一種高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其包括系留氣球，系留氣球內(nèi)填充有比空氣密度小的氣體，且所述系留氣球能懸停在空中；回收裝置，回收裝置固定在地面；纜繩，纜繩的一端固定在所述系留氣球上，另一端與所述回收裝置連接，所述纜繩用于限制所述系留氣球的位置并用于回收；軟管，所述軟管的一端連接在所述系留氣球上，且其進(jìn)氣口與大氣連通，另一端延伸至地面，所述軟管用于將高空的冷空氣引至地面；冷氣負(fù)載，所述冷氣負(fù)載位于地面且與所述軟管的出氣口連接，所述冷氣負(fù)載用于消耗利用所述軟管內(nèi)的冷氣。本發(fā)明能通過系留氣球?qū)Ω呖诊L(fēng)的動能和熱能進(jìn)行充分利用的高空風(fēng)能捕捉，綠色環(huán)保，能持續(xù)進(jìn)行風(fēng)能采集。
【專利說明】一種高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種風(fēng)能回收系統(tǒng)，特別涉及一種對高空風(fēng)的動能及熱量進(jìn)行捕捉利 用的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)。

【背景技術(shù)】
[0002] 高空風(fēng)能是人類迄今基本上沒有開發(fā)利用的新能源，這是一種儲量豐裕、分布廣 泛的可再生清潔能源。高空風(fēng)能具有強(qiáng)大的動能，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測得，風(fēng)能與風(fēng)速的立方成正比 (夕其中P為空氣密度，v為風(fēng)速），即風(fēng)速增加1倍，風(fēng)能增加8倍（標(biāo)準(zhǔn)空氣 密度為1. 225kg/m，6000米高空中的空氣密度約0. 644kg/m，僅減少1倍左右），因此高空風(fēng) 能可高出地面上的數(shù)倍、十?dāng)?shù)倍、數(shù)十倍乃至成百上千倍。在高空位置達(dá)到較為理想的情況 下，高空風(fēng)電的理論發(fā)電時(shí)間可以超過95 %，年發(fā)電時(shí)間可高達(dá)8200小時(shí)以上，小功率的 10兆瓦級高空風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的年發(fā)電時(shí)間也在5000小時(shí)以上。因此，采集高空風(fēng)能發(fā)電可 以獲得高穩(wěn)定性、低發(fā)電成本的風(fēng)電，這是高空風(fēng)電的顯著特點(diǎn)之一，也是高空風(fēng)電相比常 規(guī)風(fēng)電的最顯著優(yōu)勢之一。同時(shí)，空氣的溫度隨著海拔高度的上升而降低，這是因?yàn)椋?、高 空氣壓低，空氣稀薄，海拔高的地區(qū)的大氣保溫較差，導(dǎo)致熱量大量散失；2、海拔高的地方， 云層少，晚上對地面的逆輻射作用弱，溫度低；由于海拔高，白天吸收地面輻射少，因此，隨 海拔的升高溫度越低；3、大氣的溫度主要來自地面的長波輻射，海拔高的地方，空氣稀薄， 白天，對地面長波輻射的吸收就少，溫度低；晚上，大氣的保溫作用差，溫度低。因此，海拔越 高，氣溫越低，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測得，在對流層內(nèi)，海拔每升高100米，氣溫約下降0. 6度，比如，在 3000米左右的高空，溫度比地面低約18度，因此，將高空中的冷空氣引入地面進(jìn)行利用，作 為空調(diào)熱交換器或冷凝器的冷媒，能進(jìn)行無限采集，不僅能減小能源的消耗，還能避免熱污 染和空氣污染，達(dá)到綠色環(huán)保的目的，且高空的冷媒可再生且儲量龐大，可謂取之不盡，用 之不竭。 申請人:受系留氣球與煙囪效應(yīng)（煙囪效應(yīng)，是指戶內(nèi)空氣沿著有垂直坡度的空間 向上升或下降，造成空氣加強(qiáng)對流的現(xiàn)象。煙囪效應(yīng)的產(chǎn)生：在有共享中庭、堅(jiān)向通風(fēng)（排 煙）風(fēng)道、樓梯間等具有類似煙囪特征-即從底部到頂部具有通暢的流通空間的建筑物、構(gòu) 筑物（如水塔）中，空氣（包括煙氣）靠密度差的作用，沿著通道很快進(jìn)行擴(kuò)散或排出建筑 物的現(xiàn)象，即為煙囪效應(yīng)），設(shè)計(jì)研究出通過系留氣球?qū)④浌軘y帶至高空，將高空中的冷氣 通過煙囪效應(yīng)引入地面進(jìn)行利用的系統(tǒng)，其利用了高空風(fēng)能的熱能；為了提高氣球的利用 率，同時(shí)對高空風(fēng)的動能進(jìn)行充分利用，還設(shè)計(jì)了一套發(fā)電系統(tǒng)，在滿足其自身用電的需求 外還能向外供電，達(dá)到對高空風(fēng)能的最大利用率。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 【1】要解決的技術(shù)問題
