一種利用大氣電場發電的裝置的製作方法

2023-07-24 12:46:36

專利名稱：一種利用大氣電場發電的裝置的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種發電裝置，尤其是涉及一種利用大氣電場發電的裝置，其 以大氣層中的電場作為發電的動力源。二背景技術：
在人類發電的歷史上，比較流行的有火力發電、水力發電、風力發電、太 陽能發電等等能量利用方式，除少數幾種如太陽能發電外，其餘的發電方式都 需要用原動機推動發電機發電。本發明的原動機實際上是大氣層，大氣的電離層和地球表面都是良導體， 它們是兩個等勢面，電勢差平均約為300,000V，這樣在晴天大氣電場會由約100 200V/m的電場強度，在陰雨天氣，這種電能會以雷電的形式浪費掉。能 否利用這種電壓來發電，就是本發明解決的問題。利用大氣電場來發電並不是沒有人想過，直觀的做法是在不同的高度上放 置導體，用導線連接，但事實表明用這種方法只能得到一個瞬間的脈衝電流， 無法得到持續的電流，因此用這種方法發電不現實。還有一種實現利用這種電 場發電的方法是採用電場磨，它是用兩個開槽的圓片，當上面的一個圓片旋轉 時，遮擋下面的圓片，使下面的圓片一時處於大氣電場下，而另一時不在大氣 電場下，結果引起脈衝電流，但這種方法需要使圓片旋轉，需要花費能量，結果花費的能量通常比獲得的電能還大，經濟上沒有價值。到目前為止，尚未有 人公開聲明找到了利用大氣電場發電的有效方法。大氣電場發電的關鍵，在於要把大氣電場轉化為交變的電場，這只需要一 組開關和一對電容就可以實現，然後就可以利用電容式發電機的原理實現發電。實際的試驗表明，利用大氣電場發電，會遇到大氣電容的難題，由於大氣 電容極小，導致產生的電流極其微弱，以至於根本沒有發電的商業價值，針對 這種現象，本發明的另外一個關鍵，就是必須擊穿大氣電容，進一步的分析表 明，只要擊穿大氣電容，就能獲得非常大的電流。
發明內容
本發明的目的在於提供一種利用大氣電場發電的裝置，其利用地球上無處 不在的大氣電場作為動力源，進行發電。為實現上述目的，本發明採用的技術方案為一種利用大氣電場發電的裝置，其特徵在於包括大氣放電裝置、電壓切 換裝置和電容式發電機三個組成部分，電壓切換裝置的輸入端與大氣放電裝置 和大地相連，電壓切換裝置的輸出端與電容式發電機的輸入端相連，電容式發 電機的輸出端與負載相連。上述大氣放電裝置由一個或若干個電極針以及導線組成，各電極針之間通 過導體相連，電極針的一端在大氣中，導線的一端與電壓切換裝置相連。上述電壓切換裝置由定時開關電路組合而成。上述電容式發電機由兩個電容和一個整流電路的等效電路組成。 上述電極針放置在紫外探照燈或紫外雷射形成的光柱中。上述電極針上塗抹有放射性物質。 與現有技術相比，本發明具有的優點和效果如下本發明採用完全免費的大氣電場作為動力源進行發電，綠色環保，對環境 完全沒有破壞，實際上它是借用了地球發電機所發的電能，發電成本極其低廉， 無論白天晚上都可以發電，比起太陽能發電無論成本還是方便程度都更加優越， 而且這是目前所知道的成本最為低廉的發電方式。四

圖1為發明系統連接電路原理圖； 圖2為電容式發電機基本原理圖； 圖3為電容式發電機電路原理圖； 圖4為電壓切換裝置的原理圖。圖中，卜大氣放電裝置，2-電壓切換裝置，3-電容式發電機，4-負載。五具體實施例方式
