CN101476495A - 液体热膨胀发电方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种液体热膨胀发电方法及其装置，液体热膨胀发电方法为加热或冷却位于外壳内的液体介质，液体介质体积膨胀或收缩，通过传动装置将膨胀时的推力或收缩时的拉力带动能量转换装置将热能转化为势能或机械能或电能，所述转化的势能或机械能或电能存储后带动发电机发电。本发明的液体热膨胀发电方法能够利用液体热胀冷缩的属性使热能转化为势能、机械能和电能后进行发电，由于转化过程能量损失比较小，有效节省能源，并且可以使较低温热源得以利用，且可以提高发电效率。

Description

液体热膨胀发电方法及装置

技术领域

本发明涉及一种节能发电的方法，特别是涉及一种液体热膨胀发电方法。本发明还涉及上述液体热膨胀发电方法所使用的能量转换装置。

背景技术

上世纪70年代，世界各发达国家出现能源危机，随着经济的增长及人类生活水平的提高，能源需求日益加大，而地球的固有能源如石油，煤等越来越紧张，各国都在尽最大的努力获得最多的能源，尽最大的努力实现利用最少的资源实现最大的利益。目前，将热能转换为机械能或者电能的技术，普遍采用将水加热汽化然后利用高压蒸汽做功的方法来实现。这种能量转换方法存在以下两方面的不足：一方面，能量损耗较大、能源利用效率较低；另一方面，由于转换过程必须涉及水的汽化，因而温度相对较低的热源无法得以利用。而进一步使用这样的方法再进行发电的效率不高，能源浪费比较严重，污染比较大。

发明内容

本发明是为了解决现有技术中的不足而完成的，本发明的目的是提供一种利用液体的热胀冷缩属性将热能转化为势能、机械能和电能，转化过程能量损失比较小，不会污染环境，可以使较低温热源得以利用来进行发电的的液体热膨胀发电方法。

本发明的液体热膨胀发电方法为加热或冷却位于外壳内的液体介质，液体介质体积膨胀或收缩，通过传动装置将膨胀时的推力或收缩时的拉力带动能量转换装置将热能转化为势能或机械能或电能，所述转化的势能或机械能或电能存储后带动发电机发电。

本发明的液体热膨胀发电方法还可以是：

所述加热或冷却液体介质通过电气集中控制系统进行控制，所述电气集中控制系统通过传感器感知液体介质温度并根据设定温度数值对液体介质进行加热或冷却控制。

本发明的液体热膨胀发电方法，相对于现有技术而言由于其通过一个传动装置就可以将液体介质膨胀或收缩时的推力和拉力转化为势能、机械能或者是电能存储起来，然后在需要时利用存储的能量带动发电机进行发电。这样由于中间环节比较少，在实现可将热能转换为或者是势能或者是机械能或者是电能的情况下进一步进行发电，能量损失比较小，不会污染环境，其适用范围比较广，而且发电效率高。

本发明的目的还在于提供一种上述液体热膨胀发电方法所使用的装置，即一种体积小、节省原材料、减少污染、能耗低、适用范围广、能够将热能转换为势能、机械能和电能存储后进行发电，发电效率高的液体热膨胀发电装置。

本发明的液体热膨胀发电装置，其包括外壳、热源、冷源、传动装置、储能装置和位于外壳内的液体介质，所述外壳设有一个开口，所述外壳内充满液体介质，所述液体介质通过能够传导膨胀力和收缩力的传动装置将力传递至储能装置，所述传动装置穿过所述开口与所述液体介质接触，所述热源与所述冷源通过热交换管与所述液体介质接触，所述热源至少为一个，所述冷源至少为一个，所述储能装置与一发电机连接。

本发明的液体热膨胀发电装置还可以是：

所述热源、冷源与一可根据设定温度开启或关闭热源与冷源对液体介质进行加热或冷却的电气集中控制系统，所述电气集中控制系统与一测量液体介质温度的传感器连接，所述传感器测温端与所述液体介质接触。

所述传动装置通过杠杆与所述储能装置连接，所述传动装置与所述储能装置均为铅垂设置，所述杠杆的一端与所述传动装置下部连接，所述杠杆的另一端与所述储能装置的上端连接，所述杠杆靠近传动装置位置处设置固定点，所述杠杆两端分别以所述固定点为圆心旋转。

