| 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 RU2098650
ПЕРЕТВОРЮВАЧ ЕНЕРГІЇ
Ім'я винахідника: Пивоваров Лев Володимирович [UA]; Борисов Борис Павлович [UA]; Дегтярьов Олександр Іванович [UA]; Нестеренко Володимир Михайлович [UA]
Ім'я патентовласника: Слов'янський державний педагогічний інститут (UA)
Адреса для листування:
Дата початку дії патенту: 1992.12.25
Використання: електроенергетика. Суть винаходу: перетворювач теплової енергії в електричну містить парогазосіловой і холодильний блоки, блок перетворення теплової енергії в механічну енергію зворотно-поступального руху намагніченого поршня і блок перетворення механічної енергії руху поршня в електричну енергію, які конструктивно об'єднані в одному загальному енергоблоці, виконаному у вигляді загального герметично закритого вакуум-циліндра. Є і геліо- або теплові концентратори і автоматична система орієнтації перетворювача на максимальну щільність сонячного потоку.
ОПИС ВИНАХОДИ
Винахід відноситься до галузі електроенергетики, до техніки переробки теплової енергії газу або пари в електричну енергію і використання її для електропостачання космічних літальних апаратів, різних технологічних систем або промислових об'єктів народного господарства в земних умовах.
У літературі описані різні типи перетворювачів теплової або механічної енергії в електричну джерела струму: сонячні електрогенератори (СЕГ); термоелектричні електрогенератори (ТЕГ); термоемісійні перетворювачі (ТЕП); фотоелектронні перетворювачі (фотоелементи, сонячні батареї); джерела струму, що використовують енергію атомного розпаду (атомні батареї) [1-8] Їх основний недолік малий ККД
Електромагнітні генератори, що перетворюють механічну енергію в електричну, найбільш поширений вид джерел струму, основа сучасної енергетики. Вони можуть бути класифіковані за потужністю, за призначенням і особливостям експлуатації (стаціонарні, транспортні, резервні і т.д.), по ряду первинного двигуна (дизель-генератори; турбо- і гідрогенератори), по робочому тілу (пар, газ, вода) . Завдяки тривалому теоретичного, конструктивного і технологічного вдосконалення характеристики цього типу джерел струму досягли значень, близьких до граничних. Їх недолік обмежена область застосування.
Найбільш близьким до пропонованого пристрою (прототип) є перетворювач теплової енергії в електричну [9] Зазначений перетворювач містить газопаросіловой і холодильний блоки, робочу вакуум-камеру з рухомим поршнем постійним магнітом і робочим середовищем, силові котушки індуктивності, геліо- або теплові концентратори, автоматичну систему орієнтації перетворювача енергії на максимальну щільність теплового, наприклад сонячного потоку, при цьому парогазосіловой і холодильний блоки, блок перетворення теплової енергії в механічну енергію зворотно-поступального руху намагніченого поршня і блок перетворення механічної енергії руху поршня в електричну енергію конструктивно об'єднані і суміщені в одному загальному енергоблоці , виконаному у вигляді загального герметичного, закритого вакуум-циліндра, забезпеченого функціональними елементами, необхідними для роботи.
Одним з головних недоліків цього пристрою є відсутність органів управління параметрами системи та її функціональними внутрішніми і зовнішніми зв'язками, автоматично забезпечують оптимальні вихідні характеристики перетворювача теплової енергії в електричну.
Завданням винаходу є усунення зазначеного недоліку перетворювача.
Для вирішення поставленого завдання в перетворювачі теплової енергії в електричну, що містить перераховані істотні ознаки, додатково встановлюють нагнітають і напірні керовані клапани, датчики тиску і датчики наявності поршня, рухливі керовані заслінки, накопичувач електричної енергії і розподільні діоди.
