CN109958594A - 一种毛细管温差发电装置及其发电方法 - Google Patents

一种毛细管温差发电装置及其发电方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种毛细管温差发电装置及其发电方法，包括：一个或多个发电部件和一个闭式回路型毛细管；闭式回路型毛细管为多个竖直毛细管闭式回路连接，毛细管中抽真空后充注一定量的导电流体工质；发电部件包括两个中心对称的金属电极和两个中心对称磁铁，磁铁异极相对，闭式回路型毛细管的竖直毛细管固定的安装于所述发电部件的对称中心；发电时，将闭式回路型毛细管回路的两端分别作为加热端和冷却端，对加热端进行加热，冷却端进行冷却，从而使工质在毛细管中循环流动，导电流体切割发电部件中两个磁铁产生的磁感线，从而将产生的电流通过两个金属电极输出。本发明装置可用于小温差发电领域，如海洋温差发电、太阳能热发电、工业余热发电等。

Description

一种毛细管温差发电装置及其发电方法
技术领域
本发明涉及温差发电领域技术领域，尤其涉及毛细管内导电液体切割磁感线发电的一种毛细管温差发电装置及其发电方法。
背景技术
伴随着我国经济的迅猛发展，人们对于电能的需求也随之增大。在我国电力行业发展至今主要以火力发电为主，火力发电厂使用的燃料为化石能源，不可再生,并且化石能源的燃烧还会造成环境污染，因此利用余热和开发新能源发电日益重要。温差能也是一种能量，通过小温差就可以实现热力循环并发电，如利用工业余热发电、太阳能发电等，而海洋温差能是指海洋表层海水和深层海水之间的温差储存的热能，在全球海洋能中储量最大，目前利用海洋温差发电的研究也日趋广泛。
在远离大陆的岛屿上，不能将电能直接输送到岛屿上。温差热发电技术是一种利用高、低温热源的温差进行发电的技术，可应用于工业余热回收、太阳能、海洋能等温差发电领域。而工业余热可利用的热量有限，利用太阳能发电有间歇性和随机性，发电量与气候条件有关，在晚上或阴雨天就不能或很少量的发电，具有很大的局限性。海洋温差能十分稳定，无明显的昼夜变化，可开发量巨大，不需通过储能装置即可提供基本负荷所需电力。利用海洋温差供电可以保证孤岛供电的可能性和连续性，给保障岛屿供电提供了一个新思路，在未来电力行业的发展中具有重大的意义。
以往的温差热发电技术是一种利用高、低温热源之间的温差，采用低沸点工作流体作为循环工质，在朗肯循环基础上，利用高温热源加热并蒸发循环工质产生的蒸汽推动透平发电的技术，这种***结构复杂，耗能大。利用半导体发电材料成本高，并且材料的制造还会对环境产生污染。为解决以上这些问题，亟需一种结构简单，成本低，不需要任何运动部件，易于应用的温差发电装置。
发明内容
本发明提供了一种毛细管温差发电装置及其发电方法，以解决上述问题，提供一种结构简单，成本低，不需要任何运动部件，易于应用的温差发电装置。
为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。
本发明的一方面提供了一种毛细管温差发电装置，包括：一个或多个发电部件和一个闭式回路型毛细管；
所述的闭式回路型毛细管为多个竖直毛细管闭式回路连接，所述毛细管中抽真空后充注一定量的导电流体工质；
所述的发电部件包括两个中心对称的金属电极和两个中心对称磁铁，所述的磁铁异极相对，所述的闭式回路型毛细管的竖直毛细管固定的安装于所述发电部件的对称中心。
优选地，发电部件还包括两个对称的绝缘体，所述的磁铁分别固定于两个绝缘体中，所述的绝缘体将所述的竖直毛细管固定在所述两个金属电极中间。
优选地，金属电极的宽度大于所述竖直毛细管的直径时，所述的绝缘体为两个凸型的绝缘体，所述两个凸型的绝缘体的突出部位对称的将所述两个金属电极隔离，并且将所述竖直毛细管固定在所述两个金属电极中间,所述毛细管与电极绝缘。
优选地，金属电极为铜电极。
优选地，磁铁的宽度大于所述两个金属电极的水平距离。
优选地，磁铁的竖直高度大于所述金属电极的竖直高度。
优选地，发电部件还包括两个绝缘盖板，所述的绝缘盖板分别安装于所述金属电极的两侧，用于固定所述发电部件和金属电极，所述两个绝缘盖板的中间还分别设置有通孔，用于通过导线将绝缘盖板内的金属电极连接至负载。
优选地，装置中发电部件为多个时，多个发电部件安装于同一根竖直毛细管上或分别安装在所述闭式回路型毛细管的多个竖直毛细管上，所有的发电部件通过导线并联或串联，并连接到负载上。
优选地，导电流体工质为含金属纳米颗粒的流体，离子液体或导电溶液。
本发明的另一方面提供了一种应用发电装置发电的方法，包括：
将闭式回路型毛细管回路的两端分别作为加热端和冷却端，对所述的加热端进行加热，冷却端进行冷却，从而使导电流体工质在毛细管中循环流动，导电流体工质切割发电部件中两个磁铁产生的磁感线，从而将产生的电流通过两个金属电极输出。
由上述本发明的毛细管温差发电装置及其发电方法提供的技术方案可以看出，本发明通过利用小温差推动导电液体在闭式回路型毛细管内循环流动，切割磁感线产生电流，以达到利用小温差发电的目的，可应用于海洋温差发电、工业余热发电等。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为毛细管温差发电装置示意图；
