流体压差动力塔

摘要

本发明提供了一种流体压差动力塔，包括压差塔体、水泵、布液淋液装置、温度/湿度/流速等传感单元、淋液量调节执行机构、信号传输单元、数据分析显示控制单元、液体分离处理单元等配套设施构成。为充分发挥压差塔的效果，压差塔的横截面积应大于300m2，压差塔的高度要高于100m。本发明提供的流体压差动力方法，运用菲克定律的压力差ΔP1推动流体的由内向外流动，在压差塔的塔壁由于上下部的压力差ΔP2，从而拖动流体动力机械，如涡旋机、透平、风轮等，由各种流体动力机械作为动力源可以驱动各类工作机械如水泵、压缩机、发电机等，进行安全、稳定、长周期产生动力，提高了动力能源利用率，适用范围广，作为清洁能源具有很好的发展前景。

说明书

技术领域

本发明属于利用气体加湿及自然压差，产生新的工作流体为特点驱动动力机械如透平机、涡旋机、风轮等装置领域，更具体地说，是涉及一种新型的流体压差能源动力塔。

背景技术

利用流体的降落产生流体压力差，此动力用来带动透平机等动力机械工作。使用的工作介质是流体，可以24小时连续产生，拖动流体动力机械，如涡旋机、透平、风轮、等等，由各种流体动力机械作为动力源可以驱动各类工作机械如水泵、压缩机、发电机、研磨机、等等。

发明内容

本发明的目的在于提供一种低成本流体压差动力塔。使用的工作介质是流体，可以24小时连续产生，拖动流体动力机械，如涡旋机、透平、风轮、等等，由各种流体动力机械作为动力源可以驱动各类工作机械如水泵、压缩机、发电机、研磨机、等等。

为实现上述目的，本发明提供一种流体压差动力塔，包括：

压差塔体、水泵、布液淋液装置、温度/湿度/流速等传感单元、淋液量调节执行机构、信号传输单元、数据分析显示控制单元、液体分离处理单元、等其他配套设施构成。

压差塔的内截面形状可以是圆形、椭圆形、环状形、三角形、正方形、长方形、菱形、多边形、等等，以及其他异形。

压差塔的塔壁横截面形状可以是圆环形、椭圆环形、三角环形、正方环形、长方环形、菱形环形、多边环形、长方形、半圆形、圆形、方形、等等，以及其他异形。

压差塔的纵截面形状可以是矩形、双曲线、梯形、等及其他异形，依山、构筑物而建的压差塔其纵截面取决于构筑物或山的形状。

流体压差动力塔技术方案：

在流体压差动力塔(下称：压差塔)内，从顶部进行喷淋，淋液自上往下的降落中，增加了压差塔内空气的湿度，从而使得压差塔内空气的密度提高并高于压差塔外空气之密度，根据菲克定律，密度差Δρ产生了压差塔内外的压力差ΔP1。此压力差ΔP1可推动塔内流体由塔顶部向塔下部的流动，并经设置在塔下部的塔内外通孔流出塔外。流体的流动推动了设置在流体流经路径上通孔中安装的流体动力机械，如涡旋机、透平、风轮、等等，由各种流体动力机械作为动力源可以驱动各类工作机械，如水泵、压缩机、研磨机、发电机、等等。在塔内不同水平高度上设置一层或多层通孔，且在每层上设置n个通孔(n≥2)，通孔内安装动力机械，动力机械在自上而下流体的推动下运行，从而拖动与之相联压缩机、泵、发电机等产生巨大经济效果，此种运行方式本发明称为喷淋运行方式。

每层上设置n个通孔，n可以为1。压差塔的塔壁既可以是实心结构，也可以是非实心结构。

压差塔的塔壁可以采用非实心构造，如，钢结构的中空塔壁结构，中空塔壁构成了一个独立的四周封闭、上部直通大气、下部设置通孔的空间。由于大气不同高度上存在自然压差，这个空间的下通孔与上部就具有压差ΔP2，此压差数值的大小取决于由压高公式确定的压差、高/低空风力产生的额外风压压差以及塔壁间上下温差所引起的压差等等。这个压差可推动塔壁间空气的上下流动，使得在塔下部不同水平高度上设置的一层或多层通孔内安装的动力机械运转，并拖动与之联结的压缩机、透平、发电机等工作机械运行，而产生经济效益。

