具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，形容词性或副词性修饰语“上”和“下”、“顶”和“底”、“内”和“外”的使用仅是为了便于多组术语之间的相对参考，且并非描述对经修饰术语的任何特定的方向限制。另外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量，由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。除非单独定义指出的方向以外，本文中涉及到的上、下等方向均是以本发明所示的图1中的上、下等方向为准，在此一并说明。

如图1所示，本发明提供一种流体压差动力塔，其包括中空的塔体1和淋液装置4，塔体1的内部为由塔体1的顶部贯通至塔体1的底部的流体通道2，流体通道2的上部和下部均与塔体1外部的大气连通，淋液装置4设于塔体1的上部，优选地，塔体1的顶部和塔体1的底部均与塔体1外部的大气连通，淋液装置4设于塔体1的中部和/或上部；淋液装置4通过向流体通道2内喷淋温度低于塔体1外部大气温度的水雾或/和细水流或/和连续水滴，因降温及湿化塔内气体，使流体通道2内的空气密度高于塔体1外部的空气密度，流体通道2内的空气与塔体1外部的大气之间产生密度差，也就使塔内外产生压力差，该密度差/压力差使流体通道2内产生自上而下流动的塔内流体，即，该密度差/压力差使流体通道2内的气体向塔体1外部的大气扩散，从而在流体通道2内形成塔内流体，密度差越大，塔内流体的流速越大，该塔内流体为湿空气，或者说是空气和水雾混合的混合流体，塔内流体的流动路径上设有流体动力机械3，塔内流体流经流体动力机械3并驱动流体动力机械3运转。

本发明依靠塔体1内外的空气密度差，使流体通道2内形成具有能量的塔内流体，塔内流体作为工作流体驱动流体动力机械3，如涡旋机、透平机、风轮等运转，这些流体动力机械3进而作为动力源可以驱动其它各类工作机械，如水泵、压缩机、研磨机、发电机、风轮等。本发明与现有技术向流体动力机械连续输送增压流体相比，成本更低，本发明的动力塔结构简单，适用范围广，具有很好的发展前景。

本发明的塔体1的高度不小于100米，流体通道2的横截面积不小于300平方米，以充分发挥动力塔的效果。

本发明的塔体1尤其适合建在炎热干燥的地区，因为在炎热干燥的地区，塔体1外部的大气温度较高且湿度很小，流体通道内的气体能更快地向塔体外部的大气中扩散。例如淋液装置4所用的水源为自然界中的水，其温度低于大气温度。

本发明的动力塔的运行方式为：打开淋液装置4，淋液装置4从塔体1的顶部向流体通道2内喷淋液体，使流体通道2内的空气密度大于塔体1外部的大气密度，产生密度差，该密度差推动流体通道内的湿空气由上向下以较高速度流动，产生强大的下行流体(即塔内流体)，这股流体以较高的速度推动流体动力机械3运转。

如图1所示，进一步，淋液装置4为多个，以提高淋液量和淋液效果。

进一步，淋液装置4沿塔体1的高度方向呈多层分布，以提高喷淋量。

在一实施例中，流体压差动力塔还包括水泵5，水泵5与淋液装置连接并向淋液装置输送喷淋水。例如，水泵5与地面上的水槽7连接，水槽7中的水由一系列水泵5输送至淋液装置4；为实现水的循环利用，可以将水槽7与流体通道2连通，塔内流体流出塔外后流入水槽7内；为去除水中的杂质和污染物，可以在水槽7的进水口处设置液体分离处理装置15，通过去除水中的杂质和污染物，有助于流体压差动力塔安全、稳定、长周期的工作。

本实施例中，流体动力机械3产生的能量大于水泵5提升水所消耗的能量，因为流体动力机械3产生的能量来自于两部分输入能量，一部分是水的势能，基本等于水泵5提升水所消耗的能量，另一部分是因流体通道内空气密度增大，塔内空气朝塔外流动扩散所具有的动能。因此本发明具有实用性。

