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1、10申请公布号CN104081066A43申请公布日20141001CN104081066A21申请号201280055365322申请日2012110661/629,03320111109USF15D1/08200601B05B1/3420060171申请人杰丹哈曼地址美国加利福尼亚州72发明人杰丹哈曼74专利代理机构北京三高永信知识产权代理有限责任公司11138代理人滕一斌54发明名称大气环流系统和方法57摘要一种人工创建的大气环流系统，包括多个涡流生成组件10，其中，每个涡流生成组件10被配置成能在大气层内生成方向向上的涡流15，其中，多个涡流生成组件被配置并联合，以便使所产生的所有涡流。
2、15结合，来提供单个的大气涡流17。30优先权数据85PCT国际申请进入国家阶段日2014050986PCT国际申请的申请数据PCT/US2012/0005442012110687PCT国际申请的公布数据WO2013/070254EN2013051651INTCL权利要求书1页说明书6页附图6页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书6页附图6页10申请公布号CN104081066ACN104081066A1/1页21一种人工创建的大气环流系统，包括多个涡流生成组件，其中，每个涡流生成组件被配置成能在大气层内产生方向向上的涡流，以及，其中，所述多个涡流生成组件被配置。
3、并联合，以便使所产生的所有涡流结合，以提供单个的大气涡流。2如权利要求1所述的大气环流系统，其中，每个涡流生成组件包括喷流发射装置和喷嘴，所述喷流发射装置适于使大气气体加速成为气体喷流，所述喷嘴适于引起所述气体喷流相对于所述喷嘴的轴线旋转。3如权利要求2所述的大气环流系统，其中，所述喷流发射装置和喷嘴被支架支撑在离地面上方合适距离，以使空气没有显著损失地被吸入所述喷流发射装置，所述喷嘴的出口的方向为基本垂直。4如权利要求2或3所述的大气环流系统，其中，所述喷流发射装置包括适用于飞机的喷气发动机。5如权利要求2、3或4所述的大气环流系统，其中，所述喷流发射装置基本上以氢气为燃料，以便使燃烧产物促。
4、进降水的形成。6如权利要求1所述的大气环流系统，其中，每个涡流生成组件包括由电动机进行驱动的风扇，其中所述风扇被配置成产生大气涡流。7如权利要求1所述的大气环流系统，其中，每个涡流生成组件包括导管，气体穿过所述导管并在出口处喷出，所述导管在靠近所述出口处具有插件，其中，所述插件具有一个或多个叶片，所述一个或多个叶片具有螺旋形式的不同间距，以使流过所述插件的气流加速变成漩涡状运动，从而生成大气涡流。8一种通过利用如权利要求1所述的大气环流系统来扰乱大气层中逆温层的方法。9一种通过利用如权利要求1所述的大气环流系统来引发降水的方法。10一种通过利用如权利要求1所述的大气环流系统来消减龙卷风或风暴的。
5、方法。11一种通过利用如权利要求1所述的大气环流系统来使飓风、暴风、台风等的路线转向的方法。12一种通过利用如权利要求1所述的大气环流系统来排出地球较低大气层中的热量的方法。权利要求书CN104081066A1/6页3大气环流系统和方法技术领域0001本发明涉及流体力学领域，尤其涉及大气层气体的环流。更特别地，本发明旨在提供一种大气层内环流的人工生成系统。背景技术0002有许多希望加强大气层内环流的申请。提供环流的一般动机是为了混合，以防止成层现象，并引起降水。此外，目前已经认识到环流可被用来以一种可控的方式降低大气温度。这些实例稍后将在本说明书中进行讨论。0003还很少有工业方法被设计出来以。
