CN100402845C - 用于产生能量的系统 - Google Patents

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Abstract

用于产生能量的系统包括溶剂室,压力室和半渗透隔板,所述半渗透隔板将溶剂室与压力室分隔开。溶剂室用于存放溶剂,压力室存放溶质溶液,所述溶质溶液包含溶解在溶剂中的溶质。半渗透隔板对于溶剂分子是可渗透的,对于溶质分子是半渗透的。溶剂分子越过半渗透隔板渗入封闭的压力室中的溶质溶液以增加压力室内的压力,从而产生流体静压力形式的能量。转换装置可以将压力室内增加的压力转变为能量。在使用后,溶质溶液可以排出或在使用之后再利用。

Description

用于产生能量的系统
背景技术
本发明涉及用于产生能量的系统和方法。更确切地说,本发明涉及将源于布朗运动的(通过气体或液体的扩散)动力学能量转变为有用的能量、力和功。
工业化发达国家的能源需求主要是由例如石油、煤和天然气等矿物燃料,或通过可裂变原料提供。矿物燃料以及原子核燃料的全球供应十分有限,然而,以当前的全球能量耗费水平,需要经过数百万年时间的自然过程形成煤和油仅需短短的几十年时间就被消耗完。而且,基于能量系统的燃烧引发特殊的环境问题,例如污染,和有关燃料的来源和利用的政治问题。
由于对传统能量来源的关注持续存在,和全世界能量利用率的增加,能量转变形式的研究变得越来越重要。本领域内的普通技术人员已经认识到,从长远的观点看,工业化发展共同体的能源需求将通过转换能源得到满足,例如核能,以及天然气体系和可再生资源,例如太阳能、风能、水能或地热能量等。当前,来自于再利用资源的电力在远离电力网的地区运用于专门的目的。例如,在边远地区太阳能可能被用于运转通讯设备或小水泵。太阳能的不足之处在于:在夜间没有太阳能,而且云层可以削弱太阳能。同样地,风能的可利用性是以存在运转设备所需要的最小速度的风速为条件的。对于工业化发展共同体来说,电力级的不可避免的变化和电力供应的中断使太阳能和风能并非理想地作为主要电力来源。
为了给建筑物,包括家庭、摩托车、运输系统和许多经常使用的设备供电,普遍需要清洁、经济、容易利用和可再生能量。通过消耗大量的,或可再生补给的而无需燃烧还原的燃料来产生电能的设备的能力取决于这种类型的能量供应和方法。对于能源来说,理想的是从国内可再生资源中获得无污染、经济、可存储、可运输、清洁、丰富和容易利用的能源。
发明内容
本发明提供将源于布朗运动的(通过利用气体或液体)动力学能量转变为有用的能量、力和功的系统和方法。本发明中用于解释说明的实施方案中的能量产生系统包括用于存放溶剂溶液的溶剂室,用于存放溶质溶液的压力室,和将溶剂室和压力室分隔开的半渗透隔板。所述隔板对于溶剂分子是可渗透的,对于溶质分子是不可渗透的。由于溶质和溶剂溶液的浓度不同,溶剂分子越过半渗透隔板渗入封闭的压力室中的溶质中以增加压力室内的压力,从而产生流体静压力形式的能量。
根据一个实施方案的一个方面,用于产生能量的系统包括溶剂室、溶质室和半渗透隔板。溶剂室存放溶剂溶液。压力室存放溶质溶液。半渗透隔板将溶剂室与压力室分隔开,而且半渗透隔板对溶剂分子是可渗透的,但是对溶质分子是不可渗透的。因此,溶剂分子能够越过半渗透隔板渗入封闭的压力室内的溶质溶液中以增加压力室内的压力,从而产生流体静压力形式的能量。溶质溶液可以是饱和溶液。半渗透隔板可以是薄膜。半渗透隔板可以是凝胶体。薄膜可以包含在滤筒中,其中滤筒对溶剂室是敞开的并且邻近溶剂室。所述滤筒可以是反渗透的滤筒。依照某些方面,溶质溶液的浓度维持在大体稳定的水平。依照某些方面,压力室包括未溶解的溶质晶体以保持所述溶质溶液为饱和的溶质溶液。溶剂室可以是敞开的或封闭的,例如用一个或更多的阀门控制溶剂室的打开和关闭。依照更进一步的方面,系统可以进一步包括用于将压力室中的流体静压力转变机械功的转换装置。所述转换装置可以包括与压力室相连接的第一活塞,其中活塞从第一位置向第二位置移动,所述移动响应于由于溶剂分子的扩散进入压力室所形成的增加压力。转换装置进一步包括隔膜,所述隔膜用于将压力室和与第一活塞相连接的液压流体分隔开。所述转换装置可以进一步包括与第一活塞连接的推杆,其中推杆的移动响应于第一活塞的移动。也可以是机械装置与所述推杆连接,其中推杆的移动用于操作机械装置。所述机械装置可以包括交流发电机、发电机、齿轮、飞轮、液压马达和杆。实施方案的各个方面包括用于移动活塞回到第一位置的回程系统。所述回程系统包括用于推动推杆的返回弹簧。回程系统可以进一步包括第二系统,所述第二系统包括第二溶剂室、第二压力室、用于分隔第二压力室和第二溶剂室的第二半渗透隔板和第二活塞,所述第二活塞响应于从第二溶剂室流出越过半渗透隔板渗入第二压力室的溶剂流而移动,其中第二活塞推动第一活塞回到第一位置。在具有回程系统的实施方案中存在排放系统,当第一活塞返回第一位置时,所述排放系统吹净以排出溶质溶液。在具有回程系统的实施方案中,还有当第一活塞返回第一位置之后,用于循环溶剂的再循环系统。所述再循环系统使用一部分由生产能量的系统所产生的能量。所述在循环系统包括吹净接收室,所述吹净接收室在活塞回程到第一位置期间收集从排出通道排放的溶质溶液。所述再循环系统进一步包括与吹净接收室连接的加热装置,该装置用于将溶质溶液中的溶剂蒸发为溶剂蒸汽,而且保持溶质残留物的固体形态。加热装置可以利用来自辐射热源的热。所述加热装置可以利用来自电力加热装置的热。所述再循环装置进一步包括用于接收来自吹净接收室的溶剂蒸汽的冷凝器,将溶剂蒸汽转变为液态溶剂并将液态溶剂送回溶剂室。所述再循环装置可以进一步包括真空泵,该真空泵在吹净接收室内运用真空以形成与加热装置结合的溶剂的较低蒸气压力以便于蒸发溶剂。再循环装置进一步包括溶质再循环装置,该溶质再循环装置在溶剂蒸发后将溶质残留物送回到压力室。吹净接收室可以将溶质溶液冻干或浓缩溶质。依照另一方面,缓冲室可以与压力室相连接以将压力室内的压力设定为需要的压力。缓冲室可以用压缩气体充满并可以包括分隔压力室的溶质溶液和缓冲室内的压缩气体的弹性隔膜。依照实施方案的另一方面,控制阀用于限制溶剂从溶剂室流出越过隔膜渗入压力室。节流装置可以控制溶剂从溶剂室流出穿过隔膜。溶剂可以包括水溶液,甲醇、液态溴及其混合物。溶质可以包括NaCl、AlCl3、LiCl、可溶解溶剂酸、盐基、无机酸的金属盐、有机酸的金属盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、蔗糖、胶质渗透剂、有机或无机聚合体、蔗糖、酒精及其混合物中的任何一种或多种。滤筒可以安装在压力室的内部。滤筒包括被隔板分隔的隔膜的两层以形成袋子。系统可以包括多个活塞。系统还包括多个隔膜滤筒。实施方案的各个方面也包括描述的实施方案的个别方面的各种不同的结合。
