利用内能发电的方法及其装置

摘要

本发明利用内能发电的方法及其装置，其发电方法是，在封闭的保温容器中，该容器中的温度低于外界环境的温度；通过热导体把外界环境中物质的热量传递给该容器中低处的液体，该液体在该容器中的沸点低于外界环境的温度；该液体被加热至汽化后，在内能的作用下上升至高处；通过热导体把该气体的热量传递至下方的该液体中，而使上方的气体液化、下方的液体升温；然后液化后的该物质，从高处流回低处并推动水轮机和发电机发电；从而实现了利用外界环境中物质的内能发电。本装置的结构包括保温容器、蓄液池、制冷器、水轮机、汽化仓、汽轮机、液化仓、热导体和发电机。

权利要求

1.一种利用内能发电的方法，其特征在于：在封闭的保温容器中，该容器中的温度低于外界环境的温度；通过热导体把外界环境中物质的热量传递给该容器中低处的液体，该液体在该容器中的沸点低于外界环境的温度；该液体被加热至汽化后，在内能的作用下上升至高处；通过热导体把该气体的热量传递至下方的该液体中，而使上方的气体液化、下方的液体升温；然后液化后的该物质，从高处流回低处并推动水轮机和发电机发电；从而实现了利用外界环境中物质的内能发电。

2.一种利用内能发电的装置，其特征在于：该发电装置包括保温容器、蓄液池、制冷器、水轮机、汽化仓、汽轮机、液化仓、热导体和发电机，该保温容器是封闭的，是在上下方向竖立起来的筒状；

该蓄液池贮存了液体，是在保温容器内部的一侧，是在上下方向竖立起来的筒状，该蓄液池的顶部通过管道与液化仓的底部连接，该蓄液池的底部设有制冷器，该蓄液池的底部通过管道与水轮机连接；

该制冷器与蓄液池中的液体接触；

该水轮机通过管道与汽化仓的顶部连接，该水轮机通过轴承与发电机连接；

该汽化仓贮存了从水轮机流过来的液体，该汽化仓是在保温容器内部的下方，该汽化仓是在上下方向竖立起来的筒状，该汽化仓中的液体通过热导体与液化仓、外部环境中的介质连接，该汽化仓的顶部通过管道与汽轮机连接；

该汽轮机通过管道与液化仓连接，该汽轮机通过轴承与发电机连接；

该液化仓贮存了从汽轮机流过来的气体和液化后的液体，该液化仓在保温容器内部的上方；

该发电机与外界电缆连接。

3.如权利要求2所述的利用内能发电的装置，其特征在于：该发电装置中除热导体、发电机和制冷器外，其余部分均是由隔热材料制成的，并且设有真空隔热层和防辐射的涂层。

4.如权利要求2所述的利用内能发电的装置，其特征在于：所述热导体、制冷器分别可以与半导体温差发电模块连接，所述热导体、制冷器分别设有外肋结构，所述热导体、制冷器分别可以是一个或者多个。

5.如权利要求2所述的利用内能发电的装置，其特征在于：所述制冷器的功率是可调的，所述与外界环境连接的热导体的热传递速率是可控的。

说明书

利用内能发电的方法及其装置

技术领域

[0001] 本发明涉及一种发电装置，特别涉及利用外界环境中物质的内能的发电装置。

背景技术

[0002] 我们需要充足的、可持续的、清洁的和尽可能方便的电能。

[0003] 目前，发电装置多以火力发电、水利发电和核能发电装置为主，同时还有风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等新型发电装置。但分别存在以下缺点：

[0004] 1.火力发电需要大量的化学燃料，而地球上的化学燃料经过人类几百年的无序开采已经日益枯竭，同时成本日益增加，并且化学燃料在燃烧的过程中产生大量的有毒气体和粉尘以及引发温室效应的气体二氧化碳等，还有在目前技术条件下，这种发电方式的效率较低，造成大量的能源浪费。