本发明基于以下物理学公式/原理：

扩散：无外场时，当物质中粒子数密度不均匀时，由于分子的热运动使粒子从数密度高的地方迀移到数密度低的地方的现象。

菲克定律(Fick's Law)：在一维(如x方向扩散的)扩散的粒子流密度Jρ与粒子数密度梯度dρ/dz成正比：

式中：

Jρ----扩散通量，单位时间内单位界面上扩散的粒子数；

dρ/dx----密度梯度，粒子数密度梯度；

ρ----粒子流密度；

x----一维方向，x方向；

D----扩散系数，表征扩散过程的快慢，m².s^-1；

负号：粒子向粒子数减少的方向扩散；

密度梯度越大，扩散通量越大；D值越大，扩散越快。

单位时间内扩散的总质量：

式中：

D----扩散系数，表征扩散过程的快慢，m².s^-1；

负号----粒子向粒子数减少的方向扩散；

m----质量；

t----时间；

ρ----粒子流密度；

x----一维方向，x方向；

S----面积。

含有水蒸气的空气称为湿空气，空气中的水蒸气在一定条件下会凝结成水滴，湿空气中所含有水蒸气的程度用湿度和含湿量来表示。

湿度：常用x来表示(单位kg/m³)，

或由气体状态方程导出：

式中：

m_s----水蒸气质量，kg；

p_s----水蒸气分压力，Pa；

V----湿空气体积，m³；

R----水蒸气气体常数，为462.05J/kg.K；

ρ----水蒸气密度，kg/m³；

T----绝对温度，K。

绝对湿度：在一定温度下，单位体积湿空气中所含水蒸气的量达到最大限度时，称此湿空气为饱和湿空气。1m³饱和湿空气中，所含水蒸气的质量称为饱和湿空气的绝对湿度。即：

式中：

X_b----绝对湿度；

p_b----饱和空气中水蒸气的分压力；

ρ_b----饱和空气中水蒸气的密度；

R----水蒸气气体常数；

T----绝对温度，K。

相对湿度：在某温度和总压力下，其绝对湿度与饱和绝对湿度之比称为该温度下的相对湿度。

式中：

----相对湿度；

x、x_b----绝对湿度与饱和绝对湿度，kg/m³；

d'、db'---湿空气的容积含湿量与饱和容积含湿量，g/m³。

在淋液装置4淋液后，随着水雾在空气中扩散，塔内空气的湿度变大，分压力变大，密度也变大，直到到达饱和分压力，由于塔内空气的压力变大，这样塔内的压力大于塔外大气的压力，压差推动流体由内向外流动，从而驱动流体动力机械，如涡旋机、透平、风轮等运转，各种流体动力机械进而作为动力源可以驱动各类工作机械如水泵、压缩机、发电机、研磨机等。

在一实施例中，如图18所示，流体压差动力塔还包括淋液量控制系统，淋液量控制系统包括传感单元6、信号传输单元、数据分析显示控制单元和淋液量调节执行机构，传感单元6包括能检测流体通道2内流体温度的温度传感器、能检测流体通道2内流体湿度的湿度传感器和能检测流体通道2内流体流速的流速传感器，传感单元6发出的温度信号、湿度信号和流速信号由信号传输单元传输给数据分析显示控制单元，数据分析显示控制单元根据温度信号、湿度信号和流速信号运算后向淋液量调节执行机构发出淋液量控制信号，淋液量调节执行机构根据淋液量控制信号调节淋液装置4的淋液量，以自动调节淋液量，进而控制流体通道2内塔内流体的流速。图18中的箭头方向代表信号传输方向。

本发明中，流体动力机械3的设置位置至少有以下三种实施例，以下三种实施例可分别独立实施，也可以任意组合。

在第一种实施例中，如图2A、图2B所示，流体通道2中设有至少一个塔盘8，塔盘8沿流体通道2的横截面设置并与塔体1的内侧壁固定相接，塔盘8上设有至少一个第一通孔9，第一通孔9与流体通道2连通，第一通孔9内设有流体动力机械3，即塔内流体的流经路径包括第一通孔9，例如第一通孔9沿竖直方向贯穿塔盘8，流体动力机械3的轴向方向为水平方向。本实施例实现在流体通道2内布置流体动力机械3，当塔内流体在流体通道2内流经第一通孔9时驱动流体动力机械3运转。