依照实施方案的其他方面,产生能量的方法可以包括提供用于产生能量的系统,该系统包括溶剂室,压力室和用于分隔溶剂室和压力室的半渗透隔板;在溶剂室中充满溶剂;在压力室中充满包含溶质和溶剂的溶质溶液;使溶剂从溶剂室向隔膜流动,以致溶剂分子越过半渗透隔膜渗入溶质溶液中,从而增加压力室中的压力;并将压力室内增加的压力转换为能量。所述方法可以进一步包括将溶质溶液从压力室中排出。所述方法还可以进一步包括在压力室排出溶质溶液之后再循环利用溶质溶液。所述方法还可以包括再循环含有从溶质溶液中的溶剂分子分离出的溶质分子。从溶剂分子中分离溶质分子可以包括蒸发溶剂。所述方法包括包含将蒸发的溶剂冷凝为液态溶剂的分离。经过冷凝之后,所述方法包括将液态溶剂送回溶剂室。最终溶质分子能够返回压力室。
依据实施方案的另一方面,用于产生和维持稳态高压的方法可以包括提供用于产生能量的系统,该系统包括溶剂室、压力室和用于分隔溶剂室和压力室的半渗透隔板;在溶剂室中充满溶剂;在压力室中充满溶质溶液;使溶剂从溶剂室向隔膜流动,以致溶剂分子越过半渗透隔膜渗入溶质溶液中,从而增加压力室中的压力。所述方法可以包括对溶剂室施加压力。对溶剂室施加压力可以包括使用与溶剂室连接的外压泵。上述任何一种方法可以进一步包括将压力室内的压力转变为能量。当使用外压泵时,该外压泵可以使用一部分由压力室内增加的压力转变的能量进行供电。
依据实施方案的更进的一方面,用于产生真空的方法包括提供装置,所述装置包括封闭的溶剂室、敞开的压力室和分隔溶剂室和压力室的半渗透隔板;在溶剂室中充满溶剂;在压力室中充满溶质溶液;使溶剂从溶剂室向隔膜流动,以致溶剂分子越过半渗透隔膜渗入溶质溶液中,从而在压力室中留下空间。所述方法进一步包括将溶质溶液从压力室中排出。所述方法也可以包括控制从溶剂室流出的溶剂的流量。
依据实施方案的进一步的另一方面,提供用于在产生能量的系统中将压力室与溶剂室分隔的隔膜滤筒。所述滤筒包括第一层、第二层和支托。所述第一层包括溶剂分子可以通过的,并防止溶质分子通过的材料。所述第二层包含溶剂分子可以通过的,并防止溶质分子通过的材料,其中所述第二层与第一层接合以形成有口袋的袋子。所述支托安装在袋子的口袋内部。其中第一层和第二层是接合的,以致袋子的三边封闭而第四边敞开。所述隔膜滤筒包括附着在袋子的第四边的穿孔试管。隔膜滤筒可以包括一个或更多的用于将穿孔试管与溶剂室密封的O型圈。隔膜滤筒经过配置放置在压力室的内部并与溶剂室连接。最终,所述隔膜滤筒可以包括与液囊的另一边连接的第二穿孔试管。
附图说明
在附图中,相似的附图标记指代相似的元素。
附图1是依据本发明的示例性实施方案中的能量产生系统的流程图。
附图2a是依据本发明的另一个实施方案举例说明包括反渗透滤筒的能量产生系统。
附图2b是举例说明适合于在附图2a中执行的能量产生系统的反渗透滤筒。
附图3是动力供应系统的流程图,该动力供应系统包括依据本发明的示例性实施方案的附图1中的能量产生系统。
附图4举例说明附图5的系统中的转换装置的实施方案。
附图5举例说明附图2a的系统中的再循环系统的实施方案。
附图6举例说明依据本发明的另一个实施方案的动力供应系统。
附图7依据本发明的另一个实施方案举例说明包括多个活塞,和半渗透隔膜滤筒的动力供应系统。
附图8是附图7中动力供应系统的压力室的侧视图。
附图9举例说明依据本发明的另一个实施方案的动力供应系统。
附图10A是计算能量平衡图表的上半部分;以及
附图10B是计算能量平衡图表的下半部分。
具体实施方式
本发明提供用于产生能量的改进的系统和方法。本发明提供高效、低耗、利用可再生能源的产生能量的系统。以下将结合示例性实施方案描述本发明。本领域内的普通技术人员将认识到本发明可以在各种不同的应用和实施方案中执行并且其应用不局限于本文中描述的特别的实施方案。
能源
在液体和气体的系统中,分子是持续的运动--布朗运动。所述运动直接关系到周围的温度,例如温度越高,分子运动中的动态能就越多。在没有其它变化的情况下,例如,系统中加倍的温度将使布朗运动动态能提高两倍。正如在其它的液态或气态的系统中,在发明设备的腔室中产生布朗运动以及在所述腔室收集的动态能量直接关系到周围的温度。来自周围环境的热(最终源于太阳)提供溶剂分子的布朗运动所需要的能量,所述溶剂分子越过溶剂可渗透隔板渗入溶质溶液,例如,从高溶剂浓度带向较低溶剂浓度带流动。因此,驱动发明系统的能量是来自太阳的能量。
当半渗透隔板分隔两种不同浓度的液体时发生渗透,例如,含有不同盐分的两种溶液。正如本文中使用的,术语“渗透”是指溶剂分子从高溶剂浓度越过半渗透隔板向低的溶剂浓度递减以降低溶剂浓度的趋势。正如本文中使用的,术语“溶剂”和“溶剂溶液”是指可以溶解的或容易与其它的物质混合的液态物质。正如本文中使用的,术语“溶质”是指可以溶解的或被溶解的或者容易与溶剂混合的物质。正如本文中使用的,易于混合的物质是指可以相互溶解的物质,例如任何数量的一种物质可以溶解于任何数量的其它物质中。出于讨论的目的,所述易于溶解的“溶剂”分子可以通过隔膜,然而,所述“溶质”分子不能通过隔膜。正如本文中使用的,术语“溶质溶液”是指包含溶剂和溶质的溶液。正如本文中使用的,术语“半渗透隔板”是指多孔渗透的、防水的、亲水的或由有机或无机原料组成的溶剂分子可以通过而溶质分子不能通过的带电隔板。正如本文中使用的,术语“半渗透隔膜”是指多孔渗透膜,该多孔渗透膜由有机或无机原料制成,溶剂分子可以通过而溶质分子主要由于分子的大小而不能通过。半渗透隔板或半渗透隔膜可以包括凝胶体基质,或当允许溶剂分子通过时,大孔的离子与用于固定或俘获溶质分子的水珠进行置换。渗透的例子是水从低溶质浓度带通过半渗透隔膜(例如活细胞的细胞质膜)流入高溶质浓度带的趋势。
