CN110145438A - 在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能*** - Google Patents

在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能*** Download PDF

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Abstract

本发明公开了在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能***，它涉及现代生态农牧林业应用技术领域。该***包括利用风能制造压缩空气产生水的水资源输出机组、利用太阳能进行集热加压的热能输出机组、将所述水资源输出机组和所述热能输出机组制造的高温高压气体转变成动能的一级动力输出机组、将所述水资源输出机组和所述热能输出机组制造的高温高压气体转变成的物理势能再转变为动能的二级动力输出机组。本发明利用风能和太阳能为现代生态农牧林业所需的水资源、动力(或电力)、热能提供清洁来源途径。

Description

在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能***
技术领域
本发明涉及现代生态农牧林业应用技术领域，具体涉及一种在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能***。
背景技术
目前在现代生态农牧林业中，人们对农业灌溉、大棚养殖、畜牧业养殖、林业建设、沙漠治理中所需的水资源、动力(或电力)、热能的获取途径存在以下诸多环境问题：
其一，随着全球气候变暖，环境恶化，致使全球多数地区雨水偏少，干旱严重，人们开始大量使用地下水来满足对水资源的需求，大量地下水资源的开采，导致了湿地消失，植被死亡，土地沙漠化严重，地面沉降，岩溶塌陷海水倒灌等自然灾害的发生；
其二，生态大棚的普及，给人们的提供了丰富的水果、蔬菜，但大棚里的照明需要很长的架空线路，这样就造成建设成本和使用成本的增加，大棚取暖现在一般都采用燃烧煤炭和秸秆，燃烧的烟气对大气造成很大的污染；
其三，在严寒偏远地区，人们为了获得取暖能源，对山林进行乱砍乱伐，给林业建设造成极大的破坏，致使土地以沙漠化严重，沙漠化给人类的生存环境造成极大的危害；
其四，人们为了获得所需的动力(或电力)，大都还是依靠不可再生的化石能源来提供，这些化石能源在转化和消耗过程中，对自然环境造成的影响很大。
发明内容
针对现有技术上存在的不足，本发明的目的在于解决目前农业灌溉、大棚养殖、畜牧业养殖、林业建设、沙漠治理中急需的水资源、动力(或电力)、热能的清洁来源问题。
为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：
在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能***，包括利用风能制造压缩空气产生水的水资源输出机组、利用太阳能进行集热加压的热能输出机组、将所述水资源输出机组和所述热能输出机组制造的高温高压气体转变成动能的一级动力输出机组、将所述水资源输出机组和所述热能输出机组制造的高温高压气体转变成的物理势能再转变为动能的二级动力输出机组；
所述水资源输出机组包括风力采集机(1)、减速机(2)、气泵(3)和储气罐(7)，所述风力采集机(1)的旋转轴与所述气泵(3)的输入轴通过所述减速机(2)传动连接，所述气泵(3)的压缩空气出口与所述储气罐(7)通过设有单向阀(4)的管路连接，所述储气罐(7)上部设有压力表(5)和安全阀(6)，所述储气罐(7)底部设有排水阀(8)；
所述热能输出机组包括集热器箱体(13)、集热管(20)和储气罐(10)，所述储气罐(10)与所述储气罐(7)通过设有单向阀(9)的管路连接，所述集热器箱体(13)顶面与侧壁密封覆盖有集热黑体(15)，所述集热器箱体(13)内装有低温介质(14)，所述集热器箱体(13)与所述储气罐(10)通过注水的集热管(20)连接，并且位于所述储气罐(10)内的集热管(20)的出水端伸出所述储气罐(10)外部，位于所述集热器箱体(13)内的集热管的进水端伸出所述集热器箱体(13)外部，所述储气罐(10)上部设有压力表(11)和安全阀(12)，所述储气罐(10)底部设有排水阀(23)；
