CN111884477B - 一种基于周期性波动等离子体的发电设备 - Google Patents
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Abstract
一种基于周期性波动等离子体的发电设备，包括发电腔，其内部上、下分别设有上、下基板，上、下基板上分别连接有接线柱并由发电腔上、下引出；在发电腔上扣设有缠绕分离线圈的导磁框；在发电腔一侧通过加速管道连通有等离子体通道，在等离子体通道外面套设有磁罩，在磁罩外面缠绕有收集线圈；在加速管道外缘沿圆周方向均匀安装有多个翼板，在每个翼板上分别缠绕有加速线圈。该设备能够扩大等离子体的收集面积；使大量等离子体通过等离子体通道进入加速管道，并被向前挤压加速进入发电腔；通过分离线圈通电后产生的磁场使上基、下基板分别收集电子和离子，便可在两个基板之间形成电压。因此能够收集波动的等离子体，并利用等离子体来产生电能。
Description
技术领域
本发明涉及能源发电领域，特别涉及一种基于周期性波动等离子体的发电设备。
背景技术
电离层是地球大气的一个区域，受太阳高能辐射以及宇宙线的激励的影响，距离地面高度60千米以上的整个地球大气层都处于部分电离或完全电离的状态，通常称为电离层。由于太阳活动（太阳风，耀斑及日冕物质抛射等）具有一定的周期性，其波动较大，电离层等离子体密度不断波动，密度波动会形成等离子体的定向移动。若能够收集波动的等离子体，并利用等离子体来产生电能，则可以为航天设备提供能量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种基于周期性波动等离子体的发电设备，能够收集波动的等离子体，并利用等离子体来产生电能。
为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种基于周期性波动等离子体的发电设备，包括发电腔，在发电腔内部上、下分别设有由导电材料制成的上基板和下基板，上、下基板上分别连接有接线柱并由发电腔上、下引出；在发电腔上扣设有缠绕分离线圈的导磁框，用于在发电腔内形成磁场，分离进入发电腔内的电子与离子；
在发电腔一侧通过加速管道连通有等离子体通道，在等离子体通道外面套设有磁罩，在磁罩外面缠绕有收集线圈，用于通入直流电流在磁罩外围形成闭合磁场，扩大等离子体的收集面积；
在加速管道外缘沿圆周方向均匀安装有多个翼板，在每个翼板上分别缠绕有加速线圈，用于通入周期性斜坡电流，在加速管道内形成周期性渐变磁场，实现对进入加速管道内的等离子体的截断和加速进入发电腔。
作为进一步优选，所述发电腔为绝缘材料制成且外形为长方体的空心腔体，在发电腔一侧腔壁上均布设有多个连接孔，所述加速管道和等离子体通道为多组且分别通过连接孔与发电腔连接。
作为进一步优选，所述发电腔另一侧为敞口结构。
作为进一步优选，所述导磁框为导磁材料制成的槽型扣件，其内槽与发电腔通过间隙配合插接，导磁框两端分别通过顶丝与发电腔固定。
作为进一步优选，所述磁罩是由套筒和分别设在套筒两端的环形挡板和锥形罩体连接而成，所述环形挡板靠近加速管道一端，所述收集线圈缠绕在套筒外缘，便于形成闭合磁场，扩大等离子体的收集面积。
作为进一步优选，所述等离子体通道为管状，在等离子体通道外面位于加速管道与磁罩之间套设有垫圈，在等离子体通道外端通过螺纹连接有限位螺母，用于实现磁罩的固定。
作为进一步优选，所述翼板与加速管道的轴线形成一个夹角倾斜布置，翼板中心线与加速管道的轴线交点位于发电腔一端，用于形成倾斜的渐变磁场，提高进入发电腔内的等离子体的加速效果。
作为进一步优选，所述加速管道两端分别设有外螺纹和内螺纹，且分别与对应的连接孔和等离子体通道通过螺纹连接，以便于拆卸。
作为进一步优选，所述加速管道和等离子体通道均为陶瓷材料制成。
作为进一步优选，所述磁罩为磁性材料制成。
本发明的有益效果为：
1、由于在发电腔一侧通过加速管道连通有等离子体通道，在等离子体通道外面套设有磁罩，在磁罩外面缠绕有收集线圈，收集线圈通入直流电流后能够在磁罩外围形成闭合磁场，因此能够扩大等离子体的收集面积；使大量等离子体通过等离子体通道进入加速管道；
2、由于在加速管道外缘沿圆周方向均匀安装有多个翼板，在每个翼板上分别缠绕有加速线圈，加速线圈通入周期性斜坡电流后，能够在加速管道内形成周期性渐变磁场，因此当磁场随着电流增大而逐渐增强时，能够使通过等离子体通道进入加速管道内的等离子体被截断形成堆积，同时使加速管道前部的等离子体在磁场增强过程中被向前挤压并加速进入发电腔；
