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)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2245606

ПРИСТРІЙ ДЛЯ ОТРИМАННЯ ЕНЕРГІЇ ІЗ ЕЛЕКТРИЧНОГО ПОЛЯ АТМОСФЕРИ

Ім'я винахідника: Кучер П.А. (RU); Коломієць В.І.
Ім'я патентовласника: Кучер Павло Олексійович (RU); Коломієць Валентин Іванович
Адреса для листування: 355020, Ставрополь, пр. Гвардійський, 7, к.96, В.І. Коломійцю
Дата початку дії патенту: 2003.03.11

Винахід відноситься до електротехніки і призначене для безперебійного забезпечення енергією автономного електрообладнання, наприклад автоматичних метеостанцій або космічних зондів. Технічний результат винаходу - безперебійне отримання енергії з електричного поля атмосфери в необхідній кількості. Пристрій відрізняється легкістю, відсутністю рухомих деталей, простотою конструктивних елементів і зручністю їх транспортування. Пристрій містить електроди, несучу конструкцію і іонізатори атмосферного газу. Електроди рознесені вздовж силових ліній електричного поля. Оточені атмосферою електроди розташовані на несучої конструкції. Зовнішня поверхня цих електродів конструктивно поєднана з ионизаторами атмосферного газу. Нижній електрод є заземлителем. Між електродами, рознесеними уздовж силових ліній атмосферного електричного поля, включена навантаження. При відсутності контакту пристрою з планетою зовнішня поверхня всіх оточених атмосферою електродів конструктивно поєднана з ионизаторами атмосферного газу. Струмопровідні частини пристрою, що знаходяться під напругою, електрично ізольовані від несучої конструкції.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до електротехніки і призначене для безперебійного забезпечення енергією автономного електрообладнання, наприклад автоматичних метеостанцією або космічних зондів на Землі та інших планетах, що мають атмосферний електричне поле.

Відомі труднощі, пов'язані з безперебійним забезпеченням енергією автономного електрообладнання. Внутрішні джерела енергії (батареї, акумулятори, паливні елементи) вимагають періодичної заміни, заправки паливом або перезарядки, тобто ручного кваліфікованого обслуговування. Зовнішні джерела енергії (поточна вода, вітер, сонячне світло) вимагають для використання масивних великогабаритних споруд, перетворювачів з рухомими частинами і не завжди доступні.

Для вирішення проблеми потрібен нехай малопотужний, але надійний в будь-який час і в будь-якому місці безперебійне джерело енергії. З урахуванням умов експлуатації автономного електрообладнання він повинен бути легким, конструктивно простим і зручним для транспортування на будь-які відстані.

Відомі пристрої для непрямого отримання енергії з атмосфери за допомогою водяних коліс, турбін і інших енергетичних установок, а й для прямого отримання енергії з атмосфери за допомогою вітряних двигунів, турбін і інших вітроенергетичних установок. У цих пристроях енергія атмосфери перетворюється в теплоту, роботу або електрику.

Безперебійність подачі електроенергії, що виробляється з їх допомогою енергії забезпечити не можна. Вона залежить від стану атмосфери, кліматичних умов і пори року. (Чалий Г. Енергетика вчора, сьогодні, завтра. - Кишинів: Картя Молдовеннске, 1977. - 202 с., Іл., Стор. 44-64,).

За прототип прийнятий блискавковідвід, який призначений для нейтралізації енергії атмосферного електричного поля. Блискавковідвід містить вертикально орієнтовану несучу конструкцію, що підноситься над рельєфом місцевості, і рознесені вздовж силових ліній поля електроди, з'єднані між собою токоотводом. У верхній точці конструкції встановлений оточений атмосферою електрод - блискавкоприймач у вигляді масивного металевого стержня. Він може бути поєднаний з іонізатором атмосферного газу. Нижній електрод є заземлителем і забезпечує електричний контакт пристрою з поверхнею планети (В.В.Базуткін і ін. Техніка високих напруг. - М .: Вища школа, підручник для вузів, 1986. - 464 с., Іл., Стор. 219-220 ). Конструкція громовідводу не включає корисного навантаження. Енергія блискавки практично цілком витрачається за його межами на нагрів грунту, що оточує заземлитель, нагрів і іонізацію атмосферного повітря.

