太阳能风能由低能流密度变为高位水力势能装置.pdf

本发明利用温差、地势差为能量转化资源，把太阳能转化为气压流发电，还利用温差、地势差、水为能量转化资源，把太阳能、风能转化为低气压能(2-4个气压)带动气压抽水机高扬程(可达千米)扬水变为高水位的水力势能可用来发电，灌溉绿色植物能源，形成新能源滚动式发展。技术特点：五种资源联合运用开发使太阳能、风能利用率高；各种能量转化装置简单、效率高、成本低；新能源开发又和生态建设紧密结合，保护环境，技术应用地区广阔，用材丰富，资金投入低，为大规模开发提供了保障。

1、  太阳能利用地势差温差发电的装置
其特征：冷源4的空气通过集风管道3进入太阳能集热装置2升温、膨胀、升压，在地势差的作用下气流进入烟囱1，水箱7内的水通过细管喷入太阳能集热装置内变为蒸气扩大体积成为压力流和空气流一起进入烟囱推动发电机械发电。

2、  太阳能变为低气压能装置
其特征：装置与太阳能变为气压能装置相同，只是把发电机换为压气装置，如压气包式。

3、  风能变为低气压能装置
其特征：用型立轴风力机，风力机1转动齿轮 2拨动齿轮 3驱动压力臂 4压缩压气包输气和压气包 6补气 9-转动齿轮

4、  用电、柴油做动力转化为气压能装置
其特征：用电动机带动锥形压气泵，气体升压是多级叶轮给气体逐级加压，叶轮即多又薄，这种压气泵要求高速旋转，需要动力稳定。

5、  空气压缩机用固定压力气压能扬水增能装置
其装置是两个水箱，开始空气压缩机为第一个箱压气达到工作压力扬水，水被排除剩余为压缩空气，通过换相阀重新通过空气压缩机压入第二箱扬水。这样两箱轮流进气排水，空气压缩机连续往复利用固定压力气体扬水，转换为高位水势能扩大能量，用水源的深度控制两水箱内气压能的工作压力不变。
大气补气阀补气。

6、  气压抽水机
其特征：(1)1·2箱放入水内，靠水压力底阀自动进水，箱内空气由I、II管的丁阀排出。然后I管进气压，1·3·5箱底阀受压关闭，顶阀开启，使输水管和II管丁阀控制气压达到工作压力，1箱水进入4箱4.6箱气由II管排出。这时输气换相，要打开II管丁阀进气压，1箱丁阀控制气压达到工作压力，1箱底阀自动进水，2箱水进入了3箱，4箱水进入5箱，这时把三个丁阀都打开，再次1管进气压，2箱底阀自动进水，1箱水进4箱，3箱水进6箱，5箱水排出。又一次输气换相，II管进气压，1箱底阀自动进水，2箱水进入3箱，4箱水进入5箱，6箱水排出。I、II、管轮流进、排气，就不停的出水。箱数多少由扬水高度、气压能压力决定。
也可以采用另一种办法扬水，可不用三个丁阀，就是把各箱内都注满水，I、II管轮换进、排气，实现扬水。
(2)气压抽水机往复利用气压能、节能输气控制机构及保持输气压能压力不变的措施
其特征：压气泵1由动力机带动压气，气流永远按箭头指示方向运行，开始3右管进气压，3左管出气压能入气压抽水机扬水，完成一侧出水后，开关输气换相，电磁阀2(上)不动，2(下)左移使4右管进气压，4左管出气压能入气压抽水机扬水，再次输气相恢复到第一种状态，实现往复利用气压能。
保持机内输气压力不变的措施是利用水源水深压力保持机内气体压力不变。水深压力要与扬水气压能压力相等或大于。
(3)偏心翻斗开关
其特征：适应太阳能、风能的随机性变化，用定水量偏心翻斗控制时机，气压抽水机一侧出完水，出水管1给偏心翻斗注满水，自动顺时针转180度倒置，偏心翻斗另一侧注满水，再反时针方向转180度，正、反通电、断电，接通摇控器控制各路开关同步同时进行。

