CN109209801B - 基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置 - Google Patents
基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，包括位于磁场内部的梯形支架，所述的梯形支架内部连接有滑块，所述滑块的顶端通过弹簧与梯形支架的顶部连接，滑块两侧分别通过SMA弹簧与固定在梯形支架左右两侧的导杆连接，所述滑块的前后两端面均缠有导线，滑块顶部的拐角处均连接有电刷，所述的电刷均穿过梯形支架顶部的电线孔，所述滑块的下方设有热源。本发明结构简单、安装方便、装置成本低、经济效益高；将本发明置于磁场内可充分利用中低温热量，提高余热发电效率；普适性高，对使用场所的约束较小，经适当尺寸改装可收集工厂废水管等大型热源或者家用排气管等小型热源；使用维护简单，除待收集的热源外，不需要其他能源供给。
Description
技术领域
本发明涉及发电装置，尤其涉及一种基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置。
背景技术
余热发电技术是将废热回收，通过热电转换装置发电供给的技术。由于余热温度越高，热量回收越容易实现，余热利用效率也越高，因此目前高温余热回收发电技术发展较快。但中低温余热回收仍处于试验阶段，应用效果也较不理想。形状记忆合金(SMA)对温度感知较为灵敏，在中低温下就可以表现出良好的形状记忆效应，且具有相变驱动力大、抗疲劳性能好、耐腐蚀等优点，可较好地应用于中低温余热回收技术。
近年来，有机朗肯循环和Calina循环在余热回收方面应用较多，然而，此类装置普遍采用热泵系统发电，存在装置结构复杂，设备所占空间大，装置普适性差，发电成本较高等问题。温差发电元件发电是近些年逐步推广的发电技术,但由于温差发电片冷热端的热阻系数过大使得换热不充分，导致其发电的输出功率低，发电效率较低，热效率较低，现有的一些发明创造以及产品中导致设备的经济效益低。
因此，现在迫切需要设计一种结构简单、安装方便、成本低、经济效益高的新型热电转换装置，充分利用中低温热量，改善现有装置在中低温余热回收利用方面的不足，提高余热发电效率。
发明内容
发明目的：本发明目的是提供一种基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，该装置利用温度变化下，形状记忆合金(SMA)长度的改变，自主地打开水冷系统，加快形状记忆合金的冷却速度，从而提高余热发电效率。
技术方案：本发明包括位于磁场内部的梯形支架，所述梯形支架的两侧壁板上均设有导轨，梯形支架内部连接有滑块，所述滑块的顶端通过弹簧与梯形支架的顶部连接，滑块两侧分别通过SMA弹簧与限定在梯形支架左右两侧的导杆连接，所述的导杆限定在导轨内，所述滑块的前后两端面均缠有导线，滑块顶部的拐角处均连接有电刷，所述的电刷均穿过梯形支架顶部的电线孔，所述滑块的下方设有热源。
所述的梯形支架采用保温材料。
所述梯形支架的顶部拐角处均设有注水喷孔，用于向梯形支架内部喷水，提高SMA弹簧的冷却速度。
所述的导轨内部设有注水开关，所述的注水开关位于靠近梯形支架顶部的位置，当滑块向上滑动过程中触发注水开关时，注水喷孔向装置内部喷水。
所述SMA弹簧的数量至少为4根。
所述的滑块采用绝缘绝热材料，由六块绝缘绝热板件拼接而成。
所述的导线表面附有绝缘膜。
所述的热源为中低温废水，将中低温废水的余热转化为电能进行发电。
工作原理：滑块和SMA弹簧在重力和弹簧的推力作用下沿着位于梯形支架左右两侧壁板的导轨下滑，由于SMA弹簧具有形状记忆性，受热收缩，随着弹簧的连续拉伸，SMA弹簧在靠近热源时收缩，沿着SMA弹簧轴向方向的收缩力分解为竖直向上的拉力，进而带动滑块沿导轨向上滑动，SMA弹簧逐渐恢复到无收缩状态。在此过程中，利用铜导线上下移动并切隔磁感应线而产生交流电，并通过电刷引出电流进行发电。
有益效果：本发明结构简单、安装方便、装置成本低、经济效益高；将本发明置于磁场内可充分利用中低温热量，提高余热发电效率；普适性高，对使用场所的约束较小，经适当尺寸改装可收集工厂废水管等大型热源或者家用排气管等小型热源；使用维护简单，除待收集的热源外，不需要其他能源供给。
附图说明
图1为本发明的剖视图；
图2为本发明的整体结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明。
