СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ОТ ПРИРОДНОГО ИСТОЧНИКА ЭЛЕКТРИЧЕСТВА, ТОПЛИВНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ КОТОРОГО ЯВЛЯЮТСЯ ГРАФИТОСОДЕРЖАЩИЕ ПОРОДЫ Российский патент 1999 года по МПК H05F7/00 H01M8/22 

Изобретение относится к области малой электроэнергетике, в которой используются природные источники электричества и может быть применено при строительстве экологически чистых природных электростанций для электропитания небольших промышленных объектов и населенных пунктов.

Наиболее приемлемыми для сравнения аналогами данного изобретения являются известные и широко применяемые в настоящее время способы получения электроэнергии, используемые в малой энергетике. К ним относятся способы получения электроэнергии с помощью ветра и с помощью света, которые используются на ветровых и солнечных электростанциях.

Оба эти способа имеют один существенный недостаток - зависимость от природных явлений, то есть непостоянства солнечной активности и нерегулярности ветровых потоков воздуха, это сказывается на эффективности их работы.

Целью настоящего изобретения является способ получения электрической энергии, отличающийся экологической чистотой, автономностью питания, постоянством работы, возможностью быстрого развертывания в труднодоступных районах.

В основе изобретения лежит давно известное явление: над некоторыми геологическими телами, содержащими природные электронные проводники, наблюдаются устойчивые во времени и пространстве скачки потенциала - аномалии естественного электрического поля ΔU_ЕП [1]. Природа этого аномального явления выяснена не до конца. Но большинство исследователей считают, что оно обусловлено электрохимическими реакциями, возникающими в Земле на контакте тел, содержащих электронные проводники с вмещающими породами.

Наибольшие разности потенциалов и масштабы проявления аномалий ΔU_ЕП отмечены над графитосодержащими породами. Разность потенциалов естественного электрического поля над ними достигает 1200 млВ. Сезонные изменения интенсивности анамалий ΔU_ЕП в течение года не превышают ± 20 млВ [1].

Образовались графитосодержащие породы при метаморфизме угленосных отложений. Распространенность их гораздо выше, чем других пород, содержащих электронные проводники. В основном они характерны для геосинклинальных областей, именно здесь были широко проявлены процессы метаморфизма.

В России эти породы и аномальные явления над ними описаны на территории Кольского полуострова, Урале, Горном Алтае, в горных районах Иркутской области, Красноярского края, Забайкалья, Приморского края, Якутии и Камчатки.

Из описаний исследователей, проводивших работы в вышеприведенных районах, и личного опыта работ автора изобретения, участвовавшего в геофизических исследованиях на Байкало-Патомском нагорье Иркусткой области, масштабы проявлений графитосодержащих пород очень большие, нередко мощность их достигает сотен метров, протяженность десятки километров, а интенсивность аномалий разности потенциалов естественного электрического поля над ними до 1200 млВ. По сути эти природные источники являются гигантскими электрическими батареями, топливными элементами которых являются графитосодержащие породы.

Данным изобретением предлагается способ получения электрической энергии от этих природных источников.

Для реализации данного способа необходимо:
1. В районах, где развиты графитосодержащие породы, провести съемку методом естественного поля - ЕП. Этот метод широко применяется в геологии для поиска и картирования пород и руд, содержащих электронные проводники [1] .

2. По результатам съемки строятся планы изолиний разности потенциалов - ΔU_ЕП, на которых наносятся отрицательные 1 и положительные 2 изолинии разности потенциалов ΔU_ЕП (фиг. 1 и 3).

3. На планах U_ЕП оконтуриваются участки > 1000 мВ, на которых разбивается сеть заземленных медных электродов 3 - это отрицательный вывод природного источника.

4. За пределами аномальной зоны, с учетом достижения максимальной разности потенциалов, развертывается сеть заземленных цинковых электродов 4 - это положительный вывод природного источника.

5. Положительные и отрицательные выводы природного источника подключаются к электронному устройству, позволяющему суммировать полученные значения разности потенциалов ΔU_ЕП.
Предлагается два вида электронных потенциалсуммирующих устройств для этих целей.

Первое устройство - приведено на чертеже (фиг. 1). Состоит из генератора импульсов - ГИ, аккумуляторной батареи - АБ, резисторов R₁ - R₅ сопротивлением 200 Ом каждый, блока электрических конденсаторов: C₁ - C₅ емкостью 1000 мкФ каждый, переключателей K₁ - K₄, которые представляют собой электронное реле - P типа РЭС-32. В качестве генератора импульсов может использоваться генератор, приведенный в справочной литературе [2], выполненный на микросхеме К1 тШ 221 Г (фиг. 2). Генератор импульсов - ГИ питается от аккумуляторной батареи АБ напряжением 12 В. В промежутках между импульсами тока, вырабатываемыми генератором - ГИ, происходит зарядка конденсаторов C₁ - C₅ разностью потенциалов ΔU_ЕП. При поступлении импульса с генератора ГИ на реле - P происходит замыкание контактов переключателей K₁ - K₅, при этом конденсаторы C₁- C₅ включаются в последовательную цепь, происходит суммирование разности потенциалов ΔU_ЕП, поступающих на вход и на выходе получаем напряжение, увеличенное в 5 раз относительно входного.

Напряжение можно увеличить еще больше, включая последовательно потенциалсуммирующие устройства. Аккумуляторная батарея - АБ периодически подзаряжается от выхода потенциалсуммирующих устройств.

Второе электронное потенциалсуммирующее устройство представляет из себя блок последовательно включенных транзисторных преобразователей напряжения ТП₁ - ТП₅ (фиг. 3). Схема транзисторного преобразователя приведена в справочной литературе [2] и показана на фиг. 4.

Преобразователь состоит из двух транзисторов VT₁ и VT₂; резисторов R₁ и R₂ и трансформатора TV, выполненного на магнитопроводе из материала с прямоугольной петлей гистерезиса.

На вход преобразователя ТП₁ поступает также разность потенциалов ΔU_ЕП от природного источника. С помощью транзисторов VT₁ и VT₂ постоянное напряжение преобразуется в переменное и поступает на первичные обмотки трансформатора TV. Вторичные обмотки W₂ преобразователей ТП₁ - ТП₅ включаются последовательно, что позволяет суммировать напряжение, поступающее на них.

Потенциалсуммирующее устройство на конденсаторах (фиг. 1) и транзисторных преобразователях (фиг. 2) являются первичными энергонесущими ячейками, компоновка которых с другими устройствами электроэнергетики позволит построить природные электростанции, использующие энергию электрических полей под графитосодержащими породами.

Использование: при строительстве экологически чистых природных электростанций. Технический результат заключается в обеспечении автономности питания, постоянства вырабатываемой электроэнергии, возможности быстрого развертывания в труднодоступных районах. Над приводным источником электричества, образовавшимся за счет электрохимических процессов на контакте с графитосодержащими поводами, создается сеть положительных и отрицательных выводов из заземленных металлических электродов, которые затем подключаются к потенциалсуммирующим устройствам, позволяющим увеличить напряжение от природного источника до уровня, необходимого для потребителя. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Способ получения электрической энергии от природного источника электричества, отличающийся тем, что в качестве природного источника используют электрический потенциал, имеющийся на контакте с графитосодержащими породами, при этом создают сеть положительных и отрицательных выводов из заземленных на участке, где присутствуют графитосодержащие породы, металлических электродов, которые подключают к потенциалсуммирующим устройствам. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве потенциалсуммирующего устройства используют блок конденсаторов. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве потенциалсуммирующего устройства используют блок транзисторных преобразователей напряжения.