УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЭНЕРГИИ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ И ЭНЕРГИИ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН В ЭНЕРГИЮ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ТОКА

Полезная модель относится к отрасли энергетики, в частности, к системам преобразования энергии оптического излучения, энергии электромагнитных волн радиодиапазона в энергию электрического тока.
Известен способ преобразования энергии оптического излучения с произвольной шириной спектра в энергию переменного или постоянного тока, который реализован в так называемых солнечных батареях, работа которых основана на явлении фотогальванического эффекта, то есть пространственного разделения оптически возбужденных электронов и дырок через одностороннюю проводимость неоднородных полупроводников, которые преобразуют свет в электрический ток. Солнечные батареи имеют относительно высокий коэффициент полезного действия (КПД) - до 20%, малый вес, удобны в использовании, что обуславливает их распространенность. Но из-за спектральной селективности солнечных батарей для преобразования энергии не используется значительная часть широкого диапазона электромагнитных волн. (Ганжа В.Л. «Мост в энергетическое Эльдорадо», 1987, 208 с.).
Известно устройство для преобразования электромагнитной энергии колебаний в механическую, которая может использоваться для производства электроэнергии. Устройство состоит из средств преобразования исходного источника энергии в энергию электромагнитных колебаний с определенными параметрами, преобразователя, средств подведения энергии к преобразователю, устройств передачи энергии активным элементам преобразователя, узлов преобразования энергии активных элементов в электроэнергию, блока управления работой устройства, блока обратной связи. (Патент Российской Федерации №2070358, МПК H04R 23/00, публ. 1996.12.10 «Способ образования электромагнитной энергии колебаний в механическую и устройство для его осуществления»)
Недостатком этого устройства является сложность конструктивной схемы и неспособность его эффективно работать с широким диапазоном электромагнитных волн и энергией оптического излучения с широким спектром одновременно.
В основу полезной модели поставлена задача создать устройство для преобразования энергии, в котором путем изменения конструкции преобразователя и применения дополнительных конструктивных элементов возможно было обеспечить расширение сферы использования устройства и повышения коэффициента полезного действия.
Поставленная задача решается тем, что устройство для преобразования энергии оптического излучения и энергии электромагнитных волн в энергию электрического тока, которое состоит из средств преобразования исходного источника энергии в энергию электромагнитных колебаний с определенными параметрами, преобразователя энергии со средствами подведения энергии к преобразователю, устройств преобразования энергии активных элементов преобразователя в электроэнергию, блока управления работой устройства, согласно полезной модели дополнительно содержит антенну для приема оптического излучения с устройством параметрического преобразователя оптического излучения, подключенным к блоку источника вторичного электропитания электронных приборов, и антенну для приема электромагнитных волн радиодиапазона с колебательным контуром с гетеродином, средствами преобразования исходного источника энергии в энергию электромагнитных колебаний являются последовательно включенные выпрямитель, полосовой фильтр, стабилизатор напряжения, умножитель напряжения с емкостным накопителем и импульсный преобразователь напряжения, выход которого подключен к средствам подведения энергии к преобразователю, которые выполнены как катушка зажигания и свечи зажигания соединенные между собой коммутационной цепью высокого напряжения, преобразователь, выполненный в виде двух газодинамических генераторов, соединенных между собой через ресивер, каждый из которых содержит вихревой нагнетательный инжектор, предионизационный канал, камеру сгорания, в которой расположена свеча зажигания, сопловой газодинамический канал, прямой трехрезонаторный клистрон с электродами, в качестве устройств преобразования энергии активных элементов преобразователя в электроэнергию, вихревой вытяжной эжектор, электроды, подключенные к инвертору электрического тока, один из выходов которого подключен к блоку источника вторичного электропитания электронных приборов.
Ввод в устройство двух антенн позволяет одновременно принимать электромагнитные волны широкого частотного радиодиапазона и оптического излучения с произвольной шириной спектра, что обеспечивает бесперебойную поставку энергии для преобразования и увеличивает сферу использования устройства.
Последовательно включенные выпрямитель, полосовой фильтр, стабилизатор напряжения, умножитель напряжения с емкостным накопителем, импульсный преобразователь напряжения, катушка зажигания изменяют параметры энергии исходного источника электромагнитных волн, что обеспечивает поступление через коммутационную цепь высокого напряжения на свечи зажигания тактовых импульсов определенных параметров и получение потенциала пробоя воздушного промежутка в пределах 5-8 кВ, что инициирует вынужденное излучение ионизированного потока - активного элемента преобразователя. Оснащение устройства преобразователем, который выполнен в виде двух газодинамических генераторов соединенных между собой через ресивер, каждый из которых содержит вихревой нагнетательный инжектор, предионизационный канал, камеру сгорания, в которой расположена свеча зажигания, сопловой газодинамический канал, прямой трехрезонаторный клистрон с электродами, вихревой вытяжной эжектор, обеспечивает генерирование электрического тока в процессе газодинамического кругового цикла электроразрядного ионизированного потока атмосферного воздуха, что выгодно отличает предложенное устройство для преобразования энергии от прототипа, поскольку повышает стабильность генерирования электрического тока, обусловленную простотой конструкции преобразователя.
Подключение к преобразователю инвертора позволяет получить однофазный переменный ток частотой 50-60 Гц и номинальным напряжением ≈220 В, при этом, 25% выходной мощности поступает к блоку источника вторичного электропитания электронных приборов устройства, что обеспечивает работу устройства для преобразования энергии оптического излучения и энергии электромагнитных волн в энергию электрического тока в автономном режиме с высоким коэффициентом полезного действия.