Ознаки прототипу, що збігаються з суттєвими ознаками винаходу, такі. Блискавковідвід містить електроди, несучу конструкцію і іонізатори атмосферного газу. Електроди рознесені вздовж силових ліній електричного поля. Оточені атмосферою електроди розташовані на несучої конструкції. Зовнішня поверхня цих електродів конструктивно поєднана з ионизаторами атмосферного газу. Нижній електрод є заземлителем.

Причини, що перешкоджають отриманню необхідного технічного результату по прототипу, такі. Блискавковідвід забезпечує протікання через атмосферу електричного струму тільки в формі періодичного іскрового розряду. Час проходження цього струму непередбачувано, а величина випадкова і не піддається регулюванню. Блискавковідвід не містить корисну навантаження. Він розрахований на роботу в аномально сильному електричному полі і основну частину часу марно простоює. Блискавковідвід не працює в місцях, де відсутні грозові хмари. Блискавковідвід не працює при відсутності контакту з планетою. Струмопровідні частини громовідводу не мають електричної ізоляції від несучої конструкції.

Технічний результат - безперебійне отримання енергії з електричного поля атмосфери в необхідній кількості та створення для цієї мети заявляється пристрою.

Пристрій вигідно відрізняється легкістю, відсутністю рухомих деталей, простотою необхідних конструктивних елементів і зручністю їх транспортування. Воно більш надійно, ніж всі відомі досі пристрою автономного енергопостачання, включаючи вітрові генератори і сонячні батареї, так як електричне поле атмосфери слабо залежить від пори року, існує цілодобово і є в будь-якій точці планети.

Технічний результат досягається наступним чином. Між електродами, рознесеними уздовж силових ліній атмосферного електричного поля, включена навантаження. При відсутності контакту пристрою з планетою зовнішня поверхня всіх оточених атмосферою електродів конструктивно поєднана з ионизаторами атмосферного газу. Струмопровідні частини пристрою, що знаходяться під напругою, електрично ізольовані від несучої конструкції.

Істотні ознаки винаходу наступні. Пристрій для отримання енергії з електричного поля атмосфери містить електроди, рознесених уздовж силових ліній електричного поля, нижній електрод є заземлителем. Електроди, оточені атмосферою, розміщені на несучої конструкції. Іонізатори атмосферного газу конструктивно суміщені з зовнішньою поверхнею оточених атмосферою електродів.

На відміну від прототипу між рознесеними уздовж силових ліній електричного поля електродами включена навантаження. При відсутності контакту пристрою з планетою зовнішня поверхня всіх електродів конструктивно поєднана з ионизаторами атмосферного газу. Що перебувають під напругою струмоведучі частини пристрою електрично ізольовані від несучої конструкції.

Чим далі один від одного рознесені електроди, тим вище напруженість електричного поля біля їх поверхні і більше швидкість розтікання вільних носіїв зарядів в навколишньому газі. Оточені атмосферою електроди вигідно розміщувати в найбільш віддалених по вертикалі точках несучої конструкції. Розтіканню носіїв зарядів в атмосфері сприяє вільний рух газу у електродів і відсутність навколо пристрою інших концентраторів напруги.

При наявності контакту пристрою з планетою нижній електрод є заземлителем. Це забезпечує мале електричний опір проходженню атмосферного електричного струму через грунт. При відсутності контакту пристрою з планетою створюваний ним атмосферне електричний струм може проходити тільки через канал газового розряду. В цьому випадку всі оточені атмосферою електроди (як верхні, так і нижні) конструктивно поєднуються з ионизаторами атмосферного газу. Таким чином, забезпечується безперебійне перетворення енергії атмосферного електричного поля в енергію протікає через навантаження електричного струму. Подальше корисне перетворення цієї енергії в тепло, роботу або електрику здійснюється вибором типу навантаження (нагрівач, електродвигун або інше електрообладнання).

