УСТАНОВКА КОНВЕРСИИ ВОЛНЕНИЯ МОРЯ В ЭЛЕКТРОЭНЕРГИЮ

Предлагаемая полезная модель «установка конверсии волнения моря в электроэнергию» относится к энергетике, а, в частности, к преобразователям энергии волнения моря в электрическую энергию, и может найти применение для электропитания слаботочных нагрузок, функционирующих в автономном режиме, в т.ч. буйковых автоматических радиометеорологических станций.
Известны «Способ преобразования гравитационной энергии в механическую энергию вращения и гравитационный двигатель Мезенцева Л. Н.» (см. Заявка RU 2001118618/06, кл. F03G 3/00, б. 10, 2003), заключающийся в перемещении масс вещества и за счет разности произведения масс на плечи рычагов вращении ротора двигателя.
Их недостатки - значительные сложность и себестоимость, ограниченность срока функционирования и надежности в работе, незначительная выходная мощность.
Известны «Способ конверсии тепла окружающей среды в электроэнергию и устройство для его осуществления - ферроэссор» (см. Заявка RU 2002120692/06, I104R 23/00. б. 6, 2004), заключающийся в использовании известных свойств ферромагнитных материалов, способных генерировать или поглощать электроэнергию при изменении их температуры (выделенное курсивом - признаки общие с предметом изобретения).
Их недостатки - сложность технической реализации, ограниченная надежность в работе и значительная себестоимость
Известен «Пьезоэлектрический тепломеханический двигатель-генератор» (см. Патент RU 2225671, H02N 2/10, б. 7, 2004). содержащий вал, установленный в опорах с возможностью вращения, и радиально расположенные нитиноловые элементы, обладающие эффектом памяти формы и соединенные с массами, на которые воздействует гравитационное поле, причем он снабжен пьезоэлектрическими элементами с электродами, электроды электрически соединены с концами нитиноловых элементов, а массы воздействуют через рычаги на пьезоэлектрические элементы и периодически деформируют их.
Его недостатки - необходимость использования пьезоэлектрических и нитиноловых элементов с коэффициентом полезного действия, превышающим единицу, значительные габаритно-весовые характеристики и аппаратурная сложность, высокая себестоимость.
Известна, как более близкая к предмету предлагаемой полезной модели, «Энергетическая установка морского базирования» (см. Патент RU 2225530, F03B 13/16, б. 7, 2004), содержащая заякоренное плавучее средство, электрогенератор, расположенный в его корпусе, и противовес, причем электрогенератор, расположенный в корпусе, выполнен в виде воздушного турбоэлектрогенератора постоянного тока, в корпусе плавучего средства выполнена сквозная шахта, противовес в толще вода снабжен ротором с вертикально расположенными лопастями, кинематически связанным с мультипликатором и генератором постоянного тока, расположенными во внутренней полости противовеса, а на палубе плавучего средства вокруг сквозной шахты смонтированы гофрированные пневмокамеры переменного объема, верхние элементы которых шарнирно соединены со съемными консолями, жестко фиксируемыми на противовесе, и нагнетательные камеры гофрированных пневмокамер переменного объема соединены с воздушным турбоэлектрогенератором, электрически связанным с электрогенератором ротора с вертикально расположенными лопастями и внешней энергосетью.
Ее недостатки - значительные себестоимость и габаритно-весовые характеристики, необходимость в заякорении, значительные аппаратурные затраты и ограниченная надежность в работе.
Технический результат предлагаемой полезной модели «установка конверсии волнения моря в электроэнергию» - снижение себестоимости, аппаратурной сложности и габаритно весовых характеристик при одновременном повышении долговечности и надежности в работе, а также в снижении экологической нагрузки на водоем.
Технический результат достигается тем, что преобразование энергии волнения моря в электрическую энергию осуществляется последовательным преобразованием волнения моря в импульсные силовые воздействия на пьезоэлементы, а импульсные силовые воздействия - в импульсы электрической энергии (в импульсы пьезо- э.д.с.), которая, после выпрямления, накапливается (аккумулируется); а устройство преобразования энергии волнения моря в электрическую энергию содержит плавучее средство с противовесом, причем плавучее средство выполнено из двух и более элементов с положительной плавучестью, расположенных на поверхности моря и соединенных между собой механически подвижно, в которых вмонтированы пьезоэлектрические преобразователи, устройства преобразования колебательных движений сопряженных элементов плавучего средства в импульсные силовые воздействия, соединенные механически с одной стороны с сопряженными элементами плавучего средства, а с другой стороны - с одноименными пьезоэлектрическими преобразователями, выпрямители тока, соединенные электрически входами с пьезоэлектрическими преобразователями, и накопитель (аккумулятор) электрической энергии, соединенный электрически с выходами выпрямителей тока.
