专利名称：气旋式能量转换系统的制作方法
技术领域：
本发明属于开发新能源的领域，能综合利用太阳能、地热能、工业余热、生活余热及大气热能等，摸拟产生龙卷风，并使高速气流推动涡轮机工作。
通常开发利用太阳能、地热能、化石能源等的方式是，先将这些能源转化出的热来加热液体，产生高温高压的蒸汽，蒸汽推动涡轮机工作，这种用高温高压的蒸汽来工作的方式热损失多。另一种的方式是利用低温热源来加热低沸点液体，将所产生的低温蒸汽推动涡轮机工作，目前的海水温差发电就属于这种方式。这种的工作方式热损失小，但是蒸汽压力小，涡轮机的体积要大，以及对设备的真空度有一定的要求，限制了功率及效率的提高。这种方式还需要有能提供低温的冷凝源，并对所开发的环境有一定的要求。上述的两种方式都要有专设的冷凝器，对设备的技术要求都较高，增加了开发的成本。
本发明的任务是提供一种结构简单的自激励气旋发生系统，能在常温常压的自然条件下综合开发利用太阳能、地热能、生活余热、工业余热及大气热能等。
本发明的任务是以如下的方式完成建立一个能产生猛烈旋风的气旋发生塔。在引发气流的作用下，塔内形成一个气旋。由于气旋的存在，塔内形成一个真空低压区。湿热气发生设施中的液体获得热能后产生大量的蒸气与空气的混合气。混合气受塔内低压的诱导，在很大的压强差作用下，通过导管从喷口以一定的角度急剧地喷入这个真空低压区，并释放出大量的潜热，进一步促进、维持了高速气旋，形成自激励过程。这些有一定温度的混合气源源不断地喷射的结果，使得在导管、气旋塔这样的气流通道中出现了持续的高速气流。在通道中的某处置入涡轮机，涡轮机就会受气流的冲击而工作。
以下将结合附图对发明作进一步的描述。
图1是以水蒸气和空气混合的气做为工质的开放式能量转换系统。
图2是从塔顶俯视的剖视图。
图3概括了附图1中实施例的系统流程。
图4是一种闭合循环气旋式能量转换系统示意图。
图5是一种开放式的能量转换系统。
图6提供了这种能量转换系统流程的另一种结构方式。
图7给出了几种气旋塔中不同的喷气形成气旋的模式。
图8给出了一种湿热气发生设施的内部结构情况。
附图1是一种以水蒸汽和空气混合的气做为工质的开放式能量转换系统。图中，1是楼房，2是楼房中空调机的散热器，3是正在排放热气的汽车，4是遮阳棚。遮阳棚的上表面涂黑便于吸热，棚上覆盖着透光层，其间有可流动的空气，受阳光的照射这层空气的温度上升，并进入热气通道5中，与楼房、空调散发出的热气、汽车排放的热气汇聚，流入楼顶的蒸发池6中。蒸发池6是一个大面积水池，其内设有雾化增湿器7。蒸发池由透光层8所覆盖封闭，只留有进出气口。阳光可以透过透光层8使蒸发池增温。通入热气。阳光增温及雾化增湿等措施使蒸发池产生大量的湿热气。湿热气受覆盖封闭面的收集导向作用从蒸发池的出口进入导管9。导管9的喷口10设在气旋塔12内的顶部。喷口10延伸有气流导向面11。气旋塔12的内腔是一个回旋体。附图2是从塔顶俯视的剖视图。从图中知，喷口10处于塔内腔的中轴线上，导向面11按渐开线从中轴处均匀圆滑地过渡到塔壁的切线方向，这样喷出的气流受导向作用后在塔内形成气旋。工作过程如下，打开阀门13，关闭阀门18，启动抽气涡轮15，塔内气压降低，气流从喷口10喷入塔内并形成气旋，由于气旋的存在，加强了塔内中轴处形成的低压区，喷管9的两端存在高压差，使湿热气高速喷入气旋塔，释放潜热转化为气旋的动能，进一步促进维持了气旋。当形成气旋的自激励过程且逐渐稳定时，打开阀门18，关闭阀门13，气旋的出气从排气管16排入大气，并推动输出涡轮机17转动而发电。19是气旋塔中冷凝物的排泄管。
附图3概括了附图1中实施例的系统流程。这种流程也适合其他的实施例。流程图表明，太阳能、地热能、工业余热、生活余热、大气热能等提供给湿热气发生设施(即蒸发池)，在这个设施中产生了大量的有一定温度的蒸气与空气的混合气(即湿热气)，混合气进入气旋发生设施(气旋塔)中，在气旋引发装置的引发下，湿热气释放潜热，自激励形成猛烈的气旋，能量输出设施(如涡轮机或其他的能量转换器)将这个高速气流的能量输出。