为达到平衡,液体越过半渗透隔板流入较高浓度的溶液直到隔膜的高浓度一边的压力达到或超过渗透压力。正如本文的应用,术语“渗透压力”是指由于溶剂分子越过半渗透隔膜渗入溶质室的纯单向性运动所导致的流体静压力达到的点,所述流体静压力足够高以防止溶剂越过半渗透隔膜的进一步的运动。术语“渗透压力”也可以指运用于系统以产生足够高的能够防止溶剂越过半渗透隔膜的进一步的运动的流体静压力的压力。运用的压力等于或大于半渗透隔板一边的渗透压力,包括较高浓度溶液阻止液体从有较低浓度的第二边越过半渗透隔板流入第一边。因此,为了阻止从半渗透隔板的溶剂一边流向溶质一边的水的单向流动,例如,越过半渗透隔板流到浓度带的水的单向流动,运用于半渗透隔板的溶质一边的压力等于或相对于受溶剂扩散影响的递减溶剂浓度。所述溶液的渗透压力通过范特霍夫方程来估计。术语“范特霍夫方程”是指下列等式π=cRT,其中:π=渗透压力;c=全部离子的摩尔浓度数;R=气体常数=0.082;T=绝对温度。
随着时间的流逝,由于渗透产生的实质均衡的压力,溶剂分子(例如水)的扩散或溢出到半渗透隔板的两边进行平均分配。正如本文中使用的,术语“扩散”是指气体或液体分子的种类从高浓度区域向低浓度区域运动的趋于平均分配分子的趋势。正如本文中使用的,术语“溢出”是指分子越过半渗透隔膜或隔板的运动。例如,仅仅是防止新鲜的水(溶剂)在错误的方向通过反渗透膜进入海水的通道,人们必须在半渗透隔板的海水一边使用大约28bar(巴:压强单位)的压力(1巴相当于1公斤/厘米2的压力和1大气压)。28巴的压力不能产生新鲜的水,只是导致流向带的纯流动,例如,在一个方向上的流动等于另一个方向上的流动。为了迫使水通过隔膜后剩下海水中的盐,使用的压力必须超过28巴(406帕斯卡)。实践中,35-55巴(508-798帕斯卡)的压力通常用于反渗透(RO)过程中。术语“反渗透”是指过程,在该过程中将大于溶质溶液的渗透压力的压力应用于逆转溶剂越过半渗透隔膜的纯单向运动以阻止溶剂浓度递减;从海水中生产新鲜水的过程。
附图1依据本发明的示例性实施方案举例说明用于产生能量的能量生产系统10。所述系统10包括用于存放溶剂溶液的溶剂室20,用于存放溶质溶液的压力室30。半渗透隔板40,例如半渗透隔膜,用于将溶剂室20与压力室30分隔开。所述示例性的隔板40对于溶剂分子是可渗透的,例如水分子和其它的小溶剂,而对于溶质分子是不可渗透的,例如NaCl,以允许溶剂分子越过隔板,而阻止溶质分子流过隔板。依据所述示例性实施方案,在溶剂室20中的溶剂溶液和压力室30中的溶质溶液具有不同的浓度。溶剂溶液和溶质溶液之间的浓度差致使溶剂分子从溶剂室20越过半渗透隔板40渗入压力室30中的溶质分子中。当压力室30关闭时,从溶剂室20流向压力室30的纯单向性溶剂流动逐渐增加压力室30中的动态能,例如,使流体静压力增加。压力室的压力逐渐提高直至流体静压力足够充分,例如,等于或大于渗透压力,以阻止溶剂越过半渗透隔板40渗入压力室30的纯单向性流动。
本领域内的普通技术人员将认识到压力室、溶剂室和半渗透隔板可以有任何合适的结构、尺寸或配置。
在示例性能量产生系统10中使用的溶剂可以包括任何适合的用于溶解物质的液体或气体。适合的溶剂包括,但不限于水、水溶液、有机溶剂例如甲醇和甲醇溶液,无机溶剂包括液态溴、汞、液态汞及其结合。溶质可以包括任何适合的不能越过半渗透隔板的物质,但是它们将形成含有溶剂的溶液。在示例性能量产生系统10中使用的溶质可以包括任何适合的物质,所述物质可以与溶剂结合以形成溶质溶液。适合的溶质包括,但不限于AlCl3、蔗糖、NaCl、LiCl、FeCl3、可溶解溶剂酸、盐基、无机酸的金属盐、有机酸的金属盐、氯化物、硫酸盐、硝酸盐、蔗糖、胶质渗透剂、有机或无机聚合体、蔗糖和酒精。溶质优选可溶解于溶剂或易与溶剂混合的物质,例如甲醇,小分子量的有机分子,和长链乙醚,例如辛醇或安息香酸,由于甲醇易于与其它提到的有机分子混合可以作为溶质和溶剂使用。任何适合的物质可以作为溶剂或溶质使用,保留对溶质或易于混合的物质提供的完整的半渗透隔板,例如溶剂分子可以越过半渗透隔板而溶质分子不能。
溶剂或溶质可以包括气体,所述气体可能以气态或液态的形式使用,提供一种可以越过半渗透隔板的气体分子,然而无论什么原因,其它分子都不能通过。适合的气体包括,但不限于二氧化碳、氮气、氦气、氩气、气态有机分子(例如甲烷、乙烷、丙烷和丁烷),或气态无机分子(例如,氧气、氯气、氟气、二氧化碳、氮气、氦气、氩气)。更进一步,所述分子的形态,例如气态或液态,取决于温度和/或压力。
溶质和/或溶剂也可以包括两种有机分子,其中一种分子足够小以通过经过选择的半渗透隔板,并且对于第二有机分子起到溶剂的作用。可以替换地,所述两种分子是易于混合的,并且第二种分子有能够防止隔膜渗透的尺寸。例如,能量产生系统中的半渗透隔板是经过选择的以阻止不带电的有机分子(作为溶剂使用)快速进入压力室,而阻止来自通道的第二分子借助隔板上的电荷。可替代的是,溶剂和隔板经过选择是本质上不能溶于水的,然而溶质有足够的电荷以阻止其越过半渗透隔板的通道。
依据示例性实施方案,压力室内的溶质溶液是饱和的溶质溶液,以确保溶剂溶液和溶质溶液之间稳定的浓度差。压力室可以包括溶质的固体颗粒状物或晶体以维持溶质溶液的饱和状态。本领域内的普通技术人员将领会溶剂和溶质溶液可以有不同的浓度,只要溶质溶液中的溶剂浓度不相同或低于溶剂室内的溶剂浓度。
溶剂分子从溶剂室20扩散进入压力室30是被渗透原理控制的。例如,如果溶液中的溶质分子,例如:氯化铝AlCl3被引入一定量的溶剂中的高浓度点,例如水,分子将分离为离子。每一个铝盐分子分离为四个离子:一个正电荷Al+++,和其他三个负电荷Cl-。分离的Al+++和Cl-离子将通过布朗运动扩散到溶剂中直到离子的分配均衡贯穿于溶剂。更进一步,当AlCl3加入到水中时,液体的总体积将直接由于加入的盐的数量而增加,因为两种分子不能同时占据同一空间。铝盐继续渗入溶液中直到达到饱和点,超过饱和点时,除非物理条件发生改变,额外的盐将停止加入溶液。水中氯化铝浓度的饱和条件是15℃时699gL -1 或摩尔浓度为5.25M。在饱和点的离子浓度总数为5.25×4=21.0M。溶解盐的密度除以其重量(699gL-1/2.44g mL-1=286ml溶液盐/公升)给出溶液中盐所占的体积。
