專利名稱：旋轉熱管發電方法及裝置的制作方法
旋轉熱管發電方法及裝置技術領域
本發明屬于新能源發電技術領域，涉及熱管發電技術，特別涉及一種旋轉熱管 發電方法及裝置。
背景技術：
熱管技術傳統熱管基本工作原理如圖1、圖2所示。典型熱管如圖1，它由 管殼(在充工作液體前管殼內要抽一定的真空)、吸熱芯(吸熱芯用來將冷凝段液體通 過毛細作用返回到蒸發段)和適量的工作液體(在此工作液體含在吸液芯內，沒有直接 圖示)組成。管的一端為蒸發段，另一端為冷凝段，根據應用需要在兩段中間可布置絕 熱段。在蒸發段吸熱芯中的液體吸收外部熱量使液體蒸發，變成蒸汽，蒸汽在微小壓差 作用下通過絕熱段流向冷凝段，蒸汽在冷凝段放出熱量，變成液體沿吸熱芯流回到蒸發 段。如此循環不已，就可以把蒸發段熱量輸送到冷凝段。
另一種熱管是無吸液芯的結構，如圖2所示。熱管內的工作液體在蒸發段吸 熱后蒸發成蒸汽，蒸汽沿管內上升到冷凝段發熱，由冷凝成工作液體，工作液體靠重力 沿管殼內壁流回到蒸發段而實現熱量傳遞。
熱管具有很高的導熱性以及優良的等溫(冷熱端需要的溫差小)性等優點， 現已廣泛應用于余熱利用、各種換熱器、冷凝器和加熱器領域。
熱管發電技術從已公開的專利來看利用熱管發電不外乎兩種一種是利用 熱管溫差半導體發電，如中國專利申請200810220647.X;另一種是利用熱管中蒸汽流 動帶動風輪轉動產生的機械能發電。中國專利申請200620134555.6、中國專利申請 200410155267.4的專利都是利用上述原理發電。
前者，溫差發電不是本案的可比技術，在此不作祥論。對于后者，它的發電技 術原理與目前廣泛應用的汽輪機發電一致，即用高速蒸汽推動汽輪機轉動，汽輪機帶動 發電機發電。這種發電方法要求蒸汽量大、壓力(汽輪機前后壓差)高才能獲得高的能 量轉換效率。而從熱管的傳熱原理知道，蒸汽量可以通過系統設計來達到較大的要求， 如加大熱管尺寸、增加熱管數量、改善冷熱端換熱效率等，但無法增大熱管徑向壓力(汽輪機需要的前后壓差)，熱管的低壓差傳熱是它高效傳熱根本保證。所以，這種發 電技術熱效率是很低的。發明內容
針對現有熱管發電技術的不足之處，本發明提供一種旋轉熱管發電方法及裝置。
本發明的基本思想是通過熱管蒸發通道將處于低位的液體提升到高位，而后讓 處于高位的工作液體下落時做功，帶動發電機發電。本發明的熱管由于沒有工作液回流 過程，和傳統熱管工作過程不同。
為更好理解發明原理，現結合


單一熱管旋轉工作過程。
(1)無工作液體無加熱和無散熱狀態，即熱管內沒有充工作液體的狀態。
圖3為熱管殼體斷面圖，圖4為圖3側斷面圖。它們是未充工作液體前，無加熱 和無散熱的狀態。裝置包括上集液箱(兼作冷凝段)、蒸氣導管2 (相當于熱管的絕熱 段)、轉動軸3、下集液箱4 (兼作蒸發段)和軸支座5。蒸氣導管部分伸出集液箱內， 使冷凝液體不致流到下集液箱內。如圖所示，集液箱相對于蒸氣導管是非軸對稱的，以 便工作時形成旋轉力矩。
(2)充工作液體無加熱和散熱狀態，即熱管內已充工作液體。
圖5、圖6是在下集液箱4內充合適量的工作液體6，但無加熱和散熱的狀態， 其它和圖3、圖4相同。此時A、B兩端相對轉動軸3已處于力矩不平衡狀態，即此時B 端力矩已大于A端力矩，因為B端增加了工作液體的附加力矩。
(3)充工作液體有加熱和散熱狀態圖7、圖8、圖9、圖10、圖11和圖12表示的工作狀態為開始用熱源加熱下集液 箱4，此時下集液箱4內的工作液體6開始蒸發，并沿蒸氣導管2上升至上集液箱1，在 上集液箱1通過散熱使蒸氣凝結成液體，并留在上集液箱內。
