一种基于垂直大气压强差的提水装置的制作方法

本发明涉及发电
技术领域：
，具体涉及一种利用垂直大气压强差将水提高高处的提水装置。
背景技术：
目前，绿色能源的利用，像水能，原子能，太阳能，风能，潮汐能等，都已经在开发利用。但所有的绿色能源都不能和矿物性能源比肩，即代替矿物性能源。惟独大气垂直压力差的能量尚未见全面开发利用。风能的利用属于大气压力的水平压力差的利用，虽然风能的利用给人类的贡献已经很大了，但风是时有时无的，极不稳定。而如果直接利用大气垂直压力差(压强差)发电，可以预期，将获得比风能大得多且极其稳定的能源，而大气的压强随高度的变化与水平压强差(风)比较，是非常大的，也是非常稳定的，同时大气垂直压强是包围整个地球的压力，其范围极大，又和人类近身，不用下海，不用下地，不用上天，就在身边，如果开发出来，真是完全可以替代矿物性能源。但如何很好的利用垂直大气压强差至今未曾很好的得到实现，鉴于如何利用大气垂直压强差发电实属困难。所以，目前人类只开发出了大气水平压强差的风能。其实，大气垂直压强(760mm汞柱高)比水平压强差大得多，小孩子玩的水枪，在抽空抢管内的空气后就将水抽到了枪管中，也就提高了水的高度(势能)；又如，人们平常用吸管喝牛奶，嘴吸吸管，牛奶就被吸进口中，也就提高了牛奶的高度(势能)。这些都是大气垂直压强在生活中利用的最普通的例子，从这些例子中可以看出，垂直大气压强是可以被利用的，只是没有被很好的开拓，而本发明就实现了对垂直大气压强差的开拓性应用。技术实现要素：针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于垂直大气压强差的提水装置，用于解决现有技术无法利用基于垂直大气压强差来进行发电这一问题。为此，根据本发明的实施例，该提水装置包括提水管及直立风管，所述提水管层叠堆叠设置，所述直立风管的一端靠近地面，所述直立风管的另一端置于高处，相邻两个所述提水管之间通过一连通口实现连通，在所述连通口处设置有阀门，在所述提水管内设置有软膜，所述软膜与所述提水管的内壁形成有大气容纳腔，且所述软膜无缝紧密连接在所述连通口处，处于最下方的所述提水管置于水面以下，所述直立风管连通到其余各个所述提水管内的软膜内，其余各个所述提水管的侧壁设有至少一个可进行开合的阀口。作为所述提水装置的进一步可选方案，所述提水管为圆筒形，所述连通口设置在所述提水管的中部位置。作为所述提水装置的进一步可选方案，所述阀门为电磁阀。作为所述提水装置的进一步可选方案，在所述阀口处设置有侧阀门。作为所述提水装置的进一步可选方案，所述侧阀门为电磁阀。作为所述提水装置的进一步可选方案，所述提水管的侧壁设有导风管，所述导风管伸入到所述软膜内，所述直立风管包括第一风管及第二风管，所述第一风管的第一端连接于所述导风管，其第二端置于高处，所述第二风管的第一端置于所述第一风管内，其第二端从所述第一风管的管壁伸出并延伸到地面。作为所述提水装置的进一步可选方案，所述第一风管包括水平段及直立段，所述水平段连接于所述导风管。作为所述提水装置的进一步可选方案，所述水平段套设在所述导风管的外周。作为所述提水装置的进一步可选方案，所述第二风管的内径小于所述直立段的内径。作为所述提水装置的进一步可选方案，所述提水装置还包括高塔，所述高塔将所述直立管导向到高处。本发明的有益效果：依据以上实施例中的提水装置，由于堆叠提水管、直立风管及软膜的设置，使得在直立风管的内部能够形成风流，该风流能够带出处于上层的软膜内的空气，使得下层的水能够在大气压下上升到上层的提水管内。具体而言，当处于最下方的第一个提水管灌满水后，其上层的与软膜相通的直立风管带出上层第二个提水管中的软膜中的空气，在大气压力作用下，使得水上升到第二提水管的软膜内，接着关闭该第二个提水管底部的阀门(由于软膜无缝紧密连接在连通口处，此时第二提水管与第一提水管相互隔离)，并打开第二提水管的侧壁的阀口，使得空气充斥在第二提水管的内壁与软膜之间，与此同时，与软膜相通的直立风管带出上层第三个提水管中的软膜中的空气，并在大气压力的作用下继续将水上升到第三个提水管中的软膜内，在该过程中，第一个提水管中的水又一次上升到了第二提水管中，以此循环，使得水不断的上升到更高处。