Вплив істотних ознак винаходу на одержуваний технічний ефект наступне. Несуча конструкція забезпечує правильну орієнтацію пристрою в атмосферному електричному полі, збігається з напрямком його силових ліній. Вона утримує рознесені вздовж силових ліній поля електроди на необхідному для роботи відстані, забезпечує механічну міцність пристрою і об'єднує його окремі частини в єдине ціле. Електроди слід розсовувати один від одного на максимальне технічно можливу відстань. Пропорційно дистанції зростає напруженість електричного поля на їх зовнішній поверхні, що збільшує рухливість носіїв зарядів у навколишньому електроди атмосфері і полегшує перебіг через неї електричного струму. Взаємно віддалене положення електродів усуває перешкоди вільному руху потоків атмосферного газу.

При наявності контакту пристрою з планетою нижній електрод є заземлителем. Це найпростіший, дешевий і надійний спосіб забезпечити малий опір протікає через нього в грунт електричного струму. Оточені атмосферою електроди встановлені на несучої конструкції. Це забезпечує стійкість їх просторового положення в зовнішньому електричному полі. Іонізатори атмосферного газу конструктивно суміщені з зовнішньою поверхнею оточених атмосферою електродів. Це забезпечує постійну присутність достатньої кількості вільних носіїв зарядів в прилеглому до електродів просторі і вільний рух цих зарядів уздовж силових ліній електричного поля. Таким чином, забезпечується електричний контакт з малим опором між твердими електродами і атмосферних газом. Сила проходить через такий контакт струму в широких межах не залежить від напруженості зовнішнього електричного поля і визначається тільки продуктивністю іонізаторів. Це гарантує безперебійність отримання енергії, незалежно від зовнішніх чинників, зводить до мінімуму витрати потужності на підтримку каналу несамостійного електричного розряду через нейтральну атмосферу і перешкоджає виникненню кидків струму через пристрій в умовах грозової активності.

При відсутності контакту пристрою з планетою іонізатори атмосферного газу конструктивно суміщені з зовнішньою поверхнею всіх оточених атмосферою електродів, як верхніх, так і нижніх. Це єдино доступний спосіб забезпечити протікання електричного струму через атмосферу по обидва боки розгорнутого уздовж силових ліній поля пристрою.

Навантаження включена між рознесеними уздовж силових ліній електричного поля електродами. Цим забезпечується її послідовне з'єднання (разом з електродами) в ланцюг проходить через атмосферу струму несамостійного електричного розряду. Твір падіння напруги на навантаженні і величини проходить через неї струму визначає корисну потужність, що отримується пристроєм з атмосферного електричного поля. Коефіцієнт корисної дії пристрою визначається балансом між опором навантаження і перехідним опором електродів з навколишнім простором (продуктивністю іонізаторів). Чим нижче перехідний опір електродів, тим більша частка енергії виділяється в навантаженні.

Ізоляція струмоведучих частин пристрою від несучої конструкції забезпечує оптимальне розташування силових ліній електричного поля в навколишньому просторі і дозволяє запобігти протікання електричного струму по провідних частин пристрою, які не мають відношення до його електричній схемі.

Безперебійність постачання енергією забезпечується за рахунок того, що електричне поле атмосфери не залежить від пори року, існує цілодобово в будь-яку погоду, є в будь-якій точці тропосфери. Цей енергетичний ресурс атмосфери постійно підживлюється всій потужністю планетарного механізму поділу електричних зарядів.

Надійність постачання енергією забезпечується простотою пристрою, відсутністю в його найважливіших елементах рухомих деталей. Отримання енергії з електричного поля атмосфери не вимагає великих споруд (гребель, веж великої висоти) і складних технологічних прийомів. Обслуговування такого пристрою значно простіше, ніж в аналогах.

Простота конструкції елементів пристрою для отримання енергії з електричного поля атмосфери випливає з того, що воно містить тільки стандартні електротехнічні вузли без рухомих деталей, які не потребують настройки, регулювання і регулярного технічного обслуговування. Складові пристрою і частини несучої конструкції не вимагають ретельного виготовлення.

Легкість транспортування пристрою досягається тим, що воно виготовляється з мінімальним запасом міцності, тому що не відчуває динамічних навантажень і, отже, для його виготовлення не потрібні масивні, великогабаритні вузли та деталі. Пристрій виконується складним або розбірним.