其中，圖11、圖12表示的是下集液箱4內的工作液體6沒有完全蒸發狀態。
此時由于集液箱的非對稱設計，在上集液箱內1的冷凝液體6的重心已偏離平 衡中心，而產生旋轉力矩，熱管開始旋轉。對于只有一個熱管的旋轉熱管，集液箱必須 非對稱設計，否則不會產生旋轉力矩。但如是多個熱管組成的旋轉熱管系統，可以不考 慮非對稱性問題。
(4)蒸發到上集液箱1內的液體作功過程圖13、圖14、圖15、圖16、圖17為上集液箱1內工作液體作功的不同階段和 單一熱管旋轉過程。圖13表示的是上集液箱內工作液體，由于集液箱的非對稱設計而 產生旋轉力矩，此時力臂最小，但可以推動熱管旋轉；圖14表示的是旋轉熱管轉到與豎 直方向成45度角度時，力臂增大，集液箱內液體做功能力增加；如此可以理解圖15、圖 16所示的作用(以上不同狀態力臂大小見圖中L所示)；到圖17狀態時，由于上集液箱 內液體重心與旋轉中心垂直，已不能再做功，此時原上集液箱變成下集液箱，原下集液 箱變成上集液箱，上下集熱箱位置相互交換，蒸發和冷凝位置互換，但蒸發冷凝過程沒 變，只是集熱箱位置互換。如此不斷往復，A、B端不斷交換，就可已使熱管不停轉動， 這種轉動通過轉動軸3帶動其他機械轉動，如帶動發電機發電等。
這是單一熱管旋轉原理說明，由于單一熱管不能提供穩定輸出和充分利用能 源，所以，實際使用時要用多個獨立熱管組成熱管系統，使運轉更加平穩，熱效率更 尚ο
本發明單個的熱管由上集液箱、下集液箱、蒸氣導管和工作液體構成。
上集液箱是接受蒸氣的容器，蒸氣在上集液箱經散熱冷凝成液體。這里的 “上”是相對于旋轉軸中心而言，高于旋轉軸中心稱“上”，低于則稱“下”。它與蒸氣導管間密封連接；其殼體部分兼作散熱器；為提高散熱效率其內、外部可加裝導熱 或散熱片；根據不同使用溫度選取不同的材質，如在300°C以下，可使用普通鋼材、鋁 材、銅材，高溫下可使用高溫合金鋼，陶瓷金屬復合材料。
下集液箱是存貯工作液體的容器，工作液體在下集液箱經吸熱、蒸發成蒸氣。這里的“下”是相對于旋轉軸中心而言，低于旋轉軸中心稱“下”，高于則稱“上”， 它與蒸氣導管間密封連接；其殼體部分兼作吸熱器；為提吸熱效率其內、外部可加裝導 熱和吸熱片；其材質要求同上集液箱。
蒸氣導管是連接上集液箱和下集液箱的蒸氣管道。它一端與上集液箱密封連 接，另一端與下集液箱密封連接。兩端部分分別伸入上集液箱、下集液箱內。其橫截面 形狀可以是矩形、圓形、方形、三角形、多角形或橢圓形；根據不同使用溫度選取不同 的材質，如在300°C以下，可使用普通鋼材、鋁材或銅材，高溫下可使用高溫合金鋼或陶 瓷金屬復合材料。
工作液體儲存在下集液箱中，是傳遞能量的工質，由下集液箱吸熱蒸發，在上 集液箱中放熱冷凝。根據熱源溫度選用不同的工作液體，如在低溫(0 300°C)下可 使用純水、乙醇或氨等；中溫(350 650°C)下使用汞，在高溫(650°C以上)下可使 用金屬鉀或金屬鈉。
本發明的旋轉熱管發電裝置由熱管、轉動軸、軸支座和發電機構成。
熱管數量為至少1個，每個熱管的蒸氣導管均固定在轉動軸上，轉動軸是發電 裝置轉動中心，每個熱管的旋轉力矩均通過轉動軸輸出。轉動軸至少有一端作為動力輸 出端。轉動軸安裝在軸支座上。
發電機與轉動軸的一端連接，是機械能的利用部分，將來自旋轉熱管的機械能 轉成電能。
本發明的旋轉熱管發電方法為用熱源加熱下集液箱，溫度達到工作液體的沸 點，使工作液體由下集液箱吸熱蒸發，采用自然冷卻或強制冷卻的方法，使工作液體蒸 氣在上集液箱中放熱冷凝，熱管旋轉帶動轉動軸旋轉，將機械能傳遞給發電機，由發電 機輸出電能。熱源采用太陽能、燃料燃燒釋放的熱量、蒸汽或熱煙氣。
