CN104796038A - 一种荷电团簇迁移的动能-电能转换装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，包括电加热蒸汽发生器，团簇荷电段和电能接收段。电加热蒸汽发生器产生的高温高压饱和水蒸气通过保温管传输至空心长方体中，拉法尔金属喷管将高温高压饱和水蒸气转化为高速射流湿蒸汽，高温高压饱和水蒸气在拉法尔金属喷管内伴随着部分凝结产生水分子团簇，放电针给水分子团簇荷电形成荷电水分子团簇；荷电水分子团簇在拉法尔金属喷管出口形成自洽电场，高速射流湿蒸汽推动荷电水分子团簇向电能接收装置移动，高速射流湿蒸汽的动能转化成荷电水分子团簇电势能，电能接收装置接收电势能后放出电势能，通过负载加以利用。本发明装置与磁流体发电技术相比，装置简单，无需加入磁场。
Description
技术领域
本发明涉及一种能量转换装置，尤其涉及一种基于荷电团簇迁移的动能-电能转换装置。
背景技术
团簇是有几个乃至数千个原子或者分子通过一定的物理或者化学结合力组成的相对稳定的微观或者亚微观聚集体。它具有许多与尺寸相关的奇异结构和性质，是联结微观与宏观之间物质结构的新层次。团簇研究有助于认识凝聚物体的性质和规律。在低品位能源中，比如汽轮机出口的乏汽，就是带有水分子团簇的水蒸气，其仍然具有较高的能量可以利用。
电晕放电是不均匀电场所特有的的一种自持放电形式。在均匀电场中某处开始一定的电离后，常导致完全的过渡过程，建立起等离子通道，因而不会形成电晕放电；在极不均匀电场中则不然，即使出现许多局部的电离和激发过程，电极之间并不击穿或导通，这一现象即是电晕放电。电晕放电理论主要建立在汤生理论和流注理论的基础上。电晕荷电则是液滴通过电晕场，电晕场中的粒子在电场的作用下向液滴充电而使液滴荷电的过程。磁流体发电是燃料直接加热成易于电离的气体，使之在高温下电离成导电的离子流，让其在电场中高速流动，切割磁力线，产生感应电动势，从而产生电能，但是，加入磁场使得所需的发电设备结构更加复杂。
发明内容
发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种先进的能量转换装置，无需磁场，可直接将荷电团簇携带的动能高效转换为电能加以利用，且装置结构简单。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，包括从左向右设置的电加热蒸汽发生器、团簇荷电段以及电能接收段；所述团簇荷电段包括团簇荷电装置和直流电源；所述电能接收段包括电能接收装置4和负载；所述团簇荷电装置包括依次连接的空心长方体1、拉法尔金属喷管2以及空心管3；所述电加热蒸汽发生器通过保温管6与所述空心长方体1连接；在空心长方体1中水平设置有放电针5；所述直流电源的负极接地并且直流电源负极连接放电针5的一端，放电针5的另一端端部磨成针尖形状并且位于 拉法尔金属喷管2的喉部中心点位置；所述电源的正极与拉法尔金属喷管2连接；所述电能接收装置4连接负载的一端，负载的另一端接地。
进一步的，所述拉法尔金属喷管2截面为圆形，拉法尔金属喷管2出口与拉法尔金属喷管2喉部面积比为1.2～1.8，喉部直径为2～10mm，拉法尔金属喷管2入口的直径为20～30mm，喉部与入口的水平距离为10～15mm，喉部与拉法尔金属喷管2出口的水平距离为2～6mm。
进一步的，所述空心长方体1采用有机玻璃制成，其壁厚为20mm，长为300～500mm，宽为100mm，高为100mm；所述空心管3为空心圆柱状，并且长为10～15mm，内径为 外径为
进一步的，所述电能接收装置4为不锈钢金属网，长为100～200mm，宽为200～400mm，且不锈钢金属网距空心管3出口5mm～10mm。
进一步的，所述放电针5由铜或者镍材料制作，长度为50～100mm，直径为0.5～1mm。
进一步的，所述直流电源电压为5～10kV。
进一步的，保温管6为螺纹连接管，长度为1.5～2m，内径为外径为
进一步的，放电针5的另一端端部磨成针尖形状并且位于拉法尔金属喷管2的喉部中心点位置。
有益效果：本发明提供的一种基于荷电团簇迁移的动能-电能转换装置，该装置结构简单，无需加入磁场，适用于一些需要设备精简的特殊场合，比如航空，航天等领域。本发明利用荷电团簇迁移的动能-电能转换技术，可以将低品位能源(如汽轮机乏汽)进行充分回收利用，提高能源利用率，本发明装置的输出功率可达15～50kW。