进一步，如图2A所示，流体通道2中设有多个塔盘8，多个塔盘8沿塔体1的高度方向排列，在图2A的示例中，流体通道2的下部布置有三个塔盘8。

进一步，如图2B所示，各塔盘8上分别设有多个第一通孔9，各第一通孔9内分别设有流体动力机械3。

在第二种实施例中，如图3、图4、图8、图12、图15所示，塔体1的底部具有塔基座10，流体通道2由塔体1的顶部贯通至塔基座10，塔基座10中设有连通孔11，流体通道2的下部通过连通孔11与塔体1的外部连通，连通孔11处设有流体动力机械3，但本实施例并不限定流体动力机械3必须位于塔基座10或连通孔11的内部。本实施例通过在塔体1底部布置流体动力机械3，当塔内流体流经连通孔11时驱动流体动力机械3运转。另外，本实施例通过将流体动力机械3布置在塔体1底部，方便对流体动力机械3进行维修。

其中，流体动力机械3可以水平布置在塔基座10上(如图4、图8所示)，也可以竖直布置在塔基座10上(如图12、图15所示)；流体动力机械3可以是有轴式流体动力机械(如图4、图12所示)，也可以是无轴式流体动力机械(如图8、图15所示)，其中有轴式流体动力机械的中间轴承由于转速高，故障发生率高，容易损坏，维修费用高，而无轴式流体动力机械由于没有中间轴承，不涉及中间轴承的损坏和维修问题，易于维护。

在本实施例的方案一中，如图5、图9所示，流体动力机械3呈水平状态布置，即流体动力机械3的轴向为水平方向，流体动力机械3整体置于塔基座10的外侧并与连通孔11对应，即，本方案中流体动力机械3的布置方式为水平外置。本方案中，流体动力机械3可以是有轴式流体动力机械(如图5所示)，也可以是无轴式流体动力机械(如图9所示)。

在本实施例的方案二中，如图6、图10所示，流体动力机械3呈水平状态布置，流体动力机械3的一部分置于连通孔11的内部且另一部分置于塔基座10的外侧，即，本方案中流体动力机械3的布置方式为水平中置。本方案中，流体动力机械3可以是有轴式流体动力机械(如图6所示)，也可以是无轴式流体动力机械(如图10所示)。

在本实施例的方案三中，如图7、图11所示，流体动力机械3呈水平状态布置，流体动力机械3整体置于塔基座10的内部，可以是整体位于连通孔11内，也可以是部分位于连通孔11内且另一部分位于塔基座10的内侧，即，本方案中流体动力机械3的布置方式为水平内置。本方案中，流体动力机械3可以是有轴式流体动力机械(如图7所示)，也可以是无轴式流体动力机械(如图11所示)。

在本实施例的方案四中，如图13、图16所示，流体动力机械3呈竖直状态布置，即流体动力机械3的轴向为竖直方向，流体动力机械3整体置于塔基座10的外部并与连通孔11对应，即。本方案中流体动力机械3的布置方式为竖直外置。本方案中，流体动力机械3可以是有轴式流体动力机械(如图13所示)，也可以是无轴式流体动力机械(如图16所示)。

在本实施例的方案五中，如图14、图17所示，流体动力机械3呈竖直状态布置，流体动力机械3的一部分置于连通孔11的内部且另一部分置于塔基座10的外部，即，本方案中流体动力机械3的布置方式为竖直中置。本方案中，流体动力机械3可以是有轴式流体动力机械(如图14所示)，也可以是无轴式流体动力机械(如图17所示)。

在第三种实施例中，如图3所示，塔体1的侧壁中设有将流体通道2与塔体1外部的大气连通的第二通孔12，第二通孔12内设有流体动力机械3。本实施例实现在塔体1的塔壁中布置流体动力机械3，当塔内流体流体经第二通孔12时驱动流体动力机械3运转。例如本实施例中塔体1的侧壁为实心壁。在图3的示例中，不仅塔体1的侧壁中设有流体动力机械3，塔体1底部的塔基座10上也设有流体动力机械3。