Для пояснения сути полезной модели ниже приведен пример конкретного выполнения устройства для преобразования энергии оптического излучения и энергии электромагнитных волн в энергию электрического тока. Пример иллюстрируется чертежами: на фиг.1 изображена схема прибора, на фиг.2 схематически изображен преобразователь устройства. Чертежи, поясняющие изобретение, никоим образом не ограничивают объем притязаний, изложенных в формуле, а только поясняют суть полезной модели.
Устройство для преобразования энергии оптического излучения и энергии электромагнитных волн в энергию электрического тока содержит антенну 1 для приема электромагнитных волн радиодиапазона с колебательным контуром с гетеродином и антенну 2 для приема оптического излучения с устройством параметрического преобразования оптического излучения, блок 3 преобразования энергии исходного источника в энергию электромагнитных колебаний с определенными параметрами, который содержит последовательно включенные выпрямитель, полосовой фильтр, стабилизатор напряжения, умножитель напряжения с емкостным накопителем и импульсный преобразователь напряжения, выход которого подключен к средствам подведения энергии к преобразователю, которые выполнены как катушка зажигания и свечи зажигания, соединенные между собой коммутационной цепью высокого напряжения, преобразователь 4, инвертор 5 электрического тока, блок 6 источника вторичного электропитания электронных приборов.
Преобразователь (фиг.2) содержит два газодинамических генератора, каждый из которых состоит из вихревого нагнетательного инжектора 1, предионизационного канала 2, камеры сгорания 3 со свечой зажигания (на фиг.2 не обозначена), соплового газодинамического канала 4, прямого трехрезонатроного клистрона 5 с электродами, которые подключены к инвертору электрического тока (на фиг.2 не обозначен), вихревого вытяжного эжектора 6, соединенных между собой через ресивер 7.
Устройство работает таким образом.
Электромагнитные волны радиодиапазона принимаются антенной 1 и поступают по антенному колебательному контуру с гетеродином, дополнительную энергию для которого поставляет блок 6 источника вторичного электропитания электронных приборов. Электроэнергией для блока 6 источника вторичного электропитания электронных приборов представляет устройство параметрического преобразования частот оптического излучения, которое принимает антенна 2. На вход блока 3 преобразование исходного источника энергии в энергию электромагнитных колебаний с определенными параметрами поступает единый поток энергий электромагнитных волн всех диапазонов и возникает эффект отрицательного сопротивления, что позволяет получить на входе блока 3 напряжение в 6÷8 В. В блоке 3 происходит изменение параметров поступающей энергии. Последовательно включенные выпрямитель, полосовой фильтр, стабилизатор напряжения, умножитель напряжения с емкостным накопителем и импульсный преобразователь напряжения изменяют ее форму с синусоидальной на однополупериодную прямоугольную, уравновешивают и стабилизируют поток энергии, накапливают и многократно приумножают и регулируют исходное напряжение, а также частотно-импульсное преобразование, дающее на выходе однополярные прямоугольные импульсы с частотой 25 Гц с параметрами одного такта 12 В, 1 А. После чего катушка зажигания приумножает напряжение до 15-20 кВ и через коммутационную цепь высокого напряжения тактовые импульсы поступают параллельно на две свечи зажигания, создавая на их электродах на протяжении каждого импульсного такта потенциал пробоя воздушного промежутка в пределах 5-8 кВ, которые подсоединены к преобразователю 4.
Свечи размещаются в камерах сгорания 3 (фиг.2). Внутренний объем камер сгорания 3 (фиг.2) вихревым нагнетательным инжектором 1, (фиг.2) через предионизационный канал 2 (фиг.2) заполняется частично ионизированным газом атмосферного воздуха, который является активным элементом преобразователя. Пробой между электродами свечей зажигания инициирует вынужденное излучение ионизированного потока, а преобразование энергии вынужденного излучения ионизированного потока, который проходит через сопловой газодинамический канал 4 (фиг.2) происходит в прямом трехрезонаторном клистроне 5 (фиг.2), в котором энергия газодинамического ионизированного потока преобразовывается в энергию электрического тока в пространствах резонаторов в условиях действующего частотно-пульсирующего электромагнитного поля. Через электроды клистрона 5 (фиг.2) на инвертор 5 (фиг.1) электрического тока поступает однополярный электрический ток частотой 25 Гц с выходной мощностью до 3 кВт. Отработанный воздух вихревым вытяжным эжектором 6 (фиг.2) через ресивер 7 выводится в атмосферу, одновременно с этим через ресивер 7 (фиг.2) к вихревому нагнетательному инжектору 1 (фиг.2) подводится атмосферный воздух. Таким образом происходит процесс кругового цикла электроразрядного, плазменного, газодинамического генерирования однополярного электрического тока частотой 25 Гц с выходной мощностью до 3 кВт. Инвертор 5 (фиг.1) осуществляет преобразование электрического тока, который поступает из преобразователя, в однофазный переменный ток частотой 50-60 Гц и номинальным напряжением ≈220 В, при этом, 25% выходной мощности поступает к блоку 6 вторичного источника электропитания электронных приборов устройства для преобразования энергии оптического излучения и энергии электромагнитных волн в энергию электрического тока. Инвертор может быть выполнен по схеме резонансного инвертора, который используется в агрегатах бесперебойного питания, которые работают в автономном режиме без дублирования электросетью.