Устройство для накопления энергии молнии Российский патент 2023 года по МПК H05F7/00 

Изобретение относится к области приборостроения и может найти применение в системах преобразования атмосферного электричества.

Известно устройство сбора, передачи и аккумулирования атмосферного электричества (RU 143902, H05F 7/00, 10.08.2014), включающее установленную на высоте электропроводящую оболочку, связанную с диэлектрическим каркасом и посредством электропровода с защитой, выпрямителем и емкостным накопителем электрической энергии, снабженное разрядниками и пороговым элементом, при этом электропроводящая оболочка выполнена в виде полусферы, собранной из ячеек, оснащенных тонкими металлическими иглами, и по периметру которой размещена защита в виде телескопических электродов, выпрямитель соединен с конденсатором и пороговым элементом, которые связаны с емкостным накопителем электрической энергии.

Так как устройство сбора, передачи и аккумулирования атмосферного электричества может накапливать атмосферное электричество только в виде электрической энергии емкостного накопителя, оно характеризуется недостаточно высокой эффективностью накопления атмосферного электричества.

Известно устройство для накопления электрической энергии (RU 2332816, H05F 7/00, 27.08.2008), выбранное в качестве прототипа, содержит вертикально установленный стержнеобразный громоотвод - молниеотвод, соединенный со средством заземления и элемент для съема электрической энергии, состоящий из последовательно соединенных катушки индуктивности, полупроводникового элемента и конденсатора, причем катушка индуктивности расположена на расстоянии от 0,1 м до 10 м от громоотвода, либо в любой плоскости, проходящей через ось громоотвода, и выполнена в виде тороида, ось симметрии которого совпадает с осью громоотвода.

Основным недостатком прототипа является то, что он позволяет аккумулировать электрическую энергию, выделяемую в молниеотводе при ударе в него молнии, а также извлекать ее избыток из атмосферы между разрядами молний, только в виде энергии, накопленной в конденсаторе, что определяет его недостаточно высокую эффективность накопления энергии молнии.

Задача настоящего изобретения - повышение эффективности накопления энергии молнии за счет дополнительного запасания гравитационной энергии.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для накопления энергии молнии, содержащем вертикально установленный молниеотвод со средством заземления и элемент для съема электрической энергии, состоящий из последовательно соединенных катушки индуктивности, полупроводникового элемента и конденсатора, причем катушка индуктивности расположена на расстоянии от 0,1 м до 10 м от молниеотвода, ось симметрии которого совпадает с осью молниеотвода, нижний конец молниеотвода соединен с первым выводом обмотки силовой катушки, второй вывод которой соединен со средством заземления, силовая катушка жестко закреплена на земле, к боковой поверхности силовой катушки жестко прикреплены направляющие, опирающиеся своими нижними концами на землю, в нишах верхних концов направляющих жестко закреплены стопоры, между направляющими расположен бегун из электропроводящего материала, имеющий в центре сквозное отверстие, предназначенное для прохождения молниеотвода, а на нижних частях направляющих между бегуном и верхней поверхностью разгонной катушки жестко закреплены ограничители хода, стопоры состоят из возвратной пружины, одним своим концом жестко прикрепленной к задней стенке ниши, а другим концом жестко прикрепленной к первому торцу штока, проходящего через внутреннюю полость электромагнитного соленоида, противоположный торец штока с возможностью возвратно-поступательного движения свободно проходит через отверстие в передней стенке ниши.

Общий вид устройства для накопления энергии молнии, когда элемент для съема электрической энергии расположен на расстоянии от 0,1 до 10 м от громоотвода, показан на фиг. 1, на фиг. 2 приведена электрическая схема элемента для съема электрической энергии.

Устройство для накопления энергии молнии содержит вертикально установленный молниеотвод, выполненный в виде стержня 1 (фиг. 1), со средством заземления 2 и элемент для съема электрической энергии 3, который состоит из последовательно соединенных катушки индуктивности 4 (фиг. 2), полупроводникового элемента 5 в виде диода и конденсатора 6. Катушка индуктивности 4 (фиг. 1) может быть расположена на расстоянии от 0,1 до 10 м от стержнеобразного молниеотвода 1. Нижний конец молниеотвода 1 соединен с первым выводом 7 обмотки 8 силовой катушки 9, например, одновиткового соленоида из бериллиевой бронзы или малоуглеродистой стали (Комельков B.C. Техника больших импульсных токов и магнитных полей. М.: Атомиздат, 1970. С. 440), второй вывод 10 которой соединен со средством заземления 2. Силовая катушка 9 жестко закреплена на земле. К боковой поверхности силовой катушки 9 жестко прикреплены направляющие 11, опирающиеся своими нижними концами на землю. В нишах 12 верхних концов направляющих 11 жестко закреплены стопоры 13. Между направляющими 11 расположен бегун 14 из электропроводящего материала, имеющий в центре сквозное отверстие 15, предназначенное для прохождения молниеотвода 1. На нижних частях направляющих 11 между бегуном 14 и верхней поверхностью силовой катушки 9 жестко закреплены ограничители хода 16.

