НАКОПЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ
POWER ACCUMULATION

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится, в целом, к энергии и, в частности, к системам и способам накопления энергии.
Уровень техники
Идея электричества при ясной погоде связана с электрическим полем и электрическим током в атмосфере, распространяющимся за счет проводимости воздуха. Чистый, спокойный воздух переносит электрический ток, который является цепью замыкания для тысяч гроз, одновременно происходящих в любой данный момент на земле. Для простоты, эту энергию можно называть статическим электричеством или статической энергией. На фиг.1 показана погодная схема для возврата тока молнии, например, обратно к земле 10. Погодные течения 20, 30 возвращают облако к земному току 40.
При грозе, электрический заряд накапливается, и электроны зажигают дуговой разряд в газе, ионизируя его и порождая молнию. Специалисту в данной области техники понятно, что для завершения схемы требуется цепь замыкания для молнии. Атмосфера является цепью замыкания для схемы. Электрическое поле, обусловленное атмосферной цепью замыкания, сравнительно слабо в любой данной точке, поскольку энергия тысяч гроз на планете рассеивается в атмосфере по всей Земле, как в ясную, так и в ненастную погоду. Другие факторы возникновения электрического тока, присутствующие в атмосфере, могут включать в себя космические лучи, проникающие в земную атмосферу и взаимодействующие с ней, а также миграцию ионов и другие эффекты, которые еще полностью не исследованы.
Некоторая степень ионизации в нижних слоях атмосферы обусловлена переносимыми по воздуху радиоактивными веществами, в основном радоном. В большинстве мест в мире, ионы образуются со скоростью 5-10 пар на кубический сантиметр в секунду на уровне моря. С ростом высоты, космическое излучение приводит к увеличению скорости выработки ионов. В местах с высоким выделением радона из почвы (или строительных материалах) скорость может быть гораздо выше.
Альфа-активные материалы, в основном, несут ответственность за атмосферную ионизацию. Каждая альфа-частица (например, образующаяся при распаде атома радона) будет, в пределах нескольких сантиметрах от себя, создавать приблизительно 150,000-200,000 пар ионов.
Хотя в атмосфере имеется большое количество полезной энергии, способ или устройство для эффективного накопления этой энергии до сих пор не разработаны. Поэтому в промышленности имеется до сих пор не удовлетворенная потребность в решении вышеупомянутых трудностей и недостатков.
Сущность изобретения
Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают системы и способы для накопления энергии. Кратко описывая архитектуру, один вариант осуществления системы, помимо прочего, можно реализовать посредством провода опорной конструкции, поднятого над уровнем земли, по меньшей мере, одного накопительного волокна, электрически подключенного к проводу опорной конструкции; нагрузки, электрически подключенной к проводу опорной конструкции; и диода, электрически подключенного между нагрузкой и, по меньшей мере, одним накопительным волокном.
Варианты осуществления настоящего изобретения также можно рассматривать как обеспечивающие способы накопления энергии. В этой связи, один вариант осуществления такого способа, помимо прочего, можно, в общем случае, представить следующими этапами: подвешивание, по меньшей мере, одного накопительного волокна на проводе опорной конструкции, поднятом над уровнем земли, причем волокно электрически подключено к проводу опорной конструкции; обеспечение нагрузки с электрическим соединением к проводу опорной конструкции для съема тока и обеспечение диода, электрически подключенного между накопительным волокном и нагрузкой.
Другие системы, способы, признаки и преимущества настоящего раскрытия будут или станут очевидными специалисту в данной области техники три ознакомлении с нижеследующими чертежами и подробным описанием. Предполагается, что все подобные дополнительные системы, способы, признаки и преимущества включены в это описание, отвечают объему настоящего раскрытия и защищены прилагаемой формулой изобретения.
Краткое описание чертежей
Многие аспекты раскрытия можно лучше понять со ссылкой на следующие чертежи. Компоненты на чертежах не обязательно выполнены в масштабе, но упор делается на наглядную иллюстрацию принципов настоящего раскрытия. Кроме того, чертежи снабжены сквозной системой обозначений.
Фиг.1 - принципиальная схема схемы погодной энергии.
Фиг.2 - вид в перспективе иллюстративного варианта осуществления многих накопителей энергии, поднятых над землей с помощью конструкции.
