НИЗКОПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ЭНЕРГИИ ПЕРЕПАДА ТЕМПЕРАТУР
LOW-POTENTIAL TEMPERATURE DIFFERENTIAL ENERGY CONVERTER

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 [4-6]. 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, например днем и ночью.
Техническим результатом такого устройства является снижение затрат на движение пластины конденсатора и возможность использования возобновляемой энергии перепада температур во внешней среде.
Сущность изобретения следующая. На фигуре представлены: а) - положение системы при высокой температуре t°max, конденсатор заряжается до напряжения возбуждения Uв; б) - положение системы при низкой температуре t°min, система разряжается на электрод высокого напряжения.
Устройство (Фиг.) содержит две пластины конденсатора, одна из которых закреплена неподвижно, а вторая подвижная прикреплена к одному концу бруска 1 из любого диэлектрического материала, способного изменять свои линейные размеры 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 к неподвижной в зависимости от направления изменения температуры.
Между подвижной и неподвижной пластинами конденсатора помещен материал 2, имеющий высокую относительную диэлектрическую проницаемость, например сегнетоэлектрик. Этот диэлектрик помещен между пластинами таким образом, что одна его часть плотно закреплена к неподвижной пластине, а противоположная часть обращена к второй подвижной пластине. Между этой частью диэлектрика 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 устройства отодвигается от материала, имеющего высокую диэлектрическую проницаемость, и образует воздушный зазор. Устройство образует конденсатор, одна из пластин которого является подвижной.
Устройство также имеет источник возбуждения постоянного тока и контакты 3, 4, необходимые для заряда емкости в момент максимального сближения пластин, и 5, 6 для снятия напряжения в нагрузку Rн в момент их максимального раздвижения.
Устройство работает следующим образом.
Когда изменяется внешняя температура, брусок меняет свои линейные размеры и отодвигает или приближает подвижную пластину конденсатора 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 устройства. 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 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 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.
1. Хойзингтон Д. Основы ядерной техники. Госатомиздат, 1961.
2. Комар Е.Г. Основы ускорительной техники. Атомиздат, 1975.
3. «ScientificAmerican», подшивка 150, №3, 1934 г.
4. А.Бондер, А.В.Алферов - «Измерительные приборы», М., 2008.
5. В.А.Ацюковский - «Емкостные датчики перемещения», СПб., 2006.
6. Г.Виглеб - «Датчики. Устройство и применение», М., 2006.