6、引起所希望的大气环流。然而，在自然界中，我们看到如龙卷风、飓风、海上龙卷风、尘卷风之类的很多实例。所有这些环式的运动均起到大气循环机的作用。0004最有意义的现有技术是路易斯马克米可LOUISMARCMICHAUD的技术。他于US7,086,823中的披露提供了详细的现有技术综述，该现有技术包括由他完成的用于解释所涉及的热力学的某些出版物。他于WO2008/014596中进一步的披露记述了他的发明的某些改进。这些披露将通过引用结合在此。0005米可的申请的难题在于他的设施非常巨大并且贵重。虽然该设施有一些优点，包括效率更高的冷却塔、风轮机的低成本运行，和可能存在的大气环流优点，但是，系统的主要。
7、目的是什么，或者该系统是否能有效地执行任何任务是不完全清楚的。使该系统付诸实施所需要的大面积的土地，将使该系统在大气环流可能是最重要的城市附近实施变得不切实际。发明内容0006根据第一方面，本发明在于一种包括多个涡流生成组件的人工创建的大气环流系统，其中每个涡流生成组件被配置并成能在大气层内产生方向向上的涡流，以及，其中多个涡流生成组件被配置并联合，以便使所产生的所有涡流结合，来提供一个单个的大气涡流。0007根据优选的实施方式，每个涡流生成组件包括喷流发射装置和喷嘴，该喷流发射装置适于使大气气体加速成为气体喷流，该喷嘴适于引起该气体喷流相对于该喷嘴的轴线旋转。0008根据本发明的优选的特征，。
8、为了使空气几乎无损失地被抽入该喷流发射装置，该喷流发射装置和喷嘴被支架支撑在离地面上方合适距离，该喷嘴的出口被定向为基本垂直。0009根据优选的实施方式，该喷流发射装置包括适用于飞机的喷气发动机。0010根据优选的实施方式，该喷流发射装置基本上以氢气为燃料，以便使燃烧产物促进降水的形成。0011根据优选的实施方式，每个涡流生成组件包括由电动机进行驱动的风扇，其中该风扇被配置成能产生大气涡流。说明书CN104081066A2/6页40012根据优选的实施方式，每个涡流生成组件包括导管，气体穿过该导管并在出口处喷出，在靠近出口处，该导管具有插件，其中该插件具有一个或多个具有螺旋型螺旋形式的不同间距。
9、的叶片，以使流过该插件的气流加速变成漩涡状运动，从而生成大气涡流。0013根据进一步的方面，本发明在于一种通过利用如前所述的大气环流系统来扰乱大气层中逆温层的方法。0014根据进一步的方面，本发明在于一种通过利用如前所述的大气环流系统来引发降水的方法。0015根据进一步的方面，本发明在于一种通过利用如前所述的大气环流系统来消减龙卷风或风暴的方法。0016根据进一步的方面，本发明在于一种通过利用如前所述的大气环流系统来使飓风，暴风，台风等的路线转向的方法。0017根据进一步的方面，本发明在于一种通过利用如前所述的大气环流系统来排出地球较低的大气层中的热量的方法。0018根据以下一些具体实施方式的。
10、描述，本发明将得到更充分地理解。附图说明0019参照附图进行说明，其中，0020图1是根据第一实施方式的基本涡流生成组件的等距视图；0021图2是图1中的涡流生成组件的等距视图；0022图3是来自图1中的多个涡流生成组件的流动流的相互作用的示意图；0023图4是根据图1的一阵列涡流生成组件的排列而成的沿着等角对数螺旋缠绕的簇的俯视图；0024图5是来自根据第二实施方式的多个涡流生成簇的流动流的相互作用的示意图；0025图6是当如图5所示的流动流结合之后的涡流的簇的流动特性的示意图；0026图7是根据第四实施方式的基本涡流生成组件的等轴截面图；0027图8是根据第五实施方式的脉动式喷嘴的剖视图。。
