專利名稱：量子能源及其發(fā)電裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種新能源及其發(fā)電裝置，特別是一種量子能源及其發(fā)電裝置。適合于從各種熱源(如太陽能、地熱能、海洋熱能等)中取熱直接發(fā)電。
背景技術：
大家知道，熱不能直接發(fā)電，必須把熱轉變?yōu)楣υ侔l(fā)電，而熱變功的過程一定有熵產(chǎn)生并且是導致熱效率降低的直接原因。所以，現(xiàn)有熱發(fā)電技術如燃煤發(fā)電、核能發(fā)電以及磁流體發(fā)電技術等，熱效率均在25-45％之間而且無法改變。能源設備效率低就意味著技術落后、資源浪費和環(huán)境污染，特別是在當今世界能源危機日趨嚴重的今天，改進技術提高效率就變得尤為重要。
本發(fā)明的任務是提供一種量子能源及其發(fā)電技術，所謂的量子能源是根據(jù)統(tǒng)計物理原理，由宏觀熱平衡態(tài)進入其微觀過程，而熱的微觀過程并不存在熱，只有微觀粒子永久不停地運動，書中把這種運動稱之為“微觀功”。如果把微觀功得以利用，就省略了宏觀熱變功的過程，這將徹底消除熵的影響，從而實現(xiàn)最高效率“熱發(fā)電”。更重要的是，量子能源是一種取之不盡用之不竭的可再生的熱資源。因此，量子能源發(fā)電技術的特點是，在真空系統(tǒng)中，帶電粒子已與外界熱源達到熱平衡狀態(tài)，雜亂無章運動的同時，隨機地進入平行板電場，在靜電力作用下，帶電粒子沿電場方向直線運動，即在電場空間形成概念化的“電”，從而將“微觀功”轉變?yōu)椤半姟?。繼而將概念化的“電”進入平行板感應發(fā)電系統(tǒng)，由極板和導線引出轉化成實用電。實用電總量為實用電＝(電場力作功+微觀功)×效率

發(fā)明內(nèi)容
在真空容器(1)中，預置一定濃度的電荷e(2)，并設置了N個發(fā)電單元(3)和熱源(4)。其中循環(huán)系統(tǒng)是由I單元的S1與II單元的B2連接，II單元的S2與N單元的Bn連接，N單元的Sn與I單元的B1連接，A1、Y1、A2、Y2、An和Yn電極與真空容器(1)均為零電位(0V)，凈輸出系統(tǒng)是由I單元的o1電極與負載RL2連接，p1電極與II單元的o2電極連接，p2電極與N單元的on電極連接，pn電極與負載RL2另一端連接。
發(fā)電單元是由AB，SY，op三組6個相互平行的電極組成，A、B電極與電源UAB(V)連接，S、Y電極與負載RL1連接，o、p電極與負載RL2連接，A、Y和p電極均為零電位(0V)。極板面積的線度L(m)與平行板之間的距離d(m)符合無限大平行板的定義即L＞＞d，并且每一個極板上的D孔同一軸線。
AB系統(tǒng)與SY系統(tǒng)對稱即d1＝d2(m)，UAB＝USY(V)，|a1|＝|a2|(m/s2)。op系統(tǒng)為非對稱系統(tǒng)，與對稱系統(tǒng)的關系是|a1|＝|a2|＝|a3|(m/s2)。o1與pn之間為量子場即非連續(xù)場，由o1、負載RL2與pn組成的電回路為連續(xù)場。o1、pn電極的體積(體電荷密度)與凈輸出電流成正比，即o1、pn兩塊極板的體積應與輸出電流相匹配。
