Начало раздела Производственные, любительские Радиолюбительские Авиамодельные, ракетомодельные Полезные, занимательные	Хитрости мастеру Электроника Физика Технологии Изобретения	Тайны космоса Тайны Земли Тайны Океана Хитрости Карта раздела
Использование материалов сайта разрешается при условии ссылки (для сайтов - гиперссылки)

ИЗОБРЕТЕНИЕ
Патент Российской Федерации RU2227947

ЕМКОСТНОЙ КОНВЕРТОР ТЕПЛА СРЕДЫ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

Имя изобретателя: Заев Николай Емельянович 
Имя патентообладателя: Заев Николай Емельянович
Адрес для переписки: 143930, Московская обл., п. Салтыковка, ул. Граничная, 8, Н.Е.Заеву
Дата начала действия патента: 2002.09.11 

Изобретение относится к области нелинейных конденсаторов, согласно изобретению емкостной конвертор представляет собой нелинейную по напряжению емкость с нелинейным диэлектриком, в качестве которого используют органический пироэлектрический диэлектрик с сегнетоэлектрической поляризацией, способный в цикле заряд и разряд увеличивать проницаемость от ₀~ 1,2 до _v ~ 8 в переменном поле Е так, что обеспечивая тем самым >1, где W_p - мощность при разряде, W₃ - модность при заряде. Техническим результатом изобретения является увеличение удельных весовых и объемных характеристик.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Использование: емкостной конвертор тепла среды в электроэнергию (С-кэссор (кэссор – аббревиатура Конвертор Энергии Среды)) - автономный генератор электроэнергии для всех потребителей ее мощностью от долей ватта до нескольких киловатт. Производимая С-кэссором энергия отбирается в виде тепла от окружающей среды, без использования какого-либо топлива. Изобретение осуществляют посредством проведения циклов “Зарядка-Разрядка” специальных -нелинейных диэлектриков - конденсаторов с частотой f. Конденсаторы объединены в батареи путем параллельного и последовательного соединения. Частота циклов “ЗР” f зависит от емкости С_з батареи при “Зарядке” и С_р при “Разрядке”; при переменном токе 50 Гц она равна 100 Гц.

Технический результат работы С-кэссора заключается в том, что мощность батареи на нагрузке при “Р” - W_p - больше потребляемой мощности W, при “З”; отношение Эта генерируемая мощность W=W_p-W_з~ (0,3-0,4)W_з возникает благодаря способности нелинейных диэлектриков (конденсаторов) преобразовывать свою внутреннюю свободную энергию при разрядке в электрическую, охлаждаясь за каждый цикл “ЗР” на малые доли градуса. После цикла “ЗР” к батарее притекает тепло от окружающей среды.

Известны С-кэссоры, конденсаторами в которых служат промышленно изготовленные вариконды [1, 2]. В них диэлектриком служит керамическая масса на основе титаната бария. Эти С-кэссоры имеют при 100 Гц удельную объемную генерируемую мощность и удельную весовую _mW_уд=0,442 кВт/т.

Примечание. Расчет по данным из [1, 2]: единичная емкость конденсатора-вариконда ВК2Б 0,15 F, D=26 мм, h=10 мм, объем 3,714 см³, плотность 4,7 г/см³, вес~18 г. При V=55 В, f=100 Гц, С_n=33 F (220 варикондов параллельно) коэффициент нелинейности К~6 (С₅₅=С_n·6). Вес батареи 3960 г, объем 836 см³. При 96 В К=12. При 55 В в ВК2Б плотность энергии объемная _vА_уд 0,366·10^-3 Дж/см³ и _mА_уд ~ 0,075·10^-3 Дж/г. Для сравнения - в пленке ПЭТФ (лавсан) _mА_уд ~ 2 Дж/г [3].

Задачей изобретения является создание С-кэссора с более высокими удельными объемными и массовыми характеристиками.

Поставленная задача решается применением в С-кэссорах вместо керамических диэлектриков нового класса нелинейных органических (недавно открытых, ~ в 1969 г.) диэлектрических веществ [4]. Это так называемые жидкокристаллические и пироэлектрические полимеры [4, стр.609-618]. Однако в виде пленок, как промышленный продукт, на сегодня доступны поливинилоденфторид (ПВДФ) и сополимеры винилоденфторида с трифторэтиленом и тетрафторэтиленом. По данным каталога фирмы Kureha (Япония) ее ПВДФ-пленка типа КF имеет плотность 1,8 г/см³, эл. прочность ~700 кВ/мм (на пленке толщиной 25м), =11-10,7 при 60-1000 Гц переменного тока.

Исследованиями последних лет установлена зависимость (Е), возникающая вследствие сегнетоэлектрической поляризации в указанных веществах. Для ПВДФ поле Е напряженностью 60-90 кВ/мм в течение 10^-1-10^-3 с теоретически может увеличить исходное значение диэлектрической проницаемости в 50-100 раз [5]. В опытах увеличение на уровне 3-8, т.е. раз, в зависимости от частоты и уровня Е, обеспечивая тем самым >1.

Преимущества С-кэссора с новыми диэлектриками видны из нижеследующего примера.