На фіг.1 представлений загальний вигляд пристрою для отримання енергії з електричного поля атмосфери при відсутності контакту з планетою. Пристрій містить вертикально орієнтовану несучу конструкцію, наприклад аеростат, 1, електроди 2, 3, іонізатори повітря 4 і 5, ізолятори 6 і 7, кабелі 8 і 9, перетворювач напруги 10 і навантаження, наприклад радіозонд, 11. У навколишньому аеростат просторі проходять силові лінії атмосферного електричного поля Е. Електроди, конструктивно суміщені з ионизаторами повітря, кріплять на ізоляторах. Аеростат утримує електроди на достатній відстані один від одного, а кабелі з'єднують їх з перетворювачем напруги. Перетворювач напруги пов'язаний з корисним навантаженням електрично і об'єднаний спільною корпусом. Пристрій працює наступним чином. Після включення пристрою іонізатори 4, 5 насичують повітря, що оточує електроди 2, 3, вільними носіями зарядів. Вони починають дрейф через нейтральний повітря, рухаючись уздовж силових ліній атмосферного електричного поля Е, додатково посиленого рознесеним становищем електродів на аеростаті 1. Витік носіїв заряду з електродів компенсується постійною роботою іонізаторів. По каналах несамостійного газового розряду 12 і 13 від електродів через атмосферу йде постійний електричний струм. Між рознесеними електродами з'являється різниця потенціалів. Вони зберігають її завдяки ізоляторів 6 і 7. Після появи на електродах робочої різниці потенціалів (~ 5 кВ) включається перетворювач напруги 10. Атмосферне електричний струм замикається через нього по кабелях 8 і 9. Перетворювач трансформує вхідний струм високої напруги в постійне вихідна напруга, що живить корисне навантаження 11. Процес триває, поки існує атмосферний електричне поле і діють іонізатори електродів.

Визначають електричну потужність, необхідну для автономного безперебійного живлення корисного навантаження. Наприклад, для роботи апаратури сучасного радіозонда, що підвішується до аеростат, досить постійної електричної потужності 10 Вт. Визначають граничну електричну потужність, необхідну для живлення допоміжних пристроїв і іонізаторів повітря. Наприклад, в кількості не більше 150% від величини корисною, тобто 15 Вт. З урахуванням умов експлуатації струмоприймачів визначають граничну різницю потенціалів між відкритими струмоведучими частинами установки. Наприклад, рекомендується не більше 10 кВ, а реально вибирають 5 кВ. Обчислюють максимальний струм в розрядному каналі. В даному випадку не більше (10 Вт + 15 Вт) / 5 кВ = 5 мА. Це значення задає продуктивність іонізаторів, конструктивно суміщених з електродами. Визначають щільність вертикального струму провідності і напруженість поля в тропосфері на розрахунковій висоті польоту. Наприклад, струм провідності не більше 1,5 мкА / м ^2, напруженість електричного поля 2,2-3,5 В / м. Розраховують відстань між електродами, їх форму і конструкцію, що забезпечують ефективне розтікання створюваних ионизаторами носіїв заряду в атмосфері. Наприклад, відстань 50 м, форма прийомних електродів - куля, площа кожного не менше 0,5 м ^2. Кріплять на аеростаті і системі підвіски електроди з ізоляторами, прокладають кабелі, монтують в контейнері з апаратурою силовий перетворювач напруги.

На фіг. 2, представлений загальний вигляд пристрою для отримання енергії з електричного поля атмосфери при контакті пристрої з планетою. Пристрій містить електрод 1, іонізатор повітря 2, ізолятор 3, несучу конструкцію (стійку) 4, кабель 5, перетворювач напруги 6, заземлення 7, з'єднувальний кабель 8 і корисне навантаження (метеостанцію) 9. У навколишньому просторі проходять до поверхні грунту силові лінії атмосферного електричного поля Е. Електрод, конструктивно поєднаний з іонізатором повітря, кріплять на ізоляторі. Стійка утримує електрод на достатній висоті, а кабель з'єднує його з перетворювачем напруги. Перетворювач напруги електрично пов'язаний з грунтом через заземлення і з корисним навантаженням через сполучний кабель.