3、由于在发电腔内部上、下分别设有由导电材料制成的上基板和下基板，在发电腔上扣设有缠绕分离线圈的导磁框，分离线圈通电后能够在发电腔内形成沿水平方向垂直于发电腔两端的磁场，使等离子体的电子与离子做方向相反的洛伦兹运动，从而分离电子与离子；通过上基板和下基板分别收集电子和离子，便可在两个基板之间形成电压。因此本发明能够收集波动的等离子体，并利用等离子体来产生电能。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是图1的右视图；
图3是图1中导磁框的侧视图；
图4是本发明加速管道的结构示意图；
图5是图4的左视图；
图6是发电腔的结构示意图；
图7是图6的A-A剖视图；
图8是本发明磁罩对等离子体的收集示意图；
图9和图10是加速管道的工作原理图；
图11是加速线圈通入的周期性斜坡电流信号示意图；
图12是发电腔的工作原理图；
图中：1-磁罩，2-收集线圈，3-限位螺母，4-等离子体通道，5-垫圈，6-加速管道，7-发电腔，701-连接孔，702-上基板，703-下基板，704-接线柱，8-导磁框，9-分离线圈，10-翼板，11-加速线圈。
具体实施方式
如图1-图7所示，本发明涉及的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，包括一个发电腔7，该发电腔7为绝缘材料制成且外形为长方体的空心腔体，在发电腔7的腔体内壁上、下分别贴设有由导电材料制成的上基板702和下基板703，上、下基板上分别通过螺纹连接有接线柱704，二个接线柱704分别由设在发电腔7上、下表面的通孔引出，由于通过导线连接蓄电池或用电设备，将上、下基板之间形成的电压引出。
在发电腔7上扣设有导磁框8，在导磁框8上端的水平板面上缠绕分离线圈9，用于通入直流电流后在发电腔7内形成磁场，从而分离进入发电腔7内的电子与离子。所述导磁框8为导磁材料制成的槽型扣件，其内槽与发电腔7通过间隙配合插接，导磁框8两端分别通过顶丝与发电腔7固定。
在发电腔7一侧腔壁上均布设有多个连接孔701，并通过连接孔701连接有多组相互连接的加速管道6和等离子体通道4，本实施例中连接孔701以四个为例，相应地，加速管道6和等离子体通道4为四组。所述发电腔7另一侧为敞口结构，以便于安装上基板702和下基板703。
所述等离子体通道4为圆管状，且分别通过加速管道6与发电腔7连通。在等离子体通道4外面套设有磁罩1，在磁罩1外面环形缠绕有收集线圈2，用于通入直流电流在磁罩1外围形成闭合磁场，扩大等离子体的收集面积。
所述磁罩1是由套筒和分别设在套筒两端的环形挡板和锥形罩体三部分连接而成，且为磁性材料制成。所述环形挡板靠近加速管道6一端，所述收集线圈2缠绕在整个套筒外缘，便于形成闭合磁场，扩大等离子体的收集面积。
在等离子体通道4外面位于加速管道6与磁罩1之间套设有垫圈5，在等离子体通道4外端通过螺纹连接有限位螺母3，限位螺母3压在所述锥形罩体的内端面，用于实现磁罩1的固定。
所述加速管道6和等离子体通道4均为绝缘材料制成且优选为陶瓷材料。所述加速管道6两端分别设有外螺纹和内螺纹，且分别与对应的连接孔701和等离子体通道4通过螺纹连接，以便于拆卸。
在加速管道6外缘沿圆周方向均匀安装有多个翼板10，本实施例以四个翼板10为例。在每个翼板10上分别缠绕有加速线圈11，用于通入周期性斜坡电流，在加速管道6内形成周期性渐变磁场，实现对进入加速管道6内的等离子体的截断和加速进入发电腔7。
所述翼板10与加速管道6的轴线形成一个夹角倾斜布置，翼板10中心线与加速管道6的轴线交点位于发电腔7一端，用于形成倾斜的渐变磁场，提高进入发电腔7内的等离子体的加速效果。
使用时，将该发电设备安装到航天设备上并将磁罩1的外端口朝向地面，当该发电设备跟随航天设备进入到电离层时便可开始工作。
当太阳活动爆发后，大量射线到达大气层会使大量中性气体电离，使等离子体密度上涨，从而形成等离子体的定向运动；如图8所示，当收集线圈2通入直流电流后会在磁罩1外围形成闭合磁场，闭合的磁场扩大了等离子体的收集面积，使进入闭合磁场的等离子体沿着等离子体通道4进入加速管道6。