因此,在1000mL的饱和盐溶液中,盐占据的体积是286mL以及水占据的体积是1000ml-286ml或714ml L-1。纯水的浓度是1000gL-1/18g mol-1=55.56mol L-1或55.56molar H2O。水中饱和的AlCl3的给定的实施方案中,其中盐占据286ml,水的浓度从55.56M降到39.67M,减少28%。如果半渗透隔膜或其他半渗透隔板将纯水与水中饱和的氯化铝溶液分隔,则在半渗透膜的第一边(纯水)有55.56M的H2O,在另一边(饱和氯化铝溶液)有39.67M的H2O。水分子通过半渗透隔膜的两个方向上的孔溢出,但是水的纯单向性流动是从较高的水浓度流向较低的水浓度,例如,水沿着浓度递减趋势趋于平衡半渗透膜两边的浓度。如果包含饱和的AlCl3溶液的半渗透膜分离室是敞开的腔室,下一段的水分子逐渐增加溶液的体积并且伴随按比例稀释溶质浓度。所述水没有到达,只是接近半渗透膜两边均衡的浓度并且一边的溶质不能通过半渗透隔膜。因此,水的纯单向性运动继续从高的水浓度流向低的浓度一边直到半渗透隔板溶质一边的主要的压力足以产生使水在两个方向上的渗入达到平衡的摩尔比,例如,在溶质一边的水的高度足以阻止在一个方向上的水的纯流动。
人们使用范特霍夫方程对浓缩的AlCl3溶液来估算压力室内获得的潜在压力,假设保持半渗透隔板的完整性以及半渗透隔板排出溶质分子的100%的有效性。
π=(5.25mol AlCl3×4ions/ml NaCl)×0.082×300=517巴
517Kg(cm2) -1 ×14.2lbs/英寸 2 =7354帕斯卡.进一步,较高的压力对于将AlCl3作为溶质和甲醇作为溶剂分子使用是可行的。AlCl3将溶解于甲醇溶液1000gL-1的甲醇(12.5℃)中。根据范特霍夫方程,AlCl3的饱和甲醇溶液的渗透压力是1000g AlCl 3 L -1 溶液/133.34gmol-1×4moles ions mol-1 AlCl3×0.082×300=738巴;738巴×14.2帕斯卡巴-1=10,479帕斯卡。
对于LiCl,也可以溶解于甲醇中,424gLiCl L -1 35℃的甲醇有计算的渗透压力势为428g/42.39g mol-1×2mol ions/mol[LiCl]×0.082×300=497巴(7075帕斯卡)。
水中可以比较的饱和LiCl的渗透压力是1030巴。
888gLiClL-1H2O(36℃)/42.39×2×0.082×300=1030巴(14,626帕斯卡)。
从溶剂室20流向压力室30的溶剂流速取决于几个因素。例如,溶剂流速可以根据以下因素而变化:(i)半渗透隔板40的表面积;(ii)半渗透隔板40上的孔大小;(iii)半渗透隔板40上打开的孔的面积的总和;(iv)压力(分子活动,布朗运动);(v)在溶剂室20中使用的压力或其他因素。溶剂流速也依据以下因素进行逆变化:(vi)溶剂的粘性;(vii)压力室30中的流体静力学压力,以及(viii)在半渗透隔板上40的溶剂的表面张力。
随着溶剂逐步运动越过半渗透隔板40,压力室30中的液体体积由于压力室30的膨胀而趋于增加。示例性发电机10中的压力室30和/或溶剂室20利用阀门或其他适合的装置控制可以是敞开的或关闭的。
在封闭的压力室30中含有浓缩的溶质和过剩的溶质晶体,来自溶剂室的额外的溶剂分子并不改变溶质浓度,由于溶质维持在溶质饱和溶液是通过下一段溶剂的溶质晶体的逐步融解来实现的。结果是,可以获得和维持压力室30中稳定的高压。
根据另一个实施方案,能量产生系统10可以用于在封闭的溶剂室20中产生和维持真空。为了产生和维持真空,溶剂室20优选封闭的、限定体积的并在开始操作时包含溶剂的空间。由于渗透导致位于溶剂室20中的溶剂之上的逐渐扩大空间20V中的压力(真空)逐步降低,以致当溶剂越过半渗透隔板40渗入压力室30时产生交叉点。在产生真空的模式中,优选敞开的压力室30,尽管本领域内的普通技术人员将认识到当在溶剂室中产生真空时,压力室可以是关闭的。尽管所述真空不断发展,溶剂分子越过半渗透隔板40的纯单向性流动持续到溶剂室20空闲,或溶剂的蒸气压力达到溶剂沸腾点。溶剂沸腾的事实并不阻止溶剂分子的继续越过半渗透隔板40渗入敞开的压力室30。
发电机10可以包括与溶剂室20连接的,用于在溶剂室20中的溶剂之上产生真空的外部真空泵(未显示)。
在另一个实施方案中,如附图2a所示,能量产生系统10中的半渗透隔板40包括放置在压力室30内部的隔膜滤筒400,例如反渗透滤筒。滤筒400包括安装在有内部的支托上的半渗透隔膜。隔膜滤筒的内部与溶剂室流动连接,滤筒的外部与溶质溶液是接触。溶剂室20的空间包括滤筒400的内部。隔膜滤筒400可以有任何适合的尺寸和取决于应用的配置。所述隔膜滤筒400可以包括商业上可以获得的半渗透隔膜滤筒,例如Dow FilmtecRO隔膜,虽然本领域内的普通技术人员将认识到本发明不限于描述的实施方案。
反渗透隔膜滤筒的配置适用于附图2b所示的能量产生系统10中。示例性隔膜滤筒对于经过选择的分子大小的溶质是不可渗透的,对于溶剂是可渗透的,并构建相对大的表面积,该表面积可以抵挡隔膜的溶质一边的高压。
在任何配置中,溶剂室20直接与半渗透隔板连接。例如,溶剂室可以与安装在溶剂室20和压力室30之间的反渗透滤筒400的连通。即使所述半渗透隔膜如附图2b所示盘绕以形成溶剂室20的整体的部分,优选将其放置在压力室30的内部。所述渗透滤筒可以采用多种形式,但是优先考虑由两个隔膜层40a、40b组成的,被精细的、纤维状的、网络状惰性分隔物/支托分隔开。分隔物支撑压力下的隔膜层并保护隔膜层免受由于压力室和溶剂室之间的压力差的破坏。隔膜层被连接和密封以形成有内部分隔物的液囊,所述分隔物附着或松散在液囊的内部。在一个实施方案中,所述半渗透液囊是三边封闭而第四边敞开的。敞开的第四边被紧扣并密封在穿孔试管401上。在示例性的实施方案中,溶剂从溶剂室流出,通过溶剂通道200,所述溶剂通道将压力室30与溶剂室20连接,并与试管401相接。溶剂流经试管401并在平息之前通过隔膜层流入液囊。使用适合的密封件密封滤筒与溶剂室,如附图2a,2b所示,所述密封件(例如O型圈403)被放置在试管401的末端以将试管末端密封于溶剂通道200之内。所述滤筒可以根据运用采用各种不同的尺寸,并且与用于海水、自来水、工业污水、或污染的环境水的脱盐作用的相似或相同的滤筒。也可以使用孔尺寸较大的渗析隔膜,作为其他的半渗透隔膜适于在允许溶剂分子通过时保留溶质。
