[發明專利]毛細水流為工作介質的碳基水伏發電機的制備方法

在審

• 申請號: 202011056805.X
• 申請日: 2020-09-27
• 公開（公告）號: CN112187108A
• 公開（公告）日: 2021-01-05
• 發明（設計）人: 苗中正
• 申請（專利權）人: 鹽城師范學院
• 主分類號: H02N3/00
• 分類號: H02N3/00;B82Y40/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供毛細水流為工作介質的碳基水伏發電機的制備方法，將乙基纖維素、炭黑、玻璃纖維與乙醇的均勻漿料放入固定的氧化鋁陶瓷模型中，在空氣氛圍中退火，在碳基水伏發電機功能區四周涂覆密封層，通過固定孔道將碳基水伏發電機功能區與固定層連接緊密，通過調整炭黑的尺寸及炭黑的質量占比調控毛細通道的大小多寡，從而調控水流量。本發明方法制備的碳基水伏發電機能夠依靠水流定向移動產生電能，用以代替傳統的水力發電機的功能與位置，為水能應用提供新的形式。

技術領域

本發明涉及碳基水伏發電機制備領域，尤其是毛細水流為工作介質的碳基水伏發電機的制備方法。

背景技術

水力發電機組作用是將河川、湖泊等位于高處具有勢能的水流至低處，經水輪機推動發電機發電。水力發電機組的能量轉換過程分為兩個階段：首先由水輪機將水失去的位能轉換為機械能，再由發電機將水輪機的機械能轉換為電能。具體的過程為：在水流的沖擊作用下，水輪機開始旋轉，將水的位能轉換為機械能；水輪機又帶動同軸相連的發電機旋轉，在勵磁電流的作用下，旋轉的轉子帶動勵磁磁場旋轉，發電機的定子繞組切割勵磁磁力線在其中產生感應電動勢，在輸出電能的同時會在轉子上產生一個與其旋轉方向相反的電磁制動轉矩。由于水流不間斷地作用于水輪機，水輪機從水流中獲得的旋轉力矩用于克服電機轉子上產生的電磁制動轉矩，當兩個力矩達到平衡時，水力發電機組將以某一恒定的轉速運轉，穩定地發出電力，實現能量的轉換。水力發電機組一般由水輪機、發電機、調速器、勵磁系統、冷卻系統和電站控制設備等組成。常用的水輪機有沖擊式和反擊式兩種，發電機大部分采用同步發電機，其轉速較低，一般均在750r/min以下，磁極數較多，結構尺寸和重量都較大。小型水力發電機的冷卻主要采用空氣冷卻，以通風系統向發電機定、轉子以及鐵心表面進行冷卻。但隨著單機容量的增長，定、轉子的熱負荷不斷提高，為了在一定轉速下提高發電機單位體積的輸出功率，大容量水力發電機采用了定、轉子繞組直接水冷的方式。傳統的水能利用模式受自然條件的限制大，容易被地形、氣候等外部因素所影響，大型設施設備的建造和使用容易導致生態破壞和成本提升。

納米材料具有顯著的量子效應和表面效應，可與各種形式的水發生耦合而輸出顯著的電信號，如石墨烯可通過雙電層的邊界運動將拖動和下落水滴的能量直接轉化為電能、也可將海水波動能轉化為電能。碳黑等納米結構材料可通過大氣環境下無所不在的水的自然蒸發，持續產生伏級的電能。這類直接轉化水能為電能的現象稱為“水伏效應”。水伏效應為全鏈條式捕獲地球水循環的水能開辟了全新的方向，提升了水能利用能力。水伏效應的研究剛剛起步，需要開發應用環境多樣化、能量轉化高效、發電成本低廉的新量，且僅能借助毛細力與蒸發騰出的空位驅動液體流動，導致發電效率難以進一步提升。

發明內容

本發明提出毛細水流為工作介質的碳基水伏發電機的制備方法，用以代替傳統的水力發電機的功能與位置，為水能應用提供新的形式。碳基水伏發電機利用的能量形式是傳統的水的重力勢能，驅動力為重力與毛細力，發電原理為水伏效應，利用水的定向移動產生流動電勢，并非傳統水力發電機利用機械能帶動磁感線的切割產生電能。

本發明采用如下技術方案：

毛細水流為工作介質的碳基水伏發電機的制備方法，包括如下步驟：

(1)將乙基纖維素、炭黑和玻璃纖維放入無水乙醇中加熱攪拌，獲得均勻的漿料，通過調整炭黑的尺寸及炭黑的質量占比調控毛細通道的大小多寡，從而調控水流量；

(2)將漿料放入固定的氧化鋁陶瓷模型中，模型中存在橫縱形式的圓柱，用于發電機功能區的安裝與固定，在模型兩端安置并固定好折疊電極；

(3)將填滿漿料的氧化鋁陶瓷模型放入馬弗爐中，在空氣氛圍中退火，自然冷卻至室溫；

(4)除頂端及底端外，在碳基水伏發電機功能區四周涂覆密封層；

(5)通過固定孔道將碳基水伏發電機功能區與固定層連接緊密；