钳温装置技术专利
《人民日报》文章《未来的电来自天空》提到,太空电站是将地面的太阳能发电装置搬到太空中,在空中将太阳能转化为电能,再通过无线能量传输送到地面,让太阳系的核心太阳通过核聚变为人类提供取之不尽的清洁能源。
电站之所以要“上天”,是因为在地面上无法高效利用太阳能。在地面上,太阳能受大气的吸收和散射、云和雨的增减、季节和昼夜的变化等影响,有许多不利影响。白天,太阳能非常充足。太阳能发电装置工作在地球同步轨道,空间电站的整体发电效率依然可观,即使在多次转换到地面的过程中能量有所损失。
然而,除了太空电站可以充分利用太阳能之外,颠覆性技术的应用使得人类即使立足于地面,也能比太空电站更好地利用太阳能。当然,这样的“地上绝技”并不是传统的光伏、氢发电,没有电的空调也有这样的“天赋”。
河南省许昌市朱若东先生发明的钳温,在专利名称中是制冷的代名词。“自源夹温”翻译成日常生活语言,就是“制冷不耗电”,缩写为“空调不耗电”。余热钳位控制方法类似于自源钳位控温装置和车辆(专利号:ZL 20171027533。
钳温装置完全突破了传统空调“逆卡诺循环,通过“热交换”对封闭空间内的空气进行制冷”的技术框架,构建了“目标余热从高温端到低温端的路径”。钳温装置可以直接钳住固体目标的热源,理论上可以是地球这样的巨大物体。它利用靶材本身的余热作为工作能量,将热源的热量“转化”为电能,完成夹持温度。固体靶热源直接钳位温度是其优于传统空调的应用特点,传统空调只能制冷环境空气。夹具温度的路径分为三部分:a、主体部分的热管是余热自行传递的通道;b、被夹住的目标热源作为高温热源与热管的热端相通,虽然不断积累余热,但可以通过热管传递更多自身热量降温;c、由固-固和固-液相变材料组成的蓄热器,其一端面与热管的冷端连通,接收来自目标物体的废热,另一端面与热电发生器连通,将暂存的废热热电转换成有用的电能,蓄热器始终动态保持潜热状态, 使其稳定的相变温度在潜热期形成一个温度平台,热管的冷端与之相通,成为其稳定的冷端温度。
虽然在选择温差发电器作为夹温装置的热能转换元件时需要温差,但这个温差并不是其他温差,温差发电器元件的温差只是工作温差,而不是传统空调的环境温差。温差发电的工作温差远离目标热源,其温差面积小,差异小。这种温差也可以通过转换电能来保持,这可以简单、容易和经济地获得。即便如此,还有更好的技术优化温差发电,让钳温装置的应用不再受限于温差。
温钳是一个具有“自源温钳”和“余热发电”两种功能的马赛克,这个特性是它的技术核心。“自源钳温”实现钳温不耗电,不仅耗电,“余热发电”将余热转化为电能,获得清洁能源。
这种嵌入的特征使得钳温装置在用于钳温时使用额外的废热来发电。显然,通过钳制墙壁等固体物体的温度,间接钳制温室内的空气,可以钳制温室内的环境温度,发挥传统空调的制冷功能。然而,传统空调的制冷不仅消耗高功率,而且向大气中排放废热。夹温器不使用电空调作为空调,优于传统空调,有社会化应用的趋势。一旦在社会上使用,无数的钳形温度装置将相当于一个巨大的钳形温度装置,可以钳制地球的温度。
当利用废热发电时,这种嵌入的特征还使得箝位温度装置能够额外地箝位目标物体的温度。一家一户的单个夹式取暖器无法体现地球余热发电的威力,但宏巨夹式取暖器还具有嵌入式特性,像袋子一样将太阳能辐射到地球余热中,然后随意取出转化为电能,展现了太阳能的高效利用和“可持续循环”。地球“余热发电”的过程(其中相当一部分来自太阳辐射)也是地球“自热”的过程。当向地球需要太阳能时,它也给地球降温——“余热发电”,太阳能余热转化为电能,不再排入大气,减少了地气系统的热量积累;同步,地球的“自源钳温”不耗电,因此不排放二氧化碳,这意味着地球覆盖的被子变薄,减少了对地球辐射回大气外部的余热的拦截。这两个同步过程都减少了地气系统中的热量积累,并且都减少了温室效应和气候变暖。换句话说,巨型钳温装置是一种利用地球太阳能余热同步发电的清洁技术,符合碳中和的方向。巨钳取暖器还激活了地球这一天然蓄热体,让人类可以随时随地从地球上取出太阳能余热,热电转换完全满足人类,按需取用,不用取用,充分发挥了资源灵活的优势。
太空电站充分利用太阳能,但比用传统清洁能源技术在地面接收太阳能更充足,因为都是区域性的。天空比地面更“饱满”,主要是因为它能获得未经稀释的太阳能。但巨钳取暖器是以整个地球储热获得的太阳能为发电规模,在充分利用太阳能和清洁能源方面是全球性而非区域性的。相对于巨型夹钳加热器的“脚力”,太空电站的功率仍然是杯水车薪,只有少数太空电站能达到夹紧地球发电的目的,而且,也不能对地球起到明显的降温作用。巨型夹钳加热器夹紧地球发电,同时也给地球降温。相反,巨钳螯的嵌入温暖地球,需要到达地球的太阳能衰减,因为即使衰减,太阳能也能提供足够的清洁电力,完全满足人类需求。未稀释的太阳能超过了人类的需求,无法转化为热电能的“相对过剩”部分被阻挡在当地的气体系统中,加剧了温室效应;
空间太阳能电站的建设面临着巨大的技术挑战,无论是重量还是规模都远远超过现有的空间设施。单个空间电站的面积至少相当于1400个足球场,材料、运输、航天器控制、在轨组装维护、无线能量传输技术等关键领域急需技术突破,需要巨大的财力物力,短时间内无法实现,对迫在眉睫的碳中和事业实际意义不大。
夹温装置是一种成熟的技术方案。巨型钳温装置会钳住地球的余热发电,从而激活地球的“蓄热器”环节。这种太阳能发电将体现出四个特点:1,储热大:在地球温度1-2度的变化范围内,储存的热量将十分可观,可供人类应用。而且对电力的需求在时间和空间上随机分布,热电转换产生的热量不会使地球温度波动;2、全球性:相当于放在世界上每个人的手上,无处不在;3.灵活性:作为个体,我们可以随时随地取出地球的余热实现热电转换,可以按需取用,不用取用,充分发挥资源灵活的优势;4.经济:对人类来说,地球是免费的天然蓄热器,不需要任何投资。它的问题是加快推广应用,用日常生活代替传统空调,社会上使用巨型夹钳加热器,利用地球获得的太阳能余热发电。在推广应用的理想情况下,钳温装置技术可以直接帮助当前的碳中和工艺。
奥卡姆剃刀的“简单有效原则”告诉我们,“不要浪费更多的事情去做,你可以用更少的事情做好事。”太空电站和温钳都是充分利用太阳能发电的技术探索。如果能在剃须刀中选出佼佼者,“电从天而降”将早日成为造福人类的现实。