CN112152510B - 一种以液滴为载体的热电荷动力循环系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种以液滴为载体的热电荷动力循环系统，蠕动泵，所述蠕动泵通过出水口与供水管相连接，所述供水管与液滴滴管相连接，所述液滴滴管的上方安装有加热器，所述液滴滴管的下方安装有热释电采集器。该系统构建了基于低品位热液滴的新型动力循环体系，该动力循环可以将工业当中通常难以回收利用的低品位热液滴的能量加以回收利用，产生有用功，这不但丰富了低品位热液滴的能量回收方式，而且为微电机械系统的动力来源提供有益补充。此外本发明采用的毛细波桨叶自身质量轻，且在工作过程当中无转动部件，无噪声，耐久性和静音效果较好。
Description
技术领域
本发明涉及机械工程领域，尤其涉及一种以液滴为载体的热电荷动力循环系统。
背景技术
有用功和机械能是第一次工业革命的产物，为机车、工程机械等领域提供了可靠的动能。传统有用功的产生依赖于朗肯循环、奥托循环、迪塞尔循环、斯特林循环等，这些循环至今仍然是工业部门的主要动力来源。然而传统的热能动力循环需要燃料燃烧产生的高温烟气和加热水产生的过热蒸汽中蕴含的中高品位热能，这些能量的获取需要消耗大量化石燃料。在自然界和工业生产当中存在大量低品位热液滴，例如温泉、火力发电厂冷却塔的喷淋液滴等。这些液滴蕴含了储量丰富但品味较低的热量，利用上述传统的热能动力循环难以将液滴中的丰富低品位热转换为有用功。一些新兴的低品位热能回收利用技术包括热泵技术和热电发电机等，然而这些技术在回收液滴携带的低品位热量时均受到不同限制。例如热泵可以将这部分低品位热量通过制冷剂工质的循环，用于制冷和加热，在暖通空调领域有着较为广泛的应用，然而液滴中的低品位热难以通过热泵技术转换为有用功；热电发电机利用帕尔贴效应在温差存在的情况下，将热量转换为电能，然而由于较低的热电转换效率和较小的电能输出，液滴中的低品位热量也难以向有用功转化。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种以液滴为载体的热电荷动力循环系统，该系统将低品位热能中的液滴能量进行采集、利用该系统转换为交流电信号，再将交流电信号应用于桨叶的推动最终形成有用功。该系统基于热液滴携带的热量和液滴在铌酸锂热释电基片表面的快速接触、分离动作产生交流电信号，利用交流电信号在桨叶表面产生毛细波，毛细波传播过程对桨叶产生反推力，在反推力的作用下，桨叶、旋转轴和轴承构成新型动力系统，产生有用功，通过收集水箱和蠕动泵将水箱中的水输送到液滴滴管上，形成水系统的循环，减少额外补水，该系统具体包括：蠕动泵，所述蠕动泵通过出水口与供水管相连接，所述供水管与液滴滴管相连接，所述液滴滴管的上方安装有加热器，所述液滴滴管的下方安装有热释电采集器，所述热释电采集器包括铌酸锂热释电基片，所述铌酸锂热释电基片的正面和背面分别镀有正极电极和负极电极，所述正极电极的上方涂有疏水涂层，所述负极电极与散热片相贴合，所述正极电极通过正极导线与桨叶的电极相连接，所述负极电极通过负极导线与收集水箱相连接，所述收集水箱的中部设置有旋转轴，所述旋转轴通过轴承固定于收集水箱的底部，所述收集水箱的出水口通过回水管与蠕动泵相连接；