11、0028图9是根据本发明在大气层中生成的能够有效扰乱逆温层的涡流流动流的示意图；0029图10是根据本发明在大气层中生成的能够有效引发降雨的涡流流动流的示意图；0030图11是根据本发明在大气层中生成的能够有效排出低大气层中热量的涡流流动流的示意图；0031图12是根据图4的一阵列的涡流生成组件的排布的等距视图。具体实施方式0032根据本发明的大气环流系统1包括一个或多个基本涡流生成组件10。根据第一实施方式的基本涡流生成组件10在图1至图4中进行举例说明。如这些图所示，涡流生成组件10包括喷流生成装置11、涡流引发喷嘴12和支架14。该喷流生成装置11可以包括能产生高速气体喷流的任何合适的装。
12、置，以及，在初始测试过程中，由于可以相对便宜地获说明书CN104081066A3/6页5得二手发动机，已经发现用于商用客机的喷气发动机是最初的开发和试验期间最合算的装置。然而，应当理解的是，包括但不限于火箭发动机的其它喷流发射装置也可以是适合的。初步测试表明，对于特定的应用，每一种装置都有其优点。0033贯穿本说明书的其余部分中，喷流发射装置被称为喷气发动机，但此参考并不意味着将喷气发动机限制为任何特定形式的喷流发射装置。0034涡流引发喷嘴12包括管状体，其中横截面面积在进口和出口之间逐渐减小。而且，该喷嘴的内部包括被配置成使从进口到出口通过该喷嘴的气体得到一个相对于该喷嘴的轴线的速度旋转分。
13、量的构造。从而使得从该喷嘴喷射的气体以相对于纵向速度更快的速度进行旋转或自旋。该喷嘴的出口被定向为竖直向上，从而来产生向上旋转的流动流。0035杰登大卫哈曼的发明WO2005/003616也被公开为US20060102239以及其它披露了一些适于使流体以旋涡状的方式流过该喷嘴的流体流动喷嘴的实施方式。特别地，应当注意的是，在喷嘴的有效表面被配置成与黄金分割相一致时将达到最佳的效率。可以相信的是，对于本发明来说，在喷嘴12依照WO2005/003616所披露的原理进行设计时也能获得最佳效率。因此，发明WO2005/003616将通过引用结合在此。然而，本发明并不限制为使用与该参考文献中所披露的配。
14、置相一致的喷嘴。0036喷嘴12的进口与喷气发动机11的出口结合。商用喷气式飞机的喷气发动机包括标准的喷嘴，本发明的喷嘴12代替该标准喷嘴。适配器装置未示出被提供用来连接喷嘴12和喷气发动机11。该适配器装置可以是单独的部件或者可以与喷嘴12的进口构成整体。可以设想的是，为该应用所设计的喷气发动机可以具有与喷气发动机11的主体构成整体的喷嘴12。0037喷气发动机喷嘴组件由支架进行支撑。在其最简单的形式中，支架14被设计成用来以竖直方向支撑喷气发动机在地平面上方，使喷嘴的出口向上。虽然使发动机越高于地面上方越实用是所希望的，但是可以认为的是，30米的高度也是令人满意的，甚至低于该高度的高度也可。
15、以被接受。对于固定设施，支架的设计是一个取决于所选位置的简单直接的结构工程问题。作为一种替代，如果发动机进口上设置有合适的能使空气能够无过多湍流或阻力地被吸入到发动机的进口整流罩，那么将发动机设置在更接近地面处也可以是可行的。0038虽然固定支架的架设被认为是一种简单直接的事情，但是发动机喷嘴组件也可以被安装在如被原动机拉着的拖车之类的移动式平台上。尽管还有一些技术难题需要克服，但是我们不认为这些问题将是不能克服的。一种移动装置将使该装置能够根据需要在不同的位置进行工作。如下所述，对于龙卷风的消减，这可以是非常有用的。0039第一实施方式的单个的涡流生成组件10制造可以比作旋风或尘卷风的大气涡。
16、流。这并不足以产生任何显著的大气效应。然而，众所周知，当两个正在相同方向上旋转的涡流邻近时，他们将倾向于几乎无能量损失地联合起来，形成加合强度的单个的涡流。如图3所示，为了提供单个的强大的涡流17，使一阵列的基本涡流生成组件10的涡流15进行联合，从而，该阵列提供涡流生成簇。对于商用飞机来说，单个的喷气发动机可具有大约50兆瓦的输出。因此，10个组件的阵列将有大约500兆瓦的联合输出。华德提出，这是形成足够强度的人造龙卷风来影响大气层所需的功率。这在图12中进一步地举例说明。在功率的进一步增强下，多个组件的簇可以进行联合以产生更强大的涡流。说明书CN104081066A4/6页60040虽然认。
