CN102570903B

CN102570903B - 分子磨方法及供其使用的设备

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Publication number: CN102570903B
Application number: CN201110414980.6A
Authority: CN
Inventors: S·普兹; M·瓦拉芮诺
Original assignee: SAMAYS INNOVACIONES Srl
Current assignee: SAMAYS INNOVACIONES Srl
Priority date: 2010-12-14
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2016-04-20
Anticipated expiration: 2031-12-14
Also published as: US20120146456A1; CN102570903A; US8907504B2; UY33785A; HK1173272A1

Abstract

本发明涉及分子磨方法及供其使用的设备。本发明涉及以比目前有效得多的方式从风能产生电能。这是借助使空气或别的湿度保持气体通过电场实现的，该电场必须在该气体的电介质绝缘击穿极限以下。必须没有大的电场线发散。包含在气体中有比离子更大迁移率的自由电子，被粘附于更大质量的水分子，更大质量的水分子将减小它们的迁移率和它们从位于群中心的负离子的分离。因而，风往往会沿与大部分气体相同的指向和方向移动电荷，结果引起电场两端电势的增加。该方法允许收集电荷并允许电势的增加可供其利用。

Description

分子磨方法及供其使用的设备

技术领域

本发明属于由风或气体输运离子的发电机的领域，尤其属于使用湿度以便输运电荷的领域。

背景技术

由A.M.Mark公开的美国专利No.4,206,396(1980)，描述一种发电机，它没有移动部件而有通过带电电极引进水粒子的机构。该专利声称，假定风速为10米/秒(约36km/h)，该风功率转换成电功率是0.45kW/m²的100,000伏DC。尽管我们描述的方法和设备，要求比该专利简单得多的构造的系统的实施方案，但在相同条件和有相同环境湿度9gr/Kg中，它产生的电功率是1kW/m²。

由S.E.Gregory和A.K.Schuring公开的美国专利No.4,146,800(1979)，是关于从风力产生电能的设备和方法，它的特征是使专用区中的空气电离，该专用区被称为电离或注入段。此外，在该情形中，尽管我们发明的方法，要求更简单的构造系统的实施方案，然而该专利声称，44.59W/m²(约5mph，或8.1km/h)的产出可以被获得，在我们描述的方法中，产生的效率是，在100,000伏和环境湿度9gr/Kg上获得约230W/m²的高得多的产出。

由F.P.Grosu、M.K.Bologe、A.A.Polikarpov和O.V.Motorin公布在SurfaceEngineeringandAppliedElectrochemistry，Vol.43，No.3，pp.176～181(2007)中的“OnModelingofProcessesofMoistureCirculationandElectricChargeSeparationintheAtmosphere”，是关于在大气中产生的过程的实验室实现的模型。在所述模型中，有太阳蒸汽收集器(SVC)，以便收集稍后用于发电过程的水。水作为悬浮微粒进入发电系统。为了比较，我们将只考虑所述模型的发电部分，不考虑模型的SCV，也不考虑该系统的任何其他部件(它有比发电机大得多的尺寸)，以及在这些条件下，正是由两个10×10cm²圆柱体组成的发电机使该系统获得15,000伏，1μA即9.55μW/cm³。利用我们发明中所描述的方法，以5km/h的风和有9gr/Kg湿度的空气，约18μW/cm³的电功率被获得。除该高得多的发电(几乎高出100％)之外，我们强调我们发明的构造的简单性和小得多的尺寸。并且，我们强调，两种过程在概念上是不相关的。

由T.Yulk公开的美国专利No.4,494,009(1985)，涉及移动空气的产生电能的方法和装置。该专利俘获由大量空气在静止翼面上运动所产生的地面-空气静电电势，且它使用空气作为电荷输运体。在所述方法中，以7mph(11.26km/h)的风，等价的18.6W/m²被产生；而在本文所描述的方法中，当运行在100,000伏上并假定9gr/Kg的比湿度时，约324W/m²的电功率被获得。就是说，我们描述的方法，甚至当要求更简单结构的装置时，也获得大得多的产出。

