CN104836479B - 利用温差新能源的发电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用温差新能源的发电装置，它解决了现有技术不能充分使用昼夜时间温差资源发电的问题，其特征在于：所述第二电容器（2）的下方一侧设置了第一容器（4），上方一侧也设置了第二容器（6），中部第二电容器两极板之间也设置了第三容器（5），并且三者相通且均不导电。第一电容器（1）的两极板之间夹有热敏材料，该材料与第一电容器（1）极板之间使用了绝缘膜隔开。变压器（15）通过导线和智能开关（8、9）与电容器相连形成闭合电路。单刀双掷开关（10）、整流器（14）、电感器（12、13）和双刀双掷开关（16）及整流器等组成的为电容器弥补极板上电荷逃逸而损失的带电量的补偿电路，电能最终由线路11输送给负载。

Description

利用温差新能源的发电装置

技术领域

本发明属于供电基础设施，尤其涉及到在一些不需要阳光昼夜温差变化很大的地区，直接利用时间温差进行发电的一种利用温差新能源的发电装置。

技术背景

目前我国电力资源仍然十分紧缺，火力发电以及水力发电资源越来越小，远远适应不了人们日常生活及生产需求。因此，核能发电、风力发电也逐渐被开发应用，但核电投资过大，风力资源有限也很难被广泛应用。太阳能发电也因成本较高，需要占用大量采光用地。对于我国土地资源紧缺现状亦不划算。而且它们大多数都是利用空间温差来提供能量的，例如最常见的内燃机就是利用气缸内（空间一）与气缸外（空间二）产生温差来推动活塞运动的。据有关资料显示在地球上的某些地方昼夜时间温差大得出奇。就拿沙漠来说，它的夜间温度仅为10℃左右，而中午的温度却高达60℃左右，相对温差有30℃-50℃。在如此辽阔的沙漠上一定蕴藏着巨大的时间温差能量。然而这些能量却被白白浪费，原因很简单——目前利用昼夜时间温差来供电的方法仍很笨拙，还没有很好的开发利用设施。昼夜时间温差能在指定地区遍布整个地域可就地取材且清洁无污染，却很少被人开采，实为一巨大浪费。

发明内容

本发明的目的就是为人们提供一种将昼夜时间温差资源转换为电能的利用温差新能源的发电装置。

本发明的技术方案是：它包括电容器、变压器、智能芯片控制的开关、电感器及整流器等电子元器件，所述一只电容器的下方一侧设置了比表面很大的容器，上方设置了容器，中部电容器两极板间设置了绝缘的容器，三容器相通，且在比表面很大的容器内注入汞。另一只电容器两极板间夹有热敏材料，且该热敏材料与电容器极板用绝缘膜隔开；变压器、智能开关和两电容器用导线连成一个闭合电路，变压器、整流器、电感器及开关组成一个升压系统，变压器的输出线路为该装置生产的电能输出端。

本发明的有益效果是：不仅结构合理、制作方便、占地面积小，不需要阳光而且清洁无污染。通过汞储存在下端比表面比较大的容器里,在温度上升时受热胀冷缩性质影响它们被慢慢地挤入到超大电容量的电容器的两极板之间的容器里，从而使该电容器的电容量慢慢地增大。与此同时受温度升高影响热敏材料的介电常数减小（狭义上电阻增大）。把它当成电介质的电容器的电容量也慢慢减小。当已充过电的两电容器串联在一条回路中,其中一个电容器电容量增大,另一个电容器电容量减小,据Q=CU可知在Q不变时，一个电容器电压下降,另一个电容器的电压上升。如此在两个电容器之间将会产生电势差,再通过智能开关的作用使电流间断性地流过该回路,然后再通过变压装置将该回路中的电能耦合到负载,则负载将会有随温度变化的不规则电能输出。可广泛应用于昼夜温差较大地区进行时间温差发电，将广阔的时间温差资源转化成电能为社会经济发展提供服务。

下面结合附图对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明结构所处的环境温度大致变化图；

图3：假设在开关7闭合时温度影响下电介质变化造成了电容器2下边极板上的带电量如图中粗线所示则该装置在开关7断开正常工作时电容器2下边极板上的带电量就如图中锯齿状细线所示。

图4为本发明结构的等效图；

图5为本发明结构的另一种等效图。

图中：1为第一电容器、2为第二电容器，4为第一容器、5为第三容器、6为第二容器，3为热敏材料，7为开关，8、9为智能开关，10为单刀双掷开关，16为双刀双掷开关，11输出线路，12、13为电感器，14为整流器，15为可调变压器，17为导线，18、19、20为智能芯片所需检测的点。

