本發(fā)明是移動(dòng)式的利用高山山體斜坡運(yùn)行在山坡鐵路軌道上的山坡鐵路發(fā)電列車或列車發(fā)電站，屬于如同水力發(fā)電站、火力發(fā)電站、風(fēng)力發(fā)電站一樣的基本型發(fā)電站，屬于能源行業(yè)。
背景技術(shù)：
電力普遍地用作為人類生活和工作的動(dòng)力能源，愈多愈好。幾年來，注意到世界各地陸地上高山群山區(qū)域面積既高大又廣闊，山頂?shù)狡降刂g雖有局部高低起伏，然而總體上常有幾千米甚至6千米以上的相對(duì)的高度差。水力發(fā)電站，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)利用江河上游和下游之間的水位差進(jìn)行水力發(fā)電，這種山脈與平地之間的高度差至今沒有被利用來進(jìn)行發(fā)電。一些專家對(duì)于這一問題的看法是，下行的發(fā)電列車到達(dá)低點(diǎn)后需要耗費(fèi)同樣的能量才能返回高點(diǎn)，也就是說其發(fā)電得來的電力被抵銷用掉了，因此這一發(fā)電方式是沒有積極意義的。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：
本發(fā)明目的在于克服技術(shù)上的上述缺陷，提供一種讓發(fā)電列車在高山和群山區(qū)域的專用的山坡鐵路上由高點(diǎn)下行，又從低位返回高點(diǎn)再下行的反復(fù)循環(huán)式的發(fā)電列車系統(tǒng)，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是該系統(tǒng)如何利用自然力使發(fā)電列車發(fā)出的電力大大超過其回程上行所耗費(fèi)的電力，從而使它成為一種新型的基本發(fā)電站。
實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的目的的原理、方法和具體技術(shù)方案如下：
采用裝置著發(fā)電和電力輸出并網(wǎng)設(shè)備的帶有動(dòng)力機(jī)車頭的多節(jié)發(fā)電列車；供發(fā)電列車專用的使其下行時(shí)發(fā)電的鐵路線路及沿線的電網(wǎng)設(shè)施；該發(fā)電列車自線路低點(diǎn)向上返回線路最高點(diǎn)出發(fā)地的回程上行設(shè)施和裝置，其采用沿垂直導(dǎo)軌上下移動(dòng)的一套組合的帶有活動(dòng)的空腔式副氣囊的飛艇的浮力及其動(dòng)力裝置的推力和位于上方線路最高點(diǎn)位置的發(fā)電列車將其動(dòng)力下行產(chǎn)生的動(dòng)能經(jīng)由拉索傳來的往上的拉力。
組成所述的發(fā)電列車的每節(jié)車廂的每對(duì)輪軸和/或車輪上設(shè)有一級(jí)至多級(jí)增速齒輪帶動(dòng)發(fā)電機(jī)軸轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)電；車輛頂部上表面設(shè)置太陽能電池板進(jìn)行發(fā)電，在車體迎風(fēng)部位設(shè)置水平軸或垂直軸型風(fēng)力發(fā)電機(jī)，總的所有發(fā)出的電力有一部份在控制系統(tǒng)的調(diào)度下用于驅(qū)動(dòng)該發(fā)電列車前進(jìn)包括驅(qū)動(dòng)動(dòng)力機(jī)車頭的電動(dòng)機(jī)、輪轂電機(jī)、電動(dòng)螺旋槳，大部分發(fā)出的電力經(jīng)電力電子設(shè)備并網(wǎng)輸出給沿線路側(cè)旁的電網(wǎng)設(shè)施以及車載蓄能裝置包括蓄電池、儲(chǔ)能飛輪、超級(jí)電容器以及車載電力分解水制氫設(shè)備。
