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。基于每桶石油的 價(jià)格的增長(zhǎng)，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(chǎng)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?jiǎn)适Т蟛糠譁囟鹊睦鋮s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(jiǎn)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(jiǎn)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