技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種風(fēng)能利用裝置，是利用高空風(fēng)能將地面污染空氣如霧霾氣體通過管道輸送并排放到高空的裝置，屬于一種高低空空氣對(duì)流裝置，同時(shí)該裝置也可用于發(fā)電及其他動(dòng)力系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
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從目前公知的風(fēng)能利用技術(shù)來看，大都著眼于風(fēng)力發(fā)電，如：通過高空風(fēng)能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，通過機(jī)械能再轉(zhuǎn)換成電能，一些超前的構(gòu)思是通過風(fēng)箏拖動(dòng)線繩來帶動(dòng)發(fā)電設(shè)備，如：歐洲專利申請(qǐng)0420028646.0，意大利專利申請(qǐng)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(fēng)能通過風(fēng)箏轉(zhuǎn)換成電能的系統(tǒng)，這些系統(tǒng)大都需要通過復(fù)雜的機(jī)械控制才能獲得能量轉(zhuǎn)換，而且建設(shè)成本高，維護(hù)困難。

本人曾申請(qǐng)專利《一種高空與地面空氣的輸送與排放裝置》cn104633811a，是通過風(fēng)箏將相當(dāng)于風(fēng)箏線的通風(fēng)管道升至高空，利用煙囪效應(yīng)及縮放噴管效應(yīng)將地面空氣吸入管道并排放至高空，但在設(shè)計(jì)過程中由于縮放噴管相對(duì)整個(gè)系統(tǒng)較小，通過計(jì)算抽吸量有限，只能適用小型換氣系統(tǒng)，不能滿足大工況需求及應(yīng)用。

為了克服該管道效能低的問題，本人對(duì)前述發(fā)明進(jìn)行重大改進(jìn)以適應(yīng)大抽吸量效能，該裝置具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、成本低、工作效率高及用途廣泛的特點(diǎn)。

本發(fā)明是通過風(fēng)能輸送系統(tǒng)將地表霧霾等污染空氣排入高空，經(jīng)檢索相關(guān)專利，尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明權(quán)利要求書中有相同的記載。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
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本發(fā)明的目的在于提供一種風(fēng)能利用裝置，利用抽吸管道排放系統(tǒng)，將地表受污染空氣如：霧霾等抽吸進(jìn)管道并排入高空，同時(shí)可利用管道內(nèi)形成的渦旋風(fēng)力帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電，該裝置也可作為其他工程的動(dòng)力系統(tǒng)如船用動(dòng)力、鉆井平臺(tái)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(yōu)選實(shí)施例更好地描述本發(fā)明，其中：

圖1為本發(fā)明霧霾抽吸裝置總體示意圖。

圖2為本發(fā)明仿鯊魚魚形管道示意圖。

圖2-1為本發(fā)明魚形管道原理示意圖。

圖3為渦旋氣流聚能器與發(fā)電單元組合示意圖。

圖4為本發(fā)明霧霾抽吸裝置具體應(yīng)用示意圖。

圖5為本發(fā)明地面環(huán)形軌道連接示意圖。

具體實(shí)施方式：

見圖1，本發(fā)明主要由風(fēng)箏組件(1)、仿鯊魚魚形管道(簡(jiǎn)稱魚形管道)(2)、輸氣管道(3)、渦旋氣流聚能器(4)及發(fā)電單元(5)(圖3)等組成；其特征是：風(fēng)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(類似沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中間體)，管道兩側(cè)最高點(diǎn)稍后縱向設(shè)有若干類似鯊魚腮的側(cè)開縫(9)貫穿于整個(gè)魚形管道并與管道內(nèi)相通，根據(jù)伯努力原理及文丘里管原理，高空風(fēng)吹過魚形管道兩側(cè)產(chǎn)生負(fù)壓，抽吸管道內(nèi)空氣并從鯊魚腮縫隙排出；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(gè)導(dǎo)風(fēng)格柵(6)，每個(gè)導(dǎo)風(fēng)格柵都與圓錐呈切向連接，以便使所有進(jìn)入管道的空氣沿管道切面進(jìn)入并形成螺旋風(fēng)，導(dǎo)風(fēng)格柵由牽引繩索(7)固定于地面圓形軌道(8)。