工作状态下：蠕动泵将预先储存在收集水箱中的水通过回水管吸入、再由供水管输送到液滴滴管中，液滴滴管产生连续液滴，所述加热器在电流作用下产生热量将供水管中的水加热，从而使得液滴滴管中产生的液滴为加热状态，由液滴滴管产生的热液滴滴落至热释电采集器的表面，将热量传递至铌酸锂热释电基板上，热量的输入导致铌酸锂热释电基板内部电偶极子运动状态发生变化、因此导致铌酸锂热释电基板表面电荷密度的改变，其中电荷密度改变使铌酸锂热释电基板正面和背面的正极电极和负极电极之间产生电势差，热释电采集器获得的热量传导至散热片中使得热释极化作用消失、使正极电极与负极电极之间产生一反向电势差，其中热液滴在热释电采集器表面的滴落和离开使正极电极和负极电极之间产生交流电信号，在介电润湿作用下在桨叶上产生毛细波，毛细波在向外传递的同时对桨叶产生反推力，在反推力的作用下，旋转轴围绕轴承旋转产生有用功。
所述桨叶包括第1桨叶，第2桨叶，第3桨叶，其中每片桨叶包括桨叶基片，桨叶电极和特氟龙疏水涂层，所述第1桨叶、第2桨叶、第三桨叶呈120°角设置于旋转轴上，其中正极电极经正极导线与第1桨叶、第2桨叶和第3桨叶的电极相连接，所述负极电极通过负极导线与收集水箱中的水体相连接。
由于采用了上述技术方案，本发明提供的一种以液滴为载体的热电荷动力循环系统，该系统构建了基于低品位热液滴的新型动力循环体系，该动力循环可以将工业当中通常难以回收利用的低品位热液滴的能量加以回收利用，产生有用功，这不但丰富了低品位热液滴的能量回收方式，而且为微电机械系统的动力来源提供有益补充。此外本发明采用的毛细波桨叶自身质量轻，且在工作过程当中无转动部件，无噪声，耐久性和静音效果较好；同时本发明具有如下优点：(a)由热液滴作为载体的热释交流电信号发生装置。由于热释电自身工作特点，恒定温差不能使热释电发生装置产生连续电能输出，而周期性热源在自然界和工业生产中并不常见，本发明利用了热液滴在热释发电基板上的快速接触和分离，实现了高频率、周期性的热量输入，为产生交流电信号打下基础；(b)动力系统以毛细波的传递作为动力来源，这与传统燃料燃烧做功、蒸汽推动做功方式不同，利用水波的传播即可产生动力，具有系统规模可变，成本低廉和维护方便的特点。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是热电荷动力循环系统的整体结构图；
图2(a)是热释电采集器的装配图；
图2(b)是散热片的装配图；
图3(a)(b)是桨叶的装配图；
图4是收集水箱旋转轴与轴承的装配图；
图5是热液滴未滴落至热释电采集器时桨叶表面的水波状态图；
图6是热液滴滴落至热释电采集器时，桨叶表面的水波状态图；
图中：1、蠕动泵，包括1-A、蠕动泵体，1-B、出水口，1-C、回水口，2、水管2，包括2-1、供水管，2-2、回水管，3、加热器3，4、液滴滴管，5、热释电采集器，包括5-A、铌酸锂热释电基板，5-B、正极电极，5-C、负极电极，5-D、疏水涂层，6、散热片，7、收集水箱，包括7-A、箱体、7-B、出水口，8、导线8，包括8-A、正极导线，8-B负极导线,9、桨叶组，9-1、第1桨叶，9-2、第2桨叶，9-3、第3桨叶，9-A、桨叶基片，9-B、桨叶电极，9-C、特氟龙疏水涂层，10、旋转轴，11、轴承。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述：