[0004] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種通過系留氣球?qū)Ω呖诊L(fēng)的動能和熱能進(jìn)行 充分利用的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)。
[0005] 【2】解決問題的技術(shù)方案
[0006] 本發(fā)明提供一種高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其包括：
[0007] 系留氣球1，所述系留氣球1內(nèi)填充有比空氣密度小的氣體，且所述系留氣球能懸 停在空中；系留氣球1為一個(gè)或多個(gè)。
[0008] 纜繩，所述纜繩的一端固定在所述系留氣球1上，另一端固定到地面，所述纜繩用 于限制所述系留氣球1的位置；
[0009] 軟管3,所述軟管3的一端連接在所述系留氣球1上，且其進(jìn)氣口與大氣連通，另一 端延伸至地面，所述軟管3為絕熱軟管用于將高空的冷空氣引至地面；
[0010] 冷氣負(fù)載4,所述冷氣負(fù)載4位于地面且與所述軟管3的出氣口連接，所述冷氣負(fù) 載用于消耗利用所述軟管3內(nèi)的冷氣；
[0011] 為了提高軟管內(nèi)空氣的流速，即提高風(fēng)量，進(jìn)一步的，在所述軟管3的進(jìn)口端或出 口端設(shè)有空氣泵5。
[0012] 還包括回收裝置2,所述回收裝置2固定在地面，用于回收系留氣球1 ;纜繩下端與 所述回收裝置2連接，所述纜繩用于限制所述系留氣球1的位置并用于回收。
[0013] 進(jìn)一步的，所述冷氣負(fù)載4為冷凝器；所述冷氣負(fù)載4的第一出口 41為換熱后空 氣出口，第二出口 42或設(shè)有有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，冷空氣用以冷卻發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)；第 二出口 42或設(shè)有空氣冷凝水收集與水力發(fā)電系統(tǒng)，此時(shí)的第二出口 42的高度高于水力發(fā) 電機(jī)設(shè)置的高度。
[0014] 為了方便氣球在地面時(shí)停留，進(jìn)一步的，還包括氣球停放支架6,所述氣球停放支 架6固定在地面，用于回收時(shí)系留氣球1停放。
[0015] 為了能對風(fēng)的動能進(jìn)行充分利用，進(jìn)一步的，還包括固定在地面的第一發(fā)電系統(tǒng) 7,所述第一發(fā)電系統(tǒng)7通過輔助纜繩8與所述系留氣球1連接，所述第一發(fā)電系統(tǒng)包括依 次連接的電機(jī)701、第一離合器702、輥筒703、第二離合器704、扭轉(zhuǎn)彈簧705、棘輪706和第 一發(fā)電機(jī)707,所述輔助纜繩8纏繞在所述輥筒703上。
[0016] 為了對氣球不同方向的擺動進(jìn)行動能回收，進(jìn)一步的，所述第一發(fā)電系統(tǒng)7至少 為兩個(gè)且周向均布在地面。
[0017] 進(jìn)一步的，所述系留氣球1包括球體101，所述球體101內(nèi)設(shè)有兩水平隔板102,所 述水平隔板將所述球體101隔成上腔、中腔和下腔，所述上腔內(nèi)設(shè)有主氣囊103,所述下腔 內(nèi)設(shè)有副氣囊104。
[0018] 為了對高空的電器進(jìn)行供電，進(jìn)一步的，所述中腔內(nèi)設(shè)有第二發(fā)電系統(tǒng)，所述第二 發(fā)電系統(tǒng)包括第二發(fā)電機(jī)901、離心風(fēng)葉902、整流器903和蓄電池904,所述離心風(fēng)葉902 固定在所述第二發(fā)電機(jī)901的轉(zhuǎn)軸上，所述第二發(fā)電機(jī)經(jīng)所述整流器903后與所述蓄電池 904電連接；所述中腔內(nèi)成型有氣流腔105,所述離心風(fēng)葉位于所述氣流腔內(nèi)，所述中腔的 側(cè)壁周向均布有至少兩個(gè)與所述氣流腔105連通的進(jìn)風(fēng)口 106。
