專(zhuān)利名稱(chēng)：發(fā)電系統(tǒng)的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種發(fā)電系統(tǒng)，其中，用人工產(chǎn)生的連續(xù)旋渦上升的氣流的能量來(lái)發(fā)電。
相關(guān)技術(shù)的描述作為發(fā)電系統(tǒng)，有熱力發(fā)電系統(tǒng)、核發(fā)電系統(tǒng)、水力發(fā)電系統(tǒng)等等。雖然這些系統(tǒng)的共同點(diǎn)在于通過(guò)旋轉(zhuǎn)發(fā)電機(jī)的渦輪來(lái)發(fā)電，但是旋轉(zhuǎn)渦輪的能源是不同的。在熱力發(fā)電系統(tǒng)中，通過(guò)燃燒重油或其它燃料來(lái)產(chǎn)生蒸汽，并由蒸汽的能量來(lái)旋轉(zhuǎn)渦輪。在核發(fā)電系統(tǒng)中，雖然渦輪是同樣地由蒸汽的能量旋轉(zhuǎn)的，但該蒸汽是由核裂變所產(chǎn)生的熱生成的。在水力發(fā)電系統(tǒng)中，渦輪是由水從高處落下的能量來(lái)旋轉(zhuǎn)的。除了上述系統(tǒng)，還有利用風(fēng)力的風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)，通過(guò)氫和氧之間的化學(xué)反應(yīng)來(lái)產(chǎn)生電能的發(fā)電系統(tǒng)，等等。
自然颶風(fēng)如下述產(chǎn)生。當(dāng)被太陽(yáng)熱能或其它熱能減少的空氣(離子化)比重上升以產(chǎn)生一上升氣流時(shí)，因?yàn)槠渲械臍鈮合陆狄援a(chǎn)生一低氣壓，所以空氣流入該上升氣流以消除氣壓差。此時(shí)，因?yàn)槔淇諝庠噲D流入暖空氣，所以比由太陽(yáng)熱能或其它熱能加熱的上升空氣冷的周?chē)諝饬魅朐撋仙龤饬鳎虼水a(chǎn)生旋渦氣流。一旦產(chǎn)生該旋渦氣流，因?yàn)轭~外的空氣以旋渦的方式流入該旋渦氣流中，所以該旋轉(zhuǎn)力被逐步提高并最終產(chǎn)生颶風(fēng)。
另外，如果上升氣流和流入該上升氣流的周?chē)諝庵g的溫差小，因?yàn)樵撔郎u氣流是在相對(duì)低的高度產(chǎn)生的，所以生成旋渦氣流，導(dǎo)致在該旋渦氣流的中心產(chǎn)生低氣壓，因而產(chǎn)生臺(tái)風(fēng)。
根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)，利用自然颶風(fēng)或臺(tái)風(fēng)的產(chǎn)生原理來(lái)生成人工颶風(fēng)，由人工颶風(fēng)的能量來(lái)發(fā)電。具體而言，本發(fā)明包括以下內(nèi)容。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種發(fā)電系統(tǒng)，該系統(tǒng)包括一具有一離子燃燒器的加熱爐，該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上，該路徑內(nèi)設(shè)置一軸流式風(fēng)機(jī)，和一設(shè)置于該路徑之外并與該軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī)，其中，加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由離子燃燒器來(lái)提高，導(dǎo)致從進(jìn)氣端流入的氣體作為旋渦上升的氣流向上流過(guò)該路徑，該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)該軸流式風(fēng)機(jī)，風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，在上述的發(fā)電系統(tǒng)中，該加熱爐進(jìn)一步包括一用來(lái)保持加熱爐內(nèi)溫度的放電電極和一用來(lái)保持或提高離子濃度的粒子加速器，當(dāng)加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，離子燃燒器臨時(shí)停止，其后，驅(qū)動(dòng)放電電極和粒子加速器之一或兩者來(lái)保持加熱爐內(nèi)的溫度或離子濃度，如果溫度或離子濃度降至預(yù)定值以下，則重新驅(qū)動(dòng)離子燃燒器來(lái)將加熱爐中的溫度和離子濃度提高至預(yù)定的值，通過(guò)重復(fù)臨時(shí)停止離子燃燒器、驅(qū)動(dòng)放電電極和粒子加速器之一或兩者和再次驅(qū)動(dòng)離子燃燒器，將加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度保持在適于產(chǎn)生旋渦上升氣流的值。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，在上述的發(fā)電系統(tǒng)中，在該路徑中有兩個(gè)或多個(gè)軸流式風(fēng)機(jī)，并具有兩個(gè)或多個(gè)與該風(fēng)機(jī)相連的發(fā)電機(jī)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，在上述的發(fā)電系統(tǒng)中，該軸流式風(fēng)機(jī)可設(shè)計(jì)得使其可動(dòng)葉片在其靜葉片內(nèi)旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的又一方面，在上述的發(fā)電系統(tǒng)中，還包括一輔助離子燃燒器，該燃燒器設(shè)置在該路徑的上部，用來(lái)再加熱通過(guò)該路徑上升的氣體，因此促進(jìn)了氣體通過(guò)排氣端排出。
