Преобразователь энергии перепада температур с жидкометаллическим электродом


 


Владельцы патента RU 2526535:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Комсомольский-на-Амуре государственный технический университет" (ФГБОУВПО "КнАГТУ") (RU)

Изобретение относится к емкостным преобразователям энергии и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с достаточным периодическим перепадом температур. Устройство содержит две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая, подвижная, выполнена из жидкого металла, например, ртути. Устройство также содержит брусок из любого диэлектрического термочувствительного материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры. Второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании. Между неподвижной пластиной конденсатора и незакрепленным концом бруска из диэлектрического термочувствительного материала помещен материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например, сегнетоэлектрик. При этом одна часть диэлектрика плотно закреплена к неподвижной пластине емкости, а противоположная часть обращена к незакрепленному концу бруска. Между этой частью сегнетоэлектрика и концом бруска устанавливается небольшой воздушный зазор, в котором помещается небольшое количество ртути. Таким образом, устройство образует емкость, в которой в качестве одной из подвижных пластин служит жидкий металл, например, ртуть. Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты, необходимые для заряда емкости. Техническим результатом является повышение полученного напряжения на нагрузке. 1 ил.

 

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно - к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с достаточным периодическим перепадом температур, например дневных и ночных, либо в полете искусственного спутника Земли на орбите при вхождении в тень планеты и выходе из нее. Устройство преобразует энергию перепада температур, например между днем и ночью, в электрическую энергию.

Известны емкостные преобразователи энергии низкого напряжения в высокое, например, высоковольтный электростатический генератор, изобретенный в 1931 году Робертом Дж. Ван-де-Граафом в Массачусетстком технологическом институте (1-3), и им подобные. Известны также параметрические емкостные преобразователи: конденсатор с подвижными пластинами (4-5). Сначала пластины сведены так, что емкость конденсатора максимальна. Емкость заряжают от внешнего источника электрической энергии. Затем прикладывают механическую силу, растягивая пластины на некоторое расстояние. В результате емкость его падает, а напряжение на обкладках растет. Затем подключают нагрузку, и весь заряд с высоким напряжением стекает в нее.

В известном устройстве часть подвижной диэлектрической ленты, составляющая емкость, заряжается напряжением возбуждения при большой емкости этой части. Затем с помощью электродвигателя, вращающего ленту, эта часть с зарядом перемещается на значительное расстояние от начального положения. При этом емкость уменьшается, напряжение соответственно вырастает. При достижении минимальной емкости и максимального напряжения емкость разряжается на полую сферу. Таким образом, увеличивается начальное напряжение за счет энергии, затрачиваемой на механическое перемещение ленты.

Необходимость затрачивать электроэнергию, питающую электродвигатель для перемещения ленты, является недостатком.

Задачей настоящего изобретения является устранение данного недостатка за счет использования возобновляемой энергии перепада температур днем и ночью.

Техническим результатом является отсутствие затрат электроэнергии на движение пластины емкости за счет использования возобновляемой экологически чистой энергии перепада температур во внешней среде.

Сущность изобретения следующая. На фигуре представлены: а)-положение системы при высокой температуре t°max, емкость заряжается до напряжения возбуждения Ub; б) - положение системы при низкой температуре t°min, система разряжается на нагрузку высоким напряжением.

Устройство содержит две пластины емкости, одна из которых 1 закреплена неподвижно, а вторая 2 подвижная выполнена из жидкого металла, например ртути. Устройство также содержит брусок 3 из любого диэлектрического термочувствительного материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, например из полиэтилена. Один конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании, а второй может перемещаться. Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры, удлиняясь при росте внешней температуры и сокращаясь в длине при снижении температуры.

Между неподвижной пластиной конденсатора и незакрепленным концом бруска 3 из диэлектрического термочувствительного материала помещен брусок 4 из материала, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например, сегнетоэлектрика. Этот брусок помещен таким образом, что одна его часть плотно закреплена к неподвижной пластине емкости, а противоположная часть обращена к незакрепленному концу бруска 3. Между этой частью бруска 4 и концом бруска 3 устанавливается небольшой воздушный зазор, в котором помещается небольшое количество ртути. Количество его берется таким, что при максимальном объеме зазора жидкий металл заполняет малую его часть, например 3-5%.

