一種近地面層汙染空氣的抽吸排放裝置的製作方法

2023-05-10 21:44:56 1

技術領域：

本發明涉及一種風能利用裝置，是利用高空風能將地面汙染空氣如霧霾氣體通過管道輸送並排放到高空的裝置，屬於一種高低空空氣對流裝置，同時該裝置也可用於發電及其他動力系統。

背景技術：
：

從目前公知的風能利用技術來看，大都著眼於風力發電，如：通過高空風能轉換成機械能，通過機械能再轉換成電能，一些超前的構思是通過風箏拖動線繩來帶動發電設備，如：歐洲專利申請0420028646.0，義大利專利申請to2003a000945公開了通過控制飛行或通過牽引和收回，將千米高空乃至萬米高空的風能通過風箏轉換成電能的系統，這些系統大都需要通過複雜的機械控制才能獲得能量轉換，而且建設成本高，維護困難。

本人曾申請專利《一種高空與地面空氣的輸送與排放裝置》cn104633811a，是通過風箏將相當於風箏線的通風管道升至高空，利用煙囪效應及縮放噴管效應將地面空氣吸入管道並排放至高空，但在設計過程中由於縮放噴管相對整個系統較小，通過計算抽吸量有限，只能適用小型換氣系統，不能滿足大工況需求及應用。

為了克服該管道效能低的問題，本人對前述發明進行重大改進以適應大抽吸量效能，該裝置具有結構簡單、成本低、工作效率高及用途廣泛的特點。

本發明是通過風能輸送系統將地表霧霾等汙染空氣排入高空，經檢索相關專利，尚未發現與本發明權利要求書中有相同的記載。

技術實現要素：
：

本發明的目的在於提供一種風能利用裝置，利用抽吸管道排放系統，將地表受汙染空氣如：霧霾等抽吸進管道並排入高空，同時可利用管道內形成的渦旋風力帶動風力發電機發電，該裝置也可作為其他工程的動力系統如船用動力、鑽井平臺等。

附圖說明：

參照附圖通過一些作為非限定性例子提供的優選實施例更好地描述本發明，其中：

圖1為本發明霧霾抽吸裝置總體示意圖。

圖2為本發明仿鯊魚魚形管道示意圖。

圖2-1為本發明魚形管道原理示意圖。

圖3為渦旋氣流聚能器與發電單元組合示意圖。

圖4為本發明霧霾抽吸裝置具體應用示意圖。

圖5為本發明地面環形軌道連接示意圖。

具體實施方式：

見圖1，本發明主要由風箏組件(1)、仿鯊魚魚形管道(簡稱魚形管道)(2)、輸氣管道(3)、渦旋氣流聚能器(4)及發電單元(5)(圖3)等組成；其特徵是：風箏組件(1)下接魚形管道(2)，魚形管道下接輸氣管道(3)，輸氣管道底部連接渦旋氣流聚能器(4)；魚形管道橫刨面為魚形(類似衝壓發動機中間體)，管道兩側最高點稍後縱向設有若干類似鯊魚腮的側開縫(9)貫穿於整個魚形管道並與管道內相通，根據伯努力原理及文丘裡管原理，高空風吹過魚形管道兩側產生負壓，抽吸管道內空氣並從鯊魚腮縫隙排出；渦旋氣流聚能器(4)上部呈圓錐形(或喇叭形)，下部連接有若干個導風格柵(6)，每個導風格柵都與圓錐呈切向連接，以便使所有進入管道的空氣沿管道切面進入並形成螺旋風，導風格柵由牽引繩索(7)固定於地面圓形軌道(8)。

參照圖1，風箏(1)下方懸掛有仿鯊魚魚形管道(2)，以後簡稱魚形管道，利用高空風氣流，吹過魚形管道兩側的氣流形成負壓，將魚形管道內空氣經鯊魚腮(9)縫隙吸出，地表受汙染空氣流經渦旋氣流聚能器(4)、輸氣管道(3)進入魚形管道，同時高空冷氣下沉補充地表空氣，從而實現人工空氣對流。