供山坡鐵路發(fā)電列車下行時(shí)發(fā)電的鐵路線路以依托著山體的線路的最高點(diǎn)作為下行的起始出發(fā)位置；在線路的最低點(diǎn)或低點(diǎn)設(shè)置讓發(fā)電列車回到最高點(diǎn)的回程上行設(shè)施和裝置包括作業(yè)平臺(tái)等等組成在高山、群山區(qū)域上下來回循環(huán)地由高處往下行駛的線路網(wǎng)絡(luò)；線路包括局部的依托山體的各種走向及高度的人工建筑物如橋梁、涵洞、調(diào)車場、信號(hào)裝置、自動(dòng)道岔、緊急狀態(tài)下使用的岔道支線、擋塊；線路側(cè)旁配有包括變電站、儲(chǔ)能電站的電網(wǎng)設(shè)施用以接收該移動(dòng)式列車發(fā)電發(fā)出的電力。
其回程上行設(shè)施和裝置包括由外氣囊體、中氣囊體和內(nèi)氣囊體組成的組合式飛艇，其具有一套內(nèi)外互相套合并且該中氣囊體和內(nèi)氣囊體又能沿垂直導(dǎo)軌向下伸出從而在其各自上方空間構(gòu)成包括兩者互相鄰接連接處的可伸長或反向卷攏的氣囊皮在內(nèi)的氣密性空腔式副氣囊；下行后回到低點(diǎn)位置需要上行的發(fā)電列車停放在內(nèi)氣囊體下面的一只具有承力結(jié)構(gòu)的中空的硬性盒子的上表面，有承力立柱將此空盒子與內(nèi)氣囊體互相連接成當(dāng)盒子受力時(shí)共同往上、下移動(dòng)的一體的結(jié)構(gòu)部件；所述的飛艇因副氣囊被充滿空氣而沿垂直導(dǎo)軌下行時(shí)，在底部的所述的空盒子接觸到并且系結(jié)在該時(shí)已下降到一個(gè)大水池底部的作業(yè)平臺(tái)上的凸臺(tái)，然后往水池注水，平臺(tái)上升因而推動(dòng)氣囊體向上復(fù)位，基本排出原先的空腔式副氣囊體里的空氣；接著讓池水泄出，于是平臺(tái)又下降到水池底部，同時(shí)將空盒子及其上方的兩個(gè)氣囊體一起往下拉，由此在上面又構(gòu)成在飛艇氣囊體內(nèi)兩個(gè)空腔式副氣囊，此時(shí)內(nèi)部余有少量空氣的空腔式副氣囊在飛艇要上升時(shí)，再將各空腔式副氣囊內(nèi)的空氣盡量排出、同時(shí)可以啟動(dòng)飛艇的動(dòng)力裝置、同時(shí)還啟動(dòng)上方發(fā)電列車開始啟動(dòng)動(dòng)力下行而傳來的拉索的拉力共同牽拉使飛艇上升到最高點(diǎn)位置。
可變位的、可分離的、分離后可再結(jié)合于飛艇的活動(dòng)收放式的氣密的空腔式副氣囊，它沿飛艇氣囊體內(nèi)的導(dǎo)軌移出，并且附接在氣囊體外，設(shè)有連接彼此的長長的拉索，使空腔式副氣囊與母飛艇氣囊體在分離的狀態(tài)下又能收緊此拉索與母飛艇氣囊體重新結(jié)合在一起；使用多組不同方向的定向同時(shí)爆炸的連接螺栓使附接或分離著的空腔式副氣囊能夠突然快速地與母飛艇氣囊體分離，使母飛艇氣囊體即飛艇脫離危險(xiǎn)得到安全、飛艇在空中由一個(gè)快速地分離脫開成為兩個(gè)或三個(gè)飛艇狀態(tài)的氣囊體。
本發(fā)明特點(diǎn)是：
在高山地區(qū)有足夠空間配置體積大的飛艇，其容納氦氣多、獲得的浮力多，這是耗費(fèi)電力很少的適用于上升和下降的工具，再加上巧妙地構(gòu)造形成的空腔式副氣囊盡量排出其內(nèi)部的空氣所獲得的浮力，且能以低的電力消耗量就能達(dá)到較快地排出空氣的要求，加上飛艇的動(dòng)力裝置的推力使飛艇能較快地上升，還利用到位于最高點(diǎn)開始沿向下的線路作動(dòng)力推進(jìn)的發(fā)電列車的動(dòng)能使之也一起用于飛艇將發(fā)電列車由低向上運(yùn)到最高點(diǎn)的任務(wù)，使其所耗費(fèi)的電力達(dá)到大大低于發(fā)電列車所發(fā)出的電力的目的。