[0005] 2.水利发电需要充足的水源，受地理环境因素制约严重，同时该工程巨大、投资巨大、建设周期长、牵涉到移民等政务甚至关系到国土防务安全问题，并且拦河筑坝对生态环境造成破坏。

[0006] 3.核能发电具有技术门槛高、政治门槛高、经营风险高和废料处理成本高等问题，并且该发电方式效率较低，造成大量的能源浪费。

[0007] 4.风力发电、太阳能发电、地热发电和潮汐发电等受地理环境因素制约严重，同时很不稳定，并且目前成本较高很难普及。

发明内容

[0008] 本发明鉴于这样的课题而成，并提供一种利用内能发电的方法及其装置，旨在利用外界环境中物质的内能，解决目前的能源问题和环境问题。

[0009] 本发明的技术解决方案如下：

[0010] 利用内能发电的方法，其特征在于，在封闭的保温容器中，该容器中的温度低于外界环境的温度；通过热导体把外界环境中物质的热量传递给该容器中低处的液体，该液体在该容器中的沸点低于外界环境的温度；该液体被加热至汽化后，在内能的作用下上升至高处；通过热导体把该气体的热量传递至下方的该液体中，而使上方的气体液化、下方的液体升温；然后液化后的该物质，从高处流回低处并推动水轮机和发电机发电；从而实现了利用外界环境中物质的内能发电。

[0011] 利用内能发电的装置，其特征在于：该发电装置包括保温容器、蓄液池、制冷器、水轮机、汽化仓、汽轮机、液化仓、热导体和发电机，

[0012] 该保温容器是封闭的，是在上下方向竖立起来的筒状；

[0013] 该蓄液池贮存了液体，是在保温容器内部的一侧，是在上下方向竖立起来的筒状，该蓄液池的顶部通过管道与液化仓的底部连接，该蓄液池的底部设有制冷器，该蓄液池的底部通过管道与水轮机连接；

[0014] 该制冷器与蓄液池中的液体接触；

[0015] 该水轮机通过管道与汽化仓的顶部连接，该水轮机通过轴承与发电机连接；

[0016] 该汽化仓贮存了从水轮机流过来的液体，该汽化仓是在保温容器内部的下方，该汽化仓是在上下方向竖立起来的筒状，该汽化仓中的液体通过热导体与液化仓、外部环境中的介质连接，该汽化仓的顶部通过管道与汽轮机连接；