从上述过程可以看出，本发明通过提水管、直立风管及软膜的设置就使得垂直大气压强差被充分的利用，当水上升到高处后，使其从高处冲下即可用来发电，这对于解决日益短缺的能源问题尤为重要。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1示出了根据本发明实施例所提供的基于垂直大气压强差的提水装置的结构示意图。主要元件符号说明：100-提水管；200-直立风管；300-软膜；110-连通口；120-阀门；130-阀口；140-侧阀门；150-导风管；210-第一风管；220-第二风管；211-水平段；212-直立段；101-大气容纳腔。具体实施方式下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。实施例本实施例提供了一种基于垂直大气压强差的提水装置。请参考图1，该提水装置包括层叠堆叠设置的提水管100及直立风管200，直立风管200的一端靠近地面，直立风管200的另一端置于高处，相邻两个提水管100之间通过一连通口110实现连通，在连通口110处设置有阀门120，在提水管100内设置有软膜300，软膜300与提水管100的内壁形成有大气容纳腔101，且软膜300无缝紧密连接在连通口110处，处于最下方的提水管100置于水面以下，直立风管200连通到其余各个提水管100内的软膜300内，其余各个提水管100的侧壁设有至少一个可进行开合的阀口130。如此，由于堆叠提水管100、直立风管200及软膜300的设置，使得在直立风管200的内部能够形成风流，该风流能够带出处于上层的软膜300内的空气，使得下层的水能够在大气压下上升到上层的提水管100内。具体而言，当处于最下方的第一个提水管100灌满水后，其上层的与软膜300相通的直立风管200带出上层第二个提水管100中的软膜300中的空气，在大气压力作用下，使得水上升到第二提水管100的软膜300内，接着关闭该第二个提水管100底部的阀门120(由于软膜300无缝紧密连接在连通口110处，此时第二提水管100与第一提水管100相互隔离)，并打开第二提水管100的侧壁的阀口130，使得空气充斥在第二提水管100的内壁与软膜300之间，与此同时，与软膜300相通的直立风管200带出上层第三个提水管100中的软膜300中的空气，并在大气压力的作用下继续将水上升到第三个提水管100中的软膜300内，在该过程中，第一个提水管100中的水又一次上升到了第二提水管100中，以此循环，使得水不断的上升到更高处。从上述过程可以看出，本发明通过提水管100、直立风管200及软膜300的设置就使得垂直大气压强差被充分的利用，当水上升到高处后，使其从高处冲下即可用来发电，这对于解决日益短缺的能源问题尤为重要。除上述逐级将水运送到高处的方式之外，在某些实时方式中，还可以一次性将水上升到高处，此时需要对层叠堆叠设置的提水管100进行一个预处理。具体而言，可以将两个提水管100组成一组，一上一下地摆放，上一层为抽空用的提水管100，下一层为装有待提高的水的提水管100，为了便于描述和理解，将它们对应称为抽空提水管及装水提水管，其余与前述方式相同。这样，只要直立风管200内有风，便可将下面的装水提水管的水，提高到上面抽空提水管中去，这样可以多组同时提水。比如，从地面到二十米的高处，每隔两米设一个装水提水管，上面设一个抽空提水管，两个提水管100组成一组，依次向上共十组组合，直到二十米的高度。第一次将所有的组合中的装水提水管装满水，这就是预处理。预处理后，打开所有抽空提水管的直立风管200进行吹风，于是这十个抽空提水管便将十个装水提水管中的水一下子同时抽到上一级的提水管100内，而最上一级的抽空提水管就等于到了20米的高度，而下面各个提水管便依次变换了角色，原来是抽空用的抽空提水管，变成了装水提水管，原来是装水提水管，变成了抽空提水管。