[发明专利]液工质热环流式发电装置

说明书

              1.流体力学和电磁学原理。

              2.现有热—电转换技术设备的主要原理，特征和性能。

用该发明来替代和配套现有热能—电能转换技术设备装置。克服现有技术中对热资源的利用率低、效率低、设备庞大，结构复杂、精密，制造工艺要求高，和对水资源的消耗大等不足。用这种高效，结构简易，低损耗，安全，运行轻缓可靠和稳定的新装置，来充分将热能资源转化为直流电能，特别是在对各种工业余热等温差不大的热能资源的回收和再利用方面。作为新型节能设备技术，它不依赖水而充分节约水资源，而且无噪音和其它环境污染，随着其实用性的成熟和完善，将会更为便利，广泛和经济地获取电能

本发明的基本结构装置可分两大部分：一是液工质热环流系统。二是磁流体发电系统，现对其基本原理、结构和技术特征及设计要求介绍如下：

             一、液工质热环流系统

主体为竖直放置的封闭连通管道如图1、①其中盛满液态导体(如水银)作为工作物质，在其一侧通过热交换器与高温热源加热，另一侧通过交换器与低温热源冷却③由于两侧管道中的液态工质，主要以上下对流形式进行热传递，并且呈单向性(对热胀冷缩物质，热量向上传递，对于反常膨胀物质则反之)。而这种液态工质的热导系数很小，以热传导形式所传递的热量可以近乎忽略。这样使两侧管道中的液态工作物质形成温度差，由于液体的热胀冷缩的特性在，相应的温度区形面密度差dρ，由于管道上部的液工质的液面相连通，总保持水平，也就是液工质高度h相同，因而在两侧管道之间形成静压强差dp。

            dp-d(ρgh)-ghdρ它推动着液态工作物质在其中作定向移动。

由于两侧管道中液工质的热交换作用(吸热，散热)持续进行，使循环管道中温差区域稳定存在，由此形成的压强差，促使液工质在管道中形成稳定的热环流。

在整个装置的运行过程中，可通过调节两个热交换器来控制热交换作用的进行，使整个液工质的吸热量与散热量基本保持平衡，以维持液工质的温度差和整个液工质的体积相对稳定。

根据热源位置分布等特征，在整个管道的吸热和散热部位可根据需要设立若干分支管道来分流，通过开关部分分支管道④来控制和调节吸热和散热量的平衡。

在主体密闭环流管道的最上部，设置一与循环管道相连通的竖直管道作为缸体⑤可容纳管道内液态工质的体积变化，其内有密闭性良好且能自由上下移动的活塞与顶部的弹簧一端相固定⑦以便活塞自行回位，当整个液工质吸热量与散热量暂时性失去平衡时，引起整个液态工质体积变化，其活塞可自动随其内部的液位变化来升降，并防止液工质的挥发、耗散和流失，同时，便于安装时装填液态工质和必要时增减液态工质的量。

液工质热环流系统实质属于一种新型热机，它把高温热源与低温热源热交换过程中的热能转换为液态工质在管道内定向循环流动的动能。其液态工质是在密闭的循环管道系统内进行工作。如图2，它的整个工作过程可分为(1)等温膨胀过程；(2)绝热膨胀过程；(3)等温压缩过程；(4)绝热压缩过程；共四个分过程，其特点在于各个分过程是同时在不同区域进行的，因而遵循卡诺循环定律，它的理论效率是

         η＝(Q吸－Q放)/Q吸

    Q吸——液工质以高温热源获取的热量        Q放——液工质以低温热源输送的热量

为简明地表述液工质热环流系统的运行规律和特点，在忽略整个管道的沿程能量损失的基础上仅作以总体性的和理想化的分析和推导。

该系统由于是密闭管道循环系统，所以在总体管道上流量Q处处相等，并且决定于两侧管道形成的静压强差P₁-P₂，管道内径R和粘滞系数η及管道长度L。即由流体力学的泊肃叶公式确定。

       Q＝πR⁴(P₁－P₂)/8ηL使整个循坏管道内的液态工质持续定向流动的压强差(P₁－P₂)是由两侧管道内高温区的液工质的密度差(ρ₁－ρ₂)产生并维持存在的，即由公式

       P₁－P₂＝(ρ₁－ρ₂)gh  确定。

        g—重力加速度

        h—两温差区域的高度设液工质在0℃时(仍为液态)密度为ρ₀则某一温度时的密度为