本發(fā)明的任務是這樣實現(xiàn)的，在真空容器中，預先注入一定濃度n(/m3)的自由電荷e(C)，容器壁具有良好的導熱性，在經(jīng)過足夠長的時間后，系統(tǒng)內(nèi)與系統(tǒng)外熱源溫度T0(K)相同，每一個電荷的平均能量Eh(J)Eh＝3/2kT0＝1/2meve2k-波爾茲曼常數(shù)(k＝1.38×10-23J/K)，T0-熱力學絕對溫度(K)，me-電荷質(zhì)量(kg)，ve-電荷運動速度(m/s)；在真空容器中還設置有發(fā)電單元AB、SY、op三組平行板(6個極板)，每個極板上都有直徑為D(m)的微孔且同一軸線。AB極板與毫伏(mV)電源組成有源電場EAB(V/m)；SY、op兩組平行板均與負載RL構成感應發(fā)電回路。當攜有微觀功Eh(J)的電荷e，隨機移動到D孔并進入到EAB場時，EAB對e的作用力為Fe(N)＝eEAB，電場力作功 Ae＝eEAB·ds，Ae(J)是從電源UAB(V)中汲取來的即Ae＝IABUAB·dt。此時，Eh(J)在電場中與Ae迭加形成“概念電”。當e離開AB系統(tǒng)時其攜帶的能量總量為E(J)E(J)＝Ae+Eh(1)繼而e直接進入SY系統(tǒng)，SY與AB系統(tǒng)對稱，因此該系統(tǒng)的功能就是對Ae(J)還原即Usy＝UAB。根據(jù)能量守恒關系，e在SY系統(tǒng)中為負向加速度-aSY(m/s2)，減速幅度(USY或Uop)與RL大小成正比。
引用奧-高定理和場強的環(huán)流等于零這兩個關系，說明并建立AB、SY系統(tǒng)的數(shù)學表達式 和∮E·dl＝0(3)
根據(jù)電力線通量概念，穿過一個面的電力線數(shù)dN＝E·dS，說明(2)式等號左邊為電力線的體積分，右邊則為導體的體電荷密度積分，等號為兩邊量值相等且可逆。其重要意義在于證明了靜電場為有源場，如AB系統(tǒng)的UAB(V)代表等號左邊的有源場；SY系統(tǒng)中的e(C)則代表等號右邊的有源場。(3)式則進一步說明，靜電場的電力線不可能是閉合回線，它和重力場一樣是保守場，因此在電場中必然會有電勢存在。于是，USY(V)的定義為USY=∫SE·dl]]>即等于單位正電荷，自S極板沿任意路徑移動到Y極板(電勢零點)時，電場力做的功。對于平行板電場來說，只有確定了電勢零點(0V)，才有非平衡電勢輸出，所以SY系統(tǒng)也稱之發(fā)電系統(tǒng)。
op極板與負載連接，其原理與SY系統(tǒng)相同。進入op系統(tǒng)的電荷的能量只剩下Eh(J)，故把op系統(tǒng)稱之為凈輸出系統(tǒng)。當e離開p極板時，電荷能量Ep(J)Ep(J)＝1/2mevp2＜＜Eh(J)，e就會與真空空間的帶電粒子或容器壁碰撞交換能量。如果包圍真空容器的熱量無限大，那么唯一的結果就是將熱能源源不斷地轉變?yōu)殡娔堋?br> 由于采用了上述技術方案，系統(tǒng)熱效率達到質(zhì)的飛躍，是一項無污染、無噪音、潔凈高效、長壽命低成本的熱發(fā)電技術。他的誕生，意味著人類將告別一個落后的能源技術時代。


以下將結合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述。
圖1是發(fā)電單元原理2是本發(fā)明工程電原理中，1真空容器、2電荷、3發(fā)電單元、4熱源、5啟動開關、6啟動電源。
具體實施例方式參照圖1，發(fā)電單元是由AB電極、SY電極、op電極組成。A、B電極與電源UAB(V)連接，S、Y電極與負載RL1連接，o、p電極與負載RL2連接，每一個極板上都設有D微孔并且在同一軸線上，A電極、Y電極和p電極均保持零電位(0V)。由于EAB的方向性，e只能從A電極進入，由p電極輸出。AB電極之間的距離為d1(m)，SY電極之間的距離為d2(m)，op電極之間的距離為d3(m)。e在d1區(qū)間的加速度a1(m/s2)＞0，在d2區(qū)間的加速度a2(m/s2)＜0，在d3區(qū)間則a3(m/s2)＜0。