Пристрій працює наступним чином

Після включення пристрою іонізатор 2 насичує повітря, що оточує електрод 1, вільними носіями зарядів. Вони починають дрейф через нейтральний повітря, рухаючись уздовж силових ліній атмосферного електричного поля Е, додатково посиленого піднесеним становищем електрода на стійці 4. Витік носіїв заряду з приймального електрода компенсується постійною роботою іонізатора. Каналом несамостійного газового розряду 10 від електрода через атмосферу йде постійний електричний струм. Електрод набуває електричний потенціал щодо поверхні грунту і зберігає його завдяки ізолятора 3. Після появи на електроді робочого потенціалу (~ 25 кВ) включається перетворювач напруги 6. Атмосферне електричний струм замикається через нього по кабелю 5 на заземлення 7. Перетворювач трансформує вхідний струм високої напруги в постійне вихідна напруга 27 В, що надходить через з'єднувальний кабель 8 для харчування корисного навантаження 9. Процес триває, поки існує атмосферний електричне поле і діє іонізатор електрода.

Визначають електричну потужність, необхідну для автономного безперебійного живлення корисного навантаження. Наприклад, для роботи сучасної автоматичної метеостанції досить постійної електричної потужності 100 Вт при номінальній напрузі 27 В. Визначають граничну електричну потужність, необхідну для живлення допоміжних пристроїв і іонізаторів повітря. Наприклад, в кількості не більше 50% від корисної, тобто 50 Вт. З кліматичних умов і особливостей конструкції струмоприймача визначають граничну різницю потенціалів між відкритими струмоведучими частинами установки. Наприклад, рекомендується не більше 30 кВ, а реально вибирають 25 кВ. Обчислюють максимальний струм в розрядному каналі. В даному випадку не більше (100 Вт + 50 Вт) / 25 кВ = 6 мА. Це значення задає продуктивність іонізатора, конструктивно поєднаного з електродом. Вимірюють або знаходять за таблицями електричну активність атмосфери (щільність вертикального струму провідності і напруженість поля) в даній місцевості. Наприклад, струм провідності не більше 0,1 мкА / м ^2, напруженість електричного поля 110-250 В / м. Розраховують висоту підйому електрода над рельєфом місцевості, його форму і робочу поверхню, достатні для ефективного розтікання створюваних іонізатором носіїв заряду в приземної атмосфері. Наприклад, висота не менше 10 м, форма - куля, площа не менше 1 м ^2. При розрахунках враховують швидкість вітру, наявність інших концентраторів напруги, геологічна будова грунту та інші вагомі чинники. Встановлюють необхідної висоти стійку з електродом на ізоляторі, організовують заземлення, монтують допоміжне електрообладнання і силовий перетворювач напруги.

Таким чином, забезпечується безперебійне постачання енергією автономного електрообладнання за рахунок дармовий сили атмосферного електричного поля. Пристрій вигідно відрізняється відсутністю рухомих деталей, простотою необхідних конструктивних елементів і легкістю їх транспортування. Воно більш надійно, ніж всі відомі досі пристрою автономного енергопостачання, включаючи вітрові генератори і сонячні батареї, так як електричне поле атмосфери слабо залежить від пори року, існує цілодобово і є в будь-якій точці земної кулі.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

Пристрій для отримання енергії з електричного поля атмосфери, що включає електроди, рознесені вздовж силових ліній поля, нижній з яких є заземлителем, несучу конструкцію з оточеними атмосферою електродами, іонізатори атмосферного газу, конструктивно суміщені з зовнішньою поверхнею цих електродів, що відрізняється тим, що між рознесеними уздовж силових ліній поля електродами включена навантаження, при відсутності контакту пристрою з планетою зовнішня поверхня всіх оточених атмосферою електродів конструктивно поєднана з ионизаторами атмосферного газу, струмопровідні частини пристрою, що знаходяться під напругою, електрично ізольовані від несучої конструкції.

Версія для друку
Дата публікації 15.02.2007гг

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