CN109560723A - 一种温差发电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种温差发电装置及方法。其中，温差发电装置及方法包括闭合循环管道，所述闭合循环管道内充入有液态金属；所述闭合循环管道由加热段、第一管道段、冷却段和第二管道段首尾相接构成；磁体对，所述磁体对包括两个极性相反设置的磁体；所述第一管道段和第二管道段中至少有一者的预设位置处设置有一个磁体对，且设置在第一管道段和第二管道段的磁体对的磁场方向相反；电极板，其设置在闭合循环管道的管壁上；所述液态金属用于在加热段受热及冷却段降温，在闭合循环管道内形成定向循环流动，切割磁体对之间的磁力线，在电极板上积累正负电荷从而产生电能。

Description

一种温差发电装置及方法

技术领域

本公开属于发电装置领域，尤其涉及一种温差发电装置及方法。

背景技术

本部分的陈述仅仅是提供了与本公开相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。

目前，热能转换成电能最常用的方法是利用高温高压的工作介质驱动涡轮、活塞等机械装置，带动发电机的转子转动，使其与发电机定子形成的磁场相互作用，从而产生电压，并通过电刷与负载构成回路，产生交流电。这个过程不仅包括了热能转化为机械能、机械能转化为电能等多次能量转化过程，还涉及机械能的传递、摩擦损耗等很多必然造成不可逆能量损失的环节，对系统效率有一定负面影响。发明人发现，传统热力发电机的动部件多，机械能损耗较大，效率不高。

发明内容

本公开的第一方面，提供了一种温差发电装置，其具有机械能损耗小且发电效率高的效果。

本公开提供的一种温差发电装置的技术方案为：

本公开的一种温差发电装置，包括：

闭合循环管道，所述闭合循环管道内充入有液态金属；所述闭合循环管道由加热段、第一管道段、冷却段和第二管道段首尾相接构成；

磁体对，所述磁体对包括两个极性相反设置的磁体；所述第一管道段和第二管道段中至少有一者的预设位置处设置有一个磁体对，且设置在第一管道段和第二管道段的磁体对的磁场方向相反；

电极板，其设置在闭合循环管道的管壁上；

所述液态金属用于在加热段受热及冷却段降温，在闭合循环管道内形成定向循环流动，切割磁体对之间的磁力线，在电极板上积累正负电荷从而产生电能。

进一步地，所述闭合循环管道为点对称结构，且所述加热段和冷却段以闭合循环管道的中心点对称设置。

上述技术方案的优点在于，这样能够快速满足供热与供冷的量达到一定的匹配关系，维持流体在环内持续定向流动。

其中，闭合循环管道也可为轴对称结构。

需要说明的是，闭合循环管道的形状可以为任意形状，只要能使得加热段和冷却段满足供热与供冷的量达到一定的匹配关系，维持流体在环内持续定向流动即可。

进一步地，加热段与热源相连。

上述技术方案的优点在于，热源为加热段提供热能。

进一步地，冷却段与冷源相连。

上述技术方案的优点在于，冷源冷却闭合循环管道内的液体金属。

进一步地，所述电极板与闭合循环管道的管壁相连接，且相连接位置处的闭合循环管道的管壁由导电材料制成。

上述技术方案的优点在于，通过管壁导电材料与电极板之间的导电性，使得电荷通过管壁聚集到电极板上，进而形成电流。

进一步地，所述闭合循环管道的管壁上设置有预设孔，所述电极板设置在预设孔内。

上述技术方案的优点在于，这样电极板与管壁融合成一体，使得温差发电装置的结构更加简单，提高了温差发电装置运行的稳定性。

进一步地，所述闭合循环管道由第一弯管段、第一直管段、第二弯管段和第二直管段首尾连接而成，所述加热段和冷却段分别设置在第一弯管段和第二弯管段中。

进一步地，第一直管段和第二直管段中至少有一者上设置有磁体对。

上述技术方案的优点在于，这样磁体对的磁力线方向垂直于第一直管段或第二直管段的管壁，且平行于电极。

进一步地，所述电极板还与导线相连，从而实现对外供电。

上述技术方案的优点在于，可以实现对外供电，使得温差发电装置可以模块化，而且外接电路不需要电刷，输出直流电，恒电压。

本公开的第二方面，提供了一种温差发电方法。

本公开的一种温差发电方法的技术方案为：

本公开的一种温差发电方法，基于上述所述的温差发电装置；

液态金属在加热段受热后密度变小而上浮，在冷却段降温后密度变大而下沉，进而在闭合循环管道内形成定向循环流动，切割磁体对之间的磁力线，在电极板上积累正负电荷，产生电能。