[0019] 為了提高煙囪效應(yīng)，進(jìn)一步的，所述軟管3的進(jìn)氣口與所述氣流腔105連通。
[0020] 為了便于系留氣球的升空或回收，進(jìn)一步的，所述副氣囊的側(cè)壁開設(shè)有進(jìn)口和出 口，所述進(jìn)口、出口上均設(shè)有單向閥和風(fēng)機(jī)；且所述進(jìn)口上設(shè)有加熱器。
[0021] 為了避免繩索斷開造成系留氣球飄走丟失，進(jìn)一步的，還包括爆破裝置，所述爆破 裝置安裝在所述主氣囊103的側(cè)壁，以使其能在最小移動范圍內(nèi)降落。
[0022] 為了便于對系留氣球進(jìn)行各方位的監(jiān)控，進(jìn)一步的，所述系留氣球1內(nèi)還設(shè)有控 制器、及與所述控制器連接的GPS定位塊、氣壓高度傳感器和拉力傳感器，所述拉力傳感器 安裝在所述輔助纜繩上，所述控制器、GPS定位塊、氣壓高度傳感器和拉力傳感器通過所述 蓄電池供電。
[0023] 為了對高空中的太陽能進(jìn)行利用，避免在低風(fēng)時(shí)發(fā)電量減小，進(jìn)一步的，在所述系 留氣球1的頂面設(shè)有太陽能電池板107,所述太陽能電池板107的輸出端與所述蓄電池904 連接。
[0024] 進(jìn)一步的，還包括位于地面且與所述軟管連通的太陽能風(fēng)塔，所述太陽能風(fēng)塔包 括塔體1001，所述塔體1001的下端側(cè)壁周向均布有風(fēng)口 1002,所述風(fēng)口上連接有導(dǎo)風(fēng)管 1003,所述風(fēng)口 1002內(nèi)設(shè)有風(fēng)輪發(fā)電機(jī)1004。
[0025] 為了防止塔內(nèi)風(fēng)紊亂，在所述塔體1001的底部中央設(shè)有錐形導(dǎo)流塊1005,所述錐 形導(dǎo)流塊1005的側(cè)壁為向內(nèi)凹的圓弧面。
[0026] 為了得到更多的冷空氣，在所述導(dǎo)風(fēng)管1003上設(shè)有空氣泵。
[0027] 【3】有益效果
[0028] 本發(fā)明高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，通過系留氣球?qū)⒁卉浌軘y帶至高空，受煙囪效應(yīng)的影 響，將高空中的冷空氣引入至地面，位于地面上的熱交換器或冷凝器等冷氣負(fù)載再對引入 的冷空氣進(jìn)行消耗利用，耗能低，冷氣儲量大，且綠色環(huán)保；在軟管的出口或入口端增設(shè)空 氣泵，能提高軟管內(nèi)的流速，增大風(fēng)量，提高捕捉效率；在冷氣負(fù)載端設(shè)有有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā) 電系統(tǒng)或水力發(fā)電機(jī)等，提高了能量利用率；設(shè)有氣球停放支架，在氣球著陸時(shí)，能起到支 撐作用，表面氣球傾斜能，降低了氣球著陸時(shí)的占地空間；在地面設(shè)有第一發(fā)電系統(tǒng)，能對 氣球擺動時(shí)產(chǎn)生的動能進(jìn)行充分利用，提高了動能利用率；同時(shí)設(shè)有第二發(fā)電系統(tǒng)和太陽 能電池板，能對位于高空中的系留氣球內(nèi)的電器設(shè)備進(jìn)行自助供電；軟管的進(jìn)氣口與氣流 腔連通，提高了軟管內(nèi)的流量，加速捕捉效率；在副氣囊上增設(shè)風(fēng)機(jī)，能輔助氣球的升空或 降落，提高升空或降落速度；同時(shí)設(shè)有爆破裝置，在繩索意外斷開時(shí)，啟動爆破，使主氣囊 破裂，避免氣球受風(fēng)飄走丟失；同時(shí)在氣球內(nèi)設(shè)有GPS定位塊、氣壓高度傳感器和拉力傳感 器等，能對位于高空的系留氣球進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證其能正常運(yùn)作，提高使用安全性和穩(wěn)定 性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0029] 圖1為本發(fā)明本發(fā)明1?空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0030] 圖2為本發(fā)明本發(fā)明高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0031] 圖3為本發(fā)明本發(fā)明1?空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)不意圖；