综上，压差塔具有塔内和塔壁间两个不同的压差，分别是ΔP1和ΔP2，ΔP1和ΔP2可分别运行驱动各自对应的工作机械，也可同时运行。

为充分发挥压差塔的效果，压差塔的横截面积应大于300平方米，压差塔的高度要高于100米。

扩散：无外场时，当物质中粒子数密度不均匀时，由于分子的热运动使粒子从数密度高的地方迀移到数密度低的地方的现象。

菲克定律(Fick’s Law)：在一维(如x方向扩散的)扩散的粒子流密度J

J

dρ/dx：密度梯度，粒子数密度梯度

ρ：粒子流密度

X：一维方向，x方向

D：扩散系数，表征扩散过程的快慢，单位m

负号：粒子向粒子数减少的方向扩散密度梯度越大，扩散通量越大。D值越大，扩散越快。

单位时间内扩散的总质量：

D：扩散系数，表征扩散过程的快慢，单位m

负号：粒子向粒子数减少的方向扩散

m：质量

t：时间

ρ：粒子流密度

x：一维方向，x方向

S：面积

含有水蒸气的空气称为湿空气。空气中的水蒸气在一定条件下会凝结成水滴。湿空气中所含有水蒸气的程度用湿度和含湿量来表示。

湿度：常用x来表示，

或由气体状态方程导出：

式中：

m

p

V----湿空气体积m

R----水蒸气气体常数＝462.05J/kg.K

ρ----水蒸气密度kg/m

T----绝对温度K

和绝对湿度：

在一定温度下，单位体积湿空气中所含水蒸气的量达到最大限度时，称此湿空气为饱和湿空气。1m

式中：

X

p

ρ

R水蒸气气体常数

T绝对温度K

相对湿度：

在某温度和总压力下，其绝对湿度与饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度。

式中：

x、x

d′、d

淋液后，随着流体在空气中扩散，空气的湿度变大，流体的分压力变大，流体的密度也变大，直到到达流体的饱和分压力。流体的压力变大，这样差压塔内的压力变大，大于塔外的压力；压差推动流体通过设置在压差塔上的通孔由内向外流动，从而拖动流体动力机械，如涡旋机、透平、风轮、等等，由各种流体动力机械作为动力源可以驱动各类工作机械如水泵、压缩机、发电机、研磨机、等等。

首先，建造一个流体压差动力塔(注：横截面是圆的，也可以是其他形状)。一系列的水泵将流体输送到塔顶的布液淋液装置，在布液淋液装置的开口处淋出。结果，塔内的空气变得比塔外干燥的空气湿度更大、密度更大、压力更大，进而由于通孔的存在可以使塔内流体以较高速度由塔内通过通孔流出塔外。此过程中，流体充当了强大的媒介，可产生强大的下行流体。这股流体以较高的速度推动设置的动力机械如透平机等，进而可以拖动压缩机、水泵、风轮等工作机械。工作机械带动发电机可发电量是巨大的，如输出载荷1000MW，发电量的多少取决于压差塔的横截面积、压差塔的高度、安装地点、使用环境等等。

由温度/湿度/流速等传感单元发出的信号经信号传输单元输送给数据分析显示控制单元，由数据分析显示控制单元运算后发出控制指令给淋液量调节执行机构，自动调节淋液液量，以达到控制压差塔内流体流速的目的。

