專利名稱：熱發(fā)電方法
熱發(fā)電方法要求保護的技術方案所屬的技術領域-本發(fā)明涉及一種熱力發(fā)電方法，避免使用蒸汽驅動渦輪機。 所屬技術領域背景眾所周知，現(xiàn)在的火力發(fā)電廠是將介質(水)加熱形成高壓蒸汽，驅動渦輪發(fā)電機發(fā) 電。成本高，必須大規(guī)模，才有實際意義。近年來，人們發(fā)明了堿金屬熱力發(fā)電技術，用于中溫熱力發(fā)電，排熱溫度在30(TC左 右，但不能用于低溫熱力發(fā)電。堿金屬熱力發(fā)電技術即使用于中溫發(fā)電，目前也沒形成商 業(yè)氣候。而低溫熱力發(fā)電的需求非常廣泛，特別是10(TC以下熱源的低溫條件比比皆是，但苦 于沒有相應技術加以利用而被大量浪費。如太陽熱、發(fā)動機水箱余熱、發(fā)動機排氣余熱、 設備熱、燈具熱、鋼鐵廠余熱、發(fā)電廠余熱、化工廠余熱、水泥廠余熱、地熱、供暖等。 偏遠地區(qū)用生活熱獲得電力，也將極具前景。目前利用這些余熱的系統(tǒng)要么成本很高，要 么根本不存在。利用太陽能是人們的努力方向，現(xiàn)在比較成功的是太陽光伏發(fā)電，效率最多在17%。
發(fā)明內容
本發(fā)明的是要提供一種高效廉價的熱力發(fā)電方法，而且避免使用蒸汽輪機。 本發(fā)明的主要特征在于-設置薄板材料和壓電材料，薄板材料和壓電材料的熱膨脹系數(shù)不同，稱膨脹系數(shù)絕對 值較大的材料為形變材料；所述壓電材料為LE型，即垂直于電軸伸縮的壓電材料； 所述薄板材料和壓電材料平行連接，稱此組件為熱電片； 在熱源與形變材料之間設置一種傳熱介質； 在冷源與形變材料之間設置另一種傳熱介質；膨脹發(fā)電過程為，不允許形變材料與冷源之間的傳熱，允許形變材料與熱源之間的傳 熱，使形變材料膨脹，在壓電材料上形成某方向的應力，輸出某極性(如正)的電流；收縮發(fā)電過程為，不允許形變材料與熱源之間的傳熱，允許形變材料與冷源之間的傳 熱，使形變材料收縮，在壓電材料上形成與上述方向相反的應力，輸出與上述極性相反的 電流。本發(fā)明的基本原理如
圖1所示。圖中1為薄板材料，可以是各類金屬；2為LE型壓 電材料。薄板材料和壓電材料可以完全粘合在一起，也可以在周邊粘合。假定薄板材料的熱膨脹系數(shù)比較大，而且具有熱脹冷縮特性，這時它就是形變材料。薄板材料在傳熱介質里受熱時，必然膨脹，使壓電材料內部受到張力，輸出一個方向的電流。薄板材料冷卻時，必然收縮，使壓電材料內部受到壓力，輸出另一個方向的電流。在現(xiàn)實中，壓電材料的線膨脹系數(shù)大致在5 8E-6，而普通鋼材的線膨脹系數(shù)在Ll 1.5E-5左右，約為壓電材料的2倍；鋁合金的線膨脹系數(shù)2.4E-5左右，約為陶瓷的3倍,所以鋁 合金為首選。假定壓電材料的熱膨脹系數(shù)比較大，而且具有熱脹冷縮特性，這時它就是形變材料。 壓電材料在傳熱介質里受熱時，必然膨脹，由于薄板材料的變形小，壓電材料內部受到壓 力，輸出一個方向的電流。壓電材料冷卻時，必然收縮，內部受到張力，輸出另一個方向3的電流。這時的薄板材料應該選用殷鋼，它的線膨脹系數(shù)可以為0，甚至為負數(shù)。根據(jù)上述變形情況，壓電材料應該選用LE型的，它垂直于電軸方向伸縮，可以將壓電材料的輸出電極附在兩個大表面上，比較理想。