專利名稱：來自低溫能源的發(fā)電的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及通過人造風(fēng)和中等速度渦輪機(jī)發(fā)電的利用低溫能源的設(shè)備和方法。
背景技術(shù)：
目前，用于發(fā)電的安全能源基本上是使用大直徑風(fēng)車的風(fēng)力發(fā)電。 選擇大直徑是因?yàn)槟軌蚴占哪芰渴腔谑占砻娴倪@一事實(shí)，換言之就是
風(fēng)車葉片的直徑的平方。
然而，由于隨著直徑(以及葉片數(shù)目)增加的系統(tǒng)慣性增加造成來自低風(fēng)速
的能量回收喪失(風(fēng)車能產(chǎn)生電流的最低速度增加)，因此這種明智的選擇有其局限性。
然而，這種能量也基于風(fēng)速的立方，然而人們既不能控制風(fēng)速也不能控制其 方向。直徑越大，風(fēng)車變得越高。在支承支架在配合時(shí)(在底座處)時(shí)的彎曲力矩 變得很大并需要使風(fēng)車"具有羽狀(feather)"以減速風(fēng)所述，這很大程度地減 小了可用風(fēng)的"窗口"。
當(dāng)前有大量文獻(xiàn)涉及利用很早之前就已知的現(xiàn)象，即熱空氣上升。這些文獻(xiàn) 記載了通過使用"風(fēng)車"或在一種具有通風(fēng)(draft)效應(yīng)的煙囪內(nèi)的渦輪機(jī)收集 這些人造風(fēng)的能量，它們的主要優(yōu)點(diǎn)是具有恒定的風(fēng)向。
作為示例，可對(duì)照專利文獻(xiàn)GB 2302139、 DE 19831492和DE 3636248。
然而，類似系統(tǒng)的成本效益使它們迄今為止不能投入應(yīng)用?；诿客笆偷?價(jià)格的增長，這種情況將會(huì)改變。該設(shè)施的產(chǎn)出則將成為主要因素。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是給出一種改進(jìn)的、更靈活的系統(tǒng)，這種系統(tǒng)允許通過將"風(fēng) 車"系統(tǒng)轉(zhuǎn)化成特定的"渦輪機(jī)"系統(tǒng)而回收更多的能量。因?yàn)樯鲜龅脑?，如今使用的風(fēng)車僅限于低于80或90km/h的風(fēng)速。 "額定"速度一般大約為20-30km/h。
氣體渦輪機(jī)在它們具有高得多的氣體速度--般大約為800km/h的亞音速
(飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)可超過音速) 一一時(shí)工作，并且輸出明顯更大。
對(duì)其而言，如下所述的系統(tǒng)位于中等速度水平(大約100-300km/h),并根據(jù) 主要特征，使用顯著提高輸出的若干級(jí)鰭片(而不是風(fēng)車)。 本發(fā)明因此涉及這樣一種系統(tǒng)。
總地來說，本發(fā)明的實(shí)際目的是給出一種設(shè)計(jì)成通過機(jī)械手段將以若干 級(jí)一一即以分級(jí)方式一一設(shè)置的熱交換器的系統(tǒng)中傳遞的熱量回收作為來源發(fā)鬼 的系統(tǒng)。其它特征記載于所附權(quán)利要求書中。
在這些設(shè)置的熱交換級(jí)之間插設(shè)有級(jí)，所述級(jí)包括固定于中心的垂直旋轉(zhuǎn)軸 的鰭片或葉片，該軸是一向下延伸直到成為位于下部的發(fā)電機(jī)的軸的軸。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，可通過提供明顯高于空氣排出部(在頂部)的空氣 吸入部(在底部)獲得或多或少的顯著速度加速。


下面參照附圖僅以示例為目的描述一個(gè)實(shí)施例，在附圖中 圖1示出根據(jù)本發(fā)明的布置的垂直的半個(gè)截面。
圖2和圖3示出一葉片級(jí)的水平剖視圖(圖1的平面A)，分別代表兩個(gè)實(shí)施 例多葉片和多帶冠葉片?；谠O(shè)施尺寸和所達(dá)到的風(fēng)速作出選擇。
具體實(shí)施例方式
系統(tǒng)由塔形成，所述塔由具有同一中心垂直軸20的兩個(gè)同心圓柱1、 2構(gòu)成。 通過空氣與位于塔的若干級(jí)(例如地面高度和"奇數(shù)級(jí)")上的熱交換器10 (帶鰭片的系統(tǒng))的靜止金屬壁接觸而獲得作為熱空氣的向上氣流的人造空氣流 30，熱交換器10位于外圓柱1和內(nèi)圓柱2之間。
在地面高度處的空氣30的加熱高度代表第一加熱高度9 (實(shí)際為"預(yù)熱")， 在該位置空氣輸入的環(huán)形部7大于輸出8，因此出現(xiàn)加速現(xiàn)象。在這個(gè)髙度上，空 氣在流過第一級(jí)El的熱交換器10a前在高度9預(yù)熱，以在穿透作為第一高度的渦輪機(jī)葉片之一的級(jí)E2前再次被加熱。