所述一级动力输出机组包括两台动力设备(19、26)和六台空气动力机(18-1、18-2、18-3、25-1、25-2、25-3)，每三台空气动力机通过分别设有阀门(17-1～17-3、24-1～24-3)的支管路形成一个并联组，其中一并联组通过设有单向阀(16)的总管路与所述集热器箱体(13)连接，另一并联组通过设有单向阀(22)的总管路与所述储气罐(10)连接，每台动力设备分别由一个并联组的其中一台空气动力机驱动连接，两个并联组余下的四台空气动力机均为所述二级动力输出机组提供驱动力，所述集热器箱体(13)通过设有单向阀(21)的总管路经并联支管路与三台空气动力机(18-1、18-2、18-3)二次连接形成闭合回路；
所述二级动力输出机组包括水平皮带机(32)、提升皮带机(33)、三台动力设备(29-1、29-2、29-3)以及自上而下垂直分布的高处蓄能一级储存场(27-1)、高处一级叶片滚筒(28-1)、高处蓄能二级储存场(27-2)、高处二级叶片滚筒(28-2)、高处蓄能三级储存场(27-3)、高处三级叶片滚筒(28-3)，所述高处一级叶片滚筒(28-1)、高处二级叶片滚筒(28-2)和高处三级叶片滚筒(28-3)分别对应驱动连接一台动力设备(29-1、29-2、29-3)，所述高处三级叶片滚筒(28-3)下方对应放置有落物储存场(30-1)，所述落物储存场(30-1)对应放置在所述水平皮带机(32)的进料端上方，所述水平皮带机(32)的出料端下方对应放置有低处储存场(30-2)，所述低处储存场(30-2)内盛有固体颗粒状物质，所述低处储存场(30-2)对应放置在所述提升皮带机(33)的进料端上方，所述提升皮带机(33)的出料端对应放置在所述高处蓄能一级储存场(27-1)上方；所述水平皮带机(32)的滚子(31-1)与所述提升皮带机(33)的滚子(31-2)均由所述一级动力输出机组中余下的四台空气动力机(18-2、18-3、25-2、25-3)对应交叉组合提供所需的驱动力。
进一步地，所述风力采集机(1)为水平轴风力采集机或垂直轴风力采集机的任意一种。
进一步地，所述水平轴风力采集机为水平设置的径流风扇，所述垂直轴风力采集机为垂直设置的轴流风扇。
进一步地，所述空气动力机为膨胀透平机、螺杆膨胀动力机或气动马达的任意一种。
相较于现有技术，本发明的有益效果在于：
(1)利用风力采集机制造压缩空气，再将压缩空气转变成动能(或电能)、物理势能，为农业灌溉，大棚养殖，畜牧业养殖，林业建设、沙漠治理等机械设备提供动力能源；
(2)利用风力采集机制造压缩空气后产生的水，可以用于农业灌溉，饮用水和牲畜饮水，沙漠治理，林业绿化；
(3)采集太阳能对集热黑体进行加热，集热黑体加热集热器箱体里面的低温介质，集热器箱体里面的低温介质加热集热管里面的水，低温介质受热膨胀后产生动力，受热的低温介质加热的水可用于温室大棚的取暖、育苗、育木，防止霜冻等；
(4)压缩空气经集热管加热后，经空气动力机后的余热也可用于温室大棚取暖，林木烘干，防止霜冻、居民取暖等；
(5)动力输出和砂石蓄能可同时实现也可以单独实现。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明：
图1为本发明采用水平轴风力采集机时的结构示意图；
图2为本发明采用垂直轴风力采集机时的结构示意图。
附图标记说明：风力采集机(1)；减速机(2)；气泵(3)；单相阀(4、9、16、21、22)；压力表(5、11)；安全阀(6、12)；储气罐(7、10)；排水阀(8、23)；集热器箱体(13)；低温介质(14)；集热黑体(15)；阀门(17-1、17-2、17-3、24-1、24-2、24-3)；空气动力机(18-1、18-2、18-3、25-1、25-2、25-3)；动力设备(19、26、29-1、29-2、29-3)；集热管(20)；高处蓄能一级储存场(27-1)；高处蓄能二级储存场(27-2)；高处蓄能三级储存场(27-3)；高处一级叶片滚筒(28-1)；高处二级叶片滚筒(28-2)；高处三级叶片滚筒(28-3)；落物储存场(30-1)；低处储存场(30-2)；滚子(31-1、31-2)；水平皮带机(32)；提升皮带机(33)。
