静电场可逆原理发电制造技术

本发明专利技术公开一种静电场可逆原理发电技术，适合于从各种热源（如，等离子体、核能、化学能、太阳能等热源）中取热直接发电。该技术是在电气体发电（又称为电流体发电）的基础上改进的，是把电气体发电的热流体，改为由静电场引起的电子（离子）流体，这样就能从根本上消除熵的影响，即远离了热力学系统。为此，本发明专利技术在系统中实现了高效率热电转换。（*该技术在2021年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种改进型电气体发电装置，特别是一种静电场可逆原理发电。适合于从各种热源(如，等离子体、核能、化学能、太阳能等)中取热直接发电。现有的直接发电技术如电气体发电(又称电流体发电)，它是以高速热流体(气体或液体)为载体，运载正电荷由低电位移向高电位的过程中消耗热流体动能，从而使热能直接转变成电能。其中的正电荷是由高压启动电源对工作介质直接电离产生的，因此在总发电量中就包含电离能，我们把这种机制叫做启动能量“复制”。以热流体为能源，就会把熵引入系统而且一定是趋向增加，这是导致系统效率低下的直接原因。所以，电气体发电装置的热效率只有50％左右。尽管，这种技术比传统热发电技术先进，但依然存在着多种污染和热能浪费过半的严重后果，特别是在当今世界能源危机日趋严重的今天，改进技术提高效率就变得尤为重要。分子物理学证明，任意分子(离子、电子)在空间至少有三个自由度，而热传递只有一个方向，因此，赋予一维的能量充其量也只有1/3，余下2/3的能量份额并没有发挥作用，这就是“熵”作用的实质。可见，系统熵是热几率的产物，要在热力学系统中消除它是不可能的，而提高效率又必须摈弃熵。解决这一矛盾的唯一途径就是远离热力学系统，或者说，不能通过纯粹的热力学系统达到提高热效率的目的。本专利技术的任务是要提供一种静电场可逆原理发电技术，是把电气体发电中的热流体，改为由静电场引起的电子流体，这样就可以使系统远离热力学系统，彻底避免熵的影响。为此，系统热效率必然会大幅度提高。本专利技术的任务是这样实现的，在一真空容器中，真空容器壁就是热源(Q)的传热表面，热媒体(电子或等离子气体)充满了整个真空容器，在气体中，还设置了热电转换系统和发电系统。热电转换系统，是由平行板静电场来实现的即保守力作正功(A保守＞0)的过程。平衡态条件下，热媒与热源温度(T0)相同，热运动电子(e)在进入热电转换系统后，在电场力作用下形成直线运动，而直线运动则意味着电子热能(Eh)与电场力作功(Ae)的迭加，即所谓“热电转换”。发电系统是热电转换的逆过程即保守力作负功(A保守＜0)的过程，直线运动电子受到感应电场的制动，在直线运动方向上降速，此时电回路(负载)中就会有电流生成，即谓“发电”。而离开发电系统的电子末速度vK已经很慢，故称之为慢电子，根据热传递定律，vK必须符合下面的关系才能达到传热的目的即meVK2/2＜3kT0/2(1)(1)式说明，微观粒子直接碰撞传热表面获得热能量。热电转换系统，是将电源电压(UAB)连接到平行板A、B上形成平行板电场EAB，并与通过电场的单极性电荷(电子)构成电回路。电极A的前面为平衡态电子气，单位时间内碰撞电极A上的微孔面积Sφ1的频度E(/s·m2)E＝nv/4(2)n-带电粒子密度(/m3)v-带电粒子的平均速率(m/s)(2)式中，当n足够大时，单位时间里碰撞Sφ1的粒子数为一常数，当Sφ1小到一定程度时，电子只能一个接一个地进入电场并且在电场方向上一维顺序排列即一维束。束中电子，都具有独立的时间和空间这是高效率的唯一特征。下面给出，热电转换系统能量守恒关系为平衡态条件下电子的热运动能量Eh(J)Eh＝3kT0/2(3)电子通过电场时电场力作功Ae(J)Ae＝eUAB(4)热电转换之后的电子能量E(J)E＝Ae+Eh＝eUAB+eUh＝e(UAB+Uh)＝eU(5)(5)式说明，电子通过电场后所携带的热能量Eh即刻就转变为电能eUh。热是微观粒子集团行为的集合比如平衡态。因此，对微观粒子而言，一旦从平衡态中被选出，热行为也就随之消失即粒子的能量形式由原来的3KT0/2转变为meVh2/2＝eUh。所以，这种方式的热电转换效率可以达到100％。发电系统，是把由热电转换系统输出的“电”再转变为由导线输出的电，是根据静电场的保守性即可逆原理实现的。由负载RL将平行板J、K电连接，并与通过平行板的直线运动电子构成电回路。