所述储能装置为势能存储器或机械能存储器或电能存储装置。

所述势能存储器为重物或压缩弹簧，所述机械能存储器为气膜泵或活塞式压缩机，所述电能存储装置为电池。

所述热交换管位于外壳内，所述热源和所述冷源通过热源电动阀和冷源电动阀与所述热交换管均连接，所述热交换管与所述液体介质接触。

所述热交换管包括两根主管和与所述主管垂直设置的分别与主管均相通的至少三根辅助管构成，所述主管通过所述热源电动阀和所述冷源电动阀与所述热源和所述冷源连接。

所述外壳一侧设有缓冲口，所述缓冲口内液体介质与一缓冲机构连接。

本发明的液体热膨胀发电装置由于其包括外壳、热源、冷源、传动装置、储能装置和位于外壳内的液体介质，外壳设有一个开口，外壳内的液体介质通过传动装置将膨胀力和收缩力传递至储能装置，传动装置穿过开口与液体介质接触，热源与冷源与液体介质接触对液体介质进行加热或冷却进而使得液体介质产生膨胀力或收缩力，使得结构比较紧凑，液体介质是可以重复使用，而且冷却时也可进行能量转换，不会污染环境，节省能源，转换过程中能量损失比较小，而且发电效率高。

附图说明

图1为本发明液体热膨胀发电装置的具体实施例示意图。

图号说明

1…膨胀活塞          2…一次热源            3…一次热源电动阀

4…二次冷源电动阀    5…二次冷源            6…液体介质

7…外壳              8…传动装置            9…热交换管

10…传感器           11…电气集中控制系统   12…一次冷源

13…一次冷源电动阀    14…二次热源           15…二次热源电动阀

16…缓冲机构         17…缓冲电动阀          18…杠杆

19…储能装置         20…发电机

具体实施方式

下面结合附图图1对本发明作进一步详细说明。

本发明的液体热膨胀发电方法为加热或冷却位于外壳7内的液体介质6，液体介质6体积膨胀或收缩，通过传动装置8将膨胀时的推力或收缩时的拉力带动能量转换装置将热能转化为势能或机械能或电能。这样由于中间环节比较少，在实现可将热能转换为或者是势能或者是机械能或者是电能的情况下进行发电，能量损失比较小，不会污染环境，其适用范围比较广，可以实现一种能量向三种能量转换后进行发电。

本发明的液体热膨胀发电方法还可以是加热或冷却液体介质6通过电气集中控制系统11进行控制，电气集中控制系统11通过传感器10感知液体介质6温度并根据设定温度数值对液体介质6进行加热或冷却控制。具体为，电气集中控制系统11通过传感器10感知液体介质6的温度，当达到设定温度时，电气集中控制系统11可以控制停止热源供热且冷源进行冷却，或者是停止冷源冷却液体介质6同时进行供热，当热能转化为势能或机械或电能存储后，在需要的时候存储后的能量带动发电机20发电。