[0032] 圖4為本發(fā)明本發(fā)明高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)實(shí)施例四的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0033] 圖5為本發(fā)明本發(fā)明高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)實(shí)施例四中的第一發(fā)電系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意 圖；
[0034] 圖6為本發(fā)明本發(fā)明高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)實(shí)施例四中的系留氣球結(jié)構(gòu)示意圖；
[0035] 圖7為本發(fā)明本發(fā)明高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)實(shí)施例四中的俯視圖；
[0036] 圖8為本發(fā)明本發(fā)明高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)的太陽能風(fēng)塔的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0037] 圖9為本發(fā)明本發(fā)明高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)的太陽能風(fēng)塔的剖視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0038] 下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明實(shí)施例。
[0039] 實(shí)施例一，參閱圖1，本發(fā)明提供一種高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其包括系留氣球1、回收 裝置2、纜繩、軟管3和冷氣負(fù)載4,在系留氣球1內(nèi)填充有比空氣密度小的氣體，一般為氦 氣，使該系留氣球能懸停在空中；回收裝置2固定在地面，用于回收系留氣球1，該回收裝置 一般為卷揚(yáng)機(jī)；纜繩的一端固定在系留氣球1上，另一端與回收裝置2連接，其用于限制系 留氣球1的位置并用于回收；軟管3的一端連接在系留氣球1上，且其進(jìn)氣口與大氣連通， 另一端延伸至地面，其用于將高空的冷空氣引至地面；冷氣負(fù)載4位于地面且與軟管3的出 氣口連接，該冷氣負(fù)載用于消耗利用軟管3內(nèi)的冷氣；系留氣球的高度設(shè)置在海拔3000米 以上。
[0040] 本實(shí)施例中所述冷氣負(fù)載4為冷凝器；所述冷氣負(fù)載4的第一出口 41為換熱后空 氣出口，第二出口 42或設(shè)有有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，冷空氣用以冷卻發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)；第 二出口 42或設(shè)有空氣（水蒸氣）冷凝水收集與水力發(fā)電系統(tǒng)，此時(shí)的第二出口 42的高度 遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于水力發(fā)電機(jī)設(shè)置的高度。如冷氣負(fù)載設(shè)置在高的建筑物或高的山上，而水力發(fā)電 機(jī)設(shè)置在低處，通過冷凝水自高而下流入發(fā)電機(jī)。
[0041] 冷凝器內(nèi)的水蒸氣經(jīng)過熱交換后冷凝成水，該冷凝水設(shè)置在高處，自上而下流動 通過水力發(fā)電機(jī)對該水的動能進(jìn)行了充分利用。第二出口 42或設(shè)有ks90低溫差的斯特林 發(fā)動機(jī)。