图2为5种毛细管温差发电装置示意图；
图3为发电部件的A-A截面示意图；
图4为发电部件安装在毛细管上的示意图；
图5为发电状态示意图。
附图说明：
1闭式回路型毛细管 2发电部件 3金属电极 4绝缘盖板
5绝缘体 6磁铁 7通孔 8密封通道 9导线
10负载 11磁感线
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施方式，所述实施方式的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施方式是示例性的，仅用于解释本发明，而不能解释为对本发明的限制。
本技术领域技术人员可以理解，除非特意声明，这里使用的单数形式“一”、“一个”、“所述”和“该”也可包括复数形式。应该进一步理解的是，本发明的说明书中使用的措辞“包括”是指存在所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件，但是并不排除存在或添加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或它们的组。应该理解，当我们称元件被“连接”或“耦接”到另一元件时，它可以直接连接或耦接到其他元件，或者也可以存在中间元件。此外，这里使用的“连接”或“耦接”可以包括无线连接或耦接。这里使用的措辞“和/或”包括一个或更多个相关联的列出项的任一单元和全部组合。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
为便于对本发明实施例的理解，下面将结合附图以几个具体实施例为例做进一步的解释说明。
实施例1
图1为本实施例的一种毛细管温差发电装置示意图，参照图1，该装置包括：一个发电部件2和一个闭式回路型毛细管1。
其中，闭式回路型毛细管1为多个竖直毛细管闭式回路连接，毛细管中抽真空后充注一定量的导电流体工质，导电流体工质可以为含金属纳米颗粒的流体、离子液体或导电溶液。
需要说明的是，闭式回路型毛细管不受附图1限制，任何包含有多个竖直毛细管，并且闭式回路连接，毛细管中真空充注一定量的导电流体工质均符合本发明的要求，示意性地，图2为5种毛细管温差发电装置示意图。
图3为发电部件的A-A截面示意图，参照图3，发电部件包括两个中心对称的金属电极3和两个中心对称磁铁6，磁铁6异极相对(其中一个磁铁的N极与另一个磁铁的S极相对)，闭式回路型毛细管的竖直毛细管固定的安装于所述发电部件的对称中心(密封通道8)处，发电部件还包括两个对称的绝缘体5，磁铁6分别固定于两个绝缘体5中，绝缘体将所述的竖直毛细管(图中未示出)固定在所述两个金属电极中间。其中可以看出，金属电极的宽度(图中3的左右方向的长度)大于所述竖直毛细管的直径，绝缘体6为两个凸型的绝缘体，两个凸型的绝缘体5的突出部位对称的将所述两个金属电极隔离，并且将所述竖直毛细管固定在所述两个金属电极中间，即将竖直毛细管固定在密封通道8处，毛细管与电极绝缘。
需要说明的是，金属电极的宽度等于所述竖直毛细管的直径时或其他情况时，绝缘体的形状可以为两个长方体或其他形状，本发明不限于该绝缘体的形状，只要绝缘体的形状可以满足对金属电极和毛细管进行密封，均符合发明的保护范围。
其中，金属电极为铜电极。磁铁6的宽度(图3中磁铁6的上下距离)大于所述两个金属电极3的水平距离(图3中两个金属电极的上下距离)。磁铁的竖直高度大于所述金属电极的竖直高度，此处的竖直高度指发电部件安装在竖直毛细管上时与竖直毛细管竖直方向平行的高度。
发电部件还包括两个绝缘盖板4，绝缘盖板4分别安装于所述金属电极的两侧，用于固定所述发电部件和金属电极，所述两个绝缘盖板的中间还分别设置有通孔7，用于通过导线将绝缘盖板内的金属电极连接至负载。通过绝缘盖板4将绝缘体6与金属电极紧密相连组成一个密封通道8(方形、圆形或其他形状的通道，例如尺寸为2×2mm的方形通道)，形成良好密封，图4为发电部件安装在毛细管上的示意图，参照图4，导线9通过通孔穿出，毛细管路与密封通道8连接形成闭合回路，确保密封。
其中，绝缘盖板和绝缘体的材质可以为聚四氟乙烯、有机玻璃或树脂等。
需要说明的是，当发电部件为多个时，多个发电部件安装于同一根竖直毛细管上或分别安装在所述闭式回路型毛细管的多个竖直毛细管上，所有的发电部件通过导线并联或串联，并连接到负载上。
实施例2
图5为本实施例提供的发电状态示意图，参照图5，本实实施例提供了一种采用毛细管温差发电装置发电的发电方法，包括：将闭式回路型毛细管回路的两端分别作为加热端和冷却端，对所述的加热端进行加热，冷却端进行冷却，从而使导电流体工质在毛细管中循环流动，导电流体工质切割发电部件中两个磁铁产生的磁感线，从而将产生的电流通过两个金属电极输出。
具体为，闭式回路型毛细管内保持真空，并充注一定量的导电液体，液体在表面张力的作用下在管内形成长度不一的液柱和气塞并呈随机分布的状态。将闭式回路型毛细管1的两端分别作为加热端和冷却端，利用低温水对毛细管冷却端进行冷却，利用高温水对毛细管加热端进行加热。在闭式回路型毛细管的加热端，工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝端，在冷却端气泡冷却收缩并破裂，压力下降，由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，使得毛细管内的液体在冷热流体作用下循环流动，在闭式回路型毛细管的竖直毛细管上固定安装发电部件，通过发电部件产生磁感线，毛细管中的导电液体在循环流动的过程中不断的切割磁感线11产生电流，再通过金属电极和电线导出，从而发电并供负载10使用。