參照?qǐng)D1，風(fēng)箏(1)下方懸掛有仿鯊魚魚形管道(2)，以后簡(jiǎn)稱魚形管道，利用高空風(fēng)氣流，吹過魚形管道兩側(cè)的氣流形成負(fù)壓，將魚形管道內(nèi)空氣經(jīng)鯊魚腮(9)縫隙吸出，地表受污染空氣流經(jīng)渦旋氣流聚能器(4)、輸氣管道(3)進(jìn)入魚形管道，同時(shí)高空冷氣下沉補(bǔ)充地表空氣，從而實(shí)現(xiàn)人工空氣對(duì)流。

下面根據(jù)各部分的功能分別進(jìn)行詳細(xì)描述：

風(fēng)箏組件(1)為產(chǎn)生升力的組件，主要功用是將魚形管道及輸氣道升至高空并懸停。

魚形管道(2)道實(shí)際上是縮放噴管的變形，本人曾申請(qǐng)的專利cn104633811a中縮放噴管與輸氣管道是分開設(shè)計(jì)，即縮放噴管專用于產(chǎn)生負(fù)壓、抽吸氣體，輸氣管道專用于輸送氣體，而本次專利申請(qǐng)的魚形管道將抽吸、輸送氣體集于一體，即整個(gè)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(cè)相對(duì)稱的弧形形狀相當(dāng)于飛機(jī)機(jī)翼上表面，即它同樣是根據(jù)伯努力原理設(shè)計(jì)而成，在專利cn104633811a中，縮放噴管實(shí)際上是根據(jù)沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)原理，由魚形的中間體與兩側(cè)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(zhǎng)，則兩側(cè)的擋板勢(shì)必也要加長(zhǎng)，但加長(zhǎng)的擋板無法形成有效支撐，在風(fēng)吹過中間體與擋板時(shí)，產(chǎn)生的負(fù)壓會(huì)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(gè)數(shù)，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(jīng)過反復(fù)研究，最終去掉了兩側(cè)擋板，只用中間體并將其向下延伸變成管道，從而即解決了抽吸量問題，又同時(shí)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，其外形與沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中間體具有相似的外形；通常在魚頭后部的兩側(cè)總會(huì)有對(duì)稱的最高點(diǎn)，相當(dāng)于沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)縮放噴管的喉部，從最高點(diǎn)往后魚身逐漸收斂直至魚尾使兩側(cè)重合；而如果對(duì)魚形管道進(jìn)行縱刨，并將兩部分進(jìn)行對(duì)調(diào)，則可以看出它其實(shí)就是一個(gè)縮放噴管；附圖2中，魚形管道從兩側(cè)最高點(diǎn)稍后縱向開有若干條縫隙(9)，就好比鯊魚的魚鰓，而這組魚鰓貫穿于整個(gè)魚形管道并與管道內(nèi)部相通，鯊魚的魚鰓主用于呼吸并排出口中海水，因此魚鰓多集中于魚頭，而本發(fā)明是要將整個(gè)管道內(nèi)的空氣排出，因此鰓線分布不同于鯊魚僅限于頭部，而是分布于整個(gè)魚身，鰓線個(gè)數(shù)可參照鯊魚鰓個(gè)數(shù)而定，也可以參照蜜蜂尾部外殼條數(shù)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(gè)魚形管道全部具有縮放噴管的功能即文丘里管功能，當(dāng)風(fēng)吹過魚形管道后，風(fēng)被魚形管道分開并沿兩側(cè)流過魚身，當(dāng)風(fēng)吹過魚形管道兩側(cè)后，形成伯努力效應(yīng)，魚形管道兩側(cè)形成負(fù)壓，管道內(nèi)空氣壓強(qiáng)大于管道外側(cè)，因而管道內(nèi)空氣沿縫隙排出，附圖2-1為其原理示意圖；而在專利cn104633811a中，縮放噴管喉部之后是側(cè)開口，與本發(fā)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于魚形的沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)中間體，又有了鯊魚腮的側(cè)開縫，因此稱之為仿鯊魚魚形管道，簡(jiǎn)稱魚形管道；魚形管道第一條側(cè)開縫位置可以參照鯊魚腮第一條側(cè)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(jù)伯努利原理，使魚形管道兩側(cè)形成負(fù)壓，此時(shí)魚形管道內(nèi)壓力大于管道外壓力，魚形管道向外膨脹，受污染空氣在大氣壓力下經(jīng)鯊魚鰓縫隙排出管外進(jìn)入高層大氣；管道內(nèi)的網(wǎng)格線(10)使魚形管道保持魚形，并可每隔一段距離如：每隔10-50米設(shè)置一道。