具体实施方式

以在昼夜温差比较大的地区建设一座时间温差发电站为例，它是将若干利用温差新能源的发电装置联合在一起。将多个利用温差新能源的发电装置所产生的电流根据需要进行整流和叠加后输出发电站以为人民提供电能的。所述利用温差新能源的发电装置包括两只电容器1、2，变压器15，智能芯片控制的开关8、9，电感器12、13及整流器等电子元器件，所述电容器2的下方一侧设置了比表面很大的容器4，上方设置了容器6，中部电容器2两极板间设置了绝缘的容器5，三容器相通，且在容器4内注入汞；电容器1两极板间夹有热敏材料3，且该热敏材料3与电容器极板用绝缘膜隔开；变压器15、智能开关8、9和两电容器1、2用导线连成一个闭合电路，变压器15、整流器14、电感器12、13及开关组成一个升压系统，变压器15的输出线路11为该装置生产的电能输出端。

下面结合附图对本发明进行详细描述：

（一） 介绍各个构件

4是一个比表面很大的容器。与之相连的中部5被作为电容器2的电介质部分。4的内部盛有汞。

3为热敏材料，被作为电容器1的电介质。具有温度上升介电常数减小的特性。注意已用绝缘膜将热敏材料与1的极板隔开。

为增大电容器的电容量，两个电容器的极板正对面积要足够的大。为减小占地面积可将电容器卷起来制成非平行板式电容器。电容器1不要卷得太紧凑以便与空气有足够的接触表面积，保持热敏材料的温度与气温基本一致。电容器2可卷紧些，但容器4占用的体积还是较大。增大容器4的比表面也是为了里面的汞液的温度与气温基本一致。

智能开关8，9可检测到19,20处的电势差。当差值达到设定的V₀=1伏时开关合上，当电势差值降到接近于0时，开关则自动弹开。如此反复。

（二）工作过程

（1）发电过程

先将开关7闭合，通过外加电源给两电容器充过电。然后断开开关7.当环境温度升高时。容器4内的汞发生膨胀缓慢进入到容器5内使电容器2的电容量增大。热敏材料3受温度影响导致电容器1的电容量减小。当环境温度下降时在容器5内的汞液收缩在重力作用下又回到容器4内，同时热敏材料的介电常数增大。电容器电容量变化与温度上升时相反。

于是在开关7闭合时由导线和电容器1,2组成的回路中有电流流过。貌似有电流“穿过”了电容器。

在开关7断开时，由于环境温度的变化会在智能芯片检测点19,20处产生电势差。当温度上升时点19处的电势低于点20处的电势。当19.20处的电势差达到设定的V₀=1伏时。智能开关8，9合上形成通路。于是有顺时针电流经过变压器15的输入端。当两电容器电压接近相等时，智能开关8,9因检测到19,20两点处电势差接近于0时而弹开电流停止。智能开关8和9将变压器输入端的线圈内的振荡电流阻断在开关8和9之间以防止振荡电流影响19和20处的电势值造成智能芯片误判。温度继续上升点19,20处的电势差重新增大。上述过程反复发生。

当环境温度下降时，因20处的电势较低于19处。亦有间断性的电流逆时针流经变压器输入端。

此过程中开关10的闸刀倒向右侧，电能由导线11输出给负载。

（2）补偿充电

本利用温差新能源的发电装置在工作前必须由外加电源给两个电容器充过电后方能使用。此后理论上只要两电容器上的带电总量不发生改变就不需要在给它们充电。但就目前的技术还不存在绝对的绝缘体。因此两电容器上的带电总量会减少，这势必会导致设备发电能力减小。为避免此现象还需根据经验定时给设备上两电容器充电。当进入补偿充电命令后智能芯片使单刀双掷开关10的闸刀倒向左侧（双刀双掷开关16的闸刀倒向导线17）。同时只有智能芯片检测到19,20处的电势差达到V₁=15伏时智能开关8，9才会闭合。经过变压器输入端的一股电能经变压器转换成较高电压后经14整流流经电感器12,13和导线17。智能芯片检测到进入该指令后第一次点18处的电流达到最大值时，智能开关8,9被断开，开关7闭合，双刀双掷开关16的闸刀倒向另一侧（在此过程中有一个开关16的闸刀由先只倒向导线17再到同时倒向导线17又倒向另一侧的同时接通两侧的瞬间过程，最后则只倒向另一侧的交递）。将会在双刀双掷开关16的闸刀离开导线17的瞬间产生一个短时的高压电给两个电容器充电。充电完毕后双刀双掷开关16的闸刀倒回导线17，单刀双掷开关10倒向右侧，开关7断开。并自动切换到发电过程指令。

负载中要留出一部分电能给小型蓄电池充电，智能芯片等电源由此蓄电池提供。

（三）工作原理

(1)证明当开关8,9闭合，温度上升时变压器输入端有顺时针电流。

证明：将原图的等效图画出来如图4所示

当合上开关S₃，S₄时图4与图1在题目中的条件下完全相同此时U₃=U₄。断开S₃， S₄后C₃，C₄上的带电量Q₃，Q₄不再改变。此时减小C₄的电容增大C₃的电容则由Q=CU可知C₄的电压U₄’增大，C₃的电压U₃’减小即U₄’>U₃’。