附图说明
图1为本发明结构总图；
图2为本发明电能转换接收装置结构及电路图；
图3为本发明团簇荷电装置的立体示意图；
其中：1-空心长方体、2-拉法尔金属喷管、3-空心管、4-电能接收装置、5-放电针、6-保温管。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，包括电加热蒸汽发生器、团簇荷电段以及电能接收段；团簇荷电段包括团簇荷电装置以及直流电源；电能接收段包括电能接收装置4以及负载；团簇荷电装置包括依次连接的空心长方体1、拉法尔金属喷管2以及空心管3；在空心长方体1中水平设置有放电针5；直流电源的负极接地并且直流电源负极连接放电针5的一端，放电针5的另一端端部磨成针尖形状并且指向拉法尔金属喷管2；电源的正极与拉法尔金属喷管2连接；电能接收装置4连接负载的一端，负载的另一端接地；
电加热蒸汽发生器产生的高温高压饱和水蒸气通过保温管6传输至空心长方体1中；高温高压饱和水蒸气通过拉法尔金属喷管2转化为高速射流湿蒸汽，并且高温高压饱和水蒸气在经过拉法尔金属喷管2喉部后在拉法尔喷管内部能够部分凝结形成荷电水分子团簇，而放电针5的针尖位置是处于拉法尔金属喷管2喉部中心点位置，所以放电针5是为了给水分子团簇荷上电荷形成荷电水分子团簇。最终包含有荷电水分子团簇的高速射流湿蒸汽从拉法尔金属喷管2出口射流；而荷电水分子团簇在拉法尔喷管外会形成电场方向指向电能接收装置4的自洽电场。高速射流湿蒸汽克服荷电水分子团簇受到由电能接收装置4指向拉法尔金属喷管2的库仑力，推动荷电水分子团簇沿着空心管3道向电能接收装置4方向移动，使得湿蒸汽的动能转化为荷电团簇的电势能，电能接收装置4接收到荷电团簇的电势能后，电能接收装置4将电势能放出传输给负载。
下面根据具体实施例加以说明：
利用功率为20～60kW，蒸汽流量为20～50kg/h的电加热蒸汽发生器产生高温高压饱和水蒸汽，蒸汽压力为3～7atm，饱和温度为133～170℃，流量为20～50L/h。该高温高压饱和水蒸汽通过保温管6传输到团簇荷电装置，保温管6为螺纹连接管，即保温管6与团簇荷电装置或电加热蒸汽发生器采用螺纹的固定连接，长度为1.5～2m，内径为6～12mm，外径为8～14mm；
团簇荷电装是由有机玻璃制成的空心长方体1，其壁厚为20mm，长为300～500mm，宽为100mm，高为100mm；所述空心管3长为10～15mm，内径为外径为 放电针5由铜或者镍等金属材料制作，直径为0.5～1mm，长度为50～100mm，放电针5的一端连接直流电源的负极，另一端端部磨成针尖形状并且指向拉法尔金属喷 管2，其放电针5与拉法尔金属喷管2入口的中心点等高，并且针尖处于拉法尔金属喷管2的喉部中心点位置处。拉法尔金属喷管2截面为圆形，拉法尔金属喷管2出口与拉法尔金属喷管2喉部面积比为1.2～1.8，喉部直径为2～10mm，拉法尔金属喷管2入口的直径为20～30mm，喉部与拉法尔金属喷管2的入口的水平距离为10～15mm，喉部与拉法尔金属喷管2出口的水平距离为2～6mm，拉法尔金属喷管2的材料为不锈钢。由于拉法尔金属喷管2进出口存在气压差，高温高压饱和水蒸汽内能转化为动能，即从拉法尔金属喷管2入口处进入的高温高压饱和水蒸气，其气压为3～7atm，饱和温度为133～170℃，速度为5～15m/s，转化成拉法尔金属喷管2出口处的高速射流湿蒸汽，其压力为1atm，温度为133～170℃，速度为600～800m/s。同时高温高压饱和水蒸汽在拉法尔金属喷管2内伴随部分凝结，蒸汽中产生10～1000个水分子凝结而成的水分子团簇。直流电源电压为5～10kV，即在放电针5与拉法尔金属喷管2两侧施加5～10kV电压，发生电晕放电，生成大量正离子和自由电子，正离子向放电针5侧移动，自由电子向拉法尔金属喷管2侧移动。水分子团簇吸附自由电子而形成负荷电水分子团簇，荷电量为10～20e。负荷电水分子团簇所携带的电子的密度为5.0x1019～3.4x1020m-3。因此，最终在拉法尔金属喷管2出口处产生速度为600～800m/s，水分子团簇比例占5％～10％的高速射流湿蒸汽。