下面根據各部分的功能分別進行詳細描述：

風箏組件(1)為產生升力的組件，主要功用是將魚形管道及輸氣道升至高空並懸停。

魚形管道(2)道實際上是縮放噴管的變形，本人曾申請的專利cn104633811a中縮放噴管與輸氣管道是分開設計，即縮放噴管專用於產生負壓、抽吸氣體，輸氣管道專用於輸送氣體，而本次專利申請的魚形管道將抽吸、輸送氣體集於一體，即整個管道大部乃至全部都可用來抽吸及輸送氣體，魚形管道兩側相對稱的弧形形狀相當於飛機機翼上表面，即它同樣是根據伯努力原理設計而成，在專利cn104633811a中，縮放噴管實際上是根據衝壓發動機原理，由魚形的中間體與兩側的擋板組成，在專利cn104633811a中，如果為了增加抽吸量，把中間體向下加長，則兩側的擋板勢必也要加長，但加長的擋板無法形成有效支撐，在風吹過中間體與擋板時，產生的負壓會將擋板與魚形中間體吸在一起，影響了氣體的抽吸，為此，本人在上述專利中提出增加縮放噴管疊加個數，就可增大空氣的抽吸能力，但這無疑增加了成本及重量，本人經過反覆研究，最終去掉了兩側擋板，只用中間體並將其向下延伸變成管道，從而即解決了抽吸量問題，又同時具有了管道輸送功能。

所謂仿鯊魚魚形管道(附圖2)，是指管道的橫刨面看似為魚形，例如鯊魚，其外形與衝壓發動機中間體具有相似的外形；通常在魚頭後部的兩側總會有對稱的最高點，相當於衝壓發動機縮放噴管的喉部，從最高點往後魚身逐漸收斂直至魚尾使兩側重合；而如果對魚形管道進行縱刨，並將兩部分進行對調，則可以看出它其實就是一個縮放噴管；附圖2中，魚形管道從兩側最高點稍後縱向開有若干條縫隙(9)，就好比鯊魚的魚鰓，而這組魚鰓貫穿於整個魚形管道並與管道內部相通，鯊魚的魚鰓主用於呼吸並排出口中海水，因此魚鰓多集中於魚頭，而本發明是要將整個管道內的空氣排出，因此鰓線分布不同於鯊魚僅限於頭部，而是分布於整個魚身，鰓線個數可參照鯊魚鰓個數而定，也可以參照蜜蜂尾部外殼條數及間隔按比例放大；鰓線沿管道向下一直延伸至輸氣管道，因此使整個魚形管道全部具有縮放噴管的功能即文丘裡管功能，當風吹過魚形管道後，風被魚形管道分開並沿兩側流過魚身，當風吹過魚形管道兩側後，形成伯努力效應，魚形管道兩側形成負壓，管道內空氣壓強大於管道外側，因而管道內空氣沿縫隙排出，附圖2-1為其原理示意圖；而在專利cn104633811a中，縮放噴管喉部之後是側開口，與本發明的鯊魚鰓完全不同，主要原因是保持管道的完整性及氣流的流暢性；所以說，仿鯊魚魚形管道即有了類似於魚形的衝壓發動機中間體，又有了鯊魚腮的側開縫，因此稱之為仿鯊魚魚形管道，簡稱魚形管道；魚形管道第一條側開縫位置可以參照鯊魚腮第一條側開縫位置按比例放大。

圖2-1為魚形管道的原理圖，高空氣流沿箭頭方向吹過魚形管道，根據伯努利原理，使魚形管道兩側形成負壓，此時魚形管道內壓力大於管道外壓力，魚形管道向外膨脹，受汙染空氣在大氣壓力下經鯊魚鰓縫隙排出管外進入高層大氣；管道內的網格線(10)使魚形管道保持魚形，並可每隔一段距離如：每隔10-50米設置一道。

魚形管道可以是圓形、橢圓形、稜形等具有可產生伯努力效應或文丘裡管效應的管道，並根據需要可將其設置長度達數千米乃至整個管道；魚形管道與輸氣管道具有風箏線功能，即是管道，又是風箏線。

輸氣管道(3)是連接在魚形管道與渦旋氣流聚能器之間的輸送空氣的管道，同時也是穩定渦旋氣流的約束管道，多用於風小或無風的近地面層，使渦旋氣流不因進入魚形管道變形而被打亂；為防止輸氣管道被吸癟，可以在管道壁上設置單向活門片，當管道內壓力低於外界時，單向活門打開，外界空氣進入管內達到平衡，當輸氣管道內部壓力大於管道外部時，單向活門關閉；輸氣管道也可以被魚形管道完全取代。

渦旋氣流聚能器(4)呈圓錐形(或喇叭形)，也可稱為錐形管道，下部連接有導風格柵(6)並被牽引繩索(7)固定於圓形軌道(8)，導風格柵與圓錐呈切向連接，以便使所有進入管道的空氣沿管道切面進入並形成螺旋風，由於魚形管道的抽吸作用，使螺旋風沿錐形管道向上運動，而錐形管道向上的口徑是越來越小，從而導致渦旋風速越來越大，當渦旋氣流到達輸氣管道接口時，此時管道直徑最小，風速達到最大值，這便是渦旋氣流聚能器的聚能作用。

