氢气一爆五用的发电系统的制作方法

本发明属于发电，特别涉及一种氢气一爆五用的发电系统，即:利用氢气爆炸时产生的高温两次将水生成蒸气发电；利用初始蒸汽发电后的尾气两次生成人造龙卷风发电；利用爆炸现场残存的余热余压生成人造龙卷风发电。实现一次氢气爆炸产生五次发电的效果。

背景技术：

1、一、自从蒸汽机发明以来，人类获取电能的主要思路就是用燃烧物质的办法来转换能量，几百年来的一贯努力都是围绕燃烧、围绕烧水在发展改善技术，特别是净能量增益的核聚变反应问世，更是将此思路推向了极至。可是，在面临人工智能时代巨量的电力需求和生态文明的建设发展，这个思路己不能为续。它的低效率和严重的污染排放以及不可持续的资源消耗和高昂的研发成本及维运成本，已经被人们广泛诟病且无法承担起为智能时代提供巨量电力的重任。净能量增益的核聚变反应技术虽然对其存在的问题有所改善，但遗憾的是，该技术的商业运用据说要四、五十年后才能实现，这显然远水解不了近渴。因此，寻找新的途径，创新发电技术，从根本上较快地找到既对环境友好又能提供天量电源的全面解决方案，迫在眉睫；二、那么，对环境无破坏，获得量又非常非常大，而且要求研发周期要短，市场推广运用很快，只要将思路聚焦到无污染可再生获得高热高能上，就不难发现，利用氢气爆炸产生的高温来烧水便可一试；众所周知，有些物质爆炸产生的能量是其燃烧产生能量的数倍甚至数十倍，在无污染可再生条件下寻找烧水办法，第一思路是排查产生高温的办法，显然，爆炸会纳入其中，因为爆炸也会产生高温。第二思路是排查哪样的物质爆炸后既无污染还可再生，经过输理，氢气会入围，因为氢气爆炸的生成物是水，既无污染，又可再生；2011年，日本福岛发生的核电站爆炸事故，最后查明原因是氢气爆炸，在其爆炸过程中产生了大量的蒸汽。通过逆向思维，这一事件说明，只要安全壳做得绝对安全，利用氢气爆炸产生的高温获取蒸汽，继而沿用已有的蒸汽发电技术完成发电，不失为一个好的方法；三、据《水电与新能源》2021.01期刊载作者王江元.李红波著《大气涡旋风能估计与人造龙卷风发电研究》一文介绍，“20m以下的大气层，单位面积上的大气压力势能高于水的高度势能”。龙卷风是聚集的空气体内，中心区与外围区大幅度温差（差距悬殊）形成强对流等多因素作用下产生的气候现象，虽然学界对其能量转换没有明确定义，但从直观现象得知，聚集的空气体内中心区与外围区冷热24℃度以上的温差，在横截风的诱导下，会产生时速几十、上百公里的风力，动辄摧毁建筑、拨起大树、将小车抛向几十公里以外、将水柱吸入几百上千米的高空，从这种环境转换能量的形式看，只要能生成理想的冷热强对流空气，人造龙卷风并非不可能且有若干实验先例；自从澳大利亚工程师donald cooper mieau发明大气涡旋发动机，利用上升气流系统持续产生电力以来，人类探索人造龙卷风发电已经进行了大量的实验，可是，众多类似发明要么对空气制热耗能过大，成本不菲，要么没有复制出龙卷风的全部场景（条件），缺乏横截风而只能产生垂直气流，达不到理想的龙卷风状态，能量获得有限。更为突出的问题还在于，所有这类发明，都是独立系统在封闭状态下作业，没有外界大气压的参与，不明白造成龙卷风最关键最要害的条件是在龙卷风聚集气团外，还有大气压如影随形地参与其中，大气压一旦消失不起作用，龙卷风便会嘎然而止。这个外力才是超强能量的来源；其实，解决这些问题的条件是存在的。氢气爆炸获热方式远优于传统燃烧获热方式，从逆向思维出发，不能将氢气爆炸当作不安全的死东西而谈爆（虎）色变，将氢气爆炸这只老虎关进安全笼子里是轻而易举的事。蒸汽发电的大量尾气是制造龙卷风的极好热源，而大气势能不仅大于同高度的水力势能，而且比水更便于输送，水向上运动必须借助外力，而热空气向上运动却是其自然规律，认识这一点十分重要，它能一目了然地告诉我们，利用热风和利用水来发电孰优孰劣。有理由相信，在认识和思路转变之后，氢气爆炸加龙卷风的能量转换方式將是获取电力的一种极佳途径，它将会给人类带来大量电力，成为行业爆点。

