专利名称：量子能源及其发电装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种新能源及其发电装置，特别是一种量子能源及其发电装置。适合于从各种热源(如太阳能、地热能、海洋热能等)中取热直接发电。
背景技术：
大家知道，热不能直接发电，必须把热转变为功再发电，而热变功的过程一定有熵产生并且是导致热效率降低的直接原因。所以，现有热发电技术如燃煤发电、核能发电以及磁流体发电技术等，热效率均在25-45％之间而且无法改变。能源设备效率低就意味着技术落后、资源浪费和环境污染，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。
本发明的任务是提供一种量子能源及其发电技术，所谓的量子能源是根据统计物理原理，由宏观热平衡态进入其微观过程，而热的微观过程并不存在热，只有微观粒子永久不停地运动，书中把这种运动称之为“微观功”。如果把微观功得以利用，就省略了宏观热变功的过程，这将彻底消除熵的影响，从而实现最高效率“热发电”。更重要的是，量子能源是一种取之不尽用之不竭的可再生的热资源。因此，量子能源发电技术的特点是，在真空系统中，带电粒子已与外界热源达到热平衡状态，杂乱无章运动的同时，随机地进入平行板电场，在静电力作用下，带电粒子沿电场方向直线运动，即在电场空间形成概念化的“电”，从而将“微观功”转变为“电”。继而将概念化的“电”进入平行板感应发电系统，由极板和导线引出转化成实用电。实用电总量为实用电＝(电场力作功+微观功)×效率
发明内容
在真空容器(1)中，预置一定浓度的电荷e(2)，并设置了N个发电单元(3)和热源(4)。其中循环系统是由I单元的S1与II单元的B2连接，II单元的S2与N单元的Bn连接，N单元的Sn与I单元的B1连接，A1、Y1、A2、Y2、An和Yn电极与真空容器(1)均为零电位(0V)，净输出系统是由I单元的o1电极与负载RL2连接，p1电极与II单元的o2电极连接，p2电极与N单元的on电极连接，pn电极与负载RL2另一端连接。
发电单元是由AB，SY，op三组6个相互平行的电极组成，A、B电极与电源UAB(V)连接，S、Y电极与负载RL1连接，o、p电极与负载RL2连接，A、Y和p电极均为零电位(0V)。极板面积的线度L(m)与平行板之间的距离d(m)符合无限大平行板的定义即L＞＞d，并且每一个极板上的D孔同一轴线。
AB系统与SY系统对称即d1＝d2(m)，UAB＝USY(V)，|a1|＝|a2|(m/s2)。op系统为非对称系统，与对称系统的关系是|a1|＝|a2|＝|a3|(m/s2)。o1与pn之间为量子场即非连续场，由o1、负载RL2与pn组成的电回路为连续场。o1、pn电极的体积(体电荷密度)与净输出电流成正比，即o1、pn两块极板的体积应与输出电流相匹配。
本发明的任务是这样实现的，在真空容器中，预先注入一定浓度n(/m3)的自由电荷e(C)，容器壁具有良好的导热性，在经过足够长的时间后，系统内与系统外热源温度T0(K)相同，每一个电荷的平均能量Eh(J)Eh＝3/2kT0＝1/2meve2k-波尔兹曼常数(k＝1.38×10-23J/K)，T0-热力学绝对温度(K)，me-电荷质量(kg)，ve-电荷运动速度(m/s)；在真空容器中还设置有发电单元AB、SY、op三组平行板(6个极板)，每个极板上都有直径为D(m)的微孔且同一轴线。AB极板与毫伏(mV)电源组成有源电场EAB(V/m)；SY、op两组平行板均与负载RL构成感应发电回路。当携有微观功Eh(J)的电荷e，随机移动到D孔并进入到EAB场时，EAB对e的作用力为Fe(N)＝eEAB，电场力作功 Ae＝eEAB·ds，Ae(J)是从电源UAB(V)中汲取来的即Ae＝IABUAB·dt。此时，Eh(J)在电场中与Ae迭加形成“概念电”。当e离开AB系统时其携带的能量总量为E(J)E(J)＝Ae+Eh(1)继而e直接进入SY系统，SY与AB系统对称，因此该系统的功能就是对Ae(J)还原即Usy＝UAB。根据能量守恒关系，e在SY系统中为负向加速度-aSY(m/s2)，减速幅度(USY或Uop)与RL大小成正比。