魚形管道可以是圓形、橢圓形、棱形等具有可產(chǎn)生伯努力效應(yīng)或文丘里管效應(yīng)的管道，并根據(jù)需要可將其設(shè)置長(zhǎng)度達(dá)數(shù)千米乃至整個(gè)管道；魚形管道與輸氣管道具有風(fēng)箏線功能，即是管道，又是風(fēng)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(shí)也是穩(wěn)定渦旋氣流的約束管道，多用于風(fēng)小或無風(fēng)的近地面層，使渦旋氣流不因進(jìn)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(shè)置單向活門片，當(dāng)管道內(nèi)壓力低于外界時(shí)，單向活門打開，外界空氣進(jìn)入管內(nèi)達(dá)到平衡，當(dāng)輸氣管道內(nèi)部壓力大于管道外部時(shí)，單向活門關(guān)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(dǎo)風(fēng)格柵(6)并被牽引繩索(7)固定于圓形軌道(8)，導(dǎo)風(fēng)格柵與圓錐呈切向連接，以便使所有進(jìn)入管道的空氣沿管道切面進(jìn)入并形成螺旋風(fēng)，由于魚形管道的抽吸作用，使螺旋風(fēng)沿錐形管道向上運(yùn)動(dòng)，而錐形管道向上的口徑是越來越小，從而導(dǎo)致渦旋風(fēng)速越來越大，當(dāng)渦旋氣流到達(dá)輸氣管道接口時(shí)，此時(shí)管道直徑最小，風(fēng)速達(dá)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(dǎo)風(fēng)格柵(6)由牽引繩索(7)固定于地面圓形滑動(dòng)軌道(8)，圖5中，每個(gè)導(dǎo)風(fēng)格柵(6)的各個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)(12)固定在外側(cè)環(huán)形軌道(13)，并在該點(diǎn)由另一繩索(14)牽引與導(dǎo)風(fēng)格柵(6)形成鏡向的對(duì)稱連接在圓形滑動(dòng)軌道(8)的各個(gè)切點(diǎn)(15)，因此無論風(fēng)向如何變動(dòng)，每個(gè)導(dǎo)風(fēng)格柵始終與錐形管道保持切向連接，并使其與錐形管道同步轉(zhuǎn)動(dòng)。渦旋氣流聚能器也可做成堅(jiān)固的錐形塔，此時(shí)可在輸氣管道與渦旋氣流聚能器的結(jié)合部安裝滑動(dòng)軌道。

導(dǎo)風(fēng)格柵(6)是以切線形式沿錐形管道安裝于各個(gè)牽引繩索上，導(dǎo)風(fēng)格柵可以是以直線、漸開線或螺旋線等著名數(shù)學(xué)曲線形式沿錐形管道均勻分布，其形狀可以通過外側(cè)圓形軌道(13)的各個(gè)遠(yuǎn)端點(diǎn)(12)控制。

龍卷風(fēng)產(chǎn)生要件是一要有向上的氣流，二要有旋轉(zhuǎn)氣流，三要有空氣自旋轉(zhuǎn)的約束管道，由于該裝置已構(gòu)成了龍卷風(fēng)產(chǎn)生要件，因此其形成的風(fēng)也可稱之為人造龍卷風(fēng)，而龍卷風(fēng)可使其周邊急速產(chǎn)生負(fù)壓，因此可迅速抽吸附近空氣進(jìn)入管道并排入高空，因而大大增加了污染空氣的排放速度，同時(shí)龍卷風(fēng)可將水直接吸入高空，因此該裝置可用于人工降雨；該裝置產(chǎn)生的風(fēng)也可以對(duì)物質(zhì)進(jìn)行烘干。