技术实现思路

1、本发明的目的，在于通过爆炸获取高温高压发电，得到比燃烧发电更大效率及超低价和超巨量电力。

2、针对上述背景技术，本发明以氢气爆炸获得的初始能量为基础，在一次爆炸中:1.利用氢气爆炸现场的高温使水体蒸发获取蒸汽，替代传统用燃烧物质或核反应获取蒸汽的办法发电；2.将氢气爆炸的高温暂时转场贮存起来，对锅炉加热获取蒸汽，替代传统用燃烧物质或核反应获取蒸汽的办法发电；3.两次分别利用蒸汽发电后的尾气生成人造龙卷风发电；4.利用爆炸现场残留的余压余热生成人造龙卷风发电。实现氢气一爆五电。

3、公知，氢气是一种易燃易爆物质，其爆炸极限为：4.0%～75.6%（混合空气体积浓度占比），本发明遵循利用这一原理，设计建造一个封闭的安全壳空间，将氢气与空气按爆炸极限比例配备成可爆炸环境，通过爆炸获取能量。其中，为追求爆炸效益最大化，在配备空气体积浓度时，选优配备，其参考值是：氢气和氧气按体积比为2:1混合（自然状态下空气中的氧气含量大约为21%），氢气的体积分数在41%～45%之间，使爆炸反应完全生成水。

4、本发明氢气一爆五用的发电系统，安全壳系统内，设有内安全壳，内安全壳内部空间为第一温区，其余安全壳系统的内部空间为第二温区。

5、本发明氢气一爆五用的发电系统，第二温区分别与：（一）包括锅炉连接蒸汽室，蒸气室连接蒸气管，蒸汽管与冷却塔、过热器连接至汽轮机发电装置和（二）包括高压管连接高压罐，高压罐连接周转罐，周转罐通过蒸气管与过热器连接至汽轮机发电装置——两个子系统连接。0008本发明氢气一爆五用的发电系统，安全系统第二温区和第一温区是一个同质建筑整体，第二温区在外，第一温区在内，第二温区与第一温区之间设有带抗爆耐高温阀门的输压孔，第二温区还设有安全阀，内安全壳和第一温区至少设置两个。

6、本发明氢气一爆五用的发电系统，第一温区为氢气爆炸的空间，内安全壳外形如倒扣的坛子或碗，坛身或碗上设有梅花形布局的输压孔，底部为水域，相应水域在其中央设有带水泵的喷水装置，底部设有水管、空气调节管、残压管、氢气罐和点火装置，除水管设在水域下，其他各种管口装置口设在水域之上，另外，各个管口和装置口均设有抗爆耐高温阀门。

7、本发明氢气一爆五用的发电系统，第二温区是暂时转存和综合第一温区间隙产生的高温高压气体的裝置，外形的基本形为圆柱体，也可以是其他任意几何体，它的体积是第一温区的1.5倍以上，其中央位置设有锅炉，锅炉外型类似大型的无盖高压锅，锅底为锥形，面口朝上与蒸汽室一体，锅炉内设有一条进水管通往外面与水管连接，第二温区顶部设有带抗爆耐高温阀门的高压管连接高压罐。

8、本发明氢气一爆五用的发电系统，第一温区底部残压管与高压罐连接，高压罐与周转罐连接，周转罐通过余压余热管与人造龙卷风塔底部的内风环和横热风口连接，其中，两个以上的周转罐之间用周转管连接。