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1～2所示，其示出了本发明的一种在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能***，包括利用风能制造压缩空气产生水的水资源输出机组、利用太阳能进行集热加压的热能输出机组、将所述水资源输出机组和所述热能输出机组制造的高温高压气体转变成动能的一级动力输出机组、将所述水资源输出机组和所述热能输出机组制造的高温高压气体转变成的物理势能再转变为动能的二级动力输出机组；
所述水资源输出机组包括风力采集机(1)、减速机(2)、气泵(3)和储气罐(7)，优选地，风力采集机(1)为水平轴风力采集机或垂直轴风力采集机的任意一种，其中，所述水平轴风力采集机为水平设置的径流风扇，所述垂直轴风力采集机为垂直设置的轴流风扇；风力采集机(1)的旋转轴与气泵(3)的输入轴通过减速机(2)传动连接，气泵(3)的压缩空气出口与储气罐(7)通过设有单向阀(4)的管路连接，储气罐(7)上部设有压力表(5)和安全阀(6)，储气罐(7)底部设有排水阀(8)；
所述热能输出机组包括集热器箱体(13)、集热管(20)和储气罐(10)，储气罐(10)与储气罐(7)通过设有单向阀(9)的管路连接，集热器箱体(13)顶面与侧壁密封覆盖有集热黑体(15)，集热器箱体(13)内装有低温介质(14)，集热器箱体(13)与储气罐(10)通过注水的集热管(20)连接，并且位于储气罐(10)内的集热管(20)的出水端伸出储气罐(10)外部，位于集热器箱体(13)内的集热管的进水端伸出集热器箱体(13)外部，储气罐(10)上部设有压力表(11)和安全阀(12)，储气罐(10)底部设有排水阀(23)；
所述一级动力输出机组包括两台动力设备(19、26)和六台空气动力机(18-1、18-2、18-3、25-1、25-2、25-3)，优选地，空气动力机为膨胀透平机、螺杆膨胀动力机或气动马达的任意一种，每三台空气动力机通过分别设有阀门(17-1～17-3、24-1～24-3)的支管路形成一个并联组，其中一并联组通过设有单向阀(16)的总管路与所述集热器箱体(13)连接，另一并联组通过设有单向阀(22)的总管路与储气罐(10)连接，每台动力设备分别由一个并联组的其中一台空气动力机驱动连接，两个并联组余下的四台空气动力机均为所述二级动力输出机组提供驱动力，集热器箱体(13)通过设有单向阀(21)的总管路经并联支管路与三台空气动力机(18-1、18-2、18-3)二次连接形成闭合回路；
所述二级动力输出机组包括水平皮带机(32)、提升皮带机(33)、三台动力设备(29-1、29-2、29-3)以及自上而下垂直分布的高处蓄能一级储存场(27-1)、高处一级叶片滚筒(28-1)、高处蓄能二级储存场(27-2)、高处二级叶片滚筒(28-2)、高处蓄能三级储存场(27-3)、高处三级叶片滚筒(28-3)，高处一级叶片滚筒(28-1)、高处二级叶片滚筒(28-2)和高处三级叶片滚筒(28-3)分别对应驱动连接一台动力设备(29-1、29-2、29-3)，高处三级叶片滚筒(28-3)下方对应放置有落物储存场(30-1)，落物储存场(30-1)对应放置在水平皮带机(32)的进料端上方，水平皮带机(32)的出料端下方对应放置有低处储存场(30-2)，低处储存场(30-2)内盛有固体颗粒状物质，该固体颗粒状物质优选为砂石，低处储存场(30-2)对应放置在提升皮带机(33)的进料端上方，提升皮带机(33)的出料端对应放置在高处蓄能一级储存场(27-1)上方；水平皮带机(32)的滚子(31-1)与提升皮带机(33)的滚子(31-2)均由所述一级动力输出机组中余下的四台空气动力机(18-2、18-3、25-2、25-3)对应交叉组合提供所需的驱动力。
