CN103337987B - 将水-冰相变增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明属于能源发电的技术领域。发电装置中，上弹性隔膜（11）将密闭工作舱（1）分为用于盛装工作介质水的工作空间（2）和用于盛装不可压缩防冻液的第一密闭空间（12）；下弹性隔膜（17）将储气罐（15）分为第二密闭空间（16）和气体密闭空间（18）。当工作空间（2）中水-冰相变产生压力使压电陶瓷发电机（9）产生电流，防冻液经下行连接管（8）进入第二密闭空间（16）；水-冰相变结束，由于电流计（6）电流缺失而控制电流控制开关（5）打开，密闭加热装置（3）工作，再发生冰-水相变，防冻液经上行连接管（21）返回，如此循环。本发明以水为工作介质，环保而且安全，所产生的恒定直流电不存在电磁干扰而且成本低廉。

Description

将水-冰相变增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置

技术领域

本发明涉及能源发电的技术领域，具体涉及一种将水-冰相变时增加的压力转化为电能的发电装置。

背景技术

自然界中的能源主要有太阳能、热能、风能和海洋潮汐能等。为了将以上能源转化为电能，采用以半导体装置（如太阳能电池组）及电磁感应装置为基础的发电机进行能源转化。太阳能电池组由高效晶体硅太阳能电池片、超白布纹钢化玻璃、乙烯-醋酸乙烯共聚物、透明TPT背板以及铝合金边框组成。具有使用寿命长，机械抗压外力强等特点，但存在能源转换效率不高及成本较高等缺点；发电机通常由定子、转子、端盖、机座及轴承等部件构成，具有经济、工作持久、故障低、使用范围广、有害排放物较低、防火安全性好等优点，但其存在体积庞大、结构复杂、电压取决于回转部的转速、回转部的转速可能引起回转部接触不良引起火花从而产生电磁场等问题。

压电陶瓷是一种能够将机械能和电能互相转换的功能陶瓷材料，可以将极其微弱的机械振动转换成电信号，可用于声纳系统、气象探测、遥测环境保护、家用电器等，具有安全、体积较小、成本低廉及交换效率高等优点。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，设计一种成本低，能够自动产生电流，不产生电磁干扰的发电装置。本发明提供了一种将水-冰相变时增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置，该装置可将水-冰相变时增加的压力转化为电能。

为了实现上述的发明目的，本发明提供的技术方案是，一种将水-冰相变时增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置。该发电装置由密闭工作舱、带有密闭加热管路的以防冻液为载热体的外部密闭加热装置和储气罐组成；在工作舱内设置弹性隔膜，将工作舱分为用于盛装工作介质水的工作空间和用于盛装不可压缩防冻液的密闭空间；在储气罐内设置弹性隔膜，将储气罐分为用于盛装不可压缩防冻液的密闭空间和用于盛装可压缩气体的密闭空间；工作舱的用于盛装不可压缩防冻液的密闭空间通过装有下行压力控制开关的下行连接管和装有上行压力控制开关的上行连接管与储气罐的用于盛装不可压缩防冻液的密闭空间相连；在工作空间内设置压电陶瓷发电机，压电陶瓷发电机的正极与电流计相连，压电陶瓷发电机与电流输出装置相连；外部密闭加热装置的加热管路上设置与电流计相连有电流控制开关，加热管路在密闭工作舱的工作空间内盘成蛇形；压力控制开关通过感应元件与压力计相连。

具体的技术方案如下：

一种将水-冰相变增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置，由密闭工作舱1、带有密闭加热管路7的以防冻液为载热体4的外部密闭加热装置3和储气罐15组成；在所述密闭工作舱1内设置上弹性隔膜11，将密闭工作舱1分为用于盛装作介质水的工作空间2和用于盛装不可压缩防冻液的第一密闭空间12；在所述储气罐15内设置下弹性隔膜17，将储气罐15分为用于盛装不可压缩防冻液的第二密闭空间16和用于盛装可压缩气体的气体密闭空间18；在工作空间2内设置压电陶瓷发电机9，所述压电陶瓷发电机9的正极与电流计6串联，压电陶瓷发电器9的电极与电流输出装置10相连；所述密闭加热管路7在密闭工作空间2内部分盘成蛇形，密闭加热管路7上设置由电流计6控制的电流控制开关5；所述第一密闭空间12分别通过设有下行压力控制开关14的下行连接管8和设有上行压力控制开关19的上行连接管21与所述第二密闭空间16相连。