進(jìn)氣端9形成于比加熱爐5低的圓筒1的下部圓筒部分8的下端，軸流式風(fēng)機(jī)10設(shè)置在下部圓筒部分8的內(nèi)部。排氣端11形成于比加熱爐5高的圓筒1的上部圓筒部分7的上端，兩個(gè)軸流式風(fēng)機(jī)12、13設(shè)置在上部圓筒部分7內(nèi)，離子燃燒器2安裝于上部圓筒部分7的上部。高壓型發(fā)電機(jī)17、18、19的旋轉(zhuǎn)軸20、21、22分別與三個(gè)軸流式風(fēng)機(jī)10、12、13的旋轉(zhuǎn)軸14、15、16連接。
框架6如此構(gòu)成四個(gè)支柱23的每一個(gè)由大小為300mm×300mm、厚度為10mm的期望數(shù)量的棱形金屬管互相連接，以圓錐體截頭(frusto)金字塔形式垂直地立在混凝土臺(tái)基上，這四個(gè)支柱23由金屬連接件24在垂直方向上在每個(gè)支柱的五個(gè)點(diǎn)處連接，金屬加強(qiáng)件25偏斜地連接于支柱23的下端和最下面的金屬連接件24之間，另外的金屬加強(qiáng)件25偏斜地連接于加熱爐5和第三個(gè)(從下部開(kāi)始)金屬連接件24之間?？紤]到圓筒1的高度，將框架6的高度選擇為約320米。圓筒1的內(nèi)徑為3米或更大，高度為300米或更大，這種情況下，框架6的高度也相應(yīng)增加。
在根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)中，通過(guò)部分或全部操作

圖1的離子燃燒器2、放電電極3和粒子加速器4來(lái)提高加熱爐5內(nèi)的溫度和離子濃度而在圓筒1的內(nèi)部(路徑)中產(chǎn)生一人工旋渦上升氣流，該旋渦上升氣流沖擊加熱爐5下面的軸流式風(fēng)機(jī)10和加熱爐5上面的軸流式風(fēng)機(jī)12、13，因而旋轉(zhuǎn)這些軸流式風(fēng)機(jī)10、12、13，由風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)來(lái)驅(qū)動(dòng)連接到對(duì)應(yīng)軸流式風(fēng)機(jī)10、12、13的發(fā)電機(jī)17、18、19以發(fā)電。
可鑄耐火材料(如，耐火粒料(refractory aggregate)和快干水泥或諸如磷酸等水凝劑的混合物)被用于圖1所示的加熱爐5的外壁上，具有約100*104KC卡值的三個(gè)離子燃燒器2沿圓周方向等距離地設(shè)置在外壁上(圖1中僅示出兩個(gè))。三個(gè)離子燃燒器2的末端指向加熱爐5的中心，因此，由于相應(yīng)離子燃燒器2產(chǎn)生的爆炸燃燒(13至15m/s)引起的高的燃燒聲彼此相互撞擊，通過(guò)消除聲波和聲波撞擊引起的多普勒效應(yīng)來(lái)減少總的噪聲。
如圖2所示，通過(guò)將一圖3中所示的離子增值反應(yīng)堆31加到一離子火焰發(fā)生器30上而構(gòu)成每個(gè)離子燃燒器2，離子火焰發(fā)生器30包括一渦流鼓風(fēng)機(jī)26、一電機(jī)27、一由電機(jī)27驅(qū)動(dòng)的軸流式壓縮機(jī)(渦輪)28和一離子火焰發(fā)生部29。渦流鼓風(fēng)機(jī)26用于吸入空氣或?qū)⒖諝馑椭翜u輪28。如圖2所示，渦流鼓風(fēng)機(jī)26具有空氣調(diào)節(jié)閥32，因此，通過(guò)調(diào)節(jié)空氣調(diào)節(jié)閥32的打開(kāi)程度來(lái)調(diào)節(jié)空氣的吸入量，以控制供應(yīng)給渦輪28的空氣量。在渦輪28中，可動(dòng)葉片34、壓縮葉片35和分配葉片36連接于由電機(jī)27旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的軸33上。當(dāng)葉片34、35在靜葉片37中旋轉(zhuǎn)時(shí)，從渦流鼓風(fēng)機(jī)26送出的空氣被壓縮，并壓向離火焰發(fā)生部29。分配葉片36攪拌注入的空氣以提供均勻壓力，然后將其送入離子火焰發(fā)生部29的五個(gè)燃料霧化器38中。
如圖2所示，在離子火焰發(fā)生器29中，由鐵磁金屬(如鐵、鎳或鈷)形成圓柱體39，五個(gè)燃料霧化器38如圖4所示設(shè)置在圓柱體39內(nèi)，一基本上圓柱形的火焰接觸離子化材料40(圖2)設(shè)置在燃料霧化器38的前端。具有一鐵芯的電磁線(xiàn)圈41繞在圓柱體39上。順便提及，燃料霧化器38用圖4中所示的金屬板42固定在圓柱體39內(nèi)。
如圖5所示，在燃料霧化器38中，注入高壓(約15k壓力)空氣的非磁性金屬空氣注入管口46(具有1至2m的直徑)和滴下燃料(煤油、混合油或水的金屬粉)的非磁性金屬燃料滴入管口47被插入并固定在由非磁性材料(如銅、不銹鋼等等)制成的圓柱體45的后端。如圖所示，圓柱體45的末(前)端48的內(nèi)周表面展開(kāi)并向外逐漸變細(xì)，錐角(θ)為40至60度，錐長(zhǎng)(d)為10至15mm。以圓周間隔關(guān)系在圓柱體45的末端部分的外圍表面內(nèi)形成約15至20個(gè)寬度為1.5mm至2mm的裂縫49，選擇每個(gè)裂縫49的尖端的角度(φ)為45度。燃料滴下管口47通過(guò)一個(gè)裂縫49插入圓柱體49中。圓柱體45的內(nèi)徑(c)為35至45 mm，總長(zhǎng)度(a+b+d)為170至215mm。順便提及，(a)為160至200mm,(b)為50至60mm。另外，燃料滴下管口47具有攪拌供應(yīng)的燃料的攪拌器50。攪拌器50通過(guò)由電機(jī)52旋轉(zhuǎn)螺旋形旋轉(zhuǎn)葉片來(lái)攪拌燃料。
在燃料霧化器38中，從燃料摘下管口47滴下的燃料由從后面渦輪28送來(lái)的高速氣體和從氣體注入管口46注入的高壓氣體霧化為具有直徑為0.01μ或更小的微粒，然后從末端部分48注入。在燃料霧化器38中，由于末端部分48呈現(xiàn)錐形，所以一旦未再被液化而平滑地注入霧化燃料，則實(shí)現(xiàn)高的霧化效率。