本发明的液体热膨胀发电方法所使用的装置即液体热膨胀发电装置，请参考图1，包括外壳7、热源、冷源、传动装置8、储能装置19和位于外壳7内的液体介质6，外壳7设有一个开口，外壳7内充满液体介质6，液体介质6通过能够传导膨胀力和收缩力的传动装置8将力传递至储能装置19，传动装置8穿过开口与液体介质6接触，这样液体介质6膨胀或者收缩时的推力或拉力可以直接带动传动装置8运动，进而将能量转换为其他形式的能量存储起来后带动发电机20进行发电。传动装置8可以为膨胀活塞1，还可以是其他机构的传动装置，只要是能够将液体介质6膨胀或收缩的力传递就可。热源与冷源与液体介质6接触，热源至少为一个，冷源至少为一个，这样才可以实现热源与液体介质6接触时对液体介质6进行加热使得液体介质6膨胀，或者是冷源通过热交换管与液体介质6接触时对液体介质6进行冷却使得液体介质6收缩，液体介质6优选的为膨胀系数较大、比热容较小、工艺实施性好的液体，比如煤油、硅油、等。热源可以是两个，分别为一次热源2和二次热源14，冷源也可以是两个或多个，可以分别为一次冷源12和二次冷源5。一次热源2可以是火电厂的一次冷凝水，一次冷源12可用常温自然循环水；也可用大海的海面热水做一次热源2，用海底的冷水做一次冷源12。这样的装置结构比较紧凑、设备体积比较小，液体介质6是可以重复使用，而且冷却时也可进行能量转换，不会污染环境，节省能源，转换过程中能量损失比较小。还可以是热源、冷源与一可根据设定温度开启或关闭热源与冷源对液体介质6进行加热或冷却的电气集中控制系统11，电气集中控制系统11与一测量液体介质6温度的传感器10连接，传感器10测温端与液体介质6接触。这样，传感器10可以测量位于外壳7内的液体介质6的温度，当液体介质6的温度达到设定的温度时，电气集中控制系统11运行内部程序，开启或关闭热源供热，同时关闭或开启冷源冷却，使得液体介质6膨胀或收缩，进而产生向外的推力或收缩力，这样的力量带动传动装置8运动，进而带动储能装置19运动，进而使得热能转化为势能或机械能或电能在储能装置19中存储起来，储能装置19与一个发电机20连接，打开连接的控制开关后，储能装置19中存储的能量带动发电机20运转进行发电。由于有电气集中控制系统11进行控制，有效节省了人力，而且提高了效率和准确率。进一步优选的方案为传动装置8通过杠杆18与储能装置19连接，传动装置8与储能装置19均为铅垂设置，杠杆18的一端与传动装置8下部连接，杠杆18的另一端与储能装置19的上端连接，杠杆18靠近传动装置8位置处设置固定点，杠杆18两端分别以所述固定点为圆心旋转。可以是固定点距离传动装置8比较近的杠杆的距离与固定点到杠杆另一端距离之比大于3，这样通过杠杆18原理，可以将由小部分热能加热或冷源冷却液体介质6膨胀或收缩产生的很小的推力或拉力直接转换为比较大的势能、机械能和电能，提高能源转换的效率，减少中间的能量损失，进而提高发电量。

本发明的液体热膨胀发电装置，储能装置19为势能存储器或机械能存储器或电能存储装置。当安装不同的储能装置19，实现热能向不同能源的转换，扩大适用范围。具体可以是势能存储器可以是为重物或压缩弹簧，比如利用热能转化后提起重物的举重机或者将热能转换为弹簧的弹力。械能存储器可以为气膜泵或活塞式压缩机，而电能存储装置可以为电池，即利用热能转化为电能，然后在这些种储能装置19后连接发电机20。例如膨胀活塞1可以通过杠杆18原理增加位移，进行提升物体产生势能；或压缩如弹簧产生势能，或推动增速器直接拖动发电机发电；或拖动空压机直接做功，或拖动如气膜泵等设备直接供水等等。当然各种储能装置19还可以是其他的装置，只要是能够储存势能、机械能和电能的装置即可。

进一步，还可以是在外壳7内设有热交换管9，热源和冷源通过热源电动阀和冷源电动阀与热交换管9连接，热交换管9与液体介质6接触。热交换管9可以方便对液体介质6进行加热或冷却，不需要热源与热管连接，冷源与冷管连接，节省在外壳7内部的管道，而且使得外壳7内液体介质6可以充分与热交换管9接触，加热或冷却液体介质6的效率更高。当有两个以上的热源和冷源时，可以使用一次热源电动阀3控制一次热源2的开启和关闭，二次热源电动阀15控制二次热源14的开启和关闭，使用一次冷源电动阀13控制一次冷源12的开启和关闭，二次冷源电动阀4控制二次冷源5的开启和关闭。更进一步，还可以是热交换管9包括两根主管和与主管垂直设置的且分别与主管均相通的至少三根辅助管构成，主管通过所述热源电动阀和冷源电动阀与热源和所述冷源连接。这样热源或冷源将热能或冷却水输入热交换管9后，充满主管和各辅助管后对液体介质6充分加热或冷却，提高液体介质6膨胀或收缩的速度。辅助管应当多个，可以加大加热或冷却面积，提高加热或冷却速度。