[0017] 该汽轮机通过管道与液化仓连接，该汽轮机通过轴承与发电机连接；

[0018] 该液化仓贮存了从汽轮机流过来的气体和液化后的液体，该液化仓在保温容器内部的上方；

[0019] 该发电机与外界电缆连接。

[0020] 在本发明的发电装置中，除热导体、发电机和制冷器外，其余部分均是由隔热材料制成的，并且设有真空隔热层和防辐射的涂层。

[0021] 在本发明的发电装置中，热导体和制冷器分别可以与半导体温差发电模块连接，[0022] 在本发明的发电装置中，热导体和制冷器分别设有外肋结构。

[0023] 在本发明的发电装置中，热导体和制冷器分别可以是一个或者多个。

[0024] 在本发明的发电装置中，制冷器的功率是可调的。

[0025] 在本发明的发电装置中，在汽化仓中，与外界环境连接的热导体的热传递速率是可控的。

[0026] 本发明的优点：可以将外界环境中物质的内能转化为电能，而解决能源问题和部分环境问题。

附图说明

[0027] 图1是本发明的发电装置的概略结构的主视剖面图。

[0028] 图号说明：

[0029] 1 保温容器 2 真空隔热层

[0030] 3 滞留器 4 流量控制阀

[0031] 5 隔热管 6 半导体温差发电模块[0032] 7 蓄液池 8 发电机

[0033] 9 水轮机 10 制冷器

[0034] 11 滞留器 12 滞留器

[0035] 13 汽化仓 14 汽化仓

[0036] 15 热导体 16 开关

[0037] 17 流量控制阀 18 热导体

[0038] 19 气体通道 20 汽轮机

[0039] 21 热导体 22 热导体

[0040] 23 液化仓

具体实施方式

[0041] 下面按照附图说明用于实施本发明的最佳实施方式。

[0042] 图1示出示了本发明的发电装置的最佳实施方式。

[0043] 本发明利用内能发电的方法包含下列程序：

[0044] 1、选择相应的介质，该介质在标准气压下的沸点相对较低、该介质在比相应的外界环境的温度低的温度下，液态的该物质的比热相对较小、该介质在比相应的外界环境的温度低的温度下，该物质的气体在饱和线上的密度所能够支持的该物质的气体的最大高度不能太低、在比相应的外界环境的温度低的温度下，该介质液态下的密度相对较大、该介质相对稳定且不与有接触的相应设备发生化学反应、该介质相对安全及廉价。

[0045] 2、通过抽气机、抽水泵和制冷器向密封的保温容器1中的蓄液池7内注入适量的相应介质，并且使该保温容器中的温度尽可能地远低于外部环境的温度，该保温容器中的气压尽可能的低，该介质在此环境下处于液态。

[0046] 3、液体通过流量控制阀4，从蓄液池7的底端流出，推动水轮机9和发电机8发电。

[0047] 4、液体流入滞留器11后被贮存在其中，等当滞留器12中的液体与滞留器3中的等量的液体之间的热传递完全(即两者温度相等)，并且其中的液体完全被排出之后，滞留器11中的液体流至滞留器12中，同时液化仓23中等量的液体流至滞留器3中，然后滞留器12与滞留器3中的液体，通过足够的热导体22迅速地进行热传递，然后两者温度相同，分别被排除至汽化仓13和蓄液池7。

[0048] 5、获得一定热量的液体流入汽化仓13后，由于该液体的温度低于液化仓23中的气体和液体的温度，所以就会通过足够的热导体21获得热量而使自身的温度上升、液化仓23中气体和液体的温度下降，该液体沿着热导体21与汽化仓13所形成的U型通道，在后方液体的推动下流至汽化仓14。

[0049] 6、相对较高温度的液体流入汽化仓14后，被可调其热传递速率的热导体15，从外界环境中传递过来的热量加热直至汽化。

[0050] 7、该液体被汽化后，该气体被其下方的气体挤入气体通道19，并且在下方持续的力的作用下上升至顶部。

[0051] 8、由于该气体在上升的过程中，始终受到向上的合力的作用而具备一定的动能，当该气体经过汽轮机20的时候，推动该汽轮机20和发电机8发电，同时该气体的动能减少。

[0052] 9、当该气体流入液化仓23后，由于温度高于汽化仓13中液体的温度，所以就会通过足够的热导体21迅速地将热量传递至下方，而使自身的内能减少以至液化；当变成液体后，就会落入液化仓23的下方，由于该液体此时的温度依旧高于下方汽化仓13中液体的温度，所以会继续地通过足够的热导体21传递热量而降温，直至滞留器3中的液体已经被完全排出后，流入其中。

[0053] 10、当该液体流入滞留器3后，由于温度高于下方的滞留器12中液体的温度，所以就会通过足够的热导体22把热量传递至下方的液体，直至两者温度相等，然后被排出至蓄液池7中。

[0054] 11、当该液体重新回到蓄液池后，由于该液体的温度高于蓄液池7中液体的温度，所以需要通过制冷器10对其降温，以保证蓄液池7中液体的温度始终低于液化仓23中该液体的沸点，同时又要保证两者之间的温差尽可能的小。

[0055] 本发明利用内能发电的装置的构造包含如下：

[0056] 保温容器1，该容器是由隔热材料制成的封闭容器，该保温容器的器壁设有真空隔热层2，该容器是在上下方向竖立起来的筒状，该容器被用于，通过采用导热系数尽可能低的隔热材料和隔热工艺制成该容器，而使该容器内部与外部之间的热传递速率尽可能的低，以提高该装置的效率。

