Преобразователь энергии перепада температур с электронным управлением

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 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 низкопотенциальные преобразователи энергии перепада температур емкостного типа, например, патент на изобретение №2489793, опубликован 10.08.2013, бюл. №22.

Известное устройство содержит две пластины емкости, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры. Второй конец этого бруска жестко закреплен на неподвижном основании. Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры и отодвигает или приближает подвижную пластину емкости к неподвижной, в зависимости от направления изменения температуры.

Между подвижной и неподвижной пластинами конденсатора помещен материал, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например, сегнетоэлектрик. Этот диэлектрик помещен между пластинами емкости таким образом, что одна его часть плотно закреплена к неподвижной пластине емкости, а противоположная часть обращена к второй подвижной пластине. Между этой частью сегнетоэлектрика и подвижной пластиной устанавливается небольшой воздушный зазор, который подбирается таким образом, что при максимальном удлинении бруска из пластика подвижная пластина плотно прижимается к нему, а при минимальном размере бруска из пластика подвижная пластина емкости отодвигается от сегнетоэлектрика, и образует воздушный зазор. Устройство образует емкость, одна из пластин которой является подвижной.

Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты, необходимые для заряда емкости в момент максимального сближения пластин, и для снятия напряжения в нагрузку Rн в момент их максимального раздвижения.

Известное устройство работает следующим образом.

Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры, и отодвигает или приближает подвижную пластину емкости, в зависимости от направления изменения температуры.

При помещении устройства в пространство с высокой температурой, брусок увеличивает свои размеры в осевом направлении и придвигает подвижную пластину к диэлектрику, имеющему высокую относительную диэлектрическую проницаемость, плотно прижимая ее к нему. В этом случае емкость устройства будет максимальной, и пропорциональной относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами емкости. В этом состоянии пластины подключаются к контактам источника возбуждения постоянного тока, после чего конденсатор заряжается зарядами до напряжения возбуждения. Далее источник возбуждения отключается и конденсатор отсоединяется от него.

При понижении температуры, например, ночью, брусок уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении и отодвигает подвижную пластину от диэлектрика, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, создавая зазор между ней и диэлектриком. В этом случае емкость устройства резко скачком упадет пропорционально снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком. При этом емкость уменьшается, а напряжение вырастает. Когда подвижная пластина отодвинется на максимальное удаление от неподвижной пластины, напряжение вырастает до максимума, контакт подключается к ней и разряжает ее в сеть на нагрузку. 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.

Недостатком известного устройства является возможность его работы только один раз в сутки, когда температура изменится и подвижная пластина емкости отойдет от твердого диэлектрика. Следующее срабатывание может произойти только после изменения температуры от min до max, когда подвижная пластина вновь подойдет к сегнетоэлектрику, плотно прижмется к нему, зарядится от источника возбуждения и отойдет от него, что возможно только в течение суток, когда температура внешней среды изменится от min до max и затем от max до min.

Задачей настоящего изобретения является устранение данного недостатка за счет устройства с электронным управлением и исполнительного устройства.

Преимуществом такого устройства по сравнению с известным является более частое срабатывание преобразователя, что увеличивает его эффективность в течение суток в число срабатываний раз.

Технический результат заключается в повышении эффективности работы устройства.

Устройство (фиг.) содержит блок управления 1, источник возбуждения 2, брусок 3 из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, исполнительное устройство 4.

Брусок 3 подбирается такой длины, чтобы при понижении температуры его длина уменьшалась на расстояние, большее, чем необходимо для создания одного воздушного зазора. Например, если зазор будет необходим значением 1 мм, то длина бруска 3 должна уменьшиться на расстояние 5 или 10 мм, в зависимости от расчета числа срабатываний.

На фигуре представлены:

а) - положение системы при высокой температуре - t° max, емкость заряжается до напряжения возбуждения Uв;

б) - положение системы при понижении температуры, система отключается от источника возбуждения, пластины раздвигаются и емкость разряжается на нагрузку;

в) положение системы при придвижении пластины емкости исполнительным устройством;

г) положение системы при втором срабатывании.

Преобразователь работает следующим образом. Так же, как и в прототипе, при помещении устройства в пространство с высокой температурой, брусок увеличивает свои размеры в осевом направлении и придвигает подвижную пластину к диэлектрику, имеющему высокую относительную диэлектрическую проницаемость, плотно прижимая ее к нему (положение "а" на фиг.). В этом случае емкость устройства будет максимальной, и пропорциональной, относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика, помещенного между пластинами емкости. В этом состоянии пластины подключаются к контактам источника возбуждения постоянного тока, после чего конденсатор заряжается зарядами до напряжения возбуждения. Далее источник возбуждения отключается, и конденсатор отсоединяется от него.

При понижении температуры, например, ночью, брусок уменьшает свои линейные размеры в осевом направлении и отодвигает подвижную пластину от диэлектрика, имеющего высокую относительную диэлектрическую проницаемость, создавая зазор между ней и диэлектриком (положение "б" на фиг.). В этом случае емкость устройства резко скачком упадет пропорционально снижению относительной диэлектрической проницаемости диэлектрика вследствие появления воздушного зазора между пластиной емкости и диэлектриком. При этом емкость уменьшается, а напряжение вырастает. Когда подвижная пластина отодвинется от неподвижной пластины и появляется между ними воздушный зазор, напряжение вырастает до максимума, контакт подключается к ней и разряжает ее в сеть на нагрузку. Вследствие падения емкости на конденсаторе, напряжение его пропорционально растет, и нагрузка получает напряжение, более высокое, по сравнению с напряжением источника возбуждения.

После того, как емкость разрядится на нагрузку, нагрузка отключится от емкости, и по команде с электронного блока управления 1 исполнительное устройство 4 передвигает пластину с сегнетоэлектрическим материалом к другой пластине до полного удаления воздушного зазора между ними и фиксируется в этом положении (положение "в" на фиг.). Емкость снова подключается к контактам источника, после чего конденсатор вновь заряжается до напряжения возбуждения. Брусок 3 продолжает сокращаться в размерах, и через некоторое время вновь появится воздушный зазор между пластинами емкости. (Положение "г" на фиг.). И снова, вследствие падения емкости на конденсаторе, напряжение его пропорционально растет, и нагрузка получает напряжение, более высокое, по сравнению с напряжением источника возбуждения.

Далее процесс повторяется.

Преобразователь энергии перепада температур, состоящий из емкости, одна пластина которой закреплена неподвижно, а вторая закреплена на подвижном диэлектрическом материале, который передвигается при помощи энергии электродвигателя, и имеет возможность отдаляться и приближаться к неподвижной пластине, источника возбуждения, и контактной системы, обеспечивающей заряд емкости при сближении пластин и разряд при максимальном их отдалении, отличающийся тем, что брусок из любого диэлектрического материала, имеющего большое изменение своих линейных размеров при изменении внешней температуры, подбирается такой длины, чтобы при понижении температуры его длина уменьшалась на расстояние, большее, чем необходимо для создания одного воздушного зазора, и преобразователь дополнительно имеет электронный блок управления, управляющий исполнительным устройством, которое периодически по команде с электронного блока управления передвигает пластину с сегнетоэлектрическим материалом к другой пластине до полного удаления воздушного зазора между ними и фиксирует ее в этом положении.