本发明的液体热膨胀发电装置，还可以是外壳7一侧设有缓冲口，缓冲口内液体介质6与外壳7外部的一个缓冲机构16连接。缓冲机构16的作用在于当转换装置发生意外时，如传动装置8被卡住不能运动时，液体介质6膨胀容易发生外壳7开裂，此时缓冲机构16可以释放极大的内部压力，保证整个装置的安全。具体而言，缓冲结构可以是一个缓冲电动阀17的一端与液体介质6连接，另一端与一个压缩弹簧连接，当传动装置8出现故障时，液体介质6膨胀或收缩，产生的推力或拉力超过了设定的值后，缓冲电动阀17开始工作，将液体介质6的推力或拉力传递至后部的压缩弹簧，使得外壳7内部的液体介质6的压力释放，保证外壳7不会爆裂或变形。

实例一

正常情况下，液体介质6处低温状态，膨胀活塞1处于高位，杠杆18处于低位。传感器10感知液体介质的温度并传递给电气集中控制系统11，电气集中控制系统11根据设定的条件，启动一次热源电动阀3及二次热源电动阀15。一次热源2流过内部多条热交换管9，加热液体介质6。介质温度升高，体积膨胀。由于液体介质的封闭机构只有膨胀活塞1之处是可活动的。膨胀活塞1随着液体介质温度的升高，液体介质体积的增大而向外移动，推动杠杆18向上移动做功。杠杆18提升重物或压缩弹簧，即储能装置19产生位置势能，实现热能向位置势能的转换。当温度达到设定高度或膨胀活塞1移动至顶部时，电气集中控制系统11关闭一次热源电动阀3及二次热源电动阀15，卸下重物或压缩弹簧，也就是储能装置19，电气集中控制系统11稍后启动一次冷源电动阀13及二次冷源电动阀4，一次冷源12流过内部多条热交换管9，冷却液体介质6。液体介质温度降低，体积缩小。由于液体介质6的封闭机构只有膨胀活塞1处是活动的。膨胀活塞随着液体介质6温度的降低，体积的减小而向内移动，杠杆18在自身重力作用下向下移动。当温度达到设定低度或活塞移动至内部时，关闭一次冷源电动阀13及二次冷源电动阀4。加载储能装置19进入下一次循环，周而复始重复运动做功，进行热能向位置势能转换。在需要发电的时候控制储能装置19带动发电机20运转进行发电，最终实现由利用热能进行发电。

实例二

正常情况下，液体介质6处低温状态，膨胀活塞1处于高位，杠杆18处于低位。传感器10感知液体介质的温度并传递给电气集中控制系统11，电气集中控制系统11根据设定的条件，启动一次热源电动阀3及二次热源电动阀15。一次热源2流过内部多条热交换管9，加热液体介质6。液体介质温度升高，体积膨胀。由于液体介质的封闭机构只有膨胀活塞1处是可活动的。膨胀活塞1随着液体介质温度的升高，液体介质体积的增大向外移动，推动杠杆18向上移动做功。杠杆18拖动气膜泵或压缩机活塞即储能装置19，实现热能向机械能的转换。当温度达到设定高度或膨胀活塞1移动至顶部时，关闭一次热源电动阀3及二次热源电动阀15，卸下气膜泵或压缩机活塞。电气集中控制系统11稍后启动一次冷源电动阀13及二次冷源电动阀4，一次冷源12流过内部多条热交换管9，冷却液体介质6。液体介质温度降低，体积缩小。由于液体介质6的封闭机构只有膨胀活塞1处是可活动的。膨胀活塞随着液体介质6温度的降低，体积的减小向内移动，杠杆18复位向下移动。当液体介质温度达到设定低度或膨胀活塞移动至内部时，关闭一次冷源电动阀13及二次冷源电动阀4。加载储能装置19进入下一次循环，周而复始重复运动做功，进行热能向机械能转换。在需要发电的时候控制储能装置19带动发电机20运转进行发电，最终实现由利用热能进行发电。

