ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПЕРЕПАДА ТЕМПЕРАТУР С ЖИДКОМЕТАЛЛИЧЕСКИМ ЭЛЕКТРОДОМ 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 Массачусетстком 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 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 фигуре представлены: а)-положение системы при высокой температуре t°max, емкость заряжается до напряжения возбуждения Ub; б) - положение системы при низкой температуре t°min, система разряжается на нагрузку высоким напряжением.

Устройство содержит две пластины емкости, одна из которых 1 закреплена неподвижно, а вторая 2 подвижная выполнена из жидкого металла, например ртути. Устройство также содержит брусок 3 из любого диэлектрического термочувствительного материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, например из полиэтилена. Один конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании, а второй может перемещаться. Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры, удлиняясь при росте внешней температуры и сокращаясь в длине при снижении температуры.

Между неподвижной пластиной конденсатора и незакрепленным концом бруска 3 из диэлектрического термочувствительного материала помещен брусок 4 из материала, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например, сегнетоэлектрика. Этот брусок помещен таким образом, что одна его часть плотно закреплена к неподвижной пластине емкости, а противоположная часть обращена к незакрепленному концу бруска 3. Между этой частью бруска 4 и концом бруска 3 устанавливается небольшой воздушный зазор, в котором помещается небольшое количество ртути. Количество его берется таким, что при максимальном объеме зазора жидкий металл заполняет малую его часть, например 3-5%.

Общий объем зазора подбирается таким образом, что при максимальной температуре брусок 3 удлиняется, сжимает ртуть, и она заполняет весь этот зазор.

При минимальной температуре брусок 3 сжимается, объем зазора увеличивается, ртуть освобождается и стекает вниз, заполняя только малую часть зазора, например 3-5%.

Таким образом, устройство образует емкость, в которой в качестве одной из подвижных пластин служит жидкий металл, например, ртуть.

Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты 5, 6, необходимые для заряда емкости.

Устройство работает следующим образом.

При помещении устройства в пространство с высокой температурой брусок увеличивает свои размеры в осевом направлении, сжимает ртуть, и она заполняет весь зазор, плотно контактируя с материалом 4, имеющим высокую относительную диэлектрическую проницаемость. Одновременно ртуть, достигнув верхней точки зазора, касается контакта 6 и тем самым подключает емкость к источнику возбуждения постоянного тока, после чего конденсатор заряжается до напряжения возбуждения.

В этом случае емкость устройства будет максимальной и пропорциональной относительно диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами емкости, и площади всех пластин.

При понижении температуры, например, ночью брусок уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении, объем зазора увеличивается, ртуть освобождается и стекает вниз, заполняя только малую часть зазора, одновременно отключая емкость от источника возбуждения.

В этом случае емкость устройства вследствие уменьшения площади подвижной пластины емкости из ртути упадет пропорционально снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком и уменьшения площади подвижной пластин конденсатора. При этом емкость системы уменьшается, а напряжение на нагрузке вырастает. Далее процесс повторяется с периодическим падением и ростом внешней температуры.

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

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 емкостным преобразователям энергии и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с достаточным периодическим перепадом температур. Устройство содержит две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая, подвижная, выполнена из жидкого металла, например, ртути. Устройство также содержит брусок из любого диэлектрического термочувствительного материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры. Второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании. Между неподвижной пластиной конденсатора и незакрепленным концом бруска из диэлектрического термочувствительного материала помещен материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например, сегнетоэлектрик. При этом одна часть диэлектрика плотно закреплена к неподвижной пластине емкости, а противоположная часть обращена к незакрепленному концу бруска. Между этой частью сегнетоэлектрика и концом бруска устанавливается небольшой воздушный зазор, в котором помещается небольшое количество ртути. Таким образом, устройство образует емкость, в которой в качестве одной из подвижных пластин служит жидкий металл, например, ртуть. Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты, необходимые для заряда емкости. Техническим результатом является повышение полученного напряжения на нагрузке. 1 ил.

Преобразователь энергии перепада температур с жидкометаллическим электродом, состоящий из конденсатора, содержащего две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая выполнена из жидкого металла, который помещается в зазор между бруском из диэлектрического термочувствительного материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры и одним концом жестко закрепленным на неподвижном основании, а второй при этом может перемещаться, и бруском из материала, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, который одним концом плотно закреплен к неподвижной пластине, а противоположным концом обращен к незакрепленному концу диэлектрического бруска; источника возбуждения постоянного тока и контактов, необходимых для заряда емкости; при этом количество жидкого металла и объем зазора подбирается таким образом, что при максимальном удлинении бруска сжатая ртуть заполняет весь зазор, а при минимальном удлинении бруска ртуть заполняет только малую часть зазора.