НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПЕРЕПАДА ТЕМПЕРАТУР С ЭЛЕГАЗОМ Российский патент 2015 года по МПК H02N11/00 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 низкопотенциальный преобразователь энергии перепада температур, патент №2489793.

В известном устройстве содержится две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска из пластика (или из другого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры). Второй конец бруска из пластика жестко закреплен на неподвижном основании. Когда изменяется внешняя температура, брусок из пластика меняет свои линейные размеры и отодвигает или приближает подвижную пластину емкости к неподвижной, в зависимости от направления изменения температуры. Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и специальные контакты, необходимые для заряда емкости в момент максимального сближения пластин, и снятия напряжения в момент их максимального раздвижения.

При понижении температуры, например, ночью, брусок из пластика уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении и отодвигает подвижную пластину от диэлектрика, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, создавая зазор между ней и диэлектриком. В этом случае емкость устройства резко скачком упадет, будет минимальной и пропорциональной снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком. При этом емкость уменьшается, а напряжение вырастает. Когда подвижная пластина отодвинется на максимальное удаление от неподвижной пластины, напряжение вырастает до максимума, специальный контакт подключается к ней и разряжает ее в сеть на нагрузку. Далее процесс повторяется с периодическим падением и ростом внешней температуры.

Значение высокого напряжения, которое возникает при уменьшении емкости устройства, ограничивается электрической прочностью воздушного промежутка в зазоре между пластинами емкости. Как известно, электрическая прочность воздуха равняется примерно 1 кВ/мм, что накладывает определенные ограничения. Например, если подвижная пластина емкости отклоняется всего на 1 мм от неподвижной, то выходное напряжение должно быть не более 1 кВ, а это в свою очередь ограничивает значение напряжения возбуждения или значение диэлектрической проницаемости активного сегнетоэлектрика, что является недостатком.

Задачей настоящего изобретения является устранение данного недостатка за счет помещения всего устройства в герметичную емкость, которая заполняется электрически прочным газом, например элегазом.

Техническим результатом является повышение удельной мощности всего устройства.

На чертеже представлен вид устройства.

Устройство содержит две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска 1 из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры. Второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании. Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры и отодвигает или приближает подвижную пластину емкости к неподвижной, в зависимости от направления изменения температуры.

Между подвижной и неподвижной пластинами конденсатора помещен материал 2, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например, сегнетоэлектрик. Этот диэлектрик помещен между пластинами емкости таким образом, что одна его часть была плотно закреплена к неподвижной пластине емкости, а противоположная часть обращена ко второй подвижной пластине. Между этой частью сегнетоэлектрика и подвижной пластиной устанавливается небольшой воздушный зазор, который подбирается таким образом, что при максимальном удлинении бруска из пластика подвижная пластина плотно прижимается к нему, а при минимальном размере бруска из пластика подвижная пластина емкости отодвигается от сегнетоэлектрика и образует воздушный зазор. Устройство образует емкость, одна из пластин которой является подвижной.

Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты 3, 4, необходимые для заряда емкости в момент максимального сближения пластин, и 5, 6 - для снятия напряжения в нагрузку Rн в момент их максимального раздвижения. Все устройство помещено в герметичную емкость 7, заполненную элегазом, с подкачивающим клапаном 8.

Устройство работает следующим образом.

Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры, и отодвигает или приближает подвижную пластину емкости, в зависимости от направления изменения температуры.

При помещении устройства в пространство с высокой температурой брусок увеличивает свои размеры в осевом направлении и придвигает подвижную пластину к диэлектрику, имеющему высокую относительную диэлектрическую проницаемость, плотно прижимая ее к нему. В этом случае емкость устройства будет максимальной и пропорциональной относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами емкости. В этом состоянии пластины подключаются к контактам источника возбуждения постоянного тока, после чего конденсатор заряжается зарядами до напряжения возбуждения. Далее источник возбуждения отключается и конденсатор отсоединяется от него.

При понижении температуры, например, ночью, брусок уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении и отодвигает подвижную пластину от диэлектрика, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, создавая зазор между ней и диэлектриком. В этом случае емкость устройства резко скачком упадет пропорционально снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком. При этом емкость уменьшается, а напряжение вырастает. Когда подвижная пластина отодвинется на максимальное удаление от неподвижной пластины, напряжение вырастает до максимума, контакт подключается к ней и разряжает ее в сеть на нагрузку. 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. Электрическая прочность элегаза в несколько раз больше электрической прочности воздуха, что позволяет получить более высокие напряжения на выходе, чем в среде воздуха. При этом разряд повышенного напряжения происходит в среде элегаза под давлением.

Изобретение относится к электротехнике, 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. Технический результат состоит в повышении удельной мощности. Устройство преобразует энергию перепада температур, например, между днем и ночью, в электрическую энергию. Электрическая прочность элегаза в несколько раз больше электрической прочности воздуха, что позволяет получить более высокие напряжения на выходе, чем в среде воздуха. При этом разряд повышенного напряжения происходит в среде элегаза под давлением. 1 ил.

Низкопотенциальный преобразователь энергии перепада температур с элегазом, состоящий из емкости, одна пластина которой закреплена неподвижно, а вторая закреплена на подвижном диэлектрическом материале, который передвигается при помощи энергии электродвигателя, и имеет возможность отдаляться и приближаться к неподвижной пластине, источника возбуждения и контактной системы, обеспечивающей заряд емкости при сближении пластин и разряд при максимальном их отдалении, отличающийся тем, что все устройство помещено в герметическую емкость, в которую закачан под давлением элегаз.