依据另一个实施方案,滤筒400可以包括附着或密封于隔膜液囊的相对边末端的第二穿孔试管。隔膜液囊可以通过任何适合的装置盘绕并紧扣在穿孔试管的相对末端上。第二穿孔试管的使用允许定期或持续地冲刷半渗透隔膜滤筒400的溶剂室一边,以防止溶质分子出于任何原因在溶剂室20中堆积。本领域内的普通技术人员将认识到任何适合的装置或防止溶质分子的浓度增加的过程被作为本发明的实施方案包括。例如,溶剂脉冲可以通过滤筒半渗透隔膜的整个内部并冲刷任何可能堆积的溶质分子。溶质冲刷的结果是,溶剂分子越过半渗透隔膜的纯单向性流动达到最大。
依据另一个实施方案,半渗透隔板包括凝胶体基质或多孔的离子置换珠用于固定或俘获溶质分子,同时允许溶剂分子通过。
为了操作系统10,用溶剂充满溶剂室20。溶剂室20邻近至少半渗透隔板40的一边的一部分。半渗透隔板可以包括与反渗透中使用的相同或相似的滤筒形式的隔膜,尽管领域内的普通技术人员将认识到本发明不限于所描述的配置。易混合的物质或饱和的溶质溶液用于充满压力室30。压力室30优选包括用于将溶质溶液维持在饱和状态的溶质晶体。一旦溶剂室20和压力室30被充满,溶剂将从溶剂室20越过半渗透隔板40以纯单向性流动扩散渗入压力室30。
在操作期间,压力室30中的压力可以数百倍大于溶剂室20的压力或数百倍高于大气压。越过半渗透隔板40的压力室30和溶剂室20之间的压力差被直接分配。
如附图3所示,示例性能量产生系统10可以在动力供应系统100中执行用于向机械装置70供电。如图所示,电力供应系统100包括用于将压力室中的流体静力学压力转换为用于驱动机械装置70的机械功的转换装置60。正如本文所使用的术语“功”是指由沿着力(千克×米)的方向上的位移所产生的增倍的力。示例性动力供应系统100可以包括再循环系统50,所述再循环系统50循环利用用于产生能量的并回馈到溶剂室20的再利用的分子物质。依据一个方面,再循环系统使用由系统10产生的一部分能量供电。
附图4举例说明转换装置60的实施方案,所述转换装置60适于将压力室30中由于溶剂分子从溶剂室流入而增加的压力的转换为机械功。如图所示,转换装置60包括与压力室流动连接的活动隔膜67以吸收压力室30中变化的压力。连接通道307的连接阀311控制从压力室流向隔膜的液体的流速。压力室中增加的压力是由于溶剂通过半渗透隔板在隔膜67上施加的压力所产生的。隔膜67将压力室与液压流体68分隔,所述液压流体与在第一气缸62中的第一活塞69连接。对应于由于压力室30中增加的压力所产生的隔膜67的偏转,液压流体68推动第一活塞69前进,所述第一活塞依次推动第二气缸63中的第二较大的活塞64。第二活塞64的较大的表面积迫使液压流体71流入第三气缸75,所述第三气缸有较小的直径。第三气缸75依次驱动推杆78前进。相对于第一活塞69推杆78运动较快。在推杆78全速前进之后,由于压力室30中增加的压力,推杆78往复运动回到初始位置。
与推杆78连接的机械装置70中的任何部件都可以被系统直接或间接驱动。例如,机械装置可以包括交流发电机、发电机、齿轮、飞轮、液压马达和杆或任何其他能够被往复运动的推杆驱动的装置。
转换装置60可以也包括排出通道77,所述排出通道77与用于排出经过利用的来自系统的溶剂和溶液的连接通道307相接合,并且也包括用于控制流经排出通道的流体流速的排出阀73。当推杆78在前进的方向上全速前进之后,介于转换装置和压力室之间的连接阀311关闭,同时排出阀73打开以允许液体通过排出通道。返回弹簧或其他适合的装置,反转推杆78的运动方向使其回到初始位置。在排出阀73打开后,由于压力回到一个大气压,所以没有阻力或很小的阻力防碍推杆78返回。当排出阀73关闭时,第一活塞69、第二活塞64和隔膜67回到各自的初始位置。返回运动导致溶剂溶液充满连接通道以排入排出通道77。
依据另一个实施方案,用于使推杆78返回初始位置的装置可以包括第二动力供应系统,所述第二动力供应系统与第一动力供应系统操作连接。第一和第二动力供应系统优选相互操作的模式,以致第二动力供应系统的推杆通过前进方向上的移动推动第一动力供应系统的推杆回到初始位置,反之亦然。
在通过排出通道77吹净周期中,由于与流入腔室30的溶剂体积基本相等的溶剂被排出,压力室30中的体积在较小的变化内保持大体稳定。
在某些情况下(例如当单一活塞从压力室30操作时),溶剂越过半渗透隔板40的流速可以根据吹净77的体积有微小改变。在这种情况下,吹净体积将等于使第一活塞69向前运动的被移位的液压流体68加上在第一活塞69返回其初始位置期间流入压力室30溶剂的体积。
附图5举例说明用于再利用溶剂和溶质溶液的再循环系统50的实施方案,所述再循环系统50可以与排出通道77连接。示例性再循环系统50包括用于接收排出的溶剂和溶质的吹净接收室56。所述吹净接收室56蒸发排出的溶质溶液中的溶剂。本领域内的普通技术人员将认识到任何合适的装置,例如加热装置,可以被用于蒸发溶剂。优选的是,吹净接收室56将排出的溶质溶液中的溶质烘干,然后按任何适当的传输装置设计好的间隔将烘干的溶质返回到压力室30中。在蒸发之后,蒸发的溶剂进入连接的冷凝器57中,所述冷凝器57将蒸发的溶剂从蒸气态冷凝为液态。液态的溶剂被循环到溶剂室20中,能量产生过程重复使用再循环的溶剂和溶质。
在示例性配置中,吹净接收室56、冷凝器57和溶剂室20都是密封结合的,而且整个内部空间处于或接近溶剂蒸发的压力的真空。维持溶剂室20中的温度以及在给定的低压下(例如真空)冷凝器在溶剂的蒸发压力点或低于该点促进溶剂的蒸发,以及在冷凝器57中将蒸气转变为液体流入并在溶剂室20中保持液态。例如,减少溶质溶液中的溶剂上的压力,所述溶质溶液从排出通道排入吹净接收室56中,降低溶剂沸点,允许在较低的温度实现蒸发,从而保存能量。
正如实施例,水在760毫米汞柱(1大气压)的沸点是100℃,然而水在100毫米汞柱下51℃时蒸发。另一个实施方案是溶剂分子,FeCl3、LiCl和FeCl3中的溶剂易于溶解,在760毫米汞柱64.5℃时蒸发;然而,甲醇在100毫米汞柱21℃时蒸发。异丙醇是具有比H2O溶剂的沸点低的例子。用于蒸发溶剂或溶质的动力可以来自一部分由能量产生系统10供电的交流发电机或发电机提供的能量。