荷电水分子团簇在拉法尔喷管外产生电场强度为30～60kV/cm，方向向右的自洽电场；荷电水分子团簇从拉法尔喷管出口射流，受到方向由电能接收装置4指向拉法尔金属喷管2的库仑力，方向与高速射流湿蒸汽射流方向相反，从拉法尔金属喷管2出口射流产生的600～800m/s的高动能高速射流湿蒸汽克服荷电水分子团簇受到的库仑力，推动荷电水分子团簇沿着空心管3道向电能接收装置4方向移动，并且速度减小至100～200m/s，使得高动能湿蒸汽的动能转化为荷电水分子团簇的电势能，在电能接收装置4处形成150～300kV的电压，从而实现高动能湿蒸汽的动能-电能转换。在电能接收装置4处放出电能，连接电阻R加以利用。电能接收装置4为不锈钢金属网制作，长宽分别为100～200mm，200～400mm，距蒸汽射流出口5～10mm。电路由直流电源，拉法尔金属喷管2，放电针5，电能接收装置4和负载组成，电能接收装置4可以用细孔金属网制作，电能接收装置4产生的电能功率为15～50kW，其中团簇荷电段使用的电能为500～1000W。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，其特征在于：包括从左向右设置的电加热蒸汽发生器、团簇荷电段以及电能接收段；所述团簇荷电段包括团簇荷电装置和直流电源；所述电能接收段包括电能接收装置(4)和负载；所述团簇荷电装置包括依次连接的空心长方体(1)、拉法尔金属喷管(2)以及空心管(3)；所述电加热蒸汽发生器通过保温管(6)与所述空心长方体(1)连接；在空心长方体(1)中水平设置有放电针(5)；所述直流电源的负极接地并且直流电源负极连接放电针(5)的一端，放电针(5)的另一端指向拉法尔金属喷管(2)的一侧；所述电源的正极与拉法尔金属喷管(2)连接；所述电能接收装置(4)连接负载的一端，负载的另一端接地。
2.根据权利要求1所述的一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，其特征在于：所述拉法尔金属喷管(2)截面为圆形，拉法尔金属喷管(2)出口与拉法尔金属喷管(2)喉部面积比为1.2～1.8，喉部直径为2～10mm，拉法尔金属喷管(2)入口的直径为20～30mm，喉部与入口的水平距离为10～15mm，喉部与拉法尔金属喷管(2)出口的水平距离为2～6mm。
3.根据权利要求1所述的一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，其特征在于：所述空心长方体(1)采用有机玻璃制成，其壁厚为20mm，长为300～500mm，宽为100mm，高为100mm；所述空心管(3)为空心圆柱状，并且长为10～15mm，内径为外径为
4.根据权利要求1所述的一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，其特征在于：所述电能接收装置(4)为不锈钢金属网，长为100～200mm，宽为200～400mm，且不锈钢金属网距空心管(3)出口5mm～10mm。
5.根据权利要求1所述的一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，其特征在于：所述放电针(5)由铜或者镍材料制作，长度为50～100mm，直径为0.5～1mm。
6.根据权利要求1所述的一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，其特征在于：所述直流电源电压为5～10kV。
7.根据权利要求1所述的一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，其特征在于：保温管(6)为螺纹连接管，长度为1.5～2m，内径为外径为
8.根据权利要求1所述的一种基于荷电团簇迁移的先进动能-电能转换装置，其特征在于：放电针(5)的另一端端部磨成针尖形状并且位于拉法尔金属喷管(2)的喉部中心点位置。
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| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| EXSB | Decision made by sipo to initiate substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20170315 |