9、本发明氢气一爆五用的电系统，两个汽轮机发电装置的排气口各自分别连接一条余压余热管，每条余压余管各自分别连接一个人造龙卷风塔底部的内风环和横热风口。

10、本发明氢气一爆五用的发电系统，蒸汽室内设有稳压囊，稳压囊为柔质囊体结构，内部装有可流动物，囊体一侧上部设有可流动物进出管，可流动物进出管连接可流动物容器，稳压囊在蒸汽内室中上下运动，蒸汽内室敞口朝下，上面用固定拴将吊绳固定连接并悬吊在蒸汽室顶部，使蒸汽内室固定在蒸汽室中间。

11、本发明氢气一爆五用的发电系统，人造龙卷风塔为中空式圆柱形固体密封结构，顶部中央连接水箱，水箱下面设有水阀，水箱上面连接水管，在水箱两边设有风道，风道内设置风动叶轮，风动叶轮的主轴连接传动轮，传动轮连接转向轮，转向轮连接传动轴，传动轴连接发电装置，人造龙卷风塔塔体四周与热风区底部分别均匀设有参压孔与塔体外面相通，参压孔内壁设有弹片式单向风阀，在下部设有斜型横热风口，横热风口连接外部余压余热管，横热风口下面塔体内壁设有内风环，内风环上设有风眼，内风环与塔体外部余压余热管连接。内风环上的风眼至少10个，眼径如钉，底部中央设水阀，底部中央水阀下面设尾水池，底部中央水阀直径至少5公分。

12、本发明氢气一爆五用的发电系统，安全壳系统的整体建筑标准，要求绝对安全，比照华龙一号核电站或类似核电站的安全壳质量标准执行，除此之外，还需参照已知防爆工程中的防爆建筑技术和防爆设备设施技术施工建造，其中所涉管件部件（含所有阀门）和一切内部设备设施，输压排压装置、喷水装置及其他涉爆的材质和连接方式，也采用华龙一号的管件材质和连接方式，如没有类似的参照，可选择采用北京天海工业有限公司、航天晨光股份有限公司和类似厂商的抗爆耐温零部件产品或订制。

13、本发明氢气一爆五用的发电系统，第一温区是氢气爆炸现场，采用球型设计是为了更好抗击冲击波，底部虽然是平面设计，但其中的水域也有抗击冲击波的作用。另外，考虑到冲击波和超强压力的破坏性，设计了第二温区来舒缓压力，在第二温区中又有吸热的锅炉和高压管连通高压罐、周转罐加以扩容输压，同时还有安全阀确保安全壳系统在预设的阈值内运行。氢气在第一温区爆炸，会将水域的水体汽化成高温高压蒸汽，冲开输压孔转移到第二温区的同时冲开高压管与第二温区连接处的抗爆耐高温阀门，将高温高压蒸汽第一时间以先后次序注入高压罐和周转罐内暂存，其中注满高压灌的蒸汽是氢气爆炸中温度最高阶段经输压扩容后的平均温压蒸气或预设的标准蒸汽，其他的留在第二温区里。未转移到第二温区的蒸汽，则残留在第一温区里。

14、本发明氢气一爆五用的发电系统，安全壳系统中设置的内安全壳及第一温区至少两个，目的是为了交替轮流爆炸，为第二温区以及需热需压之处提供较稳定的热源压源，而内安全壳及第一温区里氢气爆炸是间隙地一次次进行的，一次爆炸结束后，须迅速准备下一次爆炸，其过程为：打开残压管的抗爆耐高温阀门，将第一温区里残留的蒸汽排入高压罐和周转罐内暂存；紧急着，打开喷水装置向第一温区内喷水降温，同时打开空气调节管将喷水后的热气体排出，接着打开第一温区底部的水管，將热水排入底部水池，如此循环喷水排水直至第一温区恢复常温常压，之后，关闭所有管口，打开氢气罐的抗爆耐高温阀门，向第一温区内释放氢气，边释放边检测其浓度占比，达到预设的爆炸极限（理想空气浓度占比），停止释放，打开点火装置点火引爆。