傳熱介質選用流體時，傳熱介質可以在形變材料表面流動。如果使用液態(tài)流體，控制流體的就是水閥門或水閘。如果使用氣態(tài)流體，控制流體的就是氣閥門或風擋。總之，只要使熱電片交替與熱源和冷源實現(xiàn)熱交換，就能發(fā)電。要實現(xiàn)大規(guī)模發(fā)電，就要同時使用多個熱電片。在多個熱電片組成的系統(tǒng)中，為了平衡熱源負載和冷源負載，就應該讓這些熱電片輪流地、分散地與熱源和冷源發(fā)生熱交換。 圖2為一種熱力發(fā)電裝置，3 10為8個熱電片的形變材料；11 18為8個熱電片的壓電材料；8個熱電片排列成發(fā)電輪；19為風扇；20為隔板，隔板上為常溫常壓大氣，隔板下為常壓溫水池21。本裝置有約3個熱電片在溫水池21里面，接受加熱，也有約3個熱電片在常溫大氣里面被冷卻。旋轉發(fā)電輪，8個熱電片輪流發(fā)出不同極性和相位的電流。這種裝置適用于余熱發(fā)電。兩側的傳熱介質可以不同，如上為氣體，下為液體；上為大氣，下為火焰等。 很顯然，在圖2中，將溫水池換成火焰將得到另一種發(fā)電裝置。這種裝置適用于大型火力發(fā)電。在圖3中，下面為空氣，上面為太陽，為一種太陽熱發(fā)電裝置。圖中3~10分別為8 個熱電片的形變材料；11 18分別為8個熱電片的壓電材料；8個熱電片排列成發(fā)電輪； 19為風扇；22為太陽。本裝置平均有4個熱電片在接受陽光加熱，也平均有約4個熱電 片在常溫大氣里面被冷卻。旋轉發(fā)電輪，8個熱電片輪流發(fā)出不同極性和相位的電流。這 種裝置因為無需水，適用于沙漠里的太陽熱發(fā)電。使多個熱電片與其排列的圓周切面平行，讓它們排列成管形，這時整個發(fā)電輪轉動時 的阻力較小，節(jié)約能耗。將熱電片的形變材料設置在外側，有利于吸熱和放熱。使多個熱電片排列成管形，還 有一大好處就是可以將管的兩端封閉，內部將形成一個密閉空間。如果外部使用鋁合金 為形變材料，那么內部就是壓電材料，基本恒溫，環(huán)境好，有利于壓電材料延長使用壽命， 還可以安裝控制電路。有益效果本發(fā)明的有益效果是使熱力發(fā)電成本低，效率達50%以上。 圖面說明圖1為本發(fā)明的基本原理示意圖。 '圖2為使用溫水池發(fā)電的原理示意圖。 圖3為使用太陽熱發(fā)電的原理示意圖。 最佳實施方案-本發(fā)明的最佳實施方案為如圖3所示。下面為空氣，上面為太陽，為一種太陽熱發(fā)電 裝置。圖中3~10分別為8個熱電片的鋁合金形變材料；11 18分別為8個熱電片的LE 型壓電材料；8個熱電片排列成發(fā)電輪；19為風扇；22為太陽。本裝置平均有4個熱電 片在接受陽光加熱，也平均有約4個熱電片在常溫大氣里面被冷卻。旋轉發(fā)電輪，8個熱 電片輪流發(fā)出不同極性和相位的電流。這種裝置因為無需水，適用于沙漠的太陽熱發(fā)電。 使多個熱電片排列成管形，這時整個發(fā)電輪轉動時的阻力較小，節(jié)約能耗。將熱電片的形 變材料設置在外側，有利于吸熱和放熱。將多個熱電片排列成的管的兩端封閉，內部形成 一個密閉空間，可以安裝電子線路。外部使用鋁合金為形變材料，內部是壓電材料，基本 恒溫，環(huán)境好，有利于壓電材料延長使用壽命。
權利要求