火焰接觸離子化材料40由光敏物質(zhì)和磁性物質(zhì)在氧化環(huán)境下的結(jié)晶化合物制成。光敏物質(zhì)可以是諸如硒、鎘、鈦、鋰、鋇或鉈等單質(zhì)或其氧化物、硫化物或鹵化物等化合物，磁性物質(zhì)可以是鐵磁物質(zhì)(鐵、鎳、鈷或其化合物)、或順磁物質(zhì)(錳、鋁、錫或其化合物)、或抗磁物質(zhì)(鉍、磷、銅、鈣或其化合物)。
如圖2所示，通過(guò)將銅線(xiàn)圈54綁在鐵芯53上形成電磁線(xiàn)圈41，一電源(未圖示)連接于該銅線(xiàn)圈54上。當(dāng)來(lái)自電源的脈沖電流到達(dá)電磁線(xiàn)圈41時(shí)，在線(xiàn)圈中產(chǎn)生一強(qiáng)的高頻磁場(chǎng)，因此，使離子火焰發(fā)生部29的圓柱體39被強(qiáng)磁化。該高頻磁場(chǎng)具有例如10000或更高的磁通密度和約20至50MHz的頻率。被電磁線(xiàn)圈41磁化的圓柱體39在其中產(chǎn)生一高頻磁場(chǎng)以激活火焰接觸離子化材料40，因此，與火焰接觸離子化材料40接觸的烴火焰被變?yōu)榘ㄔS多陽(yáng)離子(碳離子、氫離子、鐵離子等等)和陰離子(氧離子)的離子火焰。順便提及，在高頻磁場(chǎng)中被激活的火焰接觸離子化材料40中，雖然只有通過(guò)接觸火焰接觸離子化材料才能點(diǎn)燃霧化的燃料，但該火焰接觸離子化材料40被提供有點(diǎn)火電極55以確保點(diǎn)火的可靠性。
如圖3所示，在離子增值反應(yīng)堆31中，圓柱體60可通過(guò)擇一地互連非磁性金屬(如黃銅、不銹鋼等等)環(huán)61和鐵磁性金屬(如鐵、鎳、鈷等等)環(huán)62來(lái)形成，電磁線(xiàn)圖63繞在鐵磁性金屬環(huán)62上。有三個(gè)鐵磁性金屬環(huán)62和三個(gè)電磁線(xiàn)圈63。通過(guò)插入絕緣紙64而將絕緣銅線(xiàn)65纏繞在相應(yīng)的鐵磁性金屬環(huán)62上、插入絕緣紙64而將冷卻銅管66纏繞在線(xiàn)65上和插入絕緣紙64而將金屬蓋67纏繞在管66上來(lái)形成每個(gè)電磁線(xiàn)圈63。順便提及，每個(gè)電磁線(xiàn)圈63被牢固地固定在圓柱體60的外部法蘭68上，不會(huì)由于產(chǎn)生的磁力或離子燃燒器2的振動(dòng)而偏移。
每個(gè)電磁線(xiàn)圈63的絕緣銅線(xiàn)65與電源(未圖示)相連，因此可從電源接收大的脈沖電流。當(dāng)施加大的脈沖電流時(shí)，電磁線(xiàn)圈63在線(xiàn)圈內(nèi)產(chǎn)生一強(qiáng)的高頻磁場(chǎng)，從而在該高頻磁場(chǎng)內(nèi)強(qiáng)磁化鐵磁金屬環(huán)62，導(dǎo)致磁化鐵電金屬環(huán)62在其中產(chǎn)生一強(qiáng)的高頻磁場(chǎng)。當(dāng)陽(yáng)離子和陰離子彈性地撞擊其它粒子(離子化粒子和非離子化粒子)時(shí)，鐵磁金屬環(huán)62內(nèi)的高頻磁場(chǎng)振動(dòng)離子火焰發(fā)生部29產(chǎn)生的離子火焰中的離子，并將陽(yáng)離子加速向火焰注入端，將陰離子加速向離子火焰發(fā)生部29，并增加了陽(yáng)離子和陰離子的數(shù)量。另外，通過(guò)擇一地設(shè)置鐵磁金屬環(huán)62和非磁性金屬環(huán)61，逐步地磁性限制該離子火焰以壓縮該離子火焰(收聚效應(yīng)(pinching effct))，該壓縮后的陽(yáng)離子火焰被注入加熱爐5。順便提及，陰離子火焰被注入向離子火焰發(fā)生部29。
每個(gè)電磁線(xiàn)圈63的冷卻銅管66與冷卻裝置(未圖示)相連，因此，冷卻水可以流過(guò)冷卻銅管66以冷卻電磁線(xiàn)圈63。雖然電磁線(xiàn)圈63由來(lái)自絕緣銅線(xiàn)65(其中流過(guò)大電流)的熱量和來(lái)自?xún)?nèi)部離子火焰熱量加熱至高溫，但冷卻水防止了線(xiàn)圈過(guò)熱。電磁線(xiàn)圈63可被水、其它冷卻介質(zhì)或強(qiáng)制冷卻系統(tǒng)冷卻。
在上述的離子火焰發(fā)生器30中，已經(jīng)說(shuō)明了離子增值反應(yīng)堆31利用多級(jí)電磁線(xiàn)圈64產(chǎn)生的高頻磁場(chǎng)的實(shí)施例，在離子增值反應(yīng)堆31的圓柱體60內(nèi)可產(chǎn)生能夠振動(dòng)和加速離子的強(qiáng)電場(chǎng)。
離子火焰發(fā)生器30的燃料滴下管口47(圖5)可通過(guò)管接收來(lái)自燃料供應(yīng)裝置70的燃料。燃料供應(yīng)裝置70包括供應(yīng)煤油的煤油供應(yīng)裝置71、供應(yīng)水的水供應(yīng)裝置72和供應(yīng)混合油的金屬粉的金屬燃料供應(yīng)裝置73。其中，煤油供應(yīng)裝置71是存儲(chǔ)煤油的塔，水供應(yīng)裝置72是存儲(chǔ)水的塔。
如圖6所示，在金屬燃料供應(yīng)裝置73中(圖5)，由導(dǎo)電金屬制成的圓柱形陰極75被垂直地固定在由絕緣材料制成的煤油塔74的底部的中央，由加長(zhǎng)的圓柱鐵棒形成的陽(yáng)極棒76和由加長(zhǎng)的圓柱鋁棒形成的陽(yáng)極棒76設(shè)置在陰極75的附近，電極75、76與高壓電源78相連，因此，可在電極75和76之間施加高壓(例如30000至100000V)。在金屬燃料供應(yīng)裝置73中，通過(guò)向陰極75和由鐵或鋁形成的陽(yáng)極棒76之間施加電壓，當(dāng)電極75和76之間產(chǎn)生放電時(shí)，從陽(yáng)極棒76的表面上脫離出細(xì)粒(小于0.5mm)鐵粉或鋁粉，并被排放到煤油中。此時(shí)，烴中的碳沉淀在煤油中，鐵或鋁粉粘附到沉淀的碳上，將金屬粉與煤油混合，因此形成混合油的金屬粉。如果需要，可向混合油的金屬粉中加入表面活性劑。這種情況下，該混合油的金屬粉可被存放一較長(zhǎng)的時(shí)間。然而，使用的表面活性劑不會(huì)阻礙燃燒。