真空可以通过溶剂分子从溶剂室20扩散到压力室30而留下空间在溶剂室20,吹净接收室56和冷凝器57中产生或维持,如上所述。依据优选的实施方案,溶剂室中的溶剂上的低压(真空)在较小的变化范围内维持恒定是通过相对于适合的时间间隔选择性地打开和关闭溶剂室来实现的。本领域内的普通技术人员将认识到外部的或用螺栓固定的真空泵也可以用于获得和/或维持真空。
在转换装置60的第一活塞69返回初始位置期间,吹净的溶剂/溶质体积被推动通过排出通道77,经过排出阀73并进入吹净接收室56。在吹净接收室被充满之后,排出阀73关闭以及在吹净接收室和溶剂冷凝器之间的阀打开以将溶剂蒸气输送到冷凝器57中。吹净接收室可以包括用于加热溶剂/溶质溶液的加热线圈560。为启动蒸发,开关被推到“开”,致使液流流过加热线圈,所述加热线圈加热和蒸发溶剂。冷凝器57也处于与吹净压力室56相同的真空之下,冷凝器维持比吹净接收室56的温度更低的温度,所述吹净接收室56的优选温度低于溶剂蒸发压力点的温度,以将溶剂蒸气转变为液体。在冷凝之后,例如,通过重力,液态溶剂从冷凝器57流入溶剂室20。
依据另一个实施方案,溶质可以通过冻干或冷凝从溶质溶液中的溶剂分离出来,所述溶质经过冰冻从溶剂中排出的溶质分子。
本领域内的普通技术人员将认识到再循环系统50,例如,吹净接收室56,冷凝器57和相关的通道,并不是必须附着在系统10中,但是可以独立存在和/或分离于系统存在。本领域内的普通技术人员也将认识到再循环系统50并不限于示例性的实施方案并且再循环系统可以由任何适合于排出使用过的来自压力室30的溶质溶液的尺寸、配置、数量和部件种类。
示例性的动力产生系统100可以在若干操作模式下运行。以下描述的各种不同的操作模式中的每一种都可以被认为是独立的,尽管真实的系统操作可以同时采用多个或全部的“操作模式”。如上文所描述的,系统可以用于产生贯穿于溶剂越过半渗透隔板的流动的压力或真空。可替换的是,系统100可以通过螺栓紧固迅速产生压力或真空;用一部分由本发明的装置所产生的动力操作的泵,本身或通过电池集成到装置中。示例性动力产生系统可以通过以下四种模式操作:(i)只用压力;(ii)只用真空;(iii)压力/真空;(iv)压力/真空,和/或压力/压力。
附图6举例说明依据本发明的另一个实施方案的动力供应系统。如图所示,动力供应系统100’包括能量产生系统10,所述能量产生系统10包括溶剂室20、隔膜滤筒400形式的半渗透隔板40,和压力室30。动力供应系统100’也包括再循环系统,例如附图5中所示的再循环系统50,和转换装置,例如附图4中的转换装置60。
示例性动力供应系统100’包括流量限制装置,例如阀22用于控制液体溶剂从溶剂室流向压力室的流动。依据一个实施方案,阀22包括用于选择性地节流或阻塞溶剂流动的针阀,所述溶剂从溶剂室20流经半渗透隔板40上的孔流入压力室30。系统100’也包括用于选择性打开和关闭溶剂室20的溶剂室阀门28。当溶剂室阀门28打开时,溶剂室的压力是大气压,当溶剂室阀门28关闭时,溶剂室被密封。
动力供应系统100’的压力室30进一步包括用于将溶剂或溶质溶液充满压力室的填充口38。示例性溶剂填充口38包括用于选择性打开和关闭溶剂填充口的溶剂填充阀39。压力室也包括溶质室35,该溶质室用于存放将溶质溶液维持在饱和状态的一部分的固态溶质颗粒物或晶体350。所述溶质室包括用于提供通向溶质室35的通道的填充口36。溶质室35对于溶解的溶质分子和溶剂分子是可渗透的,但是对于固体的溶质微粒是不可渗透的,以致溶质可以连续地在溶质溶液中溶解。
系统100’进一步包括与压力室30连接的,用于设置压力室30中的压力的缓冲池31。所述缓冲池包括用于选择性地允许缓冲池和压力室之间的连接的缓冲池阀门34。缓冲池31内充满压缩的气体,例如氮气,和可能包括用于将压力室中的溶质溶液与缓冲池中的压缩气体分隔的弹性缓冲隔膜。
压力室30也可以进一步包括安装在连接通道307中或任何适合的位置的压力计量表320。
在仅使用压力的模式中,例如,溶剂室20中没有随附的真空,阀门28、22和310是打开的。阀门311、34和310可以根据需要选择性打开和关闭。关闭阀门39和填充口36以提供密封的压力室30。这或许是压力室的限定扩展,以及限定压缩,这是作为压力室30中的压力快速升高,以及溶剂越过半渗透隔板40的流速的重要因素。
在仅使用真空的模式中,真空计量表或自动压力转换装置可以放置在真空室的内部,上部或上方,所述真空室放置在阀门28的上方以将溶剂室20与外界封闭和密封。在仅使用真空的模式中,阀门22、排出阀门73和连接器阀门310和311是打开的。阀门39和压力室中的填充口是关闭的。溶剂从溶剂室通过半渗透隔板40进入压力室30的扩散在封闭的溶剂室20中产生逐步增大的空间。投入压力室30中的溶剂导致充满整个排出阀门73。在仅使用真空的模式下,可以达到或维持高的真空。
在使用真空和压力的模式下,其中溶剂室20中的真空可以与压力室30内增加的压力由系统同步产生,或任一的或两者。在真空和压力模式下,阀门22、310和311是打开的,然而阀门28、39和填充口36是关闭的。如果需要非常高的真空和高压,溶剂室20中的真空可以首先产生,正如上文所描述的。在达到需要的真空之后,关闭并密封压力室以将溶剂流转变为压力增加。压力室内增加的压力,当溶剂室20中的真空通过溶剂持续越过半渗透隔板40的运动来维持。正如在其他的操作模式中,溶剂室20中必须有足够的溶剂以便在连续的基础上执行需要的工作。
在压力/压力模式下,在压力室中可以获得大约3000帕斯卡或更高的压力。通过对溶剂室20施加压力获得的过高压小于压力室30中的压力,但是足够高以维持压力差,所述压力差将保持半渗透隔膜的完整性和允许在大约3000帕斯卡或更高的压力下操作。引入溶剂室20的较高的压力表明溶剂分子中有较多的动力学运动(布朗运动),依次转化为溶剂越过半渗透隔板40的增加的纯单向性流动。溶剂室20中分子运动越多,越过半渗透隔板40的溶剂分子流动就较快。溶剂室的增压同样保护半渗透隔板。例如,商业化的半渗透的反渗透隔膜被用于评估1000帕斯卡下隔膜的操作压力差。当所述隔膜运用于本发明的能量产生系统10时,压力室中的操作压力将超过半渗透隔膜操作说明书中公开的压力。通过对溶剂室施加压力,制造推荐的1000帕斯卡下的通过半渗透隔膜的操作压力差可以维持,并仍然在压力室30中2000帕斯卡到3000帕斯卡时操作系统。