[0057] 真空隔热层2，该隔热层是在保温容器1的器壁中间形成的真空空间，并且在该空间的器壁上设有防辐射的涂层，该隔热层被用于，通过最大可能地降低该空间中的气体的浓度、充入导热系数尽可能低的气体及采用防辐射的涂层，而使保温容器1的内部与外部之间的热传递的速率尽可能的低。

[0058] 蓄液池7，该蓄液池是由隔热材料制成的，该蓄液池在保温容器1内部的一侧，该蓄液池是在上下方向竖立起来的筒状，该蓄液池的顶部通过流量控制阀4与滞留器3连接，该蓄液池中设有制冷器10，该蓄液池的底部通过流量控制阀4与水轮机9连接，该蓄液池被用于贮存液体。

[0059] 制冷器10，该制冷器的与蓄液池7中的液体的接触部分是由导热性能良好的材料制成的，该制冷器被设在蓄液池7中的液体里，该制冷器通过电缆与外部电源、控制器连接，该制冷器被用于，通过调整其功率，而使蓄液池7中液体的温度始终处于某一规定的恒定值上。

[0060] 流量控制阀4，该流量控制阀是由隔热材料制成的，该流量控制阀通过电缆与外部电源、控制器连接，该流量控制阀被用于，通过调整其截面达到开、关和调整流量的目的。

[0061] 水轮机9，该水轮机是由隔热材料制成的；该水轮机通过管道与滞留器11连接，该水轮机通过轴承与发电机8连接；该水轮机被用于，把流经该水轮机的液体的动能尽可能地转化为该水轮机的轴承的动能。

[0062] 滞留器11，该滞留器是由隔热材料制成的；该滞留器在水轮机9的下方，该落差需要尽可能的小，以降低该势能差转化为内能的量；该滞留器通过流量控制阀4与滞留器12连接；该滞留器被用于，通过流量控制阀4的开关，而使滞留器12中的液体的数量不受液体流量的影响，以保证在任一时刻，滞留器12与滞留器3中的液体的数量相同。

[0063] 滞留器12，该滞留器是由隔热材料制成的；该滞留器通过流量控制阀4与汽化仓13连接，该滞留器中的液体通过热导体22与滞留器3中的液体连接；该滞留器被用于，通过时刻保持与滞留器3中的液体的数量一致及足够的热导体22，而使滞留器3中的液体最大限度地降温而提高该装置的效率。

[0064] 汽化仓13，该汽化仓是由隔热材料制成的，该汽化仓在保温容器1的底部；该汽化仓通过流量控制阀17与汽化仓14的顶部连接，该汽化仓中的液体通过足够的热导体21与液化仓23中的气体、液体连接；该汽化仓被用于，通过热导体21进行热传导而把液化仓23中的气体和液体的热量传递至该汽化仓中的液体里，而使液化仓23中的气体液化、液化仓23中的液体降温、该汽化仓中的液体升温，以确保该装置的运行。

[0065] 流量控制阀17，该流量控制阀是由隔热材料制成的，该流量控制阀的一端没在汽化仓13中的液体的水平面下，该流量控制阀的另一端向空中延伸一定的距离，以保证从该流量控制阀流出的液体不会沿着器壁留下而使直接在空中落下；该流量控制阀被用于，阻隔汽化仓14中的气体与汽化仓13中的气体的联系、增大汽化仓14中液体的气体含量以避免过热现象的发生。

[0066] 汽化仓14，该汽化仓是由隔热材料制成的，该汽化仓在保温容器1的底部；该汽化仓的顶部与气体通道19的底部连接，该汽化仓中的液体通过足够的热导体15与外界环境中的介质连接哦；该汽化仓被用于，通过热导体15把外界环境中的物质的热量，适量地传递至该汽化仓中的液体里，而使该汽化仓中的液体汽化。