本發明為一種將大氣壓強的波動能量轉化為電能的裝置，參見圖1，包括大氣放電裝置1、電壓切換裝置2和電容式發電機3三個組成部分，電壓切換裝 置2的輸入端與大氣放電裝置1和大地相連，電壓切換裝置2的輸出端與電容 式發電機3的輸入端相連，電容式發電機3的輸出端與負載4相連。大氣放電 裝置1要能夠將負電荷釋放到大氣中，同時從大氣中獲得正電荷；電壓切換裝 置2是一組開關電路，其功能是實現在AT時間給給電容式發電提供電壓差為V 的電壓輸入，而在下一個AT時間給給電容式發電提供電壓為-V的電壓差輸入， 如此循環，從而使電容式發電機3獲得交變的電壓；電容式發電機3用於將交變的電壓轉化為電流輸出。本發電裝置需要從大氣和大地之間的電壓差中獲得 能量，這個過程中應當伴隨著在大氣中出現強烈的放電現象，如電暈放電現象;電容式發電機最基本的等效原理圖如圖2所示，電容式發電機由兩個電容 和一個整流電路組成，該電路就能完成將交變的電壓轉化為電流輸出。設兩個輸入端之間的電壓為V，電容C中的電壓為u，外部電路的電阻為R， 則電容C中的電量Q為Q=CXu因而電路中的電流I為— c其中u應該滿足2u+IR二V由此解得w = — + a exp(--)2 Ci 其中a為某一常數。由上式解得,廣,H 2fl , 2,、、 / = C(----exp(--))可以看到，當一段時間以後，輸出電流為，d2輸出功率為可見只要電壓有波動，該發動機就會有電流輸出，而大氣電場中的電壓基 本上是恆定的，因此需要電壓切換裝置來獲得比較大的^ 。電壓切換裝置的電路原理圖如圖4所示，開關K在A T時間內與A端點導通, 而在下一個AT時間內與B端點導通，依此類推，輸出端就會出現一個交變的電 壓。在本發明中，電壓切換裝置的一端應該與大地相連，由大地提供負電荷， 另一端應該與大氣放電裝置相連。電壓切換裝置的輸出端應與電容式發電機的 輸入端相連接。大氣放電裝置由一排或多排針組成，各針之間通過導體相連，然後通過導 線與電壓切換裝置輸入端的+端或-端相連，大氣放電裝置的針端應當放置在高 空中，越高越好，高度至少應該能夠保證產生大氣電暈效應。可以採取一些措 施如增大溼度、採用紫外線照射、使用放射源等降低產生電暈效應的難度。在理想情形下，本發電裝置的輸出功率有兩種情形① 當大氣放電裝置出現了電暈效應，此時大氣電容被擊穿，理論發電功率為2Ar其中v為大氣放電裝置放電前後的電壓差，該情形為發電裝置正常工作時 的情形。② 如果大氣放電裝置沒有出現電暈效應，就必須考慮到大氣電容的影響， 由於大氣電容只有若干個pF，把它看作是與電容式發電機串聯的一個電容，那 麼理論發電功率為formula see original document page 8其中v為大氣放電裝置與大地之間的電壓差，c(,為大氣電容，由於該值很小， 為io一，量級，導致此時的輸出功率很小，這種狀況是設計中應該避免的情形。實施例本發電機分為三個組成部分電容式發電機、電壓切換裝置和大氣放電裝 置，這三個部分按圖1的方式組合在一起。電容式發電機的基本原理如圖2所示，但由於電壓差比較大，二極體有可 能會被擊穿，實際設計時，電容式發電機中應該增加分壓或變壓的設計，如圖3 所示，就是一個採用了耦合變壓器的電路原理圖。用電容將來自大氣的電流與 負載電流隔離開。電容式發電機通過電容的充放電過程產生電流，電容式發電 機的輸入端與電壓切換裝置相連，而輸出端與負載相連。電容式發電機可以把 交變電流轉化為對負載的輸出。從理論上講，可以不用電容C而只用變壓器及其它電路來作為發電機，但由於瞬間放電的電流太大，不用電容會把整個電路擊穿，因此本發明中，電容c是必需的，而其它的電路連接方式可以根據實際情況調整，只要能實現將輸入 的交流電轉化為電流輸出即可。電壓切換裝置可以採用定時電路控制繼電器開合的方法實現，開關切換時間AT選為30 50ms為宜。電壓切換裝置的輸入端與大氣放電裝置和大地相連， 而輸出端與電容式發電機相連。電壓切換裝置應由定時開關電路組合而成，具體結構可以根據實際情況調 整，如可以採用集成電路定時電路、非繼電器開關等方式，這個開關電路能實現在AT時間給電容式發電機提供電壓差為V的電壓輸入，而在下一個AT時 間給電容式發電機提供電壓為-V的電壓輸入即可。