початок розділу
Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві |
хитрощі майстру
електроніка фізика технології винаходи |
таємниці космосу
таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу |
|
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання) |
Навігація: => |
На головну / Каталог патентів / В розділ каталогу / Назад / |
ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2227947
Ємнісного КОНВЕРТОР ТЕПЛА СЕРЕДОВИЩА В ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЮ
Ім'я винахідника: Заєв Микола Омелянович
Ім'я патентовласника: Заєв Микола Омелянович
Адреса для листування: 143930, Московська обл., П. Салтиковка, вул. Гранична, 8, Н.Е.Заеву
Дата початку дії патенту: 2002.09.11
Винахід відноситься до області нелінійних конденсаторів, відповідно до винаходу ємнісний конвертор являє собою нелінійну по напрузі ємність з нелінійним діелектриком, в якості якого використовують органічний піроелектричний діелектрик з сегнетоелектричної поляризацією, здатний в циклі заряд і розряд збільшувати проникність від 0 ~ 1,2 до v ~ 8 в змінному полі Е так, що забезпечуючи тим самим > 1, де W p - потужність при розряді, W 3 - модність при заряді. Технічним результатом винаходу є збільшення питомих вагових і об'ємних характеристик.
ОПИС ВИНАХОДИ
Використання: ємнісний конвертор тепла середовища в електроенергію (С-кессор (кессор - абревіатура Конвертор Енергії Середовища)) - автономний генератор електроенергії для всіх споживачів її потужністю від часток вата до декількох кіловат. Вироблена З-кессором енергія відбирається у вигляді тепла від навколишнього середовища, без використання будь-якого палива. Винахід здійснюють за допомогою проведення циклів "Зарядка-Розрядка" спеціальних -нелінейних діелектриків - конденсаторів з частотою f. Конденсатори об'єднані в батареї шляхом паралельного і послідовного з'єднання. Частота циклів "ЗР" f залежить від ємності Сз батареї при "зарядки" і С р при "Розрядці"; при змінному струмі 50 Гц вона дорівнює 100 Гц.
Технічний результат роботи С-кессора полягає в тому, що потужність батареї на навантаженні при "Р" - W p - більше споживаної потужності W, при "З"; відношення Ця генерується потужність W = W p -W з ~ (0,3-0,4) W з виникає завдяки здатності нелінійних діелектриків (конденсаторів) перетворювати свою внутрішню вільну енергію при розрядці в електричну, охолоджуючись за кожен цикл "ЗР" на малі частки градуса. Після циклу "ЗР" до батареї притікає тепло від навколишнього середовища.
Відомі С-кессори, конденсаторами в яких служать промислово виготовлені Варіконди [1, 2]. У них діелектриком служить керамічна маса на основі титанату барію. Ці С-кессори мають при 100 Гц питому об'ємну генерується потужність і питому вагову m Wуд = 0,442 кВт / т.
Примітка. Розрахунок за даними з [1, 2]: одинична ємність конденсатора-варіконд ВК2Б 0,15 F, D = 26 мм, h = 10 мм, обсяг 3,714 см 3, щільність 4,7 г / см 3, вага ~ 18 м При V = 55 В, f = 100 Гц, С n = 33 F (220 варіконд паралельно) коефіцієнт нелінійності К ~ 6 (С 55 = С n · 6). Вага батареї 3960 г, обсяг 836 см 3. При 96 В К = 12. При 55 В в ВК2Б щільність енергії об'ємна v А уд 0,366 · 10 -3 Дж / см 3 і m А уд ~ 0,075 · 10 -3 Дж / г. Для порівняння - в плівці ПЕТФ (лавсан) m А уд ~ 2 Дж / г [3].
Завданням винаходу є створення С-кессора з більш високими питомими об'ємними і масовими характеристиками.
Поставлена задача вирішується застосуванням в С-кессорах замість керамічних діелектриків нового класу нелінійних органічних (недавно відкритих, ~ в 1969 р) діелектричних речовин [4]. Це так звані рідкокристалічні і піроелектричні полімери [4, стр.609-618]. Однак у вигляді плівок, як промисловий продукт, на сьогодні доступні полівінілоденфторід (ПВДФ) і сополімери вінілоденфторіда з тріфторетіленом і тетрафторетіленом. За даними каталогу фірми Kureha (Японія) її ПВДФ-плівка типу КF має щільність 1,8 г / см 3, ел. міцність ~ 700 кВ / мм (на плівці товщиною 25 м), = 11-10,7 при 60-1000 Гц змінного струму.
Дослідженнями останніх років встановлено залежність (Е), що виникає внаслідок сегнетоелектричної поляризації в зазначених речовинах. Для ПВДФ поле Е напруженістю 60-90 кВ / мм протягом 10 -1 -10 -3 з теоретично може збільшити вихідне значення діелектричної проникності в 50-100 разів [5]. У дослідах збільшення на рівні 3-8, тобто раз, в залежності від частоти і рівня Е, забезпечуючи тим самим > 1.
Переваги З-кессора з новими діелектриками видно з нижченаведеного прикладу.