无损于上述的发明，显而易见，无论是单独的或组合的，它们几乎没有描述本申请的权利要求所限定的发明，它们也没有获得甚至类似于我们发明的产出。

发明内容

本发明涉及从风能产生电能的设备和方法。这是从实验室试验和研究得到的结果，该试验和研究在开始时与本课题无关，但给出它们正在产生相当大量的电能的意外发现，我们继续分析试验的结果。这导致若干改进并被总结在当前发明的发展中。因此，我们必须强调，我们并非从理论研发开始，而是从测量实验室试验的意外结果开始的，该结果已经最后被总结在样机的产品中。

本发明的要点是以风能启动产生电能的方式，且该方式比目前的各个方式更有效，且要点在于含有湿度(不受环境压力和温度限制)的空气或别的气体的通过电场的通道，该电场必须在气体的电介质绝缘击穿阈值以下。电场线中必须没有如在带电尖端附近所产生的那样的大的发散。

气体中包含的自由电子-比离子有大得多的迁移率-被附着于质量大得多的水分子[1]，因而决定它们的迁移率和它们从位于分子群中心的负离子的分离有相当大的降低。温度最好在空气或所用气体产生凝结的温度以上，因此，分子群可以不变成水滴，水滴意味着各种各样比需要的更大的水分子，例如作为以前技术一部分陈述的水雾[2]中产生的分子。这是为了有利于沿与风移动大部分气体(空气或别的)相同的指向和方向，大部分气体可以载运包含电荷的分子群，因为这些群的质量，比质量大得多的水滴更接近周围的分子；这样导致通过该电场的电势的增加。该方法允许收集电荷并允许电势的增加可供其利用。

存在湿度的空气或别的气体，不要求已经从某一过程接收带电粒子的贡献，这样的过程例如是诸如用带电和/或不带电粒子、烟雾、带有悬浮微粒的气化物等等播种(seeding)的过程，但这不妨碍该方法的实施，且在这些情形中，甚至可以达到不要求使用湿度的目标。

大的湿度量是不必要的，而这是对本发明的基本补充，因为它不要求外部水源，既然如此，为了使用本过程，即使在被认为干燥的地区中，用环境湿度也是足够的。

在该过程中的电场必须在气体(空气或别的)的电介质绝缘击穿极限以下，该电介质绝缘击穿极限，必须由所述气体在所述过程的使用瞬间所处条件、以及所述气体在使用瞬间具有的沾染物(例如，水、不同的带电和/或不带电粒子、其他气体的存在，等等)确定。

同时，电场线中必须没有大的发散，这是与电-气体-动态风能装置(Electro-Gas-DynamicWindEnergyDevices)或电-气体-动态发电机(Electro-Gas-DynamicGenerators(EGDG))[3]的基本差别，因为各个后者有专用区，在该区中产生粒子的电离且电势梯度比系统的其余地方大得多，以便能使尽量多的粒子极化。在EGDG电离区中强的电场，确定复合速率的存在，而该复合速率在本文描述的方法中，按没有专用电离电场的措施，往往是低的，大大优于机械到电能场的转换。此外，在该EGDG中，当大量相同符号的电荷在电离区被产生时，非极化的分子可能发现，它难以在这样的区中存在的高浓度带电粒子的强电场中移动。这(在EGDG电离区中强的电场)增大粒子的迁移率系数，该迁移率系数是所述粒子的摩擦系数的倒数。因为在所描述的方法中，不存在有大的电势梯度的专用电离区，带电粒子在产生机械到电能转换的相同的电场中被产生，只要在电场线中没有显著的发散。这就确定带电粒子在该系统更均匀地被建立，从而没有如在EGDG情形中专用区(电离区)中的这种相当大的电荷浓度。

