[原创]太空温差发电机
玄明2008/02/11极客DIY IP:内蒙古

在我们小学的时候,我们就曾经从课本上学习到这么一个知识:卫星在发射上天之后受到太阳辐射的影响,卫星正背面温差极大,正面100-200度,而背面则低至-100度以下。所以,能不能利用这种如此巨大的温差来进行发电呢?如上图:这是一个由两个水舱组成的巨大舱体,当其中一面面向太阳的时候,其中的水被加热蒸发,通过两舱之间的涡轮发电机冲向另一个舱室进行冷却。当所有的蒸汽能量被释放后,则只需旋转一下两个水舱的位置即可开始另一轮发电过程。


这种发电舱应当由两个以上的单元连接起来(如正视图就是由两对发电舱组成的,两个机组中心连接互相反向旋转),否则因为蒸汽气压变化对两边重量的影响可能会使发电舱的旋转难以受到控制。因为太空中没有空气阻力的因素,所以再巨大的发电水舱只要旋转起来,那么维持这种旋转姿态只会耗费非常小的能量。为了让水舱的加热周期更符合发电机的需求,可以通过控制水舱表面的鳞片状反光膜(这是在东方红卫星上采用过的技术,据说借鉴了蝴蝶得调温原理)来实现更可控、更高效的加热过程。


因为在真空中制造低气压是非常容易的事情,所以水的沸点也可以根据情况任意调节,这样一来5、60度的蒸汽温度对发电机的损耗将比在地球上要小得多。


我想对于这个发明来讲一个最明显的问题可能是温度的散失过程可能会非常缓慢,因为真空是没有传导热量的载体的,而仅仅通过红外线散热可能又会十分漫长……疑问还有很多,希望高手指导!

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来自:综合交流区 / 极客DIY
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~~空空如也
HMX
16年11个月前 IP:未同步
27387
就问一个简单的问题吧。气压低了,如何能推动汽轮机发电呢?
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玄明作者
16年11个月前 IP:未同步
27388
我想发电机旋转的动力源自于水-汽转换之间的压力差,而非总体压力。沸点的降低虽然确实也会导致压力差的缩减,但这种缩减仍可满足发电机的需要。在太空中建造一个大型的密封舱可能会面临诸多工艺难题(密封舱内的压力和宇宙空间的压力差可能会是地球大气层中的几千倍),过多的压力差会对密封舱的工艺材料提出过高的要求,所以应当在压力差与发电效率之间寻找一个利益平衡点。
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NERV
16年11个月前 IP:未同步
27389

楼上的担心是不必的。你想想,宇宙空间即使算作完全真空,也就是0大气压,又能怎样?我们常见的PVC管件,完全可以承受10个大气压的压强(指的是内外压强差,我的气炮就是10MPa即10大气压满的,其实里面是11个大气压)。而一个常压下装满了气体的密闭管子,放到太空,内外压强差也不过是1个大气压。

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killjpan
16年11个月前 IP:未同步
27390
可以考虑斯特林发动机啊。不过要考虑重量和体积啊
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NERV
16年10个月前 IP:未同步
27391
如果将太空的低温环境作为热机的低温热库,利用地球表面附近作为高温热库,制造热机,一定不错,而且还能解决一点点温室效应。
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玄明作者
16年10个月前 IP:未同步
27392

福音战士的爱好者啊,欢迎来到科创,我认为能欣赏这个动画的人一般都是比较重视思辨的……

好了回到正题,感谢楼上的意见,你们为我提供了一些很有用的思路,对于这个发明的改进很有帮助,先说4楼吧:PVC管件是个优秀的创意,管状的物体的确具有很高的结构强度(承压容器一般都是筒型的就是这个道理,但如果同样厚度的材料做成方形,强度就会下降一大截),而且管状的物体也适合火箭运输。如果是普通的板材运载效率可能就会比较低了,而且还会面临衔接密封等一系列让人头疼的问题。

斯特林发动机我不太了解,临时抱佛脚后其结果的确让人兴奋,不过我还没有想出和这个发明结合的好办法,外太空不管干点什么都比较困难。

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laser63588
16年10个月前 IP:未同步
27393
也可以利用不同材料间的温差电动势(西伯克效应)来发电,和半导体制冷相反的效应...不过效率应该不如太阳能的高,要不早用上了
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五毒散
16年10个月前 IP:未同步
27394

其实有类似的热平衡设计,而且早就有了,只是好像没听说用来发电.

其原理,就是利用液体工质,在高温和低温侧之间反复流动,来将高温侧的热量带到低温侧,这样做有两个好处,一是能为高温侧降温,二是能为低温侧加温,而完成这两个目标所需要耗费的能量,只是驱动工质流动所需要的能量.

这在卫星等航天器的设计上是很成熟的技术.

将上述现有技术,与楼主的设想结合一下,以人造卫星为例,综合分析、设计一下:
1.卫星通常都有太阳能电池板,而且通常都有太阳跟踪系统,使其发电的那一面始终对准太阳,换言之,其背面始终背向太阳.
2.卫星都有许多仪器设备,它们正常工作的温度不能太高,也不能太低.也就是说,在高温环境下需要散热,在低温环境下需要加热.
3.如果将现有的热平衡系统进行改进,在太阳能电池板的背面装设平面形的散热器(就是冰箱空调的冷凝器),这样就能获得比较大的散热面积.
4.这个散热器紧贴太阳能电池板,但它和电池板之间安装有相同面积的半导体发电片(就是8楼所说的那种),那么就能够有太阳能电池板那么大的半导体发电面积.
5.这么做的话,坏处不少,一是增加了成本,二是增加了帆板的重量,三是增加了帆板的复杂程度.
6.这么做的好处也多,一是可以减小太阳能帆板的面积,二是增加发电量,三是不破坏热平衡能力.
7.最重要的一点,就是在太阳能电池因故不能发电或不能完全发电时,不至于使整星完全失电,在一定程度上,它成为一个备份电源,虽然其电力不足以使整星完全正常工作,但至少能完成故障诊断和姿态调整,说不定能完全拯救一颗几乎报废的卫星.

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tianyu44444
16年9个月前 IP:未同步
27395
请问一下如果此设备果真是用在太空之中的话,热量从加热区传到冷凝区后再传到何方?周围是真空环境哟!难道把两区倒来倒去?
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mass_lynnxy
16年9个月前 IP:未同步
27396

能量传递有两种方式:热传导和辐射。

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tianyu44444
16年9个月前 IP:未同步
27397
不知辐射散热的速度的多快?
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我说要有光
16年9个月前 IP:未同步
27398
没有对流 仅仅靠辐射 散热速度好像不太理想吧
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玄明作者
16年9个月前 IP:未同步
27399
不应该不理想……我记得小学课本里写过卫星设备容易被冻坏的情节,卫星一般几个小时就需要晒一次太阳,如果散热不好,那么也就没必要采取那么多防冻措施了。不过最好还是能有更详细的资料。现在我也只能通过红外线灯泡来确定热辐射的散热速度其实也很快。
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