进一步，如图3所示，塔体1的侧壁中设有多层第二通孔12，多层第二通孔12在塔体1的高度方向上间隔设置，每层中第二通孔12的数量可以为一个或多个。在图3的示例中，塔体1的侧壁中设有两层第二通孔12。

在一实施例中，本发明还包括用于采集塔内流体的冷量的采冷设备，以使本发明的动力压差塔不仅具有驱动流体动力机械3运转的功能，还具有制冷功能，进一步提高本发明的实用性。

在一种可行的技术方案中，采冷设备为引风管，引风管与流体通道2连通，例如引风管与第一通孔9、连通孔11和/或第二通孔12连接，以将流体通道2内的塔内流体直接导入引风管，再作为冷气由引风管输送至室内等需要制冷的场所，本方案属于直接采冷，由于冷气的湿度较大，因此适用于对空气湿度没有限制的场所。采用本方案，在炎热干燥的地区，能对室内等场所起到降温、加湿效果。

在另一种可行的技术方案中，采冷设备为换热装置，换热装置可以设置在塔体1的内部或外部，换热装置与流体通道2连通，流体通道2内的塔内流体能进入换热装置，对换热装置中的媒介(例如水)制冷，塔内流体的冷量经由换热装置的媒介输送至需要制冷的场所，本方案属于间接采冷，适用于对空气湿度有限制的场所。

在一实施例中，如图19、图20所示，塔体1的侧壁为非实心构造的中空壁，例如钢结构的中空塔壁，中空壁包括间隔设置的内环壁101和外环壁102，内环壁101和外环壁102之间形成环形通道13，环形通道13由中空壁的顶部贯通至中空壁的底部，环形通道13的上部与塔体外部的大气连通，环形通道13的下部与塔体1外部的大气连通，即环形通道13为一个独立的四周封闭、上部直通大气且下部与塔外大气连通的环形空间，外环壁102的至少部分为供阳光投射的透光壁，例如外环壁102的下部部分和/或中部部分和/或中上部部分为透光壁，也可以将整个外环壁102设置为透光壁，当然还可以只将外环壁102的能被阳光照射到的部位设置为透光壁，以利用太阳能提高环形通道13内的空气温度，使环形通道13内的空气温度高于塔体顶部大气的温度，环形通道13内的空气与塔体顶部大气之间产生温度差，该温度差使环形通道13内产生自下而上流动的塔间壁流体(即空气流)，塔间壁流体的流动路径上设有流体动力机械3，塔间壁流体流经流体动力机械3并驱动流体动力机械3运转。

本实施例利用烟囱效应使环形通道13内形成自下而上流动的空气流，依靠空气流驱动流体动力机械3运转。

本实施例中的环形通道13与流体通道2互不连通，以免流体通道2内的塔内流体进入环形通道13内。

在一具体实施例中，如图19所示，环形通道13内设有吸热蓄热层14，吸热蓄热层14铺设于内环壁101上和/或环形通道13的底面上，吸热蓄热层14的材料为吸热蓄热材料，例如吸热蓄热层14为蓄热砖，吸热蓄热层14位于环形通道13内，由于吸热蓄热层14吸收太阳能，使环形通道13内的温度进一步升高，而且当阳光不足时，吸热蓄热层14中的蓄热材料还能释放热量，使环形通道13内的温度保持较高温度，从而使环形通道13内始终有空气流，进而使流体动力机械3更稳定运行。

本实施例通过设置透光壁和吸热蓄热层，合理间接利用太阳能制造出温度差，热空气在环形通道内自下而上流动形成塔间壁流体，以驱动流体动力机械3运转。

进一步，环形通道13中设有多层流体动力机械，例如环形通道13内设有多个安装座，多个安装座沿塔体1的高度方向间隔设置，各安装座内分别设有多个安装通孔，各安装通孔内分别设有流体动力机械3。