同时，这样确定本方法的粒子的迁移率不会增大到如在EGDG那样大，使EGDG中电荷的输运不那么有效。

在所描述的方法和设备中，湿度被用于促进电荷的输运。达到这一点，是因为分子往往会俘获被电场加速的自由电子并形成有负离子在它的中心的群[1][4]，因而也减小它的迁移率和降低与其他分子碰撞中负电荷损失的概率，负电荷损失例如对氧离子发生[5]，氧离子与其他分子碰撞时迅速损失它的电荷。除此之外，成群作用起因于负的或正的离子借助水的溶合作用，就是说，这些离子被水分子包围[4]。由于所有上述原因，因与分子弹性碰撞而释放它们的电荷的概率是非常低的，该概率确定-在空气或所使用的其他气体中-与用于产生电场的体的电荷交换的增加。

在当前的EGDG中，湿度一般是个问题，且至多不过水滴被用于这样的装置的专用电离区中，随同如上所述相伴的关于迁移率的缺点。同时，就其质量方面，水滴不同于湿度，水滴使靠风输运更为困难。因此，本方法所要求的湿度允许电荷输运和交换，并相对于当前用电-气体-动态发电机装置的方法，显著地改进效率。

我们描述的本发明必需的风，可以自然地或人工地按任何方式产生，如作为某些过程和/或设备的产物或副产物(想要的或不想要的)而产生。由于上面已经说明，风将能有效地输运正的或负的电荷两者，因为要让负电荷通过与其他分子碰撞而释放电子更为困难，还因为与剩余气体(空气或别的)分子的摩擦，由于以下事实而增加：在使电子附着于质量大得多的水分子时，对与周围其余分子有同样质量的分子有相同结果，因而允许有效的风输运。

为了构建该方法使用的设备，所需组装元件不一定是可移动部件，但可以添加到所描述设备的例如一些另外的测量仪器，例如改进设备的位置以增加风的利用率除外。此外，所描述方法的另一个大的贡献，是它的构建部件的简单性，因为为了组装它，并仅仅作为例子在图4中示出的已经足够，对它的构造和维护不要求复杂的结构。

同时，该方法是在如1.4米/秒(约5km/h)这样低的速度上被试验的，这是目前发电的风力发电机(windmill)什么也产生不了的条件。此外，虽然传统的风力发电机在风速10米/秒时产生约300W/m²，我们描述的方法在相同条件下并有环境比湿度9gr/Kg时，产生约1000W/m²，但有简单得多的构造要求。

附图说明

图1是示意图，图上示出被描述的发明的一个实施例。风的方向和指向，以及体的极性被示出，只代表许多可能性中的一种可能性。

图2是有被串联连接和电学地并联的若干单元的设备的示意图，以表明如果若干单元被串联连接时该方法如何运行。

图3是示意图，图上示出本文所描述的方法的第一级的可能实施方案，该第一级的要点是使系统充电。

图4是示意图，图上示出所描述方法实施方案的可能设备。该图不包含用于使这些板在它们中间分开所要求的结构元件。

具体实施方式

该方法开始于向两个体电加载相等并相反的电荷，从而在它们之间建立电场。该电场在过程中必须在被风移动的气体(空气或别的)的电介质绝缘击穿极限以下，且将由使用的瞬间所处条件和由可能具有的沾染物(contaminant)确定，这些沾染物或者是天然的或者是人工添加物。该添加物是不需要的，也不妨碍本文所描述的过程(如，水、各种带电或不带电粒子、其他气体的存在，等等)的实施。另外，必须没有例如像在带电尖端附近所产生的那样的电场线的相当大的发散。如图1所见的这样的体，在它们之间借助负载连接，产生的电能将向该负载供应。另一方面，风被使用，以便在一个体和另一个体之间、或一个体和气体(空气或别的)之间交换电荷。就是说：含有湿度的气体(空气或别的)被用作电荷输运的手段。风可以是自然产生的风和人工产生的风二者，人工产生的风如某一过程或设备的产物或副产物(想要的或不想要的)。气体中含有的自由电子-比离子有大得多的迁移率-，被附着于质量大得多的水分子上[1]，从而确定它们的迁移率，以及它们从位于分子群中心的负离子的分离大大降低。湿度使负电荷倾向于以比它们处于自由电子态更容易的方式，获得风的指向、方向和速度。图1中，风的方向和指向只作为例子描述。

