СПОСОБ ПРЯМОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ Российский патент 2004 года по МПК H01M14/00 H02N11/00 

Изобретение относится к устройствам преобразования одного вида энергии в другой и может использоваться для получения электроэнергии без затраты топлива за счет тепловой энергии окружающей среды.

Известны способы емкостного преобразования тепловой энергии в электроэнергию путем осуществления цикла заряд-разряд батареи конденсаторов, при которых за счет изменения диэлектрической проницаемости (в цикле заряд-разряд конденсатора возможно получение дополнительной электрической энергии (см. Н.Е.Заев, "Журнал русской физической мысли". 1991, №1, с. 49-52) (1). Из указанного источника информации установлено, что третий член энергии U в единице объема U=U₀(T)+1/2ε₀ε_{Е²+l/2Tdε /dT E² имеет вид тепловой энергии Т[ε0εЕ²/2dt]=Т (теплоемкость) или электрической энергии ε 0Е²/· 2[dε /dTT]=ε0ε хE²/2 (см. Б.Б.Голицын, "Ученые записи Московского университета". 1895, №10, Избранные труды 1 М 1960 г.). Из этого следует, что при осуществлении цикла заряд-разряд специальных конденсаторов-варикондов возможно преобразование тепловой энергии в электрическую энергию. Более подробно этот процесс рассмотрен в статье ″ Емкость - конвертор тепла среды в электроэнергию″ , Н.Е.Заев, Ю.С.Спиридонов, Журнал Электротехника. 1998, №12, с.53-55.}

К недостаткам данного способа можно отнести использование специальных конденсаторов-варикондов, изменение (процентное) емкости которых за счет изменения диэлектрической проницаемости незначительно, что не позволяет использовать способ (и устройство его реализующее) в промышленных масштабах.

Технический результат - повышение коэффициента преобразования энергии с одновременным упрощением реализации способа.

Указанный результат достигается тем, что в качестве конденсаторов используются алюминиевые - оксидные, заряд осуществляется однополярными импульсами напряжения, передний фронт которых имеет наклон менее 90° , а задний фронт - более 90° , при этом отношение длительности импульсов напряжения к длительности процесса заряда составляет от 2 до 5, а после окончания процесса заряда формируют паузу, определяемую соотношением τ =1/RC 10^-3 (сек), где (τ - время паузы, R - сопротивление нагрузки (Ом), С - емкость конденсатора (фарада), после чего осуществляют разряд конденсатора на нагрузку, время которого равно длительности однополярного импульса напряжения.

Дополнительной особенностью способа является то, что после окончания разряда формируют дополнительную паузу. Рассмотрим физические основы работы согласно способу. Согласно B.C.НЕЛЕПЕЦ "Электрические конденсаторы" Госиздат по вопросам радио. - М., 1937, с. 5. Емкость конденсатора определяется по формуле С=0,08ε S/d, где S - поверхность обкладок, d - толщина диэлектрика, ε - диэлектрический коэффициент. Авторами изобретения установлено, что при указанных параметрах цикла заряд-разряд в электрических конденсаторах алюминий-оксид, наиболее распространенных сейчас, происходит изменение S-поверхности электродов за счет заполнения электролитом микронеровностей и уменьшается d - расстояние между электродами, что позволяет фактически заряжать большую, чем номинальная емкость.

На фиг.1 приведен вид однополярного импульса сигнала и временные диаграммы цикла заряд-разряд конденсатора.

На фиг.2 - общая схема цикла заряд-разряд конденсатора.

Под действием управляющего сигнала конденсатор (или батарея конденсаторов) подключается к источнику однополярных импульсов напряжения, передний фронт импульсов имеет угол наклона α <90° , а задний фронт с углом наклона β >90° . На время заряда Т_з конденсатор подключается к источнику однополярных импульсов напряжения (поз. 1 фиг.2) далее следует Т_п - пауза (поз. 2 фиг.2) и Т_р - разряд конденсатора (поз. 3 фиг.2). Во время заряда под действием электростатики электролит начинает проникать в микронеровности обкладок конденсатора. Этот процесс продолжается в течение паузы после окончания заряда. Отсутствие паузы приводит к тому, что у электролита нет времени проникнуть в микронеровности, изменяя поверхность электрода и уменьшая толщину диэлектрика, что приводит к увеличению емкости и положительного эффекта не наблюдается.

При разряде конденсатор отдает запасенную энергию. При этом согласно (1) тепловая энергия окружающей среды переходит в электрическую энергию, т.к. температура обкладок конденсатора снижается и они нагреваются (поддерживают температуру) за счет тепловой энергии окружающей среды. При этом из-за большой теплопроводности материалов охлаждение самого конденсатора незначительно.

Необходимо отметить, что однополярные импульсы напряжения могут иметь не только треугольную форму, главное, чтобы передний и задний фронты не были 90° , т.е. импульсы не должны быть прямоугольной формы. При проведении эксперимента использовались импульсы, полученные в результате двухполупериодного выпрямления сигнала сети 50 Гц. Работа на чисто активную нагрузку показала, что дополнительно получаемая электрическая энергия составляет около 15%. Другие типы конденсаторов не дают указанного эффекта. Изобретение может найти широкое применение в технике и быту для уменьшения расхода электроэнергии, потребляемой из сети.

Изобретение относится к устройствам преобразования одного вида энергии в другой и может использоваться для получения электроэнергии без затраты топлива за счет тепловой энергии окружающей среды. Технический результат - повышение коэффициента преобразования энергии с одновременным упрощением реализации способа. Согласно изобретению осуществляют цикл заряд-разряд алюминийоксидных конденсаторов с определенными временными параметрами сигнала заряда и цикла заряда-разряда. За счет поглощения тепловой энергии окружающей среды получаемое количество электроэнергии больше затраченного. Изобретение может использоваться в технике и быту для уменьшения расхода электроэнергии. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ прямого преобразования тепловой энергии в электрическую, заключающийся в том, что осуществляют цикл заряд-разряд алюминиевых оксидных конденсаторов, причем заряд осуществляется однополярными импульсами напряжения, передний фронт которых имеет наклон менее 90°, а задний фронт более 90°, при этом отношение длительности импульсов напряжения к длительности процесса заряда составляет 2 - 5, после окончания процесса заряда формируют паузу, определяемую соотношением т = 1/RC·10^-3 с, где т - длительность паузы, R - сопротивление нагрузки, Ом, С - емкость конденсатора, Ф, после чего осуществляют разряд конденсатора на нагрузку, время которого определяется длительностью однополярных импульсов напряжения.2. Способ по п.1, отличающийся тем, что после окончания разряда формируют дополнительную паузу.