此时合上开关S₃，S₄时因U₄’>U₃’.于是有顺时针电流产生。电流表指针发生偏转。

（2）误区警示

不要认为充过电后的两个并联电容器一经放电就不再带有电荷。两个并联电容器不同于一个电容器。一个电容器一经放电则正负电荷相互中和。而两个并联电容器充完电后在它们俩之间相互充放电两电容器带负电的两极板上的负电荷不会跃迁到另外两带正电的极板上造成正负电荷中和。而只会出现负电荷在两带负电的极板之间相互移动,另外两极板上的情况也相同。例如当温度上升时电容器2的电压下降则当开关8,9导通时电容器1的高电压会给电容器2充电即是电容器1带负电的极板上的负电荷移动到电容器2的带负电的极板上,同时电容器1带正电的极板上的正电荷移动到电容器2的带正电的极板上(实际情况是金属中没有可移动的正电荷即是电子向相反的方向移动) 。这里面不存在正负电荷相互抵消的现象,也就是说在理想状态下两并联电容器充完电后在它们俩之间充放电时它们四个极板上带有静电的绝对值总和始终是相同的。

（四）能量分析

图1还可以等效于图5。当充完电后上边导线及其与之相连的电容器1、2的上边极板带正电q⁺。同理下边导线及另外两极板带负电且|q⁺|=|q₁ ^-+q₂ ^-|=E。因此在不考虑电子从下边导线和与之相连的极板上跃迁至上边导线和与之相连的极板上或电子从这个整体中逃逸的话它们的带电量是保持不变的。于是该装置可连续做功，无需再充电。

在温度变化时即相当于将图5中带正电部分在X,Y间作往复运动。当它由从X位置移动到Y位置时很明显远离了b的左端靠近了b的右端于是因F=kq₁q₂/r²可看出它对b的左端的电量吸引力减小了。则q₁ ^-减小同时也克服了电场力做功。同理q₂ ^-增大可推导出b导线中有顺时针电流。

即此装备将时间温差能转换成了电能。当温度不变时电流会因阻抗而衰竭，电能亦会衰竭。但电量不会衰竭。

只有当电子出现了跃迁和逃逸时，装备的带电量才会衰竭。会导致生产出的电能减小。此时我们必须重新给装备充电。为减少此现象我们应应用最好的绝缘材料来制造该装备以隔绝带静电设备与外界的导通。

（五）结束语

1、由于该装备单个的发电量较小，为了达到人们所能接受的条件需要制造出很多这样的装备，将它们提供的能量累积起来并进行规则化处理后才能满足人们的用电需求。

2、虽然沙漠地区的温差很大，但它们变化的速率还是很慢。汞的膨胀系数也有限因此容器4要做得足够大以便只要有微弱的温度变化，它们内部的物质的体积就有较大的变化造成对电容器的电容量有足够大的影响。此外电容器1、2电容器在有一规定的电介质时的电容量还要非常的大，充电电压也要尽可能的大以使在电介质发生变化时引起导线中有更大的电流通过，产生更多的能量。此外采用了良好绝缘材料作为电路的保护屏障除了可防止漏电损失能量外还可提高整个设备对其本身及其操作人员的安全系数。

（六）安全使用

采用两个可变电容器在温度变化时，其中一个电容量增大另一个反之。这样就会导致其中一个电容器的电势下降另一个上升。当两个电容器的电势差达到设定值时开关8,9导通，导线中有电流经过，于是两个电容器的电势再次相等。也就是说刚才电势下降的那个电容器的电势再次上升，另外一个电势上升的电容器的电势下降。如此反复进行。则我们可以通过调整电容器下方的比表面很大的容器的体积来使温度改变过程中两个电容器的电势上升和下降的值达到理想的状态。以便当开关导通后两电容器的电势重新改变后恰好恢复到为电容器充电的电压值的附近。这样一来就可以使电容器的电压不会有太大的波动用以避免高电压对操作人员带来的安全隐患。

为了避免汞的危害可以改用其它可导电的液体来代替它。

Claims (1)

1.一种利用温差新能源的发电装置，它包括第一电容器（1）、第二电容器（2）、变压器（15）、智能芯片控制的开关（7、8、9、10、16）、电感器（12、13）及整流器，其特征在于：所述第二电容器（2）的下方一侧设置了第一容器（4），上方设置了第二容器（6），中部第二电容器（2）两极板间设置了绝缘的第三容器（5），三容器相通，且在第一容器（4）内注入汞；第一电容器（1）两极板间夹有热敏材料（3），且该热敏材料（3）与第一电容器(1)极板用绝缘膜隔开；变压器（15）、智能开关（8、9）和第一电容器(1)、第二电容器（2）用导线连成一个闭合电路；变压器（15）、整流器（14）、电感器（12、13）及开关（7）、单刀双掷开关（10）、双刀双掷开关（16）组成一个升压系统；变压器（15）的输出线路（11）为电能输出端。