[0042] 為了使系留氣球降落時(shí)便于停放，本實(shí)施例中還包括有氣球停放支架6,該氣球停 放支架6固定在地面，其包括圓環(huán)形的支撐體及位于支撐體下方的支腳；
[0043] 為了提高軟管內(nèi)的空氣流動，提高風(fēng)量，即捕捉效率，本實(shí)施例中，在軟管3的進(jìn) 口端或出口端設(shè)有空氣泵5。
[0044] 實(shí)施例二，參閱圖2,本實(shí)施例在實(shí)施例一的基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步改進(jìn)，本實(shí)施例中 的系留氣球1包括球體101，球體的上端為半球形，下端為錐形，以便于降落停放，在球體 101內(nèi)設(shè)有兩水平隔板102,該水平隔板將球體101隔成上腔、中腔和下腔，在上腔內(nèi)設(shè)有主 氣囊103,其起到對整個(gè)球體支撐作用，在下腔內(nèi)設(shè)有副氣囊104,副氣囊用于協(xié)助氣球的 升空或降落；
[0045] 在副氣囊的側(cè)壁開設(shè)有進(jìn)口和出口，在進(jìn)口、出口上均設(shè)有單向閥和風(fēng)機(jī)；同時(shí)在 進(jìn)口上設(shè)有加熱器，需要升空時(shí)，位于進(jìn)口端的風(fēng)機(jī)和加熱器工作，將大氣內(nèi)的空氣吸入副 氣囊并進(jìn)行加熱，提高升空效率；需要降落時(shí)，位于出口端的風(fēng)機(jī)工作，將副氣囊內(nèi)的空氣 排出，從而提高了氣球的整體比重，提高降落速度；
[0046] 為了防止纜繩斷開，使氣球隨風(fēng)飄走而丟失，本實(shí)施例中，在主氣囊103的側(cè)壁設(shè) 有爆破裝置，當(dāng)纜繩斷開時(shí)，氣球位移值大于設(shè)定值時(shí)，即視為氣球丟失，此時(shí)，啟動爆破裝 置，使主氣囊破裂而漏氣，整體比重增大，氣球降落，即在第一丟失時(shí)間內(nèi)迫使其降落，避免 氣球漂移過遠(yuǎn)而丟失；
[0047] 為了對高空中的太陽能的利用，本實(shí)施例中，在系留氣球的頂面設(shè)有太陽能電池 板，該太陽能電池板的輸出端與位于氣球內(nèi)的蓄電池連接；
[0048] 為了便于對位于高空中的氣球進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，本實(shí)施例中在系留氣球1內(nèi)還設(shè)有 控制器、及與該控制器連接的GPS定位塊和氣壓高度傳感器，控制器、GPS定位塊和氣壓高 度傳感器通過蓄電池供電，氣壓高度傳感器用于檢測系留氣球的升空高度，GPS定位塊便于 了解其坐標(biāo)位置，用于了解其漂浮幅度，并在丟失時(shí)用于定位尋找。
[0049] 實(shí)施例三，參閱圖3,其在實(shí)施例二的基礎(chǔ)上做進(jìn)一步改進(jìn)，在中腔內(nèi)增加了第二 發(fā)電系統(tǒng)，該第二發(fā)電系統(tǒng)包括第二發(fā)電機(jī)901、離心風(fēng)葉902、整流器903和蓄電池904,離 心風(fēng)葉902固定在第二發(fā)電機(jī)901的轉(zhuǎn)軸上，第二發(fā)電機(jī)經(jīng)整流器903后與蓄電池904電 連接；同時(shí)在中腔內(nèi)成型有氣流腔105,為了提高氣流穩(wěn)定性能，該氣流腔為球形，而離心 風(fēng)葉位于氣流腔內(nèi)，在中腔的側(cè)壁周向均布有至少兩個(gè)與氣流腔105連通的進(jìn)風(fēng)口 106,本 實(shí)施例中為六個(gè)，為了提高風(fēng)速，該進(jìn)風(fēng)口為端部大內(nèi)部小的喇叭形；
[0050] 為了提高軟管的捕風(fēng)速率，本實(shí)施例中軟管3的進(jìn)氣口與該氣流腔105連通；