所述的压电陶瓷发电机9，可以是压电陶瓷发电机组，由各个压电陶瓷发电机9并联或/和串联构成。

所述的下行压力控制开关14，通过感应元件与下行压力计13相连；所述的上行压力控制开关19，通过感应元件与上行压力计20相连。

本发明的将水-冰相变增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置的工作原理如下。

当温度低于0℃时，工作空间2中的工作介质水发生水-冰相变过程，体积扩大约8%，工作空间2中的压力增加，置于工作空间2内的压电陶瓷发电机9接收到压力后产生恒定电流，通过电流计6检测电流，并通过电流输出装置10输出；同时，因水-冰相变过程增加的压力通过上弹性隔膜11传递给第一密闭空间12内的不可压缩防冻液；当密闭工作舱1与第二密闭空间16之间的压力差达到设计值时，下行压力控制开关14打开，第一密闭空间12内的一部分不可压缩防冻液流入第二密闭空间16，盛装可压缩气体的气体密闭空间18的体积减小，压力增大；当密闭工作舱1与第二密闭空间16的压力下差降至设定值以下时，下行压力控制开关14关闭，压电陶瓷发电机9停止产生电流；电流表6检测到电流缺失，密闭加热管路7上电流控制开关5打开，在外界热源作用下，密闭加热装置3开始加热，密闭加热装置3中的载热体4——防冻液在外部加热装置3与密闭加热管路7的温度差下保持单向循环，使工作介质发生冰-水反向相变；随着冰-水相变的发生，工作空间2内介质的体积减小，整个密闭工作舱1内的压力随之减小；当密闭工作舱1内的压力与储气罐15内的压力差达到设定值时，上行压力控制开关19打开，第二密闭空间16内的不可压缩防冻液流入第一密闭空间12；当工作空间2内的工作介质水完成冰-水相变过程后，电流控制开关5和上行压力控制开关19关闭，停止加热；工作空间2中的工作介质在外部低温作用下重新冷却，再次发生由水-冰相变过程，重新产生电流。

本发明的将水-冰相变时增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置以水为工作介质，环保而且安全，利用水在温度低于0℃条件下结冰过程中释放出的能量，将内压能转变为电能。该压电陶瓷发电装置所产生的恒定直流电不存在电磁干扰而且成本低廉。

附图说明

图1本发明实施例1的水-冰相变时产生的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置示意图。

具体实施方式

实施例1

结合附图说明本发明的结构。图1中，1.密闭工作舱；2.工作空间，用于盛装工作介质水；3.密闭加热装置；4.载热体——防冻液；5.电流控制开关；6.电流计；7.密闭加热管路；8.下行连接管；9.压电陶瓷发电机；10.电流输出装置；11.上弹性隔膜；12.第一密闭空间，用于盛装不可压缩防冻液；13.下行压力计；14.下行压力控制开关；15.储气罐；16.第二密闭空间，用于盛装不可压缩防冻液；17.下弹性隔膜；18.气体密闭空间，用于盛装可压缩气体；19.上行压力控制开关；20.上行压力计；21.上行连接管。

参见图1的将水-冰相变时增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置，由密闭工作舱1、带有密闭加热管路7的以防冻液为载热体的外部密闭加热装置3和储气罐15组成；在所述密闭工作舱1内设置上弹性隔膜11，将所述密闭工作舱1分为用于盛装作介质水的工作空间2和用于盛装不可压缩防冻液的第一密闭空间12；在所述储气罐15内设置下弹性隔膜17将储气罐15分为用于盛装不可压缩防冻液的第二密闭空间16和用于盛装可压缩气体的气体密闭空间18；在所述工作空间2内设置一组压电陶瓷发电机9，所述压电陶瓷发电机9的正极与电流计6相连，所述压电陶瓷发电器9的负极与电流输出装置10相连；所述密闭加热管路7上设置与电流计6相连的电流控制开关5，在电流计6没有电流时控制电流控制开关5打开，促使密闭加热管路7工作，冰‐水相变结束电流控制开关5关闭；密闭加热管路7可以在密闭工作空间2内盘成蛇形；所述第一密闭空间12通过设有下行压力控制开关14的下行连接管8和设有上行压力控制开关14的上行连接管21与所述第二密闭空间16相连。

所述下行压力控制开关14通过感应元件与下行压力计13相连；所述上行压力控制开关19通过感应元件与上行压力计20相连。

在密闭工作舱1的顶端或侧面可以制作成带有螺纹的可拆卸并密封的结构，以便安装密闭加热管路7、放入压电陶瓷发电机9和加入工作介质水。第一密闭空间12中的防冻液可以通过开口注入再密封。

实施例2

在实施例1的水-冰相变时增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置总体结构基础上，其中压电陶瓷发电机9可以为3组（如图1）；根据工作空间2的大小，压电陶瓷发电机9也可以为多组，各个压电陶瓷发电机9可以并联或/和串联连接。

Claims (3)

1.一种将水-冰相变增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置，由密闭工作舱(1)、带有密闭加热管路(7)的以防冻液为载热体(4)的外部密闭加热装置(3)和储气罐(15)组成；在所述密闭工作舱(1)内设置上弹性隔膜(11)，将密闭工作舱(1)分为用于盛装作介质水的工作空间(2)和用于盛装不可压缩防冻液的第一密闭空间(12)；在所述储气罐(15)内设置下弹性隔膜(17)，将储气罐(15)分为用于盛装不可压缩防冻液的第二密闭空间(16)和用于盛装可压缩气体的气体密闭空间(18)；在工作空间(2)内设置压电陶瓷发电机(9)，所述压电陶瓷发电机(9)的正极与电流计(6)串联，压电陶瓷发电机(9)的电极与电流输出装置(10)相连；所述密闭加热管路(7)在密闭工作空间(2)内部分盘成蛇形，密闭加热管路(7)上设置由电流计(6)控制的电流控制开关(5)；所述第一密闭空间(12)分别通过设有下行压力控制开关(14)的下行连接管(8)和设有上行压力控制开关(19)的上行连接管(21)与所述第二密闭空间(16)相连。

2.根据权利要求1所述的将水-冰相变增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置，其特征在于，所述的压电陶瓷发电机(9)，是由各个压电陶瓷发电机(9)并联或/和串联构成。

3.根据权利要求1或2所述的将水-冰相变增加的压力转化为电能的压电陶瓷发电装置，其特征在于，所述的下行压力控制开关(14)，通过感应元件与下行压力计(13)相连；所述的上行压力控制开关(19)，通过感应元件与上行压力计(20)相连。