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1、10申请公布号CN104113113A43申请公布日20141022CN104113113A21申请号201410310806022申请日20140701H02J7/0020060171申请人广东省微生物研究所地址510070广东省广州市先烈中路100号72发明人许玫英杨永刚夏春雨孙国萍郭俊74专利代理机构广州科粤专利商标代理有限公司44001代理人刘明星54发明名称一种从有机物回收利用电能的电路系统57摘要本发明公开了一种从有机物回收利用电能的电路系统。它包括微生物燃料电池MCF、MOSFET管Q、电容C1、电容C2、电感L以及微处理器MCU、取样电路AD、充电电池BAT，所述微生物燃料电池。
2、MCF与电容C1并联，电容C1的正极通过电感L连接于电容C2的正极，MOSFET管Q的漏极连接于电感L和电容C2的正极之间，其源极连接于电容C1的负极和电容C2的负极之间，所述电容C2的正极分别与充电电池BAT的正极以及取样电路AD的输入端相连，所述取样电路AD的输出端连接于微控制器MCU的输入端，该微控制器MCU的输出端连接于MOSFET管Q的栅极，且该微控制器MCU的电源端连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正极之间。其实现了从有机物或者污染物中获得可用电能。51INTCL权利要求书1页说明书3页附图1页19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书3页附图1页10。
3、申请公布号CN104113113ACN104113113A1/1页21一种从有机物回收利用电能的电路系统，其特征在于，包括微生物燃料电池MCF、MOSFET管Q、电容C1、电容C2、电感L以及微处理器MCU、取样电路AD、充电电池BAT，其中，所述微生物燃料电池MCF与电容C1并联，电容C1的正极通过电感L连接于电容C2的正极，MOSFET管Q的漏极连接于电感L和电容C2的正极之间，其源极连接于电容C1的负极和电容C2的负极之间，所述电容C2的正极分别与充电电池BAT的正极以及取样电路AD的输入端相连，所述取样电路AD的输出端连接于微控制器MCU的输入端，该微控制器MCU的输出端连接于MOSF。
4、ET管Q的栅极，且该微控制器MCU的电源端连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正极之间。2根据权利要求1所述的从有机物回收利用电能的电路系统，其特征在于，所述的从有机物回收利用电能的电路系统进一步包括一防逆流的二极管D，所述二极管D的阳极连接于MOSFET管Q的漏极和电感L之间，其阴极连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正极之间。3根据权利要求1所述的从有机物回收利用电能的电路系统，其特征在于，所述的充电电池BAT为可充锂离子电池。权利要求书CN104113113A1/3页3一种从有机物回收利用电能的电路系统技术领域0001本发明属于环保能源领域，具体涉及一种从有机物回收利用电能的电路系统。
5、。背景技术0002能源危机与环境污染已成为世界发展的两个重要限制因素。据估计，按照目前全球的发展模式，化石能源的储备量仅能维持人类社会几十年之需。对于发展中国家而言，由于对长期的化石能源的依赖、人口密度的增加，经济结构不合理、环保意识薄弱等因素导致其能源和环境问题尤其严重。一方面，人类生活垃圾及工业废弃物是环境污染的重要来源；另一方面，这些废弃物和污染物中贮存着大量的化学能。如果可以在降解这些污染物的同时又能将其化学能回收利用将可以同时缓解能源危机和环境污染这两个重要问题。0003微生物燃料电池MFC理论上具有这种“变废为能”的功能。在MFC中，微生物通过呼吸代谢活动将有机物或者污染物氧化降解。
6、，并将其中的化学能直接转换为电能。MFC早在一个世纪前就有报道，但由于产电功率较低，一直未得到应用。近年来，由于环境污染的持续加剧，MFC对污染物的强化降解功能受到越来越多的关注。大量的研究表明，MFC可以促进各种污染环境如污染河涌、土壤的修复、废水处理、及多种污染物如苯酚、硝基苯、多环芳烃、多溴联苯醚等的降解。此外，由于相关研究者对MFC材料、结构等方面的优化，MFC的功率密度已提高了超过103倍。MFC发展的主要目的是实现在废水处理或生物修复过程中的原位应用。然而，结构放大后的MFC产电密度并不能随体积增加而增加。一般地，实验室或者放大化的MFC输出电压不超过10V，电流小于100MA，功。