本發明方法是利用熱管原理提高液體的位能來實現，由熱管工作原理已知這種 方式需要的溫差很小，其軸向近似等溫，它的軸向傳熱能力很大，則抬升液體的能力很 高，所以，可利用的資源很多，如利用太陽光的陽面與陰面的溫差；熱煙氣與自然環境 的溫差；地下土養和地下水與環境溫差；海水、江河、湖泊不同層面溫差等，也就是說 只要有一定的溫差(根據不同工作液體，要求的最小溫差不同)就可以使用本發明進行 發電或提供動力源。
本發明的旋轉熱管發電裝置構造簡單，運行平穩。本發明方法可以廣泛利用太 陽能、燃燒熱、蒸汽或熱煙氣等熱源，能量轉換效率高，其效率可達5% 60%。本發 明方法可以利用清潔能源，也可以利用廢熱，是有利于減少污染物排放、減少環境污染 的發電方法。

圖1為現有技術有芯熱管結構示意圖； 圖2為現有技術無芯熱管結構示意圖；圖3為本發明的未填充工作液體的熱管結構示意圖主視圖； 圖4為本發明的未填充工作液體的熱管結構示意圖左視圖； 圖5為本發明的下集液箱內充適量工作液體的熱管結構示意圖主視圖；5圖6為本發明的下集液箱內充適量工作液體的熱管結構示意圖左視圖； 圖7為本發明的下集液箱內工作液體開始蒸發的熱管結構示意圖主視圖； 圖8為本發明的下集液箱內工作液體開始蒸發的熱管結構示意圖左視圖； 圖9為本發明的下集液箱內工作液體未完全蒸發的熱管結構示意圖主視圖； 圖10為本發明的下集液箱內工作液體未完全蒸發的熱管結構示意圖左視圖； 圖11為本發明的下集液箱內工作液體全部蒸發完的熱管結構示意圖主視圖； 圖12為本發明的下集液箱內工作液體全部蒸發完的熱管結構示意圖左視圖； 圖13為本發明的上集液箱內液體開始做功的熱管結構示意圖主視圖； 圖14為本發明的上集液箱內液體做功、熱管旋轉至水平位置前的熱管結構示意圖； 圖15為本發明的上集液箱內液體做功、熱管旋轉至水平位置的熱管結構示意圖； 圖16為本發明的上集液箱內液體做功、熱管旋轉至水平位置后的熱管結構示意圖； 圖17為本發明的上集液箱內液體做功、熱管旋轉至豎直位置的熱管結構示意圖； 圖18為本發明實施例1的旋轉熱管發電裝置主視圖； 圖19為本發明實施例1的旋轉熱管發電裝置左視圖； 圖20為本發明實施例2的旋轉熱管發電裝置主視圖； 圖21為本發明實施例2的旋轉熱管發電裝置左視圖； 圖22為本發明的一種熱管結構示意圖主視圖； 圖23為本發明的圖22所示熱管的結構示意圖左視圖；圖中1上集液箱,2蒸氣導管,3轉動軸,4下集液箱,5軸支座,6工作液體,7發電機， 10殼體,20內芯,30液體,40蒸氣。
具體實施方式
下面通過實施例進一步說明本發明。
實施例1如圖18、19所示，旋轉熱管發電裝置由熱管、轉動軸3、軸支座5和發電機7構成。
熱管數量為5個，即熱管A、B、C、D和E，每個熱管的蒸氣導管2均固定在 轉動軸3上，且固定在轉動軸3軸向的不同位置。轉動軸3是發電裝置轉動中心，每個 熱管的旋轉力矩均通過轉動軸3輸出。轉動軸3—端作為動力輸出端。轉動軸3安裝在 軸支座5上。
熱管A、B、C、D和E結構相同，由上集液箱1、下集液箱4、蒸氣導管2和工 作液體6構成。
上集液箱1是接受蒸氣的容器，下集液箱4是存貯工作液體6的容器，蒸氣導管 2是連接上集液箱1和下集液箱4的蒸氣管道，它一端與上集液箱1密封連接，另一端與 下集液箱4密封連接。兩端部分分別伸入上集液箱1、下集液箱4內。工作液體6儲存 在下集液箱4中。
發電機7與轉動軸3的一端連接，是機械能的利用部分，將來自旋轉熱管的機械 能轉成電能。