本公开的有益效果是：

(1)本公开的温差发电装置包括闭合循环管道、磁体对和电极板，闭合循环管道上设有加热段和冷却段；第一管道段和第二管道段中至少有一者的预设位置处设置有一个磁体对；闭合循环管道的管壁上连接电极板，减少了热能向电能转化的环节，与传统发电装置相比省却了机械能传递的环节，效率得到有效提高。

(2)本公开的温差发电装置的闭合循环管道内充入液体金属，发电过程没有运动部件，只有流体的流动，机械损耗小，无磨损，维护成本低，噪声小。

(3)本公开的电极板还与导线相连，从而实现对外供电，使得温差发电装置可以模块化，而且外接电路不需要电刷，输出直流电，恒电压。

附图说明

构成本公开的一部分的说明书附图用来提供对本公开的进一步理解，本公开的示意性实施例及其说明用于解释本公开，并不构成对本公开的不当限定。

图1是本公开实施例提供的一种温差发电装置的主视图。

图2是本公开实施例提供的一种温差发电装置的左视图。

其中，1、闭合循环管道；2、第一管壁；3、第二管壁；4、磁体；5、加热段；6、冷却段；7、电极板。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本公开提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本公开所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本公开的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，本实施例的一种温差发电装置，包括：

闭合循环管道1，所述闭合循环管道内充入有液态金属。所述闭合循环管道由加热段、第一管道段、冷却段和第二管道段首尾相接构成。

具体地，可选择任一种液态金属做介质，例如：汞。

在本实施例中，所述闭合循环管道由第一弯管段、第一直管段、第二弯管段和第二直管段首尾连接而成。其中，加热段设置在第一弯管段中，冷却段设置在第二弯管段中。

在一实施例中，所述闭合循环管道为点对称结构，且所述加热段和冷却段以闭合循环管道的中心点对称设置。

这样能够快速满足供热与供冷的量达到一定的匹配关系，维持流体在环内持续定向流动。

在其他实施例中，闭合循环管道也可为轴对称结构。

需要说明的是，闭合循环管道的形状可以为任意形状，例如：圆形或椭圆形。只要能使得加热段和冷却段满足供热与供冷的量达到一定的匹配关系，维持流体在环内持续定向流动即可。

在具体实施中，加热段与热源相连，冷却段与冷源相连。

热源用于为加热段提供热能；冷源用于冷却闭合循环管道内的液体金属的温度。

具体地，加热段布置于下方且位于中线一侧，加热段接受来自热源的热量，热源可为加热装置。冷源可采用冷却用水或低温冷却剂来实现。

在加热段5处输入热量，使液态金属升温，密度变小而上浮；在冷却段6处取热，使液态金属冷却，密度变大而下沉。维持加热和冷却，液态金属将持续定向循环流动，并切割磁力线，在两侧电极板7上形成电动势，接上负载就可以对外输出电能。

在本实施例中，闭合循环管道由第一弯管段、第一直管段、第二弯管段和第二直管段首尾连接而成，所述加热段5和冷却段6分别设置在第一弯管段和第二弯管段中，加热段5和冷却段6之间的第一管道段和第二管道段的预设位置处均设置有一对极性相反的磁体4；闭合循环管道的管壁上连接有电极板7。

具体地，在第一直管段的管壁两侧设置有极性相反的磁体，且在第一直管段的管壁上连接有电极板。

在第二直管段的外管壁两侧也设置有极性相反的磁体，第一直管段两侧的磁力线方向与第二直管段两侧的磁力线方向相反。

磁体的磁力线方向垂直于第一直管段外管壁，且平行于电极。

在一实施例中，电极板与闭合循环管道的管壁相连接，且相连接位置处的闭合循环管道的管壁由导电材料制成。

通过管壁导电材料与电极板之间的导电性，使得电荷通过管壁聚集到电极板上，进而形成电流。

在另一实施例中，所述闭合循环管道的管壁上设置有预设孔，所述电极板设置在预设孔内。

这样电极板与管壁融合成一体，使得温差发电装置的结构更加简单，提高了温差发电装置运行的稳定性。

如图2所示，以电极板为管壁的组成部分为例：

由第一管壁2和第二管壁3以及第一管壁2和第二管壁3之间的电极板7围成环形闭合循环管道，将液态金属充入上述闭合循环管道1。其中，第一管壁2和第二管壁3为绝缘材料，例如：塑料、玻璃或陶瓷。电极板为电的良导体，例如：石墨、金属。

在第一直管段和第二直管段管道垂直于管道中心轴线的截面呈长方形，直管段的轴线方向与重力方向平行，截面长度方向的壁面由绝缘材料构成，截面宽度方向的壁面为导电良好的电极构成，绝缘材料与电极材料共同构成了密闭的液态金属流道。