实例三

正常情况下，液体介质6处低温状态，膨胀活塞1处于高位，杠杆18处于低位。传感器10感知液体介质的温度并传递给电气集中控制系统11，电气集中控制系统11根据设定的条件，启动一次热源电动阀3及二次热源电动阀15。一次热源2流过内部多条热交换管9，加热液体介质6。液体介质温度升高，体积膨胀。由于液体介质的封闭机构只有活塞1处是可活动的。膨胀活塞1随着液体介质温度的升高，体积的增大而向外移动，推动杠杆18向上移动做功。杠杆18拖动变速器，带动发电机即储能装置19发电，实现热能向电能的转换。当温度达到设定高度或膨胀活塞1移动至顶部时，关闭一次热源电动阀3及二次热源电动阀15。电气集中控制系统11稍后启动一次冷源电动阀13及二次冷源电动阀4，一次冷源12流过内部多条热交换管9，冷却液体介质6。液体介质温度降低，体积缩小。由于液体介质6的封闭机构只有活塞1处是可活动的。膨胀活塞1随着液体介质6温度的降低，体积的减小而向内移动，杠杆18复位向下移动。当温度达到设定低度或膨胀活塞1移动至内部时，关闭一次冷源电动阀13及二次冷源电动阀4，储能装置19进入下一次循环，周而复始重复运动做功，进行热能向电能转换。在需要发电的时候控制储能装置19带动发电机20运转进行发电，最终实现由利用热能进行发电。

上述仅对本发明中的几种具体实施例加以说明，但并不能作为本发明的保护范围，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰，均应认为落入本发明的保护范围。

Claims (10)

1、液体热膨胀发电方法，其特征在于：加热或冷却位于外壳内的液体介质，液体介质体积膨胀或收缩，通过传动装置将膨胀时的推力或收缩时的拉力带动能量转换装置将热能转化为势能或机械能或电能，所述转化的势能或机械能或电能存储后带动发电机发电。

2、根据权利要求2所述的液体热膨胀发电方法，其特征在于：所述加热或冷却液体介质通过电气集中控制系统进行控制，所述电气集中控制系统通过传感器感知液体介质温度并根据设定温度数值对液体介质进行加热或冷却控制。

3、根据权利要求1所述的液体热膨胀发电方法所使用的液体热膨胀发电装置，其特征在于：其包括外壳、热源、冷源、传动装置、储能装置和位于外壳内的液体介质，所述外壳设有一个开口，所述外壳内充满液体介质，所述液体介质通过能够传导膨胀力和收缩力的传动装置将力传递至储能装置，所述传动装置穿过所述开口与所述液体介质接触，所述热源与所述冷源通过热交换管与所述液体介质接触，所述热源至少为一个，所述冷源至少为一个，所述储能装置与一发电机连接。

4、根据权利要求3所述的液体热膨胀发电装置，其特征在于：所述热源、冷源与一可根据设定温度开启或关闭热源与冷源对液体介质进行加热或冷却的电气集中控制系统，所述电气集中控制系统与一测量液体介质温度的传感器连接，所述传感器测温端与所述液体介质接触。

5、根据权利要求3或4所述的液体热膨胀发电装置，其特征在于：所述传动装置通过杠杆与所述储能装置连接，所述传动装置与所述储能装置均为铅垂设置，所述杠杆的一端与所述传动装置下部连接，所述杠杆的另一端与所述储能装置的上端连接，所述杠杆靠近传动装置位置处设置固定点，所述杠杆两端分别以所述固定点为圆心旋转。

6、根据权利要求3或4所述的液体热膨胀发电装置，其特征在于：所述储能装置为势能存储器或机械能存储器或电能存储装置。

7、根据权利要求6所述的液体热膨胀发电装置，其特征在于：所述势能存储器为重物或压缩弹簧，所述机械能存储器为气膜泵或活塞式压缩机，所述电能存储装置为电池。

8、根据权利要求3或4所述的液体热膨胀发电装置，其特征在于：所述热交换管设置于外壳内，所述热源和所述冷源通过热源电动阀和冷源电动阀与所述热交换管均连接，所述热交换管与所述液体介质接触。

9、根据权利要求8所述的液体热膨胀发电装置，其特征在于：所述热交换管包括两根主管和与所述主管连接的分别与主管均相通的至少三根辅助管构成，所述主管通过所述热源电动阀和所述冷源电动阀与所述热源和所述冷源连接。

10、根据权利要求3或4所述的液体热膨胀发电装置，其特征在于：所述外壳一侧设有缓冲口，所述缓冲口内液体介质与一缓冲机构连接。