由上到下就再次组成了另一个预处理状态，这时只要打开各个直立风管200的吹风开关以及各个阀口130，便可一次性地将一米高的水柱从地面抽到二十米的高度，而不必像前述方式一样需要一定的时间才能逐级将水送到高处，这就大大提高了水上升的速度，也就大大地提高了下冲发电的效率。下面将对直立风管200内部风流的产生作出介绍。在一个竖直直立的直立风管200内，只要有一定高度，管子内部有风流，这可以用佰努利方程来描述。佰努利方程为：将直立风管200分为上下两个界面，界面2为上界面，界面1为下界面。和v12分别为管子上下两界面风的速度，h2和h1分别为上下两界面的高度(从地面算起)，p2和p1分别为上下两界面的压强，h2-h1就是高塔的高度，暂取为h2-h1＝500米(当然可以另取)。方程描述的是，上下两界面以不同的压强产生不同的速度的风的公式。可以将管子上下两界面的截面积，s2和s1之比取得使这只要将上界面面积做小一些就可以了。则(1-1)式便为：化简，得：令h1＝0(下界面在地面上)，有：p2﹤p1，所以p2-p1﹤0，所以只有ρgh2+(p2-p1)﹤0，即只有：︱ρgh2︳﹤︱(p2-p1)|(1-4)式才是一个有理式。p1＝101323.2(1-5)为一个常数。p2＝101323.2(e(-h2/7924))(1-6)将(1-5)式p1，(1-6)式p2代入(1-4)式，得：整理得：这就是一个直立风管200内底部的风速v2的公式。由(1-7)式可知，必须等式右侧为正数，(1-7)式才为有理式，即上下两界面的压强差大于势能ρgh2，(1-7)式才为有理式。随着h2的增加，4ρgh2增加，4p1-4×101323.2(e(-h2/7924))增加，这就使速度v2增加。将某一高度下的平均密度视为此高度下直立风管200内的密度值。不妨在我们需要的高度内计算一下的某些个值。比如在0米高度上，(1-7)式中比如在h2＝500米时，ρ＝1.1435，(见下文)，则(1-7)式中：v2＝48.69米/秒。所以，在0与500米比较，是增加的。又比如在h2＝1000米时，(1-7)中：h2＝1000米时，ρ＝1.081v2＝72.46米/秒。所以，可以看出随着h2的升高，在1000米之内，一直在增加。而要得到的值，必须知道密度ρ的值。显然，不同的高度，直立风管200内的风有不同的平均密度。这是静止状态下的管子内的气体的密度随高度而不同的结果。需要计算静止状态下不同高度下的空气密度值ρ，才可以计算的值。依据经验公式：ρ＝p×29/(8314×t)(1-11)这里密度只与压强p和温度t有关，其中压强p的单位是帕，1帕＝0.0075006168270417mmhg。1毫米汞柱＝1/0.0075006168270417帕＝133.32帕。t为绝对温度，为273+摄氏温度，比如20摄氏度，t＝273+20＝293。取地面温度为20度，压强p＝760mm汞柱＝760×133.32帕，代入(1-11)式，得ρ＝p×29/(8314×t)＝(760×133.32帕)×(29/(8314×293)＝101323.2×29/(8314×293)＝2938372.8/2436002＝1.206kg/m3。(1-12)这是地表的空气密度为1.206kg/m3。1000米高处，温度降低5度，t＝150c。1000米高处的压强值，由(1-6)式知，为p＝89310.37帕，t＝273+15＝288按照(1-11)式求密度：ρ＝p×29/(8314×t)＝89310.37×29/(8314×288)＝2589997.83/2394432＝1.081168＝1.081kg/m3。这就是1000米高处的空气密度1.081kg/m3。高塔的高度不同，在这个高度下，风的平均密度就不同，风速也就不同。可以按照(1-11)式求各点的密度，一个简单的办法是按照地表与1000米的密度差按照梯度的办法，求取各点的密度值。