"偶數(shù)級(jí)"繞塔的垂直中心軸20移動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，從而構(gòu)成系統(tǒng)的"渦輪機(jī)"部 分。它們包括渦輪機(jī)的鰭片或葉片40，所述鰭片或葉片40焊接在系統(tǒng)的內(nèi)圓柱2 上以通過由熱空氣30的力產(chǎn)生的轉(zhuǎn)動(dòng)來帶動(dòng)，所述熱空氣30以遠(yuǎn)高于風(fēng)車額定速 度的速度上升。
熱交換器10直接固定于外圓柱1并在需要時(shí)(大直徑場合下)通過球軸承12 或等效結(jié)構(gòu)(由于軸轉(zhuǎn)動(dòng)而熱交換器是靜止不動(dòng)的)以承材支撐或安裝在中心軸上。
相比而言，渦輪機(jī)鰭片一葉片40直接固定，并較佳地僅固定在內(nèi)圓柱2上， 恰好就象渦輪機(jī)在其旋轉(zhuǎn)支承件上的鰭片。然而，圖l示出一種情形，其中葉片的 端部支靠在環(huán)狀托架3上。
在隔熱導(dǎo)管中循環(huán)的冷卻劑4被帶至最上方的熱交換器10d，并從那里再次下 落以連續(xù)和順序地從最上方至最下方向供給其它熱交換器10c、 10b和10a。
冷卻劑4的循環(huán)是自然完成的，就象熱水從大廈的中央加熱區(qū)的自然循環(huán)， 但可由向運(yùn)動(dòng)提供恒定節(jié)奏的一個(gè)或多個(gè)循環(huán)泵來輔助冷卻劑4的環(huán)流。
在下落中，冷卻劑4一點(diǎn)點(diǎn)地失去其熱量，所述熱量被傳遞至周圍的空氣。
被吸入系統(tǒng)底部的空氣具有外部空氣的溫度并具有相同的濕度。
一旦空氣與其中流過己喪失大部分溫度的冷卻劑的地面高度處的第一熱交換 器(預(yù)加熱)的鰭片接觸，則空氣被預(yù)熱。結(jié)果，空氣膨脹，從而產(chǎn)生向上推動(dòng)該 空氣經(jīng)過所述預(yù)加熱鰭片以使其流過級(jí)E1的熱交換器并隨后流過級(jí)E2處的渦輪機(jī) 的葉片40的過壓。
結(jié)果，通過中央圓柱2的循環(huán)移動(dòng)的建立而產(chǎn)生能量傳遞，這表現(xiàn)為空氣的 壓力卸荷和溫度降低。
空氣然后移動(dòng)至奇數(shù)級(jí)E3，在那里空氣與其中循環(huán)溫度高于級(jí)El的冷卻劑的 其它熱交換器接觸。從而循環(huán)再次開始另外加熱、新過壓、流過級(jí)E4的鰭片、 施加于軸的附加轉(zhuǎn)動(dòng)、壓力卸荷以及空氣溫度的降低。
這樣直到到達(dá)最后的渦輪機(jī)，在那里，在失去一部分能量后，熱空氣被排至 大氣中。
很明顯，該系統(tǒng)當(dāng)空氣經(jīng)過第一轉(zhuǎn)動(dòng)高度時(shí)能夠更好地利用空氣("避開" Besse所描述的堵塞)。從原理上說，本系統(tǒng)類似于具有遠(yuǎn)高于諸單個(gè)渦輪機(jī)的總輸出的組合循環(huán)渦輪機(jī)。
傳至渦輪機(jī)葉片的應(yīng)力總和因此累積并給予中央圓柱2(系統(tǒng)的轉(zhuǎn)子)一轉(zhuǎn)動(dòng)， 該轉(zhuǎn)動(dòng)經(jīng)由設(shè)置在塔的底部的其底座上的發(fā)電機(jī)提供一電流，該電流由于基于輸出 速度(因此能量基于該速度的三次方)而是可觀的。
要注意，發(fā)電機(jī)13在其轉(zhuǎn)動(dòng)中釋放熱量。假設(shè)發(fā)電機(jī)位于塔內(nèi)，顯然這種熱 量將傳遞至周圍的空氣，從而在特定情形下能回收估計(jì)2%的能量。
為了能在需要時(shí)持久地使用這種系統(tǒng)，可為冷卻劑提供存儲(chǔ)裝置，例如隔熱 儲(chǔ)罐。
冷卻劑的熱量可從不同來源獲得，例如地?zé)嵩?、太陽能傳感器或來自工業(yè)過 程的熱回收。
例如，當(dāng)將太陽能用來加熱冷卻劑4時(shí)，冷卻劑在日間可在與日常工作的回 路分離的回路中被加熱并存儲(chǔ)在一個(gè)或多個(gè)儲(chǔ)罐中以供晚上使用(外部空氣變得較 冷，結(jié)果提供更高的產(chǎn)量，這至少部分地補(bǔ)償由于存儲(chǔ)過程中冷卻劑的冷卻造成的 損耗)。
當(dāng)?shù)責(zé)崮苡糜诩訜崂鋮s劑時(shí)，加熱和存儲(chǔ)有利地以不同方式完成冷卻劑由 在帶有與礦井底部對(duì)齊的鰭片的管線中循環(huán)的普通水構(gòu)成，管線的外表面通過例如
適宜的涂料來防止化學(xué)侵蝕。
由于從礦井將熱量"泵送"至冷卻劑需要花費(fèi)一定時(shí)間，因此提供若干管線 網(wǎng)絡(luò)就將是足夠的。例如，如果使冷卻劑達(dá)到礦井底部水的溫度(例如80°C)需 要16小時(shí)，則提供三個(gè)管線網(wǎng)絡(luò)就已足夠(8小時(shí)從網(wǎng)絡(luò)"用空"熱量，16小時(shí) 在礦井的底部回收這些熱量，因此在這16小時(shí)中，另外兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行接管)。因 此，三個(gè)管線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)24小時(shí)工作。