圖文說明
附圖是用于發(fā)電列車在低點(diǎn)回程上行過程中的各裝置結(jié)構(gòu)功能示意圖。
附圖中的“1”是高山和群山的山體；“2”是建筑在山體上的鐵路線路的最高點(diǎn)的位置，在該位置設(shè)有讓被飛艇向上運(yùn)送到最高點(diǎn)的發(fā)電列車駛出的平臺(tái)；“3”是具有一定的下傾角度的山坡鐵路；“4”是停靠在最高點(diǎn)預(yù)備下行的發(fā)電列車，其尾部有一對(duì)拉索“5”向下伸，直至栓系連接在飛艇“6”下方的空盒“7”的下表面，將拉索的向上的拉力經(jīng)過此空盒再往上傳由此達(dá)到減輕所需拉力從而減少所需耗費(fèi)的電力的效果，拉索“5”隨著飛艇往下降，直到所述的空盒接觸并且栓系連接在線路的低點(diǎn)位置處的一個(gè)深達(dá)幾十米的大水池“8”里的平臺(tái)“9”上的凸臺(tái)“10”；“11”是水池的泄水口；“12”是水池注水口，“13”是水柜；“14”是為省力而設(shè)置的操縱帶動(dòng)水柜向上移動(dòng)到高位將水注入水池的杠桿；“15”是盒子“7”與內(nèi)氣囊體“16”之間的承力立柱；“16”是已經(jīng)進(jìn)入并且停放在盒子“7”的上表面的發(fā)電列車，它等待著被飛艇載運(yùn)上升到最高點(diǎn)位置；“17”是中氣囊體，其內(nèi)部有因?yàn)閮?nèi)氣囊體“16”下移而構(gòu)成的空腔式副氣囊“18”；“19”是外氣囊體，即飛艇主囊體；其內(nèi)部有因?yàn)橹袣饽殷w“17”下移而構(gòu)成的空腔式外氣囊“20”；“21”是飛艇的略尖而圓的頭部；“22”是供飛艇以其多對(duì)滾輪在其中上下移動(dòng)的垂直導(dǎo)軌，該導(dǎo)軌深陷在凹槽里依托著山體；“23”是線路的最低點(diǎn)或低點(diǎn)也是飛艇作垂直升降的位置；“24”是艇翼，“25”是氣動(dòng)舵面；“26”是配置在飛艇上的動(dòng)力裝置電動(dòng)螺旋槳之一；“27”是幾套并列設(shè)置的定滑輪/動(dòng)滑輪組之一，它設(shè)置在平臺(tái)“2”上，從發(fā)電列車尾部伸出的拉索“5”經(jīng)過一只固定安裝在下面的滑輪“28”再往上經(jīng)過“27”的定滑輪再向下圍繞著經(jīng)過動(dòng)滑輪最后固定栓結(jié)在上方的定滑輪軸的支架上；動(dòng)滑輪軸的支架及其掛鉤鉤拉著一圈將空盒“7”圍捆幾圈的拉索圈上，隨著拉索的收緊向上或向下放松放長，動(dòng)滑輪及其鉤拉吊運(yùn)著的空盒“7”等等物體也一起以省力的方式上上下下；水柜“13”的底部設(shè)有拉索，用于對(duì)被杠桿抬起的水柜進(jìn)行牽拉，使水柜里的水傾倒注入水池的注水口“12”；“29”是杠桿的支點(diǎn)。
具體實(shí)施方式：
對(duì)于每節(jié)總重在30噸左右的發(fā)電列車，飛艇的外氣囊體、中氣囊體、內(nèi)氣囊體皆充有輕于空氣的氦氣；相應(yīng)地設(shè)置此飛艇的主氣囊即外氣囊體尺寸為：水平方向的長度大于100米；水平方向的寬度大于26米，垂直方向的高度高于20米，如此，得氣囊容積大于52000m3，再加上往下移出因而處在外氣囊體之外的下面的內(nèi)氣囊容積和中氣囊體的容積，此時(shí)內(nèi)氣囊內(nèi)仍然始終是氦氣；中氣囊體內(nèi)則是儲(chǔ)有部分氦氣，更多部分是因?yàn)閮?nèi)氣囊體已經(jīng)向下移出而構(gòu)成的只儲(chǔ)有普通空氣的空腔式副氣囊；同理，其上面的外氣囊體作為飛艇的主囊體其內(nèi)部這時(shí)也有一個(gè)只儲(chǔ)有普通空氣的空腔式副氣囊；這兩個(gè)空腔式副氣囊在排氣時(shí)也不能排得太徹底或太多，若其達(dá)到一定的真空度則比較難于將中氣囊體和內(nèi)氣囊體往下拉出來。
