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 RU2216828

СПОСІБ ТЕРМОЕЛЕКТРИЧНОГО ПЕРЕТВОРЕННЯ ЕНЕРГІЇ

Ім'я винахідника: Грачов Г.М .; Никифоров О.О .; Трашкеев С.І.
Ім'я патентовласника: Никифоров Олексій Олександрович
Адреса для листування: 630097, Новосибірськ-97, а / я 21, В.В.Скорому
Дата початку дії патенту: 2001.08.07

Винахід відноситься до галузі енергетики, зокрема до перетворювачів теплової енергії в електричну, і може використовуватися при створенні перетворювачів прямої дії, що перетворюють теплову енергію безпосередньо в електричну з високим коефіцієнтом корисної дії. Згідно винаходу спосіб термоелектричного перетворення енергії включає розміщення при різних температурах двох різнорідних елементів, при цьому елементи виконують у вигляді електродів з різнорідними фізико-хімічними властивостями поверхонь, які мають у своєму розпорядженні між собою з зазором, при цьому зазор заповнюють токопроводящей рідиною з нелінійними анізотропними властивостями. Технічним результатом винаходу є підвищення ефективності перетворення енергії.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до галузі енергетики, зокрема до перетворювачів теплової енергії в електричну, і може використовуватися при створенні перетворювачів прямої дії, що перетворюють теплову енергії безпосередньо в електричну з високим коефіцієнтом корисної дії (ККД).

В даний час в усьому світі дуже актуальною стає завдання по створенню простих, надійних і дешевих перетворювачів прямої дії, що перетворюють безпосередньо теплову енергію в електричну за високим, більш 50%, ККД. Багато в чому це пов'язано з тим, що зараз для вироблення електроенергії людство використовує непоновлювані природні ресурси, які, до того ж, при спалюванні утворюють викиди в атмосферу парникових газів, які порушують екосистему Землі і призводять до глобального потепління.

Відомий спосіб прямого перетворення енергії, що використовує фотоефект (див. Фізичнаенциклопедія, М., 1998 р, т.5, стор. 368-369). Спосіб полягає в опроміненні з'єднаних між собою пластин з напівпровідникового матеріалу n-типу і р-типу квантами світлової енергії, під дією якої в матеріалі утворюються вільні носії зарядів, а значить, може протікати постійний електричний струм.

До недоліків фотоелектричних перетворювачів слід віднести, по-перше, низький ККД. Це пов'язано з тим, що фотоефект проявляється в основному під впливом видимого і ультрафіолетового випромінювання. Тому для кращих перетворювачів коефіцієнт перетворення сонячного випромінювання - відношення електричної потужності, що розвивається перетворювачами в номінальному навантаженні, до падаючої світлової потужності досягає 15-18%.

По-друге, віддача потужності від фотоелектричних перетворювачів зазвичай не перевищує кількох десятків Вт / м ^2. Отже, для створення потужних перетворювачів потрібна значна площа.

Найбільш близьким до заявляється технічному рішенню (прототипом) є спосіб прямого термоелектричного перетворення енергії (див. Фізичнаенциклопедія, М., 1998 р, т.5, стор. 99), заснований на ефекті Зеєбека, що включає розміщення при різних температурах двох з'єднаних між собою різнорідних провідних елементів з напівпровідникових матеріалів.

Основним недоліком відомого способу перетворення енергії, як і для вищенаведеного аналога, є низький ККД, що не перевищує для кращих напівпровідникових перетворювачів 15%. При цьому для отримання перетворювача потужністю кілька Вт потрібно з'єднання декількох сотень елементів, що істотно підвищує собівартість такого пристрою і трохи придатне для широкого застосування.

Винахід направлено на вирішення завдання щодо усунення зазначених недоліків, а саме на створення способу термоелектричного перетворення енергії з високим ККД, придатного для застосування в пристроях, призначених для широкого застосування.

