[其他发电机组] 地心引力与大气梯度温差综合发电的方法及其装置
根据江门发电机出租公司-雅通电力（www.uncle-power.com）讯;

本发明涉及一种利用地心引力与大气梯度温差综合作用发电的方法及其装置，尤其是利用“U”形管与内螺旋抽气管道的装置，使地面相对高温的大气在“U”形管所连接的内螺旋抽气管道系统内形成高速上升气旋，造成“龙卷风”效应，从而引发在“U”形管进气口端之颈管部的空气借助地心引力及加速度迅速流动，由此产生强大的高速下降气流，推动发电机叶轮旋转发电。本发明属于可再生绿色能源。
背景技术
目前人类所使用的能源主要来自煤、石油、天然气、核反应堆及水力发电等。这些产生能源的物质或方法，有的存在污染及资源有限，有的投资较大，且远不能满足人们对能源日益增加的需要。鉴于此，多年来就有人在探索开发“绿色能源”，如太阳能、风能、海洋能、生物能等，有的已经达到一定规模的实用阶段，有的尚在探索与研究之中。近些年来，在探索利用大气温差发电方面也不乏其人。2001年，中国大陆有人发表了题为《利用大气压差发电》的理论探索文章，其思路是根据烟囱抽吸烟尘的原理，提出海拔越高大气压力越低，地面与高端气压差越大，地面的高气压可推动空气上升流动，从而诱发利用大气压差发电的设想。此设想认为烟囱抽吸烟尘是低海拔处的相对高气压将烟囱内的烟尘向上推动的结果，这个假设值得商榷。事实上，大气压是地心引力“吸附”大气所致，就大气压差而言，在地球表面一定区域内是大体一致的，如果没有外力作用，大气只能保持一种稳定的随高度的增加而压力递减状态，它会不流动，因此不会做任何工。烟囱所以能抽吸烟尘，其原动力是大气存在梯度温差，或者烟囱内部自身的高温气体所致，大气压差是随之而产生的一种继发动力。但是，就推动气流上升而言，这两者缺一不可。假定烟囱内外气体梯度温差一旦平衡，大气压差的动力作用就会随即消失，烟囱也就会失去它抽吸烟尘的作用。所以，单纯的大气压差不会产生动力，也就不可能发电。据报（网）载，近年澳大利亚一家公司计划搭建一个20平方公里的玻璃或塑料温室大棚，欲建造一座900多米高的巨型“烟囱”，利用温室大棚内的热空气从烟囱里上升产生的动力发电，预计可为32个涡轮机提供动力，发电20万千瓦，供20万个家庭使用，估计耗资6.7亿美元。这个计划虽好，但是难度及耗资却很大，而且900多米高的烟囱矗立在空中存在一定安全隐患，如过没有足够的资金和充分的技术条件是难以建成的，不利于推广与普及。近几年，中国大陆有数项空气能发电方法的发明申请，其中之一就是对大气梯度温差的利用，其方法是搭建一座高度100m以上的敞口锥形管道，在锥形管道下口狭窄部安置发电机组叶轮，使从管道内上升的空气流推动叶轮旋转发电。此发明申请是目前中国大陆利用大气梯度温差发电的例子之一，也可能有实用价值。但是，其不足有二：一是要达到很大的功率，势必锥形管上部需要足够的高度才能获得所需要的温差，锥形管越向上延伸，其体积、敞口将会越大，类似于烟囱的吸筒作用会逐渐减弱至消失，甚至空气可能产生紊乱涡旋而出现倒流，并且在较高的空间一个大漏斗状的结构不易建造与控制；二是空气离开地面在上升的过程中做工，首先需要克服空气自身重力和发电机叶轮的重力，地心引力在此起到负作用，没有把地心引力能直接利用上。因此，需要有一种将地心引力能与大气梯度温差能结合利用的方法及其装置。