取地面空气密度为1.206kg/m3，1000米处的空气密度为1.081kg/m3。按照梯度：ρ＝1.206-(1.206-1.081)÷1000×h2＝1.206-0.125×10-3×h2(1-13)求得各处的密度值如下：当h2＝0米时，ρ＝1.206；当h2＝100米时，ρ＝1.206-0.0125＝1.1935；当h2＝200米时，ρ＝1.206-0.025＝1.181；当h2＝300米时，ρ＝1.206-0.0375＝1.1685；当h2＝400米时，ρ＝1.206-0.05＝1.156；当h2＝500米时，ρ＝1.206-0.0625＝1.1435；当h2＝600米时，ρ＝1.206-0.075＝1.131；当h2＝700米时，ρ＝1.206-0.0875＝1.1185；当h2＝800米时，ρ＝1.206-0.1＝1.106；当h2＝900米时，ρ＝1.206-0.1125＝1.0935；当h2＝1000米时，ρ＝1.206-0.125＝1.081；下面就采用上面给的密度值对应算出各风速如下：高度h2v2(米/秒)v1(米/秒)00010018.4018.8920026.7123.7330033.5628.1040039.7332.2050045.5440.0070056.5443.7680061.8943.76100072.4651.24可见，即使高度h2为500米，直立风管200下部也可得到32.2米/秒的风速，这相当于12级台风(32.6-37米/秒)的风速，可以有海浪滔天的效果，足够使用。由伯努利方程，从500米高处引一个直立风管200到地面，可以形成32.20米/秒的风速，此时仅仅在管子内的风的动能就有：这里v表示体积，使整个管子内的体积，v＝πr2×l，r表示直立风管200的半径，l表示直立风管200的长度，v表示风的速度。将其与水高h的势能相等，有：(水)vgh＝3722867.336取ρ(水)＝103kg/m3，v为提水管体积，v＝π52h，g＝9.8，最终得出：h＝2.2米/秒。就算只用直立风管200内的风的动能，换算成提水管内水的势能，也有2.2米高的能量为了便于描述，现在只取一米。至此，可将前文中的每个提水管100的高度设定为一米，当然该一米只是举例说明，只是为了便于理解本发明。在本发明实施方式中，提水管100为圆筒形，连通口110设置在提水管100的中部位置。当然，在其它实施方式中，提水管100及连通口110的设置还可以作出其他改变。进一步的，为了便于开合阀口130，在阀口130处设置有侧阀门140。为了便于控制，在本发明实施方式中，可将阀门120及侧阀门140均设置成电磁阀等。另外，为了便于直立风管200的安装，在提水管100的侧壁设有导风管150，导风管150伸入到软膜300内，直立风管200包括第一风管210及第二风管220，第一风管210的第一端连接于导风管150，其第二端置于高处，第二风管220的第一端置于第一风管210内，其第二端从第一风管210的管壁伸出并延伸到地面。此时，在第一风管210内就形成了风流，而第一风管210又连通到软膜300内，因此就可以带走软膜300内的空气。进一步的，第一风管210包括水平段211及直立段212，水平段211连接于导风管150。在某些具体的实施方式中，水平段211套设在导风管150的外周。可以理解的是，第二风管220的内径应小于直立段212的内径，这样才可实现风流在第一风管210内的流通，也方便将软膜300内的空气沿着直立段212而带出整个第一风管210，最终排到大气中。除以上所述外，在某些实施方式中，为了保证前述具有一定高度(例如500米)的直立风管200的安装，可以实现设置高塔，该高塔的布置在现有技术中已有成熟技术，当高塔布置完成后，将直立风管200沿着高塔布置即可。在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。当前第1页12