Пример. С-кэссор, батарея из конденсаторов, соединенных в блоки параллельно n штук (одинаковой С_n), а в батарее N блоков, соединенных последовательно или параллельно, исходя из условий зарядки или особенностей нагрузки при разрядке. Каждый из n конденсаторов имеет номинальную емкость, например, 0,15 F, диэлектрик - пленка KF (ПВДФ) толщиной 9·10^-3 мм. При V=750 В, К=6, его емкость 0,9 F и в нем Е=83 кВ/мм. Площадь пленки S=142·10^-3 см², вес ее - 0,23 г. Энергия в нем так что _mА_уд 1,1 Дж/г и _vА_уд 2 Дж/см³; по удельной плотности энергии емкость с ПВДФ превосходит ВК2Б примерно в тысячу раз.

Если n=220, то в блоке С_n=33·10^-6 F и в нем диэлектрика 50,6 г. По данным [3] ориентировочно объем единичного конденсатора с выбранной пленкой (на 750 В) 2,5-3 см³, всей батареи - 660 см³, и вес ее 1320 г, если плотность на уровне 2 г/см³. Этот блок втрое легче прототипа, а по объему - на ~ 40% меньше.

При частоте циклов f=100 Гц и =1,35 мощность генерации этой батареей на единицу объема

и на единицу массы

т.е. по объемной плотности генерируемой энергии предлагаемый С-кэссор превосходит прототип в 1300 раза, по массовой плотности - в 3000 раз.

Обеспечение полученных удельных мощностей возможно лишь при сведении до уровня 2-3% потерь энергии в зарядной цепи. Для этого следует повышать напряжение зарядки U_зпо зависимости, близкой к экспоненте:

где t - время, U_m - нужное напряжение на емкости в конце зарядки, AU_m ~ начальное напряжение зарядки, а - безразмерное отношение допустимых потерь к энергии заряженной емкости. Поскольку в момент окончания зарядки то при практически приемлемых а и А~0,01-0,005, t максимально при а=0,01 и А=0,005:

t=1·10^-2·R·C·(ln2·10²+1)=1·10^-2·R·C·6,3=6,3·10^-2·R·C.

Из U_з(t) видно, что при столь малых t возможно возрастание U_з и по синусоиде даже линейный рост снизит потери энергии на зарядку. Устройства генерации энергии зарядки емкостей с U_з(t) по разным законам описаны в [6] без выделения предпочтительных U_з(t).

ЛИТЕРАТУРА

1. Заев Н.Е., Спиридонов Ю.С. Емкость - конвертор тепла среды в электроэнергию. Электротехника, №12, 1998. С.53-55.

2. Вариконды в электронных импульсных схемах. М., Советское радио, 1971.

3. Ренне В.Т. Пленочные конденсаторы с органическим диэлектриком. Л., Энергия, 1971. С.144-149.

4. Лайнс М., Гласс А. Сегнетоэлектрики и родственные им материалы. М., Мир, 1981.

5. Абрамова Н.А., Андреев А.М., Журавлева Н.М. Оптимизация пленочной пропитанной изоляции энергоемких конденсаторов. - Электротехника, 1998, №5, С.1-4.

6. Громовенко А.В., Опре В.М., Федоров А.В. Индуктивный заряд емкостных накопителей. - Электротехника, 2001, №3, С.51-55

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Емкостной конвертор тепла среды в электроэнергию, представляющий собой нелинейную по напряжению емкость с нелинейным диэлектриком, заряжаемую и разряжаемую циклами "ЗР" с частотой f Герц и отдающую при разрядке конверсионную энергию величиной >1 от энергии зарядки на нагрузку, отличающийся тем, что нелинейным диэлектриком служит органический пироэлектрический диэлектрик с сегнетоэлектрической поляризацией, способный обратимо в цикле "ЗР" увеличивать проницаемость от ₀~ 1,2 до _v ~ 8 в переменном поле Е так, что , обеспечивая тем самым >1, где , где W_p - мощность при разряде, W₃ - мощность при зарядке.

2. Емкостной конвертор по п.1, отличающийся тем, что напряженность поля Е при зарядке составляет 40 ÷ 110 кВ/мм при действии его в цикле "ЗР" не менее 5·10^-3 с.

3. Емкостной конвертор по п.2, отличающийся тем, что уровень =1,3-1,4 достигает при зарядном напряжении U₃

если U_m - максимальное напряжение на емкость, R - сопротивление цепи зарядки, t - время, А, - безразмерные коэффициенты 0,01-0,005, длительность полной зарядки

Версия для печати
Дата публикации 13.01.2007гг

НОВЫЕ СТАТЬИ И ПУБЛИКАЦИИ
	Технология изготовления универсальных муфт для бесварочного, безрезьбового, бесфлянцевого соединения отрезков труб в трубопроводах высокого давления (имеется видео)
	Технология очистки нефти и нефтепродуктов
	О возможности перемещения замкнутой механической системы за счёт внутренних сил
	Свечение жидкости в тонких диэлектрических каналох
	Взаимосвязь между квантовой и классической механикой
	Миллиметровые волны в медицине. Новый взгляд. ММВ терапия
	Магнитный двигатель
	Источник тепла на базе нососных агрегатов