15、本发明氢气一爆五用的发电系统，公知，氢气爆炸产生的温度在3000℃左右，因为本发明留在第二温区的气体温度是转存第一温区爆炸现场的温度而来，它的温度呈现下列情况：氢气爆炸产生的直接高温3000℃左右；气化水域的水蒸汽温度，目前公知的水蒸汽最高温度是800℃。因此，第二温区的温度界于800℃至3000℃之间，而传统火电厂的炉温在650℃至1500℃之间。所以，将它用来加热锅炉，至使锅炉产生蒸汽发电。其过程中：产生的蒸汽聚集在蒸汽室内，从蒸汽室经蒸汽管输送至冷却塔、过热器至汽轮机发电装置。但由于受第一温区的间隙爆炸间隙发热影响，第二温区的温度会有微小起伏波动，蒸汽室内蒸汽压力密度也会发生微小变化，为克服这个问题，本发明在蒸汽室内设置了蒸汽内室，在蒸汽内室里设置稳压囊，稳压囊里装有可流动物，囊体底部是连为一体的浮力板，蒸汽室的蒸汽压力密度为初始最高密度或预设标准密度时，蒸汽压力将稳压囊顶压呈收缩状态悬停在蒸汽内室上部，其中的可流动物倒流在可流动物容器里，随着蒸汽室向汽轮机发电装置输气，在没有新生蒸汽补充的间隙瞬间，蒸汽室空间内的蒸汽密度会随之降低，导致稳压囊受力减少而向下伸展运动，可流动物容器内的可流动物就会流入稳压囊里扩大占据空间，使蒸汽占据的空间缩小，让蒸汽室内边与蒸汽内室外边地带的蒸汽密度始终保持相对一至，从而平衡稳定送至冷却塔、过热器，直至使汽轮机发电装置稳定工作。

16、本发明氢气一爆五用的发电系统，连接第二温区的高压罐及配套的高压管至少10个，目的在于使蒸汽有较多的暂存和足够的周转。原因是氢气爆炸生热过程是间隙性一次次进行的，其能量供应也是间隙性一次次起伏出现，但通过一次多罐注气，而后依序进行一罐一罐的连续排气，便实现了平稳连接排气，从而达到稳定发电的目的。

17、本发明氢气一爆五用的发电系统，残存于第一温区的余热余压蒸汽，其压力密度虽然与第二温区的蒸汽密度相当，但因其容量有限，不宜采用传统的蒸汽发电技术发电，即使可以采用传统蒸汽方式发电，其效率也不会理想。为使这种余压余热收到更大的效果，本发明模拟龙卷风场景的要素条件，将这种余热余压作为热空气原料来制造龙卷风，用此能量转换成电力，其结构和过程如下：人造龙卷风塔高10米以上，塔的内径4米以上，风动叶轮在风道里两端用轴承固定承接，风动叶轮的动轴与传动轮连接，传动轮与传动轴连接，传动轴与发电装置连接。水箱是盛水容器，打开水箱的阀门即向人造龙卷风塔内洒水（降雨），使塔内中心区为低温冷风区。参压孔在塔体四周至少设置8个，在底部出水阀四周对称至少设置4个，孔经不大于5公分，弹片式单向风阀的弹片用耐温胶质材料制作，在闭口一侧用铆钉固定，开口侧不固定但需紧贴塔体内壁，使参压孔平时处于不漏风的关闭状态，在横热风口的塔体内壁之下，塔体内壁设有内风环，内风环与外部余压余热管连接。内风环上设风眼至少10个，眼径如钉。参压孔的功能是为塔内补压，当塔内气体收缩时，塔内气体收缩的力量会将弹片式单向阀的弹片拉开，让塔外大气压向塔内涌入，在塔内形成共力；当塔内气体不收缩时，参压孔自然处于关闭状态。模拟自然界龙卷风的场景，先是底部余压余热管始终在向塔内输送余压余热气体，使塔内气温高于30°c，而后按顺序依次打开水箱的水阀、同时打开横热风口和底部出水处的水阀，随及打开风道，因冷水在中心冷风区与四周的热风首先在塔内形成剧烈的热上冷下强对流，而后在底部横风带动下，粘连旋转向上，在塔内形成卷式风力，因为热胀冷缩原理，进入塔内的热空气遇冷收缩，使塔体四周和底部的參压孔打开，让外部大气压猛烈加入进来，最终在风道出口附近形成理想的人造龙卷风，带动风动叶轮直至发电装置发电。