引用奥-高定理和场强的环流等于零这两个关系，说明并建立AB、SY系统的数学表达式 和∮E·dl＝0(3)
根据电力线通量概念，穿过一个面的电力线数dN＝E·dS，说明(2)式等号左边为电力线的体积分，右边则为导体的体电荷密度积分，等号为两边量值相等且可逆。其重要意义在于证明了静电场为有源场，如AB系统的UAB(V)代表等号左边的有源场；SY系统中的e(C)则代表等号右边的有源场。(3)式则进一步说明，静电场的电力线不可能是闭合回线，它和重力场一样是保守场，因此在电场中必然会有电势存在。于是，USY(V)的定义为USY=∫SE·dl]]>即等于单位正电荷，自S极板沿任意路径移动到Y极板(电势零点)时，电场力做的功。对于平行板电场来说，只有确定了电势零点(0V)，才有非平衡电势输出，所以SY系统也称之发电系统。
op极板与负载连接，其原理与SY系统相同。进入op系统的电荷的能量只剩下Eh(J)，故把op系统称之为净输出系统。当e离开p极板时，电荷能量Ep(J)Ep(J)＝1/2mevp2＜＜Eh(J)，e就会与真空空间的带电粒子或容器壁碰撞交换能量。如果包围真空容器的热量无限大，那么唯一的结果就是将热能源源不断地转变为电能。
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。他的诞生，意味着人类将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发明作进一步的详细描述。
图1是发电单元原理2是本发明工程电原理中，1真空容器、2电荷、3发电单元、4热源、5启动开关、6启动电源。
具体实施例方式参照图1，发电单元是由AB电极、SY电极、op电极组成。A、B电极与电源UAB(V)连接，S、Y电极与负载RL1连接，o、p电极与负载RL2连接，每一个极板上都设有D微孔并且在同一轴线上，A电极、Y电极和p电极均保持零电位(0V)。由于EAB的方向性，e只能从A电极进入，由p电极输出。AB电极之间的距离为d1(m)，SY电极之间的距离为d2(m)，op电极之间的距离为d3(m)。e在d1区间的加速度a1(m/s2)＞0，在d2区间的加速度a2(m/s2)＜0，在d3区间则a3(m/s2)＜0。
AB电极与UAB形成有源电场，当有e通过D孔进入EAB并且移动ds距离时，e从场中获得的动能Ae＝eEAB·ds，这个能量是从电源UAB中汲取来的即Ae＝IABUAB·dt所以IAB＝eEAB(ds/dt)/UAB＝EAB·v(e/UAB) (4)在EAB＝UAB/d1的均匀场中，电子在z方向沿电力线方向运动时，式(4)变为IAB＝e·(dz/dt)/d1可见，感应电流IAB(A)的大小与e(C)和粒子速度v＝dz/dt成正比，与平行板间距d1(m)成反比。假如粒子的电荷对均匀电场的影响可以忽略，即有dz/dt＝v1+(e/me)EABt (5)因而IAB＝e{v1+(e/me)/EAB·t}/d1被传递的总电荷由下式表示为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-电荷通过d1(m)的过渡时间(s)，e-电荷电量(C)，q-感应电量(C)；(6)式给出了极为重要的结果即电量在传输过程中等量转移。
根据(2)(3)式，AB与SY为对称互逆系统，因此d1＝d2(m)，只是a2(m/s2)＜0，所以(5)则改变成dz/dt＝v1-(e/me)EABt，但推导的结果依然为q＝-e。这就意味着量子发电技术已经具备了高效率转换机制。
为了有效地发挥这种机制，发电单元设计遵守以下规则，首先将三个电场(EAB、ESY、Eop)设计为均匀场，即每一个极板的线度L(m)＞＞d1(m)；其次，必须满足|a1|＝|a2|＝|a3|关系，并由此关系确定d1(m)、d2(m)、d3(m)。
参照图2，一台量子能源发电机是由N个发电单元组成，并形成有机的串联关系即，I单元的S1与II单元的B2连接，II单元的S2与N单元的Bn连接，N单元的Sn与I单元的B1连接。其中A1、Y1、A2、Y2、An、Yn与真空容器(1)均为零电位(0V)，每一个单元的AB系统都是负载RL1，而且是可逆负载。