兩個(gè)陽(yáng)極棒76可從在塔74的兩側(cè)壁上形成的插入孔水平地插入塔74中。插入孔中具有包裝片79，以可分地夾持插入的陽(yáng)極棒76，并防止液體的泄漏。每個(gè)陽(yáng)極棒76的插入長(zhǎng)度(進(jìn)塔74中)可由自動(dòng)給進(jìn)機(jī)構(gòu)(電極移動(dòng)裝置)80來(lái)調(diào)節(jié)，因此，陽(yáng)極棒76的末端和陰極棒75的末端之間的距離可被調(diào)節(jié)，以易于發(fā)生放電。當(dāng)縮短陽(yáng)極棒76的末端時(shí)，自動(dòng)給進(jìn)機(jī)構(gòu)80自動(dòng)地將陽(yáng)極棒76相應(yīng)地向陰極棒75給進(jìn)，因此，電極75和76末端之間的距離總是保持不變。順便提及，通過(guò)例如用塔74外部的光傳感器測(cè)量電極75和76之間的距離、或監(jiān)控電極間的電勢(shì)或電流以產(chǎn)生正常的放電、或提前求出由于放電引起的作為每單位時(shí)間的下降量的電極縮短率來(lái)實(shí)現(xiàn)由自動(dòng)給進(jìn)機(jī)構(gòu)80實(shí)現(xiàn)的陽(yáng)極棒76的給進(jìn)量的控制。
盡管可實(shí)現(xiàn)電極75和76之間的有效放電，但陰極75和陽(yáng)極棒76不限于上述實(shí)例，例如，電極75、76之一或兩者可形成為棱形部件。另外，電極75和76之間施加的電壓或電流可根據(jù)陰極和陽(yáng)極75、76的形狀和/或電極之間的距離和/或電極的材料來(lái)適當(dāng)?shù)卦O(shè)定。
塔74具有燃料量監(jiān)控裝置(未圖示)，監(jiān)控塔中的燃料量，以防止塔74中的陰極75和陽(yáng)極棒76從液面向上突出。如果燃料降至預(yù)定量以下，例如，燃料監(jiān)控裝置補(bǔ)充燃料或通知操作者該情況。由于有了燃料量監(jiān)控裝置，所以可防止電極突出液面時(shí)產(chǎn)生放電，因此，防止了點(diǎn)燃作為燃料的煤油，從而防止了塔74的燃燒和爆炸。
攪拌裝置81設(shè)置于塔74的上部。攪拌裝置81包括電機(jī)82和由電機(jī)82旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的螺旋槳83，由螺旋槳83來(lái)攪拌塔74中的煤油。可適當(dāng)設(shè)定螺旋槳83轉(zhuǎn)數(shù)。
圖5所示的煤油供應(yīng)裝置71可具有一裂化裝置。該裂化器分解具有高沸點(diǎn)的重油以制成具有低沸點(diǎn)的輕油(汽油等)。例如，裂化器可以是使用二氧化硅/氧化鋁催化劑的接觸分解型，或無(wú)催化劑的在高溫(800至850℃)下實(shí)現(xiàn)分解的熱分解型，或使用含鎳或鎢的二氧化硅/氧化鋁催化劑并利用高壓氫來(lái)實(shí)現(xiàn)分解的氫化分解型。當(dāng)具有高沸點(diǎn)的燃料如重油取代煤油被使用時(shí)，裂化裝置是特別有效的。
所需的燃料之一或其結(jié)合可從供應(yīng)裝置71、72、73通過(guò)燃料開(kāi)關(guān)供應(yīng)給燃料滴下管口47。例如，在溫度達(dá)到1800℃之前、離子火焰發(fā)生裝置30啟動(dòng)后僅供應(yīng)煤油，接著，在溫度達(dá)到2500℃之前供應(yīng)混合油的金屬粉，之后，可供應(yīng)混合油和水的金屬粉。這樣，根據(jù)燃燒溫度來(lái)選擇和供應(yīng)適當(dāng)?shù)娜剂稀?br> 如圖1所示，在離子燃燒器2之上，放電電極3在加熱爐5的外壁上彼此相對(duì)。放電電極3連接于電源(未圖示)，所以由離子燃燒器2加熱的加熱爐5內(nèi)部的溫度可通過(guò)向電極施加電壓而在電極間產(chǎn)生放電來(lái)保持。
另外，加熱爐5的外壁上具有四個(gè)粒子加速器。粒子加速器4保持加熱爐5中的離子濃度，或因此增加離子來(lái)增加離子濃度。電子感應(yīng)加速器、回旋加速器或同步加速器可被用作粒子加速器4。在電子感應(yīng)加速器中，通過(guò)外部施加一交變磁場(chǎng)來(lái)加速環(huán)形真空容器中的電子，因此通過(guò)使加速的電子流入加熱爐5中來(lái)增加加熱爐5內(nèi)的離子濃度。在回旋加速器中，一具有與具有由DC磁場(chǎng)中的洛倫茲力產(chǎn)生的預(yù)定周期的圓周運(yùn)動(dòng)同步的回旋加速器振動(dòng)數(shù)的高頻電場(chǎng)反復(fù)加速帶電粒子，因此得到高能粒子，通過(guò)使這種高能粒子流入加熱爐5中來(lái)增加加熱爐5內(nèi)的離子濃度。同步加速器中，超出了所述回旋加速器的能量上限，沿具有預(yù)定半徑的圓周路徑來(lái)設(shè)置電磁體，當(dāng)粒子速度增加時(shí)提高磁通密度。
圓筒1的進(jìn)氣端具有一風(fēng)擋(damper)，因此，當(dāng)加熱爐5中的溫度和離子濃度超出預(yù)定值時(shí)(例如，溫度為1800℃至3500℃，離子濃度為30％至80％)，氣體(大氣)可通過(guò)打開(kāi)風(fēng)擋來(lái)注入圓筒1內(nèi)。另外，通過(guò)改變風(fēng)擋的打開(kāi)量來(lái)調(diào)節(jié)注入氣體的量。此外，進(jìn)氣端9的下端向下從風(fēng)擋突出，因此，當(dāng)風(fēng)擋打開(kāi)時(shí)，大氣可順利地流入圓筒1內(nèi)。順便提及，一金屬管頸連接到進(jìn)氣端9的下端，以防止異物進(jìn)入圓筒1。