AB電極與UAB形成有源電場，當有e通過D孔進入EAB并且移動ds距離時，e從場中獲得的動能Ae＝eEAB·ds，這個能量是從電源UAB中汲取來的即Ae＝IABUAB·dt所以IAB＝eEAB(ds/dt)/UAB＝EAB·v(e/UAB) (4)在EAB＝UAB/d1的均勻場中，電子在z方向沿電力線方向運動時，式(4)變?yōu)镮AB＝e·(dz/dt)/d1可見，感應電流IAB(A)的大小與e(C)和粒子速度v＝dz/dt成正比，與平行板間距d1(m)成反比。假如粒子的電荷對均勻電場的影響可以忽略，即有dz/dt＝v1+(e/me)EABt (5)因而IAB＝e{v1+(e/me)/EAB·t}/d1被傳遞的總電荷由下式表示為q=∫0τIAB·dt=e{v1τ+1/2(e/m)EABτ2}/d1]]>其中，{v1τ+1/2(e/me)EABτ2}＝d1，因此有q＝e (6)式中，τ-電荷通過d1(m)的過渡時間(s)，e-電荷電量(C)，q-感應電量(C)；(6)式給出了極為重要的結果即電量在傳輸過程中等量轉移。
根據(jù)(2)(3)式，AB與SY為對稱互逆系統(tǒng)，因此d1＝d2(m)，只是a2(m/s2)＜0，所以(5)則改變成dz/dt＝v1-(e/me)EABt，但推導的結果依然為q＝-e。這就意味著量子發(fā)電技術已經(jīng)具備了高效率轉換機制。
為了有效地發(fā)揮這種機制，發(fā)電單元設計遵守以下規(guī)則，首先將三個電場(EAB、ESY、Eop)設計為均勻場，即每一個極板的線度L(m)＞＞d1(m)；其次，必須滿足|a1|＝|a2|＝|a3|關系，并由此關系確定d1(m)、d2(m)、d3(m)。
參照圖2，一臺量子能源發(fā)電機是由N個發(fā)電單元組成，并形成有機的串聯(lián)關系即，I單元的S1與II單元的B2連接，II單元的S2與N單元的Bn連接，N單元的Sn與I單元的B1連接。其中A1、Y1、A2、Y2、An、Yn與真空容器(1)均為零電位(0V)，每一個單元的AB系統(tǒng)都是負載RL1，而且是可逆負載。
發(fā)電機的啟動過程，首先將啟動開關(5)接通，啟動電源(6)與B1、Sn連接，I單元的S1對外輸出USY(V)為II單元建立EAB，繼而II單元對外輸出USY為N單元建立EAB，當N單元輸出USY時，啟動電源(6)已經(jīng)完成任務立即關閉啟動開關(5)。此時，發(fā)電機循環(huán)系統(tǒng)進入自組織運行狀態(tài)。
這種循環(huán)需要兩個條件，其一發(fā)電單元一致性要好，具體做法是采用精密工藝，將多個發(fā)電單元集成化并且將每個集成塊構成獨立的小循環(huán)。其二，SY系統(tǒng)的能量復制功能是維持循環(huán)的動力，進入該系統(tǒng)的能量份額比例為ξ＝(Ae-eUh)/Ae＝1-Uh/(UAB-Uh)例如，熱源溫度T0＝300K時，Uh＝0.039V，設UAB＝0.1V，那么ξ電功＝72％，ξ微觀功＝28％。實際過程，由于線路和介質(zhì)都存在一定的損耗，會造成72％的份額復制略有不足，28％的微觀功給予補償。盡管上述兩種損耗極小，但對于整個發(fā)動機(成千上萬個發(fā)電單元)而言，損耗總量是可觀的。因此，發(fā)電機無負載的情況下，也要從熱源中吸收一定的能量給予補充，以資循環(huán)持續(xù)穩(wěn)定不停。