本发明使用的工作原理：风能首先作用于风力采集机1上带动风力采集机1旋转，风力采集机1带动减速机2旋转，减速机2减速后输出扭矩加大带动气泵3旋转，空气经气泵3压缩后经单向阀4进入储气罐7，储气罐7上的压力表5显示储气罐7里的空气压力，当储气罐7中的空气压力达到设定的压力值时，单相阀9被打开(如果单相阀9未被打开，安全阀6会自动打开，泄掉部分压缩空气，保证储气罐7中的空气压力不会超过设定的压力值)，储气罐7中的压缩空气进入到储气罐10中，进入储气罐10中的压缩空气经集热管20加热后(集热管20经太阳能集热器箱体13里面的介质14加热后，集热管20里的水被加热)体积急速膨胀，储气罐10上的压力表11显示储气罐10里的空气压力，当储气罐10中的空气压力达到设定的压力值时，单相阀22被打开(如果单相阀22未被打开，安全阀12会自动打开，泄掉部分压缩空气，保证储气罐10中的空气压力不会超过设定的压力值)此时打开阀门24-1，高压气体输出带动空气动力机25-1旋转，空气动力机25-1带动动力设备(或发电机)26旋转，完成动力的输出(或发电)。
如果此时不需要动力输出时，关闭阀门24-1，打开阀门24-3，高压气体输出带动空气动力机25-3旋转，空气动力机25-3带动滚子31-2旋转，滚子31-2带动提升皮带机33旋转，提升皮带机33将低处储存场30-2中的砂石提到高处蓄能一级储存场27-1中，完成砂石势能的储存(也可同时打开阀门24-1和阀门24-3，同时完成动力输出(或发电)和完成砂石势能的储存)。
集热器箱体13里装有低温介质14和集热管20，集热黑体15与集热器箱体13密封，当采集太阳能时，集热黑体15首先采集太阳的热能，集热黑体15将采集的热能加热集热器箱体13里的低温介质14，加热的低温介质14加热集热管20里的水，集热管20里的水加热储气罐10中的压缩空气；集热器箱体13里的低温介质14被集热黑体15加热后，体积急剧膨胀并形成高压气体，当集热器箱体13里气体压力达到设定的值时，单向阀16被打开，此时打开阀门17-1(阀门17-2、17-3关闭)高压气体输出带动空气动力机18-1旋转(空气动力机18-1排出的高压气体经单向阀21回流到集热器箱体13中，完成低温介质的循环利用)，空气动力机18-1带动动力设备(或发电机)19旋转，完成动力的输出(或发电)。
如果此时不需要动力输出时，关闭阀门17-1，打开阀门17-3，高压气体输出带动空气动力机18-3旋转(空气动力机18-3排出的高压气体经单向阀21回流到集热器箱体13中，完成介质的循环利用)，空气动力机18-3带动滚子31-2旋转，滚子31-2带动提升皮带机33旋转，提升皮带机33将低处储存场30-2中的砂石提到高处蓄能一级储存场27-1中，完成砂石势能的储存(也可同时打开阀门17-1和阀门17-3，同时完成动力输出(或发电)和完成砂石势能的储存)。
当风能变小，无法采集足够的压缩空气时，我们可以将高处蓄能一级储存场27-1中砂石释放，释放的砂石带动高处一级叶片滚筒28-1旋转，高处一级叶片滚筒28-1带动动力设备(或发电机)29-1旋转，完成一级动力的输出(或发电)；经过高处一级叶片滚筒28-1的砂石进入高处蓄能二级储存场27-2中，高处蓄能二级储存场27-2中的砂石释放，释放的砂石带动高处二级叶片滚筒28-2旋转，高处二级叶片滚筒28-2带动动力设备(或发电机)29-2旋转，完成二级动力的输出(或发电)；经过高处二级叶片滚筒28-2的砂石进入高处蓄能三级储存场27-3中，高处蓄能三级储存场27-3中的砂石释放，释放的砂石带动高处三级叶片滚筒28-3旋转，高处三级叶片滚筒28-3带动动力设备(或发电机)29-3旋转，完成三级动力的输出(或发电)。
当有风能并完成压缩空气蓄能时，打开阀门24-2，高压空气带动空气动力机25-2旋转，空气动力机25-2带动滚子31-1旋转，滚子31-1带动水平皮带机32旋转，水平皮带机32将落物储存场30-1中的砂石输送到低处储存场30-2中，完成砂石的循环使用。
当采集到足够的太阳能并完成高压气体蓄能时，打开阀门17-2，高压空气带动空气动力机18-2旋转(空气动力机18-2排出的高压气体经单向阀21回流到集热器箱体13中，完成介质的循环利用)，空气动力机18-2带动滚子31-1旋转，滚子31-1带动水平皮带机32旋转，水平皮带机32将落物储存场30-1中的砂石输送到低处储存场30-2中，完成砂石的循环使用。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明型原理前提下的若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能***，其特征在于：包括利用风能制造压缩空气产生水的水资源输出机组、利用太阳能进行集热加压的热能输出机组、将所述水资源输出机组和所述热能输出机组制造的高温高压气体转变成动能的一级动力输出机组、将所述水资源输出机组和所述热能输出机组制造的高温高压气体转变成的物理势能再转变为动能的二级动力输出机组；