如圖1所示，軸流式風(fēng)機(jī)10、12、13具有多個(gè)沿其縱向連接于對(duì)應(yīng)旋轉(zhuǎn)軸14、15、16上的可動(dòng)葉片90，因此，當(dāng)旋渦上升氣流向上流過(guò)圓筒1而沖擊可動(dòng)葉片90時(shí)，空氣流的能量旋轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)軸14、15、16。軸流式風(fēng)機(jī)10、12、13的旋轉(zhuǎn)軸14、15、16通過(guò)齒輪連接于高壓型(10000V至20000V)發(fā)電機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸20、21、22上，因此，當(dāng)旋轉(zhuǎn)軸流式風(fēng)機(jī)10、12、13時(shí)，發(fā)電機(jī)17、18、19被驅(qū)動(dòng)以發(fā)電。在圖1中，通過(guò)每個(gè)軸流式風(fēng)機(jī)驅(qū)動(dòng)兩個(gè)發(fā)電機(jī)，從而能夠驅(qū)動(dòng)六個(gè)(總共)發(fā)電機(jī)。在三個(gè)軸流式風(fēng)機(jī)10、12、13之間，中級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)12具有比其它的軸流式風(fēng)機(jī)10、13少的可動(dòng)葉片90。這是因?yàn)樾郎u上升氣流在圓筒1的中央部分被穩(wěn)定，所以即使當(dāng)可動(dòng)葉片90的數(shù)量少時(shí)，也能得到足夠的旋轉(zhuǎn)力。軸流式風(fēng)機(jī)可容忍具有150m/s氣流速度的旋渦上升氣流。
如圖1所示，在圓筒1中，在軸流式風(fēng)機(jī)10、1 2、13的周?chē)哂徐o葉片91，因此，軸流式風(fēng)機(jī)10、12、13的可動(dòng)葉片90可在靜葉片91中旋轉(zhuǎn)。具有這種設(shè)置，可使旋渦上升氣流均勻地沖擊可動(dòng)葉片90，因而有效地旋轉(zhuǎn)軸流式風(fēng)機(jī)10、12、13。
如圖1所示，在上級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)13上，旋渦上升氣流從排氣端11排出圓筒1。排氣端11的上端向上突出框架6，因此可順利地排氣。另外，在排氣端11的附近具有輔助離子燃燒器2(具有約120×104KC的卡值)，因此，通過(guò)圓筒1的氣體上升可被再加熱，以促進(jìn)排氣。輔助離子燃燒器2的結(jié)構(gòu)與加熱爐5上的離子燃燒器2的相同。(使用例)例如，按下述方式使用根據(jù)如圖1所示的本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)來(lái)發(fā)電。
1．當(dāng)進(jìn)氣端9的風(fēng)擋關(guān)閉時(shí)，操作離子燃燒器2來(lái)加熱并離子化加熱爐5中的空氣。因?yàn)樵诩訜釥t5中被加熱并具有增加的離子濃度的空氣通過(guò)圓筒1上升并從排氣端11向外排出，所以圓筒1中產(chǎn)生高溫，這樣，圓筒內(nèi)的氣壓低于大氣壓。
2．當(dāng)加熱爐5內(nèi)的溫度和離子濃度達(dá)到預(yù)定值時(shí)(例如，溫度為1600℃，離子濃度為30％)，打開(kāi)進(jìn)氣端9的風(fēng)擋。因?yàn)閳A筒1內(nèi)的壓力比大氣壓低，所以當(dāng)打開(kāi)風(fēng)擋時(shí)，大氣通過(guò)進(jìn)氣端9進(jìn)入圓筒1中以平衡壓力。此時(shí)，因?yàn)榈蜏乜諝饩哂袕闹車(chē)魅敫邷乜諝獾内厔?shì)，所以具有比圓筒1內(nèi)的大氣的溫度低的大氣從進(jìn)氣端9流入圓筒1內(nèi)而形成旋渦氣流并沖擊低級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)10以旋轉(zhuǎn)軸流式風(fēng)機(jī)10。當(dāng)?shù)图?jí)軸流式風(fēng)機(jī)10旋轉(zhuǎn)時(shí)，與其連接的兩個(gè)發(fā)電機(jī)17被驅(qū)動(dòng)來(lái)發(fā)電。
3．氣體穿過(guò)低級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)10而流入加熱爐5內(nèi)時(shí)，軸流式風(fēng)機(jī)10的旋轉(zhuǎn)使得旋渦速度增加。在加熱爐5內(nèi)，氣體被不斷加熱，以產(chǎn)生旋渦上升氣流進(jìn)而通過(guò)圓筒1上升。旋渦上升氣流的流動(dòng)速度與加熱爐5的溫度和離子濃度成正比。
4．接著，旋渦上升氣流沖擊中級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)12以旋轉(zhuǎn)該軸流式風(fēng)機(jī)12。另外，該氣流沖擊上級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)13以旋轉(zhuǎn)該軸流式風(fēng)機(jī)13。當(dāng)兩個(gè)軸流式風(fēng)機(jī)12、13旋轉(zhuǎn)時(shí)，與其相連的發(fā)電機(jī)18、19被驅(qū)動(dòng)來(lái)發(fā)電。
5．穿過(guò)中級(jí)和上級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)12、13的旋渦上升氣流被進(jìn)氣端11前端處的輔助離子燃燒器2再加熱，并通過(guò)排氣端11而排出圓筒。因?yàn)榇髿?中性)流入排出的旋渦上升氣流中的空氣(離子化)中，所以該空氣被中性化而達(dá)到中性。