气体(空气或别的)中含有的水分子，具有把它们自身与电子或与离子粘结，并形成在它的中心含有离子的水分子群的性质。这确定，从粘结的那一刻起，该群在与其他分子碰撞时，将不会容易地释放它们的电荷。另一方面，利用自由电子湿度的摄取，不会确定电荷生产的下降[6]。基于此，风将往往沿与大部分气体相同的指向和方向移动电荷，导致通过电场的电势增加。该方法允许收集电荷并允许电势的增加可供其利用。

该方法和它的设备可以用于反转所述体的极性，使改变电压的极性成为可能，以产生代替直流电流(DC)的交流电流(AC)。

当风的指向与通过负载(通过负载的电流)施加的电子流沿相同指向时，电子的包装(encapsulation)增加与同样由风输运的其他气体分子的摩擦，并减小电子的释放，直到该群到达体2，这样产生流向负载的电子流的增加。当风的指向与负载(通过负载的电流)施加的电子流指向相反时，气体的自由电子的包装使该气体把正电荷与来自负载的电子交换成为可能。这一点还表明，该方法和设备可以沿与风一个指向或它的相反指向运行。

图2中，我们能够看到，如果我们把若干体串联连接而在电学上并联连接，该系统是如何工作的。当所用气体(空气或别的)的分子到达体时，它们以相同的，按到达下一个体时的方式交换电荷，追随风的方向和指向，它们能再次交换它们的电荷。该过程可以被连续地重复。

而且利用上面解释的连接，该设备可以供多于两个体使用，这些体具有产生电场的布局(按照本发明前面的描述)，并允许在它们中间有串联的和/或并联的风通道，以增加产生的电能。

只要足够的风和湿度输入，该电场将被保持，且甚至被该过程增大，这样确定所述过程将不消耗额外的外部能量。

如在前面已经指出，该方法和供其使用的设备，将首先被解释成电-气体-动态发电机。但直到目前，后者各个都有电离段或带电粒子注入，它们产生随后被气体输运的电荷云。这种情况确定，在所描述的方法中，粒子的迁移率不像在EGDG中增加那么多，导致在它们(后者各个)之中电荷的输运不是那么有效。所描述的方法则不同，因为本方法不一定要求在专用区中产生或注入带电粒子云，但沿通过系统的气体(空气或别的)所走的整个路径产生电荷。

该方法和供其使用的设备中要求的湿度，允许电荷的输运和交换，使它相对于目前的电-气体-动态发电机装置，能够显著地增加效率，而在该电-气体-动态发电机装置中，湿度一般是成问题的，且至多不过在那些装置的电离专用区中使用水滴，具有更早所述的迁移率的缺点。另外，水滴就它们的质量而言，与湿度有极大不同，使它借助风的输运有相当大的困难。

下面，并作为例子，我们给出实施所描述的设备和方法的可能方式，我们将称该方法为分子磨(MolecularMill(MM))方法。我们对其描述一种可能的系统/设备，我们将称之为分子磨(MM)。对它没有基本改变，必须认为这是将在下面权利要求的范围之内。就是说，下面的描述必须认为是说明性的，而不应认为是对下面权利要求的范围、本性和精神的限制。

图3中，我们能够看到该方法的第一部分的可能实施方案，它的要点是对MM充电。虚线代表向开关1和2发出命令的控制线。两个开关都接受所述图中被称为控制(CONTROL)的方框的命令。

开始时，开关1和2是断开的。控制方框正在监控风的通道和通过该MM的湿度。当一定量的风和湿度被检测时，开关1被合上，允许对MM充电。当MM的电荷达到阈值电平(该阈值取决于各种因素，例如负载和从电源抽取的最大电流)，开关2被合上而开关1被断开，MM检测合格而作为发电机运行。