[0067] 气体通道19，该气体通道是由隔热材料制成的，该气体通道是在上下方向竖立起来的筒状，该气体通道在保温容器1的内部的一侧；该气体通道的顶部与汽轮机20连接；该气体通道被用于，给汽化仓14中所产生的气体提供路径而使其上升至高处。

[0068] 汽轮机20，该汽轮机是由隔热材料制成的，该汽轮机在保温容器1内部的顶部；该汽轮机通过轴承与发电机8连接；该汽轮机被用于，把经过该汽轮机的气体的动能尽可能地转化为该汽轮机的轴承的动能。

[0069] 液化仓23，该液化仓是由隔热材料制成的，该液化仓在保温容器1内部的顶部；该液化仓的顶部通过流量控制阀4与外部的相应设备连接，该设备被用于，在该装置的运行初期提供支持，该液化仓的底部通过流量控制阀4与滞留器3连接；该液化仓被用于，通过热导体21使其中的气体液化、液体降温。

[0070] 滞留器3，该滞留器是由隔热材料制成的，该滞留器被用于，通过调整与之连接的流量控制阀4，而尽可能地降低液化仓23中的液体和气体对滞留器中的液体的影响，以达到最大限度地降低该容器中液体的温度的目的。

[0071] 发电机8，该发电机通过电缆与外部连接，该发电机被用于，把汽轮机20或水轮机9的动能转化为电能。

[0072] 隔热管5，该隔热管是由隔热材料制成的，该隔热管的管壁具有真空隔热层和防辐射的涂层；该隔热管被用于，将热导体的中间段部分完全覆盖住，而使在该热导体上，只有两端的部分才可以与外界环境接触，以尽可能地降低其它因素对该热导体的影响。

[0073] 半导体温差发电模块6，该模块是由多块半导体发电芯片组成，每个芯片由多个半导体PN结串联而成，该模块被放置在热导体的中间；该模块被用于，通过利用热导体两边的温差发电，而提高该发电装置的效率。

[0074] 热导体15，该热导体是由导热材料制成的，该热导体的中间段被隔热管5所包裹住，该热导体的在保温容器1外部的那一端与外界环境中的介质连接，该热导体的中间设有半导体温差发电模块6和开关16；该热导体被用于，将外界环境中物质的热量传递至汽化仓14中的液体。

[0075] 开关16，该开关是由隔热材料制成的流量控制阀和一定的导热液体构成的；当该流量控制阀被完全关闭的时候，该导热液体则被完全隔开而使开关处于隔热状态；当该流量控制阀被打开的时候，该导热液体则处于连接状态而使该开关处于导热状态；该开关被用于，通过调整其中流量控制阀的截面而改变该开关的导热的速率，以达到控制热导体15的导热速率的目的。

[0076] 热导体18，该热导体是由导热材料制成的，该热导体的中间段被隔热管5所包裹住，该热导体中间设有半导体温差发电模块6；该热导体的一端与发电机8所在空间中的气体连接，该热导体的另一端与火力发电系统中的锅炉连接；该热导体被用于，通过热传递把发电机8散发在该空间中的能量传递出去再利用；

[0077] 热导体21，该热导体是由导热材料制成的，该热导体的中间段被隔热管5所包裹住，该热导体的中间设有半导体温差发电模块6；该热导体的一端与液化仓23中的液体、气体连接，该热导体的另一端与汽化仓13中的液体连接；该热导体被用于，通过热传递把液化仓23中的液体和气体的热量传递至汽化仓13中的液体，以保证该装置的运行。

[0078] 热导体22，该热导体是由导热材料制成的，该热导体的中间段被隔热管5所包裹住，该热导体的中间设有半导体温差发电模块6；该热导体的一端与滞留器3中的液体连接，该热导体的另一端与滞留器12中的液体连接；该热导体被用于，通过热传递把滞留器3中的液体的热量传递至滞留器12中的液体，以最大限度地降低将流入蓄液池7中的液体的温度而提高该装置的效率。