6．因此，旋轉(zhuǎn)低級(jí)、中級(jí)和上級(jí)軸流式風(fēng)機(jī)以驅(qū)動(dòng)與之相連的發(fā)電機(jī)，從而實(shí)現(xiàn)發(fā)電。該得到的電能可被發(fā)送或使用，必要時(shí)可降低電壓。
當(dāng)加熱爐5內(nèi)的溫度和離子濃度達(dá)到預(yù)定值時(shí)，離子燃燒器2被臨時(shí)停止，之后，通過(guò)放電電極3的放電來(lái)保持加熱爐5內(nèi)的溫度，并且由粒子加速器4來(lái)保持加熱爐5內(nèi)的離子濃度。如果加熱爐5內(nèi)的溫度和離子濃度低于預(yù)定的值時(shí)，則重新啟動(dòng)離子燃燒器2。當(dāng)如此間歇地啟動(dòng)離子燃燒器2時(shí)，可節(jié)約離子燃燒器2所需的燃料，并減少產(chǎn)生的二氧化碳的量。(其他實(shí)施例)
在上述的使用實(shí)例中，盡管說(shuō)明了根據(jù)本發(fā)明的僅使用一個(gè)發(fā)電系統(tǒng)的實(shí)例，但也可一起使用根據(jù)本發(fā)明的兩個(gè)或更多發(fā)電系統(tǒng)。另外，加熱爐具有的離子燃燒器的數(shù)量不限于三個(gè)，也可使用更少或更多數(shù)量的離子燃燒器。設(shè)置在路徑中的軸流式風(fēng)機(jī)和發(fā)電機(jī)數(shù)量也不限于上述的數(shù)量，可使用更少或更多數(shù)量的軸流式風(fēng)機(jī)和發(fā)電機(jī)?？蚣艿母叨?、支柱的尺寸和圓柱的長(zhǎng)度和直徑以及上述實(shí)施例中出現(xiàn)的其它數(shù)值僅是例舉。
工業(yè)應(yīng)用1、根據(jù)本發(fā)明的發(fā)電系統(tǒng)與熱力發(fā)電系統(tǒng)相比，可用很少的燃料來(lái)實(shí)現(xiàn)足夠的發(fā)電。另外，產(chǎn)生的二氧化碳的量少。
2、不象核力發(fā)電系統(tǒng)那樣有有害物質(zhì)，如放射性泄漏的危險(xiǎn)。另外，可容易地處理用過(guò)的燃料。
3、不必象水力發(fā)電系統(tǒng)那樣建壩。
4、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝成本低。
5、總而言之，與常規(guī)的不同發(fā)電系統(tǒng)相比，能夠使用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和低成本來(lái)實(shí)現(xiàn)足夠的發(fā)電，而不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生不良影響。
權(quán)利要求
1．一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一具有一離子燃燒器的加熱爐，該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上；一設(shè)置在所述路徑內(nèi)的軸流式風(fēng)機(jī)；和一設(shè)置于所述路徑之外并與所述軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī)；其中，所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由所述離子燃燒器來(lái)提高，導(dǎo)致從所述進(jìn)氣端流入的氣體在所述路徑中上升作為旋渦上升的氣流，該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)所述軸流式風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。
2．一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一加熱爐，具有一離子燃燒器、一保持所述加熱爐內(nèi)溫度的放電電極和一保持或提高離子濃度的粒子加速器，該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上；一設(shè)置在所述路徑內(nèi)的軸流式風(fēng)機(jī)；和一設(shè)置于所述路徑之外并與所述軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī)；其中，所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由所述離子燃燒器來(lái)提高至一預(yù)定的值，導(dǎo)致從所述進(jìn)氣端流入的氣體在所述路徑中上升作為旋渦上升的氣流，該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)所述軸流式風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電；此外，其中，當(dāng)所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度通過(guò)所述離子燃燒器達(dá)到預(yù)定值時(shí)，所述離子燃燒器臨時(shí)停止，其后，驅(qū)動(dòng)所述放電電極和所述粒子加速器之一或兩者來(lái)保持所述加熱爐內(nèi)的溫度或離子濃度，如果溫度或離子濃度降至預(yù)定值以下，則重新驅(qū)動(dòng)所述離子燃燒器來(lái)將所述加熱爐中的溫度和離子濃度提高至預(yù)定的值，通過(guò)重復(fù)臨時(shí)停止所述離子燃燒器、驅(qū)動(dòng)所述放電電極和所述粒子加速器之一或兩者和再次驅(qū)動(dòng)所述離子燃燒器，將所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度保持在適于產(chǎn)生旋渦上升氣流的值。