18、本发明氢气一爆五用的发电系统，另外两处所涉人造龙卷风塔的发电结构和过程，同理如上均是将蒸汽发电后的尾气的余压余热气体当作人造龙卷风的热气原料，输入塔内从而生成人造龙卷风。

19、本发明氢气一爆五用的发电系统，参压孔是人造龙卷风塔之所以形式龙卷风的重要部件，是成功模拟或复原龙卷风场景的主要条件。当横热风口进气使塔内垂直向上的风力变成螺旋向上后，“雨水”下流时，在塔内上部遇热会有一些“雨水”膨胀成为蒸汽，使这一阶段的热气遇冷收缩，一胀一缩形成对冲，这一部位的参压孔便不会被拉开，随着“雨水”向下，雨水区成了冷风区，除与上升气流形成强对流外，在热胀冷缩的作用下，会使热风区的气体向中心冷风区收缩靠拢，使靠塔边的区域成为真空区，在外部大气压的作用下拉开弹片式单向阀的弹片，促使外部大气压参与进来，形成合力，因此，会在塔内形成与自然界龙卷风相同的情景，即锥形龙卷风。

20、本发明氢气一爆五用的发电系统，各压力容器的压力标准和各容器的规格大小、容积容量，管道的长短，按各个不同电站设计和现场情况确定，本发明不作具体规定，只需在规划设计中：确定汽轮机发电装置的型号大小，确定蒸汽需求量，再根据蒸汽需求量确定锅炉、蒸汽管、蒸汽室、蒸汽内室、高压罐、周转罐、冷却塔、过热器、的各种参数或型号，确定第一温区空间的大小，配备最佳的氢气体积占比浓度。高温高压气体产生多少就用多少，都是依先后顺序注满一罐再注下一罐。而氢气爆炸产生的高温高压，完全可以满足常规传统发电模式的压力温度要求，调节则交给冷却塔和过热器去处理。上述各环节各过程的计算原理和方法，都是传统火电站、核电站公开通用的常识且有专业的电厂设计规划机构。而人造龙卷风塔则完全可以容纳本发明的各蒸汽发电后的尾气和残存在第一温区里的余压余热气体，其产生的人造龙卷风风力有多大就用多大，根据风力大小确定安装调试发电装置（即风动叶轮带动的发电系统），最后正式投产发电。在本发明中一些基本原则是：内安全壳的内径至少5米、底切面长度至少1.5米，高压罐和周转罐的容积至少10立方，各种管、口、阀的内径除已明确的外至少2公分，水箱和尾水池的容积至少0.5吨，上水池的容积至少3吨，下水池的容积至少1.5吨，锅炉的容积至少0.4吨，蒸汽室的内径至少1.5米、高至少2米，内蒸汽室的内径至少1米、高至少1.2米，风道内径至少0.6米、高（长）至少1米，相应的风动叶轮则应小于风道的规格，内径至少0.5米、高（长）至少0.8米，传动轮和转向轮的直径至少10公分，主轴和传动轴则相应配套，稳压囊的容积是内蒸汽室容积的五分之四（4/5），可流动物总量等于大于稳压囊容积（总量），可流动物容器、水池和尾水池可以是钢筋混凝土构造，也可以是金属塑料构造，其规格大小需满足容积容量有足够储存周转的空间。

21、本发明氢气一爆五用的发电系统，氢气爆炸是短间隙性的一次又一次的连续爆炸，其状态犹如鞭炮或机枪的连续爆炸，产生的高温高压会有微小起伏，但不会在间隙中消失而是连续保持。

22、本发明氢气一爆五用的发电系统，消耗的材料一是由氢气罐提供的氢气，由它爆炸产生的高温高压获取能量，二是由水池提供的水。水的运行过程为：从上面水池经水管流入水箱，从水箱流经人造龙卷风塔内部再从底部水阀流入尾水池；经水管和锅炉水管流入锅炉或经水管流入系统底部水池，底部水池在喷水装置和底部水管的上下喷排后以隔水板为界分成冷水区和热水区（热水在上）。第一温区底部水域的体积为整个第一温区体积的15～20%，多余的则通过底部水管排入底部水池。氢气和水都来自外部供给，引入接入方式为传统常规方式。