Фиг.2A - вид сбоку энергонакопительного волокна, подвешенного на опорном проводе.
Фиг.2B - вид сбоку иллюстративного варианта осуществления энергонакопительного волокна, подвешенного на опорном проводе с помощью дополнительной опорной детали.
Фиг.2C - вид в перспективе опорной конструкции для множественных энергонакопительных волокон.
Фиг.2D - вид сбоку иллюстративного варианта осуществления опорной конструкции для множественных энергонакопительных волокон.
Фиг.2E - вид сбоку опорной конструкции для энергонакопительного волокна.
Фиг.2F - вид сбоку иллюстративного варианта осуществления опорной конструкции для энергонакопительного волокна.
Фиг.2G - вид сбоку опорной конструкции для множественных энергонакопительных волокон.
Фиг.3 - принципиальная схема иллюстративного варианта осуществления схемы для накопления энергии.
Фиг.4 - принципиальная схема иллюстративного варианта осуществления схемы для накопления энергии.
Фиг.5 - принципиальная схема иллюстративного варианта осуществления схемы накопления энергии для питания генератора и мотора.
Фиг.6 - принципиальная схема иллюстративного варианта осуществления схемы для накопления энергии и ее использования для выработки водорода и кислорода.
Фиг.7 - принципиальная схема иллюстративного варианта осуществления схемы для накопления энергии и ее использования для активации топливного элемента.
Фиг.8 - принципиальная схема иллюстративного варианта осуществления схемы для накопления энергии.
Фиг.9 - логическая блок-схема иллюстративного варианта осуществления накопления энергии с помощью накопительного волокна.
Подробное описание
Электрические заряды на проводниках целиком располагаются на внешней поверхности проводников и стремятся сконцентрироваться в большей степени вокруг заостренных концов и краев, чем на плоских поверхностях. Поэтому электрическое поле, принятое острым проводящим концом, может быть значительно сильнее, чем поле, принятое тем же зарядом, находящимся на большой гладкой проводящей оболочке. Иллюстративный вариант осуществления этого раскрытия пользуется этим свойством, помимо прочего, для накопления и использования энергии, генерируемой электрическим полем в атмосфере. В накопительной системе 100, показанной на фиг.2, по меньшей мере, одно накопительное устройство 130 может быть подвешено на системе опорных проводов 120, поддерживаемой столбами 110. Накопительное устройство 130 может содержать диод или накопительное волокно отдельно или комбинацию диода и накопительного волокна. Система опорных проводов 120 может быть электрически подключена к нагрузке 150 соединительным проводом 140. Система опорных проводов 120 может иметь любую форму или структуру. Кроме того, проводящий провод 140 может состоять из одного провода или множественных проводов. Накопительное устройство 130 в форме волокна может содержать любой проводящий или непроводящий материал, включая углерод, графит, тефлон и металл. В иллюстративном варианте осуществления, для накопления статического электричества используются углеродные или графитовые волокна. Система опорных проводов 120 и соединительный провод 140 могут быть выполнены из любого проводящего материала, в том числе алюминия или стали, предпочтительно, меди. К проводнику также можно добавить тефлон, в качестве не ограничительных примеров провода с тефлоновой пропиткой, провода с тефлоновым покрытием или тефлоновых полосок, свисающих с провода. Проводящий провод 120, 140 и 200 может представлять собой оголенный провод или изолированный провод в порядке не ограничительного примера. Провода 120 и 140 также являются средством переноса энергии, накопленной накопительным устройством 130.
Иллюстративный вариант осуществления накопительных волокон в качестве накопительного устройства 130 включает в себя графитовые или углеродные волокна. Графитовые и углеродные волокна, на микроскопическом уровне, могут иметь сотни тысяч заостренных концов. Атмосферное электричество может притягиваться к этим остриям. Если атмосферное электричество может проходить по двум путям, один из которых пролегает по плоской поверхности, а другой - по заостренной проводящей поверхности, электрический заряд будет притягиваться к заостренной проводящей поверхности. В общем случае, чем больше присутствует заостренных концов, тем больше энергии можно собрать. Поэтому углеродные или графитовые волокна являются примерами, которые демонстрируют иллюстративную возможность накопления.