1. 一種熱發(fā)電方法，其特征在于設置薄板材料和壓電材料，薄板材料和壓電材料的熱膨脹系數(shù)不同，稱膨脹系數(shù)絕對值較大的材料為形變材料；所述壓電材料為LE型，即垂直于電軸伸縮的壓電材料；所述薄板材料和壓電材料平行連接，稱此組件為熱電片；在熱源與形變材料之間設置一種傳熱介質；在冷源與形變材料之間設置另一種傳熱介質；膨脹發(fā)電過程為，不允許形變材料與冷源之間的傳熱，允許形變材料與熱源之間的傳熱，使形變材料膨脹，在壓電材料上形成某方向的應力，輸出某極性(如正)的電流；收縮發(fā)電過程為，不允許形變材料與熱源之間的傳熱，允許形變材料與冷源之間的傳熱，使形變材料收縮，在壓電材料上形成與上述方向相反的應力，輸出與上述極性相反的電流。
2、 根據(jù)權項1所述的方法，其特征在于.-所述兩種傳熱介質都為水，設置水泵或葉輪驅動傳熱介質流過所述形變材料；用水閥 門或水閘控制冷熱源與形變材料之間傳熱。
3、 根據(jù)權項1所述的方法，其特征在于所述兩種傳熱介質都為空氣，設置風扇使驅動熱介質流過所述形變材料；用氣閥門或 風擋控制冷熱源與形變材料之間傳熱。
4、 根據(jù)權項l所述的方法，其特征在于將多個熱電片排列在一個圓周上，命為發(fā)電輪；讓發(fā)電輪上一部分的熱電片處于熱源 的包圍之中， 一部分的熱電片處于冷源的包圍之中；旋轉發(fā)電輪，所有熱電片交替地處于 熱源和冷源之中，以便連續(xù)發(fā)電。
5、 根據(jù)權項4所述的方法，其特征在于所述熱源側傳熱介質為位于下方的溫水池，冷源側傳熱介質為位于上方的常溫大氣， 使用風扇驅動常溫大氣流過發(fā)電輪冷側的部分熱電片。
6、 根據(jù)權項4所述的方法，其特征在于所述熱源為燃燒的火焰，冷源側傳熱介質為常溫大氣，使用風扇驅動常溫大氣流過發(fā) 電輪冷側的部分熱電片。
7、 根據(jù)權項4所述的方法，其特征在于所述熱源為太陽，熱源側傳熱介質為太陽光，冷源側傳熱介質為常溫大氣。
8、 根據(jù)權項4、 5、 6或7所述的方法，其特征在于所述多個熱電片與其排列的圓周切面平行，它們排列成管形，所述熱電片的形變材料 在外側。
9、 根據(jù)權項8所述的方法，其特征在于所述發(fā)電輪兩端封閉。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱力發(fā)電方法。本發(fā)明的主要特征在于設置薄板材料和片狀壓電材料，薄板材料和壓電材料的熱膨脹系數(shù)存在差異，命膨脹系數(shù)絕對值較大的材料為形變材料；所述壓電材料為LE型，即垂直于電軸伸縮的壓電材料；所述薄板材料和片狀壓電材料平行連接，命此組件為發(fā)電片；膨脹發(fā)電過程為，不允許形變材料與冷源之間的傳熱，允許形變材料與熱源之間的傳熱，使形變材料膨脹，在壓電材料上形成某方向的應力，輸出某極性(如正)的電流；收縮發(fā)電過程為，不允許形變材料與熱源之間的傳熱，允許形變材料與冷源之間的傳熱，使形變材料收縮，在壓電材料上形成與上述方向相反的應力，輸出與上述極性相反的電流。本發(fā)明的有益效果是使熱力發(fā)電成本低，效率高，特別適用于太陽熱發(fā)電。
文檔編號H02N11/00GK101295940SQ20081009681
公開日2008年10月29日 申請日期2008年5月3日 優(yōu)先權日2008年5月3日
發(fā)明者胡修泰 申請人:胡修泰