压差塔底部沿周边或塔壁按不同高度分层设置塔内外通孔，可以水平也可垂直，通孔内设置动力机械。

压差塔还有另一种非淋液运行方式。

停掉淋液，利用大气高度的自然空气压差，推动塔外空气由塔底向塔内流动并从塔顶排出，以此拖动设置在通孔里的动力机械，从而利用此能源产生经济效益。

非淋液运行方式输出的能量小于淋液运行方式，所以非淋液运行方式只能作为次运行方式。

通孔的直径应大于1米。

动力机械可以是有轴动力机械或无轴动力机械。

压差塔可以依地形、构筑物、建筑物、等等而建造，如悬崖、瀑布、水坝、桥梁、等等。

将压差塔的底部或下部或中下部的塔璧采用局部透光材料，让阳光射入塔间壁，在塔间壁铺设吸热蓄热材料。这样阳光可加热塔间壁温度，并在阳光不足时由蓄热材料发热而持续加热塔间壁内温度，使得ΔP2更稳定，从而使其对应的工作机械更稳定运行。

设置液体分离处理单元，去除水中的杂质和污染物，实现流体压差动力塔安全、稳定、长周期的发电。

大型的流体压差动力塔可以建成一座集都市观光、至高游乐、时尚餐饮、婚庆会展、影视娱乐、环保科普、文化教育、购物休闲等多功能于一体的旅游观光塔。

本发明提供的动力能源方法的有益效果在于：与现有技术相比，

1.本发明动力能源方法，合理间接利用太阳能，人工制造出流体压力差，产生流体动力，作为清洁能源。压差塔的结构简单，适用范围广，具有很好的发展前景。

2.动力能源可以24小时连续产生，具有划时代里程碑的意义。动力能源是连续的，稳定的，而太阳能等是时断时续，时大时小，完全是靠天吃饭，不稳定不连续。这种流体压差动力塔动力能源均匀连续，克服了以前动力能源间断，对电网的伤害。可以全天候连续运行，每天24小时，每周7天，每年365天均可运行和生产能源。

3.这种流体压差动力塔可以保护生态。透平机组在塔体内部或者下部，不会干扰鸟类，不会伤害鸟类。

4.流体压差动力塔的动力能源的经济效益好，成本低。用该流体压差动力塔拖动发电机，产生的电的成本是火电的1/3，或更低。

5.这种动力能源是一种有利于生态环境保护的能源利用方式，碳排放为0，颗粒物排放为0，硫化物排放为0，氮化物排放为0，VOC排放为0，温室气体排放为0。

6.流体压差动力塔占地面积小，比传统的风能和传统的太阳能占地面积小，土地利用率高。

7.压差塔使用寿命长，可达70年，因而年投资分摊成本低。

附图说明

图1流体压差动力塔示意图

图2水平动力机械布置示意图

图3不同高度设置动力机械示意图

图4底部水平带透平机的流体压差动力塔示意图主视图(有轴)

图5底部水平带透平机的流体压差动力塔示意图俯视图(有轴外置)

图6底部水平带透平机的流体压差动力塔示意图俯视图(有轴中置)

图7底部水平带透平机的流体压差动力塔示意图俯视图(有轴内置)

图8底部水平带透平机的流体压差动力塔示意图主视图(无轴)

图9底部水平带透平机的流体压差动力塔示意图俯视图(无轴外置)

图10底部水平带透平机的流体压差动力塔示意图俯视图(无轴中置)

图11底部水平带透平机的流体压差动力塔示意图俯视图(无轴内置)

图12底部垂直带透平机的流体压差动力塔示意图俯视图(有轴)

图13底部垂直带透平机的流体压差动力塔示意图主视图(有轴外置)

图14底部垂直带透平机的流体压差动力塔示意图主视图(有轴中置)

图15底部垂直带透平机的流体压差动力塔示意图俯视图(无轴)

图16底部垂直带透平机的流体压差动力塔示意图主视图(无轴外置)

图17底部垂直带透平机的流体压差动力塔示意图主视图(无轴中置)

图18流体压差动力塔内流体的流速控制示意图

图19压差塔的塔壁吸热蓄热示意图

1.透平机 2.塔基座 3.锥筒 4.塔体

具体实施方式

本发明的目的在于提供一种低成本流体压差动力塔，使用的工作介质是流体，可以24小时连续产生，拖动流体动力机械，如涡旋机、透平、风轮、等等，由各种流体动力机械作为动力源可以驱动各类工作机械如水泵、压缩机、发电机、研磨机、等等。