17、为，对于该阵列来说许多排列将是起作用的，而且该大气环流系统所在的地方与选定的特定簇的布局有关，但是可以相信下面的布局，即，每个涡流生成组件10在与所制造的涡流的旋转方向18相同的旋转方向上沿着等角对数螺旋缠绕的轨迹16设置，如图4所示，以及如图12所示。这种布局符合自然流体流动趋向，并帮助旋涡流进行联合。优选地，该组件依照斐波纳契数列FIBONACCISEQUENCE的间距而隔开。其实例如图4所示，其中的间距比是11235813。0041图5和图6表示一组涡流生成组件的第二实施方式。在该实施方式中，为了在流动中引发旋转，将涡流引发装置放置在喷气发动机排出的流动流21中。如图6所示，该流动流在此。
18、处被加合而产生单个涡流23。0042根据本发明的涡流生成组件的第三实施方式包括风扇或通过适当的电动机进行驱动的螺旋桨。虽然对于该应用来说，可以设计特定的发动机，但是在最初的测试和开发过程中，已经发现涡轮螺旋桨飞机的发动机是适合的。优选地，该风扇被设计成能同时提供轴向流动和相对于轴的空气流旋转，所以在本实施方式中，不需要喷嘴来引发涡流。杰登大卫哈曼JAYDENDAVIDHARMAN的专利US5,934,877和US7,488,151给出了有关用来优化转子的设计来产生这样的空气流所需原理的指导。这些专利的披露通过引用结合在此。为了能够以与第一实施方式相同的方式来提供簇，根据第二实施方式的涡流生成组。
19、件可以和其他组件一起运行，从而提供单个的、高能的大气涡流。0043由于考虑到不同速度的风扇或螺旋桨的操作特性，所以根据第三实施方式的涡流生成组件具有与第一实施方式的涡流生成组件相比效率更高的潜力。然而，对于一个实用的系统来说，可以相信的是，期望提供一个组件，能够在与大型涡扇喷气发动机的功率水平相媲美的功率水平下工作，该功率水平即，大约50兆瓦。该组件要求开发能够处理这种功率水平的风扇，初步的设计研究已经显示这样的风扇是确实可行的，事实上，该功率相对于正在考虑的功率为合适的大小。0044然而，实际的难题在于为这样的风扇供电。最大的涡轮螺旋桨发动机具有低于该数值的十分之一的功率。可以使用动力源而不。
20、是喷气发动机，但是替代方案有它自己的难题。例如，一个50兆瓦的电动机是可想象的，但是，对于具有10个或更多个组件的簇进行供电则是不可想象的。可以理解的是，高功率涡轮螺旋桨喷气发动机至少正在被研究，第三实施方式的实现可能需要等待它们的发展。0045第一和第二实施方式已经涉及一种在出口处装有合适的喷嘴的喷气发动机，而第三实施方式则描述了一种驱动螺旋桨的发动机。根据本发明的第四实施方式的喷流生成装置参照图7和图8进行描述。在该实施方式中，喷流生成装置包括导管41，气体通过该导管41传递并在出口42处喷出。喷嘴插件43位于导管41内接近出口42处。如图8所示，该插件43具有一个或多个含有螺旋型螺旋形式。
21、的不同间距的叶片44，以使流过该插件的气流加速变成漩涡状运动。合适插件的实例已经在前进行了描述，参考较早的发明WO2003/056228，通过引用将其结合在此。如图7所示，空气由压缩机装置经由该导管来提供给该插件。该压缩机装置可以为如喷气发动机之类的单个的大型压缩机，或者，可由多个小型压缩机直接通过歧管或通过一个预先存储有压缩气体的大型压力容器来提供。该气体可以是空气或其它气体，或空气和其他气体或多种气体的混合物。0046可见，所述的大气环流系统产生小的人造龙卷风。当这种涡流以所述方式产生时，说明书CN104081066A5/6页7其可以在很多方面具有优势。0047A逆温层的破坏0048在如洛。