太阳能风能由低能流密度变为高位水力势能装置
本发明利用温差、地势差，为能量转化资源，把太阳能转化为气压流发电。利用温差、地势差、水为能量转化资源，把太阳能、风能转化为低气压能(2～4个气压)带动气压抽水机高扬程扬水(可达千米)变为高水位的水力势能的装置。
根据有关资料了解没有相似的技术报道。
太阳能、风能、温差、地势差、水五种资源综合开发利用，形成一条太阳能、风能变为水力势能来发电、灌溉绿色植物吸收太阳能变为生物质能源的滚动发展模式。
一、太阳能利用温差、地势差发电的装置
装置如图1，图中1-烟囱、2-热源(太阳能集热装置)、3-集风管道、4-冷源(土壤、水、冰、雪)、5-山、6-风力透平发电机。7-水箱
能量转化方法：冷源来的冷空气进入集风管道，到热源太阳能集热装置内升温、膨胀、利用山势在集风管道上、下形成的压力差变为压力流；水箱内的水在地势差压力下喷入太阳能集热器装置内变为蒸气、膨胀体积在地势差压力下与空气流一起进入烟囱推动发电机发电。
冷源就是环境低温，可用水、土壤、冰、雪降温。
热源就是集热装置，尽量用吸热性能良好，价格低的黑色材料。
集风管道可设数道，根据山势地形条件设置，山势上、下高差大于百米可直接发电，大于500米可梯级发电。
二、太阳能转化为低气压能装置
其装置与图1相同，只把发电机换成压气装置。太阳能转化为低气压能应用情况是地势差较低，或是太阳能辐射强度低，随机性变化大，不能发电，但是只要压气装置动起来就可以产生气压能做功扬水。
三、风能变为低气压能装置
其装置如图2，图中1--型立轴风力机。2--齿轮。3--齿轮。4--压力臂。5--压气包。6--补气压气包。7--气流进气压抽水机管。8--气流进压气包管。9--齿轮。
压气包泵是为了水质不受污染，解决饮用水。
大气补气阀也是个压气包，抬起时进大气，压缩时气进抽水机管。
每台风力机可以带动数个压气泵，采用立轴式风力机，这样整个风力机重量都能变为压气重力。除破坏性风速外，凡启动风力机就能做功扬水。
要数台风力机联合作业，汇集起巨大的气压能，为一台气压抽水机提供动力，达到高扬程大流量扬水。
四、用电、柴油做动力转化为气压能装置
图3是用电动机带动的锥形压气泵，气体升压是多级叶轮给气体逐级加压，叶轮既多又薄，这种压气泵要求高速旋转，需要动力稳定。
图中1-电动机、2-多级叶轮、3-气压流进气管、4-气压流进气压抽水机管、5-大气补气阀。
图4是用电动机或柴油机做动力转化为气压能装置，图中1-动力机带动的齿轮、2-压气包、3-气压流进压气包管、4-气压流进气压抽水机管、5-大气补气阀。这也是为解决饮水的压气装置。
5--大气补气阀，是个进气管顶个半园，当压气包内低于大气压时，弹簧拉回半园阀进气。
五、空气压缩机用固定压力气压能扬水增能装置
空气压缩机本是结构复杂，运转效率低，耗能高，其原因是机械磨损大，还有空气作为能量转换介质密度低，压缩性大，压缩余隙容积影响等。
如果用两个水箱，空气压缩机向第一个箱内压入8个压力气压能扬水，把一箱变为8个压力的气体，通过换相阀把气压能通过空气压缩机压入第二箱扬水，这就等于空气压缩机输气效率提高8倍，输气时间缩短到1/8，这样就扩大能量了。
只要两个箱轮流用固定压力气压能扬水，用水深度保持两箱内的气压能压力不变。增能就成功了。
大气补气阀，是进气管顶个半园，当压水箱内低于大气压时，弹簧拉回半园阀进气。
六、气压抽水机
