專利名稱：氣旋式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于開發(fā)新能源的領(lǐng)域，能綜合利用太陽能、地熱能、工業(yè)余熱、生活余熱及大氣熱能等，摸擬產(chǎn)生龍卷風，并使高速氣流推動渦輪機工作。
通常開發(fā)利用太陽能、地熱能、化石能源等的方式是，先將這些能源轉(zhuǎn)化出的熱來加熱液體，產(chǎn)生高溫高壓的蒸汽，蒸汽推動渦輪機工作，這種用高溫高壓的蒸汽來工作的方式熱損失多。另一種的方式是利用低溫熱源來加熱低沸點液體，將所產(chǎn)生的低溫蒸汽推動渦輪機工作，目前的海水溫差發(fā)電就屬于這種方式。這種的工作方式熱損失小，但是蒸汽壓力小，渦輪機的體積要大，以及對設(shè)備的真空度有一定的要求，限制了功率及效率的提高。這種方式還需要有能提供低溫的冷凝源，并對所開發(fā)的環(huán)境有一定的要求。上述的兩種方式都要有專設(shè)的冷凝器，對設(shè)備的技術(shù)要求都較高，增加了開發(fā)的成本。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種結(jié)構(gòu)簡單的自激勵氣旋發(fā)生系統(tǒng)，能在常溫常壓的自然條件下綜合開發(fā)利用太陽能、地熱能、生活余熱、工業(yè)余熱及大氣熱能等。
本發(fā)明的任務(wù)是以如下的方式完成建立一個能產(chǎn)生猛烈旋風的氣旋發(fā)生塔。在引發(fā)氣流的作用下，塔內(nèi)形成一個氣旋。由于氣旋的存在，塔內(nèi)形成一個真空低壓區(qū)。濕熱氣發(fā)生設(shè)施中的液體獲得熱能后產(chǎn)生大量的蒸氣與空氣的混合氣?；旌蠚馐芩?nèi)低壓的誘導(dǎo)，在很大的壓強差作用下，通過導(dǎo)管從噴口以一定的角度急劇地噴入這個真空低壓區(qū)，并釋放出大量的潛熱，進一步促進、維持了高速氣旋，形成自激勵過程。這些有一定溫度的混合氣源源不斷地噴射的結(jié)果，使得在導(dǎo)管、氣旋塔這樣的氣流通道中出現(xiàn)了持續(xù)的高速氣流。在通道中的某處置入渦輪機，渦輪機就會受氣流的沖擊而工作。
以下將結(jié)合附圖對發(fā)明作進一步的描述。


圖1是以水蒸氣和空氣混合的氣做為工質(zhì)的開放式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
圖2是從塔頂俯視的剖視圖。
圖3概括了附圖1中實施例的系統(tǒng)流程。
圖4是一種閉合循環(huán)氣旋式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)示意圖。
圖5是一種開放式的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。
圖6提供了這種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)流程的另一種結(jié)構(gòu)方式。
圖7給出了幾種氣旋塔中不同的噴氣形成氣旋的模式。
圖8給出了一種濕熱氣發(fā)生設(shè)施的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況。
附圖1是一種以水蒸汽和空氣混合的氣做為工質(zhì)的開放式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。圖中，1是樓房，2是樓房中空調(diào)機的散熱器，3是正在排放熱氣的汽車，4是遮陽棚。遮陽棚的上表面涂黑便于吸熱，棚上覆蓋著透光層，其間有可流動的空氣，受陽光的照射這層空氣的溫度上升，并進入熱氣通道5中，與樓房、空調(diào)散發(fā)出的熱氣、汽車排放的熱氣匯聚，流入樓頂?shù)恼舭l(fā)池6中。蒸發(fā)池6是一個大面積水池，其內(nèi)設(shè)有霧化增濕器7。蒸發(fā)池由透光層8所覆蓋封閉，只留有進出氣口。陽光可以透過透光層8使蒸發(fā)池增溫。