为实现上述目的，本发明提供一种流体压差动力塔，包括：

压差塔体、水泵、布液淋液装置、温度/湿度/流速等传感单元、淋液量调节执行机构、信号传输单元、数据分析显示控制单元、液体分离处理单元、等其他配套设施构成。

压差塔的内截面形状可以是圆形、椭圆形、环状形、三角形、正方形、长方形、菱形、多边形、等等，以及其他异形。

压差塔的塔壁横截面形状可以是圆环形、椭圆环形、三角环形、正方环形、长方环形、菱形环形、多边环形、长方形、半圆形、圆形、方形、等等，以及其他异形。

压差塔的纵截面形状可以是矩形、双曲线、梯形、等及其他异形，依山、构筑物而建的压差塔其纵截面取决于构筑物或山的形状。

流体压差动力塔技术方案：

在流体压差动力塔(下称：压差塔)内，从顶部进行喷淋，淋液自上往下的降落中，增加了压差塔内空气的湿度，从而使得压差塔内空气的密度提高并高于压差塔外空气之密度，根据菲克定律，密度差Δρ产生了压差塔内外的压力差ΔP1。此压力差ΔP1可推动塔内流体由塔顶部向塔下部的流动，并经设置在塔下部的塔内外通孔流出塔外。流体的流动推动了设置在流体流经路径上通孔中安装的流体动力机械，如涡旋机、透平、风轮、等等，由各种流体动力机械作为动力源可以驱动各类工作机械，如水泵、压缩机、研磨机、发电机、等等。在塔内不同水平高度上设置一层或多层通孔，且在每层上设置n个通孔(n≥2)，通孔内安装动力机械，动力机械在自上而下流体的推动下运行，从而拖动与之相联压缩机、泵、发电机等产生巨大经济效果，此种运行方式本发明称为喷淋运行方式。

在塔内不同水平高度上设置一层或多层通孔，每层上设置n个通孔，n可以为1。压差塔的塔壁既可以是实心结构，也可以是非实心结构。

压差塔的塔壁可以采用非实心构造，如，钢结构的中空塔壁结构，中空塔壁构成了一个独立的四周封闭、上部直通大气、下部设置通孔的空间。由于大气不同高度上存在自然压差，这个空间的下通孔与上部就具有压差ΔP2，此压差数值的大小取决于由压高公式确定的压差、高/低空风力产生的额外风压压差以及塔壁间上下温差所引起的压差等等。这个压差可推动塔壁间空气的上下流动，使得在塔下部不同水平高度上设置的一层或多层通孔内安装的动力机械运转，并拖动与之联结的压缩机、透平、发电机等工作机械运行，而产生经济效益。.

综上，压差塔具有塔内和塔壁间两个不同的压差，分别是ΔP1和ΔP2，ΔP1和ΔP2可分别运行驱动各自对应的工作机械，也可同时运行。

为充分发挥压差塔的效果，压差塔的横截面积应大于300平方米，压差塔的高度要高于100米。

首先，建造一个流体压差动力塔(注：横截面是圆的，也可以是其他形状)。一系列的水泵将流体输送到塔顶的布液淋液装置，在布液淋液装置的开口处淋出。结果，塔内的空气变得比塔外温暖的空气湿度更大，密度更大，压力更大，进而由于通孔的存在可以使塔内流体以较高速度由塔内通过通孔流出塔外。此过程中，流体充当了强大的媒介，可产生强大的下行流体。这股流体以较高的速度推动设置的动力机械如透平机等，进而可以拖动压缩机、水泵、风轮等工作机械。工作机械带动发电机可发电量是巨大的，如输出载荷1000MW，发电量的多少取决于压差塔的横截面积、压差塔的高度、安装地点、使用环境等等。

由温度/湿度/流速等传感单元发出的信号经信号传输单元输送给数据分析显示控制单元，由数据分析显示控制单元运算后发出控制指令给淋液量调节执行机构，自动调节淋液液量，以达到控制压差塔内流体流速的目的。见图18

压差塔底部沿周边或塔壁按不同高度分层设置塔内外通孔，可以水平也可垂直，通孔内设置动力机械。

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请一并参阅附图。首先动力机械的安装形式有两种，一种是水平的，一种是垂直的。

