[发明专利]一种渗透式热能利用方法和装置

说明书

一种渗透式热能利用方法和装置，属于渗透和热能利用领域，本发明克服了对于渗透现象认识的偏见，解决了渗透理论及微观结构的难题，并在此基础上，克服了关于热能利用的偏见，解决了低温热源利用的难题，开发出一种利用渗透方式利用热能的方法，对于一切热源，只要热源温度不低于渗透现象可以发生的最低温度，本方法便可利用该热源，本发明包括：利用溶质限制装置锁定部分或全部溶质在半透膜两侧形成渗透压；在渗透压作用下，溶剂通过半透膜到达另一侧，为溶剂减少侧提供足量的溶剂来源，可以采用以下方式A和B中的任一种或两种，最终使结构和外部流量的整体形成完整的溶剂或溶液流量循环，A）将溶剂减少侧与溶剂增加侧直接或间接连通，B）将溶剂减少侧直接或间接连通至溶剂库或自然溶剂源；以循环某部分流体的能量作为动力，进行发电或带动其他装置。

技术领域

本发明涉及渗透和热能利用领域，具体涉及一种采用渗透方式利用热能的方法和装置。

背景技术

对透过的物质具有选择性的薄膜称为半透膜。一般将只能透过溶剂而不能透过溶质的薄膜视为理想的半透膜。当把稀溶液和浓溶液分别置于一容器的两侧，中间用半透膜阻隔，稀溶液中的溶剂将自然的穿过半透膜，向浓溶液侧流动，此现象即是渗透现象。流动一段时间，浓溶液侧的液面会比稀溶液的液面高出一定高度，形成一个压力差，达到渗透平衡状态，此压力差即为渗透压。

目前，基础化学教科书上对于渗透现象的解释是：由于半透膜两边溶剂的浓度不相同，以至单位时间内由纯溶剂扩散进入溶液的溶剂分子数目要比从溶液扩散进入纯溶剂的溶剂分子数多，从而导致了渗透现象的发生，并认为渗透压不是溶质分子的压力，而是溶剂扩散引起的。宏观的化学热力学认为：渗透现象是溶液中溶剂的化学势与纯溶剂的化学势差造成的。范特霍夫（Van’t Hoff）是1901年以渗透压和化学动力学的研究成果而获第一位诺贝尔化学奖的世界著名科学家，他发现，稀溶液的渗透压居然等于溶质在相同温度下转化为理想气体并占有溶液体积时产生的气压。因此他认为：“气体产生气压和溶液产生渗透压的实质机理是相同的，不仅是形式上的相似而已。在气体场合，气压是由气体分子冲击容器壁产生的；在溶液情况下，由于溶质分子冲击半透膜而产生渗透压。至于溶剂分子，由于存在于半透膜两边，可以自由穿行，因此不产生压力作用”。

近年来全球能源紧缺，环境问题日益严重，渗透发电技术作为一种可持续发展的清洁再生能源技术受到了广泛的关注。在沿海地区，可作为渗透原料的海水储量丰富，目前已有多国建造渗透海水发电设施，用于对“压力延缓渗透（PRO）海水发电”技术的研发。在内陆地区，没有大量可作为渗透原料的溶液，但存在广泛的热源，因而有些技术人员提出了用热能对渗透后的溶液进行分离，从而再生渗透原料的方式，这样便形成一种渗透热能发电技术。

热力学第二定律：克劳修斯表述，不可能把热量从低温物体传到高温物体而不引起其他变化；开尔文表述,不可能从单一热源取热，使之完全转换为有用的功而不引起其他变化；也可表述为，第二类永动机不可能实现，第二类永动机是一种能从单一热源取热，使之完全变为有用功而不产生其他影响的机器。

发明内容

本发明克服了对于渗透现象认识的偏见，解决了渗透理论及微观结构的难题。并在此基础上，克服了关于热能利用的偏见，解决了低温热源利用的难题，开发出一种利用渗透方式利用热能的方法。对于一切热源，只要热源温度不低于渗透现象可以发生的最低温度，本方法便可利用该热源。

对于渗透现象的几种理论解释，均存在着很多难以自圆其说之处，说明这些理论还有待商榷。“迄今还没有一个可以接受的理论能解释渗透的微观结构”，在上世纪80年代末，由美国物理学评述委员会组织的等离子体和流体物理学专门小组曾这样描述。因此，他们将渗透现象的微观结构列为20世纪90年代的物理学重要课题之一。但直到现在，仍没有取得实质性的进展。

以下将从微观宏观两方面分析溶液中的各种现象及其微观结构，并提出渗透理论。

溶解现象。