如图1-图4所示的一种以液滴为载体的热电荷动力循环系统，具体包括蠕动泵1，其包括蠕动泵体1-A、出水口1-B，回水口1-C，水管2包括供水管2-1，回水管2-2，加热器3，液滴滴管4，热释电采集器5包括铌酸锂热释电基板5-A，正极电极5-B，负极电极5-C，疏水涂层5-D，散热片6，收集水箱7、包括箱体7-A和出水口7-B，导线8、包括正极导线8-A和负极导线8-B，桨叶组9共3片，包括第1桨叶9-1、第2桨叶9-2和第3桨叶9-3，每片桨叶包括桨叶基片9-A、桨叶电极9-B、特氟龙疏水涂层9-C，旋转轴10和轴承11构成。所述蠕动泵1的出水口1-B与供水管2-1相连接，供水管2-1与液滴滴管4相连接，在液滴滴管4的上方安装有加热器3，位于液滴滴管4下方，在铌酸锂热释电基片5-A的正面和背面分别镀有正极电极5-B和负极电极5-C，在正极电极5-B上方涂有疏水涂层5-D、负极电极5-C与散热片6相贴合，正极电极5-B通过正极导线8-A与桨叶9的电极9-B相连接，负极电极5-C由负极导线插入收集水箱7中，第1桨叶9-1、第2桨叶9-2、第三桨叶9-3呈120°角置于旋转轴10上，旋转轴10由轴承11固定于收集水箱7底部，收集水箱7的出水口7-B通过回水管2-2与蠕动泵回水口1-C相连接形成循环系统。
由铌酸锂热释电基片的工作特性可知，周期性的热冷变换是产生交流电信号的重要因素，本发明以液滴为载体，通过液滴在热释电采集器5上的快速滑动，实现热量的周期性传递，从而产生交流电信号。工作状态下：蠕动泵1将预先储存在收集水箱7中的水通过回水管2-2吸入，再由供水管2-1输送到液滴滴管4中，在合适的流速下，液滴滴管4可以产生连续液滴，在液滴滴管4的上方，设置有加热器3，加热器3在电流作用下产生热量，将供水管2-1中的水加热，从而使得液滴滴管4中产生的液滴为加热状态，用于模拟工业低品位热液滴。由液滴滴管4产生的热液滴滴落至热释电采集器5的表面，将热量传递给铌酸锂热释电基板5-A，由于热量的输入，导致铌酸锂热释电基板5-A内部电偶极子运动状态发生变化，导致铌酸锂热释电基板5-A表面电荷密度的改变，这一电荷密度改变使得铌酸锂热释电基板5-A正面和背面的正极电极5-B和负极电极5-C之间产生电势差，由于在正极电极5-B上方涂有疏水材料特氟龙5-D，热液滴可以快速滑落至收集水箱7内，热释电采集器5获得的热量迅速传导至散热片6中，热释极化作用消失，这使得正极电极5-B与负极电极5-C之间产生一反向电势差，热液滴在热释电采集器5表面的不断滴落与离开使得正极电极5-B和负极电极5-C之间产生交流电信号。
进一步的，所述正极电极5-B经正极导线8-A与第1桨叶9-1、第2桨叶9-2、第3桨叶9-3的电极9-A相连接，负极电极5-C由负极导线8-B与收集水箱中7的水体相连接，在介电润湿作用下，可以在第1桨叶9-1、第2桨叶9-2第3桨叶9-3的特氟龙疏水材料9-C上产生毛细波，毛细波在向外传递的同时，会对第1桨叶9-1、第2桨叶9-2、第3桨叶9-3产生反推力，由于第1桨叶9-1、第2桨叶9-2，第3桨叶9-3呈120°固定于旋转轴10上，在反推力的作用下，旋转轴10围绕轴承11旋转产生有用功。
进一步的，如图5所示为热液滴未滴落至热释电采集器5时，桨叶9表面的水波状态图。当热液滴未滴落至热释电采集器5时，铌酸锂热释电基板5-A由于自身偶极子的存在，使得正极电极5-B表面带有过量正电荷，负极电极5-C表面带有过量负电荷，这些正负电荷在铌酸锂热释电基板自身偶极子的作用下，并不发生运动。当通过正极导线8-A将桨叶电极9-B与正极电极5-B相连，将水与负极电极5-C相连时，在桨叶电极9-B与水中并无电势差存在，由于桨叶9的特氟龙疏水涂层9-C，使得与之接触的水呈疏水状态。