本实施例的温差发电装置利用了热虹吸原理，使得闭合循环管道内的金属液体维持定向运动，其具体原理为：

液体受热后密度变小而上浮、遇冷后密度变大而下沉，同时由于该液体被束缚在闭合环形流道(竖直放置)内，无论是液体上浮还是下沉，在分子间内聚力的作用下，移走的液体分子产生的空穴必然由另外一部分液体分子来填充，因此只要在闭合环形流道底部的适当位置持续向流体供热、在闭合环形流道顶部的适当位置持续向流体供冷，并且供热与供冷的量达到一定的匹配关系，就可以维持流体在环内持续定向流动。

本实施例的温差发电装置的发电原理为：

将液态金属充入一个沿重力方向竖直放置的闭合循环管道内；

液态金属为常温液态金属或低温液态金属合金；

在闭合循环管道底部加热，使液态金属受热后密度变小而上浮，在闭合循环管道顶部冷却，使液态金属降温后密度变大而下沉，持续加热和冷却，使液态金属在通道内形成定向循环流动；

其中，闭合循环管道的截面宜近似为长方形，截面长度方向的壁面由绝缘材料构成，截面宽度方向的壁面为导电良好的电极材料构成。在截面长度方向壁面的两侧布置永磁体，使磁场垂直于液态金属流动方向；

当液态金属在环形流道内定向循环流动时，相当于导线切割磁力线，在截面宽度方向两侧的电极板上会形成电势差，从而实现发电。

在具体实施中，液态金属的流动在启动阶段是加速运动，当切割磁力线产生感生电动势后，将产生内部电流，同时受到与流动方向相反的安培力的作用，流速到一定值后作用力平衡，流速不再增大。

在具体实施中，电极板还与导线相连，从而实现对外供电。

本实施例的温差发电装置包括闭合循环管道、磁体对和电极板，闭合循环管道上设有加热段和冷却段；第一管道段和第二管道段中至少有一者的预设位置处设置有一个磁体对；闭合循环管道的管壁上连接电极板，减少了热能向电能转化的环节，与传统发电装置相比省却了机械能传递的环节，效率得到有效提高。

本实施例的温差发电装置闭合循环管道内充入液体金属，发电过程没有运动部件，只有流体的流动，机械损耗小，无磨损，维护成本低，噪声小。

本实施例的电极板还与导线相连，从而实现对外供电，使得温差发电装置可以模块化，而且外接电路不需要电刷，输出直流电，恒电压。

本实施例的一种温差发电方法，基于如图1所示的温差发电装置；

液态金属在加热段受热后密度变小而上浮，在冷却段降温后密度变大而下沉，进而在闭合循环管道内形成定向循环流动，切割磁体之间的磁力线，在电极板上积累正负电荷从而产生电能。

本实施例的一种温差发电方法，减少了热能向电能转化的环节，与传统发电方法相比省却了机械能传递的环节，效率得到有效提高。

上述虽然结合附图对本公开的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本公开的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种温差发电装置，其特征在于，包括：

闭合循环管道，所述闭合循环管道内充入有液态金属；所述闭合循环管道由加热段、第一管道段、冷却段和第二管道段首尾相接构成；

磁体对，所述磁体对包括两个极性相反设置的磁体；所述第一管道段和第二管道段中至少有一者的预设位置处设置有一个磁体对，且设置在第一管道段和第二管道段的磁体对的磁场方向相反；

电极板，其设置在闭合循环管道的管壁上；

所述液态金属用于在加热段受热及冷却段降温，在闭合循环管道内形成定向循环流动，切割磁体对之间的磁力线，在电极板上积累正负电荷从而产生电能。

2.如权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述闭合循环管道为点对称结构，且所述加热段和冷却段以闭合循环管道的中心点对称设置。

3.如权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，加热段与热源相连。

4.如权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，冷却段与冷源相连。

5.如权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述电极板与闭合循环管道的管壁相连接，且相连接位置处的闭合循环管道的管壁由导电材料制成。

6.如权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述闭合循环管道的管壁上设置有预设孔，所述电极板设置在预设孔内。

7.如权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述闭合循环管道由第一弯管段、第一直管段、第二弯管段和第二直管段首尾连接而成，所述加热段和冷却段分别设置在第一弯管段和第二弯管段中。

8.如权利要求7所述的温差发电装置，其特征在于，第一直管段和第二直管段中至少有一者上设置有磁体对。

9.如权利要求1所述的温差发电装置，其特征在于，所述电极板还与导线相连，从而实现对外供电。

10.一种温差发电方法，其特征在于，基于如权利要求1-9中任一项所述的温差发电装置；

液态金属在加热段受热后密度变小而上浮，在冷却段降温后密度变大而下沉，进而在闭合循环管道内形成定向循环流动，切割磁体对之间的磁力线，在电极板上积累正负电荷，产生电能。