Электромеханический преобразователь энергии перепада температур ступенчатого типа Российский патент 2021 года по МПК H02M3/06 F03G7/06 

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 преобразователи энергии перепада температур, например, патент РФ №2489793 опубликован 10.08.2013, бюл. №22.

В известном устройстве при перепаде температуры в процессе его работы подвижная пластина емкости за сутки отодвигается от сегнетоэлектрика. При этом емкость вначале заряжается до значения напряжения источника возбуждения. Затем, вследствие уменьшения размеров стержня активного диэлектрика, появляется воздушный зазор между пластинами конденсатора, емкость уменьшается, а напряжение вырастает до максимума пропорционально снижению емкости устройства, и нагрузка получает напряжение, более высокое, по сравнению с напряжением источника возбуждения. Далее процесс повторяется по мере периодического падения и роста внешней температуры.

Недостатком известного устройства является возможность его работы только один раз в сутки, когда температура изменится, и подвижная пластина емкости отойдет от твердого диэлектрика. Следующее срабатывание может произойти только после изменения температуры от минимума до максимума, когда подвижная пластина вновь подойдет к сегнетоэлектрику, плотно прижмется к нему, зарядится от источника возбуждения, и отойдет от него, что возможно только в течение суток, когда температура внешней среды измениться от минимума до максимума и затем от максимума до минимума.

Поэтому известное устройство срабатывает только раз в сутки, что является недостатком.

Задачей настоящего изобретения является устранение данного недостатка за счет дополнительного периодического движения неподвижной пластины с сегнетоэлектриком внешним пружинным устройством.

Технический результат заключается в увеличении эффективности преобразования энергии устройством в число срабатываний раз емкостной системы преобразователя в течение суток.

На фигуре представлена система в разных положениях:

а) положение системы при высокой температуре t°max - емкость заряжается до напряжения возбуждения U_B;

б) положение системы при понижении температуры, система отключается от источника возбуждения (на фигуре не показан);

в) положение системы при натяжении внешнего устройства передвижения;

г) положение системы при срабатывании внешнего пружинного устройства -емкость вновь заряжается до напряжения возбуждения U_B;

Устройство, в отличие от известного, дополнительно содержит две зубчато-волнистых рейки 1, по которым передвигается скачкообразно шариковый упор 2, помещенный в стакановый корпус 3. Шариковый упор 2 прижимается к рейке 1 с помощью пружины 4. Стакановый корпус 3 закреплен на одном конце диэлектрической траверсы 5. На другом конце траверсы 5 закреплен такой же стакановый корпус 3. Траверса 5, с закрепленной на ней неподвижной пластиной емкости и сегнетоэлектриком 6 плотно прижимается с помощью пружин 7 к подвижной пластине емкости, закрепленной на конце бруска из диэлектрического материала 8, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры. При этом сила давления пружин 4 и 7 рассчитывается таким образом, чтобы пружина 4 могла удерживать с помощью шариковых упоров 2 траверсу 5 неподвижной до тех пор, пока при растяжении пружины 7 ее сила будет меньше силы давления, развиваемой пружиной 4.

Устройство работает следующим образом. При помещении устройства в пространство с высокой температурой, брусок 8 увеличивает свои размеры в осевом направлении и придвигает подвижную пластину к диэлектрику, имеющему высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например, сегнетоэлектрику, и плотно прижимая ее к нему (положение (а) на фигуре) 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 до определенного интервала, 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 (положение (б) на фигуре). 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. Контактная система подключается к емкости и разряжает ее в сеть на нагрузку, после чего емкость отключается от сети. В это же время брусок продолжает уменьшать свои линейные размеры в осевом направлении, все больше растягивая пружины 7 (положение (в) на фигуре). Как только усилие растяжения пружин 7 превысит значение силы удерживания пружин 4, то под действием силы пружин 7 траверса 6 скачком передвигается и вновь плотно прижимает неподвижную пластину с сегнетоэлектриком к подвижной пластине (положение (б) на фигуре). Контактная система вновь подключается к емкости, соединяя ее с источником возбуждения, и заряжает ее. Далее процесс повторяется до того момента, пока стержень 8 не прекратит уменьшаться, что произойдет после того, как температура перестанет падать, и вновь будет расти.

На следующие сутки, когда брусок будет увеличивать свои линейные размеры в осевом направлении, процесс повторяется, только в обратном направлении.

Преимуществом такого устройства по сравнению с известным является более частое срабатывание емкостной системы преобразователя в течение суток, что увеличивает его эффективность в число срабатываний раз.

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. Устройство содержит две зубчато-волнистых рейки 1, по которым передвигается скачкообразно шариковый упор 2, помещенный в стакановый корпус 3. Шариковый упор 2 прижимается к рейке 1 с помощью пружины 4. Стакановый корпус 3 закреплен на одном конце диэлектрической траверсы 5. На другом конце траверсы 5 закреплен такой же стакановый корпус 3. Траверса 5, с закрепленной на ней неподвижной пластиной емкости и сегнетоэлектриком 6 плотно прижимается с помощью пружин 7 к подвижной пластине емкости, закрепленной на конце бруска из диэлектрического материала 8, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры. При этом сила давления пружин 4 и 7 рассчитывается таким образом, чтобы пружина 4 могла удерживать с помощью шариковых упоров 2 траверсу 5 неподвижной до тех пор, пока при растяжении пружины 7 ее сила будет меньше силы давления, развиваемой пружиной 4. Преимуществом такого устройства является более частое срабатывание емкостной системы преобразователя в течение суток, что увеличивает его эффективность в число срабатываний раз. Технический результат - увеличение эффективности преобразования энергии устройством в число срабатываний емкостной системы преобразователя в течение суток. 1 ил.

Преобразователь энергии перепада температур, состоящий из бруска из любого диэлектрического термочувствительного материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, один конец которого жестко закреплен на неподвижной стенке, на втором конце которого тоже жестко закреплена пластина конденсатора, а вторая подвижная пластина конденсатора закреплена жестко на подвижной траверсе, и с внешней стороны этой пластины нанесен слой диэлектрического материала, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например сегнетоэлектрика, причем эта подвижная пластина конденсатора с нанесенным на ней слоем диэлектрического материала, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, плотно прижимается пружинами к пластине, жестко закрепленной на незакрепленном конце бруска диэлектрического термочувствительного материала, источника возбуждения постоянного тока, необходимого для предварительной зарядки конденсатора и контактов, необходимых для подключения источника возбуждения при зарядке конденсатора, отличающийся тем, что дополнительно содержит две зубчато-волнистых рейки, по которым передвигаются скачкообразно шариковые стопоры, помещенные в цилиндрические стакановые корпуса, при этом шариковые стопоры прижимаются к рейке с помощью пружин, а стакановый корпус закреплен на одном конце диэлектрической траверсы, а также на другом конце траверсы закреплен такой же стакановый корпус, при этом траверса, имеющая на своих концах удерживающие шариковые стопоры с закрепленной на ней неподвижной пластиной конденсатора и сегнетоэлектриком выполнена с возможностью плотно прижиматься с помощью пружин, соединенных с бруском и подвижной траверсой к пластине емкости, закрепленной на конце бруска из диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, при этом сила давления пружин рассчитывается таким образом, чтобы пружины, прижимающие шариковые стопоры к зубчато-волнистым рейкам, могли удерживать подвижную траверсу неподвижной до тех пор, пока при растяжении другой пружины ее сила станет больше силы действия пружин, удерживающих неподвижно подвижную траверсу.