进一步的，如图6所示为热液滴滴落至热释电采集器5时，桨叶9表面的水波状态图。当热液滴滴落至热释电采集器5时，铌酸锂热释电基板5-A内部偶极子热运动状态改变，使得正极电极5-B表面的过量正电荷和负极电极5-C表面的过量负电荷经正极导线8-A和负极导线8-B传输到桨叶电极9-B与水中，因而在桨叶电极9-B与水之间形成电势差，电势差的存在使得原本处于疏水状态的水面在特氟龙疏水层9-C上变为亲水状态。当热液滴连续滴落至热释电采集器5时，会使与特氟龙疏水层9-C接触的水面产生水波，水波对桨叶9形成推力，带动旋转轴转动，变为有用功。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (2)
1.一种以液滴为载体的热电荷动力循环系统，其特征在于包括：蠕动泵(1)，所述蠕动泵(1)通过出水口与供水管(2-1)相连接，所述供水管(2-1)与液滴滴管(4)相连接，所述液滴滴管(4)的上方安装有加热器(3)，所述液滴滴管(4)的下方安装有热释电采集器(5)，所述热释电采集器(5)包括铌酸锂热释电基板(5-A)，所述铌酸锂热释电基板(5-A)的正面和背面分别镀有正极电极(5-B)和负极电极(5-C)，所述正极电极(5-B)的上方涂有疏水涂层(5-D)，所述负极电极(5-C)与散热片(6)相贴合，所述正极电极(5-B)通过正极导线(8-A)与桨叶(9)的电极(9-B)相连接，所述负极电极(5-C)通过负极导线(8-B)与收集水箱(7)中的水体相连接，所述收集水箱(7)的中部设置有旋转轴(10)，所述旋转轴(10)通过轴承(11)固定于收集水箱(7)的底部，所述收集水箱(7)的出水口通过回水管(2-2)与蠕动泵(1)相连接；
工作状态下：蠕动泵(1)将预先储存在收集水箱(7)中的水通过回水管(2-2)吸入、再由供水管(2-1)输送到液滴滴管(4)中，液滴滴管(4)产生连续液滴，所述加热器(3)在电流作用下产生热量将供水管(2-1)中的水加热，从而使得液滴滴管(4)中产生的液滴为加热状态，由液滴滴管(4)产生的热液滴滴落至热释电采集器(5)的表面，将热量传递至铌酸锂热释电基板(5-A)上，热量的输入导致铌酸锂热释电基板(5-A)内部电偶极子运动状态发生变化、因此导致铌酸锂热释电基板(5-A)表面电荷密度的改变，其中电荷密度改变使铌酸锂热释电基板(5-A)正面和背面的正极电极(5-B)和负极电极(5-C)之间产生电势差，热释电采集器(5)获得的热量传导至散热片(6)中使得热释极化作用消失、使正极电极(5-B)与负极电极(5-C)之间产生一反向电势差，其中热液滴在热释电采集器(5)表面的滴落和离开使正极电极(5-B)和负极电极(5-C)之间产生交流电信号，在介电润湿作用下在桨叶(9)上产生毛细波，毛细波在向外传递的同时对桨叶(9)产生反推力，在反推力的作用下，旋转轴(10)围绕轴承(11)旋转产生有用功。
2.根据权利要求1所述的一种以液滴为载体的热电荷动力循环系统，其特征还在于：所述桨叶(9)包括第1桨叶(9-1)，第2桨叶(9-2)，第3桨叶(9-3)，其中每片桨叶包括桨叶基片(9-A)，桨叶电极(9-B)和特氟龙疏水涂层(9-C)，所述第1桨叶(9-1)、第2桨叶(9-2)、第三桨叶(9-3)呈120°角设置于旋转轴(10)上，其中正极电极(5-B)经正极导线(8-A)与第1桨叶(9-1)、第2桨叶(9-2)和第3桨叶(9-3)的电极相连接，所述负极电极(5-C)通过负极导线(8-B)与收集水箱中(7)的水体相连接。
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