(一)图5气压抽水机结构图，图中甲-压气装置、乙-输气换相开关、丙-输水管、丁-气压控制阀、1、2、......6水气转换箱(箱之间高差由气压能的压力决定)、I、II-输气管。
抽水过程：1、2箱放入水内，靠水压力底阀自动进水，箱内空气I、II管的丁阀排出。然后从I管进气压能，1、3、5箱底阀受压关闭、顶阀开启，使输水管和II管丁阀控制气压达到工作压力，1箱水进入4箱，4、6箱气由II管排出。这时输气换相要打开II管丁阀进气压能，I管丁阀控制气压达到工作压力，1箱底阀自动进水，2箱水进入3箱，4箱水进入5箱。这时把三个丁阀都打开，再次I管进气压，2箱底阀自动进水，1箱水进入4箱，3箱水进入6箱，5箱水排出。又一次输气换相，II管进气压，1箱底阀自动进水，2箱水进入3箱，4箱水进入5箱，6箱水排出，I、II管轮换进、排气，就不停的出水。水箱个数由扬水高度决定。
也可以采用另一种办法扬水，可不用三个丁阀，就是把各箱内都注满水，I、II管轮换进、排气，实现扬水。
(二)气压抽水机往复利用气压能、节能输气控制机构及保持输气压能压力不变的措施。
往复利用气压能机构如图6，图中1-压气泵、2-自动电子输气换相开关，气流永远按箭头指示方向运行，开始3右管进气压，3左管出气压能入气压抽水机扬水，完成一侧出水后，开关输气换相，电磁阀2(上)不动，2(下)左移，使4右进气压，4左管出气压能入气压抽水机扬水，再次输气换相恢复到第一种状态。实现往复利用机内气压能。
保持机内输气压力不变的措施是利用水源水深压力保持机内压力不变，如用3个压力气压能就是第一节水箱放入水下30米，底阀受3个压力进水，这样输气密度、压力不变，节省时间节能。
输气换相开关时间控制，如果用电、柴油做动力，可用电子定时控制开关。但是太阳能、风能做动力，就不能用定时开关了，因为两种能源随机性变化大，还有扬程达几百米、千米，这时气压抽水机需要数路送气，每路都有换相开关，这就要用电子摇控输气换相开关，才能做到数个开关同步换相。
数路开关同步进行如何控制呢？用定水量偏心翻斗开关，如图7，图中1-出水管、2-偏心翻斗、3-摇控器、4-蓄电池。
工作过程：通过出水量计算，当气压抽水机完成一侧出水时，偏心翻斗也注满水自动顺时针翻转180度倒置，另一侧再完成出水后，偏心翻斗水满，再反时针翻转180度，正反相通电、断电，接通摇控器，控制各输气换相开关，同时同步进行，就克服了太阳能、风能的随机性变化。
(三)太阳能、风能联合作业组装结构
其结构如图8，图中1-气压抽水机输水管、2-摇控输气换相开关、3-太阳能转换为气压能装置、4-风能转化为气压能装置、5-输气管。
工作过程：各路能量转换装置启动之后，摇控器控制输气换相开关，使各路同时向一侧气压抽水压气，就能正常工作。
(四)气压抽水机节能原理及优点
A、节能原因
①不用水泵，机械损失少，比离心泵扬水传递能量层次少。
②扬水往复利用气压能，加大了输气密度，节时就节能。
③用水源深度压力使底水箱快速进水，使气压能的压力、密度输气换相时不变。
B、优点
①扬程不受限制，低气压(2-4个气压)扬水至千米高。
②太阳能、风能利用率高，因气压抽水机出水随机性变化大，适应了太阳能、风能的特性，能从点滴积累能量扬水。
③能利用太阳能、风能、电力、柴油做动力。
④可多台动力机联合作业，为一台气压抽水机提供动力。
⑤效率高，因为机械损失少，往复利用气压能，水源水压力保持输气压力，密度不变。
⑥成本低，因为结构简单，输水管内水压力不连续，千米高的扬程都可以用轻型塑料材料。
图7偏心翻斗开关，图8太阳能、风能联合作业组装机构。