Поставлена ​​задача по створенню способу термоелектричного перетворення енергії, що включає розміщення при різних температурах двох різнорідних елементів, вирішена тим, що елементи виконують у вигляді електродів з різнорідними фізико-хімічними властивостями поверхонь, які мають у своєму розпорядженні між собою з зазором, при цьому зазор заповнюють токопроводящей рідиною з нелінійними анізотропними властивостями. Виконання електродів з різнорідними фізико-хімічними властивостями поверхонь і заповнення зазору між ними токопроводящей рідиною з нелінійними анізотропними властивостями дозволяє створити принципово новий спосіб термоелектричного перетворення енергії.

Доцільно різнорідність поверхонь електродів забезпечити за рахунок різної енергії молекулярного взаємодії контактних поверхонь електродів з анізотропної проводить рідиною. При цьому ефективність способу термоелектричного перетворення енергії тим вище, чим вище відмінність енергії зв'язку між контактними поверхнями електродів і анізотропної проводить рідиною.

Вигідно отримати відмінність в енергії молекулярного взаємодії контактних поверхонь електродів з анізотропної проводить рідиною за рахунок різного ступеня шорсткості їх поверхні, або за рахунок хімічного травлення контактних поверхонь електродів, або за рахунок механічного натирання контактних поверхонь електродів в різних напрямках.

Ефективно використовувати в якості анизотропной провідної рідини склад на основі рідких кристалів і розчинника, який підвищує електропровідність анизотропной рідини за рахунок появи вільних радикалів.

Вигідно для підвищення ефективності перетворення енергії використовувати в якості рідких кристалів нематический рідкий кристал (НЖК).

Заявляється спосіб термоелектричного перетворення енергії не має аналогів серед відомих на сьогоднішній день в електроенергетиці способів прямого перетворення енергії, що дозволяє зробити висновок про те, що він відповідає критерію "винахідницький рівень".

На фіг. 1 представлений макет пристрою, що реалізує заявляється спосіб термоелектричного перетворення енергії, а на фіг.2 наведена залежність напруги між електродами, віднесеного на 1 градус різниці температур електродів, в залежності від температури анізотропного рідини (середньої температури між електродами).

Макет пристрою (фіг. 1) включає електрод 1 (що складається з діелектричної підкладки 3 з струмопровідних шаром 2) і електрод 4 (до складу якого входять діелектричної підкладки 3 з струмопровідних шаром 2), між якими поміщена анізотропна рідина 5. Електроди 1 і 4 з'єднані між собою через резистор навантаження 6, напруга на якому контролюється вольтметром 7. з боку електрода 1 був підведений потік теплової енергії, а з боку електрода 4 відводився тепловий потік. На фіг.2 наведено графік 8 - залежність напруги між електродами, віднесеного на 1 градус температури, в залежності від середньої температури анізотропного рідини, а лініями 9 відзначений коридор виникаючих флуктуацій.

Заявляється спосіб здійснюють наступним чином. Електрод 1 нагрівають до температури Т1, а електрод 4 підтримують при температурі Т2. Під дією градієнта температури, пропорційного Т1-Т2, анізотропна проводить рідина починає по різному взаємодіяти з електродами 1 і 4, що пов'язано з різною енергією молекулярного взаємодії контактних поверхонь електродів з анізотропної проводить рідиною, тому що електроди виконані з одного і того ж матеріалу, але мають різні фізико-хімічними властивостями по відношенню до рідкої провідному середовищі 5. Різні енергії зв'язку молекул робочого середовища створюють всередині обсягу провідної рідини 5 градієнт вільної енергії, що призводить до різних за амплітудою тепловим флуктуацій в орієнтації лінійних молекул уздовж осі, перпендикулярної площині електродів. Якщо при цьому в середовищі знаходяться вільні носії заряду (електрони і / або вільні радикали, що відкололися від молекул НЖК під впливом розчинника), причому носії одного знака практично нерухомі, а інші можуть легко переміщатися всередині обсягу, то відбувається їх поділ, яке можна інтерпретувати, як якийсь аналог контактної різниці потенціалів. На відміну від звичайної контактної різниці потенціалу між двома різнорідними металами в нашому випадку ефект спостерігається в хімічно однорідному речовині. При наявності градієнта температури і можливості взаємодії носіїв заряду з електронами електродів 1 і 4 виникає електричний струм і реєструється різниця потенціалів між електродами 1 і 4 приладом 7, а через резистор навантаження 6 починає текти струм. Згідно з графіком 8 максимальне значення величини напруги, віднесене на градус різниці температур (Т1-Т2), в ході експерименту досягало 3.6 В при середній температурі між електродами 95 ^o С. Більш високі значення температури не піднімали через можливість руйнування обраного типу НЖК. При температурах, близьких до граничних, ККД заявляється способу досягав 50% і більше.