通入熱氣。陽光增溫及霧化增濕等措施使蒸發(fā)池產(chǎn)生大量的濕熱氣。濕熱氣受覆蓋封閉面的收集導(dǎo)向作用從蒸發(fā)池的出口進入導(dǎo)管9。導(dǎo)管9的噴口10設(shè)在氣旋塔12內(nèi)的頂部。噴口10延伸有氣流導(dǎo)向面11。氣旋塔12的內(nèi)腔是一個回旋體。附圖2是從塔頂俯視的剖視圖。從圖中知，噴口10處于塔內(nèi)腔的中軸線上，導(dǎo)向面11按漸開線從中軸處均勻圓滑地過渡到塔壁的切線方向，這樣噴出的氣流受導(dǎo)向作用后在塔內(nèi)形成氣旋。工作過程如下，打開閥門13，關(guān)閉閥門18，啟動抽氣渦輪15，塔內(nèi)氣壓降低，氣流從噴口10噴入塔內(nèi)并形成氣旋，由于氣旋的存在，加強了塔內(nèi)中軸處形成的低壓區(qū)，噴管9的兩端存在高壓差，使?jié)駸釟飧咚賴娙霘庑?，釋放潛熱轉(zhuǎn)化為氣旋的動能，進一步促進維持了氣旋。當形成氣旋的自激勵過程且逐漸穩(wěn)定時，打開閥門18，關(guān)閉閥門13，氣旋的出氣從排氣管16排入大氣，并推動輸出渦輪機17轉(zhuǎn)動而發(fā)電。19是氣旋塔中冷凝物的排泄管。
附圖3概括了附圖1中實施例的系統(tǒng)流程。這種流程也適合其他的實施例。流程圖表明，太陽能、地熱能、工業(yè)余熱、生活余熱、大氣熱能等提供給濕熱氣發(fā)生設(shè)施(即蒸發(fā)池)，在這個設(shè)施中產(chǎn)生了大量的有一定溫度的蒸氣與空氣的混合氣(即濕熱氣)，混合氣進入氣旋發(fā)生設(shè)施(氣旋塔)中，在氣旋引發(fā)裝置的引發(fā)下，濕熱氣釋放潛熱，自激勵形成猛烈的氣旋，能量輸出設(shè)施(如渦輪機或其他的能量轉(zhuǎn)換器)將這個高速氣流的能量輸出。
附圖4是一種閉合循環(huán)氣旋式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)的示意圖。結(jié)構(gòu)及工作過程的說明如下；圖中20是濕熱氣發(fā)生設(shè)施，其內(nèi)有很大蒸發(fā)面的階層式蓄液池20(1)，可以蓄水或蓄其它易于蒸發(fā)的液體(以下所述的以水例)，還有霧化加濕裝置20(4)，加熱器20(3)。這些設(shè)施由透明層20(2)所覆蓋封閉，只留上端的出氣口與下端的進氣口，陽光可以透過覆蓋層20(2)給具有高吸熱性能的蓄水池加溫。不但陽光可以給這個設(shè)施提供熱能，加熱器20(3)通過燃燒、熱傳遞或直接往蓄水池中通入熱水、熱氣等方式，也可以給這個設(shè)施提供熱能。儲水儲熱庫21可以通過液泵21(2)、導(dǎo)管21(1)、21(3)的作用給蓄水池20(1)補充或抽吸儲存水。整個設(shè)施有利于大量產(chǎn)生濕熱氣。濕熱氣導(dǎo)管22導(dǎo)引收集的濕熱氣入渦輪機通道23。通道23由壓氣渦輪機通道23(2)和沖擊渦輪機通道23(3)組成。選項閥門23(1)可以選擇開通或關(guān)閉其中的一個通道。打開壓氣通道，關(guān)閉沖擊輸出通道，啟動壓氣機，濕熱氣被壓入噴管24內(nèi)從噴口24(1)高速噴出，經(jīng)導(dǎo)向面24(2)的作用在氣旋塔25內(nèi)形成氣旋，釋放潛熱形成自激勵過程。此后，關(guān)閉壓氣通道，打開沖擊通道，持續(xù)的高速氣流沖擊渦輪機轉(zhuǎn)動，輸出能量。26(1)、(2)、(3)為二級氣旋塔，以氣旋塔25的氣旋出氣做為進氣，在各自的塔內(nèi)形成氣旋，最后排氣入排氣管27中。排出的氣經(jīng)過與環(huán)境有大的熱交換面的熱交換管28后，又回輸?shù)綕駸釟獍l(fā)生設(shè)施20中循環(huán)工作。