进一步地，冷热源可为冷热海水，将闭式回路型毛细管垂直放置在海洋浅层，闭式回路型毛细管内保持真空，充注一定量的导电液体，液体在表面张力的作用下在管内形成长度不一的液柱和气塞并呈随机分布的状态。用水泵将海洋深层低温海水抽到冷水集水器，流过闭式回路型毛细管上端对毛细管进行冷却后排到离毛细管较远的地方，可同样设置温水集水器利用海洋浅层温海水对毛细管下端进行加热。在闭式回路型毛细管的加热端，工质吸热产生气泡，迅速膨胀和升压，推动工质流向低温冷凝端，在冷却端气泡冷却收缩并破裂，压力下降，由于两端间存在压差以及相邻管子之间存在的压力不平衡，使得工质在蒸发端和冷凝端之间振荡流动，使得毛细管内的液体在海洋表层温海水和深层冷海水的温差作用下循环流动，切割磁感线产生电流，再通过金属电极和电线导出，从而发电。
本领域技术人员应能理解上述海洋发电的应用类型仅为举例，其他现有的或今后可能出现的采用本发明的毛细管温差发电装置的应用类型如可适用于本发明实施例，也应包含在本发明保护范围以内，并在此以引用方式包含于此。
在实际应用中，上述金属电极和磁铁也可以设置在发电部件的其它位置。本发明实施例并不局限上述部件的具体放置位置，上述部件在发电部件内部中的任何放置方式符合发电情况都在本发明实施例的保护范围中。
综上所述，本发明实施例通过在海洋内放置一种闭式回路型毛细管，利用海洋温差推动导电液体在毛细管内循环流动，切割磁感线产生电流，再通过金属电极和电线导出发电；不仅可以减少化石能源的使用，在一定程度上缓解了能源供需矛盾，还可以充分利用海洋温差，为独立的岛屿供电、深远海洋的仪器设备供电以及陆地上小温差发电。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于装置或方法实施例而言，由于其基本相似于装置实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种毛细管温差发电装置，其特征在于，包括：一个或多个发电部件和一个闭式回路型毛细管；
所述的闭式回路型毛细管为多个竖直毛细管闭式回路连接，所述毛细管中抽真空后充注一定量的导电流体工质；
所述的发电部件包括两个中心对称的金属电极和两个中心对称磁铁，所述的磁铁异极相对，所述的闭式回路型毛细管的竖直毛细管固定的安装于所述发电部件的对称中心。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的发电部件还包括两个对称的绝缘体，所述的磁铁分别固定于两个绝缘体中，所述的绝缘体将所述的竖直毛细管固定在所述两个金属电极中间。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的金属电极的宽度大于所述竖直毛细管的直径时，所述的绝缘体为两个凸型的绝缘体，所述两个凸型的绝缘体的突出部位对称的将所述两个金属电极隔离，并且将所述竖直毛细管固定在所述两个金属电极中间,所述毛细管与电极绝缘。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的金属电极为铜电极。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的磁铁的宽度大于所述两个金属电极的水平距离。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的磁铁的竖直高度大于所述金属电极的竖直高度。
7.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，所述的发电部件还包括两个绝缘盖板，所述的绝缘盖板分别安装于所述金属电极的两侧，用于固定所述发电部件和金属电极，所述两个绝缘盖板的中间还分别设置有通孔，用于通过导线将绝缘盖板内的金属电极连接至负载。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的装置中发电部件为多个时，多个发电部件安装于同一根竖直毛细管上或分别安装在所述闭式回路型毛细管的多个竖直毛细管上，所有的发电部件通过导线并联或串联，并连接到负载上。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述的导电流体工质为含金属纳米颗粒的流体，离子液体或导电溶液。
10.一种应用权利要求1-9任一发电装置发电的方法，其特征在于，包括：
将闭式回路型毛细管回路的两端分别作为加热端和冷却端，对所述的加热端进行加热，冷却端进行冷却，从而使导电流体工质在毛细管中循环流动，导电流体工质切割发电部件中两个磁铁产生的磁感线，从而将产生的电流通过两个金属电极输出。
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