[00013783]低温发电技术

　　冷热水发电技术 　　本项目原理非常简单，比卡诺循环简单得多，只有两个要点：1为热胀冷缩；2为压电效应，也就是气体打火机的点火原理。机构使材料交替热胀冷缩，对压电材料交替形成正负压力，最后交替输出电流。 　　使用目前市场上普通热胀冷缩材料和压电材料，计算发电效率达30％以上。如果专门为本项目开发优质材料，发电效率可望突破40％。 　　使用目前市场上普通热胀冷缩材料和压电材料，计算发电能力约100kW/吨压电材料PZT-5/40万元成本。 　　以色列的Innowattech公司使用压电材料在公路上发电已经形成工业规模，网页为http：//www。innowattech。co。il/。 　　本技术是以色列技术在低温发电领域的翻版，在各方面都找不出漏洞，是可行的。 　　近年来，人们发明了碱金属热发电技术，用于中温热发电，排热温度在300℃左右，所以不能用于低温热发电。碱金属热发电技术即使用于中温发电，目前也没形成商业气候。 　　而低温热发电的需求非常广泛，特别是100℃以下热源的低温条件比比皆是，但苦于没有相应技术加以利用而被大量浪费。如太阳热、发动机排气余热、设备热、灯具热、发电厂余热、化工厂余热、水泥厂余热、地热等。 　　本技术的主要思路在于： 　　设计一个薄壁管，薄壁管受热时长度增大，冷却时长度减小； 　　所述压电材料逐层叠在薄壁管内，层叠方向可以水平或垂直； 　　发电过程为：薄壁管受热膨胀时，因为长度增加，在压电材料上形成张力（在存在预压力时，压力减小），输出正电流； 　　薄壁管冷却收缩时，在压电材料上形成压力（在存在预压力时，压力增大），输出负电流。 　　基本原理如图1所示。图中1为管端盖，形状可以是圆形、方形等，要将多个类似单元组成大圆管，端盖的形状应该为扇台形即部分环形；2为薄壁管，其材料可以是各类金属，如铝合金等，薄壁管的两端使用端盖强力封堵，与端盖吻合；3为压电材料。 　　薄壁管直接受热或冷却而伸缩，而压电材料在管内温度相对稳定其尺度相对稳定。为了完全避免压电材料片因为温度变化而伸缩，导致热电效率降低，可以在薄壁管与压电材料片的外周之间设置绝热材料，如绝热膜、空气等。 　　将所有压电材料片的电极化方向两两相反，即相邻压电材料片的电极化方向相反，然后将压电材料片的所有正极连通，所有负极也连通，最后输出。 　　要实现大规模发电，就要同时使用多个热电单元。让这些热电单元轮流地、分散地与热源和冷源发生热交换。 　　图3为一种冷热水发电装置，该装置包括8个热电单元，热电单元的端盖的形状为1/8环形，以便使8个热电单元组合成一个完整的大环，以减小大环旋转时受到的阻力；每个热电单元内叠放压电材料，它们组成一个大管，可以绕轴旋转。大管外间隔布置4个热水流和4个冷水流，大管内也间隔布置4个热水流和4个冷水流，它们的流向都是轴向。当大管旋转时，其上的热电单元分别轮流受热或受冷，交替输出电流。如果增加热水流和冷水流的数量，将使热电单元冷热的频率提高，相同数量的压电材料可以发出更多的电能。但也不能无限多，其数量受限于形变材料的吸热放热速度。用液体作为传热介质，可以提高传热速度，有利于节省压电材料，但发电效率会降低，我们要在效率和能力之间折中。 　　理论计算请见《低温发电能力计算》。