众所周知，地球外表覆盖着一层很厚的大气，其海拔高度在8000m~18000m属于大气对流层。对流层空气的运动规律是：地面的热空气上升，对流层上部的冷空气下降，故引起冷——热空气对流。在地球表面，因太阳光线的照射使地表空气获得能量而被加热，热空气的密度减小，相对重量减轻，具有上升趋势。如何将地心引力蕴藏在大气中的能量（大气重力）与地面热空气流上升所产生的能量（太阳能）综合利用，是本发明要解决的核心问题。
发明目的
本发明的目的是提供一种综合利用地心引力与大气梯度温差能源的方法及其装置。通过“U”形管和内螺旋抽气管道的方法及装置系统，使大气梯度温差引起的上升气流动力能源与地心引力储备于大气中的重力能源偶联释放，以获得强大的动能用以发电，从而改变目前以火电为主的世界能源格局，减少乃至于消除因矿石能源和核能源造成的环境污染，满足人类对“绿色能源”的渴求。
发明内容
本发明采用一“U”形管道将储气池、电机仓与沿陡峭山体搭建的内螺旋抽气管道偶联的方法及其装置，以充分利用大气梯度温差能和地心引力能。装置起始部为一储气池，储气池可用塑料（PVC）或金属质材制作，形状为圆形，其高度与直径应与其相连接的电机仓一致。储气池的作用是避免空气下降时受横向风力的干扰，以使气流顺利下降，储气池上口建造雨棚、筛网状钢丝网及雨棚、支柱，以防雨水及阻止飞鸟、昆虫、杂物等进入。储气池底部接一短管（以下称“颈管”），颈管为发电机组叶轮安装处，须用高强度金属或塑料钢材料制造，其内径须与内螺旋抽气管道内径一致或略小于内螺旋抽气管道内径，颈管下端紧连电机仓。电机仓为安装发电机组的空间，可用塑料（PVC）或金属材料制作，其高度及容积应远大于所设计功率的发电机体积，电机仓借其上部的颈管与储气池相通。发电机组主体安装于电机仓中央，其叶轮正置于颈管中部，发电机组上部及周围应留足通气空间，底部固定于多孔（多孔数以气流畅通为度）金属底板上，底板圆形通气孔的截渺幡巍怼啤笑桅痞兀?应远大于颈管的截渺幡巍怼啤笑桅痞兀?，底板下方撑以钢铁支架。底板下所留空间为聚气室，聚气室的作用是聚集来自于金属底板圆孔的空气。聚气室底板用钢板制作，中心部与“U”形管前端焊接连通。“U”形管为地心引力能与大气梯度温差能偶联之重要结构部件，须用较厚的不锈钢或高强度金属材料制成，其内径及各段长度应根据设计发电功率的大小而定，但是无论何种尺寸，其内径均须大于颈管内径50㎝左右。“U”形管前端设置一叶片式可调节闸门，“U”形管后部上升段内装置电阻空气加热器，用以加热管内空气。“U”形管底部最低处，安装一带活塞瓣门的放水小管，小管置于地面水坑内，使本装置管道系统内产生的水分得以流出，同时其“活塞瓣门”可阻止空气、水份由此被吸进管道系统内，“U”形管末端续接内螺旋抽气管道。前述之储气池、电机仓、聚气室为圆筒状结构，它们的内径须是颈管内径2倍以上。内螺旋抽气管道是产生气流动力的主要装置，可用金属材料或硬塑料（PVC）质材制造，其内径应与颈管内径相一致或略大于颈管内径。螺旋抽气管道内壁铸造上升螺旋槽（类似于步枪的膛线）或螺旋脊，在北半球铸造为逆时针上升螺旋，在南半球铸造为顺时针上升螺旋。内螺旋抽气管道可铸造为5~10m长的节段，以便运输、安装。沿山体铺设内螺旋抽气管道时，其坡度须大于45°。内螺旋抽气管道外表面涂抹或粘贴或包裹高效保温隔热材料，以保持管内温度相对恒定。内螺旋抽气管道高处末端设置金属或钢筋混凝土支架、筛网状排气窗、雨棚及避雷装置。整个储气池、电机仓、聚气室和“U”形管悬空部分，用高强度金属架或钢筋混凝土支架支撑固定为一体。 