渦旋氣流聚能器(4)的導風格柵(6)由牽引繩索(7)固定於地面圓形滑動軌道(8)，圖5中，每個導風格柵(6)的各個遠端點(12)固定在外側環形軌道(13)，並在該點由另一繩索(14)牽引與導風格柵(6)形成鏡向的對稱連接在圓形滑動軌道(8)的各個切點(15)，因此無論風向如何變動，每個導風格柵始終與錐形管道保持切向連接，並使其與錐形管道同步轉動。渦旋氣流聚能器也可做成堅固的錐形塔，此時可在輸氣管道與渦旋氣流聚能器的結合部安裝滑動軌道。

導風格柵(6)是以切線形式沿錐形管道安裝於各個牽引繩索上，導風格柵可以是以直線、漸開線或螺旋線等著名數學曲線形式沿錐形管道均勻分布，其形狀可以通過外側圓形軌道(13)的各個遠端點(12)控制。

龍捲風產生要件是一要有向上的氣流，二要有旋轉氣流，三要有空氣自旋轉的約束管道，由於該裝置已構成了龍捲風產生要件，因此其形成的風也可稱之為人造龍捲風，而龍捲風可使其周邊急速產生負壓，因此可迅速抽吸附近空氣進入管道並排入高空，因而大大增加了汙染空氣的排放速度，同時龍捲風可將水直接吸入高空，因此該裝置可用於人工降雨；該裝置產生的風也可以對物質進行烘乾。

發電單元(5)，圖3出示了渦旋氣流聚能器(4)與垂直軸風力發電機(5)結合示意圖，為了方便示意，該圖將渦旋氣流聚能器(4)與垂直軸風力發電機(5)分開畫出，實際情況是垂直軸風力發電機布置在渦旋氣流聚能器內，利用形成的渦旋氣流帶動風力發電機發電。

渦旋氣流聚能器(4)內加裝垂直軸風力發電機(5)(圖3)，即可增加電力輸出，減少火電廠布置個數，降低碳物質的排放，該裝置安裝於船上(11)(圖4)時，無論順風逆風都可行船，因此，該裝置也可作為其他工程的動力系統如船用動力、鑽井平臺等。

風箏、魚形管道、輸氣管道及渦旋氣流聚能器等均可採用風箏面料並與碳纖維管、片、條結合製作，魚形管道的形狀可用網格線(10)(附圖2-1)保持並可由支撐杆繃緊固定。

通常空氣在地球表面的流動有很大的不同，高度越高，空氣的流動速度越大，高度越低，空氣流動速度越小，這主要是由於空氣的粘性及地表面的摩擦力造成，近地面層汙染空氣在逆溫及等溫條件下，更不容易擴散，如北京地區在霧霾天百米以下的空氣流速通常只能達到1-2米/秒風速，而500米以上的風速可以達到5級，1000米以上高度風速可達8級以上，因此，在利用該系統中，如果我們在500米以下使用輸氣管道，500-1500米以上使用魚形管道，那麼將有1000米具有抽吸功能的管道泵將地面汙染空氣帶入高空，也就是說，1500米長的汙染空氣的抽吸排放裝置即可解決一定範圍的空氣汙染。

該裝置可解決部分地區乾旱問題，假定該裝置的輸氣管道部分設定為2000米，魚形管道設定為1000米，沿中國的海岸線布置這種裝置，利用東南風即可將海上水氣帶至2000-3000米以上的高度，而這個高度正好是形成降雨的雲層高度，把水氣從東南引至西北，通過接力的方式解決北方地區乾旱問題；如果在印度洋的孟加拉灣設置該裝置，假定該裝置的高度設定為2000-3000米，那麼通過5-6次的接力，即可使印度洋的暖溼氣流沿喜馬拉雅山南坡翻過喜馬拉雅山。

整套裝置本身為靜態裝置，幾乎沒有移動部件，因此操作簡單，使用方便。

優點及積極效果：將地面汙染空氣抽入高空，塵粒的增多會與空氣中的水分子接觸增多，增加了水氣凝結速度，從而也就增加了降雨的概率，而降雨可將空氣中的汙染物含量降低；當地面汙染空氣被迅速排入高空後，近地面層流失的汙染空氣從周邊補充，從而導致部分高空冷氣下沉，加快對流，因此，只要該裝置帶走地面空氣的速度大於太陽對地面輻照加熱的速度，就可降低地表溫度及防止汙染空氣的滯留，也就是說，高空風速越大，越利於降溫及汙染空氣排放；該裝置尤其適合夏天及熱帶地區降溫。

最後應當說明的是：以上所述僅為本發明的優選實施例而已，並不用於限制本發明，儘管參照前述實施例對本發明進行了詳細說明，對於本領域的技術人員來說，其依然可以對前述各實施例所記載的技術方案進行修改，或者對其中部分技術特徵進行等同替換。

凡在本發明的精神和原則之內，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。