Общий объем зазора подбирается таким образом, что при максимальной температуре брусок 3 удлиняется, сжимает ртуть, и она заполняет весь этот зазор.

При минимальной температуре брусок 3 сжимается, объем зазора увеличивается, ртуть освобождается и стекает вниз, заполняя только малую часть зазора, например 3-5%.

Таким образом, устройство образует емкость, в которой в качестве одной из подвижных пластин служит жидкий металл, например, ртуть.

Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты 5, 6, необходимые для заряда емкости.

Устройство работает следующим образом.

При помещении устройства в пространство с высокой температурой брусок увеличивает свои размеры в осевом направлении, сжимает ртуть, и она заполняет весь зазор, плотно контактируя с материалом 4, имеющим высокую относительную диэлектрическую проницаемость. Одновременно ртуть, достигнув верхней точки зазора, касается контакта 6 и тем самым подключает емкость к источнику возбуждения постоянного тока, после чего конденсатор заряжается до напряжения возбуждения.

В этом случае емкость устройства будет максимальной и пропорциональной относительно диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами емкости, и площади всех пластин.

При понижении температуры, например, ночью брусок уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении, объем зазора увеличивается, ртуть освобождается и стекает вниз, заполняя только малую часть зазора, одновременно отключая емкость от источника возбуждения.

В этом случае емкость устройства вследствие уменьшения площади подвижной пластины емкости из ртути упадет пропорционально снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком и уменьшения площади подвижной пластин конденсатора. При этом емкость системы уменьшается, а напряжение на нагрузке вырастает. Далее процесс повторяется с периодическим падением и ростом внешней температуры.

Вследствие падения емкости на конденсаторе напряжение его пропорционально растет, и нагрузка получает напряжение, более высокое по сравнению с напряжением источника возбуждения за счет энергии перепада температур.

Источники информации

1. Хойзингтон Д. Основы ядерной техники. М.: Физика. 1961. - 397 с.

2. Комар Е.Г. Основы ускорительной техники. М.: Атомиздат, 1975. - 368 с.

3. «ScientificAmerican», подшивка 150, №3, 1934 г.

4. А.Бондер, А.В.Алферов. - «Измерительные приборы». М.: Издательство стандартов. 1986. Т. 1. - 390 с.

5. В.А.Ацюковский. «Емкостные дифференциальные датчики перемещения». М.: ГЭИ, 1960. - 480 с.

Преобразователь энергии перепада температур с жидкометаллическим электродом, состоящий из конденсатора, содержащего две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая выполнена из жидкого металла, который помещается в зазор между бруском из диэлектрического термочувствительного материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры и одним концом жестко закрепленным на неподвижном основании, а второй при этом может перемещаться, и бруском из материала, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, который одним концом плотно закреплен к неподвижной пластине, а противоположным концом обращен к незакрепленному концу диэлектрического бруска; источника возбуждения постоянного тока и контактов, необходимых для заряда емкости; при этом количество жидкого металла и объем зазора подбирается таким образом, что при максимальном удлинении бруска сжатая ртуть заполняет весь зазор, а при минимальном удлинении бруска ртуть заполняет только малую часть зазора.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с периодическим перепадом температур, например дневных и ночных.

Изобретение относится к области электротехники. .

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в источниках электропитания. .

Изобретение относится к электротехнике. .

Конвертор // 1347129
Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано для гальванического разделения сигналов управления применительно к исполнительным механизмам промьшшенной автоматики.

Изобретение относится к электротехнике и может быть применено в устройствах втоцичных источников электропитания. .

Изобретение относится к области магнитогидродинамической техники, в частности к системам нагружения МГД-генераторов и может быть использовано в энергетических МГД-установках промышленного масштаба.

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для управления преобразователями постоянного напряжения. .