В, по меньшей мере, одном иллюстративном варианте осуществления, высота опорного провода 120 может быть важным фактором. Чем выше это накопительное устройство 130 над землей, тем выше напряжение между накопительным устройством 130 и заземлением. В ряде случаев электрическое поле может составлять более 100 вольт на метр. Когда опорный провод 120 подвешен в воздухе на определенной высоте, сам по себе провод 120 будет накапливать очень малый заряд из внешнего напряжения. Когда накопительное устройство 130 подключено к опорному проводу 120, накопительное устройство 130 заряжается и переносит энергию на опорный провод 120.
Диод, не показанный на фиг.2, может быть подключен в нескольких местах в накопительной системе 100. Диод представляет собой прибор, который ограничивает направление движения носителей заряда. Он позволяет электрическому току течь в одном направлении, но, по существу, блокирует его в противоположном направлении. Диод можно рассматривать как электрический вариант обратного клапана. Диод можно использовать для предотвращения разряда накопленной энергии в атмосферу через вариант осуществления накопительного волокна накопительного устройства 130. Иллюстративный вариант осуществления накопительного устройства содержит диод без накопительного волокна. Однако предпочтительный вариант осуществления включает в себя диод в точке соединения накопительного волокна с опорной системой 120, поэтому диод поднят над землей. Между накопительным устройством 130 и нагрузкой 150 можно использовать множественные диоды. Кроме того, согласно варианту осуществления с множественными волокнами, диоды препятствуют высвобождению энергии, которая может быть собрана через одно волокно, через другое волокно.
Накопительное устройство 130 может быть подключено и размещено относительно системы опорных проводов 120 разнообразными средствами. Некоторые не ограничительные примеры представлены на фиг.2A-2G с использованием варианта осуществления накопительного волокна. На фиг.2A показан опорный провод 200 с соединительной деталью 210 для накопительного устройства 130. Соединительная деталь 210 может быть выполнена из любого проводящего материала, который позволяет электричеству перетекать из накопительного устройства 130 в опорный провод 200. Затем, согласно фиг.2, опорный провод 200 опорной системы 120 может быть электрически подключен через проводящий провод 140 к нагрузке 150. Совокупность диодов может находиться в любом положении на проводе опорной конструкции. Предпочтительный вариант осуществления предусматривает размещение диода в поднятом положении в точке соединения между вариантом осуществления накопительного волокна накопительного устройства 130 и соединительной деталью 210.
Аналогично на фиг.2B показано накопительное волокно 130, электрически подключенное к опорному проводу 200 и также подключенное к опорной детали 230. Опорная деталь 230 может быть подключена к накопительному волокну 130 с другой стороны. Опорная деталь 230 устойчиво поддерживает волокно на двух концах, не позволяя ему двигаться свободно. Опорная деталь 230 может быть проводящей или непроводящей. Совокупность диодов может находиться в любом положении на проводе опорной конструкции. Предпочтительный вариант осуществления предусматривает размещение диода в поднятом положении в точке соединения между накопительным волокном 130 и опорным проводом 200 или между волокном 130, опорной деталью 230 и опорным проводом 200.
На фиг.2C оказаны множественные накопительные волокна в конфигурации беличьего колеса с верхней и нижней опорными деталями. Опорная конструкция 250 может быть подключена к проводу опорной конструкции 200 опорной деталью 240. Конструкция 250 имеет верхнюю часть 260 и нижнюю часть 270, и каждое из множественных накопительных волокон 130 подключено одним концом к верхней части 260 и другим концом к нижней части 270. Совокупность диодов может находиться в любом положении на опорной конструкции 250. Предпочтительный вариант осуществления предусматривает размещение диода в поднятом положении в точке соединения между накопительным волокном 130 и опорным проводом 200.
На фиг.2D показан другой иллюстративный вариант осуществления опорной конструкции с опорными деталями 275 крестообразной формы, подключенными к проводу опорной конструкции 200 в точке пересечения 278 с накопительными волокнами 130, подключенными между концами опорных деталей 275. Совокупность диодов может находиться в любом положении на опорной конструкции. Предпочтительный вариант осуществления предусматривает размещение диода в поднятом положении в точке соединения между накопительным волокном 130 и опорным проводом 200.
На фиг.2E показан еще один иллюстративный вариант осуществления опоры для накопительного волокна 130. Накопительное волокно 130 может быть подключено с одной стороны к опорной детали 285, которая может быть подключена к проводу опорной конструкции 200 в первом положении, и с другой стороны к опорной детали 280, которая может быть подключена к проводу опорной конструкции 200 во втором месте на проводе опорной конструкции 200. Первое и второе места могут совпадать или быть разными местами, даже на разных опорных проводах. Совокупность диодов может находиться в любом положении на опорной конструкции. Предпочтительный вариант осуществления предусматривает размещение одного или нескольких диодов в поднятых положениях в точке(ах) соединения между накопительным волокном 130 и опорным проводом 200.
На фиг.2F представлен еще один иллюстративный вариант осуществления опоры для накопительного волокна. Две опорные детали 290 могут поддерживать каждую сторону накопительного волокна и подключаться к опорному проводу 200 в одной точке. Совокупность диодов может находиться в любом положении на опорной конструкции. Предпочтительный вариант осуществления предусматривает размещение диода в поднятом положении в точке соединения между накопительным волокном 130 и опорным проводом 200.
На фиг.2G показаны две опоры, представленные на фиг.2F, благодаря чему, по меньшей мере, две опорные детали 292, 294 могут быть подключены к проводу опорной конструкции 200 в нескольких местах, и накопительные волокна 130 могут быть подключены между концами опорных конструкций. Накопительные волокна 130 могут быть подключены между разными концами одной опорной конструкции и между множественными опорными конструкциями. Совокупность диодов может находиться в любом положении на опорной конструкции. Предпочтительный вариант осуществления предусматривает размещение одного или нескольких диодов в поднятых положениях в точке(ах) соединения между накопительным волокном 130 и опорным проводом 200.
На фиг.3 показана принципиальная схема накопительной схемы 300 для сохранения энергии, собранной одним или несколькими накопительными устройствами (130 на фиг.2). Нагрузка 150 индуцирует ток. Диод 310 может быть электрически подключен последовательно между одним или несколькими накопительными устройствами (130 на фиг.2) и нагрузкой 150. Совокупность диодов может находиться в любом положении в схеме. Переключатель 330 может быть электрически подключен между нагрузкой 150 и, по меньшей мере, одним накопительным устройством (130 на фиг.2) для подключения и отключения нагрузки. Конденсатор 320 может быть подключен параллельно переключателю 330 и нагрузке 150 для сохранения энергии при разомкнутом переключателе 330 и для подачи тока на нагрузку 150 при замкнутом переключателе 330. Выпрямитель 340 может быть электрически подключен параллельно нагрузке 150, между приемным концом переключателя 330 и землей. Выпрямитель 340 может быть двухполупериодным или однополупериодным выпрямителем. Выпрямитель 340 может включать в себя диод, электрически подключенный параллельно нагрузке 150, между приемным концом переключателя 330 и землей. Направление диода выпрямителя 340 является необязательным.
В иллюстративном варианте осуществления, показанном на фиг.4, накопительная схема 400 сохраняет энергию из одного или нескольких накопительных устройств (130 на фиг.2) с помощью зарядного конденсатора 410. Если зарядный конденсатор 410 не используется, то заземление, показанное на конденсаторе 410, не требуется. Совокупность диодов может находиться в любом положении в схеме. Диод 310 может быть электрически подключен последовательно между одним или несколькими накопительными устройствами (130 на фиг.2) и нагрузкой 150. Диод 440 может быть подключен последовательно с нагрузкой 150. Напряжение на конденсаторе 410 можно использовать для зарядки искрового разрядника 420, когда он достигает достаточного напряжения. Искровой разрядник 420 может содержать один или несколько параллельно соединенных искровых разрядников. Не ограничительные примеры искрового разрядника 420 включают в себя ртутно-язычковые переключатели и смоченные ртутью язычковые переключатели. При зажигании искрового разрядника 420, энергия будет перетекать с одного конца искрового разрядника 420 на приемный конец искрового разрядника 420. Выход искрового разрядника 420 может быть последовательно электрически подключен к выпрямителю 450. Выпрямитель 450 может быть двухполупериодным или однополупериодным выпрямителем. Выпрямитель 450 может включать в себя диод, электрически подключенный параллельно трансформатору 430 и нагрузке 150, между приемным концом искрового разрядника 420 и землей. Направление диода выпрямителя 450 является необязательным. Выход выпрямителя 450 подключен к трансформатору 430 для возбуждения нагрузки 150.
На фиг.5 казана схема 500 запуска мотора. Одно или несколько накопительных устройств (130 на фиг.2) электрически подключены к статическому электрическому мотору 510, который снабжает энергией генератор 520 для возбуждения нагрузки 150. Совокупность диодов может находиться в любом положении в схеме. Мотор 510 также может непосредственно подключаться к нагрузке 150 для непосредственного ее возбуждения.
На фиг.6 показана схема 600 для выработки водорода. Совокупность диодов может находиться в любом положении в схеме. Одно или несколько накопительных устройств (130 на фиг.2) электрически подключены к первичному искровому разряднику 610, который может быть подключен ко вторичному искровому разряднику 640. Не ограничительные примеры искровых разрядников 610, 640 включают в себя ртутно-язычковые переключатели и смоченные ртутью язычковые переключатели. Вторичный искровой разрядник 640 может быть погружен в воду 630 в контейнере 620. Когда вторичный искровой разрядник 640, погруженный в воду 630, заряжается, он может порождать пузырьки водорода и кислорода, которые можно собирать для использования в качестве топлива.
На фиг.7 показана схема 700 для активации топливного элемента. Совокупность диодов может находиться в любом положении в схеме. Накопительные устройства (130 на фиг.2) выдают энергию на топливный элемент 720, который возбуждает нагрузку 150. Топливный элемент 720 может вырабатывать водород и кислород.
На фиг.8 показана иллюстративная схема 800 для накопления энергии. Накопительная схема 800 сохраняет энергию из одного или нескольких накопительных устройств (130 на фиг.2) с помощью зарядного конденсатора 810. Если зарядный конденсатор 810 не используется, то заземление, показанное на конденсаторе 810, не требуется. Совокупность диодов может находиться в любом положении в схеме. Напряжение на конденсаторе 810 можно использовать для зарядки искрового разрядника 820, когда он достигает достаточного напряжения. Искровой разрядник 820 может содержать один или несколько параллельно или последовательно соединенных искровых разрядников. Не ограничительные примеры искрового разрядника 820 включают в себя ртутно-язычковые переключатели и смоченные ртутью язычковые переключатели. При зажигании искрового разрядника 820, энергия будет перетекать с одного конца искрового разрядника 820 на приемный конец искрового разрядника 820. Выход искрового разрядника 820 может быть последовательно электрически подключен к выпрямителю 825. Выпрямитель 825 может быть двухполупериодным или однополупериодным выпрямителем. Выпрямитель 825 может включать в себя диод, электрически подключенный параллельно дросселю 830 и нагрузке 150, между приемным концом искрового разрядника 820 и землей. Направление диода выпрямителя 825 является необязательным. Выход выпрямителя 825 подключен к дросселю 830. Дроссель 830 может быть постоянным дросселем или переменным дросселем. Конденсатор 870 может быть подключен параллельно нагрузке 150.
На фиг.9 показана логическая блок-схема способа накопления энергии. В блоке 910 одно или несколько накопительных устройств могут быть подвешены на проводе опорной конструкции. В блоке 920 нагрузка может быть электрически подключена к проводу опорной конструкции для съема тока. В блоке 930 диод может быть электрически подключен между проводом опорной конструкции и электрическим соединением с нагрузкой. В блоке 940 энергия, подаваемая на нагрузку, может сохраняться или иначе использоваться.
Любые описания процессов в виде блоков на логических блок-схемах следует рассматривать как представление в виде модулей, сегментов или участков кода, которые включают в себя одну или несколько исполняемых инструкций для реализации конкретных логических функций или этапов процесса, и альтернативные реализации включены в объем предпочтительного варианта осуществления настоящего раскрытия, в котором функции могут выполняться в другом порядке, отличном от показанного и описанного, в том числе, по существу, одновременно или в обратном порядке, в зависимости от предусмотренных функций, что понятно специалистам в данной области из настоящего раскрытия.
Следует обратить внимание на то, что вышеописанные варианты осуществления настоящего раскрытия, в частности, любые "предпочтительные" варианты осуществления, являются лишь возможными примерами реализаций, представленными лишь для пояснения принципов раскрытия. Вышеописанные варианты осуществления допускают многочисленные вариации и модификации раскрытия, не выходящие существенно за рамки сущности и принципов раскрытия. Все подобные модификации и вариации подлежат включению в объем этого раскрытия и прилагаемой формулы изобретения.