如图1和图2所示，本发明包括梯形支架1、SMA弹簧2、滑块3、导线4、导杆5、电刷6、热源7、弹簧8、注水喷孔9与导轨10。将整个装置置于磁场内，梯形支架1采用保温材料，其内部连接有滑块3，滑块3采用绝缘绝热材料，由六块绝缘绝热板件拼接而成。滑块3的顶端通过弹簧8与梯形支架1的顶部连接，滑块3两侧分别通过两根SMA弹簧2与限定在梯形支架1左右两侧的导杆5连接，SMA弹簧2具有形状记忆性，受热收缩，冷却时恢复到原来的形状。滑块3的前后两端面沿水平方向均匀致密地缠绕有导线4，导线4采用表面附有绝缘膜的铜导线，滑块3顶部的拐角处均连接有电刷6，电刷6穿过梯形支架1顶部的电线孔，滑块3的下方设有热源7。
梯形支架1的顶部为矩形板，四个拐角处均设有注水喷孔9，用于向梯形支架1内部喷水，提高SMA弹簧2的冷却速度。梯形支架1的两侧壁板上均设有矩形导轨10，导杆5限定在导轨10内，通过导杆5带动SMA弹簧2沿导轨10滑动。导轨10内部设有注水开关，注水开关位于靠近梯形支架1顶部的位置，当滑块3向上滑动过程中触发注水开关时，注水开关打开，注水喷孔9向装置内部喷水冷却，当导杆5向下滑过导轨10时，注水开关关闭，注水喷孔9停止喷水。本发明采用的热源7为中低温废水，利用缠绕在滑块3前后表面的铜导线4上下移动切割磁感线而产生交流电，并通过滑块3顶部四个顶点相连的电刷6引出电流，电刷6从梯形支架1顶端的电线孔引出至电流收集装置，从而将将中低温废水的余热转化为电能进行发电。
使用时，将本装置置于磁场中，未接触热源7时，SMA弹簧2保持原状，不具有收缩性。滑块3和SMA弹簧2在重力和弹簧8的推力作用下沿着位于梯形支架1左右两侧壁板的导轨10下滑，由于SMA弹簧具有形状记忆性，受热收缩，随着弹簧8的连续拉伸，SMA弹簧2在靠近热源7时收缩，将沿着SMA弹簧2轴向方向的收缩力分解为竖直向上的拉力，进而带动滑块3沿导轨10向上滑动。SMA弹簧2在向上运动的过程中冷却，并不断压缩弹簧8，当滑块3向上滑动过程中触发导轨10内部的注水开关时，注水喷孔9向装置内部喷水，SMA弹簧2冷却并逐渐恢复到无收缩状态。之后滑块3继续向下移动，重复循环。利用缠绕在滑块3前后表面的铜导线4上下移动并切隔磁感应线而产生交流电，最后，通过滑块3顶端四个顶点相连的电刷6引出电流，电刷6从梯形支架1顶端的电线孔引出至电流收集装置进行发电。
Claims (8)
1.一种基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，其特征在于，包括位于磁场内部的梯形支架(1)，所述梯形支架(1)的两侧壁板上均设有导轨(10)，梯形支架(1)内部连接有滑块(3)，所述滑块(3)的顶端通过弹簧(8)与梯形支架(1)的顶部连接，滑块(3)两侧分别通过SMA弹簧(2)与限定在梯形支架(1)左右两侧的导杆(5)连接，所述的导杆(5)限定在导轨(10)内，所述滑块(3)的前后两端面均缠有导线(4)，滑块(3)顶部的拐角处均连接有电刷(6)，所述的电刷(6)穿过梯形支架(1)顶部的电线孔，所述滑块(3)的下方设有热源(7)。
2.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，其特征在于，所述的梯形支架(1)采用保温材料。
3.根据权利要求1或2所述的基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，其特征在于，所述梯形支架(1)的顶部拐角处均设有注水喷孔(9)。
4.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，其特征在于，所述的导轨(10)内部设有注水开关，所述的注水开关位于靠近梯形支架(1)顶部的位置。
5.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，其特征在于，所述SMA弹簧(2)的数量至少为4根。
6.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，其特征在于，所述的滑块(3)采用绝缘绝热材料。
7.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，其特征在于，所述的导线(4)表面附有绝缘膜。
8.根据权利要求1所述的基于形状记忆合金的中低温余热滑动发电装置，其特征在于，所述的热源(7)为中低温废水。
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