在风和湿度是足够的时，通过负载的电流将被保持。当风和/或湿度不够时，开关2被断开而控制方框再次监控风和湿度的存在情况。开始时被花费在建立电场的能量，相对于过程中产生的电能是非常低的。

图4中，我们可以观察到MM的可能实施方案。风在通过系统时，将在两块板上的区之间输运电子中，对通过负载的电流有贡献，在该两块板上的区没有绝缘材料。电子的这种交换是借助正的或负的电荷的输运和交换产生的，它由被图2上的系统固定的电子流方向(通过MM的电流)确定。湿度以显著的方式对电荷由风的输运和交换有贡献。

作为例子，图4代表该方法借助成一定角度的段的实施方案，段的数量是任选的，且它可以按照发电所需和项目特征建立，在该项目中我们需要使用该方法。若干段可以被串联或并联连接，以便构建更高容量的MM，为的是实施所描述的方法。

所描述的发明可以用于通过微观的和宏观发电，从风能产生电能，用于住宅、商业和工业，且还用于产生电能，用于运输部门、或其他已知的或者在将来才知道的使用。该方法不一定要求利用有移动部件的装备，既然如此，各种各样形状可弯曲的设备，以及相对于同样功率的常用设备大大减小尺寸和重量的设备，可以被采用。同样，该方法和供其使用的设备，可以从风速低至约5km/h开始运行，且它还可以在被认为干燥的地区使用。

例如，前面的论证确定，MM可以-除其他使用以外-代替例如作为汽车工业中的散热器的热交换器被安装，不增加汽车的气动阻力且甚至能同时满足两种功能：散热和产生电能而不过度地增加重量。按照图4描述的系统的使用中获得的试验结果，量级为KWh的能量可以在汽车使用中获得，而在能量产生本身是目标的情形中则获得多得多的能量。

在所描述的方法中，离子中可以被产生的是H⁺[1]，这表明在过程本身之内，氢可以被产生，而它由此例如可以在燃料电池中被使用。

上面陈述的例子涉及分子磨(MM)方法的实施方案，而对MM的可能的一些例子，以及它可能的使用和功能，必须理解为实施方案和用途的可能的手段的说明，不是对我们权利要求的范围、实质和精神的限制。不是对上面已经描述的和下面权利要求所述的实质上的改变，必须认为是在本文所描述的发明的范围之内。这一点的意思是，对本文所描述的发明的任何改变，凡在概念上使用产生能量的相同原理，必须被认为在本文所描述的发明的范围之内。即使MM的方法实施方案的各种不同的形式被描述，且对此我们举出MM系统的各种例子，但看来似乎是，遵从本文所描述，对本领域那些一般技术人员，这都是目前熟知的技术或将来发明的技术，包含替换功能、步骤、使用元件的修改或变化，可以被外推到本文所描述的内部或外部。这些变化应当被认为在本发明的范围和精神内。

因此，应当理解，本文所描述的和出示的形式，只是为描述例子的作用和解释随后的方法效果而被建立。即使在本发明的描述中不同的元件，已经按一定次序和组合被展示，必须理解，对已经被发明的保护，包括：它们的一些的使用、或一些的、所有的一部分、或全部而其后另外的一些。本发明任何部分的移去部分，作为在本发明范围内而被包含。

同理，用于描述本发明的字词，应当理解成不限于它的习惯意义，还有出现在本发明说明书上下文中的意义，它可能比习惯意义和该词的使用有更宽广的意义。

因此，如果任何词或句可以被推广到包含多于一种意义，那么在本申请中该词或词组的使用，必须按上位方式理解成与所有可能意义有关，该所有可能意义是出自本发明的说明书或词或词组自身。

此外，本发明可以有除产生能量的具体功能以外的其他功能，所以必须理解，保护是针对被发明的方法和/或设备的用途，是它们的一部分、它们的全部、或全部而其后另外的一些的利用。

已经在上面声明所描述的概念和系统的一般范围、保护的范围必须涵盖下面专门声明的内容、概念上等价的内容、可以被明显地替换的内容，以及还有合并了对本发明的构思是实质性的内容。

参考文献

[1]R.Messaoudi，“InfluenceofHumidityonCurrentWaveformandLightEmissionofaLow-frequencyDischargeControlledbyaDielectriBarrier”IEEETransactionsonDeielectricsandElectricalInsulationVol.3No.4，August1996.