加速管道6在工作过程中，翼板10上的加速线圈11同时通入如图11所示的周期性斜坡电流，在电流的上升过程中，会在加速管道6内形成逐渐增强的磁场，如图9-10所示。由于电子的抗磁性，从等离子体通道4进入的等离子体中携带的电子会被截断，加速管道6内部的电子会在磁场增强过程中被向前挤压并加速；同时由于等离子体内部耦合电场的存在，离子与电子运动特性相同，从而形成了等离子体的截断，截断后加速管道6前部的等离子体被加速进入发电腔7，而加速管道6后部的等离子体会形成堆积，使等离子体密度增大。随着一个周期性斜坡电流信号的结束，加速管道6内的磁场消失，堆积的高密度等离子体进入加速腔；随着斜坡电流信号的逐渐加大，重新对加速管道6前部的等离子体进行挤压和加速，加速管道6后部的等离子体再次堆积。工作过程中，可以通过斜坡信号的占空比来调节通过加速管道6进入发电腔7内等离子体的强度和周期。
分离线圈9通电后在发电腔7内形成了磁场901，如图3所示，磁场方向沿水平方向垂直于发电腔7的两端。在该磁场作用下，使等离子体的电子与离子做方向相反的洛伦兹运动，形成了电荷分离，如图12所示。在洛伦兹力的作用下，通过上基板702收集电子，下基板703收集离子，从而在两个基板之间形成电压。通过二个接线柱704将电势差引出，导入蓄电池或用电设备即可。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：包括发电腔，在发电腔内部上、下分别设有由导电材料制成的上基板和下基板，上、下基板上分别连接有接线柱并由发电腔上、下引出；在发电腔上扣设有缠绕分离线圈的导磁框，用于在发电腔内形成磁场，分离进入发电腔内的电子与离子；
在发电腔一侧通过加速管道连通有等离子体通道，在等离子体通道外面套设有磁罩，在磁罩外面缠绕有收集线圈，用于通入直流电流在磁罩外围形成闭合磁场，扩大等离子体的收集面积；
在加速管道外缘沿圆周方向均匀安装有多个翼板，在每个翼板上分别缠绕有加速线圈，用于通入周期性斜坡电流，在加速管道内形成周期性渐变磁场，实现对进入加速管道内的等离子体的截断和加速进入发电腔。
2.根据权利要求1所述的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：所述发电腔为绝缘材料制成且外形为长方体的空心腔体，在发电腔一侧腔壁上均布设有多个连接孔，所述加速管道和等离子体通道为多组且分别通过连接孔与发电腔连接。
3.根据权利要求2所述的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：所述发电腔另一侧为敞口结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：所述导磁框为导磁材料制成的槽型扣件，其内槽与发电腔通过间隙配合插接，导磁框两端分别通过顶丝与发电腔固定。
5.根据权利要求1所述的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：所述磁罩是由套筒和分别设在套筒两端的环形挡板和锥形罩体连接而成，所述环形挡板靠近加速管道一端，所述收集线圈缠绕在套筒外缘，便于形成闭合磁场，扩大等离子体的收集面积。
6.根据权利要求1所述的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：所述等离子体通道为管状，在等离子体通道外面位于加速管道与磁罩之间套设有垫圈，在等离子体通道外端通过螺纹连接有限位螺母，用于实现磁罩的固定。
7.根据权利要求1所述的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：所述翼板与加速管道的轴线形成一个夹角倾斜布置，翼板中心线与加速管道的轴线交点位于发电腔一端，用于形成倾斜的渐变磁场，提高进入发电腔内的等离子体的加速效果。
8.根据权利要求2所述的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：所述加速管道两端分别设有外螺纹和内螺纹，且分别与对应的连接孔和等离子体通道通过螺纹连接，以便于拆卸。
9.根据权利要求1-8任一项所述的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：所述加速管道和等离子体通道均为陶瓷材料制成。
10.根据权利要求1或5或6所述的一种基于周期性波动等离子体的发电设备，其特征在于：所述磁罩为磁性材料制成。
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