 |
 |
 |
 |
 |
 |
 |
На фіг. 1 показані блок-схеми варіантів перетворювача енергії: а з двома парогазосіловимі блоками; б з одним парогазосіловим блоком; на фіг. 2-3 варіанти схем перетворювача енергії: на фіг. 2 з двома газосіловимі блоками; на фіг. 3 з одним газосіловим блоком; на фіг. 4 варіант схеми герметичній циліндричної камери, в якій об'єднані робочі камери теплового блоку, холодильника і електромагнітного генератора; на фіг. 5 - якісні терміни їх виконання магнітного потоку і ЕРС, индуктироваться рухомим поршнем в одній з обмоток соленоідального генератора; на фіг. 6 |
На кресленнях (крім фіг. 7) прийняті наступні позначення: 1 парогазосіловой блок; 2 електромагнітний генератор струму; 3 накопичувач електричної енергії; 4 парогазової робоче тіло; 5 потік теплової енергії зовнішнього джерела; 6 герметично закрита циліндрична камера; 7 геліоконцентратора; 8 рухливий екран теплового потоку; 9 - електромагнітний клапан; 10 клапан; 11 реле тиску; 12 котушки індуктивності; 13 циліндричний поршень; 14 накопичувач енергії; 15 - розподільний діод; 16 датчик положення поршня; 17 фланцеві з'єднання; 18 сполучні трубопроводи; 19 теплоізоляційні кільця; 20 обвідні трубопроводи; 21 електромагнітний клапан; 22 кільцевої магнітопровід; 23 сідло клапана і наполеглива шайба; 24 силова котушка індуктивності, яка фіксує положення поршня; 25 внутрішні радіатора ПГС-блоку.
Перетворювач забезпечений і автоматичною системою орієнтації на джерело теплової енергії (наприклад, на потік сонячної енергії).
Як видно з фіг. 2, 3, в розглянутому перетворювачі енергії парогазосіловая установка, парогазова машина і генератор електричної енергії конструктивно суміщені і об'єднані герметично закритій циліндричної камерою, забезпеченою двома робочими тілами: парогазосіловой сумішшю і твердотілим поршнем постійним магнітом, а й геліоконцентратора, котушками індуктивності, системою клапанів, датчиків, реле і накопичувачів електричної енергії. Основні термодинамічні і електродинамічні процеси протікають в перетворювачі наступним чином.
Припустимо (фіг. 1, б), в початковий момент часу поршень 13 в каналі 6 займає довільне положення, а заслінки 8 закривають обидва конwа герметично закритого циліндра 6. Тоді клапани 9, 10 вільні, у всіх областях каналу встановлюється постійне мінімальний тиск і низька температура, при яких робоче тіло газ (пар) знаходиться в зниженому стані. Причому ця рідинного середовища займає дуже малу частину обсягу всього циліндра 6.
У вихідному положенні перетворювача екрани 8 перекривають потік променів 5 зовнішніх джерел тепла зліва і справа, тому температура і тиск газу в камерах мінімальні, поршень 13 знаходиться в лівій частині циліндра, положення поршня фіксоване магнітним полем котушки 16, електроклапан утримується струмом в закритому положенні (через контакти реле тиску 11), клапан 21 (фіг. 4) закритий.
У момент часу t 1 автоматично відкривається, наприклад, екран зліва і теплова енергія від зовнішнього джерела тепла 5, посилена тепловим концентратором 7, надходить на поверхню лівої паросилова установки. Коли температура і тиск газу в ній зростуть до заданої (встановленої) величини, спрацьовує реле тиску 11, контакти якого відключають електрореле і котушку фіксації поршня 16, клапан 9 відкривається, звільнений поршень під тиском пари переміщається в праве крайнє положення, здійснюючи на своєму шляху механічну роботу. В кінці шляху праворуч положення поршня 13 фіксується полем і електромагнітними реле правою котушки 16, а контакти 10 замикаються.
Для демпфірування поршня в кінці шляху служить трубопровід 20, що з'єднує камеру паросилового блоку і камеру робочого циліндра через електромагнітний клапан 21, керований автоматично (фіг. 4), коли поршень входить в прикордонну зону, клапан 21 відкритий і газ через трубопровід 20 частково надходить на фронтальну площину поршня, погашаючи його механічну енергію. Коли становище поршня фіксоване і в момент відкриття клапана 9 клапан 21 закритий.
У момент фіксації положення поршня справа автоматично екран 8 повертається у вихідне положення, закриваючи доступ променистої теплової енергії до лівого паросиловому блоку.
На цьому закінчується прямий робочий хід поршня перетворювача.
Потім протягом деякого інтервалу часу 
t відбувається повне охолодження всіх блоків перетворювача, а параметри парогазожідкостной середовища всередині циліндра і камер відновлюються, приймають початкове значення. Охолодження в інтервалі часу може бути природне або примусове.
Далі автоматично відчиняються праві заслінка (екран) 8, розігрівається правий паросилова блок, температура і тиск в якому досягають заданих значень за допомогою реле тиску 11, праворуч відкривають клапан 10, звільняють поршень і переміщують його в ліве прикордонне положення, де він гальмується і фіксується.