23、本发明氢气一爆五用的发电系统，冷却塔是一个备选方案，本发明以追求效益最大化为原则，对发电规模不具体要求，以现场情况和规划设计为准，对产生和利用高温高压不设上线限制，一切以发电机及其配套设备实施可容纳可接受为条件，发电中由过热器进行调节。如温度过高，不适于现有汽轮机发电装置，则由冷却塔调节处理。条件允许便不使用冷却过程。

24、本发明氢气一爆五用的发电系统，安全阀是防止意外事故的措施，当第二温区的气体的温度和压力超过预设的阈值（预没阈值：温度为4000°c，压力为100mpa）便自动打开，使第二温区始终在阈值内安全运行。现场电站设计，一般不会出现这种情况，因为任何多余的气体，都会以增加高压罐的方式将其收集利用。

25、本发明氢气一爆五用的发电系统，所渉阀门都是电子阀，除空气调节管所带阀门为双向阀外，其他的都是单向阀，与高压设备及管件配套或连接的，还必须是抗爆耐高温阀门，明确为单向阀或双向阀的，其电子程序设定时须根据电站设计总体要求和气体和水的运行逻辑进行设定及安装调试。

26、本发明氢气一爆五用的发电系统，需要安装相应的空气浓度检测设备，检测第一温区爆前空气中各种气体的成份，特别是氢气的浓度占比并显示提供报告，为配制和监测氢气爆炸极限提供操作依据，该设备为成熟技术，可与专业厂商合作或购置。

27、本发明氢气一爆五用的发电系统，除安全壳系统特殊外，其他所有设备设施，部件零件都是常规技术且有成熟产品或可特别单独订制，配套高温高压产品的技术，市场上已有超过3000℃～4000℃以上的耐温抗压技术，如火箭发动机的燃烧室内部的最高温度就可迖3000℃～4000℃。因此，本发明诸如锅炉及其高温高压没备虽然与传统的供燃烧之用的设备有所不同，但它们所处变化了的环境除第一温区氢气爆炸瞬间在3000℃左右外，很快在水域气化和扩容舒压及喷水恢复常态后，温度会随之下降。且都在当前技术可达到的范围内，只因其不是本发明的的创新发明技术，故不详细叙述和附图表示，包括它们的连接、固定、安装、调试、都照理办理。另外，蒸汽室、冷却塔、过热器、汽轮机发电装置、风动叶轮、发电装置（即风动叶轮带动的发电系统）、喷水装置、点火装置都是成套的成熟装备，其具体规格大小、型号品种根据现场设计确定。涉及发电系统生产作业工作流程和蒸汽量的计算确定，都有可参照仿照的发电厂和专业的电厂规划设计机构，本发明仅在加热方式或动力驱动上作了改进替换（即改燃烧或核反应加热方式为氢气爆炸加热方式），其他的都是沿用传统技术，因此，其发电过程、环节、各种参数计算皆不一一赘述。

28、本发明氢气一爆五用的发电系统，空气调节管的作用是排除残留的低热低压气体，使第一温区恢复常温常压空气环境。

29、本发明氢气一爆五用的发电系统，通过爆炸获取高温高热能量取代传统燃烧获取高温高热的方法，并引入龙卷风原理使余热余压利用价值跳跃式上升，在一爆五电的实践中，从成本角度看，电力价格会极度低廉，带来电制氢成本随之很低很低，使氢气变得无限可得，至于水的成本，除本身低廉外，氢气爆炸后仍还原成水，使电力一举进入清洁可再生且天量供应时代，更难能可贵的是，本发明的发电模是迄今为止所有发电模式中唯一能随用随发，即发即用，可以点式、块式、局域式供电，能全天候无障碍完全与用电终端负荷曲线耦合，使终端度电成本即是发电直接成本的发电模式。这些思路是受到净能量增益的理论与实践的启发。借鉴输入触发反应产生的输出能量可以大于输入能量的核聚变事实，本发明将氢气爆炸反应后初始产生的高温高压进行了两次极至利用，并在将蒸汽发电后的尾气和爆炸现场残存的余压余热气体作为人造龙卷风的热空气原料时，促使大气压的强大能量参与本系统风源制造，因此形成了超量增益。