[发明专利]热发电方法

说明书

要求保护的技术方案所属的技术领域：

本发明涉及一种热力发电方法，避免使用蒸汽驱动涡轮机。

所属技术领域背景：

众所周知，现在的火力发电厂是将介质(水)加热形成高压蒸汽，驱动涡轮发电机发 电。成本高，必须大规模，才有实际意义。

近年来，人们发明了碱金属热力发电技术，用于中温热力发电，排热温度在300℃左 右，但不能用于低温热力发电。碱金属热力发电技术即使用于中温发电，目前也没形成商 业气候。

而低温热力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、发动机水箱余热、发动机排气余热、 设备热、灯具热、钢铁厂余热、发电厂余热、化工厂余热、水泥厂余热、地热、供暖等。 偏远地区用生活热获得电力，也将极具前景。目前利用这些余热的系统要么成本很高，要 么根本不存在。

利用太阳能是人们的努力方向，现在比较成功的是太阳光伏发电，效率最多在17％。

发明内容：

本发明的是要提供一种高效廉价的热力发电方法，而且避免使用蒸汽轮机。

本发明的主要特征在于：

设置薄板材料和压电材料，薄板材料和压电材料的热膨胀系数不同，称膨胀系数绝对 值较大的材料为形变材料；

所述压电材料为LE型，即垂直于电轴伸缩的压电材料；

所述薄板材料和压电材料平行连接，称此组件为热电片；

在热源与形变材料之间设置一种传热介质；

在冷源与形变材料之间设置另一种传热介质；

膨胀发电过程为，不允许形变材料与冷源之间的传热，允许形变材料与热源之间的传 热，使形变材料膨胀，在压电材料上形成某方向的应力，输出某极性(如正)的电流；

收缩发电过程为，不允许形变材料与热源之间的传热，允许形变材料与冷源之间的传 热，使形变材料收缩，在压电材料上形成与上述方向相反的应力，输出与上述极性相反的 电流。

本发明的基本原理如图1所示。图中1为薄板材料，可以是各类金属；2为LE型压 电材料。薄板材料和压电材料可以完全粘合在一起，也可以在周边粘合。

假定薄板材料的热膨胀系数比较大，而且具有热胀冷缩特性，这时它就是形变材料。 薄板材料在传热介质里受热时，必然膨胀，使压电材料内部受到张力，输出一个方向的电 流。薄板材料冷却时，必然收缩，使压电材料内部受到压力，输出另一个方向的电流。在 现实中，压电材料的线膨胀系数大致在5～8E-6，而普通钢材的线膨胀系数在1.1～1.5E-5 左右，约为压电材料的2倍；铝合金的线膨胀系数2.4E-5左右，约为陶瓷的3倍，所以铝 合金为首选。

假定压电材料的热膨胀系数比较大，而且具有热胀冷缩特性，这时它就是形变材料。 压电材料在传热介质里受热时，必然膨胀，由于薄板材料的变形小，压电材料内部受到压 力，输出一个方向的电流。压电材料冷却时，必然收缩，内部受到张力，输出另一个方向 的电流。这时的薄板材料应该选用殷钢，它的线膨胀系数可以为0，甚至为负数。

根据上述变形情况，压电材料应该选用LE型的，它垂直于电轴方向伸缩，可以将压 电材料的输出电极附在两个大表面上，比较理想。

传热介质选用流体时，传热介质可以在形变材料表面流动。如果使用液态流体，控制 流体的就是水阀门或水闸。如果使用气态流体，控制流体的就是气阀门或风挡。总之，只 要使热电片交替与热源和冷源实现热交换，就能发电。

要实现大规模发电，就要同时使用多个热电片。在多个热电片组成的系统中，为了平 衡热源负载和冷源负载，就应该让这些热电片轮流地、分散地与热源和冷源发生热交换。

图2为一种热力发电装置，3～10为8个热电片的形变材料；11～18为8个热电片的 压电材料；8个热电片排列成发电轮；19为风扇；20为隔板，隔板上为常温常压大气， 隔板下为常压温水池21。本装置有约3个热电片在温水池21里面，接受加热，也有约3 个热电片在常温大气里面被冷却。旋转发电轮，8个热电片轮流发出不同极性和相位的电 流。这种装置适用于余热发电。

两侧的传热介质可以不同，如：上为气体，下为液体；上为大气，下为火焰等。

很显然，在图2中，将温水池换成火焰将得到另一种发电装置。这种装置适用于大型 火力发电。