Так закінчується зворотний робочий хід поршня 13.
Потім процес триває. Переміщаючись усередині по осі соленоїдальних кільцевих котушок індуктивності 12, поршень постійний магніт 13 индуктирует в них електрорушійну силу, пропорційну індукції поля поршня, швидкості його руху, числу витків котушки і величиною повітряного зазору між феромагнітним екраном 22 котушок і поршнем (цей зазор дорівнює подвоєною товщині стінок робочого циліндра перетворювача).
Оскільки полярність индуктированной е.р.с. залежить від напрямку руху поршня, для заряду накопичувачів 4 використовуються два розподільних діода 15. При прямому ході поршня заряджається один (наприклад, правий) накопичувач, при зворотному ході поршня заряджається лівий накопичувач.
Щоб більш ефективно нагрівати парогазову середу паросилових установок в умовах Космосу, останні забезпечені внутрішніми радіаторами 25.
Клапан 10 управляється тиском газопарові середовища. Теплоізоляційні кільцеві вставки 18 служать для зменшення тепловіддачі парогазових блоків по поверхні перетворювача.
Таким чином, в перетворювачі теплова енергія перетворюється в механічну енергію зворотно-поступального руху, а остання в електричну енергію, що накопичується в акумуляторах.
Схема перетворювача енергії по фіг. 3 працює аналогічно схемі по фіг. 1, б, але зворотно-поступальний рух здійснюється періодичним нагріванням і охолодженням одного парогазосілового пристрою за допомогою періодичного перемикання керованих електромагнітних клапанів 9. Перетворювач має одну заслінку 8, керовану автоматично за допомогою датчиків і реле положення поршня, а й датчиків і реле максимального тиску.
На фіг. 4 показаний схематично в розрізі герметично закритий канал 6 з поршнем 13, обхідними трубопроводами 20 і допоміжними елементами автоматичного керування перетворювачем.
Перетворювач енергії, що працює в космічних умовах, відчуває значні інерційні сили реакції. Це випливає, наприклад, з закону збереження кількості руху. Часткова компенсація реактивних (інерційних) сил можлива шляхом жорсткого з'єднання двох або більше ідентичних паралельних робочих каналів, в яких рух поршнів відбувається з фазовим зрушенням 2 
/ n
ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ
1. Апарісіо Р. Р. Гарф Б.А. Використання сонячної енергії. М. 1958. Використання сонячної енергії при космічних дослідженнях. Зб. ст. Пер. з англ. М. +1964.
2. соминське М. С. Сонячна установка для використання сонячної радіації. М. 1966.
3. Ласло Т. Оптичні високотемпературні печі. Пер. з англ. М. 1968. Наступні
4. Вейнберг В.Б. Оптика в установках для використання сонячної енергії. М. 1959.
5. Андрєєв В.П. Сабінін Ю.А. Основи електроприводу, 2-е вид. М.-Л. 1963.
6. Іоффе А.Ф. Напівпровідникові термоелементи. М.-Л. 1 958.
7. Бурштейн А.І. Фізичні основи розрахунку напівпровідникових термоелектричних пристроїв. М. тисячу дев'ятсот шістьдесят дві.
8. Богородицький А.Г. Пасинків Б.П. Тареев Г.К. Електротехнічні матеріали. М. +1986.
9. Уокер Г. Двигуни Стірлінга. М. Машинобудування, 1985, с.366-367, рис. 176, с.с. 215-217, рис. 9.13.
ФОРМУЛА ВИНАХОДУ
Перетворювач теплової енергії в електричну, що містить газопаросіловой і холодильний блоки, робочу вакуум-камеру з рухомим поршнем постійним магнітом і робочим середовищем, силові котушки індуктивності, геліо або теплові концентратори, автоматичну систему орієнтації перетворювача енергії на максимальну щільність теплового, наприклад, сонячного потоку, при цьому парогазосіловой і холодний блоки, блок перетворення теплової енергії в механічну енергію зворотно-поступального руху намагніченого поршня і блок перетворення механічної енергії руху поршня в електричну енергію конструктивно об'єднані і суміщені в одному загальному енергоблоці, виконаному у вигляді загального герметичного закритого вакуум-циліндра, забезпеченого функціональними елементами, необхідними для роботи, який відрізняється тим, що він додатково містить нагнітають і напірні керовані клапани, датчики тиску і датчики наявності поршня, рухливі керовані заслінки, накопичувач електричної енергії і розподільні діоди.
Версія для друку
Дата публікації 10.01.2007гг
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.