发电机的启动过程，首先将启动开关(5)接通，启动电源(6)与B1、Sn连接，I单元的S1对外输出USY(V)为II单元建立EAB，继而II单元对外输出USY为N单元建立EAB，当N单元输出USY时，启动电源(6)已经完成任务立即关闭启动开关(5)。此时，发电机循环系统进入自组织运行状态。
这种循环需要两个条件，其一发电单元一致性要好，具体做法是采用精密工艺，将多个发电单元集成化并且将每个集成块构成独立的小循环。其二，SY系统的能量复制功能是维持循环的动力，进入该系统的能量份额比例为ξ＝(Ae-eUh)/Ae＝1-Uh/(UAB-Uh)例如，热源温度T0＝300K时，Uh＝0.039V，设UAB＝0.1V，那么ξ电功＝72％，ξ微观功＝28％。实际过程，由于线路和介质都存在一定的损耗，会造成72％的份额复制略有不足，28％的微观功给予补偿。尽管上述两种损耗极小，但对于整个发动机(成千上万个发电单元)而言，损耗总量是可观的。因此，发电机无负载的情况下，也要从热源中吸收一定的能量给予补充，以资循环持续稳定不停。
净输出系统是由I单元的o1与负载RL2连接，p1与II单元的o2连接，p2与N单元的on连接，pn与负载RL2另一端连接。o1与pn之间可以定义为量子场即非连续场，而o1、pn与负载RL2组成的电回路则为连续场。因此o1、pn电极的电量输出面积(电荷密度/mm2)应与输出电流相匹配。
如果一台发电机的额定输出电压Uo＝110V，热源温度T0＝300K，那么量子发电机需要发电单元数ND＝U0/Ujk＝3666由于Ep(J)的存在即e离开p极板的余速度和ξ微观功的补偿损失，每一个发电单元净输出电压约为Uop∝0.03V。
权利要求
1.一种量子能源及其发电装置，在真空容器(1)中，存在一定浓度的电荷(2)，并设置了N个发电单元(3)和热源(4)。其特征在于循环系统是由I单元的S1电极与II单元的B2电极连接，II单元的S2电极与N单元的Bn电极连接，N单元的Sn电极与I单元的B1电极连接，A1，Y1，A2，Y2，An和Yn电极与真空容器(1)均为零电位(0V)，净输出系统是由I单元的o1电极与负载RL2连接，p1电极与II单元的o2电极连接，p2电极与N单元的on电极连接，pn电极与负载RL2另一端连接。
2.如权利要求1所述的量子能源及其发电装置，其特征在于，发电单元是由AB，SY，op三组6个相互平行的电极组成，AB电极与电源UAB(V)连接，SY电极与负载RL1连接，op电极与负载RL2连接，A，Y和p电极均为零电位(0V)，极板面积的线度L(m)与平行板之间的距离d(m)符合无限大平行板的定义即L＞＞d，并且每一个极板上的D孔同一轴线。
3.如权利要求2所述的量子能源及其发电装置，其特征在于，AB系统与SY系统对称即d1＝d2(m)，UAB＝USY(V)，|a1|＝|a2|(m/s2)。
4.如权利要求2所述的量子能源及其发电装置，其特征在于，op系统为非对称系统，与对称系统的关系是|a1|＝|a2|＝|a3|(m/s2)。
5.如权利要求1所述的量子能源及其发电装置，其特征在于，o1与pn电极之间为量子场即非连续场，由o1电极、负载RL2与pn电极组成的电回路为连续场。
6.如权利要求1所述的量子能源及其发电装置，其特征在于，o1和pn电极的体积(体电荷密度)与净输出电流成正比，即o1和pn两块极板的体积应与输出电流相匹配。
全文摘要
本发明公开一种量子能源及其发电装置，适合于从各种热源(太阳能、地热能、海洋热能等)中取热直接发电。传统热发电技术是热变功后再发电，此过程一定有熵产生并导致热效率降低。量子能源是根据统计物理原理，利用微观粒子携带的“微观功”直接发电。此过程彻底消除熵的影响，从而产生高效率量子能源发电技术。其发电装置，是将携带微观功的带电粒子作有序化处理即在电场空间形成“概念电”，继而进入可逆转换系统，将概念电转化成由导体对外输出的实用电。
文档编号H02N11/00GK1949648SQ200610141930
公开日2007年4月18日 申请日期2006年10月1日 优先权日2006年1月7日
发明者王杰 申请人:王杰