Патент ссср 154625

 

1(ласс H 02k; 21g, 35

СССР

ОПИСЛНИК MSOEPETEHMR

1К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ПОГ7ииснап грд,zzia Л" 97

И. С. )Келудев и В. А. Юрин

СПОСОБ НЕПОСРЕДСТВЕННОГО ПРЕОБРАЗОВАНИЯ

ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ В ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ

Заявлено 17 Гиоля 1962 г. за М789669/24-7 в Ко"!итет IIO делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Опубликовано в «Бюллетене изобретений и товарных знаков» хз 10 за 1963 г.

Известный (предложен в Канаде и США) емкостный способ непгсре,ственного преобразования тепловой энергии в электри1ескую, основанный на использовании резкой зависимости сегнетоконденсаторов от тсмпературы выше точки К!ори (т. е. в несегнетоэлектрической фазе), нмсст существенные недостатки: требует наличия в схеме преобразователя источника постоянного напряжения (батареи), .1ает воз!х!0>кность вести преобразование только прн нагревании материала (т. е. в одном полуцикле) . (тощЕИЗВЕСтНОЕ ПрЕООраЗОВаНИЕ тЕПЛОВОй ЭНЕРГИИ НЕПОСрЕдетВЕННО

В Э,IС1;ТРИЧССК1 Ю ПУTСЗI !!ОПЕРЕЗ!ЕННОГО НЗГОЕВЗНИЯ И О.хЛа)КДЕНИЯ KPIIсталлов пироэлектрика такзке имеет сущсственньш недостаток, заключы!Ощ!!йся В то х1, что неоо .Одимое д;!я реализац!Iи пl!роэффекта з!Онодоз!сннос состоя!1ие ссГнетоэ.1еl:трика, по;I чаемое 11pli пол ярнзации В постоянном поле, устойчиво по отнсшению к внешним воздействиям, ч Го исклк част воза!0>кность надежного преобразования тепла в электричество. (.х щность IIOBQI 0 спосооа зак:lючастся в том, ITQ поляризОВанныи кр1!сталл предварительно облучают гамма-лучами, а операции нагрева. и Ох;1",жде1= ия произВОдят при Откл!Оченной нa! pузке, котоpую подк.110чают к электродам кристалла в пауза.: между указанными операциям!i.

Осуществление этого способа повышает к.п.д. преобразователя энергии

l! i стс йчивость его работы.

Ниже приводится описание способа непосредственного преобразогання теплоьой энергии в электрическую на примере облученного кристалла триглицинсульфата (ХНзСНзСООН) з На50 (сокращенно ТГС), № 154625 наиболее удобного из серии кристаллов, в которых возможно получение устойчивых монодоменных состояний.

На фиг. 1 изображена зависимость спонтанной поляризации Р„ диэлектрической проницаемости в, пиропостоянной у и величины отношения у - /е от температуры вблизи точки Кюри Тк облученного кристалла ТГС; на фиг. 2 условно изображена пластинка у — среза ТГС с нанесенными на нее электродами; на фиг. 3 — электрическая схема осушествления описываемого способа.

Пластинка (фиг. 2) заполяризована (монодоменизирована) постоячным полем, облучена и закорочена (зазоры между поверхностями пластины и электродами условны). На поверхностях пластины, прилегающих к электродам, показан связанный заряд о„обусловленный спонтанной поляризацией ТГС, а на пластинах — свободный заряд и„ компенсирующий связанный (оо — — - о,) . На фиг. 2а значение о, = — п„соответствует комнатной температуре. Вследствие компенсации свободных и связанных зарядов разности потенциалов между обкладками нет.

При нагревании пластины с разомкнутыми электродами происходит уменьшение о, (в соответствии с фиг. 1) до значения a,=î... часть свободного заряда FIa обкладках раскомпенсируется и создает поле Еи (поле пирозарядов), а следовательно, и разность потенциалов (фиг. 2,б). Поле вызывает индуцированную поляризацию Р,, характеризующуюся диэлектрической проницаемостью в на фиг. 1.

Из фиг. 2б видно, что

Разность потенциалов U „= E „d, где d — толщина пластины. мая приближенно для небольшого изменения температуры

dP, ЬР, f=:г/Т = Т "олучим ЬР,= "i Т

Прини(2) Подставляя (2) в (1), получаем

4х ЬР, 4- "; Ь Т и

Электрическая энергия, запасенная в единице объема ТГС на участке Ò, составит

Еи - 2 (a Р,) - 2г(Ь Т)

При заданном значении 4 Т наиболее выгодный (оптима IbHblH) у гасгок для получения электрической энергии будет локализоваться около температуры, соответствующей максимальному значению у - /в (фиг. 1) .

Запасенную электрическую энергию отводят в нагрузку (фиг. 3).

При последующем охлаждении разомкнутой пластины, заряды с которой были перед этим отведены в нагрузку, происходят те же самые явления с той лишь разницей, что знак Еи (следовательно, и Un), будет про;ивоположен знаку Еи (и (/n) при нагревании. Чередуя нагрев пластины с охлаждением, можно получать разность потенциалов разных знаков.

Согласно изобретению (на основе исследований, выполненных на облученных кристаллах ТГС): возможно получение рабочего напряжения в 10 кв и устойчивая работа при к.п.д., равном 2,0 — 2,5О/, и удельной мощности 10 — !5 вт/кг; при использовании других материалов

¹ 154625 возможно более эффективное преобразование энергии; преобразователи подобного типа могут найти применение на вращающихся спутниках земли, на морских буях и т. и. установках, где имеет место чередование нагрева и охлаждения.

Предмет изобретения

Способ непосредственного преобразования тепловой энергии в электрическую, заключающийся в попеременном нагревании и охлаждении поляризованного в постоянном электрическом поле кристалла пироэлектрика и отводе возникающих при этом электрических зарядов к приемнику электроэнергии, отл ич а ю щи и ся тем, что, с целью повышения к.п.д. преобразователя энергии и обеспечения его устойчивой работы, поляризованный кристалл предварительно облучают гамма-лучами, а операции нагрева и охлаждения производят при отключенной нагрузке, которую подключают к электродам кристалла в паузах между указанными операциями.

Pfo 154Я5,яа

250

Ы

Фиг Г

Фаг. 3

Составитель А. Юфин

Редактор A. Вайсберг Техред А. А. Камышникова Корректор Г. Опарина

Г1одп. к печ. 20/ Л1 — 63 г. Формат бум. 70X108 /щ Объем 0,26 изд. л.

3 ак. 101З11 Тираж 1225 Цена 4 коп.

ЦНИИЛИ Государственного комитета по делам изобретений и открытий СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4.

Типография, пр. Сапунова, 2.

30 Риг f

С0) Z0ю!

Р; — c;

Еп

У

" 1