对应每一种安装形式，动力机械又分有轴动力机械和无轴动力机械两种。

对应每一种动力机械，对应水平安装方式，又分为外置，中间和内置3种。

对应每一种动力机械，对应垂直安装方式，又分为外置，中间2种。

压差塔还有另一种非淋液运行方式。

停掉淋液，利用大气高度的自然空气压差，推动塔外空气由塔底向塔内流动并从塔顶排出，以此拖动设置在通孔里的动力机械，从而利用此能源产生经济效益。

非淋液运行方式输出的能量小于淋液运行方式，所以非淋液运行方式只能作为次运行方式。

通孔的直径应大于1米。

压差塔可以依地形、构筑物、建筑物、等等而建造，如悬崖、瀑布、水坝、桥梁、等等。

将压差塔的底部或下部或中下部的塔璧采用局部透光材料，让阳光射入塔间壁，在塔间壁铺设吸热蓄热材料。这样阳光可加热塔间壁温度，并在阳光不足时由蓄热材料发热而持续加热塔间壁内温度，使得ΔP2更稳定，从而使其对应的工作机械更稳定运行。见图19

设置液体分离处理单元，去除水中的杂质和污染物，实现流体压差动力塔安全、稳定、长周期的发电。

动力机械可以有轴动力机械或无轴动力机械。

对于动力机械，有轴的和无轴的区别，

1.有轴的中间轴承由于转速高，所以故障高，容易损坏，维修费用高。

2.无轴由于没有中间轴承，所以没有中间轴承的维修，易于维护。

大型的流体压差动力塔可以建成一座集都市观光、至高游乐、时尚餐饮、婚庆会展、影视娱乐、环保科普、文化教育、购物休闲等多功能于一体的旅游观光塔。

流体压差动力塔有多个功能区和多种游乐设施，包括观景平台、高空横向摩天轮，速降体验极限游乐项目，观光大厅，有悬空走廊，蜘蛛侠栈道，4D和3D动感影院，中西美食，会展设施，购物商场及科普展示厅。

塔冠部分设置餐饮、娱乐功能及观景平台。

流体压差动力塔除了动力能源之外，能开发游乐项目，比如有蹦极跳、跳伞、空中漫步、攀岩等多个高空冒险项目，

塔顶部分增设跳楼机，市民可感受到从高空处降落的感觉。

高层建塔顶观景平台，设横向摩天轮。

高层建双层旋转餐厅。

高层可以建空中花园，风景秀丽，螺旋向上的空中云梯带给人空中漫步的神奇体验。

高层建高科技游戏厅展现现代科技的神奇。

高层建4D和3D影院带给人身临其境的多元感受。

高层建丰富多样的多功能展厅让人感受全新的信息冲击。

本发明提供的动力能源方法的有益效果在于：与现有技术相比，

1.本发明动力能源方法，合理间接利用太阳能，人工制造出流体压力差，产生流体动力，作为清洁能源。压差塔的结构简单，适用范围广，具有很好的发展前景。

2.动力能源可以24小时连续产生，具有划时代里程碑的意义。动力能源是连续的的，稳定的，而太阳能是时断时续，时大时小，完全是靠天吃饭，不稳定不连续。这种流体压差动力塔动力能源均匀连续，克服了以前发电间断，对电网的伤害。可以全天候连续运行，每天24小时，每周7天，每年365天均可运行和生产能源。

3.这种流体压差动力塔可以保护生态。透平机组在塔体内部或者下部，不会干扰鸟类，不会伤害鸟类。

4.流体压差动力塔的动力能源的经济效益好，成本低。用该流体压差动力塔拖动发电机，产生的电的成本是火电的1/3，或更低。

5.这种动力能源是一种有利于生态环境保护的能源利用方式，碳排放为0，颗粒物排放为0，硫化物排放为0，氮化物排放为0，VOC排放为0，温室气体排放为0。

6.流体压差动力塔占地面积小，比传统的风能和传统的太阳能占地面积小，土地利用率高。

8.压差塔使用寿命长，可达70年，因而年投资分摊成本低。