[0051] 實(shí)施例四，參閱圖4至圖7,本實(shí)施例在實(shí)施例三的基礎(chǔ)上增加了固定在地面的第 一發(fā)電系統(tǒng)7,該第一發(fā)電系統(tǒng)7通過輔助纜繩8與系留氣球1連接，所述的第一發(fā)電系統(tǒng) 包括依次連接的電機(jī)701、第一離合器702、輥筒703、第二離合器704、扭轉(zhuǎn)彈簧705、棘輪 706和第一發(fā)電機(jī)707,輔助纜繩8纏繞在輥筒703上，為了提高發(fā)電效率，在棘輪與第一 發(fā)電機(jī)之間設(shè)有飛輪，提高其慣性旋轉(zhuǎn)量；氣球升空時(shí)，第一離合器702處于分離狀態(tài)，第 二離合器處于聯(lián)接狀態(tài)；當(dāng)氣球回收時(shí)，則相反；當(dāng)系留氣球上升或漂浮時(shí)，纏繞在輥筒上 的輔助纜繩受拉，驅(qū)動輥筒703旋轉(zhuǎn)，輥筒帶動扭轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)彈簧轉(zhuǎn)動，使其蓄力，此時(shí)，棘輪處 于咬合狀態(tài)，即能驅(qū)動第一發(fā)電器運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)電；當(dāng)系留氣球超相反方向漂移時(shí)，輥筒受扭轉(zhuǎn)彈 簧的作用超相反方向轉(zhuǎn)動，即小幅度收線，此時(shí)棘輪處于非咬合狀態(tài)，即與發(fā)電機(jī)無連接作 用；當(dāng)回收氣球時(shí)，第一離合器處于聯(lián)接狀態(tài)，第二離合器處于分離狀態(tài)，此時(shí)電機(jī)驅(qū)動輥 筒收線，而棍筒與第一發(fā)電機(jī)處于分離狀態(tài)；本實(shí)施例中，該第一發(fā)電系統(tǒng)7至少為兩個(gè)且 周向均布在地面；同時(shí)在輔助纜繩上設(shè)有拉力傳感器，該拉力傳感器位于系留氣球端，其用 于了解纜繩的受力狀態(tài)，在受力過大時(shí)用于通過副氣囊進(jìn)行適當(dāng)調(diào)節(jié)。
[0052] 本發(fā)明高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，通過系留氣球?qū)⒁卉浌軘y帶至高空，受煙囪效應(yīng)的影 響，將高空中的冷空氣引入至地面，位于地面上的熱交換器或冷凝器等冷氣負(fù)載再對引入 的冷空氣進(jìn)行消耗利用，耗能低，冷氣儲量大，且綠色環(huán)保；在軟管的出口如入口端增設(shè)空 氣泵，能提高軟管內(nèi)的流速，增大風(fēng)量，提高捕捉效率；設(shè)有氣球停放支架，在氣球著陸時(shí)， 能起到支撐作用，表面氣球傾斜能，降低了氣球著陸時(shí)的占地空間；在地面設(shè)有第一發(fā)電系 統(tǒng)，能對氣球擺動時(shí)產(chǎn)生的動能進(jìn)行充分利用，提高了動能利用率；同時(shí)設(shè)有第二發(fā)電系統(tǒng) 和太陽能電池板，能對位于高空中的系留氣球內(nèi)的電器設(shè)備進(jìn)行自助供電；軟管的進(jìn)氣口 與氣流腔連通，提高了軟管內(nèi)的流量，加速捕捉效率；在副氣囊上增設(shè)風(fēng)機(jī)，能輔助氣球的 升空或降落，提高升空或降落速度；同時(shí)設(shè)有爆破裝置，在繩索意外斷開時(shí)，啟動爆破，使主 氣囊破裂，避免氣球受風(fēng)飄走丟失；同時(shí)在氣球內(nèi)設(shè)有GPS定位塊、氣壓高度傳感器和拉力 傳感器等，能對位于高空的系留氣球進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，保證其能正常運(yùn)作，提高使用安全性和 穩(wěn)定性。
[0053] 為了提高利用率，本發(fā)明還包括位于地面且與軟管連通的太陽能風(fēng)塔，（參閱圖 8和圖9)該太陽能風(fēng)塔包括筒形的塔體1001，在塔體1001的下端側(cè)壁周向均布有風(fēng)口 1002,在該風(fēng)口上連接有導(dǎo)風(fēng)管1003,在風(fēng)口 1002內(nèi)設(shè)有風(fēng)輪發(fā)電機(jī)1004,該太陽能風(fēng)塔 起到固定軟管的作用，同時(shí)提高了煙囪效應(yīng)，導(dǎo)風(fēng)管1003的白天受太陽能照射，將內(nèi)部空 氣加熱，加熱后的空氣通過風(fēng)口流入塔體內(nèi)并上升，達(dá)到更好的煙囪效應(yīng)；為了避免空氣過 熱而影響下沉的冷空氣，塔體進(jìn)行隔熱處理；為了防止塔內(nèi)風(fēng)紊亂，在在塔體1001的底部 中央設(shè)有錐形導(dǎo)流塊1005,該錐形導(dǎo)流塊1005的側(cè)壁為向內(nèi)凹的圓弧面，其能達(dá)到更好的 引流作用，避免空氣紊亂；為了得到更多的冷空氣，可以在導(dǎo)風(fēng)管1003上曾設(shè)有空氣泵（圖 中未示出）。本發(fā)明中，運(yùn)用放在地面的泵來抽取空氣，來使得更多的空氣沉降下來。在沒 有泵的情況下，因?yàn)榛跓?效應(yīng)，冷空氣能自己沉降下來，帶動風(fēng)輪機(jī)在地面運(yùn)轉(zhuǎn)起來發(fā) 電。通過增設(shè)該太陽能風(fēng)塔，我們能用泵來產(chǎn)出更多的冷空氣，或者基于冷空氣自然沉降的 原理，利用風(fēng)輪機(jī)去發(fā)電。