假設(shè)轉(zhuǎn)動(dòng)速度是一致的(可通過簡單調(diào)節(jié)冷卻劑的流率來調(diào)節(jié))，所獲得的 電流是同步的，并通過簡單(和已有)的調(diào)整而直接送至配電電路，或者是低電壓、 或者是中等電壓、或者是高電壓配電電路。
本發(fā)明因此描述用于形成人造風(fēng)的冷卻劑的能量的傳遞和分級(jí)回收的系統(tǒng)， 這種系統(tǒng)尤為靈活和有效。應(yīng)當(dāng)理解，可對(duì)下述本發(fā)明的裝置提供許多變化而不超 過本發(fā)明的范圍。從而，尤其在啟動(dòng)時(shí)提供相對(duì)于轉(zhuǎn)子逐漸配合不同高度的葉片的 裝置。
權(quán)利要求
1. 從冷卻劑(4)產(chǎn)生能量的系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括與渦輪機(jī)(2)結(jié)合的發(fā)電機(jī)(13)，進(jìn)入塔的底部的空氣流(30)供給到所述渦輪機(jī)(2)，其特征在于，所述塔配有與驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)的中心軸(2)一體形成的多個(gè)葉片級(jí)(40)和交替設(shè)置的熱交換器級(jí)(10)，藉此通過被加熱的空氣在所述塔中上升時(shí)的上升作用來驅(qū)動(dòng)所述葉片，所述冷卻劑(4)通過從位于最上方高度的熱交換器(10)下降經(jīng)過所述熱交換器(10)來供給所述熱交換器(10)。
2. 如權(quán)利要求l所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述塔和軸是圓柱形和同軸的。
3. 如權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器(10)通過承材固 定于外圓柱(1)。
4. 如權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱交換器的內(nèi)端藉由球軸承 或等效裝置支靠在所述中心軸上。
5. 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述葉片是帶冠式葉片。
6. 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述塔的底部的所 述空氣輸入包括較佳地通過所述冷卻劑工作的預(yù)熱系統(tǒng)。
7. 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括位于熱 交換器級(jí)(10)之間的3級(jí)至10級(jí)之間的葉片交換器(40)。
8. 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，在所述塔的底部的所 述空氣吸入部(7)基本大于在所述塔的頂部的空氣排出部(8)。
9. 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括用于存 儲(chǔ)冷卻劑的裝置。
10. 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，來自所述冷卻劑(4) 的熱量是從太陽能傳感器或地?zé)嵩传@得的。
11. 如權(quán)利要求10所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述熱源是地?zé)岵⑻峁┰O(shè)置在 礦井底部的三個(gè)管線網(wǎng)絡(luò)，可選擇使用或不使用所述管線網(wǎng)絡(luò)。
12. 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述冷卻劑是水。
13. 如前面任何一項(xiàng)權(quán)利要求所述的系統(tǒng)，其特征在于，所產(chǎn)生的電流是同 步的。
全文摘要
本發(fā)明涉及從冷卻劑(4)產(chǎn)生能量的系統(tǒng)，包括與渦輪機(jī)(2)結(jié)合的發(fā)電機(jī)(13)，進(jìn)入塔的底部的空氣流(30)供給到渦輪機(jī)。塔配有與驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)的中心軸(2)一體形成的多個(gè)葉片級(jí)(40)和交替設(shè)置的熱交換器級(jí)(10)。當(dāng)被加熱空氣在塔中上升藉此產(chǎn)生人造垂直風(fēng)時(shí)，所述葉片通過被加熱的空氣的上升作用來驅(qū)動(dòng)。冷卻劑(4)通過從位于最上方高度的熱交換器穿過這些熱交換器(10)下降來供給這些熱交換器(10)。
文檔編號(hào)F03G6/04GK101449055SQ200680054770
公開日2009年6月3日 申請(qǐng)日期2006年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月31日
發(fā)明者約翰·阿薩爾 申請(qǐng)人:約翰·阿薩爾