7、率较低且不稳定因而不能直接用于常规的电子设备。而且，外阻常用来表征MFC的性能，MFC所产生的电能则以热能的形式散失而未得到收集利用。如何将MFC从污染物降解中产生的电能收集并实现实际应用是目前MFC研究的热点之一。通过MFC的串联或者并联，可以提高装置整体的功率输出，但往往存在电极反串的问题，且在实际水体环境中易出现短路现象，而难以在实际环境中实现应用。发明内容0004本发明的目的是提供一种能够从有机物回收利用电能的电路系统。0005本发明的从有机物回收利用电能的电路系统，其特征在于，包括微生物燃料电池MCF、MOSFET管Q、电容C1、电容C2、电感L以及微处理器MCU、取样电路AD、充电。
8、电池BAT，其中，所述微生物燃料电池MCF与电容C1并联，电容C1的正极通过电感L连接于电容C2的正极，MOSFET管Q的漏极连接于电感L和电容C2的正极之间，其源极连接于电容C1的负极和电容C2的负极之间，所述电容C2的正极分别与充电电池BAT的正极以及取样电路AD的输入端相连，所述取样电路AD的输出端连接于微控制器MCU的输入端，该微控制器MCU的输出端连接于MOSFET管Q的栅极，且该微控制器MCU的电源端连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正极之间。0006优选，所述的从有机物回收利用电能的电路系统进一步包括一防逆流的二极管D，说明书CN104113113A2/3页4所述二极管D的阳。
9、极连接于MOSFET管Q的漏极和电感L之间，其阴极连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正极之间。0007所述的充电电池BAT可以为可充锂离子电池。0008本发明的工作原理是在MOSFET管Q断开时，微生物燃料电池MFC产生的电能VIN通过电感L并贮存于电容C2中，电容C2直接与充电电池BAT连接，并可将电能贮存于充电电池BAT中备用；当MOSFET管Q导通时，从微生物燃料电池MFC产生的电能暂时贮存于电容C1中；当MOSFET管Q再次断开时，电容C1和微生物燃料电池MFC产生的电能可同时通过电感L贮存于电容C2。MOSFET管Q的导通和断开频率占空比可根据微生物燃料电池MFC的实际产电能力，。
10、由一个低能耗的微控制器MCU控制。取样电路AD可监测充电电池BAT的电压，当充电电池BAT电压介于安全电压范围3042V时，微控制器MCU控制电路持续由微生物燃料电池MFC向充电电池BAT充电，当充电电池BAT电压超出安全电压范围时，微控制器MCU控制电路停止工作，直至充电电池BAT电压恢复到安全工作范围。0009本发明设计了一种超低压电源管理电路并将其与微生物燃料电池MFC结合，可以实现将对MFC产生的电能的升压并贮存于常规的充电电池BAT中，并可直接用于手机、LED、收音机等日常生活电子设备，实现了从有机物或者污染物中获得可用电能。附图说明0010图1是本发明的从有机物回收利用电能的电路系。
11、统的电路示意图；0011图2是微生物燃料电池MFC对底泥中有机物降解的促进作用。A，底泥中总有机碳TOC的去除；B，烧失量LOI的去除；C，易氧化有机物ROOM的去除。具体实施方式0012以下实施例是对本发明的进一步说明，而不是对本发明的限制。0013实施例10014构建了一个100L的微生物燃料电池MFC装置，从污染河涌取底泥50L，上覆河水30L导入100L的桶中。将石墨板和碳毡构成的阳极埋于底泥中作为阳极，将石墨毡作为阴极与泡沫浮板组合浮于水面，连通阳极和阴极构成MFC。经过近15天的运行，MFC的开路电压达到09V，短路电流达到12MA。对底泥中有机物进行化学分析显示，结果如图2所示，。
12、MFC中底泥有机物的浓度相对于初始值以及未实施MFC的底泥有机物浓度显著下降，表明MFC对底泥有机物降解的显著促进作用。0015构建从有机物回收利用电能的电路系统，其包括微生物燃料电池MCF，MOSFET管Q、电容C1、电容C2、电感L以及微处理器MCU、取样电路AD、充电电池BAT可充锂离子电池，其中，所述微生物燃料电池MCF与电容C1并联，电容C1的正极通过电感L连接于电容C2的正极，MOSFET管Q的漏极连接于电感L和电容C2的正极之间，其源极连接于电容C1的负极和电容C2的负极之间，所述电容C2的正极分别与充电电池BAT的正极以及取样电路AD的输入端相连，所述取样电路AD的输出端连接于。
13、微控制器MCU的输入端，该微控制器MCU的输出端连接于MOSFET管Q的栅极，且该微控制器MCU的电源端连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正极之间，还包括一防逆流的二极管D，所述二极管D的阳极连接于MOSFET管Q的漏极和电感L之间，其阴极连接于电容C2的正极和充电电池BAT的正极之说明书CN104113113A3/3页5间。使MFC产生的电能收集并被贮存于可充锂离子电池中。使用从有机物回收利用电能的电路系统对可充锂离子电池充电24小时，电池电压从32V上升至333V，充电效率43。锂离子子电池从MFC中获得的电能可以供一个含有30个LED等的灯板持续发光40分钟，实现了MFC电能的回收和实际利用。说明书CN104113113A1/1页6图1图2说明书附图CN104113113A。