附图4是一种闭合循环气旋式能量转换系统的示意图。结构及工作过程的说明如下；图中20是湿热气发生设施，其内有很大蒸发面的阶层式蓄液池20(1)，可以蓄水或蓄其它易于蒸发的液体(以下所述的以水例)，还有雾化加湿装置20(4)，加热器20(3)。这些设施由透明层20(2)所覆盖封闭，只留上端的出气口与下端的进气口，阳光可以透过覆盖层20(2)给具有高吸热性能的蓄水池加温。不但阳光可以给这个设施提供热能，加热器20(3)通过燃烧、热传递或直接往蓄水池中通入热水、热气等方式，也可以给这个设施提供热能。储水储热库21可以通过液泵21(2)、导管21(1)、21(3)的作用给蓄水池20(1)补充或抽吸储存水。整个设施有利于大量产生湿热气。湿热气导管22导引收集的湿热气入涡轮机通道23。通道23由压气涡轮机通道23(2)和冲击涡轮机通道23(3)组成。选项阀门23(1)可以选择开通或关闭其中的一个通道。打开压气通道，关闭冲击输出通道，启动压气机，湿热气被压入喷管24内从喷口24(1)高速喷出，经导向面24(2)的作用在气旋塔25内形成气旋，释放潜热形成自激励过程。此后，关闭压气通道，打开冲击通道，持续的高速气流冲击涡轮机转动，输出能量。26(1)、(2)、(3)为二级气旋塔，以气旋塔25的气旋出气做为进气，在各自的塔内形成气旋，最后排气入排气管27中。排出的气经过与环境有大的热交换面的热交换管28后，又回输到湿热气发生设施20中循环工作。
附图5是一种开放式的能量转换系统。29为蓄水蒸发池，29(1)为覆盖在蓄水蒸发池上的透明覆盖面，起透过阳光加温，防止湿热气逸散，收集湿热气的作用。29(2)为池内水。29(3)为喷雾加湿装置。29(4)为可开闭的与外界相通的窗口，这些结构统称为湿热气发生设施。30为沙漠或海洋，它们产生的热气或湿气可以从窗口29(4)进入湿热气发生设施。31为湿热气导管。32为压气喷气机。启动时，压出的气推开阀门33，能将空气压入喷管34，并从喷口34(2)喷出，经导向面34(3)导向后在气旋塔35内形成引发气旋。当引发气旋形成后，控制减弱压气气流，湿热气流就推开阀门33，进入喷管，最后湿热气在气旋塔内自激励形成气旋。置于气旋塔内涡轮机36受到气旋的冲击推动而转动，带动发电机36(1)工作。气旋塔35的出气管道35(1)为二级气旋37的进气管。在气旋塔35的气旋形成时，在二级气旋塔内也形成了气旋。
附图6提供了这种能量转换系统流程的另一种结构方式。图中38、39为两个并接的湿热气发生设施，它们都含有蒸发池39(1)、雾化加湿器39(2)、加热器39(3)、覆盖透明层39(4)。湿热气导管40、41合并后通喷管42。湿热气由喷口42(2)喷出，在气旋塔43内形成气旋。气旋推动涡轮机44转动，使发电机45工作。最后气旋气从排气口43(2)排出。在这个实施例中，湿热气喷口42(2)处于气旋塔43的内壁，喷口的方向沿着内壁的切向，椭球状的内壁表面43(1)，起着气流导向面的作用。气旋塔中的涡轮44还起着形成引发气旋的作用。在动力机46的带动下，涡轮44高速旋转，扭状叶片推动空气在塔内形成螺旋状气旋，并将气从出气口43(2)排出，使得塔内形成低压，促进湿热气从喷口42(2)喷入，并自激励形成气旋。42(1)为湿热气配比阀门，控制了喷入的空气湿度。
附图7给出了几种气旋塔中不同的喷气形成气旋的模式。A为轴心喷入导向式，如实施例附图1、附图4中气旋塔内的喷气形式。B为切向喷入导向式，如附图6中气旋塔内的喷气形式。C为切向喷入轴向偏离式。D为中央切向喷入双向分离式，……。这此模式都有一个特征，设施的主体是回转体的空腔，设施还含有喷口及气流的导向面、出气口等。导向面作用的结果使喷出的气流沿空腔的切向，有利于形成气旋，在附图7中B、C、D模式的气旋导向面由腔体的内壁构成。设施允许多喷口的组合。