附圖5是一種開放式的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)。29為蓄水蒸發(fā)池，29(1)為覆蓋在蓄水蒸發(fā)池上的透明覆蓋面，起透過陽光加溫，防止?jié)駸釟庖萆?，收集濕熱氣的作用?9(2)為池內(nèi)水。29(3)為噴霧加濕裝置。29(4)為可開閉的與外界相通的窗口，這些結(jié)構(gòu)統(tǒng)稱為濕熱氣發(fā)生設(shè)施。30為沙漠或海洋，它們產(chǎn)生的熱氣或濕氣可以從窗口29(4)進入濕熱氣發(fā)生設(shè)施。31為濕熱氣導(dǎo)管。32為壓氣噴氣機。啟動時，壓出的氣推開閥門33，能將空氣壓入噴管34，并從噴口34(2)噴出，經(jīng)導(dǎo)向面34(3)導(dǎo)向后在氣旋塔35內(nèi)形成引發(fā)氣旋。當引發(fā)氣旋形成后，控制減弱壓氣氣流，濕熱氣流就推開閥門33，進入噴管，最后濕熱氣在氣旋塔內(nèi)自激勵形成氣旋。置于氣旋塔內(nèi)渦輪機36受到氣旋的沖擊推動而轉(zhuǎn)動，帶動發(fā)電機36(1)工作。氣旋塔35的出氣管道35(1)為二級氣旋37的進氣管。在氣旋塔35的氣旋形成時，在二級氣旋塔內(nèi)也形成了氣旋。
附圖6提供了這種能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)流程的另一種結(jié)構(gòu)方式。圖中38、39為兩個并接的濕熱氣發(fā)生設(shè)施，它們都含有蒸發(fā)池39(1)、霧化加濕器39(2)、加熱器39(3)、覆蓋透明層39(4)。濕熱氣導(dǎo)管40、41合并后通噴管42。濕熱氣由噴口42(2)噴出，在氣旋塔43內(nèi)形成氣旋。氣旋推動渦輪機44轉(zhuǎn)動，使發(fā)電機45工作。最后氣旋氣從排氣口43(2)排出。在這個實施例中，濕熱氣噴口42(2)處于氣旋塔43的內(nèi)壁，噴口的方向沿著內(nèi)壁的切向，橢球狀的內(nèi)壁表面43(1)，起著氣流導(dǎo)向面的作用。氣旋塔中的渦輪44還起著形成引發(fā)氣旋的作用。在動力機46的帶動下，渦輪44高速旋轉(zhuǎn)，扭狀葉片推動空氣在塔內(nèi)形成螺旋狀氣旋，并將氣從出氣口43(2)排出，使得塔內(nèi)形成低壓，促進濕熱氣從噴口42(2)噴入，并自激勵形成氣旋。42(1)為濕熱氣配比閥門，控制了噴入的空氣濕度。
附圖7給出了幾種氣旋塔中不同的噴氣形成氣旋的模式。A為軸心噴入導(dǎo)向式，如實施例附圖1、附圖4中氣旋塔內(nèi)的噴氣形式。B為切向噴入導(dǎo)向式，如附圖6中氣旋塔內(nèi)的噴氣形式。C為切向噴入軸向偏離式。D為中央切向噴入雙向分離式，……。這此模式都有一個特征，設(shè)施的主體是回轉(zhuǎn)體的空腔，設(shè)施還含有噴口及氣流的導(dǎo)向面、出氣口等。導(dǎo)向面作用的結(jié)果使噴出的氣流沿空腔的切向，有利于形成氣旋，在附圖7中B、C、D模式的氣旋導(dǎo)向面由腔體的內(nèi)壁構(gòu)成。設(shè)施允許多噴口的組合。
附圖8給出了一種濕熱氣發(fā)生設(shè)施的內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況。整個設(shè)施由透明面47覆蓋，其內(nèi)有蒸發(fā)池48、霧化加濕器49等。多條相通的地溝狀的儲水儲熱池50(1)、50(2)等在蒸發(fā)池48、54的下面。水泵51(1)、51(2)可以抽水給蒸發(fā)池，蒸發(fā)池中過多的熱水也充入儲水儲熱池中儲存起來。在這個設(shè)施中還有一條獨立的有隔熱壁的濕熱氣發(fā)生通道52，它包括有隔熱壁53、蒸發(fā)池54、加熱器55(即溫度提升裝置)、霧化增濕器56。當夜晚或陰雨天時將儲存在儲水儲熱池中的熱水通過水泵打到這個通道中，由加熱器55加熱通道，霧化加濕器56加濕，產(chǎn)生的濕熱氣經(jīng)導(dǎo)管57(1)、與導(dǎo)管57(2)會合后進入氣旋發(fā)生設(shè)施。隔熱壁53減少了濕熱氣的熱損失。
上述實施例表明，在本發(fā)明的系統(tǒng)中，氣旋發(fā)生設(shè)施可以單獨使用，也可以視情況的需要幾個串接或并接使用。如附圖4為串、并結(jié)合的方式，附圖5為串接式。