Стопоры 13 состоят из возвратной пружины 17, одним своим концом жестко прикрепленной к задней стенке 18 ниши 12, а другим концом жестко прикрепленной к первому торцу 19 штока 20, выполненного из ферромагнитного материала и проходящего через внутреннюю полость электромагнитного соленоида 21. Противоположный торец 22 штока 20 с возможностью возвратно-поступательного движения свободно проходит через отверстие 23 в передней стенке 24 ниши 12.

На направляющих 11 жестко закреплены датчики положения 25 бегуна 14, электрически соединенные с электромагнитными соленоидами 21.

К верхней поверхности бегуна 14 жестко прикреплены рым-болты 26, предназначающиеся для крепления тяг, которые на чертежах не показаны, для соединения с электрическим генератором, не показанным на чертеже.

Работа устройства для накопления энергии молнии происходит следующим образом. При попадании молнии в молниеотвод 1 по нему начинает проходить импульс тока, который создает импульсное магнитное поле, индуцирующее в катушке индуктивности 4 (фиг. 2) электродвижущую силу, под действием которой в цепи, состоящей из катушки индуктивности 4, полупроводникового элемента 5 и конденсатора 6, начинает протекать электрический ток, заряжающий конденсатор 6. Электрическая энергия, запасенная в конденсаторе 6, может использоваться для полезных целей, например, для отдачи в энергетическую сеть при ее дефиците.

Одновременно с этим ток молнии, пройдя по молниеотводу 1 (фиг. 1) через вывод 7 в силовую катушку 9, создает импульсное магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в бегуне 14. В результате взаимодействия этих токов с импульсным магнитным полем силовой катушки 9 возникает электродинамическая сила. Под действием этой силы бегун 14 срывается с ограничителей хода 16 и начинает двигаться вверх по направляющим 11. Когда бегуны 14 входят в область срабатывания датчиков положения 25, сигнал с них подается на электромагнитные соленоиды 21, которые создают электромагнитные силы, втягивающие штоки 20 в их внутренние полости. После прохождения бегуном 14 стопоров 13 сигнал с датчиков положения 25 прекращается и штоки 20 под действием возвратной пружины 17 возвращаются в исходное положение, перекрывая движение бегуна 14 вниз. В результате бегун 14 запасает часть энергии молнии в виде потенциальной энергии поднятого бегуна 14. В дальнейшем, при необходимости использования этой потенциальной энергии, запитываются электромагнитные соленоиды 21, и штоки 20 втягиваются во внутренние полости электромагнитных соленоидов 21, и бегун 14 начинает движение вниз, отдавая свою энергию через рым-болты 26, тяги и электрический генератор во внешнюю энергетическую сеть.

Как можно видеть, в устройстве для накопления энергии молнии энергия молнии запасается не только в виде энергии конденсатора, но и в виде потенциальной энергии поднятого бегуна 14, что определяет повышенную эффективность запасания энергии молнии.

Изобретение относится к области электротехники и может найти применение в системах преобразования атмосферного электричества. Технический результат - повышение эффективности запасания энергии молнии за счет преобразования энергии молнии в гравитационную энергию. Ток молнии в молниеотводе (1) создает импульсное магнитное поле, индуцирующее в катушке индуктивности (4) электродвижущую силу, под действием которой в цепи, состоящей из катушки индуктивности (4), полупроводникового элемента (5) и конденсатора (6), начинает протекать электрический ток, заряжающий конденсатор (6). Одновременно ток молнии в силовой катушке (9) создает импульсное магнитное поле, которое индуцирует вихревые токи в бегуне (14). В результате возникает электродинамическая сила, разгоняющая вверх бегун (14). После прохождения бегуном (14) стопоров (13) сигнал с датчиков положения (25) прекращается и штоки (20) под действием возвратной пружины (17) возвращаются в исходное положение, перекрывая движение бегуна (14) вниз. В результате бегун (14) запасает часть энергии молнии в виде потенциальной энергии поднятого бегуна (14). 2 ил.

Устройство для накопления энергии молнии, содержащее вертикально установленный молниеотвод со средством заземления и элемент для съема электрической энергии, состоящий из последовательно соединенных катушки индуктивности, полупроводникового элемента и конденсатора, причем катушка индуктивности расположена на расстоянии от 0,1 до 10 м от молниеотвода, ось симметрии которого совпадает с осью молниеотвода, отличающееся тем, что нижний конец молниеотвода соединен с первым выводом обмотки силовой катушки, второй вывод которой соединен со средством заземления, силовая катушка жестко закреплена на земле, к боковой поверхности силовой катушки жестко прикреплены направляющие, опирающиеся своими нижними концами на землю, в нишах верхних концов направляющих жестко закреплены стопоры, между направляющими расположен бегун из электропроводящего материала, имеющий в центре сквозное отверстие, предназначенное для прохождения молниеотвода, а на нижних частях направляющих между бегуном и верхней поверхностью силовой катушки жестко закреплены ограничители хода, стопоры состоят из возвратной пружины, одним своим концом жестко прикрепленной к задней стенке ниши, а другим концом жестко прикрепленной к первому торцу штока, проходящего через внутреннюю полость электромагнитного соленоида, противоположный торец штока с возможностью возвратно-поступательного движения свободно проходит через отверстие в передней стенке ниши.