Изобретение относится к области автоматики и электроники как средство для управления физическими процессами и может быть использовано в технологиях электрохимических измерений при экологических и океанографических исследованиях. Технический результат - уменьшение искажения сигнала, снимаемого с заземленной нагрузки при контроле управляемого тока, что повышает точность преобразования входного напряжения в выходной ток. Дополнительный технический результат - упрощение устройства. Сущность: устройство содержит первый резистор R1, первый вывод которого является входом устройства. Второй вывод R1 подключен к первому выводу второго резистора R2 и к инверсному входу операционного усилителя ОУ. Выход ОУ подключен ко второму выводу R2 и к первому выводу третьего резистора R3. Второй вывод R3 подключен к первому выводу четвертого резистора R4, второй вывод которого заземлен. Устройство содержит опорный резистор Roп, первый вывод которого является выходом устройства и к этому выводу подключен неинверсный вход ОУ. Второй вывод Rоп через элемент-повторитель Π подключен ко второму выводу R3. 4 ил.

Изобретение относится к области электротехники, а более конкретно к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с достаточным периодическим перепадом температур. Технический результат - увеличение числа срабатываний в несколько раз. Устройство имеет электронный блок управления, исполнительное устройство, две пластины емкости, одна из которых закреплена к приводу исполнительного устройства, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска из пластика (или из другого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры). Второй конец бруска из пластика жестко закреплен на неподвижном основании. 1 ил.

Изобретение относится к электротехнике, к емкостным преобразователям энергии, и может быть использовано для питания маломощных потребителей энергии в климатических условиях с достаточным периодическим перепадом температур, например дневных и ночных, либо в полете искусственного спутника Земли на орбите при вхождении в тень планеты и выходе из нее. Технический результат состоит в повышении удельной мощности. Устройство преобразует энергию перепада температур, например, между днем и ночью, в электрическую энергию. Электрическая прочность элегаза в несколько раз больше электрической прочности воздуха, что позволяет получить более высокие напряжения на выходе, чем в среде воздуха. При этом разряд повышенного напряжения происходит в среде элегаза под давлением. 1 ил.

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано в устройствах коммутации нагрузки с импульсным потреблением тока от источника постоянного напряжения. Технический результат - увеличение надежности аппаратуры управления, ресурса его работы, снижение уровня помех по цепям питания путем исключения экстремальных пусковых токов, а также упрощение технической реализации устройства. Решение этой задачи по первому варианту достигается тем, что коммутатор цепи питания содержит ключ (2), включенный в цепь источника питания (1) последовательно с нагрузкой (3), накопительный конденсатор (4) и полевой транзистор (5), включенные последовательно и подключенные к цепям питания параллельно нагрузке (3), стабилитрон (8), первый резистор (7) и второй конденсатор (6), образующие последовательную интегрирующую RC-цепочку, подключенную параллельно нагрузке, при этом второй конденсатор (6) интегрирующей RC-цепочки и стабилитрон (8) подключены к управляющему входу полевого транзистора. Решение этой задачи по второму варианту достигается тем, что коммутатор цепи питания содержит ключ (2), включенный в цепь питания последовательно с нагрузкой (3), накопительный конденсатор (4) и полевой транзистор (5), включенные последовательно и подключенные к цепям питания параллельно нагрузке (3), стабилитрон (8), два резистора (10, 7) и второй конденсатор (6), соединенные последовательно и подключенные параллельно нагрузке (3), при этом первый резистор (7) и второй конденсатор (6) образуют последовательную интегрирующую RC-цепочку, второй конденсатор (6) интегрирующей RC-цепочки подключен к управляющему входу полевого транзистора (5), стабилитрон (8) подключен параллельно интегрирующей RC-цепочке. Кроме того, в коммутатор цепи питания по первому и по второму вариантам введен дополнительный резистор (9), подключенный параллельно полевому транзистору (5) последовательно с накопительным конденсатором (4). Кроме того, в коммутатор цепи питания по первому и по второму вариантам введен диод (11), подключенный встречно параллельно накопительному конденсатору 6 - С1. 2н. и 4з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх