ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПЕРЕПАДА ТЕМПЕРАТУР С ЭЛЕКТРОДОМ ИЗ ЖИДКОГО ДИЭЛЕКТРИКА С ВЫСОКИМ ЗНАЧЕНИЕМ ДИЭЛЕТРИЧЕСКОЙ ПРОНИЦАЕМОСТИ Российский патент 2014 года по МПК H02M3/04 

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с достаточным периодическим перепадом температур, например дневных и ночных, либо в полете искусственного спутника Земли на орбите при вхождении в тень планеты и выходе из нее. Устройство преобразует энергию перепада температур, например, между днем и ночью в электрическую энергию.

Известны емкостные преобразователи энергии низкого напряжения в высокое, например высоковольтный электростатический генератор, изобретенный в 1931 году Робертом Дж. Ван-де-Граафом в Массачусетском технологическом институте (1-3), и им подобные. Известны также параметрические емкостные преобразователи: конденсатор с подвижными пластинами (4-5).

Сначала пластины сведены, так что емкость конденсатора максимальна. Емкость заряжают от внешнего источника электрической энергии. Затем прикладывают механическую силу, растягивая пластины на некоторое расстояние. В результате емкость его падает, а напряжение на обкладках растет. Затем подключают нагрузку, и весь заряд с высоким напряжением стекает в нее.

В известном устройстве часть подвижной диэлектрической ленты, составляющая емкость, заряжается напряжением возбуждения при большой емкости этой части. Затем с помощью электродвигателя, вращающего ленту, эта часть с зарядом перемещается на значительное расстояние от начального положения. При этом емкость уменьшается, напряжение соответственно вырастает. При достижении минимальной емкости и максимального напряжения емкость разряжается на полую сферу. Таким образом, увеличивается начальное напряжение за счет энергии, затрачиваемой на механическое перемещение ленты.

Необходимость затрачивать электроэнергию, питающую электродвигатель для перемещения ленты, является недостатком.

Задачей настоящего изобретения является устранение данного недостатка за счет использования возобновляемой энергии перепада температур между днем и ночью.

Техническим результатом является отсутствие затрат электроэнергии на движение пластины емкости за счет использования возобновляемой экологически чистой энергии перепада температур во внешней среде.

Сущность изобретения следующая. На чертеже представлены: а) - положение системы при высокой температуре t°max, емкость заряжается до напряжения возбуждения Uв; б) - положение системы при низкой температуре t°min, система разряжается на электрод высокого напряжения.

Устройство содержит пустотелый корпус 1, в верхней части которого закреплены пластины 2 и 3, которые образуют конденсатор. Внутрь корпуса 1 в его нижнюю часть помещен стержень 4, изготовленный из термочувствительного диэлектрического материала, меняющего свои линейные размеры при изменении внешней температуры, например из полиэтилена. Также вовнутрь корпуса 1 заливается жидкость 5, имеющая высокое значение относительной диэлектрической проницаемости. Общие размеры стержня 4, корпуса 1 и количества жидкости 5 подбираются таким образом, что при максимальном удлинении стержня 4 жидкость 5 заполняет полностью пространство между пластинами 2 и 3, а при минимальном его размере жидкость 5 полностью освобождает пространство между пластинами 2 и 3.

Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока 6 и контакты 7, 8, необходимые для заряда емкости, и выключатели Вк1 и Вк2.

Устройство работает следующим образом.

При помещении устройства в пространство с высокой температурой, например днем, стержень 4 увеличивает свои размеры в осевом направлении и вытесняет жидкость 5 в пространство между пластинами 2 и 3, которая заполняет полностью пространство между этими пластинами, образуя конденсатор с жидким диэлектриком. Емкость этого конденсатора будет прямо пропорциональна значению относительной диэлектрической проницаемости жидкости 5. При максимальном заполнении этого пространства включается выключатель Вк1, подключая пластины 2 и 3 конденсатора к источнику возбуждения постоянного тока 6, после чего конденсатор заряжается до значения напряжения источника возбуждения. После зарядки выключатель Вк1 отключает пластины емкости от источника возбуждения. В этом случае емкость устройства будет максимальной и пропорциональной относительной диэлектрической проницаемости жидкого диэлектрика, помещенного между пластинами емкости.

При понижении температуры окружающей среды, например ночью, стержень 4 уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении, внутренний свободный объем увеличивается, жидкость 5 стекает вниз и освобождает пространство между пластинами 2 и 3. В этом случае емкость устройства снижается пропорционально уменьшению количества жидкого диэлектрика между пластинами, вследствие появления воздушного зазора между ними. При этом емкость уменьшается, а напряжение вырастает до максимума пропорционально снижению емкости устройства. Когда пространство между пластинами 2 и 3 полностью освободится, выключатель Вк2 подключает пластины 2 и 3 конденсатора к нагрузке, и в нагрузке пойдет ток при более высоком напряжении, чем напряжение источника возбуждения 6.

Вследствие падения емкости на конденсаторе напряжение его пропорционально растет, и нагрузка получает напряжение, более высокое по сравнению с напряжением источника возбуждения.

Далее процесс повторяется по мере периодического падения и роста внешней температуры.

Отсутствие внешнего устройства, потребляющего энергию из сети, для движения подвижной пластины емкости является преимуществом данного устройства.

Источники информации

1. Хойзингтон Д. Основы ядерной техники. М.: Физика. 1961. - 397 с.

2. Комар Е.Г. Основы ускорительной техники. М., Атомиздат, 1975. - 368 с.

3. «ScientificAmerican», подшивка 150, №3, 1934 г.

4. А.Бондер, А.В.Алферов - «Измерительные приборы». М.: Издательство стандартов. 1986. Т.1. - 390 с.

5. В.А.Ацюковский - «Емкостные дифференциальные датчики перемещения». М.: ГЭИ, 1960. - 480 с.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с периодическим перепадом температур, например дневных и ночных. Устройство с помощью емкости преобразует энергию перепада температур в электрическую энергию. Устройство содержит пустотелый корпус, в верхней части которого закреплены пластины, которые образуют конденсатор, стержень, изготовленный из термочувствительного диэлектрического материала, меняющего свои линейные размеры при изменении внешней температуры, и помещенный внутрь корпуса в его нижнюю часть, жидкость, имеющую высокое значение относительной диэлектрической проницаемости, источник возбуждения постоянного тока и контакты, необходимые для заряда емкости. Общие размеры стержня, корпуса и количества жидкости подбираются таким образом, что при максимальном удлинении стержня жидкость заполняет полностью пространство между пластинами, а при минимальном его размере жидкость полностью освобождает пространство между пластинами. Техническим результатом является отсутствие внешнего устройства, потребляющего энергию из сети, для движения подвижной пластины емкости, что является преимуществом данного устройства.1 ил.

Преобразователь энергии перепада температур с электродом из жидкого диэлектрика с высоким значением диэлектрической проницаемости, содержащий пустотелый корпус, в верхней части которого закреплены пластины, которые образуют конденсатор, стержень, изготовленный из термочувствительного диэлектрического материала, меняющего свои линейные размеры при изменении внешней температуры и помещенный внутрь корпуса, жидкость, имеющую высокое значение относительной диэлектрической проницаемости, источник возбуждения постоянного тока и контакты, необходимые для заряда емкости, выключатели, при этом общие размеры стержня, корпуса и количества жидкости подбираются таким образом, что при максимальном удлинении стержня жидкость заполняет полностью пространство между пластинами, а при минимальном его размере жидкость полностью освобождает пространство между пластинами.