旋轉熱管發電方法為用熱源(太陽輻射熱)加熱下集液箱4，溫度達到工作液 體6的沸點，工作液體6為純水，使工作液體6由下集液箱4吸熱蒸發，采用自然冷卻的方法，使工作液體6蒸氣在上集液箱1中放熱冷凝，熱管旋轉帶動轉動軸3旋轉，將機械 能傳遞給發電機7，由發電機7輸出電能。
實施例2如圖20、21所示，旋轉熱管發電裝置由熱管、轉動軸3、軸支座5和發電機7構成。
熱管數量為3個，即熱管A、B和C，每個熱管的蒸氣導管2均固定在轉動軸3 上，且固定在轉動軸3軸向的同一位置。轉動軸3是發電裝置轉動中心，每個熱管的旋 轉力矩均通過轉動軸3輸出。轉動軸3—端作為動力輸出端。轉動軸3安裝在軸支座5 上。
熱管A、B和C結構相同，由上集液箱1、下集液箱4、蒸氣導管2和工作液體 6構成。
上集液箱1是接受蒸氣的容器，下集液箱4是存貯工作液體6的容器，蒸氣導管 2是連接上集液箱1和下集液箱4的蒸氣管道，它一端與上集液箱1密封連接，另一端與 下集液箱4密封連接。兩端部分分別伸入上集液箱1、下集液箱4內。工作液體6儲存 在下集液箱4中。
發電機7與轉動軸3的一端連接，是機械能的利用部分，將來自旋轉熱管的機械 能轉成電能。
旋轉熱管發電方法為用熱源(蒸汽)加熱下集液箱4，溫度達到工作液體6的 沸點，工作液體6為水，使工作液體6由下集液箱4吸熱蒸發，采用強制冷卻的方法，使 工作液體6蒸氣在上集液箱1中放熱冷凝，熱管旋轉帶動轉動軸3旋轉，將機械能傳遞給 發電機7，由發電機7輸出電能。
權利要求
1.一種旋轉熱管發電裝置，由熱管、轉動軸、軸支座和發電機構成，熱管數量為至 少一個，每個熱管的蒸氣導管均固定在轉動軸上，轉動軸至少有一端作為動力輸出端， 轉動軸安裝在軸支座上；發電機與轉動軸的一端連接；熱管由上集液箱、下集液箱、 蒸氣導管和工作液體構成，上集液箱是接受蒸氣的容器，下集液箱是存貯工作液體的容 器，蒸氣導管是連接上集液箱和下集液箱的蒸氣管道，它一端與上集液箱密封連接，另 一端與下集液箱密封連接，兩端部分分別伸入上集液箱、下集液箱內，工作液體儲存在 下集液箱中。
2.按照權利要求1所述的旋轉熱管發電裝置，其特征在于根據熱源溫度選用工作液 體在0 300°C下使用純水、乙醇或氨；350 650°C下使用汞，650°C以上使用金屬鉀 或金屬鈉。
3.采用權利要求1所述的旋轉熱管發電裝置發電的方法，其特征在于用熱源加 熱下集液箱，溫度達到工作液體的沸點，使工作液體由下集液箱吸熱蒸發，采用自然冷 卻或強制冷卻的方法，使工作液體蒸氣在上集液箱中放熱冷凝，熱管旋轉帶動轉動軸旋 轉，將機械能傳遞給發電機，由發電機輸出電能，熱源采用太陽能、燃料燃燒釋放的熱 量、蒸汽或熱煙氣。
全文摘要
一種旋轉熱管發電方法及裝置，裝置由熱管、轉動軸、軸支座和發電機構成，熱管數量至少為1個，每個熱管的蒸氣導管均固定在轉動軸上，發電機與轉動軸的一端連接；熱管由上集液箱、下集液箱、蒸氣導管和工作液體構成。用熱源加熱下集液箱，使工作液體由下集液箱吸熱蒸發，采用自然冷卻或強制冷卻的方法，使工作液體蒸氣在上集液箱中放熱冷凝，熱管旋轉帶動轉動軸旋轉，將機械能傳遞給發電機，由發電機輸出電能。本發明的旋轉熱管發電裝置構造簡單，運行平穩。本發明方法可以廣泛利用太陽能、燃料燃燒釋放的熱量、蒸汽或熱煙氣等熱源，能量轉換效率高，是有利于減少污染物排放、減少環境污染的發電方法。
文檔編號F03G7/04GK102022294SQ20101058053
公開日2011年4月20日 申請日期2010年12月9日 優先權日2010年12月9日
發明者楊大勇, 馬成貴 申請人:馬成貴