附图8给出了一种湿热气发生设施的内部结构情况。整个设施由透明面47覆盖，其内有蒸发池48、雾化加湿器49等。多条相通的地沟状的储水储热池50(1)、50(2)等在蒸发池48、54的下面。水泵51(1)、51(2)可以抽水给蒸发池，蒸发池中过多的热水也充入储水储热池中储存起来。在这个设施中还有一条独立的有隔热壁的湿热气发生通道52，它包括有隔热壁53、蒸发池54、加热器55(即温度提升装置)、雾化增湿器56。当夜晚或阴雨天时将储存在储水储热池中的热水通过水泵打到这个通道中，由加热器55加热通道，雾化加湿器56加湿，产生的湿热气经导管57(1)、与导管57(2)会合后进入气旋发生设施。隔热壁53减少了湿热气的热损失。
上述实施例表明，在本发明的系统中，气旋发生设施可以单独使用，也可以视情况的需要几个串接或并接使用。如附图4为串、并结合的方式，附图5为串接式。
系统中湿热气发生设施可以单独给气旋发生设施供气，也可以由几个采用并接或串接的方式供气。如附图6表示了一种湿热气发生设施的并接方式。附图5表示自然环境也是一个巨大的湿热气发生设施，可以与人为的湿热气发生设施串接。
上述的实施例表明，湿热气发生设施特征是其内有大的液体蒸发面，如有开阔的蒸发面，有大量的雾滴等。有温度提升装置，如有加热器、有太阳热接收装置、接收地热、工业余热的装置，或者能够直接通入各种自然、非自然的热气、热水、湿气。在有的湿热气发生设施中还有储水储热池以及带有隔热壁的湿热气发生通道。
能量输出装置的特征是输出涡轮机安置在高速气流的通道上。如附图1表示涡轮机安置在气旋塔的出气口，为出气口安置式。附图4表示涡轮机安装在喷管处，为喷口前安置式。附图5、6表示涡轮机安置在气旋区，为气旋内安置式。
实施例中的气旋引发装置有喷管前加压喷气引发式(如附图4、附图5)，有离心引发式(如附图6)、有抽吸引发式(如附图1)等多种结构方式，但都有共同的特征，引发装置能造成喷口处一定的气压差，形成喷射气流。
权利要求
1.一种气旋式能量转换系统，能综合利用太阳能、地热能、工业余热、生活余热及大气热能等，模拟产生龙卷风，并使高速气流推动涡轮机工作。其特征是系统由产生大量蒸气与空气混合气的湿热气发生设施，产生高速气旋的气旋发生设施，气旋引发装置及能量输出装置等组成。
2.根据权项1所述的气旋式能量转换系统，其特征是湿热气发生设施中有大的液体蒸发面及雾化装置，有供热、吸热的温度提升装置，有湿热气的收集装置及有储热储液功能的蓄水池等。
3.根据权项1所述的气旋式能量转换系统，其特征是气旋发生设施的主体是回转体的空腔，设施含有进气喷口、气流的导向面及出气口等。
4.根据权项1所述的气旋式能量转换系统，其特征是气旋引发装置有喷管前加压喷气引发式，有离心引发式，有抽吸引发式等多种形式，它们都能造成喷口处一定的气压差，形成喷射气流。
5.根据权项1所述的气旋式能量转换系统，其特征是输出动能的涡轮机安置在高速气流的通道上。
6.根据权项2所述的湿热气发生设施，其特征是设施中有相对独立的有隔热壁的湿热气发生通道，通道中有大的液体蒸发面，温度提升装置及有蓄液池。
全文摘要
本发明能综合开发利用太阳能、地热能、工业余热、生活余热及大气热能等。所发明的系统模拟产生龙卷风,并使产生的高速气流推动涡轮机工作。系统由湿热气发生设施、气旋发生设施、气旋引发装置及能量输出装置等组成。
文档编号F03G7/00GK1240918SQ9811543
公开日2000年1月12日 申请日期1998年7月4日 优先权日1998年7月4日
发明者陆健 申请人:陆健