如上所述，飛艇在最高點(diǎn)位置讓其帶上來的發(fā)電列車離開之后，將普通空氣充入兩個(gè)空腔式副氣囊增重而開始下降，其底下的空盒接觸并且栓系在這時(shí)已經(jīng)處在水池底部的平臺(tái)上的凸臺(tái)，讓發(fā)電列車駛?cè)胪Ｔ诳蘸凶由希谑强梢枣i定飛艇不讓它上移；然后注水入水池，水的浮力使平臺(tái)上升，直到將內(nèi)氣囊體和中氣囊都向上頂推進(jìn)入外氣囊體內(nèi)，此過程同時(shí)也就是上面兩個(gè)空腔式副氣囊在壓力下快速排氣的過程；然后，水池泄水，平臺(tái)因?yàn)樽陨碇亓Χ焖傧陆担B帶地牽拉著內(nèi)氣囊體和中氣囊體向下移出直至構(gòu)成其上面的兩個(gè)空腔式副氣囊。至此，飛艇開始將兩個(gè)空腔式副氣囊內(nèi)的空氣盡量往外抽，使飛艇變輕而沿垂直軌道上浮，同時(shí)也開始啟動(dòng)飛艇的動(dòng)力裝置例如電動(dòng)螺旋槳向下排氣使飛艇上升，同時(shí)也讓最高位置的平臺(tái)上的發(fā)電列車開始啟動(dòng)動(dòng)力沿下傾的線路往下行駛，以此動(dòng)能經(jīng)由拉索向下傳到空盒，經(jīng)過空盒發(fā)揮向上的提升力進(jìn)一步減少使發(fā)電列車上行所需的電力耗費(fèi)。上行到位后，飛艇又往下開始執(zhí)行下一輛或一列發(fā)電列車的上行的任務(wù)。上述作業(yè)過程以飛艇浮力為主，同時(shí)用飛艇的動(dòng)力裝置推力和上方的發(fā)電列車以其同樣的30噸左右的質(zhì)量及下坡時(shí)啟用動(dòng)力所獲得的動(dòng)能經(jīng)由拉索將拉力傳給下面需要往上拉的發(fā)電列車，不但可以較快地將一節(jié)或一列發(fā)電列車向上牽拉載運(yùn)到線路的最高點(diǎn)出發(fā)下行，而且所費(fèi)電力大大低于發(fā)電列車下行時(shí)發(fā)出的電力，這正是本發(fā)明的目標(biāo)和效果。
這少量空氣可以是來自空腔式副氣囊的一個(gè)進(jìn)氣閥門，打開該閥門，放入一部分空氣，就能以較小的拉力將中氣囊體和內(nèi)氣囊體往下拉出，在其上方構(gòu)成一個(gè)完全的大容量的占據(jù)著空腔容積的副氣囊。這個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)細(xì)節(jié)影響到一系列因素，包括設(shè)置多大重量的平臺(tái)和只耗費(fèi)很少的電力就能快速地將氣囊體的往上推送復(fù)位同時(shí)將副氣囊內(nèi)的空氣排出去，以及快速地將氣囊體往下拉出。
對(duì)于30噸或300噸重的一節(jié)或上下重疊地停放在多層擱架平板上的多節(jié)發(fā)電列車，都能設(shè)置構(gòu)建各尺寸達(dá)到100多米、300多米的整個(gè)飛艇及其氣囊體，做到基本上使用飛艇的浮力就能只耗很少的電力讓飛艇載運(yùn)著發(fā)電列車回程上行送到線路的最高點(diǎn)位置；讓飛艇下降，只需打開多個(gè)大閥門，讓艇外空氣大量快速地沖入注入大容量的多達(dá)10萬m3以上的空腔式副氣囊就能使飛艇增重而下降。當(dāng)然在使用飛艇的動(dòng)力裝置的情況下，能使飛艇更快地升或降，例如，由飛艇的垂直導(dǎo)軌旁的供電軌輸電給裝設(shè)在導(dǎo)軌表面的直線電機(jī)初級(jí)裝置，就能經(jīng)由裝設(shè)在由飛艇伸出的滾輪的支柱旁邊多排直線電機(jī)次級(jí)而快速地驅(qū)動(dòng)飛艇上、下升降，在短時(shí)間里有效地運(yùn)送多列發(fā)電列車回到最高點(diǎn)再下行發(fā)出更多電力。