Конструкция «установки конверсии волнения моря в электроэнергию» приведена на фиг.1, возможное конструктивное исполнение преобразователя механических перемещений в импульсные силовые воздействия на пьезоэлектрический преобразователь приведено на фиг.2, схема электрическая принципиальная - на фиг.3, а временные диаграммы механической F(t) и электрической E(i). I(t) и W(t) энергии - на фиг.4.
«Установка конверсии волнения моря в электроэнергию» содержит плавучее средство 1 с противовесом 2 (см. фиг.1), накопитель электроэнергии 3, элементы 4 с положительной плавучестью, расположенные на поверхности моря, механически контактирующие с плавучим средством 1 и совершающие, при волнении поверхности моря, вращательные или возвратно-поступательные колебания относительно плавучего средства 1, а в плавучем средстве 1 (см. фиг.2) установлены преобразователи 5 колебаний волн моря в импульсы электрической энергии. Преобразователи 5 колебаний волн моря в импульсы электрической энергии содержат подвижные механические элементы 6, молоточки 7 с молотовищами 8 и бойками 9, молотовища 7 выполнены эластичными и установлены так, что один конец неподвижно соединен с корпусом преобразователя 5, в точке, обеспечивающей возможность его механического контакта с пьезоэлектрическим преобразователем 10, а свободный конец молотовища 8 контактирует механически с ребристой (зубчатой) поверхностью подвижного элемента 6, контактирующим, в свою очередь, торцом или осью, с сопряженным элементом 4 плавучего средства. В преобразователях 5 (см. фиг.2 и фиг.3) размещены пьезоэлектрические преобразователи 10 и выпрямители тока 11, соединенные входами с электродами одноименных пьезоэлектрических преобразователей 5, а выходами с накопителем электрической энергии 3, одним на все устройство.
Конструктивно «установки конверсии волнения моря в электроэнергию» содержит плавучее средство 1 с противовесом 2 (см. фиг.1), накопитель 3 электрической энергии, элементы 4 с положительной плавучестью, размещенные на поверхности моря, механически контактирующие с плавучим средством 1 и допускающие вращательные или возвратно-постательные колебания относительно плавучего средства 1. В плавучем средстве 1 установлены преобразователи 5 силовых воздействий в электрическую энергию, пьезоэлектрические преобразователи 10 и выпрямители тока 11, соединенные входами с электродами одноименных пьезоэлектрических преобразователей 10, а выходами с накопителем 3 электрической энергии, одним на все устройство. Причем, преобразователь 5 колебаний сопряженного элемента 4 плавучего средства в импульсные силовые воздействия на пьезоэлектрический преобразователь 10 включает молоточек 7 с эластичным молотовищеv (водилом) 8 и бойком 9. Молотовище 8 установлено и соединено одним концом неподвижно с корпусом преобразователя 5. в точке, обеспечивающей возможность механического контакта его бойка 9 с пьезоэлектрическим преобразователем 10, а подвижный элемент 8 механически контактирует торцом или осью с сопряженным элементом 4 плавучего средства, а ребристой (зубчатой) поверхностью - со свободным конном молотовища (водила) 8.
«Установка конверсии волнения моря в электроэнергию» работает следующим образом.
При волнении поверхности моря элементы плавучего средства совершают вращательные или возвратно-поступательные колебания друг относительно друга. При этом колебания элементов плавучего средства преобразователем 5 преобразуются в импульсные силовые воздействия F(t) (см. фиг, 4) на пьезоэлектрические преобразователи 10, которые по каждому воздействию (F(t) генерируют электродвижущую силу E(t), на выходе выпрямителя 11 протекает ток I(t), а в накопителе 3 накапливается электроэнергия W(t). Электроэнергия постоянного тока, накопленная в накопителе 3, приемлема для использования потребителями.
«Установка конверсии волнения моря в электроэнергию» применима в научно-исследовательских, технологических и бытовых целях. При эксплуатации на объекте морского базирования, установка, за счет последовательно во времени генерируемых импульсов тока накапливает электрическую энергию, достаточную для информирования потребителя, например, метеорологической информацией о метеорологическом состоянии района пребывания буйковой автоматической метеорологической станции, об опасности района плавания в точке установки буя, или о перемещении плавучего автономного научно-исследовательского объекта (о координатах пребывания, динамике, направлении и скорости перемещения его носителя).
Преимущества использования предлагаемой «установки конверсии волнения моря в электроэнергию» состоят в том, что она работоспособна в автономном режиме неограниченно по времени суток и года, проста по применению, реализуема на современной элементной базе в произвольных условиях их производства, надежна и долговечна в эксплуатации, не нуждаются в обслуживании до физического износа, обладает невысокой себестоимостью.