在连续的模式中,系统连续执行工作。通过溶剂越过半渗透隔板的连续运动和溶剂借助从再循环系统50到溶剂室20的往复维持压力室中的压力和溶剂室中的真空。在连续操作模式期间,在需要的适当时间阀门可以打开和关闭以促使运动部件或设备中的过程或传递需要的能量以操作附属机械或水压装备70。在一份操作规程中,压力室30中的压力响应于需要的负荷增加或减少以执行任何附着在系统中的设备70给定的工作。例如,在压力室液体直接接触活塞或推杆78的情况下,依次,在设备上(例如机轴)施加压力,当需要小的力(负荷)以使机轴运动时,活塞将较快地向前运动。当机轴上需要大的力时,使活塞向前运动将需要较大的动能(压力),以及压力室30中的压力将作为连续的溶剂流入物流入压力室30的结果而增加。当需要更多的力做功时,通常需要更多的时间以产生压力室30中必要的压力。因此,在示例性实施例中,做功所需要的更多的力通常较长时间才能完成,不同于蒸汽发动机的操作。相反地,需要较少地力做的功将被较快地执行,并需要较少的压力。
在连续操作的模式下,缓冲池31在与能量发电机连接的设备70的操作期间可以有利地防止压力室30中大幅度的压力波动,并防止通过压力破坏系统的流体静压力的锁定。缓冲池31通过使用阀门34启动螺栓固定的压力泵可以产生需要的压力,所述阀门34在开始操作系统之前处于关闭位置。可以替换的是,缓冲池31可以通过在操作末期关闭阀门34留下需要的压力。缓冲池被填充时,立即打开阀门34接通压力室30达到或接近需要的压力。本领域内的普通技术人员将认识到所描述的使压力缸产生需要的压力的方法不是操作系统所必需。
例如,在另一个实施方案中,能量产生系统10,本身,可以使缓冲池31达到需要的压力而无需外部泵的或螺栓紧固的气泵。缓冲池与压力室30连接,可能在相对稳定的压力下通过运用连接的齿轮箱操作系统,提供了用于在相对大范围的力和速度的操作装置。
依据另一个实施方案,动力产生系统可以包括附图7所示的多个与压力室30连接的水压活塞69a、69b、69c。所述活塞69a、69b、69c通过压力室30操作,结合流量控制阀门311a、311b、311c的同步打开和关闭向前和向后运动,所述流量控制阀门311a、311b、311c分别与通道307a、307b、307c连接。外部电控器(未显示)选择性地打开和关闭流量控制阀门。示例性的水压活塞69a、69b、69c驱动与齿轮箱接合用于装置70的供电的三活塞机架690。附图7所示的多活塞与单一压力室并联操作,尽管本领域内的普通技术人员将认识到本发明不限于示例性的配置和任何适合的可以用于独立于压力室30操作的活塞部件。
如附图7和附图8所示,在一个或更多的压力室30中,能量产生系统10可以包括任何数量、适当的尺寸的半渗透隔板400或其他组成隔板的装置以使溶质而不是溶剂通过。多半渗透隔板的使用提高溶剂流入压力室的流速与半渗透隔膜或其他所述的隔板的总的活性表面成比例。
附图9举例说明另一个在本发明的示例性实施方案中能量产生系统10中执行的能量产生系统100”的实施方案。在附图9的实施方案中,溶剂室20包括一级溶剂室20a,以及二级溶剂室20b、20c,用于在再循环系统50中接收来自冷凝器57的再循环液态溶剂,和根据需要将再循环溶剂输送到一级溶剂室20a或压力室30中。系统100”包括二级溶剂阀门230a、230b、230c和230d,用于分别控制流入和流出二级溶剂室20b、20c的液体。系统100”进一步包括与溶剂室20a、20b、20c和压力室30连接的溶剂通道280。溶剂通道280包括第一和第二阀门22a、22b,用于控制流经溶剂通道280的液态溶剂的流动,以及溶剂室阀门220,用于控制来自一级溶剂室20a的液态溶剂的流动。每一个溶剂室20a,20b和20c是通过气体施加压力的,以致当溶剂流过滤筒400的半渗透隔膜时,通过隔膜维持大体稳定的压力常数。
能量产生系统100”中的转换装置60包括两个平行的连接通道307a、307b,分别包括阀门311a、311b。所述转换装置包括平行隔膜67a、67b,分别分隔来自液压缸710中的液压流体68的通道307a、307b,所述液压缸710传递脉冲以驱动液压马达700响应于压力室30中增加的压力。如图所示,通道包括阀门711a,711b,用于选择性地分别阻止来自隔膜67a,67b的液压脉冲的传播。在示例性实施方案中,液压马达700驱动交流发电机701,尽管领域内的普通技术人员将认识到本发明不限于示例性的配置。转换装置进一步包括液压流体再循环系统780,用于再循环用于驱动液压马达的液压流体。如图所示,液压流体再循环系统780包括蓄液器781和与液压马达700连接的液压通道782和与液压流体68连接的液压缸710。
在附图9的实施方案中,液压流体的流速被响应于压力室30中增加的压力的隔膜置换,确定液压马达700的转速(RPM)和交流发电机的流速。液压马达的扭矩取决于压力室30中的压力和流经排出通道的吹净溶质/溶剂溶液的流速。
如图所示,能量产生系统100”中的再循环系统50包括连接第一连接通道307a和吹净接收室56的第一排出通道77a,以及连接第二连接通道307b和吹净接收室56的第二排出通道77b。多个排出阀门73a、73b和73c选择性地分别阻止通过第一排出通道77a和第二排出通道77b的液流,并分别流入吹净接收室56。本领域内的普通技术人员将认识到再循环系统不限于示例性实施方案。
如图所示,再循环系统可以包括介于吹净接收室56和冷凝器57之间的用于促进和提高再循环过程的真空泵58。
本发明的范例
附图10展示的是,依据示例性实施方案的动力供应系统的能量平衡的实例,所述动力供应系统使用将甲醇或水作为溶剂和各种不同的氯化物盐作为溶质。在实例中,系统在周围温度大约22℃时操作。附图10对比使用不同的溶质和溶剂的能量输出。附图10解释说明各种不同的氯化物盐,包括AlCl3·6H2O、AlCl3、蔗糖、NaCl、LiCl、FeCl3·6H2O和FeCl3,它们在水中和甲醇中的相对的溶解性,和不包括盐的甲醇和水的浓度。本领域内的普通技术人员将认识到所述溶剂不限于甲醇或水,但是可以选自每一个能够通过经过选择的半渗透隔板的任何数量的溶剂分子。溶质可以包括任何适合的种类,所述种类不能通过经过选择的半渗透隔板,并且溶解于溶剂或易于与溶剂混合。