凈輸出系統(tǒng)是由I單元的o1與負載RL2連接，p1與II單元的o2連接，p2與N單元的on連接，pn與負載RL2另一端連接。o1與pn之間可以定義為量子場即非連續(xù)場，而o1、pn與負載RL2組成的電回路則為連續(xù)場。因此o1、pn電極的電量輸出面積(電荷密度/mm2)應與輸出電流相匹配。
如果一臺發(fā)電機的額定輸出電壓Uo＝110V，熱源溫度T0＝300K，那么量子發(fā)電機需要發(fā)電單元數(shù)ND＝U0/Ujk＝3666由于Ep(J)的存在即e離開p極板的余速度和ξ微觀功的補償損失，每一個發(fā)電單元凈輸出電壓約為Uop∝0.03V。
權利要求
1.一種量子能源及其發(fā)電裝置，在真空容器(1)中，存在一定濃度的電荷(2)，并設置了N個發(fā)電單元(3)和熱源(4)。其特征在于循環(huán)系統(tǒng)是由I單元的S1電極與II單元的B2電極連接，II單元的S2電極與N單元的Bn電極連接，N單元的Sn電極與I單元的B1電極連接，A1，Y1，A2，Y2，An和Yn電極與真空容器(1)均為零電位(0V)，凈輸出系統(tǒng)是由I單元的o1電極與負載RL2連接，p1電極與II單元的o2電極連接，p2電極與N單元的on電極連接，pn電極與負載RL2另一端連接。
2.如權利要求1所述的量子能源及其發(fā)電裝置，其特征在于，發(fā)電單元是由AB，SY，op三組6個相互平行的電極組成，AB電極與電源UAB(V)連接，SY電極與負載RL1連接，op電極與負載RL2連接，A，Y和p電極均為零電位(0V)，極板面積的線度L(m)與平行板之間的距離d(m)符合無限大平行板的定義即L＞＞d，并且每一個極板上的D孔同一軸線。
3.如權利要求2所述的量子能源及其發(fā)電裝置，其特征在于，AB系統(tǒng)與SY系統(tǒng)對稱即d1＝d2(m)，UAB＝USY(V)，|a1|＝|a2|(m/s2)。
4.如權利要求2所述的量子能源及其發(fā)電裝置，其特征在于，op系統(tǒng)為非對稱系統(tǒng)，與對稱系統(tǒng)的關系是|a1|＝|a2|＝|a3|(m/s2)。
5.如權利要求1所述的量子能源及其發(fā)電裝置，其特征在于，o1與pn電極之間為量子場即非連續(xù)場，由o1電極、負載RL2與pn電極組成的電回路為連續(xù)場。
6.如權利要求1所述的量子能源及其發(fā)電裝置，其特征在于，o1和pn電極的體積(體電荷密度)與凈輸出電流成正比，即o1和pn兩塊極板的體積應與輸出電流相匹配。
全文摘要
本發(fā)明公開一種量子能源及其發(fā)電裝置，適合于從各種熱源(太陽能、地熱能、海洋熱能等)中取熱直接發(fā)電。傳統(tǒng)熱發(fā)電技術是熱變功后再發(fā)電，此過程一定有熵產(chǎn)生并導致熱效率降低。量子能源是根據(jù)統(tǒng)計物理原理，利用微觀粒子攜帶的“微觀功”直接發(fā)電。此過程徹底消除熵的影響，從而產(chǎn)生高效率量子能源發(fā)電技術。其發(fā)電裝置，是將攜帶微觀功的帶電粒子作有序化處理即在電場空間形成“概念電”，繼而進入可逆轉換系統(tǒng)，將概念電轉化成由導體對外輸出的實用電。
文檔編號H02N11/00GK1949648SQ200610141930
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月1日 優(yōu)先權日2006年1月7日
發(fā)明者王杰 申請人:王杰