22、杉矶，北京，墨西哥城和孟买等人口稠密的城市，大气层中的逆温层是引起健康问题的主要原因。一般来说，由于空气的较暖层移过较冷层，将出现热层。这种逆温阻碍了较低大气层到较高大气层的环流。在该过程中，污染物被“困”在较低水平面内，并积聚成对健康有害的浓度。大气层中的人造涡流可以起到将涡流顺利送入上层空气层的烟囱的作用，从而破坏该逆温。污染物的积聚从而可以得到显著减少。图9显示了人造涡流的产生对于扰乱典型的逆温层是有效的。0049B人工降雨0050由于缺乏可以使潮湿的空气上升从而产生雨的适宜的地理特征，地球上很多地方具有高湿度但是低雨量。在这些地方提供人工涡流可以启动降雨，随着使温暖潮湿的空气快速向上流。
23、动到高海拔处，冷却并导致降雨。如果喷气发动机以氢为燃料，这种独特的结果能得到加强。当涡流到达高海拔时，根据氢的纯度，所有或基本所有的燃烧的废气是被加热的水蒸汽，该水蒸汽会凝聚现有大气中的水蒸气而促进降水形成。图10示出了在人工降雨应用中典型的流动流。如果根据第四实施方式的喷流产生装置被加以利用，混合物中的其它气体可以是用来引起类似的结果的高浓度的水蒸汽。0051C龙卷风消减0052龙卷风可以引起非常重大的损害。在美国和其他一些国家的某些地区，龙卷风在一年的某些时候非常普遍。龙卷风以气旋性方向旋转在北半球逆时针方向，在南半球顺时针方向，已经指出，通过产生旋转方向相反的涡流，可能停止龙卷风。由于真。
24、正的龙卷风和人工涡流之间在功率上的差异，这样的效果可行是值得怀疑的。然而，可以相信的是，在风暴已经积聚到可能形成龙卷风的阶段之前，在风暴之前生成人工涡流对于消散风暴是有效的。通过产生一个反向旋转的涡流，可以确保引入控制要素。当人工涡流的激发能停止时，该涡流将会停止。0053对于本申请，可以理解的是，为了在相对短的时间内允许涡流在最佳位置处进行制造，该大气环流系统的可流动性将是必要的。0054在更广的层面，通过设置反气旋旋转的系统，可以相信的是，该系统一般可用来提供控制或至少改善严重风暴的影响。通过提早抵消风暴能量，该风暴可以被带走和四散开来。0055D使飓风转向0056大气研究人员已经通过计算。
25、机模拟显示，飓风经过的路径可以通过一个很小的大气效应进行改变。可以相信的是，本发明的大气环流系统可以是一种引发这种转向的有效方式。0057E热排出0058随着地球表面上平均温度的升高，世界各国领导人目前已承认全球变暖正在进行中。虽然这个过程是复杂的，但是问题的关键在于增大浓度的二氧化碳和水蒸汽正困住了大气层内的热量。图11示出了对于将热量输送到更高的大气层中是有效的流动系统，在更高的大气层中，热量会更容易消散到太空中。可以相信，有必要对地球周围选定位置处设置多个大的簇或簇的簇。虽然这项任务将是非常昂贵的，但是，可以相信的是，与全球变暖的说明书CN104081066A6/6页8影响相比，其成本将。
26、是次要的。在国际层面，可以要求各国家按他们排放温室气体程度的比例操作该系统。这将会是一种与目前正提议的诸如碳信用额度/交易CARBONCREDITS/TRADING等有争议的措施相比更简单和更有效的义务。如果该系统在冰川附近进行工作，该系统可以提供足够的冷却以防止受到全球变暖部分威胁的冰川系统进一步地融化。0059上述实施方式仅仅确定本发明可以适用的少数的潜在的应用。可以理解的是，本发明的保护范围并不限于上述实施方式的特定范围。说明书CN104081066A1/6页9图1图2图3说明书附图CN104081066A2/6页10图4图5图6说明书附图CN104081066A103/6页11图7图8说明书附图CN104081066A114/6页12图9图10说明书附图CN104081066A125/6页13图11说明书附图CN104081066A136/6页14图12说明书附图CN104081066A14。