大氣放電裝置由1個或若干個針以及導線組成，針的一端在大氣中，導線 的一端與電壓切換裝置相連，發電裝置工作時，只要有一段時間內針尖的電場 應強到足以產生電暈放電現象；本發明成功的關鍵在於大氣放電裝置，這個裝 置的主要功能是把負電荷釋放於大氣中，可以採用的方法很多，如增大板極面 積等，但如果需要獲得較大的、較為穩定的電流，比較好的方法是採用尖端放 電現象，採用一個或多個針組成放電電極，立於離地面較高的位置，在不同的 地域高度H有所差異，從數米到數百米都有可能，正常情況下，電極針在電壓 15kV時就會在晴天出現電暈效應，按大氣場強120V/m計算，H為130m時就可 以保證出現電暈效應，實際確定H時採用原則是在晴天當放電電極放置在H 高度時，與地連接瞬間電極上會出現電暈效應， 一般說來，在海平面或潮溼的 大氣環境中H可以低一些。為了提高效率，可以採取一些措施增大電流，比較 好的方法有在針上塗抹放射性物質，利用放射性物質會使大氣電離的現象增 大放電電流；使用紫外探照燈或紫外雷射形成一個光柱，把電極放置在光柱中， 大氣會被紫外線電離，空氣更容易被擊穿，因而在採取了這些措施後可以降低H、 增大電流。當放電電極出現電暈效應後，電極上的一些負電荷與大氣中的正電荷發生 了電中和，導致電極與大氣電壓差下降，電暈效應終止，AT時間後，放電電極 與另外一個電容連接，該電容由於在上一個AT時間內與大地連接，帶有較多的 負電荷，此時這些負電荷就會補充到放電電極，使放電電極出現脈衝式放電現象。根據上述分析，使上述發電裝置獲得較大功率的方法為a. 電容C儘可能地大，使一次放電中有儘可能多的電荷釋放；b. AT較小，以提高發電功率；C.使放電電極附近空氣更容易被擊穿；d.放電電極所處空氣的電勢與大地的電勢之間的電壓差儘可能地大。選取一組典型的設計參數進行計算，取C4F(選用超級電容器)，AT二30ms， 一次放電的電壓降為200V，發電裝置的總效率為30%，則輸出功率為20kW，可 見本發電裝置可以提供很大的功率。
權利要求
1、一種利用大氣電場發電的裝置，其特徵在於包括大氣放電裝置(1)、電壓切換裝置(2)和電容式發電機(3)三個組成部分，電壓切換裝置(2)的輸入端與大氣放電裝置(1)和大地相連，電壓切換裝置(2)的輸出端與電容式發電機(3)的輸入端相連，電容式發電機(3)的輸出端與負載(4)相連。
2、 根據權利要求l所述的一種利用大氣電場發電的裝置，其特徵在於大 氣放電裝置(1)由一個或若干個電極針以及導線組成，各電極針之間通過導體 相連，電極針的一端在大氣中，導線的一端與電壓切換裝置相連。
3、 根據權利要求l所述的一種利用大氣電場發電的裝置，其特徵在於電壓切換裝置(2)由定時開關電路組合而成。
4、 根據權利要求l所述的一種利用大氣電場發電的裝置，其特徵在於電 容式發電機(3)由兩個電容和一個整流電路的等效電路組成。
5、 根據權利要求2所述的一種利用大氣電場發電的裝置，其特徵在於電極針放置在紫外探照燈或紫外雷射形成的光柱中。
6、 根據權利要求2所述的一種利用大氣電場發電的裝置，其特徵在於電極針上塗抹有放射性物質。
全文摘要
本發明涉及一種利用大氣電場發電的裝置，其利用地球上無處不在的大氣電場作為動力源，進行發電。本發明包括大氣放電裝置、電壓切換裝置和電容式發電機三個組成部分，電壓切換裝置的輸入端與大氣放電裝置和大地相連，電壓切換裝置的輸出端與電容式發電機的輸入端相連，電容式發電機的輸出端與負載相連；大氣放電裝置由一個或若干個電極針以及導線組成，各電極針之間通過導體相連，電極針的一端在大氣中，導線的一端與電壓切換裝置相連；電壓切換裝置由定時開關電路組合而成；電容式發電機由兩個電容和一個整流電路的等效電路組成。本發明的優點在於能夠利用幾乎是免費的大氣電流，發電成本極低。
文檔編號H01T19/00GK101325387SQ200810150458
公開日2008年12月17日 申請日期2008年7月25日 優先權日2008年7月25日
發明者賈東明 申請人:賈東明