如附图10所示,动力供应系统使用AlCl3作为溶质和水作为溶剂操作,在计算出操作系统所需的功率之后,所述系统能够产生的能量最高可达大约50,000千瓦小时/月。所述50,000千瓦小时的净输出能够提供几乎十户家庭的电力需要,每一家庭的消费5,000千瓦小时/月,同时利用一部分生产的动力以操作系统。
本发明提供超越现有的用于产生能量和/或真空的系统和方法的显著优势。本发明提供的系统和方法通过溶剂或气体分子的扩散有效地将来自布朗运动的动力学能量转化为机械功。局部地,系统消耗的即不是燃料也不是任何形式的产生能量,而是提取的来自做功物质的布朗运动的周围热能(最终来自太阳)。在系统内部或外部没有发生化学反应。没有微粒、气体或热散发。系统中使用的商业上可以获得的物质没有经历任何分子变化或转变。用于产生能量的分子物质被重复和相同地通过消耗一小部分系统本身产生的能量利用。能量产生的基本原理建立在公知的物理原理基础之上。系统结构中使用的所有部件是商业上可以获得的成品而且是相对便宜的。系统可从小的便携部件到大的固定部件进行标度。系统的操作参数可以调整或操作以适用于大范围的应用。由装置产生的动力学能量易于转化为机械能、液压能或电能。
本领域内的普通技术人员将认识到附图1-9是示例性实施方案示意图,举例说明的系统不限于示例性实施方案。依据本发明的教导用于产生真空、能量和/或功的系统和方法可以包括任何适合的配置。
本发明相对于示例性实施方案进行描述。由于上述的结构中可能有某些并不脱离于本发明的范围的改变,意味着包含在上述的描述和相应的附图中的说明是作为举例来解释的而且没有限定的含意。

Claims (35)

1.一种用于产生能源的系统,其特征在于该系统包括:
用于存放溶剂溶液的溶剂室;
用于存放溶质溶液的压力室,以及用于将溶剂室与压力室分隔开的半渗透隔板,其中所述隔板对于溶剂分子是可渗透的,而对于溶质分子是不可渗透的,其中溶剂分子越过半渗透隔板渗入封闭的压力室内的溶质溶液中以增加压力室的压力,从而产生流体静压力形式的能源;
转换装置,将流体静压力转换为数量可变的机械功,在相反关系中一些溶质溶液流入转换装置,其中的转换装置包括与压力室相连的第一活塞,其中活塞从第一位置向第二位置移动响应于压力室内增加的压力,所述压力是由于溶剂分子扩散进入压力室而产生的;
使活塞回到第一位置的回程系统,该回程系统包括:包括第二溶剂室的第二系统;
第二压力室;
将第二压力室与第二溶剂室分隔的第二半渗透隔膜;以及
第二活塞,所述第二活塞的移动响应于从第二溶剂室经过半渗透隔膜渗入第二压力室的溶剂流动,其中第二活塞推动第一活塞回到第一位置。
2.根据权利要求1的系统,其中溶质溶液是饱和溶液。
3.根据权利要求1的系统,其中半渗透隔板是隔膜。
4.根据权利要求1的系统,其中半渗透隔板是凝胶体。
5.根据权利要求3的系统,进一步包括包含隔膜的滤筒,其中滤筒对溶剂室是敞开的并邻近溶剂室。
6.根据权利要求5的系统,其中滤筒是反渗透滤筒。
7.根据权利要求1的系统,其中溶质溶液的浓度维持在大致恒定的水平。
8.根据权利要求1的系统,其中压力室包括未溶解溶质的晶体以将所述溶质溶液维持为饱和的溶质溶液。
9.根据权利要求1的系统,其中溶剂室是敞开的。
10.根据权利要求1的系统,其中溶剂室是封闭的。
11.根据权利要求1的系统,进一步包括一个或更多的用于打开和关闭溶剂室的阀门。
12.根据权利要求1的系统,其中的转换装置进一步包括将压力室和与第一活塞相连的液压流体分隔的隔膜。
13.根据权利要求12的系统,其中转换装置进一步包括与第一位置连接的推杆,其中所述推杆响应于第一活塞的移动而移动。
14.根据权利要求13的系统,进一步包括与推杆连接的机械装置,其中推杆的移动用于操作机械装置。
15.根据权利要求14的系统,其中的机械装置包括交流发电机、发电机、齿轮、飞轮、液压马达和杆之一。
16.根据权利要求1的系统,其中回程系统包括用于推动推杆的返回弹簧。
17.根据权利要求1的系统,进一步包括用于当第一活塞移动到第一位置吹净排放溶质溶液的排出系统。
18.根据权利要求1的系统,其中用于在活塞移动到第一位置之后再循环溶剂的再循环系统。
19.根据权利要求18的系统,其中再循环系统利用一部分由用于产生能量的系统所产生的能量。
20.根据权利要求19的系统,其中再循环系统包括用于在活塞回程到第一位置期间,接收从排出通道排放的溶质溶液的吹净接收室。
21.根据权利要求20的系统,其中再循环装置进一步包括与吹净接收室连接的加热装置以将溶质溶液中的溶剂蒸发成溶剂蒸气,并维持溶质残留物的固体形态。
22.根据权利要求21的系统,其中加热装置利用来自辐射热源的热。
23.根据权利要求22的系统,其中加热系统利用来自电热装置的热。
24.根据权利要求21的系统,其中再循环系统进一步包括用于接收来自吹净接收室的溶剂蒸气的冷凝器,将溶剂蒸气冷却为液态溶剂并将液态溶剂送回溶剂室。
25.根据权利要求24的系统,其中再循环装置进一步包括真空泵,该真空泵在溶剂室内运用真空以形成与加热装置结合的较低的溶剂蒸气压力以便于蒸发溶剂。
26.根据权利要求24的系统,其中再循环系统进一步包括在溶剂蒸发后用于将溶质残留物送回压力室的溶质再循环装置。
27.根据权利要求21的系统,其中吹净接收室将溶质溶液冻干或冷凝成溶质。
28.根据权利要求1的系统,进一步包括与压力室连接的,将压力室内的压力设定为需要的压力的缓冲室。
29.根据权利要求1的系统,进一步包括用于限制从溶剂室越过隔膜渗入压力室的溶剂流动的控制阀。
30.根据权利要求1的系统,进一步包括控制从溶剂室穿过隔膜的溶剂流动的节流装置。
31.根据权利要求1的系统,其中溶剂包括水溶液、甲醇、液态溴及其混合物。
32.根据权利要求1的系统,其中溶质包括NaCl,AlCl3,LiCl,可溶解溶剂酸,盐基,无机酸的金属盐,有机酸的金属盐,氯化物,硫酸盐,硝酸盐,蔗糖,胶质渗透剂,有机或无机聚合体,蔗糖,酒精及其混合物。
33.根据权利要求5的系统,其中滤筒安装在压力室的内部。
34.根据权利要求5的系统,进一步包括多个活塞。
35.根据权利要求5的系统,进一步包括多个隔膜滤筒。
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