3．一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一具有一離子燃燒器的加熱爐，該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上；兩個(gè)或多個(gè)設(shè)置在所述路徑內(nèi)的軸流式風(fēng)機(jī)；和兩個(gè)或多個(gè)設(shè)置于所述路徑之外并與所述軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī)；其中，所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由所述離子燃燒器來(lái)提高，導(dǎo)致從所述進(jìn)氣端流入的氣體在所述路徑中上升作為旋渦上升的氣流，該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)所述軸流式風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。
4．一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一加熱爐具有一離子燃燒器、一保持所述加熱爐內(nèi)溫度的放電電極和一保持或提高離子濃度的粒子加速器，該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上；兩個(gè)或多個(gè)設(shè)置在所述路徑內(nèi)的軸流式風(fēng)機(jī)；和兩個(gè)或多個(gè)設(shè)置于所述路徑之外并與所述軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī)；其中，所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由所述離子燃燒器來(lái)提高至一預(yù)定的值，導(dǎo)致從所述進(jìn)氣端流入的氣體在所述路徑中上升作為旋渦上升的氣流，該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)所述軸流式風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電；此外，其中，當(dāng)所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度通過(guò)所述離子燃燒器達(dá)到預(yù)定值時(shí)，所述離子燃燒器臨時(shí)停止，其后，驅(qū)動(dòng)所述放電電極和所述粒子加速器之一或兩者來(lái)保持所述加熱爐內(nèi)的溫度或離子濃度，如果溫度或離子濃度降至預(yù)定值以下，則重新驅(qū)動(dòng)所述離子燃燒器來(lái)將所述加熱爐中的溫度和離子濃度提高至預(yù)定的值，通過(guò)重復(fù)臨時(shí)停止所述離子燃燒器、驅(qū)動(dòng)所述放電電極和所述粒子加速器之一或兩者和再次驅(qū)動(dòng)所述離子燃燒器，將所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度保持在適于產(chǎn)生旋渦上升氣流的值。
5．一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一具有一離子燃燒器的加熱爐，該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上；一設(shè)置在所述路徑內(nèi)的軸流式風(fēng)機(jī)，所述軸流式風(fēng)機(jī)可設(shè)計(jì)成使其可動(dòng)葉片在其靜葉片內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和一設(shè)置于所述路徑之外并與所述軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī)；其中，所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由所述離子燃燒器來(lái)提高，導(dǎo)致從所述進(jìn)氣端流入的氣體在所述路徑中上升作為旋渦上升的氣流，該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)所述軸流式風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。
6．一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一加熱爐，具有一離子燃燒器、一保持所述加熱爐內(nèi)溫度的放電電極和一保持或提高離子濃度的粒子加速器，該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上；一設(shè)置在所述路徑內(nèi)的軸流式風(fēng)機(jī)，所述軸流式風(fēng)機(jī)可設(shè)計(jì)成使其可動(dòng)葉片在其靜葉片內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和一設(shè)置于所述路徑之外并與所述軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī)；其中，所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由所述離子燃燒器來(lái)提高至一預(yù)定的值，導(dǎo)致從所述進(jìn)氣端流入的氣體在所述路徑中上升作為旋渦上升的氣流，該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)所述軸流式風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電；此外，其中，當(dāng)