Виявлений ефект виникнення різниці потенціалів між електродами був перевірений в різних варіантах виконання макета термопреобразователя енергії.

Варіант 1

В якості підкладок електродів використовувалися скляні пластини, на які напиленням був нанесений шар окису індію (In ₂ O _3). Процес напилення проводився при різних кутах до напиляемой поверхні, завдяки чому вдалося створити різну шорсткість поверхонь. Як анизотропной провідної рідини використовувався склад на основі НЖК (метоксібензіліден). ККД макета становив не менше 53% при температурі 95 ^o С.

Варіант 2

В якості підкладок електродів використовувалися скляні пластини, на які напиленням був нанесений шар, що складається з суміші окису олова (SnO) і окису індію (In ₂ O _3). Після напилення поверхні електродів були піддані хімічному травленню, ніж та були створені умови для виникнення різних енергій зв'язку молекул анізотропної провідної рідини з провідним матеріалом електродів. Як анизотропной провідної рідини використовувався склад на основі НЖК (октил-ціано-бифенил). ККД макета становив не менше 57% при температурі 95 ^o С.

варіант 3

В якості підкладок електродів використовувалися кварцові пластини, на які напиленням був нанесений шар окису олова (SnO). Після напилення поверхні електродів були піддані механічному натирання в різних напрямках (кругове обертання і прямолінійний рух), ніж та були створені умови для виникнення різних енергій зв'язку молекул анізотропної провідної рідини з провідним матеріалом електродів. Як анизотропной провідної рідини використовувався склад на основі НЖК (пентил-ціано-бифенил). ККД макета становив не менше 48% при температурі 95 ^o С.

Таким чином, заявляється спосіб дозволяє створити принципово новий клас теплоелектріческіх перетворювачів з високим ККД і доступних для широкого застосування.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб термоелектричного перетворення енергії, що включає розміщення при різних температурах двох різнорідних елементів, що відрізняється тим, що елементи виконують у вигляді електродів з різнорідними фізико-хімічними властивостями поверхонь, які мають у своєму розпорядженні між собою з зазором, при цьому зазор заповнюють токопроводящей рідиною з нелінійними анізотропними властивостями .

2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що різнорідність за фізико-хімічними властивостями контактних поверхонь електродів досягається за рахунок різної енергії молекулярного взаємодії з анізотропної проводить рідиною.

3. Спосіб за п. 2, який відрізняється тим, що відмінність в енергії молекулярного взаємодії контактних поверхонь електродів з анізотропної проводить рідиною досягається за рахунок різного ступеня шорсткості їх поверхні, або за рахунок їх хімічного травлення, або за рахунок механічного натирання поверхонь в різних напрямках.

3. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в якості анизотропной провідної рідини використовують склад на основі розчину рідких кристалів в розчиннику.

5. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що в якості рідких кристалів використовують нематический рідкий кристал.

Версія для друку
Дата публікації 13.02.2007гг

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