基本上依托著山體的線路可以左右拐彎甚至是盤旋而下的，局部的少數(shù)的有些路段可以是平坡甚至往上的坡度。
本方案的飛艇結(jié)構(gòu)具有獨(dú)立使用的重要意義，它的空腔式副氣囊具有特殊性質(zhì)，因?yàn)樗陲w艇原有的外形和容積之外構(gòu)成了一個(gè)、二個(gè)以上的氣囊體，而且該氣囊體內(nèi)部還具有空腔式副氣囊。為了適應(yīng)飛行或作業(yè)的任務(wù)需要，本方案的飛艇用于向上運(yùn)送發(fā)電列車，所以其上方的飛艇頭部是封閉的不開放的空間，而其最下面的氣囊體是不具備位于中間的貫通上、下開放式空間的，而是一個(gè)充有氦氣的氣囊體。對(duì)于某些任務(wù)來說，本飛艇特殊的空腔式副氣囊可以而且應(yīng)該采用活動(dòng)式的即：將其位于徑向的大片中央部位的氣囊體做成為一個(gè)獨(dú)立的緊貼著周圍氣囊體的氣囊體結(jié)構(gòu)，因此可以讓它先泄氣然后用作動(dòng)器將它變位打開移到旁邊方式或充氣關(guān)閉的結(jié)構(gòu)，也就是說，無論在飛艇是垂直地上、下升降或水平地前飛或懸停的狀態(tài)，該空腔式副氣囊在變位打開狀態(tài)時(shí)在飛艇氣囊體內(nèi)是上、下或前后貫通的，因此使整個(gè)飛艇從頭至尾內(nèi)部是前后或上下貫通的有利于前方空氣大量、快速地從飛艇頭部流入再從飛艇尾部流出。這種結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)是飛艇在空中經(jīng)由變位而構(gòu)成的空腔式副氣囊，使飛艇獲得比原來的容積更多的一個(gè)、二個(gè)以上的氣囊體包括副氣囊的容積，從而明顯地提高飛艇的性能和效率，飛得更高、裝得更多、安全一個(gè)變兩個(gè)，很經(jīng)濟(jì)的成本，完成更多更好的任務(wù)需要，例如，采用本方案上述各種空腔式副氣囊的務(wù)種大、小飛艇，用作為空中旅游觀光的飛艇，能長時(shí)間留在對(duì)流層和平流層離地面幾十公里以上地球的臨近太空的空間高空，使大量普通民眾的最低的幾千元人民幣的支出就能乘這種飛艇到高空觀光體驗(yàn)。空中大飛機(jī)是不能由一架當(dāng)成兩架、三架繼續(xù)留在空中飛行的，本方案的飛艇卻能在例如緊急狀態(tài)下由一艘突然變成2艘或3艘。
鑒于山區(qū)高原地域廣大，回程上行的位置可以設(shè)置多個(gè)，就近地讓發(fā)電列車回程上行，避免過多的水平行駛。對(duì)此，發(fā)電列車的拉索及其定滑輪/動(dòng)滑輪組和空盒結(jié)構(gòu)省力地吊運(yùn)牽拉方式可以單獨(dú)地用于在山坡斜面的特設(shè)的一段有齒輪的回程上行專用的齒輪鐵路上向上牽拉發(fā)電列車到高點(diǎn)，為此，下方的發(fā)電列車的輪軸兩端須加長一些以便安裝帶齒的專用車輪，用于在此齒軌鐵路上行駛。為了增加發(fā)電列車下行時(shí)的質(zhì)量及其動(dòng)能，其車廂骨架的中或后部采用縱向伸縮性的連桿支架結(jié)構(gòu)，相應(yīng)地，支架之間采用可伸縮折疊的不透氣軟性蓬布作為車廂外皮劈壁面，并且在車身的迎風(fēng)部位設(shè)置敞開的進(jìn)風(fēng)口，車輛向前行駛時(shí)，讓前方空氣鼓入使連桿支架活動(dòng)式地變長展開，容納更多的空氣從而增加車廂的質(zhì)量，由此增加車輛在下坡線路上的慣性能量，最終獲得增加發(fā)出的電力的效果；在回程上行時(shí)，收攏縮合該支架。
為了使下行的發(fā)電列車所牽引的拉索縮短長度，又能快速完成牽拉任務(wù)，設(shè)置由發(fā)電列車的車輪軸帶動(dòng)的增速齒輪以及由該增速齒輪帶動(dòng)的大直徑的收/放拉索的滾筒。