發(fā)電單元(5)，圖3出示了渦旋氣流聚能器(4)與垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(5)結(jié)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(fēng)力發(fā)電機(jī)(5)分開畫出，實(shí)際情況是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)布置在渦旋氣流聚能器內(nèi)，利用形成的渦旋氣流帶動(dòng)風(fēng)力發(fā)電機(jī)發(fā)電。

渦旋氣流聚能器(4)內(nèi)加裝垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)(5)(圖3)，即可增加電力輸出，減少火電廠布置個(gè)數(shù)，降低碳物質(zhì)的排放，該裝置安裝于船上(11)(圖4)時(shí)，無論順風(fēng)逆風(fēng)都可行船，因此，該裝置也可作為其他工程的動(dòng)力系統(tǒng)如船用動(dòng)力、鉆井平臺(tái)等。

風(fēng)箏、魚形管道、輸氣管道及渦旋氣流聚能器等均可采用風(fēng)箏面料并與碳纖維管、片、條結(jié)合制作，魚形管道的形狀可用網(wǎng)格線(10)(附圖2-1)保持并可由支撐桿繃緊固定。

通?？諝庠诘厍虮砻娴牧鲃?dòng)有很大的不同，高度越高，空氣的流動(dòng)速度越大，高度越低，空氣流動(dòng)速度越小，這主要是由于空氣的粘性及地表面的摩擦力造成，近地面層污染空氣在逆溫及等溫條件下，更不容易擴(kuò)散，如北京地區(qū)在霧霾天百米以下的空氣流速通常只能達(dá)到1-2米/秒風(fēng)速，而500米以上的風(fēng)速可以達(dá)到5級(jí)，1000米以上高度風(fēng)速可達(dá)8級(jí)以上，因此，在利用該系統(tǒng)中，如果我們?cè)?00米以下使用輸氣管道，500-1500米以上使用魚形管道，那么將有1000米具有抽吸功能的管道泵將地面污染空氣帶入高空，也就是說，1500米長(zhǎng)的污染空氣的抽吸排放裝置即可解決一定范圍的空氣污染。

該裝置可解決部分地區(qū)干旱問題，假定該裝置的輸氣管道部分設(shè)定為2000米，魚形管道設(shè)定為1000米，沿中國(guó)的海岸線布置這種裝置，利用東南風(fēng)即可將海上水氣帶至2000-3000米以上的高度，而這個(gè)高度正好是形成降雨的云層高度，把水氣從東南引至西北，通過接力的方式解決北方地區(qū)干旱問題；如果在印度洋的孟加拉灣設(shè)置該裝置，假定該裝置的高度設(shè)定為2000-3000米，那么通過5-6次的接力，即可使印度洋的暖濕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(tài)裝置，幾乎沒有移動(dòng)部件，因此操作簡(jiǎn)單，使用方便。

優(yōu)點(diǎn)及積極效果：將地面污染空氣抽入高空，塵粒的增多會(huì)與空氣中的水分子接觸增多，增加了水氣凝結(jié)速度，從而也就增加了降雨的概率，而降雨可將空氣中的污染物含量降低；當(dāng)?shù)孛嫖廴究諝獗谎杆倥湃敫呖蘸?，近地面層流失的污染空氣從周邊補(bǔ)充，從而導(dǎo)致部分高空冷氣下沉，加快對(duì)流，因此，只要該裝置帶走地面空氣的速度大于太陽(yáng)對(duì)地面輻照加熱的速度，就可降低地表溫度及防止污染空氣的滯留，也就是說，高空風(fēng)速越大，越利于降溫及污染空氣排放；該裝置尤其適合夏天及熱帶地區(qū)降溫。

最后應(yīng)當(dāng)說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，盡管參照前述實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，其依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分技術(shù)特征進(jìn)行等同替換。

凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。