系統(tǒng)中濕熱氣發(fā)生設(shè)施可以單獨給氣旋發(fā)生設(shè)施供氣，也可以由幾個采用并接或串接的方式供氣。如附圖6表示了一種濕熱氣發(fā)生設(shè)施的并接方式。附圖5表示自然環(huán)境也是一個巨大的濕熱氣發(fā)生設(shè)施，可以與人為的濕熱氣發(fā)生設(shè)施串接。
上述的實施例表明，濕熱氣發(fā)生設(shè)施特征是其內(nèi)有大的液體蒸發(fā)面，如有開闊的蒸發(fā)面，有大量的霧滴等。有溫度提升裝置，如有加熱器、有太陽熱接收裝置、接收地熱、工業(yè)余熱的裝置，或者能夠直接通入各種自然、非自然的熱氣、熱水、濕氣。在有的濕熱氣發(fā)生設(shè)施中還有儲水儲熱池以及帶有隔熱壁的濕熱氣發(fā)生通道。
能量輸出裝置的特征是輸出渦輪機安置在高速氣流的通道上。如附圖1表示渦輪機安置在氣旋塔的出氣口，為出氣口安置式。附圖4表示渦輪機安裝在噴管處，為噴口前安置式。附圖5、6表示渦輪機安置在氣旋區(qū)，為氣旋內(nèi)安置式。
實施例中的氣旋引發(fā)裝置有噴管前加壓噴氣引發(fā)式(如附圖4、附圖5)，有離心引發(fā)式(如附圖6)、有抽吸引發(fā)式(如附圖1)等多種結(jié)構(gòu)方式，但都有共同的特征，引發(fā)裝置能造成噴口處一定的氣壓差，形成噴射氣流。
權(quán)利要求
1.一種氣旋式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，能綜合利用太陽能、地熱能、工業(yè)余熱、生活余熱及大氣熱能等，模擬產(chǎn)生龍卷風，并使高速氣流推動渦輪機工作。其特征是系統(tǒng)由產(chǎn)生大量蒸氣與空氣混合氣的濕熱氣發(fā)生設(shè)施，產(chǎn)生高速氣旋的氣旋發(fā)生設(shè)施，氣旋引發(fā)裝置及能量輸出裝置等組成。
2.根據(jù)權(quán)項1所述的氣旋式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是濕熱氣發(fā)生設(shè)施中有大的液體蒸發(fā)面及霧化裝置，有供熱、吸熱的溫度提升裝置，有濕熱氣的收集裝置及有儲熱儲液功能的蓄水池等。
3.根據(jù)權(quán)項1所述的氣旋式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是氣旋發(fā)生設(shè)施的主體是回轉(zhuǎn)體的空腔，設(shè)施含有進氣噴口、氣流的導(dǎo)向面及出氣口等。
4.根據(jù)權(quán)項1所述的氣旋式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是氣旋引發(fā)裝置有噴管前加壓噴氣引發(fā)式，有離心引發(fā)式，有抽吸引發(fā)式等多種形式，它們都能造成噴口處一定的氣壓差，形成噴射氣流。
5.根據(jù)權(quán)項1所述的氣旋式能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)，其特征是輸出動能的渦輪機安置在高速氣流的通道上。
6.根據(jù)權(quán)項2所述的濕熱氣發(fā)生設(shè)施，其特征是設(shè)施中有相對獨立的有隔熱壁的濕熱氣發(fā)生通道，通道中有大的液體蒸發(fā)面，溫度提升裝置及有蓄液池。
全文摘要
本發(fā)明能綜合開發(fā)利用太陽能、地熱能、工業(yè)余熱、生活余熱及大氣熱能等。所發(fā)明的系統(tǒng)模擬產(chǎn)生龍卷風,并使產(chǎn)生的高速氣流推動渦輪機工作。系統(tǒng)由濕熱氣發(fā)生設(shè)施、氣旋發(fā)生設(shè)施、氣旋引發(fā)裝置及能量輸出裝置等組成。
文檔編號F03G7/00GK1240918SQ9811543
公開日2000年1月12日 申請日期1998年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1998年7月4日
發(fā)明者陸健 申請人:陸健