一種從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)。它包括微生物燃料電池MCF、MOSFET管Q、電容C1、電容C2、電感L以及微處理器MCU、取樣電路AD、充電電池BAT，所述微生物燃料電池MCF與電容C1并聯(lián)，電容C1的正極通過電感L連接于電容C2的正極，MOSFET管Q的漏極連接于電感L和電容C2的正極之間，其源極連接于電容C1的負(fù)極和電容C2的負(fù)極之間，所述電容C2的正極分別與充電電池BAT的正極以及取樣電路AD的輸入端相連，所述取樣電路AD的輸出端連接于微控制器MCU的輸入端，該微控制器MCU的輸出端連接于MOSFET管Q的柵極，且該微控制器MCU的電源端連接于電容C2的正極和充電電池BAT的正極之間。其實現(xiàn)了從有機(jī)物或者污染物中獲得可用電能。
【專利說明】-種從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于環(huán)保能源領(lǐng)域，具體涉及一種從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】：
[0002] 能源危機(jī)與環(huán)境污染已成為世界發(fā)展的兩個重要限制因素。據(jù)估計，按照目前全 球的發(fā)展模式，化石能源的儲備量僅能維持人類社會幾十年之需。對于發(fā)展中國家而言，由 于對長期的化石能源的依賴、人口密度的增加，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)不合理、環(huán)保意識薄弱等因素導(dǎo)致 其能源和環(huán)境問題尤其嚴(yán)重。一方面，人類生活垃圾及工業(yè)廢棄物是環(huán)境污染的重要來源； 另一方面，這些廢棄物和污染物中貯存著大量的化學(xué)能。如果可以在降解這些污染物的同 時又能將其化學(xué)能回收利用將可以同時緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染這兩個重要問題。
[0003] 微生物燃料電池（MFC)理論上具有這種"變廢為能"的功能。在MFC中，微生物通 過呼吸代謝活動將有機(jī)物或者污染物氧化降解，并將其中的化學(xué)能直接轉(zhuǎn)換為電能。MFC 早在一個世紀(jì)前就有報道，但由于產(chǎn)電功率較低，一直未得到應(yīng)用。近年來，由于環(huán)境污染 的持續(xù)加劇，MFC對污染物的強(qiáng)化降解功能受到越來越多的關(guān)注。大量的研究表明，MFC可 以促進(jìn)各種污染環(huán)境（如污染河涌、土壤）的修復(fù)、廢水處理、及多種污染物（如苯酚、硝基 苯、多環(huán)芳烴、多溴聯(lián)苯醚等）的降解。此外，由于相關(guān)研究者對MFC材料、結(jié)構(gòu)等方面的優(yōu) 化，MFC的功率密度已提高了超過10 3倍。MFC發(fā)展的主要目的是實現(xiàn)在廢水處理或生物修 復(fù)過程中的原位應(yīng)用。然而，結(jié)構(gòu)放大后的MFC產(chǎn)電密度并不能隨體積增加而增加。一般 地，實驗室或者放大化的MFC輸出電壓不超過1. 0V，電流小于100mA，功率較低且不穩(wěn)定因 而不能直接用于常規(guī)的電子設(shè)備。而且，外阻常用來表征MFC的性能，MFC所產(chǎn)生的電能則 以熱能的形式散失而未得到收集利用。如何將MFC從污染物降解中產(chǎn)生的電能收集并實現(xiàn) 實際應(yīng)用是目前MFC研究的熱點之一。通過MFC的串聯(lián)或者并聯(lián)，可以提高裝置整體的功 率輸出，但往往存在電極反串的問題，且在實際水體環(huán)境中易出現(xiàn)短路現(xiàn)象，而難以在實際 環(huán)境中實現(xiàn)應(yīng)用。
【發(fā)明內(nèi)容】
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[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種能夠從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)。
[0005] 本發(fā)明的從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)，其特征在于，包括微生物燃料電池 MCF、M0SFET管Q、電容C1、電容C2、電感L以及微處理器MCU、取樣電路AD、充電電池BAT，其 中，所述微生物燃料電池MCF與電容C1并聯(lián)，電容C1的正極通過電感L連接于電容C2的 正極，M0SFET管Q的漏極連接于電感L和電容C2的正極之間，其源極連接于電容C1的負(fù) 極和電容C2的負(fù)極之間，所述電容C2的正極分別與充電電池BAT的正極以及取樣電路AD 的輸入端相連，所述取樣電路AD的輸出端連接于微控制器MCU的輸入端，該微控制器MCU 的輸出端連接于M0SFET管Q的柵極，且該微控制器MCU的電源端連接于電容C2的正極和 充電電池BAT的正極之間。
[0006] 優(yōu)選，所述的從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)進(jìn)一步包括一防逆流的二極管D， 所述二極管D的陽極連接于MOSFET管Q的漏極和電感L之間，其陰極連接于電容C2的正 極和充電電池BAT的正極之間。
[0007] 所述的充電電池BAT可以為可充鋰離子電池。