[2]A.M.Marks，“ChargedAerosolGeneratorwithUni-electrodeSource”，UnitedSatesPatent4，2006，396(1980).

[3]G.DeMey，“CharacteristicsofElectro-Gas-DynamicwindEnergyDevices，EnergyConv.&MgmtVol20.pp.201to203(1980).

[4]V.A.Mohnen，“DiscussionoftheFormationofMajorPositiveandNegativeIonsuptothe50kmLevel”，PureandAppliedGeophysics，Vol.84，pp.141-153，1971.

[5]MacAlpineandZhangetal：“EffectofHumidityonCharges/Phase-anglePatternsofacCoronaPulsesinAir”IEEETransactionsonDielectricsandElectricalInsulationVol.10.No.3；June2003.

[6]XingmingBian，“NegativeCoronaInceptionVoltagesinRod-planeGapsatVariousAirPressuresandHumidities”，IEEETransactionsonDielectricsandElectricalInsulationVol.18.No.2；April2011.

Claims

1.一种分子磨方法，用于接收包含在移动中的大部分空气或别的气体中的能量，该方法按照下面的说明，使用风、空气或别的气体中的湿度、以及电场：

a)通过向两个分开的体电加载相等并相反的电荷，由此在两个体之间建立电场，用操作性连接到所述两个分开的体的电源进行启动；该电场必须总是在被风移动的空气或别的气体的电介质绝缘击穿极限以下；同时，必须没有电场线的显著发散；

b)下面的步骤是把电源断开连接并且借助负载在体之间连接那些体，产生的电能将被传递到该负载；

c)另一方面，风被用于移动所使用的空气或别的气体，该气体保持湿度，该湿度允许电荷在一个体和另一个体之间或一个体和空气或别的气体之间输运和交换；该风是自然产生的风或按任何方式人工产生的风，或者该风是自然产生的风和按任何方式人工产生的风二者；该风沿与大部分气体相同的指向和方向移动电荷，结果引起电场两端电势的增加；该方法允许收集电荷并允许电势的增加以便利用该增加的电势。

2.按照权利要求1的方法，但代替仅使用两个体而使用附加的体，附加的体中的一些体与所述两个体中的一个体电并联，附加的体中的其他体与所述两个体中的另一个体电并联，允许在它们中间有风的通道，以便增加产生的电能。

3.按照权利要求1的方法，但把体的极性反转以改变电压的极性，以产生代替直流电流(DC)的交流电流(AC)。

4.按照权利要求1的方法，其中人工产生的风包括任何过程的产物或副产物。

5.按照权利要求1的方法，其中人工产生的风包括任何设备的产物或副产物。

6.按照权利要求5的方法，其中所述设备是发动机。

7.一种用于实施权利要求1中描述的方法的分子磨设备，该设备必须至少含有：两个体；用于它们两者充电的装置；用于收集电荷和允许电势的增加可供其利用的装置；电场线中没有大发散的电场，必须存在于该两个体之间；所述的体必须被布置成提供风移动保持湿度的空气或别的气体的通道；该风将增加电场两端的电势；该风是自然产生的风或按任何方式人工产生的风，或者该风是自然产生的风和按任何方式人工产生的风二者。

8.按照权利要求7的设备，当使用所述两个体之外的附加的体时，附加的体中的一些体与所述两个体中的一个体电并联，附加的体中的其他体与所述两个体中的另一个体电并联，提供它们中间风的通道，以便增加产生的电能。

9.按照权利要求7的设备，把体的极性反转以改变电压的极性，以产生代替直流电流(DC)的交流电流(AC)。

10.按照权利要求7的设备，其中人工产生的风包括任何过程的产物或副产物。

11.按照权利要求7的设备，其中人工产生的风包括任何设备的产物或副产物。