本发明的工作原理如下：首先要求所搭建的内螺旋抽气管道垂直高度达1000m以上，理想的垂直高度是2500m左右，因为在对流层内，垂直高度每增加100m，大气温度降低约0.65℃。垂直高度2500米时，地面储气池与内螺旋抽气管道顶端之间的大气梯度温差可以达到16℃左右，而且基本不受气候、季节的影响，这样的温差足以推动内螺旋抽气管内的空气流快速上升。铺设内螺旋抽气管道时，尽量直线行走，其坡度不得小于45°，以减少气流上升阻力。储气池的主要作用是使池内的空气不受外界风的横向干扰，以保证发电机叶轮处有足够稳定的气流供给。连接储气池与电机仓之颈管处是空气流速最大的部位，以利推动发电机叶轮高速旋转。“U”形管前端之叶片式可调节闸门的作用是控制、调节进入管道的空气量，“U”形管末端连接内螺旋抽气管道。内螺旋抽气管道的作用是使空气在上升过程中形成螺旋涡流，即气旋，其中心产生强大的负压，造成上升型“龙卷风”的效应，以增加管内上升气流的动力。在这样一个装置系统内，一旦空气流动，储气池内的大气就会伴随着重力加速度快速下降通过颈管，释放能量，以推动发电机组叶轮高速旋转而发电。如果内螺旋抽气管道的空气上升力度不足，可将其发电机发出的电能加热“U”形管上升段内的电阻空气加热器，使空气温度增加，气流上升速度加快，叶轮旋转加速，以保持恒定的发电量；如果空气流量过大、过快，可通过控制“U”形管前端叶片式可调节闸门，减少进入管道系统的空气量，起到叶轮减速的作用。“U”形管前端之叶片式可调节闸门和其后端之电阻空气加热器通过自动控制系统实现反馈调节。现在，用一简式结合说明书附图，说明本装置系统的空气流动方向及工作原理：“地面热空气（相对于对流层上部）→筛网钢丝网2 →储气池3 →颈管4→发电机叶轮5→电机仓6→ 聚气室12→叶片式可调节闸门9 →“U”形管10 → 电阻空气加热器13→内螺旋抽气管道15→ 筛网状排气窗18 ”。 
本发明的优点：1.装置系统中的“U”形管把大气梯度温差能与地心引力能偶联在一起，使两者在该系统中各自发挥其优势，即地心引力蕴藏于大气中的能量在下降的流动过程中做工，大气梯度温差产生的上升气流因未遇到过多的阻力而顺畅上升，从而获得两者释放能量的最佳综合效应；2.抽气管道内壁的螺旋结构具有加速气流上升的作用，它通过以下关联效应来实现这种作用：一是高速气旋会产生很强的离心力，从而增加气流上升动力；二是上升气流所形成的高速气旋中心呈负压状态，具有“抽吸”管道下部气流的作用，使气流加速上升，造成“龙卷风效应”；3.沿陡峭高山建造，解决了在此以前类似发明所不能解决的垂直高度过低和温差过小问题，从而使本发明具有可操作性；4.原理简单，结构易造，实施容易，安全环保，投资少，见效快，易推广，易普及；5.我国及世界多数国家山岭众多，本发明具有广阔的市场前景；6.本发明的推广、普及，必然会逐渐取代燃煤、核能等具有污染性的发电设施，改变目前世界的能源结构格局，能有效地减少污染，保护人类生成环境。
附挽幡巍怼啤笑桅痞兀?明
说明书附图中H为管道系统垂直高度，通常应在2000m左右。1.储气池雨棚，2.筛网状钢丝网，3.储气池，4.颈管，5.发电机叶轮，6.电机仓，7.发电机主体，8.圆形多孔金属底板及支架，9.“U”形管前端叶片式可调节闸门，10.“U”形管主体，11.放水小管及活塞瓣门， 12.聚气室，13.电阻空气加热器，14.联合支架，15.沿山体搭建的内螺旋抽气管道，16.储气池雨棚支撑柱，17.内螺旋抽气管道末段支撑架，18. 内螺旋抽气管道顶端的雨棚、筛网状排气窗及避雷装置，19.搭建内螺旋抽气管道之山体。
实施方式：