电子带负电，在通过J极板(不接触)的同时使其感应带正电，K极板带负电。此时，平行板电场方向由J极板指向K极板，运动电子受到轴向反向电场力的作用开始在直线方向上降速，愈接近K极板电子速度愈慢，当离开K极板时其能量Ek已经很小，而负载RL上既有电流(IJK)通过又有电压UJK生成。由于发电回路中有负载RL或电阻的存在，“电”与电的转换过程中，一定有能量损失，于是就产生了转换效率ηe。因此，发电系统总电功输出A(J)A＝(E-Ek)×ηe(6)＝(Ae+Eh-Ek)×ηe净电功输出ΔA(J)ΔA＝A-Ae＝(ηeAe-Ae)+(Eh-Ek)×ηe(7)因为ηe＜1，所以(ηeAe-Ae)＜0，这说明Ae的损失就必然由热能(Eh-Ek)来补偿以达到完全“复制”。于是，根据热效率的定义，本专利技术的系统效率ηη＝ΔA/(Eh-EK)(8)＝ηe-(Ee/ΔEh)(1-ηe)(6)、(7)、(8)式给出了发电机中的能量分配关系和原则，Ae在系统中循环不止并且其总量始终不变，这说明系统具备高效率机制，又是一种新的能量循环方式。如何定义ηe将放在以后谈，能量比(Ae/ΔEh)对提高系统效率作用不是很大，但在某种意义上却是一种投入产出比，两者愈接近系统净输出愈多，反之则反。Ae远远大于ΔA，(比如在千倍以上)，假如发电机净输出容量为兆瓦(MW)数量级，此时所需要的启动功率已经大到无法实现的地步，于是就产生了本专利技术的启动原理。将发电机进行功率细化，分成若干个与启动功率相同的发电单元，首尾相接即由Ae将发电单元串联起来。能量传输需要时间，这样就可以通过时间的积累达到启动能量在系统中的积累。而净功率输出既可以串联也可以并联。由于采用了上述技术方案，系统热效率达到质的飞跃，是一项无污染、无噪音、洁净高效、长寿命低成本的热发电技术。它的诞生，意味着将要告别一个落后的能源技术时代。以下将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的详细描述。附图说明图1是本专利技术的原理2是本专利技术启动原理3是一维束原理4是一维束电极结构5是电场电极结构放大中，1电极A、2电极B、3电极J、4电极K、5启动电源、6负载RL、7内系统、8真空容器、9热源、10热媒、11发电单元、12电阻RL1、13启动-运行转换开关、14负载RL2、15一维束极板、16电绝缘体。图1是本专利技术原理图，由A电极(1)、B电极(2)、启动电源(5)及一维束组成热电转换系统。发电系统由J电极(3)、K电极(4)、一维束、负载RL(6)组成。热电转换与发电系统组成内系统(7)，而由热媒(10)、热源(9)及真空容器(8)共同组成外系统。内外系统彼此隔离，但存在电联系即真空容器(8)与A电极(1)均保持零电位，热媒(10)只能从A电极(1)进入，由K电极(4)输出。下面通过对各个系统的计算将会使原理更加清晰。首先设定热源(9)的热量(Q→∞)无穷大，温度恒定T0＝300K，并以电子为热媒。平衡态条件下电子的热运动速度vh(m/s)vh＝(3KT0/me)1/2＝1.168×105热电转换系统的计算过程设，启动电源UST＝2V；平行板A、B的间距d1＝0.001m。电场力FAB(N)FAB＝eUAB/d1＝3.204×10-16电子在d1区间的加速度a(m/s2)a＝FAB/me＝3.52×本文档来自技高网...

【技术保护点】
由热电转换系统、发电系统共同组成内系统（７），由真空容器（８）、热源（９）、热媒（１０）共同组成外系统，其特征是：内系统（７）被外系统所包围彼此隔离，但存在电联系即真空容器（８）与Ａ电极（１）均保持相同电位即零电位，热媒（１０）只能从Ａ电极（１）进入，由Ｋ电极（４）输出，热电转换系统是由电源Ｕ↓［ＡＢ］连接平行板Ａ电极（１）、Ｂ电极（２）并与通过Ａ、Ｂ电极的一维束（Ｄ＞０）构成电回路，发电系统由负载Ｒ↓［Ｌ］（６）将平行板Ｊ电极（３）、Ｋ电极（４）连接起来并与通过Ｊ、Ｋ电极的一维束（Ｄ＜０）构成电回路，发电系统之后要求带电粒子的末速度ｖ↓［Ｋ］符合ｍｖ↓［Ｋ］↑［２］／２＜３ＫＴ↓［Ｏ］／２传热关系。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王杰，
申请(专利权)人：王杰，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]