所述水资源输出机组包括风力采集机(1)、减速机(2)、气泵(3)和储气罐(7)，所述风力采集机(1)的旋转轴与所述气泵(3)的输入轴通过所述减速机(2)传动连接，所述气泵(3)的压缩空气出口与所述储气罐(7)通过设有单向阀(4)的管路连接，所述储气罐(7)上部设有压力表(5)和安全阀(6)，所述储气罐(7)底部设有排水阀(8)；
所述热能输出机组包括集热器箱体(13)、集热管(20)和储气罐(10)，所述储气罐(10)与所述储气罐(7)通过设有单向阀(9)的管路连接，所述集热器箱体(13)顶面与侧壁密封覆盖有集热黑体(15)，所述集热器箱体(13)内装有低温介质(14)，所述集热器箱体(13)与所述储气罐(10)通过注水的集热管(20)连接，并且位于所述储气罐(10)内的集热管(20)的出水端伸出所述储气罐(10)外部，位于所述集热器箱体(13)内的集热管的进水端伸出所述集热器箱体(13)外部，所述储气罐(10)上部设有压力表(11)和安全阀(12)，所述储气罐(10)底部设有排水阀(23)；
所述一级动力输出机组包括两台动力设备(19、26)和六台空气动力机(18-1、18-2、18-3、25-1、25-2、25-3)，每三台空气动力机通过分别设有阀门(17-1～17-3、24-1～24-3)的支管路形成一个并联组，其中一并联组通过设有单向阀(16)的总管路与所述集热器箱体(13)连接，另一并联组通过设有单向阀(22)的总管路与所述储气罐(10)连接，每台动力设备分别由一个并联组的其中一台空气动力机驱动连接，两个并联组余下的四台空气动力机均为所述二级动力输出机组提供驱动力，所述集热器箱体(13)通过设有单向阀(21)的总管路经并联支管路与三台空气动力机(18-1、18-2、18-3)二次连接形成闭合回路；
所述二级动力输出机组包括水平皮带机(32)、提升皮带机(33)、三台动力设备(29-1、29-2、29-3)以及自上而下垂直分布的高处蓄能一级储存场(27-1)、高处一级叶片滚筒(28-1)、高处蓄能二级储存场(27-2)、高处二级叶片滚筒(28-2)、高处蓄能三级储存场(27-3)、高处三级叶片滚筒(28-3)，所述高处一级叶片滚筒(28-1)、高处二级叶片滚筒(28-2)和高处三级叶片滚筒(28-3)分别对应驱动连接一台动力设备(29-1、29-2、29-3)，所述高处三级叶片滚筒(28-3)下方对应放置有落物储存场(30-1)，所述落物储存场(30-1)对应放置在所述水平皮带机(32)的进料端上方，所述水平皮带机(32)的出料端下方对应放置有低处储存场(30-2)，所述低处储存场(30-2)内盛有固体颗粒状物质，所述低处储存场(30-2)对应放置在所述提升皮带机(33)的进料端上方，所述提升皮带机(33)的出料端对应放置在所述高处蓄能一级储存场(27-1)上方；所述水平皮带机(32)的滚子(31-1)与所述提升皮带机(33)的滚子(31-2)均由所述一级动力输出机组中余下的四台空气动力机(18-2、18-3、25-2、25-3)对应交叉组合提供所需的驱动力。
2.根据权利要求1所述的在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能***，其特征在于：所述风力采集机(1)为水平轴风力采集机或垂直轴风力采集机的任意一种。
3.根据权利要求2所述的在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能***，其特征在于：所述水平轴风力采集机为水平设置的径流风扇，所述垂直轴风力采集机为垂直设置的轴流风扇。
4.根据权利要求2所述的在现代生态农牧林业中应用的风能、太阳能及蓄能***，其特征在于：所述空气动力机为膨胀透平机、螺杆膨胀动力机或气动马达的任意一种。
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