实施本发明装置时，需选择坡度大于45º的陡峭山体19，山体垂直高度H应在2000m左右，在山脚处建造、安装储气池3、电机窗6、颈管4、发电机组7、“U”形管10等设备，沿山体铺设内螺旋抽气管道15至所需高度。为了便于运输，每段内螺旋抽气管道可铸造为5~10m的长度，安装时以接头扣套连接固定。沿山体向上铺设时，尽量直线铺设，减小弯曲度和减少弯曲次数，且坡度不得小于45°。对于不理想的山体，可以采取凿挖沟槽嵌埋和填充洼陷垫衬等施工措施，以保持管道相对直行。通气管道系统各部内径的大小、长度，应根据设计总功率而定。原则上管道内径越大，垂直高度越高，发电能力越强。本发明装置系统内，空气重量是基本恒定的（以12.26牛顿计），造成上升型“龙卷风”效应后，其气流速度可达100m/s左右。其总功率取决于系统颈管4处每秒空气流量，而空气流量主要取决于内螺旋抽气管道15和颈管4的内径及流速。现以设计建造5000千瓦功率和20000千瓦功率的发电机组要求为例说明实施方式。
例1，设计建造5000千瓦功率发电机组：
首先选择一垂直高度H达2000m以上的陡峭山体19，在其山脚处平整打基础，并根据设计要求建造联合支架14。用厚度1~2㎝，内径3.5m的不锈钢管制作一弧形部分长6~8m，两侧直部前段5m、后段10m的“U”管10。“U”型管前端装置叶片式可调节闸门9，后段上升部安装电阻空气加热器13，“U”形管后端连接3m内径的内螺旋抽气管道15。“U”形管叶片式可调节闸门前端接聚气室12→电机仓6及仓内发电机组7→颈管4及发电机组叶轮5→储气池3及其附属结构（1、2、16）。内螺旋抽气管道15沿陡峭山体19向上铺设，垂直高度H达2000m，顶段装置支架17、雨棚、排气窗、避雷装置18等。根据流体力学功率计算公式：N（功率）=M（质量）×Q（流量/立方米/秒）×H（高度/米）×η（效率），即可得出设计总功率。空气质量以12.26（牛顿）计，流量=截渺幡巍怼啤笑桅痞兀?×流速（以60m/s计），则流量为：（3/2）2×3.1416×60=424（立方米/秒）,效率（η）按75%计。则总功率为：N=M×Q×H×η=12.26×424×2000×0.75=7797360瓦=7797.36千瓦。可以满足5000千瓦的设计要求。
例2，设计建造20000千瓦功率发电机组：
基本条件及系统装置与例1同，唯系统管径及高度有所差异。选择山体19垂直高度H达2000m以上的山脚处建造。系统内，颈管4内径10米， “U”形管内径10.5米，“U”形管弧形部15米，“U”管前段15米、后段20米，内螺旋抽气管道15内径10米,直线气流速度60m/s。根据流体力学功率计算公式：N=M×Q×H×η,则总功率为：12.26×（10/2）2×3.1416×60×2000×0.75=86587593瓦→86587.593千瓦。可以满足20000千瓦的设计要求。
具体实施时，可根据设计功率之需要，在一适宜山体处平行铺设一条至数条内螺旋抽气管道，并建造安装相应数目的“U”形管、电机仓、储气池等设备，建成一个符合设计规模的发电机组群电能供应基地。

江门发电机出租公司-雅通电力（Tel:134-3429-7883)-专注于提供江门柴油发电机组租赁，销售，维修保养服务，功率范围：50千瓦到2000KW 进口康明斯.十多年的发电机经验，100%专业技术，务求发电机组运行期间0故障，更省油。辐射范围包括：江门发电机租赁，鹤山发电机出租，恩平发电机出租，台山发电机出租，开平发电机出租，蓬江区发电机出租，江海区发电机出租，新会区发电机出租。