ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2227947

Ємнісного КОНВЕРТОР ТЕПЛА СЕРЕДОВИЩА В ЕЛЕКТРОЕНЕРГІЮ

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


НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ

Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
магнітний двигун
Джерело тепла на базі нососних агрегатів