[0054] 其中，系留氣球在設(shè)計(jì)時(shí)參考的升功率數(shù)據(jù)為：在室溫下，海平面空氣密度： 1.205克/L，在室溫和海平面的氦密度：0· 1786克/L，質(zhì)量差（1L空氣）-(1L氦）= 1.0264 克，質(zhì)量差是多少質(zhì)量可以通過一個(gè)氣球升量解除，因此1L氦可以提升1.0264g重量。
[0055] 做為一種實(shí)施例，所述的系留氣球選擇專業(yè)的氣象氣球，直徑12. 2米，重量約2千 克，選擇500個(gè)，共計(jì)1000公斤。纜繩選擇長約4000米，拉伸強(qiáng)度大，質(zhì)量約470公斤；所述 的軟管為絕緣耐紫外線空氣軟管約2948公斤，總重量大約是4418千克，軟管是符合UL181 標(biāo)準(zhǔn)的空氣管道。
[0056] 熱損失在這一系統(tǒng)中非常重要，熱損失計(jì)算是空氣溫度從軟管入口點(diǎn)到地面的出 口點(diǎn)的變化。通過參考入口的空氣溫度、環(huán)境溫度、空氣的流量、空氣軟管的長度、軟管的外 周長、軟管絕緣的R值等數(shù)據(jù)，按照風(fēng)道方程（可在書籍《2009ASHRAE手冊-基礎(chǔ)》（中文 譯名），第四章找到）計(jì)算，我們得到如下數(shù)據(jù)，流量2500 (立方英尺每分鐘），軟管的13000 英尺（約4000米）的長度，軟管的25英寸的外周邊，R值為6。為了簡化計(jì)算我們假設(shè)固 定軟管直向上垂直于地面，得出的結(jié)論是，在4000米高空取-10. 74°C冷空氣，到地面后溫 度降為-2. 7°C。這一結(jié)果為我們的應(yīng)用程序是可以接受的。選擇空氣泵的電功率是額定 15馬力（臺灣龍昌電機(jī)公司LX-20型號），該泵將消耗11. 19千瓦每小時(shí)工作。
【權(quán)利要求】
1. 一種高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：包括： 系留氣球（1)，所述系留氣球（1)內(nèi)填充有比空氣密度小的氣體，且所述系留氣球能懸 停在空中，系留氣球（1)為一個(gè)或多個(gè)； 纜繩，所述纜繩的一端固定在所述系留氣球（1)上，另一端固定到地面，所述纜繩用于 限制所述系留氣球（1)的位置； 軟管（3)，所述軟管（3)的一端連接在所述系留氣球（1)上，且其進(jìn)氣口與大氣連通，另 一端延伸至地面，所述軟管（3)為絕熱軟管用于將高空的冷空氣引至地面； 冷氣負(fù)載（4)，所述冷氣負(fù)載（4)位于地面且與所述軟管（3)的出氣口連接，所述冷氣 負(fù)載用于消耗利用所述軟管（3)內(nèi)的冷氣； 還包括回收裝置（2)，所述回收裝置（2)固定在地面，用于回收系留氣球（1);纜繩下端 與所述回收裝置（2)連接，所述纜繩用于限制所述系留氣球（1)的位置并用于回收； 所述冷氣負(fù)載（4)為冷凝器；所述冷氣負(fù)載（4)的第一出口（41)為換熱后空氣出口， 第二出口（42)或設(shè)有有機(jī)朗肯循環(huán)發(fā)電系統(tǒng)，冷空氣用以冷卻發(fā)電系統(tǒng)的工質(zhì)；第二出口 (42)或設(shè)有空氣冷凝水收集與水力發(fā)電系統(tǒng)，此時(shí)的第二出口（42)的高度高于水力發(fā)電 機(jī)設(shè)置的高度。
2. 如權(quán)利要求1所述的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：所述軟管⑶的進(jìn)口端或出 口端設(shè)有空氣泵（5);還包括氣球停放支架￠)，所述氣球停放支架（6)固定在地面，用于回 收時(shí)系留氣球⑴停放。
