷热空气的温差和气压差就越小。多层螺旋状减速通风管内外冷热空气的温差也不局限于5°C，该值可根据所需发 电量的大小及热源情况进行设定，不过温差值越大，通风管内气流的速度越快，则涡轮发电 机组发出的电量越多，反之，涡轮发电机组发出的电量越少。根据本发明的人造空气低温温差发电系统所采用的热泵、热管、太阳能传热装置、 燃烧装置、电阻丝装置等传热装置可以设在减速通风管内，也可以设在减速通风管外；可以 选用这些装置中的一个或联合多个一起使用，只要其作用是利用上述传热、放热装置引入 所述的减速通风管内加热空气，使减速通风管内部形成低压空间的方案均落入本发明的保 护范围内。根据本发明的人造空气低温温差发电系统所采用的使气流与单孔或多孔蜂窝式 通风管进行高速摩擦产生热能，使单孔或多孔蜂窝式通风管成为热管，同时使气流也吸收 热能进行发电的方案均落入本发明的保护范围之内。根据本发明的人造空气低温温差发电系统所采用的在减速通风管外设置通风管 和在通风管内设置涡轮机和同轴相连的发电机，或在减速通风管壁设置进气口和通风管， 只要其作用是利用高速气流推动涡轮机旋转带动同轴相连的发电机进行发电或利用减速 通风管使气流减速的方案均落入本发明的保护范围之内。本发明的人造空气低温温差发电系统中所述之各个实施方案可以相互转换设置 使用，只要涉及到本发明中所述的以及类似或近似之方案，均落入本发明的保护范围之内。由于本发明的人造空气低温温差发明系统利用了单层或多层或多层螺旋状减速 通风管内部庞大的低压空间，不仅使庞大的低压空间内成为低气温的低压空间，提高了热 能的利用效率，实现了低温温差发电，使采用广泛存在的、永久性的、干净的低温热源提供 了极佳的条件，而且建造的难度相对于高大的风塔要小得多，其造价也少了许多，而高大的 风塔的底部和顶部的气温不均等，底部的气温要高于顶部的气温，原因是风塔底部内的热 空气在上升至塔顶出气口被排出流入塔外的大气中的过程中，流经高大的风塔周围塔壁 时，将塔内部分热风的热量通过塔壁的热传递持续不间断的传至塔外的大气中损耗了塔内 热风的部分热量，从而导致塔内上部的气温下降。即风塔下部内的热效率要高于上部内的 热效率。低于风塔高度的单层或多层或多层螺旋状减速通风管内同等的低压空间内的热效 率要高于风塔上部内低压空间内的热效率，从而可降低减速通风管内庞大的低压空间内的 气温要求，获得干净、廉价、可持续且来源广泛的低温热源而节省大量的燃料，并使流经与 减速通风管连通的通风管内的风力非常强大稳定并可控制，适宜于大容量的人造空气低温 温差发电系统。此外，本发明的人造空气低温温差发电系统与现有技术相比无污染并节省 能源，利用空气发电不会枯竭，任何时候都能正常稳定发电，凡是有空气的地区都可选址建设发电站，投资少、周期短、占地面积小，从而使发电成本大大降低，在现有的装机容量相等 的情况下，大大减少了发电站的工程规模，缩短电站工程的建设时间，并使其适用的地域范 围更为广泛。
权利要求
1.一种人造空气低温温差发电系统，包括减速通风管(1)，其为单层或多层或多层螺旋状中空的柱形，用于形成低压空间和使气 流减速；在所述的减速通风管(1)中心内层下部周围管壁设置一个或多个进气口 0)，在所述 的减速通风管(1)的外层周围管壁设置一个或多个进气口(3)，用于使气流在高速流入所 述的减速通风管(1)内迅速减速后再慢速流入所述的减速通风管(1)内的中心内层，可避 免高速气流破坏性冲击和冲刷管壁，在所述的多层或多层螺旋状减速通风管(1)内的管壁 设置一个或多个通风口 G)，用于使流入所述的减速通风管(1)内的气流分流减速，可确保 所述的减速通风管(1)的安全；在所述的减速通风管(1)内或外设置传热装置，用于向所 述的减速通风管(1)内放出热量，使减速通风管(1)内的空气吸收热量后形成低压空间，例 如可以在所述的减速通风管(1)内或外设置一个或多个热管或热泵或太阳能传热装置， 