所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度通過(guò)所述離子燃燒器達(dá)到預(yù)定值時(shí)，所述離子燃燒器臨時(shí)停止，其后，驅(qū)動(dòng)所述放電電極和所述粒子加速器之一或兩者來(lái)保持所述加熱爐內(nèi)的溫度或離子濃度，如果溫度或離子濃度降至預(yù)定值以下，則重新驅(qū)動(dòng)所述離子燃燒器來(lái)將所述加熱爐中的溫度和離子濃度提高至預(yù)定的值，通過(guò)重復(fù)臨時(shí)停止所述離子燃燒器、驅(qū)動(dòng)所述放電電極和所述粒子加速器之一或兩者和再次驅(qū)動(dòng)所述離子燃燒器，將所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度保持在適于產(chǎn)生旋渦上升氣流的值。
7．一種發(fā)電系統(tǒng)，包括-具有一離子燃燒器的加熱爐，該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上；兩個(gè)或多個(gè)設(shè)置在所述路徑內(nèi)的軸流式風(fēng)機(jī)，所述軸流式風(fēng)機(jī)可設(shè)計(jì)成使其可動(dòng)葉片在其靜葉片內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和兩個(gè)或多個(gè)設(shè)置于所述路徑之外并與所述軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī)；其中，所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由所述離子燃燒器來(lái)提高，導(dǎo)致從所述進(jìn)氣端流入的氣體在所述路徑中上升作為旋渦上升的氣流，該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)所述軸流式風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。
8．一種發(fā)電系統(tǒng)，包括一加熱爐，具有一離子燃燒器、一保持所述加熱爐內(nèi)溫度的放電電極和一保持或提高離子濃度的粒子加速器，該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上；兩個(gè)或多個(gè)設(shè)置在所述路徑內(nèi)的軸流式風(fēng)機(jī)，所述軸流式風(fēng)機(jī)可設(shè)計(jì)成使其可動(dòng)葉片在其靜葉片內(nèi)旋轉(zhuǎn)；和兩個(gè)或多個(gè)設(shè)置于所述路徑之外并與所述軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī)；其中，所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由所述離子燃燒器來(lái)提高至一預(yù)定的值，導(dǎo)致從所述進(jìn)氣端流入的氣體在所述路徑中上升作為旋渦上升的氣流，該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)所述軸流式風(fēng)機(jī)，所述風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電；此外，其中，當(dāng)所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度通過(guò)所述離子燃燒器達(dá)到預(yù)定值時(shí)，所述離子燃燒器臨時(shí)停止，其后，驅(qū)動(dòng)所述放電電極和所述粒子加速器之一或兩者來(lái)保持所述加熱爐內(nèi)的溫度或離子濃度，如果溫度或離子濃度降至預(yù)定值以下，則重新驅(qū)動(dòng)所述離子燃燒器來(lái)將所述加熱爐中的溫度和離子濃度提高至預(yù)定的值，通過(guò)重復(fù)臨時(shí)停止所述離子燃燒器、驅(qū)動(dòng)所述放電電極和所述粒子加速器之一或兩者和再次驅(qū)動(dòng)所述離子燃燒器，將所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度保持在適于產(chǎn)生旋渦上升氣流的值。
9．如權(quán)利要求1至8中之一的發(fā)電系統(tǒng)，其特征在于進(jìn)一步包括一輔助離子燃燒器，該燃燒器設(shè)置在所述路徑的上部，用來(lái)再加熱通過(guò)所述路徑上升的氣體，以促進(jìn)所述氣體通過(guò)所述排氣端排出。
全文摘要
一種發(fā)電系統(tǒng),包括:一具有一離子燃燒器的加熱爐,該加熱爐位于一具有一下部進(jìn)氣端和一上部排氣端的垂直圓筒路徑的通道上,一設(shè)置在所述路徑內(nèi)的軸流式風(fēng)機(jī),和一設(shè)置于所述路徑之外并與所述軸流式風(fēng)機(jī)聯(lián)鎖的發(fā)電機(jī),其中,所述加熱爐內(nèi)的溫度和離子濃度由所述離子燃燒器來(lái)提高,導(dǎo)致從所述進(jìn)氣端流入的氣體作為旋渦上升氣流向上流過(guò)所述路徑,該旋渦上升氣流旋轉(zhuǎn)所述軸流式風(fēng)機(jī),所述風(fēng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)所述發(fā)電機(jī)發(fā)電。
文檔編號(hào)F02C3/10GK1324432SQ99812482
公開(kāi)日2001年11月28日 申請(qǐng)日期1999年8月23日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月23日
發(fā)明者菊地政市 申請(qǐng)人:菊地政市, 中島繁人, 森脅幸子