Приклад. З-кессор, батарея з конденсаторів, з'єднаних в блоки паралельно n штук (однаковою З n), а в батареї N блоків, з'єднаних послідовно або паралельно, виходячи з умов зарядки або особливостей навантаження при розрядці. Кожен з n конденсаторів має номінальну ємність, наприклад, 0,15 F, діелектрик - плівка KF (ПВДФ) товщиною 9 · 10 -3 мм. При V = 750 В, К = 6, його ємність 0,9 F і в ньому Е = 83 кВ / мм. Площа плівки S = 142 · 10 -3 см 2, вага її - 0,23 м Енергія в ньому так що m А уд 1,1 Дж / г і v А уд 2 Дж / см 3; по питомій щільності енергії ємність з ПВДФ перевершує ВК2Б приблизно в тисячу разів.
Якщо n = 220, то в блоці З n = 33 · 10 -6 F і в ньому діелектрика 50,6 м За даними [3] орієнтовно обсяг одиничного конденсатора з обраної плівкою (на 750 В) 2,5-3 см 3 , всієї батареї - 660 см 3, і вага її 1320 г, якщо щільність на рівні 2 г / см 3. Цей блок втричі легше прототипу, а за обсягом - на ~ 40% менше.
При частоті циклів f = 100 Гц і = 1,35 потужність генерації цієї батареєю на одиницю об'єму
і на одиницю маси
тобто по об'ємної щільності енергії, що генерується пропонований З-кессор перевершує прототип в 1300 рази, по масової щільності - в 3000 разів.
Забезпечення отриманих питомих потужностей можливе лише при зведенні до рівня 2-3% втрат енергії в зарядної ланцюга. Для цього слід підвищувати напругу зарядки U з по залежності, близькою до експоненті:
де t - час, U m - потрібне напруження на ємності в кінці зарядки, AU m ~ початкова напруга зарядки, а - безрозмірна відношення допустимих втрат до енергії зарядженої ємності. Оскільки в момент закінчення зарядки то при практично прийнятних а й А ~ 0,01-0,005, t максимально при а = 0,01 і А = 0,005:
t = 1 · 10 -2 · R · C · (ln2 · 10 2 + 1) = 1 · 10 -2 · R · C · 6,3 = 6,3 · 10 -2 · R · C.
З U з (t) видно, що при настільки малих t можливе зростання U з і по синусоїді навіть лінійне зростання знизить втрати енергії на зарядку. Пристрої генерації енергії зарядки ємностей з U з (t) за різними законами описані в [6] без виділення бажаних U з (t).
ЛІТЕРАТУРА
1. Заєв Н.Є., Спиридонов Ю.С. Ємність - конвертор тепла середовища в електроенергію. Електротехніка, №12, 1998. С.53-55.
2. Варіконди в електронних імпульсних схемах. М., Радянське радіо, 1971.
3. Ренні В.Т. Плівкові конденсатори з органічним діелектриком. Л., Енергія, 1971. С.144-149.
4. Лайнс М., Гласс А. Сегнетоелектрики і споріднені з ними матеріали. М., Мир, 1981.
5. Абрамова Н.А., Андрєєв А.М., Журавльова Н.М. Оптимізація плівковою просоченої ізоляції енергоємних конденсаторів. - Електротехніка, 1998, №5, С.1-4.
6. Громовенка А.В., Опрі В.М., Федоров А.В. Індуктивний заряд ємнісних накопичувачів. - Електротехніка, 2001., №3, С.51-55
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
1. Ємнісний конвертор тепла середовища в електроенергію, що представляє собою нелінійну по напрузі ємність з нелінійним діелектриком, заряджати та розряджати циклами "ЗР" з частотою f Герц і віддає при розрядці конверсійну енергію величиною > 1 від енергії зарядки на навантаження, що відрізняється тим, що нелінійним діелектриком служить органічний піроелектричний діелектрик з сегнетоелектричної поляризацією, здатний оборотно в циклі "ЗР" збільшувати проникність від 0 ~ 1,2 до v ~ 8 в змінному полі Е так, що , Забезпечуючи тим самим > 1, де , Де W p - потужність при розряді, W 3 - потужність при зарядці.
2. Ємнісний конвертор по п.1, що відрізняється тим, що напруженість поля Е при зарядці становить 40 ÷ 110 кВ / мм при дії його в циклі "ЗР" не менше 5 · 10 -3 с.
3. Ємнісний конвертор по п.2, що відрізняється тим, що рівень = 1,3-1,4 досягає при зарядному напрузі U 3
якщо U m - максимальна напруга на ємність, R - опір ланцюга зарядки, t - час, А, - Безрозмірні коефіцієнти 0,01-0,005, тривалість повної зарядки
Версія для друку
Дата публікації 13.01.2007гг
Коментарі
Коментуючи, пам'ятайте про те, що зміст і тон Вашого повідомлення можуть зачіпати почуття реальних людей, проявляйте повагу та толерантність до своїх співрозмовників навіть у тому випадку, якщо Ви не поділяєте їхню думку, Ваша поведінка за умов свободи висловлювань та анонімності, наданих інтернетом, змінює не тільки віртуальний, але й реальний світ. Всі коменти приховані з індексу, спам контролюється.