[发明专利]毛细水流为工作介质的碳基水伏发电机的制备方法

说明书

本发明提供毛细水流为工作介质的碳基水伏发电机的制备方法，将乙基纤维素、炭黑、玻璃纤维与乙醇的均匀浆料放入固定的氧化铝陶瓷模型中，在空气氛围中退火，在碳基水伏发电机功能区四周涂覆密封层，通过固定孔道将碳基水伏发电机功能区与固定层连接紧密，通过调整炭黑的尺寸及炭黑的质量占比调控毛细通道的大小多寡，从而调控水流量。本发明方法制备的碳基水伏发电机能够依靠水流定向移动产生电能，用以代替传统的水力发电机的功能与位置，为水能应用提供新的形式。

技术领域

本发明涉及碳基水伏发电机制备领域，尤其是毛细水流为工作介质的碳基水伏发电机的制备方法。

背景技术

水力发电机组作用是将河川、湖泊等位于高处具有势能的水流至低处，经水轮机推动发电机发电。水力发电机组的能量转换过程分为两个阶段：首先由水轮机将水失去的位能转换为机械能，再由发电机将水轮机的机械能转换为电能。具体的过程为：在水流的冲击作用下，水轮机开始旋转，将水的位能转换为机械能；水轮机又带动同轴相连的发电机旋转，在励磁电流的作用下，旋转的转子带动励磁磁场旋转，发电机的定子绕组切割励磁磁力线在其中产生感应电动势，在输出电能的同时会在转子上产生一个与其旋转方向相反的电磁制动转矩。由于水流不间断地作用于水轮机，水轮机从水流中获得的旋转力矩用于克服电机转子上产生的电磁制动转矩，当两个力矩达到平衡时，水力发电机组将以某一恒定的转速运转，稳定地发出电力，实现能量的转换。水力发电机组一般由水轮机、发电机、调速器、励磁系统、冷却系统和电站控制设备等组成。常用的水轮机有冲击式和反击式两种，发电机大部分采用同步发电机，其转速较低，一般均在750r/min以下，磁极数较多，结构尺寸和重量都较大。小型水力发电机的冷却主要采用空气冷却，以通风系统向发电机定、转子以及铁心表面进行冷却。但随着单机容量的增长，定、转子的热负荷不断提高，为了在一定转速下提高发电机单位体积的输出功率，大容量水力发电机采用了定、转子绕组直接水冷的方式。传统的水能利用模式受自然条件的限制大，容易被地形、气候等外部因素所影响，大型设施设备的建造和使用容易导致生态破坏和成本提升。

纳米材料具有显著的量子效应和表面效应，可与各种形式的水发生耦合而输出显著的电信号，如石墨烯可通过双电层的边界运动将拖动和下落水滴的能量直接转化为电能、也可将海水波动能转化为电能。碳黑等纳米结构材料可通过大气环境下无所不在的水的自然蒸发，持续产生伏级的电能。这类直接转化水能为电能的现象称为“水伏效应”。水伏效应为全链条式捕获地球水循环的水能开辟了全新的方向，提升了水能利用能力。水伏效应的研究刚刚起步，需要开发应用环境多样化、能量转化高效、发电成本低廉的新量，且仅能借助毛细力与蒸发腾出的空位驱动液体流动，导致发电效率难以进一步提升。

发明内容

本发明提出毛细水流为工作介质的碳基水伏发电机的制备方法，用以代替传统的水力发电机的功能与位置，为水能应用提供新的形式。碳基水伏发电机利用的能量形式是传统的水的重力势能，驱动力为重力与毛细力，发电原理为水伏效应，利用水的定向移动产生流动电势，并非传统水力发电机利用机械能带动磁感线的切割产生电能。

本发明采用如下技术方案：

毛细水流为工作介质的碳基水伏发电机的制备方法，包括如下步骤：

(1)将乙基纤维素、炭黑和玻璃纤维放入无水乙醇中加热搅拌，获得均匀的浆料，通过调整炭黑的尺寸及炭黑的质量占比调控毛细通道的大小多寡，从而调控水流量；

(2)将浆料放入固定的氧化铝陶瓷模型中，模型中存在横纵形式的圆柱，用于发电机功能区的安装与固定，在模型两端安置并固定好折叠电极；

(3)将填满浆料的氧化铝陶瓷模型放入马弗炉中，在空气氛围中退火，自然冷却至室温；

(4)除顶端及底端外，在碳基水伏发电机功能区四周涂覆密封层；

(5)通过固定孔道将碳基水伏发电机功能区与固定层连接紧密；