[0008] 本發(fā)明的工作原理是：在MOSFET管Q斷開時，微生物燃料電池MFC產(chǎn)生的電能 (Vin)通過電感L并貯存于電容C2中，電容C2直接與充電電池BAT連接，并可將電能貯存 于充電電池BAT中備用；當(dāng)MOSFET管Q導(dǎo)通時，從微生物燃料電池MFC產(chǎn)生的電能暫時貯 存于電容C1中；當(dāng)MOSFET管Q再次斷開時，電容C1和微生物燃料電池MFC產(chǎn)生的電能可 同時通過電感L貯存于電容C2。MOSFET管Q的導(dǎo)通和斷開頻率（占空比）可根據(jù)微生物燃 料電池MFC的實際產(chǎn)電能力，由一個低能耗的微控制器MCU控制。取樣電路AD可監(jiān)測充電 電池BAT的電壓，當(dāng)充電電池BAT電壓介于安全電壓范圍（3.0-4. 2V)時，微控制器MCU控 制電路持續(xù)由微生物燃料電池MFC向充電電池BAT充電，當(dāng)充電電池BAT電壓超出安全電 壓范圍時，微控制器MCU控制電路停止工作，直至充電電池BAT電壓恢復(fù)到安全工作范圍。
[0009] 本發(fā)明設(shè)計了一種超低壓電源管理電路并將其與微生物燃料電池MFC結(jié)合，可以 實現(xiàn)將對MFC產(chǎn)生的電能的升壓并貯存于常規(guī)的充電電池BAT中，并可直接用于手機(jī)、LED、 收音機(jī)等日常生活電子設(shè)備，實現(xiàn)了從有機(jī)物或者污染物中獲得可用電能。
【專利附圖】
【附圖說明】：
[0010] 圖1是本發(fā)明的從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)的電路示意圖；
[0011] 圖2是微生物燃料電池MFC對底泥中有機(jī)物降解的促進(jìn)作用。A，底泥中總有機(jī)碳 (T0C)的去除；B，燒失量（L0I)的去除；C，易氧化有機(jī)物（ROOM)的去除。
【具體實施方式】：
[0012] 以下實施例是對本發(fā)明的進(jìn)一步說明，而不是對本發(fā)明的限制。
[0013] 實施例1 :
[0014] 構(gòu)建了一個100L的微生物燃料電池MFC裝置，從污染河涌取底泥50L，上覆河水 30L導(dǎo)入100L的桶中。將石墨板和碳?xì)謽?gòu)成的陽極埋于底泥中作為陽極，將石墨氈作為陰 極與泡沫浮板組合浮于水面，連通陽極和陰極構(gòu)成MFC。經(jīng)過近15天的運(yùn)行，MFC的開路 電壓達(dá)到0. 9V，短路電流達(dá)到12mA。對底泥中有機(jī)物進(jìn)行化學(xué)分析顯示，結(jié)果如圖2所示， MFC中底泥有機(jī)物的濃度相對于初始值以及未實施MFC的底泥有機(jī)物濃度顯著下降，表明 MFC對底泥有機(jī)物降解的顯著促進(jìn)作用。
[0015] 構(gòu)建從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)，其包括微生物燃料電池MCF，MOSFET管 Q、電容C1、電容C2、電感L以及微處理器MCU、取樣電路AD、充電電池BAT(可充鋰離子電 池），其中，所述微生物燃料電池MCF與電容C1并聯(lián)，電容C1的正極通過電感L連接于電 容C2的正極，MOSFET管Q的漏極連接于電感L和電容C2的正極之間，其源極連接于電容 C1的負(fù)極和電容C2的負(fù)極之間，所述電容C2的正極分別與充電電池BAT的正極以及取樣 電路AD的輸入端相連，所述取樣電路AD的輸出端連接于微控制器MCU的輸入端，該微控制 器MCU的輸出端連接于MOSFET管Q的柵極，且該微控制器MCU的電源端連接于電容C2的 正極和充電電池BAT的正極之間，還包括一防逆流的二極管D，所述二極管D的陽極連接于 MOSFET管Q的漏極和電感L之間，其陰極連接于電容C2的正極和充電電池BAT的正極之 間。使MFC產(chǎn)生的電能收集并被貯存于可充鋰離子電池中。使用從有機(jī)物回收利用電能的 電路系統(tǒng)對可充鋰離子電池充電24小時，電池電壓從3. 2V上升至3. 33V，充電效率43 %。 鋰離子子電池從MFC中獲得的電能可以供一個含有30個LED等的燈板持續(xù)發(fā)光40分鐘， 實現(xiàn)了 MFC電能的回收和實際利用。
【權(quán)利要求】
1. 一種從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)，其特征在于，包括微生物燃料電池MCF、 MOSFET管Q、電容Cl、電容C2、電感L以及微處理器MCU、取樣電路AD、充電電池BAT，其中， 所述微生物燃料電池MCF與電容C1并聯(lián)，電容C1的正極通過電感L連接于電容C2的正極， MOSFET管Q的漏極連接于電感L和電容C2的正極之間，其源極連接于電容C1的負(fù)極和電 容C2的負(fù)極之間，所述電容C2的正極分別與充電電池BAT的正極以及取樣電路AD的輸入 端相連，所述取樣電路AD的輸出端連接于微控制器MCU的輸入端，該微控制器MCU的輸出 端連接于MOSFET管Q的柵極，且該微控制器MCU的電源端連接于電容C2的正極和充電電 池BAT的正極之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)，其特征在于，所述的從 有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)進(jìn)一步包括一防逆流的二極管D，所述二極管D的陽極連 接于MOSFET管Q的漏極和電感L之間，其陰極連接于電容C2的正極和充電電池BAT的正 極之間。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的從有機(jī)物回收利用電能的電路系統(tǒng)，其特征在于，所述的充 電電池BAT為可充鋰離子電池。
【文檔編號】H02J7/00GK104113113SQ201410310806
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】許玫英, 楊永剛, 夏春雨, 孫國萍, 郭俊 申請人:廣東省微生物研究所