本发明中安装通孔、第一通孔9、第二通孔12和连通孔11等用于安装流体动力机械3的孔的直径不小于1米，以便于安装。

在一实施例中，塔体1的内截面形状(即流体通道2的横截面形状)可以是圆形、椭圆形、环状、三角形、正方形、长方形、菱形、多边形等，也可以是其他异形形状。

在一实施例中，塔体1的塔壁横截面形状(即环形通道13的横截面形状)可以是圆环形、椭圆环形、三角环形、正方环形、长方环形、菱形环形、多边环形、长方形、半圆形、圆形、方形等，也可以是其他异形形状。

在一实施例中，塔体1的纵截面形状可以是矩形、双曲线形、梯形或其他异形形状，依山或构筑物而建的动力塔的纵截面取决于构筑物或山的形状。例如塔体1的下部为由上至下直径渐扩的锥筒103，塔体1的上部为圆柱形筒。

本发明的动力塔可以依地形、构筑物、建筑物等而建造，如悬崖、瀑布、水坝、桥梁等。动力塔可以建成一座集都市观光、至高游乐、时尚餐饮、婚庆会展、影视娱乐、环保科普、文化教育、购物休闲等多功能于一体的旅游观光塔。

本发明的动力塔可以设置多个功能区和多种游乐设施，包括观景平台、高空横向摩天轮，速降体验极限游乐项目，观光大厅，有悬空走廊，蜘蛛侠栈道，4D和3D动感影院，中西美食，会展设施，购物商场及科普展示厅，塔冠部分可以设置餐饮、娱乐功能及观景平台。

动力塔除了产生动力能源之外，还可供开发游乐项目，比如有蹦极跳、跳伞、空中漫步、攀岩等多个高空冒险项目，塔顶部分增设跳楼机，市民可感受到从高空处降落的感觉；高层可以建塔顶观景平台，设横向摩天轮；高层可以建双层旋转餐厅；高层可以建空中花园，风景秀丽，螺旋向上的空中云梯带给人空中漫步的神奇体验；高层可以建高科技游戏厅展现现代科技的神奇；高层建4D和3D影院带给人身临其境的多元感受；高层建丰富多样的多功能展厅让人感受全新的信息冲击。

本发明的压差动力塔与现有技术相比，有益效果包括：

1.本发明通过向流体通道内喷水雾或/和细水流或/和连续水滴制造出塔内流体，通过合理间接利用太阳能产生塔间壁流体，作为清洁能源驱动流体动力机械运转，压差塔的结构简单，适用范围广，具有很好的发展前景；

2.本发明可以24小时连续产生动力能源，具有划时代里程碑的意义，动力能源是连续的、稳定的，而太阳能是时断时续，时大时小，完全是靠天吃饭，不稳定不连续。本发明的流体压差动力塔的动力能源均匀连续，克服了以往发电间断，对电网的伤害，可以全天候连续运行，每天24小时，每周7天，每年365天均可运行和生产能源；

3.本发明的流体压差动力塔可以保护生态，流体动力机械在塔体内部或者下部，不会干扰鸟类，不会伤害鸟类；

4.本发明的流体压差动力塔的动力能源的经济效益好，成本低，用该流体压差动力塔驱动发电机，发电的成本是火电的1/3或更低，流体动力机械带动发电机的可发电量是巨大的，如输出载荷1000MW，发电量的多少取决于压差塔的横截面积、压差塔的高度、安装地点、使用环境等等；

5.本发明产生的动力能源是一种有利于生态环境保护的能源利用方式，碳排放量、颗粒物排放量、硫化物排放量、氮化物排放量、VOC排放量和温室气体排放量。

均为零；

6.本发明的流体压差动力塔占地面积小，比传统的风能和传统的太阳能占地面积小，土地利用率高；

7.本发明的流体压差动力塔的使用寿命长，可达70年，因而年投资分摊成本低。

以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。而且需要说明的是，本发明的各组成部分并不仅限于上述整体应用，本发明的说明书中描述的各技术特征可以根据实际需要选择一项单独采用或选择多项组合起来使用，因此，本发明理所当然地涵盖了与本案发明点有关的其它组合及具体应用。