用于吸取地热或太阳热源或热水或热气，使减速通风管(1)内部的空气吸取热源后形成低 压空间；从所述的减速通风管(1)外层周围管壁的每一个进气口( 处向外伸出一个通风 管或一个多孔蜂窝式通风管(8)，用于使气流在高速通过一个通风管或一个多孔蜂窝式通 风管(8)内时，与一个通风管或一个多孔蜂窝式通风管(8)的大面积内壁发生高速摩擦产 生热量，使所述的一个通风管或一个多孔蜂窝式通风管(8)成为热管，同时使气流吸取热 量流入所述的减速通风管(1)内部；在所述的一个通风管或一个多孔蜂窝式通风管(8)设 有阀门( 或闸门(5)，用于调节所述的气流在高速通过所述的一个通风管或一个多孔蜂 窝式通风管(8)时的流速，并配合所述的传热装置调节所述的减速通风管(1)内外冷热空 气的温差和气压差及对流速度和流量；在所述的一个通风管或一个多孔蜂窝式通风管(8) 处再向外延伸出一个通风管(15)，并在所述的通风管(1 内设置有涡轮机(7)，在所述的 通风管(1 外设置有与所述的涡轮机(7)同轴相连的发电机(13)。
2.根据权利要求1的人造空气低温温差发电系统，其中所述的传热装置包括按下述方 式设置的热管、热泵、太阳能传热装置、燃烧装置、电阻丝装置中的至少一个在所述的减速通风管(1)内或外设置一个或多个热管或一个或多个热泵；在所述的减速通风管(1)外设置太阳能传热装置，用于吸取地温热源、太阳热源、热水 或热气，使减速通风管(1)内部的空气吸取热源后形成低压空间。在所述的减速通风管(1)内或外设置燃烧装置，用于向所述的减速通风管(1)内部放 出热量，使减速通风管(1)内部的空气吸取热量后形成低压空间。在所述的减速通风管(1)内或外设置电阻丝装置，用于向所述的减速通风管(1)内部 放出热量，使减速通风管(1)内部的空气吸取热量后形成低压空间。
3.根据权利要求1-2中任一项的人造空气低温温差发电系统，所述的每个通风管(15) 和(9)时加快流速；所述涡轮机(7) —个或多个置于所述的一个或多个通风管(1 内，所 述的与一个或多个涡轮机(7)同轴相连的发电机(1 位于所述的一个或多个通风管(15) 外，在所述的每个通风管(8)和(1 外设有相连通的预备通风管OO)和闸门01)。
4.根据权利要求1-3中任一项的人造空气低温温差发电系统，其中与每个通风管(9) 对应相连通的安全管(10)其第一端与通风管(9)相连通，第二端朝向上方或斜上方，在安 全管(10)的第二端的端口处和通风管(9)与安全管(10)相连接的进气口处设置空气过滤 器(11)，用于过滤除去空气中的异物，以保证通过涡轮机(7)的气流的洁净。
5.根据权利要求4的人造空气低温温差发电系统，其中，在安全管(10)的第一端与通 风管(9)相对应的一侧，设有开孔(14)，用于排出因下雨而注入安全管(10)内的雨水，也可 以在安全管(10)的第二端的端口处上方设置遮雨盖。
6.根据权利要求4-5的人造空气低温温差发电系统，其中，通风管(9)与安全管(10) 相连的一端至通风管(15)中靠近涡轮机(7)处，为扩张喷嘴式通风管结构，即其气流通道 的截面积随远离安全管(10)而逐渐缩小，通风管(9)也可以是直管式结构。
全文摘要
一种人造空气低温温差发电系统，包括单层或多层或多层螺旋状中空的柱形减速通风管、低温低压空间、进气口、涡轮机、发电机、热管、热泵、太阳能传热装置，电阻丝装置等，每个进气口向减速通风管外伸出一个多孔蜂窝式通风管后再伸出一个通风管，涡轮机设于通风管内，可高效利用干净的低温热源，有空气的地区都可选址建设空气发电站，装机容量可根据需要进行选择，其空气运动强大稳定，容易人为控制，占地面积小，投资少，发电成本低。
文档编号F03D9/00GK102146884SQ20101010907
公开日2011年8月10日 申请日期2010年2月4日 优先权日2010年2月4日
发明者陈玉泽 申请人:陈玉泽