3. 如權(quán)利要求1或2所述的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：還包括固定在地面的第 一發(fā)電系統(tǒng)（7)，所述第一發(fā)電系統(tǒng)（7)通過輔助纜繩（8)與所述系留氣球（1)連接，所 述第一發(fā)電系統(tǒng)包括依次連接的電機(jī)（701)、第一離合器（702)、棍筒（703)、第二離合器 (704)、扭轉(zhuǎn)彈簧（705)、棘輪（706)和第一發(fā)電機(jī)（707)，所述輔助纜繩（8)纏繞在所述輥 筒（703)上； 所述第一發(fā)電系統(tǒng)（7)至少為兩個(gè)且周向均布在地面。
4. 如權(quán)利要求1所述的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：所述系留氣球（1)包括球體 (101)，所述球體（101)內(nèi)設(shè)有兩水平隔板（102)，所述水平隔板將所述球體（101)隔成上 腔、中腔和下腔，所述上腔內(nèi)設(shè)有主氣囊（103)，所述下腔內(nèi)設(shè)有副氣囊（104)。
5. 如權(quán)利要求4所述的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：所述中腔內(nèi)設(shè)有第二發(fā)電 系統(tǒng)，所述第二發(fā)電系統(tǒng)包括第二發(fā)電機(jī)（901)、離心風(fēng)葉（902)、整流器（903)和蓄電池 (904)，所述離心風(fēng)葉（902)固定在所述第二發(fā)電機(jī)（901)的轉(zhuǎn)軸上，所述第二發(fā)電機(jī)經(jīng)所 述整流器（903)后與所述蓄電池（904)電連接；所述中腔內(nèi)成型有氣流腔（105)，所述離心 風(fēng)葉位于所述氣流腔內(nèi)，所述中腔的側(cè)壁周向均布有至少兩個(gè)與所述氣流腔（105)連通的 進(jìn)風(fēng)口（106)。
6. 如權(quán)利要求4所述的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：所述軟管（3)的進(jìn)氣口與所 述氣流腔（105)連通。
7. 如權(quán)利要求4所述的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：所述副氣囊的側(cè)壁開設(shè)有進(jìn) 口和出口，所述進(jìn)口、出口上均設(shè)有單向閥和風(fēng)機(jī)；且所述進(jìn)口上設(shè)有加熱器；還包括爆破 裝置，所述爆破裝置安裝在所述主氣囊（103)的側(cè)壁；所述系留氣球（1)內(nèi)還設(shè)有控制器、 及與所述控制器連接的GPS定位塊、氣壓高度傳感器和拉力傳感器，所述拉力傳感器安裝 在所述輔助纜繩上，所述控制器、GPS定位塊、氣壓高度傳感器和拉力傳感器通過所述蓄電 池供電；所述系留氣球⑴的頂面設(shè)有太陽能電池板（107)，所述太陽能電池板（107)的輸 出端與所述蓄電池（904)連接。
8. 如權(quán)利要求1所述的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：還包括位于地面且與所述軟 管連通的太陽能風(fēng)塔，所述太陽能風(fēng)塔包括塔體（1001)，所述塔體（1001)的下端側(cè)壁周向 均布有風(fēng)口（1002)，所述風(fēng)口上連接有導(dǎo)風(fēng)管（1003)，所述風(fēng)口（1002)內(nèi)設(shè)有風(fēng)輪發(fā)電機(jī) (1004)。
9. 如權(quán)利要求8所述的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：所述塔體（1001)的底部中央 設(shè)有錐形導(dǎo)流塊（1005)，所述錐形導(dǎo)流塊1005的側(cè)壁為向內(nèi)凹的圓弧面。
10. 如權(quán)利要求9所述的高空風(fēng)能捕捉系統(tǒng)，其特征在于：所述導(dǎo)風(fēng)管（1003)上設(shè)有 空氣泵。
【文檔編號】F03D9/00GK104295453SQ201410487957
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2014年9月19日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月19日
【發(fā)明者】阿倆艾·穆罕穆德·弗基·穆罕穆德·埃布加拜倫 申請人:阿倆艾·穆罕穆德·弗基·穆罕穆德·埃布加拜倫